穿墙式底轴驱动翻板钢闸门止水型式设计研究

王祖祥 WANG Zu-xiang

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310014）

0 引言

穿墙式底轴驱动翻板钢闸门，其除却能够发挥常规性闸门的挡蓄水功能与调节功能之外，在开启位置，挡水门几近“消失”，其针对基本性的景观观察视野不会施加阻挡作用，能够与外部自然环境体系实现程度充分的相互结合，不会阻碍航行过程，不会阻挡正常水流过程，能够发挥双向性挡水技术作用效果，能够支持确保实现针对一定水位高低水平的调节干预，借由对门顶溢流形式的运用能够支持建构形成人工瀑布，且翻板闸门的底轴结构运用基于多支点的支承技术型式，能够广泛性地适应契合不同尺寸的孔口跨度，且孔口跨度尺寸能够被制作成极大状态，且建筑物的上部组成结构可以借由常规技术方法推进开展简化处理，优质化地契合满足现代城市景观设计工作领域的基本需求。底轴驱动翻板钢闸门，现阶段也被引入运用于现代城市防洪技术领域、景区水位保障技术领域、落差河流分段蓄水技术领域，以及其他类型的市政工程项目施工建设技术领域。

穿墙式底轴驱动翻板闸门由底轴（与拐臂相连）、门叶、穿墙止水结构、锁定装置、冲淤系统、机房排水设备、一期埋件、二期埋件等部分组成。很多还设置了联合使用强制电流法和牺牲阳极法的阴极保护系统，解决闸门的长效防腐问题。底轴驱动翻板闸门一般选用液压启闭机操作。液压启闭机可布置水闸的一侧或两侧。两侧布置启闭机时，液压泵站独立配置，通过电气控制实现同步。液压启闭机由液压缸、支承结构、埋件、液压泵站（阀组、油箱、液压泵电动机组）、现地电气控制柜、液压管路、行程控制装置等部分组成。

穿墙式底轴驱动翻板闸门同常规表现类型的平面定轮门以及弧形闸门相对比，其实际需要涉及的止水作用技术部位数量相对较多，其具体运用的止水技术结构较为复杂，需要运用的止水技术型式较为特殊。下面就穿墙式底轴驱动翻板闸门止水展开分析研究，止水布置图参见图1。

图1 穿墙式底轴驱动翻板闸门止水布置示意图

1 根据止水性质的分类设计研究

穿墙式底轴驱动翻板钢闸门，通常为大跨度多支点支承设计型式，因此需要止水的部位也比常规闸门多，由于该门型特有的结构，考虑底轴支承座不均匀沉降以及制造、安装误差等因素影响，为避免底轴转动过程中咬死，底轴轴承与底轴之间、底轴轴承与支铰座之间都留有间隙，底轴与底槛之间、门叶与底轴之间、门叶与轴承座之间、门叶与侧墙之间、底轴与穿墙预埋管之间均设有止水，可分为两大类：第一类为垂直水流方向的止水，第二类为顺河道水流方向的止水。底轴与穿墙预埋管之间的止水属于第一类止水，除此之外均为第二类止水。

第一类止水，由于底轴穿过闸墙伸到启闭机室，底轴与穿墙预埋管之间需要设置可靠的止水，隔断来自河道的来水。这类止水要求很高，最好是滴水不漏。由于闸室侧墙外面是水，闸室内布置有启闭设备及电气设备，且高程较低，如果发生大的漏水量，会导致水淹机房，后果严重。此处尽管布置有抽水设备，以防不测，但不希望有漏水现象出现。

第二类止水，对于大跨度闸门，由于闸门顺河道水流方向止水不严造成的局部少量漏水面，相对于闸门庞大的挡水面积来说，占比甚小，不会对闸门挡水效果有大的影响。有些天然河道由于景观需要抬高水位的工程，是允许且可以接受少量漏水的；有些用水泵抽水到高处形成的人工湖，由于维护费用较高，止水要求就相对高一些。

1.1 底轴与穿墙套管之间的止水设计

底轴与穿墙套管之间的止水属于第一类止水。它是垂直水流方向、隔断闸室内外的止水，重要性远高于第二类止水。穿墙式底轴驱动翻板闸门的穿墙水封止水作用效果最具重要性，其技术结构相对复杂，在执行止水密封技术作用过程中的可靠性，能够深刻影响制约启闭机技术工作室的总体安全状态。在此位置，如果发生渗漏问题，则在情节轻微条件下，通常会显著提升启闭机技术工作室内部的湿度，干预改变启闭机电气技术系统正常稳定工作状态；而在情节严重条件下，能够引致发生漫溢启闭机房问题，诱导启闭机技术系统发生损毁结果，鉴于此种情况，通常需要针对此技术点位设置和运用多重化止水应用技术组件。穿墙套管的止水所用结构形式均为膨胀预压式止水圈和可调预压式止水圈。膨胀预压式止水圈是在止水座环内嵌人中空0型橡胶圈，贴紧其侧面再嵌人矩形遇水膨胀橡胶圈，遇水膨胀橡胶圈膨胀后的挤压力会使中空0型橡胶圈变形，从而使其内、外圈分别压紧在底轴外径和穿墙管内径上，起到止水密封的作用。在迎水侧（外侧）和背水侧（内侧）有不同的设计，临水侧止水由于在河道内常水位下，无法调节，采用膨胀预压式止水圈；背水侧止水在启闭机工作室内，为便于闸门挡水后对止水结构的维护检修，采用可调预压式止水圈。可调预压式止水圈是在穿墙套管的止水座环内嵌人中空0型橡胶圈一道，再加一道遇水膨胀橡胶条一道，再压上可调节压盖，利用压盖螺栓调节压盖的压紧力并作用于遇水膨胀橡胶条和紧挨着的中空0型橡胶圈上，使其与底轴管外径和穿墙套管内径之间保持密封，实现止水目的。这种止水结构，基本解决了闸门启闭过程中底轴旋转时的止水问题，止水效果好。参见图2。

图2 底轴与穿墙套管之间的止水示意图

1.2 底轴与底槛之间的止水设计

底轴与底槛之间的止水属于第二类止水。底轴与底槛之间的止水是将止水橡皮材料运用埋件、座板、压板、紧固件等固定处理到河中底槛位置上，依赖止水橡皮预压在底轴外缘表面，形成线面接触，达到止水密封效果。预压量要综合考虑闸门前后水头或水位差、底轴同轴度、底轴支铰不均匀沉降等因素确定。预压量过大容易造成止水橡皮在底轴转动过程中翻转或撕裂；预压量过小会因预紧力不够漏水。通常有I型和P型两种止水型式，对止水要求较高的，双向止水技术环节选择运用双P型橡皮材料的背靠背组合技术形式，水压越大贴合越紧；单向止水采用单P型橡皮即可。采用I型止水型式的底轴与底槛之间的止水设计，可参见图3，使用紧固件通过压板将止水橡皮直接地固定到预埋的止水座板之上，止水橡皮与底轴外缘之间的预压量可保证门叶沿底轴旋转控制水流的过程中保持底轴与门叶的预压贴合，达到启闭全过程的良好止水效果。

图3 底轴与底槛之间止水示意图

1.3 门叶与底轴之间的止水设计

门叶与底轴之间的止水属于第二类止水。通常涉及两种具体类型的止水设计型式：①门叶圆弧座板与底轴之间周边封闭焊接，门叶与底轴之间的所有连接螺栓，拧入之前加密封胶，能够避免水流从上游侧螺栓孔间隙进入内部，沿着圆弧座板与底轴贴合面之间的缝隙，向下游侧螺栓孔间隙向外冒出。②沿着门叶弧形座板弧面中轴线长度方向，机加工一道长的V型凹槽，安装时在V型凹槽内嵌入0型橡胶密封圈。这样就在门叶圆弧座板与底轴结合处的上下游之间形成了一条门叶长度方向的止水密封带，达到圆弧座板与底轴之间的止水的目的，参见图4。

图4 门叶与底轴之间的止水示意图

1.4 门叶与轴承座之间的止水设计

门叶与轴承座之间的止水属于第二类止水。缘于门叶结构在启闭操作过程中，门叶上的止水相关组件需要伴随门叶结构沿着底轴中心旋转，轴承座组件（包含轴承座、轴承压盖等）与其下部的埋件是连接固定的，在门叶止水组件与轴承座组件相对转动中，门叶上的止水橡皮需在密切贴合轴承座组件接触外表面执行止水摩擦动作，客观上引致在预压摩阻力因素作用条件下，诱导橡皮材料发生磨损和翻转折断问题，客观上引致加工技术难度。门叶与轴承座之间的止水设计，通常有I型和P型两种止水型式，采用I型止水型式的门叶与轴承座之间止水设计，止水范围参见图5，止水剖面与图二底轴与底槛之间止水设计类似。对止水要求较高的，双向止水可运用双P型橡皮背靠背组合技术形式，水压越大贴合越紧；单向止水采用单P型橡皮即可，为避免旋转时逆翻，和调整P型水封悬臂长度，可在P型橡皮的背面加垫刚性板支撑。

图5 门叶与轴承座之间的止水示意图

门叶与轴承座组件之间，由于有相对转动关系的存在，就必须留有间隙，堵住间隙的手段是在门叶上设置止水组件，利用止水橡皮材料的弹性，采用预压方法，达到止水目的，尽量避免轴承座处出现漏水。在设计中应当根据实际工况对相关影响因素全面分析，对技术先进性与经济性进行平衡，这样才能有效地针对具体工程实际进行设计，提高不同工况条件下的设计水平。

1.5 门叶与侧墙之间的止水设计

门叶与侧墙之间的止水属于第二类止水。遵照闸门组件实际所处的挡水技术工位及开启与关闭技术控制要求，通常涉及全位置止水和定位置止水两种具体的止水型式。①全位置止水形式（也称全行程止水形式），即门叶侧向止水与闸室侧墙之间的止水形式为扇形平扫止水形式，实际运用的止水橡皮需要在密切充分贴合墙面条件下基于扇形区域内执行旋转动作过程，客观上指向闸室迎水侧墙的平面度垂直度水平及门叶侧止水作用过程中的技术结构形式均提出较高的具体要求。全位置止水是在闸门启闭全行程中的任意位置都要求侧向止水。门叶与侧墙之间的止水设计，参见图6。图6为插拔式止水结构，根据需要也可以设计成固定的止水结构。②定位置止水是在侧墙上某个特定位置设置微凸止水埋件。当翻板闸门旋转到此位置，止水橡皮预压，达到止水效果。当翻板闸门离开此位置，门叶上的止水组件不与止水埋件接触，不止水。具体设计成全位置止水还是定位置止水，要视具体工程要求而定。

图6 门叶与侧墙之间的止水示意图

1.6 新型弧板底止水结构设计介绍

目前的底轴驱动翻板钢闸门门叶与轴承座之间的止水，大多是根据沿着轴承座外形在门叶上设置门字形止水，由于门叶启闭时止水要随门叶在轴承座上旋转，预压的摩阻力极易使橡皮磨损和翻转折断，同时因止水橡皮需贴紧轴承座止水工作面旋转，因而对轴承座止水工作面与底轴旋转中心的同轴度要求较高，加工和安装难度较大。门叶与轴承座之间的止水带个数与河中轴承的个数相同，漏水点多，水封拐弯多，容易漏水。

为了避开门叶与轴承座之间漏水问题， 在门叶上设计高于轴承座之上的止水弧板和固定于底槛的水封接触，形成一线紧密的易于止水的直线型止水带，达到降低制造安装难度、达到优良的止水效果。参见图7。底轴驱动翻板钢闸门弧板底止水结构作为一种新型止水结构，已首次成功应用于杭州第19届亚运会工程—杭州市富阳北支江水上运动中心的上游水闸船闸工程上。

图7 弧板底止水结构设计示意图

2 结语

穿墙式底轴驱动翻板钢闸门的止水设计，是该门型设计非常重要的一环。有的工程需要的是定位置的止水，有的工程需要启闭过程中门叶旋转全位置止水（即全行程止水），要在充分分析工程不同工况及水位组合的基础上，根据实际止水需要，确定单向止水还是双向止水以及具体的止水型式。图1至图6止水设计已经成功应用于淮安里运河控制工程翻板闸、宁波梅山水道内河侧翻板闸等多个工程上，使用效果良好。图7作为新型止水型式首次应用于杭州第19届亚运会工程--富阳北支江水上运动中心的上游水闸船闸工程上，使用效果满意。底轴驱动翻板钢闸门应用前景十分广阔，该门型止水系统的适应性与可靠性方面，还有完善的空间。