事故闸门

能在动水中截断水流以便处理或遏止水道下游所发生事故的闸门

事故闸门是指能在动水中截断水流以便处理或遏止水道下游所发生事故的闸门。事故闸门是指能在动水中截断水流以便处理或遏止水道下游所发生事故的闸门。中孔事故闸门的布置和型式需结合工程的整体规划和水工建筑物的总体布置进行技术经济比较，其水力学性能以及门体结构动力性能，直接关系到右岸泄洪隧洞工作门及泄洪建筑物运行的技术可行性、可靠性、经济合理性和安全性。

简介

水电站水库为周公河流域梯级具有年调节能力的龙头水库，电站为混合式开发型式。水库正常蓄水位1080m，设计洪水位1078.87m，校核洪水位1082.76m，最低运行水位1020m。总库容5.85亿m3，调节库容4.85 亿m3，坝高143.26m。设计洪水流量（P=2%）1109.19m3/s，校核洪水流量（P=0.2%）1340.4m3/s。电站装机容量2×120MW，混流式机组，单机引用流量60m3/s。泄水建筑物包括左岸泄洪隧洞和右岸泄洪隧洞2条泄洪隧洞，其中左岸为开敞式表孔，右岸为中孔，为避免中孔频繁开启，有利于工程的安全运行及管理，在小洪水时利用左岸泄洪洞调节流量，当库水位超过表孔单独泄洪2年一遇洪水位1075.4m时，中孔开启。中孔事故闸门的布置和型式需结合工程的整体规划和水工建筑物的总体布置进行技术经济比较，其水力学性能以及门体结构动力性能，直接关系到右岸泄洪隧洞工作门及泄洪建筑物运行的技术可行性、可靠性、经济合理性和安全性。

总体布置

根据枢纽布置，在右岸泄洪洞进口布置事故门1扇，泄洪洞工作门布置在其下游侧。事故闸门孔口尺寸为4 m×7m（宽×高），底坎高程1040m，正常蓄水位1080 m，校核洪水位1082.76 m，坝顶平台高程1085.7m。根据枢纽防洪总体方案，该闸门的结构设计及操作水位按校核洪水位考虑，用于泄洪洞弧形工作门门叶及门槽检修时挡水，或在工作门发生事故时，动水下门切断水流。闸门为动水下门，静水启门，门顶设充水阀充水平压，设计水头及下门水头为42.79m，闭门利用水柱加重，固定卷扬式启闭机操作。

事故闸门门型选择

根据一般的设计准则，要求金属结构设计在满足水工总体布置及安全泄洪的前提下，应使所选设备结构简单，制造、安装容易，维修方便，综合造价最低，运行安全可靠。按以上原则，根据右岸泄洪洞事故闸门孔口尺寸大小、水头、流速、水流条件及水工布置通过技术经济比较做选型，就事故闸门的支承型式，对滑动闸门、定轮闸门进行了综合比较。

作为依靠自重和水柱动水闭门的平面定轮事故闸门在我国很多工程中有应用，若采用潜孔平面定轮门，定轮门轮压1900kN，定轮直径约800mm，启门力较小；但因为门叶采用水柱下门，顶水封和侧水封均布置在下游，事故门关闭时定轮泡在水中，定轮需设置止水的密封圈，保证轴承的水密性和良好的润滑至关重要，包括密封的型式、材质、老化及密封的润滑问题，这样设计较复杂且密封效果及密封寿命不能100%保证，一旦漏水，水和泥沙进入将使摩阻力急剧增加，导致事故门工作时不能闭门。且定轮布置需要加深门槽深度，加厚门叶结构。采用潜孔平面定轮门在设计、制造上是可行的，但制造难度相对较大，而且造价也高。

利用水柱下门的潜孔平面滑动门在国内外工程中应用广泛，在设计、制造、安装、运行维护等方面均比较成熟，本工程采用滑动门支承线荷载为23013N/mm2，满足现有滑道材料的抗压强度，利用全水柱闭门闸门不需加重，动水闭门持住力约为1889.5kN，启闭机易于选择，平门的门叶及埋件加工制造难度小，造价低，经济指标好，因此采用平门方案。

事故闸门结构设计

事故闸门孔口尺寸为4 m×7m（宽×高），设计水头43m。闸门门叶材料为Q235B，采用主梁实腹式焊接结构，门叶分2节制造，工地拼装，面板布置在上游侧，顶、侧水封布置在下游侧，底水封布置在上游侧。顶侧水封为橡塑水封，水封宽度4.4 m，水封高度7.1m，支承跨度4.8m，面板厚度14mm，闸门动力系数取1.1。经结构布置及结构计算，闸门的结构特性如下：面板承受的最大水压力为12156.1kN；顶主梁跨中断面弯应力σmax=102.2 MPa，支承断面剪应力τmax=41.7MPa；底主梁跨中断面弯应力σmax=104.9MPa；支承断面剪应力τmax=62.5MPa。闸门主要部位的应力均在许用应力范围以内。

事故闸门为动水下门，其底缘形式的设计很重要。据试验和很多工程资料表明：闸门底缘型式设计不合理，不仅会产生较大的下吸力（上脱力），更会引起负压和门槽空蚀，恶化水利条件，导致闸门震动。按照《水利水电工程钢闸门设计规范》，动水下门时，为避免门底过水的射流冲击主梁腹板及翼板而形成真空，从而增加闸门振动，下游倾角不小于30°，工程事故门采用全水柱下门，底主梁与底槛的夹角则为30.8°>30°，本闸门底缘的设计符合规范要求。

支承滑道按等荷载布置，上下2节门叶每侧布置2个滑道，门叶的最大支承荷载为1726 kN，滑道长度L=750mm，支承线荷载为23013N/mm2，考虑该事故闸门的重要性，保证事故门下门顺利，应降低事故门的滑动摩擦系数和提高滑道的可靠性，滑道材料采用钢基铜塑钉板型自润滑复合材料，滑道和轨道的计算最大摩擦系数取0.13。反向支承采用弹性反轮，可以保证较好的止水效果和减少门叶震动。

门槽型式及埋件设计

事故闸门门槽的设计应注意门槽空化空蚀问题，国内外大量的工程运行经验表明：平面闸门门槽空化空蚀问题十分严重，甚至造成严重事故，门槽和轨道的空蚀原因主要是由于门槽漩涡的产生，当高速水流流经门槽段时，突变的边界会引起槽内漩涡和水流扩散对边墙冲击等水力现象，这种状况存在将诱发门槽的间隙性空化和空蚀。选择适当的门槽形式以改善门槽附近的水力学条件。

启闭机及容量选择

右岸泄洪洞为一孔，设一扇事故门，适合固定式卷扬机启闭机操作，采用单吊点，启门时通过设在门顶的充水阀充水平压（闸门前后水位差不大于3m），事故门不用时锁定在闸墩平台。固定式卷扬机启闭机容量由闸门关闭时的持住力所决定，并留有适当裕度。

事故门采用全水柱闭门设计，利用水柱和自重可动水下门，不需加重，计算闭门力水封的最大摩擦力系数取0.2，滑动摩擦系数取0.13。事故闸门关闭时持住力的大小，主要取决于门顶水柱重量、闸门自重、闸门底缘处的压力、支承行走阻力、水封摩擦阻力等因素。水柱重量根据闸门顶部承载面积和闸门顶部水头确定；对于支承行走和水封摩擦阻力的计算，按经验公式估算，计算持住力时水封的最大摩擦力系数取0.05，滑动摩擦系数取0.05；计算闭门力水封的最大摩擦力系数取0.2，滑动摩擦系数取0.13，按工作门全开状态计算事故门1～6 个开度的持住力，事故闸门在关闭过程中，门顶水压力与门底水流上托力及摩阻力之差随开度的增加而增大；当事故闸门连续关闭到0.5 开度时，门顶水压力与门底水流上托力及摩阻力之差达到最大，此时所需的持住力也最大，计算得最大持住力约为2004 kN。事故门闸门底缘设计虽满足规范下游倾角的要求，但考虑闸门底缘受边界几何条件、水流条件、闸门开度大小和通气孔位置的影响，较为复杂，启闭力计算中还有不可预见的因素，考虑了保留一定裕度，因此，固定式卷扬机的容量选用2800kN，启闭机扬程48m。

总结

事故闸门门型及门槽的选定，经过技术、经济等各方面的比较分析，泄洪洞事故闸门选用下游止水、水柱下门的平面滑动闸门；门槽型式满足设计要求，门叶底缘型式合理，启闭机容量选择适当。在事故门设计和操作中应注意以下几点：

（1）应设有可靠的的测压装置，以便监视开启前的平压情况，防止启闭机超载运行和闸门结构破坏；

（2）闸门底缘体型和门槽体型应确保下门水柱可靠；

（3）启闭机的选择应考虑计算中存在若干不定性和不可预见的因素，在启闭机容量的选择上应多方面考虑最后确定。

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