《氣動盾形閘門系統設計規(guī)范》

ICS號

中國標準文獻分類號

團體標準

T/CHESXXXX—XXXX

氣動盾形閘門系統設計規(guī)范

Designcodeforpneumaticallyoperatedgatesystem

（征求意見稿）

（請將你們發(fā)現的有關專利的內容和支持性文件隨意見一并返回）

2018-xx-xx發(fā)布2018-xx-xx實施

中國水利學會發(fā)布

氣動盾形閘門系統設計規(guī)范

1范圍

為規(guī)范氣動盾形閘門系統設計，做到技術先進、安全可靠、經濟合理、生態(tài)環(huán)保，制定

本標準。

本標準確立了氣動盾形閘門系統總體布置、金屬結構、橡膠件、基礎與埋件、氣動系統、

電氣及自動控制系統設計應共同遵守的必要準則，規(guī)定了設計、計算要求和方法。

本標準適用于以壓縮空氣作為動力、擋水高度不大于8m的氣動盾形閘門系統設計。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注明日期的引用文件，

其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本

標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最

新版本適用于本標準。

GB/T699優(yōu)質碳素結構鋼

GB/T700碳素結構鋼

GB713鍋爐和壓力容器用鋼板

GB/T714橋梁用結構鋼

GB/T983不銹鋼焊條（neqANSI/AWSA5.4）

GB/T1348球墨鑄鐵件

GB/T1591低合金高強度結構鋼（neqISO4950）

GB/T3280不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶

GB/T4237不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶（neqJISG4303）

GB/T5117非合金鋼及細晶粒鋼焊條（eqvANSI/AWSA5.1）

GB/T5118熱強鋼焊條（neqANSI/AWSA5.5）

GB/T11352一般工程用鑄造碳鋼件

GB/T50065交流電氣裝置的接地設計規(guī)范

GB/T50087工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范

GB/T50169電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范

GB/T5277緊固件螺栓和螺釘通孔

SL74水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范

SL105水工金屬結構防腐蝕規(guī)范

SL191水工混凝土結構設計規(guī)范

T/CHES11氣動盾形閘門系統制造安裝及驗收規(guī)范

DL/T5190.5電力建設施工及驗收技術規(guī)范：第五部分熱工自動化

HG/T3090模壓和壓出橡膠制品外觀質量的一般規(guī)定

JB/T6402大型低合金鋼鑄件

TSG21固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程

3術語和定義

下列術語和定義適用于本規(guī)范。

3.1

氣動盾形閘門系統Pneumaticshieldgatesystem

氣動盾形閘門系統是由閘門、埋件、橡膠件、氣動系統、電氣及自動控制系統等組成，

以壓縮空氣為動力，通過對氣袋的充氣、放氣，實現閘門的起升和倒伏。

3.2

閘門單元GateUnit

可由多組門板組成，用于組成閘門起擋水作用的結構部件。

3.3

埋件EmbeddedParts

用于支撐和固定夾具、安全抑制帶的預埋錨栓及部件。

3.4

夾具Clamp

用于固定氣袋、鉸鏈蓋板的金屬結構部件。

3.5

安全抑制帶SafetyRestraintbBand

用于防止閘門向上游河道倒伏，并限制閘門不超過設計擋水高度的部件。

3.6

氣袋AirBladder

可充氣并用于支撐閘門啟閉的高分子橡膠袋。

3.7

鉸鏈蓋板HingeFlap

用于連接閘門根部起密封作用的橡膠部件。

3.8

閘墩板AbutmentPlate

設置在閘墩側面的止水板。

3.9

間止封InnerPanelSeal

用于連接閘門單元且起密封作用的橡膠件。

3.10

側止封AbutmentSeal

用于閘門與閘墩板之間密封的橡膠件。

3.11

氣動系統AirPowerSystem

用于驅動閘門升降的動力系統，包括空氣壓縮機、干燥裝置、過濾器、儲氣罐、閥件、管路、

接頭等部件。

3.12

電氣及自動控制系統ElectricalandAutomaticControlSystem

用于對氣動盾形閘門系統進行自動監(jiān)控及保護的系統，包括PLC、傳感器、電纜等部件。

4總體布置

4.1一般規(guī)定

4.1.1氣動動盾形閘門系統適用于擋水高度不超過8m的攔河壩（閘）工程，如攔河蓄水、

河道治理、城市景觀、壩頂加高、灌溉引水、防浪擋潮等工程。

4.1.2氣動盾形閘門系統設計資料應包括下列各項：

——閘門基本參數，包括擋水高度、溢流高度、泄水量、閘門凈寬度等；

——外觀形式要求，包括閘門顏色、閘墩造型、閘門布置形狀等；

——功能要求，包括是否采用遠程控制、視頻監(jiān)控等；

——水文、氣象、泥沙、水質、冰情、污物等資料；

——地震和其他特殊資料；

——有關制造、防腐、運輸和安裝等方面資料。

4.1.3氣動盾形閘門系統下游側水位高度不應大于充氣后氣袋高度的1/3。

4.1.4氣動盾形閘門系統在冬季寒冷地區(qū)運行，宜設置防冰凍設施。

4.4.5具有防洪要求的氣動盾形閘門系統應設置備用電源。

4.2布置要求

4.2.1布置包括基礎、閘門、動力控制室及測控設備等的布置。

4.2.2氣動盾形閘門系統總體布置，應符合所應用工程的總體規(guī)劃及要求，綜合考慮安全、

水文、地形、地質、交通、泥沙、環(huán)保、美觀、經濟等影響因素，經比選后確定基礎位置。

4.2.3基礎應布置在河段相對平直且水流較平順部位，閘址處與河段水流方向相垂直。

4.2.4基礎底板厚度及寬度應滿足管路布置、埋件布置、閘門安裝要求。

4.2.5閘門寬度應與河道寬度相適應，倒伏時應能滿足河道設計行洪要求。

4.2.6當河道寬度大于100m時，宜設置中間閘墩，采用多跨設計。中間閘墩高應不小于閘

門頂溢流水頭，沿水流方向墩長應大于閘門倒伏時長度。

4.2.7閘門可在任意高度開啟運行，頂部溢流水深不應超過0.5m，并不得在強振動區(qū)停留。

4.3動力控制室

4.3.1氣動盾形閘門系統宜設置獨立的動力控制室，動力控制室宜靠近閘門布置。

4.3.2動力控制室的位置應根據下列因素綜合考慮后確定：

——與周圍環(huán)境相適應；

——供電、供水合理；

——應做好通風措施，當控制室布置在地面以下時，還應做好防潮、防水等措施；

——避免靠近散發(fā)爆炸性、腐蝕性和有毒氣體以及粉塵等有害物的場所，并位于上述場所全

年風向最小頻率的下風側。

4.3測控設備

4.3.1水位傳感器應布置在閘門上游水流較平順的部位，沿水流方向距主錨栓軸線的距離應

不小于1m。

4.3.2閘門傾角測控設備應布置在閘門下游側，應與閘門緊密接觸、連接牢固。

4.3.3系統壓力傳感器、電磁閥等測控設備應布置在控制室內，與相應管路連接。

5金屬結構

5.1荷載

5.1.1作用在閘門上的荷載可分為基本荷載和特殊荷載兩類，類別應符合SL74的規(guī)定。

5.1.2閘門有特殊要求時（如水下爆破等），應專門研究作用在閘門上的荷載。

5.1.3設計閘門時，應將可能同時作用的各種荷載進行組合。荷載組合分為基本組合和特殊

組合兩類。基本組合由基本荷載組成，特殊組合由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成，荷

載組合應符合SL74的規(guī)定。

5.2材料

5.2.1閘門承載結構的鋼材應根據閘門的工作性質、應用環(huán)境、連接方式、工作溫度等不同

情況選擇合適的鋼號和材質，其質量標準應符合GB/T699、GB/T700、GB/T1591、GB713、

GB/T714規(guī)定的要求，并根據SL74相關規(guī)定選用，當閘門工作所處環(huán)境水質惡劣時，閘門

承載結構宜采用不銹鋼材質，所選不銹鋼性能應符合GB/T3280、GB/T4237之規(guī)定。

5.2.2閘門承載結構的鋼材應保證其抗拉強度、屈服強度、沖擊韌性、伸長率和硫、磷的含

量符合要求，對焊接結構尚應保證碳的含量符合要求。主要受力結構和彎曲成形部分鋼材應

具有冷彎試驗的合格保證。

5.2.3夾具等鑄鋼件可采用GB/T11352規(guī)定的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、

ZG340-640及GB/T1348規(guī)定的QT500-7等材料，也可采用JB/T6402規(guī)定的ZG50Mn2、

ZG35Cr1Mo、ZG34Cr2Ni2Mo等合金鑄鋼。

5.2.4錨栓的材料可采用GB/T700規(guī)定的Q235鋼、GB/T1591規(guī)定的Q345鋼、GB/T699

規(guī)定的45鋼及GB/T3280、GB/T4237規(guī)定的不銹鋼。

5.2.5焊條電弧焊用的焊條應符合GB/T5117、GB/T5118、GB/T983規(guī)定的要求。

5.2.6自動焊和氣體保護焊應采用與母材金屬強度相適應的焊絲和焊劑。

5.2.7閘門防腐蝕涂裝材料應根據工作環(huán)境、環(huán)保要求、工作年限、使用工況選用，并符合

SL105規(guī)定的要求。

5.2.8鋼材的容許應力應符合SL74中的有關規(guī)定。

5.3閘門

5.3.1閘門設計應考慮工廠制作、現場安裝、防腐、運輸等條件。

5.3.2閘門由若干閘門單元組成，閘門單元之間應涂抹環(huán)保密封膠，并用間止封和螺栓連接。

5.3.3閘門單元寬度b與擋水高度h應符合下列要求：

當h＜2m時，2h≤b≤5m；

當2m≤h≤8m時，5m≤b≤10m。

5.3.4考慮運輸條件，閘門單元可由多組門板組成，門板之間宜采用螺栓連接。

5.3.5門板宜設計成弧形，并在迎水面水流方向設置肋板。

5.3.6閘門的結構計算，應根據實際可能發(fā)生的最不利的荷載組合情況，按基本荷載組合和

特殊荷載組合條件進行強度、剛度計算。

5.3.7閘門抗彎強度應按曲梁計算。

5.3.8閘門整體結構強度及變形應采用有限元法進行計算校核。

5.4夾具

5.4.1夾具設計應綜合考慮受力、結構強度、制造工藝、錨栓孔分布、搬運、安裝等因素。

5.4.2夾具宜采用精鑄成型，其大小應根據擋水高度、受力條件不同進行適當調整。

5.4.3夾具材料應符合5.2.3的有關規(guī)定，其表面宜采用鍍鋅防腐處理，也可根據具體工作

條件采用其他鍍層等防腐措施。

5.4.4夾具錨栓孔宜設計成沉孔，沿閘門寬度方向布置。通孔尺寸應符合GB/T5277的有關

規(guī)定。

5.5壓板

5.5.1壓板包括安全抑制帶壓板、閘門止封壓板、鉸鏈壓板。

5.5.2安全抑制帶壓板長度應大于安全抑制帶的寬度。

5.5.3閘門止封壓板螺栓孔在弧度方向宜設計為長圓形，應在壓板展開狀態(tài)下加工通孔。

5.5.4鉸鏈壓板在閘門寬度方向應分段布置。

6橡膠件

6.1一般規(guī)定

6.1.1橡膠件主要包括氣袋、鉸鏈蓋板、安全抑制帶和閘門止封。

6.1.2橡膠件材質應具有耐老化、耐腐蝕、耐紫外線、耐撓曲、抗撕裂、抗沖擊、無毒等性

能，在河口地區(qū)還應具有抗海生物附著、抗波浪疲勞等性能。

6.2氣袋

6.2.1氣袋數量應與閘門單元個數一致或兩倍閘門單元個數，單個氣袋長度應小于閘門單元

的寬度。

6.2.2氣袋一般由內、中、外三層材質組合而成，內層應具有良好的氣密性，中層宜為抗拉

骨架層，外層為保護層，外層材料性能不宜低于三元乙丙橡膠。外觀質量應符合HG/T3090

的規(guī)定和要求。

6.2.3氣袋應采用三邊封閉一邊開口或四邊全封閉的形式，氣袋上應設置充氣氣嘴，氣嘴應

采用不銹鋼或黃銅等防腐材質。

6.2.4氣袋制造長度和寬度誤差不應大于±20mm，厚度誤差不應大于±2.5mm。

6.2.5氣袋內充漲介質應為干凈的壓縮空氣，其工作壓力不宜大于0.4MPa。6.2.6氣袋工

作壓力應采用下列公式進行計算：

1氣袋內充氣壓力P應按式1計算：

（式1）

112233

F4?6FL+FL+FL?6

141

式中：P=?A?10=L?A?10

P——氣袋內充氣壓力，MPa；

F1——水對閘門的水平壓力，N；

L1——閘門所受水平水壓力到旋轉點的距離，m；

F2——水對閘門的豎直壓力，N；

L2——閘門所受豎直水壓力到旋轉點的距離，m；

F3——閘門單元自身重力，N；

L3——閘門單元自身重力中心到旋轉點的距離，m；

L4——氣袋對閘門的支持力中心到旋轉點的距離，m；

——氣袋與閘門接觸面積，m2；

FA41——氣袋對閘門的支持力，N。

2水對閘門的水平壓力F1按式2計算：

（式2）

12

1

式中：F=2ρghb

F1——同式1；

——水的密度，取1000kg/m3；

hρ——閘門擋水高度（校核水頭下含溢流高度），m；

g——重力加速度，g=9.8N/kg；

b——閘門單元寬度，m。

3水對閘門的豎直壓力F2按式3計算：

（式3）

式中：F2=ρgA2b

F2——同式1；

2

A2——作用在弧形閘門橫截面上的水壓面積，m；

Ρ、h、b——同式2。

4氣袋與閘門接觸面積A1按式4計算：

（式4）

1

1qbqa

式中：A=2[b?2l+b]l

A1——同式1；

bq——氣袋縱向長度，m；

——氣袋與閘門接觸面積梯形的高，m；

l

——氣袋與閘門非接觸段長度，m。

b

5l氣袋與閘門接觸面積梯形的高la按式5計算：

（式5）

式中：la=2Rsinαa2

la——同式4；

R——閘門內圓弧半徑，m；

αa——氣袋與閘門接觸面圓弧對應圓形角，單位°。

6氣袋與閘門非接觸段長度lb按式6計算：

π（式6）

πRacos2?φ/4

式中：lb=2

lb——同式4；

Ra——氣袋自由弧半徑，m；

——閘門根部傾角，°。

6.2.7φ氣袋強度設計安全系數應不小于8倍的工作張力，工作張力按式7進行計算：

TQ（式7）

式中：TQ=P×Ra

TQ——工作張力，N/m；

P——同式1；

Ra——同式6。

6.3鉸鏈蓋板

6.3.1鉸鏈蓋板一端與閘門根部相連，另一端用夾具固定于地面基礎之上。

6.3.2鉸鏈蓋板厚度極限偏差為±2.5mm，螺栓孔采用現場配鉆，外觀質量應符合HG/T3090

的規(guī)定和要求。

6.3.3鉸鏈蓋板強度設計安全系數應不小于8.0。

6.3.4鉸鏈蓋板所受拉力Tj按式8計算：

（式8）

22

jxy

式中：T=R+R

Tj——鉸鏈蓋板所受拉力，N；

Rx——閘門根部在X方向的反力，N；

Ry——閘門根部在Y方向的反力，N。

6.3.5鉸鏈蓋板所受線拉力按式9計算：

'

Tj

（式9）

j

'T

jj

式中：T=b

——鉸鏈蓋板所受線拉力，N/cm；

'

Tj

bj——鉸鏈蓋板有效凈寬，cm；

Tj——同式8。

6.3.6鉸鏈蓋板在出廠前應做拉力試驗，施加的線拉力以其最大線拉力的0.4倍為準，以鉸

鏈蓋板無破壞為合格。

6.4安全抑制帶

6.4.1閘門單元中安全抑制帶的設置數量應不少于2條，并對稱布置。

6.4.2安全抑制帶在不影響閘門起、伏及安裝使用的情況下，宜遠離閘門根部布置。

6.4.3安全抑制帶設計強度的安全系數應不小于8.0，單個安全抑制帶最大拉力按式10

計算：Ty

）（式10）

y4433yy

式中：T=(FL?FL/LN

Ty——單個安全抑制帶最大拉力，N；

Ly——抑制帶拉力到旋轉點的距離，m；

Ny——單扇閘門上的抑制帶個數，個。

F3、L3、F4、L4——同式1

抑制帶最大線拉力按式11計算：

'

y

T（式11）

y

'T

yy

式中：T=b

Ty’——抑制帶最大線拉力，N/cm；

Ty——每一抑制帶所受最大拉力，N；

by——單個抑制帶寬，cm。

6.5閘門止封

6.5.1閘門止封由間止封和側止封組成，間止封應布置于相鄰兩扇閘門的中間，并通過螺

栓和壓板與兩扇閘門相連，側止封布置于整個閘門的兩側，并應具有連續(xù)性和嚴密性。

6.5.2間止封應采用條形橡膠結構，側止封應采用L形斷面形式。

6.5.3側止封應具有摩擦力小、耐磨性強等特點并滿足止水要求，性能應符合SL74的要求。

7基礎與埋件

7.1一般規(guī)定

7.1.1埋件主要包括錨栓、預埋墊板、預埋角鋼、預埋進排氣管路等。

7.1.2錨栓等長期裸露于水中部件宜采用不銹鋼材質，當采用其它材質時應采用特殊防腐處

理。

7.1.3預埋墊板、預埋角鋼根據不同環(huán)境可采用Q235A、Q235B、Q235C，并經防腐處理。

預埋進排氣管路宜采用不銹鋼材質，也可采用其它材質，但應具有耐老化、耐低溫、耐腐蝕

等特性。

7.1.4閘門基礎分為一期和二期埋設，一期混凝土錨筋伸入二期內的長度應不小于150mm，

二期混凝土強度等級應高于一期混凝土強度等級。

7.1.5預埋進排氣管路應設置膨脹節(jié)或管路伸縮補償器。

7.2錨栓

7.2.1錨栓主要分為主錨栓、氣袋錨栓和安全抑制帶錨栓。錨栓應沿河道寬度方向垂直于水

流方向布置，其直線度誤差不應大于5mm，位置度誤差不應大于2mm，錨栓應考慮混凝土

強度、間距、錨固深度等因素。

7.2.2錨栓埋入混凝土中的長度應不小于錨栓直徑的30倍，在特殊情況下宜可縮短錨栓長

度，但錨栓應做折彎等可增加與混凝土接觸面積的方式處理。

7.2.3錨栓應按式12計算最大應力σ，并按式13進行強度校核：

（式12）

1.3Fz

π2

d1

式中：σ=4

σ——錨栓最大應力，MPa；

Fz——錨栓最大拉力，N;

d1——錨栓小徑，mm。

＜（式13）

σs

式中：σs

σ——同式12；

——錨栓屈服強度，MPa；

Sσ—s—安全系數，宜不小于2。

7.3閘墩板

7.3.1閘墩板澆筑在邊墻和隔墩中，材料宜采用不銹鋼或高分子材料，應考慮耐久性要求。

7.3.2閘墩板輪廓尺寸應大于閘門運動軌跡，高度應高于溢流高度。

7.3.3閘墩板設計考慮制造、安裝及運輸等要求應分片組成，公差應符合T/CHES11的規(guī)

定。

8氣動系統

8.1一般規(guī)定

8.1.1氣動系統由空氣壓縮機、干燥裝置、過濾器、儲氣罐、閥件、管路、接頭等組成。

8.1.2空氣壓縮機、干燥裝置、過濾器及儲氣罐應布置在控制室內，宜使機器間有良好的自

然通風，并減少西曬。

8.1.3控制室與有噪聲、振動防護要求場所的間距，應符合國家現行的有關標準。

8.1.4氣動系統應設置安全閥，溢流閥壓力設置以1.1～1.3倍的工作壓力為宜。

8.1.5氣動系統宜設置減壓閥，減壓閥壓力宜為工作壓力的2倍，但應小于空壓機的供氣壓

力。

8.1.6在干燥裝置前后應各設一臺過濾器，后置過濾器的過濾精度應高于前置過濾器，且應

設置備用氣路。

8.1.7氣動系統中所設所有電磁閥均應配置備用氣路，備用氣路中應設置截止閥，電磁閥應

采用手電兩用。

8.1.8氣動系統空壓站噪聲應滿足GB/T50087的要求，環(huán)保方面應滿足國家現行有關標準、

規(guī)范的要求。

8.1.9對下游有回水且回水深度大于等于1米的氣動盾形閘門，應配置強排系統，確保快速、

完全塌壩。

8.2空氣壓縮機

8.2.1空氣壓縮機的型號、臺數，應根據氣袋壓力、供氣量，經技術經濟必選后確定?？諝?/p>

壓縮機的數量應不小于2臺，空氣壓縮機的種類、型號不宜超過兩種。

8.2.2空氣壓縮機的吸氣系統，應設置空氣過濾器或空氣過濾裝置。

8.2.3空氣壓縮機吸氣系統的吸氣口，宜裝設在室外，并應有防雨措施。夏熱冬暖地區(qū)，螺

桿空氣壓縮機和排氣量小于或等于10m3/min的活塞空氣壓縮機的吸氣口可設在室內。

8.2.4風冷螺桿空氣壓縮機組和離心空氣壓縮機組的空氣冷卻排風宜排至室外。

8.2.5活塞空氣壓縮機的排氣口與儲氣罐之間應設后冷卻器。各空氣壓縮機不應共用后冷卻

器和儲氣罐。離心空氣壓縮機后冷卻器和儲氣罐的配置，應根據需要確定。

8.2.6活塞空氣壓縮機與儲氣罐之間，應裝止回閥。在壓縮機與止回閥之間，應設放空管。

放空管應設消聲器。

活塞空氣壓縮機與儲氣罐之間，不應裝切斷閥。當需裝設時，在壓縮機與切斷閥之間，

必須裝設安全閥。

離心空氣壓縮機的排氣管上，應裝止回閥和切斷閥。壓縮機與止回閥之間，必須設置放

空管。放空管上應裝防喘振調節(jié)閥和消聲器。

離心空氣壓縮機與吸氣過濾裝置之間，應設可調節(jié)進氣量的裝置。

8.2.7離心空氣壓縮機應設置高位油箱和其他能夠保證可靠供油的設施。

8.2.8離心空氣壓縮機宜對應設置潤滑油供油裝置，出口的供油總管上應設置止回閥。

8.2.9空氣壓縮機供氣壓力Pi按式14計算。

Pi≥P+ΣΔP（式14）

式中：

P——同式1；

ΣΔP——氣動系統的總壓力損失，一般情況下，取0.15~0.2MPa

8.2.10空氣壓縮機供氣流量Qz按式15計算。

Qz=Qy（P+Pa）/Pa（式15）

式中：

3