滚轮连杆式液压水力自控翻板门在城区绿水工程中的应用.pdf

2 0 1 4年第 1 期 滚 轮 连 杆 式 液 压 水 力自 控 翻 板门 在 城 区 绿 水 工 程 中 的 应 用 郑 秀芳 福建省建江水利水电设计咨询有限公司，福建 福州 3 5 0 0 0 1 摘要 滚轮连杆式液压水力 自控 翻板 门具 有结构 简单、造价低 廉、便 于管理、运行 维护 费用 低、方便可靠、实用性强等优点。该文介绍滚轮连杆式液压水力自控翻板门的工作原理，并以 永泰县城区翻板坝工程为例 ，论述滚轮连杆式液压水力 自控翻板 门以自身优势在该绿水工程 中 应用 的可行 性和 合理 性 。 关键词 永泰县城区绿水工程 ；水工 闸门；滚轮连杆式液压水力 自控翻板 门 中图分类号 T V 6 4 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 2 3 0 1 1 2 0 1 4 0 1 0 0 7 1 0 3 1 工程概况 永泰县清凉溪 河道流域 面积 2 5 6 ． 8 k m ，河道 长约 3 6 k m，河床平均坡降 1 2 ． 4 ％ e ，2 0年一遇洪峰 流量 1 2 3 0 I l l ／ s 。清凉溪属 山区河流 ，平时基本无 水 ，汛期则水量暴涨 。由于河流城 区段两岸居 民 日 常随意倾倒垃圾 ，加之水体停滞 ，河道脏 、乱 、臭 现象严重 ，极其影 响环境及城市容貌 。永泰县城区 翻板坝工程 的兴建能抬高城 区段河流水 位 ，是该县 提升城市市容市貌 的一项重点工程 ，也是美化城区 河段景观，使之与城市定位相结合，提高城市品位， 满足市民休闲游憩的一项重要措施 。 在全面、细致调查清凉溪现状 的基础上 ，以安 全 、经济 、美观 为设计原则 ，综合 考虑经 济发展 、 城市建设 、生态环境 、防洪排涝等需要 ，经现场调 查勘测 、分析论证 ，确定设计方案选用滚轮连杆式 液压水力 自控 翻板坝。 2 滚轮连杆式液压水力自控翻板门工作原理 滚轮连杆式液压水力 自控翻板 门由预制钢筋混 凝土面板 、支腿 、支墩 、滚轮 、连杆 、止水件等构 件及液压控制系统组装 而成 。该闸门既可以完全 随 上游水位升降，通过支腿、支墩与滚轮的配合，使 支点随开度不断变化实现 闸门开启和关闭 ；还可 以 通过液压系统控制 闸门开启和关闭。采用连杆滚轮 结构等措施能有效实现水力 自控并减弱拍打与失稳 ， 收稿 日期 2 0 1 4 0 21 0 除了具备多支铰 闸门水位控 制准确 的优点以外 ，在 解决闸 门运 行稳 定性这 一难 题上也 取得 了较 大 的 进展 。 其工作原理如下 闸门启闭过程 中，门叶完全 由连杆和滚轮支承 。当连杆 和滚轮设 置得当时 ，门 叶的瞬时转动中心能随 门叶向开启方 向转动而向门 顶方向移动 ，随门叶向关闭方向转动而 向门底方 向 移动。因此，当上游水位升高、水压力增大，且重 力与水压力作用 线高 于瞬心时 ，将产 生转 动力矩 ， 使 门叶向开启方向转 动，瞬心 随之上移使承压转动 力矩减少。当门叶转动到某一特定位置 ，阻止 门叶 转动的摩阻力矩 与相应位置 的转动力矩相等 ，门叶 将稳定于此特定 位置或 开度 。同样 ，关 闭过 程 中， 由于水位下降 ，重力 与水压 合力作用线低 于瞬心， 形成使 门叶向关 闭方 向转动 的转动力矩 。当门叶转 动到某一特定 开度 ，转 动力矩 与阻止门叶转动 的摩 阻力矩相等 ，门叶将稳定于此特定开度。当想控制 上游在某一特定水位时 ，可启用液压 控制系统控制 闸门。 滚轮连杆式液压水力 自控翻板门主要运行指标 如下 1 自控启门水位 高于门顶 1 03 0 c m。 2 自 控回门水位 0 ． 7 0 ． 8 倍门高。 3 正常挡水 等于或略低于门顶高程。 3 永泰县城区绿水工程坝型选择 永泰县城区翻板坝工程设计过程 中 ，共进行 了 五种坝型方案的 比较 ，分别为滚轮连杆式液压水力 71 2 0 1 4年第 1期 自控 翻板 坝、闸坝 、橡 胶 坝、钢 坝 、水 力 自控 翻 板坝 。 方案一 滚轮连杆式液压水力 自控翻板坝。滚 轮连杆式液压水力 自控翻板 门作为河道上新型蓄泄 水建筑物 ，整体设计简单 ，根据洪水流量 自动调节 启闭开度 ，可保持一定 的工作水位 ，无需在河道上 建启闭机房，整体设计符合绿水美化环境之设计主 题 。运行时，闸门的开启或关 闭可 自动完成或靠液 压控制系统完成。方案施工简单 、工期短 ，除汛期 需专人管理外 ，无经常性维护 ，管理费用低 ，使用 寿命 2 5年以上。方案土建、金结和机电直接费用合 计 9 3 5万元。 方案二 闸坝。闸坝整体设计较复杂 ，包括启 闭机房、启闭设 备、动力设施及备用启动设备配置 等，与绿水美化环境之设计主题相矛盾 。此外 ，该 方案施工复杂、工期长 ，需进行经常性维护和闸门 防锈 ，且要专人管理 ，后期管理费用高 ，使用寿命 2 5年 以上。方 案土建 、金结 和机 电直接 费用合计 1 9 1 5 万元 。 方案三 橡胶坝。橡胶坝整体设计较简单 ，水 位超过坝顶一定水位时放空坝袋 ，洪水过后需用外 力加动力蓄满袋来正常工作 。无需在河道上建启 闭 机房 ，整体设计符合绿水美化环境之设计主题。但 运行时需配专人管理 ，动力设施及排灌管道需进行 经常性维护 ，管理费用较高 ，闸门安装较复杂 ，施 工工期较短，使用寿命 1 ～ 2 5年。方案土建、金结 和机 电直接费用合计 9 5 2万元 。 方案四钢坝。钢坝整体设计较简单，通过启 闭设备完成闸门的升卧，因此必须安装启 闭设备和 配置动力设施及备用启动设备，启闭设置置于闸墩 内，闸墩厚度大 ，河道中央必须设置若 干闸墩。此 方案施工较简单 ，但工期较长 ，需配专人管理 ，启 闭机及设备要进行经常性维 护，闸门要 防锈 ，管理 费用高，投资较大，闸门安装较复杂 ，施工工期较 短，使用寿命 2 5年以上 。方案土建 、金结和机电直 接费用合计 1 9 0 4万元 。 方案五水力 自控翻板坝。水力 自控翻板坝整 体设计简单，待水位达到特定值时 自动开启闸门， 可保持一定的工作水位，无需在河道上建启闭机房， 整体设计符合绿水美化 环境 之设 计主题。运行 时， 闸门的开启或关闭根据上游水位 的变化 自动完成。 该方案施工简单，工期短，无需专人管理，但需经 7 2 常性维护 ，管理费用相对较低 ，闸门安装快 ，施工 工期短 ，使用寿命 1 2 5年。方案土建 、金结 和机 电直接费用合计 8 6 8万元。 以上主要技术经济指标对比表明 1 从工程 的适应性及施工看 传统 的闸坝适 应不 了社会环境发展的需要 ，而其他几种坝体则能 很好地结合整体景观设计并达到绿水的 目的。闸坝 工序复杂 ，施工量大，且速度慢。其它几种坝体工 序简单 ，施工量小 ，施工速度快 。 2 从生态景观效果看 闸坝 、橡胶坝和钢坝 的整体设计较呆板 ；滚轮连杆式液压水力 自控 翻板 坝及水力 自控翻板坝则能成为河道上一道亮 丽风景 线 ，形成生态湖面，人 造景观水幕 ，起到美化城镇 景观 、为河道内动植物创造更好 的生活栖息环境 的 作用。 3 从后期维护费用看 闸坝、橡胶坝及钢坝 后期维护成本较高，需 配专人管理，动力设施及排 灌水管道需要经常性维护 。滚轮连杆式液压水力 自 控翻板坝虽需专人管理 ，但 日常无需经常性 维护 ， 费用低 。水力 自控翻板 坝虽不用专人管理 ，但需经 常检查巡视 ，以免漂流物 卡铰而致 门体不能 翻转 ， 且汛期不能预泄腾空库容 ，对 防洪不利 。 4 从工程造价看 传统的闸坝费用最高，钢 坝次之 ，橡胶坝与水力 自控 翻板坝的造价与滚轮连 杆式液压水力 自控翻板坝相 当或稍低 ，但其使用年 限有限，因此，滚轮连杆式液压水力 自控 翻板坝 的 实际造价最经济。 综上所述 ，滚轮连杆式液压水力 自控翻板坝具 有工期短 、质量有保证、景观性好 、防洪性优 、后 期维护费用低等优点 ，与本工程兼顾景观与防洪的 要求相一致 ，因此推荐采用滚轮连杆式液压水力 自 控翻板坝方案 。 4 应用成效 永泰县城区翻板坝工程已于 2 0 1 0年开工建设并 投人运行 见图 1和图 2 ，至今经历了数次台风期 洪涝水的考验 。实践表 明，滚轮连杆式液压水力 自 控翻板坝结构坚 固、运行稳定 ，同时坝体与城市整 体景观完好相融，既美化了环境，又使河道水生态 条件得到有效改善。项 目运行效果 良好 ，充分展示 了液压水力 自控翻板坝 的优越性 ，实现了美化城 区 河段景观及防洪排涝的设计意图。