浅论钢铁复合闸门的安装控制及应用优势

施永光

浅论钢铁复合闸门的安装控制及应用优势

施永光

一、工程概况

江苏省新沂市新建入沭闸工程是新沂市水利局2015～2016年度病险水闸除险加固工程的重点重建项目。该工程等别为Ⅱ等，主体建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为5级。设计排涝标准为20年一遇，防洪标准为50年一遇；该工程总净宽9.0m，分3孔，每孔净宽3.0m，采用C25钢筋混凝土箱涵式结构，堤顶高程33.00m，箱涵洞身段长36.0m，洞身净宽3.0m，净高3.0m，共2节，涵底高程22.5m。

入沭闸为具备排涝和分洪双向过流能力的重要水闸，位于新沂市主城区。当入沭闸达到设计排涝流量19.2m3/s时，由臧圩河侧向沭河侧行洪，相应臧圩河侧水位为26.50m，沭河侧水位为26.40m；当分洪流量达100m3/s时，由沭河侧向臧圩河侧行洪，相应沭河侧水位为29.45m，臧圩河侧水位为26.50m。

二、钢铁复合闸门概述

在以往的水利工程建设中，挡水建筑物多采用平面钢闸门、铸铁闸门、混凝土预制闸门等几种常用形式，平面钢闸门适用于大中型水工建筑物和高水头水工建筑物，铸铁闸门适用于中小孔径和低水头水工建筑物，而混凝土预制闸门由于结构笨重、施工程序繁杂，近年来较少采用。

钢铁复合闸门是一种在近年来被逐步推广和重视的新型金属结构挡水设备，它的整体构造介于钢闸门和铸铁闸门之间，兼具两种闸门的优点，采用了铸铁闸门门槽及钢结构面板的构造形式，在工程实践中取得了很好的使用效果。

三、入沭闸闸门选型的背景及原因

1.背景

新沂市入沭闸除险加固工程位于新沂市区沭河右岸，考虑到为将来实施沭河右岸沭河之光景观带南延工程预留后续施工空间，入沭闸采用下埋3孔箱式涵洞的设计方案，箱涵为2节洞身，每节18m，下埋段共长36m。

2.原因

原因之一：入沭闸孔径为3m× 3m，属中小孔径涵闸，因此从适用范围角度来看，钢铁复合闸门符合入沭闸中小孔径的使用要求。

原因之二：入沭闸为双向过流涵闸，上下游水位高造成闸门挡水水头高，因此对闸门的止水要求较高，钢铁复合闸门保持了铸铁闸门刚性止水的特点，且满足双向止水工况，因此能较好地满足入沭闸特殊的工况要求。

四、钢铁复合闸门的安装控制

1.结构组成

钢铁复合闸门主要由门框、门体、导轨、楔紧装置、密封面等部件组成。

门框由铸铁整体浇铸而成，门框两侧自带导槽，精加工之后作为门体升降的导轨。门框平面经龙门刨及立车精加工，并分别加工出一道槽，镶入青铜密封面。门框按最大工作水头设计，其拉伸、压缩和剪切强度的安全系数不小于5，挠度不大于构件长度的1/1500，导轨的拉伸、压缩和剪切强度的安全系数不小于5。

门体为根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）设计，门板上有铜密封面，门体精加工与门框侧槽配合。门体上端有吊耳，门体与吊耳的两接触面精加工之后用螺栓固定。

导轨用铸铁制作，导轨面加工成与门框一样的槽，并在平面上镶入青铜，减少门体上下运行时的摩擦力。导轨和门框连接的接触部位经精加工，用螺栓联接，并设有定位销防止错位。

楔紧装置：

（1）每座闸门在两侧装有可调节的楔紧装置，当门板处于关闭位置时，提供门板与门框支承面之间的接触力。楔紧装置采用铸铁制造，并经精加工，以赋予最大的接触与楔紧作用。

（2）楔紧装置用紧固件及定位螺钉牢固地与门框上导轨和门板连接，并具备足够的可调性，经最终调整后予以固定，楔紧装置的可调部分设在门框上。

（3）配对楔块的倾斜角度按列要求选择，只需在杆上施加最小的作用力就可在闸门支承面上产生最大的压紧力，从而达到最佳的水密性。

密封面采用铜条分别镶入门框和门体上，密封面铜条镶好之后用龙门刨铣床进行铣削，磨削加工，保证了门框和门体之间的密切配合。

2.工作原理

闸门由启闭机带动启闭螺母转动，在梯形螺纹作用下使螺母带动闸门门体上下运行，达到截断或疏通水流作用。

3.主要零部件材质

主要零部件材质见表1。

表1 主要零部件材质表

4.安装前的准备

查看厂家发货清单，清点货物数量及紧固件、备件等数量是否与清单一致，同时做好货物的保管工作。

闸门在运输过程中的变形及损伤，要进行全面的检查和修整，注意同规格闸门的门体、门框不允许互换。闸门未安装前必须水平放置，防止铸件变形影响止水效果，同时丝杆以及联接杆不可受力弯曲。

普莱斯定律[8]中核心作者发文量：m=0.749(m为核心作者最低发文量，nmax为发文量最多的作者论文数），本研究中nmax=17，得出m≈3。由此可知，图2中的29位作者均是我国体育教学评价研究的核心作者，这些作者是推动我国体育教学评价研究发展的中流砥柱。

检查土建尺寸、预埋件及预留孔等是否符合要求。入沭闸工程中预埋件为钢板，预埋钢板应平直，位置准确；当预埋件为预埋螺栓时，预留孔洞应位置准确，预留孔径不小于80mm×80mm，预留孔深度应满足埋螺栓埋入深度为20d。

5.闸门安装

将闸门起吊至安装位置，起吊时利用闸门的地脚螺栓孔起吊，注意要使门体、门框整体起吊，当闸门规格太大或拘于现场位置无法整体起吊时，可将门体与门框拆解后分别起吊，但需注意保护好密封面。

通过启闭机平台上的预留孔，穿入启闭绳具，将闸门整体吊起至安装位置处，使闸门就位，通过测量门框两面的加工面，吊线找正左右方向的位置，左右方向倾斜度小于1.5mm，然后穿入地脚螺栓（或将螺栓穿入安装孔与预埋板焊接）。

将起吊绳具穿过闸门吊耳，拉开门体，调整闸门密封面的垂直度，通过调整闸门四个角部的螺栓，使闸门密封面的垂直度误差小于1/1000mm，并再次复核闸门左右方向倾斜度后，把四个角部的螺栓用垫铁垫实，拧紧螺母，使其固定牢固（附壁式安装的闸门可预先在四个角部的螺栓上一个螺母，通过上、下两个螺母调节密封面的垂直度误差）。

放下门体使门体与门框吻合，用塞尺检查上、下密封面的间隙，使间隙保持在0.1mm以内。间隙超标时，可在该处的门框背面垫入斜铁，同时将地脚螺栓略为旋松，直至间隙合格为止。

将闸门四周二期混凝土内的钢筋绑扎无误后，用细石混凝土二次浇灌、捣固，浇灌后用振动泵捣固坚实，采用膨胀混凝土更佳，二次浇灌混凝土完全凝固后，再逐一检查并紧固螺母。

当闸门规格较大时，将导轨安装就位，应保持导轨与门框的直线度小于2mm。

6.启闭机安装

在启闭机平台上的预埋孔放下吊线锤，以闸门吊耳中心线为基准，在启闭机平台上划十字线，确定启闭机的安装中心。

在启闭机底板上画出相应十字线，将启闭机初步就位，摇动手柄，旋入丝杆。

将启闭机中心与平台上的十字线相对应，用水平仪调平启闭机底板后与预埋钢板点焊，将丝杆的下端与闸门吊耳就位，穿入销轴，复查丝杆的垂直度误差小于1/500mm，全长累计小于5mm，然后将启机底板与预埋板焊固。

将轴导架架体安装到位，与预套在丝杆上的套管用螺栓紧固，保持轴导架管与丝杆同心，最下部一个轴导架到闸门吊耳的距离应大于闸门口径，其余轴导架在闸门的启闭过程中不得与丝杆连接套相碰。

7.调试

闸门调试工作需在二次灌浆完全凝固后方可进行。

电动启闭机在接电运行前，必须按所配套电动装置要求将行程限位开关和过力矩保护开关正确接线后方可进行，打开电动装置外壳按下述顺序操作：

（1）闸门处于全闭位置时（留有30～50mm余量），将关到位行程开关调整到位。

（2）手动打开闸门至全开位置（闸门较大时可接通电临时电源，点动至接近全开到位，再手动操作到位），将开到位行程开关调整到位。

（3）按电气原理图要求正确接线。

电动操作1～3个全行程，观察运行情况，在闸门关到位、开到位时行程限位装置应准确操作。

在闸门操作过程中，注意门体应运行平缓且关到位时应无左右倾斜、卡阻，当出现左右倾斜或单侧卡阻现象时应调节闸门框两侧的斜楔压紧装置的位置，直至正常为止。

上述调整结束后即可进行通水试验。

五、钢铁复合闸门的应用优势

1.性能优势

钢闸门均在门侧及门底采用橡胶止水形式，由于橡胶产品属有机材料，容易随着使用时间的延长而发生老化和磨损。当启闭机操作不当且闸门后因水流骤变而产生剧烈振动和气蚀等因素时，止水橡胶极容易破损或脱离止水位，从而导致止水失效，这时就必须更换止水橡胶，钢闸门的止水橡胶是由螺栓紧固，装卸紧固螺栓非常缓慢和繁琐。

因此和钢铁复合闸门的封水面采用不锈钢、黄铜或耐蚀铸铁相比，钢闸门的使用劣势非常明显。钢铁复合闸门为刚性止水，止水件均经车床精加工，钢门体止水件与铸铁门框止水件贴合紧密，精度高，封水效果好。而且由于钢铁复合闸门止水件磨损慢，更换周期较长，即使当产生较大磨损量时，亦可调整其锲形压块予以重新校核，保证闸门良好的止水效果，大大减少了闸门运行管理中的检修工作量，省去经常更换止水橡胶的繁琐。

2.强度优势

钢铁复合闸门兼具钢闸门和铸铁闸门的优点，摒弃了相应的不足之处，因此使用性能得到很好的提升。钢铁复合闸门的门叶由16Mn或者Q235钢板加工制作焊接而成，而非强度低、韧性差的灰铁材料。从材料学资料可查得Q235钢较HT200材料的容许应力有较大幅度的提升，钢铁复合闸门较之铸铁闸门在门体的强度和刚度方面更能满足水工建筑物水压大的工况要求。

3.制造优势

钢铁复合闸门的门叶可按照钢闸门的制作要求在厂房内依次进行切割、加工、打磨、焊接、防腐等工艺步骤，由于钢闸门门叶材料的强度较高，因此可减小门叶的结构尺寸，避免了铸铁闸门的大尺寸门叶在铸造、内在质量保证、加工设备匹配等方面需要面对的难题，尤其是避免了需运用更大型加工专用设备的难题，减少了铸铁闸门车、铣、削等加工的作业量，只需对门框和止水件进行精细加工即可。

4.安装优势

钢铁复合闸门的安装形式与铸铁闸门基本相同，在施工过程中的关键步骤是钢铁复合闸门的门框安装，门框就位要做到平、正、准、稳，通过使用仪器对门框进行认真的调、校、检，确认无误后即可进行二期混凝土浇筑。混凝土达到安装要求后，按照要求吊入闸门，安装操作即全部完成，整个安装过程操作、控制、检查均按部就班进行，操作非常简单。

5.维护优势

首先由于钢铁复合闸门的封水面磨损的速度较慢，因此封水面的检查频率大大降低，而且不存在老化、失效和断裂的风险。其次，钢铁复合闸门的预埋部件和门框为铸铁材料，免除了对其定期进行防腐处理的程序，只需对闸门叶进行相应维护。

6.经济优势

当处于双向止水工况条件下，钢铁复合闸门较之铸铁闸门及平面钢闸门在经济性方面优势显著，由于铸铁闸门本身在门槽埋件方面比平面钢闸门具有较高的经济优势，因此综合分析，钢铁复合闸门不适用于小型闸门，特别适合在具有双向止水工况条件的水工建筑物中推广使用。

六、结语

通过对钢铁复合闸门的安装控制和应用优势进行分析和总结，认为钢铁复合闸门在病险水闸除险加固工程中具有较好的性能和经济等优势，其止水效果好，造价经济、安装维护简便，特别适合于在有双向止水要求工况的水工建筑物中使用，建议在今后的水利工程建设中予以推广和应用■

（作者单位：新沂市河海建筑工程公司 221400）