湯建忠

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

水利工程是影響國計民生的重大工程項目，水閘建筑作為控制水道中水流的主要水工建筑，在水利工程中發(fā)揮著重要作用［1］。水閘是修建在河道、渠道或湖、?？?利用閘門控制流量和調節(jié)水位的水工建筑物，水閘在水利工程建筑中是十分常見的。當閘門關閉，可以攔洪、擋潮或蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據下游用水的需要調節(jié)流量。

水閘閘門按結構形式分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門等。弧形閘門是擋水面為圓柱體的部分弧形面的閘門，其支臂的支承鉸位于圓心，啟閉時閘門繞支承鉸轉動?；⌒伍l門的本體由門葉、支臂、支承鉸和止水裝置4個部分組成。當啟閉閘門時，閘門圍繞固定支鉸的水平軸轉動。由于鉸軸中心一般布置在弧形面板的圓心處，故作用在面板上的全部水壓力通過形心，啟門時只需克服閘門自重以及止水和鉸軸的摩阻力對軸心的阻力矩?；⌒伍l門具有啟閉省力，運轉可靠，水力學條件好，廣泛用于各種類型的水道上作為工作閘門運行。

1 設置閘門開度尺的意義

閘門開啟高度（簡稱閘門開度）指閘門底部止水至閘門底檻的垂直距離［2］，即孔口高度。閘門開啟時，控制閘門開度，防止下游因淹沒度小，沖壞消能防沖設施或河床。大型調水工程對流量的控制要求較高，所以對閘門開度的精確性要求也較高，目前閘門多采用的是拉線編碼器跟齒輪傳動編碼器等開度自動測控系統(tǒng)。

弧形閘門的開度大都通過開度儀進行測量，為確保自動測控系統(tǒng)可靠性需設現(xiàn)場閘門開度尺，現(xiàn)場閘門開度尺在自動測控系統(tǒng)故障或人工校核閘門開度，與閘控電腦顯示的閘門開度進行比對時發(fā)揮重要作用。閘門開度尺與閘門開度儀等相比，具有直觀、簡潔、可靠等優(yōu)點。

2 弧形閘門開度尺設計

2.1 閘門開度特點

對于平板直升閘門的現(xiàn)場閘門開度，可以用閘門的行走位移量直接反映，因閘門的位移和閘門的開高均在同一方向，而對于弧形閘門，閘門行走位移是在一個弧線上，不能直接反映閘門的開高?；⌒伍l門在啟閉過程中，門頂和門底在統(tǒng)一軌道上移動，位移相同，但垂直方向上不一致，不能簡單以門頂所對應的高度代替門底的高度，也就是閘門開度。

本文以江都水利工程管理處江都西閘為例，介紹弧形閘門開度尺的設計。江都西閘位于江都市新通揚運河河口上，是江都水利樞紐配套工程之一，其主要作用是在江都抽水站抽引江水北送時開閘引水，在江都抽水站抽排里下河澇水時關閘隔斷江水，并與江都東閘配合，自流引江入里下河地區(qū)，配合江都三站發(fā)電。工程于1963年6月開工建設，1964年5月建成。2006年2月至2008年12月，根據南水北調東線一期工程江都站改造工程初步設計批復，江都西閘按閘上設計擋水位7.08m，最高擋水位7.36m，閘下最高擋水位4.0m，引水950m3/s進行加固設計，閘室及防滲范圍內的翼墻等主要建筑物為Ⅱ級建筑物，閘身為鋼筋混凝土結構，閘總寬106.27m，共9孔，每孔凈寬10.0m，底板分3塊。閘門剖面示意圖見圖1。

圖1 閘門剖面示意圖（單位：m）

2.2 閘門開度與門頂累計位移對應關系

江都西閘閘門啟閉運用如圖2所示，閘門門底由B移動到D，同時閘門門頂由A移動到C，閘門開度為HBD。閘門正常啟閉過程中，絕大多數(shù)時間，閘門底處于水下，HBD無法通過目測觀察，更無法量測，只能通過閘門頂?shù)奈灰苼肀硎?。大多?shù)弧形閘門是扇形，導致在扇形軌道門底由B點移到D點與門頂A點移到C點位移雖然相同，但在垂直高度上不相同，也就是HAC與HBD不同，閘門開度為HBD，故不能用HAC直接代替。

圖2 閘門運用示意圖（單位：m）

實際應用中，可采用弧形閘門開度計算［3］、弧門開度與啟閉機行程的函數(shù)關系推導［4］等進行精準計算，也可運用軟件模擬推算，本文運用Autocad軟件模擬閘門啟閉時的運動軌跡，找出閘門開高與門頂位移之間的對應關系，江都西閘開啟高度與門頂位移對應關系見表1。表1中，門頂累計位移是某一時刻門頂與全關位置時門頂之間的弧長，也就是閘門起閉過程中門頂所做的位移，每米弦長數(shù)值用于制作開度尺時復核檢查。

表1 江都西閘開啟高度與門頂位移對應關系

2.3 閘門開度尺刻度線方向

弧形閘門開度標尺的刻度線方向為傾斜指向支鉸和水平方向2種，刻度線方向示意見圖3。從符合讀數(shù)習慣以及便于日常觀測出發(fā)，建議開度尺的刻度線采用圖3（b）中的水平方向。

圖3 刻度線方向示意

3 弧形閘門開度尺制作

開度尺常用材質有搪瓷標尺、鋁合金標尺、不銹鋼標尺等，通過常見標尺對比（表2）可知，不銹鋼標尺雖然投資相對較高，但其使用壽命長，維護簡單方便，建議選用?？紤]性價比，經過比較分析，江都西閘最終采用厚度1.5mm、寬度200mm的304不銹鋼標尺。

目前，在不銹鋼表面印字主要使用噴漆、絲印、轉印、蝕刻等方法，不銹鋼表面印字工藝對比見表3。通過對比，優(yōu)先選用蝕刻工藝。

4 弧形閘門開度尺的安裝

閘門的開度尺與水閘的水位尺不同，當水閘或泵站建成后，由于重力作用，地基土遭受壓縮，墩墻一般會產生沉降，進而帶動水位刻度標尺一起下沉，導致水位尺高程不準，直接影響水位的觀測精度。實際使用過程中，水尺需定期校正和調整。而閘門開度尺僅表示閘門實際開啟高度，與建筑物沉降無關，因而閘門開度尺使用膨脹螺栓固定在墩墻上，安裝靠近閘門面板且人工易于觀測的位置處，使用中僅需對是否固定牢靠進行檢查維護，無需調整其高程。

5 結語

江都西閘弧形閘門開度尺已完成安裝并投入使用，通過閘位計顯示的閘門開度與閘門開度尺的開度差顯示，在±1 cm范圍內，基本滿足使用功能要求。弧形閘門開度尺是對自動化啟閉閘門的一種備份，尤其是在閘控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，現(xiàn)場手動方式能及時將閘門啟閉到調度指令要求的開度，滿足工程實時啟閉精準調度要求，方便直觀，維護簡單，對具有相同弧形閘門的水閘工程具有一定借鑒作用。

表2 常見標尺對比

表3 不銹鋼表面印字工藝