吳偉明

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院,浙江 杭州 310002)

底部驅(qū)動式橫拉閘門的設(shè)計與應(yīng)用

吳偉明

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院,浙江 杭州 310002)

閘門型式的創(chuàng)新可使水利工程進一步景觀化.底部驅(qū)動式橫拉閘門是一種將驅(qū)動裝置集成設(shè)置于閘門下部的新型橫拉閘門，閘門的行走軌道與門槽底檻平行布置于門底，閘門門頂以上無任何建筑物.該新型閘門與普通閘門相比不需要啟閉排架，也不需要另外配置啟閉設(shè)備，因此能夠降低工程投資、利于景觀美化，適用于大中型孔口跨度的口門旱閘，也促進了水利工程閘門布置型式的創(chuàng)新與進步.

橫拉閘門；底部驅(qū)動；手電兩動；景觀；操作運行

傳統(tǒng)的水利工程閘門較多地采用直升式閘門布置方式，一般都設(shè)有較高的排架和啟閉機房，與周邊的環(huán)境相比通常有突兀感.隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展，水利工程建設(shè)需要與時俱進，保證使用功能的同時也要考慮美觀性，需要因地制宜地設(shè)計一些新型的水利設(shè)施.

在一些沿江、環(huán)湖、環(huán)海地區(qū)經(jīng)常有穿過防洪堤的交通道路，穿堤路口必須設(shè)閘門以保證防洪設(shè)施的連續(xù)性，這類閘的特點通?？卓诳缍缺容^大、閘門高度比較小、景觀要求高，甚至還有其它要求.傳統(tǒng)的直升式閘門很難兼顧上述要求，底部驅(qū)動式橫拉閘門就是在這種背景下產(chǎn)生的一種新型閘門.

1 工程概述

蘭溪市府前路旱閘工程位于城市堤防右側(cè)、府前路和濱江路交叉口.江濱路、府前路、防洪堤及浮橋的平面布置(見圖1).

圖1 工程原狀布置圖

江濱路和府前路均為城市主干道路，道路的路面高程為31.4 m；防洪堤按50年一遇防洪標準建設(shè)[1]，堤頂高程34.64 m，防洪堤外側(cè)觀景平臺高程為31.4 m，蘭江常水位23.0 m，10年一遇洪水位31.81 m，20年一遇設(shè)計洪水位32.45 m，50年一遇洪水位33.15 m；江心島上建有大型公園，是市民重要的休閑娛樂場所，浮橋是通往江心島嶼公園的主要通道；市民前往觀景平臺或江心島公園需從防洪堤頂繞行.

府前路旱閘工程的建設(shè)將防洪工程與河道景觀融為一體，在滿足防洪基本功能的前提下，可改善城區(qū)河道的生態(tài)環(huán)境，美化城市濱水空間的景觀.本工程的新建能有效保障城區(qū)防洪安全、提升區(qū)域城市品味，閘門平時全開以滿足府前路與觀景平臺間的通行，汛期根據(jù)蘭江洪水預(yù)報及時關(guān)閉閘門以滿足防洪要求[2].

2 閘門選型

府前路旱閘位于江濱路、府前路、浮橋的“十”字交叉路，是市民通往江心島公園的主要通道，同時也是城市防洪封閉圈的組成部分[3].因此，府前路旱閘應(yīng)符合以下要求：(1)閘門開啟后，閘槽內(nèi)自底檻以上無永久性建筑物，可以保證人、車行，并且從站在府前路上能遠眺江心島遠景；(2)閘門關(guān)閉后止水嚴密、操作運行簡單方便、少維修易保養(yǎng)；(3)閘與現(xiàn)有防洪堤能在景觀上良好的融為一體.

根據(jù)工程總體布置要求，對平面鋼閘門、翻板閘門、橫拉閘門等多種進行分析，結(jié)合各種閘門的優(yōu)點，發(fā)明一種新型的底部驅(qū)動式橫拉閘門[4].通常閘門的操作是由啟閉設(shè)備拖著走，底部驅(qū)動式橫拉閘門則是將閘門與啟閉行走集成于一體，使閘門布置緊湊、操作方便.

3 閘門設(shè)計

底部驅(qū)動式橫拉閘門由門葉結(jié)構(gòu)、水封裝置、行走驅(qū)動裝置、支承滑塊、控制系統(tǒng)、門槽及門庫組成，閘門布置(見圖2).

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)特性參數(shù)(見表1).

圖2 閘門布置縱剖圖

特性項目特性參數(shù)或類型孔口數(shù)量1孔孔口凈寬20.0m孔口高度2.4m閘底高程31.40m設(shè)計水位33.15m閘門型式底部驅(qū)動式橫拉閘門支承型式滑塊支承行走支承底部滾輪啟閉設(shè)備門底行走驅(qū)動裝置

3.2 門葉結(jié)構(gòu)

門葉結(jié)構(gòu)為與平面滑動鋼閘門相同的結(jié)構(gòu)形式，由面板、主橫梁、次橫梁、縱梁、邊梁等焊接面成，主橫梁截面形式為工字形焊接組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)件主材Q235B[5].門葉結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要考慮兩方面因素：

(1)載荷因素

常規(guī)平面閘門荷載以靜水荷載為主，也考慮了風(fēng)荷載、涌浪荷載等附加荷載，風(fēng)荷載、涌浪荷載與靜水荷載均通過門葉結(jié)構(gòu)和支承裝置傳遞與門槽埋件，計算時各荷載進行疊加[6].橫拉閘門在關(guān)擋水時的承載計算與常規(guī)平面閘門相同，但在閘門關(guān)閉過程中風(fēng)荷載不能通過支承傳遞于門槽理件，而是通過閘門自重的重力矩達到力矩平衡.

(2)結(jié)構(gòu)因素

閘門門葉結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需考慮門葉內(nèi)能夠有足夠的空間布置減速機、電動機、手動操作裝置等機構(gòu)的安裝空間，并且也應(yīng)保證人力操作和設(shè)備維護所必需的空間.此外也需考慮閘門行走驅(qū)動裝置及行走限位裝置安裝接口.

府前路旱閘門采用雙主梁結(jié)構(gòu)，門葉厚度1.70 m，下主梁至門底0.45 m，兩道主梁中心間距1.65 m，底部軌道間距1.3 m.

3.3 水封裝置

閘門的水封裝置由側(cè)水封和底水封組成，為減少閘門運行時的摩阻力、減少橡皮的磨損量[7]，閘門水封設(shè)計的原則是：運行過程中水封與門槽底部埋件不接觸、不影響閘門的運行；閘門完全關(guān)閉后再通過特殊裝置使橡皮壓緊，達到良好的止水效果.

3.4 行走驅(qū)動裝置

閘門驅(qū)動裝置采用與臺車式移動式啟閉機相同的方式，由機架、主動輪組、從動輪組、及手動操作機構(gòu)等部分組成[8].其中主動輪組和手動操作機械是實現(xiàn)閘門運行的主要部件.

主動輪組主要部件有：三合一減速電機、開式齒輪副、傳動軸、鋼制滾輪等.根據(jù)計算靜功率及輸出轉(zhuǎn)速選擇減速電機型號，其配套的制動器有機械釋放功能.主動輪組及從動輪組的軸承均采用圓錐滾子軸承，以減少傳動摩阻力.開式齒輪模數(shù)M=4，傳動比i=4.09，大齒輪材料45鋼，小齒輪材料與輪軸相同采用40 Cr.滾輪踏面走私400 mm，輪緣兩邊設(shè)有凸緣可起到側(cè)導(dǎo)向功能，滾輪材料ZG310—570.

閘門行走驅(qū)動裝置手動操作機構(gòu)有兩部分：(1)為供電出現(xiàn)故障時手動應(yīng)急操作閘門的機構(gòu)，在減速電機輸出軸與開式齒輪的連接軸安裝兩套方向互為相反的棘輪，通過前后擺動操作手柄(長為1 m)使閘門運行，根據(jù)計算搖擺手柄1次循環(huán)(50°)可驅(qū)動閘門行走36 mm，操作力約為200 N，運行速度和操作力均能滿足實際需求.(2)為減少運行過程中水封摩阻力，設(shè)一套手動操作機構(gòu)用以閘門運行過程中抬升門葉30 mm.

3.5 支承滑塊

閘門關(guān)閉擋水時，水壓力通過4只滑塊傳遞至門槽埋件上，繼而再由閘墩承擔(dān).橫拉閘門的滑塊面與閘門面板呈10°的傾角，減少閘門運行過程中的摩擦力，當(dāng)閘門完全關(guān)閉時滑塊與軌面才壓緊.閘門滑塊材料選用HT200，4只滑塊均根據(jù)門槽結(jié)構(gòu)尺寸進行配合設(shè)計.

3.6 控制系統(tǒng)

閘門操作控制為一般現(xiàn)地控制操作，主要控制操作點有“開啟”、“關(guān)閉”、“停止”、“點動(開)”、“點動(關(guān))”共5種模式，能滿足閘門操作運行、檢修維護要求；電動操作與手動操作相互閉鎖，當(dāng)閘門手動操作機構(gòu)未離全時電動操作無法接通電源.

3.7 門槽

閘門門槽由主軌、反軌、底坎、底軌等組成，底軌采用輕軌、其余埋件均為Q235B焊接組構(gòu)件.門槽的主軌工作面與門槽中心線面呈10°，與全關(guān)狀態(tài)的閘門滑塊工作面相貼合；左側(cè)門槽主軌、反軌至門槽中心線的距離均略大于右側(cè)(門庫出口處)門槽主軌、反軌至門槽中心線的距離，確保閘門進出門庫時不發(fā)生卡碰；底軌的結(jié)構(gòu)采用鐵路鋼軌與公路平交處的處理方式，保證閘槽底板平時的交通平順.

3.8 門庫

閘門門庫是平時閘門存放的場所，門庫長21.0 m，寬3.6 m，高2.65 m，門底底部的沿軸線方向設(shè)有200 mm×200 mm集水坑.集水坑通過預(yù)埋管與市政排水系統(tǒng)相通.門庫為閘門提供存放及一些常規(guī)檢修維護的良好環(huán)境，同時通過外觀設(shè)計，與觀景平臺、防洪堤共同組成一道風(fēng)景.

4 閘門運行

府前路旱閘閘門平時停放于門庫中，在閘門槽內(nèi)布置有盆栽等可移動的裝飾建筑，寬20 m的開敞閘槽使府前路、觀景平臺、浮橋三者形成直順、平坦、美麗的步行休閑通道.在汛期根據(jù)防預(yù)報，提前做好關(guān)閉閘門的準備工作；當(dāng)外江水位達到29.5 m(即水位低于底坎0.4 m)時關(guān)閉閘門抵擋洪水；洪峰過后，當(dāng)水位下降至29.0 m且預(yù)報近期閘門無擋水要求，開啟閘門入庫，恢復(fù)通行.

4.1 閘門的關(guān)閉

4.1.1 閘門關(guān)閉前準備

(1)汛期前，對閘門所有設(shè)備進行一次檢修維護，并進行電動和手動兩種操作方式的試運行；在關(guān)閉閘門前再次對所有設(shè)備進行一次檢查，確保閘門運行可靠.

(2)當(dāng)外江水位達到9.0 m時應(yīng)發(fā)布關(guān)閘警報，關(guān)進行巡檢，確保觀景平臺及防洪堤外的市民在閘門關(guān)閉前全部撤離至城防圈內(nèi)的安全區(qū)域.

(3)清理門槽范圍內(nèi)盆景等所有影響閘門運行的景觀性建筑，清理門槽及底軌槽內(nèi)的異物，確保閘門運行過程無卡阻.

4.1.2 閘門關(guān)閉操作步驟

(1)通過手動操作裝置將閘門門體抬升30 mm，抬升后閘門底水封橡皮與底坎面脫離.

(2)按下“關(guān)閉”操作按鈕，閘門開始關(guān)閉.當(dāng)閘門到達全關(guān)位置時自動停止；若在閘門運行前或運行過程中出現(xiàn)電源中斷，則關(guān)閉電源開關(guān)，同時使減速電機的制動器處于釋放狀態(tài)，然后通過手動操作機構(gòu)進行關(guān)閉閘門至全關(guān)狀態(tài).

(3)通過手動操作將側(cè)水封裝置調(diào)整至工作位，達到設(shè)計預(yù)壓縮狀態(tài).

(4)通過手動操作裝置將閘門門體降低30 mm，閘門底緣與門槽底坎面壓實，底水封橡皮達到設(shè)計壓縮止水狀態(tài).

(5)檢修閘門狀態(tài)，閘門無異常后關(guān)閉電源.

4.2 閘門的開啟

4.2.1 閘門開啟前準備

(1)洪峰過后當(dāng)水位下降至29.0 m，確認近期不再出現(xiàn)需要關(guān)閉閘門擋水.

(2)清理閘門底部的行走輪及軌道附近的雜物，清理門庫內(nèi)雜物并檢查電纜等有無異常.

4.2.2 閘門關(guān)閉操作步驟

(1)通過手動操作裝置將閘門門體抬升30 mm，抬升后閘門底水封橡皮與底坎面脫離.

(2)通過手動操作將側(cè)水封裝置調(diào)整至收縮位，確認側(cè)水封在運行過程中與門槽不發(fā)生碰觸.

(3)按下“開啟”操作按鈕，閘門開始開啟，當(dāng)閘門到達全開位置時自動停止；若在閘門運行前或運行過程中出現(xiàn)電源中斷，則關(guān)閉電源開關(guān)，同時使減速電機的制動器處于釋放狀態(tài)，然后通過手動操作機構(gòu)進行關(guān)閉閘門至開關(guān)狀態(tài).

(4)檢修閘門狀態(tài)，閘門無異常后關(guān)閉電源.

4.2.3 啟閉時注意事項

(1)閘門關(guān)閉后應(yīng)在周圍設(shè)置明顯的警示裝置及路障，防止車輛對閘門的沖撞.

(2)擋水期間應(yīng)實時對閘門門體狀態(tài)、止水情況進行監(jiān)視.

(3)閘門開啟入庫后，應(yīng)將門庫安全門關(guān)閉，保護設(shè)備及行人安全.

5 結(jié) 語

府前路旱閘因其特殊性，工程建設(shè)對使用功能、運行管理、景觀都提出較高的要求，閘門門型的特殊需求，需要對工程安全性、經(jīng)濟合理性、操作可靠性、景觀協(xié)調(diào)性、閘門開啟時通行順暢及檢修維護方便等方面作綜合分析比較.底部驅(qū)動橫拉閘門是根據(jù)城市城防工程的需要發(fā)展出的一種新型閘門，該型閘門的操作設(shè)備的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計在水利工程上均為創(chuàng)新使用，于2012年12月申請了實用新型專利，并于2013年7月獲得授權(quán)，目前已在多達8個工程共10余座旱閘推廣應(yīng)用.隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展，近些年來水利工程尤其是城市防洪工程對景觀要求提出了更高的要求，今年在水利工程設(shè)計過程中必將出現(xiàn)更多的“私人定制”設(shè)施，讓水利工程不但“實”而且“華”.

[1] 候云青，徐 慧.蘭江樞紐梯級開發(fā)方案論證的必要性 [J].浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報，2012,24(1):13-15.

[2] 張 晴，劉旭輝，謝立華.新型直升式城市防洪閘及應(yīng)用[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2016,28(2):35-37.

[3] 宋燕萍，方 言.雙扉式閘門在沿海河道水閘中的設(shè)計及應(yīng)用[J].浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報，2012,24(3):16-18.

[4] 吳偉明，宋燕萍，謝立華.閘機一體式橫拉閘門：中國，ZL2012 2 0735947.3[P].2012-12-27.

[5] 《水電站機電設(shè)計手冊》編寫組.金屬結(jié)構(gòu)(一)[M].北京：水利電力出版社，1988.

[6] 中華人民共和國水利部.SL74—2013水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[7] 熊潤娥，嚴根華.水工閘門止水結(jié)構(gòu)動力特性與體型優(yōu)化[J].振動、測試與診斷，2011,31(6):798-802.

[8] 中華人民共和國水利部.SL41—2011水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2011.

Design and Application of Bottom-driven Traversing Gate

WU Wei-ming

(Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydro-Electric Power, Hangzhou 310002, China)

The bottom-driven traversing gate is a new type of traversing gate which integrates the driving device in the lower part of the gate. The running track of the gate is parallel to the bottom sill of the gate and is located at the bottom of the gate. Compared with the common gate, this new model gate does not need hoist and bent. Therefore, it can reduce the engineering investment and beautify the landscape. It is also suitable for dry sluice with large or medium orifice width. This paper briefly introduces its design and operation.

traversing gate; bottom-driven; electric and manual operating; landscape; operation

TV663

A

1008-536X(2017)03-0020-04

2016-12-10

吳偉明(1982-)，男，浙江常山人，工程師，研究方向為水利工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計.