劉國軍 吳繼彬

1 原閘情況簡介

薊運河防潮閘位于天津市北塘薊運河入永定新河的河口處,是宣泄薊運河洪澇水的控制性工程。該閘建于1974年,是一座排澇、泄洪、擋潮、蓄淡、為上游兩岸提供農(nóng)業(yè)用水、具有綜合效益的大型水閘。

薊運河防潮閘上游側(cè)為薊運河側(cè),下游側(cè)為永定新河入?？凇Ｑ睾觽?cè)向海側(cè),金屬結(jié)構(gòu)布置依次為工作閘門和檢修閘門。

工作閘門共12孔,要求雙向擋水。根據(jù)工作閘門底檻高程的不同,將工作閘門分為邊孔工作閘門、內(nèi)邊孔工作閘門和中孔工作閘門3種。其中邊孔2孔,內(nèi)邊孔2孔,中孔8孔。內(nèi)邊孔和中孔為雙扉閘門。3種工作閘門的孔口寬度均為8m,閘門型式均為定輪閘門。邊孔工作閘門的啟閉設(shè)備為2×150kN臺車式啟閉機。中孔和內(nèi)邊孔上閘門均用2×150kN臺車式啟閉機啟閉,下閘門均用2×250kN固定卷揚式啟閉機啟閉。

工作閘門下游側(cè)設(shè)1道檢修閘門門槽,共12孔,設(shè)2套疊梁檢修閘門,孔口寬度為8m。檢修閘門的啟閉采用1套2×100kN電動葫蘆,并通過2×100kN機械自動抓梁進行操作。

2 原閘金屬結(jié)構(gòu)存在的問題

薊運河閘金屬結(jié)構(gòu)在管理運行中存在以下問題:

(1)雙扉閘門漏水情況嚴重。(2)上閘門銹蝕嚴重,已無法滿足工程運行要求。(3)上閘門采用移動臺車操作不方便。(4)由于閘門淤積較嚴重,下閘門啟閉設(shè)備的啟閉容量不足。(5)閘門控制方式較為陳舊,運行管理不方便。(6)下閘門啟閉機的零部件型號陳舊,采購維修困難。

3 除險加固設(shè)計

金屬結(jié)構(gòu)改造方案為對中孔和內(nèi)邊孔下閘門、下游檢修閘門進行大修,中孔和內(nèi)邊孔上閘門、邊孔閘門及所有閘門啟閉設(shè)備全部更新并增設(shè)上游疊梁檢修閘門的方案。

內(nèi)邊孔布置除底檻高程和下閘門高度與中孔布置不同外,其余布置均相同。內(nèi)邊孔閘門底檻高程為-4.0m,下閘門高度為2.75m。邊孔閘門底檻高程為-1.25m,閘門高度為4.45m。

3.1 檢修閘門

為了檢修雙扉閘門,在雙扉閘門的上游側(cè)和下游側(cè)均設(shè)置檢修閘門。閘門型式為平面疊梁鋼閘門。上游側(cè)和下游側(cè)均設(shè)置2套檢修閘門,12孔閘共用。上游側(cè)檢修閘門由4節(jié)完全相同的門葉組成,每節(jié)的高度為1.83 m,可相互替換。上游側(cè)檢修閘門的設(shè)計參數(shù)為:8.0m×7.32m-7.0m(寬×高-設(shè)計水頭,下同)。下游側(cè)檢修閘門由5節(jié)門葉組成,單節(jié)門葉和上游側(cè)閘門的單節(jié)門葉完全相同。下游檢修閘門的設(shè)計參數(shù)為8.0m×9.15m-7.0m。閘門主支承為HTN復(fù)合材料滑塊。上游側(cè)檢修閘門止水設(shè)置在上游側(cè),下游側(cè)檢修閘門止水設(shè)置在下游側(cè)。檢修閘門平時利用抽拉式鎖錠裝置鎖定在門槽頂部高程處。

上游側(cè)和下游側(cè)檢修閘門均由2×100kN移動式電動葫蘆通過2×100kN機械如意式自動抓梁操作。門葉在靜水中放下,啟門時先提升上節(jié)門葉200mm進行節(jié)間充水,待門葉前后水位相同后,再依次提起各節(jié)門葉。

3.2 工作閘門

工作閘門共12孔,均應(yīng)滿足雙向擋水要求,其中,中孔8孔、內(nèi)邊孔2孔、邊孔2孔。中孔和內(nèi)邊孔均為雙扉閘門。雙扉閘門分為上閘門和下閘門,中孔和內(nèi)邊孔上閘門的設(shè)計參數(shù)相同,均為:8.0m×4.45m-4.14m;中孔下閘門的設(shè)計參數(shù)為:8.0m×4.75m-4.89m;內(nèi)邊孔下閘門的設(shè)計參數(shù)為:8.0m×2.75m-4.89m。邊孔閘門的設(shè)計參數(shù)為:8.0m×4.45m-4.14m。

上閘門處于工作狀態(tài)時通過自動式鎖錠鎖住,保證上閘門的止水不銹鋼復(fù)合鋼板和下閘門頂止水接觸良好。雙扉閘門的設(shè)計關(guān)鍵在于節(jié)間止水,節(jié)間止水效果直接關(guān)系到閘門的封水效果。原閘門漏水非常嚴重,不僅是由于水封老化嚴重,主要是上下閘門結(jié)合處不嚴密所造成的;并且原閘門的水封設(shè)計不夠完善,理論上也存在漏水可能。此次改造著重于上下閘門結(jié)合處的設(shè)計。上閘門底部與下閘門頂部水封接觸的鋼板為不銹鋼復(fù)合鋼板。考慮到普通橡皮和不銹鋼的摩擦系數(shù)較大,如果上閘門在下門的過程中,由于橡皮摩擦力較大而無法下門,上下閘門就無法嚴密接合,因此下閘門頂水封采用山型聚四氟乙烯塑料復(fù)合水封,這種水封與不銹鋼的摩擦系數(shù)較小,可以滿足上閘門的下門要求。這種水封也可以滿足上下閘門經(jīng)常啟動的要求。

由于上下閘門沿水流方向有一定的距離,為了保證封水嚴密,上下閘門的側(cè)水封在相互接合處需要做拐角,保證水封能夠接觸上并有一定的壓縮,使上下閘門水封能夠接合嚴密。如圖1所示,拐角處水封為雙P45型水封。由于拐角部分的水封為水平布置,在閘門上下運行的過程中非常容易翻轉(zhuǎn),因此水封壓板采用防翻轉(zhuǎn)壓板(見圖1,件2),并且在上閘門雙P45型水封中間設(shè)置了2塊工程塑料合金(見圖1,件1),工程塑料合金的高度可以保證水封壓縮量不大于6mm。工程塑料合金的作用是防止閘門往一側(cè)偏斜過大,如果閘門偏斜過大側(cè)水封受壓力較大,在閘門上下運行的過程中,水封很容易翻轉(zhuǎn)。經(jīng)工程實際檢驗,在雙P45型水封中間安裝工程塑料合金可有效防止水平布置的拐角水封翻轉(zhuǎn)。工程塑料合金的數(shù)量依實際情況而定,最好不少于2塊。

圖1 工作閘門水封

為了保證上閘門和下閘門之間的止水效果,上閘門和下閘門的距離不宜太遠。由于雙扉閘門的上閘門和下閘門距離比較近,考慮到上閘門的下游側(cè)埋件和下閘門的上游側(cè)埋件受空間限制,因此將上閘門的下游側(cè)埋件和下閘門的上游側(cè)埋件做成一體。在上下閘門止水與埋件接觸部位焊接4mm厚的不銹鋼板,保證止水橡皮與不銹鋼板接觸。薊運河中的河水水質(zhì)較差,因此所有閘門埋件外露表面均采用不銹鋼復(fù)合鋼板。

中孔及內(nèi)邊孔下閘門的啟閉機為2×400kN固定卷揚啟閉機,中孔、內(nèi)邊孔上閘門及邊孔閘門的啟閉機為2×160kN固定卷揚啟閉機。啟閉機的減速機采用三環(huán)式減速機。

4 結(jié) 語

上下閘門止水接合的嚴密性是雙扉閘門的設(shè)計關(guān)鍵,需要考慮諸多細節(jié),才能保證所有止水部位均能結(jié)合緊密。目前,該工程已投入運行,閘門封水效果良好。