溢洪道闸门的可靠性

２００２年４月　水利水电快报　ＥＷＲＨ｜　第２３卷第８期　ｒ……～、　；水工建筑物｛　～…　ｈ．，“　｛　文章编号：１００６　００８１【２００２）０８　００３０—０３　溢洪道闸门的可靠性　［英］杰克・莱威等　摘要：溢洪道闸门是一十水库或走坝系统中最重要的组成部分．闸门运行的可靠性对于走坝安奎至关　重要。介绍了为什幺应密切关注溢洪道的设计、维护和运行等问题。　主题词：溢洪道；闸设计；运行可靠性；建筑物维修　中图分类号：ＴＶ６６３　文献标识码　Ｂ　在某些特别情况下，尤其是在前苏联，溢流底孔　２．闸门推力仅需依靠２个轴承传递．而该轴承　往往都设计得比较大，足以宣泄洪水。然而，在绝大　可以设置于水面以上；　多数情况下，要求溢洪道能下泄入库洪水。当出现自　３．所需提升力比垂直提升式闸门小；　流溢流堰较长．或者出水高度较大时，装有闸门的溢　４．机械结构简单；　洪道是比较经济的解决办法。　５．不需较高的坝顶上部建筑物。　特别在发展中国家，人们更偏爱使用自流溢流　其缺点为：　堰，从而排除了电路或机械故障，以及人为误操作等　１．导水侧墙须向下游延伸以便在某一高度安装　风险。　闸门轴承等附属装置；　对于大型挡水坝，溢洪道通常按能够通过不小于　２．负荷按集中荷载形式由闸墩承受。　１０　０００　ａ一遇的洪水设计。在英国、美国、澳大利亚和　大部分弧形闸门由电动机通过多级减速齿轮传　其他国家，对于较大的大坝及主坝，在设计时往往采　动装置牵引缆索进行启闭。虽然液压缸的使用日益　用可能最大洪水值（ＰＭＦ）。可能最大洪水与１０　０００　ａ　广泛，但对大型闸门也常使用启闭链装置　一遇洪水之间并不存在准确的固定关系，但可能最大　在一些已建成安装的溢洪道闸门中，如斯里兰卡　洪水的峰值往往大约是ｌ０　００Ｏ　ａ一遇洪水峰值的两　的维多利亚太坝，其闸门本身是平衡的，在重力作用　倍。　下开启，并依靠动力关闭。在此以后的闸门型式多为　在英国土木工程师学会编辑出版的《洪水与水库　弧形自动型或者缆索类闸门，这种闸门是通过缆索与　安全指南》中，建议在设计闸控溢洪道时，至少应有２　水室中的平衡锤相连，水室由水库的水充满，以减少　扇闸门。而许多工程师往往至少设计有３扇，以便在　平衡重量。这两种类型闸门均需要较宽大的闸墩以　１扇闸门因检修或其他原因而无法正常使用时，其余　便满足闸门操作的移动、变位及配重。在重力作用下　２扇闸门可通过７０％的设计洪水　在估算闸门的冗　开启并利用动力关闭的配重闸门大部分使用油压泵，　余需求时，通常应考虑备用闸门操作是否灵便．在得　不需要较宽的闸墩，但此类建筑物似乎并不多见。　到洪水预警及洪水初期时是否可迅速完成易损部件　仍有一些修建年代较久的太坝，如尼罗河上的森　的维修　以及在洪峰期间所有闸门可全部开启以宣　纳尔大坝，是采用垂直提升闸门控制溢洪道泄洪。由　泄洪水。　于弧形闸门的优点，最近３５　ａ以来已很少采用垂直提　弧形闸门因其具有如下优点而往往成为首选：　升闸门。　１．没有门槽；　极少数溢洪道闸门采用底部绞链的溢流式翻板　收稿日期：２００２—０３．２０　・３０—　维普资讯 http://www.cqvip.com

［英］杰克－莱威等溢洪道闸门的可靠性　闸门，埃塞俄比亚的莱加达迪大坝即是如此。翻板闸　接于闸门面板的上游侧，这导致缆索或链索长时间浸　门需要精确的平滑水槽侧墙，以确保有效的侧向密　泡在水中，因腐蚀而发生破坏的现象时常发生　与此　封。如埋入钢板，则接触面必须采用不锈钢，　防止　同时，碎片残屑也会嵌入面板与提升缆索之间。因而　腐蚀。如采用平滑而精确的混凝土密封面，将会引起　对闸门表面须进行局部防护以防卡住。　密封条的迅速磨损。基于上述原因，要使铰链达到良　液压操作的液压缸可直接　较大的牵引力缓慢　好的槛室密封存在较大困难，因而此类闸门很少使　运行，而省去了电动机、刹车装置、庞大的多级齿轮减　用。　速箱和卷扬机滚筒。　１设计标准　溢洪道闸门安装工程既有成功的经验，亦有失败　的教训及惨痛的灾难，还有一些难　解决的难题．例　溢洪道设计有两种标准，一种是由美国陆军工程　如：　师团编写。其中详细叙述了溢洪道弧形闸门的设计　１．寒冷季节的冰冻问题，以及防止闸门结冰的　方法。另一种是德国１９９８年的标准（ＤＩＮ１９７０４第１　加热系统故障；　部分），它涉及到所有水工闸门的设计与计算。在　２．密封漏水问题，它将导致闸门振动　及在冬　ＤＩＮ手册１７９（水工控制结构）中，还扩展到对于其他　季引起闸门结冰；　设计和运行要素的范围，并包括对闸门启闭机的基本　３．提升机构故障、供电总干线故障，　及备用发　需求。　电机组的起动和运行故障；　德国规范在设计中主要是基于极限状态原理，而　４闸门振动问题；　在美国陆军工程师团编写的规范中，设计时主要是考　５耳轴承问题，限位开关的功能，　及缆索破　虑荷载与阻力因素。　损，因链索锈蚀而导致链条与链轮齿连接故障等；　在闸门面板后面通常设有水平横梁及垂直肋板　６闸门滞后开启，溢流漂浮物对闸门臂的损坏；　以提高强度，而大型闸门通常需使用水平与垂直加强　７积水对闸门端臂及主水平梁的腐蚀（因无尺　梁，但无论何种形式的结构，都是将闸门上的负荷传　寸足够的排水孔）；　递到支臂上，支臂与闸门水平梁等一起形成门架结　８控制系统故障。　构，闸门支臂汇集于支座枢轴。　特别是备用发电机紧急运行次数相当少，平时经　通常，闸门两侧各设２根支臂，大型闸门采用３　常测试，至少每两周进行一次，以确保在需要时能投　根，而对于面板面积达３００　ｍ２的特大型闸门，甚至可　入运行。　用４根支臂。也有个别例外，闸门两侧支臂采用单根　上述问题已造成不良后果，因程序问题或人为失　楔型断面梁。闸门支臂为垂直方向联接。在美国，也　误而造成闸门操作错误。溢洪道闸门的开启常常会　有在靠近闸门面板连接处采用十字撑型闸门支臂，以　引起下游淹没，甚至会危及生命。在某些情况下．在　承担当一例出现悬吊等故障使闸门卡住而产生的扭　开启闸门之前，操作人员应请示上级主管部门。若主　矩。　管人员不在，如正好是夜问或者是星期天，或者通讯　支座轴承锚固于闸墩并与支座枢轴横梁邻接。　系统发生故障，此时操作人员责任重大，有时即使采　除较小闸门外（每扇闸门面积在２Ｏ～３０　ｒＩ１２以下），所　取了正确的应对措施，也可能会受到指责。　有支座枢轴横梁基础的典型形式为预应力。但在某　为防止上述问题，将完整而明确的在各种可能情　些情况下，也有使用钢筋混凝土的。　况下闸门操作规程发给操作人员则显得更为重要。　自从美国加利福尼亚州福尔松大坝３号溢洪道　即使最简单的情况，上述规程给出了闸门开度与水库　闸门倒塌后，在全球范围内对支座轴承的设计方法进　水位的关系，但水库中没有高级的流域监测系统，则　行了广泛讨论。随着时间的推移，钢制耳轴销负荷侧　决策将更为复杂。在任何情况下，应由受过系统培训　的侵蚀增加了轴承摩擦力，导致一侧弧形臂支柱的剪　的人员作出必要的决定，因为他们接受了在各种情况　切破坏。在当今设计中，多采用不锈钢轴销和青铜台　下如何决策的教育，同时他们取得了操作程序资格。　金轴承，并添加润滑剂。　比克和格兰特在国际大坝委员会会议上介绍了　操作方式可　由电动机带动缆索或链索提升闸　２０００年中国有关大坝的洪水控制闸门的简要操作规　门，也可采用液压机械方式。　程　他们认为在依赖上游实时数据的较现代化设计　由于电动启闭机布置较简便，缆索或链索常常锚　万一发生故障时该操作规程可起到辅助性作用。　一３１　—　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年４月　水利水电　报　ＥＷＲＨＩ　第２３卷第８期　２中央控制　ｈ）。即便如此，这种方式仍被作为必不可少的备用措　施。　溢洪道闸门的控制通常设一个集中控制室，常常　由于水库安全调研的范围已扩展到附属建筑物，　对１～２扇闸门设一块现地辅助控制盘，布置在闸墩　因而溢洪道闸门设备的可靠性评估已变得更为重要。　上。如果两套装置都能独立地控制闸门，则形成一个　完备的系统。具有可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）的全自　３地震情况　动闸门操作系统的运用已很广泛，有时与遥感系统相　正在调查研究地震情况下的溢洪道闸门的完整　连用于远动监控。遥感信息可以弱电信号传输　性，这与大坝性能和安全同等重要。在地震作用下．　由ＰＬＣ系统给出的洪水演算具有许多优势，因　一旦大坝受损坏，水库水量的下泄能得到最大限度的　为由闸门手动控制得到的洪水演算是凭直觉估算而　控制。　得。这样的操作实践极少，并需对操作者进行训练。　发生在大坝顶部的地面加速度的增强增大了闸　在许多大坝，大多由一名有责任心的工程师对闸门操　门受力。闸门随地震而动，这引起闸门上游侧库水以　作员进行管理。在发展中国家，由于得不到有效的技　一种附加质量作用于闸门。这种因地震引起的荷载　术支持，溢洪道闸门ＰＬＣ控制器并不适用。在所有　和应力可通过相应的静态或动态分析进行计算　操作使用说明中，无论是泄洪或洪水演算，均应做到　当需要考虑弧形闸门重要三维影响时，可用二维　简单、一贯、明确。　模型进行初步估算，并用动态有限元三维分析方法完　按惯例装设备用设备，通常采用柴油发电机组作　成。估算地震对溢洪道闸门结构影响的程序至今尚　为主电源的备用。要求柴油发电机组起动和运行中　无正式控制标准，目前正在通过不同方法进行调研＝　１　ｈ出现的常见故障比例约为１：２５。因此采用两台　现在已认识到地震评估必须包括溢洪道闸门等　发电机组可提高可靠性。部分大坝操作人员认为汽　在内的所有设备装置，例如：高架供电线路（在地震中　油发电机组在起动与运行性能上要优于柴油机组。　通常首先被破坏）、变压器、配电装置、操作盘和提升　能够与闸门提升轴相连的手提式柴油机驱动的备用　设备。　设备可用于所有溢洪道闸门，或移动式油压泵通过液　地震发生后，溢洪道闸门操作通道和通讯都可能　压缸操作闸门。　中断，应及时行动采取防止和保护措施　闸门的维护　常常采用人工提升作为终级备用或用手动操作　与检查应加强，近来溢洪道闸门的风险评估越来越引　油压泵。由于手动方式提升闸门所需时间较长，在紧　起人们的重视。　急情况下该方式的效果受到怀疑（采用轮班工作，以　刘　毅译自英刊《国际水力发电与坝工建设》　手动方式将一扇大型闸门提升０．５　ｍ约需时间１．５～２　２００１年１２月号　沙文彬校　ｃ上接第３１页】　４长江流域干旱的变化趋势探讨　５结语　１９９８年、１９９９年大洪水后，２０００年和２００１年长江流域尤　【ｌ１　２００１年长江流域干旱的发生是大气环流异常造成　其是中下游地区相继发生干旱，其中．２００１年的干旱持续时问　的。　更长，灾害程度更加严重　长江流域这种早涝变化的巨大厦　（２）和建国以来其他典型干旱年相同、梅雨期短、梅雨量　差引人注目。　少是干旱年的共同特征。在环流形势上，大部分干旱年份，副　近年来，黄忠恕教授对所史旱涝资料的研究分析表明．长　热带高压位置偏北，西风带以纬向环流为主。　江流域的旱涝变化可能存在着洪涝期（洪涝相对频繁）和干旱　（３）具体到各个干旱年份．虽然总体降雨均偏少．但由于　期（干旱相对频繁）的交替变化。在近百年的早涝变化中，洪　降雨分布差异，水情状况也有所不同。　（４）按照可能存在的洪涝期和干旱期的分析，２０００年和　涝期和干旱期与太阳活动的职黑子周期（约为２２　ａ）有着较好　２００１年长江中下游干旱极有可能是年代际变化即洪涝期向干　的对应关系，其中，建国以来．托江流域在１９５８～１９７９年曾有　旱期转化的征兆。　过一段干旱频发期，１９５９年、１９７２年、１９７８年均为建国以后的　（５）在干旱的趋势预测上　年代际变化的研究具有极其重　典型干旱年份；而１９９８年和ｊ９９９年属于１９８０年开始的洪涝　要的意义，需要加大研究力度，尤其是对可能存在的洪涝期和　期的末期。当然，这种统计美系尚有待进一步深＾分析论证。　干早期的变化进一步深＾分析　・３２・　—＿■—■　疆隧