南水北调中线一期总干渠鲁山南2段工程金属结构设计

2017-04-07刘国军

水利水电工程设计 2017年2期

关键词：淝河自润滑启闭机

刘国军尹航

刘国军尹航

对南水北调中线一期工程总干渠鲁山南2段工程金属结构的设计方案做了详细论述。对澎河进口节制闸和淝河出口控制闸的区别以及淝河出口控制闸的布置作了说明。

南水北调中线节制闸控制闸多机一站

1 工程概况

南水北调中线工程，即从长江引水至北京颐和园团城湖的输水工程。南水北调中线工程总干渠长度为1 432 km，鲁山南2段工程为南水北调中线工程总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标段，地处河南省平顶山市鲁山县境内。鲁山南2段工程起点位于鲁山县西盆窑村东北，终点位于沙河南岸鲁山县薛寨北，渠段总长9.78 km。

鲁山南2段工程涉及金属结构设备的闸共7座。这7座闸分别是澎河渡槽进口节制闸、澎河渡槽出口检修闸、澎河分水闸、澎河退水闸及淝河倒虹吸进口闸、淝河倒虹吸出口闸和昭南新干斗13倒虹吸取水涵闸。所有闸共设平面钢闸门10套，弧形闸门6套，铸铁闸门1套，拦污栅1套，移动式电动葫芦4套，固定卷扬式启闭机2台，液压启闭机8台，侧摇式手动螺杆启闭机1台。

所有闸门门叶主材均为Q345B。埋件外露面钢板的材质为不锈钢复合钢板，钢板基材为Q235B，表面不锈钢材质为00Cr22Ni5Mo3N，厚度4 mm。

2 澎河渡槽进口节制闸

由于南水北调工程为调水工程，为控制输水流量，在调水渠道上每隔一段距离设置控制输水流量的闸，称之为节制闸。鲁山南2段工程共设1座节制闸，为澎河渡槽进口节制闸。该闸主要用于调节闸门开度，控制渡槽输水流量。节制闸闸门有动水启闭和局部开启的要求。平面闸门由于门槽处水流流态不好，在某些开度范围内有可能会发生振动，弧形闸门面板为曲面，并且没有侧门槽，水流流态较好，因此，节制闸优先选用弧形闸门。闸门共2套，闸门尺寸为11.0 m×7.2 m(宽×高，下同)，闸门设计水头6.83 m。

弧形闸门结构型式为斜支臂，曲率半径 9 m。在闸墩两侧高于最高水位的高程设检修平台用于闸门的检修和维护。闸墩两侧检修平台上均设有手动锁锭装置，用于闸门检修时锁锭。弧形闸门门叶和支臂主材为Q345B，支承形式为球铰，轴承采用自润滑球面滑动轴承，活动铰和固定铰材质为ZG310-570，铰轴材质为40Cr。

弧形闸门启闭设备采用2×630 kN后拉式液压启闭机。每套液压启闭机配备1套液压泵站系统，每套系统内设2套油泵电机组互为备用，以提高闸门操作的可靠性。液压泵站设在渠道右岸的控制楼内，操作系统设现地和远方2种操作方式。由于交通桥宽度有限，在紧邻交通桥上游设计了1套油管桥，用于布置油管及电缆管。油管桥采用型钢和钢板焊接而成。油管均为不锈钢无缝钢管。

为检修工作闸门，在其上游设检修闸门1套，闸门尺寸为11.0 m×6.3 m，闸门设计水头6.06 m。为降低启闭设备容量，检修闸门采用叠梁闸门，共分3节，每节门高2.1 m。闸门运行方式为静水闭门，小开度提首节门充水平压后启门。闸门采用下游止水。支承型式为滑动支承，滑块材料为自润滑复合材料。

检修闸门启闭机采用2×100 kN移动式电动葫芦，并通过2×100 kN重锤式机械抓梁操作闸门。闸门和机械抓梁平时存放在左岸的门库内。

3 澎河渡槽出口检修闸

为检修澎河渡槽，渡槽出口设检修闸，并设检修闸门，闸门挡下游侧水。闸室共2孔，考虑每次检修1孔，设1套叠梁检修闸门，2孔共用。闸门尺寸为11.0 m×6.0 m，闸门设计水头5.885 m。闸门静水闭门，小开度提首节门充水平压后启门。为了减小启闭荷载，闸门分3节，每节门高2 m。支承型式为滑动支承，滑块材料为自润滑复合材料。闸门止水设置在上游侧。

检修闸门启闭机采用2×100 kN移动式电动葫芦，并通过2×100 kN机械抓梁操作闸门。闸门和机械抓梁平时存放在左岸的门库内。

4 澎河分水闸

由于此渠道有向河南省的河道输水的要求，设1座澎河分水闸，用于向河道供水。分水闸共1孔，设1套工作闸门。闸门尺寸为2.0 m×2.5 m，设计水头7.77 m。闸门采用平面定轮式钢闸门，动水启闭。为了减小启闭力，轴套采用铜合金镶嵌自润滑轴套。闸门止水设置在下游侧。

工作闸门的启闭设备采用100 kN液压启闭机，并设有液压泵站。启闭机通过拉杆与闸门相连。

考虑工作闸门的事故和检修在其上游设1套事故检修闸门。为了制造、维护和使用的方便，事故检修闸门和启闭设备的布置与工作闸门完全相同，可以互为备用。事故检修闸门与工作闸门共用1套液压泵站。

5 澎河退水闸

为保证渠道检修或遇其它特殊情况时排空渠道，设1座澎河退水闸，共1孔，设1套工作闸门，平时闸门为关闭状态。闸门尺寸为5.5 m×8.1 m，设计水头7.77 m。闸门采用平面定轮式钢闸门，动水启闭。为了减小启闭力，轴套采用铜合金镶嵌自润滑轴套。闸门止水设置在下游侧。

闸门的启闭设备采用2×160 kN固定卷扬式启闭机，并设有启闭机房。

由于退水闸的重要性，在工作闸门上游设1套事故检修闸门，用于工作闸门维护和检修。为了制造、使用和维护的方便，事故检修闸门和启闭设备的布置与工作闸门完全相同，可以互为备用。

6 淝河倒虹吸进口闸

为倒虹吸的出口工作闸门和倒虹吸建筑提供事故检修条件，在淝河倒虹吸进口处设进口闸，共4孔。设2套平面事故检修闸门，尺寸为7.0 m×11.2 m，设计水头10.712 m。闸门动水闭门，小开度提首节门充水平压后启门。为了降低排架柱高度和减小启闭机的起升容量，事故闸门采用平面定轮式的叠梁闸门，闸门分2节，每节高5.6 m。定轮轴套采用铜合金镶嵌自润滑轴套。闸门止水设置在下游侧。

闸门启闭设备采用2×200 kN移动式电动葫芦，通过2×200 kN机械抓梁操作闸门。检修闸门平时存放在左、右岸的门库内。

7 淝河倒虹吸出口闸

淝河倒虹吸出口闸共有4孔，是倒虹吸输水的控制性建筑物。

出口闸每孔设1套弧形工作闸门，尺寸为7.0 m×8.3 m，设计水头为7.976 m 弧形闸门结构型式为直支臂，曲率半径12 m。为了闸门检修和更换水封橡皮的方便，在闸墩两侧设有检修平台。闸墩两侧检修平台上均设有手动锁锭装置，用于闸门检修时锁锭。弧形闸门门叶和支臂主材为Q345B，支承形式为圆柱铰，轴承采用铜基镶嵌自润滑轴承。活动和固定铰材质为ZG310-570，铰轴材质为40Cr。

弧形闸门启闭设备采用2×630 kN液压启闭机。为节省设备投资，4套液压启闭机共用1个液压泵站系统，系统内设两套油泵电机组互为备用，以提高闸门操作的可靠性。液压泵站设在渠道左岸的控制楼内，操作系统设现地和远方2种操作方式。

淝河出口工作闸门虽然也采用了弧形闸门，但其和节制闸的功能不相同，节制闸主要用于输水过程中对闸门开度进行调节，控制渠道的输水流量。淝河出口工作闸门为控制闸，主要用于在满足调节输水流量的前提下，通过控制闸门的开度，逐渐将淝河倒虹吸内的水位提高，直至倒虹吸充满水。倒虹吸充满水后，出口工作闸门处于打开状态，在渠道输水过程中，出口工作闸门不再参与渠道输水流量的调节，因此，出口工作闸门定为控制闸而不是节制闸。由于出口工作闸门为控制闸，控制闸对闸门的控制要求不如节制闸高，在满足工程运行功能的前提下，为了节省工程投资，对出口控制闸采用多机一站的布置型式，即4套液压启闭机共用1套油泵站，可节省3套油泵站并减小了液压泵房的面积。

为了弧形闸门和倒虹吸建筑的维护和检修，在弧形闸门的下游侧设检修闸门，4孔共用2套叠梁式检修闸门，闸门尺寸7.0 m×8.0 m，设计水头7.776 m。闸门运行方式为静水闭门，小开度提首节门充水平压后启门。叠梁闸门分4节，每节门高2.0 m。支承型式为滑动支承，滑块材料为自润滑复合材料。闸门止水设置在上游侧。

检修闸门启闭机采用2×50 kN移动式电动葫芦，并通过2×50 kN机械抓梁操作闸门。闸门和机械抓梁平时存放在左、右岸的门库内。

8 昭南新干斗13倒虹吸取水涵闸

昭南新干斗13倒虹吸取水涵闸主要用于灌溉取水。涵闸进口共1孔，设1套平面铸铁闸门，闸门尺寸1.0 m×0.6 m，设计水头2.33 m。闸门启闭设备采用20/10 kN侧摇式手动螺杆启闭机。为防止污物进入涵洞，闸门前设1套拦污栅，尺寸为1.0 m×2.53 m，设计水位差1 m。拦污栅和埋件由型钢和钢板焊接而成。栅条厚度12 mm，净距100 mm。