東武仕水庫整體深水封堵設(shè)計(jì)探析

□李海民

東武仕水庫整體深水封堵設(shè)計(jì)探析

□李海民

邯鄲市東武仕水庫位于磁縣縣城西北約7km的滏陽河上，1958年1月動工興建，1959年基本建成，開始蓄水；1970～1974年4月擴(kuò)建為大型水庫，總庫容為1.52億m3；1993年12月～1999年8月進(jìn)行了除險(xiǎn)加固達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模；東武仕水庫是一座以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程，是邯鄲市工業(yè)、農(nóng)業(yè)、發(fā)電等最重要的水源地之一。

1.水庫運(yùn)行存在的問題及實(shí)施水下封堵的必要性

由于水庫建成已久，水庫泄洪洞、輸水洞等主要建筑物都存在影響工程自身安全的缺陷和管理設(shè)施老化等問題，尤其泄洪洞擔(dān)負(fù)著汛期泄洪唯一出口任務(wù)。為水庫的防洪安全，水庫下游人民生活、生命財(cái)產(chǎn)安全，2010年8月水利部核查批準(zhǔn)東武仕水庫需再次除險(xiǎn)加固。本次除險(xiǎn)加固主要包括：泄洪洞進(jìn)口檢修閘門改為事故閘門，更換臺車啟閉機(jī)和門機(jī)軌道，弧形工作閘門更換止水、壓板、防腐等。

泄洪洞除險(xiǎn)加固施工期間水庫不能放空，需在泄洪洞檢修閘門上游采取水下臨時(shí)封堵措施，以保證施工的干場作業(yè)及時(shí)順利實(shí)施。在考察研究、方案比較基礎(chǔ)上，提出了在泄洪洞進(jìn)口利用兩個(gè)閘門中墩實(shí)施雙懸臂組合式鋼疊梁整體深水封堵設(shè)計(jì)方案。

2.水下封堵設(shè)計(jì)的基本思路

東武仕水庫泄洪洞共3孔，孔口尺寸4.0m×4.0m（寬×高），中墩厚1.8m，設(shè)有2個(gè)中墩2個(gè)邊墩，泄洪洞進(jìn)口上游兩側(cè)混凝土導(dǎo)墻連接左右邊墩，閘墩中墩為75.72°傾斜結(jié)構(gòu)，中墩上側(cè)門楣為圓弧形曲面。

根據(jù)上述情況，擬采用組合鋼疊梁閘門進(jìn)行3孔整體封堵，因檢修閘門上游閘墩和導(dǎo)墻無門槽，封堵位置設(shè)計(jì)在泄洪洞進(jìn)口處，組合鋼疊梁閘門依次堆放于閘墩上游，利用2個(gè)閘墩中墩做鋼疊梁閘門支承點(diǎn)，左右側(cè)為5.7m的懸臂結(jié)構(gòu)，每根鋼疊梁長度為泄洪洞進(jìn)口寬度即15.6m。

3.水下封堵設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

本次設(shè)計(jì)為潛孔平面鋼疊梁閘門；進(jìn)口閘底板高程為84.5m；設(shè)計(jì)水位為104m，設(shè)計(jì)水頭為19.5m；孔口數(shù)量為3孔，閘門數(shù)量為1扇。

3.2 鋼疊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選擇平面鋼疊梁型式，門葉結(jié)構(gòu)材料Q235，寬度15.6m，高度9.6m?？紤]到傾斜長度及單節(jié)起重重量，每節(jié)梁高度為1.6m，分6節(jié)。每節(jié)鋼疊梁設(shè)置了3根主梁，19根縱梁；其面板厚16mm，主梁長度15.3m。采用支撐水封支撐在中墩，邊梁采用懸臂框架結(jié)構(gòu)。，材的抗彎容許應(yīng)力，按規(guī)范選取。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-95）及總水壓力可估算面板厚度，面板厚度為δ=12mm。對底節(jié)鋼疊梁受力最大的區(qū)格進(jìn)行驗(yàn)算，面板不利點(diǎn)的折算應(yīng)力符合規(guī)范要求。

3.3 水封設(shè)計(jì)

水封設(shè)計(jì)是關(guān)鍵部位，鋼疊梁所承受的水壓力通過支撐水封傳遞到中墩混凝土上。中墩混凝土表面凹凸不平，支撐水封接觸面為傾斜圓弧面，接觸面相對較小，為使壓應(yīng)力均衡分配，確保支撐水封在大的變形下不會斷裂破壞，需對水封進(jìn)行專門非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)制造了外“PL”型頂、側(cè)異形水封。采用了復(fù)合材料異型水封，夾高強(qiáng)尼龍帆布（2層），材質(zhì)外層為SD007內(nèi)層為SD005，水封表面涂抹了帶自潤滑功能的四氟材料。加大了支撐面和封水面，達(dá)到封水嚴(yán)密的目的。

3.4 平壓裝置設(shè)計(jì)

組合式鋼疊梁閘門為靜水啟閉，在第3節(jié)鋼疊梁閘門設(shè)1個(gè)充水平壓閥裝置，通過四通連接出水管，3個(gè)出水管口對應(yīng)布置在泄洪洞3孔同一水平位置。平壓蝶閥，公稱通徑DN150，安裝于鋼疊梁上游側(cè)，接1.5m長的彎管，端部設(shè)濾網(wǎng)，以保證潛水員平壓操作時(shí)不被吸附。

3.5 加壓平壓設(shè)計(jì)

鋼疊梁閘門在加壓及平壓時(shí)，以下游孔口水位控制為主，在檢修閘門啟閉機(jī)孔口處設(shè)置觀測點(diǎn)，進(jìn)行水位觀測，控制3孔內(nèi)的水位高差，中孔水位始終低于邊孔水位不大于1～2m，兩邊孔水位差不大于0.5m，直到水下封堵疊梁門后洞內(nèi)水放空或充滿為止。

4.存在的問題及處理措施

4.1 設(shè)計(jì)水位的確定

本次東武仕水庫除險(xiǎn)加固水工設(shè)計(jì)水位為104m，主要考慮壩后排水暗管施工。根據(jù)水庫防汛要求，要求汛限水位在104m以下，為保證水庫泄洪安全，泄洪洞汛期不能施工；主汛期過后開始蓄水，根據(jù)歷年的統(tǒng)計(jì)到每年的11月，蓄水到107m，第二年1月到108m。因此設(shè)計(jì)水位確定為108m，校核水位109m，可滿足施工要求。

4.2 風(fēng)險(xiǎn)評估與措施設(shè)計(jì)

本次水下封堵設(shè)計(jì)，水下條件復(fù)雜，閘墩前沒有門槽，鋼疊梁自由堆積放置；懸臂結(jié)構(gòu)受力；施工平壓時(shí)，若兩邊孔水位相差較大，將造成兩側(cè)水壓力相差懸殊，有可能造成某節(jié)鋼疊梁門旋轉(zhuǎn)打開，將帶來極大安全事故。如何規(guī)避平壓帶來的風(fēng)險(xiǎn)，非常重要。經(jīng)反復(fù)斟酌調(diào)研，在每節(jié)鋼疊梁上游兩側(cè)焊接拉板孔，分別用鋼絲繩拉緊到進(jìn)水塔側(cè)墻固定，可滿足要求?！?/p>

2014-08-18

李海民，男，漢族，河北省水利工程局，高級工程師。