CN117708927A - 一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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领域。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。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，在满足工程安全运行要求的同时，节约了投资。

Description

一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

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。

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的概率较大，使工程存在较大的安全隐患。对于露顶式泄水闸门，现有技术中目前主要有直接加高闸门或在闸门上游侧设置胸墙两种方式，但对于超大型泄水闸门，若采用加高闸门高度抵抗涌浪技术会造成闸门规模过大、质量重，启闭设备容量也会相应增大，对于弧形闸门，液压机行程会加大较多，若超过20m则加工制造存在难度较大，精度也难以保障；而采用闸门上游侧设置胸墙技术，会造成泄水通道由开敞式变成潜孔式，泄水通道泄流能力有所减少，对于超泄洪水，可能会因泄量不足导致水库漫坝或溃坝发生造成重大损失，所以，现有的技术还是不够完善，有待于进一步提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法。

本发明通过以下技术方案得以实现：

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。

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。

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H_max或最高水压差△H_max，然后根据最高水头H_max或最高水压差△H_max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；

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。

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：

Hs_总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；

其中，H_hs为闸门设计水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出静水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高，V_max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。

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。

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Hp_max与平面检修闸门底槛、平面事故闸门底槛的高程之差；

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。

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。

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；

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。

所述上平下弧组合工作闸门包括上平门和下弧门，上平门设置在下弧门的上游侧，上平门的上游面上对称并排设有两个侧水封，上平门的底部设有底水封组件，底水封组件的两端分别与两个侧水封衔接，中部与下弧门面板保持密封接触。上平门平时固定于门槽内，在未发生超泄洪水时无需启闭，通过动水启闭下弧门控制泄洪流量；根据工程预警，在超泄洪水到来之前，上平门可通过启闭设备(如双向门机)操作全部提出孔口，使泄水通道泄流能力保持不变，有效防止泄量减少造成水库漫坝或溃坝发生。底水封组件的两端分别与两个侧水封衔接组成密封结构，并支承于检修平台上。

所述上平门的底部设有曲形面板，上平门内设有一排通气管，通气管的下端通过通气口与曲形面板连通，上端延伸到上平门的顶部后，与上平门的下游面连通。上平门内设置通气管与其顶部下游面的空气连通以消除气囊气爆压力。

所述上平门设置于检修平台前的门槽内，检修平台的设置高度≥正常蓄水位；

门槽的横截面形状呈L形，且门槽底槛的高程与检修平台的高程等高；

通气管的上端采用直角或钝角转弯结构与上平门的下游面连通。通气管上部采用直角或钝角转弯结构，有利于通气的同时不影响上平门顶部行人的安全。

所述上平门的孔口宽度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-检修平台的高程▽_j。

所述上平门在滑坡涌浪工况下的设计水头H_ds＝爬坡涌浪最大高程▽_pmax-检修平台的高程▽_j。

所述侧水封采用方头P型水封制成；

所述底水封组件包括底水封和防射流水封，底水封呈U形，且底水封的底部设有矩形槽，底水封包括中水封段，中水封段的两端均设有边水封段，边水封段上远离中水封段的一端与侧水封衔接；防射流水封采用P型水封制成，防射流水封部分插入到中水封段中，防射流水封和中水封段共同通过紧固件与上平门连接，边水封段通过紧固件与上平门连接；上平门在靠近底水封的位置开设有操作孔。上平门平时固定在门槽内且下部设置与下弧门弧面相衔接的底水封组件，减少了下弧门在运行过程遭遇滑坡涌浪时门顶射流冲击作用，有效保障下弧门的结构安全。

所述下弧门的孔口宽度B_下弧门＝泄水建筑物孔口宽度L，孔口高度H_下弧门＝检修平台的高程▽_j-下弧门的底槛高程▽_d+防射流水封的封头半径r。

所述下弧门处于关闭状态时其面板顶部的高程大于检修平台的高程。

所述下弧门顶部为封闭结构。

所述下弧门采用多支臂主横梁框架结构，多支臂主横梁框架结构中的支臂数量＞3根，且多支臂主横梁框架结构的下游端与闸墩铰接，上游端通过双缸后拉式液压机的中部铰接支撑与闸墩连接。下弧门采用多支臂主横梁框架结构以增强闸门结构强度、刚度及稳定性，且整个运行过程按动水操作考虑，有效保障下弧门在滑坡涌浪冲击情况下的结构安全，及启闭设备满足滑坡涌浪工况下操作的启闭容量要求。

所述中部铰接支撑中心至下游门机轨道中心的距离d≤回转吊的回转半径R。

所述双缸后拉式液压机的液压泵站设置有3个电机，正常运行时两个电机工作、一个电机备用。一个电机运行故障时，另一个电机马上投运，双缸后拉式液压机运行速度维持不变，有效提高了双缸后拉式液压机运行的可靠性。

所述工作闸门为用于泄水的潜孔弧形工作闸门时，胸墙顶部高程大于爬坡涌浪最大高程▽_pmax。对于潜孔弧形工作闸门，因较常采用，故挡水及运行均按滑坡涌浪工况进行设计，且胸墙顶部高程大于爬坡涌浪最大高程▽_pmax，可有效防止涌水漫过闸顶平台流入闸井，造成潜孔弧形工作闸门承受双向荷载并造成负压破坏。

所述闸门系统还包括挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态不考虑滑坡涌浪工况的潜孔平面检修闸门、潜孔平面挡水闸门和潜孔平面事故闸门。在使用时，进水口快速闸门的运行状态不考虑滑坡涌浪工况。潜孔平面事故闸门，仅在潜孔弧形工作闸门运行故障时动水闭门，动水闭门工况运行较少，在潜孔平面事故闸门动水闭门过程中遇到堆积体滑坡的概率很小，故潜孔平面事故闸门动水闭门不考虑滑坡涌浪工况，但在检修潜孔弧形工作闸门时，因时间较长，遇到堆积体滑坡的概率较大，故潜孔平面事故闸门在挡水状态时按滑坡涌浪水位进行设计。潜孔平面检修闸门，作为检修隧洞、快速闸门及门槽使用，且多孔共用1扇，处于挡水状态时间较长，遇到堆积体滑坡的概率很大，故挡水状态时按滑坡涌浪水位进行设计，但因平面检修闸门运行工况为静水启闭，所以启闭过程不考虑堆积体滑坡涌浪工况。

所述闸门系统还包括拦污栅，拦污栅设计不考虑滑坡涌浪工况。对于拦污栅，因其流速低，过栅流速约1m/s，而滑坡涌浪到达拦污栅进口流速通常较大，有时甚至达10m/s以上，而拦污栅最薄弱部分栅条估计在高流速冲击下大概率已发生破坏，拦污栅框架也有可能发生失稳破坏，若采用提高栅条强度和抗振性的措施来防止栅条破坏，拦污栅自重增加太多，同时启闭设备容量也很大，投资过大，不经济且影响过流，故拦污栅不考虑滑坡涌浪工况。

所述闸门系统还包括导流洞封堵闸门，导流洞封堵闸门设计不考虑滑坡涌浪工况。对于导流洞封堵闸门，因其处于库区下部，且为临时设施，在下闸蓄水期间，水位较低，堆积体滑坡对其影响较小，所以不考虑堆积体滑坡涌浪工况。

本发明的有益效果在于：

(1)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；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，并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，在满足工程安全运行要求的同时，节约了投资。

(2)对于设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄水闸、溢洪洞进口等泄水建筑物部位的露顶式工作闸门，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。

(3)在上平门内设置通气管与其顶部下游面的空气连通以消除气囊气爆压力，通气管上部采用直角或钝角转弯结构，有利于通气的同时不影响上平门顶部行人的安全。

(4)下弧门采用多支臂主横梁框架结构以增强闸门结构强度、刚度及稳定性且整个运行过程按动水操作设计，有效保障弧形闸门在滑坡涌浪冲击情况下的结构安全，及启闭设备满足滑坡涌浪工况下操作的启闭容量要求，且液压泵站采用3电机技术(两用一备)，一个电机运行故障时，另一个电机马上投运，使双缸后拉式液压机运行速度维持不变，有效提高了双缸后拉式液压机运行的可靠性。

(5)上平门平时固定在门槽内且其下部设置有与下弧门弧面相衔接的底水封组件，减少了下弧门在运行过程遭遇滑坡涌浪时门顶射流冲击作用，有效保障了下弧门的结构安全；根据工程预警，在超泄洪水到来之前，上平门可通过启闭设备操作全部提出孔口，使泄水通道泄流能力保持不变，有效防止泄量减少造成水库漫坝或溃坝发生。

(6)对于设置于溢洪道、溢流坝、溢流表孔、泄水闸、溢洪洞进口等泄水建筑物部位的露顶式平面闸门，采用在原平面闸门顶部增设平面挡浪闸门抵抗涌浪技术，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按正常水位工况设计，在满足滑坡涌浪工况下泄水流道及工作闸门检修维护安全的同时可节约投资。

(7)对于泄水潜孔弧形工作闸门，挡水及运行均按滑坡涌浪工况考虑，且胸墙顶部高程大于爬坡涌浪最大高程，可有效防止涌水漫过闸顶平台流入闸井造成潜孔弧形工作闸门承受双向荷载及负压作用失稳破坏。

(8)对于泄水潜孔平面事故闸门、进水口快速闸门、潜孔平面检修闸门，挡水按滑坡涌浪工况设计，运行按正常水位工况设计，在满足滑坡涌浪工况下闸门自身结构安全的同时可降低启闭容量节约投资。

(9)拦污栅因其滑坡涌浪流速与正常流速相差较大，且后面流道有闸门挡水，其破坏对工程安全影响不大，不考虑滑坡涌浪工况，有效避免工程投资过大影响项目立项。

(10)对于导流洞封堵闸门，因其处于库区下部，且为临时设施，在下闸蓄水期间，水位较低，堆积体滑坡对其影响较小，所以不考虑堆积体滑坡涌浪工况。

(11)对于设置数量≥2且孔口中心线在同一直线的上平下弧组合工作闸门，其前面设置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，并在双向门机的下游门机轨道设置门库用于存放上平门，实现采用1台门机满足启闭平面检修闸门、平面事故闸门和上平门，以及便于安装、检修下弧门及其启闭设备的要求，有效提高了金属结构的安装及检修效率，并节省投资。

(12)上平门底缘采用曲面结构，使涌水通过上平门底部时水流顺畅、流态好，有效减轻气囊气爆的发生，并保障了上平门自身结构的安全。

(13)平面事故闸门由上叠闸门和下叠闸门组成，其中下叠闸门由上节门体与下节门体通过节间充水平压装置连接成整体；平面事故闸门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；实现在不增加启闭设备容量及扬程情况下满足滑坡涌浪工况挡水和事故工况动水闭门及启门时充水平压的要求，有效节省工程投资。

(14)检修平台的设置高度≥正常蓄水位，避免正常水位时，由风浪引起的水体涌入检修平台，影响行人的安全。

(15)下弧门顶部采用封闭结构，有效防止下弧门发生门顶缝隙射流时水流对其结构的气蚀破坏。

(16)双缸后拉式液压机采用中部铰接支撑时，回转吊的回转半径R≥下游门机轨道中心至中部铰接支撑中心的距离d，满足双向门机安装中部铰接支撑和双缸后拉式液压机的要求，有效提高了安装双缸后拉式液压机的效率。

附图说明

图1是本发明实施方案1在挡水状态时遭遇滑坡涌浪的布置示意图；

图2是图1的沿A-A的剖视图；

图3是图1的沿B-B的剖视图；

图4是图2在C处的局部放大图；

图5是本发明实施例1在正常泄水时遭遇滑坡涌浪的布置示意图；

图6是本发明实施例1的平面事故闸门下叠闸门动水下闸时的示意图；

图7是本发明实施例1的平面事故闸门上叠闸门下闸时的示意图；

图8是本发明实施方案1的上平下弧组合工作闸门及双缸后拉式液压机检修状态时采用平面事故闸门挡水示意图；

图9是本发明实施例1的上平下弧组合工作闸门在超泄洪水状态运行步骤一的示意图；

图10是本发明实施例1的上平下弧组合工作闸门在超泄洪水状态运行步骤二示意图；

图11是图9沿D-D的剖视图；

图12是图10沿E-E的剖视图；

图13是图10在F处的局部放大图；

图14是本发明实施例2在挡水状态时遭遇滑坡涌浪工况的示意图；

图15是本发明实施例3在正常挡水状态时遭遇滑坡涌浪工况的示意图；

图16是本发明实施例3的潜孔弧形闸门高水位放空时遭遇滑坡涌浪工况的示意图；

图17是本发明实施例3的潜孔弧形闸门高水位放空发生故障时潜孔平面事故闸门动水下闸工况的示意图；

图18是本发明实施例3的潜孔平面事故闸门挡水遭遇滑坡涌浪工况的示意图；

图19是本发明实施例4的一级潜孔平面挡水闸门与二级潜孔平面挡水闸门和潜孔弧形工作闸门挡水状态时发生滑坡涌浪工况的示意图；

图20是本发明实施例4的二级潜孔平面挡水闸门与潜孔平面事故闸门和潜孔弧形工作闸门挡水状态时发生滑坡涌浪工况的示意图；

图21是本发明实施例4的潜孔弧形工作闸门放空泄水运行时发生滑坡涌浪工况的示意图；

图22是本发明实施例4的潜孔弧形工作闸门放空泄水发生故障时潜孔平面事故闸门动水闭门工况的示意图；

图23是本发明实施例4的潜孔平面事故闸门挡水检修潜孔弧形工作闸门及双缸后拉式液压机工况的示意图；

图24是本发明实施例5的进水口机组满发过流时发生滑坡涌浪工况的示意图；

图25是本发明实施例5的进水口快速闸门挡水时发生滑坡涌浪工况的示意图；

图26是本发明实施例5的进水口检修闸门挡水时发生滑坡涌浪工况的示意图。

图中：1-溢洪洞，2-平面事故闸槽，3-工作闸门槽，4-溢洪洞平面事故闸门，5-溢洪洞工作闸门，6-平面事故闸门底槛，7-上叠闸门，8-下叠闸门，9-上节门体，10-下节门体，11-节间充水平压装置，12-悬臂，13-回转吊，14-双向门机，15-移动小车，16-上平门，17-下弧门，18-侧水封，19-底水封组件，20-下弧门面板，21-门槽，22-下游门机轨道，23-门库，24-通气管，25-曲面结构，26-检修平台，27-支撑结构段，28-孔口抵抗涌浪冲击结构段，29-矩形框架结构，30-滑块，31-矩形面板，32-边柱后翼缘板，33-边柱腹板，34-底水封支撑板，35-底主梁后翼缘板，36-曲形面板，37-通气口，38-钝角转弯结构，39-底水封，40-防射流水封，42-边水封段，43-中水封段，44-通过紧固件，45-操作孔，46-直角折边，47-L型结构，48-门槽底槛，49-上游反轨槽面，50-侧槽面，51-下游主轨槽面，52-闸孔，53-闸墩墙面，54-四支臂主横梁框架结构，55-封闭结构，56-双缸后拉式液压机，57-中部铰接支撑，58-液压泵站，59-电机，60-方头P型水封，61-泄洪洞，62-潜孔平面事故闸门，63-潜孔弧形工作闸门，64-泄洪洞胸墙，65-放空洞，66-潜孔平面挡水闸门，67-放空洞胸墙，68-深层放空洞，69-一级潜孔平面挡水闸门，70-二级潜孔平面挡水闸门，71-深层放空洞胸墙，72-机组进水口，73-拦污栅，74-分层取水闸门，75-进水口检修闸门，76-进水口快速闸门。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1：

下面结合附图1～13对本发明作进一步的详细说明。

某水电站设置3孔溢洪洞1，在其进口顺水流向依次设置3孔平面事故闸槽2和3孔工作闸门槽3，平面事故闸槽2按门槽中心线在同一直线布置，并设置1扇溢洪洞平面事故闸门4给3孔共用；每孔工作闸门槽3设置1扇溢洪洞工作闸门5。

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，对于溢洪洞工作闸门5承受荷载按特殊组合选取，挡水状态与运行状态均按滑坡涌浪工况设计，对于溢洪洞平面事故闸门4，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按正常设计水位工况设计；并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按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行溢洪洞工作闸门5的结构设计和启闭力计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行溢洪洞平面事故闸门4的结构设计，溢洪洞平面事故闸门4的启闭力、持柱力按正常设计水位运行工况计算。

溢洪洞工作闸门5在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；其中，H_hs为闸门正常蓄水位设计水头，Hj_max为滑坡涌浪超出正常蓄水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

其中V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

溢洪洞工作闸门5采用上平下弧组合工作闸门抵抗涌浪结构。

溢洪洞平面事故闸门4设置高度略大于滑坡涌浪最大爬坡浪高Hp_max与平面事故闸门底槛6的高程之差。

溢洪洞平面事故闸门4由上叠闸门7和下叠闸门8组成，其中下叠闸门8由上节门体9与下节门体10通过节间充水平压装置11连接成整体。

溢洪洞平面事故闸门4事故工况下动水关闭下叠闸门8后再下放上叠闸门7，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7后，静水开启下叠闸门8，启门前小开度提下叠闸门8的上节门体9进行节间充水平压。

溢洪洞平面事故闸门4采用下游带悬臂12及回转吊13的双向门机14进行操作，双向门机14下游的悬臂12上设置有用于操作上平门16的移动小车15。

溢洪洞工作闸门5由上平门16与下弧门17组成。

上平门16设置在下弧门17上游侧，上平门16的上游面上对称并排设置两条侧水封18，上平门16底部设置底水封组件19与下弧门面板20密封接触。

上平门16平时固定于门槽21内，在未发生超泄洪水时无需启闭，通过动水启闭下弧门17控制泄洪流量。

上平门16根据工程预警，在发生超泄洪水时，先将下弧门17开启至全开状态，在超泄洪水到来之前，再通过双向门机14操作上平门16全部提出孔口。

双向门机14的下游门机轨道22设置于上平门16上游侧，下游门机轨道22的下游侧设置有门库23用于存放上平门16。

上平门16内设置一排通气管24与其顶部下游面的空气连通，上平门16的底缘采用曲面结构25。

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。

上平门16孔口宽度B_上平门＝泄水建筑物孔口宽度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。

上平门16滑坡涌浪工况下的设计水头H_ds＝爬坡涌浪最大高程▽_pmax-检修平台26的高程▽_j。

下弧门17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。

上平门16由两侧对称设置的支撑结构段27和中间的孔口抵抗涌浪冲击结构段28焊接组成。

支撑结构段27的底部为矩形框架结构29，并通过边柱上下游两侧设置的滑块30支撑在门槽21内。

矩形框架结构29由矩形面板31、边柱后翼缘板32、边柱腹板33、底水封支撑板34及底主梁后翼缘板35焊接组成。

抵抗涌浪冲击结构段28底部由曲形面板36与底主梁后翼缘35焊接成封闭结构。

曲形面板36上设置有与通气管24相衔接的通气口37。

通气管24上部采用钝角转弯结构38。

底水封组件19由底水封39与防射流水封40组成。

底水封39由两侧边水封段42及中水封段43组成。

边水封段42上游侧与侧水封18相衔接组成密封结构，并支承于检修平台26上。

防射流水封40和中水封段43共同通过紧固件44固定于底主梁后翼缘板35上，紧固件44包括螺栓、螺母垫片等。

底主梁后翼缘板35上开操作孔45。

门槽21采用带直角折边46的L型结构47，门槽底槛48高程与检修平台26高程等高。

门槽21由上游反轨槽面49、侧槽面50和下游主轨槽面51组成。

上游反轨槽面49外缘与闸孔52的闸墩墙面53齐平。

下游主轨槽面51外缘与检修平台26的闸墩墙面53齐平。

下弧门17采用四支臂主横梁框架结构54。

处于关闭状态时的下弧门面板20顶部高程大于检修平台26高程。

下弧门17顶部采用封闭结构55。

下弧门17采用双缸后拉式液压机56操作。

双缸后拉式液压机56采用中部铰接支撑57与闸墩连接，回转吊13的回转半径R≥下游门机轨道22中心至中部铰接支撑57中心的距离d。

双缸后拉式液压机56的液压泵站58设置3个电机59，正常运行时两个电机59工作、一个电机59备用。

上平门16与下弧门17的侧水封18采用方头P型水封60。

实施例2：

下面结合附图14对本发明作进一步详细说明。

某水电站设置1孔泄洪洞61，在其进口顺水流向依次设置潜孔平面事故闸门62和潜孔弧形工作闸门63各1扇。

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，对于泄洪洞潜孔弧形工作闸门63承受荷载按特殊组合选取，挡水状态与运行状态均按滑坡涌浪工况设计，对于泄洪洞潜孔平面事故闸门62，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按设计洪水位工况设计；并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按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行泄洪洞潜孔弧形工作闸门63的结构设计和启闭力计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行泄洪洞潜孔平面事故闸门62的结构设计，泄洪洞潜孔平面事故闸门62的启闭力、持住力按正常设计水位运行工况计算。

泄洪洞潜孔弧形工作闸门63在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门设计洪水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出设计洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

泄洪洞胸墙64顶部高程大于校核洪水位发生滑坡时爬坡涌浪最大高程。

实施例3：

下面结合附图15～18对本发明作进一步的详细说明。

某水电站设置1孔放空洞65，在其进口顺水流向依次设置潜孔平面挡水闸门66、潜孔平面事故闸门62和潜孔弧形工作闸门63各1扇。

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，对于放空洞潜孔弧形工作闸门63承受荷载按特殊组合选取，挡水与运行状态均按滑坡涌浪工况设计；对于放空洞潜孔平面事故闸门62，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按放空最高水位工况设计；对于放空洞潜孔平面挡水闸门66，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按平压水位差范围工况设计；并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按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行放空洞潜孔弧形工作闸门63的结构设计和启闭力计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行放空洞潜孔平面事故闸门62的结构设计，放空洞潜孔平面事故闸门62的启闭力、持住力按放空最高水位运行工况计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行放空洞潜孔平面挡水闸门66的结构设计，放空洞潜孔平面挡水闸门62的启闭力按平压水位差范围工况设计。

放空洞潜孔弧形工作闸门63在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门放空最高水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出放空最高水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

放空洞潜孔平面事故闸门62在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门放空最高水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出放空最高水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

放空洞潜孔平面挡水闸门66在滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门校核洪水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出校核洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

放空洞胸墙67顶部高程大于校核洪水位发生滑坡时爬坡涌浪最大高程。

实施例4：

下面结合附图19～23对本发明作进一步的详细说明。

某水电站设置1孔深层放空洞68，在其进口顺水流向依次设置一级潜孔平面挡水闸门69、二级潜孔平面挡水闸门70、潜孔平面事故闸门62和潜孔弧形工作闸门63各1扇。

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，对于深层放空洞68潜孔弧形工作闸门63承受荷载按特殊组合选取，挡水与运行状态均按滑坡涌浪工况设计；对于深层放空洞潜孔平面事故闸门62，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按放空最高水位工况设计；对于深层放空洞68一级潜孔平面挡水闸门69、二级潜孔平面挡水闸门70，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按平压水位差范围工况设计；并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按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行深层放空洞潜孔弧形工作闸门63的结构设计和启闭力计算，将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行深层放空洞68潜孔平面事故闸门62的结构设计，深层放空洞68潜孔平面事故闸门62的启闭力、持住力按放空最高水位运行工况计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头或最高水压差，按最高水头或最高水压差进行深层放空洞68一级潜孔平面挡水闸门69、二级潜孔平面挡水闸门70的结构设计，深层放空洞68一级潜孔平面挡水闸门69、二级潜孔平面挡水闸门70的启闭力按平压水位差范围工况设计。

深层放空洞68潜孔弧形工作闸门63滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门放空最高水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出放空最高水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

深层放空洞68潜孔平面事故闸门62滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；H_hs为闸门放空最高水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出放空最高水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

深层放空洞68一级潜孔平面挡水闸门69滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max或Hs_工作总＝H_ycmax+H_jmax+H_Pmax；H_hs为闸门校核洪水位水头，H_ycmax为闸门正常挡水状态的最大水压差，Hj_max为滑坡涌浪超出校核洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

深层放空洞68二级潜孔平面挡水闸门70滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max或Hs_工作总＝H_ycmax+H_jmax+H_Pmax；H_hs为闸门校核洪水位水头，H_ycmax为闸门正常挡水状态的最大水压差，Hj_max为滑坡涌浪超出校核洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

深层放空洞胸墙71顶部高程大于校核洪水位发生滑坡时爬坡涌浪最大高程。

实施例5：

下面结合附图24～26对本发明作进一步的详细说明。

某水电站机组进水口72顺水流向依次设置拦污栅73、分层取水闸门74、进水口检修闸门75和进水口快速闸门76。

拦污栅73不考虑滑坡涌浪工况，其余依据《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，对于分层取水闸门74，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按设计水位差范围工况设计；对于进水口检修闸门75承受荷载按特殊组合选取，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按平压水位差范围工况设计；对于进水口快速闸门76承受荷载按特殊组合选取，挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态按设计洪水位工况设计；并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按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行进水口快速闸门76的结构设计，进水口快速闸门76的启闭力、持住力按设计洪水位运行工况计算；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水头，按最高水头进行进水口检修闸门75的结构设计，进水口检修闸门75的启闭力按平压水位差范围工况设计；将堆积体滑坡产生的水动力荷载按转化的势能(水头)在闸前进行叠加形成最高水压差，按最高水压差进行分层取水闸门74的结构设计，分层取水闸门74的启闭力按平压水位差范围工况设计。

分层取水闸门74滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_ycmax+Hj_max+Hp_max；其中，H_ycmax为闸门设计水压差，Hj_max为滑坡涌浪超出设计洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

进水口检修闸门75滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；其中，H_hs为闸门设计洪水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出设计洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

进水口快速闸门76滑坡涌浪工况下的设计水头Hs_工作总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；其中，H_hs为闸门设计洪水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出设计洪水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高。

V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。/>

Claims (23)

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H_max或最高水压差△H_max，然后根据最高水头H_max或最高水压差△H_max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；

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(76)的启闭力、持住力按正常设计水位运行工况进行计算。

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：

Hs_总＝H_hs+Hj_max+Hp_max；

其中，H_hs为闸门设计水位水头，Hj_max为滑坡涌浪超出静水位最大水头，Hp_max为滑坡涌浪最大爬坡浪高，V_max为闸前滑坡涌浪最大流速，g为重力加速度。

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Hp_max与平面检修闸门底槛或平面事故闸门底槛(6)的高程之差；

平面事故闸门由上叠闸门(7)和下叠闸门(8)组成，下叠闸门(8)为上节门体(9)通过节间充水平压装置(11)与下节门体(10)连接而成的整体。

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)；

下游门机轨道(22)的下游侧设有门库(23)。

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；

门槽(21)的横截面形状呈L形，且门槽底槛(48)的高程与检修平台(26)的高程等高；

通气管(24)的上端采用直角或钝角转弯结构(38)与上平门(16)的下游面连通。

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H_ds＝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；

所述底水封组件(19)包括底水封(39)和防射流水封(40)，底水封(39)呈U形，且底水封(39)的底部设有矩形槽，底水封(39)包括中水封段(43)，中水封段(43)的两端均设有边水封段(42)，边水封段(42)上远离中水封段(43)的一端与侧水封(18)衔接；防射流水封(40)采用P型水封制成，防射流水封(40)部分插入到中水封段(43)中，防射流水封(40)和中水封段(43)共同通过紧固件(44)与上平门(16)连接，边水封段(42)通过紧固件(44)与上平门(16)连接；上平门(16)上在靠近底水封(39)的位置开设有操作孔(45)。

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(17)采用多支臂主横梁框架结构，多支臂主横梁框架结构中的支臂数量＞3根，且多支臂主横梁框架结构的下游端与闸墩铰接，上游端通过双缸后拉式液压机(56)的中部铰接支撑(57)与闸墩连接。

18.如权利要求17所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述中部铰接支撑(57)中心至下游门机轨道(22)中心的距离d≤回转吊(13)的回转半径R。

19.如权利要求17所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述双缸后拉式液压机(56)的液压泵站(58)设置有3个电机(59)，正常运行时两个电机(59)工作、一个电机(59)备用。

20.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：所述工作闸门为用于泄水的潜孔弧形工作闸门(63)时，胸墙顶部高程大于爬坡涌浪最大高程▽_pmax。

21.如权利要求20所述的抗滑坡涌浪冲击的闸门系统设计方法，其特征在于：所述闸门系统还包括挡水状态按滑坡涌浪工况设计，运行状态不考虑滑坡涌浪工况的潜孔平面检修闸门、潜孔平面挡水闸门(66)和潜孔平面事故闸门(62)。

22.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：所述闸门系统还包括拦污栅(73)，拦污栅(73)设计不考虑滑坡涌浪工况。

23.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：所述闸门系统还包括导流洞封堵闸门，导流洞封堵闸门设计不考虑滑坡涌浪工况。