气动盾形闸门系统应用简介

李云峰 陶光慧 覃志强

【摘要】随着城市生态发展的需要，各类景观坝广泛应用于城市河道景观工程中。气动盾形闸门系统是综合了传统水工弧形钢闸门及橡胶坝的一些优点研制的一种新型闸门，作为在传统景观坝的基础上改良升级的新型景观坝形式，因其具有外形更加美观、结构更为新颖、功能更为全面、运行更加安全可靠、操作及维护管理更加方便、使用更加节能环保等多方面的优势脱颖而出，已较为广泛的运用在工程实例中。在城市景观水利工程中发挥出越来越重要的作用，有效的维护生态环境，满足水利工程生态化、景观化的要求，提升了城市景观水利工程的效益发挥。今后将会运用到更多的水利及景观工程中，营造出更多、更好的城市生态水景观，打造出更加美好的城市水环境。

【关键词】景观坝；气动盾形闸门系统；新型

1、概述

随着城市生态发展的需要，各类景观坝广泛应用于城市河道景观工程中，但传统的景观坝因其存在的不足和缺点，适用范围已受到较大程度的限制，已较难满足城市河道景观工程的新需求。

近年来由于某些城市河道对景观、泄洪、通航等的特殊要求，活动坝部分挡水高度需达到8m及以上高度，传统的景观坝已无法满足此等规模的需求。针对城市河道景观、泄洪及通航等的综合要求，以及传统景观坝存在的一些問题，气动盾形闸门系统作为外形更加美观、结构更为新颖、功能更为齐全、运行更加安全可靠、操作及维护管理更加方便、使用更加节能环保等的新型景观坝逐渐被广泛的运用到工程实例中。

2、气动盾形闸门系统简介

气动盾形闸门系统是综合了传统水工弧形钢闸门及橡胶坝的一些优点研制的一种新型闸门。主要特点是组合式结构，可适用于不同跨度的水利、景观、防洪等工程，不需设置中间闸墩或支撑墩结构。尤其在大跨度、低水头，设计新颖、布置紧凑的闸坝工程中占有较大优势。不但能满足常规的功能要求，还能够与周围环境相协调，充分满足现代化水利、景观工程生态化、景观化的要求。既可用于河道、水库，又可用于海堤、人工景观、引水灌溉、防旱排涝和已有大坝的加高、加宽等工程。

气动盾形闸门系统由门体钢结构、埋件、气袋、抑制带和自动控制系统等组成。门体结构由面板、加劲板等组成，门体挡水面板材质选用高强度结构钢，上游侧设置加劲板，气袋支撑在钢面板的下游面，在自动控制系统的控制下，利用气袋的充气或排气控制门体升起挡水或倒伏泄水，并可精确控制闸门开度。当闸门全部打开时，门体完全倒卧于河底，不影响城市防洪、景观、通航和水生动物等的回游。在闸门完全关闭时，门体完全升起，其面板与水平面的夹角介于60度至70度之问，并可停置在此范围内的任意角度，根据需要自动控制水位。为了在倒伏情况下更好的保护气袋、以及泄水时水力学条件更好，闸门面板设计有一定的弧度。在正常运行时，气动盾形闸门允许顶部溢流，门顶可设计成溢流状态形成人造瀑布景观。为防止在下游侧水位较高时或风力作用下闸门向上游侧倾倒，门体下游侧设有可折叠安全抑制带，安全抑制带材质选用高强度的合成橡胶。气动盾形闸门是一种理想的适应生态景观化的闸门，见图1。

2.1 主要特点

（1） 整座闸门采用单元式连接而成，每个单元都由与闸门面板同长度的充气袋支撑，只需要较为简单的基础，不受长度限制，也不需中间墩座，既能节省混凝土等建筑材料，又可大大提高过水能力，改善水流状态，易于排淤沙、漂浮物及通航，不产生空蚀等现象。

（2） 系统构造简单，不需设置机械轴承，各单位不需安装成为很精密地一条直线，抗震性能好，故障率低，易于维护。

（3） 闸门的翼形结构可有效保护气袋，避免气袋被浮木、石砾、冰块等损坏，还可破除河面的封冰。

（4） 系统采用可编程控制，依照调度需要可设计成整体控制，也可设计为分段控制，具有较好的操控性能。

（5） 闸门的水位控制系统可依照水位情况自动调整气袋压力，即使在缺电的状况下依然可以自动控制。尤其当洪水泛滥无法正常供电时，仅凭储气罐及气袋内蓄存的空气即可使闸门完成所需动作。也适用于以太阳能控制启动的空压机作为遥控装置，可利用无线通信及卫星数据资料连接。

（6） 气袋材料采用食品卫生级材料，保证水质安全。系统以压缩空气启动气袋，不会造成水和环境的污染。

（7） 采用气袋支承弧形面板的受力结构，最大理论高度可达到10m，目前已有门体高度达到8m、挡水高度达到8.25m的工程实例，且运行情况良好。

（8） 使用寿命长，理论寿命超过50年。

2.2 主要优点

（1） 气动闸的安性较高

设备安全：埋件及充气管路为不锈钢材料，气袋采用理论寿命可达到50年以上的高分子材料，闸门钢结构部分采用热喷锌加涂封闭漆防腐或采用不锈钢材料，空气压缩站系统采用优质知名品牌产品，以及充分考虑其安全系数，保证设备安全。

使用安全：因其结构布置特点，气动闸承受的水压力形成均布荷载传递给土建基础，埋件布置在基础混凝土中，受力状况均匀。在洪水泛滥引发断电的情况下，也可采用手动放气实现闸门的快速倒伏安全泄洪，保证了气动闸的使用安全。

（2） 不受河道宽度限制、高效泄水

闸门系统拦河宽度不受限制，无论河道跨度多宽，中间可不设闸墩，泄水面几乎与河道宽度一致，并可完全倒伏在河底，上、下游不形成水位差，不影响泄洪，可实现大面积高效率泄洪。

（3） 生态环保

气动闸自身没有任何机械用油，气袋原料采用食品级材料，以压缩干净空气作为驱动介质，不会造成水和周围环境的污染，完全倒伏即形成水生物通道，生态环保。

（4） 可形成人造瀑布景观、水流平稳、可破冰

气动闸应用于城市河流或人工湖，稳定的水位为人们提供了休闲景观，而溢流时形成的瀑布更为城市增添了一道优美的风景。

气动闸翼形门体和闸底连接设计使冰块、浮木和砾石容易流过，不会造成阻塞；门体加筋板兼导流功能，可平顺水流，减少冲刷。且可实现破冰，冬防凌汛。

（5） 安装简易、维护方便、运行成本底

气动闸门体上无高精度要求的轴承等零、部件，模块单元采用组合式，单节模宽重量相对较轻，安装时不需要大型起重设备，省时省力。后期运行故障率低，不需要整体系统更换，维修方便。运行时耗电量主要为空压机的运行电量，运行成本低。

（6） 制造安装工期短、经久耐用、性价比高

气动闸施工工期短，一般2-3个月即可完成制造及安装。自身不需要启闭设备，埋件受力均匀布置在基础上，对土建基础要求不高，只需较为简单的基础即可设置气动闸。土建投资相对较低，气袋支承的钢闸门结构可以完全保护气袋本身，使用寿命长，理论寿命超过50年，性价比高。

2.3 气动盾形闸门系统设计基础来源

气动盾形闸门系统是通过水利部“948”项目办引进国外的先进技术，在引进基础上，国内通过消化吸收再创新，结合我国水利工程的实际需要，成功研发的具有自主知识产权的一种新型生态环保、安全可靠的水利设施。2010年通过水利部科技成果鉴定委员会成果鉴定，并被鉴定为国际先进水平。在推广过程中得到了水利部领导和广大行业内专家人士的肯定和认可。

3、气动盾形闸门系统应用实例

3.1 在国外工程中的应用

气动盾形闸门为引进美国的新型产品，在国外工程中已经较为广泛的应用，其中比较有代表性的有在加拿大南部靠近拉斯维加斯已建设运行的Forrest kerr project height工程项目，闸门高度为7.8m，规模较大，运行情况良好。

3.2 在国内工程中的应用

气动盾形闸门作为新型的水闸之一，近些年来已经广泛运用到国内的工程实例中。

（1） 于2006年投入运行的北京大兴新风河治理工程，气动闸门规格为30m×2.5m（宽×高），运行情况良好。

（2） 于2008年投入运行的北京市清河治理工程，气动闸门规格为45m×2.5m（宽×高），运行情况良好。

（3） 于2012年投入运行的重庆潼南水电站大坝加高工程，气动闸门规格为45m×0.5m（宽×高），运行情况良好。

（4） 于2013年投入运行的贵阳市南明河红岩桥～叶家庄河段河道综合治理工程，气动闸门规格为60m×8m（宽×高），闸门最大挡水高度为8.205m，共设置有4级气动盾形闸门，门体部分采用不锈钢材料，运行情况良好，该工程规模为世界之最，项目业主已申报获得吉尼斯世界纪录。

（5） 贵州盘县柏果县河道治理工程，气动闸门规格为30m×2.3m（宽×高），该工程共设置有2级气动盾形闸门，运行情况良好。

（6） 贵州盘县柏果县河道治理工程，气动闸门规格为40m×2.3m（宽×高），运行情况良好。

（7） 南昌市前湖大道综合治理工程，气动闸门规格为30m×2.5m（宽×高），运行情况良好。

（8） 吉林松花湖综合治理工程，气动闸门规格为30m×2.5m（宽×高），运行情况良好。

（9） 吉林松花湖综合治理工程，气动闸门规格为20m×6m（宽×高），运行情况良好。

（10） 贵州德江县湿地公园玉龙湖景观坝工程，气动闸门规格为55m×3.0m（宽×高），运行情况良好。

以上工程实例均可作为今后工程方案比选的借鉴和参考依据。

4、结语

由于城市防洪的特殊要求，景觀坝一般要求具备外形美观、可靠耐用、便于维护的基本特点。气动盾形闸门系统作为在传统景观坝的基础上改良升级的新型产品，因其具有结构新颖、外形美观、安全可靠、功能全面、节能环保、维护管理方便等多方面的优势脱颖而出，已较为广泛的运用到工程实例中。在城市景观水利工程中发挥出越来越重要的作用，有效的维护生态环境，满足水利工程生态化、景观化的要求，更加提升了城市景观水利工程的效益发挥。今后将会运用到更多的水利及景观工程中，营造出更多、更好的城市生态水景观，打造出更加美好的城市水环境。

作者简介：李云峰（1977），性别：男，贵州贵阳，汉族，：高级工程师，学士，研究方向：主要从事水工金属结构设计及咨询，