田 文 恒

(中国水利水电第十工程局有限公司 机电安装分局，四川 都江堰 611830)

1 概 述

Nam Khan 2(南坎2)水电站位于老挝Luang Probang(琅勃拉邦)东南约30 km的Nam Khan河上，是Nam Khan河规划三个梯级电站中的第2级。该电站的溢洪坝弧形工作闸门孔口宽度为13.5 m，设计水头为21.2 m，闸门高度为21.7 m，面板半径为24 m，支臂形式为斜三支臂，门叶结构布置三根主横梁，按闸门规格分类标准该门属超大型弧门。老挝南坎2水电站溢流坝弧形工作闸门的结构形式见图1。

图1 老挝南坎2水电站溢流坝弧形工作闸门结构示意图

斜支臂弧形闸门常为两支臂，采用斜三支臂弧门的相对较少。在斜三支臂弧门制造过程中，除了常规两支臂弧门的制造难点外，三根主横梁之间的跨距、门叶焊接变形控制、三根支臂扭角及支臂之间开口尺寸控制、支臂装置拼装工艺等使斜三支臂弧门制造的技术及工艺难度更大。笔者结合老挝南坎2水电站溢流坝弧形工作闸门的制造，介绍了超大型斜三支臂弧门制造过程中的关键工艺和措施。

2 门叶结构的制造工艺及措施

2.1 确定弧门制造的曲率半径

根据弧形门叶的结构特点及焊缝分布，特别是纵向隔梁与主横梁间的焊缝焊接、隔梁后翼缘与主梁后翼缘的焊缝焊接，焊接收缩使门叶的曲率半径变小，为了使焊接后闸门的曲率半径符合图纸要求的曲率半径R，在闸门结构下料时，考虑弧门制造时的曲率半径[1](R+△R)。弧门制造的曲率半径可按下式计算：

a=(R×(1-cosα)-K

式中R为设计曲率半径；R+△R为制造曲率半径；α为设计面板弧长的一半与圆心的夹角；K为圆弧端部放大值。

2.2 门叶结构的拼装控制

根据计算确定的弧门制造曲率半径搭设弧形胎膜，在弧形胎膜上铺设已巻制的面板，面板铺设完毕、测量划出主横梁、纵隔梁、横向小梁等部件的拼装控制线并按控制键拼装各部件。拼装时，由于门叶结构尺寸较大，为减少拼装尺寸误差，首先拼装中主梁，在中主梁拼装定位后，分别往门叶顶端或门叶底缘方向依次拼装横向小梁→纵隔梁→上主梁(或下主梁)→横向小梁→纵隔梁。拼装过程中，严格拼装间隙、主梁跨距、主梁平行度。整体拼装结束后，在节间位置焊接临时连接板，由于门叶横向刚性薄弱，需沿横向方向进行连接加固，以减少焊接及运输变形。

2.3 门叶结构的焊接工艺

门叶结构在弧形胎膜上进行整体焊接。根据门叶结构特点：门叶尺寸较大，横向小梁多，纵向隔梁间距大，三根主横梁，顶节门叶刚性薄弱，焊接量大，为减少焊接变形，防止顶节门叶发生扭曲变形以及主横梁与纵隔梁的焊缝焊接引起主横梁跨距及主横梁平行度超差，同时还要控制焊接收缩引起的门叶横向直线度超差。为此，焊接顺序为：第一步焊接中主横梁腹板与两侧纵隔梁腹板的焊接；第二步焊接中、下主横梁腹板内侧与纵隔梁腹板的焊缝；第三步焊接中、下主横梁腹板外侧与纵隔梁腹板的焊缝；第四步焊接面板拼接缝；第五步焊接横向小梁与面板的焊缝；第六步焊接纵隔梁腹板与面板的焊缝；第七步焊接纵隔梁翼缘板与主横梁翼缘板的焊缝；第八步焊接劲板等剩余焊缝。焊接方法[2]为对称、分段、间隔、退步焊，选用小焊接参数施焊且焊接参数一致。焊接方向从门叶中心向门叶顶底两端、门叶左右两边的方向进行焊接，以减少焊接热量集中，从而有效控制焊接变形，减少焊接应力。

3 支臂装置的制造工艺及措施

3.1 支臂扭角的计算

3.2 支臂装置的整体拼装工艺及措施

由于上、中、下三根支臂按扭角旋转后，支臂翼缘不在同一平面内，因此，拼装平台要根据支臂装置放样尺寸，确定拼装平台的高差后搭设平台，支臂装置拼装放样情况见图3。支臂装置拼装平台搭设后，根据支臂放样图及支臂装置图，在平台上划出支臂装置拼装控制线，焊接拼装限位挡块。

上、中、下三根支臂在后端板处交汇。为了有效控制各支臂的扭角、支臂间的角度、支臂间的开口尺寸，单根支臂按常规工艺制造后，在平台进行整体水平拼装。由于支臂扭角测量困难，可通过测量控制支臂扭角产生的偏移量，从而实现对扭角的控制，然后复测支臂开口尺寸、进一步验证支臂扭角。支臂装置整体拼装完成并经检查合格后进行连接板的焊缝焊接，最后在连接板上划出加工控制线，分节后进行连接板的平面加工，从而消除焊接变形，确保节点板紧密贴合。

4 弧门厂内整体预拼装工艺及措施

图2 支臂扭角计算简图

图3 支臂装置拼装放样简图

4.1 拼装状态及其应具备的拼装的基本条件

拼装状态为立式整体拼装[4]，参与拼装的零部件主要包括各单节门叶结构、支臂装置、支铰活动饺、支臂栏杆(视业主要求确定是否参与拼装)。拼装前检查各工序的完成情况，避免上道工序未完成就进行整体拼装而影响拼装工作的正常进行及拼装的效果，检查数据的准确性。为此，拼装前应确认各部件是否具备拼装条件。

4.2 测量放出拼装基准线

根据拼装场地条件，采用计算机模拟拼装，确定拼装时门叶的仰角及支铰中心高度，绘制拼装基准图，之后按基准控制图采用水平仪、经纬仪等测量工具实测放出拼装线，拼装基准线[5]主要包括门叶中心线、门叶边线、门叶底沿线、支铰中心线等。测量并放出拼装基准线后，在门叶底沿线位置设置垫块和限位挡块。

4.3 拼装步骤及方法

从底节门叶往上依次进行单节门叶的拼装，中主横梁所在单节拼装就位并调整结束后拼装支臂。拼装支臂前，首先在平台上水平将下支臂、中支臂与半支臂拼装为一体并进行支撑加固，然后整体立面吊装与门叶进行拼装，同理，完成另一侧的支臂与门叶拼装，支臂调整定位、支撑可靠后，依次拼装中主横梁以上的单节门叶，上主横梁所在单节门叶拼装就位并调整结束后吊装上支臂，完成与门叶及半支臂的连接。吊装活动铰与半支臂端板螺栓连接，调整支铰中心，复查已拼装的门叶半径。依次完成上主横梁以上的各节门叶拼装。整体拼装完毕进行全面检查，填写检查记录表，完成整体拼装作业。

5 结 语

通过老挝南坎2水电站溢流坝弧形工作闸门、老挝南立1水电站溢洪道弧形闸门(欧标)等类似超大型弧门的制造，其几何尺寸及焊接变形控制均取得了良好效果，产品质量提升明显，均一次性通过拼装验收，节约了大量矫正变形及尺寸修正所产生的各项费用，对类似超大型斜三支臂弧形闸门和其他类似弧形闸门的制造具有较好的参考价值。