“贵阳市南明河红岩桥～叶家庄河段河道综合治理工程”中气动盾形闸门系统设计应用简介

【摘要】“贵阳市南明河红岩桥～叶家庄河段河道综合治理工程”共设置有4级景观坝联合调度运行，经过方案比选，活动坝部分均采用气动盾形闸门系统。每级气动闸门规格尺寸均为60m×8m（宽×高），最大设计水头为8.205m，本工程规模为世界之最，项目业主已申报获得吉尼斯世界纪录，运行情况良好。通过建设4座景观坝，提高南明河局部水位，形成长约7km，宽约50m-100m的河道水域。工程建设实施完成后，该河段及其两岸生态及人居环境得到高质量的提升，形成了“贵阳市7公里外滩商业经济区” 的沿河美景，周边土地利用价值大大提升，两岸小区房价飙升，带动了周边经济快速发展，以其独特的水域风景成为贵阳的城市新名片。

【关键词】贵阳市南明河综合治理工程；景观坝；气动盾形闸门系统

1、工程概况

贵阳市地处黔中山原丘陵中部，长江与珠江分水岭地带附近。总地势西南高、东北低，苗岭横延市境，岗阜起伏，剥蚀丘陵与盆地、谷地、洼地相间。贵阳南明河干流主河道河长219km，横穿贵阳市中心区，为满足将水口寺下游建设成为集水景、商业为一体的景观长廊，对该段河段进行综合治理。

南明河综合治理工程位于南明河下游，起于红岩桥、经打鱼寨、小车、高寨、止于叶家庄，总长7.15km。河道左岸：沿河岸已建成水东路、截污沟及沿岸绿化，分布有中天世纪新城、保利温泉、中天未来方舟（在建）等小区，右岸沿河岸主要为耕地和经济林山坡上村寨较多，人类活动频繁。

本工程建设的主要内容有：右岸截污沟建设，右岸防洪堤，景观坝建设。

景观坝共设置有4级，均采用气动盾形闸门系统，闸门高度均为8m，上游设置钢筋混凝土保护层，长度约25m左右，下游设置钢筋混凝土消力池、干砌石、及抛石等防冲措施，总长约60m。综合治理工程完成后，该段南明河水位将抬升2m～9m。

4级景观坝按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）表2.1.3确定其等级，据设计洪水成果，200年一遇设计洪水时，河道洪峰流量为925m3/s，景观坝工程等别可定为III等，主要建筑物级别为3级。又据SL265-2001第2.1.3条规定，山区、丘陵区水闸，其级别可根据所属枢纽工程的等别按表2.1.2确定，故景观坝工程等别定为II等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。闸门规模为大型闸门。

2、景观坝工程特点

南明河红岩桥至叶家庄河段综合治理工程，根据工程总体布置的需要，设置1#～4#高水闸景观坝。景观坝工程的设置特点大致如下：

（1）采用分级设闸抬高水位的方案，以解决工程限制条件对水景观的影响问题，以及水景观需求和调洪调度方案的矛盾问题。

（2）采用低堰高闸门的技术方案，以解决河道淤积问题，同时保证河道行洪能力，降低洪水水面线。

（3）采用新型的盾形不锈钢闸门结构型式，在外观上与工程景观要求相协调。同时，其盾形结构水闸在开启时，弧形顶面形成过流能力最大的实用堰渠线，有效提高断面泄洪能力和防止闸室底板混凝土受水流冲刷现象，提高工程的安全性和耐久性。

（4）采用新型的闸门启闭技术。在盾形闸门后部设置高分子材料双气囊，通过气囊的充气和泄气，实现闸门的关闭和开启，结构简洁美观，材料环保，运行可靠。

（5）采用不设闸墩或支承墩的连续布置方式（每级水闸宽度均布置为60m），增加断面过洪能力。闸门启闭为同步启闭方式，简化调度方案。

（6）采用闸门自控技术，根据水情，每级景观水闸之间联合调度。采用水工程远程监控技术，实现工程即时监控、数据共享和即时处理，确保联合调度的可靠性。

3、景观坝设计布置

3.1 设计概况

南明河红岩桥至叶家庄河段综合治理工程中共设置有4级景观坝，每级景观坝均由固定坝部分和活动坝部分所组成。

在景观坝坝型比较时，设计比选了5个方案，其中方案①采用传统水力自动控制翻板闸门；方案②将传统水利自动控制翻板闸门门体、支臂结构等采用钢结构形式，采用液压启闭机进行操作控制的翻板闸门；方案③采用液压启闭机控制的钢结构闸门；方案④采用底轴驱动液压控制翻转闸门（液压钢坝）；方案⑤采用气动盾形闸门系统。经综合比较，方案⑤泄洪条件好，闸门高度及挡水水头高，采用气动盾形闸门系统作为推荐坝型。

因本工程景观水闸规模大，每级闸门均采用双气袋支承。

每级景观水闸均设置有自动操控系统，当上游水位达到开门泄水水位时，通过水位仪等监测及传感仪将开门泄水信号传输至每级景观水闸的操作室内实现开门泄水，当上游水位降低，需要闭门挡水形成水景观时，通过水位仪等监测及传感仪将闭门挡水信号传输至每级景观水闸的操作室内实现闭门挡水。各级景观水闸之间也设置有联动操控系统，4级景观坝联合运行实现多种要求下的调度运行。并设置有4级坝的集中操作控制室，可以在集中操作控制室内集中操作控制4级景观水闸的开启和关闭。

除自动操作控制系统外，本景观水闸也设置有人工手动控制系统，当自动控制系统意外失效后，现场操作人员可通过人工手动控制系统操作控制闸门。并设置有手动开关设施，以满足在意外失电情况下开启闸门泄洪以及关闭闸门挡水。为在失电情况下尽量缩短闸门开启和关闭的时间，景观水闸设置有备用动力。

3.2 1#～4#景观坝设计布置

根据总体布置的情况，1#景观坝总宽度为60m，河床底部高程为1033.13m，固定坝堰顶高程为1033.795m，正常蓄水位为1042.00m，景观水闸顶部高程为1041.795m，闸门高度为8m，门顶溢流水深为0.205m，滨河路底面高程为1048.00m。气动闸门部分规格尺寸為60m×8m（宽×高），设计水头为8.205m，总水压力为24235.93kN。

2#景观坝总宽度为90m，河床底部高程为1027.62m，正常蓄水位为1036.80m，景观水闸顶部高程为1036.62m，闸门高度为8m，门顶溢流水深为0.18m，滨河路底面高程为1038.00m。考虑制造安装的工期及投资造价等方面的因素，2号景观坝气动闸门部分的规格尺寸设置为60m×8m（宽×高），固定坝堰顶高程为1028.62m，设计水头为8.18m，总水压力为24088.464kN。

3#景观坝总宽度为60m，河床底部高程为1023.01m，固定坝堰顶高程为1024.795m，正常蓄水位为1033.00m，景观水闸顶部高程为1032.795m，闸门高度为8m，门顶溢流水深为0.205m，滨河路底面高程为1034.00m。气动闸门部分规格尺寸为60m×8m（宽×高），设计水头为8.205m，总水压力为24235.93kN。

4#景观坝总宽度为60m，河床底部高程为1021.01m，固定坝堰顶高程为1022.795m，正常蓄水位为1031.00m，景观水闸顶部高程为1030.795m，闸门高度为8m，门顶溢流水深为0.205m，滨河路底面高程为1032.20m。气动闸门部分规格尺寸为60m×8m（宽×高），设计水头为8.205m，总水压力为24235.93kN。

闸门及埋件外露部分金属材料均采用不锈钢材料，支承结构均采用双气囊支承。考虑到气囊制造规格、闸门安装及运行条件以及运输等方面的因素，每级景观坝沿宽度方向均分为6个单元，每个单元宽度均为10m，为便于门体钢结构面板等部分的制造、吊装及运输，每个单元的门体面板部分沿宽度方向又分为4节，每节面板宽度均为2.5m。闸门运行条件均为动水启闭。

3.3 气动盾形闸门系统大致组成结构及运行原理

3.3.1 气动盾形闸门系统大致组成结构

气动盾形闸门系统通常由门体结构、气袋、埋件及连接部件、闸墩板、气动系统、电气控制系统等组成。

3.3.2 运行原理

气动盾形闸门系统的气袋支承在钢结构的门体面板结构下游侧，利用压缩空气，通过气袋充气与排气，控制闸门升起与倒伏，通过气动控制、及电气控制系统可精确控制闸门开度，以维持特定的水位高度，闸顶可以溢流形成瀑布景观。闸门全开时，门体全部倒卧在河底，可高效泄水，不影响泄洪、景观、通航和水生动物的回游。闸门充气全关时，可以蓄水形成库容和河面景观，超过设定水位时，门顶溢流可形成人工设定的各种溢流景观及人造瀑布。

4、结语

“贵阳市南明河红岩桥～叶家庄河段河道综合治理工程”共设置有4级景观坝联合调度运行，位于“国家绿色生态示范区——未来方舟”超大型房地产项目的南明河上，是贵阳市城市水环境综合整治工程的重要组成部分。每級景观坝均由固定坝和活动坝部分组成。根据方案比选，活动坝部分均采用气动盾形闸门系统，设置有集中控制及自动控制系统操作控制运行。

本工程景观坝于2012年设计完成，于2013年3月开始安装施工，至9月底全部投入运行使用，是目前世界上挡水高度最高、规模最大的气动盾形闸门，也是目前世界上规模最大的景观水闸工程应用实例。

本景观水闸工程规模为世界之最，项目业主已申报获得吉尼斯世界纪录，运行情况良好。在2014年7月15日20时到16日20时，贵阳市降雨量达到201.7mm，洪水过后，经过现场全面查看，该气动盾形闸门系统完好无损，未受到任何影响。

本工程通过建设4座景观坝，提高南明河局部水位，形成长约7km，宽约50m-100m的河道水域，与两岸的商住建筑群一起构成了集居住、办公、旅游、休闲、购物于一体的滨河商业带。对河岸两侧土地资源的高效利用起到了至关重要的作用。南明河气动盾形闸门系统建成后，清澈的河水漫过闸门顶端的破波板溢流形成壮观的瀑布，沿河形成青山绿水、风景优美、如诗如画的景色，大大改善了周边的居住和生态环境。

本工程建设实施完成后，该河段及其两岸生态及人居环境得到高质量的提升，形成了“贵阳市7公里外滩商业经济区”的沿河美景，周边土地利用价值大大提升，两岸小区房价飙升，带动了周边经济快速发展，以其独特的水域风景成为贵阳的城市新名片。

作者简介：李云峰（1977—），男（汉族），本科、贵州贵阳人，高级工程师，主要从事水工金属结构设计及咨询工作

基金项目：贵州省水利科技项目：《气盾坝技术应用研究》科研课题，项目编号KT201301