南水北調中線一期總干渠魯山南2段工程金屬結構設計

劉國軍 尹 航

南水北調中線一期總干渠魯山南2段工程金屬結構設計

劉國軍 尹 航

對南水北調中線一期工程總干渠魯山南2段工程金屬結構的設計方案做了詳細論述。對澎河進口節(jié)制閘和淝河出口控制閘的區(qū)別以及淝河出口控制閘的布置作了說明。

南水北調中線 節(jié)制閘 控制閘 多機一站

1 工程概況

南水北調中線工程，即從長江引水至北京頤和園團城湖的輸水工程。南水北調中線工程總干渠長度為1 432 km，魯山南2段工程為南水北調中線工程總干渠陶岔至沙河南段工程的一部分，位于陶岔至沙河南段最末標段，地處河南省平頂山市魯山縣境內。魯山南2段工程起點位于魯山縣西盆窯村東北，終點位于沙河南岸魯山縣薛寨北，渠段總長9.78 km。

魯山南2段工程涉及金屬結構設備的閘共7座。這7座閘分別是澎河渡槽進口節(jié)制閘、澎河渡槽出口檢修閘、澎河分水閘、澎河退水閘及淝河倒虹吸進口閘、淝河倒虹吸出口閘和昭南新干斗13倒虹吸取水涵閘。所有閘共設平面鋼閘門10套，弧形閘門6套，鑄鐵閘門1套，攔污柵1套，移動式電動葫蘆4套，固定卷揚式啟閉機2臺，液壓啟閉機8臺，側搖式手動螺桿啟閉機1臺。

所有閘門門葉主材均為Q345B。埋件外露面鋼板的材質為不銹鋼復合鋼板，鋼板基材為Q235B，表面不銹鋼材質為00Cr22Ni5Mo3N，厚度4 mm。

2 澎河渡槽進口節(jié)制閘

由于南水北調工程為調水工程，為控制輸水流量，在調水渠道上每隔一段距離設置控制輸水流量的閘，稱之為節(jié)制閘。魯山南2段工程共設1座節(jié)制閘，為澎河渡槽進口節(jié)制閘。該閘主要用于調節(jié)閘門開度，控制渡槽輸水流量。節(jié)制閘閘門有動水啟閉和局部開啟的要求。平面閘門由于門槽處水流流態(tài)不好，在某些開度范圍內有可能會發(fā)生振動，弧形閘門面板為曲面，并且沒有側門槽，水流流態(tài)較好，因此，節(jié)制閘優(yōu)先選用弧形閘門。閘門共2套，閘門尺寸為11.0 m×7.2 m(寬×高，下同)，閘門設計水頭6.83 m。

弧形閘門結構型式為斜支臂，曲率半徑 9 m。在閘墩兩側高于最高水位的高程設檢修平臺用于閘門的檢修和維護。閘墩兩側檢修平臺上均設有手動鎖錠裝置，用于閘門檢修時鎖錠?；⌒伍l門門葉和支臂主材為Q345B，支承形式為球鉸，軸承采用自潤滑球面滑動軸承，活動鉸和固定鉸材質為ZG310-570，鉸軸材質為40Cr。

弧形閘門啟閉設備采用2×630 kN后拉式液壓啟閉機。每套液壓啟閉機配備1套液壓泵站系統，每套系統內設2套油泵電機組互為備用，以提高閘門操作的可靠性。液壓泵站設在渠道右岸的控制樓內，操作系統設現地和遠方2種操作方式。由于交通橋寬度有限，在緊鄰交通橋上游設計了1套油管橋，用于布置油管及電纜管。油管橋采用型鋼和鋼板焊接而成。油管均為不銹鋼無縫鋼管。

為檢修工作閘門，在其上游設檢修閘門1套，閘門尺寸為11.0 m×6.3 m，閘門設計水頭6.06 m。為降低啟閉設備容量，檢修閘門采用疊梁閘門，共分3節(jié)，每節(jié)門高2.1 m。閘門運行方式為靜水閉門，小開度提首節(jié)門充水平壓后啟門。閘門采用下游止水。支承型式為滑動支承，滑塊材料為自潤滑復合材料。

檢修閘門啟閉機采用2×100 kN移動式電動葫蘆，并通過2×100 kN重錘式機械抓梁操作閘門。閘門和機械抓梁平時存放在左岸的門庫內。

3 澎河渡槽出口檢修閘

為檢修澎河渡槽，渡槽出口設檢修閘，并設檢修閘門，閘門擋下游側水。閘室共2孔，考慮每次檢修1孔，設1套疊梁檢修閘門，2孔共用。閘門尺寸為11.0 m×6.0 m，閘門設計水頭5.885 m。閘門靜水閉門，小開度提首節(jié)門充水平壓后啟門。為了減小啟閉荷載，閘門分3節(jié)，每節(jié)門高2 m。支承型式為滑動支承，滑塊材料為自潤滑復合材料。閘門止水設置在上游側。

檢修閘門啟閉機采用2×100 kN移動式電動葫蘆，并通過2×100 kN機械抓梁操作閘門。閘門和機械抓梁平時存放在左岸的門庫內。

4 澎河分水閘

由于此渠道有向河南省的河道輸水的要求，設1座澎河分水閘，用于向河道供水。分水閘共1孔，設1套工作閘門。閘門尺寸為2.0 m×2.5 m，設計水頭7.77 m。閘門采用平面定輪式鋼閘門，動水啟閉。為了減小啟閉力，軸套采用銅合金鑲嵌自潤滑軸套。閘門止水設置在下游側。

工作閘門的啟閉設備采用100 kN液壓啟閉機，并設有液壓泵站。啟閉機通過拉桿與閘門相連。

考慮工作閘門的事故和檢修在其上游設1套事故檢修閘門。為了制造、維護和使用的方便，事故檢修閘門和啟閉設備的布置與工作閘門完全相同，可以互為備用。事故檢修閘門與工作閘門共用1套液壓泵站。

5 澎河退水閘

為保證渠道檢修或遇其它特殊情況時排空渠道，設1座澎河退水閘，共1孔，設1套工作閘門，平時閘門為關閉狀態(tài)。閘門尺寸為5.5 m×8.1 m，設計水頭7.77 m。閘門采用平面定輪式鋼閘門，動水啟閉。為了減小啟閉力，軸套采用銅合金鑲嵌自潤滑軸套。閘門止水設置在下游側。

閘門的啟閉設備采用2×160 kN固定卷揚式啟閉機，并設有啟閉機房。

由于退水閘的重要性，在工作閘門上游設1套事故檢修閘門，用于工作閘門維護和檢修。為了制造、使用和維護的方便，事故檢修閘門和啟閉設備的布置與工作閘門完全相同，可以互為備用。

6 淝河倒虹吸進口閘

為倒虹吸的出口工作閘門和倒虹吸建筑提供事故檢修條件，在淝河倒虹吸進口處設進口閘，共4孔。設2套平面事故檢修閘門，尺寸為7.0 m×11.2 m，設計水頭10.712 m。閘門動水閉門，小開度提首節(jié)門充水平壓后啟門。為了降低排架柱高度和減小啟閉機的起升容量，事故閘門采用平面定輪式的疊梁閘門，閘門分2節(jié)，每節(jié)高5.6 m。定輪軸套采用銅合金鑲嵌自潤滑軸套。閘門止水設置在下游側。

閘門啟閉設備采用2×200 kN移動式電動葫蘆，通過2×200 kN機械抓梁操作閘門。檢修閘門平時存放在左、右岸的門庫內。

7 淝河倒虹吸出口閘

淝河倒虹吸出口閘共有4孔，是倒虹吸輸水的控制性建筑物。

出口閘每孔設1套弧形工作閘門，尺寸為7.0 m×8.3 m，設計水頭為7.976 m 弧形閘門結構型式為直支臂，曲率半徑12 m。為了閘門檢修和更換水封橡皮的方便，在閘墩兩側設有檢修平臺。閘墩兩側檢修平臺上均設有手動鎖錠裝置，用于閘門檢修時鎖錠?；⌒伍l門門葉和支臂主材為Q345B，支承形式為圓柱鉸，軸承采用銅基鑲嵌自潤滑軸承?；顒雍凸潭ㄣq材質為ZG310-570，鉸軸材質為40Cr。

弧形閘門啟閉設備采用2×630 kN液壓啟閉機。為節(jié)省設備投資，4套液壓啟閉機共用1個液壓泵站系統，系統內設兩套油泵電機組互為備用，以提高閘門操作的可靠性。液壓泵站設在渠道左岸的控制樓內，操作系統設現地和遠方2種操作方式。

淝河出口工作閘門雖然也采用了弧形閘門，但其和節(jié)制閘的功能不相同，節(jié)制閘主要用于輸水過程中對閘門開度進行調節(jié)，控制渠道的輸水流量。淝河出口工作閘門為控制閘，主要用于在滿足調節(jié)輸水流量的前提下，通過控制閘門的開度，逐漸將淝河倒虹吸內的水位提高，直至倒虹吸充滿水。倒虹吸充滿水后，出口工作閘門處于打開狀態(tài)，在渠道輸水過程中，出口工作閘門不再參與渠道輸水流量的調節(jié)，因此，出口工作閘門定為控制閘而不是節(jié)制閘。由于出口工作閘門為控制閘，控制閘對閘門的控制要求不如節(jié)制閘高，在滿足工程運行功能的前提下，為了節(jié)省工程投資，對出口控制閘采用多機一站的布置型式，即4套液壓啟閉機共用1套油泵站，可節(jié)省3套油泵站并減小了液壓泵房的面積。

為了弧形閘門和倒虹吸建筑的維護和檢修，在弧形閘門的下游側設檢修閘門，4孔共用2套疊梁式檢修閘門，閘門尺寸7.0 m×8.0 m，設計水頭7.776 m。閘門運行方式為靜水閉門，小開度提首節(jié)門充水平壓后啟門。疊梁閘門分4節(jié)，每節(jié)門高2.0 m。支承型式為滑動支承，滑塊材料為自潤滑復合材料。閘門止水設置在上游側。

檢修閘門啟閉機采用2×50 kN移動式電動葫蘆，并通過2×50 kN機械抓梁操作閘門。閘門和機械抓梁平時存放在左、右岸的門庫內。

8 昭南新干斗13倒虹吸取水涵閘

昭南新干斗13倒虹吸取水涵閘主要用于灌溉取水。涵閘進口共1孔，設1套平面鑄鐵閘門，閘門尺寸1.0 m×0.6 m，設計水頭2.33 m。閘門啟閉設備采用20/10 kN側搖式手動螺桿啟閉機。為防止污物進入涵洞，閘門前設1套攔污柵，尺寸為1.0 m×2.53 m，設計水位差1 m。攔污柵和埋件由型鋼和鋼板焊接而成。柵條厚度12 mm，凈距100 mm。

9 結 語

南水北調中線工程總干渠通水已有2年，目前陶岔至沙河南段工程魯山南2段工程各閘的閘門及啟閉設備運行良好。

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2017-03-14)

劉國軍 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

尹 航 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222