淮安里运河堂子巷枢纽工程优化施工方案

王 鑫 陈玉斐 郭 瑞 徐 燕

一、工程概况

淮安市城区段里运河是一条集防洪、城市景观、水运、调水、城市排涝等功能的综合利用河道，上接淮阴水利工程枢纽，下连淮安水利工程枢纽，与苏北灌溉总渠和大运河相通。河道水位受苏北灌溉总渠影响，当总渠泄洪时，淮安市区将承受淮河的洪水威胁。为保证城市防洪安全，减轻城市防洪压力，改善城市水环境，需要对城区段里运河实施防洪控制。

经方案比较，淮安市城区段里运河防洪控制工程采取了在里运河上、下游段兴建防洪控制工程，御淮河洪水于主城区之外的方案。该方案汛期可降低里运河水位，在非汛期能保证城区段里运河有一定的景观水位。根据规划里运河防洪工程主要由北门桥枢纽工程和堂子巷枢纽工程组成。北门桥枢纽工程位于市区北门桥处的里运河上，堂子巷控制工程位于淮安区人民桥以南1km处的里运河上。

堂子巷枢纽工程主要包含一座孔径30m的节制闸，一座流量为70m3/s的泵站和桥宽34m的堂子巷规划桥，采用闸站桥三结合方案，满足挡洪、排涝、生态补水、通航、城市景观和交通等要求。工程防洪标准为城区防洪标准近期为100年一遇重现期，远期为300年一遇重现期，城市除涝标准按20年一遇重现期设计。通航标准满足Ⅵ级航道要求。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物设计等级为2级，次要建筑物设计等级为3级。抗震标准按基本烈度6度设防。

二、设计难点

堂子巷枢纽工程设计之初主要有以下几个难点需要克服：

一是工程的布置，既要考虑防洪排涝和生态补水要求，又要考虑水上航运、市政交通、城市景观要求。工程的布置在平面上受到河道宽度的限制，高度又受到交通桥两端接线的限制。

二是闸门门型的选择既要满足灵活启闭、双向挡水的功能，又要与周边的环境相协调。

三是泵站泵型的选择需要满足防洪排涝和生态补水的双向要求，且机组的安装受到空间上的制约。

四是枢纽工程实施过程中在东岸发现已有300多年历史的明清砖工墙古迹，既要对文物进行保护，又要保证工程的顺利实施，成为设计工作中的又一个难点。

三、设计方案的选择

1.工程总体布置方案的采用

里运河堂子巷枢纽工程具有防洪、蓄水、排涝、通航等功能。平时节制闸常开，行洪或枯水季节关闸挡洪、排涝或蓄水。该工程包含一座净宽30m的节制闸和设计流量70m3/s排涝泵站。工程位于人民桥以南生态公园附近，景观要求高，具体布置如下：

结合规划桥，采用闸站结合布置在桥下面，闸居中布置，站分居两侧布置，桥下两侧做地下室为闸站控制室，闸上部建筑为四个对称的古典风格的桥头堡（见图1）。节制闸为30m一孔，闸室为开敞式钢筋混凝土平底板结构，闸底高程▽3.0～5.0m，闸门顶高程▽11.5m，闸门采用30m宽底轴驱动下翻门，配套液压启闭机启闭，液压启闭机布置于闸两侧空箱内。泵站采用六台直径2.1m潜水贯流泵，单机流量为12m3/s，配套电机功率为450kW，其中两台具有正反转双向抽水功能，进出水流道采用平直管流道，快速闸门断流，液压启闭机启闭。站底板面高程▽2.5m，水泵层或辅机层顶板面高程▽6.5m，主厂房为地下厂房。为了优化水面景观效果，闸站上下游连接段均采用直立挡墙与河坡顺接。闸站上交通桥桥面总宽34m，中间机动车道宽24m，两侧人行桥宽5m。由于通航要求，桥面较高，与两岸地形相差较大，规划路和河堤路采用立交。变配电室和管理所位于东侧河堤外规划路南侧，采用路下地下通道与闸站地下控制室相接。

2.闸门门型比选

考虑节制闸有通航和景观要求，闸门净宽选择30m。由于上部有交通桥，受空间限制，该跨度的门型可供考虑的有直升门、上翻门及底轴驱动下翻门等几种方案。

直升门为钢闸门最为常见的门型，考虑通航的要求，门体总高度达7.50m，如果使用直升门，造成排架高、投资大，影响城市建筑美观，另外节制闸采用与交通桥结合方案，上部净空高度不足，故直升门方案不可取。

上翻门在技术条件上运用可行，但为满足通航要求，门体横卧高度较高，由于工程地处里运河风光带、城市建设规划中心，不仅是水利工程而且要做为城市景观工程，故此方案影响美观，不满足城市规划建设的要求。另外节制闸采用与交通桥结合方案，桥面下净空高度有限，此方案也难以实施。

底轴驱动下翻门为近期新开发的一种门型结构，经多次工程实践运用，技术条件运用成熟，运行效果良好。底轴驱动下翻门，门叶由底横轴直接驱动旋转，闸门全开时，门叶呈水平状卧倒在河底，不影响里运河通航要求，启闭机可以布置于闸两侧空腔闸墩中，不受上部空间的限制，闸门及其启闭设备均较为隐蔽，不会对上部建筑造型有任何影响，很好地满足了城市景观的要求，达到了城市远景规划的需要。

经过多种方案比选，最终推荐单扇底轴驱动下翻门门型（见图2），既满足双向挡水、启闭灵活的要求，又满足结构总体布置与周边环境相协调，满足城市规划建设要求。

3.泵站泵型比选

里运河堂子巷枢纽工程泵站排涝设计流量为70m3/s，生态补水设计流量为20m3/s，泵站扬程运行范围在0～2.2m，属特低扬程泵站。根据泵站扬程参数，泵型宜选用轴流泵，而轴流泵又有三种型式可供比选：立式、卧式和斜式。

斜轴式轴流泵对电动机支承和导轴承结构有特殊要求，泵机组结构受力复杂，与卧式结构相比，没有明显优势。

立式结构中，开敞式轴流泵配双层涵洞式进出水流道是目前低扬程泵站上用得较多一种结构型式，该结构能极方便地实现双向抽排水，且该装置进行过水泵装置模型试验，因此在需要防洪、灌溉、引水、多种功能的泵站中得到广泛使用。但因本站为特低扬程泵站，为提高装置效率和汽蚀性能需采用大直径低转速水泵，电机转速较低，给电机的设计选型带来难度。且该结构型式土建上比较复杂，更主要的是本工程在高度上受到很大限制，故立式轴流泵结构也不宜在本工程中使用。

若选择卧式结构，根据扬程要求，适宜选用贯流泵机组。贯流泵机组中又以灯泡式、竖井式和潜水贯流式水力条件较好。

灯泡贯流泵机组在国外应用较多，技术相对成熟，由于堂子巷枢纽工程泵站扬程低，采用大直径低转速机组，低转速电机不经济。考虑到灯泡体空间有限，用行星齿轮联接方案较为适合，将电机和齿轮箱布置于灯泡体内，能够保证满足要求，但是电机和齿轮箱都在灯泡体内，日常维护困难，且受泵房空间限制灯泡体内空间有限，安装检修不便。

竖井贯流泵制造安装经验相对比较成熟，结构型式基本上固定，水泵、电机采用齿轮箱传动，设备布置在竖井中，配平直管进出水流道。江苏省内竖井贯流泵有大批成功案例，泵站运行状况良好，制造精度基本满足需要。但本站电机功率较大，选用二级传动平行轴齿轮传动，齿轮箱带风扇和冷却盘管，对冷却的要求较高，运行噪音较大，电机安装在竖井内，通风效果差，也需要水冷却，增加了辅机设备的数量，且竖井占地面积较大，不利于土建布置。

潜水贯流泵装置的灯泡体小，有利于水流绕流，水流条件较好，潜水电机虽构造比较复杂，但能直接接触水流，散热效果好。另外潜水贯流泵装置结构简单、安装容易、维护管理方便，且没有复杂的辅机系统。泵站土建上也比较简单，设备占用空间较小，比较适合本工程泵站占地及总体布置要求。

经综合比选，最终里运河堂子巷枢纽工程泵站选用潜水贯流泵机组，叶轮直径为2.1m，其中双向泵2台，单向泵4台，单机流量为12m3/s，配套功率为450kW。

4.明清古建筑保护方案

堂子巷枢纽工程实施过程中在东岸发现一道已有300多年历史的明清砖工墙古迹。砖工墙旧址正好位于河道范围内，由于工程已经开工，移址重建已属不可能，文物部门多次来到工地要求保护好文物。经反复研究，最后决定采取退建保护的方案，即将水利工程涉及范围内的文物迁移后退至河岸挡墙位置，将挡土墙与砖工墙结合，常水位以上的挡土墙隐藏在后，砖工墙覆在表面（见图3），这样既使得砖工墙得以恢复，又使得该墙的稳定性大大提高。

四、结语

本工程的设计和研究成果，具有创新性，技术水平属国内领先。一是工程拥有目前国内最大的国产潜水贯流泵机组，叶轮直径为2.1m，其中双向泵2台，单向泵4台，设计排涝流量70m3/s，反向补水流量20m3/s；二是工程拥有目前省内同类门型中最大的、具有国家专利技术的底轴驱动翻板钢闸门，闸门宽30m，高8.5m，底轴直径1.5m，配2台QPPYⅠ-3200KN液压启闭机；三是工程东侧翼墙设计时在正常水位以上与明清砖工墙进行巧妙结合，使得明清砖工墙得以恢复，300多年的历史文物得以保护与展示。对于现代化城市防洪建设，改善城市水环境，打造水韵城市具有非常好的借鉴意义，尤其是在城市经济比较发达、人口稠密、景观要求较高的城市和地区更具有现实意义