楊漢球

（東莞市運(yùn)河治理中心，廣東 東莞 523000）

1 案例工程

以某閘站為實(shí)例，在該工程中，抽水站與節(jié)制閘并排設(shè)置，并設(shè)在東西兩邊。節(jié)流閘門的開口面寬度為14 米，底面高度為-0.50m，底部高度為-0.74m，與閘門底板連接的是0.5 m 的外河消力池，其后為1：4的坡度，從-0.50m 下降到-1.00m，消能池長14m。海漫段的長度為40m，高度為-0.24m。（如圖1）

圖1 模擬了閘站樞紐工程閘門出水口的流場，它是一個復(fù)雜的、具有非壓力的三維湍流，它的仿真范圍是閘門和站場之間的中間閘門后的水流。利用雷諾平均方程式及可變k-ε 模式方程式，利用 SIMPLEC方法，將四面體和六面體的混合劃分（共470000 個格子）進(jìn)行了仿真。假設(shè)水體為非壓縮液體，通過入口的流速和入口的尺寸來確定進(jìn)入水口的流速，所以在入口的邊界是流場的邊界狀態(tài)。該段的入口段與出口段相隔250m，水流速度分布比較均衡，符合邊坡的設(shè)計(jì)。流動狀況是在FLUENT 中的流動狀態(tài)是Outflow。

圖1 水閘泵站樞紐圖

2 水閘泵站施工質(zhì)量管理方法

要對泵站閘門施工進(jìn)行科學(xué)的分析和技術(shù)運(yùn)用，必須要深入現(xiàn)場，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段來確保其施工質(zhì)量。具體做法如下。

2.1 施工計(jì)算

水閘、泵站各運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從水閘、泵站一側(cè)排出的水流因截面突然擴(kuò)大而產(chǎn)生的傾角變化，使泵站、泵站側(cè)出現(xiàn)大面積逆流和側(cè)向流。當(dāng)閘門獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其下游出口流向閘門一側(cè)，水泵閘門聯(lián)接部位的水流通過分流壁流入泵站出口，形成倒灌。同時(shí)，在回流區(qū)中，由于逆流作用，造成了主流區(qū)和回流區(qū)的壓力差異，導(dǎo)致了水平面上的斜坡下降，從而導(dǎo)致了單邊流動。

2.2 施工過程管理

圍繞施工計(jì)算的結(jié)果，對施工過程中的質(zhì)量進(jìn)行針對性管理。

2.2.1 基坑開挖

在泵站閘門的建設(shè)中，往往會碰到一些硬質(zhì)的石頭，這些石頭會妨礙工程的順利進(jìn)行，從而會影響工程的進(jìn)度，所以對于這些問題，通常采用手風(fēng)鉆機(jī)來處理；要針對不同的工程地質(zhì)條件，選用適當(dāng)?shù)男∫?guī)模爆炸技術(shù)。在開挖前應(yīng)在基坑內(nèi)加一道防護(hù)膜，其厚度通常為50cm，以便最大限度地利用防護(hù)效果，并注意排水工程的實(shí)施，在實(shí)際工程中常常會有積水滲入；利用小閘門對地基進(jìn)行排水。同時(shí)，要清除建筑垃圾，確?；觾?nèi)的干凈，以便以后的工作更加順暢。從這個角度可以看到，在基坑工程中，各種因素都會對其產(chǎn)生影響，因此在工程建設(shè)中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膶Σ遊1]。

2.2.2 金屬零件裝配

在泵站閘門工程中，往往會涉及各種金屬部件，其中，金屬部件的裝配直接關(guān)系到工程整體的質(zhì)量，因此在工程建設(shè)中，需要滿足技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)范，從而確保其自身的性能。鋼閘門的預(yù)埋和預(yù)埋件都是在工廠里進(jìn)行的，所以在工地上，安裝的好壞直接影響到閘門的質(zhì)量[2]。

所以，在安裝過程中，必須由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，并對所用的材質(zhì)等進(jìn)行檢查，從而可以有效地防止在安裝過程中發(fā)生的問題。為了降低閘門的焊接變形，可以采用工作臺制造，并根據(jù)施工技術(shù)的需要，采用水平尺進(jìn)行門板的檢測；通常情況下，門槽的不銹鋼表面處理的粗糙度都在6cm 以內(nèi)，而預(yù)制板則是在車間內(nèi)進(jìn)行制造，在安裝不銹鋼連接的時(shí)候，必須在實(shí)際的焊縫中對焊縫的變形進(jìn)行處理；從而能夠?qū)附訂栴}進(jìn)行及時(shí)的解決。

2.2.3 閘門混凝土施工

閘門混凝土工程是項(xiàng)目中的一種關(guān)鍵工序，它的設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件都有嚴(yán)格的規(guī)定。同時(shí)，由于不同的建筑結(jié)構(gòu)，其施工工藝的具體要求也不盡相同，需要從多個角度、多個層面去進(jìn)行研究；為了得到更精確的工程強(qiáng)度、防腐、抗沖、穩(wěn)定等參數(shù)，確保了建筑的構(gòu)造特性與項(xiàng)目規(guī)范相符，并改善了閘門建造的質(zhì)量。此外，澆筑的次序應(yīng)當(dāng)按：按胸-空箱-閘墩依次進(jìn)行。除此之外，混凝土澆筑工人還必須在澆筑完畢后，將閘門的頂部、下水道、側(cè)壁等部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐仓员氵_(dá)到施工的要求[3]。抽水閘門建設(shè)項(xiàng)目多、工作量大、牽涉群眾多；一道道的施工工藝，一環(huán)扣一環(huán)，不容有失。由于有了有交叉的施工和有流水的施工，所以在建設(shè)的過程中要實(shí)施三級的安全管理，也就是公司的安監(jiān)工程經(jīng)理-班組主管，將安全工作的職責(zé)分解到所有的主管和操作者，合理的組織，統(tǒng)籌考慮，保證工程的質(zhì)量。

2.2.4 水閘泵站運(yùn)營數(shù)據(jù)的收集和整理

根據(jù)防洪自動調(diào)度的各種數(shù)據(jù)，收集了有關(guān)的水文資料、歷史洪水資料、歷史河床剖面資料等信息。利用各種資源，可以及時(shí)了解水庫周邊河流水文、防洪、河床等情況，為水庫周邊地區(qū)的防洪減災(zāi)工作奠定基礎(chǔ)。針對水閘泵站周邊水文資料的自動調(diào)度，在獲取水文資料時(shí)，重點(diǎn)介紹了歷史最高水位、最高流量、不同頻率下的水文、洪量等。對于歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)的收集，應(yīng)該采用自動洪水管理系統(tǒng)，記錄所有的數(shù)據(jù)，包括文件、多媒體和新聞；通過錄像等手段，可以根據(jù)不同的時(shí)間和時(shí)間，對各個時(shí)期的洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行整合。同時(shí)，還可以根據(jù)該系統(tǒng)獲取的抽水泵站周邊河道的變化進(jìn)行存檔和記錄。

2.2.5 非對稱布局的流場特征及調(diào)整方法

案例工程作為引水河流的一個重要入口，具有引水、排澇、通航等多種作用，其中包括節(jié)制閘、泵站、船閘等水工設(shè)施。節(jié)制閘共有4 孔，每孔凈寬10m，采用一種單層平底板梯形小坎堰，閘室底板順?biāo)鞣较蜷L25.6m，頂高程-6.35m，堰頂高程-5.5m。泵站共9 臺機(jī)組，引排能力達(dá)300m3/s，配合式二層矩形流道，可同時(shí)作為地涵洞。底層流道沿水流方向流道長度31.9m，凈寬7.8m，凈空4.45m，中間設(shè)一層分隔墻，流道底板頂高程-6.85m，分別以斜坡形式與上下游河床相接。在樞紐設(shè)置時(shí)，節(jié)制閘的中央線與閘站連接部位的兩側(cè)流道分開，并沿閘站連接段上下游各設(shè)置一段長度20.5m 和20m 的倒流墻。回流區(qū)入口段的最大寬度大約為2/3 閘孔寬，而回流區(qū)的尾段則直接向閘門右孔的出口段，減小了右孔的有效過水寬度，減小了右孔的溢流能力。當(dāng)泵站獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，上游的流道傾向于泵站，而左邊的流道卻出現(xiàn)了一個巨大的逆流。當(dāng)節(jié)制閘獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵站前方會出現(xiàn)大量的滯水區(qū)域，而閘前右岸的水流會變窄，并且會出現(xiàn)嚴(yán)重的側(cè)流現(xiàn)象[4]。當(dāng)閘門處于高位或低位時(shí)，上游的水流會傾斜，而左邊的通道會出現(xiàn)一個巨大的漩渦，特別是在低潮時(shí)，會出現(xiàn)一個巨大的漩渦。在主流區(qū)和回流區(qū)的壓力差異導(dǎo)致了下游的水平面下降，導(dǎo)致了主流路的一邊向前推進(jìn)，從而形成了一個偏差。這些流動特征對樞紐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了負(fù)面的作用，不但會導(dǎo)致樞紐進(jìn)流態(tài)的惡化，而且會使泵站的抽水效率和節(jié)流閘門的排水量下降，而且會加重下游的消能、防沖量，所以需要進(jìn)行調(diào)整。首先，對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該方法可以提高閘的入口流態(tài)，但同時(shí)也會加劇水泵站前池的流量。隨著分流壁的長度增大，雖然不會消退，但是回流區(qū)隨著壁長的增大而逐步上升，在導(dǎo)流壁達(dá)到34.4m 時(shí)，回流區(qū)末端只到閘門進(jìn)口，如果增大到42m，那么右側(cè)孔洞的回流全部消失，流量也大大增加，如果增大了護(hù)壁的長度，其流量也不會發(fā)生顯著的改變。因此，試驗(yàn)結(jié)果表明：閘門站界段的導(dǎo)流壁長度由20.5m 增大到42m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：由于引江河來水主流在泵站左邊，如果僅僅通過延長閘站交界處導(dǎo)流壁的長度來改進(jìn)前池流態(tài)，影響不大。

2.3 其他管理措施

案例水閘泵站閘泵樞紐工程中，水閘與泵站組合布置形式，布置緊湊，占地面積小，與常規(guī)閘站分離布置方法比較，具有較大的推廣價(jià)值。但這種布置方法所帶來的水流問題也是不容忽視的，如果處置不好，將會影響到整個工程設(shè)計(jì)的成功與否。

第一，注意閘門與泵站接合處的導(dǎo)流壁的結(jié)構(gòu)。在非均勻平面布局下，主流的偏折會造成閘門的側(cè)向流動和逆流。雖然不能完全排除閘門的倒流，但是可以將返回帶向上移動，降低水閘的排水量。

第二，加強(qiáng)河道消能連接流型的改進(jìn)。閘門在泄洪過程中，下游河段出現(xiàn)淤積主要有兩種情況：一是由于耗能設(shè)備選用不合理，導(dǎo)致了低耗；二是泄洪消能流型改變，導(dǎo)致水流的非均質(zhì)性，在平面對稱布局時(shí)，主流聚集在河道中部，導(dǎo)致兩邊的逆向逆流擠壓主流，導(dǎo)致單一寬度的流量聚集；在非對稱式布局時(shí)，主干向一邊排出，導(dǎo)致偏流，從而使其在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原來的水流狀態(tài)，獲得更好的效果。

第三，強(qiáng)化泵房前水池的結(jié)構(gòu)，水泵房前水池的流態(tài)狀況對水泵房的效能有很大的影響。有數(shù)據(jù)顯示，前池的流態(tài)紊亂會導(dǎo)致水泵的效能下降20%。在集流裝置中，前池的進(jìn)流狀況要盡量適應(yīng)上游的潮流，通常不建議采用橫向進(jìn)水，否則必須采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方法，例如在前池中設(shè)導(dǎo)流墩、水面梁、導(dǎo)流坎、潛墩等，還可以把整流設(shè)備與泵房其他設(shè)備相配合，例如導(dǎo)流墩和擋泥墩的組合。無論采用什么方法，都要確保前池的水流從正流方向流入，并且入口速度更均衡。

第四，嚴(yán)格把關(guān)原材料。在水利建設(shè)中，必須對混凝土的建筑材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，對水泥的品質(zhì)、產(chǎn)品的合格證、質(zhì)量檢測的報(bào)告等進(jìn)行嚴(yán)格審查，提出嚴(yán)格的規(guī)定，不允許不合格的水泥進(jìn)入施工現(xiàn)場。在對原材料檢驗(yàn)合格后，準(zhǔn)確地計(jì)量，零點(diǎn)校核。設(shè)置專門的負(fù)責(zé)人員，強(qiáng)化工人的專業(yè)技能和知識，強(qiáng)化施工機(jī)械的檢測，及時(shí)進(jìn)行維修和檢查，預(yù)防工程隱患和問題。通過對項(xiàng)目的具體實(shí)施，完善項(xiàng)目的品質(zhì)目標(biāo)，強(qiáng)化項(xiàng)目的質(zhì)量保障機(jī)制，將項(xiàng)目的有關(guān)理念與管理手段有機(jī)地融合在一起，形成一套行之有效的科學(xué)創(chuàng)新措施。

3 結(jié)語

目前我國水泵站閘門工程建設(shè)中出現(xiàn)了不少問題，主要表現(xiàn)為：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平低、工程建設(shè)水平低、合同單位實(shí)施不力、管理介入過多；水資源管理制度的缺乏，給水利設(shè)施的長期、穩(wěn)定帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著現(xiàn)代水利技術(shù)水平的提高，必須加強(qiáng)對大壩的總體安全控制與技術(shù)的普及，使之成為一個高品質(zhì)、長期穩(wěn)定的水閘泵站。