李京
(河北省廊坊水文水資源勘測局,河北廊坊065000)
三河水文站為潮白薊運河流域薊運河水系泃河水文站,為泃河控制站,屬國家二類河道站。站址位于河北省三河市泃陽鎮(zhèn),測站以上控制集水面積1 790 km2。三河水文站歷年實測最高水位17.24 m;實測最大流量809 m3/s,調查最大流量880 m3/s;實測最大流速:浮標法1.79 m/s、流速儀法2.04 m/s;實測最大水深8.4 m;實測最大含沙量24.1 kg/m3;實測最大水面寬129 m。該站極端最高氣溫40.2℃,極端最低氣溫-25.8℃,多年平均風速2.9 m/s。
新建纜道機房建筑面積為41 m2。新建河道測驗斷面過河索纜道,跨度為143.0 m。纜道左岸支架為鋼支架,支架高8.35 m,支架架頭截面尺寸為0.40 m×0.40 m,鋼架呈四方形單斜桿直立式結構,單向拉線。主材采用L80×5角鋼,綴材采用L50×5角鋼,鋼架底寬1.2 m。右岸與纜道房預埋貫通螺栓緊固件連接。
纜道分二層架設鋼索,分別為主索、工作索。在主索輪下0.5 m處安裝循環(huán)(轉向)輪,通過垂直布設的循環(huán)索驅動鉛魚進行測量。采用自動纜道測流控制系統(tǒng)1套、纜道水文絞車一臺、鉛魚BW-50 kg一只、平衡三角行車架一只、絕緣滑輪1套、循環(huán)工作索ф6 mm鋼絲繩200 m、主索ф12 mm光面鋼絲繩180 m。
1)設計最高水位Hmax=17.24 m;
2)設計最大水深hmax=9.0 m;
3)設計最大流速Vmax=5.0 m/s;
4)設計跨度L=143 m;
5)設計鉛魚重100 kg;
6)設計加載垂度2.5 m;
7)設計測流時最大風力6級,風速13.0 m/s;不測流時最大風力9級,風速24.0 m/s;
8)鉛魚底到八字拉線交點距離S1=1.0 m;
9)行車高度S2=0.5 m;
10)安全超高S3=0.8 m。
1)鋼架高度8.35 m。
2)鋼絲繩選用
主索采用Φ12 mm鋼絲繩,單重qz=0.7533 kg/m,破斷拉力不小于96 700 N;
工作索采用Φ6.0 mm鋼絲繩,單重qg=0.1882 kg/m,破斷拉力不小于24 100 N;
3)荷載
(1)主索空載拉力7 547 N,極限受力96 700 N。
(2)主索加載水平拉力H為20 658 N,KH≤Tj為安全。K為安全系數取3.0,Tj為主索破斷拉力為96 700 N,由于20 658×3=61 974 N<96 700 N,所以主索在抗拉力設計上是安全的。
(3)循環(huán)工作索拉力2 254 N,安全系數2.0,4 508 N<24 100 N,抗拉力設計上是安全的。
4)主索高程
纜道主索高程為26.45 m。
主索設計高程≥歷年最高洪水位+安全超高+鉛魚與行車架高度+加載垂度。
根據纜道設計標準規(guī)范,式中安全超高一般取1.5~2.5 m,設計中取2.5 m。
計算結果:26.45 m>17.24+2.5+0.9+2.5=23.14 m。纜道主索高程符合實際情況。
5)取材計算及取用
(1)左岸鋼架主材為 L80×5,綴材為 L50×5,驗算安全。
(2)右岸與纜道房預埋螺栓緊固件連接,驗算安全。
(3)左岸鋼架基礎為C25砼,邊長為1.5 m的正方形,深度1.5m,驗算安全。
6)纜道機房
新建纜道機房占地面積為32.24 m2,由于機房高度達8.3 m,外墻已相當于二層建筑,按占地面積32.24 m2的20%增加計算面積,新建纜道機房建筑面積為41 m2,位置選在纜道斷面右岸臨河側。
具有控制鉛魚水平運行及垂直升降功能。具有對流量信息(水面、河底、流速、水深、起點距)的接收、處理、計算及存儲功能,并具備與計算機實時通訊功能。當發(fā)生異常時具備應急控制功能。
控制系統(tǒng)主要設備有交流變頻器、三相交流異步電動機及無級調速裝置。主要工作原理是根據電動機拖動負載的性質及狀態(tài),改變電動機工作電源的電壓(380 V或中、高壓)和頻率(一般為50 HZ),使電動機在拖動不同負載時達到最佳工作狀態(tài)。
主要控制指標:
①供電電源:380 V±10%,50 Hz;
②運行速度:0~1.0 m/s;
③電動機運行頻率:0~50 Hz(要求顯示);
④具備限位控制裝置(水平時最大、最小,垂直時最高,河底自動停車);
⑤鉛魚制動時間:小于1 s。
實施流量信息自動采集的基本載體是鉛魚。水深(水面、河底信號)、流速等水文要素的信號源均安裝在鉛魚上,通過鉛魚的水平和垂直移動,將信號源帶到指定的垂線(測點),實現(xiàn)水深、流速等信息的自動采集。
水面、河底、流速儀信息的傳輸方式設計為數字編碼無線傳輸,由信號發(fā)射器和信號接收器組成。信號發(fā)射器安裝在鉛魚尾翼上與流速儀同高度,鉛魚懸吊索作為信號發(fā)射天線。
1)起點距測量:
①起點距測量范圍:-99.9~999.9 m;
②精度:0.1 m(符合水文規(guī)范要求);
③光電編碼傳感器信號系數:0.001~9.999;
④觸摸屏上用字符和圖形顯示起點距。
2)水深測量:
①測深范圍及光電編碼傳感器信號系數同起點距測量。
②精度:0.01 m(符合水文規(guī)范要求)。
3)流速測量:
①適應:20轉、5轉信號的流速儀;
②測量歷時:可修改、保存;
③自動計時、記數、計算流速;
④精度:計時 0.1 s;記數:無誤差;流速:0.001 m/s。
通過多年水文工程的設計施工,深感項目系統(tǒng)化設計的重要性,水文纜道的設計應遵循土建、設施、設備一體化設計原則,由于水文站點分布在各自的不同環(huán)境中,個體差異很大,所以搞好設計前期的數據調查和計算工作十分重要。