南四湖水资源控制工程杨官屯河闸金属结构设计
2021-04-02舒刘海
舒刘海
（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）
1 工程概况
南四湖水资源控制工程是南水北调东线第一期工程的重要组成部分，南四湖地处江苏和山东两省交界处，南水北调东线工程建成后，南四湖承担北调水源的调蓄和输送任务。由于入湖河流众多，且多数河流具有泄洪、排涝、引水灌溉和航运等功能，为保证南四湖地区的正常输水和水资源统一管理，在杨官屯河及其他南四湖主要支流上修建水资源控制闸是十分必要的。
杨官屯河属南四湖上级湖湖西支流，其河口控制闸（杨官屯河闸）位于河流入湖口湖西大堤，工程主要任务是加强对南四湖水资源的控制与管理，并兼有挡洪、泄洪、排涝和通航等功能。根据有关省航运规划，杨官屯河为Ⅶ级航道。该闸包括节制闸和船闸上闸首、下闸首。船闸孔口宽度为12.00m，上、下闸首各1 孔；节制闸孔口宽度为8.00m，共计1 孔。
2 船闸金属结构设计特点
根据水工整体规划要求，本工程船闸属于Ⅶ级船闸，为了简化闸室结构布置，节省工程投资，船闸不另设输水系统，采用闸门小开度充水。
2.1 双扉平面钢闸门在船闸上闸首的应用
杨官屯河闸船闸上闸首有挡洪、泄洪、排涝和通航等作用。闸门最高挡洪水位为37.00m，最高通航水位34.30m，由于闸门挡洪水位较高，通航水位较低，所以如何在既满足挡洪要求又满足通航净空要求的条件下，尽可能降低排架高程是船闸上闸首门型选择的关键。经综合比选，杨官屯河闸船闸上闸首门型选用双扉平面钢闸门。其优点是结构简单，制造、安装方便，维护、检修条件好，可以省去闸室充水廊道，利用闸门小开度时进行闸室充水。双扉平面钢闸门挡洪时两扇闸门组合在一起工作，满足挡洪要求，通航时只需单扇闸门工作，从而使闸门门高显著降低，因而降低了启闭机排架高程，提高了建筑物的抗震能力。另双扉平面钢闸门通航时两扇闸门互为检修，可以省去检修闸门，节约了工程投资。
2.2 升卧式平面钢闸门在船闸下闸首的应用
杨官屯河闸船闸下闸首因只起通航作用，同时未设闸室充水廊道，需利用闸门小开度时进行闸室充水，所以满足通航净空要求的条件下尽可能降低排架高程为下闸首门型选择的关键。经综合比选，杨官屯河闸船闸下闸首门型选用升卧式平面钢闸门，其优点是降低排架高程（一般可降低排架高程约闸门高度的70%左右），提高建筑物的抗震能力；闸门锁定简单方便，有利于船闸的安全运行。
3 金属结构设计
3.1 船闸上闸首
船闸上闸首，共1 孔，设一道工作闸门。工作闸门按挡上级湖洪水设计。工作闸门湖内侧预留一道检修闸门槽，不设检修闸门。
船闸上闸首工作闸门孔口宽12.00m，湖内侧最高挡洪水位37.00m，湖外侧水位为32.80m，底槛高程29.80m。该闸门选用双扉工作闸门，闸门的操作方式为动水启闭。
双扉工作闸门设计水位为：
上扉门：防洪时与下扉门组合挡洪，此时作用在闸门上的水头为：湖内侧2.685m，湖外侧无水；通航时，上扉门与下扉门互为检修，此时闸门的设计水位为：湖内侧34.30m，湖外侧32.80m，底槛高程29.80m。经计算，上扉门在互为检修条件下总水压力较大，故该水位为上扉门设计水位。
下扉门：防洪时与上扉门组合挡洪，此时湖内侧37.00m，湖外侧32.80m，底槛高程29.80m，该水位为下扉门设计水位。
双扉闸门主要设计参数如下：
孔口尺寸（宽×高）：12.00m×4.80m /12.00m×4.84m（上扉门/下扉门）（两闸门基本等高，通航水位时互为检修）；
闸门型式：露顶式；
设计水位：上扉门：湖内34.30m， 湖外32.80m；下扉门：湖内37.00m，湖外32.80m；
底槛高程：29.80m；
孔口数量：1 孔；
闸门数量：1 套；
支承型式：悬臂滚轮支承；
止水型式：方头“P”型橡皮；
节间止水型式：“Ω”型橡皮。
双扉闸门采用平面滚动式钢闸门，门体材料为Q235B，滚轮材料为ZG270-500，轮轴材料为镀铬45 号钢，轴套采用钢基铜塑复合材料。
闸门上扉门主梁设计为变截面结构型式，主梁跨中梁高为1100mm，主梁端部梁高与边梁等高，设计为700mm。闸门下扉门主梁设计为变截面结构型式，主梁跨中梁高为1100mm，主梁端部梁高与边梁等高，设计为700mm。
埋件采用焊接式组合结构，主轨及反轨均为焊接工字钢轨道。
上扉门与下扉门均动水启门，经计算，上扉门启门力为347.8kN，下扉门启门力为417.4kN。根据《船闸启闭机设计规范》（JTJ309-2005）的要求，船闸启闭机启门、闭门时间均应在2min 之内，故上扉门与下扉门均选用QP-2×250kN 船闸固定卷扬启闭机来操作，启闭机采用双吊点单独驱动，启闭机总扬程约12.0m。
3.2 船闸下闸首
船闸下闸首工作闸门设计采用升卧式平面钢闸门，共1 孔。工作闸门设计不考虑挡洪，当水位超过最高通航水位时，该闸门即开启并卧倒锁定在排架上。
工作闸门湖外侧最高通航水位为34.30m，湖内侧最低通航水位为32.80m。闸门的操作方式为动水启闭。其主要设计参数如下：
孔口尺寸（宽×高）：12.00m×5.00m；
闸门型式：露顶式；
设计水头：湖内34.30m，湖外32.80m；
底槛高程：29.8m；
孔口数量：1 孔；
闸门数量：1 扇；
支承型式：悬臂滚轮支承；
止水型式：L 型。
下闸首工作闸门门体主要材料为Q235B，滚轮材料为ZG270-500，轮轴材料为镀铬45 号钢，轴套采用钢基铜塑复合材料。
闸门主梁设计为变截面结构型式，主梁跨中梁高为1100mm，主梁端部梁高与边梁等高，设计为590mm。
埋件采用焊接式组合结构，主轨及反轨均为焊接工字钢轨道。
通航条件下，闸门开启翻转后锁定在排架上，为操作方便，闸门锁定装置采用自动机械锁定装置。
闸门动水启门，经计算，启门力为297.8kN。启闭设备选用QP-2×160kN 船闸固定卷扬式启闭机，启闭机采用双吊点集中驱动，启闭机总扬程约10.5m。
3.3 节制闸
节制闸共1 孔，设一道工作闸门。工作闸门按挡上级湖洪水设计，只需满足挡洪和泄水的要求。工作闸门湖内侧预留一道检修闸门槽，不设检修闸门。
节制闸工作闸门孔口宽8.00m，湖内侧最高挡洪水位37.00m，湖外侧水位为32.80m，底槛高程29.80m。该闸门选用双扉工作闸门，闸门的操作方式动水启闭。
双扉工作闸门设计水位为：
上扉门：防洪时与下扉门组合挡洪，此时作用在闸门上的水头为：湖内侧2.685m，湖外侧无水；当湖内侧水位低于34.30m 时，上扉门与下扉门互为检修，此时闸门的设计水位为：湖内侧34.30m，湖外侧32.80m，底槛高程29.80m。经计算，上扉门在互为检修条件下总水压力较大，故该水位为上扉门设计水位。
下扉门：防洪时与上扉门组合挡洪，此时湖内侧37.00m，湖外侧32.80m，底槛高程29.80m，该水位为下扉门设计水位。
双扉闸门主要设计参数与船闸上闸首双扉闸门一致。
闸门上扉门主梁设计为变截面结构型式，主梁跨中梁高为850mm，主梁端部梁高与边梁等高，设计为600mm。闸门下扉门主梁设计为变截面结构型式，主梁跨中梁高为1050mm，主梁端部梁高与边梁等高，设计为600mm。
埋件采用焊接式组合结构，主轨及反轨均为焊接工字钢轨道。
上扉门与下扉门均动水启门，经计算，上扉门启门力为247.4kN，下扉门启门力为289.5kN。故上扉门与下扉门均选用QP-2×160kN 固定卷扬启闭机来操作，启闭机总扬程约12.0m。
4 结语
杨官屯河闸船闸上、下闸首选用双扉平面钢闸门和升卧式平面钢闸门，有效地节约了工程投资，降低了启闭机排架高程，提高了建筑物的抗震能力，圆满完成了该工程的挡洪、泄洪、排涝和通航等任务，对今后小型船闸金属结构设计起到参考和借鉴作用
