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        西黑山進(jìn)口閘閘后封閉項(xiàng)目施工及效果分析

        2019-04-28 08:52:52董婧怡
        水電站機(jī)電技術(shù) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:黑山消力池工字鋼

        趙 松,董婧怡

        (南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局,天津300393)

        1 工程簡介

        南水北調(diào)中線西黑山進(jìn)口閘樞紐位于徐水縣西黑山村西,是天津干線的渠首工程,也是連接總干渠與天津干線的重要分水建筑物。進(jìn)口閘樞紐起止樁號(hào)為 XW0+000~XW0+836.155,全長 836.155 m,主要建筑物包括進(jìn)口引渠、西黑山進(jìn)口閘主體、矩形輸水明槽、無壓箱涵及排冰閘和蓄冰池。

        西黑山進(jìn)口閘及其下游矩形槽、無壓輸水箱涵設(shè)計(jì)流量均為50 m3/s,加大流量均為60 m3/s;進(jìn)口閘閘前設(shè)計(jì)水位為65.289 m,加大水位為65.808 m,閘室段長22.5 m,總寬11.9 m,開敞式,3孔,單孔凈寬為2.5 m。進(jìn)口閘底板頂高程為61.289 m,高出上游引渠底高程0.50 m。工作閘門采用弧形鋼閘門,配液壓啟閉機(jī)。

        2 進(jìn)口閘冰凍阻水情況簡述

        天津干線工程自2014年12月12日正式通水以來,工程運(yùn)行狀況基本良好。2016年1月下旬,受強(qiáng)冷空氣影響,華北地區(qū)氣溫驟降,1月22日~24日,遭遇30年未見的低溫天氣,西黑山節(jié)制閘處最低氣溫愈-20℃;1月23日,進(jìn)口閘閘后因結(jié)冰出現(xiàn)阻水現(xiàn)象,影響到了工程的正常輸水。針對閘后出現(xiàn)的冰凍阻水問題,通過采取現(xiàn)場應(yīng)急措施,得以恢復(fù)正常運(yùn)行。

        3 閘后冰凍阻水原因分析及解決方案

        經(jīng)過研究,西黑山進(jìn)口閘閘后及消力池為敞開式設(shè)計(jì),該位置極易形成強(qiáng)對流空氣,導(dǎo)致閘后結(jié)冰。解決方案:在進(jìn)口閘閘后消力池及漸變段頂部增加蓋板防護(hù),阻擋氣流流通,達(dá)到保溫效果,保證冰期輸水安全。

        4 主要施工情況

        4.1 材料選擇

        經(jīng)過對鋼化玻璃、混凝土板等不同材質(zhì)的比較,結(jié)合現(xiàn)場工程的實(shí)際情況,決定采用耐力板材料。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,具有重量輕、透光性好、隔音性好、強(qiáng)度高、耐撞擊性強(qiáng)、易于加工、可塑性強(qiáng)等特點(diǎn),可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要做成圓拱形、半圓形或彎曲面等多種式樣。

        西黑山進(jìn)口閘閘后封閉設(shè)計(jì)耐力板厚0.6 cm,色彩為純白色,拱形,骨架材料為鍍鋅鋼桁架(見下頁圖 1)。

        4.2 蓋板設(shè)置

        蓋板橫斷面為拱形門式布置,蓋板長51.5 m,寬6.4~9.9 m,頂高程 66.752~70.489 m,覆蓋整個(gè)消力池段和消力池出口漸變段;蓋板分為4段,每段長度9~15 m,兩段之間形成高程差,使得蓋板整體在長度方向形成波浪視覺效果。蓋板骨架材料為鍍鋅鋼桁架,骨架頂部和兩側(cè)均鋪裝6 mm厚耐力板;為通風(fēng)和避免室內(nèi)氣壓變化對蓋板可能帶來的不利影響,在蓋板兩側(cè)設(shè)窗口,以便于通風(fēng)。

        圖1 耐力板安裝示意圖

        在消力池段設(shè)簡易鋼結(jié)構(gòu)檢修橋,便于工程維護(hù)。其典型橫斷面如圖2所示。

        圖2 保溫防護(hù)典型橫斷面(高程單位:m;尺寸單位:cm)

        4.3 耐力板施工前準(zhǔn)備

        (1)清潔金屬框架,金屬骨架等接觸面上絕對不得殘留油漬或酸洗液等化學(xué)物質(zhì)。

        (2)預(yù)測溫度變化會(huì)引起材料膨脹,需事先預(yù)留膨脹空間。

        (3)由于橡膠墊圈所含化學(xué)物質(zhì)會(huì)破壞PC耐力板,嚴(yán)禁使用含增塑劑墊圈。

        (4)選用中性的系列密封膠以及雙面防水膠帶和橡膠壓條,密封安裝。

        (5)裁切時(shí)須用電動(dòng)工具,鋸片優(yōu)先選用碳化鎢材質(zhì),裁切前將板材固定避免振動(dòng)。

        (6)耐力板極易刮傷,裁切時(shí)切勿將保護(hù)膜撕開,避免使用尖銳工具接觸。

        (7)由于水泥中的堿性物質(zhì)會(huì)破壞板材質(zhì),避免新建筑物與耐力板直接接觸。

        4.4 耐力板安裝注意事項(xiàng)

        (1)耐力板嵌入前應(yīng)先將嵌入部分的保護(hù)膜除去5~10 mm,耐力板上保護(hù)膜會(huì)影響密封件的粘合。

        (2)耐力板嵌入時(shí),需要適當(dāng)?shù)那度肓考芭蛎浛臻g,膨脹系數(shù)空間如果不夠,PC板會(huì)因膨脹而產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致?lián)p壞。

        (3)螺絲間距作適當(dāng)?shù)呐渲?,間距太小及太大均不好,間距太小會(huì)因太緊而引發(fā)應(yīng)力,造成破壞,間距太大,又可能使PC板固定不穩(wěn)。

        (4)為減小螺絲對板材的直接壓力,可用墊圈充墊其間,墊圈材質(zhì)為三元乙丙橡膠或硅橡膠及氯丁橡膠。

        (5)裝入PC板后,用防水膠帶或填縫料進(jìn)行防水處理,覆蓋金屬壓條后用螺絲固定。

        4.5 檢修橋施工

        在距離消力池起始斷面4.15 m處設(shè)檢修橋,在閘后發(fā)生冰凍情況時(shí)可兼做工作平臺(tái)。橋面板頂高程為67.289 m,橋?qū)?.5 m,橋長9.9 m。檢修橋采用3片工字鋼作為主梁,工字鋼間距1.25 m,工字鋼之間采用80 mm×60 mm×3 mm方鋼橫向連接為一個(gè)整體,保證3片工字鋼整體受力;工字鋼上鋪設(shè)5 mm厚花紋鋼板,并在其上鋪裝塑膠防滑層;檢修橋兩側(cè)設(shè)高1.20 m的不銹鋼欄桿。

        4.6 進(jìn)出口平臺(tái)施工

        在檢修橋進(jìn)出口設(shè)置平臺(tái),作為蓋板進(jìn)出口與閘室左右兩側(cè)路面的連接段。平臺(tái)頂高程為67.289 m,平臺(tái)長9 m,寬6 m。左側(cè)平臺(tái)采用厚400 mm C30 F150鋼筋混凝土底板,底板頂高程67.189 m,下層鋪設(shè)100 mm厚C15素混凝土墊層;右側(cè)采用C30 F150現(xiàn)澆混凝土箱式結(jié)構(gòu),箱式結(jié)構(gòu)底板底高程64.389 m,厚600 mm,下設(shè)100 mm厚C15素混凝土墊層。頂板高程67.189 m,厚400 mm,頂板梁截面尺寸500 mm×800 mm,邊墻厚500 mm,頂板梁相交處設(shè)一中柱,截面尺寸500×500 mm。

        考慮整體景觀效果,平臺(tái)采用100 mm厚防腐木鋪裝,并設(shè)高1.2 m木質(zhì)欄桿。平臺(tái)外側(cè)填土與現(xiàn)狀道路平順銜接并綠化。

        5 閘后封閉效果

        截止目前,封閉后的西黑山進(jìn)口閘經(jīng)歷了2個(gè)冬期輸水考驗(yàn)。2016年末至2017年初,西黑山進(jìn)口閘最低溫度為-13℃,且持續(xù)時(shí)間短。西黑山沿線僅渠道左右岸出現(xiàn)寬度為5 cm的岸冰,進(jìn)口閘閘前后無結(jié)冰情況。2017年末~2018年初,西黑山進(jìn)口閘最低溫度出現(xiàn)在1月24日,當(dāng)日最高溫度為-4℃,最低溫度為-15℃。

        根據(jù)西黑山管理處輸水調(diào)度運(yùn)行通報(bào)的記錄,以西黑山節(jié)制閘作為參照,2018年1月23日~25日,西黑山節(jié)制閘閘前后有岸冰,水體表面溫度為-2.7℃;封閉后的進(jìn)口閘,保溫棚內(nèi)最低溫度為0℃。節(jié)制閘閘后結(jié)冰長約300~400 m,寬為10~35 cm;進(jìn)口閘閘門后有少量結(jié)冰,長度為4 m左右,寬度為3~5cm。進(jìn)口閘閘后封閉的保溫效果明顯。

        6 其他防冰措施

        為了保障冰期內(nèi)正常輸水,西黑山管理處在運(yùn)行過程中還采取了其他冰害防治措施。

        (1)設(shè)置排冰閘和蓄冰容積,當(dāng)上游所來流冰量大、渠道過水能力不足時(shí),及時(shí)采用排冰減險(xiǎn)和冰凌存儲(chǔ)措施,避免冰花在渠道內(nèi)大量堆積、堵塞或排向下游。

        (2)設(shè)置攔冰設(shè)施,防止結(jié)冰封凍,在進(jìn)口閘和節(jié)制閘上游附近設(shè)置攔冰設(shè)施,及時(shí)攔冰;保證渠系建筑物的閘門、啟閉機(jī)等正常運(yùn)行。

        (3)進(jìn)口閘門槽設(shè)置熱管防冰凍設(shè)施,通過閘門槽加熱,防止閘門與軌道凍結(jié)造成閘門止水撕裂損壞。

        (4)加強(qiáng)冰期輸水期間人工巡查力度,重點(diǎn)針對冰蓋形成期、消融期、極端天氣等情況加密巡查頻次,發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)報(bào)告。

        7 結(jié)語

        天津分局西黑山管理處轄區(qū)地處京津冀輸水咽喉,地理位置十分重要,肩負(fù)著同時(shí)向北京和天津輸水的任務(wù)。為應(yīng)對出現(xiàn)的極端天氣給冰期輸水帶來嚴(yán)重影響,西黑山管理處根據(jù)轄區(qū)工程特點(diǎn)并結(jié)合歷年冰期輸水實(shí)際情況,采取以上措施,確保輸水運(yùn)行安全。

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