氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)在江西南昌前湖水綜合整治工程中的應(yīng)用

胡榮金，劉振

( 江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西南昌330029)

摘要: 氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)鋼閘門(mén)及橡膠壩優(yōu)點(diǎn)研制的一種新型閘門(mén)，其結(jié)構(gòu)新穎，能夠與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)，充分滿(mǎn)足現(xiàn)代化水利工程生態(tài)化、景觀化的要求。結(jié)合南昌市前湖水河道整治工程，介紹了氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)在攔河景觀壩工程中的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中吸收相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)閘門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)其特點(diǎn)對(duì)消能進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。目前該閘門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合紅角洲片區(qū)“東方水城”的規(guī)劃要求。

    近年來(lái)，隨著水生態(tài)文明城市建設(shè)的迅速發(fā)展，工程的總體布置和設(shè)備的選型不但要具有常規(guī)水利工程所要求的功能，而且更要具備與生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)的多種功能。氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)是綜合了傳統(tǒng)鋼閘門(mén)及橡膠壩優(yōu)點(diǎn)研制的一種新型閘門(mén)，其結(jié)構(gòu)新穎，能夠與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)，充分滿(mǎn)足現(xiàn)代化水利工程生態(tài)化、景觀化的要求。在北京清河水環(huán)境治理工程［1］以及貴陽(yáng)南明河綜合治理工程［2］中采用了氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)，并取得了良好的水生態(tài)景觀效果。

    南昌市前湖水綜合整治工程地處南昌市紅角洲片區(qū)，毗鄰前湖風(fēng)景區(qū)和臥龍山風(fēng)景區(qū)。由于項(xiàng)目位于紅角洲新區(qū)，前湖水亦是紅角洲景觀帶的一部分，因此整治工程要求滿(mǎn)足生態(tài)、城市景觀等要求。鑒于氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)其環(huán)保、簡(jiǎn)便、安全、美觀的特性，在前湖水綜合整治工程中采用氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)，滿(mǎn)足該區(qū)域“東方水城”的規(guī)劃要求。

1 氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)

    氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)是在“948”引進(jìn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，通過(guò)消化、吸收其技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)鋼閘門(mén)及橡膠壩的優(yōu)點(diǎn)，成功研制的一種新型閘門(mén)。系統(tǒng)由鋼閘門(mén)、氣袋、埋件、空氣壓縮系統(tǒng)和閘門(mén)控制系統(tǒng)組成。通過(guò)氣袋的進(jìn)氣或排氣，使閘門(mén)起升或倒伏，可在設(shè)計(jì)水位內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意水位高度的調(diào)節(jié)，允許閘門(mén)頂端溢流。該閘門(mén)可在整個(gè)河道寬度范圍內(nèi)可完全倒伏，中間不需要閘墩，啟動(dòng)速度快，實(shí)現(xiàn)高效率泄水，環(huán)保性強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)便，故障率低，易于維護(hù)。閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，門(mén)體全部倒臥在河底，不影響景觀和通航; 閘門(mén)全關(guān)時(shí)，門(mén)頂可形成人工設(shè)計(jì)的各種溢流景觀。尤其適合要求設(shè)計(jì)新穎、布置緊湊的大跨度水利工程，在滿(mǎn)足常規(guī)功能基礎(chǔ)上，也能滿(mǎn)足現(xiàn)代水利工程生態(tài)化、景觀化的要求。

    門(mén)體系統(tǒng)是由一排聚酯纖維強(qiáng)化橡膠氣袋和高強(qiáng)度鋼板組合而成。橡膠氣袋位于鋼板下游，氣袋與鋼板底部均通過(guò)鉸鏈壓條、嵌夾鑄件、不銹鋼錨定螺栓等專(zhuān)用配件安裝并固定在閘底板基礎(chǔ)混凝土上，閘門(mén)板后設(shè)置有安全抑制帶用以限制其向上游倒伏。氣動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)橡膠氣袋的充氣與排氣操作，精確掌握閘門(mén)的起伏與運(yùn)行，藉以準(zhǔn)確控制所需水位的高度，實(shí)現(xiàn)無(wú)限段的連續(xù)調(diào)節(jié)水位。閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，門(mén)體全部倒臥在河底，不影響景觀; 閘門(mén)全關(guān)時(shí)，門(mén)頂溢流。

    冀振亞［3］等通過(guò)建立氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)的力學(xué)模型，闡述了氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)力學(xué)模型的建立過(guò)程，并就力學(xué)模型的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了推導(dǎo)論證。

2 氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)主要性能及特點(diǎn)

    氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)主要性能: (1) 設(shè)備安全以及使用壽命長(zhǎng)。埋件及充氣管件為鋼材，氣袋使用壽命50a 以上的高分子材料，氣動(dòng)埋件均在地基混凝土中，受力狀況非常理想。(2) 不受河道寬度限制，高效泄水，生態(tài)環(huán)保。整套閘門(mén)系統(tǒng)攔河寬度不收限制，可完全倒伏在河底，高效泄水，不影響行洪。自身沒(méi)有任何機(jī)械用油，以壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)，生態(tài)環(huán)保。(3) 瀑布景觀，水流平順。門(mén)頂溢流形成瀑布，增添優(yōu)美的風(fēng)景。(4) 安裝簡(jiǎn)易，維修方便，運(yùn)行成本低。無(wú)高精密部件及軸承，組合式的模塊單元，維修簡(jiǎn)單，運(yùn)行主要為電量成本，運(yùn)行成本極低。

    綜上所述，氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)具有維持河道凈寬，過(guò)流能力強(qiáng)，安全性能高，維護(hù)生態(tài)，氣動(dòng)閘頂部可溢流，形成水景觀，安裝簡(jiǎn)易，建設(shè)周期短，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行維護(hù)成本低和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

3 氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用與研究

    前湖水綜合整治工程設(shè)計(jì)河道最小底寬為30m，設(shè)計(jì)底高程取15.5m。氣動(dòng)橡膠壩長(zhǎng)30m，單元寬度5.0m，共設(shè)6塊，墩頂高程18.50m，砼底板高程15.50 m，底板厚1.5m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10.0m。

    氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)是一種新型的閘門(mén)系統(tǒng)，門(mén)體系統(tǒng)是橡膠氣袋與高強(qiáng)度鋼板組合而成。目前已建成的氣動(dòng)盾形閘門(mén)門(mén)體一般選擇熱浸鍍鋅高強(qiáng)度鋼板，通常每3 個(gè)氣袋由一條管路供、排氣。據(jù)調(diào)查，目前已建成的氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)存在以下方面問(wèn)題: 由于氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)通常在城市河道中采用，而城市河道水質(zhì)通常較差，對(duì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，鍍鋅鋼板門(mén)體易受腐蝕; 每3 個(gè)氣袋由一條管路供、排氣，可能導(dǎo)致氣袋之間相互串氣，致使門(mén)頂溢流不均［4］。在建成的北京清河外環(huán)閘采用了氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)，該系統(tǒng)每3 個(gè)氣袋由一條管路供、排氣，水閘建成調(diào)試蓄水時(shí)，發(fā)現(xiàn)門(mén)頂溢流不均勻，右岸( 距控制室較遠(yuǎn)側(cè)) 溢流量大，左岸不溢流，通過(guò)手動(dòng)充泄氣調(diào)整，也不能達(dá)到預(yù)期效果，并且溢流位置不固定，時(shí)常變化，時(shí)而左岸、時(shí)而右岸。

    在前湖水氣動(dòng)盾形閘門(mén)系統(tǒng)門(mén)體選擇中，考慮閘門(mén)所在的河道位于城區(qū)，場(chǎng)地地表水及地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具酸性型弱腐蝕，因此河道水體對(duì)門(mén)體具一定的腐蝕性。熱浸鍍鋅鋼板耐酸腐蝕性能一般，不銹鋼板表面光潔，有較高的塑性、韌性和機(jī)械強(qiáng)度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質(zhì)的腐蝕，因此本次設(shè)計(jì)門(mén)體采用了耐腐蝕性能更好的不銹鋼板，有利于提高門(mén)體的使用壽命，同時(shí)又增加了門(mén)體的美觀性。

    鑒于每3個(gè)氣袋由一條管路供、排氣，可能導(dǎo)致氣袋之間相互串氣，致使門(mén)頂溢流不均勻［4］現(xiàn)象，前湖水閘氣動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)，采用每3 個(gè)氣袋由兩條管路供、排氣方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橡膠袋進(jìn)行充氣和排氣，精確掌握閘門(mén)的起伏與運(yùn)行，解決了每3 個(gè)氣袋由一條管路供、排氣，可能導(dǎo)致氣袋之間相互串氣，致使門(mén)頂溢流不均問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

    氣動(dòng)盾形閘門(mén)以其布置緊湊、土建構(gòu)造簡(jiǎn)潔、新穎美觀的特點(diǎn)得到各界認(rèn)可，適應(yīng)不同景觀蓄水要求。在城市水利工程閘壩建筑物選擇中占有優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)運(yùn)用前景廣闊。

    氣動(dòng)盾形閘門(mén)作為城市河道擋水建筑物，門(mén)體采用耐腐蝕性能更好的不銹鋼板能有效的抵御河道水體的腐蝕; 氣動(dòng)控制系統(tǒng)每3 個(gè)氣袋由兩條管路供、排氣，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn):

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［4］王惠萍，周志華，李玉臣．清河氣動(dòng)盾形閘門(mén)頂溢流不均問(wèn)題的分析處理［J］． 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)， 2013( 3) : 48 － 50．

轉(zhuǎn)自：《南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)》第34卷第6期2015年12月

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