颍上闸防污调度闸主体设计方案与运管

余启杨

(颍上闸管理处，安徽 颍上 236200)

1 工程概况

安徽省颍上节制闸位于颍上县城东3 km，坐落在102省道上，是颍河最下级控制工程，承担流域的防洪泄洪，为淮河中游调峰及削峰发挥了巨大的作用。该闸设计防洪标准为50年一遇，设计流量为3 350 m3/s，分洪流量为850 m3/s，最大流量为4 200 m3/s，校核流量为4 350 m3/s。运行条件是：正常蓄水位24.00～24.50 m，最高蓄水位25.0 m。颍上闸设防水位24.80 m，警戒水位26.50 m，保证水位28.45 m，最大库容为8 300万m3，控制面积为颍河流域5 360 km2，设计灌溉面积为35万亩[1](1亩=1/15 hm2)。

2 工程分析

为达到远期规划50年一遇防洪标准，本次颍上闸除险加固工程实施中需考虑来水闸扩建(简称扩孔)的位置。鉴于右侧堆土区已被新建颍上船闸占用，而本次加固工程中调度闸和将来扩建的节制闸仅能布置于现节制闸两端泄洪引桥下；考虑调度闸频繁运用，布置于左岸泄洪桥下离管理房较近，便于运行管理。按照初设安徽省水利厅的批复中关于优化调度闸布置的要求，调度闸拟布置于左岸，因此将来扩孔布置于左岸泄洪引桥下较为适宜。

另外，为满足河道防污调度闸和水生态的要求，基本同意在左岸泄洪道引桥部位新增一座小型防污调度闸。同时，规划将来可以结合小水电开发，进一步优化防污调度闸位置和布置。调度闸拟采用2孔箱涵式结构，设计每孔流量为21.5 m3/s，总流量为43 m3/s。

3 主体设计方案

3.1 主要水工建筑物设计

新建防污调度闸布置于现有颍上闸左岸(东侧)滩面上，为避免滩面交通桥桥面以及桥桩与调度闸施工的相互影响，调度闸主体结构布置于颍上闸左岸(东侧)滩面两跨公路桥桥桩之间；防污调度闸中心线距颍上闸闸室外边约31.6 m，洞首布置于上游进水口处，洞首距交通桥上游侧边线距离为46.8 m。

调度闸采用钢筋混凝土箱涵结构，洞首共2孔，布置于上游进水侧，底板面高程为18.86 m(与上游河底等高)，洞首顶高程为24.86 m，顺水流向长度为15 m，垂直水流向宽度为11.40 m，洞首设工作闸门与拦污栅各一道。

洞首上下游采用钢筋混凝土箱涵连接，箱涵采用2孔，根据上下游出水口水位，上游箱涵洞身底板面高程为18.86 m(与上游河底等高)，洞身尺寸为4.5 m×3.3 m(宽×高)；下游箱涵洞身底板面高程为15.80 m(与出水口等高)，洞身尺寸为6.6 m×3.7 m(宽×高)。

由于滩面位置有限，为避免基坑大开挖对颍上闸边闸孔及上下游连接段的影响，箱涵西侧(滩面交通桥范围以外)采用重力式水泥土墙进行基坑支护，水泥土墙中心线距箱涵边墙距离为4.6 m。水泥土墙宽度为4.0 m，采用水泥土搅拌桩格栅布置，水泥土搅拌桩直径60 cm，最小搭接厚度25 cm，顶高程为24.86 m，底高程为10.86 m；水泥含量15%，抗压强度1.0 MPa。箱涵两侧交通桥4根桥桩四周采用φ80@60高压旋喷桩防护，高压旋喷桩顶高程为24.86 m，底高程为10.86 m，灌浆压力不小于30 MPa[2_3]。

3.2 机电及金属结构设计

3.2.1 闸门及启闭机

防污调度闸共布置2孔，洞首布置工作闸门与拦污栅各一道。

工作闸门采用平面定轮钢闸门，采用卷扬式启闭机启闭，底板高程18.860 m，胸墙底高程22.16 m，单孔净宽4.5 m。工作闸门为4.65 m×3.42 m，门体材料为Q235B，采用滚轮支承，主滚轮材料为ZG270—500；主滚轮轴采用45号钢，轴承采用FZ—5系列产品，侧限位采用MGD材料。闸门承受单向水头作用，采用单向止水形式，止水橡皮采用SF6674系列产品；侧止水采用P型，底止水采用H型。埋件采用16Mn材质的焊接工字钢并在止水作用面加贴不锈钢板。工作闸门选用快速卷扬式启闭机，型号为QPK—2×80 kN。

上游洞首设拦污栅，共2孔，净宽4.5 m，底板高程18.86 m，顶高程24.06 m。拦污栅尺寸为4.872 m×5.2 m，每扇拦污栅分2节，每节2.6 m；通过排架牛腿下安装的QW—2×50 kN移动式启闭机和自动抓梁起吊安装。

3.2.2 电气设计

(1)供电电源与配电系统设计

防污调度闸工程共2孔，采用绳鼓式启闭机，每台启闭机配套1台7.5 kW的电动机。闸上主要用电负荷为启闭机用电及控制、照明用电等。工程电源由颍上闸低压系统接入，通过电缆引入启闭机房。闸上配电采用单母线接线方式，2台动力箱之间电缆跨接。引接电缆采用防水电缆，过颍上闸处采用桥架敷设，地面采用穿管敷设的方式。

(2)主要设备的选择

闸上配置2台动力箱，是型号为XL—21的落地式动力箱。

(3)设备布置

动力箱均就近布置于启闭机旁。

(4)照明

照明设计内容主要为启闭机房等室内照明。该闸的照明控制箱选用PZ—30型暗装，内配小型空气断路器，所有的照明线路均为穿管暗敷。为了方便检修和维护，在机房装设若干只三相及单相插座。PZ—30型照明控制箱及各类开关终端面板的底口距地1.4 m，保护型用电插座距地0.3 m。

(5)启闭机的控制

启闭机的控制方式按现场手动控制和远程操作的方式进行设计。

(6)继电保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB 14285—93)规定，对电动机配置了必要保护装置。热继电器对电机进行速断保护，低压断路器自身所具有的保护功能作为保护区段的后备保护。

(7)防雷与接地

为了确保用电的安全，控制箱、启闭机等机电设备外露可导电部分均应可靠接地，其接地电阻要求R≤4 Ω。

启闭机房的屋面均装设避雷带作为防直击雷的保护，其人工接地装置应充分利用闸底板钢筋及柱内钢筋等自然接地装置进行实施。

3.3 房屋设计

本工程建筑面积45.6 m2，主要为启闭机房面积。启闭机房为1层，其与滩面之间采用旋转钢楼梯衔接。启闭机房建筑风格为与颍上闸启闭机房建筑风格相近的徽派风格，外墙面采用灰色面砖饰面。

根据现场实际情况，防污调度闸上游侧进水口两侧锥坡与现有护坡、翼墙之间采用现浇30 cm厚C30混凝土护坡(变坡比)衔接，坡顶高程24.86 m，底高程根据现场情况确定。混凝土下设10 cm厚砂石垫层，坡顶、坡脚设C30混凝土格埂，格埂尺寸为40 cm×60 cm，与现有节制闸上游侧圆弧翼墙之间超挖部分采用8%水泥土回填。下游侧出水口两侧锥坡与现有护坡之间采用预制块护坡衔接，预制块规格拟采用40 cm×50 cm×10 cm，护坡坡比为1∶3，坡顶高程22.26 m，底高程根据现场情况确定。预制块护坡下设10 cm厚砂石垫层，坡顶、坡脚设C30混凝土格埂，格埂尺寸为40 cm×60 cm。

4 工程运用管理

防污调度闸主要功能为满足小流量用水和生态放水的要求，根据防污调度闸出口布置(浆砌块石防护)，为确保小流量泄水安全，防污调度闸闸门的开启度需根据上下游水位情况确定；闸门最大开度与上下游水位关系如图1所示，且各工况下的闸门开度均能满足设计43.0 m3/s要求。同时，为进一步确保水流的平顺，建议两孔闸闸门同时同步匀速开启。

注：上游水位23.86 m为颍上闸闸上正常蓄水位，24.86 m为最高蓄水位。

当颍上闸滩面漫水行洪时，水位超过滩面高程24.86 m时，防污调度闸闸门应关闭。

5 试运行情况及效益

初期运行中发现闸门有不同程度的漏水，经与建管处协调沟通，增设检修闸门。检修闸门完成后，组织施工作业人员对工作闸门门槽及底槛平整度、垂直度进行检测；经检测门槽及底槛的平整度、垂直度均符合设计及规范要求。对工作闸门侧止水及上部底部橡胶止水完整性进行检查，经现场查看未出现破损现象；经与建管处和设计沟通，对闸门自重进行复核，发现闸门自重不足，工作闸门关闭不到位、落不到底导致闸门出现不同程度的漏水。经设计单位重新验算，每扇闸门需增加荷重1.2 t，方能满足自重要求。按照设计单位的设计要求，让施工单位每扇闸门增作了1.2 t的自重块后，防污调度闸工作闸门漏水问题才得以彻底解决。从近阶段试运行情况来看，工程运行状况良好，特别是在2019年安徽省遭受50年一遇的干旱时，该工程满足小流量防污调度的要求，工程效益明显。

6 施工经验总结

由于工程位置的限制，新建防污调度闸距现有颍上闸边闸孔较近，且主洞身位于滩面交通桥下方，紧靠交通桥桥桩，为避免大开挖对相邻建筑物的影响，同时结合施工条件的限制，箱涵西侧(滩面交通桥范围以外)采用格栅式水泥土墙进行基坑支护，箱涵两侧交通桥4根桥桩四周采用高压旋喷桩防护，确保了工程的安全施工，并为今后类似工程的设计提供了参考经验[3]。