淮安里運河堂子巷樞紐工程優(yōu)化施工方案

王 鑫 陳玉斐 郭 瑞 徐 燕

一、工程概況

淮安市城區(qū)段里運河是一條集防洪、城市景觀、水運、調水、城市排澇等功能的綜合利用河道，上接淮陰水利工程樞紐，下連淮安水利工程樞紐，與蘇北灌溉總渠和大運河相通。河道水位受蘇北灌溉總渠影響，當總渠泄洪時，淮安市區(qū)將承受淮河的洪水威脅。為保證城市防洪安全，減輕城市防洪壓力，改善城市水環(huán)境，需要對城區(qū)段里運河實施防洪控制。

經方案比較，淮安市城區(qū)段里運河防洪控制工程采取了在里運河上、下游段興建防洪控制工程，御淮河洪水于主城區(qū)之外的方案。該方案汛期可降低里運河水位，在非汛期能保證城區(qū)段里運河有一定的景觀水位。根據(jù)規(guī)劃里運河防洪工程主要由北門橋樞紐工程和堂子巷樞紐工程組成。北門橋樞紐工程位于市區(qū)北門橋處的里運河上，堂子巷控制工程位于淮安區(qū)人民橋以南1km處的里運河上。

堂子巷樞紐工程主要包含一座孔徑30m的節(jié)制閘，一座流量為70m3/s的泵站和橋寬34m的堂子巷規(guī)劃橋，采用閘站橋三結合方案，滿足擋洪、排澇、生態(tài)補水、通航、城市景觀和交通等要求。工程防洪標準為城區(qū)防洪標準近期為100年一遇重現(xiàn)期，遠期為300年一遇重現(xiàn)期，城市除澇標準按20年一遇重現(xiàn)期設計。通航標準滿足Ⅵ級航道要求。工程等別為Ⅱ等，主要建筑物設計等級為2級，次要建筑物設計等級為3級?？拐饦藴拾椿玖叶?度設防。

二、設計難點

堂子巷樞紐工程設計之初主要有以下幾個難點需要克服：

一是工程的布置，既要考慮防洪排澇和生態(tài)補水要求，又要考慮水上航運、市政交通、城市景觀要求。工程的布置在平面上受到河道寬度的限制，高度又受到交通橋兩端接線的限制。

二是閘門門型的選擇既要滿足靈活啟閉、雙向擋水的功能，又要與周邊的環(huán)境相協(xié)調。

三是泵站泵型的選擇需要滿足防洪排澇和生態(tài)補水的雙向要求，且機組的安裝受到空間上的制約。

四是樞紐工程實施過程中在東岸發(fā)現(xiàn)已有300多年歷史的明清磚工墻古跡，既要對文物進行保護，又要保證工程的順利實施，成為設計工作中的又一個難點。

三、設計方案的選擇

1.工程總體布置方案的采用

里運河堂子巷樞紐工程具有防洪、蓄水、排澇、通航等功能。平時節(jié)制閘常開，行洪或枯水季節(jié)關閘擋洪、排澇或蓄水。該工程包含一座凈寬30m的節(jié)制閘和設計流量70m3/s排澇泵站。工程位于人民橋以南生態(tài)公園附近，景觀要求高，具體布置如下：

結合規(guī)劃橋，采用閘站結合布置在橋下面，閘居中布置，站分居兩側布置，橋下兩側做地下室為閘站控制室，閘上部建筑為四個對稱的古典風格的橋頭堡（見圖1）。節(jié)制閘為30m一孔，閘室為開敞式鋼筋混凝土平底板結構，閘底高程▽3.0～5.0m，閘門頂高程▽11.5m，閘門采用30m寬底軸驅動下翻門，配套液壓啟閉機啟閉，液壓啟閉機布置于閘兩側空箱內。泵站采用六臺直徑2.1m潛水貫流泵，單機流量為12m3/s，配套電機功率為450kW，其中兩臺具有正反轉雙向抽水功能，進出水流道采用平直管流道，快速閘門斷流，液壓啟閉機啟閉。站底板面高程▽2.5m，水泵層或輔機層頂板面高程▽6.5m，主廠房為地下廠房。為了優(yōu)化水面景觀效果，閘站上下游連接段均采用直立擋墻與河坡順接。閘站上交通橋橋面總寬34m，中間機動車道寬24m，兩側人行橋寬5m。由于通航要求，橋面較高，與兩岸地形相差較大，規(guī)劃路和河堤路采用立交。變配電室和管理所位于東側河堤外規(guī)劃路南側，采用路下地下通道與閘站地下控制室相接。

2.閘門門型比選

考慮節(jié)制閘有通航和景觀要求，閘門凈寬選擇30m。由于上部有交通橋，受空間限制，該跨度的門型可供考慮的有直升門、上翻門及底軸驅動下翻門等幾種方案。

直升門為鋼閘門最為常見的門型，考慮通航的要求，門體總高度達7.50m，如果使用直升門，造成排架高、投資大，影響城市建筑美觀，另外節(jié)制閘采用與交通橋結合方案，上部凈空高度不足，故直升門方案不可取。

上翻門在技術條件上運用可行，但為滿足通航要求，門體橫臥高度較高，由于工程地處里運河風光帶、城市建設規(guī)劃中心，不僅是水利工程而且要做為城市景觀工程，故此方案影響美觀，不滿足城市規(guī)劃建設的要求。另外節(jié)制閘采用與交通橋結合方案，橋面下凈空高度有限，此方案也難以實施。

底軸驅動下翻門為近期新開發(fā)的一種門型結構，經多次工程實踐運用，技術條件運用成熟，運行效果良好。底軸驅動下翻門，門葉由底橫軸直接驅動旋轉，閘門全開時，門葉呈水平狀臥倒在河底，不影響里運河通航要求，啟閉機可以布置于閘兩側空腔閘墩中，不受上部空間的限制，閘門及其啟閉設備均較為隱蔽，不會對上部建筑造型有任何影響，很好地滿足了城市景觀的要求，達到了城市遠景規(guī)劃的需要。

經過多種方案比選，最終推薦單扇底軸驅動下翻門門型（見圖2），既滿足雙向擋水、啟閉靈活的要求，又滿足結構總體布置與周邊環(huán)境相協(xié)調，滿足城市規(guī)劃建設要求。

3.泵站泵型比選

里運河堂子巷樞紐工程泵站排澇設計流量為70m3/s，生態(tài)補水設計流量為20m3/s，泵站揚程運行范圍在0～2.2m，屬特低揚程泵站。根據(jù)泵站揚程參數(shù)，泵型宜選用軸流泵，而軸流泵又有三種型式可供比選：立式、臥式和斜式。

斜軸式軸流泵對電動機支承和導軸承結構有特殊要求，泵機組結構受力復雜，與臥式結構相比，沒有明顯優(yōu)勢。

立式結構中，開敞式軸流泵配雙層涵洞式進出水流道是目前低揚程泵站上用得較多一種結構型式，該結構能極方便地實現(xiàn)雙向抽排水，且該裝置進行過水泵裝置模型試驗，因此在需要防洪、灌溉、引水、多種功能的泵站中得到廣泛使用。但因本站為特低揚程泵站，為提高裝置效率和汽蝕性能需采用大直徑低轉速水泵，電機轉速較低，給電機的設計選型帶來難度。且該結構型式土建上比較復雜，更主要的是本工程在高度上受到很大限制，故立式軸流泵結構也不宜在本工程中使用。

若選擇臥式結構，根據(jù)揚程要求，適宜選用貫流泵機組。貫流泵機組中又以燈泡式、豎井式和潛水貫流式水力條件較好。

燈泡貫流泵機組在國外應用較多，技術相對成熟，由于堂子巷樞紐工程泵站揚程低，采用大直徑低轉速機組，低轉速電機不經濟?？紤]到燈泡體空間有限，用行星齒輪聯(lián)接方案較為適合，將電機和齒輪箱布置于燈泡體內，能夠保證滿足要求，但是電機和齒輪箱都在燈泡體內，日常維護困難，且受泵房空間限制燈泡體內空間有限，安裝檢修不便。

豎井貫流泵制造安裝經驗相對比較成熟，結構型式基本上固定，水泵、電機采用齒輪箱傳動，設備布置在豎井中，配平直管進出水流道。江蘇省內豎井貫流泵有大批成功案例，泵站運行狀況良好，制造精度基本滿足需要。但本站電機功率較大，選用二級傳動平行軸齒輪傳動，齒輪箱帶風扇和冷卻盤管，對冷卻的要求較高，運行噪音較大，電機安裝在豎井內，通風效果差，也需要水冷卻，增加了輔機設備的數(shù)量，且豎井占地面積較大，不利于土建布置。

潛水貫流泵裝置的燈泡體小，有利于水流繞流，水流條件較好，潛水電機雖構造比較復雜，但能直接接觸水流，散熱效果好。另外潛水貫流泵裝置結構簡單、安裝容易、維護管理方便，且沒有復雜的輔機系統(tǒng)。泵站土建上也比較簡單，設備占用空間較小，比較適合本工程泵站占地及總體布置要求。

經綜合比選，最終里運河堂子巷樞紐工程泵站選用潛水貫流泵機組，葉輪直徑為2.1m，其中雙向泵2臺，單向泵4臺，單機流量為12m3/s，配套功率為450kW。

4.明清古建筑保護方案

堂子巷樞紐工程實施過程中在東岸發(fā)現(xiàn)一道已有300多年歷史的明清磚工墻古跡。磚工墻舊址正好位于河道范圍內，由于工程已經開工，移址重建已屬不可能，文物部門多次來到工地要求保護好文物。經反復研究，最后決定采取退建保護的方案，即將水利工程涉及范圍內的文物遷移后退至河岸擋墻位置，將擋土墻與磚工墻結合，常水位以上的擋土墻隱藏在后，磚工墻覆在表面（見圖3），這樣既使得磚工墻得以恢復，又使得該墻的穩(wěn)定性大大提高。

四、結語

本工程的設計和研究成果，具有創(chuàng)新性，技術水平屬國內領先。一是工程擁有目前國內最大的國產潛水貫流泵機組，葉輪直徑為2.1m，其中雙向泵2臺，單向泵4臺，設計排澇流量70m3/s，反向補水流量20m3/s；二是工程擁有目前省內同類門型中最大的、具有國家專利技術的底軸驅動翻板鋼閘門，閘門寬30m，高8.5m，底軸直徑1.5m，配2臺QPPYⅠ-3200KN液壓啟閉機；三是工程東側翼墻設計時在正常水位以上與明清磚工墻進行巧妙結合，使得明清磚工墻得以恢復，300多年的歷史文物得以保護與展示。對于現(xiàn)代化城市防洪建設，改善城市水環(huán)境，打造水韻城市具有非常好的借鑒意義，尤其是在城市經濟比較發(fā)達、人口稠密、景觀要求較高的城市和地區(qū)更具有現(xiàn)實意義