局部硫化技術在三峽水利樞紐深孔弧門水封更換中的應用

余洪斌，魏 丹，朱全平，胡毅力

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

泄洪深孔是三峽水利樞紐最重要的泄洪設施，共23個，采用有壓短管接明流泄槽跌坎摻氣型式，鼻坎挑流消能，進口底高程90 m，水平布置，有壓段出口尺寸為7 m×9 m(寬×高)。進口頂曲線和側曲線均為橢圓曲線，有壓段出口壓坡長8 m，坡度1∶4。共設三道閘門，分別在進口設一道反鉤疊梁檢修門，尺寸為9.6 m×14.53 m；有壓段中部設平板事故檢修門，尺寸為7 m×11 m，事故門槽寬1.95 m，深1.1 m，錯距0.11 m，圓弧半徑0.1 m，退坡1∶12；有壓段出口處設弧形工作門(簡稱“弧門”)，尺寸7 m×9 m。由于反鉤疊梁檢修門與平板事故檢修門僅在深孔弧形工作門檢修時擋水使用，而弧形工作門汛期頻繁啟閉，常常造成閘門水封部分受損而產生射水，既影響閘門的正常運行又浪費了寶貴的水資源[1]。故此次僅研究泄洪深孔弧形工作門橡膠水封局部硫化更換。

深孔弧形工作門位于壩體內部，在壩體中形成大空腔結構，工作弧門操作室布置在高程117.5 m，操作室尺寸定為7.0 m×5.5 m×13.5 m(長×寬×高)。操作室頂部設一3.25 m×2.5 m(寬×長)的吊物井，直通壩頂。深孔工作弧門啟閉采用液壓單吊點啟閉機，根據運用要求，每3～4臺啟閉機設一油泵室，啟閉機室后設長10.85 m、寬5.5 m油泵室。

橡膠水封具有結構簡單、彈性好、封水嚴密可靠、安裝方便、耐老化、使用壽命長等優點。一般采用天然橡膠或氯丁橡膠制造。橡膠水封可分為純橡膠水封和復合材料水封兩類。純橡膠水封中加入專用防老化劑、補強劑、硫化助劑、硫化促進劑、增塑劑以及工業碳黑等十多種原料，經過煉膠機反復擠壓混合后制成的半成品，再置入模具中經硫化壓機于高溫、高壓條件定型所生產出的止水元件，且又符合水工鋼閘止水技術性能的稱為普通水封[2]。三峽工程常用的橡膠水封有[3]：加高強尼龍帆布又加增強聚四氟乙烯薄膜的水封稱為夾高強尼龍帆布橡塑復合水封。工作中為減小低摩阻又耐磨的水封稱為橡塑復合水封；只加帆布的水封稱為高強帆布水封；不加帆布和增強聚四氟乙烯薄膜的稱為普通水封等。此類水封的使用年限為5～10年，具體要結合閘門設備狀態分析定是否需更換(見表1)。

表1 1扇弧門水封材料清單表

1 現 狀

泄洪深孔是三峽水利樞紐最重要的泄洪設施，每年運用時間長，啟閉操作頻繁，運用水頭高。水位變幅大，最大流速超過35 m/s，且水中挾帶泥沙，磨蝕問題較為突出，故造成水封全面性及局部性的破損(見圖1)。

圖1 破損水封在側面鋼襯上產生的射水印記圖

泄洪深孔弧形工作門水封分為頂水封、頂水封橡皮墊、側水封、轉角水封及底水封。

自2005年起，每年針對性的進行泄洪深孔弧形工作門水封更換工作。10多年的時間，泄洪深孔弧門水封基本上都需整體進行更換消除閘門漏水或射水現象，同時有的孔位弧門水封并未到達使用年限而再次進行了更換。而此現象實際上常常為水封局部損壞造成的，為此進行的弧門全水封更換導致耗費了更多的人力、工期與材料消耗。

鑒于上述原因，此次引進局部硫化技術對破損的三峽水利樞紐泄洪深孔弧門水封進行更換。

2 施工工藝

三峽泄洪深孔弧門水封破損處常常發生P型方頭側水封(P60B-11931mm)上，P型圓頭頂水封及其橡皮墊為一整套(一般很少漏水)，底水封為普通平型水封(更換較易)，故局部硫化更適用于側水封局部更換。故此次以弧門側水封局部粘結工藝做說明。

2.1 材料、工器具等準備

由于三峽泄洪深孔弧門側水封局部粘結需在深孔弧門側墻空腔與門體背水面格梁之間搭設硫化平臺，屬于高空臨空作業，同時光線較暗，故需配備安全防護及照明措施。故需安全帶6付、安全網2張、照明燈具布置、剪刀1把、銼刀1把、手錘1把、生膠片1公斤、95號汽油5L、備用水封1條、簡易硫化機1臺[4]、木板若干。

2.2 施工過程

1)首先需將破損處水封上下多放200 mm長的量進行切除，將新的側水封按切除下來的尺寸進行取樣。

2)搭設好硫化平臺，接好簡易硫化機電路線(見圖2～圖3)。

圖2 簡易硫化機三維模型圖

圖3 簡易硫化機現場電線搭接圖

3)進行局部硫化粘結，新側水封需進行與舊側水封上、下段共2次粘結。粘結過程中需嚴格控制溫度，加熱溫度一般控制在130～160℃，硫化時間控制在60 min以內。加熱硫化粘結后接頭部位應粘結牢固，無裂口，無海綿，凸起、凹面不得超過0.5 mm，見圖4、圖5。

圖4 水封粘結前 圖5 水封粘結后

3 橡膠水封更換方案對比

因三峽水利樞紐泄洪深孔弧門橡膠頂水封及側水封由拐角水封粘結連接，故若整條水封更換的話常常需頂水封、側水封及拐角水封一起粘結成門型水封后更換，其更換流程如圖6。

圖6 更換流程圖

舊水封及壓板拆除→舊水封及壓板吊運至壩面→新水封粘結(側水封一端-拐角水封、頂水封一端-拐角水封粘結，共需進行兩次硫化粘結而成門型水封)→新水封配鉆→新水封轉運至壩面→新水封從壩面吊至深孔弧門底坎→新水封回裝。

整個工作工期為30 d，每天需工人6人，總消耗人工180人。局部舊水封切除、局部硫化工作1 d內完成，回裝需1 d，每天需工人6人，總消耗人工12人。局部硫化更換方案人工、工期是傳統更換方案的1/15，備用水封可多次使用，減少了整套門型水封的消耗。

局部硫化更換近年來實行過，取得了良好的效果，詳細比較見表2。

由于三峽泄洪深孔弧門水封為高水頭高強度橡膠水封，局部硫化技術在泄洪深孔弧門水封更換中也是有適用條件的。由于側水封長有11 931 mm，由4到5塊壓板壓合在門體上進行止水，同時由于汛期弧門啟閉頻繁，故側水封中段及底段拐角處最容易產生漏水或射水。更換前需統計弧門射水或漏水點，如有些射水點或漏水點為螺栓松動造成，僅需擰緊螺栓即可消除。若為水封破損或變形造成漏水或射水，且部位比較多的話，此時較多部位進行局部硫化粘結更換會造成水封各處受力不均，粘結處容易撕裂，從而造成水封漏水或射水，達不到水封修復的效果。故此種情況需進行整條水封更換。

4 結 語

三峽電站泄洪深孔是三峽-葛洲壩水利樞紐的重要組成部分，擔負著防洪、航運、調度等功能。水電站水工鋼閘門漏水量較大時，若長時間不處理，則高壓水柱會對過水流道及側墻等造成一定沖蝕，同時也造成水資源浪費。若在泄洪等過水流道檢修過程中，閘門水封漏水，則會嚴重影響泄洪等過水流道檢修施工質量及施工安全，故三峽水利樞紐泄洪深孔破損水封及時的更換對保證電站安全運行有著十分重要的作用。此次結合工程實際，選擇對破損水封進行局部硫化更換的方案。方案實施以來，整體止水效果好，質量滿足要求，為以后泄洪深孔弧門水封更換工作提供了很好的借鑒意義。通過方案實施總結出以下建議：

表2 橡膠水封更換方案的優勢與劣勢比較表

1)三峽泄洪深孔弧門水封破損處常常發生P型方頭側水封(P60B-11931 mm)上，P型圓頭頂水封及其橡皮墊為一整套(一般很少漏水)，底水封為普通平型水封(更換較易)，故此局部硫化更適用于側水封局部更換；

2)由于三峽泄洪深孔弧門水封為高水頭高強度水封，故若整條側水封中破損或變形處較多，此時局部硫化更換不適用，建議需進行整條側水封更換；

3)局部硫化更換破損水封取得了良好的效果，可積累經驗應用于相似情況的水電站。