淺析烏江船閘橫拉門設(shè)計(jì)

宋 駿

一、工程概況

原烏江船閘是一座非標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)易船閘，原設(shè)計(jì)為100t級(jí)，近年來過往船只的數(shù)量、噸位逐漸增大，船閘的通過能力明顯不足。船閘于2008年進(jìn)行改擴(kuò)建，將原孔寬8m船閘擴(kuò)建12m孔寬，閘室長(zhǎng)度增至140m長(zhǎng)，根據(jù)規(guī)劃水位資料，船閘工作閘門承受雙向水頭，在滿足通航要求前提下，兼有防洪要求。

二、閘門結(jié)構(gòu)布置

門型：考慮船閘雙向擋水，門型采用橫拉閘門。

門葉結(jié)構(gòu)布置：根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)水位，門頂高程12.2m，橫拉門門高12.3m，門葉結(jié)構(gòu)：為實(shí)腹式焊接構(gòu)件，主材Q235。下閘首橫拉門尺寸（寬×高×厚）12.55m×12.3m×3.5m，閘門在上、下游側(cè)均布置面板，門體設(shè)9根主梁，支承跨度12.47m，考慮主梁的腹板穩(wěn)定，在主梁腹板縱、橫向設(shè)有加強(qiáng)肋板。門體設(shè)5道縱梁，縱梁設(shè)有檢修與通水孔，縱梁在開孔處設(shè)寬250mm翼緣，在縱梁區(qū)格間均布置小縱梁，縱梁與主梁等高齊平連接，在閘門上、下兩側(cè)與孔口上、下游兩側(cè)均設(shè)有側(cè)軌，正、反向支承門體，當(dāng)門體關(guān)閉孔口，側(cè)軌支承門體的水壓力并傳遞給閘室的土建基礎(chǔ)。

門體止水：門體的側(cè)軌內(nèi)側(cè)布置“Ω型”止水橡皮，底止水均采用“Ω型”止水橡皮。

閘門頂、底支承：閘門的底部布置底臺(tái)車，閘門頂部布置頂臺(tái)車，頂臺(tái)車與門體吊架相連，共同支承門體行走，開啟關(guān)閉閘室孔口。頂、底臺(tái)車均布置4只滾輪，滾輪為Ф600mm鑄鋼滾輪，滾輪踏面寬度80mm，軸徑Ф100mm，軸襯采用銅基鑲嵌自潤(rùn)滑材料。

側(cè)向限位支承：閘門底部上、下游孔口側(cè)埋設(shè)Ф220mm鑄鋼滾輪作閘門側(cè)向限位，另在閘門頂部上下游側(cè)設(shè)有側(cè)輪軌道，與埋設(shè)在孔口兩側(cè)滾輪配合形成閘門頂部側(cè)向限位。

軌道埋件：閘門底部門槽埋設(shè)底臺(tái)車軌道，閘門頂部臺(tái)車平臺(tái)處埋設(shè)頂臺(tái)車軌道，軌道采用重軌43軌道。

啟閉機(jī)選用：根據(jù)啟閉力計(jì)算結(jié)果，上閘首啟閉力為114.0kN，啟閉機(jī)選用2×80kN齒條式啟閉機(jī)，啟閉容量為160kN，工作行程13.0m，啟閉機(jī)布置在閘門頂臺(tái)車的頂部，行走齒輪與埋設(shè)在頂部齒條嚙合，開啟、關(guān)閉閘門。

三、閘門設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.橫拉門主梁結(jié)構(gòu)布置

原船閘主梁與縱梁均采用桁架梁結(jié)構(gòu)，各桁架梁均為型鋼焊接構(gòu)件，船閘在過船時(shí)，開啟、關(guān)閉橫拉門，門體的頂、底臺(tái)車與軌道剛性滾動(dòng)運(yùn)行，另門體在水中運(yùn)動(dòng)，水體沖擊桁架梁型鋼桿件，均能引起閘門振動(dòng)，此次擴(kuò)建橫拉門主梁與縱梁采用實(shí)腹式焊接結(jié)構(gòu)，材料為Q235。這種實(shí)腹式梁系布置閘門整體剛度較大，便于頂、底臺(tái)車與浮箱設(shè)置，閘門便于制作、噴鋅防腐，相對(duì)于桁架梁結(jié)構(gòu)在工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝，閘門制造精度能夠得到保證。

2.閘門主梁局部穩(wěn)定計(jì)算與處理

門體主梁高3200mm，腹板厚度10mm，支承間距12300mm。由于主梁高度大，且腹板厚度小，應(yīng)保證閘門在擋水時(shí)主梁受力腹板受壓的局部穩(wěn)定問題。

該閘門橫向勁板設(shè)置距離為1247mm。

3.閘門防浮、設(shè)透水措施

橫拉門采用實(shí)腹式結(jié)構(gòu)形式，門體外形為矩形體，形同在水中的浮箱，閘門在水里會(huì)浮起，應(yīng)考慮閘門的透水設(shè)計(jì)，船閘在過船時(shí)，會(huì)發(fā)生水位變化，還應(yīng)考慮閘門腔體內(nèi)的水位應(yīng)與閘室內(nèi)水位同時(shí)升降，否則會(huì)產(chǎn)生水位差而引起浮力。所以在閘門設(shè)計(jì)時(shí)主梁各層間必須通透，需在邊柱設(shè)透水孔，主梁間的檢修孔兼作上、下通水孔，這樣船閘水位變化時(shí)，使得閘門內(nèi)的水位與閘室的水位同步升降，不會(huì)引起不可控的浮力使得閘門浮起失穩(wěn)。

4.閘門檢修條件設(shè)置

對(duì)于這樣的大型閘門，在閘門設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮閘門應(yīng)具備檢修條件，閘門多主梁布置，主梁間的最小間距為1300mm，縱梁采用中間開孔，最小孔的高度1100mm，寬度1600mm。這樣的空間既滿足閘門主梁布置，又便于檢修人員進(jìn)出閘門的腔體內(nèi)進(jìn)行維修。在閘門垂直向各腹板設(shè)有兩道檢修孔，檢修人員可進(jìn)入閘門各道腹板層進(jìn)行檢修，見圖1。

圖1 閘門主梁布置圖

四、工程運(yùn)行情況

烏江船閘擴(kuò)建工程自2008年建成以來，起到了防洪除澇的作用，完善了烏江樞紐控制功能。船閘金屬結(jié)構(gòu)至今運(yùn)行良好，滿足船閘過船運(yùn)行與擋水功能要求，克服原閘門振動(dòng)現(xiàn)象，也提高水上運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)力，更好地發(fā)揮航運(yùn)效益，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

五、結(jié)語

在船閘橫拉門設(shè)計(jì)中采用實(shí)腹式主梁結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵在于主梁局部穩(wěn)定處理，消除水體浮力設(shè)置。橫拉門實(shí)腹式布置結(jié)構(gòu)，整體剛度較大，解決原閘門振動(dòng)問題，工程量并沒有加大，通過多年的運(yùn)行，說明設(shè)計(jì)是合理。在工程設(shè)計(jì)中，要對(duì)以前的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，找出存在的問題與不足，并針對(duì)這些問題，采用新結(jié)構(gòu)布置方式完善工程設(shè)計(jì)