摘要： 蜀河水电站设计安装5孔泄洪闸表孔，表孔弧门支铰轴承为进口自润滑球面轴承。2012年进行汛前检查时，发现2孔弧门支铰轴止轴板固定螺栓断裂、3孔弧门油缸上支铰轴止轴板固定螺栓断裂。后委托专业机构进行了弧门及油缸支铰止轴板固定螺栓剪断检测和闸门原型观测。设计院根据检测报告提出弧门支铰拆除进行轴承检查或更换，并矫正支铰同轴度的处理方案，经实施后目前运行良好。笔者曾参加和负责了方案讨论及施工等工作，体会颇深，现整理成文，以求和同行们共同探讨，为今后此类工程提供借鉴意义。
【关键词】 泄洪弧门；支铰轴承；润滑材料；失效；处理
1．工程概况
蜀河水电站位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站，是陕西汉江投资开发有限公司开发建设的第二个水电站。
蜀河水电站工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。主要承担陕西电网的调峰、调频以及事故备用等任务。工程规模为二等大（2）型，主要建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核，相应洪峰流量分别为30000立方米每秒和38100立方米每秒。设计洪水位为222.05m、校核洪水位为227.15m（总库容为3.235亿m3）、正常蓄水位 217.30m（相应库容1.76亿m3）、死水位为215.00m、汛期排沙水位为212.00m。坝顶高程230m，坝顶长度290m，最大坝高72m。调节库容为0.24亿m3，为日调节水电站。
蜀河水电站为砼重力闸坝、厂顶溢流式厂房，安装六台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量45MW，总装机容量270MW，保证出力57.4MW，年平均发电量9.53亿kW.h，年利用小时3530h。枢纽建筑物从右至左由右副坝表孔坝段（1孔）、泄洪闸表孔兼垂直升船机坝段（1孔）、泄洪闸表孔坝段（4孔）、导墙坝段、厂房坝段（厂房表孔6孔，下部机组6台）、安装间表孔坝段（安装间右表孔1孔、安装间左表孔1孔）等组成。
2．泄洪闸弧门原设计安装情况
蜀河水电站右坝段共设计安装5孔泄洪闸表孔，从左至右依次为一号泄洪闸、二号泄洪闸、三号泄洪闸、四号泄洪闸、五号泄洪闸（兼升船机坝段，目前没有制造安装升船机，水下砼部分已经施工完毕）。
泄洪闸底坎高程193.5米，消力池底板高程183.5米。工作闸门孔口尺寸13×23.8米，为三支腿球铰弧形闸门，制造厂家为三门家新华水工机械厂，安装单位水电三局；启闭机为2×4000KN液压启闭机，制造厂家为博士力士乐（常州）分公司，安装单位为水电三局。设计洪水位（222.05米）下单扇闸门泄洪流量为2638立方米每秒，校核洪水位（227.15米）下单扇闸门泄洪流量为3262立方米每秒。
弧门支铰装置共计两套，每套32.7吨，由铰座、支铰轴、铰链三部分组成。铰座材质为ZG310-570，重量12.20吨/个，外形尺寸1.74×2×1.2米；铰链材质为ZG310-570，重量15.24吨/个，外形尺寸1.8×2.65×1.8米；支铰轴材质为40GR，重量2.898吨/个，外形尺寸Φ0.63×1.2米。弧门支铰轴承为意大利依纳公司产品，属于进口自润滑球面轴承（内球采用不锈钢，外圈采用镶嵌固体润滑剂的轴向剖分式铜合金材料），轴承径向压力N=25000kN，水平侧推力H=1200 kN，轴承直径为Φ630mm，支承宽度425mm。
3．泄洪闸弧门缺陷发现情况
2012年2月，蜀河水电厂人员在进行汛前检查时，发现泄洪闸1号、5号孔弧门支铰轴上下每块止轴板各6颗固定螺栓（每块各8颗）断裂；1号左侧、2号右侧、4号右侧油缸上支铰轴止轴板各4颗固定螺栓断裂。
4．技术改造方案及实施过程
2012年汛期，委托水利部水工金属结构质量检验测试中心进行泄洪闸弧门及油缸支铰止轴板固定螺栓剪断检测和泄洪闸闸门原型观测，设计院根据水利部水工金属结构质量检验测试中心提交《蜀河水电站泄洪闸弧门及油缸支铰止轴板固定螺栓剪断检测报告》和《蜀河水电站泄洪闸闸门原型观测动态测试报告》，研究决定将弧门支铰拆除进行轴承检查或更换，并矫正支铰同轴度的弧门缺陷处理方案。
4.1技术改造方案
4.1.1弧门支铰检修龙门吊安装及调试
（1）龙门吊布置
在闸墩中间板梁位置安装起吊重量40t，跨度14m，起升高度8m龙门吊作为弧门缺陷处理的垂直起吊手段。龙门吊安装从1号孔到5号孔，跨6个闸墩，单根轨道长90m。为满足龙门吊安装条件，将闸墩的下游支铰牛腿的上方加高至坝顶230m高程，便于轨道梁的安装。闸墩加高部分采用混凝土进行加高，加高墩尺寸为2.0×4.5m（长×宽），总加高高度为5m，在闸墩加高完成后开始进行龙门吊轨道安装。加高墩采用C20二级配混凝土浇筑，共计270m3；龙门吊行走钢梁安装143.45t，龙门吊额定起重量为40t。
（2）龙门吊安装
在闸墩加高施工完成后，开始进行龙门吊轨道安装，单根钢梁在进口门机下卸车，在梁的两端装上小台车，在5号孔两侧导墙上铺设轨道，将台车放在轨道上，用两台5t卷扬机向下游拖过孔口到下游桥上，然后再向1～4号孔拖运钢梁，直至安装位置。轨道安装完成后开始进行龙门吊的安装，安装时，在5号孔位置进行安装，在龙门吊安装过程中，由厂家负责指导安装和调试。
4.1.2弧门缺陷处理（支铰检修和闸门调整）
弧门支铰重量32.7t，中心位于0+042.50，拆除、安装检修工作难度很大。为保证检修顺利和处理的效果，采取如下处理方案（上游检修闸门挡水）。
弧门缺陷处理工序：前期准备→对门叶、支臂进行加固→在支臂裤衩上方安装吊装设备→搭设工作平台→凿除铰座二期砼→拆吊出铰座→返厂家处理→拆吊裤衩→铰座座板调整安装→铰座就位安装→浇筑二期砼→裤衩就位安装→支臂与裤衩连接安装、焊接→解除加固材料→防腐、补漆→试验、验收。
（1）对门叶、支臂进行加固
门叶加固，在两侧侧轨与门叶面板位置用20×300×400mm钢板焊接加固，每节门不得不少于两处，汽车吊配合吊篮施工。支臂加固，为了以后处理裤衩与支臂，用箱型梁加固，龙门吊配合倒链吊装，加固方式。
（2）搭设工作平台
在铰座、裤衩、部分支臂下方用型钢、花纹钢板制作安装施工操作安全平台并安装防护栏杆。
（3）凿除铰座二期砼
由于受位置限制，且钢筋、加固型钢等密布，铰座二期砼凿除将非常困难。铰座二期至少要凿除600mm以上，否则基础座板调整困难。
（4）拆吊出铰座
利用龙门吊吊住铰座，割断加固材料、铰座基础螺栓（螺栓、螺母等需更换新的）后，吊出铰座。切割基础螺栓时，要留够搭接余量。受位置制约，铰座要运到尾水门机下进行装车，用运输台车转运。由于现场不具备检修条件，返回水电三局机制厂检修。
（5）拆吊裤衩
在铰座安装时，拆除裤衩工作量最小。利用龙门吊吊住裤衩，在用气割的方式将支臂与裤衩分离，起吊裤衩，悬停在上方2m左右不影响铰座吊装位置。
（6）铰座座板调整安装
利用全站仪重新定位，调整座板直至符合规范要求后，用型钢、拉紧丝杠、千斤顶对座板进行加固。安装基础螺栓，按规范进行焊接。此处为此次处理的关键点，测量由施工单位负责，监测单位确认和复测。
（7）铰座就位安装
弧形闸门支铰的安装精度是弧形闸门稳定运行的关键因素，支铰安装精度必须按照图纸和DL/T5018规范的要求进行。
支铰安装前，在坝上合适场地将支铰的铰座和铰链位置、角度调整至正确尺寸，在其上下两个法兰面间槽钢支撑，然后将槽钢焊接成一整体框架，便于吊装和安装调整。以一侧的支铰中心为基准，找出检修一侧的支铰中心点，然后在该中心点的上方安装中心线架，将支铰中心点向上移1100mm，在此点位准确设置出挂设钢丝线的线槽，同时中心线架上要设置钢丝线拉紧装置，以保证钢丝线的水平度。
中心线架设置完成后，将0.3mm钢丝线放置在控制点位置上，两端拉紧后使用全站仪、水准仪等检查该钢丝线的里程和高程，符合要求后方可进行支铰安装。用龙门吊、20t、10t倒链配合，将铰座吊装、调整到位，上紧铰座基础螺栓，用全站仪监测位置的变化，根据该中心线测量支铰轴两端的中心位置来控制支铰中心，同时控制其倾斜度符合图纸和DL/T5018规范要求。调整基础螺栓直至符合规范要求，对铰座座板进行整体加固。
（8）浇筑二期砼
浇筑二期砼时，全站仪进行全程监控。砼要有一定的强度后，起吊设备方能松钩。
（9）裤衩就位安装
二期砼强度达到80%左右时方可安装裤衩，将悬停在上方的裤衩吊装到位，紧固连接螺栓。
（10）支臂与裤衩连接安装、焊接
调整裤衩，此时裤衩与支臂可能存在一定的错位，可以将三支臂之间的联系梁焊
缝刨开，裤衩与支臂对接后再调整焊接。裤衩与支臂焊接时，如间隙过大，可以在焊缝内存加装焊接垫板，以确保焊接质量，焊缝按一类焊缝处理、探伤。为了确保支臂的安全，可以在焊缝位置加装补强板（可以按原支臂补强板的形式进行）。
( 11)解除加固材料
汽车吊配合吊篮，解除约束，清理工作面，打磨整修施工损伤部位。
(12)防腐、补漆
汽车吊、龙门吊配合吊篮对焊缝、加固损伤部位按规范进行防腐、补漆处理。
(13)试验、验收
无水情况下全行程启闭试验。检查支铰转动情况，启闭过程平稳无卡阻、水封无损伤。在本项试验的全过程中，对橡胶水封与不锈钢止水板的接触面采用清水冲淋润滑，以防损坏水封。
动水启闭试验。试验水头应尽量接近设计操作水头。根据施工图样及现场条件编制试验大纲，报送监理人批准后实施。动水启闭试验包括全程启闭试验和施工图样规定的局部开启试验，检查支铰转动、闸门振动、水封密封等应无异常情况。
对侧轮、水封进行检查、调整或进行检修、更换。
4.2施工过程
4.2.1主要技术要求
根据DL/T5018-2004《水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范》：支铰中心到门叶中心线的距离允许偏差±1.5mm，铰座里程、高程偏差均为±2.0mm，其轴孔倾斜小于0.1%，两支铰座轴线同轴度不大于1.0。
特别说明：本次修复的关键是调整支铰装置空间位置度、同轴度。其弧形工作闸门的门叶和支臂不得做较大的调整，否则将导致整个弧形工作闸门失去空间位置，因此原则上对加固牢靠的门叶和支臂不做调整，只将支铰装置进行修复后，吊入安装部位进行规范性的安装。
4.2.2支铰轴现场能顶出的支铰装置的拆除与修复步骤（5号、1号、2号弧门）
(1)在支铰下部搭设操作平台，先将支铰轴利用300T油压千斤顶退出支铰装置，然后将支铰原二期混凝土（厚度为60cm）凿除，露出预埋螺栓后再将铰座向下游移动60cm左右，铰座进行临时加固牢靠；
(2)用400KN双向龙门吊吊钩通过钢丝绳与铰链联接并带上一定荷载，割除支铰原二期混凝土内上部中间的三根预埋螺栓（Φ50M48），铰链与铰座之间有足够间隙后将铰链吊出放置在大坝坝面230平台上。轴承磨损及损坏情况需由设计单位、制造单位、轴承供应商、业主单位、施工单位、监理单位等共同进行检查，来鉴定轴承是否可用。如果轴承没有损伤，则继续安装使用。如果轴承有损伤，则需要返回制造厂更换轴承。
(3)将铰座（单个或者两个）用400KN双向龙门吊吊钩通过钢丝绳吊至大坝EL230平台上，进行扩孔处理；5号、1号弧门支铰轴承现场进行调向处理，2号支铰装置运至三门峡水工厂进行更换轴承，新轴承为大连三环产品。
(4)处理合格后的铰座吊装到安装部位进行安装调整。
(5)检修合格的铰链吊装到安装部位进行安装调整。
(6)焊接预埋螺栓、测量支铰与裤衩的间隙，并按照实际测量加工垫板。
(7)整体调整安装尺寸，检查安装质量，合格后回填支铰座后部二期混凝土。
(8)支铰座后部二期混凝土强度达到规范要求后，回装主轴，解除所有临时加固结构体。
(9)防腐补漆、验收、试运行。
(10)对侧轮、水封进行检查、调整，并对闸门水封进行更换，处理门叶底缘变形。
4.2.3支铰轴现场不能顶出的支铰装置的拆除与修复步骤（4号、3号弧门）
将铰座和铰链整体拆除，运到制作厂家或外委单位拆除支铰轴、检查轴承及更换新轴承。具体方案如下：
(1)加固门叶、支臂（原方案不变）。
(2)凿除铰座二期砼。
(3)割断18根M48支铰预埋螺栓，将铰座、铰链整体吊出。
(4)运至外委单位（德阳东方水利水工厂）拆除支铰轴及轴承，更换支铰轴轴承后运回至工地安装；新轴承为大连三环产品。
(5)先安装铰座，调整至合适位置后吊装铰链。
(6)调整铰座同轴度等满足规范要求，对螺栓进行调整接长处理，采用同等规格圆钢锚栓接长，帮条焊满足规范要求，螺栓采用2根￠50圆钢按5倍直径（帮条260mm长）进行双面焊接，来保证基础螺栓强度，圆钢材质Q345B。
(7)调整至满足规范要求后安装支铰轴，其他工序和原方案一样。
5.技术改造效果
5.1 5号孔弧门支铰处理结果
5号孔左右两侧支铰轴用300T油压千斤顶均顺利退出，将弧门左、右支铰装置拆吊至坝面后，蜀河电厂组织设计单位、制造单位、轴承供应商、业主单位、施工单位和监理单位召开了5号孔弧门支铰轴承缺陷处理专题会议，与会单位专家代表首先对轴承缺陷情况进行查看，并一致通过支铰轴承不具备更换条件，同意处理后继续使用。施工单位按照轴承供应商代表提出的处理方案进行缺陷的处理工作，处理完成后经过监理、业主的验收（合格），同意安装使用。
经过修复处理支铰中心高程最大误差是0.3㎜，里程偏差最大为0.3㎜，同轴度偏差0.5㎜，符合图纸及规范要求。
表1 5号孔弧门安装记录
5.2 1号孔弧门支铰处理结果
1号孔左右两侧支铰轴用300T油压千斤顶均顺利退出，将弧门左、右支铰装置拆吊至坝面后，蜀河电厂组织设计单位、制造单位、轴承供应商、业主单位、施工单位和监理单位召开了1号孔弧门支铰轴承缺陷处理专题会议，与会单位专家代表首先对轴承缺陷情况进行查看，并一致通过支铰轴承不具备更换条件，同意处理后继续使用。施工单位按照轴承供应商代表提出的处理方案进行缺陷的处理工作，处理完成后经过监理、业主的验收（合格），同意安装使用。
经过修复处理支铰中心高程误差为0，里程偏差最大为0.5㎜，同轴度偏差是1.0㎜，符合图纸及规范要求。
表2 1号孔弧门安装记录
5.3 2号孔弧门支铰处理结果
2号孔左右两侧支铰轴用300T油压千斤顶均顺利退出，将弧门左、右支铰装置拆吊至坝面后，蜀河电厂组织设计单位、制造单位、轴承供应商、业主单位、施工单位和监理单位召开了2号孔弧门支铰轴承缺陷处理专题会议，与会单位专家代表首先对轴承缺陷情况进行查看，由于轴承损伤严重，专家们一致通过支铰轴承已经不具备继续使用。业主另外采购新轴承（大连三环）在原弧门制造单位（三门峡水工厂）进行更换，支铰轴承更换完成后水电三局在工地进行安装。
经过修复处理支铰中心高程最大误差为1.0㎜，里程偏差最大为1.0㎜，同轴度偏差1.0㎜，符合图纸及规范要求。
表3 2号孔弧门安装记录
5.4 4号孔弧门支铰处理结果
4号孔在拆卸此孔支铰轴的工序施工中，左右两侧支铰轴均出现了抱死现象，水电三局依据现场条件采取了多种方法均不能使支铰轴松动。后经咨询西北院同意后采取割断18根M48支铰预埋螺栓，将铰座、铰链整体吊出，运至外委单位德阳东方水利机械厂拆除支铰轴及轴承，更换支铰新轴承（大连三环）运回至工地进行安装。
经过修复处理支铰中心高程最大误差为0.2㎜，里程偏差最大为0.7㎜，同轴度偏差1.0㎜，符合图纸及规范要求。
表4 4号孔弧门安装记录
5.5 3号孔弧门支铰处理结果
3号孔右侧支铰轴用300T油压千斤顶顺利退出，左侧支铰轴出现了抱死现象，水电三局依据现场条件采取了多种方法均不能使支铰轴松动。经征求西北院同意后左侧采取割断18根M48支铰预埋螺栓，将铰座、铰链整体吊出，运至外委单位德阳东方水利机械厂拆除支铰轴及轴承，更换支铰新轴承（大连三环）运回至工地进行安装。
经过修复处理支铰中心高程误差为0，里程偏差最大为0.3㎜，同轴度偏差1.0㎜，符合图纸及规范要求。
表5 3号孔弧门安装记录
5.6 工程重要节点
2014年1月4日蜀河水电站泄洪闸弧门缺陷处理工程施工人员及设备开始进场；
2014年1月22日泄洪闸龙门吊轨道钢梁进场并同时开始施工安装；
2014年2月22日龙门吊设备进场；
2014年3月15日龙门吊设备完成安装调试并于2014年4月15日完成特种设备检验及注册，
2014年4月1日泄洪闸5号孔弧门缺陷处理工作正式开工。
2016年6月4日五孔弧门缺陷处理与整体调试全部完成。
5．结束语
蜀河水电站泄洪闸弧门支铰处理工程于2014年1月4日开工，由于本工程施工难度大，空间狭小，高空作业、临空面较多，施工手段少（大型机械无法使用），危险系数高，影响安全度汛（5月至10月为汉江流域汛期，随时都有可能来洪水），事先对弧门支铰状况不明（原计划只对轴承进行修复，没有考虑更换），经蜀河水电厂、监理公司、施工单位齐心协力、克服多方困难，施工单位加班加点、精心组织、严控工序，最终弧门缺陷处理工程于2016年6年4日完成施工。2016年7月15日，通过工程验收。目前，蜀河水电站泄洪闸5孔弧门运行正常。此问题的解决，确保了泄洪设备的安全运行，保障了下游沿江两岸人民群众的生命财产安全。也为今后解决类似工程问题提供了一定的借鉴作用，应引起有关水电工程设计人员的高度重视，以免类似现象的再次发生，最大限度地保证泄洪设备的安全稳定运行。
论文作者:董,宁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：轴承论文; 龙门吊论文; 螺栓论文; 裤衩论文; 闸门论文; 单位论文; 铰链论文; 《电力设备》2018年第19期论文;