第一章 气动盾形闸门系统的由来与发展
第一节 水闸工程的功能和分类
一、概述
水利是国家的命脉。随着我国国民经济的快速发展,大量的水力发电工程、引水工程、农田灌溉工程、防旱排涝工程和水环境治理工程都在相继建设,而闸门在这些工程中是必不可少的,也是工程的中心。我国修建水闸的历史悠久,为防洪、排涝、灌溉、挡潮以及供水、发电等各种目的而修建了各种水闸,促进了工农业生产的不断发展,给国民经济带来了很大的效益,并积累了丰富的工程经验。如长江葛洲坝枢纽的二江泄水闸,最大泄量为84000km3/s,位居中国首位,运行情况良好。国际上修建水闸的技术也在不断发展和创新,如荷兰兴建的东斯海尔德挡潮闸,闸高53m,闸身净长3km,被誉为海上长城。当前水闸的建设,正向形式多样化、结构轻型化、施工装配化、操作自动化和遥控化方向发展。
二、水闸工程的功能
水闸工程属于水利基础设施,是水工建筑物的重要组成部分,兼有挡水和泄水的作用,用以调节水位、控制流量,以满足水利事业的各种要求。例如关闭闸门,可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位,以满足上游取水、发电、通航、生态或者景观等需要;开启闸门,可以泄洪、治涝、冲沙、排漂、灌溉、供水或调节流量等。水闸在水利工程中的应用十分广泛,可用于防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面,多建于河道、渠系、水电站、水库、湖泊及滨海地区。
三、水闸工程的分类
在水利工程中,由于挡水或者泄水条件、运行要求、使用功能以及气象、水文、地形、地质、施工条件等情况不同,水闸型式多样,闸门的分类方法也比较多,主要有:
(1)按水闸的作用可分为节制闸(或拦河闸)、进水闸(分水闸、渠首闸或分洪闸)、退水闸、挡潮闸、冲沙闸(排沙闸)及船闸。节制闸建造在拦河或渠道上,枯水期用以拦截河道,抬高水位;洪水期则开闸泄洪,控制下泄流量。进水闸建在河道、水库或湖泊的岸边,用来控制引水流量,以满足灌溉、供水、发电或分洪的需要。退水闸具有双向挡水,有时双向过流的特点,常建于江河沿岸,外河水位上涨时关闸以防外水倒灌,外河水位下降时开闸排水,排除两岸低洼地区的涝渍。挡潮闸具有双向挡水的特点,常建在入海河口附近,涨潮时关闸不使海水沿河上溯,退潮时开闸泄水。冲沙闸常建在多泥沙河流上,用于排除闸前或渠系中沉积的泥沙,减少引水水流的含沙量,防止渠道和闸前河道淤积。船闸设置主要用于通航、过木和过鱼。
(2)按闸室结构型式可分为开敞式水闸、胸墙式水闸、涵洞式水闸和双层式水闸。开敞式水闸的闸室为开敞式结构,闸门全开时过闸水流为自由水面,过水面积和泄流量随水位抬高而增加,漂浮物可随水流下泄,适用于节制闸、分洪闸以及有通航、过木、排冰、排漂等要求的水闸,其应用较广。胸墙式水闸通过固定孔洞下泄水流,其闸坎高程低、挡水高度大,为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水,沿江沿海地区多采用这种结构型式,常用于挡潮闸、进水闸、泄水闸这种形式。涵洞式水闸又称封闭式水闸,分为有压式和无压式,多用于穿堤引(排)水,闸室结构为封闭的涵洞,在进口或出口设闸门,洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥。主要修建在引水流量不大、堤身较高的渠道上,排水闸多用这种形式。双层式水闸的闸室分为上下两层,分别装设闸门,面层宣泄洪水和漂浮物,底层冲沙冲淤,多数用于拦河节制闸、进水闸、分水闸以及软弱地基上修建的水闸。
(3)按制造门叶的材料可分为钢制闸门、铸造闸门、木闸门、钢筋混凝土闸门和组合材料闸门等。制造门叶的材料近代多用钢材,因此钢闸门应用广泛,用于溢流坝、溢洪道、泄洪孔、水工隧洞等建筑物的孔口上。铸造闸门常应用于沟渠等小型水闸工程中。钢筋混凝土闸门多用做需要借自重关闭施工导流底孔的封堵闸门。
(4)按闸门工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。工作闸门也称主要闸门,能在动水中启闭。检修闸门用于建筑物、工作闸门及机械设备等检修时短期挡水,一般在静水中启闭。事故闸门多设于深孔工作闸门前,用于建筑物或设备出现事故时,能在动水中关闭孔口,阻断水流,防止事故扩大,事故排除后,向门后充水平压,在静水中开启;兼作检修闸门时,也称事故检修闸门;需要在限定时间内紧急关闭的事故闸门,称为快速闸门。
(5)按门叶的外观形状分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、叠梁闸门、浮箱闸门和圆筒闸门等。平面闸门一般都用于检修闸门和事故闸门。弧形闸门多用在工作闸门中的大型露顶式闸门和高水头潜孔式闸门。人字闸门多用在船闸上。叠梁闸门一般都用于检修闸门。
(6)按闸门关闭时门顶与水面的相对位置分为露顶式闸门和潜孔式闸门。露顶式闸门的门顶超过正常蓄水位,一般其门顶露出水面,常应用于溢流坝、泄洪道上的闸门;潜孔式闸门的门顶在水面以下,一般承受高水头压力,对止水要求较严,如封闭带胸墙的孔口、泄水孔、水电站底孔以及水工隧洞深孔中的闸门。
(7)按闸门门叶启闭运动方式可分为转动式闸门、垂直升降式闸门和横拉闸门。转动式闸门一般有弧形闸门、气动盾形闸门、翻板闸、升卧式平面闸门等;垂直升降式闸门有平面闸门;横拉闸门一般多用于船闸。
四、水闸选型要求
水闸设计应认真搜集和整理各项基本资料,选用的基本资料应准确可靠,满足设计要求。水闸设计所需要的各项基本资料主要包括闸址处的气象、水文、地形、地质、试验资料以及工程施工条件、运用要求,所在地区的生态环境、社会经济状况等。
选择闸门形式需要考虑其在水工建筑物中的位置、尺寸、设计水头、运用条件、制造能力和安装技术水平等因素,要求做到泄流时水流条件好、止水严密、启闭力小、操作简便灵活、工作可靠安全、检修维护方便等。