一种挡潮闸双闸门系统及其施工方法与流程

本发明涉及水闸领域，具体是一种挡潮闸双闸门系统及其施工方法。

背景技术：

挡潮闸是内河入海的节制性工程，承担着供水、挡潮、排洪、降渍等多种任务。雨季为了排洪、降渍，挡潮闸需要不分昼夜逐潮水启、闭闸门以抢排涝水，闸门启闭次数为普通水闸启闭次数的数十倍乃至百倍以上，守潮压力大，管理成本高；旱季为提高水资源利用率和降低工程管理成本，往往以设定水位作为闸门调控的触发指针，采用个别时段大流量集中排水，其余时段闭闸的方式控制运用挡潮闸工程，造成河流长期断流。

上述传统水闸调控模式存在以下问题：（1）河流断流造成河流的物质流、能量流的中断，割断了内河、外海两个生态系统的联系，对两个生态系统均有负面影响，典型的例子是鱼类洄游通道被截断，内河、外海两个区域的渔业资源受到损害；（2）河流被截断，水流不通致使污染物得以在某河段排放和聚积，鱼类因无处逃生而大批死亡，食物链断裂，河流生态系统对水体中污染物的提取和转化能力降低，河流污染问题愈发严重；（3）长期闭闸造成的闸前静水环境，使得闸下冲淤与淤积的动态平衡向淤积方向偏移，加重了河道淤积问题，这也成为传统水闸工程的通病。

现役挡潮闸是在传统工程水利思想指导下设计、建造和管理的，是围绕水资源的开发利用这一中心展开的，没考虑到水生态、水环境等其它方面的因素，是一系列问题产生的总根源。近年来，随着河流环境与生态问题日趋严重，放松对河流的控制，恢复河流完整性、实现河流的连续性，发展能兼顾经济、社会、环境全面发展的生态水利已逐渐成为业内共识。传统水闸工程受既有结构形式的限制，技术改造空间有限，一直未能在发展生态水利方面取得突破。目前国内外一些新建的工程如伦敦泰晤士河挡潮闸、荷兰鹿特丹挡潮闸、威尼斯泻湖挡潮闸、苏州河闸等均本着对河流影响最小的原则采用了一些特异结构闸门，但这些工程在调控过程中仍未能摆脱辅助动力和人工干预的成分，也无法对为数众多的现役水闸进行技术移植。

因此，目前缺少一种既打通河道以恢复河流生态，又能满足水资源调控目标，并可对水闸工程实施技术移植的生态化改造技术方案。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种挡潮闸双闸门系统及其施工方法，以解决现役水闸水资源调控与水生态、水环境不能兼顾的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种挡潮闸双闸门系统，包括：

主闸门系统，包括主闸门和启闭机，所述主闸门安装于闸室过流通道设定位置预开设的闸门槽内，所述启闭机安装在主闸门上方，启闭机连接主闸门并提供动力控制主闸门的开启或闭合；

副闸门系统，与主闸门在闸室过流通道上相串联，具有单向过水功能，副闸门系统包括副闸门框、平开闸门、过水孔洞和单向过水的拍门，所述副闸门框固定在闸室过流通道上，所述平开闸门通过门枢安装在副闸门框的下游面，所述过水孔洞开设在平开闸门上，所述拍门铰接在过水孔洞的下游面。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门框平面与底板平面呈向上游侧倾斜的大于等于45°、小于90°的夹角设置。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述平开闸门为中空结构，平开闸门的内部焊接若干道纵向隔板，由纵向隔板分割开的独立密闭空间的内壁黏贴柔性板材，各独立密闭空间设有注水口和配装注水口的塞子。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述平开闸门的1/2高度以下开设2～4个过水孔洞，过水孔洞下游面的口沿上方设有铰链，所述拍门通过铰链铰接在过水孔洞的下游面。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门框包括副闸门底框、两道平行的副闸门边框和副闸门顶框，副闸门底框垂直于水流方向固定于闸室过流通道的底板上，两副闸门边框分别依托、固定于两侧的闸墩上，副闸门顶框依托、固定于胸墙上。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门框下游面的顶角和底角处设有耳板，平开闸门通过顶枢和底枢连接在耳板间。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门系统串联在主闸门的下游侧。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门框上安装2扇对开的平开闸门。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述副闸门框向下游面的口沿、过水孔洞向下游面的口沿、平开闸门的对接口沿处均敷设止水橡皮。

上述挡潮闸双闸门系统，进一步改进在于：所述主闸门为平面闸门或弧形闸门，启闭机为卷扬启闭机或油压启闭机。

上述挡潮闸双闸门系统的施工方法包括：

步骤1.安装包括启闭机和主闸门在内的主闸门系统；

步骤2.分别焊接组装副闸门框和平开闸门，在平开闸门设定位置开设过水孔洞并铰接拍门；

步骤3.在闸室安装副闸门起吊行车，利用副闸门起吊行车将组装完好的副闸门框吊至设定安装位置，副闸门底框垂直于水流固定于在闸室过流通道的底板上，两个副闸门边框依托、固定于两侧的闸墩上，副闸门顶框依托、固定于胸墙；

步骤4.利用副闸门起吊行车将已经开设过水孔洞并组装拍门的平开闸门吊装到设定安装位置，通过顶枢、底枢安装在副闸门框上；

步骤5.打开平开闸门独立密闭空间的塞子，通过注水口向独立密闭空间内注水，调整平开闸门的启闭力，之后将塞子重新装上防止进水。

本发明在采用上述技术方案后，具有如下技术进步的效果：

本发明的挡潮闸双闸门系统，可以在不影响水闸工程对河道绝对控制权的条件下最大限度地打通河道，主闸门专职于排涝与水位控制，副闸门专职于拦截下游高水倒灌，两套闸门系统分工配合，在不影响工程防汛、抗旱功能的同时，解决了工程造成的河流断流而带来的生态、环境、淤积、管理问题。采用该技术方案后，河流的断流时间将降至极限，鱼类洄游通道将被打通，内河、外海渔业资源连同河流生态系统将逐渐恢复；河流生态系统消解污染物的能力将增强，加上水流的稀释作用，河流污染将大幅缓解；河道水流的再现不但破坏了泥沙的沉淀、淤积、板结的进程，而且形成落潮流速大于涨潮流速的有利冲淤态势，河道淤积问题将大大减轻甚至彻底根治；主闸门处于小开度常开状态，适时微调主闸门开高即可实现水位调控目标，水位调控更为精准，水位变化更为平稳，对工程安全有正面作用，不需日夜守潮和频繁启、闭闸门，人力、能源与机械损耗大幅减小。

本发明提供的技术方案适用于沿江、沿河、沿湖、沿海、沿圩区的水闸工程，也可用于河流上具有单向过水需求的水闸工程；适用于新闸设计与建设，也适用于老闸功能升级与技术改造；该技术方案适用于平板闸门及弧形闸门等各类具有闸室结构的挡潮水闸。

本发明提供的技术方案中矩形平开闸门上留有过水孔洞，具有融冰功能。冬季河面结冰，当主闸门需要由闭闸状态改为开闸状态时，副闸门受冰面阻挡难以开启，此时先小开度开启主闸门，水流通过过水孔洞流向下游帮助融冰，待融冰过后，副闸门即可正常运行，此时再根据需要加大主闸门开度即可。

本发明提供的技术方案中副闸门向上游倾斜，解决了副闸门无辅助动力条件下的自动关闭问题。在上下游水位持平的工况下，平开闸门在重力作用下将自动关闭，当下游水位高于上游水位时，关闭的平开闸门可以阻挡下游高水倒灌，当上游水位高于下游水位时，上游水流可轻松地及时推开平开闸门以排水。

本发明提供的技术方案中矩形平开闸门为双面板、多个纵向独立密闭空腔结构，内部设置隔板可增加平开的刚度，有助于承受下游水位高于上游水位的压差给平开闸门带来的弯曲破坏，并可根据需要向其中一个或几个空间注水以实现对平开闸门配重，使平开闸门即使安装到位后，仍具可根据实际需要调整启门力的技术空间，避免平开闸门太重、小水流推不开和平开闸门太轻、在水的浮力作用下自动开启的情况发生，拓展了平开闸门的适用范围。

本发明提供的技术方案中平开闸门内部敷设柔性板材是为应对平开闸门内充水在冬季结冰涨裂平开闸门的问题，同时解决平开闸门内部钢材与水接长期触产生的锈蚀问题。采用柔性材料敷设平开闸门内部，平开闸门内水面结冰、体积膨胀，柔性材料可起到缓冲作用，冰冻不会对门板造成直接的压应力破坏。

本发明提供的技术方案中平开闸门门枢优选人字门工程中通用的“轴承巢-蘑菇头-轴承台”结构以规避泥沙入侵对门枢形成磨损破坏。

附图说明

图1为本发明一种挡潮闸双闸门系统的布置状态示意图；

图2为副闸门系统的结构示意图；

图3为平开闸门的结构示意图。

其中：1、主闸门，2、副闸门系统，3、胸墙，4、备用闸门槽，5、闸墩，6、底板，7、副闸门起吊行车，8、启闭机，

2-1、副闸门顶框，2-2、副闸门底框，2-3、副闸门边框，2-4、平开闸门，2-5、顶枢蘑菇头，2-6、底枢蘑菇头，2-7、过水孔洞，2-8、拍门，

2-4-1、面板，2-4-2、边板，2-4-3、隔板，2-4-4、注水口，2-4-5、柔性板材。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明涉及一种挡潮闸双闸门系统，如图1所示，安装在上游与下游河道之间的闸室，包括相互串联、彼此独立的主闸门系统和副闸门系统2。

所述主闸门系统与现有技术相同，包括主闸门1和启闭机8。所述主闸门1为平面闸门，启闭机8为卷扬式启闭机。闸室的过流通道的闸墩5上预先开设有闸门槽，主闸门1安装在闸门槽内。卷扬式启闭机8安装在主闸门1上方的控制室，卷扬式启闭机8输出端的钢丝绳连接到主闸门1上预设的吊耳。闸室还设有胸墙3，主闸门1上边口的下游侧、两闸墩5之间设有胸墙3，胸墙3与主闸门1间设有止水件。卷扬式启闭机8通过钢丝绳吊起或下放主闸门1，提供动力控制主闸门1的开启或闭合，借以打开或切断上游与下游之间的通道，用于排涝与水位控制。

所述副闸门系统2串联在主闸门1的下游侧，具有单向过水功能。所述副闸门系统2为钢质结构，包括副闸门框、平开闸门2-4、过水孔洞2-7和单向过水的拍门2-8。

如图1和图2所示，所述副闸门框包括副闸门底框2-2、两道平行的副闸门边框2-3和副闸门顶框2-1。副闸门底框2-2垂直于水流方向固定于闸室过流通道的底板6上，两副闸门边框2-3分别依托、固定于两侧的闸墩5上，副闸门顶框2-1依托、固定于胸墙3上。所述副闸门框所在的平面与底板平面以75°角呈向上游侧倾斜设置。

所述副闸门框上对称安装2扇对开的矩形平开闸门2-4。所述副闸门框下游面的两顶角和两底角处均一体焊接耳板，两平开闸门2-4通过顶枢和底枢与耳板连在一起。顶枢和底枢优选人字门工程中通用的“轴承巢-蘑菇头-轴承台”结构。顶枢在平开闸门2-4的顶上设置顶枢蘑菇头2-5，对应在耳板上设有匹配的凹槽结构的顶枢轴承巢，底枢在耳板上设置底枢蘑菇头2-6，凹槽结构的底枢轴承巢开设在平开闸门2-4的边板2-4-2上。蘑菇头对应插进凹槽机构的轴承巢内转动，这种门枢的好处是形成一个倒扣碗的形状，能防止沙子落进门枢缝隙里，避免沙子对转动的门枢部件造成磨损破坏。平开闸门2-4关闭时，受副闸门框的阻挡，不会向上游转动；平开闸门2-4打开时，可绕顶枢与底枢的连线向下游做0°～90°角的平开门转动。

如图2和图3所示，所述平开闸门2-4为具有多个独立密闭空间的中空结构，由面板2-4-1、边板2-4-2与隔板2-4-3焊接而成。4个边板2-4-2与2个面板2-4-1焊接成密闭的中空结构。两面板2-4-1之间的距离为10～30cm。1～6个隔板2-4-3分别与2个面板2-4-1、上下端的2个边板2-4-2垂直焊接在一起并形成2～7个独立密闭空间。在每个独立密闭空间的内壁黏贴0.5～2cm厚的柔性板材2-4-5；柔性板材2-4-5可以为珍珠棉泡沫板、硅胶板等多种材料，优选珍珠棉泡沫板。各独立密闭空间对应的顶部边板2-4-2上开设注水口2-4-4，并配套设置塞子。

所述平开闸门的1/2高度以下开设2个过水孔洞2-7，过水孔洞2-7下游面的口沿上方设有铰链。

所述拍门2-8通过铰链铰接在过水孔洞2-7的下游面。拍门2-8可绕铰链向下游侧作0～90°角转动以封闭或打开过水孔洞2-7。

所述副闸门框向下游面的口沿、过水孔洞2-7向下游面的口沿、平开闸门2-4的对接口沿处均敷设止水橡皮。

上述挡潮闸双闸门系统的制作和安装过程如下：

步骤1.利用现有技术安装启闭机8和主闸门1组成的主闸门系统。

步骤2.分别组装副闸门框和平开闸门2-4。以钢材按合适的尺寸焊接副闸门框，副闸门边框2-3对应下游面的上下两端带有与副闸门框垂直的相互平行的耳板。焊接双层面板矩形平开闸门2-4。平开闸门2-4下部留有过水孔洞2-7。过水孔洞2-7的下游面通过铰链铰接拍门2-8。副闸门框的下游面、过水孔洞2-7下游面口沿、两平开闸门2-4对接口沿处均敷设止水橡皮。

步骤3.在副闸门系统2设定安装位置上方的闸室安装副闸门起吊行车7，通过副闸门起吊行车7将副闸门框吊至备用闸门槽4与胸墙3之间的设定位置，副闸门底框2-2垂直于水流固定于底板6上，两个副闸门边框2-3依托、固定于两侧闸墩5上，副闸门顶框2-1依托、固定于胸墙3上。

步骤4.通过副闸门起吊行车7将两扇矩形平开闸门2-4吊装到设定安装位置，通过顶枢、底枢安装在副闸门边框上的两耳板之间。

步骤5.副闸门系统2安装到位后，打开塞子，通过注水口2-4-4向独立密闭空间内注水，调整矩形平开闸门2-4的启闭力，之后将塞子重新装上防止进水。

本发明的工作原理如下：主闸门1处于常开状态，上游水位高于下游水位时，水流将推开2扇矩形平开闸门2-4排水。副闸门2系统是向上游倾斜的，2扇矩形平开闸门2-4向下游开启时重心会升高，关闭时重心会下降。下游涨潮时段，水位与上游持平或略低于上游水位时，2扇开启的矩形平开闸门2-4失去水流推力，受重力作用重心下移，关闭平开闸门2-4；下游水位超过上游水位时，平开闸门2-4受副闸门框阻挡不能往上游开启，起到了阻止下游高水倒灌的作用。海水退潮时一旦上游水位再次高于下游水位，平开闸门2-4将在第一时间再次被推开。在该调控模式下，河道可处于最大程度的畅通状态，可统筹解决挡潮闸水资源调控与水生态、水环境保护之间的矛盾，同时解决了水管部门守潮压力大、管理成本高的难题。

冬季冰封期平开闸门2-4受冰面阻挡难以及时开启，此时下部的过水孔洞2-7可帮助副闸门系统2先行通水融冰，待融冰过后平开闸门2-4会在水力推动下自动开启。主闸门1开启高度根据季节、来水量确定，数天微调一次即可实现更为精准的水位调控，河面水位变化更平缓，避免了传统闸门操控模式下河道水位急剧变化影响到工程安全与河面作业人员安全的现象发生。