氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)應(yīng)用簡介

李云峰 陶光慧 覃志強(qiáng)

【摘要】隨著城市生態(tài)發(fā)展的需要，各類景觀壩廣泛應(yīng)用于城市河道景觀工程中。氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優(yōu)點(diǎn)研制的一種新型閘門，作為在傳統(tǒng)景觀壩的基礎(chǔ)上改良升級的新型景觀壩形式，因其具有外形更加美觀、結(jié)構(gòu)更為新穎、功能更為全面、運(yùn)行更加安全可靠、操作及維護(hù)管理更加方便、使用更加節(jié)能環(huán)保等多方面的優(yōu)勢脫穎而出，已較為廣泛的運(yùn)用在工程實(shí)例中。在城市景觀水利工程中發(fā)揮出越來越重要的作用，有效的維護(hù)生態(tài)環(huán)境，滿足水利工程生態(tài)化、景觀化的要求，提升了城市景觀水利工程的效益發(fā)揮。今后將會(huì)運(yùn)用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態(tài)水景觀，打造出更加美好的城市水環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】景觀壩；氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)；新型

1、概述

隨著城市生態(tài)發(fā)展的需要，各類景觀壩廣泛應(yīng)用于城市河道景觀工程中，但傳統(tǒng)的景觀壩因其存在的不足和缺點(diǎn)，適用范圍已受到較大程度的限制，已較難滿足城市河道景觀工程的新需求。

近年來由于某些城市河道對景觀、泄洪、通航等的特殊要求，活動(dòng)壩部分擋水高度需達(dá)到8m及以上高度，傳統(tǒng)的景觀壩已無法滿足此等規(guī)模的需求。針對城市河道景觀、泄洪及通航等的綜合要求，以及傳統(tǒng)景觀壩存在的一些問題，氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)作為外形更加美觀、結(jié)構(gòu)更為新穎、功能更為齊全、運(yùn)行更加安全可靠、操作及維護(hù)管理更加方便、使用更加節(jié)能環(huán)保等的新型景觀壩逐漸被廣泛的運(yùn)用到工程實(shí)例中。

2、氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)簡介

氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優(yōu)點(diǎn)研制的一種新型閘門。主要特點(diǎn)是組合式結(jié)構(gòu)，可適用于不同跨度的水利、景觀、防洪等工程，不需設(shè)置中間閘墩或支撐墩結(jié)構(gòu)。尤其在大跨度、低水頭，設(shè)計(jì)新穎、布置緊湊的閘壩工程中占有較大優(yōu)勢。不但能滿足常規(guī)的功能要求，還能夠與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，充分滿足現(xiàn)代化水利、景觀工程生態(tài)化、景觀化的要求。既可用于河道、水庫，又可用于海堤、人工景觀、引水灌溉、防旱排澇和已有大壩的加高、加寬等工程。

氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)由門體鋼結(jié)構(gòu)、埋件、氣袋、抑制帶和自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。門體結(jié)構(gòu)由面板、加勁板等組成，門體擋水面板材質(zhì)選用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，上游側(cè)設(shè)置加勁板，氣袋支撐在鋼面板的下游面，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，利用氣袋的充氣或排氣控制門體升起擋水或倒伏泄水，并可精確控制閘門開度。當(dāng)閘門全部打開時(shí)，門體完全倒臥于河底，不影響城市防洪、景觀、通航和水生動(dòng)物等的回游。在閘門完全關(guān)閉時(shí)，門體完全升起，其面板與水平面的夾角介于60度至70度之問，并可停置在此范圍內(nèi)的任意角度，根據(jù)需要自動(dòng)控制水位。為了在倒伏情況下更好的保護(hù)氣袋、以及泄水時(shí)水力學(xué)條件更好，閘門面板設(shè)計(jì)有一定的弧度。在正常運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)盾形閘門允許頂部溢流，門頂可設(shè)計(jì)成溢流狀態(tài)形成人造瀑布景觀。為防止在下游側(cè)水位較高時(shí)或風(fēng)力作用下閘門向上游側(cè)傾倒，門體下游側(cè)設(shè)有可折疊安全抑制帶，安全抑制帶材質(zhì)選用高強(qiáng)度的合成橡膠。氣動(dòng)盾形閘門是一種理想的適應(yīng)生態(tài)景觀化的閘門，見圖1。

2.1 主要特點(diǎn)

（1） 整座閘門采用單元式連接而成，每個(gè)單元都由與閘門面板同長度的充氣袋支撐，只需要較為簡單的基礎(chǔ)，不受長度限制，也不需中間墩座，既能節(jié)省混凝土等建筑材料，又可大大提高過水能力，改善水流狀態(tài)，易于排淤沙、漂浮物及通航，不產(chǎn)生空蝕等現(xiàn)象。

（2） 系統(tǒng)構(gòu)造簡單，不需設(shè)置機(jī)械軸承，各單位不需安裝成為很精密地一條直線，抗震性能好，故障率低，易于維護(hù)。

（3） 閘門的翼形結(jié)構(gòu)可有效保護(hù)氣袋，避免氣袋被浮木、石礫、冰塊等損壞，還可破除河面的封冰。

（4） 系統(tǒng)采用可編程控制，依照調(diào)度需要可設(shè)計(jì)成整體控制，也可設(shè)計(jì)為分段控制，具有較好的操控性能。

（5） 閘門的水位控制系統(tǒng)可依照水位情況自動(dòng)調(diào)整氣袋壓力，即使在缺電的狀況下依然可以自動(dòng)控制。尤其當(dāng)洪水泛濫無法正常供電時(shí)，僅憑儲氣罐及氣袋內(nèi)蓄存的空氣即可使閘門完成所需動(dòng)作。也適用于以太陽能控制啟動(dòng)的空壓機(jī)作為遙控裝置，可利用無線通信及衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料連接。

（6） 氣袋材料采用食品衛(wèi)生級材料，保證水質(zhì)安全。系統(tǒng)以壓縮空氣啟動(dòng)氣袋，不會(huì)造成水和環(huán)境的污染。

（7） 采用氣袋支承弧形面板的受力結(jié)構(gòu)，最大理論高度可達(dá)到10m，目前已有門體高度達(dá)到8m、擋水高度達(dá)到8.25m的工程實(shí)例，且運(yùn)行情況良好。

（8） 使用壽命長，理論壽命超過50年。

2.2 主要優(yōu)點(diǎn)

（1） 氣動(dòng)閘的安性較高

設(shè)備安全：埋件及充氣管路為不銹鋼材料，氣袋采用理論壽命可達(dá)到50年以上的高分子材料，閘門鋼結(jié)構(gòu)部分采用熱噴鋅加涂封閉漆防腐或采用不銹鋼材料，空氣壓縮站系統(tǒng)采用優(yōu)質(zhì)知名品牌產(chǎn)品，以及充分考慮其安全系數(shù)，保證設(shè)備安全。

使用安全：因其結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，氣動(dòng)閘承受的水壓力形成均布荷載傳遞給土建基礎(chǔ)，埋件布置在基礎(chǔ)混凝土中，受力狀況均勻。在洪水泛濫引發(fā)斷電的情況下，也可采用手動(dòng)放氣實(shí)現(xiàn)閘門的快速倒伏安全泄洪，保證了氣動(dòng)閘的使用安全。

（2） 不受河道寬度限制、高效泄水

閘門系統(tǒng)攔河寬度不受限制，無論河道跨度多寬，中間可不設(shè)閘墩，泄水面幾乎與河道寬度一致，并可完全倒伏在河底，上、下游不形成水位差，不影響泄洪，可實(shí)現(xiàn)大面積高效率泄洪。

（3） 生態(tài)環(huán)保

氣動(dòng)閘自身沒有任何機(jī)械用油，氣袋原料采用食品級材料，以壓縮干凈空氣作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，不會(huì)造成水和周圍環(huán)境的污染，完全倒伏即形成水生物通道，生態(tài)環(huán)保。

（4） 可形成人造瀑布景觀、水流平穩(wěn)、可破冰

氣動(dòng)閘應(yīng)用于城市河流或人工湖，穩(wěn)定的水位為人們提供了休閑景觀，而溢流時(shí)形成的瀑布更為城市增添了一道優(yōu)美的風(fēng)景。

氣動(dòng)閘翼形門體和閘底連接設(shè)計(jì)使冰塊、浮木和礫石容易流過，不會(huì)造成阻塞；門體加筋板兼導(dǎo)流功能，可平順?biāo)?，減少?zèng)_刷。且可實(shí)現(xiàn)破冰，冬防凌汛。

（5） 安裝簡易、維護(hù)方便、運(yùn)行成本底

氣動(dòng)閘門體上無高精度要求的軸承等零、部件，模塊單元采用組合式，單節(jié)模寬重量相對較輕，安裝時(shí)不需要大型起重設(shè)備，省時(shí)省力。后期運(yùn)行故障率低，不需要整體系統(tǒng)更換，維修方便。運(yùn)行時(shí)耗電量主要為空壓機(jī)的運(yùn)行電量，運(yùn)行成本低。

（6） 制造安裝工期短、經(jīng)久耐用、性價(jià)比高

氣動(dòng)閘施工工期短，一般2-3個(gè)月即可完成制造及安裝。自身不需要啟閉設(shè)備，埋件受力均勻布置在基礎(chǔ)上，對土建基礎(chǔ)要求不高，只需較為簡單的基礎(chǔ)即可設(shè)置氣動(dòng)閘。土建投資相對較低，氣袋支承的鋼閘門結(jié)構(gòu)可以完全保護(hù)氣袋本身，使用壽命長，理論壽命超過50年，性價(jià)比高。

2.3 氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)來源

氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)是通過水利部“948”項(xiàng)目辦引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，在引進(jìn)基礎(chǔ)上，國內(nèi)通過消化吸收再創(chuàng)新，結(jié)合我國水利工程的實(shí)際需要，成功研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種新型生態(tài)環(huán)保、安全可靠的水利設(shè)施。2010年通過水利部科技成果鑒定委員會(huì)成果鑒定，并被鑒定為國際先進(jìn)水平。在推廣過程中得到了水利部領(lǐng)導(dǎo)和廣大行業(yè)內(nèi)專家人士的肯定和認(rèn)可。

3、氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 在國外工程中的應(yīng)用

氣動(dòng)盾形閘門為引進(jìn)美國的新型產(chǎn)品，在國外工程中已經(jīng)較為廣泛的應(yīng)用，其中比較有代表性的有在加拿大南部靠近拉斯維加斯已建設(shè)運(yùn)行的Forrest kerr project height工程項(xiàng)目，閘門高度為7.8m，規(guī)模較大，運(yùn)行情況良好。

3.2 在國內(nèi)工程中的應(yīng)用

氣動(dòng)盾形閘門作為新型的水閘之一，近些年來已經(jīng)廣泛運(yùn)用到國內(nèi)的工程實(shí)例中。

（1） 于2006年投入運(yùn)行的北京大興新風(fēng)河治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（2） 于2008年投入運(yùn)行的北京市清河治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為45m×2.5m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（3） 于2012年投入運(yùn)行的重慶潼南水電站大壩加高工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為45m×0.5m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（4） 于2013年投入運(yùn)行的貴陽市南明河紅巖橋～葉家莊河段河道綜合治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為60m×8m（寬×高），閘門最大擋水高度為8.205m，共設(shè)置有4級氣動(dòng)盾形閘門，門體部分采用不銹鋼材料，運(yùn)行情況良好，該工程規(guī)模為世界之最，項(xiàng)目業(yè)主已申報(bào)獲得吉尼斯世界紀(jì)錄。

（5） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為30m×2.3m（寬×高），該工程共設(shè)置有2級氣動(dòng)盾形閘門，運(yùn)行情況良好。

（6） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為40m×2.3m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（7） 南昌市前湖大道綜合治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（8） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為30m×2.5m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（9） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為20m×6m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

（10） 貴州德江縣濕地公園玉龍湖景觀壩工程，氣動(dòng)閘門規(guī)格為55m×3.0m（寬×高），運(yùn)行情況良好。

以上工程實(shí)例均可作為今后工程方案比選的借鑒和參考依據(jù)。

4、結(jié)語

由于城市防洪的特殊要求，景觀壩一般要求具備外形美觀、可靠耐用、便于維護(hù)的基本特點(diǎn)。氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)作為在傳統(tǒng)景觀壩的基礎(chǔ)上改良升級的新型產(chǎn)品，因其具有結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀、安全可靠、功能全面、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)管理方便等多方面的優(yōu)勢脫穎而出，已較為廣泛的運(yùn)用到工程實(shí)例中。在城市景觀水利工程中發(fā)揮出越來越重要的作用，有效的維護(hù)生態(tài)環(huán)境，滿足水利工程生態(tài)化、景觀化的要求，更加提升了城市景觀水利工程的效益發(fā)揮。今后將會(huì)運(yùn)用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態(tài)水景觀，打造出更加美好的城市水環(huán)境。

作者簡介：李云峰（1977），性別：男，貴州貴陽，漢族，：高級工程師，學(xué)士，研究方向：主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及咨詢，