浮动式闸门设计研究.doc

浮动式闸门设计研究 论文集:2004年第4期 作者 :郝贵湘 发布时间 :2004/12/1 0:0 浮动式闸门设计研究中国水电顾问集团中南勘测设计研究院郝贵湘摘要：本文对目前水电工程浮动式闸门常用的结构型式及操作进行了充分的比较和说明，并结合工程实例对一种型式的浮门设计进行了详细的介绍。关键词：浮门配重密封舱最低水线一、概述浮动式闸门为一依靠浮力动作的挡水闸门，因其不需设门槽，可以改善溢洪道水流条件，不需永久启闭设备，不受坝体布置条件的限制，不占坝体位置等许多优点被应用于水工建筑物检修挡水工作。二、浮门布置比较1、结构型式浮门从门体结构型式上大致可分为：整体鼓形结构、整体箱形结构、分节箱形结构等。整体鼓形结构的各个横截面均不相同，导致门体水线面积在不同的吃水深度对纵轴和横轴的惯性矩各不相同，结构较复杂，因此目前已很少采用这种体形。整体箱形结构与分节箱形结构的外形结构相同，只是分节箱形结构从解决运输方面考虑，由多节密封箱体结构串成一体，每节密封箱体作为运输单元，减少了现场的安装工作量，但相应的门体自重较整体箱形结构要大些。2、配重方式 门体配重一般可分为二种形式：混凝土与水混合配重、全水配重。（1）混凝土与水混合的配重混凝土与水混合配重的形式是在门体底部的固定舱内灌注混凝土实施配重，因混凝土的比重大于水，能有效降低浮门的重心，因此可有效降低浮门竖立于水中达到初始稳定时的最低吃水深度。中部的调节舱由水承担，它用来调节浮门在检修水位范围内的沉浮。这一配重形式能有效的加大浮门的水位检修范围，但因混凝土配重固定不可变，致使浮门下部无法露出水面，给水封的维护和更换带来不便，同时浮门也必须竖立于水中存放。（2）全水配重全水配重形式是固定舱和调节舱内的配重均由水承担，由于其固定舱内水体可变，故通过充入和排出固定舱内水体，可实现浮门在水中平卧和竖立两种状态。浮门平时也可放倒后平卧于水中存放。但相应的缩小了浮门水位检修范围。3、最低水线浮门在存放时为一漂浮于水面上的浮体，但无论它的存放状态是平卧还是竖立，其工作状态必须是在水中垂直竖立的。浮门在水中保持竖立状态稳定、在水中不至倾倒的条件是浮门的吃水深度要达到某一数值，即浮门的重心在稳心之下并满足规范值。在最小吃水深度使浮门保持竖立稳定的水线位置，即为浮门的最低水线。浮门吃水深度在此水线以上各水线都是满足整体稳定条件的。4、操作方式从浮门操作方式来看，可将调节门体沉浮以及上下游平压充水的各种设备均设置在浮门体内或顶层甲板上，以进行本体操作；也可将各种装置设置在拖轮上，通过软管连接于门体进行分体操作。对于本体操作，其操作设备相对较简单，工作人员的操作也较方便，但它不适用浮门要求倾覆翻倒的工况。对于分体操作，其操作设备相对复杂，浮门工作前后也需要工作人员装拆浮门与操作设备之间的连接软管，至使工作人员的操作相对麻烦，但由于工作人员在拖轮上操作不受浮门状态的限制，所以具有安全性和直观性，并且可满足浮门各种工况的操作。三、长安水电站溢洪道浮式检修门设计长安水电站设有15孔溢洪道，每孔布置一扇工作闸门和一道检修闸门埋件，15孔共用一扇检修闸门。根据长安水电站上游水位变幅数据，结合上游库区浮门存放条件及浮门制造、安装、运输等综合因素，溢洪道检修门决定采用浮式检修门，整体箱形结构、混凝土与水混合配重、本体操作。浮门主要参数值孔口宽度 12.0m支承跨度 13.5m设计水位 81.0m死水位 80.0m堰顶高程 74.5m浮门设在溢洪道上游闸墩端部，依靠上下游水压差将门体压紧在闸墩端面，实现挡水工作。浮门的止水埋件埋设在闸墩端面呈U形。浮门的自重由闸墩端面底部悬出的设有预埋件的混凝土牛腿支承。浮门布置型式 见图1：图 11、结构设计浮门结构型式 见图2： 图 2浮门整体外形为宽13.9m、高7.5m、厚2.5m的箱形体，它的内部按其运行要求在结构上分成三个密封舱位。下部密封舱为固定混凝土压重舱，它是稳定保证舱，目的是降低门体竖直方向的重心，维持门体在最低水线时的竖立稳定。中部密封舱为调节水压舱，通过向舱内充水或排水，以控制门体的沉浮。该舱内通过横隔板将整舱横截面分隔成几个小区域，以达到减小舱内自由液面惯性距对门体稳定的不利影响。上部密封舱为空气密封舱，它所产生的浮力能防止门体沉入库底，是作为门体最高水线的有效保证空间。顶甲板层是工作人员的操作层，通往各密封舱的水管和操纵杆汇集在顶甲板层上，顶甲板左、右侧均设有系缆桩，供门体牵引索锚锭和门体在孔口调整就位用。在顶甲板和内部各密封舱位之间，均设有进人孔和爬梯，作为工作人员进入各舱检修之用，平时进人孔用盖板密封。为了从理论上使门体的重心与其几何中心重合，门体的结构及其上的所有设备完全按对称布置，包括侧支承和止水装置也是前后对称布置，浮门两面均可挡水，给浮门的操作提供了方便。2、最低水线确定根据溢洪道堰顶高程，考虑底水封埋件布置尺寸后，确定底支承牛腿高程为73.97m，则设计水位至牛腿支承面距离为8173.977.03m，考虑0.5m超高，取浮门总高为7.5m。设计以上游死水位为浮门最低水线水位，则最低水线至牛腿支承面的距离为8073.976.03m，为使门体在调节舱残留水重和波浪等因素的影响下，能顺利的座落在支承牛腿上，取预留高度0.5m，则6.030.55.53m，这一数值是该浮门最小吃水深度的控制值。设计中该浮门采用混凝土作为固定压重，计算出浮门满足竖立稳定的最小吃水深度为4.3m，满足要求。3、充、排水装置（1）、充水装置在调节舱底部两侧面板上对称设有4个管道（管道的布置高程在最低水线以下），管道外端与外界相通，内端连接蝶阀，蝶阀的控制手柄通过长连杆安装在顶甲板上。当需要向调节舱内充水让浮门下沉时，在顶甲板层转动手柄打开任意一个或多个蝶阀，水库中的水直接灌入调节舱，调节舱内空气由舱顶连接到甲板上的通气管排出。当浮门在孔口挡水检修工作完成后，需要向浮门与工作门之间充水平压时，在顶甲板层转动手柄同时打开上下游两侧的2个或4个蝶阀，上游库水经调节舱再流入下游充水平压。这一充水装置设计的特点是：它不需要专门的充水设备和管道，结构简单，操作方便，并且能够完成充水下沉和充水平压两项工作。（2）、排水装置在调节舱底板上对称布置2个集水坑，各安装一台深井泵担负调节舱内的排水工作。集水坑的设置旨在能够将调节舱内的水排尽，避免残留水体所形成的自由液面对门体稳定的不利影响。深井泵为活动式布置，它可沿集水坑底部延伸到甲板上的滑杆上下滑移，这样方便了深井泵的安装、检修和维护。当深井泵滑落到底部就位后，其出水口与排水管端口对接。排水管为一从集水坑底部延伸到甲板上的固定管道，工作时深井泵水通过排水管从门顶排出。4、支承和止水浮门前后两面均布置有侧支承和止水装置。侧支承为连续通长的钢滑块布置在两侧，浮门所受水压力由侧支承传递到闸墩端部埋件上。止水装置采用普通P型橡皮呈U形布置，与闸墩端部U形埋件吻合。浮门自重由底部两端两条弧面钢滑块支承传递至牛腿。5、止水装置的维护在浮门前后面板底部设有吊耳，将吊轴及钢丝绳安装就位，钢丝绳的另一端接吊环并延伸到浮门顶部用搭扣将吊环固定，以方便日后操作。当需要对浮门止水装置进行检修和更换时，脱开吊环与临时启吊设备连接，垂直启吊，因这种启吊方式对浮门产生了不平衡作用力，致使浮门在水中逐渐倾斜，直至浮门底部一侧止水装置露出水面，即可进行维护和操作，因这种方式借用了浮力的作用，可有效减少启吊力。6、浮门运行浮门平时在门库内为竖立状态存放，由牵引索锚锭，此时各阀处于关闭状态，调节舱内无水。当需要工作时，由拖轮或人力将浮门牵引到需挡水的孔口端部，用门顶的两个系缆桩调整就位。打开上游侧长柄蝶阀，库水进入调节舱，浮门下沉，底支承落到牛腿上。此时继续充水，直至充满为止，这些多余的压重水体将抵抗浮门工作时库水位变化的影响。将工作门提起，上游水压力把浮门紧压于闸墩端部，底侧止水达到止水目的。检修工作完毕，打开所有长柄蝶阀，上游库水经由调节舱向浮门与工作门间充水，平压后，关闭所有长柄蝶阀。从坝头接