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      “貴陽市南明河紅巖橋~葉家莊河段河道綜合治理工程”中氣動盾形閘門系統(tǒng)設計應用簡介

      2016-10-19 16:38:42李云峰
      水能經(jīng)濟 2016年6期
      關(guān)鍵詞:水閘閘門氣動

      【摘要】“貴陽市南明河紅巖橋~葉家莊河段河道綜合治理工程”共設置有4級景觀壩聯(lián)合調(diào)度運行,經(jīng)過方案比選,活動壩部分均采用氣動盾形閘門系統(tǒng)。每級氣動閘門規(guī)格尺寸均為60m×8m(寬×高),最大設計水頭為8.205m,本工程規(guī)模為世界之最,項目業(yè)主已申報獲得吉尼斯世界紀錄,運行情況良好。通過建設4座景觀壩,提高南明河局部水位,形成長約7km,寬約50m-100m的河道水域。工程建設實施完成后,該河段及其兩岸生態(tài)及人居環(huán)境得到高質(zhì)量的提升,形成了“貴陽市7公里外灘商業(yè)經(jīng)濟區(qū)” 的沿河美景,周邊土地利用價值大大提升,兩岸小區(qū)房價飆升,帶動了周邊經(jīng)濟快速發(fā)展,以其獨特的水域風景成為貴陽的城市新名片。

      【關(guān)鍵詞】貴陽市南明河綜合治理工程;景觀壩;氣動盾形閘門系統(tǒng)

      1、工程概況

      貴陽市地處黔中山原丘陵中部,長江與珠江分水嶺地帶附近??偟貏菸髂细?、東北低,苗嶺橫延市境,崗阜起伏,剝蝕丘陵與盆地、谷地、洼地相間。貴陽南明河干流主河道河長219km,橫穿貴陽市中心區(qū),為滿足將水口寺下游建設成為集水景、商業(yè)為一體的景觀長廊,對該段河段進行綜合治理。

      南明河綜合治理工程位于南明河下游,起于紅巖橋、經(jīng)打魚寨、小車、高寨、止于葉家莊,總長7.15km。河道左岸:沿河岸已建成水東路、截污溝及沿岸綠化,分布有中天世紀新城、保利溫泉、中天未來方舟(在建)等小區(qū),右岸沿河岸主要為耕地和經(jīng)濟林山坡上村寨較多,人類活動頻繁。

      本工程建設的主要內(nèi)容有:右岸截污溝建設,右岸防洪堤,景觀壩建設。

      景觀壩共設置有4級,均采用氣動盾形閘門系統(tǒng),閘門高度均為8m,上游設置鋼筋混凝土保護層,長度約25m左右,下游設置鋼筋混凝土消力池、干砌石、及拋石等防沖措施,總長約60m。綜合治理工程完成后,該段南明河水位將抬升2m~9m。

      4級景觀壩按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)表2.1.3確定其等級,據(jù)設計洪水成果,200年一遇設計洪水時,河道洪峰流量為925m3/s,景觀壩工程等別可定為III等,主要建筑物級別為3級。又據(jù)SL265-2001第2.1.3條規(guī)定,山區(qū)、丘陵區(qū)水閘,其級別可根據(jù)所屬樞紐工程的等別按表2.1.2確定,故景觀壩工程等別定為II等,主要建筑物級別為3級,次要建筑物為4級。閘門規(guī)模為大型閘門。

      2、景觀壩工程特點

      南明河紅巖橋至葉家莊河段綜合治理工程,根據(jù)工程總體布置的需要,設置1#~4#高水閘景觀壩。景觀壩工程的設置特點大致如下:

      (1)采用分級設閘抬高水位的方案,以解決工程限制條件對水景觀的影響問題,以及水景觀需求和調(diào)洪調(diào)度方案的矛盾問題。

      (2)采用低堰高閘門的技術(shù)方案,以解決河道淤積問題,同時保證河道行洪能力,降低洪水水面線。

      (3)采用新型的盾形不銹鋼閘門結(jié)構(gòu)型式,在外觀上與工程景觀要求相協(xié)調(diào)。同時,其盾形結(jié)構(gòu)水閘在開啟時,弧形頂面形成過流能力最大的實用堰渠線,有效提高斷面泄洪能力和防止閘室底板混凝土受水流沖刷現(xiàn)象,提高工程的安全性和耐久性。

      (4)采用新型的閘門啟閉技術(shù)。在盾形閘門后部設置高分子材料雙氣囊,通過氣囊的充氣和泄氣,實現(xiàn)閘門的關(guān)閉和開啟,結(jié)構(gòu)簡潔美觀,材料環(huán)保,運行可靠。

      (5)采用不設閘墩或支承墩的連續(xù)布置方式(每級水閘寬度均布置為60m),增加斷面過洪能力。閘門啟閉為同步啟閉方式,簡化調(diào)度方案。

      (6)采用閘門自控技術(shù),根據(jù)水情,每級景觀水閘之間聯(lián)合調(diào)度。采用水工程遠程監(jiān)控技術(shù),實現(xiàn)工程即時監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享和即時處理,確保聯(lián)合調(diào)度的可靠性。

      3、景觀壩設計布置

      3.1 設計概況

      南明河紅巖橋至葉家莊河段綜合治理工程中共設置有4級景觀壩,每級景觀壩均由固定壩部分和活動壩部分所組成。

      在景觀壩壩型比較時,設計比選了5個方案,其中方案①采用傳統(tǒng)水力自動控制翻板閘門;方案②將傳統(tǒng)水利自動控制翻板閘門門體、支臂結(jié)構(gòu)等采用鋼結(jié)構(gòu)形式,采用液壓啟閉機進行操作控制的翻板閘門;方案③采用液壓啟閉機控制的鋼結(jié)構(gòu)閘門;方案④采用底軸驅(qū)動液壓控制翻轉(zhuǎn)閘門(液壓鋼壩);方案⑤采用氣動盾形閘門系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較,方案⑤泄洪條件好,閘門高度及擋水水頭高,采用氣動盾形閘門系統(tǒng)作為推薦壩型。

      因本工程景觀水閘規(guī)模大,每級閘門均采用雙氣袋支承。

      每級景觀水閘均設置有自動操控系統(tǒng),當上游水位達到開門泄水水位時,通過水位儀等監(jiān)測及傳感儀將開門泄水信號傳輸至每級景觀水閘的操作室內(nèi)實現(xiàn)開門泄水,當上游水位降低,需要閉門擋水形成水景觀時,通過水位儀等監(jiān)測及傳感儀將閉門擋水信號傳輸至每級景觀水閘的操作室內(nèi)實現(xiàn)閉門擋水。各級景觀水閘之間也設置有聯(lián)動操控系統(tǒng),4級景觀壩聯(lián)合運行實現(xiàn)多種要求下的調(diào)度運行。并設置有4級壩的集中操作控制室,可以在集中操作控制室內(nèi)集中操作控制4級景觀水閘的開啟和關(guān)閉。

      除自動操作控制系統(tǒng)外,本景觀水閘也設置有人工手動控制系統(tǒng),當自動控制系統(tǒng)意外失效后,現(xiàn)場操作人員可通過人工手動控制系統(tǒng)操作控制閘門。并設置有手動開關(guān)設施,以滿足在意外失電情況下開啟閘門泄洪以及關(guān)閉閘門擋水。為在失電情況下盡量縮短閘門開啟和關(guān)閉的時間,景觀水閘設置有備用動力。

      3.2 1#~4#景觀壩設計布置

      根據(jù)總體布置的情況,1#景觀壩總寬度為60m,河床底部高程為1033.13m,固定壩堰頂高程為1033.795m,正常蓄水位為1042.00m,景觀水閘頂部高程為1041.795m,閘門高度為8m,門頂溢流水深為0.205m,濱河路底面高程為1048.00m。氣動閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m(寬×高),設計水頭為8.205m,總水壓力為24235.93kN。

      2#景觀壩總寬度為90m,河床底部高程為1027.62m,正常蓄水位為1036.80m,景觀水閘頂部高程為1036.62m,閘門高度為8m,門頂溢流水深為0.18m,濱河路底面高程為1038.00m??紤]制造安裝的工期及投資造價等方面的因素,2號景觀壩氣動閘門部分的規(guī)格尺寸設置為60m×8m(寬×高),固定壩堰頂高程為1028.62m,設計水頭為8.18m,總水壓力為24088.464kN。

      3#景觀壩總寬度為60m,河床底部高程為1023.01m,固定壩堰頂高程為1024.795m,正常蓄水位為1033.00m,景觀水閘頂部高程為1032.795m,閘門高度為8m,門頂溢流水深為0.205m,濱河路底面高程為1034.00m。氣動閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m(寬×高),設計水頭為8.205m,總水壓力為24235.93kN。

      4#景觀壩總寬度為60m,河床底部高程為1021.01m,固定壩堰頂高程為1022.795m,正常蓄水位為1031.00m,景觀水閘頂部高程為1030.795m,閘門高度為8m,門頂溢流水深為0.205m,濱河路底面高程為1032.20m。氣動閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m(寬×高),設計水頭為8.205m,總水壓力為24235.93kN。

      閘門及埋件外露部分金屬材料均采用不銹鋼材料,支承結(jié)構(gòu)均采用雙氣囊支承。考慮到氣囊制造規(guī)格、閘門安裝及運行條件以及運輸?shù)确矫娴囊蛩?,每級景觀壩沿寬度方向均分為6個單元,每個單元寬度均為10m,為便于門體鋼結(jié)構(gòu)面板等部分的制造、吊裝及運輸,每個單元的門體面板部分沿寬度方向又分為4節(jié),每節(jié)面板寬度均為2.5m。閘門運行條件均為動水啟閉。

      3.3 氣動盾形閘門系統(tǒng)大致組成結(jié)構(gòu)及運行原理

      3.3.1 氣動盾形閘門系統(tǒng)大致組成結(jié)構(gòu)

      氣動盾形閘門系統(tǒng)通常由門體結(jié)構(gòu)、氣袋、埋件及連接部件、閘墩板、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

      3.3.2 運行原理

      氣動盾形閘門系統(tǒng)的氣袋支承在鋼結(jié)構(gòu)的門體面板結(jié)構(gòu)下游側(cè),利用壓縮空氣,通過氣袋充氣與排氣,控制閘門升起與倒伏,通過氣動控制、及電氣控制系統(tǒng)可精確控制閘門開度,以維持特定的水位高度,閘頂可以溢流形成瀑布景觀。閘門全開時,門體全部倒臥在河底,可高效泄水,不影響泄洪、景觀、通航和水生動物的回游。閘門充氣全關(guān)時,可以蓄水形成庫容和河面景觀,超過設定水位時,門頂溢流可形成人工設定的各種溢流景觀及人造瀑布。

      4、結(jié)語

      “貴陽市南明河紅巖橋~葉家莊河段河道綜合治理工程”共設置有4級景觀壩聯(lián)合調(diào)度運行,位于“國家綠色生態(tài)示范區(qū)——未來方舟”超大型房地產(chǎn)項目的南明河上,是貴陽市城市水環(huán)境綜合整治工程的重要組成部分。每級景觀壩均由固定壩和活動壩部分組成。根據(jù)方案比選,活動壩部分均采用氣動盾形閘門系統(tǒng),設置有集中控制及自動控制系統(tǒng)操作控制運行。

      本工程景觀壩于2012年設計完成,于2013年3月開始安裝施工,至9月底全部投入運行使用,是目前世界上擋水高度最高、規(guī)模最大的氣動盾形閘門,也是目前世界上規(guī)模最大的景觀水閘工程應用實例。

      本景觀水閘工程規(guī)模為世界之最,項目業(yè)主已申報獲得吉尼斯世界紀錄,運行情況良好。在2014年7月15日20時到16日20時,貴陽市降雨量達到201.7mm,洪水過后,經(jīng)過現(xiàn)場全面查看,該氣動盾形閘門系統(tǒng)完好無損,未受到任何影響。

      本工程通過建設4座景觀壩,提高南明河局部水位,形成長約7km,寬約50m-100m的河道水域,與兩岸的商住建筑群一起構(gòu)成了集居住、辦公、旅游、休閑、購物于一體的濱河商業(yè)帶。對河岸兩側(cè)土地資源的高效利用起到了至關(guān)重要的作用。南明河氣動盾形閘門系統(tǒng)建成后,清澈的河水漫過閘門頂端的破波板溢流形成壯觀的瀑布,沿河形成青山綠水、風景優(yōu)美、如詩如畫的景色,大大改善了周邊的居住和生態(tài)環(huán)境。

      本工程建設實施完成后,該河段及其兩岸生態(tài)及人居環(huán)境得到高質(zhì)量的提升,形成了“貴陽市7公里外灘商業(yè)經(jīng)濟區(qū)”的沿河美景,周邊土地利用價值大大提升,兩岸小區(qū)房價飆升,帶動了周邊經(jīng)濟快速發(fā)展,以其獨特的水域風景成為貴陽的城市新名片。

      作者簡介:李云峰(1977—),男(漢族),本科、貴州貴陽人,高級工程師,主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)設計及咨詢工作

      基金項目:貴州省水利科技項目:《氣盾壩技術(shù)應用研究》科研課題,項目編號KT201301

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