En principio, debería poder utilizar su pasaporte caducado como prueba de que es ciudadano de Portugal y, por tanto, disfrutar de la libre circulación en la UE. Directiva 2004/38/CE establece en el artículo 5:

4. Cuando un ciudadano de la Unión o un miembro de su familia que no tenga la nacionalidad de un Estado miembro no disponga de los documentos de viaje necesarios o, en su caso, de los visados necesarios, el Estado miembro de que se trate, antes de proceder a su devolución, ofrecerá a estas personas todas las posibilidades razonables de obtener los documentos necesarios o de hacérselos llegar en un plazo razonable o de corroborar o probar por otros medios que están amparados por el derecho de libre circulación y residencia .

(énfasis mío).

No dice en ningún sitio que no puedan arruinarte el día por completo, y/o retenerte mientras, por ejemplo, intentan contactar con las autoridades portuguesas para verificar si has perdido la nacionalidad tras la caducidad del pasaporte, etc. Pero al final deberías poder entrar.

Un papel adicional que diga que tiene solicitado un nuevo pasaporte que aún no tiene, probablemente no servirá de mucho, o de nada, en relación con uno recién caducado.

Si tiene una expectativa razonable de que su nuevo pasaporte llegará a su dirección en el Reino Unido mientras está de viaje, puede ser una buena idea organizar que un amigo o familiar de confianza esté preparado para llevarlo al aeropuerto en el peor de los casos.

Además de la respuesta de Henning Makholm, que da la directiva de la UE, esa directiva no es necesariamente útil si el Reino Unido la interpreta mal. Esto es lo que el Reino Unido tiene que decir al respecto, según el orientaciones sobre los nacionales del EEE :

EUN1.13 Pruebas alternativas de nacionalidad e identidad

El Reglamento 29A permite a las OCE aceptar pruebas de identidad alternativas cuando el solicitante no pueda presentar un documento de identidad válido expedido por un Estado miembro del EEE o un pasaporte válido debido a circunstancias ajenas a su voluntad.

Cada caso debe ser considerado en sus méritos individuales y se debe hacer referencia a un Gerente de Autorización de Entrada en todos los casos.

Si una persona alega que no puede aportar los documentos especificados por motivos de coste o inconvenientes, no sería conveniente aceptar pruebas alternativas.

La norma 29A no se aplica a las solicitudes de admisión en virtud de la norma 11, ya que la norma 11 ya contiene una disposición que permite al solicitante establecer su derecho de entrada por otros medios.

¿Qué dice la normativa? En http://www.eearegulations.co.uk/Latest :

Derecho de admisión en el Reino Unido

11. (1) Un nacional del EEE debe ser admitido en el Reino Unido si presenta a su llegada un documento nacional de identidad o un pasaporte válidos expedidos por un Estado del EEE.
    ...
    (4) Antes de que un funcionario de inmigración deniegue la admisión en el Reino Unido a una persona en virtud de este reglamento porque ésta no presenta a su llegada un documento de los mencionados en el apartado (1) o (2), el funcionario de inmigración deberá dar a la persona todas las oportunidades razonables para obtener el documento o hacérselo llegar en un plazo de tiempo razonable o demostrar por otros medios que es
    (a) un nacional del EEE;
    ...

(Énfasis añadido).

Pruebas alternativas de identidad y nacionalidad

29A. (1) Sin perjuicio de lo dispuesto en el apartado (2), cuando una disposición del presente Reglamento exija a una persona estar en posesión o presentar un documento de identidad válido expedido por un Estado del EEE o un pasaporte válido, el Secretario de Estado podrá aceptar pruebas alternativas de identidad y nacionalidad cuando la persona no pueda obtener o presentar el documento exigido por circunstancias ajenas a su voluntad.
(2) Este reglamento no se aplica al reglamento 11

Llego a la conclusión de que es probable que no tengas problemas, pero puede que te encuentres con el párrafo que dice que no es apropiado aceptar pruebas alternativas cuando se te pide por razones de "coste o inconveniencia".