閘門結構設計論文

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1進口檢修閘門及其啟閉設備

由于事故閘門在非小頻率洪水期，長期處于擋水狀態，且隧洞又較長，水頭較高，經分析比較，在事故閘門前設置1道檢修閘門是必要的，用來事故閘門及其埋件檢修時擋水。檢修閘門孔口尺寸為10.5m×10.5m，按正常蓄水位設計，設計水頭為40m。其底坎高程為224.00m，閘門檢修平臺高程為278.25m。檢修閘門為焊接結構，主體材料根據其工作環境溫度、操作條件及荷載工況設計為Q345B，主橫梁采用工字型實腹等截面焊接結構，閘門主支承采用高強度鋼聚甲醛復合材料滑道，較常用的鑄鐵滑塊摩擦系數低，可以大大降低啟閉機容量，節省了工程投資。門葉結構按國家運輸單元劃分標準沿高度方向設計成5節制造運輸，在現場焊接連成整體，閘門采用上游止水方式。閘門的操作條件為靜水啟閉，閘門充水平壓方式采取節間充水平壓方式和小門充水平壓方式兩種進行比較。考慮閘門孔口尺寸較大，為大型平面滑動閘門，設計水頭又高，采用節間充水平壓方式，會引起閘門振動，存在安全隱患。因此，經綜合比較采用小門充水平壓方式是合適的，當閘門前后水頭差達到預先設定值時靜水啟門。檢修閘門的數量為1孔1扇，選用1門1機的布置方式，經計算選用1×1600kN高揚程固定卷揚式啟閉機操作，閘門平時鎖定在檢修平臺上，不存在鋼絲繩泡水問題，也避免了采用拉桿裝拆繁瑣問題。閘門鎖定梁采用如意式自動鎖定梁，較常用的人工及半自動工字梁操作方便，省時省力，安全可靠。啟閉機平臺的布置根據啟閉機上極限、閘門充水行程及閘門整節吊離孔口并留有檢修底水封的空間高度，確定啟閉機平臺高程為296.50m。

2進口事故閘門及其啟閉設備

在檢修閘門下游側設有1道1孔1扇事故閘門，在隧洞及出口工作閘門發生事故時可起到保護作用。事故閘門孔口尺寸為10.5m×10.5m，其底坎高程為224.00m，閘門擋水水位按萬年校核水位268.50m設計，設計水頭按系列水頭取為45m，閘門檢修平臺高程為278.25m。事故閘門為焊接結構，閘門主體材料依據其工作環境溫度、操作條件及荷載工況設計為Q345B，由于底主橫梁荷載較大，采用箱型梁實腹等截面組合梁，其他主橫梁采用工字型實腹等截面組合梁。閘門主輪材料依據輪壓荷載選為ZG35Cr1Mo,采用偏心軸定輪支承，以便在現場安裝時，調整各主輪踏面高度，使每個主輪踏面盡量在同一平面內。因閘門跨度較大，為保證主輪與主軌踏面接觸良好，主輪軸承選用自潤滑關節軸承，以便適應主輪處轉角。門葉按國家運輸單元劃分標準分5節設計、制造及運輸，在工地焊接連成整體。閘門采用上游止水方式，以避免閘門長期處于擋水狀態而使主輪泡水而發生銹蝕破壞。閘門的操作條件為利用配重動水閉門，閘門的配重可選擇利用水柱和鑄鐵配重兩種方式，考慮利用水柱閉門閘門結構復雜，啟閉機容量大，投資相對較高，選用了簡便易行的鑄鐵加重塊布置固定在閘門門葉梁格內，用來滿足動水閉門的要求。閘門充水平壓方式可采用節間充水和小門充水兩種方式，考慮閘門孔口尺寸較大，為大型平面定輪閘門，設計水頭又高，為避免充水時引起閘門振動，埋下安全隱患，采用了在門體上開小門充水平壓方式，當閘門前后水壓差達到設定的數值后靜水啟門。閘門啟閉設備考慮了固定卷揚式啟閉機和液壓啟閉機兩種啟閉設備，對于該部位兩種啟閉設備都需要水工布置安裝固定排架，如使用液壓機需配拉桿，增加了施工及運行期安裝與拆卸的工程量。固定卷揚式啟閉機較液壓啟閉機造價低廉，更經濟合理，足以滿足操作閘門的要求。因此，閘門選擇了2×2500kN高揚程固定卷揚式啟閉機進行操作。閘門平時處于關閉狀態，啟閉機吊具直接與閘門吊耳相連接，由于閘門為上游止水，不存在鋼絲繩泡水問題。啟閉機安裝高程根據啟閉機上極限、小門充水行程高度及閘門整節吊離孔口在檢修平臺以上有一定的裕度綜合考慮，確定啟閉機布置在296.50m高程的平臺上。

3出口工作閘門及其啟閉設備

在隧洞出口閘室段設1道1孔弧形工作閘門，用來調節50年一遇及以下小頻率洪水，閘門平時處于開啟狀態，當事故閘門開啟需進行充水平壓前，工作閘門下閘擋水，有局部開啟要求。由于弧形閘門無門槽，水流條件較平面閘門好，能更好地滿足閘門局部開啟調節泄量的要求，因此，工作閘門型式選用弧形閘門。工作閘門孔口尺寸為8.8m×8.8m，其底坎高程為193.00m，支鉸中心至底板距離確定為13.0m，閘門擋水水位按萬年校核水位268.50m設計，設計水頭按系列水頭取為76m，弧門面板外緣半徑為18m，經流激振動試驗表明閘門布置合理滿足泄洪時支鉸不阻水及局部開啟要求。閘門采用直支臂主縱梁焊接結構，按常用的計算方法，初步確定斷面形式及尺寸，再通過有限元計算方法進行強度、剛度及穩定性分析，根據有限元計算成果加強了斷面尺寸。門葉主縱梁為焊接組合箱型梁，縱隔板為實腹T型焊接結構，主梁和支臂均采用組合式焊接結構，閘門主體材料依據其工作環境溫度、操作條件及荷載工況設計為Q345B。閘門頂水封結構形式在門葉和門楣上各設一道,門葉上P型橡皮頂止水可沿水流方向在水封座板上移動,避免了支臂受水壓后的彈性壓縮使閘門漏水，門楣上水封采用轉角式,利用水壓力將水封壓緊在面板上。支鉸型式為圓柱鉸，支鉸材料為ZG35Cr1Mo，支鉸軸承為銅基鑲嵌自潤滑球面軸承。支臂與門葉、支臂與支鉸之間均采用螺栓聯接，為了承受支鉸的作用力和便于閘門的精確安裝,設置了支承面經加工的支承鋼梁,鋼梁埋入二期混凝土內與一期混凝土埋件相連接，有效地將閘門所承受的荷載安全的傳遞到混凝土中去。潛孔弧形工作閘門啟閉設備可選用弧門卷揚式啟閉機和液壓啟閉機兩種型式，但經計算該閘門需要1600kN閉門力才可動水閉門，使用弧門卷揚式啟閉機操作需要加配重，這樣必然增加啟門力，啟閉機的容量和重量以及外形尺寸都要相應增加，勢必造成開挖量增大，造成浪費。液壓啟閉機本身可以設計成具有1600kN閉門力的型式，節省了配重，減小了啟門力，外形尺寸小，布置整齊、美觀。經綜合比較選擇了中間鉸支搖擺式液壓啟閉機操作該閘門。液壓啟閉機布置在225.8m高程液壓啟閉機室內，啟閉容量為4500kN/1600kN（啟門力/閉門力），一臺液壓啟閉機設置一套泵站進行操作和控制，液壓啟閉機吊點型式為單吊點，根據閘門的啟閉高度，確定啟閉機的工作行程13m，最大行程13.2m。

4結語

工程泄洪兼導流洞金屬結構設備設計各項指標滿足規范要求，且有一定的安全裕度及靜力安全儲備，尤其是對于結構復雜的超大型弧形工作閘門的設計，采用了常規的手算結合有限元分析及流激振動試驗相互驗證的方式，確保了閘門強度、剛度及穩定性均能滿足現行規范的要求。

作者:馬會全袁偉王緒建單位:中水東北勘測設計研究有限責任公司