薛桂榮

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 工程情況概述

山西省汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）處于汾河中游太原市區(qū)北起二期工程治理段末端（祥云橋南500 m處），南至晉祠迎賓路南2 km處，全長約12 km。該工程主要任務是防洪、蓄水、游船通行，以及為兩岸景觀建設搭建平臺和滿足2019年第二屆全國青運會水上運動比賽場地要求。因此河道將拓寬移堤重建、加固堤防、主槽護岸，消除汾河兩岸的安全隱患，滿足我市100年一遇的防洪要求。新建壅水閘壩及通航建筑物兩座來實現(xiàn)蓄水、通行，并且新增游船碼頭、親水平臺、休閑花園、生態(tài)濕地等特色景觀。從而美化生態(tài)環(huán)境，改善居民生活質(zhì)量，提高旅游效益。

山西省汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）新建壅水閘壩即1#、2#壅水閘壩，分別布置于樁號7+400（10號線橋下游300 m處）和樁號11+800（治理段末端）的主槽內(nèi)，1#、2#壅水閘壩均由14跨壅水鋼閘門組成，形成2座蓄水池。兩座通航建筑物均采用船閘即1#、2#船閘，均布置在主槽內(nèi)壅水閘的中間。1#、2#船閘按單線、單級船閘設計，并排一次過船兩艘。船閘通航規(guī)模約為1 400人次／天。

本文下面將重點介紹新建1#、2#壅水閘壩及1#、2#船閘金屬結構的總體布置，壅水閘、船閘和輸水系統(tǒng)各閘門的作用、結構特點和相應的啟閉設備。

2 金屬結構總體布置

汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）金屬結構的總體布置是：

1#、2#壅水閘均布置14孔。1#壅水閘東跨9孔，單孔寬20 m，設計水頭6.7 m；西跨5孔，單孔寬20 m，設計水頭4.3 m。2#壅水閘東跨8孔，單孔寬20 m，設計水頭5.6 m，西跨6孔，單孔寬20 m，設計水頭3.1 m。1#、2#壅水閘每孔均布置兩道閘門即檢修閘門和工作閘門，以及各閘門啟閉設備。

1#、2#船閘主體建筑物均由上閘首、閘室和下閘首三部分組成。1#船閘凈寬9.0 m，上游設計水深6.7 m；下游設計水深3.0 m；2#船閘凈寬9.0 m，上游設計水深5.6 m；下游設計水深3.0 m。船閘門型種類多、結構復雜，啟閉頻繁。因此根據(jù)運行功能和運行方式選擇船閘閘門型式主要有浮箱一字閘門、翻倒閘門、人字閘門等，以及各閘門啟閉設備。

1#、2#船閘輸水系統(tǒng)均采用閘室底部長廊道分散輸水系統(tǒng)布置型式，由充水系統(tǒng)和泄水系統(tǒng)組成。此種輸水系統(tǒng)充、泄水時間短，水流消能條件較好，水流平穩(wěn)，可較好地達到船舶的停泊條件。輸水主廊道均布置在船閘左邊墩內(nèi)，充水廊道均設有攔污柵、檢修閘門和工作閘門，泄水廊道設有工作閘門，以及各閘門啟閉設備。

以1#壅水閘和船閘為例，壅水閘各閘門平面布置如圖1，船閘各閘門平面布置見圖2。

圖1 1＃壅水閘和船閘布置圖

圖2 船閘平面布置圖

3 壅水閘

3.1 壅水閘工作閘門及啟閉設備

壅水閘工作閘門主要是壅高水位，在閘前形成蓄水池，以滿足正常通航水位的要求。當蓄水池水位超過最高通航水位或低于最低通航水位時，船閘停航。壅水閘工作閘門門型選用上翻式弧形鋼閘門，閘門運行時上翻且可翻至水位以上，門體檢修維護方便。該閘門由門體結構、封水結構、支臂結構、支鉸裝配和側(cè)輪等構件組成。由于孔口寬20 m，閘門跨度較大，閘門支鉸是一個空間受力結構，主要作用是承受全部水壓力和啟閉過程中的部分啟閉力和門重，它又是啟閉時閘門轉(zhuǎn)動的支承中心。因此該閘門支鉸軸承型式?jīng)]有采用最常用的圓柱鉸，而是選用了球形鉸。球形鉸雖然結構較復雜，制造難度大，但是受力明確、承載力大，使絞鏈不僅能繞水平軸轉(zhuǎn)動，而且還能繞球面形襯墊在門體平面內(nèi)作微小轉(zhuǎn)動。

上翻式弧形鋼閘門操作方式是動水啟閉，啟閉設備選用雙缸翻轉(zhuǎn)式臥倒液壓啟閉機啟閉，該液壓啟閉機布置在水面以上，利于檢修和維護。

3.2 壅水閘檢修閘門、自動抓梁及啟閉設備

壅水閘檢修閘門孔口尺寸較大，采用了浮箱式疊梁門（東西孔通用），因為箱形結構在同樣梁高時有較大的剛度和較好的力學性能，而且浮箱式疊梁門造價低，運行可靠，維護方便。該閘門由門體結構、封水結構、吊耳等構件組成。

壅水閘機械式全自動抓梁相比以往的設計有很大的創(chuàng)新，它由梁體、吊耳及轉(zhuǎn)動滑塊等構件組成。其中行走支承轉(zhuǎn)動滑塊運行沒有設在門槽內(nèi)，而是把抓梁軌道布置在檢修閘門上方工作橋梁內(nèi)邊線上，這樣設計使得抓梁梁體尺寸變小，同時門槽高度降低，既經(jīng)濟又美觀。

浮箱式檢修閘門操作方式是靜水啟閉，啟閉設備選用設在工作橋上的門機門機配合機械式全自動抓梁起吊。浮箱式疊梁門平時置于岸邊門庫內(nèi)，檢修時采用啟閉設備吊運至檢修門槽內(nèi)?？紤]橋上景觀效果，門機平時停放在二級平臺上的專用門庫內(nèi)。

4 船閘

4.1 上閘首工作閘門及啟閉設備

上閘首工作閘門主要用來過船和擋水。該閘門門型設計為翻倒式平板鋼閘門，通過升起和臥倒來實現(xiàn)關閉與開啟，關閉狀態(tài)時閘門直立擋水，開啟狀態(tài)時閘門臥倒。該閘門門型使通航凈空不受限制，而且降低了啟閉設備的安裝高度，從而提高了水工建筑物的抗震能力，降低工程造價。翻倒式平板鋼閘門由門體結構、封水結構、固定鉸、吊耳等構件組成。該閘門封水型式為下游封水，封水橡皮固定在閘門門體上，底、側(cè)封水均采用P型橡皮。

翻倒式平板鋼閘門操作方式是靜水啟閉，啟閉設備選用雙缸懸掛式液壓啟閉機啟閉。該液壓啟閉機布置在閘門兩側(cè)門槽上，結構緊湊，有利于優(yōu)化水工建筑物的總體布置。

4.2 下閘首工作閘門及啟閉設備

下閘首工作閘門通過關閉或開啟使游船通過船閘，主要是擋船閘內(nèi)的升降水位來保證通航的順利進行。下閘首工作閘門門型設計為主橫梁人字閘門，可以封閉大面積孔口，具有受力明確、結構剛度大，制造安裝方便的優(yōu)點。主橫梁人字閘門分為兩扇，兩扇門葉構成三鉸拱以承受水壓力，對結構有利，而且所需啟閉力較小，比較經(jīng)濟。主橫梁人字閘門由門體結構、封水裝配、底樞、頂樞、導卡、支枕、背拉桿、鎖定、吊耳等構件組成。人字閘門鎖定裝置是用于汛期船閘門頂溢洪時將閘門安全鎖定，防止門體振動造成破壞。該閘門封水型式為下游封水，底、側(cè)封水均采用P型橡皮，中間封水采用轉(zhuǎn)角止水橡皮。

主橫梁人字閘門操作方式為靜水啟閉，啟閉設備采用雙缸臥式人字門液壓啟閉機啟閉。該液壓啟閉機布置在水面以上，工作安全、便于檢修、管理方便。

4.3 檢修閘門及啟閉設備

船閘閘室段上閘首、下閘首各布置一道平板檢修閘門，其中一道檢修閘門設在上閘首工作閘門的上游，另一道檢修閘門設在下閘首工作閘門的下游。檢修閘門門型為浮箱式一字閘門，閘門由門體結構、封水結構、門軸、防撞裝置等構件組成。該閘門封水型式為下游封水，封水橡皮固定在閘門門體上，側(cè)封水采用P型橡皮，底封水采用條型橡皮。

檢修閘門操作方式為靜水啟閉，人力牽引。檢修閘門在靜水中下門，當閘室檢修完畢后，先解除閉門鎖定，后開啟輸水廊道充（泄）水閘門進行充水，等水位平壓后再開啟閘門。

5 船閘系船柱

船閘系船柱布置在船閘兩側(cè)邊墻凹槽內(nèi)，每邊墻設置兩個，共4個。系船柱的主要作用是；游船進入船閘內(nèi)將系船繩索與系船柱聯(lián)接，隨著船閘水位升降而一同上下運行，起到避免水浪沖擊，保護船只穩(wěn)定作用。船閘系船柱設計為圓筒式浮箱結構。系船柱由浮筒結構，滾輪，滾輪支架和軌道槽等構件組成。

6 輸水廊道

6.1 輸水廊道充（泄）水閘門及啟閉設備

輸水廊道中布置的充（泄）水閘門主要作用就是船閘需要升高水位時充水，需要降低水位時泄水。充（泄）水閘門型式均為潛孔式平板鋼閘門。閘門由門體結構、封水結構，滑塊裝置、限位裝置、頂蓋結構等構件組成。閘門封水型式采用下游封水，因為閘門運行頻繁，如采用常規(guī)橡皮封水遠不能滿足要求，所以在門槽上用不銹鋼板，門體上用MC尼龍板條，閘門面板四邊各設一道尼龍封水條，使充（泄）水閘門既能承受水壓力又能達到封水作用。

充（泄）水閘門操作方式為動啟靜閉，啟閉設備采用單缸活塞式平面閘門液壓啟閉機啟閉。

6.2 輸水廊道進口攔污柵、檢修閘門及啟閉設備

船閘輸水系統(tǒng)進口前緣設有攔污柵，一方面防止河道漂浮物堵塞充水廊道而影響船閘的正常運行，另外還可起到防止游人落水安全的作用。該攔污柵為簡易直立式攔污柵，人工清污。

廊道段進口設有檢修閘門，用于檢修廊道時使用。該閘門型式為潛孔式平板鋼閘門，閘門由門體結構、封水結構，滑塊裝置等構件組成。該閘門封水型式為下游封水，封水橡皮固定在閘門門體上，側(cè)封水采用P型橡皮，底封水采用條型橡皮。

檢修閘門運行條件為靜水啟閉。該閘門在非工作時停放在門庫里，門槽上部開孔通常由蓋板封閉，閘門工作時頂封蓋打開，支三腳架掛手動葫蘆將門放入門槽內(nèi)，這時門上系鋼絲繩子連在工作平臺上，以便下次操作閘門。

7 啟閉設備液壓系統(tǒng)布置

壅水閘、船閘和輸水廊道的工作閘門啟閉設備均是液壓啟閉機。壅水閘控制閥組設在閘門油缸附近，船閘各閘門控制閥組設在油箱上，液壓油路從液壓站引出經(jīng)壩面工作橋到控制閥組與油缸連接。相比其它啟閉機，液壓啟閉機科技含量較高，不僅保證同時啟閉多扇閘門時能保持同步，而且占據(jù)空間很小、美觀。液壓系統(tǒng)與集控室自化系統(tǒng)連接，使得設備操作手段由復雜變?yōu)楹唵?，觀察精度提高，運行更準確。

壅水閘和船閘共用一套液壓系統(tǒng)，位置設在船閘左邊墻內(nèi)。液壓站兩套，其中一套：油箱一個（10 m3），油泵電機組（3臺），每臺電機功率75 kW；另一套：油箱一個（10 m3），油泵電機組（3臺），每臺電機功率75 kW；油泵電機組（2臺），每臺電機功率15 kW；兩套液壓站運行時可以互為備用。

8 結束語

汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）是金屬結構設計技術難度較大的一項工程。1）壅水閘弧形閘門尺寸在我省水利工程中達到最大；2）大型浮箱疊梁門在我省第一次使用；3）船閘在我省也是第一次設計與使用。而且該工程對各閘門設備運行方面也有很高的要求，既要滿足交通、線路要求，又要滿足景觀要求。所以這對設計人員來說無疑是一個很大的考驗，為了解決這些難題，完成這些任務，設計人員不厭其煩地搜集有關資料，一次又一次的修改方案，為了達到最優(yōu)設計而辛勤的付出。

汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）的設計結合了城市景觀、橋梁、旅游通航為一體。該工程一旦全面竣工，壅水閘、船閘及啟閉設備布置所形成的規(guī)模在我省水利工程中也是最大。它的建成將給城市生態(tài)建設、社會效益、經(jīng)濟繁榮起到巨大作用。第二屆青年運動會將于2019年在我省舉行，太原將作為主辦城市，在青年運動會到來之際，汾河景區(qū)將全面通航，成為全國青運會水上項目主賽場。那時汾河太原段綜合治理三期工程將為我們呈上一幅美麗的畫面，將為我省的水利工程積累寶貴的設計經(jīng)驗和增添新的光彩。