江风口扩建工程闸门启闭机选型和设计

2018-09-03舒刘海刘美义

治淮 2018年8期

刘良舒刘海刘美义

（中水淮河规划设计研究有限公司合肥 230000）

1 工程概述

江风口分洪闸建于1955年6月，共7孔，孔口尺寸12.0m×6.5m（宽×高），闸室为低实用堰型，工程于2001年1月完成除险加固。加固后闸室内设置一道工作闸门，无检修门槽，工作闸门采用12.0m×8.38m-8.14m（宽×高-水头）露顶式斜支臂钢闸门，计7扇，弧面半径8.0m，支铰中心高程56.80m，闸门底槛高程50.80m；启闭设备采用QHLY-2×500kN-3.85m液压启闭机启闭，设2套液压泵站，分别控制3扇门和4扇门。该闸主要作用是分洪和连接邳苍分洪道两岸交通功能，现状分洪流量2593m3/s，正常蓄水位53.50m，最大挡洪水位58.98m，根据东调南下续建工程总体规划，该闸需要承担设计分洪流量4000m3/s，该工程于2011年实施扩建，扩建规模为1483m3/s，共扩建4孔，每孔净宽12.0m，总净宽48.0m。

2 工作闸门布置及设计

2.1 工作闸门布置

根据扩建的工程特点，并结合上下游河道地形、地貌、工程地质和进出口水力条件等原则，确定在老闸左侧紧靠老闸扩建4孔，单孔净宽12.0m。为了与老闸整体协调布置，闸室顺流向长度与老闸同为18.0m，闸室上游设检修便桥，下游设交通桥，无检修门槽及启闭设备。

扩建新闸金属结构设计比较了平面钢闸门和弧形钢闸门两种方案，由于闸门运用存在动水局部开启控泄分流工况，并综合考虑新老闸外观协调性，工程确定采用弧形钢闸门方案。受限于闸室长度和挡水位大的技术难题，设计通过合理布置支铰位置和选取最优的弧面半径，充分利用交通桥下空间，解决了闸门能够达到最大开启高度、又不触碰公路桥的技术难题，金属结构总体布置见图1。

2.2 工作闸门设计

2.2.1 工作闸门设计

工作闸门采用12.0m×8.5m-8.18m（宽×高-水头）露顶式双主横梁斜支臂钢闸门，计4扇，面板布置在上游侧，主要结构材料采用Q235B，弧面半径8.5m，总水压力5730kN，刚度比为4.2，支铰中心高程56.90m，闸门底槛高程50.80m。

支铰采用圆柱铰，铰链和铰座材料ZG310-570，轴材料45，轴套采用GEW300HFZB056自润滑关节轴承。侧向采用φ200mm简支滚轮支承，材料ZG270-500，每侧设4只，共计8只。止水采用单向止水，材料采用橡塑复合止水，在基材SF6674表面喷涂聚四氟乙烯，侧止水采用L型橡皮，底止水采用I型切角橡皮，均布置在面板侧。

2.2.2 弧面半径选取

图1 金属结构总体布置图

表1 启闭机方案比选表

老闸加固只是由潜孔式改为露顶式，更换了闸门，闸门高度由6.7m增加到8.38m，弧面半径受到加固约束，仍然取8.0m，导致面板曲率半径与闸门高度比值超出规范规定的通常取1.0～1.5范围。根据国内外有关资料统计分析，弧面半径由缩小的趋势，这样可以改善支臂的稳定性，缩短闸墩，但会增加启闭机容量。

此次设计沿用原来的设计思路，在闸室布置和启闭机容量上综合选择，控制面板曲率半径与闸门高度比值在通常取值范围内，弧面半径R为8.5m。

2.2.3 支铰轴套的选择

在近几年大中型水闸和水库加固中，发现支铰轴套问题比较突出，由于封闭在铰链内，很难判断轴套磨损和润滑情况。如拆除铰链检查轴套情况，需要固定闸门，检查工作量大。有的闸门使用年限长，铰链系统锈蚀，拆除困难，甚至会破坏原构件。

在设计过程中优化了铰链系统，便于以后拆卸；考虑到目前市场上轴套产品很多，设计采用国内知名厂家产品，选择双金属镶嵌自润滑材料关节轴承，并设置了密封系统，防止水分进入轴套内或轴套内润滑油流出。

3 工作闸门启闭机选型及设计

3.1 工作闸门启闭机选型

河道上水闸启闭机通常采用卷扬式、液压式和螺杆式等，针对该工程特点，弧形闸门启闭方式比选了卷扬式启闭机和液压式启闭机两种型式，两种启闭设备均可行，也都能满足闸门启闭要求，但两种方案各有优缺点，见表1。

老闸加固前原工作闸门启闭机为卷扬式启闭机，由于老闸启闭机工作大梁为变截面拼接而成的曲梁，经验算其结构强度不满足要求，故加固改建时更换为液压启闭机方案。由于液压启闭机检修维护要求高，该闸闸门开启使用频率比较低，综合考虑工程实际情况和管理单位要求，扩建工程工作闸门启闭机采用卷扬式启闭机方案。

3.2 启闭机设计

经计算，启闭设备采用HQ-2×225kN-9.0m卷扬式启闭机启闭。启闭机减速器采用摆线针轮式结构，提高了运行平稳可靠性，降低了运行噪音，启闭机体积也比传统启闭机小巧，得到了验收专家和管理单位的好评，目前运行情况良好。

4 检修闸门设计

4.1 设置检修闸门必要性

江风口分洪闸上游沂河非汛期水位低于门槛高程50.80m，因此未设置检修闸门。当沂河李庄拦河闸建设完成后闸前正常蓄水位为53.50m，则该闸将处于经常挡水状态，因此需要增设检修闸门。

4.2 检修闸门选型

综合考虑工程特点，初步设计检修闸门提出了平面叠梁式钢闸门和浮箱式钢闸门两种方案进行比选。

一般新建水闸检修闸门多采用平面叠梁式钢闸门，主要设计、制造简单，运行管理方便，平时锁定在各闸墩上，使用时通过电葫芦配合抓梁起吊。由于老闸未留检修门槽，采用此方案须对老闸进行改造，包括检修门槽的开凿、主反轨及底槛预埋件的安装、启闭机轨道的安装以及对上游检修便桥的改造等，施工难度较大。

浮箱式检修闸门的设计、制造较复杂，运行及管理比较麻烦，此方案须对闸墩前侧及底槛的止水面进行处理，同时还须对老闸边墩进行局部凿槽。此方案的优点是不需要单独的启闭设备，水工结构的变动相对较少。

经过比选，设计检修闸门采用浮箱式钢闸门方案。

4.3 检修闸门设计

闸门设计按照正常蓄水位53.50m进行结构设计，检修闸门采用12.0m×4.0m-3.70m（宽×高-水头）浮箱式钢闸门，计1扇，浮箱门外形尺寸14.48m×4.0m×1.6m（宽×高×厚），沿宽度方向分3节布置，中间一节宽度8.01m，两边每节宽度3.235m，各节采用螺栓连接。主要结构材料采用Q235B，闸门重22.8t，配重15.7t，浮箱闸门设计稳定吃水深度2.3m，配潜水泵（50WQ18-7-1.1）2只。