安迪尔渠首除险加固工程金属结构设计研究

胡恒鹏

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

1.1 地理位置

安迪尔牧场渠首工程位于新疆和田地区民丰县安迪尔牧场境内，安迪尔乡位于民丰县东北部约170 km，315 国道南38 km 处，地处塔克拉玛干沙漠腹地。该工程距安迪尔牧场场部16 km，其间为通营公路（沥青路面），交通便利。

1.2 工程布置

安迪尔牧场渠首工程位于安迪尔河下游（上游为博斯坦拖乎拉克河），位于安迪尔牧场以南约16 km 处，是一座以农牧业灌溉、天然胡杨林保护为主的拦河式引水枢纽工程。该工程设计引水流量1.55m3/s，加大引水流量5 m3/s，控制灌溉面积2.47 万亩，工程等别为Ⅳ等，规模为小（1）型。

工程主要建筑物由进水闸、泄洪冲沙闸、泄洪闸及上游导流堤组成，为4 级建筑物；次要建筑物由管理道路和管理房等组成，为5 级建筑物；临时建筑物由围堰和导流渠等组成，为5 级建筑物。

1.3 工程现状

该工程原渠首于1995 年建设，2000 年洪水冲毁，仅保留了水闸的部分混凝土结构，2005 年工程再次遭遇水毁，将渠首彻底冲毁。原引水枢纽为左岸引水，正面泄洪排沙。现状引水口为临时引水口，由土堤将主河道泄洪通道封堵，并由右侧临时引水口引水，在引水口下游2 km 处设有临时木质木闸，将多余水量分水至胡杨林片区。近几年随着灌区续建配套与节水改造工程的实施，安迪尔渠首至安迪尔乡间的引水干渠已进行了全断面的防渗处理，上游段新建引水渠在现状土渠附近平行土渠布置，并在引水口下游300 m 处布置了节制分水闸，向土渠分水，向周边胡杨林供水。

2 主要建筑物设计

该渠首工程由泄洪闸、泄洪冲沙闸、进水闸等组成。枢纽拦河闸呈“一”字形布置，进水闸与泄洪闸夹角为31.33°。布置进水闸1 孔，泄洪冲沙闸1 孔，泄洪闸2 孔。

洪水期进水闸不过水，设计和校核流量从泄洪闸、泄洪冲沙闸下泄，设计洪水流量90.1 m3/s，设计洪水位1 234.07 m；校核洪水139 m3/s，校核洪水位1 234.79 m。泄洪冲沙闸底板低于泄洪闸0.5 m，以利于冲沙。

2.1 泄洪冲沙闸

泄洪冲沙闸作用为常用冲沙，布置在进水闸左侧，与进水闸成31.33°夹角。设计洪水位1 234.07 m，泄量为27.0 m3/s；校核洪水位1 234.79 m，泄量为39.5 m3/s；闸顶高程为1 236.0 m。

闸前铺盖采用厚0.5 mC25 混凝土结构，长30 m，厚0.5 m。铺盖前端为C25 混凝土重力式防冲墙，埋深5 m。在泄洪冲沙闸左侧边墩前设置1.5 m高C30 钢筋混凝土导沙墙。

闸室为C30 钢筋混凝土结构，1 孔，净宽4.0 m，闸室总宽度6.0 m，闸底板高程1 231.50 m，闸顶高程1 236.0 m，边墩厚1.0 m，底板厚1.0 m。闸门形式为：工作闸门为弧形钢闸门，检修闸门为平面钢闸门。闸顶平台设置有检修桥、启闭台、闸房和人行桥等，闸室长为15.0 m。

闸后设挖深式消力池，池深0.8 m，池底高程1 230.20 m，池长20.0 m，其中斜坡段坡比1∶5.54，水平投影长7.2 m，平段长10.8 m，池宽19.3 m，池坎顶高程1 231.0 m。斜坡段泄洪冲沙闸左边墩与泄洪闸右边墩处设C30 钢筋混凝土导水墙，使泄洪冲沙闸与泄洪闸间底板隔开。

2.2 泄洪闸

泄洪闸布置在泄洪冲沙闸左侧，成“一”字型排开，与进水闸成31.33°夹角，设计洪水位1 234.07 m，泄量为63.1m3/s；校核洪水位1 234.79 m，泄量为99.5 m3/s；闸顶高程为1 236.0 m。

闸前铺盖采用厚0.5 mC25 混凝土结构，长30 m，厚0.5 m。铺盖前端为C25 混凝土重力式防冲墙，埋深5 m。泄洪闸左侧边墩与30 m 长C25 混凝土扭面与上游导流堤衔接。

闸室为C30 钢筋混凝土结构，共2 孔，单孔净宽6.0 m，闸室总宽度15.3 m，闸底板高程1 232.0 m，闸顶高程1 236.0 m，边墩厚1.0 m，中墩厚1.3 m，底板厚1.0 m。闸门形式为：工作闸门为弧形钢闸门，检修闸门为平面钢闸门。闸顶平台设置有检修桥、启闭台、闸房和人行桥等，闸室长为15.0 m。

闸后设挖深式消力池，池深0.8 m，池底高程1 230.20 m，池长20.0 m，其中斜坡段坡比1∶4，水平投影长7.2 m，平段长10.8 m。闸后从消力池平段至海漫末端描述同泄洪冲沙闸。

泄洪闸闸室段基础采用C30 钢筋混凝土灌注桩，垂直水流方向布置四排，每排4 根，桩深8.0 m，桩径0.8 m。泄洪闸铺盖段、消力池段、海漫段基础底部换填砂砾石料厚0.3 m。

2.3 进水闸

进水闸布置形式为侧面引水，其轴线与泄洪冲沙闸夹角为31.33°。设计引水流量为1.55 m3/s，设计水位1 233.10 m，加大引水流量为5 m3/s，加大水位1 233.57 m。闸前最高水位（校核洪水位）1 234.79 m。

闸前设1 道挡沙坎，为悬臂式C30 钢筋混凝土结构，坎高1.5 m，坎顶高程1 232.70 m。闸前右边墙为C25 重力式扭面与上游导流堤衔接。挡沙坎至闸前铺设C25 混凝土铺盖，厚0.4 m。

进水闸闸室为C30 钢筋混凝土结构，1 孔，净宽4.0 m，闸室总宽度6.0 m，闸室长10.0 m，闸底板高程为1 232.70 m，闸顶高程为1 236.0 m，闸墩厚1.0 m，底板厚1.0 m。闸门形式为：工作闸门为平面钢闸门，上游设1 道平面检修钢闸门。闸顶平台设检修桥、启闭平台、闸房等。

进水闸后设挖深式消力池，池深0.5 m，池底高程1 231.90 m，池长10.0 m，其中斜坡段坡比1∶5，水平投影长4.0 m，平段长6.0 m，池宽4.0 m，池坎顶高程1 232.40 m。消力池底板为C30 钢筋混凝土结构，厚0.6 m，末端设排水孔，底部设反滤层。

3 金属结构设计

根据工程布置，安迪尔渠首除险加固工程金属结构主要设置在渠首泄洪冲沙闸、泄洪闸、左侧进水闸处，共有孔口8 个。设预埋件8 套，弧形工作闸门3 扇，平板钢闸门5 扇，卷扬式启闭机7 台，固定式电动葫芦1 台。闸门门叶总重约24.2 t，埋件总重约23 t，启闭设备总重约37 t，工程金属结构总耗钢量约为84.2 t，闸门门叶及埋件表面喷锌面积约为800 m2。

3.1 特征水位

该工程泄洪冲沙闸、泄洪闸、进水闸处的校核洪水位为1 234.79 m，设计洪水位为1 234.07 m，加大水位1 233.57 m，设计水位1 233.10 m。

3.2 泄洪冲沙闸金属结构

工程泄洪冲沙闸布置在原河道渠首上，用于泄洪冲沙和左侧进水闸前水位的调节。闸底板高程为1 231.50 m，闸顶高程为1 236.0 m，共1 孔，设1 道检修闸门和1 道弧形工作闸门。

检修闸门孔口尺寸4 m×1.9 m（宽×高），设计水头1.6 m，设1 扇平板检修钢闸门。闸门采用双主梁结构，滑块支承，上游面板，上游封水。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门依靠自重静水下门，小开度提门充水平压后静水启门[1]。采用1 台容量和扬程为QP2×50 kN-6 m 固定卷扬式启闭机操作（手电两用）[2]。闸门平时锁定于孔口上。

闸门按平面体系容许应力法计算，启门力按小开度平压启门计算[3]，主要受力构件的应力分析成果见表1。

表1 泄洪冲沙闸检修闸门主要结构件及零部件计算成果表

工作闸门孔口尺寸为4 m×2.6 m，设计水头2.07 m，设1 扇双主横梁斜支臂自润滑球面轴承支承的弧形钢闸门。闸门曲率半径4.2 m，支铰中心距底板高度为3 m。

闸门采用1 台容量和扬程为2×50 kN-6 m 固定卷扬式弧门启闭机操作。

为保证工作闸门冬季正常操作运行，门槽埋件铺设发热电缆，以防埋件与闸门冻结，门叶梁格内也铺设发热电缆，防止闸门承受冰静压力。

闸门按平面体系容许应力法计算，启门力按动水启门计算，主要受力构件的应力分析成果见表2。

表2 泄洪冲沙闸工作闸门主要结构件及零部件计算成果表

3.3 泄洪闸金属结构

泄洪闸在泄洪冲沙闸左侧，共2 孔，设有1 道弧形工作闸门和1 道检修闸门。闸底板高程为1 232.0 m，闸顶高程为1 236.0 m。

检修闸门孔口尺寸为6 m×1.5 m，设计水头1.1 m，设有2 扇平板钢闸门。闸门采用双主梁结构，滑块支承，采用上游面板，上游封水。闸门门叶结构材料采用Q235C,埋件结构材料采用Q235B。闸门依靠自重静水下门，小开度提门充水平压后静水启门。闸门分别采用容量和扬程为QP2×50 kN-6 m固定卷扬式启闭机操作[4]。闸门平时锁定于孔口上。

闸门主要受力构件的应力分析成果见表3。

表3 泄洪闸检修闸门主要结构件及零部件计算成果表

工作闸门共1 孔，孔口尺寸为6 m×2.1 m，设计水头1.57 m，设2 扇双主横梁斜支臂自润滑球面轴承支承的弧形钢闸门。闸门曲率半径3.9 m，支铰中心距底板高度为2.6 m。侧水封采用L 型橡皮，并设导向侧轮。闸门门叶结构材料采用Q235C，支铰材料为ZG310-570，埋件主材为Q235B。闸门在动水条件下可调整开度运行，闸门分别采用容量和扬程为2×50 kN-6 m 固定卷扬式弧门启闭机操作。为防止闸门承受冰静压力，梁格内也铺设发热电缆。

表4 泄洪闸工作闸门主要结构件及零部件计算成果表

3.4 进水闸金属结构

进水闸在泄洪冲沙闸右侧，共1 孔，设有1 道检修闸门、1 道工作闸门。闸底板高程为1 232.70 m，闸顶高程为1 236.0 m。

检修闸门口尺寸4 m×0.7 m（宽×高），设计水头0.4 m，设1 扇平板检修钢闸门。闸门采用双主梁结构，滑块支承，采用上游面板，上游封水。闸门门叶结构材料采用Q235B，埋件结构材料采用Q235B。闸门依靠自重静水下门，小开度提门充水平压后静水启门。闸门采用1 台容量和扬程为2×30 kN-6 m固定式电动葫芦操作。闸门平时锁定于孔口上。

闸门主要受力构件的应力分析成果见表5。

表5 进水闸检修闸门主要结构件及零部件计算成果表

工作闸门孔口尺寸为4 m×2.4 m，设计水头2.09 m，设1 扇平板定轮钢闸门。闸门采用上游面板，上游封水形式，悬臂轮支承，滚轮直径350 mm，主材采用ZG230-450。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门动水启闭，可控制开度运行，采用容量为QP2×50 kN-6 m 固定卷扬式启闭机操作（手电两用）。

闸门按平面体系容许应力法计算，启门力按小开度平压启门计算，主要受力构件的应力分析成果见表6。

表6 进水闸工作闸门主要结构件及零部件计算成果

4 闸门防腐蚀措施

为减轻闸门的腐蚀，延长其使用寿命，减少运行中的维修工作量，闸门与埋件表面均采取长效防腐蚀方案，即闸门门叶及埋件表面均采用热喷锌金属防腐加涂料封闭的综合防腐措施，涂料封闭底漆为环氧封闭漆，封闭中间漆采用环氧云铁，封闭面漆为改性环氧漆[5]。埋件与混凝土接触面采用滚刷或喷涂掺胶水泥沙浆。

5 结论

安迪尔渠首除险加固工程位于安迪尔河下游，工程金属结构主要设置在渠首泄洪冲沙闸、泄洪闸、左侧进水闸处。泄洪冲沙闸共1 孔，设1 道检修闸门和1 道弧形工作闸门；泄洪闸在泄洪冲沙闸左侧，共2 孔，设有1 道弧形工作闸门和1 道检修闸门；进水闸在泄洪冲沙闸右侧，共1孔，设有1道检修闸门、1 道工作闸门。本文对泄洪冲沙闸、泄洪闸、进水闸的检修和工作闸门主要结构件及零部件应力进行了分析计算，同时总结了闸门防腐蚀措施，为该工程建设运行提供了理论参考依据。