关键词：漕河渡槽排冰闸；金属结构设备；设计；防冰冻
1. 概述
漕河渡槽工程是南水北调中线京石段应急供水工程中一座大型交叉建筑物，总干渠穿越漕河采用高架渡槽型式，漕河退水闸中心线与总干渠中心线交叉角度60°。退水闸由上游连接段、闸室、退水渠、扩散段四部分组成。在退水渠直渠段末端建一座排冰闸，排冰闸闸门采用平面定轮钢闸门，启闭设备采用固定卷扬式启闭机。在退水闸前总干渠上设置一道拦冰索，使浮冰能顺利导入退水闸，保证顺利排冰。
2. 方案设计
在漕河退水闸处增加排冰功能，共有两种设计方案：
方案一：改造原漕河退水闸方案
原漕河退水闸设两道闸门，一道事故检修闸门，一道工作闸门，均为平面定轮钢闸门，单吊点，采用固定卷扬启闭机进行启闭。
将原来的工作闸门更换为带舌瓣闸门的平面定轮钢闸门，钢闸门启闭机为固定卷扬启闭机，舌瓣闸门启闭机为液压启闭机。本方案闸门需布置成双吊点启闭机，因此原有的退水闸启闭机排架需拆除重建，工作闸门启闭机需更换。并且在退水闸的渠首布置排冰闸，由于闸下退水渠较长，坡度较缓，再加上排冰时水深有限，可能会造成冰块的堆积，影响正常的排冰功能。
方案二：在退水闸下游新建排冰闸方案
在原退水闸下游，退水渠的直渠段新建排冰闸。此位置上游有退水闸阻断水流，施工过程不影响总干渠正常输水，排冰闸功能单一管理方便，排冰闸平时处于完全开启状态，对原有退水闸功能没有任何影响。
排冰闸的闸门形式多样，可采用下沉式平面定轮钢闸门、带舌瓣闸门的平面定轮钢闸门或液压合页坝。
（1）下沉式平面定轮钢闸门
闸门采用下沉式平面定轮钢闸门，启闭机采用双吊点固定卷扬启闭机。平时闸门锁定在墩顶，不影响原渠道的退水功能；需要排冰时，将排冰闸放入孔口中，门顶过冰，通过闸门上下移动控制排冰深度。本方案特点为排冰深度可调节，过冰断面宽，结构简单，管理方便，牢固耐用，投资最少。
（2）带舌瓣闸门的平面定轮钢闸门
闸门采用带舌瓣闸门的平面定轮钢闸门，平面定轮钢闸门的顶部设置舌瓣闸门，平面定轮钢闸门启闭设备采用双吊点固定卷扬启闭机，舌瓣闸门的启闭设备采用液压启闭机。平时闸门锁定在墩顶，不影响原渠道的退水功能；需要排冰时，将闸门放入孔中，通过液压启闭机操作舌瓣闸门高度控制闸门排冰深度。本方案特点是排冰深度可调节，舌瓣门的布置缩小了排冰断面，金属结构布置相对复杂，设备相对较多，管理维护工作量较大，投资相对较高。
（3）液压合页坝
液压合页坝门叶布置在闸孔挡水，启闭设备采用液压启闭机。平时闸门塌坝，塌坝时闸门与底板齐平，不影响原渠道的退水功能；需要排冰时，闸门立坝挡水，闸门顶部排冰，通过调节合页坝的开启角度控制排冰深度。本方案同样排冰深度可调节，不设启闭机排架，液压元件较多，管理维护工作量大，需在闸墩旁设置液压站管理房，投资最高。
综上所述，因本工程只用于冬季排冰，使用时间相对较短，从管理维护及投资等方面考虑推荐方案二中的下沉式平面定轮钢闸门，其优点为排冰顺畅，结构简单，排冰深度可调节，排冰断面宽，管理维护简便，不影响原退水闸功能，施工方便，投资少。
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3.金属结构设计
3.1设备设计
排冰闸共1孔，设置1扇排冰闸门，采用下沉式平面定轮钢闸门，孔口尺寸4.5×4.8（宽m×高m），渠道设计水位66.024m，排冰闸最高挡水位65.524m，最低挡水位64.524m，闸底高程60.720 m。由于门顶过冰，需有一定的排冰深度，因此选取设计水头为5.3m。闸门采用板梁焊接结构，主梁等高布置,主横梁为焊接工字形截面组合梁。闸门顶部过冰处，设置导流板，导流板平直段伸出闸门下游半米，以使浮冰平顺通过闸门。为保证闸门处过冰断面与渠道同宽，且启闭机吊头及钢丝绳不浸泡在水中，闸门顶部为凹槽型设计，在二期门槽深度范围内布置吊耳并且吊耳高出闸门顶部一定高度。闸门为前封水，采用P型水封，水封入槽时具有一定的预压缩量，以保证封水良好。主轮采用悬臂轮，轴套材料为工程塑料合金，为保证主轮受力均匀，且可适当调节，轮轴采用偏心轴。启闭设备采用1台固定卷扬式启闭机，双吊点，容量为2×160KN，扬程为9.0m，自重6.0t。启闭机配1套闸门开度仪和荷载限制器。闸门的操作条件为动水启闭,局部开启。
平时闸门锁定在墩顶，不影响原渠道的退水功能；需要排冰时，将闸门放入孔口中，然后将渠首退水闸提起，根据渠道中水位情况上下移动排冰闸门，使门顶过冰保持在合适的深度。排冰水位可调节范围为1.0m。
3.2设备防腐
1. 钢闸门采用喷锌加涂料的防腐方式，埋件外露表面采用不锈钢，不需防腐。钢闸门先进行金属热喷涂，然后用涂料封闭保护其表面。金属热喷涂保护所采用的金属材料选用锌丝，其含锌量应大于99.99％，喷锌厚度120um，中间漆为环氧云铁防锈漆，厚度80um；面漆为厚浆型环氧面漆，厚度为200um。
2.启闭机表面采用涂料防腐。
3.轮轴、吊耳轴均采用镀铬防腐，联接螺栓、螺母均镀锌。
4.埋件与混凝土接触表面涂刷特种水泥砂浆。
5.防腐技术要求应符合SL105现行规范要求。
4.防冰冻设计
本闸为冬季运行，为了防止运行期间闸门与埋件冻结，设置一套闸门槽热气融冰设备。本设备采用热气循环原理对门槽进行加热，从而达到融冰的目的。本装置的优点为：一、加热介质为空气，干净清洁，不会污染水质；二、设备小巧，布置简单，不会占用大量空间；三、可以控制加热温度，达到恒温恒压运行，防止止水橡皮等设备过热损坏。
闸门槽热气融冰设备由控制系统、循环热风机、门槽埋件及各种传感器和阀件组成。闸门埋件两侧设融冰空腔，上端引出两根气管敷设到启闭机房，启闭机房内设控制系统和循环热风机，并在必要的位置设置压力传感器、温度传感器、控制阀组等设备。
循环热风机加热的空气通过进气管吹入门槽空腔内，使门槽加热融冰，空气在闸门槽空腔内循环后，从出气管返回循环热风机内，进行再次加热后再次送人门槽空腔内。如此循环往复，通过对闸门槽不断加热，融化闸门与门槽间的冰体，使闸门与闸门槽不发生冻结。本设备由控制器进行控制操作，控制器内装有超温自动保护装置、温度异常报警装置、电机过载保护装置、工作状态指示装置等安全装置。通过温度传感器采集温度信号，经控制电缆至超温自动保护装置、温度异常报警装置，当采集温度高于设计设定温度时，控制器控制电源对闸门槽热气融冰装置进行自动断电保护及报警。电机电缆处设置电流互感器，通过采集电流信号，经控制电缆至电机过载保护装置，当电流信号高于设定值时，对闸门槽热气融冰装置进行自动断电保护。
本设备是一种安全、节能、环保、经济、高效、管理运行方便的新型门槽融冰设备。
5. 结语
根据南水北调中线总干渠运行要求，总干渠及沿线建筑物需要常年输水。冬季温度较低时采用冰盖输水模式。春季天气转暖后，冰盖逐渐消融，从而在渠道内产生大量的冰花、冰凌、碎冰、冰块。
岗头节制闸前曾出现浮冰堆积的状况，给节制闸的工作造成影响，进而影响总干渠的正常输水。而漕河退水闸位于岗头隧洞前，退水渠连接退水闸与漕河，且退水末端为陡槽，具备了排冰、储冰的能力，基本能承担排冰的任务。
参考文献：
[1]《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL 74-2013）；
[2]《水利水电工程启闭机设计规范》（SL 41-2011）；
[3]《水工金属结构防腐蚀规范》（SL 105-2007）；
[4]《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》（GB/T 14173-2008）；
[5]《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》（SL 381-2007）；
作者简介：王丽娜（1988-），女（汉族），天津人，工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作，
Tel：13821269399，Email: 634074021@qq.com
论文作者:王丽娜
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：闸门论文; 水闸论文; 漕河论文; 启闭机论文; 设备论文; 启闭论文; 干渠论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;