常州钟楼防洪控制工程与马斯兰特挡潮闸门型对比浅析

辛华荣顾晓峰常语锋王 建

（1.江苏省江都水利工程管理处，江苏扬州 225200；2.江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，江苏苏州 215128；3.江苏省水利工程建设局，江苏南京 210029）

中国与荷兰两国都有着治理水患的悠久历史，在其领域也有很多的交流和学习。笔者作为京杭运河常州市区改线段钟楼防洪控制工程（以下简称钟楼防洪工程）建设者之一，在建设期间，有幸对荷兰著名的新沃特伟赫河上马斯兰特挡潮闸（以下简称马斯兰特挡潮闸）进行现场考察。马斯兰特挡潮闸自建成后，就一直占据着世界第一大单孔节制闸的地位；钟楼防洪控制工程的建成，则占据了亚洲第一大单孔节制闸的地位，并跻身为世界第二大单孔节制闸。两座水利工程在外形特征上具有较强的相似性，但其主要结构、启闭设备、运行方式、使用功能等均不相同，笔者在此就两个工程的闸门运行方式、启闭设备等进行对比浅析。

1 工程兴建的共同点

钟楼防洪控制工程位于江苏省常州市钟楼区京杭运河改线后的新京杭运河上，由于改道后的京杭运河使原有湖西控制线形成新的行洪通道，行洪断面更大，下泄洪水能力更强，如不加以控制将会对下游苏、锡、常城区和武澄锡地区构成更大的洪涝灾害威胁。为有效控制太湖流域湖西地区的高水南下，新建钟楼防洪控制工程尤为必要，且成为太湖流域武澄锡西控制线上主要控制建筑物之一，也是最大的单体工程。作为黄金水道的京杭运河苏南段，防洪与航运的矛盾一直突出而延续，从兼顾水利与航运利益出发，钟楼防洪控制工程必须按照“不设梯级、不阻航、特大洪水不断航”的设计原则进行。本工程于2007年6月开工建设，2008年6月投入运行。

众所周知，上世纪50年代，荷兰发生了一次历史罕见的特大洪水，致使约20万hm2土地被淹，死亡1800人，损失惨重。洪水过后，荷兰政府开始酝酿实施DELTA工程。该工程位于荷兰西南部的莱茵河、马斯河、斯凯尔德河三河交汇入海处，亦称三角洲工程，整个工程包括12个大项目，马斯兰特挡潮闸为三角洲工程主要建筑物之一。马斯兰特挡潮闸工程兴建在新沃特伟赫河道上，河道宽达360 m、平均水深17 m，新沃特伟赫河入海口是鹿特丹港的主要通道，每年约有8万艘船只来往运行，封闭该通道是不现实的，所以，该挡潮闸设计理念是，在工程建设过程中和正常运行时使航运不受影响。工程于1956年动工，1986年竣工并正式启用。

因此，如何解决防洪与航运的矛盾，就成了两个工程的共同目标，也是水利科技人员研究的课题，为统筹兼顾防洪与航运作用，对节制闸型式提出了更高要求。经过充分的分析论证和研究，两个工程均采用了不论是闸门安装期间，正常运行期间，还是对闸门及启闭系统进行维护和保养期间，都不影响运河正常航运的方案。

图1 钟楼防洪控制工程

图2 马斯兰特挡潮闸

2 工程的不同点

如图1、图2所示，仅从外观上看，两个工程似乎如出一辙，其实二者有着很多的不同之处，笔者就两者的主要不同点进行对比浅析。

2.1 闸门运行方式的不同

马斯兰特挡潮闸的闸门在启闭过程中均为浮运，在关闭过程中，将闸门浮起并推进至河道中央，开启空心闸门的隔间阀门进水，将闸门下沉至距底板1 m处，让闸门下的高速水流冲刷底板沉积物，再将闸门平稳沉放至被急流冲清的底板上；闸门开启时将闸门内水抽出，闸门上浮，并由自动推进器推动返回闸坞。

钟楼防洪控制工程的闸门在启闭过程中均为闸门在底轨上滑行，即：闸门底部与轨道始终保持接触运行。启闭设备采用的是特大型单根钢丝绳双向出绳的绳鼓启闭机，当需要关闭闸门时，闭门钢丝绳收紧的同时，启门钢丝绳同步同量放出，在牵引力的作用下，闸门绕球关节支铰进行旋转，闸门运行至指定位置时，自动停机；启门过程则反之。闸门在关闭过程中，利用门头“刀”型结构及高压水枪进行冲淤。

从两者的运行方式看，钟楼防洪控制工程闸门的运行方式可靠和可控，不仅可以较为彻底清除轨道表面的淤积物，也可以对闸门的运行位置进行精准控制，且在很大程度上减小了闸门门底、门侧及闸门间的漏水量。笔者认为，作为防洪控制闸，钟楼防洪控制工程闸门的挡水效果更加符合规范要求，运行方式更加适合有通航要求的河道。

图3 钟楼防洪控制工程闸门启闭机设备总布置图

2.2 启闭设备的不同

马斯兰特挡潮闸的闸门由设置在闸门顶部的自动推进器操作。自动推进器有6个齿轴，由齿轮传动装置带动。每个自动推进器与岸上30 m高的导向塔之间通过一伸缩杆连接，自动推进器的相对位置不变，与闸门一起仅作垂直方向运动。

钟楼防洪控制工程的闸门启闭设备结构如图3，采用的是特大型单根钢丝绳双向出绳的绳鼓启闭机，主要由电动机、带制动轮联轴器、制动器、减速器、两级开式齿轮传动、卷筒装置、高度指示装置、荷重指示装置、机架及电气系统等组成。电动机通过带制动轮联轴器、减速器、两级开式齿轮副带动卷筒转动，双向卷筒使一根钢丝绳收而另一根钢丝绳放，从而完成对弧形闸门的启闭操作。闭门钢丝绳通过导向滑轮引至沉井靠河口侧，沿闸门弧形面板顺切引至闸门上的远离河口的导向滑轮，经转向后引到闸门内部，经锌浇铸的钢丝绳索头通过锁定座固定在闸门内部的锁定梁上；启门钢丝绳通过导向滑轮引至沉井另一侧，顺切引至闸门上靠近河口的导向滑轮，经转向后引到闸门内部，经锌浇铸的钢丝绳索头通过锁定座固定在闸门内部的锁定梁上。

由此可以发现，经过创新改造的卷扬启闭机不仅结构简单、操作简便、控制灵活，而且易于保养和维护，故更加适合作为钟楼防洪控制工程闸门的启闭设备。且这一产品与类似于马斯兰特挡潮闸自动推进器相比，具有研发基础好、设计时间短、制作成本低的优点，从而降低了工程造价，保证了工期。笔者认为，这一产品的研发成功，是保证闸门平稳、安全运行的关键点之一。

2.3 清淤方式不同

从“闸门运行方式的不同”中发现，在两闸门关闭的过程中，两者的清淤方式完全不同。前者是被动式清淤，后者是主动式清淤。

马斯兰特挡潮闸是将闸门下沉至距底板1 m处，利用闸门前后所形成的水头差，让闸门下的高速水流冲刷底板沉积物，是一种被动式清淤，其清淤效果完全取决于水流冲刷速度及底板的淤积物种类。如果流速不够快，可能淤积泥沙也难以清除干净；即使有足够的流速，如遇较大较重沉积物，冲淤效果也难以保证。所以，这种清淤方式的效果是随机的，且有不可预见性，也有可能对门底结构带来一定的损伤。

钟楼防洪控制工程地处京杭大运河航道，过往船只十分频繁，加之现状河道底高程为0.0 m，闸门底轨高程为-1.0 m，为河道低洼地段，极易造成淤积，且有可能有较大掉落物停留在轨道上。由于工程运行具有时期不确定性和关闭时间快等特点，对轨道清淤提出较高要求，因此，采取主动清淤方式，是保证闸门平稳、安全运行的可靠方案。闸门的门头型式打破常规，采用了“刀”型结构（如图4），可以使闸门在行进过程中将淤积物向两侧挤排，并可将轨道表面较大杂物清除；同时，在门体内配备高压水枪，沿门头行进方向进行喷射，可将轨道表面的泥沙类淤积物清除干净（如图5）。通过主动清淤方式，基本保证闸门所行走的轨道表面是干净的，不仅减小了启闭力，保证了闸门的安全、稳定启闭，也保证了闸门与轨道表面间底止水的良好密封效果。

通过近几年的运行表明，闸门在轨道表面有60～80 cm厚的淤积物情况下，可以平稳、顺利的完成启闭，并且在闸门关闭后，均达到良好的止水效果。由此可见，钟楼防洪控制工程所采用的主动式清淤方式是成功、可靠的。

图4 门头结构图

图5 高压冲淤系统布置图

图6 马斯兰特挡潮闸支铰

图7 钟楼防洪控制工程支铰

2.4 支铰结构不同

马斯兰特挡潮闸工程的闸门是通过在水上浮运到运河中心的，支铰需要平行运动和上下较大范围运动，故对支球窝接头要求很高，其重量达680 t（如图6），仅一个球冠接头的直径就达10 m。球冠接头基部由20 cm厚的钢材构成，直径为10 m的球冠接头在转动时允许偏差度不超过0.5 mm。除了高精确度，润滑部分也至关重要，这样才能确保球冠接头的灵活转动。挡潮闸的受力必须得到均匀地传播并分散吸收，故工程采用了应用于航空领域的一种特殊的润滑材料。该部分制作、安装的难度大，要求高，需要在现场条件下制作完成，相应的生产周期也很长。

钟楼防洪控制工程的闸门在挡洪时支铰（如图7）最大径向力6148 kN，最大轴向力约400 kN（主要由支臂自重引起），支铰水平方向最大旋转角约60°，闸门检修和挡水状态时，支臂中心线水平。由于在支铰位置不仅要承受很大的径向力，也要承受一定的水平轴向力，故支铰采用的是自润滑球关节轴承。铰座通过锚栓固定在沉井上，铰链则用螺栓固定在支臂端部，铰座和铰链通过轴链接。不同的是：本工程的支铰不但要承受很大的径向力，也要承受一定的水平轴向力，支铰轴向平面旋转角度比普通弧门支铰要大，还要满足工程在特殊情况下需要浮起的工况。因此，性能良好的轴承是支铰设计的关键。本工程采用了自带密封的自润滑关节轴承，并通过技术改造，可以满足约1.7°的垂直向偏角，即：满足了闸门在紧急情况下可以上浮约1.5 m的技术要求。

钟楼防洪控制工程支铰结构型式从设计、安装、运行到检修，便于现场安装，符合闸门门型的启闭方式，方便工程管理单位的运行管理和维护。

3 结语

钟楼防洪控制工程与马斯兰特挡潮闸都是一个创新型工程，都是水利发展史上的一个亮点。我们不应该简单地以它们的外观相似而将其归结为同一类型的闸门型式，更多的应该从其关键技术等进行对比和分析，发现它们的不同。笔者认为，钟楼防洪控制工程所采用的门型更像是融合了三角门与横拉门优点的一种创新型闸门，其独特的运行方式、简单而可靠的新型启闭装置、有效的主动清淤型式等一系列新技术、新方法，造就了一套具有创新特色的大跨度新型闸门结构形式。

钟楼防洪控制工程与马斯兰特挡潮闸均为复杂的系统工程，具有较多的辅助系统，如：新型启闭装置、检修闸门、闸门内的压舱水调节系统、振动监测系统以及自动化监控系统等，各有特色和创新。