用于水电工程隧洞防汛封堵的大型侧开闸门

2017-07-31张应超

水电站机电技术 2017年6期

关键词：门叶座板泄洪洞

张应超

（中国水利水电第十一工程局有限公司安装分局，河南郑州450001）

用于水电工程隧洞防汛封堵的大型侧开闸门

张应超

（中国水利水电第十一工程局有限公司安装分局，河南郑州450001）

介绍了一种用于水电工程隧洞临时封堵的侧开闸门，其特点在于保证汛期防洪封堵的同时，又能兼顾隧洞内的正常施工。克服了常规技术采用的平板闸门封堵存在的缺点和限制条件，对水电站随洞封堵的设备提出一种新的尝试和探索。

防汛封堵；侧开闸门；环形轨道支撑；侧向启闭

1 前言

水电工程建设周期比较长，通常需要跨越一两个汛期。施工期间，基础设施导流洞、泄洪洞等建造还没有完成，不具备行洪泄水能力，尤其是在引水式水电站施工过程中。随着近年气候反常，突发性强降雨时有发生,往往超过施工期间的设计标准。为保证防洪度汛的安全，需要在隧洞进口进行临时封堵；同时兼顾“未遇洪峰时段”在洞内进行的正常施工，方便车辆运输以及人员出入等。

针对此类状况,我们尝试性地采用了一种侧向启闭的大型钢闸门，进行临时封堵。实践证明，这种闸门具有占用空间小、结构简单、启闭便捷、安全可靠、经济实用等特点。

2 主要用途

该项技术主要运用于水电站工程施工过程中的临时封堵，一般布置在水电站泄洪洞、放空洞、施工支洞的洞口，适用于各类隧洞的跨汛期施工。

3 技术原理

3.1 设计理念

采用平板闸门的门叶结构，在侧面边梁顶部和底部设置铰轴装置实现门叶的旋转启闭；在门叶底部安装滚轮，将重力直接传递到地面轨道上；将平板闸门门槽改制成口字形门框形状，中间方孔实现过流，关闭时与门叶面板上四周安装的P型水封压缩止水；在地面布置环形轨道，用于闸门开启关闭行程中，门叶滚轮的行走支撑。

因为临时封堵闸门，不需要经常关闭，在侧开闸门滚轮上方设置拉环，在侧壁和挡墙上设置铆钩，通过起重倒链等简单机械人工操作启闭。

3.2 结构组成

侧开闸门主要由门叶结构、铰轴装置、水封装置、门座、环形轨道等五部分组成（详见图1）。

图1 涔天河水库1号泄洪洞防汛封堵4x4.8-10 m侧开闸门

门叶结构和平板闸门类似，采用整体钢结构焊接而成，主要由面板、主梁、隔梁、侧耳等零部件构成，配合部位进行必要的机械加工。门叶右侧上下位置布置两个侧耳，每个侧耳由两块侧耳板及筋板组成，板上加工铰轴安装的同心孔。门叶侧耳与门座铰座板通过铰轴连接，可以实现门叶向侧面的开启转动。门叶下部设置有两个滚轮，用于支撑门叶结构的重量，将重力传递到与铰轴中心线垂直布置的底面水平环形轨道上。

门座为中空方框形钢结构：由钢板、槽钢、工字钢等焊接而成，结合部位进行必要的机械加工。铰座板与门叶侧耳配合安装铰轴，四周分布的承压板用于承载门叶水压力、保证门叶水封与门座止水面的有效压缩和密闭，从而达到封水目的。

环形轨道俯视图呈两个90～180°的同心半圆环，角度大小根据门叶需要敞开的位置决定。环形轨道采用弯曲成圆弧的工字钢与环形钢板焊接成型，两侧等间距布置筋板增加刚性，滚轮行走的轨道面进行机械加工保证平面度。

3.3 制造公差控制

门叶结构制造，以门叶面板为粗始平面基准进行控制，水封座板与承压块顶面组成的平面平行，且符合尺寸公差要求，保证水封安装后的有效压缩量；以加工后的水封座板为精基准平面，找正门叶侧耳铰轴安装孔位置加工孔，并保证平面度及距离公差要求；且保证两组孔的同轴度符合规定。

门座结构制造，以门叶面板相对的门座面作为粗始平面基准进行控制，止水座板顶面进行机械加工保证一个平面，且保证止水座板厚度要求；以加工后的止水座板作为精基准平面，找正门座铰座板铰轴安装孔中心加工孔，并保证平面度及距离公差要求；且同时满足两组孔的同轴度符合要求。

环形轨道采用弯曲成圆弧的工字钢与环形钢板焊接后，进行扭曲变形调整，使钢板表面满足加工要求再进行机械加工，保证滚轮行走踏面在一个平面内。

门叶结构与门座加工完成后，需要进行厂内整体预组装。安装偏心铰轴进行调整，重点控制门叶面板上的承压块与门座面板上的承压板（与止水座板为同一平面）完全接触，找正位置后，配钻止轴板螺栓孔安装螺钉，对偏心铰轴位置进行固定。检查各项尺寸公差合格，再发运工地安装。

3.4 安装方式

侧开封堵闸门布置在泄洪洞进水口或者洞内，垂直平面安装，门座铰座板铰轴安装孔轴线调整到垂线位置，门座安装在混凝土挡水墙上预留的凹槽内；环形轨道安装在洞底的水平面，保证轨道踏面到门座铰座板水平中线的尺寸公差，且调整环轨中心与门座铰座板铰轴安装孔轴线在水平面的投影点重合。调整合格后固定位置，门座、环形轨道与预埋插筋焊接成一体，浇筑二期混凝土和混凝土挡水墙、洞底基础混凝土形成一体。吊装门叶结构安装在门座之上，安装铰轴、启闭试验、检查调整水封透光性。3.5运行方式

验收合格后，将侧开闸门完全打开，在壁墙位置支撑固定，即可进行洞内的正常作业施工，接到洪水来临通知时将侧开闸门提前关闭，从后面用拉紧螺栓将闸门与门座固定，即可实现对洪水的封堵。

4 关键技术和创新点

侧开闸门利用与平板闸门类似的门叶结构，之所以能实现侧面开启，在于如下创新：

4.1 门叶底部采用两个滚轮支撑

将门叶重量传递到底面轨道上，改变的门叶侧耳的受力方式，变人字闸门顶枢、底枢装置承受门叶重力和侧向扭矩为辅助支撑；两个滚轮与铰轴组成三点支撑，滚轮承受90%以上的门叶重力，铰轴装置只承受少部分重力与滚轮阻力，及启闭过程的推力与滚轮阻力产生的不平衡力矩。

4.2 铰轴采用偏心轴调整水封压缩量

门叶侧耳安装在偏心轴段，在厂内预组装时，将门座与门叶结构平置到关闭状态，转动调整偏心铰轴让门叶面板上的承压块与门座承压面完全接触，保证水封橡皮的有效压缩量，消除制造误差提高封水性能；在最佳位置点焊偏心轴轴端止轴板，在门座铰座板上配钻制造螺栓孔。

4.3 在底面上设置同心圆双环形轨道

减少了门叶启闭旋转过程中受到的运动阻力，使闸门能够轻松关闭。

5 与其它闸门主要技术指标比对

目前还没有同类闸门，从运行方式来看，类似于人字闸门，从结构形式来看，类似于平面闸门，因此和这两种闸门进行对比（见下页表1）。

6 实际应用效果

涔天河水库扩机工程，根据2016年工程防洪渡汛节点目标，需要对1号泄洪洞临时封堵。由于1号泄洪洞及引水发电洞洞内正在施工作业，如果在洞口处修筑围堰或者安装平板闸门作为封堵闸门使用，不仅会增加施工成本，还会给汛期施工带来不便。平板闸门开启后需要长期悬挂在上方，下面通过车辆和人员，存在一定安全隐患。通过方案比对和经济性分析，最终确定在距泄洪洞口46 m的洞内，修筑一道（宽度10 m×高度10.5 m×厚度4 m）混凝土挡水墙从内部横断泄洪洞，在挡水墙中下部设置一扇侧开式封堵闸门，施工期间闸门侧向敞开，洪水来临时提前关闭的度汛方案。