欢迎来到新疆维吾尔自治区勘察设计协会,今天是 

金沟河引水枢纽除险加固工程

点击次数:1877

点击主图可以查看设计原图

获奖年度2023

专业分类工业工程设计

获奖等级二等奖

设计单位新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司

设计人员范勇锋、李红伟、冉建西、刘辉、刘双喜、丁银剑、高鑫、王恩辉、曾凯、范涛、路强、王继尧、韩刚、陈园、崔忠、汪栋、张广川、时悦、孙广花、祁世磊

项目简介

工程概况:

金沟河原引水枢纽工程是第一代费尔干式引水枢纽,工程主要承担金沟河灌区的灌溉、防洪任务,始建于1959年,于1960年竣工投入运行。引水枢纽位于金沟河中游河段出山口,闸址处多年平均径流量3.55亿立方米,设计引水流量45m3/s,年引水2.49亿立方米,控制金沟河灌区灌溉面积52.99万亩。由于原引水枢纽常年引水比较高,人工弯道过宽、弯道半径过大,无法发挥弯道环流的作用,加之河道泥沙含量大(多年平均含沙量为2.31kg/m3,多年平均输沙总量为94.4×104t),导致泄洪冲砂闸排沙不利,造成闸前、闸后上下游河道淤积严重,河床逐年抬高。同时,泥沙淤积导致建筑物磨损破坏、过流能力不足、防洪能力下降,每年用于清淤的费用较高。经安全鉴定现状引水枢纽被评定为四类闸,需拆除重建。同时现有的费尔干式布置形式在高引水比情况下,无法解决泥沙淤积问题。

2016年,金沟河管理处启动金沟河引水枢纽除险加固工程,在原址对现状枢纽的拆除重建。新建引水枢纽汲取原渠首泥沙淤积问题,委托黄河水利委员会黄河水利科学研究院水力学所进行了引水枢纽整体体型水工模型试验,最终确定采用闸坝结合的内外库引水枢纽布置型式,主要建筑物由挡砂外库、引水内库、内库进水闸、内库引水闸、上游挡水墙、下游挡水坝、泄洪冲砂闸、下游消能防冲建筑物等组成。

主要工艺:

一、内外库联合挡砂排砂引水运行。外库由泄洪冲砂闸、上游挡水墙以及右岸河道山坡围成,调节库容31.2万m3;内库由上游挡水墙、进水闸、引水闸和拦河下坝围成,库容48万m3。内外库之间采用扶壁式挡墙分隔,内外库布置优势在于:外库用来拦截沉积推移质泥沙,通过泄洪冲砂闸排至下游;内库用来沉积悬移质泥沙,并进行短时间调节,通过灵活的调蓄措施,确保水沙分道行走、泥沙清混分置,实现排沙不断流、冲沙引水两不误。 

二、混凝土四面体群+软排联合消能。考虑到原引水枢纽泄洪冲砂闸由于结构布置缺陷闸前、闸后上下游河道淤积严重,本次重建适当束窄了泄洪冲砂闸通道,加大了过闸单宽流量,并对泄洪冲砂闸下游防淤及防冲进行了专项研究,首次采用混凝土四面体群+软排的消能布置形式。在泄洪冲砂闸闸后斜护坦下游依次设置混凝土防冲墙、混凝土四面体+软排、尾部挡墙,四面体铺设长度为40m,每块四面体重6t左右,梅花形布置,每3~5枚四面体底部铺设一块钢筋混凝土软排,混凝土软排体之间通过通过钢筋环连接成为一个整体。

三、泄洪冲砂闸闸室抗磨损设置。河道推移质基本全由外库通过泄洪冲砂闸排走,泄洪闸闸室磨损问题尤为突出,为增强泄洪闸闸室的抗冲耐磨性能,工程首次在泄洪冲砂闸闸墩和闸底板采用钢板+废旧钢轨防护的抗冲耐磨方式。闸室检修门前底板、闸墩、闸后40m挡墙及防冲墙出露部分表面铺设2cm厚ZGMn13锰钢板,闸室检修门后底板、斜坡护坦底板表层铺设废旧钢轨,规格为50kg/m。钢轨与混凝土之间空腔应采用水泥浆液灌浆回填。

关键技术及创新点1:采用新型内外库枢纽布置型式解决高引水比渠首泥沙淤积严重难题

关于闸坝体结合内外库引水枢纽布置型式,是全新的引水排沙设计理念,可有效解决了新疆多泥沙河流高引水比渠首泥沙淤积严重难题。

已申请专利一项,通过科技查新证明其创新性和先进性,达国内先进水平。

关键技术及创新点2:发明混凝土四面体群+软排消能型式增强防冲防淤性能

结合模型实验成果,泄洪冲砂闸下游消能方式创新性采用了混凝土四面体群+软排消能增强消能防冲性能,该消能工体型属国内首创。

已申请专利一项,并获2021年度中国水利水电勘测设计协会QC优秀Ⅱ类优胜成果奖。

关键技术及创新点3:采用扶壁式挡水墙+防渗墙解决狭窄河道内外库布置难题

本工程扶壁式挡水墙体型作为低坝单双向挡水尚属国内首创,紧凑的结构可有效增大内库蓄水与外库存砂容积。

关键技术及创新点4:泄洪冲砂闸铺装钢轨+钢板防护层提升闸室抗冲耐磨性能

废旧钢轨防护设计方案有效解决了多泥沙引水枢纽泄洪闸抗冲耐磨问题,不仅提高了工程的耐久性,节约国家投资,对多泥沙引水枢纽泄洪闸抗冲耐磨材料选择提供了宝贵的经验。还通过废物再利用积极响应国家制定的绿色建筑政策。

工程已运行三年多,情况良好,经济效益显著,累计为管理单位带来了约5000万元的供水效益,年节省泥沙清淤费用近300万元。废旧钢轨防护层有效减缓闸身磨损,每年减少水闸维修费用10万元左右。通过系统地优化设计,新建引水枢纽充分发挥工程效益,将运管单位从停水检修清淤的泥潭中解脱出来,得到了运管单位的高度好评。

工程取得了QC成果奖1项,申请专利3项、发表相关期刊论文8篇。近年来,疆内友邻单位和大学多次前来参观、考察和交流,这均是对工程创新性、可行性、应用性的肯定,其在本工程的应用经验,对以后同类工程建设具有较好的推广价值。