任葦

（國家電力顧問集團西北勘測設(shè)計研究院，陜西 西安710065）

1 背景概述

對于閘門高度比較低、擋水水頭比較小的水利工程，閘門型式比較多樣，除常用機械啟閉的平板閘門、弧形閘門外，利用水力啟閉的有折疊式自浮閘門、扇形自浮閘門、翻板閘門等，此類水力啟閉閘門土建工程量小，不需要啟門機械，工程投資與同樣規(guī)模的水閘比較，都比較節(jié)省，但水閘泄水都是門頂溢流，開啟不穩(wěn)定，難于準確控制流量和水位，閘門經(jīng)常處于水下，難于檢查和修理。另外常見的還有橡膠壩，但建成運用后，亦發(fā)現(xiàn)一些不同問題，如橡膠壩兩岸部位塌陷及容易被劃傷等[1]。

在蘇州河河口水閘工程中，采用單孔凈寬100m的底軸驅(qū)動翻板閘門作為擋水結(jié)構(gòu)[2]，防御千年一遇高潮，該技術(shù)已獲國家實用新型專利，該項發(fā)明專利申請采用鋼材作為筑壩材料的設(shè)計理念，采用智能控制系統(tǒng)啟閉，現(xiàn)場裝配、節(jié)約工期，但運行中尚有很多不足，如全部采用鋼材設(shè)計，直立擋水過程中所受水壓力大，結(jié)構(gòu)受力要求高、啟門力大、鋼材用量及能源消耗多；另外，兩側(cè)控制系統(tǒng)略有不同步現(xiàn)象，底軸即會產(chǎn)生變形裂縫。

2 橡膠填塊閘門的技術(shù)特點

本實用新型（實用新型專利申請?zhí)?01020633911.5）的目的是提供一種橡膠填塊面板閘門，以解決上述技術(shù)問題。這種橡膠填塊閘門，由上下游面板、充氣式橡膠填塊、底軸組成。上下游面板均為鋼板，其上分別開孔，上下游面板中間焊接有梁格，閘門轉(zhuǎn)動時水流可以通過面板開孔流出，減小啟門力。外部設(shè)抽放氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行控制。

充氣式橡膠填塊為整體式結(jié)構(gòu)，沿高度分若干層，其兩側(cè)次氣管上設(shè)有滾輪，滾輪部位設(shè)有貫穿該充氣式橡膠填塊上下的通道，充氣式橡膠填塊通過滾輪能夠沿滾輪支撐梁上的滾輪滑道滑動。中間設(shè)有次氣管和連接分支氣管，所述分支氣管上設(shè)有若干通孔。次氣管上設(shè)有微型電磁閥，所述微型電磁閥連接有電磁閥控制線。

橡膠填塊閘門還包括，所述抽放氣系統(tǒng)連接所述主氣管，所述控制系統(tǒng)連接所述主控線。

需要擋水時，由計算機控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)驅(qū)動底軸轉(zhuǎn)動，抬升閘門，由于上、下游面板開孔，水壓力成倍減少，需要的啟閉力成倍減少，可以輕易地將閘門直立，而不會出現(xiàn)鋼板閘門轉(zhuǎn)動直立時由于水壓力大而使鉸座變形、斷裂的現(xiàn)象。當閘門直立后，由控制室計算機系統(tǒng)發(fā)出信號，底層橡膠填塊內(nèi)的微型電磁閥打開，采用充氣泵向底層橡膠填塊內(nèi)充氣，底層橡膠填塊沿兩側(cè)滾輪上升，膨脹并擠壓上游面板，充氣內(nèi)壓比達到設(shè)計要求后，控制信號發(fā)出，底層微型電磁閥關(guān)閉，底層橡膠填塊內(nèi)充氣完成。由下向上依次打開上一層微型電磁閥，給各層橡膠填塊內(nèi)充氣，達到要求后依次關(guān)閉微型電磁閥，至最上層充橡膠填塊內(nèi)充氣完成后，橡膠填塊露出水面，第一次充氣過程結(jié)束。為保證止水效果，進行二次充氣，充氣后達到設(shè)計內(nèi)壓比，此時上游面板的通孔邊緣及兩端均設(shè)有橡膠防水圈，橡膠填塊充氣后緊貼橡膠防水圈使水不能通過閘門，從而實現(xiàn)擋水的目的，充氣過程全部結(jié)束。

圖2.1橡膠填塊面板閘門示意圖

需要泄流時，由控制室計算機系統(tǒng)發(fā)出信號，最頂層微型電磁閥打開，頂層橡膠填塊內(nèi)充氣被抽出，由于內(nèi)部空氣抽出，在外部空氣壓力及水壓作用下，頂層橡膠填塊收縮，帶動兩側(cè)滾輪下降，全部氣體抽出后，頂層橡膠填塊基本貼在其下層頂部；由上向下依次打開下一層微型電磁閥，各層橡膠填塊內(nèi)抽真空，達到要求后依次關(guān)閉微型電磁閥，至最底層充氣橡膠填塊抽真空完成后，橡膠填塊擠壓回原位，抽氣過程結(jié)束。上游的水通過上游面板的通孔、梁格，從下游面板的通孔中流出；在充氣橡膠填塊抽真空下降過程同時，利用上游水壓力旋轉(zhuǎn)閘門將閘門臥倒，而不用消耗其他能源。

3 技術(shù)優(yōu)勢及前景

本技術(shù)具有以下優(yōu)點：

（1）面板上開孔，面板及底軸受力小，啟門力大大降低，產(chǎn)生的變形相應(yīng)減小，結(jié)構(gòu)剛度要求降低；

（2）造價低廉：在原有閘門基礎(chǔ)上，上、下游面板采用開孔鋼板，節(jié)約大量鋼材，改用橡膠袋防滲和后部鋼梁格系統(tǒng)組合，而充排氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)造價均不會太高，總造價將大大降低；

（3）運行費用低：已有的技術(shù)采用鋼面板，直立擋水過程中水壓力大，需要較大驅(qū)動力，采用本技術(shù)后，面板大面積的開孔使擋水過程中的水壓力大大降低，雖然直立后需要充氣或排氣及相應(yīng)的控制電力，但總體運行費仍然會降低。

充氣式橡膠填塊材料參考目前成熟的橡膠壩技術(shù)，可采用內(nèi)外防水層及內(nèi)部纖維或鋼絲骨架，一次硫化加工成型[3]，具體材料特性及型式有待于根據(jù)不同擋水水頭進行專業(yè)設(shè)計研究，由于本技術(shù)優(yōu)勢明顯，應(yīng)進一步推進相關(guān)材料、型式的研究，以期使該技術(shù)應(yīng)用到工程實踐中，發(fā)揮經(jīng)濟社會效益。

[1]華東水利學(xué)院.水閘設(shè)計[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1983，1，90-101.

[2]盧新杰，石守津，韓晶，陳文偉.蘇州河河口水閘底軸驅(qū)動式翻板閘門設(shè)計.水利水電水電科技，2007，11.

[3]高本虎.橡膠壩工程實用技術(shù)指南.中國水利水電出版社，2006，36.