江風口擴建工程閘門啟閉機選型和設計

劉 良 舒劉海 劉美義

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230000）

1 工程概述

江風口分洪閘建于1955年6月，共7孔，孔口尺寸12.0m×6.5m（寬×高），閘室為低實用堰型，工程于2001年1月完成除險加固。加固后閘室內設置一道工作閘門，無檢修門槽，工作閘門采用12.0m×8.38m-8.14m（寬×高-水頭）露頂式斜支臂鋼閘門，計7扇，弧面半徑8.0m，支鉸中心高程56.80m，閘門底檻高程50.80m；啟閉設備采用QHLY-2×500kN-3.85m液壓啟閉機啟閉，設2套液壓泵站，分別控制3扇門和4扇門。該閘主要作用是分洪和連接邳蒼分洪道兩岸交通功能，現狀分洪流量2593m3/s，正常蓄水位53.50m，最大擋洪水位58.98m，根據東調南下續建工程總體規劃，該閘需要承擔設計分洪流量4000m3/s，該工程于2011年實施擴建，擴建規模為1483m3/s，共擴建4孔，每孔凈寬12.0m，總凈寬48.0m。

2 工作閘門布置及設計

2.1 工作閘門布置

根據擴建的工程特點，并結合上下游河道地形、地貌、工程地質和進出口水力條件等原則，確定在老閘左側緊靠老閘擴建4孔，單孔凈寬12.0m。為了與老閘整體協調布置，閘室順流向長度與老閘同為18.0m，閘室上游設檢修便橋，下游設交通橋，無檢修門槽及啟閉設備。

擴建新閘金屬結構設計比較了平面鋼閘門和弧形鋼閘門兩種方案，由于閘門運用存在動水局部開啟控泄分流工況，并綜合考慮新老閘外觀協調性，工程確定采用弧形鋼閘門方案。受限于閘室長度和擋水位大的技術難題，設計通過合理布置支鉸位置和選取最優的弧面半徑，充分利用交通橋下空間，解決了閘門能夠達到最大開啟高度、又不觸碰公路橋的技術難題，金屬結構總體布置見圖1。

2.2 工作閘門設計

2.2.1 工作閘門設計

工作閘門采用12.0m×8.5m-8.18m（寬×高-水頭）露頂式雙主橫梁斜支臂鋼閘門，計4扇，面板布置在上游側，主要結構材料采用Q235B，弧面半徑8.5m，總水壓力5730kN，剛度比為4.2，支鉸中心高程56.90m，閘門底檻高程50.80m。

支鉸采用圓柱鉸，鉸鏈和鉸座材料ZG310-570，軸材料45，軸套采用GEW300HFZB056自潤滑關節軸承。側向采用φ200mm簡支滾輪支承，材料ZG270-500，每側設4只，共計8只。止水采用單向止水，材料采用橡塑復合止水，在基材SF6674表面噴涂聚四氟乙烯，側止水采用L型橡皮，底止水采用I型切角橡皮，均布置在面板側。

2.2.2 弧面半徑選取

圖1 金屬結構總體布置圖

表1 啟閉機方案比選表

老閘加固只是由潛孔式改為露頂式，更換了閘門，閘門高度由6.7m增加到8.38m，弧面半徑受到加固約束，仍然取8.0m，導致面板曲率半徑與閘門高度比值超出規范規定的通常取1.0～1.5范圍。根據國內外有關資料統計分析，弧面半徑由縮小的趨勢，這樣可以改善支臂的穩定性，縮短閘墩，但會增加啟閉機容量。

此次設計沿用原來的設計思路，在閘室布置和啟閉機容量上綜合選擇，控制面板曲率半徑與閘門高度比值在通常取值范圍內，弧面半徑R為8.5m。

2.2.3 支鉸軸套的選擇

在近幾年大中型水閘和水庫加固中，發現支鉸軸套問題比較突出，由于封閉在鉸鏈內，很難判斷軸套磨損和潤滑情況。如拆除鉸鏈檢查軸套情況，需要固定閘門，檢查工作量大。有的閘門使用年限長，鉸鏈系統銹蝕，拆除困難，甚至會破壞原構件。

在設計過程中優化了鉸鏈系統，便于以后拆卸；考慮到目前市場上軸套產品很多，設計采用國內知名廠家產品，選擇雙金屬鑲嵌自潤滑材料關節軸承，并設置了密封系統，防止水分進入軸套內或軸套內潤滑油流出。

3 工作閘門啟閉機選型及設計

3.1 工作閘門啟閉機選型

河道上水閘啟閉機通常采用卷揚式、液壓式和螺桿式等，針對該工程特點，弧形閘門啟閉方式比選了卷揚式啟閉機和液壓式啟閉機兩種型式，兩種啟閉設備均可行，也都能滿足閘門啟閉要求，但兩種方案各有優缺點，見表1。

老閘加固前原工作閘門啟閉機為卷揚式啟閉機，由于老閘啟閉機工作大梁為變截面拼接而成的曲梁，經驗算其結構強度不滿足要求，故加固改建時更換為液壓啟閉機方案。由于液壓啟閉機檢修維護要求高，該閘閘門開啟使用頻率比較低，綜合考慮工程實際情況和管理單位要求，擴建工程工作閘門啟閉機采用卷揚式啟閉機方案。

3.2 啟閉機設計

經計算，啟閉設備采用HQ-2×225kN-9.0m卷揚式啟閉機啟閉。啟閉機減速器采用擺線針輪式結構，提高了運行平穩可靠性，降低了運行噪音，啟閉機體積也比傳統啟閉機小巧，得到了驗收專家和管理單位的好評，目前運行情況良好。

4 檢修閘門設計

4.1 設置檢修閘門必要性

江風口分洪閘上游沂河非汛期水位低于門檻高程50.80m，因此未設置檢修閘門。當沂河李莊攔河閘建設完成后閘前正常蓄水位為53.50m，則該閘將處于經常擋水狀態，因此需要增設檢修閘門。

4.2 檢修閘門選型

綜合考慮工程特點，初步設計檢修閘門提出了平面疊梁式鋼閘門和浮箱式鋼閘門兩種方案進行比選。

一般新建水閘檢修閘門多采用平面疊梁式鋼閘門，主要設計、制造簡單，運行管理方便，平時鎖定在各閘墩上，使用時通過電葫蘆配合抓梁起吊。由于老閘未留檢修門槽，采用此方案須對老閘進行改造，包括檢修門槽的開鑿、主反軌及底檻預埋件的安裝、啟閉機軌道的安裝以及對上游檢修便橋的改造等，施工難度較大。

浮箱式檢修閘門的設計、制造較復雜，運行及管理比較麻煩，此方案須對閘墩前側及底檻的止水面進行處理，同時還須對老閘邊墩進行局部鑿槽。此方案的優點是不需要單獨的啟閉設備，水工結構的變動相對較少。

經過比選，設計檢修閘門采用浮箱式鋼閘門方案。

4.3 檢修閘門設計

閘門設計按照正常蓄水位53.50m進行結構設計，檢修閘門采用12.0m×4.0m-3.70m（寬×高-水頭）浮箱式鋼閘門，計1扇，浮箱門外形尺寸14.48m×4.0m×1.6m（寬×高×厚），沿寬度方向分3節布置，中間一節寬度8.01m，兩邊每節寬度3.235m，各節采用螺栓連接。主要結構材料采用Q235B，閘門重22.8t，配重15.7t，浮箱閘門設計穩定吃水深度2.3m，配潛水泵（50WQ18-7-1.1）2只。

4.4 浮箱式檢修閘門使用

考慮檢修幾率低，為更好保護設備，平時檢修閘門放置在專用門庫內。

檢修工作閘門時，將各節采用螺栓連接，采用機動船牽引，拖到上游閘墩前，采用潛水泵向空箱內充水25m3，使門體下沉至底板擋水，提起工作閘門檢修；待檢修完成后關閉工作閘門，再向兩道閘門之間充水，直到浮箱閘門前后水位一致，再把浮箱閘門內水排出浮起，再去檢修另一孔，直至完成11孔工作閘門檢修。

5 結語

江風口分洪閘擴建工程的工作閘門、檢修閘門和啟閉機經過多方案比選，選取了適合該工程特點的閘門和啟閉機，解決了檢修難題，在金屬結構設計上做到了新老閘整體布置協調，可為我國同類大中型水閘工程改擴建金屬結構設計提供參考和借鑒