气动盾形闸门系统在江西南昌前湖水综合整治工程中的应用
胡荣金，刘振
( 江西省水利规划设计院，江西南昌330029)
摘要: 气动盾形闸门系统是综合了传统钢闸门及橡胶坝优点研制的一种新型闸门，其结构新颖，能够与周围环境相协调，充分满足现代化水利工程生态化、景观化的要求。结合南昌市前湖水河道整治工程，介绍了气动盾形闸门系统在拦河景观坝工程中的应用，在设计过程中吸收相关工程经验对闸门系统进行了优化，同时根据其特点对消能进行适当的优化。目前该闸门系统运行良好，符合红角洲片区“东方水城”的规划要求。
近年来，随着水生态文明城市建设的迅速发展，工程的总体布置和设备的选型不但要具有常规水利工程所要求的功能，而且更要具备与生态环境相适应的多种功能。气动盾形闸门系统是综合了传统钢闸门及橡胶坝优点研制的一种新型闸门，其结构新颖，能够与周围环境相协调，充分满足现代化水利工程生态化、景观化的要求。在北京清河水环境治理工程［1］以及贵阳南明河综合治理工程［2］中采用了气动盾形闸门系统，并取得了良好的水生态景观效果。
南昌市前湖水综合整治工程地处南昌市红角洲片区，毗邻前湖风景区和卧龙山风景区。由于项目位于红角洲新区，前湖水亦是红角洲景观带的一部分，因此整治工程要求满足生态、城市景观等要求。鉴于气动盾形闸门系统其环保、简便、安全、美观的特性，在前湖水综合整治工程中采用气动盾形闸门系统，满足该区域“东方水城”的规划要求。
1 气动盾形闸门系统
气动盾形闸门系统是在“948”引进计划的基础上，通过消化、吸收其技术，结合传统钢闸门及橡胶坝的优点，成功研制的一种新型闸门。系统由钢闸门、气袋、埋件、空气压缩系统和闸门控制系统组成。通过气袋的进气或排气，使闸门起升或倒伏，可在设计水位内实现任意水位高度的调节，允许闸门顶端溢流。该闸门可在整个河道宽度范围内可完全倒伏，中间不需要闸墩，启动速度快，实现高效率泄水，环保性强，安装简便，故障率低，易于维护。闸门全开时，门体全部倒卧在河底，不影响景观和通航; 闸门全关时，门顶可形成人工设计的各种溢流景观。尤其适合要求设计新颖、布置紧凑的大跨度水利工程，在满足常规功能基础上，也能满足现代水利工程生态化、景观化的要求。
门体系统是由一排聚酯纤维强化橡胶气袋和高强度钢板组合而成。橡胶气袋位于钢板下游，气袋与钢板底部均通过铰链压条、嵌夹铸件、不锈钢锚定螺栓等专用配件安装并固定在闸底板基础混凝土上，闸门板后设置有安全抑制带用以限制其向上游倒伏。气动控制系统通过橡胶气袋的充气与排气操作，精确掌握闸门的起伏与运行，藉以准确控制所需水位的高度，实现无限段的连续调节水位。闸门全开时，门体全部倒卧在河底，不影响景观; 闸门全关时，门顶溢流。
冀振亚［3］等通过建立气动盾形闸门系统的力学模型，阐述了气动盾形闸门系统力学模型的建立过程，并就力学模型的关键问题进行了推导论证。
2 气动盾形闸门系统主要性能及特点
气动盾形闸门系统主要性能: (1) 设备安全以及使用寿命长。埋件及充气管件为钢材，气袋使用寿命50a 以上的高分子材料，气动埋件均在地基混凝土中，受力状况非常理想。(2) 不受河道宽度限制，高效泄水，生态环保。整套闸门系统拦河宽度不收限制，可完全倒伏在河底，高效泄水，不影响行洪。自身没有任何机械用油，以压缩空气作为驱动，生态环保。(3) 瀑布景观，水流平顺。门顶溢流形成瀑布，增添优美的风景。(4) 安装简易，维修方便，运行成本低。无高精密部件及轴承，组合式的模块单元，维修简单，运行主要为电量成本，运行成本极低。
综上所述，气动盾形闸门系统具有维持河道净宽，过流能力强，安全性能高，维护生态，气动闸顶部可溢流，形成水景观，安装简易，建设周期短，操作简便，运行维护成本低和使用寿命长等特点。
3 气动盾形闸门系统在工程中的应用与研究
前湖水综合整治工程设计河道最小底宽为30m，设计底高程取15.5m。气动橡胶坝长30m，单元宽度5.0m，共设6块，墩顶高程18.50m，砼底板高程15.50 m，底板厚1.5m，顺水流方向长10.0m。
气动盾形闸门系统是一种新型的闸门系统，门体系统是橡胶气袋与高强度钢板组合而成。目前已建成的气动盾形闸门门体一般选择热浸镀锌高强度钢板，通常每3 个气袋由一条管路供、排气。据调查，目前已建成的气动盾形闸门系统存在以下方面问题: 由于气动盾形闸门系统通常在城市河道中采用，而城市河道水质通常较差，对具有较强的腐蚀性，镀锌钢板门体易受腐蚀; 每3 个气袋由一条管路供、排气，可能导致气袋之间相互串气，致使门顶溢流不均［4］。在建成的北京清河外环闸采用了气动盾形闸门系统，该系统每3 个气袋由一条管路供、排气，水闸建成调试蓄水时，发现门顶溢流不均匀，右岸( 距控制室较远侧) 溢流量大，左岸不溢流，通过手动充泄气调整，也不能达到预期效果，并且溢流位置不固定，时常变化，时而左岸、时而右岸。
在前湖水气动盾形闸门系统门体选择中，考虑闸门所在的河道位于城区，场地地表水及地下水对钢结构具酸性型弱腐蚀，因此河道水体对门体具一定的腐蚀性。热浸镀锌钢板耐酸腐蚀性能一般，不锈钢板表面光洁，有较高的塑性、韧性和机械强度，耐酸、碱性气体、溶液和其他介质的腐蚀，因此本次设计门体采用了耐腐蚀性能更好的不锈钢板，有利于提高门体的使用寿命，同时又增加了门体的美观性。
鉴于每3个气袋由一条管路供、排气，可能导致气袋之间相互串气，致使门顶溢流不均匀［4］现象，前湖水闸气动控制系统在设计过程中，结合相关试验，采用每3 个气袋由两条管路供、排气方式，实现了对橡胶袋进行充气和排气，精确掌握闸门的起伏与运行，解决了每3 个气袋由一条管路供、排气，可能导致气袋之间相互串气，致使门顶溢流不均问题。
4 结束语
气动盾形闸门以其布置紧凑、土建构造简洁、新颖美观的特点得到各界认可，适应不同景观蓄水要求。在城市水利工程闸坝建筑物选择中占有优势，市场运用前景广阔。
气动盾形闸门作为城市河道挡水建筑物，门体采用耐腐蚀性能更好的不锈钢板能有效的抵御河道水体的腐蚀; 气动控制系统每3 个气袋由两条管路供、排气，现场调试运行良好。
参考文献:
［1］侯放鸣，郭云峰，刘雪松． 气动盾形闸门系统在城市中小河流治理中的应用［J］． 资讯， 2012: 66 － 68．
［2］陈东清． 气动盾形闸门系统在南明河水景观工程中的应用［J］． 水利建设与管理， 2013( 12) : 56 － 61．
［3］冀振亚，高国柱，孙云峰． 气动盾形闸门系统力学模型的建立与分析［J］．水利规划与设计， 2013( 11) : 50 － 53．
［4］王惠萍，周志华，李玉臣．清河气动盾形闸门顶溢流不均问题的分析处理［J］． 水利规划与设计， 2013( 3) : 48 － 50．
转自：《南昌工程学院学报》第34卷第6期2015年12月
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