三河閘工程技術(shù)管理措施研究

張友明 薛 松 榮海北 簡 丹 王海偉

三河閘工程技術(shù)管理措施研究

張友明 薛 松 榮海北 簡 丹 王海偉

一、工程概況

三河閘位于洪澤湖的東南角，是淮河入江水道的控制口門，是新中國成立初期自行設(shè)計自行施工的大（1）型水閘，解決了因1851年洪澤湖大堤禮壩決口造成的長達102年淮河入江河道沒有控制型建筑物問題。工程于1952年10月1日動工興建，1953年7月26日建成放水。閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10m，總寬697.75m，底板高程7.5m（廢黃河高程系）。閘門為鋼結(jié)構(gòu)弧形門，重13.32t，每孔設(shè)2×100kN卷揚啟閉機一臺。原設(shè)計流量為8000m3/s，加固后設(shè)計行洪能力提高12000 m3/s。

工程建成運行60多年來，承擔(dān)了淮河約70%洪水的排泄任務(wù)，戰(zhàn)勝了1954年、1991年、2003年、2007年等淮河大洪水，年平均泄洪近200億m3，最大泄洪流量10700 m3/s，充分發(fā)揮了設(shè)計效益。2005年6月，江蘇省三河閘管理所在淮河流域率先獲得國家一級水利工程管理單位榮譽稱號。

二、工程技術(shù)問題分析

1.水工建筑物

1954年泄洪時，下游右側(cè)攔河壩迎溜面有坍塌現(xiàn)象。1956年汛期，閘門提出水面油漆，由于不均勻開啟，形成遠驅(qū)式水躍，嚴重沖刷下游河床。1998年，下游右側(cè)漿砌塊石翼墻墻體多處滲水，墻體外傾斜約3cm。2000年3月，經(jīng)受了10級西風(fēng)襲擊，正在安裝施工的啟閉機房部分彩鋼板遭到損壞。2003年，大流量行洪時下游左岸0+450～1+200段岸坡淘刷嚴重，呈陡立狀；上游有船只偏離航道，誤入引河上游。汛后發(fā)現(xiàn)，工作橋檢修門起吊牛腿出現(xiàn)混凝土貫穿裂縫、剝落、露筋等現(xiàn)象；閘墩伸縮縫止水老化、填料分化脫落、部門閘墩出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。2009年，公路橋因超載車輛大量行駛，表面及兩岸連接段混凝土破損嚴重。

測壓管自1968年埋設(shè)以來一直存在滲流“異常”問題，上游側(cè)測壓管水位有時高于洪澤湖水位，下游側(cè)測壓管水位有時低于下游水位。上、下游攔河壩自1953年建成以來，壩面下沉，最大累計沉降量達1139mm（2012年），抗滑穩(wěn)定依賴三級水位控制。存在偏流問題，進閘水流存在明顯的橫向比降，大流量行洪時上游南岸水位比北岸水位低，單寬流速分布不均勻，隨水流而來的大量水草集中在南岸。閘室抗滑穩(wěn)定，需依靠上游鋪蓋的“拖板”作用。

2.金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備

1967年，閘門面板厚度從原10mm蝕剝到僅剩6～7mm，水下部分銹蝕更為嚴重，部分桁架下弦桿銹穿成孔；原閘門吊座不能隨閘門啟閉而轉(zhuǎn)動，鋼絲繩易折斷。1985年，保養(yǎng)、檢修啟閉機過程中，蝸輪三角座曾2次發(fā)生斷裂。1991年前后，鉚接桁架式鋼閘門個別桿件銹蝕嚴重，有的被風(fēng)浪打斷。1996年，洪澤湖突起大風(fēng)，漂浮在上游水面的檢修門在風(fēng)浪作用下撞擊閘身。2003年5月，閘門小開度行洪時，8孔閘門劇烈振動，工作便橋、公路橋振感明顯。2004年，建成后的自動監(jiān)控系統(tǒng)夏季遭遇了雷擊，部分編碼器、傳感器、電腦等損壞。測壓管先后3次采用自動監(jiān)測設(shè)備進行試驗，其觀測精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性均不能滿足觀測資料整編的要求。鋼閘門支鉸軸及軸套強度不滿足新規(guī)范要求，加油不暢，運行時有的發(fā)出異響。

3.控制運用

1954年7月25日全部閘門提出水面敞開泄洪，8月6日達10700m3/s，超過設(shè)計流量的34%，建閘后第3年就經(jīng)受了超標(biāo)準(zhǔn)行洪的嚴峻考驗。1993年以前，防汛通信設(shè)備落后，上級的調(diào)度指令以及水情報汛信息傳輸困難。在調(diào)度過程中，受到孔流和堰流臨界點的影響，由于兩種情況下水工建筑物測流法計算公式不同，同樣的上下游水位出現(xiàn)相差很大的流量。

三、工程技術(shù)管理措施

1.檢查觀測

三河閘工程檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查、特別檢查、安全鑒定以及運行期間的巡視檢查。堅持用新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝，定性查看和定量檢測相結(jié)合，準(zhǔn)確反映工程設(shè)備存在的問題。如采用壓鉛法檢測啟閉機軸瓦間隙，采用地震波法、電阻率法等檢測上游攔河壩內(nèi)部情況。組織開展啟閉機單項安全鑒定（2009年4月）、工程全面安全鑒定（2012年8月）。

觀測項目有垂直位移、測壓管水位、河床斷面、伸縮縫、水位、流量等項目。除測壓管水位外，觀測項目自工程建成后連續(xù)觀測至今。根據(jù)長年積累的觀測成果資料分析，目前閘室、上下游攔河壩沉降基本穩(wěn)定。2000年以后，引進了德國蔡司DINI12電子水準(zhǔn)儀，垂直觀測成果精度達到2等；引進ADCP設(shè)備，開展流量觀測，與大斷面纜道流速儀觀測、水工建筑物測流法相互驗證。2012年，利用雙頻識別聲吶成像技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的潛水工手摸，輔以自浮式沉柜技術(shù)定點探查，對水下工程進行檢測。

2.養(yǎng)護修理

管理單位對閘門、啟閉機、土工、石工、混凝土建筑物等持續(xù)開展養(yǎng)護修理。每年汛前，啟閉機全面保養(yǎng)，對軸承、齒輪等零部件均擦洗除銹上油。采用噴砂除銹、噴鋅保護、外加陰極保護等技術(shù)對鋼閘門進行處理。采用碳纖維布粘貼加固技術(shù)，維修工作橋牛腿混凝土破損位置。采用玻璃鋼材料，替換了原來笨重的啟閉機鋼罩殼。采用泡沫聚氨脂注漿材料，鉆孔維修閘墩伸縮縫。在上游引河設(shè)置攔河浮筒，警示過往船只遠離行洪河道。在下游右岸翼墻后增設(shè)降壓井和排水通道。采取成孔灌注樁、攪拌樁、拋石壓腳、腰埂、頂溝與橫溝結(jié)合排水、植草磚等綜合措施，處理下游左岸護坡滑坡問題。建立了防雷系統(tǒng)，防護工程建筑物及機電設(shè)備。設(shè)置限寬、限高裝置和限速、限載警示標(biāo)志，杜絕了大型超載車輛通過交通橋。

3.加固改造

工程歷經(jīng)4次較大規(guī)模的加固和多次改造，逐步消除安全隱患。1968～1970年，進行提高標(biāo)準(zhǔn)加固；1976～1978年，進行抗震加固；1992～1994年，進行除險加固；2012年以來，進行啟閉機更新加固。

1994年，采用粉噴樁技術(shù)對上游攔河壩進行了地基加固。2002年，建立分層分布式遠程監(jiān)控系統(tǒng)。2003年淮河洪水后，設(shè)置老三河退水洞，拆建了蔣壩水位站、中渡水位站、上游水位站。2013年，對閘北水電站進行了技術(shù)改造，發(fā)電功率從160kW增加至200kW。

4.試驗研究

1966年，首先將熱噴涂鋅（鋁）防腐技術(shù)應(yīng)用于鋼閘門。“涂料與外加電流陰極保護聯(lián)合防腐在鋼閘門上的應(yīng)用”獲1978年全國科學(xué)大會獎。“金屬閘門噴鋅防腐蝕”獲1982年國家科委和國家農(nóng)委頒發(fā)的重大農(nóng)業(yè)科技成果推廣獎。20世紀(jì)80年代，開展了閘門應(yīng)力原型觀測，研究弦桿破壞原因及驗證閘門設(shè)計公式。90年代，開展了消力池模型試驗，依據(jù)試驗成果采用三道消力坎，即底板上的小坎、消力坎、尾坎等綜合措施。2004年，主持完成鋼絲繩清洗機研究，研制出適合于有一定傾斜角度的鋼絲繩清洗機械設(shè)備。2005年，主持完成大中型水閘工程管理數(shù)字化研究，編制數(shù)字化管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)工程技術(shù)數(shù)據(jù)共享。2012年，主持完成三河閘泄流流態(tài)與進流糾偏措施研究，在數(shù)據(jù)模型建立方法上達到了國際先進水平；研究了三河閘南北兩側(cè)半開工況下泄流穩(wěn)定問題，成果在三河閘啟閉機更新加固中得到成功應(yīng)用。

5.制訂標(biāo)準(zhǔn)

1954年2月，經(jīng)淮委批復(fù)的三河閘管理養(yǎng)護辦法，成為全國水閘技術(shù)管理領(lǐng)域的第一個規(guī)范性文件。1959年，率先制訂了始流時閘下安全水位曲線，從1963年起在全國推廣應(yīng)用。1992年，編寫的《水工鋼閘門熱噴鋅（鋁）防腐蝕工法》被建設(shè)部評定為國家級工法。1997年，編寫的《水工防腐工技師及高級技師標(biāo)準(zhǔn)（試行）》被水利部印發(fā)執(zhí)行。2001年，參加編寫《江蘇省水閘、抽水站觀測工作細則》。2010年，參加編寫江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《水利工程觀測規(guī)程》。此外，還參與編寫了水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術(shù)規(guī)程》（SL101-94）和《水閘技術(shù)管理規(guī)程》（SL75-94）。

四、結(jié)語

三河閘工程建成于新中國成立之初，限于當(dāng)時建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低和設(shè)備、材料等各方面的條件，客觀上存在諸多先天不足。隨著60多年的不斷運行，各種邊界條件的變化，各類新規(guī)范的出現(xiàn)，三河閘工程技術(shù)問題逐漸暴露，涉及建筑物、金屬結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、控制運用等各方面，工程整體不斷老化是客觀規(guī)律。

目前，三河閘仍存在偏流、閘室抗滑穩(wěn)定依賴上游鋪蓋的“拖板”作用、測壓管水位“異常”、混凝土碳化嚴重、閘門支鉸軸強度不滿足規(guī)范等問題，對此應(yīng)進一步深入研究徹底解決的辦法

（作者單位：江蘇省洪澤湖水利工程管理處 223100）