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一、雙扉閘門及其工作原理

水利水運工程中的雙扉閘門，通常是指水工建筑物中，在帶有控制閘門的單孔閘室里，設置兩道工作閘門門槽，在兩道閘門門槽中分別安置一扇工作閘門，兩扇工作閘門可以分別在各自的工作門槽軌道里上、下運行，這兩扇工作閘門一般就簡稱為雙扉門。雙扉門又分為上扉門和下扉門，上、下扉門的尺寸、重量基本相同。區分上、下扉門的主要依據是上、下扉門各自承擔的工作內容。一般情況下，下扉門主要放置于閘室口門底坎上，使用較為頻繁，相當于工作門，主要作用是擋水、充水和泄洪。上扉門平時主要放置于閘孔上方擋板上，使用頻率較小，相當于檢修門，只有在所需擋水水位超過下扉門門體高度時，上扉門才會從擋板放下與下扉門閉合參與擋水任務，另外在洪水水位過高需開啟閘門泄洪時，上扉門又與下扉門同時提起，承擔部分泄洪任務。雙扉平面閘門結構與普通平面閘門結構基本一致，通常由門葉、主輪、側輪、吊耳以及止水橡皮等組成。上、下扉門結構上的主要區別是，下扉門的頂部和上扉門的底部各自多裝了一道止水橡皮，作用是為了保證上扉門底部與下扉門頂部之間的橡皮能夠相互密封閉合，防止水流從上、下扉門之間穿過，以起到阻水、擋水作用。

二、南四湖水資源控制工程簡況

南水北調工程是解決我國北方地區水資源嚴重短缺問題的重大戰略舉措，規劃確定東、中、西3條調水線路，其中東線工程從長江下游干流取水，基本沿京杭大運河向北方調水，主要供水目標為解決京滬鐵路沿線和山東半島的城市缺水，并為農業和生態補水。南四湖位于南水北調東線工程調水路線中，承擔著為江蘇、山東兩省輸水任務，東線工程實施后，在維護當地用水原則不變的情況下，須對南四湖周邊涉及江蘇和山東兩省有關引水口門進行有效的控制，以加強對南四湖的水資源控制管理。第一期工程規劃在南四湖上級湖湖西姚樓河、大沙河、楊官屯河和下級湖湖東潘莊引河的河口上新建控制閘。2004年，國家發改委批復南四湖水資源控制工程可行性研究報告，同意在南四湖新建姚樓河閘、大沙河閘、楊官屯河閘和潘莊引河閘4座水資源控制閘工程。潘莊引河閘因沒有通航功能，閘門采用了單扇平面門。姚樓河閘、大沙河閘和楊官屯河閘皆位于南四湖上級湖湖西蘇魯交界處，因湖西河道水運十分發達，在對這3座閘的閘門設計時，對3座閘的通航能力作了分析，設計時均不同程度地采用了雙扉平面鋼閘門，具體如下：姚樓河閘距姚樓河入南四湖上級湖西面湖口150m處，主要建筑物級別為1級。設計20年一遇泄洪流量114m3/s，引水流量4m3/s，閘室為2孔，總凈寬20m，單孔凈寬10.0m，其中南側閘孔兼做通航孔，2孔閘門均為雙扉平面鋼閘門。大沙河閘距大沙河入南四湖上級湖西面湖口130m處，主要建筑物級別為1級。設計20年一遇泄洪流量1360m3/s，引水流量12m3/s，由一座14孔節制閘和一座160m長船閘組成，節制閘閘室單孔凈寬10m，船閘凈寬12m，船閘上閘首閘門采用了雙扉平面鋼閘門，14孔節制閘和船閘下閘首閘門采用了單扇平面鋼閘門。楊官屯河閘距楊官屯河入南四湖上級湖西面湖口130m處，主要建筑物級別為1級。設計20年一遇泄洪流量156m3/s，引水流量30m3/s，由1孔節制閘和一座160m長船閘組成，節制閘和船閘上閘首相連，總凈寬20m，其中北側節制閘閘孔凈寬8m，南側閘孔兼做船閘上閘首，單孔凈寬12m，節制閘和船閘上閘首閘門均為雙扉平面鋼閘門，船閘下閘首為升臥門。

三、雙扉平面鋼閘門設計要點

姚樓河閘、大沙河閘和楊官屯河閘彼此相距不遠，3座閘設計所采用的擋洪、除澇和通航水位全部一致。但因3座閘所在位置地勢不同引起3座閘的閘室底板高程也各不相同，因此3座閘的雙扉平面鋼閘門結構、尺寸也有所不同。具體如下:

1.姚樓河閘

姚樓河閘閘室為2孔，2孔閘門均為雙扉工作門，共4扇，結構形式為露頂式平面滾動鋼閘門。閘孔單孔凈寬10m，底板高程31.3m，按擋水37.0m和最高通航水位34.3m設計，相應上、下扉閘門尺設計均為10.0m×3.2m（寬×高）。閘門結構形式為雙主梁實腹式焊接結構，上扉門主梁高1000mm，下扉門主梁高1250mm，主梁變截面端、頂梁及底梁高600mm，主要結構材料Q235B，主支承采用φ700懸臂式滾輪支承，滾輪材料為ZG270-500，軸材料為45號鋼鍍鉻，軸套材料為高強度鋼基銅塑自潤滑軸承FZB08B170×200×190-2RS。閘門止水采用橡皮雙向止水，側止水采用方頭P型橡皮，上、下扉門節間止水采用Ω型橡皮，底止水及所有橡皮墊塊采用條形橡皮，側止水及節間止水材料采用橡塑復合止水，其余止水橡皮材料選用防Ⅱ橡膠。

2.大沙河閘

大沙河閘由節制閘和船閘兩部分組成。節制閘共14孔，單孔凈寬10m，配工作閘門和檢修閘門，船閘分上、下閘首，上閘首設雙扉工作閘門一道，下閘首設工作閘門和檢修閘門各一道。另外，上閘首還配置充水廊道控制閘門兩扇及相應的啟閉設備。船閘上閘首閘孔凈寬12m，底板高程30.8m，按擋水37.0m和最高通航水位34.3m設計，相應上、下扉閘門尺設計均為12.0m×3.6m（寬×高）。雙扉門采用平面定輪鋼閘門，雙主橫梁變截面結構。支承采用懸臂式滾輪支承，滾輪材料ZG310-570，輪軸材料45號鋼鍍鉻，軸套材料采用高強度鋼基銅塑自潤滑軸承FZB08。閘門止水布置為雙向止水，側止水采用雙P型和方頭橡皮，上、下扉門節間止水采用Ω型橡皮，底止水采用I型切角橡皮。閘門和埋件主要材料選用Q235B。

3.楊官屯河閘

楊官屯河閘由船閘和節制閘組成，節制閘1孔，單孔凈寬8m，閘門采用雙扉鋼閘門。船閘分上、下閘首，上閘首和節制閘相連，上閘首采用雙扉工作閘門，下閘首不參與擋水采用升臥門，船閘凈寬12m。節制閘和船閘上閘首底板采用同一高程29.8m，按擋水37.0m和最高通航水位34.3m設計，節制閘和船閘上閘首閘門尺設計分別如下：節制閘、扉門閘孔尺寸均為8.0m×4.8m（寬×高），結構形式為露頂式平面滾動鋼閘門，上扉門主梁按剛度要求的最小梁高為800.7mm，設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為850mm，閘門下扉門主梁按剛度要求的最小梁高為1000.8mm，設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為1050mm。上、下扉門主梁端部梁高與邊梁等高，設計為600mm。船閘上閘首上、下扉門均為12.0m×4.8m（寬×高）。上扉門主梁按剛度要求的最小梁高為1188.7mm，主梁跨中梁高為1100mm，閘門下扉門主梁按剛度要求的最小梁高為1485.5mm，主梁跨中梁高為1100mm，設計為變截面結構型式，上、下扉門主梁端部梁高與邊梁等高，設計為700mm。主要結構材料Q235B，主支承采用φ700懸臂式滾輪支承，滾輪材料為ZG270-500，軸材料為45號鋼鍍鉻，軸套材料為高強度鋼基銅塑自潤滑軸承FZB08B170×200×190-2RS。閘門止水采用橡皮雙向止水，側止水采用方頭P型橡皮，上、下扉門節間止水采用Ω型橡皮，底止水及所有橡皮墊塊采用條形橡皮，側止水及節間止水材料采用橡塑復合止水，其余止水橡皮材料選用防Ⅱ橡膠。

四、南四湖水資源控制工程選用雙扉平面鋼閘門應用與研究

1.工程選用雙扉平面閘門的合理性

姚樓河閘、大沙河閘和楊官屯河閘雖按相同擋水高程和最高通航水位設計，但因所處位置和口門大小不同，3座閘的雙扉閘門大小、尺寸也不盡相同，具體數據如表1。根據表中數據計算得出，在通航時，姚樓河閘單扉門擋水高程為34.5m，大沙河閘單扉門擋水高程為34.4m，楊官屯河閘單扉門擋水高程為34.6m，均超過了最高通航水位34.3m，都能滿足最高通航水位擋水要求；當南四湖湖中來洪水需擋水時，姚樓河閘雙扉門組合擋水高程為37.7m，大沙河閘門雙扉門組合擋水高程為38.0m，楊官屯河閘雙扉門組合擋水高程為39.4m，均超過設計擋水高程37.0m，亦都能滿足設計擋水高程要求。從計算結果中可以看出，采用雙扉門組合擋洪水時，姚樓河閘閘門門頂高程比設計水位高出0.7m，大沙河閘上閘首閘門門頂高程比設計水位高出1.0m，楊官屯河閘閘門門頂高程比設計水位高出2.4m。因此姚樓河閘最為經濟，大沙河閘次之，楊官屯河閘最后。這并不是因為大沙河閘與楊官屯河閘選用雙扉閘門門型不妥，原因在于大沙河閘的節制閘單孔凈寬10m，閘門設計為14孔單扇門配2組檢修門組合，而船閘凈寬為12m，檢修門凈寬比船閘凈寬小2m，不匹配，如船閘改用單扇平面門，則單扇門高度應達到6.7m才能滿足擋洪要求，同時還須另配12m寬檢修門，相比雙扉平面單扉門3.6m的高度，更不經濟。同理，楊官屯河閘若將雙扉平面門改為單扇平面門，則單扇門高度將達到7.7m，且節制閘凈寬8m，船閘凈寬12m，還分別配置寬度不同的檢修門，相比單扉門4.8m的高度，造價更高。因此姚樓河閘、大沙河閘和楊官屯河閘在滿足通航和擋水前提條件下，相關口門上的閘門采用雙扉平面閘門組合是合理的。

2.工程選用雙扉平面門的優勢

從上面對比分析可以看出，姚樓河閘的2孔閘、大沙河閘的上閘首、楊官屯河的節制閘和船閘上室首，在滿足通航和擋水功能條件下，采用雙扉平面門組合，比采用單扇平面門配檢修門組合更有優勢，采用雙扉門組合后，可大大減少制造閘門所用的鋼材，從而有效地節省了工程投資，降低了工程造價。上、下扉門尺寸一樣的優勢還在于可以通用，通航時，下扉門若出現故障需提出檢修時，就可將上扉門放下，代替下扉門工作，保證了過閘船只的正常通航。姚樓河閘、大沙河閘和楊官屯河閘均位于南四湖湖西航道入口處，航運十分發達，入湖支流姚樓河、大沙河和楊官屯河沿岸均設有不同等級的貨運碼頭，往來船只較多，這就要求3座閘能夠具有較強的過閘能力。利用雙扉閘門過船的優勢在于船舶過閘時僅下扉門參與通航作業，上扉門并不參與。與單扇門相比，閘門的重量大大減輕，閘門啟閉也變得更加輕巧、方便，可有效縮短閘門開啟時間，減少過閘船只等候時間，提高船閘過船效率。與單扇平面門相比，雙扉平面門因其兩扇單扉門高度較小，設計時就可以將閘室排架柱高度、啟閉機房工作橋高度和與之銜接的橋頭堡高度降低，從而減輕土建工程施工難度。

3、雙扉平面門的劣勢

雙扉平面門在啟閉時，與單扇平面門相比，在最高通航水位以下的下扉門的啟閉，與單扇平面門啟閉無異。在需啟用上扉門擋水時，要求上扉門必須放置到上扉門的底止水橡皮和下扉門的頂止水橡皮閉合處，既不能過放，也不能欠放，否則雙扉門組合就起不到擋水作用。同理，雙扉門組合在泄洪時，為防止水流從上、下扉門間流過時對下扉門造成破壞，上、下扉門提出水面時需同步開啟。因此雙扉門在啟用上扉門參與擋水和泄洪時，雙扉門的操作控制難度比操作單扇門難度要大。同一閘孔里，單扇門啟閉只需一臺啟閉機即可，雙扉門比單扇門多一扇門，雙扉門啟閉需兩臺啟閉機，因此雙扉門的啟閉機數量比單扇門啟閉機數量要多，所占用啟閉機房的面積和空間也就多，啟閉機房內工作人員的工作面積和活動空間也就要小。同時由于啟閉機數量的增加，引起安置啟閉機重量的次梁增加，承擔啟閉機荷載的工作橋結構型式也就相對復雜。南四湖水資源控制工程的姚樓河閘、大沙河閘船閘上閘首和楊官屯河閘不僅要具備擋洪和泄洪要求，還要滿足通航要求。現階段選擇雙扉平面鋼閘門來同時承擔工程通航和擋洪任務，無疑是一種最優選擇.