周公宅水库金属结构与机组安装质量控制方案

中国水利水电建设工程咨询西北公司周公宅水库工程监理部 简江涛 田卫祖###。

【摘要】本文着重介绍金属结构及机组安装的质量控制。

周公宅水库位于宁波市鄞州区大皎溪皎口水库上游15km，坝址位于鄞州区章水镇周公宅村北大皎溪干流上，距宁波市区约51km，坝址以上控制流域面积132km2，水库总库容1.12亿m³是一座供水、防洪结合发电的综合水利工程。

本工程为Ⅱ等工程，由拦河坝、泄洪及放空建筑物、发电引水系统、地面厂房和开关站等建筑物组成。

拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶中心线弧长446.77m，坝顶高程240m，最大坝高125.50m。拱坝泄洪建筑物采用坝顶开敞式溢洪道，挑流消能，溢洪道布置在坝顶中央，共3孔净宽10m，坝体右岸147.00m高程设两根Φ1.20m放空管。引水系统布置在大皎溪右岸山体中，采用一洞二机布置。厂址位于杜岙村上游0.2Okm处。电站装机容量12.60（2×6.30）MW。

金属结构安装总量约401t，其中引水发电系统约84t，泄水系统约263t，水库放空系统约54t；机电设备安装主要包括：2台6.30MW竖轴混流式水轮发电机组；2套调速器及油压装置；2套进水阀及操作装置。

（1）底槛安装。

为保证闸门安装的精度和质量要求，设置满足安装要求的控制点并进行保护，底槛安装时利用门槽两侧已放好的控制点，拉一根钢丝线，找正底槛的高程，每隔0.50m测量一点。工作表面的扭曲值f根据底槛顶面宽度B而定，一般应小于1mm~2mm。确定f值现场采用在底槛顶面的上方拉两根水平的钢丝线，其间距略小于底槛顶宽B，每隔0.50m分别测出这两根钢丝线距底槛顶面的高程，其最大值为扭曲值f。图1为底槛安装的控制点平面图。监理工程师质量抽检结果见表1。

图1 底槛安装的控制点平面图###。

1—孔口纵向中心线；2—中心控制线；3—控制点

表1###。

（2）主轨和反轨安装。

拦污栅、事故检修闸门和尾水检修闸门三个部位的主轨均采用滑动支撑轨道。进水口事故检修闸门主轨是主要承力机构。安装前对门槽部位一期混凝土尺寸、主轨变形情况、预埋插筋进行全面的检查，并设置控制点（见图2），图中A、B、C三点为主轨安装的控制点，设置在距待测表面50mm~100mm处。由于闸门井高65.5m，进水口事故检修闸门每根主轨分6件到货，为了保证主轨安装质量和精度，每件主轨安装作为一个控制单元，检查合格后进行二期混凝土浇筑。

图2 进水口事故检修闸门主轨、反轨控制点布置图###。

利用20t缆机将主轨吊入门槽中，调整工作同时依据A、B、C三根基准线（见图2）从下端开始，逐步向上进行，工作区域内每隔0.50m测量轨道和基准线间的距离，非工作区域内间隔1.0m进行测量。工作表面组合处的错位工作范围内不应超过0.50mm，工作范围外不应超过1.0mm，超过允许范围后应在凸端开斜坡过渡，现场采用手砂轮打磨平。为防止浇筑二期混凝土时破坏主轨的安装精度，要求将支撑加固牢靠，加固锚钩的直径不小于预埋插筋直径，其两端与主轨及预埋插筋焊接搭接长度不小于50mm（双面焊）或不小于100mm（单面焊）。加固锚钩每隔500mm高程不小于一对。二期混凝土浇筑后，在混凝土达到龄期后组织测量单位对主轨进行复测，确保最终安装精度，符合设计、规范要求。主轨安装监理工程师检测结果见表2。

表2###。

闸门升降时反轨起导向作用，其控制点设置见图2，D、E、F为反轨安装的基准线，反轨安装的质量控制同主轨安装。反轨安装监理工程师检测结果统计见表3。

表3###。

（3）门楣安装

门楣调整固定后，对门楣的工作表面扭曲值/进行检查，方法是在不锈钢止水座板面前上下拉两道钢丝线，测量钢丝线与不锈钢止水座板间的距离a₁、a₂并进行比较。门楣安装完毕，其不锈钢止水座板面与两侧轨道面在空间是一“□l”形平面，止水面处借牙不得大于0.50mm，以免漏水。门楣安装监理工程师检测结果统计见表4。

表4###。

（4）门叶的吊装及调试

引水系统进水口平板检修门，门叶为整体到货，现场联合对门叶尺寸及止水位置复核后组织吊装。

进水口事故检修闸门门叶采用20t辐射式缆机吊装，将门叶吊装到孔口位置时，检查无安全问题后，把闸门下落到孔口锁定位置并用锁定梁锁定门叶，准备在水封处浇水润滑，然后把闸门吊入门槽，缓慢下落至底槛上。

1×1000kN启闭机吊装就位，试运转时检查各部件的运转情况是否正常，启闭机调试结束后连接闸门，在无水的情况下作全行程启闭试验。试验前清除门叶上和门槽内的所有杂物。启闭试验时必须在水封处浇水润滑，并检查闸门在升降过程中有无卡阻现象、止水橡皮有无损伤等。

闸门全部处于工作位置后，在闸门上游门槽内利用千斤顶压紧闸门，采用灯光和塞尺检查止水橡皮的压紧程度，不应有透光现象或间隙。水封压缩量不够的地方通过局部加垫的方法来调整压缩量，以免漏水。

进水口拦污栅栅叶组装时，其栅架边柱和栅条应对齐，最大错位处应小于栅条厚度的0.50倍。拦污栅采用10t手拉葫芦启闭，手拉葫芦与拦污栅通过拉杆连接，做全行程启闭试验，无卡阻现象。

尾水检修闸门门叶采用12t汽车吊，用上述方法把两扇尾水检修闸门吊入门槽中。采用2×30kN的移动式电动葫芦进行启闭操作，两扇闸门公用一套启闭设备，考虑到两扇尾水检修闸门可互换工作，分别在同一孔作两扇闸门的透光试验。

弧形闸门底槛安装方法与平面闸门底槛安装方法相同，此外，还必须检查底槛中心至支铰中心的半径R值（设计值为16380mm），误差不得超过±5mm。监理工程师检测结果统计见表5。

表5###。

弧形闸门侧轨呈弧形，侧止水座板和侧轮导板做成一体，并在同一平面上。在对预留槽尺寸复核和预留插筋处理完毕后，为了控制侧轨的工作平面度和工作表面扭曲f值，在侧墙适宜位置的外漏钢筋头上设置控制点S₁、S₂、S₃和S₄，以形成两个“П”形控制基准平面，如图3所示，带有活套的线3可以在线1和线2上沿水流方向移动。控制基准面距侧止水座板面的距离应取50mm~100nim之间的一个整数值。测量线3距侧轨面所得数值偏差就是对孔口中心线的偏差。此外还应调整控制侧止水座板中心至支铰中心的半径R，误差不超过±5mm。监理工程师检测结果统计见表6。

表6###。

弧形闸门支铰是主要部件，它使闸门绕铰轴转动而启闭。支铰在出厂前，厂内与斜支臂预装配钻打孔，统一进行编号。

支铰吊装前，先在预埋螺栓上安装调整螺母。支较中心对孔口中心线的距离偏差为±1.5mm，支铰轴孔倾斜偏差为1/1000mm，两支铰轴线的同轴度偏差为1.0mm，同时控制调整支铰的跨度达到设计要求。支较位置调整找正后，拧紧所有加固螺母。按照设计要求在支铰（固定铰端）与侧墙、牛腿埋件间浇筑环氧砂浆填充。监理工程师检测结果统计见表7。

图3 弧形闸门侧轨安装控制基线###。

表7###。

斜支臂与门叶主横梁的连接和活动支铰的连接均采用连接板螺栓连接。斜支臂在出厂前与支臂主杆组装成角形臂杆，竖杆已焊接在支臂上，形成一个具有“A”字形的刚性构件，其余工作量在现场进行组装焊接。斜支臂组装包括：斜支臂臂杆与连接杆的组装；斜支臂与支铰的连接;支臂与主横梁的连接。

（1）斜支臂臂杆与连接杆的组装。

首先按照设计图纸找正臂杆中心轴线，然后再进行其它竖杆、节点板和斜杆安装，点焊牢固。支臂与主梁的连接板与活动支铰的连接板已经在制造时分别与门叶上的螺孔及与活动支校上的螺孔配钻，进行统一编号，使支臂吊装时与主梁及活动支铰连接一一对应。与门叶的连接板用螺栓固定在主梁翼板上，待安装调整好后才正式与斜支臂连接。(www.xing528.com)

组装时控制支臂开口处弦长b，设计值为6584.70mm，其允许偏差：b≤4m时，允差为±2.0mm；4＜b≤6m，允差为±3.0mm；b＞6m时，允差为±4.0mm，为了保证支臂组装后安装和运行的质量，现场对支臂开口处弦长b允差控制在±2.0mm范围内。同一支臂的两臂杆长度L值不得超过±3.0mm;左右两个支臂长度相对差不大于2.0mm；支臂侧面扭曲不应大于2.0mm，上下支臂侧面，在同一断面上的倾斜值不应超过5.0mm。组装时以臂柱中心线夹角平分线为基准线，臂柱腹板应与门叶主梁腹板形成水平连接，支臂连接板应与基准线垂直，上、下臂柱腹板在垂直于基准线的剖面的扭角应用样板检查，样板间隙应不大于2.0mm。

支臂组装完成经点焊后检查合格后，即可进行焊接工作。为避免焊接过程中出现构件变形现象，正确的焊接工艺和工序显得尤为重要，现场焊接的构件组装焊接顺序为：先焊支臂杆与角形臂杆的对接缝，其次是竖杆与臂杆的连接缝，然后是节点板与支臂及竖杆的连接缝，最后是斜杆与连接板的连接缝。

（2）支臂与活动支铰的连接。

吊起组装好的支臂，同时用手拉葫芦转动活动支铰与支臂连接板对齐;快速拧上安装螺栓，装上抗剪键，再用对称法拧紧全部螺栓。将支臂另一端落于溢流坝面上，等待与弧门门叶连接。

对支臂连接板与活动支较连接板组合面之间进行检查，应平整密贴，接触面不应小于75%；连接螺栓紧固后，用0.30mm塞尺检查，连续可插入部分应不大于100mm，累计长度应不大于周长的75%，极少数点的最大间隙应不大于0.80mm。

门叶出厂时分四块到货，对门叶进行检查后，在门槽内进行组装，根据厂家的预组装记号自下而上进行组装，控制组装的几何尺寸偏差在允差范围内，允差范围见《水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T5018—2004）表7.5.1弧形闸门公差与极限偏差。然后焊接组合缝。门叶几何尺寸全部调整合格后，先用定位焊固定后进行组合缝的焊接。门体的焊接，主要是控制变形量。在施焊前要根据门体结构特点及质量要求编制焊接工艺大纲指导焊接工作，弧形闸门组合焊缝按照规范要求为二类焊缝，焊接工作必须由通过考试的合格焊工担任并从焊前准备、焊接检验诸方面严格把关，才能保证组合焊缝的质量。门体组合焊缝的焊接顺序为：由偶数焊工先对称焊接左右边梁腹板立缝，然后焊接门体中间隔板立缝或纵梁与主梁间的焊缝，接着焊接下翼缘的平缝，最后焊接面板对接焊缝，面板对接焊缝采用从中央反向分段退焊法，以减少焊接变形。焊接工作结束后，依据规范对所有焊缝焊缝外观进行检查处理，最后对组合焊缝作射线探伤和超声波探伤，查明焊缝的内部情况。

支臂上的连接板已经用螺栓和主梁后翼缘板连接好，把支臂对准原组装标记处，用手动葫芦拉紧，支臂下方点焊托板定位，支臂与连接板四周点焊固定，等待调整、焊接。

调整工作要求：铰轴中心至面板外缘的曲率半径偏差不应超过±8mm，两侧支臂的对角线相对差应不大于5.0mm，上下支臂侧面，在同一断面上的倾斜度不应大于5mm，支臂中心至门叶中心距离偏差≤±l.50mm。

门体铰轴、支臂安装监理工程师检测结果统计见表8，工作范围内各埋件距离监理工程师检测结果统计见表9。

表8###。

弧形闸门采用“L”形水封，在闸门整体调整就位后，实测出侧水封螺栓孔中心线距侧轨止水板的距离，然后在侧止水橡皮上钻孔进行安装。两侧止水中心距离的偏差不应超过±3mm，止水不平度不应超过2mm。闸门处于工作部位后，止水橡皮的压缩量应符合设计规定，止水橡皮实际压缩量和设计压缩量之差的允差为-l~+2mm。左侧共测10点，右侧共测10点，全部合格。

底水封安装，利用启闭机将闸门提升50cm左右，并用临时支撑将闸门固定，然后进行底水封安装，安装与侧止水封安装要求相同。

弧形闸门启闭机安装完成后，所有的安装项目基本完成，即可对闸门进行整体检查，这也是闸门全行程启闭试验前的最后一次检查，对门叶隔板内部及顶部、门槽内所有杂物及障碍物进行清除。启闭时，应在侧止水橡皮处浇水润滑，在闸门启闭过程中，检查较轴的转动情况，闸门升降有无卡阻，止水橡皮有无损伤等现象。

在启闭过程中，经灯光和塞尺检查后，发现侧止水橡皮局部压缩量不够，现场采用在压缩量不够部位加平垫的方法，以增加水封压缩量。

埋管段制作委托有资质的厂家制作，焊缝质量、探伤结果、防腐要求等检查合格后运抵现场安装，采用20t辐射式缆机吊装到安装部位，始装节管口里程允差±4mm、中心允差4mm，以始装节为基准安装下游段钢管，钢管圆度允差4.80mm，环缝对口错位允差1.20mm（钢管壁厚6=12mm）安装调整就位后固定。

钢管安装时，环缝焊接工作是一个很重要的工序，焊接完成后必须对焊缝进行外观质量检查，焊缝表面不允许有裂纹、夹渣，咬边深度不大于1.0mm，焊缝宽度盖过每边坡口2~4mm，且平缓过渡，焊角高度应满足设计要求，不允许有表面气孔。钢管焊接内部焊缝质量检查采用超声波探伤，探伤长度按照规范规定，重点检查焊接接头处，交叉部位，经处理的焊缝及容易出缺陷的部位。经检查不合格的焊缝应铲去重新进行焊接，焊接完后必须进行检查。

电动闸阀作为放空管的检修设备、锥形阀作为工作阀之间用明管法兰连接。在平台先将法兰安装到电动闸阀、锥形阀设备上，然后进行吊装，根据上游钢管管口调整电动闸阀和锥形阀的安装中心、高程，圆度，调整好后加固，进行法兰与钢管管口的焊接，为防止焊接过程中的变形，先点焊固定，采用对称法焊接，对焊缝进行外观和超声波探伤检查合格，具备工作条件后，进行放水试验，检查各部位的安装质量，对存在缺陷的地方记录进行处理。

电站水轮发电机组采用尾水管短管自然补气，密闭循环空气冷却方式。水轮机导轴承采用自循环稀油润滑筒式瓦，固定油盆。上、下水导轴瓦均采用筒形合金瓦，采用止口定位。在机组整体吊入之前，机架已安装调整完毕，采用止口定位安装节省了轴线调整的工序。推力瓦为分块塑料瓦，上导和推力轴承采用外循环冷却（自流），运行冷却效果良好，1#机最高瓦温为44.6℃（报警瓦温为70℃），2#机最高瓦温为53.1℃上机架取消了千斤顶，机组一次运转动平衡配重成功，上机架垂直振动0.004mm，水平振动0.004mm，安装质量达到优良标准。

导叶立面采用金属刚性密封，端面采用间隙密封。导水机构上、下端面间隙设计值为0.15mm~0.30mm，总间隙为0.30mm~0.60mm，安装实测数据满足设计要求，立面间隙满足设计要求。

止漏环间隙1#机为0.50mm~0.52mm，2#机0.48mm~0.50mm，满足设计要求。1#机水导处摆度为0.018mm/m，2#机水导处摆度为0.02mm/m，满足规范及运行要求。

上、下导油盆采用气封管，气源取自上、下风扇自转冷却风力，利用压力排油雾至油雾分离器中，同时配有平衡气管，很好地处理了运行中油雾的问题。

导水机构上、下端面间隙安装符合设计要求，但从实际运行效果来看，停机时间较长，正常停机时，漏水量偏大。运行一段时间后，导叶立面间隙会慢慢变大，偏心销弯曲，但是不剪断，导致漏水量偏大，停机时间较长。经厂家技术人员现场查看与设计、监理、业主共同分析研究，发现拐臂和连接板处补偿垫偏低所致，现场实测加工补偿垫。同时减小上、下端面间隙，减小了漏水量，缩短了停机时间，减少水力损失，从而提高了经济效益。

发电机单独盘车时，法兰、下导处摆度超标，修磨卡环，满足要求之后，即进行联轴盘车，但摆度超标，再次修磨卡环，摆度还是超标，后经厂家代表同意，在法兰处加垫紫铜皮，各处净摆度降至规范要求以内，复查空气间隙和止漏环间隙，均满足规范要求。

机组安装调试完成后由浙江省水利水电工程质量监督检验站对蝶阀启闭时间、接力器全行程启闭时间、主轴摆渡、轴承及基座的振动在净水状态进行了检测，检测结果见表10、表11、表12、表13。带负荷条件下对主轴摆度和轴承、机座振动进行检测，检测结果见表14和表15。经过浙江省水利水电工程质量监督检验站现场检测，各项参数符合设计及规范要求。

表10 蝶阀启闭时间试验（单位：s）###。

表11 机组接力器全行程启、闭时间测试结果（单位：s）###。

表12 主轴摆度测试结果（单位：mm）###。

表13 轴承、机座振动测试结果（单位：mm）###。

表14 主轴摆度测试结果（单位：mm）###。

表15 轴承、机座振动测试结果（单位：mm）###。

周公宅水库工程金属结构及机组安装过程中，严格对安装质量进行控制。在施工过程中，为满足设计及规范要求，对施工工艺提出了较高的要求，经过实验、论证、调整，将最优的施工工艺、施工方法应用到工程施工中。设备安装调试过程中，监理工程师对各工序安装质量检测独立进行，根据平行检测数据进行验收及质量评定，有效地控制了安装质量，充分体现了监理效果。

目前周公宅水库工程机电设备及金属结构安装项目已全部完成，投入运行，通过运行检验，设备安装质量符合设计规范要求，运行情况良好。

1.张政：金属结构制造与安装，水利水电出版社，1995.11

2.水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范，（DL/T5018—2004）

3.水利水电工程施工质量评定表填表说明与示例（试行），中国水利水电出版社，2003.3

4.水轮发电机组安装技术规范，（GB/T8564—2003）

5.水轮发电机组启动试验规程，（DI/T507—2002）