张峰水库泄洪洞弧形工作闸门运行问题与处理

李凯凯

（山西张峰水库建设管理局，山西 晋城 048215）

1 工程概况

张峰水库泄洪洞平面上呈直线布置，由压力洞段、闸室段、挑流段等组成。可满足下游河道20年一遇安全泄洪流量800 m3/s，最大泄洪流量1 159 m3/s。闸室段长27.7 m，宽11.6 m，底板高程703.0 m，液压站工作平台高程722.5 m，闸室竖井地面高程771.3 m。泄洪闸设平板事故检修闸门和弧形工作门各一扇，事故检修门孔口尺寸（宽×高）6.5 m×7.5 m，弧形工作门孔口尺寸（宽×高）6.5 m×6.5 m。

弧形工作闸门为直支臂圆柱铰弧形钢闸门，采用“P”型橡皮封水，四边封水，门顶设置两道封水，第一道封水距底槛高度6.65 m，第二道封水距门底槛高度7.2 m。闸门总宽6.5 m，高7.6 m总重122.4 t。闸门总水压力27 765 kN，启闭设备为QHSY液压启闭机，启门容量2 500 kN，闭门容量400 kN。

2 主要问题及原因分析

2.1 通气问题

工作闸门检修完毕后，检修闸门抬升过程中检修闸与工作闸间充水时，工作闸门顶止水出现气流响声和射水现象；主要原因是未设置通气孔，两闸门之间充水时，产生高压气体将橡胶止水冲开，导致工作闸门顶止水出现气流响声和射水现象，造成橡胶止水过早损坏。工作闸门后设置有通气孔，但是与启闭机室未分开布置，泄洪时补气易产生较大气流，工作人员进入启闭机室检查时，易产生安全问题，造成人员伤亡。液压站阀组件锈蚀严重，液压站空气湿度几乎达到饱和状态，导致阀组锈蚀，电气元件损坏，系统维护检修困难。

2.2 小流量开启时震动问题

2007年泄洪洞工作闸门调试完成，至2017年汛期泄洪运行3次，最大泄流320 m3/s，闸门开启高度2.0 m，泄洪过程中发生2次开度仪损坏，1次开度连接装置断裂；通过运行发现，工作闸门开启至700～1 300 mm运行时振动较大，开度仪易损坏。

通过泄洪运行检查，发现工作闸门上部固定的止水橡胶，在闸门开启时脱离止水座，此时完全依赖下部门楣处止水橡皮止水；因充水时高压气体冲击下部止水橡皮，使得橡胶止水过早损坏，部分止水控制精度超过4 mm（见闸门安装质量检查表1）已经失效，高压水流冲出损坏段从门顶射出，此时门顶与门底同时过流，加剧闸门振动。

2.3 闸门底止水回弹及闸门上浮问题及原因分析

工作闸门关闭后，开度显示会有少许回弹，分析底止水没有预压缩，底部出现射水现象，会对闸底板产生破坏；泄洪运行过程中闸门开至1 400 mm至1 720 mm时，开度仪数据跳动，闸门出现上浮现象。

分析原因主要是：油缸存在内漏问题，当油泵停止工作时，使得液压缸压力下降，止水橡皮产生回弹，当底止水橡皮没有预压缩时，接触面产生射水问题；闸门上浮与闸门振动有关，当闸门处于震动状态时，侧封水橡胶与门槽埋件之间为动摩擦，其摩擦系数远小于静摩擦系数，因此，止水橡胶能提供的摩擦阻力距不足以抵消闸门上托力，最终闸门出现上浮现象。

3 处理措施

3.1 增设通气孔

为将闸门后侧通气孔与启闭机室分离，保障泄洪期间运行管理人员安全和方便系统维护检修，对原液压站设备进行拆除，将722.5 m液压站移至地面771.3 m高程，重新购置安装一套液压站，管路向下延伸接入液压油缸。

表1 闸门安装质量检查表

检修闸门与工作闸门中间的“排气孔”安装在原门楣止水座后部的底板上，钻孔布置3根内径100 mm排气管，排气管顶高程至765 m，管材采用无缝不锈钢管，固定在胸墙下游侧。

弧形工作闸门后侧“补气”问题，将原地面补气孔封堵，利用旧液压站拆除位置开孔，开孔面积约8 m2，采用有机玻璃钢与启闭机室进行分离，封堵至754 m高程形成塔筒，上侧使用有机玻璃钢通风管道接至原设计通气孔765.0 m高程。

通气孔计算采用《水利水电工作钢闸门设计规范》面积计算公式：

式中：Aa——通气孔的断面面积，m2；

Qa——通气孔的充分通气量，m3/s；

［Va］——通气孔的允许风速，m/s，采用40 m/s，对小型闸门可采用50 m/s；

Vw——闸门孔口的水流速度，m/s；

A——闸门后管道面积，m2。

3.2 小流量开启震动问题

由于闸门与埋件安装精度不能满足设计要求，使闸门产生振动，导致止水橡胶损坏，高压水流从门顶射出，门顶与门底同时过流，加剧了闸门振动。首先对闸门原安装精度和止水安装位置进行了现场测量，见表1、2，根据现场测量数据绘制了止水结构图，按照实测数据计算偏差值，现场采用钢板调平、橡胶调整厚度、面板修磨等方式进行处理，止水橡皮安装严格按照《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》确保橡胶止水安装质量；并将工作闸门胸墙橡胶和闸门顶封水“P”型封水橡胶的橡胶材料改造为聚四氟乙烯复合“Ω”型60水封，压板为翘头形状；并将其它侧止水橡胶一并更换。

门楣一道止水改造方案：①面板止水位置平面度最高点12 mm，最低点15 mm，面板局部向上游3 mm，为有效止水，在门楣Ω60橡胶与δ18橡皮垫板间增设橡皮调整垫，厚度0～3 mm；②门楣止水位置平面度最高点12 mm，最低点15 mm，门楣止水凸向下游侧3 mm，面板止水与门楣止水间增设调整垫0～6 mm，总调整垫厚度0～9 mm。调整垫调平调直，调整垫与原止水板焊接，焊接后贴焊一层10 mm×250 mm×6492 mm钢止水座板，止水座板四周为10～18 mm角焊缝，止水座板与调整垫板采用塞焊法施焊，焊后对止水座进行修磨，使其光滑，焊接后止水座板平面度应小于1.0 mm，门楣止水座至面板外缘面76±1，平行度小于1.0 mm。

门楣二道止水改造方案：①面板止水位置平面度最高点9.5 mm，最低点15 mm，面板局部凸向上游5.5 mm，为有效止水，将面板局部凸向上游处修磨，修磨后面板止水位置平面度小于2.0 mm；②门楣止水位置平面度最高点19 mm，最低点15 mm，门楣止水凸向上游侧4 mm，为有效止水，门楣止水位置凹陷处补焊调整垫板，厚度0～4 mm，调整板与原止水座焊接后，贴焊一条8 mm×200 mm×6492 mm不绣钢止水座，止水座为8～11 mm角焊缝，止水座与调整板间采用塞焊法施焊，焊后对止水座进行修磨，使其光滑，焊接后止水座板平面度应小于1.0 mm，门楣止水座至面板外缘面81±1，平行度小于1.0 mm。

表2 闸门门楣平面至面板外缘尺寸

3.3 闸门底止水回弹及闸门上浮问题处理方案

闸门底止水之所以产生回弹，主要因为液压启闭机存在内漏问题，并且小量的内漏亦是启闭机设计规范所允许的，也是很难避免的。为较好的解决闸门上浮方案，现场采用配重及保压两种方案并行的措施。

弧形闸门启闭力计算采用《水利水电工程钢闸门设计规范》启门力计算公式：

式中：Fw——闭门力，t；

R1——配重力臂，11 m；

nT——摩擦阻力安全系数，1.2；

Tzd——铰轴摩阻力（摩擦系数f为0.15，闸门总水压力P为2808.14 t），Tzd=f×P=421.22 t；

r0——铰轴摩阻力臂（支铰轴轴径540mm），0.27m；

Tzs——止水摩阻力，Tzs=T侧zs+T顶zs=49.047 5 t；

r1——止水摩阻力臂，13 m；

Pt——上托力，Pt=（0.06+0.029）×1.05×49×6.5=29.76 t；

r3——上托力力臂，13 m；

nG——闸门自重修正系数，0.95；

G——闸门自重，90 t；

r2——闸门自重力臂，9.3 m。

计算配重应不小于45 t，新建液压站设有保压系统，因此配重设为40 t，配重全部使用钢制配重，以便于固定在闸门上。

启门力FQ计算公式：

式中：FQ——启门力，t；

R2——启门力臂，12 m；

nT——摩擦阻力安全系数，1.2；

Tzd——铰轴摩阻力，421.22 t

r0——铰轴摩阻力臂，0.27 m

Tzs——止水摩阻力，49.047 5 t；

r1——止水摩阻力臂，13 m；

Pt——上托力，29.76 t；

r3——上托力力臂，13 m；

n'G——闸门自重修正系数，1.05；

G——闸门自重，90 t；

r2——闸门自重力臂，9.3 m；

Gj——闸门配重，40 t；

R1——配重力臂，11 m；

Px——下吸力，0 t。

闸门无法依靠自重闭门，增加配重40 t后，启门力1 850 kN，小于闸门启闭机额定启门力2 500 kN，启闭机满足要求。

首先在闸门下游两根主横梁上方增设配重块，并用支架固定，配重40 t，其次，在新设液压系统内设置保压装置。弧形工作闸门门厚1.2 m，单纯配重会使得闸门主横梁双腹板上下受力不均，降低闸门主梁的强度及稳定性；单纯使用保压装置，会使得保压系统压力过高，从而提高运行维护成本。本次采用配重加保压方式。

4 结语

为提升水库防洪科学化、灵活性调度，充分发挥兴利调度效益，实现泄洪洞在800 m3/s（下游河道安全泄量）以下泄洪安全，解决泄洪洞工作闸门在小开度泄洪震动。通过增设通气孔、止水橡胶改造、增加配重保压装置和新建液压站的处理措施，极大地提高了闸门运行的稳定性和调度的可靠性，止水橡胶改造解决闸门门顶与门底同时过流问题，是消除震动和不安全因素的关键，在闸门后期运行过程中应加强检查，发现问题应及时进行处理，保证闸门运行安全，确保水库防洪调度安全。