小清河治理工程洪園節(jié)制閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計

徐寶華

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

小清河治理工程洪園節(jié)制閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計

徐寶華

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

介紹了小清河治理工程洪園節(jié)制閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計過程，分析了雙扉堰型閘門的特點，提出了閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計采取的措施。該工程的實施，可供類似工程的設(shè)計借鑒和參考。

小清河治理工程；金屬結(jié)構(gòu)；設(shè)計

1 概述

濟南市是山東省政治、經(jīng)濟、文化、科技教育和金融的中心，亦是副省級城市和沿海開發(fā)城市。小清河源于濟南市，是一條省級大型河道，至今已有近九百年的歷史，全長237km，控制流域面積為1.03萬km2。濟南市區(qū)小清河段位于北部城區(qū)，是濟南市唯一的防洪除澇和排污河道，全長70.5km，流域面積為2792km2。

南水北調(diào)東線輸水工程途經(jīng)市區(qū)，為小清河綜合治理和兩岸地區(qū)城市建設(shè)發(fā)展提供了機遇。

洪園節(jié)制閘是小清河綜合治理工程的重要組成部分，其工程任務(wù)是通過控制過閘流量，調(diào)控上游水位；汛期泄洪；汛后攔蓄洪水，形成水面，增加城市景觀景點。作為小清河綜合治理工程重要的控制性工程，它是整條河道治理成敗的關(guān)鍵部位。節(jié)制閘閘門及其啟閉設(shè)備的安全性、實用性和景觀效果，又是整個節(jié)制閘設(shè)計成敗的重中之重。

2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的選型與設(shè)計

2.1 工作閘門的功能和選型

為實現(xiàn)濟南市小清河上游河道在全年不同時期控制不同高程水位的功能要求，同時實現(xiàn)上游河道正常來水的自動排放并形成瀑布景觀，以體現(xiàn)人水和諧的設(shè)計理念，經(jīng)過閘門門型方案比較，工作選用了一種全新的門型——雙扉堰型閘門。

雙扉堰型閘門是繼升臥式閘門、雙浮箱閘門、軟支承翻板閘門后又一具有創(chuàng)新意識的閘門型式。

洪園閘共7孔，單孔寬度13m，設(shè)置7套雙扉堰型工作閘門，閘門最大擋水高度為5.66m，每套雙扉堰型閘門由大、小兩扇門葉組成。

2.2 工作閘門特點及措施

2.2.1 雙扉堰型閘門特點

（1）允許閘門門頂長期過水，利用河道上游正常來水形成瀑布景觀，打造成泉城又一美景。在正常情況和雨量較小的時候，節(jié)制閘可以做到免管理。

（2）小門可以在通至底坎高程上的整個閘門槽內(nèi)自由升降。一方面根據(jù)需要自由控制上游河道水位，另一方面在污物集中時，可以通過降低小門高度進行水流自動排污。此外在汛期低水位運行時，小門可以下落至閘底坎上，隱于大門下游側(cè)底部，不影響景觀瀑布的形成，避免閘門升至閘頂部影響整個閘的美觀。

（3）大、小閘門液壓啟閉機各自相對獨立，其液壓站互為備用，在緊急情況下可以確保所有閘門的正常啟閉。

2.2.2 閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

（1）雙扉堰型閘門大、小閘門能在各自的閘門槽內(nèi)獨立運行，大門槽布置在上游側(cè)，小門槽布置在下游側(cè)，大、小閘門槽之間有相互配合關(guān)系，其安裝精度要求高。

（2）為吸收閘門頂部過水時門體的振動，閘門的主支承和反向支承均采用彈性支承系統(tǒng)，并與閘門槽為接觸配合。考慮到滑塊的檢修方便，閘門槽內(nèi)設(shè)計了可拆卸的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

（3）大、小閘門上各設(shè)計兩套拖梁裝置，拖梁與閘門之間采用高強螺栓連接，方便閘門與啟閉機的安裝和檢修；拖梁與液壓缸的連接缸頭則根據(jù)缸體不同的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計了不同的防脫裝置，保證閘門在啟閉過程中的運行安全。

（4）閘門水封系統(tǒng)均布置在大門門體上，大、小閘門之間封水采用特種Ω形橡膠封水，其壓縮量可以滿足預(yù)壓縮量為15mm、最大壓縮量為45mm的設(shè)計要求。

（5）為保證閘門槽的免維護，包括檢修閘門槽的外露表面全部采用不銹鋼復(fù)合鋼板。小門面板與大門門體上的Ω形橡膠封水之間有預(yù)壓縮關(guān)系，小門面板也采用不銹鋼復(fù)合鋼板。

（6）大、小閘門液壓啟閉機油管路分上、下游布置，分別安裝在各自的油管溝橋內(nèi)，每扇閘門的液壓啟閉機控制閥組布置在各自的管溝橋中部，使整個油管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，清晰有序，易于維護和檢修。

3 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

節(jié)制閘共7孔，每孔設(shè)置1扇工作閘門，共7扇。在節(jié)制閘上游設(shè)置1扇檢修閘門，每孔工作閘門前設(shè)置1套檢修閘門槽，共設(shè)置7套門槽，7套門槽共用1扇檢修閘門。檢修閘門采用滑動式平面疊梁閘門，汽車吊操作。為滿足節(jié)制閘調(diào)控上游水位和景觀要求，節(jié)制閘工作閘門采用平面雙扉式閘門的結(jié)構(gòu)型式，液壓啟閉機操作，節(jié)制閘每扇工作閘門配置2臺套液壓啟閉機，共計14臺套。閘門及埋件主要材料為Q235B和不銹鋼復(fù)合鋼板。

3.1 工作閘門及啟閉設(shè)備

7扇工作閘門采用平面滑動雙扉式閘門，閘門孔口尺寸為13m×6.16m（寬×高），閘底高程16.34m，閘門設(shè)計水位22.0m，設(shè)計水頭5.66m。雙扉式閘門大門自重42t，小門自重27t。閘門滑動支承件和側(cè)輪材料采用工程塑料合金材料。埋件外露表面均采用不銹鋼復(fù)合鋼板，閘門埋件每孔重24t。雙扉門大、小閘門之閘止水采用特種橡膠封水。閘門操作方式為動水啟閉，小門有局部開啟要求。在非汛期，采用小門控制閘門上游水位，單孔小門頂部溢流量不得超過5m3/s。

閘門啟閉設(shè)備采用液壓啟閉機，每扇閘門設(shè)置兩根液壓缸，雙吊點布置，大門液壓啟閉機為柱塞頂升式，其容量為2×1250kN，工作行程7.73m，自重30t。小門液壓啟閉機為活塞頂升式，其容量為2× 400kN，工作行程7.73m，自重20t。

本節(jié)制閘共設(shè)4個液壓站，大、小閘門各設(shè)置2個，一個液壓站控制4孔閘門，另一個液壓站控制3孔閘門。每個液壓站設(shè)二套泵組，一套工作，一套備用。油泵采用柱塞泵。為了保證閘門平穩(wěn)運行，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置糾偏回路，采用閉環(huán)控制。結(jié)合液壓啟閉機四季運行且對雙缸同步精度要求高的特點，設(shè)置可靠的平面閘門不銹鋼靜磁柵行程檢測裝置。液壓啟閉機的油泵、油缸密封件、控制閥組、行程檢測裝置、過濾裝置和檢測儀表等均采用進口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，系統(tǒng)油管路和油箱采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料。啟閉機的液壓油不僅要滿足設(shè)備四季運行的環(huán)境要求，還要滿足不污染水質(zhì)的環(huán)保要求。液壓啟閉機配有輔助設(shè)備、備品備件、專用工具及儀器。其輔助設(shè)備為精細濾油小車、PQT壓力流量溫度檢測儀和油液污染檢測儀等，采用進口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。其備品備件為所需各種規(guī)格濾油器濾芯、液壓缸全套動、靜密封件、系統(tǒng)及管路靜密封件管等，與設(shè)備元件質(zhì)量等同。其專用工具為液壓缸拆裝專用工具、液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試必需的工具和儀表。

3.2 節(jié)制閘檢修閘門、抓梁及啟閉設(shè)備

7孔共用1扇檢修閘門，檢修閘門采用滑動式疊梁平面鋼閘門，閘門尺寸為13m×5.7m（寬×高），閘底高程16.34m，閘門檢修水位22m，設(shè)計水頭5.66m。疊梁閘門共分3節(jié)，每節(jié)閘門高1.9m、每節(jié)單重12t，3節(jié)閘門共重39t（包括自動抓梁的重量3t）。閘門和抓梁主要材料為Q235B，其正、反向支承滑塊的材料均采用工程塑料合金材料，閘門和抓梁側(cè)輪材料為工程塑料合金材料。埋件外露表面均采用不銹鋼復(fù)合鋼板，閘門埋件每孔重5t。

節(jié)制閘檢修閘門為直升結(jié)構(gòu)型式，閘門操作方式靜水啟閉，檢修閘門在檢修作業(yè)完成后，采用臨時抽水設(shè)備進行沖水平壓后再啟閉閘門。檢修閘門采用25t汽車吊等臨時設(shè)備啟閉。臨時起吊設(shè)備通過專用自動抓梁與閘門連接。

3.3 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備防腐

為提高閘門及埋件的使用壽命和減少檢修維護時間和頻率，對所有閘門的外露表面（不銹鋼復(fù)合鋼板表面除外）進行噴砂除銹，除銹完成后采用噴鋅與涂料相結(jié)合的方法進行保護。涂料應(yīng)無毒，不污染水質(zhì)。

所有閘門埋件外露表面均采用不銹鋼復(fù)合鋼板保護，以達到閘門埋件免檢修的目的，埋件與混凝土接觸表面涂刷特種水泥砂漿。

3.4 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備節(jié)能設(shè)計

工作閘門采用非常規(guī)雙扉閘門結(jié)構(gòu)形式，大門頂部留有溢流槽，小門控制溢流槽溢流水位高度。采用該閘門結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點為：①在不同時期，對不同高度要求的閘前水位進行精確控制，使其既在節(jié)制閘前形成不同高程的景觀水位，又在節(jié)制閘處形成景觀瀑布，改善了環(huán)境，增加了水資源的重復(fù)利用率，節(jié)省能源；②避免上游來水流量不同時工作閘門頻繁局部開啟大門，節(jié)省了能源。

雙扉工作閘門啟閉機均采用液壓啟閉機，大、小閘門啟閉機動力站均采用7孔1泵站集中控制方式，整個工作閘門14套液壓啟閉機共用2個液壓動力站，兩個動力站相互連通，互為備用。此方案節(jié)省了動力站數(shù)量，減少了電氣設(shè)備總?cè)萘浚?jié)省了能源。

該節(jié)制閘閘門埋件外露表面及閘門門體部分構(gòu)件采用不銹鋼復(fù)合鋼板，既省去了制造安裝過程中的防腐處理，又節(jié)省了施工工期，還省去了日常運行管理中的維護工作，節(jié)省了能源。

4 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運行管理

檢修閘門冬季不運行。工作閘門冬季擋水時采用壓力水射流法使其不承受冰壓力。工作閘門大門冬季不運行。工作閘門小門冬季運行時，在小門產(chǎn)生凍連前（即剛剛產(chǎn)生凍連時），可定時啟閉閘門，使閘門上下微動，避免小門產(chǎn)生凍連。

5 結(jié)語

（1）洪園節(jié)制閘作為小清河綜合治理工程重要的控制性工程，是整條河道治理成敗的關(guān)鍵部位。

（2）采用的雙扉堰型閘門等金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了工程安全性、實用性和景觀效果的有效統(tǒng)一。

［1］SL74—95，水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］DL/T5018—2004，水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范［S］.

［3］SL41—2011，水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］SL381—2007，水利水電工程啟閉機制造、安裝及驗收規(guī)范［S］.

［5］SL105—2007，水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范［S］.

Metal Structure Design of Hongyuan Check Gate in Xiaoqinghe River Training Works

XU Bao-hua
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

This article introduces the metal structure design of Hongyuan check gate in Xiaoqinghe river training works，analyzes the characteristic of two leafs weir type gate，and proposes the measures in the design of gate structure.The implementation of this project can offer reference and consulting for similar projects.

Xiaoqinghe river training works；metal structure；design

TV34

B

1672-9900（2014）03-0070-04

2014-01-24

徐寶華（1967-），女（漢族），天津人，工程師，主要從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，（Tel）13820840203。