1、构皮滩泄洪洞弧门制作技术李应国 中国水利水电第八工程局 贵州贵阳摘 要 贵州构皮滩电站大坝钢衬共有 7 孔，由于电站大坝浇筑需要提前，构皮滩中孔钢衬的安装要打破常规，中孔七条钢衬需在极短的时间快速施工，快速进行安装。经过合理的拼装、吊装就位和焊接、加固等工艺，达到钢衬的整条安装，整体混凝土浇筑的效果。本文从具体的施工措施入手，介绍了快速施工的技术措施。关键词 快速 分节 翻身 精度控制 一、概述构皮滩泄洪洞弧形闸门安装于左岸山体 550 米高程的泄洪洞内，主要起挡水、泄洪作用。闸门通过液压启闭机与门叶吊耳连接进行启闭。具有如下结构特点：1、闸门门叶、支臂及其部件材料为 Q345B、部分不锈钢材
2、料及少量铸锻件、非金属材料；2、门叶结构由主梁、次梁、面板、隔板、边梁等组成；3、闸门主支承为支铰装置，侧向为侧轮装置导向形式；4、闸门水封均为 LD19型橡胶水封形式；5、门叶节间需进行整体加工，加工后用螺栓连接，采取销轴定位；面板为现场焊接连接形式；6、弧门面板需进行整体加工。泄洪洞弧形工作门为主纵梁直支臂球铰弧形门，纵梁及支臂均为焊接型梁结构，支臂为两支杆。弧面半径 R=18.00m，门叶于宽度方向分 3 个制造单元，门叶三大块连接面应机加工 Ra12.5m，节间用销轴及高强螺栓连接，面板水密焊。门叶结构、支臂等由 Q354B 钢板焊接组成，支铰系统由 ZG310-570 支铰支座、40
3、Cr 锻钢镀铬铰轴及自润滑球面滑动轴承组成。侧止水为橡塑复合水封（LD-19） 。吊点设计在门叶顶部，本工程共制作此类闸门 1 扇，重量 361t。弧门面板整体机加工 Ra12.5m。闸门主要特征及参数见下表：泄洪洞弧形工作门主要特征及参数名 称 特 征闸门型式 直支臂球铰弧形门启闭机型式 23000kN 液压启闭机孔口尺寸 宽 高(m) 10.09.0闸门尺寸 宽 高厚(m) 10.011.92.6 R=18.0底坎高程(m) 550.001设计水头(m) 81.0操作水头(m) 81.0支铰 900mm 自润滑球铰吊点型式 双吊点最大运输单元尺寸 (m) 1011.92.6运输单元最大重量
4、 (t) 5052 闸门制造主要工艺原则为减少焊缝数量，从而减少焊接应力与变形，对主梁腹板、面板、支臂翼缘板以及腹板等定尺采购；为保证下料质量，切割一般采用半自动切割机下料，构造较复杂件采用数控切割机或仿形切割机下料，手工切割仅用于上述切割手段不能使用部位；焊接尽可能采用效率高、质量稳定的埋弧自动焊，对变形控制要求严格的制作件，优先采用 CO2 气体保护焊；门叶结构放大样制作。其丁字型主横梁、隔板等采用单元预制。隔板及腹板整体下料（根据其长度可以分段） 。门叶结构在制作胎模上拼装为一整体焊接；支臂结构放大样制作。上、下支臂结构以及连接杆件单元预制。上、下支臂与连接座板组装为一榀整体焊接；支臂与
5、门叶结构连接端预留修整余量，支臂及门叶结构相应连接板组装时焊接；弧门总拼装以支铰装置为组装基准；总拼装设拼装模架，各节间设定位及安装标记。弧门整体组装后进行面板加工工艺。54 制造工艺说明541 胎模制作由制作工艺规划可知，各分节门叶结构在胎模上拼装为一整体焊接，故胎模支撑面积与门叶整体结构一致。胎模结构采用混凝土与钢结构相结合的形式，并用与弧门工艺曲率(一般取比设计值大 2/1000)相适应的弧形钢板直接支撑门叶结构。各支撑点与弧门隔板、横梁位置相对应。胎模弧度最低点按检测与操作方便要求而定，取最低点至平台基准高度不小于 500mm。 （见下图）2在胎模四个角位置设检测标高，以进行弧门拼装、
6、焊接过程监测。同时在胎模上设门叶纵、横向中心线及分节位置线。胎膜的设计是弧门制作的关键工序，必须考虑胎膜的刚性、胎膜的542 制造材料准备为减少焊缝数量，从而减少焊接应力与变形，对主梁腹板、面板、支臂翼缘板以及腹板等定尺采购；材料进场后，由专职人员对材料进行验收。钢材验收时，检查质量保证书是否符合设计与制作技术要求。严格检查钢板表面质量情况，特别是对存在毛边的钢板要进行超声波探伤抽查（比例不小于 5，且不小于 2 张钢板） ，按类别编号并打上钢印。材料部门及时将材料规格及数量通知生产车间或项目部。车间将材料编号和材料的几何尺寸、规格与图纸制作件一一对应，编制排料图，做到材料专项专用。车间或项目
7、使用材料必须经排料员签字认可。排料时应考虑如下因素：1）材料的最大利用率；2）构件的收缩率；3）构件的加工余量；4）焊缝间距要求；5）整体工艺安排（如加工顺序、对称整体下料等要求） 。543 门叶结构放样下料考虑到焊接收缩及变形等因素，门叶结构按工艺曲率(一般取比设计值大2/1000)放大样。放大样可确保结构组装的准确性，同时对施工图纸进行进一步验证。放出门叶结构大样后，按大样作出各零件制作样板。考虑到门叶制作时火焰切割、焊缝收缩、机械加工等因素，钢板划线时根3据制作要求预留出收缩余量、切割余量及机械加工余量。对隔板、筋板以及腹板的高度尺寸仅考虑预留 2mm 切割余量，闸门长、宽尺寸收缩余量一
8、般按照1/1000（单元预制件为预制完成后收缩余量 1/1000）进行选取。进行排料时，应充分考虑各焊缝错开间距（规范要求为两平行焊缝间距不小于 200mm）满足设计及规范要求。下料前按要求对钢板进行裁边（裁边尺寸一般取钢板厚度，但进场钢板已裁边的可不受此限制） ，对钢板表面不平度较大的钢板用钢板调平机对其进行调平处理。下料根据划线要求进行切割。门叶隔板及其后翼板均为整体下料。门叶隔板等弧形构件，采用双头切割机配弧形轨道下料。其余零件下料采用数控切割机、半自动切割机进行切割，手工切割仅用于上述切割方法无法执行处。焊接坡口在下料时严格按设计要求开设。坡口开设与钢板焊接所采用的焊接方式相对应。54
9、4 主梁、隔板预制为减少总拼时的焊缝数量，增加门叶结构总拼装的结构刚性，减少焊接变形，门叶结构主横梁 T 字型梁以及隔板（“T”字形结构）在下料后进行预制。工字型梁以及隔板（“T”字形结构）构件下料尺寸经检验合格后，进行单元制作。组拼时翼缘板与腹板为顶紧装配，组拼时主要控制腹板与翼缘板的垂直度及腹板对翼缘板中心的对称度。主横梁 T 字型梁以及隔板（“T”字形结构）焊接采用埋弧自动焊焊接。焊接时采用“船”型位置焊接。焊接在专用焊接工装上进行，为防止焊接后翼缘板出现塌边现象，对翼缘进行反变形加固处理。单元预制埋弧焊焊接形式见下图。对于第一根预制件的收缩余量，按 4/1000 放收缩量，若焊接、校正
10、完成后其长度大于 1001/1000 时，可以一端为基准，对另一端进行修整至要求尺寸（同时打磨坡口至设计要求） 。后续预制件即可根据第一根预制件余量进行相应调整。当材料为 Q345 时，焊丝牌号为 H08MnA，焊剂牌号 HJ431。焊接时钝边不宜太大，具体值需与技术部门协商确定。4施焊由专人负责，对相同制作单元采用相同的焊接规范操作，保证相同结构单元的互换性。单元制作件焊接完成后，仔细检查焊缝收缩及变形情况。对超出规范要求的制作件，一般用压力机进行校正，特殊部位(指超出压力机调整范围)用火焰校正。进行火焰校正时，其温度不得超过 500。5.4.5 面板制作弧门面板制作时将其根据分节尺寸放好中
11、心线，长度方向预留一定修整余量（20mm） 。面板卷制前，各对接焊缝进行磨平处理（对接采用埋弧自动焊焊接） 。卷制后的面板采用长度不小于 1.5m 的检验样板进行检查。要求卷制后弧度与样板间隙不大于 2mm，以减少组装时的装配应力。卷制后将面板吊上胎模，根据分节尺寸在胎模上将各节面板对接完成。根据胎模上的中心线和面板上的中心线，对准中心线后固定在胎模上，外侧用花篮螺栓拉紧与支撑弧形支承板贴合，面板分节处用压码压缝。整块面板拼制完成后，即在面板上放出主梁、次梁等的组装线，打上样冲并标出面板周边余量。面板周边余量在整体焊接完成后，重新测量定位、切割。5.4.6 门叶结构整体拼装在门叶结构单元预制完
12、成，并经检验合格后进行门叶结构整体拼装。门叶结构采取整体制作法。即将所有各分节门叶结构组拼成为一整体后进行焊接。门叶结构拼装在胎模上进行。每节门叶结构拼装顺序如下：面板铺设主、次梁就位、固定隔板及后翼缘固定两侧边梁就位、固定拼装步骤如下所示：1）以胎模上所设纵横中心线及分节位置线为基准铺设面板，并在面板上划出各横、次梁及隔板等拼装位置线。2）根据面板上的拼装线，先吊装拼点中间主横梁，再拼点次梁及隔板。3）吊装拼点两侧边梁。4）节间采用楔紧工具进行夹紧，保证节间贴合紧密。5此时粱格已形成，由质量部门对拼装质量进行全面检查。调整偏差，使之满足规范要求。门叶结构总体尺寸经检查，达到要求后才进行焊接。
13、各连接部位，如隔板、主、次梁与面板之间，隔板腹板、翼缘板与横梁腹板、翼缘板之间等连接部位要顶紧装配。门叶正式焊接前，对所有焊缝进行一次工艺性的加固焊（加固焊焊高6mm，每段长度 60mm，间距 300mm） ，以免正式施焊过程中，由于焊接后应力把“点焊”处拉开，从而避免门体变形及尺寸超差。5.4.7 门叶结构整体焊接门叶结构整体焊接在制作胎模上进行。门叶材料为 Q345 时，焊接材料采用低氢型 E5015（J507 ）焊条，焊丝为H08Mn2SiA (ER49-1)镀铜实芯焊丝，焊丝直径为 1.2mm( 用于立焊缝)和1.6mm(用于横焊缝及平焊缝)。保护气体纯度不低于 99.8。露点温度不低
14、于50。5.4.7.1 焊缝分类一类焊缝：闸门主梁、边梁的腹板及翼缘板的对接焊缝；闸门吊耳板、吊杆的对接焊缝；闸门主梁与边梁腹板连接的角焊缝及翼缘板连接的对接焊缝。二类焊缝：闸门面板的对接焊缝；闸门主梁、边梁的翼缘板与腹板的组合焊缝及角焊缝；闸门吊耳板与门叶的组合焊缝及角焊缝；主梁、边梁与门叶面板的组合焊缝及角焊缝。三类焊缝：不属于一、二类焊缝的其它焊缝。5.4.7.2 焊接准备（1）焊接前，先对焊条按要求进行烘烤或清理。焊条在 100150保温筒中保存，随用随取。（2）施焊坡口及两侧 1020mm 范围内的铁锈、熔渣、油污、水迹等进行清理。（3）焊缝坡口型式确认。5.4.7.3 焊接程序焊接
15、时，除按规范要求须确保各类级别焊缝的内在质量和外观质量符合要6求外，还应严格控制门叶结构焊接应力及变形。焊接应力及变形的控制工艺原则如下：（1）在组装和连接一个结构或组合式构件时，焊接顺序应使焊接变形和收缩量最小。（2）焊接过程中，焊接顺序做到使焊接所施加热量尽量均衡。（3）焊接方向从工件相对固定点开始，向约束较小的方向移动。门叶结构施焊次序为：立焊仰焊焊缝与面板贴角焊缝焊接。即在焊接时，先完成主横梁腹板与隔板腹板间立向焊缝，使门叶形成一空间骨架；再将此骨架仰焊焊完，使骨架形成一整体；最后完成骨架与面板贴角焊缝。立焊与仰焊焊接：每条立焊缝从中间分两段（先焊上段后焊下段）采用从下至上分段退焊法进
16、行施焊。焊接时，采用 48 名焊工由纵向中心线向外围间隔、对称逐步退焊法施焊。仰焊焊接顺序与立焊相同。焊接时要求严格按规定的焊接顺序和焊接方向进行焊接，各操作人员焊接速度、焊接电流应保持一致，尽量使门叶均匀受热，以减少门体焊接变形及焊接应力，使门叶焊后尺寸符合设计和规范要求。与面板贴角焊缝焊接：在骨架立焊及仰焊焊接完成后，进行骨架与面板贴角焊缝焊接。平焊焊接采用分段跳焊法施焊，以避免热量集中造成门叶过大的变形。5.4.7.4 焊缝检验及焊缝处理门叶焊接选择持有合格证的焊工进行施焊，并在焊缝附近用钢印打上焊工代号，做好记录。门叶一、二类焊缝质量采用无损探伤检验。探伤均在焊后 24小时后再进行。一
17、、二类焊缝中如有缺陷，需手工修补时，先分析原因，由技术部门制定出详细的返修工艺，由操作者严格按照返修工艺执行。焊缝内部存在缺陷时，用碳弧气刨或角磨机将缺陷消除，并修磨成便于焊接的凹槽，焊补前要认真检查。如缺陷为裂纹，则应用渗透探伤，确认裂纹已经消除，方可焊补。返修后的焊缝还须用超声波探伤复查，确认焊缝质量是否已符合要求。门叶结构整体焊接过程中，对门叶整体变形进行观测，以便及时发现其变7形情况，并予以调整。门叶结构整体焊接完成后，由质检部门对门叶整体各检验项目进行全面检查，并详细记录检查结果。5.4.8 门叶结构定位装置设置、解体门叶结构焊接完成并经检测合格后，划出门叶中心线及各水封孔位置线及面
18、板修整余量线。并在分节位置按设计要求安装定位装置。上述工作完成后门叶结构解体，加工节间连接平面。5.4.9 支臂结构放样下料支臂结构采用放大样下料。放大样可确保结构组装的准确性，同时对施工图纸进行进一步验证。放出门叶结构大样后，按大样作出各零件制作样板。放大样时以每榀支臂（包括上下支臂结构、各节点板及斜撑等）为单元进行，考虑到焊接收缩、变形等因素及弧门总拼装要求，对翼缘、筋板以及腹板的高度尺寸仅考虑预留 2mm 切割余量，支臂结构长度方向放 50mm 余量，但支臂间夹角仍按设计角度放样。进行排料时，应充分考虑各焊缝错开间距（规范要求为两平行焊缝间距不小于 200mm）满足设计及规范要求。下料前
19、按要求对钢板进行裁边（裁边尺寸一般取钢板厚度，但进场钢板已裁边的可不受此限制） ，对钢板表面不平度较大的钢板用钢板调平机对其进行调平处理。下料根据划线要求进行切割。零件下料采用数控切割机、半自动切割机进行切割，手工切割仅用于上述切割方法无法执行处。焊接坡口在下料时严格按设计要求开设。坡口开设与钢板焊接所采用的焊接方式相对应。5.4.10 上下支臂结构预制上下支臂为箱形梁焊接结构、连接杆件进行单元预制。箱形梁选用 CO2 气体保护焊或手工电弧焊进行焊接。箱形梁材料为 Q345，焊接材料采用低氢型 E5015（J507 ）焊条。焊丝为H08Mn2SiA (ER49-1)镀铜实芯焊丝，焊丝直径为 1
20、.2mm( 用于立焊缝)和1.6mm(用于横焊缝及平焊缝)。保护气体纯度不低于 99.8。露点温度不低于50。其制造工艺如下：81）上翼缘板与肋板组装时，将上翼缘板放置于平台上，并以其为基准，按图纸尺寸放出各加劲肋位置线。将加劲肋与上翼缘板组装，每块加劲肋在组装前检查对角线。组装两腹板，但腹板不与翼缘板点焊，腹板与上翼缘板、肋板组装时腹板与加劲肋贴紧，同时检查腹板与翼缘板垂直度。组装后采用 CO2 气体保护焊进行加劲肋与翼缘板连接焊缝焊接。焊接时由加劲肋中间向两侧进行。焊接完成后检查变形情况。2）箱形梁组装成 “”形后，先焊加劲肋与腹板立焊（自下至上焊接） ，再焊箱形梁内部翼缘与腹板角焊缝。焊
21、接时由两名焊工采用相同焊接电流与相同焊接速度，从中间往两端对称施焊。3）在完成以上工序后进行下翼缘封盖。最后焊四条长纵角焊缝（采用四名焊工从中间往两端对称施焊） 。4）箱形梁制造过程中，对其组装及焊接工序进行监测，以及时调整焊接规范，控制其焊接变形。连接杆件一般为工字梁结构，其单元预制参照门叶结构主梁工字梁结构制造工艺执行。5.4.11 每榀支臂结构拼装焊接5.4.11.1 每榀支臂结构拼装在支臂结构各构件及单元制作完成，并经检验合格后进行每榀支臂结构拼装。支臂制作采用上下支臂结构作为一榀整体拼装、焊接。支臂拼装按支臂立视位置进行。拼装时，在拼装平台上划出上下支臂结构中心线及其交点位置，并以此
22、作为拼装基准。拼装步骤如下所示：1）铺设加强板。2）根据拼装基准线，吊装拼点上下支臂箱形梁结构。3）吊装拼点加强肋板（与支铰连接端） 。4）吊装拼点另一加强板。5）吊装拼点支臂竖向支撑。6）吊装拼点支臂连接座板（靠支铰端） 。95.4.11.2 每榀支臂结构焊接每榀支臂结构总体尺寸经检查，达到要求后才进行焊接。各连接部位，各组合面的局部间隙不得大于 2mm。正式焊接前，对所有焊缝进行一次工艺性的加固焊（加固焊焊高 6mm，每段长度 60mm，间距 300mm） 。支臂材料为 Q345B，焊接材料采用低氢型 E5015（J507）焊条，焊丝为H08Mn2SiA (ER49-1)镀铜实芯焊丝，焊丝
23、直径为 1.2mm( 用于立焊缝)和1.6mm(用于横焊缝及平焊缝)。保护气体纯度不低于 99.8。露点温度不低于50。（1）焊缝分类一类焊缝：支臂的腹板及翼缘板的对接焊缝； 二类焊缝：支臂的翼缘板与腹板的组合焊缝及角焊缝；支臂与连接板的组合焊缝及角焊缝； 三类焊缝：不属于一、二类焊缝的其它焊缝。（2）焊接准备1）焊接前，先对焊条按要求进行烘烤或清理。焊条在 100150保温筒中保存，随用随取。2）施焊坡口及两侧 1020mm 范围内的铁锈、熔渣、油污、水迹等进行清理。3）焊缝坡口型式确认。4）需预热钢板如加强板的预热处理。（3）焊接程序焊接时，除按规范要求须确保各类级别焊缝的内在质量和外观质量符合要求外，还应严格控制支臂结构焊接应力及变形。支臂结构焊接应力及变形的控制工艺原则与门叶结构相同。支臂结构施焊方向从固定端开始往自由端延伸。安排两名焊工采用相同规范对称施焊。焊接顺序为：立焊正面平焊背面平焊加强板与支臂箱形梁对接点固前（对接焊缝为现场焊接） ，先在加强板与工字粱翼缘连接位置加工出一缓坡。
