翻板钢闸门在江山水库溢流坝中的设计应用

翻板钢闸门在江山水库溢流坝中的设计应用

赵孝虎

荆门市汉西水系连通工程建设管理局

摘要：翻板钢闸门应用在江山水库溢流坝改建工程中，取得了良好的效果，从而实现江山水库流域社会经济可持续发展。翻板钢闸门在江山水库溢流坝改建工程中的成功应用表明：翻板钢闸门在水库溢洪道、挡水坝等水工建筑物的施工中，可起到比传统施工方案和施工材料更好的效果，值得借鉴和推广。

关键词：水工溢流坝；翻板钢闸门；设计应用

竹皮河江山水库溢流坝翻板钢闸门改建工程是汉江以西水系连通及城市备用水源工程的重要节点工程，是对竹皮河流域进行生态补水的重要工程措施，工程实施后将增加竹皮河流域自净能力、改善水质、扩大江山水库水域面积、抬高水库上游河道水位，实现“生态之河”的治理目标。

一、工程建设概况

荆门市江山水库溢流坝位于荆门市掇刀区白庙街办江山村，坐落于207国道复线东侧，拦截竹皮河富余来水，形成江山水库。坝址以上承雨面积40km2，主河道长16.68km，主河道比降9.25‰。江山水库总库容755.20万m3，死库容160.0万m3，是一座以防洪、发电、生态景观等综合利用的小（1）型水库。江山水库溢流坝工程等级为Ⅵ等，主要建筑物级别为4级。江山水库溢流坝改建前为低实用堰式，控制段底板高程61.40m，右岸边墙高程65.20m，左岸边墙高程65.40m，溢流堰控制段宽度62.0m。

竹皮河接纳的城区各类污水直接进入江山水库，由于江山水库所处地段地势开阔，水流速度变缓，导致大量的石油类、硫化物、重金属在水库富集、吸附，从而导致污染量大大超过了江山水库的自然净化能力。为治理好竹皮河流域水环境及生态修复工作，抬高江山水库溢流坝正常运行水位，需对江山水库溢流坝进行改建工程，提高溢流坝堰顶高程，在保证江山水库防洪安全的前提下，以满足水库上游河道水满，下游河道水清，并兼顾水库电站扩容增效的需求。因此，在江山水库原溢流坝控制段处新建一座拦河翻板钢闸门，设计挡水高度1.2m，净孔尺寸为3×21.0m，液压启闭杆控制。

二、翻板钢闸门设计原理

翻板钢闸门采用底横轴旋转闸门，底部设有可以转动的支铰，闸门可实现多角度开启，门叶绕支铰转动后下卧至平躺状态后完全开启。闸门完全关闭后，门叶与闸室底板垂直，从而实现挡水、自动溢流和泄水的功能。

翻板钢闸门由门叶、埋固和启闭机械等3部分组成。门叶包括：承重结构、行走支撑、支臂、支铰、止水装置、吊耳等；埋固部分包括：轨道、铰座、止水座、护角等；启闭机械为油压式启闭机。2008年7月29日，翻板钢闸门由中国电机工程学会和中国水力发电工程学会共同技术鉴定。设计使用寿命可达50～60年，当前国际上最长寿命的钢性闸门为近百年，国内最早的福建小溪电站为1958年建成至今仍在使用。翻板钢闸门抗损坏性能强，不容易受到尖利和有尖角物体的损坏；运行速度可达1～2m/分钟，一般过程不超过2分钟即可完成开升闸，能耗较低，也可以实现先进的自动化控制和网络控制。

翻板钢闸门采用油压泵站启闭，电机型号Y160L-4-B5，电动机功率为15kw，考虑供电方便，采用380v电压等级。启闭机竖井内各设置一套液压泵站，由双向油泵、集成插装式控制阀组、高压连接软管、电机等部件组成。电机带动双向油泵运转输出高压油，经控制阀组溢流调压至油缸活塞腔，推动活塞杆伸出闭门，同时有杆腔回油经液压锁回油箱。电机反转后，活塞杆缩回启门，工作原理同前。

翻板钢闸门配备完善的电控系统，有人机界面显示器、PLC控制器、数字式智能开度仪、外置式高分辨率抗干扰位移传感器等。电气控制柜面安装的数字式智能开度仪能实时显示翻板钢闸门驱动装置的运行情况，还能用于设置驱动开启到位、关闭到位值，设置PLC内部参数，显示电气控制系统及运行的故障信息；安装变频器控制电机运转速度，形成位移传感器实时采集驱动装置行程差，PLC系统经过程序计算，输出控制信号来控制变频器输出频率，变频调节油泵电机转速，控制油缸各自的运行速度来消除两台启闭机的行程差，达到闭环负反馈纠偏、油缸同步运行的快速准确的控制。

三、翻板钢闸门运行

根据翻板钢闸门调度规程，设置上游警戒水位为62.90m，当上游来水高度超过闸门顶0.3m时，启动液压启闭机，开启闸门泄洪防水，当上游水位下降到闸门底板高程61.40m时，将闸门关闭蓄水。液压启闭机具有自动复位功能：闸门因液压系统泄漏下降100mm时，行程检测装置指令液压泵组启动，使闸门提升至原设定位置，如液压启闭机未能启动，电器控制柜发出声光报警。无论启门或闭门，必须在锁定油缸解除锁定的状态下进行。

本电控系统对驱动装置的实际位置及运行速度实时监控，当两者动态实时位置误差超过预设值时，电控系统能及时停机、报警，在调整、排除故障后方可再次运行。

考虑应急需要，当停电而需要紧急启闭闸门时，应同时用启闭机室里的锁定动力包上的手动泵将锁定油缸缩回解锁，然后用两侧液压泵站上配置的手动泵向启闭机同方向供油，可缓慢启闭闸门。注意工作结束后，应将旋动过的手柄、螺钉等恢复到正常工作状态。正常运行时，电气控制系统应在正常运行模式下进行，切不可单独运行一侧的驱动装置。

四、翻板钢闸门维护及保养

翻板钢闸门由于主要运转件——底转轴铰座上采用了先进的特殊复合材料NGA，允许水下运行若干年无须加润滑油，也不会锈蚀。同时也是一种特殊结构的水闸形式，它没有底门槽，是门叶围绕底轴转动的结构，故淤泥（沙）不会影响闸门的开启与关闭。

定期检查闸门各止水橡胶的磨、破损及老化情况，定期检查启闭机室内底转轴防水套填料的磨损情况，及时查漏、调节、更换。

驱动装置一般情况下每月运行一次。每年更换一次液压油并清洗内部。根据使用频率，2～3年检查油缸密封情况。如有损坏或老化应更换。

五、改建后效果

江山水库溢流坝改建工程于2015年12月开工，经土建施工、翻板钢闸门预埋件安装、启闭机安装、闸门安装、电气安装、调试等，至2016年5月完工。翻板钢闸门应用在江山水库溢流坝改建工程中，取得了良好的效果。施工便捷，工期短；可调节下泄洪水，增强防洪功能；蓄水后增大了水库水域面积及抬高了水库上游河道水位，达到水满、水清、岸绿的目标；同时充分利用水资源，江山水库电站发挥了最大经济效益；特别是经受了荆门城区2016年“6.30”和“7.20”两场特大暴雨考验，闸门启闭自如，止水效果和运行情况较好，从而实现江山水库流域社会经济可持续发展。翻板钢闸门在江山水库溢流坝改建工程中的成功应用表明：翻板钢闸门在水库溢洪道、挡水坝等水工建筑物的施工中，可起到比传统施工方案和施工材料更好的效果，值得借鉴和推广。