水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水、泄水的双重作用，在水利工程的应用中，主要通过闸门的启闭控制流量和调节水位，担负着拦蓄和汛期排洪的功能。传统的平板闸门和弧形闸门都有较高的上部启闭设备。而新型倒挂式平板钢闸门+液压启闭机以整体自重小，电机功率小，开启度相对较大。启闭设备占用上部空间小的优点，打破了常规平板闸门启闭方式，不但运行稳定，而且操作简单方便，体现了水利工程的现代化，特别是在我国南方地区多次应用，北京地区尚无此种启闭方式的闸门，因此，根据工程的实际需要，本次设计闸门采用倒挂式平板钢闸门的型式。
1.1工程简介
绣漪闸位于北京市海淀区颐和园内绣漪桥下，为三孔平板闸，闸门每孔宽4m，高2.5m，经多年运行，闸门绣蚀破损严重，并且无启闭设备，正常使用不便。
2011年“6.23”大雨及2012年“7.21”大雨，昆玉河水位持续升高，接近最高运行水位，给北京城市河湖防汛安全带来极大的威胁。经多次现场踏勘研究，颐和园内的昆明湖和丰产湖具备调蓄北京西部城区雨洪的能力。通过操控绣漪闸，将洪水引入昆明湖，有效缓解西部雨洪，保证城市河湖行洪安全，同时，也回灌了地下水，使河湖水资源得到有效利用。为此，需对现状绣漪闸进行改造，恢复其正常使用功能，同时，闸门又位于颐和园内，闸门的启闭型式还要与周边环境及园区管理相协调。最终，经过方案比选，确定采用倒挂式平板钢闸门+液压启闭机型式对现状闸进行改造。
1.2方案比选
根据绣漪闸所处的地理位置、使用条件及运行管理要求，闸型需满足：建设期对周边影响最小、对原有结构扰动最小、日常维护及运行管理方便、满足园区的景观要求等。
翻板式钢闸门+液压启闭机型式也为近年前的一种新型闸门型式，闸门及启闭机均卧于桥下，不影响桥面以上景观，闸门开启时整体卧于底上，过流能力较大，但此种闸门适合于新建工程，现状绣漪闸为改造工程，闸墩即为原有绣漪桥桥墩，若采用此种闸门，需拆除原有桥墩，断桥断路，工期较长，阻碍颐和园游客游览的正常通行，建设期协调工作难度大，运行期检修不方便。
倒挂式平板钢闸门+液压启闭机型式改变了原有平板闸门的启闭方式，液压油缸置于闸门上，闸门开启时，油缸带动闸门向上爬升，杆件维持不动，节省了启闭机上部空间，根据本工程实际情况，采用此类型闸门，开启度可达到1.4m，且无需扰动桥墩结构，采用原有闸门槽即可完成改造任务，施工期不影响桥梁上游客的正常通行，竣工后可满足园区景观要求，检修、运行较为方便。
经过以上综合比较，本工程采用倒挂式平板钢闸门+液压启闭机型式最为合适。
1.3工程布置
现状闸位于桥下，拆除重建施工难度大，投资高，故现状闸墩和底板维持不变，闸室3孔，每孔净宽4.0m，中墩长6.3m，边墩长8.0m，迎水面均设有门槽，门槽宽0.26m，深0.2m，门槽距闸墩上游端约为0.9m。
拆除原闸门及北侧人行道钢板，新建钢筋混凝土启闭机平台沟槽，底高程与桥面高程齐平，沟槽盖板顶高出桥面1.0m，宽1.6m，闸门为双向挡水闸门，可双向分洪。在桥头西侧布置现地控制柜，电源引自南闸管理房，增设自动化监控，实现自动化管理。
1.4闸门设计
⑴ 结构型式
根据现状门槽的型式及尺寸，宜选用平面闸门。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于钢闸门具有自重轻，承载力大，性能和质量稳定，施工和维护简单，有一定代表性，可减少启闭设备的投资等优点，本工程选用平面直升钢闸门。由于现状门槽宽仅0.26m，又无扩宽的条件，故采用滑动式行走支承。
三孔钢闸门均为双吊点布置，闸门为3孔4m×2.5m。
⑵ 止水
本工程为露顶闸门，止水部位多侧止水和底止水。止水材料要求富有弹性，并有足够的强度。本工程采用橡塑复合止水，此种止水是将聚四氟乙烯贴合或喷涂在普通止水橡皮密封面上而成的止水型式，具有耐磨，低摩擦系数等优点。本次闸门止水设计采用双向止水。
1.5启闭系统设计
⑴ 启闭机选择
本工程座落在颐和园内，启闭设备的选择原则为启闭设备不外露，不设置高大的启闭机室，不影响周边景观效果。据此，本工程选用倒挂集成式启闭机，启闭设备尺寸小，放置在启闭平台与侧墙和盖板组成的沟槽内，沟槽深度1.4m，高1.0m。该启闭机具有结构简单，安装方便，现场接通电源即可工作的优点。
⑵ 启闭系统结构
使用的驱动装置是新型的液压启闭机型式，由油缸、油泵、集成插装式控制阀组、电机等零部件组成。电机带动双向油泵运转输出高压油，经控制阀组溢流阀调压后至两个油缸活塞腔，推动活塞杆伸出闭门，两个有杆腔回油经液压锁、同步阀集流后到控制阀组内液压锁、节流阀回油箱使得两油缸闭门时同步。电机反转后，活塞杆缩回启门，工作原理同前。调节溢流阀可调整启闭力大小，调节节流阀开口可调整启闭速度。本启闭机带双向液压锁，因此在任何位置均可锁定。
为保证钢闸门启、闭的正常运行，特别设计了一套完善的电控系统：人机界面显示器、PLC控制器、数字式智能开度仪、外置（或内置）高分辩、抗干扰位移传感器等。控制柜面安装的数字式智能开度仪能实时显示钢坝两侧启闭机油缸行程，还能用于设置各侧启闭机开启到位、关闭到位值；人机界面能显示闸门的运行状态，设置PLC内部参数，显示电气控制系统及钢坝闸门运行的故障信息；控制柜中的系统留有远控通讯接口（以太网或RS485串行接口），留有变频器安装空间及接口，必要时可以进行安装变频器控制电机运转速度的系统升级改造，形成位移传感器实时采集两侧启闭机油缸的行程差，PLC系统经过程序计算，输出控制信号来控制变频器输出频率，变频调节油泵电机转速，以调节油缸各自的运行速度来消除两缸活塞杆的行程差。达到闭环负反馈纠偏、油缸同步运行的快速准确的控制。
液压系统另可按用户要求配备应急手动油泵装置，如由于停电或其他故障可以手动操作，操作力只需5Kg，这样可更有效地保障闸门的可靠运行。
1.6电气设计
1.6.1电气一次
（1）用电负荷
本工程闸站主要功能：分洪、补水。负荷电压均为380/220V。
闸站周围设置4组户外照明路灯，单灯100Wx2。采用防爆型，灯杆高度为6米。
（2）电源设置
按负荷情况在现有南闸管理房内引出。
1.6.2电气二次
本工程自动化系统包括3个子系统：闸门监控子系统、视频监控子系统、通讯系统。
（1）闸门监控系统
闸门监控系统采用现代工控技术，通过上位机和 PLC实现对钢坝闸液压系统自动化监控和管理。其结构主要是由PLC作为采集和控制设备,并由上位机负责运行管理。
通过无线通讯方式发送采集的闸门状态，水量参数，电气参数等，并接受监控中心的远程指令，对闸门控制进行操作。
（2）视频监控系统
1）图像监视点的设置：图像监视点(共2个监视点)设置如下：在闸上下游侧各设置1 台室外快球摄像机。
2）系统组成：系统主要由视频编码器、视频矩阵、摄像前端设备、工作站、监视器等组成。视频信号通过ADSL连接视频编码器上传至网络服务器，并经网络服务器将监控图像发布在网络上，提供远程访问服务。
论文作者:张伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/25
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