浮箱式闸门“平躺”过程中的受控理论与实施

员会超，陈敬亮，陶 莉

（引滦工程管理局大黑汀水库管理处，河北迁西 064300）

大黑汀水库工程浮箱式闸门 （以下简称浮门）规格为18 m×16.7 m，金属结构件总重160 t，是该工程28扇15 m×12.1 m表孔泄洪闸门的专用检修闸门。由于水库水位较高，浮门外围水封大部分处于水面以下。要想更换浮门水封，必须让其“平躺”或者接近于“平躺”在水面上，待单侧水封完全露出水面以后才能进行。然后再将浮门翻转，使另一侧水封露出水面。

如何让浮门安全受控地“平躺”，管理单位进行过多方案分析论证。最终，“机舱充水”措施被采纳实施，圆满完成了“平躺”过程，保证了水封更换工作的顺利实施。

1 浮门简介

大黑汀水库工程18 m×16.7 m浮门类似于 “不倒翁”结构，主要由混凝土舱、死水舱、调压舱和机舱4个舱室构成，各舱室之间由钢板隔离，如图1所示。

图1 浮门结构

其中，混凝土舱属于浮门配重，用以降低浮门重心，保证浮门安全运行。死水舱内部存水被封闭在密闭空间内，必要时可通过压缩空气将水吹出舱外。调压舱内部存水量可通过浮门深井泵进行调节，使其处于零和接近满仓之间。通过改变调压舱水量，可以改变浮门总重（含内部存水）与其所受浮力之间的关系，从而完成浮门的浮起和下沉工作。机舱内部安装有深井泵电机及其排水管路、调压舱充水阀操作手柄及相关部件，正常情况下始终处于无水状态。浮门两侧面都安装有整体橡胶水封。

2 机舱充水措施的理论依据

当浮门死水舱无水、调压舱无水、机舱满水时，假设浮门“平躺”在水面且有50%门体浸入水中时，对浮门进行浮力计算和平衡力矩计算。受力计算，如图2所示。

图2 浮门受力理论计算

2.1 浮力计算

式中：G浮门为浮门总重；G混凝土为混凝土舱内部混凝土总重；G结为浮门金属结构件总重；G机水为机舱充满水时水的重量；G调水为调压舱重量；G死水为死水舱重量。

由式（1）计算得出： G浮门=540 t。

F浮力为浮门“平躺”且半浸在水中时所受浮力，约为 600 t。 所以，F浮力＞G浮门。

2.2 平衡力矩计算

对O点取矩，根据力矩平衡原理，有以下计算公式：

经计算，求得：L1=10.81 m。

同时，求得：L2=16.7-L1=5.89 m

L1>L2，表明浮门重心靠近机舱一侧。

2.3 计算结果分析

（1）浮力计算结果表明，当浮门死水舱无水、调压舱无水、机舱满水且“平躺”在水面上时，浮门不会沉入水中。根据浮力定律，浮门还应进一步上浮，会有50%以上门体露出水面。

（2）平衡力矩计算结果表明，当浮门死水舱无水、调压舱无水、机舱满水时，门体重心靠近机舱一侧。换句话说，当浮门死水舱无水、调压舱无水时，在向机舱充水的过程中，浮门即可实现“平躺”。

综合以上分析可知，当浮门死水舱、调压舱都无水时，在向机舱充水过程中，浮门即可实现“平躺”，且会有50%以上门体露出水面。这种状态完全满足水封更换要求。

3 “平躺”实施

3.1 施工准备

（1）充、排水泵设置：在浮门机舱顶甲板安装充水管路，用以向机舱充水；在机舱底板部位安置2台排水泵，其出水管通过机舱顶甲板引出，留待浮门恢复直立时排水用。

（2）浮门浮起：用浮门自身的深井泵排出调压舱全部存水，此时浮门会直立浮起到图1所示水线B位置。

（3）电机防护：浮门浮起后，用自制防护罩将深井泵电机完全密封，以防止向机舱充水过程中电机受淹损坏。

（4）机舱密封：机舱密封是本工程成败与否的关键。如果密封不严，在向机舱冲水过程中水有可能进入调压舱或者流出机舱。而水一旦进入调压舱，轻者会使操作人员无法通过Ф500 mm人孔进入调压舱操作Ф100 mm闸阀，重者甚至会导致浮门整体沉没。

密封工作完成后，用0.1 MPa压缩空气进行机舱密封试验，直至符合密封要求为止。

3.2 死水舱排水

打开靠近水库里侧的Φ100 mm闸阀，通过压缩空气系统向死水舱引入0.02 MPa压缩空气。此时压缩空气要连续供应，不得中断。

当Φ100 mm闸阀出水口出现大量气泡时，表明死水舱内部存水已经排净。此时先关闭Φ100 mm闸阀，再停气，以防水库水倒灌。这时浮门已经倾斜在水中，如图3所示。

图3 机舱充水前浮门倾斜状态

3.3 机舱充水

通过预装水泵向机舱充水，浮门进一步缓慢倾斜。待浮门单侧水封已经完全露出水面时，停止充水。此时浮门水封已经完全露出水面，“平躺”过程完成，如图4所示。

图4 浮门“平躺”后状态

3.4 浮门恢复“直立”

浮门单面水封更换完毕，用预置排水泵排出机舱存水，此时浮门会恢复到图3所示的倾斜状态。打开Φ100 mm闸阀，向死水舱充水，浮门将恢复到直立状态。

3.5 浮门另一侧水封更换

待浮门恢复直立以后，拖动浮门在原位旋转180°，重复上述过程，完成浮门另一侧水封更换工作。

4 结语

实践证明，采用机舱充水措施让浮门“平躺”的方法切实可行、安全可靠，“平躺”过程完全在控制之中。该措施比在机舱压沙袋的方法节省了大量人力物力，经济效益显著。整个过程没有出现不可遇见的后果，保障了人员和设备安全，在类似工程实施过程中有较强的推广价值。