探究平面定轮钢闸门不同底缘型式对启闭力的影响——以北排渠出口排涝站事故闸门为例

◎饶超群 广州市宏涛水务勘测设计有限公司

1.工程背景

北排渠出口排涝站位于广州市白云区人和镇，内涌为机场第二高速边北排渠，外江为东南排渠。泵站型式为潜水轴流湿式泵站，选用3台900ZQB100D（+3°），单台电机功率185KW，设计排涝流量9.00m3/s，主要由交通箱涵段、进水段、清污桥段、进水斜坡段、配电房管理房段、潜水泵房段、出水流道段、出水消力池段组成。其中出水流道段设置3扇事故闸门，用于拍门发生故障无法正常关闭时快速下门，切断水流。事故闸门为潜孔式闸门，闸孔孔口尺寸为2.85m×2.00m（宽×高），闸门尺寸为3.30m×2.30m（宽×高），底槛高程4.55m。闸门型式采用平面定轮钢闸门，闸门面板厚度为8mm，门体全部由Q235B钢焊制，采用多梁格结构布置，主横梁采用36C工字钢，边梁顶梁底梁采用36C槽钢，横隔梁采用36a工字钢，行走支撑、反向支撑采用φ500定滑轮，侧向采用φ150悬臂轮，下游顶止水和侧止水型式为P型止水，下游底止水型式为Ⅰ型止水，采用液压启闭机操作。

图1 事故闸纵剖面图

显然，平面定轮钢闸门在启闭过程中，其底缘型式会对启闭力影响显著，而不当的底缘设计则会使启闭力极大增加。基于此，此次研究力求通过计算分析，进行不同底缘型式的对比研究，以获取事故闸门最佳的底缘型式设计方案。

2.事故闸门底缘型式及其对启闭力的影响

本次事故闸门底缘选用三种底缘型式进行对比，见图2。

图2 事故闸门底缘型式

2.1 后倾角底缘

采用20＃角钢、三角肋板与底梁36C槽钢焊接形成后倾角33°底缘。

2.2 平底式底缘

采用底梁36C槽钢直接作为底缘，形成平底式底缘。

2.3 前倾角底缘

采用20＃角钢、三角肋板与底梁36C槽钢焊接形成前倾角33°底缘。

经过启闭力公式计算，得到三种不同底缘条件下得启闭力大小，见表1。

表1 不同底缘型式对应荷载结果

3.底缘形式初步探讨

综合分析：（1）后倾角底缘型式，闸门的下吸力远远大于其他两种底缘型式；上托力远远小于其他两种底缘型式；闭门力为负值，不需要额外加重或外力即可关闭闸门；闭门力比其他两种底缘型式略大。（2）平底底缘型式，闸门的下吸力在三者中数值最小；上托力在三者中数值最大；闭门力为正值，需要额外加重或外力才能关闭闸门；闭门力在三者中数值最大；启门力在三者中数值最小。（3）前倾底缘型式，闸门的下吸力在三者中数值居中；上托力在三者中数值居中；闭门力为正值，需要额外加重或外力才能关闭闸门；闭门力在三者中数值居中；启门力在三者中数值居中。

由于防洪事故闸门需要快速启闭，因此优先选择不靠额外加重或外力即可关闭闸门的底缘型式。各底缘型式优先级由高到低依次为：后倾角底缘、前倾角底缘、平底底缘。

4.结论

（1）闸门底缘型式的改变对启闭力影响显著。后倾角底缘型式能明显降低闸门下吸力，明显增大闸门上托力，进而减小闭门力和增大启门力。从降低闭门力方便关闭闸门的角度考量，各底缘型式优先级由高到低依次为：后倾角底缘、前倾角底缘、平底底缘。

（2）对于无法靠自重关闭的防洪事故闸门而言，后倾角底缘方案为最优。