水利工程横向移动拦河闸技术研究

吴鸿坤

(广东肇庆市水利水电工程有限公司，广东 肇庆 526000)

拦河闸是通过对河道水流进行拦截的方式来提升河道水位，调节河道水流量的一种挡水装置。拦河闸通过抬高水位、形成水库、调节径流和集中水头等，达到对河道水位的控制，以此来实现防洪、供水、灌溉、水力发电和改善航运等功能。传统的拦河闸是由拦河坝和闸门共同构成的，通过拦河坝来进行蓄水，然后通过对闸门的控制来实现对蓄水水位的控制。近年来，将拦河坝和闸门合二为一是一种全新的拦河闸坝模式。通过闸门来实现拦河和对水位的调节，大大简化了拦河闸坝的整体结构，减少了拦河闸坝的修建时间。

1 研究目的

现阶段闸门都多是横跨于河道上的，通过将闸门上下升降的方式来实现闸门的开启与关闭，要实现闸门的功能就需要在拦河闸上方建造一道横跨河道的工作桥，这种情况会对航运通行的船只高度带来一定的限制，影响了河道原有的航运。同时这种闸门不具备对河流中的浮游垃圾不具备引导并收集的作用，不利于环境的保护。

2 设计步骤及内容

2.1 技术方案

横向移动拦河坝技术是在现有的技术存在的问题的基础上来进行设计的一种新型的工程用拦河闸设计方式。该横向移动拦河闸技术是通过若干个单元门组合而成，主要有活动门扇和固定门扇以及传动箱三个组成部分。其中固定门扇安装到传动箱的一侧，然后将活动门扇滑动的安到固定门扇上边。在固定门扇上边从上到下设计了若干的排水条孔，通过泄水孔来控制通过水流的流量和水流速度，然后可以利用其产生的动能进行发电等一系列的活动。泄水孔可以通过挡水盖来对其实现开关进行控制水流量来实现控制下游水流量的作用。通过泄水孔位于两侧的方式将河流中间的悬浮垃圾引导到河流两端，方便对垃圾进行处理。当有船只要通过拦河闸时就可以通过直线电机使活动门扇左右打开，使船只通过。一般情况都会设置两个拦河闸的方式来形成一个缓冲区，通过调节缓冲区的水位来使船只顺利通过。

2.2 设备构成

该横向移动拦河闸设备由21个部件构成，如图1～图7所示。

活动门扇，活动门扇的设计主要是为方便过往船只通行的，一般情况会设置两道拦河闸的方式使两个闸门之间的水位可以上下变动，通过改变水位的方式来实现船只能够顺利的通过拦河闸。

固定门扇，固定门扇是位于活动门扇两侧的，在固定门扇上设计有若干个泄水孔，通过泄水孔来控制水流量以及水流速度。同时活动门扇通过T形滑槽和T形导轨与固定门扇进行连接，通过直线电机的控制来实现活动门扇的横向移动的功能。

传动箱，传动箱是整个拦河闸的动力传输装置，通过传动箱来进行动力传输，控制活动门扇的开关以及控制泄水条孔的开关。同时传动装置可以实现对每个泄水条孔的单独开关来改变水流的流量和流速。

泄水条孔，泄水条孔是控制水流量和水流大小的主要装置。泄水孔设置在两侧的固定门扇上，左右两边的固定门扇上各设置了13个泄水条孔，通过对泄水条孔的开关数量的控制能够有效地控制排水的水流量，且泄水孔的两端大小是不一样的，上游端的孔面积要大于下游端的孔面积，使整个泄水孔呈梯形的结构，来实现将流过泄水孔的水流进行加速的作用。同时在泄水条孔的下游端可以安装相应的涡轮等设备来实现水力发电等功能。

挡水盖，挡水盖位于泄水孔的上游端，通过转轴与传动箱连接，通过控制挡水盖来实现泄水孔的开关，同时通过控制挡水盖开关的数量来实现对泄水孔的开关数量的控制，进一步实现对水流量的控制，起到对流量的调节作用。挡水盖通过转轴与传动齿轮箱连接，通过传动齿轮与传动齿套结合的方式，并通过传动电机来对挡水盖的开启与关闭进行控制。

复位弹簧，复位弹簧是套在转轴上的，其中一段与锁定块固定连接，另一端是与传动箱内壁进行连接。复位弹簧在自然状态下是支撑固定块套在传动齿轮上的。复位弹簧主要的作用就是使锁定块能够有效地回到位置对传动齿轮进行锁定。

锁定块，锁定块是固定在复位弹簧上边的，在自然情况下，会受到复位弹簧的支撑，将锁定块套在传动齿轮上。锁定块的主要作用就是对传动齿轮进行锁定，防止传动齿轮产生转动。锁定块的外围是正方形结构，内部则是与传动齿轮箱吻合的结构，通过这样的结构来限制传动齿轮的转动。

传动齿轮，传动齿轮是固定在传动轴上的，自然状况下，传动齿轮是处在锁定块内部并被锁定块锁定的，当传动齿套将锁定块往后压时使传动齿轮与传动齿套结合进行动力的传输。传动齿轮是通过传动轴连接在挡水盖上的，通过对传动齿轮的转动来实现对挡水盖的开关控制。

传动齿套，传动齿套是圆柱形的结构，一段设置有与传动齿轮相匹配的传动孔，另一端则是设置了齿轮，传动齿套的长度是从上往下逐渐递增的，且相邻的两个传动齿套之间的长度差是大于锁定块的厚度的。传动齿套通过锥齿轮与传动电机连接来实现对传动齿套的转动。

锥齿轮，锥齿轮的作用是将传动齿套与动力电机进行连接，通过动力电机来带动传动齿套的转动。

滑动块，滑动块是通过导槽与滑轮的方式连接在固定块上的。通过对滑动块的移动来实现对传动齿套与传动齿轮的控制。针对挡水盖的开关的动力装置与动力传输装置都是设计在滑动块上的，通过移动滑动块来实现传动齿套和传动齿轮连接数量的控制。在该设计中，滑动块的移动可以分为13个档位，来实现对泄水孔开关数量的控制。

固定块，固定块是在传动箱内部连接滑动块的装置。固定装置设置有导槽，利用滑轮来实现滑动块的移动。固定块上设计有专门的凹槽，与滑动块相匹配，来实现对泄水孔开关数量的控制。

滑轮，滑轮是连接滑动块和固定块的装置，通过滑轮在导轨上的移动来实现滑动块能够在固定块上移动。换轮的作用是使滑动块在移动的过程中更加省力，减小了对直线电机功率的要求，保障了滑动块的顺利移动。

导槽，导槽的作用是对滑动块移动方向的一个固定，滑动块通过导槽的移动只能是左右移动的方向，保证在滑动块上的传动齿套能够与传动齿轮进行有效的结合。

动力电机，动力电机的主要作用是为泄流孔的开关提供动力，通过动力电机来实现对挡水盖的开关来实现对泄流孔的开关。在这过程中，动力电机通过正转或者翻转的方式来控制传动装置的方向控制，进而实现对挡水盖的打开与关闭。

直线电机动子，直线电机动子是位于滑动块上的，通过与直线电机定子的相互作用来使滑动块能够在固定块上移动。同时在活动门扇的T形导槽中也设置了相应的直线电机动子，通过与固定门扇上的直线电机定子来实现对活动门扇的横向移动。

直线电机定子，直线电机定子是位于固定块上的，通过与直线电机动子之间的相互作用来实现滑动块在固定块上的移动。在固定门扇的T形导轨中也设计了相应的直线电机定子，通过直线电机来为活动门扇的横向移动提供相应的动力支持。

T形导轨，T形导轨是位于固定门扇上的，通过与活动门扇上的T形滑槽相连接来实现活动门扇的横向移动，进而实现对活动门扇的打开与关闭。

T形滑槽，T形滑槽位于活动门扇上边，通过与固定门扇上的T形导轨的连接来实现活动门扇的横向移动。

梯形结构，固定门扇的结构是由梯形结构和矩形结构两个部分构成。在一定程度上保证其结构的稳定性。

矩形结构，固定门扇的结构是由梯形结构和矩形结构两个部分构成。在一定程度上保证其结构的稳定性。

图1 一种水利工程用拦河闸结构示意图 图2 图1A处放大图

图3 闸门单元隐藏滑动块和固定快后的闸门单元结构图 图4 图3B出放大图

图5 打开挡水盖后结构示意图图6 图3打开挡水盖后的部分部件结构示意图

图7 固定门扇俯视的剖视结构图

2.3 横向移动拦河闸施工工艺

在对该横向移动拦河闸进行施工建设的过程中，首先要做好前期的规划，根据河道的具体情况以及实际的需求来进行施工设计，根据设计方案来进行现场的施工，施工过程中需要做好河底开挖清理、导流河、围堰以及降排水等相关的前期施工工作来保障拦河闸施工的顺利进行。在进行拦河坝修建的过程中需要做好转孔灌注桩的施工，正确进行护筒的制作与埋设，在泥浆灌注的过程中需要保证泥浆的质量达到相应的质量要求。在进行水下混凝土浇筑的过程中应当及时检查转孔的质量，保证浇筑的顺利进行，浇筑要一次性完成，保证施工的质量。最后是横向移动闸门的安装，安装过程中保证各个零件型号、规格、数量、位置正确，保证安装的质量，安装完成后应当对设备进行及时的检查、调试和验收，查看设备的工作状况是否符合设计的要求，调试验收合格后表示设备安装完成。

3 设备操作流程

3.1 设备具体操作流程

3.1.1 活动门扇的操作流程

一般情况下，需要进行航运的河道都会设置两道拦河闸，当有船只需要经过拦河闸时，可以分为两种情况，从上游到下游和从下游到上游。其中从上游到下游是首先保持两道拦河闸的活动门扇关闭，然后从上游向两道活动门扇之间注水使其水位与上游河道的水位相同，然后通过活动门扇与固定门扇之间的直线电机使上游的活动门扇横向移动打开，船只进入两道活动门扇之间，进入过后，上游的活动门扇通过直线电机控制使其关闭。然后对两道门扇之间的区域进行排水，使其水位逐渐降低，最后与下游河面的水位保持一致，然后打开下游的活动门扇，使船只驶出，这样就实现了船只从上游通过拦河闸到达下游。当船只进入下游之后，直线电机带动活动门扇横向移动来使活动门扇关闭。当船只要从下游到上游就需要先使两道拦河闸之间的区域水位与下游水位保持一致，打开下游拦河闸的活动门扇使船只进入后关闭下游活动门扇。然后从上游向其注水使这个区域的水位与上游回到水位保持一致后打开上游的活动门扇使船只进入上游。通过这样的方式实现了船只在拦河闸坝之间的顺利通行。

3.1.2 泄水孔的操作流程

在改横向移动拦河闸设计方案中，两端的固定门扇从上到下个设计了13个泄水孔，在泄水孔的上游端设计了对应的挡水盖来实现排水孔的开关。排水孔从下往上可以逐渐递增的方式开启，来控制排水的水流量。当要进行排水时，首先根据需求的排水量来得到需要打开几个泄水孔来进行排水工作。确定好需要打开的泄水孔数量之后，启动直线电机来将滑动块移动到相应的位置，在固定块上设计有对用的凹槽，保证滑动块移动到位后能够被有效的固定保证其在接下来的工作中不会产生移动。在这过程中，滑动块上的传动齿套会对对应的锁定块进行横向推压使传动齿套与传动齿轮相结合，待到结合好之后，滑动块上方的动力电机启动，通过带动锥齿轮转动进而带动传动齿套和传动齿轮转动，通过传动轴将挡水盖打开。在这过程中根据实际的排水量需求来打开对应的挡水盖来进行排水。排水结束后，通过控制动力电机反向转动来带动传动装置使挡水盖关闭。挡水盖关闭后，通过直线电机控制滑动块反向引动将传动齿套和传动齿轮分离，在这过程中复位弹簧会推动锁定块回到自然位置将传动齿轮锁定，保证挡水盖处于关闭状态。

3.2 设备优化方案

该横向移动拦河闸技术首先在对河道航运上进行了优化，传统的拦河闸是将闸门通过上下移动的方式来实现船只的通行，这个过程中就需要在拦河闸上修建工作桥来实现闸门的上下移动。工作桥的存在就对通行船只的高度进行了一定程度的限制，使较高的船只无法顺利通行。通过横向移动拦河闸技术设计的闸门不会对船只通行的高度产生限制，一定程度上保证了船只的顺利通行。同时通过两侧排水的方式可以将河道中间的漂浮杂物进行引导，使其向河道的两侧靠拢，方便对河道漂浮杂物的打捞处理。由于泄水孔的打开方式是从下往上来进行依次打开的，所以在一定程度上能够帮助对河道中堆积的淤泥进行排放，能够有效地进行清淤工作。

该横向移动拦河闸技术可以通过在拦河闸上加装水位传感器，水流量传感器等方式来实现对水位，水流量等的实时监控，通过智能操作系统来实现对拦河闸的排水以及通航进行远程操作。通过这种方式能够优化对拦河闸的控制。由于该技术所使用的部件都是可以独立拆分的，所以在维修更换方面，可以对损坏或者老旧的零件进行单独的拆修，不会对拦河闸的功能产生影响，保证了拦河闸的正常使用，同时也在一定程度上减少了拦河闸在使用过程中的开支。

3.3 设备使用路径

该横向移动拦河闸技术能够适应于多种水利工程的要求，本文仅用一种使用方式来对其进行了详细的使用流程介绍，在使用过程中可以根据实际的情况，在符合该设计的基础逻辑上进行相应的变动和改进，适用于多种水利工程中的应用。

4 结语

文章通过对一种新型的拦河闸技术进行了介绍，介绍了该设计的设计思路、设计流程和具体的操作流程，并对该设计在工程用拦河闸的通航操作方式和排水操作方式分别进行了详细的介绍。通过这种横向移动拦河闸设计能够在一定程度上保证船只的通行，不对通行船只有高度方面的限制。同时通过两侧排水设计的方式能够在一定程度上对河流中的漂浮杂物进行引导，使其向河道两侧移动，方便打捞工作的进行。