淮安里運(yùn)河堂子巷樞紐工程優(yōu)化施工方案

王 鑫 陳玉斐 郭 瑞 徐 燕

一、工程概況

淮安市城區(qū)段里運(yùn)河是一條集防洪、城市景觀、水運(yùn)、調(diào)水、城市排澇等功能的綜合利用河道，上接淮陰水利工程樞紐，下連淮安水利工程樞紐，與蘇北灌溉總渠和大運(yùn)河相通。河道水位受蘇北灌溉總渠影響，當(dāng)總渠泄洪時(shí)，淮安市區(qū)將承受淮河的洪水威脅。為保證城市防洪安全，減輕城市防洪壓力，改善城市水環(huán)境，需要對(duì)城區(qū)段里運(yùn)河實(shí)施防洪控制。

經(jīng)方案比較，淮安市城區(qū)段里運(yùn)河防洪控制工程采取了在里運(yùn)河上、下游段興建防洪控制工程，御淮河洪水于主城區(qū)之外的方案。該方案汛期可降低里運(yùn)河水位，在非汛期能保證城區(qū)段里運(yùn)河有一定的景觀水位。根據(jù)規(guī)劃里運(yùn)河防洪工程主要由北門橋樞紐工程和堂子巷樞紐工程組成。北門橋樞紐工程位于市區(qū)北門橋處的里運(yùn)河上，堂子巷控制工程位于淮安區(qū)人民橋以南1km處的里運(yùn)河上。

堂子巷樞紐工程主要包含一座孔徑30m的節(jié)制閘，一座流量為70m3/s的泵站和橋?qū)?4m的堂子巷規(guī)劃橋，采用閘站橋三結(jié)合方案，滿足擋洪、排澇、生態(tài)補(bǔ)水、通航、城市景觀和交通等要求。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)近期為100年一遇重現(xiàn)期，遠(yuǎn)期為300年一遇重現(xiàn)期，城市除澇標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇重現(xiàn)期設(shè)計(jì)。通航標(biāo)準(zhǔn)滿足Ⅵ級(jí)航道要求。工程等別為Ⅱ等，主要建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)為2級(jí)，次要建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)為3級(jí)。抗震標(biāo)準(zhǔn)按基本烈度6度設(shè)防。

二、設(shè)計(jì)難點(diǎn)

堂子巷樞紐工程設(shè)計(jì)之初主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要克服：

一是工程的布置，既要考慮防洪排澇和生態(tài)補(bǔ)水要求，又要考慮水上航運(yùn)、市政交通、城市景觀要求。工程的布置在平面上受到河道寬度的限制，高度又受到交通橋兩端接線的限制。

二是閘門門型的選擇既要滿足靈活啟閉、雙向擋水的功能，又要與周邊的環(huán)境相協(xié)調(diào)。

三是泵站泵型的選擇需要滿足防洪排澇和生態(tài)補(bǔ)水的雙向要求，且機(jī)組的安裝受到空間上的制約。

四是樞紐工程實(shí)施過(guò)程中在東岸發(fā)現(xiàn)已有300多年歷史的明清磚工墻古跡，既要對(duì)文物進(jìn)行保護(hù)，又要保證工程的順利實(shí)施，成為設(shè)計(jì)工作中的又一個(gè)難點(diǎn)。

三、設(shè)計(jì)方案的選擇

1.工程總體布置方案的采用

里運(yùn)河堂子巷樞紐工程具有防洪、蓄水、排澇、通航等功能。平時(shí)節(jié)制閘常開(kāi)，行洪或枯水季節(jié)關(guān)閘擋洪、排澇或蓄水。該工程包含一座凈寬30m的節(jié)制閘和設(shè)計(jì)流量70m3/s排澇泵站。工程位于人民橋以南生態(tài)公園附近，景觀要求高，具體布置如下：

結(jié)合規(guī)劃橋，采用閘站結(jié)合布置在橋下面，閘居中布置，站分居兩側(cè)布置，橋下兩側(cè)做地下室為閘站控制室，閘上部建筑為四個(gè)對(duì)稱的古典風(fēng)格的橋頭堡（見(jiàn)圖1）。節(jié)制閘為30m一孔，閘室為開(kāi)敞式鋼筋混凝土平底板結(jié)構(gòu)，閘底高程▽3.0～5.0m，閘門頂高程▽11.5m，閘門采用30m寬底軸驅(qū)動(dòng)下翻門，配套液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)布置于閘兩側(cè)空箱內(nèi)。泵站采用六臺(tái)直徑2.1m潛水貫流泵，單機(jī)流量為12m3/s，配套電機(jī)功率為450kW，其中兩臺(tái)具有正反轉(zhuǎn)雙向抽水功能，進(jìn)出水流道采用平直管流道，快速閘門斷流，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。站底板面高程▽2.5m，水泵層或輔機(jī)層頂板面高程▽6.5m，主廠房為地下廠房。為了優(yōu)化水面景觀效果，閘站上下游連接段均采用直立擋墻與河坡順接。閘站上交通橋橋面總寬34m，中間機(jī)動(dòng)車道寬24m，兩側(cè)人行橋?qū)?m。由于通航要求，橋面較高，與兩岸地形相差較大，規(guī)劃路和河堤路采用立交。變配電室和管理所位于東側(cè)河堤外規(guī)劃路南側(cè)，采用路下地下通道與閘站地下控制室相接。

2.閘門門型比選

考慮節(jié)制閘有通航和景觀要求，閘門凈寬選擇30m。由于上部有交通橋，受空間限制，該跨度的門型可供考慮的有直升門、上翻門及底軸驅(qū)動(dòng)下翻門等幾種方案。

直升門為鋼閘門最為常見(jiàn)的門型，考慮通航的要求，門體總高度達(dá)7.50m，如果使用直升門，造成排架高、投資大，影響城市建筑美觀，另外節(jié)制閘采用與交通橋結(jié)合方案，上部?jī)艨崭叨炔蛔悖手鄙T方案不可取。

上翻門在技術(shù)條件上運(yùn)用可行，但為滿足通航要求，門體橫臥高度較高，由于工程地處里運(yùn)河風(fēng)光帶、城市建設(shè)規(guī)劃中心，不僅是水利工程而且要做為城市景觀工程，故此方案影響美觀，不滿足城市規(guī)劃建設(shè)的要求。另外節(jié)制閘采用與交通橋結(jié)合方案，橋面下凈空高度有限，此方案也難以實(shí)施。

底軸驅(qū)動(dòng)下翻門為近期新開(kāi)發(fā)的一種門型結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次工程實(shí)踐運(yùn)用，技術(shù)條件運(yùn)用成熟，運(yùn)行效果良好。底軸驅(qū)動(dòng)下翻門，門葉由底橫軸直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，閘門全開(kāi)時(shí)，門葉呈水平狀臥倒在河底，不影響里運(yùn)河通航要求，啟閉機(jī)可以布置于閘兩側(cè)空腔閘墩中，不受上部空間的限制，閘門及其啟閉設(shè)備均較為隱蔽，不會(huì)對(duì)上部建筑造型有任何影響，很好地滿足了城市景觀的要求，達(dá)到了城市遠(yuǎn)景規(guī)劃的需要。

經(jīng)過(guò)多種方案比選，最終推薦單扇底軸驅(qū)動(dòng)下翻門門型（見(jiàn)圖2），既滿足雙向擋水、啟閉靈活的要求，又滿足結(jié)構(gòu)總體布置與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，滿足城市規(guī)劃建設(shè)要求。

3.泵站泵型比選

里運(yùn)河堂子巷樞紐工程泵站排澇設(shè)計(jì)流量為70m3/s，生態(tài)補(bǔ)水設(shè)計(jì)流量為20m3/s，泵站揚(yáng)程運(yùn)行范圍在0～2.2m，屬特低揚(yáng)程泵站。根據(jù)泵站揚(yáng)程參數(shù)，泵型宜選用軸流泵，而軸流泵又有三種型式可供比選：立式、臥式和斜式。

斜軸式軸流泵對(duì)電動(dòng)機(jī)支承和導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)有特殊要求，泵機(jī)組結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，與臥式結(jié)構(gòu)相比，沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。

立式結(jié)構(gòu)中，開(kāi)敞式軸流泵配雙層涵洞式進(jìn)出水流道是目前低揚(yáng)程泵站上用得較多一種結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)能極方便地實(shí)現(xiàn)雙向抽排水，且該裝置進(jìn)行過(guò)水泵裝置模型試驗(yàn)，因此在需要防洪、灌溉、引水、多種功能的泵站中得到廣泛使用。但因本站為特低揚(yáng)程泵站，為提高裝置效率和汽蝕性能需采用大直徑低轉(zhuǎn)速水泵，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，給電機(jī)的設(shè)計(jì)選型帶來(lái)難度。且該結(jié)構(gòu)型式土建上比較復(fù)雜，更主要的是本工程在高度上受到很大限制，故立式軸流泵結(jié)構(gòu)也不宜在本工程中使用。

若選擇臥式結(jié)構(gòu)，根據(jù)揚(yáng)程要求，適宜選用貫流泵機(jī)組。貫流泵機(jī)組中又以燈泡式、豎井式和潛水貫流式水力條件較好。

燈泡貫流泵機(jī)組在國(guó)外應(yīng)用較多，技術(shù)相對(duì)成熟，由于堂子巷樞紐工程泵站揚(yáng)程低，采用大直徑低轉(zhuǎn)速機(jī)組，低轉(zhuǎn)速電機(jī)不經(jīng)濟(jì)。考慮到燈泡體空間有限，用行星齒輪聯(lián)接方案較為適合，將電機(jī)和齒輪箱布置于燈泡體內(nèi)，能夠保證滿足要求，但是電機(jī)和齒輪箱都在燈泡體內(nèi)，日常維護(hù)困難，且受泵房空間限制燈泡體內(nèi)空間有限，安裝檢修不便。

豎井貫流泵制造安裝經(jīng)驗(yàn)相對(duì)比較成熟，結(jié)構(gòu)型式基本上固定，水泵、電機(jī)采用齒輪箱傳動(dòng)，設(shè)備布置在豎井中，配平直管進(jìn)出水流道。江蘇省內(nèi)豎井貫流泵有大批成功案例，泵站運(yùn)行狀況良好，制造精度基本滿足需要。但本站電機(jī)功率較大，選用二級(jí)傳動(dòng)平行軸齒輪傳動(dòng)，齒輪箱帶風(fēng)扇和冷卻盤管，對(duì)冷卻的要求較高，運(yùn)行噪音較大，電機(jī)安裝在豎井內(nèi)，通風(fēng)效果差，也需要水冷卻，增加了輔機(jī)設(shè)備的數(shù)量，且豎井占地面積較大，不利于土建布置。

潛水貫流泵裝置的燈泡體小，有利于水流繞流，水流條件較好，潛水電機(jī)雖構(gòu)造比較復(fù)雜，但能直接接觸水流，散熱效果好。另外潛水貫流泵裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝容易、維護(hù)管理方便，且沒(méi)有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)。泵站土建上也比較簡(jiǎn)單，設(shè)備占用空間較小，比較適合本工程泵站占地及總體布置要求。

經(jīng)綜合比選，最終里運(yùn)河堂子巷樞紐工程泵站選用潛水貫流泵機(jī)組，葉輪直徑為2.1m，其中雙向泵2臺(tái)，單向泵4臺(tái)，單機(jī)流量為12m3/s，配套功率為450kW。

4.明清古建筑保護(hù)方案

堂子巷樞紐工程實(shí)施過(guò)程中在東岸發(fā)現(xiàn)一道已有300多年歷史的明清磚工墻古跡。磚工墻舊址正好位于河道范圍內(nèi)，由于工程已經(jīng)開(kāi)工，移址重建已屬不可能，文物部門多次來(lái)到工地要求保護(hù)好文物。經(jīng)反復(fù)研究，最后決定采取退建保護(hù)的方案，即將水利工程涉及范圍內(nèi)的文物遷移后退至河岸擋墻位置，將擋土墻與磚工墻結(jié)合，常水位以上的擋土墻隱藏在后，磚工墻覆在表面（見(jiàn)圖3），這樣既使得磚工墻得以恢復(fù)，又使得該墻的穩(wěn)定性大大提高。

四、結(jié)語(yǔ)

本工程的設(shè)計(jì)和研究成果，具有創(chuàng)新性，技術(shù)水平屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。一是工程擁有目前國(guó)內(nèi)最大的國(guó)產(chǎn)潛水貫流泵機(jī)組，葉輪直徑為2.1m，其中雙向泵2臺(tái)，單向泵4臺(tái)，設(shè)計(jì)排澇流量70m3/s，反向補(bǔ)水流量20m3/s；二是工程擁有目前省內(nèi)同類門型中最大的、具有國(guó)家專利技術(shù)的底軸驅(qū)動(dòng)翻板鋼閘門，閘門寬30m，高8.5m，底軸直徑1.5m，配2臺(tái)QPPYⅠ-3200KN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；三是工程?hào)|側(cè)翼墻設(shè)計(jì)時(shí)在正常水位以上與明清磚工墻進(jìn)行巧妙結(jié)合，使得明清磚工墻得以恢復(fù)，300多年的歷史文物得以保護(hù)與展示。對(duì)于現(xiàn)代化城市防洪建設(shè)，改善城市水環(huán)境，打造水韻城市具有非常好的借鑒意義，尤其是在城市經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、人口稠密、景觀要求較高的城市和地區(qū)更具有現(xiàn)實(shí)意義