在一些水工建築物中，為了引水、導流或泄水的需要，常常需要設定一些水頭很高的取水或泄水孔，如水庫引水隧洞的出口、放空水庫的泄水孔、船閘的輸水廊道等，在這些孔口上布置的閘門稱為深孔閘門。
深孔閘門是指閘門門葉頂部、兩側及底部均設止水的、承受較大水頭的潛沒式閘門。通常按水頭劃分，低於25m的稱低水頭閘門；25～50m的稱中水頭閘門；高於50m的稱高水頭閘門。深孔閘門可用作工作閘門、事故閘門或檢修閘門。深孔閘門的門型使用最多的是弧形閘門和平面閘門。深孔閘門的兩個主要問題是閘門振動和門槽空蝕，因此，在設計與施工中應採取相應的措施。北京密雲水庫的白河電站隧洞進水口、官廳水電站等都採用深孔閘門。
基本介紹
- 中文名：深孔閘門
- 外文名：Deep hole gate
- 作用：引水、導流或泄水
- 學科：水利工程
- 舉例：深孔平面閘門
- 分類：平面閘門和弧形閘門
深孔閘門的分類,深孔閘門的水力條件,深孔平面閘門,深孔弧形閘門,結構要求,
深孔閘門的分類
閘門的分類型式很多，按深孔閘門的特點對其進行分類。
(1)按水頭的大小，深孔閘門可以分為低、中、高、特高水頭閘門。一般認為：25m水頭以下為低水頭閘門，25～50m水頭為中水頭閘門，50～80m水頭為高水頭閘門，80m以上水頭為特高水頭閘門。
(2)按設定的位置，深孔閘門可以分為泄水道進口閘門、泄水道中部閘門和泄水道出口閘門。
(3)按閘門後的過流條件，深孔閘門可以分為閘門後為壓力流的閘門和閘門後為明流的閘門。壓力流的閘門，其後的管流為有壓流；明流的閘門，其後的管流為無壓流，管內具有自由水面。
(4)按閘門的型式，深孔閘門可分為平面閘門和弧形閘門。
深孔閘門的水力條件
由於水頭很大，深孔閘門在開啟時其門底過流流速很高，可達40m3/s或更高，因此，水流邊界形狀稍有突變即會引起水流壓力急劇變化，造成閘門振動，形成渦流，帶來很大的負壓，並出現空穴。水流繞過障礙或凹槽、流向改變、過水斷面縮窄，都會使水流受到擾動，從而引起局部壓力下降，當壓力低於一定的臨界數值時，水流中就會產生空穴，空穴會對水流邊界造成空蝕破壞。
平面閘門門槽最易遭受空蝕破壞。門槽一旦損壞就會給平面閘門的工作和運行帶來很大的危害，甚至使閘門無法繼續使用。空蝕同樣也會造成閘門門葉、埋件和啟閉機拉桿連線的破壞，因此在決定閘門及其埋件的結構型式以及閘門的啟閉方式時，必須考慮水流空蝕的影響。
門槽位置和形狀選擇不當，或者在襯砌面上有局部不平整突體，都特別容易引起空蝕，保護層很快腐蝕，使混凝土嚴重破壞。由於水流流態不好，襯護面上會產生一種高頻動水壓力，使襯護背水面的混凝土受到破壞，並使襯護與混凝土完全脫開。因此，襯護本身必須具有很大的剛度，同時，襯護與混凝土的連線也一定要牢固。
閘門在建築物中所處位置無論對整個建築物還是閘門本身都有很大影響。對於引水隧洞的深孔閘門，往往應當設定在洞身的出口處，因為在這種情況下運行條件最為有利：泄水道總是處在有壓狀態，且下游補氣充分。對於壩內引水涵洞或底孔中的深孔閘門，往往設在洞身的前段，並使閘門後的洞身高度加大，這種布置要求門身後的水流成為明流，以保證閘門運行良好，不產，卜門體振動和空蝕，必要時還要增設一些輔助設施，如設定通氣管等。
深孔工作閘門如果位於管道進口或中部，門後空間就要進行通氣，這是消除閘門及其所在管段產生振動、出現高真空、引起空蝕等有害現象的有效措施。採取通氣措施還能減小動水壓力的脈動尺度，保證泄水道出口水流流態的穩定，從而改善深孔閘門的運行條件，提高閘門運行的可靠性。通氣孔口的位置，應設定在工作閘門後、管道頂部靠近閘門下游面的地方。
深孔平面閘門
深孔平面閘門是一種廣泛使用的深孔閘門，它不僅可用作檢修閘門和事故閘門，而且可以用作工作閘rJ。由於平面閘門存在啟閉力大的缺點，因此多用於中低水頭的中小型閘門，而且多為在靜水中啟閉的檢修閘門。
深孔平面閘門的面板和梁系的結構布置與潛孔閘門基本相同，一般都採用多主梁式的普通主次梁形式。由於其面板上作用的水壓力較大，主梁和豎直次梁及連線系的橫截面均採用實腹梁式，梁系均採用與面板相連線的齊平連線型式。深孔閘門的頂、側止水一般布置在下游同一平面內，底止水布置在上游面板處，側向垂直止水和水平止水之間的水平過渡段設在閘門邊梁處。由於頂、側止水在下游同一平面，因此深孔閘門各梁均採用等高布置。當閘門上的荷載很大時，底橫樑離門底的高度便很小，此時將底止水布置在上游面板處則不能獲得較好的水力條件，因此可以將閘門底緣的上游面作成斜面，以保證閘門底緣滿足布置要求。閘門的面板有時也可以布置在門體的下游面，這種布置有利於止水的布置，同時可以使橫樑的兩端避免承受側向水壓力，但這種布置使得面板與梁系之間受拉，不利於面板與梁系的連線。
深孔平面閘門深孔平面閘門的支承行走結構可分為3種：滑動支承、滾輪支承和鏈輪支承。目前平面工作閘門和事故檢修閘門大都採用滑動支承，滑動支承的優點是傳遞到閘墩上的大部分荷載能均勻分布在埋件上，特別是滑動支承所需門槽尺寸較小，對消除空蝕和振動是極為重要的。滑動閘門一般採用壓合膠木滑道，它與光滑的不鏽鋼埋件的摩阻係數仍較大，因此滑動支承需要較大的啟門力和閉門力，這是滑動支承的缺點。
滾輪支承所需的啟閉力比滑動支承要小，但由於作用於深孔閘門的水荷載很大，往往使得滾輪上的荷載很大，當荷載超過3000kN時，會造成門葉厚度和門槽尺寸大幅度增加，大大惡化閘門的水力條件，導致空蝕和振動產生，同時也使門體、支承行走部分以及閘門埋件的結構複雜化。深孔平面閘門的滾輪外圈和滾輪的工作軌道一般都用高強度鋼製造，為了防止泥沙和水進入軸承，滾輪還需設定密封裝置。如果閘門荷載較大，而門體上又無法布置必須數量的滾輪，則應採用鏈輪閘門。鏈輪閘門用鏈將滾柱連在一起，構成一個無極環鏈，環鏈圍繞專門的構架移動，而構架則固定在閘門邊柱的墊板上。採用這種支承型式，滾柱可與閘門一起移動，不會受到水流衝擊，因而磨損較小，但鏈輪支承的製造和安裝工藝要求較高。
深孔弧形閘門
對於高水頭的大尺寸孔口，用平面閘門啟閉力很大且止水複雜，往往只能採用深孔弧形閘門。與深孔平面閘門相比，深孔弧形閘門有較多的優點：孔口沒有門槽，泄流時水流連續，水流條件較好，沒有門槽空蝕的問題；面板呈圓弧形，有銳緣的底部，可使泄流較為平穩；有嚴密的頂止水，泄流時一般不會產生門頂射水面，導致門體振動；啟閉力較小；造價較經濟。但深孔弧形閘門存在門體設計、加工製造以及施工複雜的缺點。
深孔弧形閘門的面板曲率半徑一般較大，其與閘門高度的比值可取規範規定的較大值，這樣可以減少閘門的啟閉力，並適應水流流態的需要。深孔弧形閘門一般採用齊平連線，根據主梁的布置型式有主縱梁式或主橫樑式。當孔口為方形或豎的長方形時，宜採用主縱梁式。由於深孔弧形閘門支臂的推力很大，因此不宜採用斜承，而應採用平行布置。當水壓力較大時，閘門每邊的支臂數可以多於兩根。上下支臂之間和左右支臂之間還可以布置支撐桿件，使支臂形成一個整體結構。深孔弧形閘門的梁系和支臂一般採用實腹式截面。由於深孔弧形閘門檢修不便，因此要求門體結構牢靠，能經久耐用。
深孔弧形閘門因為水頭較高，閘門漏水容易導致閘門和埋件的空蝕破壞，同時也可能導致門體和吊桿的振動，因此，對閘門止水的設計和加工以及安裝的要求均較高。另外，因為水壓力大，深孔弧形閘門的啟閉過程中產生的鉸軸處的摩阻力和側止水的摩阻力矩均較大，門體自重所產生的力矩往往不能克服這些摩阻力矩，因此在閉門時需要施加閉門力。所以深孔弧形閘門常用液壓啟閉機，在啟閉力較小時也可採用螺桿式啟閉機
結構要求
1、閘門外形，門槽形式和閘門所在水道形態要平順，水力條件良好；
2、閘門結構要有足夠的強度，剛度和可靠性；
3、止水裝置要可靠的防止滲漏和噴射；
4、要有防震減蝕的措施；
5、操作機構要靈活可靠，因此在承受50以上水頭的泄水孔上配置。
