串聯(lián)閘門和半圓型連體閘門簡介

呂傳亮，劉紅宇，趙玉霞，王緒建

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；3.中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

1 技術背景

隨著水利技術的進步，國內外修建了很多以防洪、發(fā)電、供水為目的大、中、小型的各類水庫，為社會的發(fā)展提供了大量的水資源和電能。但對周邊環(huán)境的影響不可忽視，比較突出的就是對水質和水溫的影響。水質和水溫沿水深度的變化呈現(xiàn)季節(jié)性變化，特別是水中污物及含氧量和有機物質的含量對下游生物及農作物影響很大。為解決上述問題，大多采用分層取水。

根據(jù)目前用戶對水溫及水質的要求，取表層溫水用于灌溉或表層清水用于飲用越來越多，普通的取水結構需多在不同的水深設置多套攔污柵欄和閘門，當水位發(fā)生變化時需開啟不同孔口深度的閘門實現(xiàn)取水或放水功能。此時需要取水結構尺寸很大或需要設置多個取水結構，水工體型布置、操作運行、運行管理維護等均比較復雜，且造價昂貴。最重要的是，一般的分層取水結構所取的水，無法保證完全是表層的溫（清）水，從而對后期的水資源利用造成損失。

為了解決上述技術問題，一種新型進水結構的技術方案是：在塔墩迎水面布置半圓型連體閘門，塔墩的背水面布置串聯(lián)閘門，半圓型連體閘門和串聯(lián)閘門由布置于塔墩頂部的卷揚式啟閉機操作。串聯(lián)閘門包括上下依次串聯(lián)的的多個門葉、連接相連兩個門葉之間的伸縮式拉桿。半圓型連體閘門包括由半圓型攔污柵和半圓型門葉通過高強螺栓連接組成。塔墩由高、中、低、底4個孔口，半圓型連體閘門埋件和串聯(lián)閘門埋件組成。

所用串聯(lián)平板閘門，包括門體和埋件，門體包括上下依次串聯(lián)的3個門葉、連接相連兩個門葉之間的伸縮式拉桿，每個門葉兩側邊梁各突出的懸臂滾輪，除最底部門葉外的所有門葉底部兩側各設突出懸臂梁。埋件包括4個等間距布置的孔口及垂直布置的軌道，軌道側部設置階梯型平臺。

所用半圓型連體閘門，包括門體和埋件。門體包括豎直設置的上部半圓型攔污柵體和豎直設置的下部半圓型閘門體，所述上部半圓型攔污柵體通過高強螺栓與下部半圓型閘門體連接，攔污柵頂部設置有與啟閉機相連的吊耳；下部半圓型閘門體包括由梁體、半圓形面板和防止底部水流出的底板密封焊接而成的背部無擋板的筒體，在所述下部半圓型閘門門體兩側邊梁和底梁上與埋件接觸的面上分別設置有兼作止水的自潤滑滑塊。埋件包括等間距布置的4個相同尺寸孔口及豎墻式平板整體的不銹鋼結構。

塔墩，包括等間距布置的4個相同尺寸孔口、串聯(lián)平板閘門和半圓型連體閘門埋件及塔墩頂部的卷揚式啟閉機基礎。卷揚式啟閉機為普通水利工程用固定卷揚式啟閉機。有益效果是：結構簡單、操作方便、安全可靠、成本較低，可通過串聯(lián)閘門、半圓型連體閘門的聯(lián)合運用，僅通過2臺固定卷揚式啟閉機可實現(xiàn)擋水、放水、取水庫表層清（溫）水等功能。

2 工程應用

重慶玉灘水庫擴建工程總庫容1.496億m3，為大（2）型Ⅱ等工程，工程的任務為灌溉、供水等綜合利用。工程由樞紐和灌區(qū)兩部分組成，樞紐工程由主壩、7座副壩、溢洪道、左右岸灌溉引水隧洞及泵站組成。主壩壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩；副壩采用砌石重力壩；溢洪道位于主壩左岸埡口，開敞式，溢流堰總凈寬36 m，分3孔，每孔凈寬12 m；左右岸灌溉引水隧洞均采用此種新型進水結構分層取水方式，取表層溫水用于灌溉，增加農作物產量。灌溉總面積2.0萬hm2。工程特點決定了閘門和啟閉機都應具備利于農業(yè)灌溉取水（表層溫水），常年運行可靠的特點。

玉灘水庫左、右岸進水口系統(tǒng)的取水口布置形式相同,為一豎井結構，表層溫水由可隨水位上下移動的半圓筒復合閘門頂部經豎井壁上的連通孔進入豎井，再經豎井流入其后的引水隧洞，流量調節(jié)由隧洞出口的閥門完成。主要金屬結構設備布置見附圖。

2.1 串聯(lián)閘門

豎井上游壁上自上而下設有4個3 m×2 m（寬×高）的連通孔，分別稱為高孔、中孔、低孔和底孔。在中孔、低孔和底孔的井壁內側設有平面擋水閘門，上游止水，該3閘門共用一道門槽和一臺固定卷揚式啟閉機，中孔閘門和啟閉機之間采用常規(guī)拉桿連接，各閘門之間采用可伸縮的套接式拉桿連接，結構簡單、操作方便、安全可靠，除可實現(xiàn)擋水、放水功能外，僅通過一臺啟閉機可實現(xiàn)在不同的水位取水庫表層清（溫）水。

此工程串聯(lián)平板閘門包括門體和埋件，門體包括上下依次串聯(lián)的由梁系結構組成的3個門葉,和連接相連兩個門葉之間的伸縮式拉桿，每個門葉兩側邊梁各突出設置有懸臂滾輪，除最底部門葉外的所有門葉底部兩側各設突出懸臂梁。懸臂滾輪沿門葉兩側邊梁各設上下突出的兩組。

所述設置在門葉底部兩側突出的懸臂梁長度從上到下依次減小，即最上邊第一門葉的懸臂梁比中間門葉的懸臂梁要長；拉桿為伸縮式，由嵌套式吊板組成，內側吊板上部設導向吊軸，外側吊板中部通長布置導向槽。

配套使用的閘墩上設有3個孔口、門槽及兩條與懸臂滾輪對應的垂直軌道，門槽的側向設有與門葉兩側突出的懸臂梁對應的階梯型平臺，使門槽為從上到下依次縮小的階梯狀，伸縮式拉桿處于門槽內側，不會阻擋水流。每條垂直軌道分別與各自對應的懸臂滾輪相匹配。

當閘門關閉時，拉桿縮在一起，門葉通過懸臂梁支撐在側部臺階上。當閘門開啟時，拉桿拉長，門葉懸停于門槽中。拉桿伸縮的長度（L）要求大于孔口高度（H）。閘門全部關閉時，門葉分別關閉各自的孔口，拉桿處于縮進的位置，中、上門葉兩側的懸臂梁落在階梯型平臺上，底節(jié)門葉底部落在底檻上。

上節(jié)門葉需要開啟時，門葉由啟閉設備提升L高度后停止，此時拉桿處于拉伸位置，中、下門葉均保持關閉，上節(jié)門葉開啟后的孔口可以放水。同樣，中、下門葉需要開啟時，啟閉設備再分別提升L高度后，門葉可以開啟中、下孔口放水。

閘門關閉過程反之。在啟閉設備控制下，下降L高度后底節(jié)門葉關閉后，若繼續(xù)下降L高度，中門葉關閉，同樣上門葉可以在繼續(xù)下降L高度后關閉。

由于3閘門共用1門槽，同時也為了制造和建設管理的方便，3閘門均按最大擋水頭設計，并采用相同規(guī)格的滾輪。各閘門規(guī)格為3×2-27.01 m平面定輪鋼閘門，面板及止水均設在上游側，閘門動水啟閉，采用2×400 kN雙吊點固定卷揚式啟閉機操作，設現(xiàn)地控制和集中控制2種方式操作。

2.2 半圓型連體閘門

在豎井的上游外壁面設一半圓型連體閘門，本門既滿足在任何水位條件下只取表層2 m左右的溫水，又能防止污物進入取水建筑物造成堵塞。除可實現(xiàn)正常的擋水、放水功能外，重要的是可實現(xiàn)在不同的庫水位，取水庫表層溫水，提高農業(yè)農作物產量的功能。

圓筒頂部設有螺栓連接攔污柵，筒底為封閉形狀，半圓筒閘門兩側及底部與井外壁形成頂部開敞的杯狀取水口，半圓筒閘門可根據(jù)水位分別與各連通孔形成引水通道，即由半圓筒閘門頂部進水，由連通孔流入豎井。半圓筒閘門體高5.96 m，包括門體和埋件，門體包括豎直設置的上部半圓型攔污柵體和豎直設置的下部半圓型閘門體。上部半圓型攔污柵體通過高強螺栓與下部半圓型閘門體連接，上部半圓型攔污柵由柵條和梁體焊接而成，攔污柵頂部設置有與啟閉機相連的吊耳，在半圓型攔污柵體的兩側邊梁與埋件接觸的面上設置有自潤滑滑塊；下部半圓型閘門體包括由梁體、半圓形面板和防止底部水流出的底板密封焊接而成的背部無擋板的筒體，在下部半圓型閘門門體兩側邊梁和底梁上與埋件接觸的面上分別設置有兼作止水的自潤滑滑塊，布置在閘墩上的埋件為豎墻式平板整體結構，在埋件上，從上到下開有多個貫通孔。埋件為豎墻式平板整體不銹鋼結構，貫通孔為4個，分別為在埋件中部和底部的高孔、中孔、低孔和底孔，在埋件頂部開有內縮充水槽孔。攔污柵高2.74 m，攔污柵的柵條豎直排列。

半圓型連體閘門的工作原理是：半圓型連體閘門通過吊耳與排架柱上的啟閉機連接，在啟閉機控制下，可在閘門埋件上作垂直升降運動。在正常蓄水位時，閘門在啟閉機控制下，下降至水面，在閘門自重作用下，沉入水中，閘門底部在到達高孔底部前，由于閘門浮力影響，閘門下降緩慢，從埋件內縮充水槽可向閘門內充水，抵消部分閘門浮力影響，閘門下降至預定位置，停止啟閉機運行，閘門懸吊在高孔預設位置上，打開高孔下游串聯(lián)閘門，水從半圓型攔污柵柵條之間進入半圓型閘門內腔，通過高孔流向下游。半圓型連體閘門則在水壓力和啟閉機作用下，固定在埋件上。當水庫水位降低，再開啟啟閉機，閘門在自重作用下繼續(xù)下降，跨過高孔到達中孔的預定位置，停止啟閉機運行，閘門懸吊在中孔預設位置上，打開中孔下游串聯(lián)閘門，水從半圓型攔污柵柵條之間進入半圓型閘門內腔，通過中孔流向下游。當水位再降低時與上原理相同進行操作運行。當水庫水位升高時，半圓型連體閘門進行反向操作即可。

此門既滿足在任何水位條件下只取表層2 m左右的溫水，且能防止污物進入取水建筑物造成堵塞。除可實現(xiàn)正常的擋水、放水功能外，重要的是可實現(xiàn)在不同的庫水位，取水庫表層溫水，具有提高農業(yè)農作物產量的功能。

半圓筒閘門由雙吊點高揚程固定卷揚式啟閉機操作，隨著水庫水位的變化做上下移動，啟閉機的容量為2×400 kN，揚程約30 m，設現(xiàn)地控制和集中控制2種方式操作。

2.3 出口事故閘門

在豎井出口（即引水隧洞進口）設一道事故檢修閘門，共1孔，其規(guī)格為3×2.6-27.02 m平面定輪鋼閘門，閘門面板及止水設在下游側。閘門動水閉門，小開度充水平壓后啟門。該閘門啟閉由1臺2×250 kN雙吊點固定卷揚式啟閉機進行操作，揚程約37 m，閘門為常開狀態(tài)，設現(xiàn)地控制和集中控制2種方式操作。

3 結語

玉灘水庫擴建工程投入蓄水及試運行以來，半圓型連體閘門、串聯(lián)平板閘門運行一年，其中一個汛期，滿足使用要求。各閘門及所有啟閉設備均運行良好，亦滿足安全性要求。兩種新型閘門在為農業(yè)灌溉和下游城市供水上發(fā)揮了巨大作用。