长洲水利枢纽工程1号船闸上闸首金属结构设计

季 锐，孙 娜

（1.广西水利电力职业技术学院，南宁 530023；2.中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，南宁 530023）

1 枢纽船闸工程概况

长洲水利枢纽横跨两岛三江，外江主河道布置厂房及泄水闸坝，船闸布置于外江右岸台地上。外江台地从左到右依次布置1 号船闸（2000 t 级）、两孔冲砂闸、2 号船闸（1000 t 级），外2 号重力坝、外1号重力坝及连接右岸对外公路的接头土石坝。

长洲水利枢纽1 号、2 号船闸为平行布置的双线单级船闸，船闸冲沙闸金属结构工程共有闸门35扇、闸门埋件36套、拦污栅20扇、拦污栅埋件20套、门式启闭机3 台、液压启闭机16 台，固定卷扬式启闭机6台，金属结构总工程量约6200 t。

长洲枢纽通航建筑物包括双线单级船闸和两孔船闸冲沙闸，建筑物布置在外江右岸台地上，为双线单级船闸。1号船闸的通航规模为2000 t，闸室有效尺寸200 m×34 m×5 m（长×宽×水深）；2号船闸的通航规模为1000 t，闸室有效尺寸190 m×23 m×4 m（长×宽×水深）。两条船闸的通航净空均为10 m。船闸上游最高通航水位为23.9 m，相应的下游最高通航水位为23.8 m；上游最低通航水位为18.6 m，考虑河床下切影响后下游最低通航水位为4.55 m；上游正常蓄水位为20.6 m。闸室或输水廊道检修时，上游最高水位为20.6 m，下游最高水位为9.6 m。

每线船闸自上游至下游设有上闸首检修闸门、上闸首人字闸门、下闸首人字闸门、下闸首检修闸门。每线船闸左、右各布置一条输水廊道，其布置型式及闸门参数均相同。输水系统布置有进水口拦污栅、输水廊道上闸首工作闸门及其上、下游侧的检修闸门、输水廊道下闸首工作闸门及其上、下游侧的检修闸门。

2 船闸上闸首检修闸门及其埋件和启闭机

在1号船闸上闸首人字闸门的上游侧设1扇检修闸门。门型为露顶式平面滑动钢闸门，闸门孔口尺寸为34 m×23.8 m，设计水头12.6 m，底槛高程8.0 m，门槽顶部高程为37.9 m。闸门封水宽度34.12 m，支承跨度34.7 m。门叶分7 节制造，分3 个起吊单元，上起吊单元3 节，中起吊单元2 节，下起吊单元2节，各起吊单元之间采用销轴连接。

闸门的作用是用于1 号船闸检修和挡洪。当1号船闸闸室及上闸首工作闸门检修时（上游水位不超过20.6 m），放下下起吊单元（第Ⅰ、Ⅱ节门叶）和中起吊单元（第Ⅲ、Ⅳ节门叶）挡水；启门时，应先提起中起吊单元的第Ⅳ节门叶90 mm，利用节间充水平压，待闸门前后水位差小于1.0 m 后方可分别提起中、下起吊单元。当水库水位超过最高通航水位23.9 m时，为防止闸室过水，应关闭整扇闸门。关闭闸门时，应按下、中、上起吊单元的次序依次放下；当水库洪水位回落至低于最高通航水位23.9 m 时方可启门，启门时，闸门前后水位差小于1.0 m。

船闸或上闸首工作闸门检修时，闸门最高挡水位20.6 m，闸门挡水水头12.6 m。闸门结构材料采用Q345，每节门叶布置两根工字形截面主梁，边梁为焊接工字梁。面板和止水均布置于下游侧，侧止水采用P60－A橡皮，底止水和节间止水采用I130-20 橡皮。主支承采用铜合金镶嵌自润滑滑块。闸门门叶采用喷锌加涂漆封闭的方法防腐。

门槽型式采用I 型，门槽宽度1850 mm，深度为800 mm，门槽内设主轨、反轨、侧轨和底槛，主轨、反轨及侧轨均延伸至高程37.9 m 平台。主轨材料采用Q345。门槽埋件外露表面采用涂漆防腐。

1号船闸上闸首检修闸门及其埋件的计算成果见表1。

表1 1号船闸上闸首检修闸门及其埋件计算成果表

平时，闸门存放于1 号船闸上闸首检修闸门检修室。闸门操作条件为静水启闭。启门前先关闭其后的人字门，利用节间充水平压，待闸门前后水位差小于1.0 m时启门。

检修闸门由船闸/冲沙闸坝顶2×1600 kN 单向门机操作，门机通过自动挂脱梁与闸门连接。单向门机位于高程37.9 m的坝顶，轨顶高程38.25 m。其主起升机构用于1 号船闸上闸首检修闸门、2 号船闸上闸首检修闸门、船闸冲沙闸事故闸门等的启闭和吊运。

门机主要由2×1600 kN 主起升机构、8 t 电动葫芦、大车行走机构、门架、梯子、平台、栏杆、司机室、测风装置、大车轨道装置、机房和电气设备等组成。机房顶设有避雷器和风向风速仪。为了保证安全，门机设置锚定装置，当门机长时间闲置，或有大风警报时，必须进行锚定，大车锚定装置为锚链式。

门机设有下列安全保护装置：

（1）在起升机构平衡滑轮处设有荷重传感器，用于起升载荷的信号输出。当提升载荷达到额定起重量的90%时自动报警，达到110%时发出禁止性报警信号，并只能使载荷作下降动作。

（2）在起升机构卷筒轴上装有1 套集机械式上、下极限位置限制器和旋转式光电编码器为一体的高度限制传感器。高度限制传感器及显示仪用于上、下极限位置控制和显示吊具的位置。

（3）大车行程限位开关、大车缓冲器、警示灯等。

2×1600 kN单向门机主要技术参数见表2和表3。

表2 船闸上闸首主起升机构主要技术参数

表3 船闸上闸首副起升机构主要技术参数

为确保安全，门机起升机构与行走机构中的任何两个机构均不能够同时动作，即：主起升机构和副起升机构不同时工作，主起升机构和行走机构、副起升机构和行走机构均不同时工作。

3 船闸上闸首工作闸门及其埋件和启闭机

在船闸上闸首设1扇工作闸门。门型为露顶式主横梁人字钢闸门，闸门孔口尺寸为34 m×17.05 m，设计水头12.68 m，人字闸门由两扇对称门扇组成。门扇在关门位置时，其轴线与闸室横向轴线夹角为22.5°。底槛高程8.0 m，门槽顶部高程为25.0 m。

单扇门叶封水宽度20.2 m，封水高度17.075 m，门叶分7 节制造，运至工地拼焊成整体。人字门门体结构采用主横梁结构，主横梁为工字形结构，门轴柱和斜接柱均为焊接开口工字形结构。闸门面板设于上游侧，人字闸门底枢采用固定式。支承采用连续式，兼作闸门侧止水（刚性）。底止水采用垂直式P 型水封，其材料采用P65 橡皮（橡塑复合止水）。顶枢采用楔形块调整式的顶枢装置。在门扇斜接柱顶端设置卡钳式导卡。在门底靠近斜接柱处设置闸门全关时的限位装置；在门龛内的闸墙上，每侧都埋设闸门全开时的限位装置。

上游最高通航水位为23.9 m，与此对应的下游最高通航水位为23.8 m；上游正常蓄水位20.6 m 时对应的水头12.68 m，为闸门最大挡水水头。闸门结构材料采用Q345B，门叶布置9根工字形截面主梁。闸门支承采用连续式支垫块，其材料为0Cr19Ni9N，最大线荷载为4 703.1 kN/m。闸门背拉杆布置1组，共4 根，副杆共3 根，背拉杆材料为DH36。液压启闭机活塞杆与闸门连接的轴径为300 mm，材料为40 Cr。闸门采用喷锌加涂漆封闭的防腐方法。

门槽内设底槛、底枢、顶枢、枕座等。枕座延伸至高程25.0 m，枕垫材料为0Cr19Ni9N。底枢装置由底座、顶盖、球瓦、磨菇头等构件组成。底座材料为ZG35CrMo，顶盖材料为ZG35CrMo，球瓦材料为自润滑材料，磨菇头球面半径为470 mm，材料为25，表面堆焊3 mm不锈钢。顶枢主要由A杆、B杆、顶枢轴、拉架A、拉架B和楔块等组成。A杆、B杆材料为35，顶枢轴直径为480 mm，铰接轴直径为400 mm，材料均为40 Cr，顶枢轴套材料为自润滑材料。门槽埋件外露表面采用涂漆防腐。

1 号船闸上闸首工作闸门及其埋件的计算成果见表4。

表4 1号船闸上闸首工作闸门及其埋件计算成果表

闸门操作条件为静水启闭。启门水位差不得大于0.1 m。计算启门力为1337 kN，闭门力为1217 kN。启闭设备采用QRWY－2000 kN/2000 kN－7.7 m卧式摆动双作用液压启闭机，每扇门叶设1台，共2 台，活塞杆端与门扇顶部采用销轴铰接。启闭机与输水廊道上闸首工作闸门液压启闭机共用泵站，泵站设置于高程28.3 m 的泵房内。闸门在闸室7.0 m平台安装和检修。

QRWY－2000 kN/kN2000－7.7 m 卧式摆动双作用液压启闭机由液压缸总成、双向摆动机架、行程检测和限位装置、基础埋件、液压泵站及管道系统、电力拖动和电气现地监控设备等组成。液压启闭机主要技术参数见表5。

表5 液压启闭机主要技术参数

液压缸安装在由滑动轴承支承的双向摆动机架上，其中心高程为25.23 m，活塞杆前端与人字闸门的连接点采用自润滑球面轴承成铰接形式。

活塞和活塞杆的主密封件采用V 形组合密封圈，油缸活塞杆采用喷涂黑色陶瓷并带内含式行程传感器，缸体材质为45，活塞杆材质为45，导向套材质为ZGCuAl10Fe3，U形架为Q345B焊接件，十字铰轴采用滑动轴承支承，转动部分轴承采用自润滑轴承。

液压泵站主要包括油箱总成、阀台总成和油泵电动机组三部分。油箱总成设有液位计、液温计、滤油器、空气滤清器（带吸湿）、加热器等附件，箱体为不锈钢焊接件；阀台总成设有油源阀块、人字闸门液压缸控制阀块、输水闸门液压缸控制阀块；油泵电动机组每站设有比例变量泵用于人字闸门液压缸的驱动，恒压变量泵用于输水闸门液压缸的驱动，此外，还设有1台手动泵作为备用。

液压控制系统的主回路采用插装阀集成系统，各泵口设有PQT 在线检测接口。液压系统具有泵组空载启动、正常启闭运行、系统超压保护、活塞杆受最大非正常荷载时的持住保护、人字闸门塌拱保护等功能；左右两扇人字闸门的同步启闭则由比例变量泵采用闭环控制实现。设在液压缸两腔进口处的缸旁阀块均包括锁定性较好的平衡阀和能适应多种工况的压力保护阀件及两腔自动补油阀等。

电气现地控制系统每站设有PLC控制柜，二次回路控制柜、配电柜、动力柜。现地运行状态指示、控制按钮、转换开关、彩色图形操作画面均设在机柜面板上。

4 结语

长洲水利枢纽工程是西江黄金水道建设的重点工程，也是控制西江流域广西段通过能力的关键性瓶颈，对打造西江亿吨黄金水道，推动珠江-西江经济带加快发展具有重要意义。长洲水利枢纽1号船闸作为广西最早建成并通航的2000 t 级船闸，为广西区内各水系的2000 t、3000 t级船闸的总体设计规划设计提积累了宝贵的经验。