西黑山進口閘閘后封閉項目施工及效果分析

趙 松，董婧怡

（南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津300393）

1 工程簡介

南水北調中線西黑山進口閘樞紐位于徐水縣西黑山村西，是天津干線的渠首工程，也是連接總干渠與天津干線的重要分水建筑物。進口閘樞紐起止樁號為 XW0+000～XW0+836.155，全長 836.155 m，主要建筑物包括進口引渠、西黑山進口閘主體、矩形輸水明槽、無壓箱涵及排冰閘和蓄冰池。

西黑山進口閘及其下游矩形槽、無壓輸水箱涵設計流量均為50 m3/s，加大流量均為60 m3/s；進口閘閘前設計水位為65.289 m，加大水位為65.808 m，閘室段長22.5 m，總寬11.9 m，開敞式，3孔，單孔凈寬為2.5 m。進口閘底板頂高程為61.289 m，高出上游引渠底高程0.50 m。工作閘門采用弧形鋼閘門，配液壓啟閉機。

2 進口閘冰凍阻水情況簡述

天津干線工程自2014年12月12日正式通水以來，工程運行狀況基本良好。2016年1月下旬，受強冷空氣影響，華北地區(qū)氣溫驟降，1月22日～24日，遭遇30年未見的低溫天氣，西黑山節(jié)制閘處最低氣溫愈-20℃；1月23日，進口閘閘后因結冰出現(xiàn)阻水現(xiàn)象，影響到了工程的正常輸水。針對閘后出現(xiàn)的冰凍阻水問題，通過采取現(xiàn)場應急措施，得以恢復正常運行。

3 閘后冰凍阻水原因分析及解決方案

經(jīng)過研究，西黑山進口閘閘后及消力池為敞開式設計，該位置極易形成強對流空氣，導致閘后結冰。解決方案：在進口閘閘后消力池及漸變段頂部增加蓋板防護，阻擋氣流流通，達到保溫效果，保證冰期輸水安全。

4 主要施工情況

4.1 材料選擇

經(jīng)過對鋼化玻璃、混凝土板等不同材質的比較，結合現(xiàn)場工程的實際情況，決定采用耐力板材料。耐力板是以高性能的工程塑料聚碳酸酯或聚碳-酸脂加工而成，具有重量輕、透光性好、隔音性好、強度高、耐撞擊性強、易于加工、可塑性強等特點，可根據(jù)現(xiàn)場實際需要做成圓拱形、半圓形或彎曲面等多種式樣。

西黑山進口閘閘后封閉設計耐力板厚0.6 cm，色彩為純白色，拱形，骨架材料為鍍鋅鋼桁架（見下頁圖 1）。

4.2 蓋板設置

蓋板橫斷面為拱形門式布置，蓋板長51.5 m，寬6.4～9.9 m，頂高程 66.752～70.489 m，覆蓋整個消力池段和消力池出口漸變段；蓋板分為4段，每段長度9～15 m，兩段之間形成高程差，使得蓋板整體在長度方向形成波浪視覺效果。蓋板骨架材料為鍍鋅鋼桁架，骨架頂部和兩側均鋪裝6 mm厚耐力板；為通風和避免室內氣壓變化對蓋板可能帶來的不利影響，在蓋板兩側設窗口，以便于通風。

圖1 耐力板安裝示意圖

在消力池段設簡易鋼結構檢修橋，便于工程維護。其典型橫斷面如圖2所示。

圖2 保溫防護典型橫斷面（高程單位：m；尺寸單位：cm）

4.3 耐力板施工前準備

（1）清潔金屬框架，金屬骨架等接觸面上絕對不得殘留油漬或酸洗液等化學物質。

（2）預測溫度變化會引起材料膨脹，需事先預留膨脹空間。

（3）由于橡膠墊圈所含化學物質會破壞PC耐力板，嚴禁使用含增塑劑墊圈。

（4）選用中性的系列密封膠以及雙面防水膠帶和橡膠壓條，密封安裝。

（5）裁切時須用電動工具，鋸片優(yōu)先選用碳化鎢材質，裁切前將板材固定避免振動。

（6）耐力板極易刮傷，裁切時切勿將保護膜撕開，避免使用尖銳工具接觸。

（7）由于水泥中的堿性物質會破壞板材質，避免新建筑物與耐力板直接接觸。

4.4 耐力板安裝注意事項

（1）耐力板嵌入前應先將嵌入部分的保護膜除去5～10 mm，耐力板上保護膜會影響密封件的粘合。

（2）耐力板嵌入時，需要適當?shù)那度肓考芭蛎浛臻g，膨脹系數(shù)空間如果不夠，PC板會因膨脹而產(chǎn)生應力，導致?lián)p壞。

（3）螺絲間距作適當?shù)呐渲茫g距太小及太大均不好，間距太小會因太緊而引發(fā)應力，造成破壞，間距太大，又可能使PC板固定不穩(wěn)。

（4）為減小螺絲對板材的直接壓力，可用墊圈充墊其間，墊圈材質為三元乙丙橡膠或硅橡膠及氯丁橡膠。

（5）裝入PC板后，用防水膠帶或填縫料進行防水處理，覆蓋金屬壓條后用螺絲固定。

4.5 檢修橋施工

在距離消力池起始斷面4.15 m處設檢修橋，在閘后發(fā)生冰凍情況時可兼做工作平臺。橋面板頂高程為67.289 m，橋寬2.5 m，橋長9.9 m。檢修橋采用3片工字鋼作為主梁，工字鋼間距1.25 m，工字鋼之間采用80 mm×60 mm×3 mm方鋼橫向連接為一個整體，保證3片工字鋼整體受力；工字鋼上鋪設5 mm厚花紋鋼板，并在其上鋪裝塑膠防滑層；檢修橋兩側設高1.20 m的不銹鋼欄桿。

4.6 進出口平臺施工

在檢修橋進出口設置平臺，作為蓋板進出口與閘室左右兩側路面的連接段。平臺頂高程為67.289 m，平臺長9 m，寬6 m。左側平臺采用厚400 mm C30 F150鋼筋混凝土底板，底板頂高程67.189 m，下層鋪設100 mm厚C15素混凝土墊層；右側采用C30 F150現(xiàn)澆混凝土箱式結構，箱式結構底板底高程64.389 m，厚600 mm，下設100 mm厚C15素混凝土墊層。頂板高程67.189 m，厚400 mm，頂板梁截面尺寸500 mm×800 mm，邊墻厚500 mm，頂板梁相交處設一中柱，截面尺寸500×500 mm。

考慮整體景觀效果，平臺采用100 mm厚防腐木鋪裝，并設高1.2 m木質欄桿。平臺外側填土與現(xiàn)狀道路平順銜接并綠化。

5 閘后封閉效果

截止目前，封閉后的西黑山進口閘經(jīng)歷了2個冬期輸水考驗。2016年末至2017年初，西黑山進口閘最低溫度為-13℃，且持續(xù)時間短。西黑山沿線僅渠道左右岸出現(xiàn)寬度為5 cm的岸冰，進口閘閘前后無結冰情況。2017年末～2018年初，西黑山進口閘最低溫度出現(xiàn)在1月24日，當日最高溫度為-4℃，最低溫度為-15℃。

根據(jù)西黑山管理處輸水調度運行通報的記錄，以西黑山節(jié)制閘作為參照，2018年1月23日～25日，西黑山節(jié)制閘閘前后有岸冰，水體表面溫度為-2.7℃；封閉后的進口閘，保溫棚內最低溫度為0℃。節(jié)制閘閘后結冰長約300～400 m，寬為10～35 cm；進口閘閘門后有少量結冰，長度為4 m左右，寬度為3～5cm。進口閘閘后封閉的保溫效果明顯。

6 其他防冰措施

為了保障冰期內正常輸水，西黑山管理處在運行過程中還采取了其他冰害防治措施。

（1）設置排冰閘和蓄冰容積，當上游所來流冰量大、渠道過水能力不足時，及時采用排冰減險和冰凌存儲措施，避免冰花在渠道內大量堆積、堵塞或排向下游。

（2）設置攔冰設施，防止結冰封凍，在進口閘和節(jié)制閘上游附近設置攔冰設施，及時攔冰；保證渠系建筑物的閘門、啟閉機等正常運行。

（3）進口閘門槽設置熱管防冰凍設施，通過閘門槽加熱，防止閘門與軌道凍結造成閘門止水撕裂損壞。

（4）加強冰期輸水期間人工巡查力度，重點針對冰蓋形成期、消融期、極端天氣等情況加密巡查頻次，發(fā)現(xiàn)異常，及時報告。

7 結語

天津分局西黑山管理處轄區(qū)地處京津冀輸水咽喉，地理位置十分重要，肩負著同時向北京和天津輸水的任務。為應對出現(xiàn)的極端天氣給冰期輸水帶來嚴重影響，西黑山管理處根據(jù)轄區(qū)工程特點并結合歷年冰期輸水實際情況，采取以上措施，確保輸水運行安全。