大黑汀水利枢纽浮动式检修闸门的运行与维护

员会超 陈敬亮

(水利部海委引滦工程管理局，天津 300380)

大黑汀水利枢纽位于河北省迁西县城北5km的滦河干流上，是引滦入津供水工程群的大型骨干工程之一。该枢纽配置有一扇规格为18m×16.7m的浮动式检修闸门(以下简称“浮门”)，是大坝溢流坝段28扇15m×12.1m泄洪闸门的专用检修闸门。浮门平时停放在专用码头，底部支撑在码头支墩上，上部通过钢丝绳软连接与码头锚筋固定。当溢流坝泄洪闸门需要维护时，通过浮门排水系统适量排出调压仓存水，待浮门浮起后，用拖船将其托运到溢流坝相应孔位，然后通过充水系统向调压仓内部充水，将浮门下放到专用支墩上，用其挡水，才能进行溢流坝泄洪闸门迎水面的维护工作。

近年来，在浮门挡水运行时，发现浮门止水橡皮老化撕裂严重、漏水量过大，导致泄洪闸门底坎水流过大，使维护人员很难完成泄洪闸门迎水面的正常维护工作，急需更换浮门止水橡皮。

由于大黑汀水库蓄水位常年保持在高程128.00～133.00m区间，水位变化不大。而浮门停放码头支墩的高程为118.00m，浮门全高16.7m，也就是说，即便水库处于低水位期间，浮门外表面也有10m左右浸没在水中，不会完全露出水面，根本无法完成止水橡皮更换工作。即便根据浮门检修规程要求，将其调压仓内部存水全部排出，使浮门最大程度浮起来，根据以往的经验，浮门也会有8m左右浸没在水中，同样不能完成止水橡皮更换工作。要想更换止水橡皮，必须让浮门平浮或者接近于平浮在水面上，待止水橡皮完全露出水面以后才能进行。

如何让浮门安全受控地平浮，业内没有成熟经验可供参考。最终，通过多方案分析论证，提出的机舱充水措施被采纳实施，圆满完成了平浮过程，使浮门止水橡皮完全露出了水面，保证了浮门外表面维护工作的顺利实施。

1 浮门结构简介

大黑汀水利枢纽18m×16.7m浮门是一个箱体结构，下重上轻，在水中类似于一个“不倒翁”，主要由混凝土舱、死水舱、调压舱和机舱4个舱室构成，如图1所示。

图1 浮门结构示意图

a.混凝土舱属于浮门配重，内部装满现浇混凝土，用来降低浮门重心，使其在水中保持一个“不倒翁”状态，保证浮门安全运行而不会沉没。

b.死水舱内部存水被封闭在密闭空间内，需要时可用压缩空气将水吹出舱外。当死水舱内部存水全部被吹出以后，根据浮门设计资料可知，此时浮门会倾斜在水中，倾角约为75°,以满足浮门内部有关部件检修要求。

c.调压舱内部水量可以调节。浮门运行维护过程中，通过改变调压仓内部水量，进而改变浮门总重(含内部存水)与其所受浮力之间的关系，完成浮门的浮起和下落。

d.机舱内安装有排水深井泵电机和充水阀操作系统，是工作人员进行操作的舱室，正常情况下始终处于无水状态。

e.浮门两个侧面及底面都安装有止水橡皮，在其挡水运行时起封水作用。

f.调压仓无水时，浮门吃水线处于图中A位置(经验值)，此时浮门处于最高浮起状态。

g.当浮门停放在码头支墩上、水库水位为高程133.00m时，浮门吃水线处于图中B位置。

h.浮门日常运行维护期间，其吃水线处于图1中吃水线A和吃水线B之间，吃水线B以下门体常年浸没在水中，从来没有露出过水面。

2 机舱充水使浮门平浮的内容和依据

2.1 机舱充水使浮门平浮的内容

根据浮门检修规程，当排除出调压仓和死水舱内部存水后，浮门会上浮到最高位置，吃水线在图1所示A位置，浮门倾角约为75°。所谓的机舱充水，是指在此时，通过外接充水系统向机舱充水，使浮门进一步倾斜，直到浮门平浮在水面上，止水橡皮完全露出水面，满足更换要求以后，再停止充水。此时，浮门死水舱、调压仓内部均没有水，机舱内部已经充入了一定量的水。

2.2 机舱充水使浮门平浮的依据

为便于分析，我们假设当浮门死水舱无水、调压舱无水、机舱满水时，浮门会平浮在水面上，且有50%门体浸入水中。

经计算，此种状态下，浮门总重(含结构件重量、死水舱配重、机舱存水重量等)约为5400kN，所受浮力约为6000kN 。可见，浮门所受浮力大于浮门总重，表明在假设条件下，浮门不但不会沉没，根据浮力定律，浮门还应进一步上浮，即会有50%以上门体露出水面。

同样，以浮门底部为支点，对浮门进行平衡力矩计算的结果表明，在假设条件下浮门重心靠近机舱一侧。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，浮门即可实现平浮。这种状况完全满足止水橡皮更换要求。

3 浮门平浮实施

3.1 前期准备

机舱充水是在确保浮门死水舱和调压仓都没有水的状态下实施的，前期准备工作至关重要。准备工作不到位，轻者会导致浮门平浮过程难以实现，重者会导致水流进入调压仓。如果在向机舱充水过程中，水流同时进入了调压仓，而充水还在继续进行，浮门总重(含内部存水)就会越来越大，一旦超过浮门所受最大浮力，就会导致浮门整体沉入水中，造成重大生产安全事故。

3.1.1 浮门浮起

用浮门深井泵排出调压舱内部存水，此时浮门会直立浮起到图1所示吃水线A位置。

3.1.2 机舱深井泵电机防护

深井泵的用途是在正常运行过程中为浮门调压仓排水，待调压仓存水排净以后，关停深井泵。根据电机尺寸专门定做了一个防护罩，将深井泵电机密封防护，确保向机舱充水过程中电机不会受淹损坏。

3.1.3 机舱充排水系统设置

在浮门机舱顶甲板安装充水管路、阀门，外接潜水泵，用来向机舱充水；在机舱底板部位安置两台排水泵，并牢固固定，排水管路在机舱顶甲板两侧边缘分别引出，留待浮门恢复直立时排水用。

3.1.4 机舱排气系统设置

向浮门机舱充水过程中，机舱处于一个密闭空间状态。此时，随着水流不断充入，机舱内气压会越来越大，为减小机舱气压，便于水流充分进入机舱，须在浮门甲板安装一套机舱排气系统，由球阀控制。

3.1.5 机舱密封

机舱密封是本工程成败的关键。如果密封不严，在向机舱充水的过程中，水有可能进入调压舱。由于此时调压仓处于无水状态，水一旦进入调压舱，外面的操作人员无法观察到，如果继续充水，轻者会使操作人员无法通过φ500人孔进入舱内操作φ100闸阀，重者会导致浮门整体沉入水中。

机舱密封工作完成后，用0.1 MPa压缩空气进行机舱密封试验，确保密封严密无漏气。

3.2 死水舱排水

打开靠近水库一侧的φ100闸阀，通过压缩空气系统向死水舱引入0.02MPa压缩空气，使浮门向靠近水库一侧逐步倾斜。此时压缩空气要连续供应，不要中断，以免水库里的水倒灌入浮门死水舱。

当φ100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2所示。

图2 死水舱水排出后浮门倾斜状态

3.3 机舱充水

通过预装的机舱充水系统向浮门机舱充水，同时打开机舱排气球阀向外排气。此时浮门进一步倾斜，待浮门单侧止水橡皮完全露出水面时，停止充水，关闭排气球阀，这时浮门平浮过程完成。

3.4 浮门外表面维护

根据浮门维护工作内容要求，完成浮门止水橡皮更换和外表面防腐蚀保护等项工作，如图3所示。

图3 机舱充水后浮门平浮状态

3.5 浮门恢复直立

浮门单侧外表面维护工作验收合格后，用预置排水泵排出机舱存水，此时浮门会恢复到图2所示的倾斜状态。

打开φ100闸阀，向死水舱充水，浮门将恢复到直立状态。

3.6 浮门另一侧外表面维护

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，完成浮门另一侧止水橡皮更换和外表面防腐蚀保护工作。

4 结 论

实践证明，采用机舱充水措施让浮门平浮在水面上的方法切实可行、安全可靠，能够使浮门外表面完全露出水面，从而能够顺利完成止水橡皮更换、外表面防腐蚀保护等项维护工作，解决了浮动式检修闸门运行管理工作中遇到的实际问题，收到了较好效果。这种方法具有较强的适用性和推广性，为水管单位如何对浮动式检修闸门进行类似的维护工作提供了有益参考。