長洲水利樞紐工程1號船閘上閘首金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

季 銳，孫 娜

（1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計研究院有限公司，南寧 530023）

1 樞紐船閘工程概況

長洲水利樞紐橫跨兩島三江，外江主河道布置廠房及泄水閘壩，船閘布置于外江右岸臺地上。外江臺地從左到右依次布置1 號船閘（2000 t 級）、兩孔沖砂閘、2 號船閘（1000 t 級），外2 號重力壩、外1號重力壩及連接右岸對外公路的接頭土石壩。

長洲水利樞紐1 號、2 號船閘為平行布置的雙線單級船閘，船閘沖沙閘金屬結(jié)構(gòu)工程共有閘門35扇、閘門埋件36套、攔污柵20扇、攔污柵埋件20套、門式啟閉機(jī)3 臺、液壓啟閉機(jī)16 臺，固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)6臺，金屬結(jié)構(gòu)總工程量約6200 t。

長洲樞紐通航建筑物包括雙線單級船閘和兩孔船閘沖沙閘，建筑物布置在外江右岸臺地上，為雙線單級船閘。1號船閘的通航規(guī)模為2000 t，閘室有效尺寸200 m×34 m×5 m（長×寬×水深）；2號船閘的通航規(guī)模為1000 t，閘室有效尺寸190 m×23 m×4 m（長×寬×水深）。兩條船閘的通航凈空均為10 m。船閘上游最高通航水位為23.9 m，相應(yīng)的下游最高通航水位為23.8 m；上游最低通航水位為18.6 m，考慮河床下切影響后下游最低通航水位為4.55 m；上游正常蓄水位為20.6 m。閘室或輸水廊道檢修時，上游最高水位為20.6 m，下游最高水位為9.6 m。

每線船閘自上游至下游設(shè)有上閘首檢修閘門、上閘首人字閘門、下閘首人字閘門、下閘首檢修閘門。每線船閘左、右各布置一條輸水廊道，其布置型式及閘門參數(shù)均相同。輸水系統(tǒng)布置有進(jìn)水口攔污柵、輸水廊道上閘首工作閘門及其上、下游側(cè)的檢修閘門、輸水廊道下閘首工作閘門及其上、下游側(cè)的檢修閘門。

2 船閘上閘首檢修閘門及其埋件和啟閉機(jī)

在1號船閘上閘首人字閘門的上游側(cè)設(shè)1扇檢修閘門。門型為露頂式平面滑動鋼閘門，閘門孔口尺寸為34 m×23.8 m，設(shè)計水頭12.6 m，底檻高程8.0 m，門槽頂部高程為37.9 m。閘門封水寬度34.12 m，支承跨度34.7 m。門葉分7 節(jié)制造，分3 個起吊單元，上起吊單元3 節(jié)，中起吊單元2 節(jié)，下起吊單元2節(jié)，各起吊單元之間采用銷軸連接。

閘門的作用是用于1 號船閘檢修和擋洪。當(dāng)1號船閘閘室及上閘首工作閘門檢修時（上游水位不超過20.6 m），放下下起吊單元（第Ⅰ、Ⅱ節(jié)門葉）和中起吊單元（第Ⅲ、Ⅳ節(jié)門葉）擋水；啟門時，應(yīng)先提起中起吊單元的第Ⅳ節(jié)門葉90 mm，利用節(jié)間充水平壓，待閘門前后水位差小于1.0 m 后方可分別提起中、下起吊單元。當(dāng)水庫水位超過最高通航水位23.9 m時，為防止閘室過水，應(yīng)關(guān)閉整扇閘門。關(guān)閉閘門時，應(yīng)按下、中、上起吊單元的次序依次放下；當(dāng)水庫洪水位回落至低于最高通航水位23.9 m 時方可啟門，啟門時，閘門前后水位差小于1.0 m。

船閘或上閘首工作閘門檢修時，閘門最高擋水位20.6 m，閘門擋水水頭12.6 m。閘門結(jié)構(gòu)材料采用Q345，每節(jié)門葉布置兩根工字形截面主梁，邊梁為焊接工字梁。面板和止水均布置于下游側(cè)，側(cè)止水采用P60－A橡皮，底止水和節(jié)間止水采用I130-20 橡皮。主支承采用銅合金鑲嵌自潤滑滑塊。閘門門葉采用噴鋅加涂漆封閉的方法防腐。

門槽型式采用I 型，門槽寬度1850 mm，深度為800 mm，門槽內(nèi)設(shè)主軌、反軌、側(cè)軌和底檻，主軌、反軌及側(cè)軌均延伸至高程37.9 m 平臺。主軌材料采用Q345。門槽埋件外露表面采用涂漆防腐。

1號船閘上閘首檢修閘門及其埋件的計算成果見表1。

表1 1號船閘上閘首檢修閘門及其埋件計算成果表

平時，閘門存放于1 號船閘上閘首檢修閘門檢修室。閘門操作條件為靜水啟閉。啟門前先關(guān)閉其后的人字門，利用節(jié)間充水平壓，待閘門前后水位差小于1.0 m時啟門。

檢修閘門由船閘/沖沙閘壩頂2×1600 kN 單向門機(jī)操作，門機(jī)通過自動掛脫梁與閘門連接。單向門機(jī)位于高程37.9 m的壩頂，軌頂高程38.25 m。其主起升機(jī)構(gòu)用于1 號船閘上閘首檢修閘門、2 號船閘上閘首檢修閘門、船閘沖沙閘事故閘門等的啟閉和吊運(yùn)。

門機(jī)主要由2×1600 kN 主起升機(jī)構(gòu)、8 t 電動葫蘆、大車行走機(jī)構(gòu)、門架、梯子、平臺、欄桿、司機(jī)室、測風(fēng)裝置、大車軌道裝置、機(jī)房和電氣設(shè)備等組成。機(jī)房頂設(shè)有避雷器和風(fēng)向風(fēng)速儀。為了保證安全，門機(jī)設(shè)置錨定裝置，當(dāng)門機(jī)長時間閑置，或有大風(fēng)警報時，必須進(jìn)行錨定，大車錨定裝置為錨鏈?zhǔn)健?/p>

門機(jī)設(shè)有下列安全保護(hù)裝置：

（1）在起升機(jī)構(gòu)平衡滑輪處設(shè)有荷重傳感器，用于起升載荷的信號輸出。當(dāng)提升載荷達(dá)到額定起重量的90%時自動報警，達(dá)到110%時發(fā)出禁止性報警信號，并只能使載荷作下降動作。

（2）在起升機(jī)構(gòu)卷筒軸上裝有1 套集機(jī)械式上、下極限位置限制器和旋轉(zhuǎn)式光電編碼器為一體的高度限制傳感器。高度限制傳感器及顯示儀用于上、下極限位置控制和顯示吊具的位置。

（3）大車行程限位開關(guān)、大車緩沖器、警示燈等。

2×1600 kN單向門機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2和表3。

表2 船閘上閘首主起升機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)

表3 船閘上閘首副起升機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)

為確保安全，門機(jī)起升機(jī)構(gòu)與行走機(jī)構(gòu)中的任何兩個機(jī)構(gòu)均不能夠同時動作，即：主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)不同時工作，主起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)均不同時工作。

3 船閘上閘首工作閘門及其埋件和啟閉機(jī)

在船閘上閘首設(shè)1扇工作閘門。門型為露頂式主橫梁人字鋼閘門，閘門孔口尺寸為34 m×17.05 m，設(shè)計水頭12.68 m，人字閘門由兩扇對稱門扇組成。門扇在關(guān)門位置時，其軸線與閘室橫向軸線夾角為22.5°。底檻高程8.0 m，門槽頂部高程為25.0 m。

單扇門葉封水寬度20.2 m，封水高度17.075 m，門葉分7 節(jié)制造，運(yùn)至工地拼焊成整體。人字門門體結(jié)構(gòu)采用主橫梁結(jié)構(gòu)，主橫梁為工字形結(jié)構(gòu)，門軸柱和斜接柱均為焊接開口工字形結(jié)構(gòu)。閘門面板設(shè)于上游側(cè)，人字閘門底樞采用固定式。支承采用連續(xù)式，兼作閘門側(cè)止水（剛性）。底止水采用垂直式P 型水封，其材料采用P65 橡皮（橡塑復(fù)合止水）。頂樞采用楔形塊調(diào)整式的頂樞裝置。在門扇斜接柱頂端設(shè)置卡鉗式導(dǎo)卡。在門底靠近斜接柱處設(shè)置閘門全關(guān)時的限位裝置；在門龕內(nèi)的閘墻上，每側(cè)都埋設(shè)閘門全開時的限位裝置。

上游最高通航水位為23.9 m，與此對應(yīng)的下游最高通航水位為23.8 m；上游正常蓄水位20.6 m 時對應(yīng)的水頭12.68 m，為閘門最大擋水水頭。閘門結(jié)構(gòu)材料采用Q345B，門葉布置9根工字形截面主梁。閘門支承采用連續(xù)式支墊塊，其材料為0Cr19Ni9N，最大線荷載為4 703.1 kN/m。閘門背拉桿布置1組，共4 根，副桿共3 根，背拉桿材料為DH36。液壓啟閉機(jī)活塞桿與閘門連接的軸徑為300 mm，材料為40 Cr。閘門采用噴鋅加涂漆封閉的防腐方法。

門槽內(nèi)設(shè)底檻、底樞、頂樞、枕座等。枕座延伸至高程25.0 m，枕墊材料為0Cr19Ni9N。底樞裝置由底座、頂蓋、球瓦、磨菇頭等構(gòu)件組成。底座材料為ZG35CrMo，頂蓋材料為ZG35CrMo，球瓦材料為自潤滑材料，磨菇頭球面半徑為470 mm，材料為25，表面堆焊3 mm不銹鋼。頂樞主要由A桿、B桿、頂樞軸、拉架A、拉架B和楔塊等組成。A桿、B桿材料為35，頂樞軸直徑為480 mm，鉸接軸直徑為400 mm，材料均為40 Cr，頂樞軸套材料為自潤滑材料。門槽埋件外露表面采用涂漆防腐。

1 號船閘上閘首工作閘門及其埋件的計算成果見表4。

表4 1號船閘上閘首工作閘門及其埋件計算成果表

閘門操作條件為靜水啟閉。啟門水位差不得大于0.1 m。計算啟門力為1337 kN，閉門力為1217 kN。啟閉設(shè)備采用QRWY－2000 kN/2000 kN－7.7 m臥式擺動雙作用液壓啟閉機(jī)，每扇門葉設(shè)1臺，共2 臺，活塞桿端與門扇頂部采用銷軸鉸接。啟閉機(jī)與輸水廊道上閘首工作閘門液壓啟閉機(jī)共用泵站，泵站設(shè)置于高程28.3 m 的泵房內(nèi)。閘門在閘室7.0 m平臺安裝和檢修。

QRWY－2000 kN/kN2000－7.7 m 臥式擺動雙作用液壓啟閉機(jī)由液壓缸總成、雙向擺動機(jī)架、行程檢測和限位裝置、基礎(chǔ)埋件、液壓泵站及管道系統(tǒng)、電力拖動和電氣現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備等組成。液壓啟閉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 液壓啟閉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

液壓缸安裝在由滑動軸承支承的雙向擺動機(jī)架上，其中心高程為25.23 m，活塞桿前端與人字閘門的連接點(diǎn)采用自潤滑球面軸承成鉸接形式。

活塞和活塞桿的主密封件采用V 形組合密封圈，油缸活塞桿采用噴涂黑色陶瓷并帶內(nèi)含式行程傳感器，缸體材質(zhì)為45，活塞桿材質(zhì)為45，導(dǎo)向套材質(zhì)為ZGCuAl10Fe3，U形架為Q345B焊接件，十字鉸軸采用滑動軸承支承，轉(zhuǎn)動部分軸承采用自潤滑軸承。

液壓泵站主要包括油箱總成、閥臺總成和油泵電動機(jī)組三部分。油箱總成設(shè)有液位計、液溫計、濾油器、空氣濾清器（帶吸濕）、加熱器等附件，箱體為不銹鋼焊接件；閥臺總成設(shè)有油源閥塊、人字閘門液壓缸控制閥塊、輸水閘門液壓缸控制閥塊；油泵電動機(jī)組每站設(shè)有比例變量泵用于人字閘門液壓缸的驅(qū)動，恒壓變量泵用于輸水閘門液壓缸的驅(qū)動，此外，還設(shè)有1臺手動泵作為備用。

液壓控制系統(tǒng)的主回路采用插裝閥集成系統(tǒng)，各泵口設(shè)有PQT 在線檢測接口。液壓系統(tǒng)具有泵組空載啟動、正常啟閉運(yùn)行、系統(tǒng)超壓保護(hù)、活塞桿受最大非正常荷載時的持住保護(hù)、人字閘門塌拱保護(hù)等功能；左右兩扇人字閘門的同步啟閉則由比例變量泵采用閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)。設(shè)在液壓缸兩腔進(jìn)口處的缸旁閥塊均包括鎖定性較好的平衡閥和能適應(yīng)多種工況的壓力保護(hù)閥件及兩腔自動補(bǔ)油閥等。

電氣現(xiàn)地控制系統(tǒng)每站設(shè)有PLC控制柜，二次回路控制柜、配電柜、動力柜?，F(xiàn)地運(yùn)行狀態(tài)指示、控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、彩色圖形操作畫面均設(shè)在機(jī)柜面板上。

4 結(jié)語

長洲水利樞紐工程是西江黃金水道建設(shè)的重點(diǎn)工程，也是控制西江流域廣西段通過能力的關(guān)鍵性瓶頸，對打造西江億噸黃金水道，推動珠江-西江經(jīng)濟(jì)帶加快發(fā)展具有重要意義。長洲水利樞紐1號船閘作為廣西最早建成并通航的2000 t 級船閘，為廣西區(qū)內(nèi)各水系的2000 t、3000 t級船閘的總體設(shè)計規(guī)劃設(shè)計提積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。