三角闸门运行过程中主要故障分析及思考——以大治河西枢纽二线船闸为例

戴文渊 上海市港航事业发展中心

三角闸门因其能承受双向水头、利用门缝输水等特点，在船闸上的应用越来越广泛。但其门体大，结构复杂，发生故障的可能性较大。本文首先阐述三角闸门常见故障现象及危害，并以大治河西枢纽二线船闸为研究分析对象，对闸门运行过程中主要故障及相应检测方法进行分析，并有针对性地提出预防措施，对提高大治河西枢纽二线船闸运行保障度具有较大的意义，也可提供其他类似船闸参考。

1.工程基本情况

大治河西枢纽二线船闸地处上海市闵行区浦江镇，是大治河段西段入黄浦江航道的重要控制口门，是上海市“一环十射”高等级航道“大芦线”上的重要节点，也是上海市区95%的生活垃圾通往老港处置厂的咽喉要道。船闸为III级船闸，设计最大船舶载重吨位1000吨级，设计年通过能力2900万吨（单向）。闸室长350m，宽27m，深4.5m，闸首采用净宽27m的三角闸门，是上海地区最大规模三角闸门。工程于2015年9月1日开工，2019年9月底通过交工验收，2020年7月1日正式通航。

大治河西枢纽二线船闸布置在现状枢纽节制闸南侧，与节制闸平行，纵向中心线与节制闸纵向中心线距离127m；外闸首布置在枢纽外河侧，外闸首横向中心线与节制闸交通桥中心线距离100m，外闸首门槛顶高程为-3.20m，内闸首横向中心线与节制闸交通桥中心线距离283m，内闸首门槛顶高程为-2.50m。内外闸首均采用三角门，平面尺度均为33.0×62.6m（纵向×横向），其中口门宽27m，单侧边墩宽17.8m。

工程采用短廊道集中输水形式，每个闸首设置两个输水廊道，廊道尺寸为4.0×3.6m，平均输水时间约为5.5分钟。

外引航道总长度为750m，均为直线段，外引航道净宽76m，可靠泊3列船队，外引航道北侧驳岸较闸首北偏31m，靠泊两列船队，南岸驳岸较闸首南偏18m，靠泊1列船队。内引航道总长750m，均为直线段。北侧驳岸较闸首北偏33m，南侧驳岸与闸首顺直，内引航道净宽60m，引航道南岸靠泊两列船舶，北岸不设靠泊泊位。

工程外河侧设置有趸船一处。船闸外引航道出口与黄浦江连通，出口段航道北侧为二线船闸和节制闸主河道间的隔堤，南侧为二线船闸和闸港间导堤堤头，引航道直线段末端采取圆弧防汛墙与两侧现状防汛墙进行顺接。内引航道与大治河主航道间连接段设置在浦星公路以东，连接段中心线与大治河主航道中心线、连接段中心线与内引航道中心线间夹角均为16.3°。连接段中心线与大治河主航道中心线、连接段中心线与内引航道中心线间均采用转弯半径为640m圆弧顺接，大于4倍设计船型及兼顾船型船长。为便于车辆及人员进出，船闸办公管理设施主要布置在船闸南侧陆域范围内。船闸生产管理区主要包括综合管理楼、门卫、闸上启闭机房等。综合管理楼内主要布置高压开关室、低压配电室、二次设备室、办公管理用房、配件仓库等；总控制室布置在外闸首闸上建筑二楼；门卫布置在大门口附近。

工程内外闸首口门宽度均为27m，工作闸门采用三角门，可利用平潮机会开“通闸”（内外闸首闸门同时开启），提高船闸通过能力，非常时期可利用船闸泄洪，可以兼顾门缝输水，从而减小输水时间，增大通航能力。三角门中心角为70°，面板朝向引航道，面板采用多主梁式圆柱曲面结构闸门面板采用圆柱曲面，使水压力和波浪压力均向心作用，受力合理。闸门采用上下双主横梁，梁系采用网架结构。闸门支承采用顶、底枢静定结构，支承杆夹角为50°。在闸室的迎水面侧的网架杆件外设置防撞结构，以防船只碰撞闸门迎水面的杆件。闸门全开时，门体及防撞结构均位于门库内。闸门门顶设工作桥，当闸门关闭时能沟通两岸的人员交通。工作闸门启闭设备采用卧式液压启闭机，布置在闸首边墩的空箱内，一台启闭机控制一扇闸门，启闭力400kN，行程5.3m。输水阀门启闭机设备采用倒挂式液压启闭机，启闭力200kN，行程3.8m。油缸缸体安装在阀门门叶中，另一端固定在闸首平台的槽内，平时用盖板将槽封闭。工程共设四个液压泵站，分别布置在内外闸首两岸的液压泵房内，每个液压站分别控制就近的一扇工作闸门和一扇输水闸门，液压站采用二组油泵机组，一用一备。

二线船闸黄浦江侧导堤头设置船舶通航尺寸标志，通过LED大屏、广播、微信平台等形式滚动告知通航要求。外河船舶进行报港登记后按秩序在停靠区依次3列靠泊；内河船舶到内河报港点领牌后依次在停靠区侯泊。船闸实行上、下行交替过闸，具体开闸时间根据候闸船舶数量、水位条件等确定。

2020年7月1日上午8点，大治河西枢纽二线船闸正式投运。2020年12月25日～2020年12月30日针对21年运行方案开展了为期7天的24h试运行。

根据《大治河西枢纽二线船闸2021年度运行方案》，二线船闸自2021年1月1日起实施24h通航。

2.三角闸门常见故障分析

2.1 闸门倾斜

2.1.1 故障现象

船闸受自然沉降、高通航量、大型船只不断拖曳撞击的影响，闸门出现明显位移变形，顶枢和底枢拉座的螺栓螺母等固定件松动，闸门跳动量超出标准范围，设备运行不平稳，影响船闸通航安全。

2.1.2 故障危害

1）闸首沉降变形会引起闸门轴线位置发生偏斜，导致闸门漏水更加严重。

2）闸门倾斜会使得底槛与闸门底部之间的距离变小，从而增大底槛复合不锈钢板与底止水橡皮之间的摩擦力，该摩擦力的增大会造成边羊角连接段尼龙止水脱落和固定架变形、闸门运行阻力过大，严重的还可能导致闸门卡死。

3）闸门倾斜可能会导致蘑菇头、密封圈等底枢部件受力不均，从而产生不同程度的损坏。当闸门偏斜较大时，蘑菇头、密封圈挡圈会压迫脱落，底枢轴下层摩擦片可能磨断。

2.2 闸门振动

2.2.1 故障现象

三角闸门的振动问题是一个较普遍的问题，闸门振动有多种表现，主要发生在闸门启闭过程中，在闸门静止时受到水压力影响产生震动的现象也时有发生。

2.2.2 故障危害

1）闸门振动会造成闸门支臂发生强烈振动，出现屈曲破坏，继而影响到整个闸门的工作。

2）闸门振动带动液压启闭机油缸振动，对油缸密封性和稳定行造成影响。

3）闸门振动带动闸门开度仪等观测设备连接松动甚至脱落的现象时有发生。

2.3 闸门异常漏水

2.3.1 故障现象

闸门漏水是水工建筑物中比较常见的现象，但有时因故障会出现漏水量较大的现象。

2.3.2 故障危害

1）闸门异常漏水使混凝土表层长期处于饱和与潮湿状态，在冬季冻融循环的作用下，容易受冻害而出现表层剥落、钢筋裸露、锈蚀等现象。

2）闸门异常漏水会在某些特定水位差时引起闸门振动，造成底枢和顶枢拉座固定螺栓螺母松动。

3.故障案例分析

3.1 故障检测及分析

大治河西枢纽二线船闸在外河水位为2.14m，内河水位为2.82m时，外闸闸门无法关闭到位，此时启闭机电机持续运转，液压缸压力持续为16MPa（正常启闭时，峰值压力约9MPa），溢流阀开启，其他设备均正常。针对该故障，采取了如下检测措施：

（1）检测润滑系统的各润滑点连接是否可靠，是否有油脂渗漏。检测结果为：各润滑管路畅通且连接牢靠，运行时管路无异常震动，管接头处未发生油脂渗漏。

（2）检测各设施设备是否运行正常。检测结果为：启闭机电机持续运转，液压缸压力较大，溢流阀开启，其他设备均正常。

（3）通过水下摄像探摸检测止水是否正常，检测结果为：闸门靠近中止水侧的底水封磨损较严重，长度约1.5m。

（4）开展闸门启闭全过程多点垂直位移监测，监测点如图1所示，1号点、2号点、3号点、4号点分别位于外闸首南侧闸门南端、北端、北侧闸门南端、北端，监测结果如表1所示。

表1 闸门启闭全过程多点垂直位移（单位：m）

图1 闸门启闭全过程多点垂直位移监测点

由表1可知，3号点、4号点在全开至全关的过程中有明显的下降。

（5）检查支承系统有无异常。检测顶、中、底枢拉杆及拉座有无裂纹或明显变形，以及顶、中、底枢调整螺母防松装置是否可靠锁紧。检测结果为：顶枢B 拉杆花蓝螺母产生转动变化，花蓝螺母与锚固螺母之间有14m m间隙。A 拉杆目测未发生变化。经测量，南北两侧顶枢中心跨距为28788mm，比理论尺寸小12mm。用水准仪测量门叶远端跳动值变化31mm。

综合检测结果分析，大治河西枢纽二线船闸运行较为频繁，闸门运行工况复杂多变，船只对门叶的擦碰、运行过程中的细微振动、调整螺母没有可靠的防松措施等多种原因导致花篮螺母出现松动现象，从而引发顶枢中心产生位移，门轴柱旋转中心倾斜，卡阻状态时中止水尼龙板底部与底坎相碰导致门叶无法全关到位。

3.2 故障解决措施

对外闸首闸门顶枢中心进行调整，以保证门轴柱旋转中心铅垂，并设置可靠的螺母防松装置。

为减小螺母调整时对船闸通航的影响，顶枢花篮螺母重新调整拟采用带水调试。

方案1：将门叶全开，此时B杆受力最小，用专用扳手卡住花篮螺母，利用3吨手拉葫芦带动扳手旋转螺母，将花篮螺母与锚固螺母间的间隙全部收完，再检测门叶跳动值，如果跳动值偏差过大，再根据具体数据分析，对顶枢花篮螺母进行微调，直至合格。

方案2：若方案1实施过程中旋转螺母困难，将门叶停留在距全开位约300mm处，利用门库上游侧闸墩墙护角处设置顶门装置，对应的门叶面板上焊接临时挡块，利用100T千斤顶将门叶上顶约5～10mm，使B杆在不受力的状态下进行螺母的调整，在螺母调整过程中扭力增大的同时逐渐上顶闸门，直至调整合格。

考虑到通航影响，采用方案1调整顶枢花篮螺母。

3.3 预防措施

（1）除外闸北侧闸门外，对外闸南侧、内闸北侧闸门顶枢调整螺母均进行了检测，发现均有松动痕迹，但变化均小于2mm，因此除对外闸北侧闸门进行重新复位调整外，对其他顶枢调整螺母也均进行了细微调整。

（2）定期检测顶、中、底枢调整螺母防松装置是否锁紧，螺栓及止动板应无松动。通过给闸门顶、底枢调整螺栓螺母划定位线的方式进行，定期检查定位线是否变化，若调整螺栓螺母松动，定位线就会出现较为明显的移动，对此应及时进行紧固处理。

（3）定期测量闸门跳动量并做好记录和数据分析。在检测过程中，一旦发现跳动量有较大突变，则应加大监测频率，必要时请专业单位进行监测并确定进一步处理方案。

（4）定期开展水下检查，摸排闸门水下部分，掌握底枢各部分的变化趋势，发现重大变化和故障时，及时与专业单位沟通，确定进一步处理方案。

4.结语

本文阐述了三角闸门闸门倾斜、振动、异常漏水等常见故障，并以大治河西枢纽二线船闸为实例，分析其闸门出现故障原因，并提出了预防措施，对提高大治河西枢纽二线船闸运行保障度具有较大的意义，也可提供其他类似船闸参考。