吳偉明

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳偉明

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

閘門(mén)型式的創(chuàng)新可使水利工程進(jìn)一步景觀化.底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)是一種將驅(qū)動(dòng)裝置集成設(shè)置于閘門(mén)下部的新型橫拉閘門(mén)，閘門(mén)的行走軌道與門(mén)槽底檻平行布置于門(mén)底，閘門(mén)門(mén)頂以上無(wú)任何建筑物.該新型閘門(mén)與普通閘門(mén)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(mén)旱閘，也促進(jìn)了水利工程閘門(mén)布置型式的創(chuàng)新與進(jìn)步.

橫拉閘門(mén)；底部驅(qū)動(dòng)；手電兩動(dòng)；景觀；操作運(yùn)行

傳統(tǒng)的水利工程閘門(mén)較多地采用直升式閘門(mén)布置方式，一般都設(shè)有較高的排架和啟閉機(jī)房，與周邊的環(huán)境相比通常有突兀感.隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水利工程建設(shè)需要與時(shí)俱進(jìn)，保證使用功能的同時(shí)也要考慮美觀性，需要因地制宜地設(shè)計(jì)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(guò)防洪堤的交通道路，穿堤路口必須設(shè)閘門(mén)以保證防洪設(shè)施的連續(xù)性，這類(lèi)閘的特點(diǎn)通?？卓诳缍缺容^大、閘門(mén)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(mén)很難兼顧上述要求，底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)就是在這種背景下產(chǎn)生的一種新型閘門(mén).

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(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[1]，堤頂高程34.64 m，防洪堤外側(cè)觀景平臺(tái)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(jì)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(lè)場(chǎng)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(tái)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(mǎn)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(mén)平時(shí)全開(kāi)以滿(mǎn)足府前路與觀景平臺(tái)間的通行，汛期根據(jù)蘭江洪水預(yù)報(bào)及時(shí)關(guān)閉閘門(mén)以滿(mǎn)足防洪要求[2].

2 閘門(mén)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(shí)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(mén)開(kāi)啟后，閘槽內(nèi)自底檻以上無(wú)永久性建筑物，可以保證人、車(chē)行，并且從站在府前路上能遠(yuǎn)眺江心島遠(yuǎn)景；(2)閘門(mén)關(guān)閉后止水嚴(yán)密、操作運(yùn)行簡(jiǎn)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(duì)平面鋼閘門(mén)、翻板閘門(mén)、橫拉閘門(mén)等多種進(jìn)行分析，結(jié)合各種閘門(mén)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明一種新型的底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)[4].通常閘門(mén)的操作是由啟閉設(shè)備拖著走，底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)則是將閘門(mén)與啟閉行走集成于一體，使閘門(mén)布置緊湊、操作方便.

3 閘門(mén)設(shè)計(jì)

底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)由門(mén)葉結(jié)構(gòu)、水封裝置、行走驅(qū)動(dòng)裝置、支承滑塊、控制系統(tǒng)、門(mén)槽及門(mén)庫(kù)組成，閘門(mén)布置(見(jiàn)圖2).

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)特性參數(shù)(見(jiàn)表1).

圖2 閘門(mén)布置縱剖圖

特性項(xiàng)目特性參數(shù)或類(lèi)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(jì)水位33.15m閘門(mén)型式底部驅(qū)動(dòng)式橫拉閘門(mén)支承型式滑塊支承行走支承底部滾輪啟閉設(shè)備門(mén)底行走驅(qū)動(dòng)裝置

3.2 門(mén)葉結(jié)構(gòu)

門(mén)葉結(jié)構(gòu)為與平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)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(mén)葉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮兩方面因素：

(1)載荷因素

常規(guī)平面閘門(mén)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(guò)門(mén)葉結(jié)構(gòu)和支承裝置傳遞與門(mén)槽埋件，計(jì)算時(shí)各荷載進(jìn)行疊加[6].橫拉閘門(mén)在關(guān)擋水時(shí)的承載計(jì)算與常規(guī)平面閘門(mén)相同，但在閘門(mén)關(guān)閉過(guò)程中風(fēng)荷載不能通過(guò)支承傳遞于門(mén)槽理件，而是通過(guò)閘門(mén)自重的重力矩達(dá)到力矩平衡.

(2)結(jié)構(gòu)因素

閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮門(mén)葉內(nèi)能夠有足夠的空間布置減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、手動(dòng)操作裝置等機(jī)構(gòu)的安裝空間，并且也應(yīng)保證人力操作和設(shè)備維護(hù)所必需的空間.此外也需考慮閘門(mén)行走驅(qū)動(dòng)裝置及行走限位裝置安裝接口.

府前路旱閘門(mén)采用雙主梁結(jié)構(gòu)，門(mén)葉厚度1.70 m，下主梁至門(mén)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(mén)的水封裝置由側(cè)水封和底水封組成，為減少閘門(mén)運(yùn)行時(shí)的摩阻力、減少橡皮的磨損量[7]，閘門(mén)水封設(shè)計(jì)的原則是：運(yùn)行過(guò)程中水封與門(mén)槽底部埋件不接觸、不影響閘門(mén)的運(yùn)行；閘門(mén)完全關(guān)閉后再通過(guò)特殊裝置使橡皮壓緊，達(dá)到良好的止水效果.

3.4 行走驅(qū)動(dòng)裝置

閘門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置采用與臺(tái)車(chē)式移動(dòng)式啟閉機(jī)相同的方式，由機(jī)架、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、及手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等部分組成[8].其中主動(dòng)輪組和手動(dòng)操作機(jī)械是實(shí)現(xiàn)閘門(mén)運(yùn)行的主要部件.

主動(dòng)輪組主要部件有：三合一減速電機(jī)、開(kāi)式齒輪副、傳動(dòng)軸、鋼制滾輪等.根據(jù)計(jì)算靜功率及輸出轉(zhuǎn)速選擇減速電機(jī)型號(hào)，其配套的制動(dòng)器有機(jī)械釋放功能.主動(dòng)輪組及從動(dòng)輪組的軸承均采用圓錐滾子軸承，以減少傳動(dòng)摩阻力.開(kāi)式齒輪模數(shù)M=4，傳動(dòng)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(mén)行走驅(qū)動(dòng)裝置手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)有兩部分：(1)為供電出現(xiàn)故障時(shí)手動(dòng)應(yīng)急操作閘門(mén)的機(jī)構(gòu)，在減速電機(jī)輸出軸與開(kāi)式齒輪的連接軸安裝兩套方向互為相反的棘輪，通過(guò)前后擺動(dòng)操作手柄(長(zhǎng)為1 m)使閘門(mén)運(yùn)行，根據(jù)計(jì)算搖擺手柄1次循環(huán)(50°)可驅(qū)動(dòng)閘門(mén)行走36 mm，操作力約為200 N，運(yùn)行速度和操作力均能滿(mǎn)足實(shí)際需求.(2)為減少運(yùn)行過(guò)程中水封摩阻力，設(shè)一套手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)用以閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程中抬升門(mén)葉30 mm.

3.5 支承滑塊

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

3.6 控制系統(tǒng)

閘門(mén)操作控制為一般現(xiàn)地控制操作，主要控制操作點(diǎn)有“開(kāi)啟”、“關(guān)閉”、“停止”、“點(diǎn)動(dòng)(開(kāi))”、“點(diǎn)動(dòng)(關(guān))”共5種模式，能滿(mǎn)足閘門(mén)操作運(yùn)行、檢修維護(hù)要求；電動(dòng)操作與手動(dòng)操作相互閉鎖，當(dāng)閘門(mén)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)未離全時(shí)電動(dòng)操作無(wú)法接通電源.

3.7 門(mén)槽

閘門(mén)門(mén)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(mén)槽的主軌工作面與門(mén)槽中心線面呈10°，與全關(guān)狀態(tài)的閘門(mén)滑塊工作面相貼合；左側(cè)門(mén)槽主軌、反軌至門(mén)槽中心線的距離均略大于右側(cè)(門(mén)庫(kù)出口處)門(mén)槽主軌、反軌至門(mén)槽中心線的距離，確保閘門(mén)進(jìn)出門(mén)庫(kù)時(shí)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(shí)的交通平順.

3.8 門(mén)庫(kù)

閘門(mén)門(mén)庫(kù)是平時(shí)閘門(mén)存放的場(chǎng)所，門(mén)庫(kù)長(zhǎng)21.0 m，寬3.6 m，高2.65 m，門(mén)底底部的沿軸線方向設(shè)有200 mm×200 mm集水坑.集水坑通過(guò)預(yù)埋管與市政排水系統(tǒng)相通.門(mén)庫(kù)為閘門(mén)提供存放及一些常規(guī)檢修維護(hù)的良好環(huán)境，同時(shí)通過(guò)外觀設(shè)計(jì)，與觀景平臺(tái)、防洪堤共同組成一道風(fēng)景.

4 閘門(mén)運(yùn)行

府前路旱閘閘門(mén)平時(shí)停放于門(mén)庫(kù)中，在閘門(mén)槽內(nèi)布置有盆栽等可移動(dòng)的裝飾建筑，寬20 m的開(kāi)敞閘槽使府前路、觀景平臺(tái)、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(bào)，提前做好關(guān)閉閘門(mén)的準(zhǔn)備工作；當(dāng)外江水位達(dá)到29.5 m(即水位低于底坎0.4 m)時(shí)關(guān)閉閘門(mén)抵擋洪水；洪峰過(guò)后，當(dāng)水位下降至29.0 m且預(yù)報(bào)近期閘門(mén)無(wú)擋水要求，開(kāi)啟閘門(mén)入庫(kù)，恢復(fù)通行.

4.1 閘門(mén)的關(guān)閉

4.1.1 閘門(mén)關(guān)閉前準(zhǔn)備

(1)汛期前，對(duì)閘門(mén)所有設(shè)備進(jìn)行一次檢修維護(hù)，并進(jìn)行電動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式的試運(yùn)行；在關(guān)閉閘門(mén)前再次對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行一次檢查，確保閘門(mén)運(yùn)行可靠.

(2)當(dāng)外江水位達(dá)到9.0 m時(shí)應(yīng)發(fā)布關(guān)閘警報(bào)，關(guān)進(jìn)行巡檢，確保觀景平臺(tái)及防洪堤外的市民在閘門(mén)關(guān)閉前全部撤離至城防圈內(nèi)的安全區(qū)域.

(3)清理門(mén)槽范圍內(nèi)盆景等所有影響閘門(mén)運(yùn)行的景觀性建筑，清理門(mén)槽及底軌槽內(nèi)的異物，確保閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程無(wú)卡阻.

4.1.2 閘門(mén)關(guān)閉操作步驟

(1)通過(guò)手動(dòng)操作裝置將閘門(mén)門(mén)體抬升30 mm，抬升后閘門(mén)底水封橡皮與底坎面脫離.

(2)按下“關(guān)閉”操作按鈕，閘門(mén)開(kāi)始關(guān)閉.當(dāng)閘門(mén)到達(dá)全關(guān)位置時(shí)自動(dòng)停止；若在閘門(mén)運(yùn)行前或運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電源中斷，則關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)使減速電機(jī)的制動(dòng)器處于釋放狀態(tài)，然后通過(guò)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)閉閘門(mén)至全關(guān)狀態(tài).

(3)通過(guò)手動(dòng)操作將側(cè)水封裝置調(diào)整至工作位，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)壓縮狀態(tài).

(4)通過(guò)手動(dòng)操作裝置將閘門(mén)門(mén)體降低30 mm，閘門(mén)底緣與門(mén)槽底坎面壓實(shí)，底水封橡皮達(dá)到設(shè)計(jì)壓縮止水狀態(tài).

(5)檢修閘門(mén)狀態(tài)，閘門(mén)無(wú)異常后關(guān)閉電源.

4.2 閘門(mén)的開(kāi)啟

4.2.1 閘門(mén)開(kāi)啟前準(zhǔn)備

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

(2)清理閘門(mén)底部的行走輪及軌道附近的雜物，清理門(mén)庫(kù)內(nèi)雜物并檢查電纜等有無(wú)異常.

4.2.2 閘門(mén)關(guān)閉操作步驟

(1)通過(guò)手動(dòng)操作裝置將閘門(mén)門(mén)體抬升30 mm，抬升后閘門(mén)底水封橡皮與底坎面脫離.

(2)通過(guò)手動(dòng)操作將側(cè)水封裝置調(diào)整至收縮位，確認(rèn)側(cè)水封在運(yùn)行過(guò)程中與門(mén)槽不發(fā)生碰觸.

(3)按下“開(kāi)啟”操作按鈕，閘門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，當(dāng)閘門(mén)到達(dá)全開(kāi)位置時(shí)自動(dòng)停止；若在閘門(mén)運(yùn)行前或運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電源中斷，則關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)使減速電機(jī)的制動(dòng)器處于釋放狀態(tài)，然后通過(guò)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)閉閘門(mén)至開(kāi)關(guān)狀態(tài).

(4)檢修閘門(mén)狀態(tài)，閘門(mén)無(wú)異常后關(guān)閉電源.

4.2.3 啟閉時(shí)注意事項(xiàng)

(1)閘門(mén)關(guān)閉后應(yīng)在周?chē)O(shè)置明顯的警示裝置及路障，防止車(chē)輛對(duì)閘門(mén)的沖撞.

(2)擋水期間應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)閘門(mén)門(mén)體狀態(tài)、止水情況進(jìn)行監(jiān)視.

(3)閘門(mén)開(kāi)啟入庫(kù)后，應(yīng)將門(mén)庫(kù)安全門(mén)關(guān)閉，保護(hù)設(shè)備及行人安全.

5 結(jié) 語(yǔ)

府前路旱閘因其特殊性，工程建設(shè)對(duì)使用功能、運(yùn)行管理、景觀都提出較高的要求，閘門(mén)門(mén)型的特殊需求，需要對(duì)工程安全性、經(jīng)濟(jì)合理性、操作可靠性、景觀協(xié)調(diào)性、閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)通行順暢及檢修維護(hù)方便等方面作綜合分析比較.底部驅(qū)動(dòng)橫拉閘門(mén)是根據(jù)城市城防工程的需要發(fā)展出的一種新型閘門(mén)，該型閘門(mén)的操作設(shè)備的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在水利工程上均為創(chuàng)新使用，于2012年12月申請(qǐng)了實(shí)用新型專(zhuān)利，并于2013年7月獲得授權(quán)，目前已在多達(dá)8個(gè)工程共10余座旱閘推廣應(yīng)用.隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近些年來(lái)水利工程尤其是城市防洪工程對(duì)景觀要求提出了更高的要求，今年在水利工程設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)”而且“華”.

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

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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?yàn)樗こ探饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).