氣動盾形閘門系統應用簡介

李云峰 陶光慧 覃志強

【摘要】隨著城市生態發展的需要，各類景觀壩廣泛應用于城市河道景觀工程中。氣動盾形閘門系統是綜合了傳統水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優點研制的一種新型閘門，作為在傳統景觀壩的基礎上改良升級的新型景觀壩形式，因其具有外形更加美觀、結構更為新穎、功能更為全面、運行更加安全可靠、操作及維護管理更加方便、使用更加節能環保等多方面的優勢脫穎而出，已較為廣泛的運用在工程實例中。在城市景觀水利工程中發揮出越來越重要的作用，有效的維護生態環境，滿足水利工程生態化、景觀化的要求，提升了城市景觀水利工程的效益發揮。今后將會運用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態水景觀，打造出更加美好的城市水環境。

【關鍵詞】景觀壩；氣動盾形閘門系統；新型

1、概述

隨著城市生態發展的需要，各類景觀壩廣泛應用于城市河道景觀工程中，但傳統的景觀壩因其存在的不足和缺點，適用范圍已受到較大程度的限制，已較難滿足城市河道景觀工程的新需求。

近年來由于某些城市河道對景觀、泄洪、通航等的特殊要求，活動壩部分擋水高度需達到8m及以上高度，傳統的景觀壩已無法滿足此等規模的需求。針對城市河道景觀、泄洪及通航等的綜合要求，以及傳統景觀壩存在的一些問題，氣動盾形閘門系統作為外形更加美觀、結構更為新穎、功能更為齊全、運行更加安全可靠、操作及維護管理更加方便、使用更加節能環保等的新型景觀壩逐漸被廣泛的運用到工程實例中。

2、氣動盾形閘門系統簡介

氣動盾形閘門系統是綜合了傳統水工弧形鋼閘門及橡膠壩的一些優點研制的一種新型閘門。主要特點是組合式結構，可適用于不同跨度的水利、景觀、防洪等工程，不需設置中間閘墩或支撐墩結構。尤其在大跨度、低水頭，設計新穎、布置緊湊的閘壩工程中占有較大優勢。不但能滿足常規的功能要求，還能夠與周圍環境相協調，充分滿足現代化水利、景觀工程生態化、景觀化的要求。既可用于河道、水庫，又可用于海堤、人工景觀、引水灌溉、防旱排澇和已有大壩的加高、加寬等工程。

氣動盾形閘門系統由門體鋼結構、埋件、氣袋、抑制帶和自動控制系統等組成。門體結構由面板、加勁板等組成，門體擋水面板材質選用高強度結構鋼，上游側設置加勁板，氣袋支撐在鋼面板的下游面，在自動控制系統的控制下，利用氣袋的充氣或排氣控制門體升起擋水或倒伏泄水，并可精確控制閘門開度。當閘門全部打開時，門體完全倒臥于河底，不影響城市防洪、景觀、通航和水生動物等的回游。在閘門完全關閉時，門體完全升起，其面板與水平面的夾角介于60度至70度之問，并可停置在此范圍內的任意角度，根據需要自動控制水位。為了在倒伏情況下更好的保護氣袋、以及泄水時水力學條件更好，閘門面板設計有一定的弧度。在正常運行時，氣動盾形閘門允許頂部溢流，門頂可設計成溢流狀態形成人造瀑布景觀。為防止在下游側水位較高時或風力作用下閘門向上游側傾倒，門體下游側設有可折疊安全抑制帶，安全抑制帶材質選用高強度的合成橡膠。氣動盾形閘門是一種理想的適應生態景觀化的閘門，見圖1。

2.1 主要特點

（1） 整座閘門采用單元式連接而成，每個單元都由與閘門面板同長度的充氣袋支撐，只需要較為簡單的基礎，不受長度限制，也不需中間墩座，既能節省混凝土等建筑材料，又可大大提高過水能力，改善水流狀態，易于排淤沙、漂浮物及通航，不產生空蝕等現象。

（2） 系統構造簡單，不需設置機械軸承，各單位不需安裝成為很精密地一條直線，抗震性能好，故障率低，易于維護。

（3） 閘門的翼形結構可有效保護氣袋，避免氣袋被浮木、石礫、冰塊等損壞，還可破除河面的封冰。

（4） 系統采用可編程控制，依照調度需要可設計成整體控制，也可設計為分段控制，具有較好的操控性能。

（5） 閘門的水位控制系統可依照水位情況自動調整氣袋壓力，即使在缺電的狀況下依然可以自動控制。尤其當洪水泛濫無法正常供電時，僅憑儲氣罐及氣袋內蓄存的空氣即可使閘門完成所需動作。也適用于以太陽能控制啟動的空壓機作為遙控裝置，可利用無線通信及衛星數據資料連接。

（6） 氣袋材料采用食品衛生級材料，保證水質安全。系統以壓縮空氣啟動氣袋，不會造成水和環境的污染。

（7） 采用氣袋支承弧形面板的受力結構，最大理論高度可達到10m，目前已有門體高度達到8m、擋水高度達到8.25m的工程實例，且運行情況良好。

（8） 使用壽命長，理論壽命超過50年。

2.2 主要優點

（1） 氣動閘的安性較高

設備安全：埋件及充氣管路為不銹鋼材料，氣袋采用理論壽命可達到50年以上的高分子材料，閘門鋼結構部分采用熱噴鋅加涂封閉漆防腐或采用不銹鋼材料，空氣壓縮站系統采用優質知名品牌產品，以及充分考慮其安全系數，保證設備安全。

使用安全：因其結構布置特點，氣動閘承受的水壓力形成均布荷載傳遞給土建基礎，埋件布置在基礎混凝土中，受力狀況均勻。在洪水泛濫引發斷電的情況下，也可采用手動放氣實現閘門的快速倒伏安全泄洪，保證了氣動閘的使用安全。

（2） 不受河道寬度限制、高效泄水

閘門系統攔河寬度不受限制，無論河道跨度多寬，中間可不設閘墩，泄水面幾乎與河道寬度一致，并可完全倒伏在河底，上、下游不形成水位差，不影響泄洪，可實現大面積高效率泄洪。

（3） 生態環保

氣動閘自身沒有任何機械用油，氣袋原料采用食品級材料，以壓縮干凈空氣作為驅動介質，不會造成水和周圍環境的污染，完全倒伏即形成水生物通道，生態環保。

（4） 可形成人造瀑布景觀、水流平穩、可破冰

氣動閘應用于城市河流或人工湖，穩定的水位為人們提供了休閑景觀，而溢流時形成的瀑布更為城市增添了一道優美的風景。

氣動閘翼形門體和閘底連接設計使冰塊、浮木和礫石容易流過，不會造成阻塞；門體加筋板兼導流功能，可平順水流，減少沖刷。且可實現破冰，冬防凌汛。

（5） 安裝簡易、維護方便、運行成本底

氣動閘門體上無高精度要求的軸承等零、部件，模塊單元采用組合式，單節模寬重量相對較輕，安裝時不需要大型起重設備，省時省力。后期運行故障率低，不需要整體系統更換，維修方便。運行時耗電量主要為空壓機的運行電量，運行成本低。

（6） 制造安裝工期短、經久耐用、性價比高

氣動閘施工工期短，一般2-3個月即可完成制造及安裝。自身不需要啟閉設備，埋件受力均勻布置在基礎上，對土建基礎要求不高，只需較為簡單的基礎即可設置氣動閘。土建投資相對較低，氣袋支承的鋼閘門結構可以完全保護氣袋本身，使用壽命長，理論壽命超過50年，性價比高。

2.3 氣動盾形閘門系統設計基礎來源

氣動盾形閘門系統是通過水利部“948”項目辦引進國外的先進技術，在引進基礎上，國內通過消化吸收再創新，結合我國水利工程的實際需要，成功研發的具有自主知識產權的一種新型生態環保、安全可靠的水利設施。2010年通過水利部科技成果鑒定委員會成果鑒定，并被鑒定為國際先進水平。在推廣過程中得到了水利部領導和廣大行業內專家人士的肯定和認可。

3、氣動盾形閘門系統應用實例

3.1 在國外工程中的應用

氣動盾形閘門為引進美國的新型產品，在國外工程中已經較為廣泛的應用，其中比較有代表性的有在加拿大南部靠近拉斯維加斯已建設運行的Forrest kerr project height工程項目，閘門高度為7.8m，規模較大，運行情況良好。

3.2 在國內工程中的應用

氣動盾形閘門作為新型的水閘之一，近些年來已經廣泛運用到國內的工程實例中。

（1） 于2006年投入運行的北京大興新風河治理工程，氣動閘門規格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（2） 于2008年投入運行的北京市清河治理工程，氣動閘門規格為45m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（3） 于2012年投入運行的重慶潼南水電站大壩加高工程，氣動閘門規格為45m×0.5m（寬×高），運行情況良好。

（4） 于2013年投入運行的貴陽市南明河紅巖橋～葉家莊河段河道綜合治理工程，氣動閘門規格為60m×8m（寬×高），閘門最大擋水高度為8.205m，共設置有4級氣動盾形閘門，門體部分采用不銹鋼材料，運行情況良好，該工程規模為世界之最，項目業主已申報獲得吉尼斯世界紀錄。

（5） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動閘門規格為30m×2.3m（寬×高），該工程共設置有2級氣動盾形閘門，運行情況良好。

（6） 貴州盤縣柏果縣河道治理工程，氣動閘門規格為40m×2.3m（寬×高），運行情況良好。

（7） 南昌市前湖大道綜合治理工程，氣動閘門規格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（8） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動閘門規格為30m×2.5m（寬×高），運行情況良好。

（9） 吉林松花湖綜合治理工程，氣動閘門規格為20m×6m（寬×高），運行情況良好。

（10） 貴州德江縣濕地公園玉龍湖景觀壩工程，氣動閘門規格為55m×3.0m（寬×高），運行情況良好。

以上工程實例均可作為今后工程方案比選的借鑒和參考依據。

4、結語

由于城市防洪的特殊要求，景觀壩一般要求具備外形美觀、可靠耐用、便于維護的基本特點。氣動盾形閘門系統作為在傳統景觀壩的基礎上改良升級的新型產品，因其具有結構新穎、外形美觀、安全可靠、功能全面、節能環保、維護管理方便等多方面的優勢脫穎而出，已較為廣泛的運用到工程實例中。在城市景觀水利工程中發揮出越來越重要的作用，有效的維護生態環境，滿足水利工程生態化、景觀化的要求，更加提升了城市景觀水利工程的效益發揮。今后將會運用到更多的水利及景觀工程中，營造出更多、更好的城市生態水景觀，打造出更加美好的城市水環境。

作者簡介：李云峰（1977），性別：男，貴州貴陽，漢族，：高級工程師，學士，研究方向：主要從事水工金屬結構設計及咨詢，