潁上閘防污調(diào)度閘主體設(shè)計方案與運(yùn)管

余啟楊

(潁上閘管理處，安徽 潁上 236200)

1 工程概況

安徽省潁上節(jié)制閘位于潁上縣城東3 km，坐落在102省道上，是潁河最下級控制工程，承擔(dān)流域的防洪泄洪，為淮河中游調(diào)峰及削峰發(fā)揮了巨大的作用。該閘設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，設(shè)計流量為3 350 m3/s，分洪流量為850 m3/s，最大流量為4 200 m3/s，校核流量為4 350 m3/s。運(yùn)行條件是：正常蓄水位24.00～24.50 m，最高蓄水位25.0 m。潁上閘設(shè)防水位24.80 m，警戒水位26.50 m，保證水位28.45 m，最大庫容為8 300萬m3，控制面積為潁河流域5 360 km2，設(shè)計灌溉面積為35萬畝[1](1畝=1/15 hm2)。

2 工程分析

為達(dá)到遠(yuǎn)期規(guī)劃50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，本次潁上閘除險加固工程實施中需考慮來水閘擴(kuò)建(簡稱擴(kuò)孔)的位置。鑒于右側(cè)堆土區(qū)已被新建潁上船閘占用，而本次加固工程中調(diào)度閘和將來擴(kuò)建的節(jié)制閘僅能布置于現(xiàn)節(jié)制閘兩端泄洪引橋下；考慮調(diào)度閘頻繁運(yùn)用，布置于左岸泄洪橋下離管理房較近，便于運(yùn)行管理。按照初設(shè)安徽省水利廳的批復(fù)中關(guān)于優(yōu)化調(diào)度閘布置的要求，調(diào)度閘擬布置于左岸，因此將來擴(kuò)孔布置于左岸泄洪引橋下較為適宜。

另外，為滿足河道防污調(diào)度閘和水生態(tài)的要求，基本同意在左岸泄洪道引橋部位新增一座小型防污調(diào)度閘。同時，規(guī)劃將來可以結(jié)合小水電開發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化防污調(diào)度閘位置和布置。調(diào)度閘擬采用2孔箱涵式結(jié)構(gòu)，設(shè)計每孔流量為21.5 m3/s，總流量為43 m3/s。

3 主體設(shè)計方案

3.1 主要水工建筑物設(shè)計

新建防污調(diào)度閘布置于現(xiàn)有潁上閘左岸(東側(cè))灘面上，為避免灘面交通橋橋面以及橋樁與調(diào)度閘施工的相互影響，調(diào)度閘主體結(jié)構(gòu)布置于潁上閘左岸(東側(cè))灘面兩跨公路橋橋樁之間；防污調(diào)度閘中心線距潁上閘閘室外邊約31.6 m，洞首布置于上游進(jìn)水口處，洞首距交通橋上游側(cè)邊線距離為46.8 m。

調(diào)度閘采用鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，洞首共2孔，布置于上游進(jìn)水側(cè)，底板面高程為18.86 m(與上游河底等高)，洞首頂高程為24.86 m，順?biāo)飨蜷L度為15 m，垂直水流向?qū)挾葹?1.40 m，洞首設(shè)工作閘門與攔污柵各一道。

洞首上下游采用鋼筋混凝土箱涵連接，箱涵采用2孔，根據(jù)上下游出水口水位，上游箱涵洞身底板面高程為18.86 m(與上游河底等高)，洞身尺寸為4.5 m×3.3 m(寬×高)；下游箱涵洞身底板面高程為15.80 m(與出水口等高)，洞身尺寸為6.6 m×3.7 m(寬×高)。

由于灘面位置有限，為避免基坑大開挖對潁上閘邊閘孔及上下游連接段的影響，箱涵西側(cè)(灘面交通橋范圍以外)采用重力式水泥土墻進(jìn)行基坑支護(hù)，水泥土墻中心線距箱涵邊墻距離為4.6 m。水泥土墻寬度為4.0 m，采用水泥土攪拌樁格柵布置，水泥土攪拌樁直徑60 cm，最小搭接厚度25 cm，頂高程為24.86 m，底高程為10.86 m；水泥含量15%，抗壓強(qiáng)度1.0 MPa。箱涵兩側(cè)交通橋4根橋樁四周采用φ80@60高壓旋噴樁防護(hù)，高壓旋噴樁頂高程為24.86 m，底高程為10.86 m，灌漿壓力不小于30 MPa[2_3]。

3.2 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 閘門及啟閉機(jī)

防污調(diào)度閘共布置2孔，洞首布置工作閘門與攔污柵各一道。

工作閘門采用平面定輪鋼閘門，采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，底板高程18.860 m，胸墻底高程22.16 m，單孔凈寬4.5 m。工作閘門為4.65 m×3.42 m，門體材料為Q235B，采用滾輪支承，主滾輪材料為ZG270—500；主滾輪軸采用45號鋼，軸承采用FZ—5系列產(chǎn)品，側(cè)限位采用MGD材料。閘門承受單向水頭作用，采用單向止水形式，止水橡皮采用SF6674系列產(chǎn)品；側(cè)止水采用P型，底止水采用H型。埋件采用16Mn材質(zhì)的焊接工字鋼并在止水作用面加貼不銹鋼板。工作閘門選用快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，型號為QPK—2×80 kN。

上游洞首設(shè)攔污柵，共2孔，凈寬4.5 m，底板高程18.86 m，頂高程24.06 m。攔污柵尺寸為4.872 m×5.2 m，每扇攔污柵分2節(jié)，每節(jié)2.6 m；通過排架牛腿下安裝的QW—2×50 kN移動式啟閉機(jī)和自動抓梁起吊安裝。

3.2.2 電氣設(shè)計

(1)供電電源與配電系統(tǒng)設(shè)計

防污調(diào)度閘工程共2孔，采用繩鼓式啟閉機(jī)，每臺啟閉機(jī)配套1臺7.5 kW的電動機(jī)。閘上主要用電負(fù)荷為啟閉機(jī)用電及控制、照明用電等。工程電源由潁上閘低壓系統(tǒng)接入，通過電纜引入啟閉機(jī)房。閘上配電采用單母線接線方式，2臺動力箱之間電纜跨接。引接電纜采用防水電纜，過潁上閘處采用橋架敷設(shè)，地面采用穿管敷設(shè)的方式。

(2)主要設(shè)備的選擇

閘上配置2臺動力箱，是型號為XL—21的落地式動力箱。

(3)設(shè)備布置

動力箱均就近布置于啟閉機(jī)旁。

(4)照明

照明設(shè)計內(nèi)容主要為啟閉機(jī)房等室內(nèi)照明。該閘的照明控制箱選用PZ—30型暗裝，內(nèi)配小型空氣斷路器，所有的照明線路均為穿管暗敷。為了方便檢修和維護(hù)，在機(jī)房裝設(shè)若干只三相及單相插座。PZ—30型照明控制箱及各類開關(guān)終端面板的底口距地1.4 m，保護(hù)型用電插座距地0.3 m。

(5)啟閉機(jī)的控制

啟閉機(jī)的控制方式按現(xiàn)場手動控制和遠(yuǎn)程操作的方式進(jìn)行設(shè)計。

(6)繼電保護(hù)

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》(GB 14285—93)規(guī)定，對電動機(jī)配置了必要保護(hù)裝置。熱繼電器對電機(jī)進(jìn)行速斷保護(hù)，低壓斷路器自身所具有的保護(hù)功能作為保護(hù)區(qū)段的后備保護(hù)。

(7)防雷與接地

為了確保用電的安全，控制箱、啟閉機(jī)等機(jī)電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均應(yīng)可靠接地，其接地電阻要求R≤4 Ω。

啟閉機(jī)房的屋面均裝設(shè)避雷帶作為防直擊雷的保護(hù)，其人工接地裝置應(yīng)充分利用閘底板鋼筋及柱內(nèi)鋼筋等自然接地裝置進(jìn)行實施。

3.3 房屋設(shè)計

本工程建筑面積45.6 m2，主要為啟閉機(jī)房面積。啟閉機(jī)房為1層，其與灘面之間采用旋轉(zhuǎn)鋼樓梯銜接。啟閉機(jī)房建筑風(fēng)格為與潁上閘啟閉機(jī)房建筑風(fēng)格相近的徽派風(fēng)格，外墻面采用灰色面磚飾面。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，防污調(diào)度閘上游側(cè)進(jìn)水口兩側(cè)錐坡與現(xiàn)有護(hù)坡、翼墻之間采用現(xiàn)澆30 cm厚C30混凝土護(hù)坡(變坡比)銜接，坡頂高程24.86 m，底高程根據(jù)現(xiàn)場情況確定?；炷料略O(shè)10 cm厚砂石墊層，坡頂、坡腳設(shè)C30混凝土格埂，格埂尺寸為40 cm×60 cm，與現(xiàn)有節(jié)制閘上游側(cè)圓弧翼墻之間超挖部分采用8%水泥土回填。下游側(cè)出水口兩側(cè)錐坡與現(xiàn)有護(hù)坡之間采用預(yù)制塊護(hù)坡銜接，預(yù)制塊規(guī)格擬采用40 cm×50 cm×10 cm，護(hù)坡坡比為1∶3，坡頂高程22.26 m，底高程根據(jù)現(xiàn)場情況確定。預(yù)制塊護(hù)坡下設(shè)10 cm厚砂石墊層，坡頂、坡腳設(shè)C30混凝土格埂，格埂尺寸為40 cm×60 cm。

4 工程運(yùn)用管理

防污調(diào)度閘主要功能為滿足小流量用水和生態(tài)放水的要求，根據(jù)防污調(diào)度閘出口布置(漿砌塊石防護(hù))，為確保小流量泄水安全，防污調(diào)度閘閘門的開啟度需根據(jù)上下游水位情況確定；閘門最大開度與上下游水位關(guān)系如圖1所示，且各工況下的閘門開度均能滿足設(shè)計43.0 m3/s要求。同時，為進(jìn)一步確保水流的平順，建議兩孔閘閘門同時同步勻速開啟。

注：上游水位23.86 m為潁上閘閘上正常蓄水位，24.86 m為最高蓄水位。

當(dāng)潁上閘灘面漫水行洪時，水位超過灘面高程24.86 m時，防污調(diào)度閘閘門應(yīng)關(guān)閉。

5 試運(yùn)行情況及效益

初期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)閘門有不同程度的漏水，經(jīng)與建管處協(xié)調(diào)溝通，增設(shè)檢修閘門。檢修閘門完成后，組織施工作業(yè)人員對工作閘門門槽及底檻平整度、垂直度進(jìn)行檢測；經(jīng)檢測門槽及底檻的平整度、垂直度均符合設(shè)計及規(guī)范要求。對工作閘門側(cè)止水及上部底部橡膠止水完整性進(jìn)行檢查，經(jīng)現(xiàn)場查看未出現(xiàn)破損現(xiàn)象；經(jīng)與建管處和設(shè)計溝通，對閘門自重進(jìn)行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)閘門自重不足，工作閘門關(guān)閉不到位、落不到底導(dǎo)致閘門出現(xiàn)不同程度的漏水。經(jīng)設(shè)計單位重新驗算，每扇閘門需增加荷重1.2 t，方能滿足自重要求。按照設(shè)計單位的設(shè)計要求，讓施工單位每扇閘門增作了1.2 t的自重塊后，防污調(diào)度閘工作閘門漏水問題才得以徹底解決。從近階段試運(yùn)行情況來看，工程運(yùn)行狀況良好，特別是在2019年安徽省遭受50年一遇的干旱時，該工程滿足小流量防污調(diào)度的要求，工程效益明顯。

6 施工經(jīng)驗總結(jié)

由于工程位置的限制，新建防污調(diào)度閘距現(xiàn)有潁上閘邊閘孔較近，且主洞身位于灘面交通橋下方，緊靠交通橋橋樁，為避免大開挖對相鄰建筑物的影響，同時結(jié)合施工條件的限制，箱涵西側(cè)(灘面交通橋范圍以外)采用格柵式水泥土墻進(jìn)行基坑支護(hù)，箱涵兩側(cè)交通橋4根橋樁四周采用高壓旋噴樁防護(hù)，確保了工程的安全施工，并為今后類似工程的設(shè)計提供了參考經(jīng)驗[3]。