“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(dòng)盾形閘門系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用簡介

【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(shè)置有4級景觀壩聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，經(jīng)過方案比選，活動(dòng)壩部分均采用氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)。每級氣動(dòng)閘門規(guī)格尺寸均為60m×8m（寬×高），最大設(shè)計(jì)水頭為8.205m，本工程規(guī)模為世界之最，項(xiàng)目業(yè)主已申報(bào)獲得吉尼斯世界紀(jì)錄，運(yùn)行情況良好。通過建設(shè)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(shè)實(shí)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(jì)區(qū)” 的沿河美景，周邊土地利用價(jià)值大大提升，兩岸小區(qū)房價(jià)飆升，帶動(dòng)了周邊經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以其獨(dú)特的水域風(fēng)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(dòng)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。總地勢西南高、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(shè)成為集水景、商業(yè)為一體的景觀長廊，對該段河段進(jìn)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(jì)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(jì)林山坡上村寨較多，人類活動(dòng)頻繁。

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

景觀壩共設(shè)置有4級，均采用氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)，閘門高度均為8m，上游設(shè)置鋼筋混凝土保護(hù)層，長度約25m左右，下游設(shè)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(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）表2.1.3確定其等級，據(jù)設(shè)計(jì)洪水成果，200年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，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(diǎn)

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(shè)置1#～4#高水閘景觀壩。景觀壩工程的設(shè)置特點(diǎn)大致如下：

（1）采用分級設(shè)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(shí)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(shí)，其盾形結(jié)構(gòu)水閘在開啟時(shí)，弧形頂面形成過流能力最大的實(shí)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(shè)置高分子材料雙氣囊，通過氣囊的充氣和泄氣，實(shí)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(yùn)行可靠。

（5）采用不設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程即時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享和即時(shí)處理，確保聯(lián)合調(diào)度的可靠性。

3、景觀壩設(shè)計(jì)布置

3.1 設(shè)計(jì)概況

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

在景觀壩壩型比較時(shí)，設(shè)計(jì)比選了5個(gè)方案，其中方案①采用傳統(tǒng)水力自動(dòng)控制翻板閘門；方案②將傳統(tǒng)水利自動(dòng)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(jī)進(jìn)行操作控制的翻板閘門；方案③采用液壓啟閉機(jī)控制的鋼結(jié)構(gòu)閘門；方案④采用底軸驅(qū)動(dòng)液壓控制翻轉(zhuǎn)閘門（液壓鋼壩）；方案⑤采用氣動(dòng)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(dòng)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(shè)置有自動(dòng)操控系統(tǒng)，當(dāng)上游水位達(dá)到開門泄水水位時(shí)，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(shí)現(xiàn)開門泄水，當(dāng)上游水位降低，需要閉門擋水形成水景觀時(shí)，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(shí)現(xiàn)閉門擋水。各級景觀水閘之間也設(shè)置有聯(lián)動(dòng)操控系統(tǒng)，4級景觀壩聯(lián)合運(yùn)行實(shí)現(xiàn)多種要求下的調(diào)度運(yùn)行。并設(shè)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(dòng)操作控制系統(tǒng)外，本景觀水閘也設(shè)置有人工手動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)意外失效后，現(xiàn)場操作人員可通過人工手動(dòng)控制系統(tǒng)操作控制閘門。并設(shè)置有手動(dòng)開關(guān)設(shè)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(shí)間，景觀水閘設(shè)置有備用動(dòng)力。

3.2 1#～4#景觀壩設(shè)計(jì)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(dòng)閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m（寬×高），設(shè)計(jì)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。考慮制造安裝的工期及投資造價(jià)等方面的因素，2號景觀壩氣動(dòng)閘門部分的規(guī)格尺寸設(shè)置為60m×8m（寬×高），固定壩堰頂高程為1028.62m，設(shè)計(jì)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(dòng)閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m（寬×高），設(shè)計(jì)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(dòng)閘門部分規(guī)格尺寸為60m×8m（寬×高），設(shè)計(jì)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(yùn)行條件以及運(yùn)輸?shù)确矫娴囊蛩兀考壘坝^壩沿寬度方向均分為6個(gè)單元，每個(gè)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(yùn)輸，每個(gè)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(yùn)行條件均為動(dòng)水啟閉。

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

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

氣動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

3.3.2 運(yùn)行原理

氣動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(dòng)物的回游。閘門充氣全關(guān)時(shí)，可以蓄水形成庫容和河面景觀，超過設(shè)定水位時(shí)，門頂溢流可形成人工設(shè)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(shè)置有4級景觀壩聯(lián)合調(diào)度運(yùn)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(xiàng)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(dòng)壩部分組成。根據(jù)方案比選，活動(dòng)壩部分均采用氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)，設(shè)置有集中控制及自動(dòng)控制系統(tǒng)操作控制運(yùn)行。

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

本景觀水閘工程規(guī)模為世界之最，項(xiàng)目業(yè)主已申報(bào)獲得吉尼斯世界紀(jì)錄，運(yùn)行情況良好。在2014年7月15日20時(shí)到16日20時(shí)，貴陽市降雨量達(dá)到201.7mm，洪水過后，經(jīng)過現(xiàn)場全面查看，該氣動(dòng)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(shè)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(dòng)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(fēng)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(shè)實(shí)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(jì)區(qū)”的沿河美景，周邊土地利用價(jià)值大大提升，兩岸小區(qū)房價(jià)飆升，帶動(dòng)了周邊經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以其獨(dú)特的水域風(fēng)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(shè)計(jì)及咨詢工作

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