银盘水电站船闸工作闸门型式及结构设计研究（汤长书,石运深,黄晓文,王可）

摘要: 银盘水电站船闸由于工作水头大、通航水位变化大、通航航宽窄等，因而船闸工作闸门型式及结构不易确定。根据银盘水电站实际通航条件，对工作闸门的5种型式进行了比较，即人字闸门、提升平板闸门、横拉闸门和一字闸门，最终确定船闸工作闸门的型式为一字门，对闸门的布置及主要技术问题进行了分析研究。闸述了船闸设计与布置需注意的问题。

关 键 词: 工作闸门;闸门型式;闸门结构;设计研究;银盘水电站

中图分类号: U641.3+ 3 文献标识码: A

1 概述

银盘船闸上游最高通航水位215.00m，下游最低通航水位179.88m，设计水头35.12m，孔口宽度12m，下闸首底坎高程175.5m。根据运行条件船闸上游与上游引航道连接，下游与下游引航道相连。船闸闸室有效尺寸为120m×12m×4m（长×宽×槛上水深）。上闸首主要设备有检修叠梁门并兼作挡水门、人字闸门及启闭机。下闸首设一字闸门及启闭机，并在其下游布置有1道检修门，通过设在闸顶的固定卷扬机启闭。充泄水系统进水口布置在上闸首前沿两侧，前沿设拦污栅，其后依次为:充水阀门及启闭机械，下闸首设泄水阀门及启闭机械，在充水阀门和泄水阀门的上、下游均布置有检修阀门。此外，在闸室两边墙上各布置有6道浮式系船柱，在上闸首顶部还布置有1台桥式启闭机，用以操作检修叠梁门，输水廊道检修阀门通过临时机械启闭。

2 下闸首闸门型式比较选择

根据船闸运行条件，下闸首工作门特点为工作水头大、通航水位变化大、航宽窄，对工作门门型的方案曾作过如下比较:

（1）人字闸门。通常，船闸工作闸门选用人字闸门。此处，如选择人字闸门，则单扇人字闸门门叶尺寸为7.4m×41.0m（宽×高），最大淹没水深约为15.13m，高宽比大于5。高宽比太大，即使布置4～5层背拉杆，也无法满足人字闸门的抗扭刚度，支、枕垫块无法正常工作，此时，不仅不能形成止水，而且对门叶结构影响极大，无法保证船闸的运行安全。

（2）提升平板闸门。如选用带胸墙的提升平板闸门，门叶尺寸为12.0m×24.0m（宽×高），为满足通航净空8m的要求，则胸墙底部高程最低在198.63m，闸门最小提升高度为24m，坝面扬程至少为25m，提升力约为2×1000kN，启闭机械可选用固定卷扬机或单向桥机。如此大的提升扬程，提升闸门所耗时间较长，难以满足船闸的通过能力。

（3）横拉闸门。如采用横拉门方案，门叶尺寸为13.0m×41.0m（宽×高），此门型基本能满足该船闸的运行工况，不利因素主要是运行速度慢、门库和门槽的尺寸要求较大，特别是门底走轮和水下轨道易被泥沙杂物阻塞，门高且窄，运行平稳性差，运行检修维护困难。

（4）一字闸门。经综合比较，闸门不宜选择人字闸门、提升平板闸门和横拉闸门，而一字闸门较能适应该运行条件，其工作原理兼有人字闸门与平板闸门的特性，运行时，与人字闸门运行方式相同，通过启闭机械，推动一字闸门以转动轴旋转，迅速关闭闸门。其旋转机构与人字闸门一样，需有顶、底枢装置，支承门体悬挂并能旋转。在关门挡水时，与平板门挡水传力方式相同，主横梁通过闸门两边柱将水荷载传递给闸墙。但根据现有资料，此门型仅在工作水头较小的小型船闸上采用过。但根据目前孔口尺寸和运行要求分析，也仅有此门型较为合适。

3 一字门结构布置

乌江银盘水电站船闸下闸首闸门底槛高程175.50m，底主梁高程175.90m。船闸上游最高通航水位215.00m，下游最高通航水位190.63m，下游最低通航水位179.88m。基本风压0.4kN/m2 ，启门水位差0.20m。

下闸首一字门，尺寸为41.0m×14.8m×2.1mm（高×宽×厚），共设28根主梁、9根纵梁。设置3层背拉杆。

4 闸门主要技术问题

（1）顶、底枢布置。一字门旋转机构通常采用人字门顶、底枢布置方式，其优点有:①作为支承承受门叶自重;②能平稳运行，满足一字门的运行条件。但这种顶、底枢布置型式最大的弊病是承受水平荷载能力有限。人字门采用这种顶、底枢有它独特的优势，即人字门在关门挡水时形成三铰拱，水平荷载通过支、垫块直接传递给闸墙，而顶、底枢在此工况基本不参与工作，即使有一定的水平荷载由顶、底枢承担，其载荷不会很大。它主要还是承受了门叶自重产生的水平荷载和门叶运转时产生的风、水、摩擦的阻力，使得顶、底枢的设计规模和尺寸都在允许的范围内。

目前国内已建的一字闸门，通常门叶尺寸较小，工作水头不大，对顶、底枢的影响较小。但银盘一字门水头达36m，总水压力94000kN，如根据布置要求，不考虑水压力对顶、底枢影响，则原方案必须进行修改。

根据计算，底枢受力3650kN，显然不能保证一字门的安全运行。修改方案将门叶旋转中心与支承中心布置在一条线上，则底枢受力大为减小。

（2）门叶结构计算。一字门在挡水状态下，其受力系统与平板闸门相同，水压力通过闸门梁系向两边闸墙传递，其自重由顶、底枢承受。

主梁根据传力系统，基本按等水压原则水平向布置。

次梁曾比较过水平向和竖向布置两种方式，两种方式互有优劣。经比较选定按水平方向布置次梁。

（3）预应力背拉杆布置。一字门在开、关门过程中，其运行方式与人字门的运行方式基本相同。由于银盘船闸淹没水深20m，如无预应力背拉杆系统，则门叶在启闭旋转中，其抗扭刚度极低，则门叶变形造成的影响，对船闸闸门运行极为不利，必须布置预应力背拉杆。根据高、宽比例，按3层背拉杆布置，则门叶运行其扭转变形可控制在几毫米范围内，可确保门叶安全。

5 处理措施

根据上述分析计算，门叶放置中心位置布置如不合理，给门叶结构及顶、底枢带来极为不利影响，为此将旋转中心稍作调整，旋转中心与门轴处支承布置在一条线上，即在门叶底部水平荷载由支承承受，尽可能不传递给底枢蘑菇头，就可避免由于底枢与支承不一致带来的不利影响，结构受力也得到极大改善。

6 结语

根据计算分析可知，由于银盘船闸工作水头大，如果顶、底枢位置布置不当，即旋转轴线如与门轴柱的支承不一致，可带来如下两方面的影响:

（1）顶、底枢承受水平荷载较大，可能会造成破坏;

（2）门轴柱边柱腹板强度和局部稳定性不能满足要求。

因此，在设计与布置一字门时，必须确保一字门顶、底枢旋转轴线与边柱支承一致，安装精度必须控制在一定范围内，才能保证一字门安全运行。

作者简介: 汤长书，男，长江水利委员会设计院枢纽处，高级工程师。