平陆运河看点④ | 超级管道 精妙驭水

今年2月,平陆运河马道枢纽输水廊道一角的施工现场。周军 摄
走进平陆运河马道枢纽船闸深如峡谷的闸室,平展的“谷底”上,一排排混凝土“长凳”吸引着人们的目光。仔细观察,每张“长凳”下还藏着一道狭长幽深的缝隙。
现场工程师介绍,“长凳”的正式名称是“消能盖板”,而缝隙则是闸室的充排水口,其下连通的,便是整座船闸的输水廊道。
可以想象,当闸室启用,大量水体快速通过输水廊道从充排水口进出,携带巨大能量的水流在消能盖板的分割下趋于平缓,闸室内的船舶犹如乘坐“水上电梯”,在航道里上下穿梭、往来自如。
消能盖板和充排水口是省水船闸精密输水系统的末梢。这一系统破解了省水船闸的一个难点:如何让水安全高效输送,保障船舶的通航顺畅。
输水廊道是输水系统的核心。与常规船闸输水廊道只需连通航道上下游不同,平陆运河马道、企石枢纽是世界最大的三级叠合式省水船闸,其输水廊道还连通着三级省水池,设计、建设难度成倍增加。
更为关键的是,省水船闸除了“省水”,还要“省时”。“马道、企石船闸单闸次最大峰值分别为每秒519.6立方米和595立方米,输水量达30多万立方米,相当于170个游泳池,而时间需要控制在16分钟内,以提升船舶的通行效率。”南京水利科学研究院水工水力学研究所总工李中华说。
为此,建设团队围绕省水船闸输水系统关键技术展开攻关,马道、企石枢纽采取四区段八支廊道的分散输水系统形式,同时设置96组输水支孔,保证输水的快速平稳。复杂严密的输水系统,助力了平陆运河打造世界运行速度最快的省水船闸。
如果观察马道、企石枢纽输水廊道的三维动画模型,会发现总长度超过4000米的管道分层布设、纵横交错,犹如庞大的“地下迷宫”。
要把这座“地下迷宫”从图纸搬到实处,殊为不易。
马道、企石枢纽都是高水头船闸。马道枢纽水位落差达29.6米,企石枢纽达27米。水流从差不多9层楼的高度奔涌而下,对输水廊道和船闸结构产生巨大的冲击力。
“为了克服高速水流的影响,我们通过设计合理的廊道线型和转弯半径,改善廊道内水流的流速和流态,并在廊道内壁采用强度更高、抗冲刷、耐磨性更好的混凝土。”平陆运河马道枢纽设计负责人袁和平道出应对之策。
复杂的线型、弯道,使输水廊道的异型断面极多,精准浇筑成为难题。
常规混凝土结构物浇筑使用的模板是方方正正的,而平陆运河输水廊道的模板却截然不同,鹅颈状、分叉状、驼峰状……“叠形省水池船闸是世界首创,模板设计没有先例。”在企石枢纽项目副总工白露露的电脑里,600多张设计图纸拼出输水廊道的三维轮廓,用于指导现场施工。
“鹅颈段”是输水廊道的关键部分,顾名思义,其形状就像天鹅的脖子。“企石枢纽输水廊道的鹅颈段总高度有27米,截面形状随着高度的上升不断变化,施工工艺及质量控制难度极高。”企石枢纽项目总工李洪江介绍,建设团队运用BIM技术提前介入模板设计,对鹅颈段进行逐段分析,设计专用模板,并进行调整和验算,确保每一个角度、每一个弧度都精确无误。
输水廊道犹如船闸枢纽的血管,廊道内壁需要长期承受高速水流的冲刷,表面的一点凹凸,都有可能引发空蚀,危害“血管”的健康。行业规范要求的平整度是10毫米,平陆运河立足“优质工程”目标,提出了8毫米的标准。
“8毫米的平整度,跟镜面也差不多了。”平陆运河集团广西平陆运河建设有限公司副总工程师唐策乾说。常规施工技术措施达不到要求,那就大胆创新。经过反复试验,他们摸索出“振、填、搓、抹、收”的平整度提升“五步法”,打造出如镜面般光滑细腻的廊道内壁。
如今,已经完成建设的输水廊道正静卧在平陆运河枢纽船闸之下,等待澎湃水流的检验。当运河正式通航,闸门启闭间,水流将沿着这条地下“超级管道”丝滑涌动,化作温柔托举,承载着5000吨巨轮轻松跨越水位差,翩然往返于江海之间。(梁菡 庾琳 黎鑫)


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