小清河治理工程洪园节制闸金属结构设备的设计

徐宝华

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

小清河治理工程洪园节制闸金属结构设备的设计

徐宝华

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

介绍了小清河治理工程洪园节制闸金属结构设备的设计过程，分析了双扉堰型闸门的特点，提出了闸门结构设计采取的措施。该工程的实施，可供类似工程的设计借鉴和参考。

小清河治理工程；金属结构；设计

1 概述

济南市是山东省政治、经济、文化、科技教育和金融的中心，亦是副省级城市和沿海开发城市。小清河源于济南市，是一条省级大型河道，至今已有近九百年的历史，全长237km，控制流域面积为1.03万km2。济南市区小清河段位于北部城区，是济南市唯一的防洪除涝和排污河道，全长70.5km，流域面积为2792km2。

南水北调东线输水工程途经市区，为小清河综合治理和两岸地区城市建设发展提供了机遇。

洪园节制闸是小清河综合治理工程的重要组成部分，其工程任务是通过控制过闸流量，调控上游水位；汛期泄洪；汛后拦蓄洪水，形成水面，增加城市景观景点。作为小清河综合治理工程重要的控制性工程，它是整条河道治理成败的关键部位。节制闸闸门及其启闭设备的安全性、实用性和景观效果，又是整个节制闸设计成败的重中之重。

2 金属结构设备的选型与设计

2.1 工作闸门的功能和选型

为实现济南市小清河上游河道在全年不同时期控制不同高程水位的功能要求，同时实现上游河道正常来水的自动排放并形成瀑布景观，以体现人水和谐的设计理念，经过闸门门型方案比较，工作选用了一种全新的门型——双扉堰型闸门。

双扉堰型闸门是继升卧式闸门、双浮箱闸门、软支承翻板闸门后又一具有创新意识的闸门型式。

洪园闸共7孔，单孔宽度13m，设置7套双扉堰型工作闸门，闸门最大挡水高度为5.66m，每套双扉堰型闸门由大、小两扇门叶组成。

2.2 工作闸门特点及措施

2.2.1 双扉堰型闸门特点

（1）允许闸门门顶长期过水，利用河道上游正常来水形成瀑布景观，打造成泉城又一美景。在正常情况和雨量较小的时候，节制闸可以做到免管理。

（2）小门可以在通至底坎高程上的整个闸门槽内自由升降。一方面根据需要自由控制上游河道水位，另一方面在污物集中时，可以通过降低小门高度进行水流自动排污。此外在汛期低水位运行时，小门可以下落至闸底坎上，隐于大门下游侧底部，不影响景观瀑布的形成，避免闸门升至闸顶部影响整个闸的美观。

（3）大、小闸门液压启闭机各自相对独立，其液压站互为备用，在紧急情况下可以确保所有闸门的正常启闭。

2.2.2 闸门结构设计措施

（1）双扉堰型闸门大、小闸门能在各自的闸门槽内独立运行，大门槽布置在上游侧，小门槽布置在下游侧，大、小闸门槽之间有相互配合关系，其安装精度要求高。

（2）为吸收闸门顶部过水时门体的振动，闸门的主支承和反向支承均采用弹性支承系统，并与闸门槽为接触配合。考虑到滑块的检修方便，闸门槽内设计了可拆卸的结构系统。

（3）大、小闸门上各设计两套拖梁装置，拖梁与闸门之间采用高强螺栓连接，方便闸门与启闭机的安装和检修；拖梁与液压缸的连接缸头则根据缸体不同的结构形式设计了不同的防脱装置，保证闸门在启闭过程中的运行安全。

（4）闸门水封系统均布置在大门门体上，大、小闸门之间封水采用特种Ω形橡胶封水，其压缩量可以满足预压缩量为15mm、最大压缩量为45mm的设计要求。

（5）为保证闸门槽的免维护，包括检修闸门槽的外露表面全部采用不锈钢复合钢板。小门面板与大门门体上的Ω形橡胶封水之间有预压缩关系，小门面板也采用不锈钢复合钢板。

（6）大、小闸门液压启闭机油管路分上、下游布置，分别安装在各自的油管沟桥内，每扇闸门的液压启闭机控制阀组布置在各自的管沟桥中部，使整个油管路系统结构简单，清晰有序，易于维护和检修。

3 金属结构设计

节制闸共7孔，每孔设置1扇工作闸门，共7扇。在节制闸上游设置1扇检修闸门，每孔工作闸门前设置1套检修闸门槽，共设置7套门槽，7套门槽共用1扇检修闸门。检修闸门采用滑动式平面叠梁闸门，汽车吊操作。为满足节制闸调控上游水位和景观要求，节制闸工作闸门采用平面双扉式闸门的结构型式，液压启闭机操作，节制闸每扇工作闸门配置2台套液压启闭机，共计14台套。闸门及埋件主要材料为Q235B和不锈钢复合钢板。

3.1 工作闸门及启闭设备

7扇工作闸门采用平面滑动双扉式闸门，闸门孔口尺寸为13m×6.16m（宽×高），闸底高程16.34m，闸门设计水位22.0m，设计水头5.66m。双扉式闸门大门自重42t，小门自重27t。闸门滑动支承件和侧轮材料采用工程塑料合金材料。埋件外露表面均采用不锈钢复合钢板，闸门埋件每孔重24t。双扉门大、小闸门之闸止水采用特种橡胶封水。闸门操作方式为动水启闭，小门有局部开启要求。在非汛期，采用小门控制闸门上游水位，单孔小门顶部溢流量不得超过5m3/s。

闸门启闭设备采用液压启闭机，每扇闸门设置两根液压缸，双吊点布置，大门液压启闭机为柱塞顶升式，其容量为2×1250kN，工作行程7.73m，自重30t。小门液压启闭机为活塞顶升式，其容量为2× 400kN，工作行程7.73m，自重20t。

本节制闸共设4个液压站，大、小闸门各设置2个，一个液压站控制4孔闸门，另一个液压站控制3孔闸门。每个液压站设二套泵组，一套工作，一套备用。油泵采用柱塞泵。为了保证闸门平稳运行，在液压系统中设置纠偏回路，采用闭环控制。结合液压启闭机四季运行且对双缸同步精度要求高的特点，设置可靠的平面闸门不锈钢静磁栅行程检测装置。液压启闭机的油泵、油缸密封件、控制阀组、行程检测装置、过滤装置和检测仪表等均采用进口优质产品，系统油管路和油箱采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。启闭机的液压油不仅要满足设备四季运行的环境要求，还要满足不污染水质的环保要求。液压启闭机配有辅助设备、备品备件、专用工具及仪器。其辅助设备为精细滤油小车、PQT压力流量温度检测仪和油液污染检测仪等，采用进口优质产品。其备品备件为所需各种规格滤油器滤芯、液压缸全套动、静密封件、系统及管路静密封件管等，与设备元件质量等同。其专用工具为液压缸拆装专用工具、液压系统安装调试必需的工具和仪表。

3.2 节制闸检修闸门、抓梁及启闭设备

7孔共用1扇检修闸门，检修闸门采用滑动式叠梁平面钢闸门，闸门尺寸为13m×5.7m（宽×高），闸底高程16.34m，闸门检修水位22m，设计水头5.66m。叠梁闸门共分3节，每节闸门高1.9m、每节单重12t，3节闸门共重39t（包括自动抓梁的重量3t）。闸门和抓梁主要材料为Q235B，其正、反向支承滑块的材料均采用工程塑料合金材料，闸门和抓梁侧轮材料为工程塑料合金材料。埋件外露表面均采用不锈钢复合钢板，闸门埋件每孔重5t。

节制闸检修闸门为直升结构型式，闸门操作方式静水启闭，检修闸门在检修作业完成后，采用临时抽水设备进行冲水平压后再启闭闸门。检修闸门采用25t汽车吊等临时设备启闭。临时起吊设备通过专用自动抓梁与闸门连接。

3.3 金属结构设备防腐

为提高闸门及埋件的使用寿命和减少检修维护时间和频率，对所有闸门的外露表面（不锈钢复合钢板表面除外）进行喷砂除锈，除锈完成后采用喷锌与涂料相结合的方法进行保护。涂料应无毒，不污染水质。

所有闸门埋件外露表面均采用不锈钢复合钢板保护，以达到闸门埋件免检修的目的，埋件与混凝土接触表面涂刷特种水泥砂浆。

3.4 金属结构设备节能设计

工作闸门采用非常规双扉闸门结构形式，大门顶部留有溢流槽，小门控制溢流槽溢流水位高度。采用该闸门结构形式的优点为：①在不同时期，对不同高度要求的闸前水位进行精确控制，使其既在节制闸前形成不同高程的景观水位，又在节制闸处形成景观瀑布，改善了环境，增加了水资源的重复利用率，节省能源；②避免上游来水流量不同时工作闸门频繁局部开启大门，节省了能源。

双扉工作闸门启闭机均采用液压启闭机，大、小闸门启闭机动力站均采用7孔1泵站集中控制方式，整个工作闸门14套液压启闭机共用2个液压动力站，两个动力站相互连通，互为备用。此方案节省了动力站数量，减少了电气设备总容量，节省了能源。

该节制闸闸门埋件外露表面及闸门门体部分构件采用不锈钢复合钢板，既省去了制造安装过程中的防腐处理，又节省了施工工期，还省去了日常运行管理中的维护工作，节省了能源。

4 金属结构设备运行管理

检修闸门冬季不运行。工作闸门冬季挡水时采用压力水射流法使其不承受冰压力。工作闸门大门冬季不运行。工作闸门小门冬季运行时，在小门产生冻连前（即刚刚产生冻连时），可定时启闭闸门，使闸门上下微动，避免小门产生冻连。

5 结语

（1）洪园节制闸作为小清河综合治理工程重要的控制性工程，是整条河道治理成败的关键部位。

（2）采用的双扉堰型闸门等金属结构实现了工程安全性、实用性和景观效果的有效统一。

［1］SL74—95，水利水电工程钢闸门设计规范［S］.

［2］DL/T5018—2004，水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范［S］.

［3］SL41—2011，水利水电工程启闭机设计规范［S］.

［4］SL381—2007，水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范［S］.

［5］SL105—2007，水工金属结构防腐蚀规范［S］.

Metal Structure Design of Hongyuan Check Gate in Xiaoqinghe River Training Works

XU Bao-hua
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

This article introduces the metal structure design of Hongyuan check gate in Xiaoqinghe river training works，analyzes the characteristic of two leafs weir type gate，and proposes the measures in the design of gate structure.The implementation of this project can offer reference and consulting for similar projects.

Xiaoqinghe river training works；metal structure；design

TV34

B

1672-9900（2014）03-0070-04

2014-01-24

徐宝华（1967-），女（汉族），天津人，工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作，（Tel）13820840203。