浮箱式閘門(mén)的應(yīng)用
浮箱式閘門(mén)是近幾年涌現(xiàn)出來(lái)的一種適合于運(yùn)河或沿海地區(qū)水利樞紐工程建設(shè)的新型閘門(mén)。隨著我國(guó)水利建設(shè)的深入開(kāi)展和水資源的開(kāi)發(fā)利用，這項(xiàng)先進(jìn)的閘門(mén)技術(shù)，正逐步引起工程界更多的關(guān)注。
一、浮箱式閘門(mén)簡(jiǎn)介
1.浮箱式閘門(mén)的特點(diǎn)
水利水電工程的閘門(mén)種類很多、按構(gòu)造特征可分為梁式閘門(mén)、平面閘門(mén)、屋頂閘門(mén)、弧形閘門(mén)、扇形閘門(mén)、鼓形閘門(mén)、圓管式閘門(mén)、拱形閘門(mén)、球形閘門(mén)、浮箱式閘門(mén)等，各種閘門(mén)由于結(jié)構(gòu)上的差異，都有各自不同的特點(diǎn)。
浮箱式閘門(mén)一般只能在靜水中或流速較小的水域中操作運(yùn)行，除在船塢上作為工作閘門(mén)外，還可以用在船閘、溢洪道和水閘上作為檢修閘門(mén)。此外，在一些中小型水利工程、清淤工程中，浮箱式閘門(mén)還可以作為臨時(shí)圍堰或擋水閘。其主要特點(diǎn)如下：
(1)可以封閉相當(dāng)大面積的孔口。
(2)不要求特別的啟閉設(shè)備。門(mén)葉可以在水中自由浮動(dòng)，運(yùn)輸方便。對(duì)河道上有多級(jí)閘孔寬度相同的水閘，作為共用的檢修閘門(mén)更為有利。
(3)門(mén)葉剛度較大。由于具有中空閘室，閘門(mén)的重量相對(duì)較輕。
(4)當(dāng)布置在水閘或溢洪道閘墩的上游時(shí)，可不設(shè)門(mén)槽，有利于泄水。
(5)作為防洪設(shè)施時(shí)，由于本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，過(guò)水和泄洪不需其他輔助設(shè)施。
(6)不能在動(dòng)水中操作，應(yīng)用范圍受到一定限制。
(7)工程的整體造價(jià)偏高。
(8)需要有一定的吃水深度，閘門(mén)才能運(yùn)轉(zhuǎn)，啟閉操作比較費(fèi)時(shí)。
2.浮箱式閘門(mén)的組成和工作原理
浮箱式閘門(mén)一般由閘室(可充放水箱體)、閘塢、轉(zhuǎn)動(dòng)中樞、壩檻、推進(jìn)裝置、基礎(chǔ)部分、控制系統(tǒng)等組成。主要利用水的浮力和重力作用啟閉。需要關(guān)閉時(shí)，閘門(mén)利用水的浮力和推進(jìn)裝置的推進(jìn)，運(yùn)動(dòng)至既定關(guān)閉位置，閘室進(jìn)水，閘門(mén)下沉至關(guān)閉。開(kāi)啟時(shí)，閘室內(nèi)的水被抽干、利用水的浮力閘門(mén)升起，在推進(jìn)裝置的作用下，閘門(mén)復(fù)位于閘塢。
3.浮箱式閘門(mén)的作用
浮箱式閘門(mén)作為閘門(mén)的一種，基本作用也可概括為用來(lái)控制水位和調(diào)節(jié)流量的低水頭水工建筑物。一般情況下，它既可擋水，又可泄水。可以在農(nóng)田灌溉、水力發(fā)電、防洪排澇、擋潮、城鎮(zhèn)供水等方面，得到廣泛的應(yīng)用。也可與其他水工建筑物(如堤壩、船閘、魚(yú)筏道、水電站、揚(yáng)水站或其他水閘等)組成水利樞紐。
4.浮箱式閘門(mén)的設(shè)計(jì)原則
(1)設(shè)計(jì)浮箱式閘門(mén)和設(shè)計(jì)其他閘門(mén)一樣首先應(yīng)掌握下述基本資料。如水工建筑物的情況、下游水情、河道水質(zhì)、冬季情況、通航要求、氣象和地震資料。
(2)做好閘門(mén)的選型設(shè)計(jì)工作。選定的形式首先技術(shù)上是可行的，其次經(jīng)濟(jì)上是合理的。一般來(lái)說(shuō)，選型時(shí)首先要考慮水工建筑物對(duì)閘門(mén)提出的各種運(yùn)行要求，如對(duì)水流的控制程序、運(yùn)行的機(jī)率、安設(shè)的位置等。其次，要考慮制造安裝方面的條件，如當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)乜赡塬@得的制造材料、可能達(dá)到的制造安裝技術(shù)水平等。最后，還要考慮所選門(mén)型在經(jīng)濟(jì)上合理，不僅包括造價(jià)，還包括運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用、使用年限以及鄰近或附屬建筑物的相應(yīng)造價(jià)等。
二、浮箱式閘門(mén)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用與發(fā)展
(一)國(guó)外應(yīng)用情況介紹
國(guó)外浮箱式閘門(mén)應(yīng)用比較廣泛，委內(nèi)瑞拉古里水電站和英國(guó)帕克爾水電站的溢洪道檢修門(mén)，美國(guó)麻雀點(diǎn)和布勒默頓船塢的船塢工作門(mén)都采用浮箱式閘門(mén)。但目前國(guó)外浮箱式閘門(mén)最具代表性的應(yīng)用是荷蘭新沃特偉赫河上的阻浪閘工程。
1991年，荷蘭同家交通、公共設(shè)施和水利部在通過(guò)縝密的可行性調(diào)查和嚴(yán)格的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性論證之后，批準(zhǔn)在荷蘭角附近的新沃特偉赫河上建造可活動(dòng)阻浪閘。設(shè)計(jì)閘門(mén)僅在高水位時(shí)合攏，合攏次數(shù)預(yù)計(jì)為平均每10年一次或兩次?；疽笫窃谟泻樗{時(shí)，閘門(mén)應(yīng)保證降低鹿廉特丹地區(qū)水位1.6m，降低多德赫特地區(qū)0.6m，從而緩和對(duì)鹿特丹地區(qū)堤壩高度的要求。
1.日高閘閥的組成與主要參數(shù)：
(1)閘門(mén)：阻浪閘的閘門(mén)就是兩個(gè)滑位墻。每個(gè)滑位墻高22m，長(zhǎng)210m，共有15個(gè)隔間。當(dāng)滑位墻位于水中時(shí)，一個(gè)隔間與水隔絕，其內(nèi)設(shè)有電器和水利設(shè)施，技術(shù)人員在此操作，其余隔間被水充滿。
(2)球鉸和基部。球鉸并不是一個(gè)完整的球，它由若干個(gè)球面或殼形元件組成，在一個(gè)由10個(gè)鑄鋼件組成的基座上轉(zhuǎn)動(dòng)。在閘門(mén)啟閉的過(guò)程中，球鉸是關(guān)鍵部件，就像肩關(guān)節(jié)一樣，被設(shè)計(jì)用來(lái)保證閘門(mén)可在各個(gè)方向隨著波浪移動(dòng)，同時(shí)將作用在閘門(mén)上的水壓力傳遞到基礎(chǔ)上。
角形墩重達(dá)52000t，構(gòu)成了可受力70000t的球鉸基部。作用于滑位墻的力通過(guò)擤桁架梁和球鉸傳遞到這個(gè)碩大的角形混凝土墩上，最后將壓力傳至地下。
(3)桁架梁。桁架梁把施加于滑位墻的力傳遞到球窩接頭。每個(gè)桁架梁長(zhǎng)度為237m，由3個(gè)巨型管呈梭形構(gòu)成，底部的巨型管直徑1.8m，管壁厚6～9tcm。
(4)自動(dòng)推進(jìn)器。閘門(mén)由設(shè)于滑位墻頂部的自動(dòng)推進(jìn)器推動(dòng)。自動(dòng)推進(jìn)器具有6個(gè)嵌齒輪，由水電機(jī)和齒輪傳動(dòng)裝置帶動(dòng)。
(5)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)的高水位及相關(guān)河流的實(shí)際水位和流量等大量數(shù)據(jù)的處理預(yù)計(jì)出本地區(qū)的水位。根據(jù)此信息決定阻浪閘是否應(yīng)該合攏。同時(shí)控制閘塢鎖定裝置、推進(jìn)裝置、水泵等裝置協(xié)調(diào)工作。
2.運(yùn)行狀況與作用
當(dāng)鹿特丹水位預(yù)計(jì)超過(guò)阿姆斯特丹標(biāo)準(zhǔn)參照水位3m時(shí)，控制系統(tǒng)將新沃特偉赫河上的阻浪閘預(yù)先關(guān)閉。整個(gè)合攏和重新開(kāi)啟過(guò)程如下：
(1)控制系統(tǒng)對(duì)阻浪閘發(fā)出準(zhǔn)備指令
(2)通知海港調(diào)度中心，中心對(duì)來(lái)往船只發(fā)出警報(bào)
(3)原本干燥的船塢進(jìn)水至與河面相同水位，河道航運(yùn)中斷。
(4)阻浪閘接列合攏指令，兩滑位墻漂浮至河道中央，閥門(mén)開(kāi)啟，閘室進(jìn)水，下沉過(guò)程開(kāi)始
(5)一個(gè)半小時(shí)后，滑位墻下沉至桁架梁1米以上處，高速水流沖刷桁架梁沉積物。
(6)合攏過(guò)程開(kāi)始后兩小時(shí)，滑位墻平穩(wěn)下沉至清理過(guò)的桁架梁并封閉新沃特偉赫河道。
洪水過(guò)后，閘門(mén)一側(cè)的水位高于海水涌入一側(cè)的水位。此時(shí)阻浪閘重新開(kāi)啟。首先閘室內(nèi)的水被抽干，閘門(mén)上浮。由自動(dòng)推進(jìn)裝置推動(dòng)，滑位墻返回閘塢。閘塢中的水被抽干至可控水平后，閘塢的門(mén)關(guān)閉。
阻浪閘和主要河道的堤壩加固工程，組成了整體防洪體系，共同保護(hù)荷蘭角地區(qū)免受洪水危害。
(二)浮箱式閘門(mén)在國(guó)內(nèi)水利工程中的應(yīng)用情況
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)如浙江省富春江水電站，利用浮箱式閘門(mén)作為溢洪道檢修門(mén)；安徽省宿縣閘，利用浮箱式閘門(mén)作為水閘、船閘等合用的檢修門(mén)，而日可拼拆組合成跨度分別是10m、7.4m、6m的閘門(mén)。
浮箱式閘門(mén)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較有代表性的工程是中運(yùn)河浮箱閘門(mén)的建造。中運(yùn)河浮箱閘門(mén)由水利部淮委規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)汁，安徽省水利科學(xué)研究院負(fù)責(zé)檢測(cè)和監(jiān)理，由安徽省疏浚工程公司船舶修造廠承建，于1995年5月中旬建造竣工。
該浮箱式閘門(mén)是中運(yùn)河臨時(shí)控制設(shè)施，位于江蘇邳州幣境內(nèi)，是整個(gè)沂沭泗洪水東調(diào)南下工程的重要組成部分。閘門(mén)總長(zhǎng)51.5m，最大寬度5m，最大高度7.5m，全部重量409.51t。該浮箱式閘門(mén)除具有平面閘門(mén)的一般特征外，很大程度上只有內(nèi)河鋼質(zhì)船舶的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)形式介于閘門(mén)與船舶之間，門(mén)體尺寸之大，結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，均為國(guó)內(nèi)之首創(chuàng)，被譽(yù)為世界第二，亞洲第一。
該閘門(mén)啟閉方式與門(mén)樞相仿，閉門(mén)時(shí)利用拖輪牽動(dòng)門(mén)體、使門(mén)體基本就位，再向調(diào)節(jié)水艙充水使門(mén)體慢慢下沉，使門(mén)體與閘墩緊密結(jié)合。開(kāi)門(mén)時(shí)，開(kāi)啟水泵抽排調(diào)節(jié)水艙內(nèi)水位，使門(mén)體浮起，然后利用電動(dòng)鉸鏈或拖輪牽動(dòng)門(mén)體，回復(fù)到門(mén)庫(kù)內(nèi)，并使門(mén)體下沉。再將門(mén)體固定在門(mén)庫(kù)內(nèi)的帶纜樁上，從而使該閘不僅具有閘門(mén)擋水性能，又具有船舶的浮游穩(wěn)定性。
三、幾點(diǎn)建議
1.浮箱式閘門(mén)在我國(guó)水利工程上的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，我國(guó)有許多防洪工程、小型河道截流改道、清淤和調(diào)水工程以及城市防洪工程等，修建臨時(shí)圍河堰都可以考慮建造浮箱式閘門(mén)．在一些水電站建設(shè)和船塢建設(shè)中，更可以廣泛應(yīng)用這種閘門(mén)。盡管一次性投資較大，但周期短，可重復(fù)性使用，效益明顯。
2.為了使浮箱式閘門(mén)這項(xiàng)技術(shù)更好地服務(wù)于我國(guó)的水利建設(shè)，在施工建造過(guò)程中確保質(zhì)量，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行安全，各類施工、設(shè)計(jì)、研究部門(mén)應(yīng)加緊對(duì)該技術(shù)進(jìn)行專題研究工作。
3.由于浮箱式閘門(mén)目前應(yīng)用并不廣泛，還沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所以應(yīng)組織有關(guān)部門(mén)制定專門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)具有科學(xué)的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：閘門(mén),浮箱式閘門(mén)
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