闸门结构设计论文

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1进口检修闸门及其启闭设备

由于事故闸门在非小频率洪水期，长期处于挡水状态，且隧洞又较长，水头较高，经分析比较，在事故闸门前设置1道检修闸门是必要的，用来事故闸门及其埋件检修时挡水。检修闸门孔口尺寸为10.5m×10.5m，按正常蓄水位设计，设计水头为40m。其底坎高程为224.00m，闸门检修平台高程为278.25m。检修闸门为焊接结构，主体材料根据其工作环境温度、操作条件及荷载工况设计为Q345B，主横梁采用工字型实腹等截面焊接结构，闸门主支承采用高强度钢聚甲醛复合材料滑道，较常用的铸铁滑块摩擦系数低，可以大大降低启闭机容量，节省了工程投资。门叶结构按国家运输单元划分标准沿高度方向设计成5节制造运输，在现场焊接连成整体，闸门采用上游止水方式。闸门的操作条件为静水启闭，闸门充水平压方式采取节间充水平压方式和小门充水平压方式两种进行比较。考虑闸门孔口尺寸较大，为大型平面滑动闸门，设计水头又高，采用节间充水平压方式，会引起闸门振动，存在安全隐患。因此，经综合比较采用小门充水平压方式是合适的，当闸门前后水头差达到预先设定值时静水启门。检修闸门的数量为1孔1扇，选用1门1机的布置方式，经计算选用1×1600kN高扬程固定卷扬式启闭机操作，闸门平时锁定在检修平台上，不存在钢丝绳泡水问题，也避免了采用拉杆装拆繁琐问题。闸门锁定梁采用如意式自动锁定梁，较常用的人工及半自动工字梁操作方便，省时省力，安全可靠。启闭机平台的布置根据启闭机上极限、闸门充水行程及闸门整节吊离孔口并留有检修底水封的空间高度，确定启闭机平台高程为296.50m。

2进口事故闸门及其启闭设备

在检修闸门下游侧设有1道1孔1扇事故闸门，在隧洞及出口工作闸门发生事故时可起到保护作用。事故闸门孔口尺寸为10.5m×10.5m，其底坎高程为224.00m，闸门挡水水位按万年校核水位268.50m设计，设计水头按系列水头取为45m，闸门检修平台高程为278.25m。事故闸门为焊接结构，闸门主体材料依据其工作环境温度、操作条件及荷载工况设计为Q345B，由于底主横梁荷载较大，采用箱型梁实腹等截面组合梁，其他主横梁采用工字型实腹等截面组合梁。闸门主轮材料依据轮压荷载选为ZG35Cr1Mo,采用偏心轴定轮支承，以便在现场安装时，调整各主轮踏面高度，使每个主轮踏面尽量在同一平面内。因闸门跨度较大，为保证主轮与主轨踏面接触良好，主轮轴承选用自润滑关节轴承，以便适应主轮处转角。门叶按国家运输单元划分标准分5节设计、制造及运输，在工地焊接连成整体。闸门采用上游止水方式，以避免闸门长期处于挡水状态而使主轮泡水而发生锈蚀破坏。闸门的操作条件为利用配重动水闭门，闸门的配重可选择利用水柱和铸铁配重两种方式，考虑利用水柱闭门闸门结构复杂，启闭机容量大，投资相对较高，选用了简便易行的铸铁加重块布置固定在闸门门叶梁格内，用来满足动水闭门的要求。闸门充水平压方式可采用节间充水和小门充水两种方式，考虑闸门孔口尺寸较大，为大型平面定轮闸门，设计水头又高，为避免充水时引起闸门振动，埋下安全隐患，采用了在门体上开小门充水平压方式，当闸门前后水压差达到设定的数值后静水启门。闸门启闭设备考虑了固定卷扬式启闭机和液压启闭机两种启闭设备，对于该部位两种启闭设备都需要水工布置安装固定排架，如使用液压机需配拉杆，增加了施工及运行期安装与拆卸的工程量。固定卷扬式启闭机较液压启闭机造价低廉，更经济合理，足以满足操作闸门的要求。因此，闸门选择了2×2500kN高扬程固定卷扬式启闭机进行操作。闸门平时处于关闭状态，启闭机吊具直接与闸门吊耳相连接，由于闸门为上游止水，不存在钢丝绳泡水问题。启闭机安装高程根据启闭机上极限、小门充水行程高度及闸门整节吊离孔口在检修平台以上有一定的裕度综合考虑，确定启闭机布置在296.50m高程的平台上。

3出口工作闸门及其启闭设备

在隧洞出口闸室段设1道1孔弧形工作闸门，用来调节50年一遇及以下小频率洪水，闸门平时处于开启状态，当事故闸门开启需进行充水平压前，工作闸门下闸挡水，有局部开启要求。由于弧形闸门无门槽，水流条件较平面闸门好，能更好地满足闸门局部开启调节泄量的要求，因此，工作闸门型式选用弧形闸门。工作闸门孔口尺寸为8.8m×8.8m，其底坎高程为193.00m，支铰中心至底板距离确定为13.0m，闸门挡水水位按万年校核水位268.50m设计，设计水头按系列水头取为76m，弧门面板外缘半径为18m，经流激振动试验表明闸门布置合理满足泄洪时支铰不阻水及局部开启要求。闸门采用直支臂主纵梁焊接结构，按常用的计算方法，初步确定断面形式及尺寸，再通过有限元计算方法进行强度、刚度及稳定性分析，根据有限元计算成果加强了断面尺寸。门叶主纵梁为焊接组合箱型梁，纵隔板为实腹T型焊接结构，主梁和支臂均采用组合式焊接结构，闸门主体材料依据其工作环境温度、操作条件及荷载工况设计为Q345B。闸门顶水封结构形式在门叶和门楣上各设一道,门叶上P型橡皮顶止水可沿水流方向在水封座板上移动,避免了支臂受水压后的弹性压缩使闸门漏水，门楣上水封采用转角式,利用水压力将水封压紧在面板上。支铰型式为圆柱铰，支铰材料为ZG35Cr1Mo，支铰轴承为铜基镶嵌自润滑球面轴承。支臂与门叶、支臂与支铰之间均采用螺栓联接，为了承受支铰的作用力和便于闸门的精确安装,设置了支承面经加工的支承钢梁,钢梁埋入二期混凝土内与一期混凝土埋件相连接，有效地将闸门所承受的荷载安全的传递到混凝土中去。潜孔弧形工作闸门启闭设备可选用弧门卷扬式启闭机和液压启闭机两种型式，但经计算该闸门需要1600kN闭门力才可动水闭门，使用弧门卷扬式启闭机操作需要加配重，这样必然增加启门力，启闭机的容量和重量以及外形尺寸都要相应增加，势必造成开挖量增大，造成浪费。液压启闭机本身可以设计成具有1600kN闭门力的型式，节省了配重，减小了启门力，外形尺寸小，布置整齐、美观。经综合比较选择了中间铰支摇摆式液压启闭机操作该闸门。液压启闭机布置在225.8m高程液压启闭机室内，启闭容量为4500kN/1600kN（启门力/闭门力），一台液压启闭机设置一套泵站进行操作和控制，液压启闭机吊点型式为单吊点，根据闸门的启闭高度，确定启闭机的工作行程13m，最大行程13.2m。

4结语

工程泄洪兼导流洞金属结构设备设计各项指标满足规范要求，且有一定的安全裕度及静力安全储备，尤其是对于结构复杂的超大型弧形工作闸门的设计，采用了常规的手算结合有限元分析及流激振动试验相互验证的方式，确保了闸门强度、刚度及稳定性均能满足现行规范的要求。

作者:马会全袁伟王绪建单位:中水东北勘测设计研究有限责任公司