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淺談水工機械施工-以桃圳弧型閘門更新為例北區水資源分署

  發刊期數:第0570期/ 發布日期:112/12/15

石門水庫後池主要為溢洪道排洪之消能設施,並具調節石門電廠發電尾水功能,同時可藉桃園大圳供應大漢溪下游農業及民生用水。然桃園大圳進水口自民國54年竣工至今已超過58年,期間雖經多次維修,惟因閘門老舊漏水嚴重且桁架銹蝕有危及安全疑慮,故本分署自110年開始規劃進行桃圳進水口及後池沖刷道弧形閘門更新作業。

閘門設施更新最大的難處,是需維持水庫供水調度功能,所以施工過程圍水為首要解決課題。因水利機關多數同仁對水工機械施工流程不甚熟悉,筆者藉此機會引介各階段閘門施工要領。簡要說明如下:

一、書圖作業(第0階)

執行工程不離三書(整體施工計畫書、品質計畫書及職安衛管理計畫書),但以機電工程而言,三書只是基本需求,有許多工作是要更詳盡的執行文件。是以,施工廠商需依工作規劃提出分項施工計畫書,並納入整體施工計畫書(書圖管制總表)管控,即各分項工程之施作,主要是依分項施工計畫書辦理。然分項施工計畫書之具體內容,除施工要領、時程管制外,更重要的還有施工圖、共用程序書及設備型錄等。本案管制文件如下:

 (一)施工詳圖(含廠商端之計算書、製造圖及安裝圖等)

 (二)設備型錄

 (三)分項施工計畫書

 (四)操作及維護手冊

本案弧形閘門雖是既有閘門更新(照舊新製),實際採取多項優化作為如下:

  (一)3D建模繪圖:3D繪圖的好處,是即看即懂,繪圖者可以提供直觀視角,從各個角度檢視模型,易於理解整組設備的外觀與細節。同時,模型修改便利,不易漏失細節,繪圖可自動產出材料表及組件重量表等資訊。所建置之3D閘門組件,也可直接進行應力計算分析,並以色彩顯示(圖1、圖2),很容易判讀整體構應力分布情形。

  (二)提升小開度操作安全:當閘門以小開度操作時,閘門底部高速水流,易使水封受衝擊損傷,本弧型閘門於中間增設放流閥(圖3),俾小流量安全操作。

  (三)提高維護作業安全:為維護保養安全於門體增設檢修用工作平台(圖4)。
二、材料、設備進場前檢驗(第1階段)

材料及設備進入工地前須進行檢查,重要檢驗項目如下:

  (一)鋼板材料取樣執行物、化性試驗

  (二)門框、門扉及構件之焊道品質抽查

  (三)閘門及構件假組立後噴及油漆

  (四)訂製類設備(如電氣控制盤)出廠檢查

  (五)規格品(吊門機、閥類、配件等)進場檢查

三、現地施工檢查(第2階段)

本階段之重點為確認工地施工品質,以確保後續設備可正常運轉,相關工作如次:

(一)工地整備:為維持施工期間後池供水調度能力,桃圳閘門及沖刷道需至少保持一門能正常供水,且避免土石圍所生之石影響供水水質,所以需進行圍水,本分署為此發揮創意,利用鋼構於閘門上游設置臨時擋板導槽及擋水板,利用圍下游空間施工及更換擋水閘版門框(如圖5)。

(二)門框更新安裝(二次序工法):無論新設或更新,門框之精度管控都是非常重要的課題,二次序用意係在確保門框定位後,不會受混凝土澆置而影響其精準度(圖6)。

(三)門扉安裝(重點在安裝前後的尺寸校正)

(四)傳動件安裝

(五)吊門機安裝(複核各處連接端點以確保中心線一致)

(六)操作、保護裝置安裝及電氣施工品質檢測

四、單機試運轉(第3階段)

需外來動力運轉之設備,需經測試通過使保證運轉安全穩定,一般又分單機無載及有載運轉兩個階段。本弧型閘門規劃之測試項目依序如下:

(一)靜態檢查:本檢查重點含機械設備及附屬配件完成、電氣線路及器具完成、操維空間妥適、介面確認,運轉可能造成影響確認。

• 水路下游及周邊是否有其他工作?是否影響通水?

閘門設備運行空間是否有障礙物?

• 操作盤及設備是否有足夠操維空間或安全通道?

• 設備供應商是否有特別要求或注意事項?

• 潤滑部位及減速機油箱等油位是否正常?

• 動力線路箱盤絕緣測試及接地是否完成?

• 電源確認(電壓及三相電源相序)。

(二)安全裝置功能驗證

• 操作開關(啟、停功能)

• 保護裝置功能驗證,以手動或模擬方式確認全開、全關、極限開關過扭力、過電流等設備保護機制及功能。

閘門全啟、全閉運轉,運行過程是否順暢?有無異常摩擦或異音等狀況發生?

(三)設備功能驗證

• 儀表及指示器等匹配驗證,如閘門實際開度與控制盤所顯示數值比對、各式燈號顯示比對等。

• 性能測試:閘門全程升、降所需時間及平均速度。

• 運轉電流及馬達溫升是否有異常?

• 其他規範要求事項驗證及演示。

五、整合測試(第4階段)

閘門改善係既有設備更新,其遠距操作之監控設備,於規劃之初即決定沿用即有設備,為避免過多介面衍生整合難度,決定由設備廠商提供控制所需之接點信號線至介面接線箱,再由石門發電廠進行整合及配合修正軟體,即完成單機測試後會再進行遠距操作功能驗證,確認功能正常後移交操作單位。

桃圳弧型閘門刻正辦理更新中,謹以此文感謝團隊夥伴竭盡思慮協助克服困難,並期許在大家的努力下,能如期完竣,更期許能以嶄新、優質的面貌呈現於後池。