五問新通道之三：“天下第一門”如何 “站得穩(wěn) 打得開 關(guān)得嚴(yán)”
本網(wǎng)訊（秦明碩）隨著三峽水運新通道建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，在長江黃金水道的咽喉之地，一扇扇高達(dá)40.5米的“鋼鐵巨人”將悄然崛起。
? ? ? 作為三峽水運新通道船閘的核心裝備，單扇最重達(dá)1440噸的超大型人字門，不僅在體量上全面超越了曾被譽為“天下第一門”的三峽雙線五級船閘人字門，更以一系列自主創(chuàng)新的“黑科技”，破解了要讓高水壓下的巨型閘門“站得穩(wěn)、打得開、關(guān)得嚴(yán)”的世界級難題。
“人”字結(jié)構(gòu)
讓高高江水化身“天然密封膠”
新通道船閘的人字門高40.8米、寬23.75米，這是什么概念？
閘門相當(dāng)于一棟14層的住宅樓那么高，單扇面積達(dá)969平方米，相當(dāng)于2.31個標(biāo)準(zhǔn)籃球場。當(dāng)兩扇巨大的閘門在江心合攏，它們要阻擋的是最高45.2米水頭差的滔滔江水。
面對如此恐怖的水壓，大門如何做到滴水不漏？答案不在于鎖得多緊，而在于其精妙的力學(xué)結(jié)構(gòu)。
秘訣就在“人”字形的拱形結(jié)構(gòu)。
從空中俯瞰，兩扇閘門合攏后并不是一條直線，而是呈現(xiàn)出一個向著上游（迎水面）凸出的“人”字形。根據(jù)力學(xué)原理，當(dāng)上游強(qiáng)大的水流壓向閘門時，這種拱形結(jié)構(gòu)會將水流的推力（法向力），轉(zhuǎn)化為沿著閘門橫梁向兩側(cè)門軸（門枕立柱）方向的擠壓力。
簡單來說，水壓越大，兩扇門在中縫處擠壓得越緊，同時門兩側(cè)與門枕、底部的橡膠止水條也貼合得越緊。大自然傾瀉的滔滔江水，在物理定律的轉(zhuǎn)化下，反而成了閘門最好的“天然密封膠”。
開合自如
不斷進(jìn)化的金屬“蘑菇頭”
這扇重達(dá)1440噸的鋼鐵大門，既沒有吊索吊著，也沒有復(fù)雜的底座托著。它的全部重量，實際上完全壓在底部一個被稱為“底樞”的金屬“蘑菇頭”上。這個結(jié)構(gòu)就像是人類的“踝關(guān)節(jié)”，形狀像個倒扣的蘑菇。
支撐這么大的重量，還要每天承受數(shù)十次旋轉(zhuǎn)啟閉帶來的劇烈磨損，這個“蘑菇頭”是整個大門最容易受傷的“阿喀琉斯之踵”。
為了讓這一關(guān)節(jié)“站得穩(wěn)、磨不壞”，工程師們首先進(jìn)行了尺寸升級。新通道船閘將“蘑菇頭”直徑從三峽雙線五級船閘的1米增至1.3米，極大地減小壓強(qiáng)，分散壓力。
工程師們的“第二招”是材質(zhì)升級。三峽雙線五級船閘使用的是高強(qiáng)度合金鋼，強(qiáng)度、韌性和耐磨性良好，防腐蝕性有限。在新通道中，這一材質(zhì)升級為超級馬氏體不銹鋼，強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性與耐磨性全面躍升。相比高強(qiáng)度合金鋼，超級馬氏體不銹鋼鉻、鎳元素含量高，這讓新通道船閘的人字門在面對長江泥沙的劇烈磨損和江水的長期浸泡時，擁有了數(shù)十倍于普通鋼材的耐腐蝕性、韌性與超強(qiáng)的抗疲勞壽命。
緊急剎車
萬噸級巨輪“安全氣囊”怎么造
三峽水運新通道建成后，通航標(biāo)準(zhǔn)將升級為萬噸級船舶，其滿載總當(dāng)量可達(dá)15000噸。
雖然船舶在閘室內(nèi)的通行速度極慢，通常控制在0.5米/秒左右。但根據(jù)物理學(xué)原理我們可知，由于質(zhì)量過于龐大，哪怕速度很小，這艘巨輪所蘊含的動能依然猶如一列飛馳的重載火車。假如船舶在閘室內(nèi)撞向閘門，高達(dá)45米的高壓水頭將傾瀉而下，后果不堪設(shè)想。
為此，設(shè)計團(tuán)隊在新通道船閘的2至5號閘首前，全部布設(shè)了世界上最強(qiáng)悍的“船閘安全氣囊”——防撞攔阻索。
目前，兩套利用不同物理消能原理的防撞方案正在進(jìn)行最后的比選，它們各自代表了不同的力學(xué)巧思：
方案一是重力勢能轉(zhuǎn)化（重力配重式）。當(dāng)船舶撞擊高強(qiáng)度攔阻索時，鋼絲繩會通過兩端的滑輪，將與之連接的重力配重塊拉起。
在這個過程中，船舶的動能被轉(zhuǎn)化為配重塊的重力勢能。利用新通道船閘大門前的空間，工程師們設(shè)計了15米的柔性緩沖距離，最大抗撞擊力從老船閘的30噸躍升至90噸，能夠平穩(wěn)地將萬噸巨輪攔停，不傷船，更不傷門。
方案二是摩擦熱能轉(zhuǎn)化（摩擦制動式）。此方案中，攔阻索的鋼絲繩被緊緊纏繞在專用的啟閉機(jī)卷筒上。當(dāng)船舶撞擊時，拉力強(qiáng)行拖動機(jī)械制動盤旋轉(zhuǎn)，通過劇烈的機(jī)械摩擦，在短短十幾秒內(nèi)將船舶的動能轉(zhuǎn)化為熱能從而釋放出去。
這兩套方案均采用升級后的高強(qiáng)度攔阻索，整體防護(hù)能力較既有三峽雙線五級船閘而言提升至3倍。
如今，新通道人字門的鋼材、電機(jī)、液壓元件以及控制軟件，已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。從三峽雙線五級船閘“天下第一門”的經(jīng)驗問世，到如今三峽水運新通道船閘“世界新紀(jì)錄”的自主跨越，這些鋼鐵巨人正用中國制造的精度，長久守護(hù)長江黃金水道的澎湃脈搏。
編輯：任賢 付譯嫻