新型水闸在水利工程中的应用研究

新型水闸在水利工程中的应用研究

水闸在水利工程之中具有十分广泛的应用，对其有着十分重要的作用，本文分析了近年来研究出的水闸在水利工程之中的具体应用。

标签： 水闸；水利工程；应用

引言：

水闸在水利水电工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区，具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物，主要由闸室、上游连接段和下游连接段组成。水闸在关闭的情况下，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要；开启的情况下，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量。然而，水闸工程结构构造复杂，施工环节质量控制难度大。其施工技术的好坏，将直接对工程的质量造成影响，也影响水利工程的作用发挥。以下将对水闸施工技术在水利工程中的具体运用和施工技术作出如下分析。

1、水闸的发展和运用

水利工程，是用于控制和调配自然界地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程，亦称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的珍贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需求。只有通过修建水利工程才能控制水流，防止洪涝灾害，进行水量的调节和分配，满足人民生活和生产对水资源的需要。我国在1949年前基本上没有什么像样的水闸，更没有能力和条件进行水闸的专项研究，所建的几个工程，也多由外国人设计。例如，武汉近郊的金口闸就是外国人设计，且仅仅几平方米的钢闸门还要远从奥地利运来。新中国成立初期平原建闸提高江河的防洪能力，闸门的设计在摸索中进行，闸门是铆接而成，启闭机则是人力推磨式的绞罐。20世纪50年代中期，在水电工程设计与科研机构中开始设置水工金属结构专业，至今为止己经有近60年历史。随着水工金属结构专业的不断发展，水闸研究也逐渐发展起来。50多年来，从水工闸门和启闭机起步，到通航船闸、升船机设备以及水封、支承等部件的专业化的发展，逐步锻炼、培养造就出一支门类齐全、朝气蓬勃、锐意进取的设计、科研、制造、安裝、运行的专业队伍，以及专业的监理队伍。通过大量不断地实践逐步走向成熟。

2、水闸的不同分类

2.1、按照水闸承担的任务分。

按水闸承担的任务不同闸门的种类也就不同，常见的有节制闸、进水闸、挡潮闸和分洪闸。

节制闸所承担的任务是针对时刻变化的水位进行调节，同时控制水流量。在枯水期，通过调高水位的方法来解决取水问题和上游的航运问题，而在洪水期则

控制水流量，通过节制闸在渠道系统中的建筑最终实现对水位的调节。一般节制闸建立在渠道系统中的分水口下游阶段，在这种建筑地点实现水位的抬高，最终实现支渠对水的引流。

进水闸所承担的任务是饮水灌溉或者是发电以及满足供水，并且实行双面挡水作业。进水闸多建设在河道的两岸或者是湖泊的岸边也有的建立在渠道中，而对于灌溉中的渠道系统多数是在干渠以下的渠道端口处建立进水闸。通过这种建筑方法实现水流的逐级引递，使上级渠道中的水自然的分流到下一级的渠道中去，此时的进水闸一般分为水闸、农门和斗门。对于把进水闸建立在江河湖泊的沿岸出水口的情况，往往是通过这种建设地理位置的选择实现防洪灌溉的功能。因为在江河岸边出口处的排水闸能够应对河水上涨的突发情况，通过关闸处理实现防洪倒灌，最终避免洪灾的发生。

挡潮闸承担的任务是防止海水倒灌的发生以及实现推出排涝的目的。一般情况下，在河流入海口处建立挡潮闸，通过河口地段的挡潮闸的使用，实现防止海水倒灌的功能。挡潮闸是在抬高内部河流的水位的前提下来满足蓄淡灌溉的，如果有通航孔，挡潮闸还能够在平潮的时候实现通潮。所以我们可以发现，挡潮闸和排水闸都有着双向挡水的功能。

分洪闸是排泄洪量的洪水解决洪涝威胁的闸门，它常建设在河道一侧，通过分洪闸，能够将超出下游河道中的洪水及时地排泄到预先计划的湖泊和低洼等地，避免洪峰的发生，时刻确保下游河道的安全。

2.2、按照闸室的结构形式分。

不同的闸室结构决定着使用不同的水闸，根据闸室的结构类型可以将水闸分为开敞式的水闸、涵洞式的水闸两种。

3、新型水闸的引用

3.1、球型闸门的应用

3.1.1、设计思路

现在国内采用一般都是平板闸门，本文想到改变闸门的形状，采用的是四分之一的球型，球型的受力比平板闸门要好一些，由于闸门下部的受力大，闸门下部的使用的材料要好，闸门厚度比上部要厚。闸门通过支铰安装在闸墩上。在拱形排架的顶部安装了卷扬式启闭机，操作闸门绕支铰轴转动，实现闸门的开启%关闭。闸门结构&四分之一的球型。

3.1.2、装置特点

适用于进水闸，球型闸门尺寸不可能很大，不适合做成洪水期的挡水闸。球型闸门较平板闸门受力好。闸门设计成上薄下厚，利用球型闸门的受力特点，合

理利用材料。美观，新颖。国内外的闸一般都采用平板闸门，很少有弧形闸门，这种闸门看起来很美观，给人带来一种美观的景象，设计新颖。

闸门的放置如图所示，闸门两边是闸墩，同时要设置止水槽，闸门通过支铰与闸墩连接，启闭室基座安装有滑轮结构，启闭室通过缆绳和旋转楼梯带动闸门的旋转，开启闸门，放水。利用缆绳和旋转楼梯来开启闸门，这样可以减少启闭室的高度，减少工程量，节约材料。闸门采用缆绳开启，可以减小启闭室的高度，节约工程量。闸门外观美观，新颖。

3.2、双扉闸门的现状

目前国内双扉门设计特点为需要两台启闭机，分别控制上、下扉闸门的升降。上、下扉闸门分别在各自的门槽内运行，即需要两套门槽结构，两扉间的止水安装在上扉下部的止水梁上。由于需两套启闭机，增加了机架桥的荷载，使机架桥和排架断面加大，同时设备费用增加。

3.2、双扉门结构设计

3.2.1、闸门门槽设计

闸门的门槽型式，是首先要解决的问题。可以使用阶梯门代替的之前两个门槽将上下扉闸门安装在同一门槽内我们考虑用阶梯门槽取代。下扉闸门的工作主轮和上扉闸门的上工作主轮支撑在同一轨道上上扉闸门的下主轮支撑在安装于下扉门上的轨道上。在闸门处于挡水位置时，上扉闸门座落在阶梯门槽上，这样上下扉闸门完全固定在同一门槽内，保证了闸门的整体稳定。3.2.2、上、下扉闸门设计

上扉闸门上端导轮支承于主轨上，下卞轮支承在下扉闸门的轨道上，面板设于下游侧，主梁采用实腹工字梁。侧止水采用P型橡塑复合止水，座在门槽埋件上的不锈钢座板上。上扉闸门不设底水封，但在底部焊不锈钢止水座板，供下扉闸门的上水封使用。在边梁的两端安装反向滑块，控制上、下扉闸门重叠后的反向位移，使闸门在重合时不发生倾斜，且控制闸门与门槽间的间隙，使止水严密。

3.2.3、上、下扉闸门的连接设计由于两节闸门的跨度较大，上扉闸门重量为10吨，下扉为16吨，它们之间的连接串联定位，是十分困难的问题。首先，我们解决的闸门的准确定位问题，只有两节闸门能准确的定位才能有下一步的共同启闭过程。我们考虑使用定位销装置，来解决这个问题。定位销采用锥形销，安装在下扉闸门边梁的上端，定位板安装在上扉闸门上主轮的底板上，当锥形销穿入定位板时，就能调整上扉闸门的位置至设计位置并可靠定位。在计算定位销强度时，要考虑上扉闸门可能下滑引起的剪力。

3.2.4、实施效果

双扉式平面钢闸门它充分利用了平面钢闸门的特点，闸室较短，布置简单，

又解决了平面钢闸门启升高度的缺点。该结构由上、下节钢闸门组成，当正常挡水时，将上、下节闸门置于门槽内闸门开启时，启闭機启动下节闸门，并且带动上节闸门共同上升到设置高度。上、下节闸门的门体材料均为Q235；门叶采用双主梁等高类型联接；上、下节闸门均为滚轮支承。双扉闸门启闭机设计采用固定卷扬式启闭机，启闭机它具有对闸门起闭高度的远传数字显示及现场显示和自动控制功能，并能预定闸门的开启上、下限以及开度值越限声光报警。启闭机设有大齿轮锁定的装置和手摇机构，手摇机构均安装手、电动锁定开关。

3.3、蝶形闸门的应用

3.3.1、新型旋转式蝶形方闸门简介

旋转式蝶形方闸门是将给排水工程的大型管道蝶阀制造技术移植到水闸的矩形闸孔，闸孔周边混凝土结构与埋设件相当于管道蝶阀的阀体（阀壳），闸板的电动操作机构既可以放置在闸孔顶上的地面，也可以隐蔽于地面之下闸孔的胸墙内侧。该产品已获国家专利，专利号为ZL200520055915.9，执行标准：GB/T13927-92，B级。

3.3.2、设计思路

现有水闸（包括通航孔）的工作闸门大部分都是混凝土闸门和手动启闭布置，只有少量近期完成的水闸是钢闸门和柴油机供电的固定卷扬式启闭布置。大围的水闸与堤防结合在一起，闸桥与堤顶车道相接，若在桥面布置闸门启闭机或设置高架式启闭机室，将增加桥面宽度且有碍景观，并据业主反映，现有电动执行机构多次被偷盗。考虑到景观和防盗两方面的问题，拟采用所有设备不露出地面的设计思路。目前，在国内只有翻板式闸门可满足这一要求。但是，翻板式闸门需要在桥面以下的闸墩壁面设置油压推杆式操作机构，这样不仅设备和水工结构均较为复杂，同时也存在闸门的启闭时间长、耗能大的不足。并且，在考察广州大学城使用翻板式闸门的现状时发现，大多数闸门目前已不能正常使用。后来，设计人员设想是否可以将给排水工程的大型管道蝶阀制造技术，移植到水闸的矩形闸孔。

4、结语

目前在水利工程中的水闸数量已经占到了全部工程数量的80%左右，水利工程中水闸比例较大这种特点主要取决于输水线路较长，沿线与道路交叉复杂，这就决定了水闸在水利工程中的应用比较普遍。水闸是水利水电枢纽水库调节流量、通航、电站运行、供水以及其它控制功能的关键设施。近几年来，随着南水北调工程、治淮东调南下和胶东调水工程等国家大型调水工程的相继开工建设，水闸工程逐渐成为水利工程中较为重要的组成部分，尤其是数量巨大的水闸更是发挥着重要的作用。

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