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第三节 水利工程勘察设计

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1986年开始,山东省水利工程建设逐步实现先设计再施工,水利勘察设计单位不断发展壮大,至2005年底,全省持证单位共111个。其中,省水利勘测设计院以水利甲级资质,承担大量山东省重点水利工程和主要大中型水利工程的地质勘探任务,从陆上勘探到湖区、浅海水上勘探,并发展到城市供水、工业与民用建筑(工民建)工程。
一、地质勘探设备与技术
1988年,省水利勘测设计院地质勘探队在地质资料整理中开始运用计算机,加快了地质成果生成的自动化进程。在曲阜市尼山水库保安全工程地质资料中,首次运用自行编制的《工程地质计算机绘图程序—钻孔柱状图CAD软件包》,取得理想效果,并开始推广应用。1994—1996年,共有4个勘探机组,勘探设备主要有苏式300米钻机、XJ-100型、CH-30型钻机及简单的勘探设备。1997年8月,地质勘探队改名为岩土工程处,机组发展到8个,成立桩基工程部。勘探设备除沿用XJ-100型、CH-30型G1-AG2-A型钻机外,先后引进DP-100-3E汽车钻、十字枚、静力触探JTY-2型静力触探数据采集仪自振法水文观测仪等。先后引进静三轴剪力仪、动三轴剪力仪、数据采集系统等,实现土工试验数据采集自动化,试验条件改善,试验成果质量提高。至2000年,所有地质资料均使用计算机处理。
二、设计工艺与技术
1986—2005年,省水利勘测设计院地质勘探队通过采用新技术、新材料、新工艺、新设备,工程设计产品的科技含量大幅度提高,并形成一些新成果。
(一)电气专业
1993年,在泵站电气设计上,在全国同行业率先采用四合一计算机集控台,除能完成常规控制台所具有的功能外,还有常规控制台不可能完成的保护巡查、接地探索、事故自动记录、屏幕显示、打印报表等。
1998年,在大中型泵站、电站、排灌站及水闸配电二次设计中,山东省率先采用具有中国先进水平的微机综合自动化系统,对水利工程及城市和工业供水工程主要电气设备的监测、控制和维护,不但进行微机监控,而且进行电视监视,形成了综合自动化系统,且能实现远方监控监视,可满足工程配电设备运行管理现代化的要求。
(二)金属结构专业
1986—2005年,在金属结构方面,传统的双卷筒、双机架、双吊点平门卷扬启闭机改为单机架、单卷筒双吊点卷扬启闭机,整机更加安全可靠,与传统定型启闭机相比:机重减轻52.7%,驱动功率降低53.7%,设备造价降低48.15%,配电设备造价降低20%。在国内首次研究采用柱稍超越式偏心轮控制机构,控制挂钩梁双钩双合,水下自动挂脱闸门准确可靠。在高密市褚家王五水库溢洪闸设计中,首次采用较卷扬启闭机,对机械传动而言,效率较高、运行平稳、结构紧凑、自重轻、噪声小、强度储备大;对水工建筑物来说,便于布置,易于实现集中控制和自动控制。研制成功HQ型回转式清污机,1990年之前,全国同行业闸前清污设计,均采用常规拦污栅,由悬式清污机清污,需人工操作。成功地研制了HQ型回转式自动清污机,并得到普遍推广应用。率先将固体自润滑轴承应用在水工闸门中。研究并成功应用环氧煤沥青覆盖层,以环氧煤沥青防腐材料为黏合剂,以玻璃纤维为增强材料而形成玻璃钢性质的保护层,优点是附着力强、漆膜坚韧耐腐,耐酸、碱、盐等介质作用,特别耐潮湿和水的作用,适合地下构筑物的防护。研究及成功应用弧形闸门支铰加固技术,先后在各种弧形闸门加固改建工程中得到成功应用,解决了弧门支铰倾斜度和不同轴度超差的问题,克服了相关技术缺点,具有工期短、造价低、便于施工等优点。
(三)水机专业
泵站断流方式及水锤防护新技术。对于高扬程或低扬程而输水管路不太长的泵站,采用的断流新技术有液控止回蝶阀和油压微阻缓闭止回阀两种方案:(1)液控止回蝶阀,兼有闸阀和止回阀的功能,具有分段关闭消除管路水锤的作用,特别是在突然停电或事故停泵时,永存的重锤势能,将自动按预先调定好的快关和慢关程序,分两阶段自动关闭蝶阀,防止水锤危害,保护水泵和管路安全。(2)油压微阻缓闭止回阀,水泵启动时,在水推力的作用下自动开启止回阀,在停泵或泵站突然停电时,油压微阻缓闭止回阀阀板在介质压力及自重的作用下先速闭,然后在缓闭装置的作用下缓慢关闭,直到最后达到密封,起到消除水锤的作用,不需要人工操作。另外,对于较高扬程和输水管路较长的泵站,泵站厂房外出水总管处一般设有泄压阀,当管路水锤压力达到某一设定值时,泄压阀自动打开排水泄压,确保泵站和管路的安全。
水机完整的监测系统。各大中型泵站吸水室内设有液位传感器,测定吸水室水位;每台水泵出口设有压力传感器,可以测定水泵出口压力;水泵出水管上设有电磁流量传感器,可精确地测量出水管出水流量。这三种设备均可实现微机监控并具有远传功能。
(四)水工专业
1990年,在昌邑县潍河辛安蓄水防潮闸工程设计中,首次采用在水闸被海水浸没的砼中掺外加剂代替特种水泥,经现取样试验,抗蚀系数提高1.3倍以上。率先应用垂直铺塑防渗新技术,采用专门的开沟挖槽机械,将塑料薄膜垂直埋入坝(堤)体和坝(堤)基内,形成以塑料薄膜为主体的防渗帷幕,替代砼、黏土、高压喷射灌浆防渗墙,具有防渗效果好、施工速度快、操作简便、造价低等优点。
1991年,在平原水库护坡设计中,首次采用聚乙烯薄膜防渗和土工织物反滤相结合的技术;调蓄池的设计首次采用全断面铺塑和聚乙烯泡沫板防冻新技术。两项新技术得到应用推广。
此后开始立项研究弧形闸门悬挂式钢铰闸墩,主要由支承结构、铰轴、锥形铰座、锥形滑动轴承及轴承间隙调整装置五部分组成,结构简单、安装方便、精度高、工期短、投资省、运行灵活、性能可靠。应用结构有限元分析系统软件SuperSap分析计算弧形闸门悬挂式支铰闸墩的应力应变,计算模型逼真,计算精度高,为闸墩受拉扇形区和铰孔邻近区域配筋设计提供了可靠依据,具有良好的推广应用前景。2000年,“弧门悬挂式支铰闸墩研究与应用”获山东省科技进步三等奖。
2004年,地下窄深槽铺膜截渗新技术——大跨度、大宽高比平面闸门及启闭系统设计研究分别获得山东科学进步奖二等奖、三等奖。
三、勘察设计成果
1986—2005年,省水利勘测设计院勘察设计范围包括调水工程(山东省引黄济青工程、南水北调一期山东段、胶东地区引黄调水、治淮沂沭泗河洪水东调南下)、河道治理、新建引黄平原水库、大中型水库除险加固、拦河闸和防潮堤、援藏、城市与工业供水、工业与民用建筑等,共完成大中型工程地质勘探项目490项,总钻孔33646个,钻探总进尺430634.25米。完成大中型工程设计210项。其中,有4项获国家级优秀勘察设计奖,有29项获省、部级优秀勘察设计奖; 与省水利科学研究院共同承担完成的“引黄济青工程输水沉沙设计研究”,于1991年获水利部科技进步一等奖,于1992年获国家科技进步二等奖;“橡胶坝技术”获水利部科技推广一等奖;1992年《水工设计》获水利部科技图书一等奖。
(一)山东省引黄入卫工程设计
为缓解河北省东南部地区水资源严重缺乏的状况,1989年,水利部多次征询从聊城地区境内引黄河水调入卫运河的意见。山东省政府研究认为,从聊城地区境内引黄河水入卫,能充分利用现有工程、输水线路短、送水较有保证,具有明显的优越性,应积极做好工作,支持兄弟省的经济建设,开始进行可行性研究。同年6月,水利部召集有关部门及山东省进一步讨论了引黄入卫线路方案,同意输水线路定为位山灌区三干渠,并提出入卫水量要求达5亿立方米,要考虑结合南水北调输水50立方米/秒。
引黄入卫工程,位于聊城地区境内,主要利用位山引黄三干渠输水系统,在工程闲置的非灌溉季节,引黄河水调入卫运河,设计入卫流量65立方米/秒。渠首引水流量80立方米/秒,引水量6.2亿立方米。输水线路主要为原位山引黄灌区三干渠输水系统,包括西输沙渠、西沉沙池、总干渠、三干渠及小运河入卫段,至卫运河全长105千米。入卫调水大部分利用现有工程,尚需安排的工程有:西输沙渠、西沉沙池、总干渠、位山三干渠清淤及扩池土方工程、部分渠段的砼板护砌工程、调水线路沿线新建、改建及重建的较大建筑物11座、小型建筑物145座、堤防交通道路105千米及通信工程,总投资20382.63万元。该工程按施工组织设计安排的工程进度如期通水,运行良好,符合设计要求。
1990年9月,省水利勘测设计院编制《山东省引黄入卫工程可行性研究报告(代设计任务书)》(附投资估算)。11月,编制《山东省引黄入卫工程可行性研究补充报告》。1991年12月,依据水利部《关于引黄入卫工程可行性研究报告的批复》,编制《山东省引黄入卫工程初步设计》;1992年9月—1993年2月,依据水利部《对〈山东省引黄入卫工程初步设计〉的批复》,编制输水渠及衬砌工程、六号沉沙渠工程、建筑物工程的施工图设计。
工程设计于1998年获山东省优秀勘察设计奖一等奖,于1999年获国家优秀勘察设计奖铜奖。
(二)沂沭泗河洪水东调近期工程大官庄枢纽工程设计
1992年1月,受淮委委托,依据《沂沭泗河洪水东调近期工程大官庄枢纽工程初步设计》和水利电力部《关于沂沭泗河洪水东调南下近期工程大官庄枢纽工程初步设计的批复》,省水利勘测设计院编制完成《沂沭泗河洪水东调近期工程大官庄枢纽工程初步设计说明书》附图和概算。1993年2月,水利部批复沂沭泗河洪水东调近期工程大官庄枢纽工程初步设计。10月,编制《沂沭泗河洪水东调近期工程大官庄枢纽工程施工图设计说明书》附图和预算。1994年10月,编制《大官庄枢纽工程施工图设计人民胜利堰节制闸下游河道变更设计说明书》。
本期枢纽工程需完成土石方131.41万立方米,砌石4.12万立方米,砼及钢筋砼1.84万立方米,工程总投资4904万元。
该工程于1996年获山东省优秀勘察设计奖一等奖,于1999年获国家优秀勘察设计奖铜奖。
(三)寿光市弥河寒桥拦河闸工程设计
2001年5月,省水利勘测设计院完成《寿光市弥河寒桥拦河闸工程设计报告》。该拦河闸为开敞式,共设13孔,每孔净宽16米,垂直水流方向总长228.4米,顺水流方向总长88米。主要由上游护坦、铺盖、闸室段、室内消力池、下游海漫及两岸桥头堡等部分组成。拦蓄库容1438万立方米。设计拦蓄水位21米,设计过闸流量2000立方米。设计洪水位23.2米,河道泄量3500立方米/秒。河道设计防洪标准为20年一遇。工程总投资2560.18万元。
2005年,该工程获山东省优秀勘察设计奖一等奖。