水下破损钢轨修复技术

　　摘要：本文对广东甘竹滩洪潮电站船闸横推门导轨和南京金陵造船厂下水滑道钢轨的变形、断裂、锚固件受损，连接件破坏等损伤进行水下适时修理和加固。采用的修理和加固技术包括:水下切割和焊接技术、锚栓水下锚固技术；对于难于矫直复位的变形钢轨，大胆采用了横推门施压矫正复位技术，解决了这种特殊情况下钢轨水下复位的工程难题。为了使水下滑道的两根钢轨在水下修复后仍保持原标准轨距，采用了水下限位的拉杆球定位技术。上述技术的配合运用，成功的完成了两项修理工程，取得了满意的效果。

　　 关键词：滑道 水下切割与焊接 锚固技术 复位技术

　　1、工程概况

　　1.1 甘竹滩电站简介

　　甘竹滩洪潮发电站位于广东省佛山市顺德县西部，西江支流甘竹溪入口处。利用该处洪、潮水位差发电，是广东省现存唯一的微水头洪潮发电站。工程由顺德县组织设计、施工、设备制造和安装，电站总装机容量5MW。工程分两期进行，首期电站在滩口左岸滩地，1971年1月1日动工，1972年4月完成，安装10台0.20MW半贯流式水轮发电机组，厂房为3层结构，从下层起依次为：水轮机室、发电机室、泄洪闸。第二期电站在滩口，安装12台0.25MW发电机组，1972年5月开工，1974年2月完成，同年3月1日发电，厂房水工建筑分4层，从顶层起依次为：厂房和闸门吊架、泄洪层、水轮机室、泄洪涵。

　　甘竹滩洪潮发电站船闸横推平板闸门导轨，由四段13m长的钢轨组成，钢轨之间用连接板连接固定。导轨型号为QU80，轨高130mm，顶上宽80mm，顶下宽87mm，底宽130mm，腰厚32mm，导轨锚固件为预埋200根带弯钩的地脚螺栓，栓长300mm，型号M22；导轨下有宽300mm，厚12mm，与导轨等长的垫板；在导轨下翼缘两侧上，安装有厚度为20mm压板。

　　 1.2金陵船厂梳式滑道简介

　　金陵船厂位于南京长江大桥下游约800m处。工厂现有梳式滑道26股，整个滑道中心距为177m，从防洪墙开始到滑道的末端长度为100m，滑道的坡比为1：8，相邻两股滑道之间的距离有8m、7m、6m三种分布形式。每股滑道由两根平行的钢轨构成，中心距为1505mm，用钢筋混凝土轨枕（或木轨枕）固定，放置于砂石垫层的基础上。相邻两股滑道用钢撑杆连接固定。船台绞车有20t、30t两种，其数量各占13台。斜架车26台，承载能力为500t，斜架车的长度14m，宽度1.88m，首部高度0.6m，末端高度2.5m，轮距1505mm，总轮数52只，轮径0.4m，斜架车自重约43t。船舶下水时，斜架车移动的速度为2.5m/min。26股滑道分五次建成，1959～1961年首次建成10股道，1986～1987年拓宽3股道，1996～1997年拓宽4股道，1998～1999年拓宽3股道，2000～2001年最后一次拓宽6股道，总时间跨度达41年之久。初期下水船舶均为3000t以下的小船，自重900t左右，现在船舶下水的重量达到了10000t，船长也从原来的84m左右发展到194m。

　　 2、损伤及成因分析

　　2.1损伤形式和性态

　　2.1.1 甘竹滩洪潮发电站

　　导轨损伤形式

　　（1） 导轨偏移

　　部分钢轨接头处，在水平方向和垂直方向发生偏移，偏移距离20～30mm。有的接头连接夹板扭曲变形严重，连接锚栓的螺母脱落。

　　（2） 导轨压板松脱

　　部分导轨上的压板，已不起作用或是压板小部分压住导轨，对导轨的约束作用很小。

　　（3） 地脚螺栓破损

　　地脚螺栓、螺母由于使用多年以及过往船只的碰撞，地脚螺栓螺杆锈蚀严重，有的螺杆已折断，螺母锈蚀严重。

　　（4）下翼缘扭曲

　　过船水深较浅时，过往船只碰撞导轨，而地脚螺栓又对导轨起到固定、束缚作用，致使有的导轨下翼缘发生扭曲。

　　2.1.2 金陵船厂梳式滑道

　　 查到损伤的水下滑道主要破坏形式：

　　（1） 滑道末端的钢轨断裂；

　　（2） 钢轨长度短缺；

　　（3） 钢轨挡板松动或脱落；

　　（4） 连接板松动、断裂。

　　2.2成因分析

　　2.2.1甘竹滩横推闸门损伤成因分析

　　甘竹滩洪潮发电站船闸横推门导轨，有时过船水深较浅，船只碰底，碰撞轨道，致使导轨发生偏移、偏转、翼缘扭曲、导轨压板松脱、地脚螺栓弯剪等破坏。

　　2.2.2金陵船厂滑道损伤成因分析

　　南京金陵船厂船台滑道经改造后，由初期下水的3000t以下小船，发展为能下50000t、空船重量达10000t左右的各类机动船舶，下水船长也从原来的84m左右发展到194m，由于吨位的增加，滑道超载运行，地基沉降，斜架车在运行过程中，撞击导轨挡板，对导轨产生弯曲作用和冲击作用。在以上原因的综合作用下，致使部分导轨发生断裂、缺损、压板松动、扒钉松动、扒钉脱失、挡板断裂等破坏。

　　3.导轨修复、加固工艺

　　3.1导轨修复加固方案

　　导轨的修复，有两种方案，一种是永久性加固，一种是临时性修理。

　　永久性加固就是将已破坏的导轨更换为新轨，是对破坏导轨的彻底修复。

　　临时性修理则是针对导轨破坏形式，在不更换导轨的情况下，对固定导轨的附件以及导轨本身进行修理。

　　3.2方案分析比较

　　永久性加固方案，是彻底的修复导轨本身和加固地基。导轨本身破坏，更换导轨是迟早的事情。彻底更换、加固导轨，可避免导轨在较短时间内再次破坏和更换；而且从经济的角度考虑，永久性加固，可以减少日后修理导轨的费用。但是，更换导轨所需要的工期比较长，影响轨道的正常运行，从而也带来了一定的经济损失。

　　临时性修理方案，施工工期较短，减少停运经济损失。但是，临时性修理的导轨使用寿命不会很长，而且轨道破坏较为严重，即使进行临时性修理加固，轨道在正常使用中，如果再次受到外界的撞击，导轨就更容易被损坏。这不仅再次影响轨道的正常运行，而且增加了一次轨道加固费用。

　　4、方案选择

　　甘竹滩电站船闸过往船只较多，还牵涉到导轨彻底改造和现有资金问题，甘竹滩电站最终选择了临时性修理方案。这样可以缩短停航时间，减少投资和经济损失。

　　 南京金陵船厂，由于在近期内有下船任务，也选择了临时性修理方案，并决定将进行永久性加固修理。

　　5、施工工艺

　　5.1 甘竹滩导轨加固工艺概述

　　 开始水下修理导轨前，潜水员入水，检查工作环境，排除一切影响水下作业的障碍，确定潜水出入路线，并对导轨的破坏性质、位置、程度进行检测，以便为下一步工作的安排做好准备。然后，潜水员入水，开始水下修理。针对导轨不同的破坏形式采取不同的加固方法，将导轨附件以及导轨本身修复完好，使导轨能够正常使用。下翼缘扭曲导轨的修复，灵活的运用了横推闸门施压，将导轨调正、归位，这也是本次加固工程的特色之处。

　　5.2 金陵船厂水下滑道加固工艺概述

　　南京金陵船厂滑道导轨加固工艺，与甘竹滩电站导轨的加固工艺基本相同，但本工程特色之处是：加固断裂的连接板、断裂的导轨时，巧妙运用了拉杆球，大大降低了水下调整导轨间距的难度，高效完成金陵船厂水下滑道加固工程。

　　5.3钢轨水下修理

　　5.3.1甘竹滩导轨修理

　　（1） 导轨偏移

　　将偏移的导轨复位。水下拆除压板及连接板，由潜水员将导轨移至原导轨处，先将导轨接头处对接平整、定位，以免导轨错位，然后重新用连接板将两段导轨连接起来；连接板及连接螺栓破坏的，更换为与原型号、规格相同的连接板及连接螺栓。

　　（2） 导轨下翼缘扭曲

　　 由于导轨下翼缘扭曲，导轨压板无法安装，而且导轨QU80的刚性很强，很难将翼缘修正。经过太平洋海洋工程有限公司施工人员采用多种方法试验和现场研究，最后大胆的运用了横推闸门本身，采用边关闭闸门边安装压板的方法，不但矫正了导轨下翼缘，而且将压板成功的安装到位。这种施工方法，受到了甘竹滩洪潮发电站的赞许和支持，水下施工得以顺利进行。

　　（3） 导轨压板松脱

　　如螺母锈蚀严重难以拧下，要用水下氧-弧切割的方法将其割除。螺母、螺栓拆除后，更换螺母、螺栓，重新固定压板；压板本身已破坏的，更换新压板。

　　（4） 地脚螺栓修复

　　对于仍可以使用的地脚螺栓，用钢刷等水下打磨工具对地脚螺栓进行除锈，以便能够顺利更新螺母；原地脚螺栓不可再利用的，在原地脚螺栓一侧的位置，重新锚固一新地脚螺栓。然后安装压板。见图5－1。 地脚螺栓更换步骤:

　　A、 垫板开孔

　　在垫板上开孔，直径为40mm。

　　B、 水下钻锚固孔

　　钻孔位置：垫板开孔处；

　　钻孔深度：40cm；

　　钻孔直径：32mm。

　　C、 锚固地脚螺栓

　　地脚螺栓插入深度：40cm；

　　地脚螺栓规格：M22；

　　锚固剂：水下锚固剂；

　　图5-1 地脚螺栓加固示意图

　　锚固方法：用高压水对锚固孔进行清洗，使锚固孔内清洁、无杂物。锚固孔清洗结束

　　后潜水员将锚固剂注入锚固孔，注入深度以地脚螺栓插入后锚固剂溢出为准。将地脚螺栓慢慢地插入锚固孔，并轻微振捣、旋转，使地脚螺栓表面与锚固剂充分结合。地脚螺栓插入锚固孔的位置一定要居中，保证安装质量。

　　A、 压板安装

　　待水下锚固剂达到终凝后，将垫板开孔处用砂浆抹平，两导轨连接发生错位处，应重新安装连接板；安装压板并调整导轨位置，最后扭紧螺母。

　　5.4 南京金陵船厂水下梳式滑道加固

　　5.4.1连接板加固

　　（1）连接板松动：拧紧连接板紧固件上的螺母；如果螺母脱落或丢失，更换为与原螺母型号相同的新螺母。

　　（2）连接板断裂：连接板断裂的钢轨有两种形式：

　　a. 连接板断裂，两轨接头处没有错位

　　更换新的连接板，固定、连接钢轨。

　　b. 连接板断裂，两轨接头处有错位

　　如果直接安装连接板，连接板的孔口与钢轨的孔口无法对应。在安装连接板前，首先在两根钢轨对应孔口上，穿两根较长的螺杆，然后在与导轨平行方向的螺杆上安装拉杆球，利用拉杆球不断调整两段导轨间距，直到满足连接板安装条件为止。

　　5.4.2断轨加固工艺步骤

　　a、预制钢轨

　　按照复检断裂段钢轨的尺寸，在陆上预制与断裂钢轨型号、规格相同的钢轨，并在钢轨上制孔（用于固定连接板）；

　　b、清洗轨枕

　　吊放钢轨前，用高压水再次清洗轨枕表面，将轨枕表面泥沙等粗颗粒杂物冲洗干净，以保证钢轨与轨枕能够完全接触，从而保证导轨修理质量；

　　c、吊放钢轨

　　钢轨的吊放，是利用船厂的斜架车，在斜架车上安装临时支架（钢轨安装完毕后，将其拆除），用手拉葫芦将钢轨吊放入水。见图5－2.

　　d、安装拉杆球，调整新旧轨间距 钢轨吊放到位后，在新、旧钢轨的下翼缘上安装拉杆球，以调整新旧钢

　　轨间距，使得新、旧钢轨中心间距为1505mm；见下图：

　　 e、安装连接板，连接钢轨

　　调整好钢轨间距后，在旧钢轨上

　　与连接板栓孔对应处制孔，然后

　　安装连接板，连接钢轨，拧紧螺栓，见图5－4

　　 f、复测高程

　　钢轨安装完毕后，复测钢轨高程，并用垫板调整高程使其达到要求。

　　6．结束语

　　 甘竹滩洪潮发电站船闸导轨和南京金陵船厂滑道钢轨的水下修理，均属水下金属结构的修理和加固，涉及到的水下施工工艺有水下金属结构的切割、水下焊接、水下锚栓的安装和水下紧固件安装。

　　水下金属结构修理和加固，其特点是：水下施工工艺必须由潜水员实施，潜水员必须具有诸如水下焊接、水下金属构件测厚等的熟练技术；具有国家认证机构颁发的执业等级证书，具有合适、安全、可靠的潜水装具，配备潜水医生等，保证潜水作业安全。其次，金属结构的水下切割与焊接，一般采用的都是水下湿法焊接，采用水下湿法手工电弧焊，使用的焊条是专门用于水下的特种焊条。

　　水下湿法焊接，由于焊接引弧以后水质的能见度很差，很难看清焊道，接近于盲焊，这就要求潜水焊工必须具备高超的焊接技术、丰富的焊接作业经验，否则焊道外形很难得到保证；水下湿法焊接造成的焊缝金属氢裂和母材热影响区材质变脆，都应该采取不同的焊条和水下焊接工艺去消除或减轻其不良影响。

　　随着水下工程技术的发展，水下金属结构和水下混凝土结构的水下检查、维护、修理和加固以及安装已成为可能，而且其作业质量，也逐年得到提高，使我国海洋的水下结构物和陆上江河、湖泊的水下结构的安全、适用和耐久性维护有了可靠的技术保证。