弧形闸门开度尺增设探讨

汤建忠

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

水利工程是影响国计民生的重大工程项目，水闸建筑作为控制水道中水流的主要水工建筑，在水利工程中发挥着重要作用［1］。水闸是修建在河道、渠道或湖、海口,利用闸门控制流量和调节水位的水工建筑物，水闸在水利工程建筑中是十分常见的。当闸门关闭，可以拦洪、挡潮或蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。

水闸闸门按结构形式分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门等。弧形闸门是挡水面为圆柱体的部分弧形面的闸门，其支臂的支承铰位于圆心，启闭时闸门绕支承铰转动。弧形闸门的本体由门叶、支臂、支承铰和止水装置4个部分组成。当启闭闸门时，闸门围绕固定支铰的水平轴转动。由于铰轴中心一般布置在弧形面板的圆心处，故作用在面板上的全部水压力通过形心，启门时只需克服闸门自重以及止水和铰轴的摩阻力对轴心的阻力矩。弧形闸门具有启闭省力，运转可靠，水力学条件好，广泛用于各种类型的水道上作为工作闸门运行。

1 设置闸门开度尺的意义

闸门开启高度（简称闸门开度）指闸门底部止水至闸门底槛的垂直距离［2］，即孔口高度。闸门开启时，控制闸门开度，防止下游因淹没度小，冲坏消能防冲设施或河床。大型调水工程对流量的控制要求较高，所以对闸门开度的精确性要求也较高，目前闸门多采用的是拉线编码器跟齿轮传动编码器等开度自动测控系统。

弧形闸门的开度大都通过开度仪进行测量，为确保自动测控系统可靠性需设现场闸门开度尺，现场闸门开度尺在自动测控系统故障或人工校核闸门开度，与闸控电脑显示的闸门开度进行比对时发挥重要作用。闸门开度尺与闸门开度仪等相比，具有直观、简洁、可靠等优点。

2 弧形闸门开度尺设计

2.1 闸门开度特点

对于平板直升闸门的现场闸门开度，可以用闸门的行走位移量直接反映，因闸门的位移和闸门的开高均在同一方向，而对于弧形闸门，闸门行走位移是在一个弧线上，不能直接反映闸门的开高。弧形闸门在启闭过程中，门顶和门底在统一轨道上移动，位移相同，但垂直方向上不一致，不能简单以门顶所对应的高度代替门底的高度，也就是闸门开度。

本文以江都水利工程管理处江都西闸为例，介绍弧形闸门开度尺的设计。江都西闸位于江都市新通扬运河河口上，是江都水利枢纽配套工程之一，其主要作用是在江都抽水站抽引江水北送时开闸引水，在江都抽水站抽排里下河涝水时关闸隔断江水，并与江都东闸配合，自流引江入里下河地区，配合江都三站发电。工程于1963年6月开工建设，1964年5月建成。2006年2月至2008年12月，根据南水北调东线一期工程江都站改造工程初步设计批复，江都西闸按闸上设计挡水位7.08m，最高挡水位7.36m，闸下最高挡水位4.0m，引水950m3/s进行加固设计，闸室及防渗范围内的翼墙等主要建筑物为Ⅱ级建筑物，闸身为钢筋混凝土结构，闸总宽106.27m，共9孔，每孔净宽10.0m，底板分3块。闸门剖面示意图见图1。

图1 闸门剖面示意图（单位：m）

2.2 闸门开度与门顶累计位移对应关系

江都西闸闸门启闭运用如图2所示，闸门门底由B移动到D，同时闸门门顶由A移动到C，闸门开度为HBD。闸门正常启闭过程中，绝大多数时间，闸门底处于水下，HBD无法通过目测观察，更无法量测，只能通过闸门顶的位移来表示。大多数弧形闸门是扇形，导致在扇形轨道门底由B点移到D点与门顶A点移到C点位移虽然相同，但在垂直高度上不相同，也就是HAC与HBD不同，闸门开度为HBD，故不能用HAC直接代替。

图2 闸门运用示意图（单位：m）

实际应用中，可采用弧形闸门开度计算［3］、弧门开度与启闭机行程的函数关系推导［4］等进行精准计算，也可运用软件模拟推算，本文运用Autocad软件模拟闸门启闭时的运动轨迹，找出闸门开高与门顶位移之间的对应关系，江都西闸开启高度与门顶位移对应关系见表1。表1中，门顶累计位移是某一时刻门顶与全关位置时门顶之间的弧长，也就是闸门起闭过程中门顶所做的位移，每米弦长数值用于制作开度尺时复核检查。

表1 江都西闸开启高度与门顶位移对应关系

2.3 闸门开度尺刻度线方向

弧形闸门开度标尺的刻度线方向为倾斜指向支铰和水平方向2种，刻度线方向示意见图3。从符合读数习惯以及便于日常观测出发，建议开度尺的刻度线采用图3（b）中的水平方向。

图3 刻度线方向示意

3 弧形闸门开度尺制作

开度尺常用材质有搪瓷标尺、铝合金标尺、不锈钢标尺等，通过常见标尺对比（表2）可知，不锈钢标尺虽然投资相对较高，但其使用寿命长，维护简单方便，建议选用。考虑性价比，经过比较分析，江都西闸最终采用厚度1.5mm、宽度200mm的304不锈钢标尺。

目前，在不锈钢表面印字主要使用喷漆、丝印、转印、蚀刻等方法，不锈钢表面印字工艺对比见表3。通过对比，优先选用蚀刻工艺。

4 弧形闸门开度尺的安装

闸门的开度尺与水闸的水位尺不同，当水闸或泵站建成后，由于重力作用，地基土遭受压缩，墩墙一般会产生沉降，进而带动水位刻度标尺一起下沉，导致水位尺高程不准，直接影响水位的观测精度。实际使用过程中，水尺需定期校正和调整。而闸门开度尺仅表示闸门实际开启高度，与建筑物沉降无关，因而闸门开度尺使用膨胀螺栓固定在墩墙上，安装靠近闸门面板且人工易于观测的位置处，使用中仅需对是否固定牢靠进行检查维护，无需调整其高程。

5 结语

江都西闸弧形闸门开度尺已完成安装并投入使用，通过闸位计显示的闸门开度与闸门开度尺的开度差显示，在±1 cm范围内，基本满足使用功能要求。弧形闸门开度尺是对自动化启闭闸门的一种备份，尤其是在闸控系统出现故障时，现场手动方式能及时将闸门启闭到调度指令要求的开度，满足工程实时启闭精准调度要求，方便直观，维护简单，对具有相同弧形闸门的水闸工程具有一定借鉴作用。

表2 常见标尺对比

表3 不锈钢表面印字工艺