西黑山进口闸闸后封闭项目施工及效果分析

赵 松，董婧怡

（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津300393）

1 工程简介

南水北调中线西黑山进口闸枢纽位于徐水县西黑山村西，是天津干线的渠首工程，也是连接总干渠与天津干线的重要分水建筑物。进口闸枢纽起止桩号为 XW0+000～XW0+836.155，全长 836.155 m，主要建筑物包括进口引渠、西黑山进口闸主体、矩形输水明槽、无压箱涵及排冰闸和蓄冰池。

西黑山进口闸及其下游矩形槽、无压输水箱涵设计流量均为50 m3/s，加大流量均为60 m3/s；进口闸闸前设计水位为65.289 m，加大水位为65.808 m，闸室段长22.5 m，总宽11.9 m，开敞式，3孔，单孔净宽为2.5 m。进口闸底板顶高程为61.289 m，高出上游引渠底高程0.50 m。工作闸门采用弧形钢闸门，配液压启闭机。

2 进口闸冰冻阻水情况简述

天津干线工程自2014年12月12日正式通水以来，工程运行状况基本良好。2016年1月下旬，受强冷空气影响，华北地区气温骤降，1月22日～24日，遭遇30年未见的低温天气，西黑山节制闸处最低气温愈-20℃；1月23日，进口闸闸后因结冰出现阻水现象，影响到了工程的正常输水。针对闸后出现的冰冻阻水问题，通过采取现场应急措施，得以恢复正常运行。

3 闸后冰冻阻水原因分析及解决方案

经过研究，西黑山进口闸闸后及消力池为敞开式设计，该位置极易形成强对流空气，导致闸后结冰。解决方案：在进口闸闸后消力池及渐变段顶部增加盖板防护，阻挡气流流通，达到保温效果，保证冰期输水安全。

4 主要施工情况

4.1 材料选择

经过对钢化玻璃、混凝土板等不同材质的比较，结合现场工程的实际情况，决定采用耐力板材料。耐力板是以高性能的工程塑料聚碳酸酯或聚碳-酸脂加工而成，具有重量轻、透光性好、隔音性好、强度高、耐撞击性强、易于加工、可塑性强等特点，可根据现场实际需要做成圆拱形、半圆形或弯曲面等多种式样。

西黑山进口闸闸后封闭设计耐力板厚0.6 cm，色彩为纯白色，拱形，骨架材料为镀锌钢桁架（见下页图 1）。

4.2 盖板设置

盖板横断面为拱形门式布置，盖板长51.5 m，宽6.4～9.9 m，顶高程 66.752～70.489 m，覆盖整个消力池段和消力池出口渐变段；盖板分为4段，每段长度9～15 m，两段之间形成高程差，使得盖板整体在长度方向形成波浪视觉效果。盖板骨架材料为镀锌钢桁架，骨架顶部和两侧均铺装6 mm厚耐力板；为通风和避免室内气压变化对盖板可能带来的不利影响，在盖板两侧设窗口，以便于通风。

图1 耐力板安装示意图

在消力池段设简易钢结构检修桥，便于工程维护。其典型横断面如图2所示。

图2 保温防护典型横断面（高程单位：m；尺寸单位：cm）

4.3 耐力板施工前准备

（1）清洁金属框架，金属骨架等接触面上绝对不得残留油渍或酸洗液等化学物质。

（2）预测温度变化会引起材料膨胀，需事先预留膨胀空间。

（3）由于橡胶垫圈所含化学物质会破坏PC耐力板，严禁使用含增塑剂垫圈。

（4）选用中性的系列密封胶以及双面防水胶带和橡胶压条，密封安装。

（5）裁切时须用电动工具，锯片优先选用碳化钨材质，裁切前将板材固定避免振动。

（6）耐力板极易刮伤，裁切时切勿将保护膜撕开，避免使用尖锐工具接触。

（7）由于水泥中的碱性物质会破坏板材质，避免新建筑物与耐力板直接接触。

4.4 耐力板安装注意事项

（1）耐力板嵌入前应先将嵌入部分的保护膜除去5～10 mm，耐力板上保护膜会影响密封件的粘合。

（2）耐力板嵌入时，需要适当的嵌入量及膨胀空间，膨胀系数空间如果不够，PC板会因膨胀而产生应力，导致损坏。

（3）螺丝间距作适当的配置，间距太小及太大均不好，间距太小会因太紧而引发应力，造成破坏，间距太大，又可能使PC板固定不稳。

（4）为减小螺丝对板材的直接压力，可用垫圈充垫其间，垫圈材质为三元乙丙橡胶或硅橡胶及氯丁橡胶。

（5）装入PC板后，用防水胶带或填缝料进行防水处理，覆盖金属压条后用螺丝固定。

4.5 检修桥施工

在距离消力池起始断面4.15 m处设检修桥，在闸后发生冰冻情况时可兼做工作平台。桥面板顶高程为67.289 m，桥宽2.5 m，桥长9.9 m。检修桥采用3片工字钢作为主梁，工字钢间距1.25 m，工字钢之间采用80 mm×60 mm×3 mm方钢横向连接为一个整体，保证3片工字钢整体受力；工字钢上铺设5 mm厚花纹钢板，并在其上铺装塑胶防滑层；检修桥两侧设高1.20 m的不锈钢栏杆。

4.6 进出口平台施工

在检修桥进出口设置平台，作为盖板进出口与闸室左右两侧路面的连接段。平台顶高程为67.289 m，平台长9 m，宽6 m。左侧平台采用厚400 mm C30 F150钢筋混凝土底板，底板顶高程67.189 m，下层铺设100 mm厚C15素混凝土垫层；右侧采用C30 F150现浇混凝土箱式结构，箱式结构底板底高程64.389 m，厚600 mm，下设100 mm厚C15素混凝土垫层。顶板高程67.189 m，厚400 mm，顶板梁截面尺寸500 mm×800 mm，边墙厚500 mm，顶板梁相交处设一中柱，截面尺寸500×500 mm。

考虑整体景观效果，平台采用100 mm厚防腐木铺装，并设高1.2 m木质栏杆。平台外侧填土与现状道路平顺衔接并绿化。

5 闸后封闭效果

截止目前，封闭后的西黑山进口闸经历了2个冬期输水考验。2016年末至2017年初，西黑山进口闸最低温度为-13℃，且持续时间短。西黑山沿线仅渠道左右岸出现宽度为5 cm的岸冰，进口闸闸前后无结冰情况。2017年末～2018年初，西黑山进口闸最低温度出现在1月24日，当日最高温度为-4℃，最低温度为-15℃。

根据西黑山管理处输水调度运行通报的记录，以西黑山节制闸作为参照，2018年1月23日～25日，西黑山节制闸闸前后有岸冰，水体表面温度为-2.7℃；封闭后的进口闸，保温棚内最低温度为0℃。节制闸闸后结冰长约300～400 m，宽为10～35 cm；进口闸闸门后有少量结冰，长度为4 m左右，宽度为3～5cm。进口闸闸后封闭的保温效果明显。

6 其他防冰措施

为了保障冰期内正常输水，西黑山管理处在运行过程中还采取了其他冰害防治措施。

（1）设置排冰闸和蓄冰容积，当上游所来流冰量大、渠道过水能力不足时，及时采用排冰减险和冰凌存储措施，避免冰花在渠道内大量堆积、堵塞或排向下游。

（2）设置拦冰设施，防止结冰封冻，在进口闸和节制闸上游附近设置拦冰设施，及时拦冰；保证渠系建筑物的闸门、启闭机等正常运行。

（3）进口闸门槽设置热管防冰冻设施，通过闸门槽加热，防止闸门与轨道冻结造成闸门止水撕裂损坏。

（4）加强冰期输水期间人工巡查力度，重点针对冰盖形成期、消融期、极端天气等情况加密巡查频次，发现异常，及时报告。

7 结语

天津分局西黑山管理处辖区地处京津冀输水咽喉，地理位置十分重要，肩负着同时向北京和天津输水的任务。为应对出现的极端天气给冰期输水带来严重影响，西黑山管理处根据辖区工程特点并结合历年冰期输水实际情况，采取以上措施，确保输水运行安全。