全 莉，林智康，康 慷，錢 軍，曹立力

（1.揚州市勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 揚州 225007；2.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇 揚州225009）

水閘是一種修建在河道和渠道上利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的低水頭水工建筑物。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水閘的功能及重要性得到了越來越多學者及工程人員的重視，當前，學者們對水閘的研究主要集中于先進的施工技術(shù)在水閘建設(shè)及改造工程中的應(yīng)用[1-4］，數(shù)值模擬分析技術(shù)在水閘泄流及結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用[5-9］，水閘的金屬結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的分析[10-11］，水閘的安全評價[12-14］等方面。當水閘建成運行周期長，水情和工情會發(fā)生變化，水閘的功能也會隨之改變，為此需要根據(jù)當前水情和工情的要求，對現(xiàn)有水閘進行改造，本文以揚州市儀揚河閘為例，對其水情發(fā)生變化后采取的各種技術(shù)方案進行分析，以期為同類水閘增設(shè)泄洪建筑物的技術(shù)方案提供參考。

1 工程概況

揚州市儀揚河閘位于儀揚河與潤揚河連接處東側(cè)約1.2 km處，是儀揚河上的一座跨河建筑物（見圖1）。儀揚河閘建成于2012 年，主要承擔攔擋西部洪水、防止洪水倒灌揚州主城區(qū)的任務(wù)，原設(shè)計為Ⅱ等2 級水工建筑物，單孔凈寬22 m。在儀征市和邗江區(qū)域防洪排澇規(guī)劃實施前，儀揚河閘的水情發(fā)生變化，在儀征市主城區(qū)具備排水條件且水位可控的條件下需增加儀揚河閘的反向泄洪功能，水閘原有的單向泄洪功能無法滿足要求，需采取泄洪功能提升改造措施。針對儀揚河閘的水情和功能需求，提出了3 種不同功能提升方案，并從工程安全性、運行調(diào)度、原設(shè)計主體結(jié)構(gòu)的影響、外觀環(huán)境景觀及社會影響、交通影響、施工條件、改造工程量及投資、可操作性共8 個方面進行對比分析，以期為同類型建筑物功能提升改造設(shè)計項目積累經(jīng)驗。

圖1 儀揚河閘

根據(jù)《揚州市城市防洪規(guī)劃（2012-2020）》及《揚州市蘇中區(qū)水利治理規(guī)劃》，儀揚河閘上游側(cè)河道設(shè)計水位為6.77 m，50 年一遇防洪設(shè)計水位為7.43 m，100 年一遇防洪設(shè)計水位為7.45 m。儀揚河閘下游防洪標準為50 年一遇。針對儀揚河閘的功能提升特點，經(jīng)仔細分析工程原設(shè)計情況并復(fù)測下游河道搶險后的水下斷面后，遵循“增能不降標”和保留原設(shè)計主體結(jié)構(gòu)的原則下，初步提出了新建雙側(cè)堤后式箱涵、新建單側(cè)堤后式箱涵、新增疊梁閘門、改造三角門為升臥門、改造三角門為雙扉門、改造三角門為鋼壩閘、保留三角門改造下游消力池新建鋼壩閘共7 個方案。

2 方案對比分析

方案1 新增疊梁閘門方案適用于靜水啟閉工況，儀揚河閘需動水啟閉，大跨度動水啟閉過程中，閘門側(cè)阻力較大，可能會產(chǎn)生疊梁閘門無法吊出、影響應(yīng)急泄洪，存在一定的安全隱患。方案2 將三角門改造為雙扉門，需新增閘室的工作排架和啟閉機房，啟閉機房高度超出現(xiàn)狀控制房近10 m，對外觀環(huán)境影響很大。方案3 將三角門改造為升臥門，跨徑達22 m 的升臥門屬于江蘇省首例，改造技術(shù)經(jīng)驗不足，且金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備價格較高。方案4 將三角門改造為鋼壩閘，鋼壩閘需抬高門檻高程至1.4 m，對通航有影響。方案5 保留三角門，改造下游消力池并新建鋼壩閘，新建鋼壩閘的面板高度較高，廠家生產(chǎn)經(jīng)驗少且金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備價格較高，閘門控制精度一般，運行管理存在一定風險。經(jīng)初步分析，上述的5 個方案在儀揚河閘增能改造中均存在弊端，為此本文將重點討論方案6 新建雙側(cè)堤后式箱涵和方案7 新建單側(cè)堤后式箱涵。方案6 新建雙側(cè)堤后式箱涵共包括2 種方案，方案6-1 新建雙側(cè)堤后式箱涵，在儀揚河閘址堤后雙側(cè)各布置一座單孔箱涵，依據(jù)現(xiàn)場上游與下游均成90°角布置，箱涵孔口尺寸為4.0 m×3.5 m（凈寬×凈高），底板面高程0.5 m，閘首頂高程9.0 m，涵洞上下游均為90°角布置，雙側(cè)堤后式箱涵總長約210 m，見圖2（a）。方案6-2 的箱涵孔口尺寸為4.0 m×3.5 m（凈寬×凈高），底板面高程0.5 m，閘首頂高程9.0 m，涵洞上游為90°角布置、下游為150°角布置，雙側(cè)箱涵總長約200 m，見圖2（b）。

圖2 新建雙側(cè)堤后式箱涵方案

方案7 新建單側(cè)堤后式箱涵包括2 個方案，方案7-1 在閘址南側(cè)堤后布置一座雙孔箱涵，孔口尺寸均為4.0 m×3.5 m（凈寬×凈高），底板面高程0.5 m，閘首頂高程9.0 m，涵洞上、下游均為90°角布置，箱涵長度約145 m，見圖3（a）。方案7-2在閘址南側(cè)堤后布置一座雙孔箱涵，孔口尺寸均為4.0 m×3.5 m（凈寬×凈高），底板面高程0.5 m，閘首頂高程9.0 m，涵洞上游為90°角布置，下游為150°角布置，箱涵長度約130 m，見圖3（b）。

圖3 新建單側(cè)堤后式箱涵方案

方案6-1、方案6-2、方案7-1 和方案7-2 均需要破堤開挖施工，破壞兩岸管理設(shè)施。方案6-1、方案6-2、方案7-1和方案7-2 工程建成后，洞頂均可維持現(xiàn)狀地坪原樣，僅增加兩小間啟閉機房，對外觀影響小。方案6-1 工程投資較少，而方案6-2 的兩側(cè)箱涵斜向?qū)_出流，需要的消能防沖段較長，河底防護長約250 m，增加額外工程投資。方案7-1 與方案7-2 均僅南岸單側(cè)開挖施工，影響范圍小于兩側(cè)新建箱涵方案，但單側(cè)箱涵出流，對消能和北岸堤防岸坡穩(wěn)定不利，需要增加下游側(cè)消能設(shè)施，方案7-1 需對北岸約250 m 駁岸墻進行拆除重建，增加投資較大。方案7-2 對北岸120 m 駁岸墻進行拆除重建。

為進一步驗證方案6 和方案7 的合理性和安全性，采用ANSYS 軟件對各方案進行數(shù)值模擬分析，重點分析兩種泄洪工況下箱涵的流速及流態(tài)。泄洪工況1 的上游水位為7.0 m，下游水位為5.5 m，流量為100 m3／s；泄洪工況2 的上游水位6.5 m，下游水位為5.5 m，流量為60 m3／s。方案6 和方案7的各方案水深5 m 特征截面的速度云圖見圖4～圖7。在2 種泄洪工況時方案6-1 高流速區(qū)在1.93 m／s～2.26 m／s 范圍，高速區(qū)范圍較小，遠離箱涵對沖區(qū)域流速下降幅度較大，近岸區(qū)最大速度在0.64 m／s。方案6-2、方案7-1 和方案7-2 在2種泄洪工況時均出現(xiàn)近岸區(qū)流速大的區(qū)域，方案6-2 的近岸區(qū)流速最大達1.22 m／s，方案7-1的近岸區(qū)流速最大為2.64 m／s，方案7-2 的近岸區(qū)流速最大達2.79 m／s，均會對河岸邊坡產(chǎn)生沖刷作用。方案6-2、方案7-1 和方案7-2 均出現(xiàn)了明顯的偏流現(xiàn)象，為確保工程安全，需采取更多的防護措施，從而增加工程投資，另從流速沖刷岸坡角度綜合分析，建議采用方案6-1，該方案的兩側(cè)箱涵對沖出流的消能效果最好，工程安全性、影響范圍及美觀性的整體優(yōu)勢明顯。

圖4 方案6-1 的特征截面速度云圖

圖5 方案6-2 的特征截面速度云圖

圖6 方案7-1 的特征截面速度云圖

圖7 方案7-2 的特征截面速度云圖

3 結(jié)論

以儀揚河閘的水情發(fā)生變化為切入點，通過對比分析7個不同方案，優(yōu)選了在儀揚河閘上游和下游新建箱涵方案，箱涵均呈90°布置，該方案的洞頂可維持現(xiàn)狀地坪原貌，對外觀影響小，兩側(cè)箱涵對沖出流，消能效果較好，工程投資小，儀揚河閘的泄洪建筑物增設(shè)建議采用此方案，也為同類水閘的改造提供了參考。