穿墻式底軸驅(qū)動翻板鋼閘門止水型式設(shè)計研究

王祖祥 WANG Zu-xiang

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州 310014）

0 引言

穿墻式底軸驅(qū)動翻板鋼閘門，其除卻能夠發(fā)揮常規(guī)性閘門的擋蓄水功能與調(diào)節(jié)功能之外，在開啟位置，擋水門幾近“消失”，其針對基本性的景觀觀察視野不會施加阻擋作用，能夠與外部自然環(huán)境體系實現(xiàn)程度充分的相互結(jié)合，不會阻礙航行過程，不會阻擋正常水流過程，能夠發(fā)揮雙向性擋水技術(shù)作用效果，能夠支持確保實現(xiàn)針對一定水位高低水平的調(diào)節(jié)干預(yù)，借由對門頂溢流形式的運用能夠支持建構(gòu)形成人工瀑布，且翻板閘門的底軸結(jié)構(gòu)運用基于多支點的支承技術(shù)型式，能夠廣泛性地適應(yīng)契合不同尺寸的孔口跨度，且孔口跨度尺寸能夠被制作成極大狀態(tài)，且建筑物的上部組成結(jié)構(gòu)可以借由常規(guī)技術(shù)方法推進開展簡化處理，優(yōu)質(zhì)化地契合滿足現(xiàn)代城市景觀設(shè)計工作領(lǐng)域的基本需求。底軸驅(qū)動翻板鋼閘門，現(xiàn)階段也被引入運用于現(xiàn)代城市防洪技術(shù)領(lǐng)域、景區(qū)水位保障技術(shù)領(lǐng)域、落差河流分段蓄水技術(shù)領(lǐng)域，以及其他類型的市政工程項目施工建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域。

穿墻式底軸驅(qū)動翻板閘門由底軸（與拐臂相連）、門葉、穿墻止水結(jié)構(gòu)、鎖定裝置、沖淤系統(tǒng)、機房排水設(shè)備、一期埋件、二期埋件等部分組成。很多還設(shè)置了聯(lián)合使用強制電流法和犧牲陽極法的陰極保護系統(tǒng)，解決閘門的長效防腐問題。底軸驅(qū)動翻板閘門一般選用液壓啟閉機操作。液壓啟閉機可布置水閘的一側(cè)或兩側(cè)。兩側(cè)布置啟閉機時，液壓泵站獨立配置，通過電氣控制實現(xiàn)同步。液壓啟閉機由液壓缸、支承結(jié)構(gòu)、埋件、液壓泵站（閥組、油箱、液壓泵電動機組）、現(xiàn)地電氣控制柜、液壓管路、行程控制裝置等部分組成。

穿墻式底軸驅(qū)動翻板閘門同常規(guī)表現(xiàn)類型的平面定輪門以及弧形閘門相對比，其實際需要涉及的止水作用技術(shù)部位數(shù)量相對較多，其具體運用的止水技術(shù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要運用的止水技術(shù)型式較為特殊。下面就穿墻式底軸驅(qū)動翻板閘門止水展開分析研究，止水布置圖參見圖1。

圖1 穿墻式底軸驅(qū)動翻板閘門止水布置示意圖

1 根據(jù)止水性質(zhì)的分類設(shè)計研究

穿墻式底軸驅(qū)動翻板鋼閘門，通常為大跨度多支點支承設(shè)計型式，因此需要止水的部位也比常規(guī)閘門多，由于該門型特有的結(jié)構(gòu)，考慮底軸支承座不均勻沉降以及制造、安裝誤差等因素影響，為避免底軸轉(zhuǎn)動過程中咬死，底軸軸承與底軸之間、底軸軸承與支鉸座之間都留有間隙，底軸與底檻之間、門葉與底軸之間、門葉與軸承座之間、門葉與側(cè)墻之間、底軸與穿墻預(yù)埋管之間均設(shè)有止水，可分為兩大類：第一類為垂直水流方向的止水，第二類為順河道水流方向的止水。底軸與穿墻預(yù)埋管之間的止水屬于第一類止水，除此之外均為第二類止水。

第一類止水，由于底軸穿過閘墻伸到啟閉機室，底軸與穿墻預(yù)埋管之間需要設(shè)置可靠的止水，隔斷來自河道的來水。這類止水要求很高，最好是滴水不漏。由于閘室側(cè)墻外面是水，閘室內(nèi)布置有啟閉設(shè)備及電氣設(shè)備，且高程較低，如果發(fā)生大的漏水量，會導(dǎo)致水淹機房，后果嚴重。此處盡管布置有抽水設(shè)備，以防不測，但不希望有漏水現(xiàn)象出現(xiàn)。

第二類止水，對于大跨度閘門，由于閘門順河道水流方向止水不嚴造成的局部少量漏水面，相對于閘門龐大的擋水面積來說，占比甚小，不會對閘門擋水效果有大的影響。有些天然河道由于景觀需要抬高水位的工程，是允許且可以接受少量漏水的；有些用水泵抽水到高處形成的人工湖，由于維護費用較高，止水要求就相對高一些。

1.1 底軸與穿墻套管之間的止水設(shè)計

底軸與穿墻套管之間的止水屬于第一類止水。它是垂直水流方向、隔斷閘室內(nèi)外的止水，重要性遠高于第二類止水。穿墻式底軸驅(qū)動翻板閘門的穿墻水封止水作用效果最具重要性，其技術(shù)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在執(zhí)行止水密封技術(shù)作用過程中的可靠性，能夠深刻影響制約啟閉機技術(shù)工作室的總體安全狀態(tài)。在此位置，如果發(fā)生滲漏問題，則在情節(jié)輕微條件下，通常會顯著提升啟閉機技術(shù)工作室內(nèi)部的濕度，干預(yù)改變啟閉機電氣技術(shù)系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作狀態(tài)；而在情節(jié)嚴重條件下，能夠引致發(fā)生漫溢啟閉機房問題，誘導(dǎo)啟閉機技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生損毀結(jié)果，鑒于此種情況，通常需要針對此技術(shù)點位設(shè)置和運用多重化止水應(yīng)用技術(shù)組件。穿墻套管的止水所用結(jié)構(gòu)形式均為膨脹預(yù)壓式止水圈和可調(diào)預(yù)壓式止水圈。膨脹預(yù)壓式止水圈是在止水座環(huán)內(nèi)嵌人中空0型橡膠圈，貼緊其側(cè)面再嵌人矩形遇水膨脹橡膠圈，遇水膨脹橡膠圈膨脹后的擠壓力會使中空0型橡膠圈變形，從而使其內(nèi)、外圈分別壓緊在底軸外徑和穿墻管內(nèi)徑上，起到止水密封的作用。在迎水側(cè)（外側(cè)）和背水側(cè)（內(nèi)側(cè)）有不同的設(shè)計，臨水側(cè)止水由于在河道內(nèi)常水位下，無法調(diào)節(jié)，采用膨脹預(yù)壓式止水圈；背水側(cè)止水在啟閉機工作室內(nèi)，為便于閘門擋水后對止水結(jié)構(gòu)的維護檢修，采用可調(diào)預(yù)壓式止水圈。可調(diào)預(yù)壓式止水圈是在穿墻套管的止水座環(huán)內(nèi)嵌人中空0型橡膠圈一道，再加一道遇水膨脹橡膠條一道，再壓上可調(diào)節(jié)壓蓋，利用壓蓋螺栓調(diào)節(jié)壓蓋的壓緊力并作用于遇水膨脹橡膠條和緊挨著的中空0型橡膠圈上，使其與底軸管外徑和穿墻套管內(nèi)徑之間保持密封，實現(xiàn)止水目的。這種止水結(jié)構(gòu)，基本解決了閘門啟閉過程中底軸旋轉(zhuǎn)時的止水問題，止水效果好。參見圖2。

圖2 底軸與穿墻套管之間的止水示意圖

1.2 底軸與底檻之間的止水設(shè)計

底軸與底檻之間的止水屬于第二類止水。底軸與底檻之間的止水是將止水橡皮材料運用埋件、座板、壓板、緊固件等固定處理到河中底檻位置上，依賴止水橡皮預(yù)壓在底軸外緣表面，形成線面接觸，達到止水密封效果。預(yù)壓量要綜合考慮閘門前后水頭或水位差、底軸同軸度、底軸支鉸不均勻沉降等因素確定。預(yù)壓量過大容易造成止水橡皮在底軸轉(zhuǎn)動過程中翻轉(zhuǎn)或撕裂；預(yù)壓量過小會因預(yù)緊力不夠漏水。通常有I型和P型兩種止水型式，對止水要求較高的，雙向止水技術(shù)環(huán)節(jié)選擇運用雙P型橡皮材料的背靠背組合技術(shù)形式，水壓越大貼合越緊；單向止水采用單P型橡皮即可。采用I型止水型式的底軸與底檻之間的止水設(shè)計，可參見圖3，使用緊固件通過壓板將止水橡皮直接地固定到預(yù)埋的止水座板之上，止水橡皮與底軸外緣之間的預(yù)壓量可保證門葉沿底軸旋轉(zhuǎn)控制水流的過程中保持底軸與門葉的預(yù)壓貼合，達到啟閉全過程的良好止水效果。

圖3 底軸與底檻之間止水示意圖

1.3 門葉與底軸之間的止水設(shè)計

門葉與底軸之間的止水屬于第二類止水。通常涉及兩種具體類型的止水設(shè)計型式：①門葉圓弧座板與底軸之間周邊封閉焊接，門葉與底軸之間的所有連接螺栓，擰入之前加密封膠，能夠避免水流從上游側(cè)螺栓孔間隙進入內(nèi)部，沿著圓弧座板與底軸貼合面之間的縫隙，向下游側(cè)螺栓孔間隙向外冒出。②沿著門葉弧形座板弧面中軸線長度方向，機加工一道長的V型凹槽，安裝時在V型凹槽內(nèi)嵌入0型橡膠密封圈。這樣就在門葉圓弧座板與底軸結(jié)合處的上下游之間形成了一條門葉長度方向的止水密封帶，達到圓弧座板與底軸之間的止水的目的，參見圖4。

圖4 門葉與底軸之間的止水示意圖

1.4 門葉與軸承座之間的止水設(shè)計

門葉與軸承座之間的止水屬于第二類止水。緣于門葉結(jié)構(gòu)在啟閉操作過程中，門葉上的止水相關(guān)組件需要伴隨門葉結(jié)構(gòu)沿著底軸中心旋轉(zhuǎn)，軸承座組件（包含軸承座、軸承壓蓋等）與其下部的埋件是連接固定的，在門葉止水組件與軸承座組件相對轉(zhuǎn)動中，門葉上的止水橡皮需在密切貼合軸承座組件接觸外表面執(zhí)行止水摩擦動作，客觀上引致在預(yù)壓摩阻力因素作用條件下，誘導(dǎo)橡皮材料發(fā)生磨損和翻轉(zhuǎn)折斷問題，客觀上引致加工技術(shù)難度。門葉與軸承座之間的止水設(shè)計，通常有I型和P型兩種止水型式，采用I型止水型式的門葉與軸承座之間止水設(shè)計，止水范圍參見圖5，止水剖面與圖二底軸與底檻之間止水設(shè)計類似。對止水要求較高的，雙向止水可運用雙P型橡皮背靠背組合技術(shù)形式，水壓越大貼合越緊；單向止水采用單P型橡皮即可，為避免旋轉(zhuǎn)時逆翻，和調(diào)整P型水封懸臂長度，可在P型橡皮的背面加墊剛性板支撐。

圖5 門葉與軸承座之間的止水示意圖

門葉與軸承座組件之間，由于有相對轉(zhuǎn)動關(guān)系的存在，就必須留有間隙，堵住間隙的手段是在門葉上設(shè)置止水組件，利用止水橡皮材料的彈性，采用預(yù)壓方法，達到止水目的，盡量避免軸承座處出現(xiàn)漏水。在設(shè)計中應(yīng)當根據(jù)實際工況對相關(guān)影響因素全面分析，對技術(shù)先進性與經(jīng)濟性進行平衡，這樣才能有效地針對具體工程實際進行設(shè)計，提高不同工況條件下的設(shè)計水平。

1.5 門葉與側(cè)墻之間的止水設(shè)計

門葉與側(cè)墻之間的止水屬于第二類止水。遵照閘門組件實際所處的擋水技術(shù)工位及開啟與關(guān)閉技術(shù)控制要求，通常涉及全位置止水和定位置止水兩種具體的止水型式。①全位置止水形式（也稱全行程止水形式），即門葉側(cè)向止水與閘室側(cè)墻之間的止水形式為扇形平掃止水形式，實際運用的止水橡皮需要在密切充分貼合墻面條件下基于扇形區(qū)域內(nèi)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作過程，客觀上指向閘室迎水側(cè)墻的平面度垂直度水平及門葉側(cè)止水作用過程中的技術(shù)結(jié)構(gòu)形式均提出較高的具體要求。全位置止水是在閘門啟閉全行程中的任意位置都要求側(cè)向止水。門葉與側(cè)墻之間的止水設(shè)計，參見圖6。圖6為插拔式止水結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要也可以設(shè)計成固定的止水結(jié)構(gòu)。②定位置止水是在側(cè)墻上某個特定位置設(shè)置微凸止水埋件。當翻板閘門旋轉(zhuǎn)到此位置，止水橡皮預(yù)壓，達到止水效果。當翻板閘門離開此位置，門葉上的止水組件不與止水埋件接觸，不止水。具體設(shè)計成全位置止水還是定位置止水，要視具體工程要求而定。

圖6 門葉與側(cè)墻之間的止水示意圖

1.6 新型弧板底止水結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

目前的底軸驅(qū)動翻板鋼閘門門葉與軸承座之間的止水，大多是根據(jù)沿著軸承座外形在門葉上設(shè)置門字形止水，由于門葉啟閉時止水要隨門葉在軸承座上旋轉(zhuǎn)，預(yù)壓的摩阻力極易使橡皮磨損和翻轉(zhuǎn)折斷，同時因止水橡皮需貼緊軸承座止水工作面旋轉(zhuǎn)，因而對軸承座止水工作面與底軸旋轉(zhuǎn)中心的同軸度要求較高，加工和安裝難度較大。門葉與軸承座之間的止水帶個數(shù)與河中軸承的個數(shù)相同，漏水點多，水封拐彎多，容易漏水。

為了避開門葉與軸承座之間漏水問題， 在門葉上設(shè)計高于軸承座之上的止水弧板和固定于底檻的水封接觸，形成一線緊密的易于止水的直線型止水帶，達到降低制造安裝難度、達到優(yōu)良的止水效果。參見圖7。底軸驅(qū)動翻板鋼閘門弧板底止水結(jié)構(gòu)作為一種新型止水結(jié)構(gòu)，已首次成功應(yīng)用于杭州第19屆亞運會工程—杭州市富陽北支江水上運動中心的上游水閘船閘工程上。

圖7 弧板底止水結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

2 結(jié)語

穿墻式底軸驅(qū)動翻板鋼閘門的止水設(shè)計，是該門型設(shè)計非常重要的一環(huán)。有的工程需要的是定位置的止水，有的工程需要啟閉過程中門葉旋轉(zhuǎn)全位置止水（即全行程止水），要在充分分析工程不同工況及水位組合的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際止水需要，確定單向止水還是雙向止水以及具體的止水型式。圖1至圖6止水設(shè)計已經(jīng)成功應(yīng)用于淮安里運河控制工程翻板閘、寧波梅山水道內(nèi)河側(cè)翻板閘等多個工程上，使用效果良好。圖7作為新型止水型式首次應(yīng)用于杭州第19屆亞運會工程--富陽北支江水上運動中心的上游水閘船閘工程上，使用效果滿意。底軸驅(qū)動翻板鋼閘門應(yīng)用前景十分廣闊，該門型止水系統(tǒng)的適應(yīng)性與可靠性方面，還有完善的空間。