大沙河閘門及箱涵改造工藝及質(zhì)量管控研究

陳文淵

(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司， 廣東 深圳 518000)

隨著城市水利建設(shè)的深入發(fā)展，傳統(tǒng)原有水工建筑物在長期運(yùn)營過程中普遍出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)功能性損害和完整性不足，無法滿足現(xiàn)有的防洪排澇、雨污分流整治等標(biāo)準(zhǔn)，難以與當(dāng)?shù)爻鞘械陌l(fā)展架構(gòu)和自然景觀適應(yīng)匹配，因此現(xiàn)有城市水務(wù)發(fā)展的目標(biāo)必須提升至水環(huán)境綜合治理的高度[1-2]。

在南山區(qū)小微水體綜合治理兜底工程中，大沙河河口右岸箱涵為合流系統(tǒng)，導(dǎo)致雨季大量雨水和污水混合，并且排海閘存在滲漏，啟閉機(jī)損壞無法提升，上部排架結(jié)構(gòu)存在隱患。針對(duì)水域箱涵及閘門等水工建筑修繕改造問題，國內(nèi)學(xué)者普遍從結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)[3-5]、修繕改造工藝[6-7]、結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)及功能提升[8-9]、建筑安全監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)[10-11]等方面展開研究。本文從大沙河閘門及箱涵改造工藝及質(zhì)量管控的角度出發(fā)，采用一體化預(yù)制智慧截流井通過配置SCADA控制系統(tǒng)等新工藝，對(duì)大沙河箱涵及閘門在運(yùn)行中存在的一系列問題進(jìn)行改造，以保證其穩(wěn)定有效運(yùn)行，維護(hù)區(qū)域的水環(huán)境健康，可為類似水利工程修繕提供技術(shù)參考。

1 工程概況

工程位于深圳市南山區(qū)，大沙河流域下游出?？?，河水流入深圳灣。工程為南山區(qū)小微水體綜合治理兜底工程——大沙河河口閘門修繕改造及雨水箱涵改造項(xiàng)目。工程包括右岸箱涵改造、右岸排海閘改造、左岸排海閘改造工程。左岸排海閘、右岸排海閘的功能為防止旱季漏排污水直接排放至大沙河，雨季開閘泄洪排澇。左岸排海閘，閘門凈尺寸3.5 m×3.0 m。右岸排海閘，閘門凈尺寸6.0 m×3.0 m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及咨詢，主要存在以下情況:

(1)右岸箱涵為合流系統(tǒng)，現(xiàn)有一條雨水箱涵(3.0 m×1.5 m)接入，導(dǎo)致雨季大量雨水和污水混合，不利于整個(gè)截流系統(tǒng)運(yùn)行。

(2)右岸排海閘存在滲漏現(xiàn)象，上部混凝土排架已經(jīng)開裂，無法承受閘門啟閉需要。

(3)左岸排海閘存在滲漏現(xiàn)象，啟閉機(jī)損壞無法提升，上部排架結(jié)構(gòu)存在隱患。

因此本項(xiàng)目對(duì)大沙河箱涵及閘門在運(yùn)行中存在的一系列問題進(jìn)行改造，以保證其穩(wěn)定有效運(yùn)行，維護(hù)區(qū)域的水環(huán)境健康。

2 水工建筑改造工藝

2.1 箱涵改造工藝

本項(xiàng)目現(xiàn)狀右岸箱涵6.0 m×3.0 m為合流系統(tǒng)，現(xiàn)有3.0 m×1.5 m雨水箱涵接入箱涵中。導(dǎo)致雨季大量雨水和截流污水混合，不利于泵站的維護(hù)運(yùn)行及河道的水質(zhì)保障。因此，本項(xiàng)目對(duì)右岸箱涵進(jìn)行改造，改造范圍YJ0+012.09-YJ0+113.06(端墻內(nèi)側(cè)里程)，長度100.97 m。通過設(shè)置中隔墻，將右岸箱涵分隔為1.8 m×3.0 m和3.8 m×3.0 m兩孔箱涵，使3.0 m×1.5 m雨水箱涵雨水從合流污水中分離出來，實(shí)現(xiàn)污水、雨水分流管理。

2.2 閘門改造工藝

大沙河河口右岸排海閘現(xiàn)狀尺寸為B×H=6.0 m×3.0 m，安裝于右岸箱涵排?？谖恢?。左岸排海閘現(xiàn)狀尺寸為B×H=3.5 m×3.0 m，安裝于左岸污水提升泵站左側(cè)截流箱涵內(nèi)。根據(jù)箱涵改造及雨污水分流管理需要，本項(xiàng)目將原閘門更換為一體化預(yù)制智慧截流井，由旋轉(zhuǎn)堰門和配置SCADA控制系統(tǒng)組成。一體化預(yù)制智慧截流井通過配置SCADA控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)3種運(yùn)行模式:

(1)晴天截流模式。在晴天時(shí)，箱涵水位較低，全部為污水，排水堰門完全關(guān)閉。

(2)降雨模式。降雨時(shí)，當(dāng)水位達(dá)到1.8 m時(shí)，旋轉(zhuǎn)堰門逐漸打開至-0.7 m，阻擋下層污溢到大海。

(3)防倒灌模式。當(dāng)外河水位高于污水管水位時(shí)，排水堰門自動(dòng)完全關(guān)閉，阻止海水倒灌。

根據(jù)箱涵改造后渠道尺寸，旋轉(zhuǎn)閘門孔口尺寸為B×H=1.8 m×3.0 m、B×H=3.8 m×3.0 m，雙向擋水。箱涵改造后，為實(shí)現(xiàn)箱涵初期雨水和中后期雨水的控制，設(shè)置2套限流閘門，分別為DN500限流閘門和1100 mm×1300 mm限流閘門，啟閉機(jī)采用液壓式啟閉機(jī)。本工程水閘為1孔3.8 m,1孔1.8 m,采用一體化旋轉(zhuǎn)堰門。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)堰門主要功能及技術(shù)參數(shù)

旋轉(zhuǎn)堰門主要由堰板、側(cè)板、側(cè)板與底密封、推力螺母、螺桿及連接桿等部件構(gòu)成，三維圖見圖1。堰門主要功能為:堰門開啟后不影響行洪；堰門的開啟由液力驅(qū)動(dòng)；能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)堰門門板位置精確定位，精確度在2 mm；所供密封件耐磨性能好，使用壽命長，無泄漏；堰門門板能保證6.0 m深的水頭下整體的剛性；能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能運(yùn)維；能實(shí)現(xiàn)防倒灌；能實(shí)現(xiàn)在防止城市內(nèi)澇的情況下最大限度截污；斷電情況下，能保證不影響行洪。

圖1 旋轉(zhuǎn)堰門三維圖示

其中各結(jié)構(gòu)部件控制標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)堰板。材料采用不銹鋼材料制造，在面板上設(shè)有兩條水平方向的梯形筋，根據(jù)受壓確定筋的斷面尺寸，以滿足堰板撓度不大于板寬的1/1000 mm要求。堰板上部中心處設(shè)置吊耳與螺桿連接，吊耳中心偏差不大于1 mm。

(2)側(cè)板。采用不銹鋼材料制造，并具有足夠的厚度保證其平整度，側(cè)板在安裝前與土建的預(yù)埋件采用焊接方式連接，側(cè)板的平行度偏差應(yīng)小于1 mm。

(3)側(cè)板密封與底密封。堰板與二側(cè)板的支承面采用丁腈橡膠板密封，并能夠牢固地安裝在門體二側(cè)的迎水面處，通過壓板用不銹鋼螺栓固定，橡膠密封板具有20 mm左右的側(cè)向調(diào)整余量，以作安裝及今后磨損時(shí)調(diào)節(jié)用。堰板底部橡膠密封條主要與堰板及堰板支架連接，材料為丁腈橡膠，厚度不小于8 mm，密封條能夠承受一定的彎曲強(qiáng)度，所有密封處能夠保證止水效果良好。

(4)推力螺母。材料采用銅合金制造，驅(qū)動(dòng)裝置采用油浴潤滑，齒輪設(shè)計(jì)符合ISO、DIN或等同標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)系數(shù)≥1.4，齒輪材料采用低合金鋼，滲碳淬火處理，齒面硬度大于HRC58，軸承壽命不小于100 000 h。行程控制由輸出齒輪帶動(dòng)“計(jì)數(shù)”進(jìn)位的凸輪鎖定機(jī)構(gòu)達(dá)到選定堰門的行程，而控制堰門的啟閉，并在液壓設(shè)備上設(shè)置有刻度盤來指示堰門的開閉全過程。轉(zhuǎn)矩限制機(jī)構(gòu)，采用安全可靠，易調(diào)整和高精度的凸輪銷定機(jī)構(gòu)進(jìn)行行程控制及過力矩保護(hù)，當(dāng)超過力矩時(shí)凸輪轉(zhuǎn)移，通過轉(zhuǎn)矩限位電器接觸開關(guān)動(dòng)作，切斷電源，控制堰門開啟或關(guān)閉的雙向“力矩”保護(hù)作用，最大轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的5倍，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不低于30 min。 主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 旋轉(zhuǎn)堰門主要技術(shù)參數(shù)

2.2.2 SCADA系統(tǒng)智能控制終端

國內(nèi)目前泵站的管理多數(shù)還是采用在附件設(shè)置配備人員的管理或在汛期需要開泵放閘時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人工操作的方式，這樣不僅增加人力、物力、財(cái)力的開支，并且無法及時(shí)準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)的最新信息，而且達(dá)不到良好的控制效果?，F(xiàn)存主要問題為:

(1)泵站有人值守，但巡查時(shí)間、效率無法準(zhǔn)確掌握。

(2)主管部門不能隨時(shí)掌握泵站情況，如閘前水位、水泵開啟狀態(tài)、流量等信息。

(3)泵站設(shè)備隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如水泵是否斷電、故障等。

(4)管理效率偏低，發(fā)現(xiàn)問題靠打電話或者派人到現(xiàn)場(chǎng)解決。

為了保證泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低運(yùn)營成本以及生產(chǎn)管理過程中的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)，建立一套為該工程配套的SCADA系統(tǒng)。通過無線物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合有線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) “現(xiàn)地手動(dòng)操作優(yōu)先，分散自律自動(dòng)運(yùn)行，統(tǒng)一調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)營數(shù)據(jù)記錄保存”。

“現(xiàn)地手動(dòng)操作優(yōu)先”是指可對(duì)現(xiàn)地電控柜進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，“分散自律自動(dòng)運(yùn)行”是指在無須外界干預(yù)(即使網(wǎng)絡(luò)斷線等情況下)，系統(tǒng)可對(duì)相關(guān)設(shè)備各單元進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)化控制自動(dòng)運(yùn)行；“統(tǒng)一調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控”是指不受地域距離影響，可進(jìn)行異地遠(yuǎn)程監(jiān)控，“運(yùn)營數(shù)據(jù)記錄保存”是指對(duì)各點(diǎn)的水位、水質(zhì)、設(shè)備動(dòng)作運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保存，可通過觸摸屏、手機(jī)、監(jiān)控電腦終端等實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程監(jiān)控，區(qū)域、流域內(nèi)統(tǒng)一調(diào)度，智慧運(yùn)行，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 SCADA系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3 水工建筑施工質(zhì)量管控

3.1 箱涵施工質(zhì)量管控

箱涵施工主要涉及圍堰加固和內(nèi)部隔墻施工。

(1)箱涵圍堰加固。場(chǎng)地處于現(xiàn)狀暗涵排口處，暗涵內(nèi)存在大量合流水排入深圳灣，首先對(duì)施工點(diǎn)上下游進(jìn)行擋水施工，上游擋水采用沙袋砌筑，黏土心墻防滲，并埋設(shè)直徑1000 mm混凝土管自排入下游泵站，并輔以水泵抽排。下游排?？趽跛捎蒙炒鲋?，黏土心墻防滲。在保證沒有水的影響下進(jìn)行舊閘門的拆除。

河道上游圍堰采用沙袋砌筑，400 g/m2兩布一膜心墻防滲，土工膜基礎(chǔ)采用黏土固定。土工膜防滲接縫采用焊接。

下游圍堰采用充填膜袋砂砌筑，迎水坡面采用400 g/m2兩布一膜防滲，上鋪200 mm厚C20膜袋混凝土防護(hù)。土工膜防滲接縫采用焊接，堰腳處平鋪2000 mm，堰頂處平鋪2000 mm。膜袋混凝土堰腳處平鋪2000 mm，堰頂處平鋪4000 mm。

(2)箱涵隔墻施工。箱涵中隔墻施工工序?yàn)?現(xiàn)狀線路地勘→定線放樣→搭設(shè)圍擋→暗涵底板鑿毛→轉(zhuǎn)孔、植筋→綁扎鋼筋→支模板→澆筑混凝土→拆模版→養(yǎng)護(hù)→清理現(xiàn)場(chǎng)。箱涵中隔墻采用鑿毛植筋連接，植筋構(gòu)造根據(jù)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50367—2013)應(yīng)滿足: ① 植筋鉆孔前應(yīng)探明原構(gòu)件鋼筋位置,以保證鉆孔不得傷及原有結(jié)構(gòu)鋼筋。 ② 植筋施工區(qū)域兩側(cè)應(yīng)設(shè)置臨時(shí)支撐。 ③ 鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度50 mm。植筋用膠黏劑采用HILTI-RE500型錨固膠黏劑。

3.2 閘門施工質(zhì)量管控

旋轉(zhuǎn)堰門安裝工序?yàn)?基礎(chǔ)校核→開箱檢查→基礎(chǔ)放線→不銹鋼旋轉(zhuǎn)堰門框安裝→液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備安裝→二次找正→二次澆注混凝土→檢驗(yàn)與調(diào)試。旋轉(zhuǎn)堰門安裝過程按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制:

(1)土建預(yù)留出水口墻面上標(biāo)出出水口豎直中心線及堰門框底部水平標(biāo)高線偏差不大于10 mm。

(2)將門框緊貼于一體化截污井內(nèi)部洞孔的井壁上，用基礎(chǔ)螺栓將門框緊固，同時(shí)應(yīng)保證門框底槽、二側(cè)導(dǎo)軌的水平度與垂直度偏差均小于1/1000。

(3)堰門門框采用焊接螺栓方式與預(yù)埋鋼板固定，安裝上部啟閉裝置，其中心線應(yīng)與二側(cè)板的位置中心重合。

(4)液壓驅(qū)動(dòng)裝置，采用雙吊點(diǎn)啟閉時(shí)，二側(cè)應(yīng)同步，堰門側(cè)向及底部橡膠密封板接觸緊密。

(5)安裝及檢測(cè)無誤后，在側(cè)板與土建留槽處鑿毛，用細(xì)石混凝土二次灌漿，保證密實(shí)無滲漏，門框基礎(chǔ)螺栓緊固，旋轉(zhuǎn)堰門安裝首先對(duì)設(shè)備與底板連接處安裝。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)大沙河河口閘門及雨水箱涵水工建筑物結(jié)構(gòu)缺陷、功能退化的問題，采用一體化預(yù)制智慧截流井對(duì)其進(jìn)行修繕改造，并重點(diǎn)研究改造過程中的工藝及質(zhì)量管控，結(jié)果顯示，箱涵設(shè)置中隔墻可實(shí)現(xiàn)雨污分流。原閘門更換為由旋轉(zhuǎn)堰門和配置SCADA控制系統(tǒng)組成的一體化預(yù)制智慧截流井，可實(shí)現(xiàn)晴天截流、降雨和防倒灌三種運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地手動(dòng)操作優(yōu)先，分散自律自動(dòng)運(yùn)行，統(tǒng)一調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)營數(shù)據(jù)記錄保存，工程改造后可實(shí)現(xiàn)雨污分流，維護(hù)區(qū)域的水環(huán)境健康。

文章重點(diǎn)研究水工建筑改造過程的特色工藝，由于篇幅原因?qū)こ陶w施工工序和分項(xiàng)工藝論述較少，但對(duì)于類似水工建筑修復(fù)工程具有一定參考意義。