馬騰蛟

摘 要：直立式閘門結構簡單、施工及維護方便，該型閘門已在水利工程中得到廣泛運用。隨著近年來對水利工程景觀化和智能化的要求不斷提高，傳統(tǒng)的直立式閘門得到了較快發(fā)展。通過對垂直提升開啟閘門的材料、啟閉機和結構形式3個方面技術發(fā)展的梳理，研究了垂直替身開啟閘門的技術發(fā)展趨勢，介紹了新技術在垂直提升開啟閘門中的運用情況。

關鍵詞：垂直提閘門；啟閉機；閘門結構；水利工程

中圖分類號：TV663 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.028

垂直提升的閘門結構簡單，閘室結構施工和維護方便，在水利工程中得到了廣泛的運用，分析閘門結構受力情況可知，其啟動和關閉與豎直方向的受力有關，而閘門的重力與閘門的材料息息相關，克服重力所需的提升力則與啟閉設備密切相關，因此，近年來垂直提升閘門的技術發(fā)展除了閘門構造以外，還與閘門材料和啟閉機的發(fā)展息息相關。

1 閘門材料的發(fā)展

垂直提升式的閘門具備悠久的歷史，最早可追溯到公元前598—公元前591年，楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時，即設5個閘門引水，即為最簡單的上、下提升閘板閘門。隨著材料技術的不斷發(fā)展，閘門材料由木板、石板逐漸發(fā)展為混凝土閘門。20世紀70年代，波浪形鋼絲網水泥面板閘門得到了廣泛推廣，其能提高慣性矩，承受較大的彎矩，但該種閘門為了減輕質量，砂漿保護層太薄，易使鋼絲網銹蝕、耐久性差，現(xiàn)已較少使用。現(xiàn)代的水工閘門多為金屬結構，20世紀80年代初，國內開始推廣鑄鐵閘門。鑄鐵閘門具有耐腐蝕性，可在pH為6～8的流體酸堿中使用，止水效果好，安裝簡單，使用壽命長。但鑄鐵閘門在長期關閉狀態(tài)或不經常開啟時易發(fā)生銹蝕、銹死現(xiàn)象，造成閘門打不開，啟閉設備不能正常運行直至損壞等問題，鑒于此，河南禹王水工機械有限公司研發(fā)了一種鑄鐵鑲不銹鋼閘門，通過在鑄鐵閘框外表面上鑲嵌不銹鋼止水帶的方法減少了鑄鐵閘門的銹蝕。

此外，陳爭軍在總結鑄鐵閘門在水利工程中的應用時也指出，鑄鐵閘板可加裝止銅、尼龍材料水密封條形成鑲銅、尼龍閘門。然而，鑄鐵閘門較為笨重，鑄鐵材料抗彎強度較低，所以，在面對現(xiàn)代大跨度大開度水閘時不適用，而鋼閘門正好彌補了這一缺點，鋼閘門強度高、抗彎能力強，但防腐蝕效果差。因此，新型材料的運用迫在眉睫。2003年，天津市水利局研發(fā)完成了新型無金屬水工閘門，該閘門采用FRP材料，具有強度高、質量小、制造工藝簡單等特點。如圖1所示，閘門門板材料的研究路程呈現(xiàn)出從非金屬到金屬再到復合材料的總體趨勢，這與多數(shù)工程領域的材料發(fā)展狀況相符合。

2 閘門啟閉機的發(fā)展

水工閘門，尤其是垂直提升閘門，啟閉機在閘門開啟閉合的過程中起著舉足輕重的作用。隨著高壩的興建，大型水利樞紐的建造，閘門無論是在跨度、高度和水頭方面都有明顯的增大，這就對啟閉設備的啟閉能力和安全性提出了更高的要求。

螺桿式啟閉機是較早出現(xiàn)的啟閉機類型，具有結構簡單、造價低廉以及操作方便等優(yōu)點，其缺點是啟閉力不能太大、速度較低、行程受限制。因此，在啟閉機發(fā)展過程中，為了提高啟閉能力，增大啟閉行程，卷揚式啟閉機應運而生，然而，卷揚式啟閉機也有其缺點，其最主要的缺點是不能產生下壓力，自重相對較大，尤其是大容量的固定卷揚式啟閉機更是如此。鑒于此，結合了螺桿式啟閉機和卷揚式啟閉機優(yōu)點的液壓式啟閉機得到了長足發(fā)展，液壓啟閉機具有傳動效率高、運行平穩(wěn)、啟閉容量大、結構緊湊及用鋼量少等優(yōu)點，特別是它具有布置簡單、適應性強、體積小、附屬土建簡單的優(yōu)點得到了日益廣泛的應用。隨著水利信息化和自動化技術的普及，啟閉機推陳出新，現(xiàn)有新型啟閉機多基于上述3種類型的啟閉機而發(fā)展，與探測器、自動化控制電路配合，形成了新型自動化啟閉機，對閘門開啟及開度都有精確化、自動化的改進。啟閉機改進路線如圖2所示。

3 閘門構造形式的發(fā)展

直升式閘門結構簡單、維修方便，但其啟閉設備一般置于閘門上方，需要擱置建筑，比如排架等與之配套。其凈空高受到限制，如果閘門深度較大，則排架需要非常高，嚴重影響了閘門的安全，同時，較高的排架會與周邊環(huán)境不匹配，影響環(huán)境美觀。然而，該型閘門也有不可避免的缺點，即為了將閘門升起后翻轉，閘門需采用曲線軌道，導致檢修、安裝和維護不便，施工精度要求高，施工復雜。近年來，隨著啟閉技術的發(fā)展，既可轉動，又可升降的升臥式翻板閘門得到了廣泛的研究和關注。廣東省水利電力勘測設計研究院研發(fā)的升臥式翻板閘門即可提升直立，又可平臥于閘底板和閘墩頂；協(xié)和制作所株式會社研發(fā)的方案則是通過沿閘門豎直方向設置雙吊點，實現(xiàn)閘門的提升和翻轉，從而摒棄了復雜的曲線軌道。

上述既可轉動又可升降的升臥式翻板閘門雖然簡化了閘門運行軌道，但對啟閉機的構造或同步性提出了更高的要求，為了使建筑結構與啟閉系統(tǒng)均簡化，雙扉門結構得到了廣泛發(fā)展，最初的雙扉門構造為需要2臺啟閉機，分別控制上、下扉閘門的升降。

上、下扉閘門分別在各自獨立的門槽內運行，即需要2套門槽結構，兩扉間的止水安裝在上扉下部的止水梁。由于需要2套啟閉機，增加了機架橋的荷載，使機架橋和排架斷面加大，機架橋的布置繁雜，為了進一步簡化結構，山東省水利勘測設計院對這一傳統(tǒng)的雙扉門結構進行了改進，研發(fā)了異型門槽雙扉門，該型閘門僅有1個門槽，門槽上段寬，下段窄，進一步簡化了上部結構。

4 結束語

垂直提升的閘門技術成熟、結構簡單、可靠性高，因此，該型閘門在水利工程中得到了廣泛研究和應用，其技術發(fā)展路線如圖3所示。

參考文獻

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[2]陳爭軍.水利工程中鑄鐵閘門的選擇應用[J].陜西水利，2015（08）.

[3]王蓓.新型水閘在水利工程中的應用研究[D].濟南：山東大學，2011.

〔編輯：張思楠〕