江蘇省太湖地區(qū)水閘閘門漏水檢測(cè)技術(shù)需求分析

嚴(yán)劍衛(wèi)，蔡惠飛，陸紅芳，王 靚，劉圣亞

（江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處，江蘇 蘇州 215128）

1 概述

江蘇省太湖地區(qū)位于流域中北部，總面積1.94萬(wàn)km2，分屬蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江4個(gè)市[1]?，F(xiàn)有常熟樞紐、望亭樞紐、丹金閘樞紐和常州新閘等多座水利工程，為太湖流域防洪、防旱及引江濟(jì)太等任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

水利工程由于長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中遭受空氣、水流、碰撞等環(huán)境和外界因素的作用，金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備也逐漸老化變形，安全性和使用功能日漸衰退，許多水利工程都存在不同程度的漏水問(wèn)題，因而行業(yè)內(nèi)存在“十閘九漏”之說(shuō)。水工結(jié)構(gòu)的漏水不但造成水資源的浪費(fèi)，而且影響了工程安全，對(duì)于高水頭閘門，漏水可造成閘門振動(dòng)、埋件空蝕、檢修困難等，嚴(yán)重危及閘門及水工建筑物的安全[2]。

本文就江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處所轄水利工程建設(shè)及運(yùn)行基本情況進(jìn)行調(diào)研，廣泛收集了太湖地區(qū)水閘相關(guān)資料，并實(shí)地考察了常熟樞紐、丹金閘、蠡河閘、張家港樞紐、鐘樓水閘等水工建筑物，認(rèn)真研究了太湖地區(qū)水閘對(duì)閘門漏水檢測(cè)技術(shù)的需求并給出相應(yīng)的建議與對(duì)策。

2 太湖地區(qū)水閘現(xiàn)狀

2.1 地質(zhì)情況

江蘇省太湖地區(qū)水閘場(chǎng)地位于長(zhǎng)江下游沖積平原區(qū)，地面高程4.5～6.0 m左右。常熟樞紐場(chǎng)地位于揚(yáng)子古陸下?lián)P子臺(tái)褶帶茅山江陰褶斷束內(nèi)；丹金閘位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)江南隆起上，場(chǎng)地區(qū)東、西分別有新華夏系的茅山斷裂、張渚—橋下斷裂，南有滁河斷裂，北有東西向丹陽(yáng)—小河斷裂分布，各距場(chǎng)地區(qū)數(shù)十公里；蠡河閘位于揚(yáng)子臺(tái)褶皺帶茅山—江陰褶斷束的東南側(cè)，常州新閘位于揚(yáng)子臺(tái)褶帶西南隅。以上水閘場(chǎng)地地勢(shì)都比較平坦，無(wú)大的斷裂通過(guò)，處于相對(duì)穩(wěn)定地塊，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較好，土層分布穩(wěn)定。場(chǎng)地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g或0.10 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ或Ⅶ度。

2.2 各水閘概況

2.2.1常熟水利樞紐

常熟水利樞紐是望虞河連接長(zhǎng)江的控制性骨干工程，位于長(zhǎng)江口岸，包括泵站、變電站、節(jié)制閘、船閘等水工建筑物[3]。常熟樞紐閘站工程采用閘站相結(jié)合的布置方式，9臺(tái)泵布置在中間，6孔節(jié)制閘分別布置在兩側(cè)。東側(cè)節(jié)制閘上布置控制樓，西側(cè)節(jié)制閘上布置檢修間。在節(jié)制閘邊孔上設(shè)一通航孔，以便于小船平潮通航。節(jié)制閘單孔直徑為8 m，閘門為平板鋼閘門。工程雖在2009年加固改造期間進(jìn)行了閘門止水改造，但因閘門啟閉頻繁、上下游水頭差較大，閘門存在不同程度漏水，不僅存在安全風(fēng)險(xiǎn)，也給日常管理造成一定的影響。

2.2.2丹金閘

丹金閘樞紐工程是太湖流域綜合治理湖西引排骨干工程之一[4]，該工程位于金壇市區(qū)城北4 km處的丹金溧漕河通濟(jì)河口北側(cè)。該閘由單孔16 m節(jié)制閘、16 m×135 m船閘和凈寬9 m的公路橋等組成。樞紐中心線與丹金溧漕河河道中心線重合，船閘布置在西側(cè)，節(jié)制閘布置在東側(cè)，兩閘中心線相距19.15 m。船閘上下游各設(shè)200 m長(zhǎng)的靠船設(shè)施，設(shè)計(jì)通航標(biāo)準(zhǔn)為五級(jí)航道。節(jié)制閘及上下閘首均為鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，采用升臥式平板鋼閘門，采用QPQ2×250 kN繩鼓式啟閉機(jī)。該工程為Ⅲ等工程，節(jié)制閘、船閘上閘首為三級(jí)建筑物，下閘首及其它建筑物為四級(jí)建筑物。閘室底板均采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁進(jìn)行地基處理，船閘閘室底板下地基采用水泥攪拌樁加固。船閘上閘首與節(jié)制閘上部設(shè)凈寬9 m的公路橋，公路橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力空心板，下部采用柱式橋墩、灌注樁基礎(chǔ)。上下游左右岸翼墻均采用鋼筋混凝土扶壁式圓弧擋土墻，船閘上下游分設(shè)鋼筋混凝土空箱隔水墻與節(jié)制閘分隔。節(jié)制閘底板上游設(shè)鋼筋混凝土鋪蓋，下游設(shè)鋼筋混凝土消力池，消力池下游設(shè)素混凝土護(hù)底；船閘上閘首底板為鋼筋混凝土鋪蓋，上、下閘首下游設(shè)消力池，下閘首消力池后設(shè)素混凝土護(hù)底。

2.2.3蠡河水利樞紐

蠡河水利樞紐工程是望虞河立交樞紐工程配套建筑物之一。于1994年建成，目的在于連通望虞河與京杭大運(yùn)河。樞紐由1座節(jié)制閘和1座船閘組成，單孔凈寬8 m的節(jié)制閘位于樞紐右側(cè)，135 m×8 m的船閘位于樞紐的左側(cè)，為鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，采用上臥式平板鋼閘門。

2.2.4張家港樞紐

張家港樞紐位于走馬塘與申張線交匯處，是走馬塘拓浚延伸工程的重要組成部分[5]。該樞紐由立交地涵、泵站、節(jié)制閘、退水閘4座水工建筑物及相關(guān)工程內(nèi)容組成。地涵為走馬塘河道與申張線交匯處的立交過(guò)水建筑物，與現(xiàn)狀申張線（張家港河）正交，設(shè)計(jì)流量50 m3/s，共3孔，孔徑為5.4 m×4.0 m，地涵主要由上、下洞首、洞身、上下游連接段等部分組成，上、下洞首各長(zhǎng)10 m，洞身長(zhǎng)130 m，總長(zhǎng)150 m?？紤]申張線規(guī)劃Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)需要，上下洞首橫軸線距現(xiàn)狀張家港河口的距離分別約為30 m、39 m。上洞首端部設(shè)檢修門槽，下洞首設(shè)工作及檢修門槽各1道，下洞首設(shè)工作橋，寬4.8 m，橋面高程為9.3 m，工作橋上設(shè)啟閉機(jī)房。

泵站與節(jié)制閘工程合并布置于地涵下游的走馬塘主河道上，泵站位于東側(cè)，節(jié)制閘位于西側(cè)，處于同一橫軸線。泵站采用豎井式貫流泵，設(shè)計(jì)流量50 m3/s，單機(jī)流量17 m3/s，計(jì)3臺(tái)套，葉輪直徑D=2580 mm，配套異步電機(jī)功率500 kW，進(jìn)水流道為豎井兩側(cè)進(jìn)水，出水流道為平直管，出口采用快速閘門斷流；節(jié)制閘2孔，單孔凈寬12 m，采用鋼筋混凝土涵式結(jié)構(gòu)，直升式平面鋼閘門，配QP2×250 kN繩鼓式啟閉機(jī)。閘站下游側(cè)設(shè)凈寬5 m交通橋1座。

退水閘單孔，凈寬14.0 m，布置在走馬塘西側(cè)新辟的退水河道上，閘身縱向中心線與走馬塘河道中心線平行，橫軸線距申張線河口約225 m，采用鋼筋混凝土圬式結(jié)構(gòu)，升臥式平面鋼閘門，配QH2×250kN啟閉機(jī)，上游側(cè)設(shè)凈寬4.5 m交通橋1座。

2.2.5鐘樓水閘

鐘樓水閘位于京杭運(yùn)河常州市區(qū)段改線段上，距老武宜運(yùn)河河口上游約600 m[6]。閘門采用超大有軌弧形平面雙開鋼閘門結(jié)構(gòu)型式，繩鼓式啟閉機(jī)啟閉。閘門弧面半徑為60 m，門底高程為-1.5 m，近期設(shè)門檻，其頂高程-0.8 m，門頂高程為6.5 m，支鉸采用球關(guān)節(jié)軸承。繩鼓式啟閉機(jī)容量為600 kN，鋼絲繩選用6X415W+IWRC型，直徑50 mm。

閘門支鉸中心至岸壁距離為5 m，閘門面板弧面半徑為60 m，閘門支鉸中心高程5.027 m的布置是適宜的。閘門門底為活動(dòng)門檻，頂面高程為-1.0 m。今后Ⅲ級(jí)航道進(jìn)一步提高等級(jí)時(shí)，拆除活動(dòng)門檻。閘門底部采用單排滑塊支承是合理的，支承點(diǎn)位置進(jìn)一步驗(yàn)算確定。支承軌道面建議加焊不銹鋼板，以減小摩阻力。閘門采用滑塊支承在門底軌道上移動(dòng)的運(yùn)行方式，同時(shí)在特殊情況下可浮動(dòng)運(yùn)行是合適的。閘門門體采用鋼箱結(jié)構(gòu)、閘門支臂采用空間三角形桁架鋼管結(jié)構(gòu)是適宜的，下階段應(yīng)詳細(xì)核算壓桿穩(wěn)定和兩端應(yīng)力集中區(qū)的細(xì)部構(gòu)造。

各閘建設(shè)年代如表1所示。

表1 各閘建設(shè)年代

3 太湖地區(qū)水閘閘門漏水問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

3.1 閘門漏水的危害

閘門漏水具有嚴(yán)重的危害性，表現(xiàn)在加重水工建筑物的凍害，影響工程的安全度汛和工程的完整性，容易在汛期增加險(xiǎn)情的發(fā)生。大量的水流從閘門四周溢出，沖刷閘門，它不僅使水力資源造成浪費(fèi)，而且易使閘門防腐失效。對(duì)于高水頭閘門漏水還可引起閘門振動(dòng)、埋件空蝕、機(jī)組檢修困難等，嚴(yán)重危及閘門及水工建筑物的安全。需要相關(guān)部門根據(jù)漏水的部位及程度分析漏水的原因，采取合理的解決措施解決漏水問(wèn)題，減少閘門漏水問(wèn)題帶來(lái)災(zāi)害。

3.2 水閘閘門漏水原因及相應(yīng)措施

3.2.1閘門設(shè)計(jì)缺陷造成漏水

某些平板鋼閘門或者鋼筋混凝土閘門在設(shè)計(jì)施工時(shí)就可能存在一定缺陷，如側(cè)止水R型橡皮與底止水平板橡皮（俗稱刀型止水）不封閉，在閘門閉合時(shí)，上下游的水頭差會(huì)使閘門底部的側(cè)止水與底止水的接縫處產(chǎn)生漏水[7]。解決這類漏水問(wèn)題，應(yīng)該從優(yōu)化設(shè)計(jì)入手，在底、側(cè)止水橡皮間設(shè)置過(guò)渡連接段，使底、側(cè)止水橡皮封閉。常熟樞紐在加固改造時(shí)就因原有的設(shè)計(jì)不足，重新設(shè)計(jì)了頂、側(cè)止水形式，采用調(diào)整余量大的V型止水，按施工圖和復(fù)測(cè)后的門槽尺寸，嚴(yán)格控制橡皮的壓縮量。

3.2.2止水橡皮老化造成漏水

目前水工建筑中常用彈性橡皮止水工藝，止水橡皮運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生老化，產(chǎn)生塑性變形，彈性降低，容易斷裂或撕裂而失效。在橡膠非摩擦面涂防老化涂料能夠有效防止止水橡皮的老化。同時(shí)，應(yīng)盡量使橡膠免受烈日曝曬，若發(fā)現(xiàn)橡膠老化，應(yīng)立即更換。太湖地區(qū)水閘閘門多數(shù)已經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，如蠡河閘于1994年竣工，已運(yùn)行20多年。在常熟樞紐加固改造工程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)12年的運(yùn)行，止水橡皮已發(fā)生老化，部分止水橡皮已經(jīng)撕壞。

3.2.3 閘門橡皮損傷造成漏水

閘門啟閉過(guò)程中，橡皮一般有5 mm壓縮量，所以橡皮自然狀態(tài)或提出水面的自由運(yùn)行區(qū)，橡皮與閘門槽緊密接觸，在門槽不平或存在銹坑、銹斑時(shí)，橡皮與門槽埋件摩擦力較大，運(yùn)行時(shí)易損傷橡皮，造成止水失靈，對(duì)于損傷的止水橡皮應(yīng)及時(shí)更換。江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處所轄水利工程擔(dān)負(fù)著太湖流域水運(yùn)、防洪、防旱及引江濟(jì)太等任務(wù)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，閘門啟閉頻繁，對(duì)止水橡皮的損傷嚴(yán)重。如：常熟樞紐節(jié)制閘頂止水平均每2年便需更換一次。

4 太湖地區(qū)水閘閘門漏水檢測(cè)技術(shù)需求及對(duì)策

4.1 水閘檢查、觀測(cè)任務(wù)重

為了隨時(shí)掌握水閘工程動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，消除工程隱患，確保工程安全運(yùn)行，水閘管理部門必須有計(jì)劃地開展工程的檢查與觀測(cè)工作。

以常熟管理所為例，其檢查、觀測(cè)工作分為經(jīng)常檢查、定期檢查、特別檢查和安全鑒定。經(jīng)常檢查每月不少于1次；定期檢查每年汛前、汛后進(jìn)行；當(dāng)水閘遭遇特大洪水、風(fēng)暴潮、強(qiáng)烈地震和發(fā)生重大工程事故后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行特別檢查；水閘建成后，在運(yùn)行15年后進(jìn)行1次安全鑒定，以后每10年進(jìn)行1次。此外，在水閘改造，維修后也需要進(jìn)行檢查，觀測(cè)。由此可見(jiàn)，水閘的檢查、觀測(cè)任務(wù)比較繁重，需要新技術(shù)方便經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行觀測(cè)，節(jié)省耗費(fèi)的人力物力。

4.2 水閘漏水檢測(cè)技術(shù)需求及對(duì)策

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于閘閥門和結(jié)構(gòu)縫止水性能的檢測(cè)，仍以人工巡檢和經(jīng)驗(yàn)判斷為主，水面以上的漏水可以靠肉眼觀察，但是水下部分的漏水卻無(wú)法觀察和判定，只能靠潛水員下水摸查，無(wú)法準(zhǔn)確判斷漏水的位置。對(duì)于漏水程度和止水性能的評(píng)價(jià)也缺乏科學(xué)的方法，主要依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷，容易造成潛在危險(xiǎn)。

以上技術(shù)的缺失造成水利工程管理單位工作的困難，特別是對(duì)于閘閥門和結(jié)構(gòu)縫止水的維護(hù)缺少有效的檢測(cè)和評(píng)估手段，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，可能危及構(gòu)件和水工建筑物整體的安全，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。2011年中央一號(hào)文件《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》和中央水利工作會(huì)議明確提出要“注重興利除害結(jié)合、防災(zāi)減災(zāi)并重、治標(biāo)治本兼顧”和“加快中小河流治理和小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固”。

針對(duì)水閘閘門漏水檢測(cè)，近年來(lái)涌現(xiàn)了一批閘門漏水檢測(cè)的新技術(shù)新方法。陳達(dá)等[8]提出了一種基于蝸輪式水流量傳感器的閘門止水設(shè)施檢測(cè)裝置，包括上下升降和左右移動(dòng)模塊，采用蝸輪式水流量傳感器；該設(shè)備構(gòu)造結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單而獨(dú)特，自動(dòng)化程度高，能夠精確全面地檢測(cè)出閘門漏水流量情況以及漏水的位置信息，可廣泛應(yīng)用于各種類型的閘門，易于推廣。郭永敏[9]提供了一種新型高精度閘門漏水檢測(cè)裝置，通過(guò)安裝于軌道上滑塊的液體感應(yīng)片對(duì)漏水情況進(jìn)行檢測(cè)，漏水信號(hào)采集精度高，檢測(cè)的效率高，漏水實(shí)時(shí)報(bào)警，調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)，可斷電保護(hù)元件，使用安全可靠。

5 結(jié)論

（1）太湖地區(qū)水閘負(fù)擔(dān)任務(wù)重，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，水閘閘門由于不同的原因都存在一定的漏水問(wèn)題。

（2）水工閘門漏水不但造成水資源的浪費(fèi)，而且影響工程安全，對(duì)于高水頭閘門，漏水可造成閘門振動(dòng)、埋件空蝕、檢修困難等，嚴(yán)重危及閘門及水工建筑物的安全。水閘閘門漏水檢查、觀測(cè)任務(wù)重，但是缺少有效的檢測(cè)和評(píng)估手段，急需新技術(shù)、新方法。

（3）新型水閘閘門漏水檢測(cè)技術(shù)能夠有效解決長(zhǎng)期困擾水利工程管理部門的檢測(cè)和評(píng)估難題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)解決安全隱患具有重要的作用和意義，可為推動(dòng)水工結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)的信息化和現(xiàn)代化，增強(qiáng)水利保障能力、提升水利工程管理水平做出貢獻(xiàn)。

[ 1 ]呂振霖 . 以科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)新一輪太湖流域治理[ J ] .江蘇水利，2005（1）：6-8.

[ 2 ]洪世華 . 應(yīng)當(dāng)重視閘門漏水的危害[ J ] . 北京水利，1998（2）：57-59 .

[ 3 ]郝春明，萬(wàn)繼芳，黃季艷 . 常熟水利樞紐泵站水泵典型故障分析與改造[ J ] . 南水北調(diào)與水利科技，2012，10（3）：44-47 .

[ 4 ]陳衛(wèi)沖，劉陽(yáng)生，徐建軍 . 丹金閘收費(fèi)管理系統(tǒng)信息化建設(shè)淺析 [ J ] . 江蘇水利，2004（12）：29-30，32 .

[ 5 ]施巍巍，程實(shí)，呂犇 . 張家港樞紐立交地涵設(shè)計(jì)中止水方案的選擇 [ J ] . 江蘇水利，2012（8）：11-12 .

[ 6 ]孫永明 . 京杭運(yùn)河特種閘：鐘樓閘的工程特色[ J ] . 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（7）：35-38 .

[ 7 ]陳子剛 . 探析水閘閘門漏水及處理措施[ J ] . 治淮，2014（8）：27-28 .

[ 8 ]陳達(dá)，婁保東，劉子涵，等 . 基于蝸輪式水流量傳感器的閘門止水設(shè)施檢測(cè)裝置[ P ] . 中國(guó)：201310071338.1，2013-6-26 .

[ 9 ]郭永敏 .新型高精度閘門漏水檢測(cè)裝置[ P ] . 中國(guó) ：201621161567.8，2016-10-25 .