于 欢，相汉雨，刘月光

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 工程概况

亚运场馆及北支江综合整治项目位于杭州市富阳区富春江东洲北支段。上游水闸工程位于富春江与北支江交界处的上堵坝下游50 m 处，左岸与北支江配水泵站相邻。工程等级为Ⅲ级，水闸为2 级建筑物。水闸洪水标准采用20 a 一遇设计，50 a 一遇校核。水闸采用3 孔设计，每孔净宽60.0 m，总宽225.0 m，水闸槛顶高程为1.50 m，正常蓄水位为5.40 m。上游水闸底轴驱动翻板工作闸门平面布置见图1。动水启闭，采用2×6 300 kN/2×4 000 kN液压启闭机操作，闸门全关时，门叶与水平方向成90°，闸门全开时，门叶与水平方向成0°。闸门底部设有启闭驱动底轴，拐臂设在底轴两端，启闭机通过拐臂驱动翻板闸门，闸门关闭时设有锁定装置。

图1 水闸平面布置图 单位：cm

北支江上游水闸工作门共3 扇，3 支底轴，厂内分段制作，拐臂两端与底轴采用法兰联接，闸室内分段底轴之间现场拼装焊接。水闸工作门每支底轴共分成10 段，闸室内每支底轴分 8 段，现场焊接 7 道焊口。水闸工作门底轴的施工具有单体尺寸大、吨位重、整体拼装精度要求高、现场焊接质量要求高、工期紧且同期工作量大、施工作业面多但作业空间有限、交叉干扰大且工序衔接多的特点。

2 施工工艺流程及操作要点

将底轴及闸门等大型部件解体分块，解决大型单元体部件存在超宽（门叶）或超重（底轴）的运输及拼装困难的问题。主要介绍水闸底轴的安装，门叶、拐臂、弧板、启闭机等不再赘述。

闸门总体安装顺序：施工准备→测量放线→底轴→底水封→支撑件→门叶/拐臂及机房内底轴轴承总成→弧板→液压启闭机→防撞装置→调试。

2.1 施工工艺流程

2.1.1 吊装流程

编制吊装方案并审批→根据吊装方案进行技术交底→完成清除现场地面、道路障碍物→根据吊装方案起重设备、索具准备完成→起重设备及索具就位→进行技术和安全检查→试吊→再次进行技术和安全检查确认后正式起吊→设备到达安装位置就位→起重设备摘钩移位。

2.1.2 水闸底轴安装顺序

底轴安装根据工期计划安排和土建施工进度计划安装顺序为：2#孔→3#孔→1#孔。

单孔底轴拼装顺序从一侧至另一侧进行，顺序为底轴2→底轴3→底轴4→底轴5→底轴6→底轴7→底轴8→底轴9，预留底轴6 作凑合节、底轴5 与底轴6 环缝为凑合节焊缝，底轴2 与底轴9预先吊入穿墙孔，底轴1 与底轴2 和底轴10 与底轴9 与拐臂采用法兰孔剪力套连接（水闸底轴分节见图2）。

图2 水闸底轴分节图 单位：mm

2.1.3 底轴焊接工作流程

焊接工作流程：定位焊接→打底焊接→中间层焊接（第一阶段）→表面覆盖层焊接 （第二阶段）。

2.2 水闸底轴形式

水闸翻板闸门采用底轴驱动形式，底轴为自润滑复合关节轴承Φ2 000 mm，中空结构，底轴材料选用Q355B 钢板卷制焊接而成，外表面机械加工，拐臂与底轴端面之间采用法兰抗剪套连接成整体，跨中底轴各段之间采用焊接连接。拐臂设在底轴两端，启闭机通过拐臂驱动翻板闸门，启闭设备分别布置在闸孔两侧的闸墩机房内。底轴共设10个支点，用以承受径向荷载，各支铰点间的不均匀沉降应小于5 mm。支承轴承采用耐磨自润滑球面轴承，同时轴承两侧设防水密封。底轴穿墙孔口侧与机房侧各设2 道防水密封，机房侧水封采用可调式结构（水闸底轴单孔平面布置见图3）。

图3 水闸底轴单孔平面布置图 单位：mm

2.3 底轴的制作与运输

2.3.1 增加厂家预制件制作

为减轻现场安装施工的压力和难度，制定“散件预制，大件分割”的施工原则，确保整体施工按期完成。根据设计对水闸底轴的分节要求和对底轴、轴承总成、水封结构的制造、安装精度要求，实施时将底轴与轴承总成和水封结构在厂内进行预组装，整体运输至现场吊装就位。

在厂里将穿墙水封结构、机房内底轴轴承总成和跨中闸墩侧底轴轴承总成按照设计图纸要求整体安装在底轴2 上，初步调整后进行定位固定和保护，确保在运输和安装时穿墙水封结构和轴承总成不会发生移位和损坏，其余底轴跨中底轴轴承总成也按设计图纸要求预装在相对应的底轴管上定位、固定。

2.3.2 单孔超大型水闸底轴分解、分块运输

水闸共3 跨，水闸底轴驱动翻板闸门为3套，底轴最大外径2 000 mm，单节最重65 t，最长10 m，单套底轴总长度68.6 m，质量约322 t，分为10 节制造。水闸整体制造完成后解体运输，每扇水闸共分24 个运输单元，其中底轴带轴承座分为10 个运输单元体。

2.4 超大型三跨底轴驱动翻板水闸底轴安装技术施工方法

2.4.1 测量放线

先在门槽及闸室内放出底轴轴线点及轴线下游1 m 处测设1 条辅助轴线点控制底轴高程和中心位置，再在室内放出底轴轴承总成和拐臂与底轴轴线垂直方向的轴线点，在门槽内放出所有底轴轴承总成与底轴轴线垂直方向的轴线点，控制底轴轴承总成及拐臂定位，且在闸室穿墙位置放与底轴轴线垂直方向的穿墙水封装置的轴线点，控制穿墙水封的定位。

2.4.2 单孔超大型底轴分解、分块吊装

根据上游水闸底轴驱动翻板闸门布置总图，翻板水闸底轴、门叶、液压启闭机均布置在水闸闸下0+010.50 m 轴线位置处。水闸底轴单孔68.6 m，Φ2 000 mm，共分10 节进行安装。底轴安装设计底高程-1.40 m，中心高程0.05 m。水闸上、下侧分别有进入闸底板的施工通道，拟选用200 t 汽车起重机停在外江侧进行吊装，吊车停放于1.50 m高程处，吊装时视线较好。

2.4.3 底轴安装

水闸工作门采用双拐臂液压启闭，拐臂与底轴采用法兰联接，拐臂内侧底轴2 和底轴9 穿过闸墩，底轴2 至底轴8 一端带内套管，底轴9 无内套管。

安装时，首先将定位节（底轴 2）吊装就位，在底轴 2 两端外壁延圆弧方向上挂线锤，垂心与辅助轴线重合后，再在底轴 2 管口和法兰侧外壁顶点挂线锤并用经纬仪检测调整水平度，用制作好的托架及 32 t 液压千斤顶配合，在垂直及水平方向进行微调。垂心与底轴轴线重合后，在底轴管外壁顶点位置打点做标记，然后以顶点调整高程，使之达到同轴度≤1.0 mm。调整完成后，将底轴轴承总成固定、锁死，底轴2 将作为定位节。

底轴2 在穿越一期埋件墙体就位安装时，起重机起吊底轴2 离地30 cm，调整底轴2 与预埋管相应轴线位置，缓慢旋转起重机主吊臂，将机房内轴承座段穿入预留孔，同时注意观察预留孔四周间隙情况，避免发生碰撞。待快触碰到钢丝绳时将底轴降落至地面，调整钢丝绳的捆绑位置，在机房内侧底轴管穿过墙体后采用双钢丝绳、双吊点进行跨墙吊装，以便底轴管快速安装就位和作业安全。调整好同轴度后将法兰侧作为起始位置，调整底轴法兰外侧距拐臂垂直方向轴线 310 mm 处为起始位置。

其余底轴安装方法与底轴2 相同，依次安装至底轴9。在安装底轴9 时，底轴9 在厂内制作时，安装连接套管的内管壁位置，精加工长度由原来的300 mm 增加至 600 mm，底轴9 穿墙后向闸墩外侧移动，离开安装位置 1 m 以上，在底轴9 就位后，再将连接套管推至设计位置。整体拼装完成后，用手拉葫芦进行调节，检测底轴管同轴度，使之满足同轴度≤3.0 mm 后，进行后续焊接工作。

2.4.4 底轴焊接

底轴管分段组装后，定位焊对称并均匀分布。对底轴管上所带的轴承座初步就位，满足同轴度的要求，同时满足与翻板闸门、液压启闭机的联接及定位要求。各项检查完成后，对底轴环焊缝进行焊接，焊后再次检查并校正，满足设计要求后进行轴承座调整加固、拐臂及门叶等的安装。

水闸工作门3 扇，水闸工作门每支底轴共分成10 段，闸室内每支底轴分8 段，现场焊接7 道焊口。拐臂两端与底轴采用法兰联接，闸室内分段底轴之间现场拼装焊接。为了保证焊接质量，水闸工作门现场焊口钢管内壁处采用70°U 形外坡口，过渡到外壁侧采用20°V 形外坡口（见图4），内衬钢套管垫焊法焊接，中间层焊接（第一阶段）与表面覆盖层焊接 （第二阶段）采用全位置智能焊机焊接。焊接顺序：H4→H2→H6→H3→H5→H1→H7。

图4 底轴现场对接焊缝坡口示意图 单位：mm

2.4.5 底轴智能自动焊接

为减少底轴焊接变形，提高焊接质量，环缝采用HW-ZD-200 管道全位置智能焊机焊接。

底轴对接环缝焊接采用HW-ZD-200 管道全位置智能焊机焊接，同一道环缝由 2 台焊机对称焊接，起始点为6 点钟位置，一侧焊机500 mm 高后，另一侧开始焊接，至12 点钟位置结束。环缝焊接分为打底焊接→第一道→第二道，首先为打底焊接，焊接厚度3 mm，完成后根据焊接施工情况可作磁粉探伤，合格后进行第一阶段中间层焊接，焊接厚度30～40 mm，智能焊接单层焊接厚度约5 mm，交替往返，达到焊接厚度时，停止环缝焊接，并进行保护降温处理即采用岩棉包裹降温，达到常温后，进行探伤、同轴度检测，合格后再进行第二阶段（表面覆盖层）焊接，焊接完成冷却后，进行探伤检测，合格后进行退火消应处理，完成后再次进行同轴度检测。

2.4.6 退火消应控制

底轴管环缝及门叶面板与底轴连接焊缝在焊接前，采用高温陶瓷电加热带预热，由380 V/ 240 kW 专用温控箱控制。采用石棉垫覆盖保温措施控制降温，保温期间，各部温差不超过50 ℃。焊接完成后，做退火消应处理，加热温度300 ℃左右，300 ℃以上时，降温速度不大于260 ℃/h。焊缝两侧加热宽度不小于 300 mm。

2.4.7 同轴度控制

同轴度检查将在底轴焊接全过程监测。定位焊接在底轴内套管与底轴管内壁进行分段焊接，焊接同时需保持对轴线度监测和调整。打底焊完成后进行一次同轴度检测调整；第一阶段焊接完成后进行一次同轴度检测调整，探伤检查；第二阶段焊接完成后进行探伤和同轴度检测调整。

3 效益分析

（1）本施工技术根据“散件预制，大件分割”的施工原则，采用增加厂家预制、减少现场拼装及焊接的方法，解决拼装精度要求高、现场拼装和焊接工程量大的难题，减小安全隐患，加快现场施工进度，减少现场施工工序，工艺简单，施工方便，降低成本；采用整体解体分块方法，不仅解决“尺寸大、吨位重”的金属结构部件运输及吊装难题，同时解决现场施工作业空间有限、交叉作业干扰多的安装问题。

（2）本施工技术采用分段底轴管之间现场焊接联接，环焊缝采用全位置智能自动焊机焊接的方法，人工焊接与智能自动焊机配合使用，不仅解决超大型金属结构管道环焊缝安装施工作业面多但作业空间有限、交叉干扰大且工序衔接多等一系列困难，还解决整体拼装精度要求高、现场焊接质量要求高、同期工作量大的难题，既可保证结构施工安全、提升焊接质量，又加快现场施工进度及工序衔接，设备投入经济适用，人工大量减少，智能化自动机械作业，降低安全风险。

4 结 语

超大型三跨底轴驱动翻板水闸底轴安装技术的应用主要适用于在有限现场条件下，超大型金属结构部件运输、安装、智能自动焊接的施工技术。此安装技术自成一套系统，可安装超大型金属结构部件，解决“尺寸大、吨位重”的金属结构部件运输、吊装、精准安装等难题，可供类似工程借鉴及推广。