通航孔工作閘門結(jié)構(gòu)及調(diào)度運(yùn)行方案設(shè)計(jì)

黃麗玲

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽合肥230088）

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通航孔工作閘門結(jié)構(gòu)及調(diào)度運(yùn)行方案設(shè)計(jì)

黃麗玲

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽合肥230088）

摘要：通航孔作為一種較為簡(jiǎn)易的通航建筑物，由于無(wú)法設(shè)置輸水閘門，上下游輸水平壓過(guò)程只能依靠對(duì)上下閘首工作閘門的調(diào)度運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。該閘門外型尺寸較大且有雙向蓄水要求，為確保蓄水期可靠擋水及船只的過(guò)閘安全，優(yōu)化了閘門設(shè)計(jì)，提出了閘門提至檢修平臺(tái)鎖定后方可過(guò)船和分級(jí)輸水平壓的方案，對(duì)將來(lái)通航的安全提供了有效的保障。

關(guān)鍵詞：閘門；止水；液壓鎖定梁

1　工程概況

新建的黃灣閘位于西河與入鳳凰頸閘站引河交匯口下游，主要任務(wù)是在引江濟(jì)巢期間控制西河水位，增加引江灌溉和巢湖水體交換的規(guī)模與有效水量，同時(shí)兼顧西河航運(yùn)。

該閘由閘室（含通航孔）、兩岸連接建筑物、防滲排水設(shè)施、消能防沖設(shè)施等建筑物組成。采用開(kāi)敞式水閘型式，共5孔，中孔布置通航孔，分為上、下閘首，閘室長(zhǎng)60.0m，孔口凈寬12.0m，最大通航水級(jí)3.0m。下閘首兩側(cè)各布置2孔非通航孔，單孔凈寬9.0m。

2　黃灣閘規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)

黃灣閘規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　黃灣閘特征設(shè)計(jì)參數(shù)表

3　通航孔工作閘門設(shè)計(jì)

3.1 閘門型式選擇

黃灣閘需考慮雙向蓄水并兼顧通航，通航孔閘門應(yīng)具有雙向擋水的要求，因此，平開(kāi)的人字閘門不能滿足要求。橫拉式閘門雖然工程整體外型較美觀，但因非通航孔閘門與下閘首工作閘門并排布置，無(wú)法設(shè)置門庫(kù)，亦無(wú)法滿足要求。綜合比較，選用直升式鋼閘門，工程造價(jià)較低，操作、運(yùn)行方便，止水可靠。通航孔工作閘門開(kāi)啟后采用液壓鎖定梁自動(dòng)將閘門鎖定在檢修平臺(tái)上，可以保證過(guò)往船只的安全通行。

3.2 主要參數(shù)

孔口凈寬：12.0m；孔數(shù)：上、下閘首各1孔；底檻高程：4.5m；檢修平臺(tái)高程：16.3m；啟閉機(jī)臺(tái)高程：27.1m；正向設(shè)計(jì)水位：鳳凰頸側(cè)11.0m，黃雒側(cè)7.5m；反向設(shè)計(jì)水位：鳳凰頸側(cè)7.5m，黃雒側(cè)10.5m；運(yùn)行條件：動(dòng)水啟閉。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門型采用露頂式平面定輪鋼閘門，考慮一定的風(fēng)浪超高，閘門高度定為7.0m，門頂高程為11.5m，閘門擋水總水壓力P=2400.0kN。（見(jiàn)圖1）

圖1　閘門結(jié)構(gòu)布置圖

門葉采用實(shí)腹式變截面主橫梁焊接構(gòu)件，主材為Q235。門葉尺寸（寬×高）12.15m×7.0m，門葉分為2節(jié)，單節(jié)門高3.5m。每節(jié)門葉均為雙主梁結(jié)構(gòu)，主梁跨中梁高1.0m，支端、頂梁梁高0.6m，梁高改變的位置距離支座1 /5跨度處。為滿足面板固端約束條件，主梁區(qū)格間布置一道水平次梁。縱向梁系除邊柱框架外，另布有5道縱梁，最大間距1.9m。邊柱兼作主滾輪的支承構(gòu)架，采用雙腹板梁，梁高0.6m。閘門面板布置在鳳凰頸側(cè)，底緣前傾角α=90°，后傾角Β=35.3°，滿足規(guī)范要求。

閘門設(shè)雙向止水，不設(shè)頂止水件，側(cè)止水采用一道L型止水橡皮加一道P型止水橡皮，底止水采用楔形止水橡皮，均布置在面板側(cè)。閘門支承跨度12.36m，采用8只Φ700mm懸臂式鑄鋼滾輪，滾輪踏面寬度150mm，主滾輪兼作反向限位裝置。滾輪軸徑Φ170mm，材質(zhì)為40Gr鍛鋼，軸襯采用銅基鑲嵌自潤(rùn)滑材料。閘門側(cè)向限位采用Φ400mm懸臂式鑄鋼滾輪，分別布置在頂、底主梁翼緣側(cè)兩端。

閘門寬高比大于1，選用QP-2×400kN-12.5m雙吊點(diǎn)手電兩用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，啟門容量2×400kN，工作行程12.5m，吊點(diǎn)間距7.2m。

4　設(shè)計(jì)要點(diǎn)及調(diào)度運(yùn)行方案

4.1 閘門分節(jié)

若采用整體式閘門，門體尺寸較大，給制作、運(yùn)輸和安裝都帶來(lái)很大的麻煩。利用閘門分節(jié)技術(shù)，將閘門均分為上下兩節(jié)。每節(jié)閘門都是完全獨(dú)立的單元，在廠內(nèi)制作完成后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，分別吊裝至孔口后，利用銷軸進(jìn)行連接。兩節(jié)門體單獨(dú)受力，節(jié)間不傳遞扭矩，上、下節(jié)門體滾輪踏面便于調(diào)整至同一平面內(nèi)，與軌道面接觸良好。同時(shí)在節(jié)間位置加裝中縫止水橡皮止水，現(xiàn)場(chǎng)安裝非常方便。

4.2 閘門入槽

因過(guò)船需要，閘門啟閉頻繁，每次開(kāi)啟都必須提升至檢修平臺(tái)以上位置鎖定（見(jiàn)圖2）。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩為柔性連接，閘門出槽后水平位置容易發(fā)生偏移。為方便閘門關(guān)閉時(shí)順利入槽，在上部門槽軌道上、下游兩個(gè)方向正面和側(cè)面分別按1∶10作了一段長(zhǎng)為500mm的喇叭口，可起到導(dǎo)向作用，閘門關(guān)閉時(shí)順著喇叭口斜面向下滑行，能盡快回歸到門槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全閉門。4.3 液壓鎖定梁設(shè)計(jì)

圖2　閘門擋水和鎖定狀態(tài)位置圖

下閘首通航孔與非通航孔并排布置，通航孔閘門因?yàn)檫^(guò)船安全要求需鎖定，非通航孔除蓄水期外，其余時(shí)間均開(kāi)閘引水，閘門開(kāi)啟狀態(tài)居多。為避免啟閉機(jī)鋼絲繩長(zhǎng)時(shí)間拉伸產(chǎn)生斷裂，閘門開(kāi)啟時(shí)亦需要鎖定在檢修平臺(tái)上。相鄰的兩孔閘門門槽位置挨得很近，利用常規(guī)的液壓推桿平推帶動(dòng)鎖定梁移動(dòng)的方式，無(wú)法滿足5孔閘門鎖定的空間布置要求。

經(jīng)分析，采用液壓推桿斜推加兩根連桿方式，在上游門槽混凝土面遠(yuǎn)端找一個(gè)點(diǎn)與液壓推桿缸體端部鉸接，推桿部位與鎖定梁上支座連接，再在下游門槽混凝土面遠(yuǎn)端和門槽寬度中間位置混凝土面各找一點(diǎn)，設(shè)置兩根連桿與鎖定梁支座連接。在液壓推桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，利用兩根連桿運(yùn)行軌跡改變鎖定梁運(yùn)動(dòng)方向，達(dá)到將鎖定梁自動(dòng)推進(jìn)和拉出門槽的目的，有效解決了多孔口閘門自動(dòng)鎖定的問(wèn)題（見(jiàn)圖3）。

圖3　液壓鎖定梁布置圖

4.4 通航期工作閘門調(diào)度運(yùn)行方案

通航孔未設(shè)置輸水洞，為避免閘門開(kāi)啟過(guò)程中高速水流對(duì)閘室內(nèi)待航船只的沖擊，只能依靠工作閘門小開(kāi)度輸水（含充水、泄水）平壓。為確保通航安全，工作閘門調(diào)度運(yùn)行方案設(shè)置如下。

4.4.1 閘室輸水平壓

（1）當(dāng)上下游水級(jí)3.0～2.0m時(shí)，工作閘門采用30mm開(kāi)度輸水，此過(guò)程門底流速約為5.0～4.0m/s，過(guò)流斷面為0.36m2，閘室輸水量約為2160～1440m3，輸水時(shí)間約為20～17min；

（2）當(dāng)上下游水級(jí)2.0～0.5m時(shí)，工作閘門采用50mm開(kāi)度輸水，此過(guò)程門底流速約為4.0～2.0m/s，過(guò)流斷面為0.6m2，閘室輸水量約為1440～360m3，輸水時(shí)間約為10～5min；

（3）當(dāng)上下游水級(jí)在0.5m以下時(shí)，工作閘門采用200mm開(kāi)度輸水，此過(guò)程門底流速約為2.0m/s，過(guò)流斷面為2.4m2，閘室輸水量約為360m3，輸水時(shí)間約1.5min；

（4）輸水平壓完成，待接到閘室平壓信號(hào)后，方可連續(xù)提升工作閘門。

閘門在輸水過(guò)程中，隨著上下游水位的降低，門底的水流流速也變得越來(lái)越低，閘門開(kāi)度亦可以適度加大。此外，為確保安全，在閘室兩側(cè)岸墻設(shè)置多個(gè)系攬樁固定船只。

4.4.2 工作閘門鎖定

（1）直升式工作閘門完全打開(kāi)后，采用液壓鎖定裝置將閘門牢固鎖定在閘孔上方，待門體鎖定完畢后，方可發(fā)出通航信號(hào)指令，確保過(guò)往船只安全通行；

（2）船只進(jìn)入、離開(kāi)閘室后，工作閘門啟閉運(yùn)行前必須首先解除液壓鎖定裝置。

4.4.3 上、下閘首工作閘門互鎖

（1）通航孔通航運(yùn)行期應(yīng)確保上、下閘首工作閘門正確的工作狀態(tài)，即當(dāng)一側(cè)閘首工作閘門開(kāi)啟后，另一側(cè)閘首工作閘門必須處于關(guān)閉狀態(tài)，不得同時(shí)啟閉運(yùn)行；

（2）通航孔行洪期上下閘首工作閘門應(yīng)全部打開(kāi)。

5　結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于建一座獨(dú)立的船閘，通航孔作為一種較為簡(jiǎn)易的通航建筑物，因其工程造價(jià)較低，目前在一些地區(qū)仍大量使用。為確保蓄水期間可靠擋水及船只的過(guò)閘安全，本工程在工作閘門的優(yōu)化設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行方面采取的一些針對(duì)性的措施值得總結(jié)和推廣。

目前，黃灣閘工程即將竣工，閘門及啟閉機(jī)都已經(jīng)安裝到位。上述分級(jí)輸水方案在正式通航前還須通過(guò)輸水試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：黃麗玲（1976年—），女，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-09-26

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.029

中圖分類號(hào)：TV66

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0077-03