闸门在运行中发现的问题及解决对策探析

钟 兴

(中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 中山 528403)

1 前言

闸门的选型设计在满足工程布置合理的前提下，尽量使设计的闸门达到技术先进、经济合理和运行安全的要求，为优化门叶结构，目前基本上仍然采用平面假定体系和容许应力法进行结构设计。闸门门叶结构的制造，除应选择有相关资质的企业按图施工外，还需要做好相关的检测、调试和验收工作。闸门埋设件的安装施工，除应严格控制安装的质量外，还需要选择合理的施工工艺。闸门设备在交付管理单位以后，应定期对其进行管养和维护。以上均是决定闸门后期正常运行的直接原因，也是决定闸门使用寿命的关键因素。

水利水电工程中大部分的闸门在正常使用过程中，均有出现闸门锈蚀严重、止水不严、支承损坏及启闭困难等问题，通过工程案例分析发现，均是由于设计、制造、安装或后期运行管养不合理造成的。

2 运行中发现的问题

中山市中顺大围西河水闸，布置10孔15.0 m×7.3 m露顶式闸孔，水闸防潮按100 a一遇最高洪潮位设计，历史最高洪潮位校核；采用50 a一遇泄洪标准设计，200 a一遇泄洪标准校核，校核最大下泄流量1559 m3/s。2009年12月17日，工程通过完工验收。2014年4月25日，工程通过竣工验收。水闸工作闸门采用直升式平板闸门，采用自润滑材料滑块支承，单扇门重38.44 t，采用液压启闭机操作，容量为2×400 kN，布置于工作闸门上部闸墩上，共设5套液压控制系统，采用镀陶瓷活塞杆。于2020年对闸门进行维护，该工程位于咸潮区，根据西河水闸运行管理人员反映及现场勘查发现，启闭机完好，现状水闸闸门存在的主要问题为闸门基体表面出现涂层脱落、大面积锈蚀，支撑滑块锈蚀、磨损严重，止水橡皮老化等一系列问题，严重影响水闸运行安全。

中山市中珠联围大涌口水闸，水闸共12孔，单孔净宽14.2 m，总净宽170.4 m，最大过闸流量为1774 m3/s，属Ⅰ等大(1)型工程，其主要建筑物级别为1级，次要建筑物为3级。水闸防潮按100 a一遇最高洪潮位设计，历史最高洪潮位校核；防洪按50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核，于2006年底正式投入运行。水闸工作闸门采用实腹式主梁，悬臂轮支承，单扇闸门设置6套悬臂轮，每扇门重38.0 t，闸门运行方式为动水启闭，启闭设备采用QPPYⅡ-2×400-6.2双吊点液压启闭机，布置于工作闸门上部闸墩上，共设6套液压控制系统，控制12扇工作闸门的启闭操作，采用镀铬活塞杆。于2020年11月对闸门进行现场检查，该工程位于咸潮区，发现闸门门体、埋件、支承行走结构均存在局部轻微锈蚀，闸门主轮均有倾斜，与轨道不能有效接触，个别闸门下主轮缺失，闸门顶止水橡皮均有不同程度的老化、损坏、撕断、缺失，止水压板及螺栓锈蚀。启闭机活塞杆采用镀铬处理，普遍存在锈蚀现象，锈蚀主要发生在活塞杆下半部位，活塞杆表面存在点蚀锈斑，局部较多，成片分布，呈麻面状，表面镀层破坏，形成点蚀锈坑，液压油缸普遍存在漏油现象，造成闸门启闭困难。

通过对中山市其余临海挡潮闸的调查发现，大部分挡潮闸工作闸门都存在以上类似的问题。

3 原因分析

(1)锈蚀原因分析：由于临海挡潮闸钢闸门直接与海水接触，海水中溶有大量的以氯化钠为主的盐类，同时海水中又溶解了大量的氧气，碳钢材质在海水中发生去极化腐蚀，造成闸门及埋件整体锈蚀，在开闸泄水和挡潮时风浪的影响下，还易发生空泡腐蚀和冲刷腐蚀。另外海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。沿海地区的挡潮闸的钢闸门受海边盐雾大气的腐蚀[1]，海洋大气中含有大量的盐分，气体中的氯化物含量较高，易造成水上部分金属结构设备发生点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀。

(2)闸门漏水原因分析：闸门为挡潮闸同时兼顾蓄水，要求采用双向止水布置，闸门采用双P形止水设计[2]，实际上只能起到单向挡水严密的作用，止水橡皮布置在内河侧，当内河侧水压力大于外河侧时，门体向外河侧靠紧，止水橡皮与内河侧止水埋件座板之间存在间隙，形成流水通道。同时因为挡潮闸闸门频繁启闭，侧止水橡皮磨损严重，加上橡皮老化和磨损，导致压缩量不够[3]。同时闸门止水螺栓、压板未采用不锈钢材质，表面腐蚀不易拆卸，为止水橡皮的更换带来一定困难。

(3)闸门支承部件问题分析：由于挡潮闸工作闸门的孔口和跨度一般较大，宽度一般在10m以上，防洪时的总水压力也比较大，采用定轮布置，结构和材料等问题比较突出，具有一定的局限性[4]，尤其是采用悬臂主轮作为行走支承时，为适应闸门变形，通常设计时会考虑采用球面轴承，故一般会采用密封式主轮结构[5]，由于闸门跨度大，整体塑性变形较大，沿海地区闭门时仍有较大的风浪作用力，导致滚轮轴承易疲劳破损，同时由于运行维护困难，导致滚轮支承整体结构破坏。

(4)闸门启闭困难分析：采用液压启闭机控制工作闸门启闭，传统的启闭机活塞杆采用45号钢表面镀铬材质，受海边盐雾大气的腐蚀作用，活塞杆易腐蚀[6]，导致液压缸漏油，其稳定性和同步性难以保证，加上传统的行程传感器采用钢丝绳，容易受腐蚀及外部因素的影响，行程检测精度不高。现场运行管理维护人员设备运行维护认识和重视程度不够高，养护和维修经费不足，设备老化，元器件更换不及时，设备运行维护较困难，降低了闸门使用寿命[7]。

4 解决措施与建议

(1)优化协同设计。在闸门计算方法和计算机高速发展的水平上，运用有限元等三维分析软件进行辅助计算和建模分析，在闸门结构局部薄弱的地方通过设置加强板或加劲肋的方式予以加强，降低闸门应力位移和局部振动[8]。传统CAD设计在修改图纸中某一处的时候，需要设计人员对比该处与其他图纸说明中相关的部分进行逐一排查并修改，增加工作量的同时，容易造成人为的遗漏和错误。运用BIM技术的参数化和协同化设计，使模型与实体相互关联，以便查询和核对项目信息，为项目生命周期的各个阶段提供信息沟通和基础数据共享[9]。BIM软件中可对滚轮、主梁、工字钢梁、槽钢、止水装置、锁定装置及螺栓连接件等常用的零部件通过建立参数化族文件，以便在其他项目中调用，节省建模时间，避免重复性劳动，提高设计工作效率。通过BIM技术建立基于BIM数据库的协同平台，把水利工程项目各阶段、各专业间的数据信息纳入到该平台中，实现专业间数据共享、协同设计。业主、设计、施工及运维等各方还可以随时从该平台上任意调取各自所需的信息，通过协同平台对项目进行优化设计、施工模拟、进度把控、成本管控、管养维护等，最大程度地提升项目管理水平和设计品质。在闸门止水设计中止水橡皮型式选择时运用BIM设计，可以直观地显示闸门反向止水时闸门与埋件之间的缝隙，避免因设计考虑不周引起闸门挡水时漏水的问题。

(2)控制制造质量、把控安装精度。按图施工一切制造的前提基础，也是最终顺利通过验收的基本准则。选取有资质、有能力的闸门设备制造厂家，并应根据图纸中标明的材质、尺寸、说明及相关技术要求严格按图施工，在制造过程中遇到图纸标识不清、不全或有明显错误的地方要与设计单位沟通确认，为保证产品质量，制订并实施正确的施工工艺[10]。闸门安装时应严格控制埋件及启闭机安装精度，确保闸门入槽后能正常运行。从闸门及启闭设备多年后的运行和管养情况来看，在闸门液压启闭机活塞杆选择表面镀铬与镀陶瓷的问题上，表面镀陶瓷设备更能运行完好，抗腐蚀能力更强，闸门启闭控制的精度更高。

(3)加强设备运行维护。运行管理单位应坚持积极保养，定期检查和不定期检查相结合的原则，及时发现闸门及启闭设备在运行中的问题并予以解决，确保设备运行良好[11]。管理单位应完善运行管理制度，遵循岗位责任制度，逐级落实管理维护工作。在闸门及启闭设备运行过程中，对于闸门止水橡皮，尤其是顶止水橡皮，止水螺栓等易损、易坏件应进行及时的更换。闸门锈蚀部位应予以及时的除锈和油漆防腐，沿海挡潮工作闸门更容易受到海水腐蚀，表面防腐前应对闸门表面锈蚀部位进行重新打磨和清洁，在选择防腐涂料时，应根据原设计方案选择合适的表面涂料。针对闸门支承结构破坏或启闭设备原因导致无法正常启闭时应及时上报上级管理单位，及时采取有效措施予以解决，并做好相关记录。同时，运行管理单位应根据相关法律法规，对在役设备定期组织现场安全检查、检测和安全鉴定，确保其安全运行。

5 总结

通过对中山市沿海挡潮工作闸门的巡视检查和运行状况分析，闸门运行中出现的问题是由于设计、制造、安装和后期维护管养等多方面原因导致的。在设计时应综合比选以选用合适的布置方案，通过多元化的设计软件辅助设计，构筑建筑信息模型，加强各专业之间的沟通、协作，保证设计质量成果输出。在闸门及启闭设备制造时应选择图纸中明确的加工材料和适宜的施工工艺，按图施工，并严格控制安装精度，确保闸门安全运行。在设备后期的运行和维护中，应加强巡检，发现问题及时上报并做好相关记录，确保设备的安全、高效运行。