南四湖水資源控制工程楊官屯河閘金屬結構設計

舒劉海

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

南四湖水資源控制工程是南水北調東線第一期工程的重要組成部分，南四湖地處江蘇和山東兩省交界處，南水北調東線工程建成后，南四湖承擔北調水源的調蓄和輸送任務。由于入湖河流眾多，且多數河流具有泄洪、排澇、引水灌溉和航運等功能，為保證南四湖地區的正常輸水和水資源統一管理，在楊官屯河及其他南四湖主要支流上修建水資源控制閘是十分必要的。

楊官屯河屬南四湖上級湖湖西支流，其河口控制閘（楊官屯河閘）位于河流入湖口湖西大堤，工程主要任務是加強對南四湖水資源的控制與管理，并兼有擋洪、泄洪、排澇和通航等功能。根據有關省航運規劃，楊官屯河為Ⅶ級航道。該閘包括節制閘和船閘上閘首、下閘首。船閘孔口寬度為12.00m，上、下閘首各1 孔；節制閘孔口寬度為8.00m，共計1 孔。

2 船閘金屬結構設計特點

根據水工整體規劃要求，本工程船閘屬于Ⅶ級船閘，為了簡化閘室結構布置，節省工程投資，船閘不另設輸水系統，采用閘門小開度充水。

2.1 雙扉平面鋼閘門在船閘上閘首的應用

楊官屯河閘船閘上閘首有擋洪、泄洪、排澇和通航等作用。閘門最高擋洪水位為37.00m，最高通航水位34.30m，由于閘門擋洪水位較高，通航水位較低，所以如何在既滿足擋洪要求又滿足通航凈空要求的條件下，盡可能降低排架高程是船閘上閘首門型選擇的關鍵。經綜合比選，楊官屯河閘船閘上閘首門型選用雙扉平面鋼閘門。其優點是結構簡單，制造、安裝方便，維護、檢修條件好，可以省去閘室充水廊道，利用閘門小開度時進行閘室充水。雙扉平面鋼閘門擋洪時兩扇閘門組合在一起工作，滿足擋洪要求，通航時只需單扇閘門工作，從而使閘門門高顯著降低，因而降低了啟閉機排架高程，提高了建筑物的抗震能力。另雙扉平面鋼閘門通航時兩扇閘門互為檢修，可以省去檢修閘門，節約了工程投資。

2.2 升臥式平面鋼閘門在船閘下閘首的應用

楊官屯河閘船閘下閘首因只起通航作用，同時未設閘室充水廊道，需利用閘門小開度時進行閘室充水，所以滿足通航凈空要求的條件下盡可能降低排架高程為下閘首門型選擇的關鍵。經綜合比選，楊官屯河閘船閘下閘首門型選用升臥式平面鋼閘門，其優點是降低排架高程（一般可降低排架高程約閘門高度的70%左右），提高建筑物的抗震能力；閘門鎖定簡單方便，有利于船閘的安全運行。

3 金屬結構設計

3.1 船閘上閘首

船閘上閘首，共1 孔，設一道工作閘門。工作閘門按擋上級湖洪水設計。工作閘門湖內側預留一道檢修閘門槽，不設檢修閘門。

船閘上閘首工作閘門孔口寬12.00m，湖內側最高擋洪水位37.00m，湖外側水位為32.80m，底檻高程29.80m。該閘門選用雙扉工作閘門，閘門的操作方式為動水啟閉。

雙扉工作閘門設計水位為：

上扉門：防洪時與下扉門組合擋洪，此時作用在閘門上的水頭為：湖內側2.685m，湖外側無水；通航時，上扉門與下扉門互為檢修，此時閘門的設計水位為：湖內側34.30m，湖外側32.80m，底檻高程29.80m。經計算，上扉門在互為檢修條件下總水壓力較大，故該水位為上扉門設計水位。

下扉門：防洪時與上扉門組合擋洪，此時湖內側37.00m，湖外側32.80m，底檻高程29.80m，該水位為下扉門設計水位。

雙扉閘門主要設計參數如下：

孔口尺寸（寬×高）：12.00m×4.80m /12.00m×4.84m（上扉門/下扉門）（兩閘門基本等高，通航水位時互為檢修）；

閘門型式：露頂式；

設計水位：上扉門：湖內34.30m， 湖外32.80m；下扉門：湖內37.00m，湖外32.80m；

底檻高程：29.80m；

孔口數量：1 孔；

閘門數量：1 套；

支承型式：懸臂滾輪支承；

止水型式：方頭“P”型橡皮；

節間止水型式：“Ω”型橡皮。

雙扉閘門采用平面滾動式鋼閘門，門體材料為Q235B，滾輪材料為ZG270-500，輪軸材料為鍍鉻45 號鋼，軸套采用鋼基銅塑復合材料。

閘門上扉門主梁設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為1100mm，主梁端部梁高與邊梁等高，設計為700mm。閘門下扉門主梁設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為1100mm，主梁端部梁高與邊梁等高，設計為700mm。

埋件采用焊接式組合結構，主軌及反軌均為焊接工字鋼軌道。

上扉門與下扉門均動水啟門，經計算，上扉門啟門力為347.8kN，下扉門啟門力為417.4kN。根據《船閘啟閉機設計規范》（JTJ309-2005）的要求，船閘啟閉機啟門、閉門時間均應在2min 之內，故上扉門與下扉門均選用QP-2×250kN 船閘固定卷揚啟閉機來操作，啟閉機采用雙吊點單獨驅動，啟閉機總揚程約12.0m。

3.2 船閘下閘首

船閘下閘首工作閘門設計采用升臥式平面鋼閘門，共1 孔。工作閘門設計不考慮擋洪，當水位超過最高通航水位時，該閘門即開啟并臥倒鎖定在排架上。

工作閘門湖外側最高通航水位為34.30m，湖內側最低通航水位為32.80m。閘門的操作方式為動水啟閉。其主要設計參數如下：

孔口尺寸（寬×高）：12.00m×5.00m；

閘門型式：露頂式；

設計水頭：湖內34.30m，湖外32.80m；

底檻高程：29.8m；

孔口數量：1 孔；

閘門數量：1 扇；

支承型式：懸臂滾輪支承；

止水型式：L 型。

下閘首工作閘門門體主要材料為Q235B，滾輪材料為ZG270-500，輪軸材料為鍍鉻45 號鋼，軸套采用鋼基銅塑復合材料。

閘門主梁設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為1100mm，主梁端部梁高與邊梁等高，設計為590mm。

埋件采用焊接式組合結構，主軌及反軌均為焊接工字鋼軌道。

通航條件下，閘門開啟翻轉后鎖定在排架上，為操作方便，閘門鎖定裝置采用自動機械鎖定裝置。

閘門動水啟門，經計算，啟門力為297.8kN。啟閉設備選用QP-2×160kN 船閘固定卷揚式啟閉機，啟閉機采用雙吊點集中驅動，啟閉機總揚程約10.5m。

3.3 節制閘

節制閘共1 孔，設一道工作閘門。工作閘門按擋上級湖洪水設計，只需滿足擋洪和泄水的要求。工作閘門湖內側預留一道檢修閘門槽，不設檢修閘門。

節制閘工作閘門孔口寬8.00m，湖內側最高擋洪水位37.00m，湖外側水位為32.80m，底檻高程29.80m。該閘門選用雙扉工作閘門，閘門的操作方式動水啟閉。

雙扉工作閘門設計水位為：

上扉門：防洪時與下扉門組合擋洪，此時作用在閘門上的水頭為：湖內側2.685m，湖外側無水；當湖內側水位低于34.30m 時，上扉門與下扉門互為檢修，此時閘門的設計水位為：湖內側34.30m，湖外側32.80m，底檻高程29.80m。經計算，上扉門在互為檢修條件下總水壓力較大，故該水位為上扉門設計水位。

下扉門：防洪時與上扉門組合擋洪，此時湖內側37.00m，湖外側32.80m，底檻高程29.80m，該水位為下扉門設計水位。

雙扉閘門主要設計參數與船閘上閘首雙扉閘門一致。

閘門上扉門主梁設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為850mm，主梁端部梁高與邊梁等高，設計為600mm。閘門下扉門主梁設計為變截面結構型式，主梁跨中梁高為1050mm，主梁端部梁高與邊梁等高，設計為600mm。

埋件采用焊接式組合結構，主軌及反軌均為焊接工字鋼軌道。

上扉門與下扉門均動水啟門，經計算，上扉門啟門力為247.4kN，下扉門啟門力為289.5kN。故上扉門與下扉門均選用QP-2×160kN 固定卷揚啟閉機來操作，啟閉機總揚程約12.0m。

4 結語

楊官屯河閘船閘上、下閘首選用雙扉平面鋼閘門和升臥式平面鋼閘門，有效地節約了工程投資，降低了啟閉機排架高程，提高了建筑物的抗震能力，圓滿完成了該工程的擋洪、泄洪、排澇和通航等任務，對今后小型船閘金屬結構設計起到參考和借鑒作用