沿海地區(qū)海灣水閘閘型比選分析

戴 雪 鄧 剛

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003； 2.河南省城市水資源環(huán)境工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

大鏟灣港區(qū)位于深圳前海城市新中心，也是粵港澳大灣區(qū)重要組成部分。隨著城市開發(fā)的不斷深入，灘涂圍填、碼頭建設(shè)、港池開挖、城鎮(zhèn)建設(shè)等各種人類活動(dòng)日益增強(qiáng)，水環(huán)境惡化日趨加劇，水環(huán)境污染問題突出，對(duì)大鏟灣港區(qū)的水動(dòng)力條件與灘槽演變趨勢產(chǎn)生了重要影響。為改善灣區(qū)內(nèi)水環(huán)境，提高整個(gè)灣區(qū)內(nèi)水動(dòng)力，在大鏟灣港區(qū)海灣處建立灣頂水閘，水閘總寬度280 m，兩側(cè)與海堤相接。

2 水閘閘型介紹

近些年來，水閘閘門型式飛躍發(fā)展，不僅有傳統(tǒng)的平板閘，弧形閘，還在此基礎(chǔ)上推出了許多新型閘門，如：翻板水閘、升臥式水閘、下臥式水閘、液壓式水閘、橫拉式水閘、對(duì)開式水閘以及組合閘等等，用于適應(yīng)不同環(huán)境條件下的工程。下面對(duì)適用于沿海地區(qū)水閘的部分閘型進(jìn)行介紹對(duì)比。

2.1 傳統(tǒng)平板閘

傳統(tǒng)的平板閘是通過閘門上部的啟閉設(shè)備在豎直方向上啟閉運(yùn)行。閘門開啟時(shí)，通過上部卷揚(yáng)機(jī)將閘門提出水面；閘門關(guān)閉時(shí)，門體沿豎直方向降落至閘底板上，可實(shí)現(xiàn)雙向擋水。這種類型閘門作為河道攔水閘及水電工程中的泄水閘應(yīng)用較為廣泛。

優(yōu)點(diǎn)：該類閘型閘門升降操作運(yùn)行方便，開啟狀態(tài)下，閘門提升至水面以上便于檢測維護(hù)。

缺點(diǎn)：對(duì)于大跨度需設(shè)置中墩，以減小閘門跨度，閘型一般不能實(shí)現(xiàn)閘頂過流，需要設(shè)置閘室及上部啟閉機(jī)房，對(duì)于景觀環(huán)境要求高的工程，可以根據(jù)周邊環(huán)境修建具有藝術(shù)造型的啟閉機(jī)房，美化水閘型式。

2.2 升臥式翻板閘

翻板閘閘門的擋水門葉繞固定的水平底軸轉(zhuǎn)動(dòng)。開啟閘門時(shí)，門體平臥在閘底板凹槽內(nèi)，與河床高程一致；關(guān)閉閘門時(shí)，門體繞著水平樞軸向上旋轉(zhuǎn)直到擋水高程。

優(yōu)點(diǎn)：閘門開啟時(shí)，門體平臥，不影響渠道河流正常的通航運(yùn)行，一般適用于大跨度防洪閘。水閘運(yùn)行時(shí)通過控制閘門數(shù)量可以進(jìn)行水閘泄水，液壓啟閉機(jī)啟閉閘門，操作靈活，與周邊景觀契合度高。

缺點(diǎn)：閘門及啟閉機(jī)長期位于水下，不具備日常檢修條件，雙向擋水不易實(shí)現(xiàn)。

2.3 底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘

底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門主要由門葉和底軸組成，位于兩側(cè)閘室內(nèi)的液壓啟閉機(jī)驅(qū)動(dòng)底軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)門葉擋水。主要應(yīng)用在城市防洪、河道整治、蓄水、泄洪等水利工程。

優(yōu)點(diǎn)：底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門可以雙向擋水，且閘門角度可以設(shè)置在任意角度，不影響防洪及正常通航，水流允許從閘門頂溢流，形成景觀瀑布。

缺點(diǎn)：底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門閘室和底軸對(duì)地基處理要求較高；河道中墩的啟閉機(jī)室需設(shè)置檢修廊道聯(lián)通兩岸；閘門開啟狀態(tài)下平臥于河床底部，檢測維護(hù)難度較大，閘前容易形成泥沙淤積。

2.4 直升式水閘

直升式水閘由兩側(cè)液壓升降裝置控制門體，門體在豎直方向上啟閉。開啟閘門時(shí)，液壓升降裝置將門體提出水面；閘門關(guān)閉時(shí)，門體降落至閘底板上。一般應(yīng)用于攔河閘及泄水閘。

優(yōu)點(diǎn)：該類閘門不需要設(shè)置閘室結(jié)構(gòu)，所需的建設(shè)面積較小。液壓升降裝置位于兩側(cè)閘墩內(nèi)，升降裝置完全隱蔽，同時(shí)使用液壓裝置閘門操作簡單，檢測維護(hù)方便，堆積雜物及浮冰等對(duì)門體影響小。

缺點(diǎn)：液壓升降設(shè)備安裝調(diào)試稍微復(fù)雜，對(duì)液壓升降設(shè)備性能要求高，單閘寬有限，對(duì)于大跨度需設(shè)置中墩。

2.5 橫拉式水閘

橫拉式水閘采用單扇平板門，門體沿垂直水流方向水平移動(dòng)的，門葉的上部或下部布設(shè)滾輪，使門體能夠沿軌道橫向移動(dòng)。開啟狀態(tài)下，閘門停放在水道相鄰一側(cè)的閘室中，關(guān)門擋水時(shí)，閘門進(jìn)入封閉位置，水荷載通過閘門轉(zhuǎn)移至閘門兩邊側(cè)墻上。

優(yōu)點(diǎn)：該類型閘門結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定較好。閘門開啟時(shí)，門體位于干燥閘腔內(nèi)，方便檢測維護(hù)；關(guān)閉時(shí)可以雙向擋水，承受兩側(cè)不同水頭差，特別是能夠靈活應(yīng)用于通船船閘中。

缺點(diǎn)：由于門體是橫向移動(dòng)的，水閘的建設(shè)占地范圍需求較大，門庫需求大時(shí)，底部軌道容易淤積。

2.6 平面雙開弧閘

此類型水閘是由2個(gè)水平向弧形閘門組成，閘門圍繞中心軸水平旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)水閘開關(guān)。閘門關(guān)閉時(shí)，兩弧形閘門閉合進(jìn)行擋水；閘門開啟時(shí)，閘門放置在河岸兩邊的閘室空腔中。

優(yōu)點(diǎn)：該類型閘門結(jié)構(gòu)形式新穎，形成較好的景觀特色。閘門打開時(shí)，門體位于兩岸的閘室空腔之中，并不阻礙水道的潮汐交換、通航以及泥沙運(yùn)移等自然特征。閘門檢修在兩岸閘室內(nèi)，處于干燥狀態(tài)，便于檢測與運(yùn)行維護(hù)。

缺點(diǎn)：由于閘門平面尺寸較大以及兩岸閘室的需求，需要較大的建設(shè)面積；同時(shí)閘門結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，建設(shè)成本及后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

2.7 平面雙開弧閘與平板閘組合水閘

此類型水閘是將以上介紹的平面雙開弧閘和平板閘聯(lián)合使用。

優(yōu)點(diǎn)：這種類型組合水閘同時(shí)具有平面雙開弧閘與平板閘的優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：閘門對(duì)場地及建筑面積要求高，同時(shí)閘門結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，建設(shè)成本及后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

3 灣頂水閘選型影響因素分析

大鏟灣港區(qū)灣頂水閘布置于海灣處，與傳統(tǒng)水閘相比有較大不同的運(yùn)行環(huán)境以及功能性差異，因此，在閘門選型中影響因素也有很大不同。根據(jù)灣頂水閘所處的位置和周邊環(huán)境，灣頂水閘閘型選擇需考慮以下因素：1)由于水閘布置在海灣處，閘前閘后均有海水，因此水閘需要考慮雙向擋水；2)海灣處海水具有腐蝕性，閘門需考慮耐海水腐蝕的要求；3)海水潮位變化幅度大，有漫頂可能性，所選閘型需滿足閘頂過水的要求；4)大鏟灣港區(qū)特殊的地理位置，有較高的景觀環(huán)境要求，閘型選擇時(shí)需要考慮一定的景觀藝術(shù)性；5)灣頂水閘位于城市河道下游，會(huì)有泥沙淤積的問題；6)海灣處水閘日常管理方便，易于維護(hù)，便于檢修；7)大鏟灣港區(qū)屬于填海用地，因此占地具有局限性。

4 灣頂水閘閘型方案分析

結(jié)合以上影響因素，對(duì)各種水閘閘型方案進(jìn)行分析(見表1)，最終工程采用直升式液壓水閘。根據(jù)現(xiàn)場地形情況以及閘門跨度要求，共布置9聯(lián)18孔，水閘總寬度280 m，其中單孔凈寬12 m。

表1 海灣水閘閘型分析表

5 結(jié)語

在沿海地區(qū)，由于特殊的地理環(huán)境以及城市建設(shè)的功能需求，水閘閘型分析比選是十分必要的。在工程實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，水閘閘型的選擇應(yīng)充分結(jié)合工程區(qū)域特點(diǎn)，分析閘型選擇的影響因素、約束條件等，綜合考慮后優(yōu)選合適的水閘閘型方案。