广州市增城区初溪水利枢纽船闸工程金属结构设

1 工程概况

初溪水利枢纽船闸工程位于广州市增城区增江下游新开河段，是增江13级开发的最后一个梯级。工程含拦河坝、发电厂房、排涝渠、交通桥、船闸等单项工程。拦河坝设水闸21孔，总长188.4 m，电站装机3台共6 000 KW机组，船闸工程批复按V级通航标准设计。该枢纽工程已于2003年完成主体工程建设并已验收结算，由于多方面原因，船闸工程未能实施。初溪水利枢纽船闸工程鸟瞰效果见图1。

图1 初溪水利枢纽船闸工程鸟瞰效果

近年来，为开发增江生态旅游经济带，实现通航功能，启动了船闸建设。根据《广州市增城区人民政府关于初溪水利枢纽船闸工程建设规模的函》及JTJ305-2001《船闸总体设计规范》［1］，船闸为V级，单线一级船闸，闸首和闸室级别为3级，导航、靠船建筑物级别为4级。闸室有效尺寸120 m×12 m×3.5 m（长×宽×最小槛上水深），上引航道宽57.8 m，下引航道宽44.5 m。船闸总长166 m，其中上下闸首分别长21 m和20 m，闸室长度126 m，船闸净宽12 m。

增江画廊是全国第十一批国家水利风景区之一，也是2011年广东省唯一获得该称号的水利风景区，该项目位于增江画廊的起点。初溪船闸作为增城区1号水利项目，具有较高的旅游和房地产开发价值。设计中金属结构选型布置需与增江画廊的高品质定位相协调，满足周边景观要求是船闸金属结构设计的关键所在。

2 工作闸门及启闭设备

2.1 门型比选

根据水工枢纽要求，闸首工作闸门要求单向挡水，垂直提升平板门、横拉门、三角闸门、有轨双开弧门及人字门等5种门型均能满足单向挡水要求。从景观效果、经济合理性、安全可靠性、适用性和运行维护等方面对5种闸门门型进行了比选。

（1）垂直提升平板门采用台车式启闭机操作，在闸顶布置启闭机排架横跨闸室，当闸门提升至闸顶后，台车沿垂直船闸轴线方向行走至闸室以外，以满足船舶过闸通航净空的要求。该门型闸首短、投资省、方便可靠，适用于小孔口、低水头输水船闸。但该闸门需要启闭力大、启闭时间长且设高排架，影响美观。

（2）横拉门采用液压启闭机操作，启闭力相对较小。当闸室宽度较大时，液压启闭机行程也随之变大，运行稳定性差，且横拉门门底容易淤积，船闸需设置较大的门库，结构复杂，适用于小孔口、低水头船闸。

（3）三角闸门、有轨双开弧门可双向挡水，不设置排架，闸门门型美观、景观效果好。有双向挡水要求的船闸主要采用三角闸门，例如，黄田港船闸、高港枢纽二线船闸等。但该门型两侧需要闸墩较厚，工程量较大，造价较高，常用于双向挡水的船闸、景观要求较高的船闸。

（4）人字门单向挡水，受力明确，结构刚度大，制造安装方便，工程量小，运行可靠，应用广泛。国内三峡工程5级船闸、葛洲坝船闸等大型船闸大多采用人字门。根据船闸水工枢纽要求，船闸单向挡水，具备静水启闭的条件。JTJ 308-2003《船闸闸阀门设计规范》［2］规定“承受单向水头在静水条件下启闭的工作闸门宜采用人字闸门”。

该水工枢纽船闸要求单向挡水，船闸工作闸门孔口宽度为12 m，下闸首孔口尺寸达12 m×12.5 m，规模较大，且景观要求高，综合以上各工作闸门的优缺点及适用条件，选用人字门门型，液压启闭机布置简单，操作灵活，便于实现自动化控制，启闭设备采用液压启闭机。

2.2 闸门及启闭设备设计

2.2.1 船闸设计特征水位

枢纽正常挡水位为6.50 m，上游校核洪水位（P=1%）9.90 m，上游最高通航水位7.09 m（P=20%）。

2.2.2 人字门设计

工作闸门采用人字门，卧式直推式液压启闭机操作，分别设置在上、下游闸首。闸门关闭时，闸门轴线与闸首横轴线夹角为22.5°。初溪船闸人字闸门及启闭机布置见图2。船闸上下闸首孔口宽度为12 m，上闸首底槛高程1.50 m，下闸首底槛高程-4.0m。上闸首兼有挡洪功能，设计水头为8.4 m，门扇计算宽度为6.986 m，门扇高9.625 m，厚0.7 m。下闸首工作闸门设计水头为7.29 m，门扇计算宽度为6.986 m，门扇高13.425 m，厚0.7 m。

图2 初溪船闸人字闸门BIM模型

人字门门体结构设计依据等荷载原则，采用主横梁方式布置。主横梁与面板、门轴柱、斜接柱等构成门叶挡水支承系统。上、下闸门厚度均为700 mm，门顶设有工作桥，门背设工作爬梯。上下闸首人字门均为多主横梁结构。主横纵次梁均为实腹工字（或“T”型）组合梁，梁格同层布置，门叶门轴柱和斜接柱均采用闭口式截面，具有较大的抗扭刚度。上下闸门支承运转主要部件尽可能采用统一规格，方便制造和安装。

文章来源：《广州化工》 网址: http://www.gzhgzz.cn/qikandaodu/2020/1110/509.html