水利水电工程钢闸门防冰冻设计

摘要：钢闸门在冬季运行时往往会受到冰冻的困扰,因此必须采取防冰冻措施。本文主要阐述了闸门防冰冻工程技术的现状，并提出相对应的措施用来保证闸门在冬季的正常运行。

关键词：水利水电；钢闸门；防冰冻

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1、导论

在现代修建的水利水电工程中，钢闸门被广泛的使用着，同时它也是水工建筑物中的重要组成部分。闸门在水工建筑物中的主要作用是挡水、控制水流、同时根据要求全部或者部分开启闸门排泄水流、调节上下游的水位、放运船只木排、排冰、排污等。工程设计和运行管理是否科学合理，这对于钢闸门在寒冷地区的正常运行具有十分重要的作用。

2、当前我国闸门防冰冻工程技术发展的现状

目前，防冰冻工程技术的使用在我国寒冷地区比较广泛，如冬季气温比较低的西北、东北、华北和等地区，防冰冻技术总共可分为六类，包括破冰工程技术、排冰工程技术、化冰工程技术、输冰工程技术、导冰工程技术以及蓄冰工程技术。对于在渠道和枢纽区运行的闸门，主要是以化冰工程技术为主的，包括有保温法、射流法、加热法、吹泡法等。

3、冰冻对闸门的危害

对于没有采取防冰冻措施的钢闸门, 或者已经采取防冰冻措施, 但是在运行一段时间之后因为管理、维修等问题而被撤换的钢闸门,会在超负荷情况下运行, 使得闸门在冰荷载的反复作用下产生弯曲变形, 更甚者则产生强度破坏, 进而出现渗漏现象。冰冻对闸门的破坏的主要原因是冰冻形成的冰盖对露顶闸门产生了十分大的冰盖推力，这就使得门叶变形或者出现损坏。引水渠道闸门以及埋固件被冻死，这样闸门就不能正常运行，并且使冰块大量堆积堵塞，过水断面减少，不能或无法引水。因为潜孔工作闸门在整个冬季处于挡水状态，门叶迎水面会产生巨大冰包，冰包与门叶、埋件牢固地冻结在一起，这样会使得闸门不能正常启闭，进而影响水封及启闭设备的正常使用。若引水渠道闸门与埋固件被冻死，闸门不能启闭，在一段时间之后就会形成连底冻，这样的话就存在渠堤被冲毁这样的隐患，从而造成巨大的经济损失。

4、水利水电工程闸门防冰冻工程技术的分析研究

由于受时序的影响，闸门在冬季设计运行工况会与其他时节有所不同，所以采取的防冰冻工程技术措施也会有所区别，但闸门的冰冻问题是必须要解决的。在工程设计过程中，忽视或没有充分考虑闸门在冬季运行时的防冰冻问题，或者对当地的冰情规律、水文、气象等没有全面了解，所以就算采取了防冰冻工程技术，这也不一定可以收到理想的效果。

4.1、 闸门处于非运行工况

当闸门在冬季冰冻期处于非运行工况时，闸门在锁定梁上处于锁定状态，就不需要采取相关的防冰冻工程技术措施。

4.2、闸门处于拦蓄水工况

4.2.1、露顶闸门的拦蓄水工况

以恰甫其海水利枢纽工程表孔溢洪洞进口露顶闸门所采用的浮筒加热式露顶闸门化冰设备为例进行分析研究。恰甫其海表孔弧形闸门的尺寸为15m×13.2m，舌板闸门的尺寸在为8m×5m ;在冬季最低气温达到﹣20.17℃时，形成的冰盖厚度可达到660mm; 根据冰推力计算公式，得出闸门所承受最大冰盖推力应该不低于100t; 初步设计中提出以及解决在冬季处于挡蓄水工况时所承受冰盖的巨大推力对闸门变形这样的问题。那么运行单位就要根据当地的气候特征，对闸门防冰冻工程技术进行研究以及比较。在我国的通常情况是冬季风级大于6级的天气状况比较多，那么采用吹泡法往往不能实现化冰的作用；同时因为水库的水较深，以及冬季水库运行水位较高，水下地形复杂等情况，就很难把库底的水抽取出来，这样的话所用的增温法也就无法达到理想的效果；比如，门叶背水面就采用加热毯加热的方法，是可以达到融冰效果，但是他的缺点在于易漏电同时须根据水位的不断下降而必须不断地调整加热毯的高度，这样的话就存在发生危险的隐患。运行单位则就根据库水位在冬季不断下降这样的情况，自行开发出浮筒加热式露顶闸门的化冰设备，同时经过三年的运行实验，浮筒两侧各有0.010m-0.030m的冰盖可以被化开，同时有不会因水位的变化而影响使用这样的情况发生，同时化冰效果明显，这就有效的解决了冰盖对闸门的推力问题。

4.2.2、渠道露顶闸门处于拦蓄水工况。

冬季因为寒冷多数渠道都会处于非正常运行的状态，而少数渠道在冬季处于运行状态，一旦冬季需要引水发电或输水，那么闸门处于拦蓄水工况的话就应该采取有效的闸门防冰冻工程技术措施。新疆南岸干渠渠道露顶闸门就是一个比较鲜明的例子，那么就以它进行分析。新疆伊犁南岸干渠渠道纵坡比例是8000:1，因为水流速度较慢，他的环境气候也与恰甫其海比较接近，在冬季时需要输水到雅玛渡水电站进行发电。当露顶闸门在渠道上长时间挡水之时，就十分容易形成连底冻，同时当冰发生膨胀时就会有巨大作用力作用于门叶上，同时造成门叶的永久变形以及破坏，进而影响到闸门的使用和寿命。那么采用加热法的话就可融化门叶前的冰冻，加热法中三种闸门防冰冻工程技术措施固然有其优点但也存在缺陷。如采用热空气法和热水法的话就可解决闸门的冰冻问题，但是由于渠道过长，闸门比较多，而且投资很大，这样的话经济效果也不理想；而采用发热热电缆和热油法，就比较简单、容易、方便地融化门叶上的冰冻，同时它的投资比较少，也较经济一些。

4.2.3、 潜孔闸门在冬季处于挡蓄水工况。

潜孔闸门通常其上方会有封闭的闸房，泄水出口会和外部环境相通，这是用来排砂以及汛期泄洪的。一旦闸门设于有压洞进口，以恰甫其海中孔进口弧形工作闸门为例，因为他的背水面和洞口距离有较长的一段距离，而洞内并无穿堂风，那么洞内天然就有保温作用，同时闸门在冬季处于水下50m-70m的深处，底层水温和门叶在不断的进行热量交换，闸门的温度如果处于﹣0.01℃ 之上的话，就会处于一种不结冰状态，那样的话就没有必要采用任何闸门防冰冻工程的技术措施。潜孔闸门设在压洞的出口，门叶背水面应与外界相通，同时在一定的条件下，门叶迎水面就很同易产生冰包。这闸门距离洞口10m，闸门尺寸大约在6m×6m，水的深度大约在70m左右，运行单位如采用保温帘减少洞内外空气的对流，那么经过五年时间的运行，防冰冻效果将会比较明显。潜孔闸门设于渠道之上，因为渠道的水深比较浅，一般不会高于10m ，同时在冬季当闸门处于拦蓄水工况之时，闸门迎水面或这闸门洞就很容易形成连底冻。如这种情况发生的话，必须采取防冰冻工程技术措施，可以采取电热热空气法以及热水法，这种的方法的缺点在于不经济且投资较大，而采用发热热电缆法和热油法的话，那么它容易操作而且也比较经济。

4.3、闸门处于启闭工况

在寒冷的冬季一般为了控制水库水位或者为保证下游居民、工厂的生产、生活用水，渠道和枢纽工程的闸门经常需要进行开启和关闭。局部启闭或局部控制下泄流量。在我国的一些寒冷的地区，比如东北、西北，不论露顶闸门还是潜孔闸门，在冰冻期都需要使用切实有效的闸门防冰冻工程技术措施，用来保证闸门可以正常的运行。因为闸门开度在不断的变化中，就可采用发热热电缆法以及热油法在这种工况下是最行之有效的的防冰冻工程技术措施，但是值得注意的是门叶以及门槽埋件内都需要敷设发热热电缆以及热油管，并且一起进行加热，就可以使得闸门在冬季冰冻期依然可以正常的启闭。

5 、结语

我国的寒冷地区在设计水利水电工程钢闸门设计之时, 必须配套进行钢闸门的防冰冻系统设计。这样才可以保证钢闸门在冬季可以正常的运行，保证人民生活的正常运行。

参考文献：

[1]蔡建国,杨铁荣.水利水电工程钢闸门防冰冻设计[J]. 海河水利,2000(1)

[2]李祥波.寒冷地区闸门防冰冻工程技术的研究[J]. 山西建筑,2011(26)