【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，属于水电水利工程结构。
技术介绍
1、随着筑坝技术的进步，大坝修建高度越来越高，有的大坝高度已超300m，由此工程库区蓄水过深带来的堆积体稳定性差易滑坡问题比较突出，而滑坡涌浪冲击会造成泄水建筑物、引水建筑物等相关设施破坏，诱发工程事故，危及人民生命财产安全。
2、对于泄水建筑物和引水建筑物，其关键设施为闸门及启闭设备，比如，若泄洪闸门破坏会造成泄洪通道受阻导致水位上涨漫坝或溃坝发生，严重危害下游两岸人民的生命财产安全；若进水口闸门挡水时发生破坏会造成涌水进入流道导致引水隧洞或压力钢管或水轮发电机组破坏，有时甚至发生水淹厂房重大事故造成巨大损失。对于露顶式闸门，若涌浪高度超过闸顶则会从门顶溢出，闸门会在门后形成的负压和涌浪水动力荷载作用下发生结构破坏；对于潜孔闸门，因涌浪引起水位抬高，造成闸门承受的水压力增加，若荷载超出闸门结构的承受极限，会导致闸门严重变形甚至整体失稳破坏；且涌浪冲击荷载对弧形闸门的影响较平面闸门突出，因为弧形闸门支臂为压杆结构，一般较长，有些达20m以上，故柔度较大，欧拉临界力相对小，在瞬间承受突增荷载时容易发生整体失稳。对于启闭设备，若涌浪发生时闸门正在运行，会使闸门启闭容量加大甚至超出额定容量，导致闸门在某个位置停滞并诱发启闭设备振动诱发工程事故，比如液压机吊头或活塞杆断裂、卷扬机钢丝绳断开等破坏。
3、现有的金属结构设计规范中未涉及滑坡涌浪工况，若按传统思路设计不考虑滑坡涌浪工况，则闸门及启闭设备在遭遇滑坡涌浪冲击作用时发生破坏
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法。
2、本专利技术通过以下技术方案得以实现：
3、一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，所述闸门系统包括工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门，所述工作闸门的挡水状态与运行状态均按滑坡涌浪工况进行设计，所述平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门的挡水状态均按滑坡涌浪工况进行设计，且平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门的启闭力均按正常设计水位运行工况进行设计。依据《水电工程钢闸门设计规范》(nb35055)4.0.4，将滑坡涌浪荷载视为其它出现机会很少荷载，对于用于泄水的工作闸门承受的荷载按特殊组合选取，挡水与运行状态均按滑坡涌浪工况进行设计；对于平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门，仅挡水状态按滑坡涌浪工况设计，其启闭设备选型与布置按正常设计水位或水压差运行工况设计。
4、进水口快速闸门，为发电机组防飞逸保护措施，以及引水管道出现事故时能得到较为及时的处理，故其动水闭门时间很短，一般按2min～3min，而堆积体滑坡涌浪传到进水口时间很短，故在闸门动水闭门时若遇到堆积体滑坡，涌浪传到时，闸门基本已落至底槛，故进水口快速闸门动水闭门运行不考虑涌浪工况，但在检修机组或引水隧洞时，因时间较长，挡水状态时按涌浪水位考虑。
5、根据能量守恒和转化定律，将堆积体滑坡产生的水动力荷载转化为势能(水头)，将该势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头hmax或最高水压差△hmax，然后根据最高水头hmax或最高水压差△hmax进行工作闸门的结构设计和启闭力计算，以及进行平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门的结构设计；
6、平面检修闸门和平面挡水闸门的启闭力按正常平压水位差范围运行工况进行计算，平面事故闸门和进水口快速闸门的启闭力、持住力按正常设计水位运行工况进行计算。
7、所述工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门在滑坡涌浪工况下的设计水头hs总分别按照以下公式进行计算：
8、hs总＝hhs+hjmax+hpmax；
9、
10、其中，hhs为闸门设计水位水头，hjmax为滑坡涌浪超出静水位最大水头，hpmax为滑坡涌浪最大爬坡浪高，vmax为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。针对不同功能的闸门采取相应的抵抗涌浪设计工况及结构型式，满足工程安全运行要求的同时，节约投资。
11、所述工作闸门设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄水闸、溢洪洞进口作为露顶式工作闸门时，采用上平下弧组合工作闸门结构。工作闸门采用上平下弧组合工作闸门结构抵抗滑坡涌浪能够降低下弧门的规模。
12、所述上平下弧组合工作闸门的上游侧设有平面检修闸门或平面事故闸门，平面检修闸门、平面事故闸门的设置高度应大于涌浪最大爬坡浪高hpmax与平面检修闸门底槛、平面事故闸门底槛的高程之差；
13、平面事故闸门由上叠闸门和下叠闸门组成，下叠闸门为上节门体通过节间充水平压装置与下节门体连接而成的整体。平面事故闸门在事故工况下动水关闭下叠闸门后再下放上叠闸门，动水闭门水位按正常蓄水位设计；无水情况下开启上叠闸门后，静水开启下叠闸门，启门前小开度提下叠闸门的上节门体进行节间充水平压；节间充水平压装置为现有技术，如申请号为cn202223198730.6的中国专利文献，所公开的一种防涌浪冲击平面事故闸门的充水平压装置。对于设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄洪闸、溢洪洞进口等泄水建筑物部位的露顶式平面闸门(包括平面检修闸门和平面事故闸门)，采用在原平面闸门(即下叠闸门)顶部增设挡浪闸门(即上叠闸门)抵抗滑坡涌浪，因平面闸门一般作为检修闸门或事故闸门使用，挡水时间较长，有时甚至达几个月，运行频次较少，运行一次操作时间较长(达半小时以上)，而滑坡涌浪到来的时间较短，一般几分钟，故露顶式平面闸门在挡水过程中遭遇滑坡涌浪的概率较大，挡水按滑坡涌浪工况设计，且平面闸门仅在下弧门运行故障或检修时才使用，在运行过程中遭遇滑坡涌浪的概率较小，故运行过程不考虑滑坡涌浪工况。
14、对于设置数量≥2且孔口中心线在同一直线上的上平下弧组合工作闸门，设置于其上游侧的平面检修闸门或平面事故闸门采用下游带悬臂及回转吊的双向门机进行操作。
15、所述双向门机的下游门机轨道设置于上平下弧组合工作闸门的上游侧，双向门机的悬臂上设置有移动小车；
16、下游门机轨道的下游侧设有门库。移动小车用于操作上平门，门库用于存放上平门。
17、所述上平下弧组合工作闸门包括上平门和下弧门，上平门设置在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述闸门系统包括工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)，所述工作闸门的挡水状态与运行状态均按滑坡涌浪工况进行设计，所述平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的挡水状态均按滑坡涌浪工况进行设计，且平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的启闭力均按正常设计水位运行工况进行设计。
2.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：根据能量守恒和转化定律，将堆积体滑坡产生的水动力荷载转化为势能，将该势能在闸前进行叠加形成最高水头Hmax或最高水压差△Hmax，然后根据最高水头Hmax或最高水压差△Hmax进行工作闸门的结构设计和启闭力计算，以及进行平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的结构设计；
3.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs总分别按照
4.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述工作闸门设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄水闸、溢洪洞进口作为露顶式工作闸门时，采用上平下弧组合工作闸门结构。
5.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平下弧组合工作闸门的上游侧设有平面检修闸门或平面事故闸门，平面检修闸门、平面事故闸门的设置高度应大于滑坡涌浪最大爬坡浪高Hpmax与平面检修闸门底槛或平面事故闸门底槛(6)的高程之差；
6.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：对于设置数量≥2且孔口中心线在同一直线上的上平下弧组合工作闸门，设置于其上游侧的平面检修闸门或平面事故闸门采用下游带悬臂(12)及回转吊(13)的双向门机(14)进行操作。
7.如权利要求6所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述双向门机(14)的下游门机轨道(22)设置于上平下弧组合工作闸门的上游侧，双向门机(14)的悬臂(12)上设置有移动小车(15)；
8.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平下弧组合工作闸门包括上平门(16)和下弧门(17)，上平门(16)设置在下弧门(17)的上游侧，上平门(16)的上游面上对称并排设有两个侧水封(18)，上平门(16)的底部设有底水封组件(19)，底水封组件(19)的两端分别与两个侧水封(18)衔接，中部与下弧门面板(20)保持密封接触。
9.如权利要求8所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平门(16)的底部设有曲形面板(36)，上平门(16)内设有一排通气管(24)，通气管(24)的下端通过通气口(37)与曲形面板(36)连通，上端延伸到上平门(16)的顶部后，与上平门(16)的下游面连通。
10.如权利要求8所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平门(16)设置于检修平台(26)前的门槽(21)内，检修平台(26)的设置高度≥正常蓄水位；
11.如权利要求10所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平门(16)的孔口宽度B上平门＝泄水建筑物的孔口宽度L，孔口高度H上平门＝爬坡涌浪最大高程▽pmax-检修平台(26)的高程▽j。
12.如权利要求10所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平门(16)在滑坡涌浪工况下的设计水头Hds＝爬坡涌浪最大高程▽pmax-检修平台(26)的高程▽j。
13.如权利要求10所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述侧水封(18)采用方头P型水封(60)制成；
14.如权利要求13所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述下弧门(17)的孔口宽度B下弧门＝泄水建筑物孔口宽度L，孔口高度H下弧门＝检修平台(26)的高程▽j-下弧门(17)的底槛高程▽d+防射流水封(40)的封头半径r。
15.如权利要求10所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述下弧门(17)处于关闭状态时其面板顶部的高程大于检修平台(26)的高程。
16.如权利要求8所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述下弧门(17)顶部为封闭结构(55)。
17.如权利要求8所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述下弧门(...
【技术特征摘要】
1.一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述闸门系统包括工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)，所述工作闸门的挡水状态与运行状态均按滑坡涌浪工况进行设计，所述平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的挡水状态均按滑坡涌浪工况进行设计，且平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的启闭力均按正常设计水位运行工况进行设计。
2.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：根据能量守恒和转化定律，将堆积体滑坡产生的水动力荷载转化为势能，将该势能在闸前进行叠加形成最高水头hmax或最高水压差△hmax，然后根据最高水头hmax或最高水压差△hmax进行工作闸门的结构设计和启闭力计算，以及进行平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)的结构设计；
3.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述工作闸门、平面检修闸门、平面挡水闸门、平面事故闸门和进水口快速闸门(76)在滑坡涌浪工况下的设计水头hs总分别按照以下公式进行计算：
4.如权利要求1所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述工作闸门设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄水闸、溢洪洞进口作为露顶式工作闸门时，采用上平下弧组合工作闸门结构。
5.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平下弧组合工作闸门的上游侧设有平面检修闸门或平面事故闸门，平面检修闸门、平面事故闸门的设置高度应大于滑坡涌浪最大爬坡浪高hpmax与平面检修闸门底槛或平面事故闸门底槛(6)的高程之差；
6.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：对于设置数量≥2且孔口中心线在同一直线上的上平下弧组合工作闸门，设置于其上游侧的平面检修闸门或平面事故闸门采用下游带悬臂(12)及回转吊(13)的双向门机(14)进行操作。
7.如权利要求6所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述双向门机(14)的下游门机轨道(22)设置于上平下弧组合工作闸门的上游侧，双向门机(14)的悬臂(12)上设置有移动小车(15)；
8.如权利要求4所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平下弧组合工作闸门包括上平门(16)和下弧门(17)，上平门(16)设置在下弧门(17)的上游侧，上平门(16)的上游面上对称并排设有两个侧水封(18)，上平门(16)的底部设有底水封组件(19)，底水封组件(19)的两端分别与两个侧水封(18)衔接，中部与下弧门面板(20)保持密封接触。
9.如权利要求8所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述上平门(16)的底部设有曲形面板(36)，上平门(16)内设有一排通气管(24)，通气管(24)的下端通过通气口(37)与曲形面板(36)连通，上端延伸到上平门(16)的顶部后，与上平门(16)的下游面连通。
10.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兴恩，湛正刚，谭守林，张合作，劳海军，高伟，杜帅群，孙卫，申显柱，雷小平，罗德武，邓达人，任博，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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