刘国军 吴继彬

1 原闸情况简介

蓟运河防潮闸位于天津市北塘蓟运河入永定新河的河口处,是宣泄蓟运河洪涝水的控制性工程。该闸建于1974年,是一座排涝、泄洪、挡潮、蓄淡、为上游两岸提供农业用水、具有综合效益的大型水闸。

蓟运河防潮闸上游侧为蓟运河侧,下游侧为永定新河入海口。沿河侧向海侧,金属结构布置依次为工作闸门和检修闸门。

工作闸门共12孔,要求双向挡水。根据工作闸门底槛高程的不同,将工作闸门分为边孔工作闸门、内边孔工作闸门和中孔工作闸门3种。其中边孔2孔,内边孔2孔,中孔8孔。内边孔和中孔为双扉闸门。3种工作闸门的孔口宽度均为8m,闸门型式均为定轮闸门。边孔工作闸门的启闭设备为2×150kN台车式启闭机。中孔和内边孔上闸门均用2×150kN台车式启闭机启闭,下闸门均用2×250kN固定卷扬式启闭机启闭。

工作闸门下游侧设1道检修闸门门槽,共12孔,设2套叠梁检修闸门,孔口宽度为8m。检修闸门的启闭采用1套2×100kN电动葫芦,并通过2×100kN机械自动抓梁进行操作。

2 原闸金属结构存在的问题

蓟运河闸金属结构在管理运行中存在以下问题:

(1)双扉闸门漏水情况严重。(2)上闸门锈蚀严重,已无法满足工程运行要求。(3)上闸门采用移动台车操作不方便。(4)由于闸门淤积较严重,下闸门启闭设备的启闭容量不足。(5)闸门控制方式较为陈旧,运行管理不方便。(6)下闸门启闭机的零部件型号陈旧,采购维修困难。

3 除险加固设计

金属结构改造方案为对中孔和内边孔下闸门、下游检修闸门进行大修,中孔和内边孔上闸门、边孔闸门及所有闸门启闭设备全部更新并增设上游叠梁检修闸门的方案。

内边孔布置除底槛高程和下闸门高度与中孔布置不同外,其余布置均相同。内边孔闸门底槛高程为-4.0m,下闸门高度为2.75m。边孔闸门底槛高程为-1.25m,闸门高度为4.45m。

3.1 检修闸门

为了检修双扉闸门,在双扉闸门的上游侧和下游侧均设置检修闸门。闸门型式为平面叠梁钢闸门。上游侧和下游侧均设置2套检修闸门,12孔闸共用。上游侧检修闸门由4节完全相同的门叶组成,每节的高度为1.83 m,可相互替换。上游侧检修闸门的设计参数为:8.0m×7.32m-7.0m(宽×高-设计水头,下同)。下游侧检修闸门由5节门叶组成,单节门叶和上游侧闸门的单节门叶完全相同。下游检修闸门的设计参数为8.0m×9.15m-7.0m。闸门主支承为HTN复合材料滑块。上游侧检修闸门止水设置在上游侧,下游侧检修闸门止水设置在下游侧。检修闸门平时利用抽拉式锁锭装置锁定在门槽顶部高程处。

上游侧和下游侧检修闸门均由2×100kN移动式电动葫芦通过2×100kN机械如意式自动抓梁操作。门叶在静水中放下,启门时先提升上节门叶200mm进行节间充水,待门叶前后水位相同后,再依次提起各节门叶。

3.2 工作闸门

工作闸门共12孔,均应满足双向挡水要求,其中,中孔8孔、内边孔2孔、边孔2孔。中孔和内边孔均为双扉闸门。双扉闸门分为上闸门和下闸门,中孔和内边孔上闸门的设计参数相同,均为:8.0m×4.45m-4.14m;中孔下闸门的设计参数为:8.0m×4.75m-4.89m;内边孔下闸门的设计参数为:8.0m×2.75m-4.89m。边孔闸门的设计参数为:8.0m×4.45m-4.14m。

上闸门处于工作状态时通过自动式锁锭锁住,保证上闸门的止水不锈钢复合钢板和下闸门顶止水接触良好。双扉闸门的设计关键在于节间止水,节间止水效果直接关系到闸门的封水效果。原闸门漏水非常严重,不仅是由于水封老化严重,主要是上下闸门结合处不严密所造成的;并且原闸门的水封设计不够完善,理论上也存在漏水可能。此次改造着重于上下闸门结合处的设计。上闸门底部与下闸门顶部水封接触的钢板为不锈钢复合钢板。考虑到普通橡皮和不锈钢的摩擦系数较大,如果上闸门在下门的过程中,由于橡皮摩擦力较大而无法下门,上下闸门就无法严密接合,因此下闸门顶水封采用山型聚四氟乙烯塑料复合水封,这种水封与不锈钢的摩擦系数较小,可以满足上闸门的下门要求。这种水封也可以满足上下闸门经常启动的要求。

由于上下闸门沿水流方向有一定的距离,为了保证封水严密,上下闸门的侧水封在相互接合处需要做拐角,保证水封能够接触上并有一定的压缩,使上下闸门水封能够接合严密。如图1所示,拐角处水封为双P45型水封。由于拐角部分的水封为水平布置,在闸门上下运行的过程中非常容易翻转,因此水封压板采用防翻转压板(见图1,件2),并且在上闸门双P45型水封中间设置了2块工程塑料合金(见图1,件1),工程塑料合金的高度可以保证水封压缩量不大于6mm。工程塑料合金的作用是防止闸门往一侧偏斜过大,如果闸门偏斜过大侧水封受压力较大,在闸门上下运行的过程中,水封很容易翻转。经工程实际检验,在双P45型水封中间安装工程塑料合金可有效防止水平布置的拐角水封翻转。工程塑料合金的数量依实际情况而定,最好不少于2块。

图1 工作闸门水封

为了保证上闸门和下闸门之间的止水效果,上闸门和下闸门的距离不宜太远。由于双扉闸门的上闸门和下闸门距离比较近,考虑到上闸门的下游侧埋件和下闸门的上游侧埋件受空间限制,因此将上闸门的下游侧埋件和下闸门的上游侧埋件做成一体。在上下闸门止水与埋件接触部位焊接4mm厚的不锈钢板,保证止水橡皮与不锈钢板接触。蓟运河中的河水水质较差,因此所有闸门埋件外露表面均采用不锈钢复合钢板。

中孔及内边孔下闸门的启闭机为2×400kN固定卷扬启闭机,中孔、内边孔上闸门及边孔闸门的启闭机为2×160kN固定卷扬启闭机。启闭机的减速机采用三环式减速机。

4 结 语

上下闸门止水接合的严密性是双扉闸门的设计关键,需要考虑诸多细节,才能保证所有止水部位均能结合紧密。目前,该工程已投入运行,闸门封水效果良好。