水力液壓雙控翻板門(mén)在蒼溪航電樞紐工程中的應(yīng)用

楊勇

(四川嘉陵江蒼溪航電開(kāi)發(fā)有限公司，四川蒼溪 628400)

1 工程概況

蒼溪航電樞紐工程系《嘉陵江渠化開(kāi)發(fā)規(guī)劃報(bào)告》規(guī)劃中的第三個(gè)梯級(jí)，位于四川省蒼溪縣城上游約3 km 的河段上，上游接亭子口水利樞紐，下游與沙溪航電工程相連。蒼溪航電樞紐工程設(shè)計(jì)引用流量1193 m3/s，設(shè)計(jì)水頭6.3 m，總裝機(jī)容量66 MW，具有日調(diào)節(jié)能力。設(shè)四級(jí)船閘一座，船閘設(shè)計(jì)通航船舶噸級(jí)為2×500 t，單向年通過(guò)能力376萬(wàn)t。工程樞紐建筑物從左岸至右岸依次由左岸土石壩、廠房、泄洪沖沙閘、右岸泄水建筑物及右岸船閘組成，閘壩頂總長(zhǎng)515.26 m。

2 泄水建筑物的布置

通過(guò)對(duì)泄水建筑物進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算、泄洪能力計(jì)算以及堰頂高程分別為366.5 m、366 m、365.5 m 三個(gè)方案進(jìn)行分析比較得知，隨著水力自控翻板壩堰頂高程的降低，各頻率洪水對(duì)應(yīng)的上游水位也相應(yīng)降低，翻板壩堰頂高程為366.5 m(門(mén)高6.5 m)時(shí)兩年一遇洪水上游庫(kù)水位高于初設(shè)上游水位0.18 m，不能滿足本次優(yōu)化調(diào)整的基本原則，故該方案不宜采用。翻板壩堰頂高程分別為366 m(門(mén)高7 m)及365.5 m(門(mén)高7.5 m)時(shí)各頻率洪水上游庫(kù)水位低于初設(shè)上游水位，能夠滿足本次優(yōu)化調(diào)整的基本原則。根據(jù)所收集到的水力自控翻板壩工程實(shí)例得知，目前采用的水力液控雙控翻板門(mén)高度不宜超過(guò)7 m，若門(mén)高增加至7.5 m，將會(huì)增大水力自控翻板閘門(mén)的設(shè)計(jì)、制造及安裝難度。通過(guò)泄洪計(jì)算，采用“3孔泄洪沖沙閘+23孔水力液控雙控翻板門(mén)”能滿足兩年一遇、十年一遇等標(biāo)準(zhǔn)洪水的淹沒(méi)要求，設(shè)計(jì)洪水及校核洪水均有所下降;樞紐泄流能力通過(guò)西南水運(yùn)科學(xué)研究所整體水工模型試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，滿足泄流能力要求;翻板壩在各工況下的穩(wěn)定及應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

3 一般水力自控翻板門(mén)構(gòu)造

目前國(guó)內(nèi)7 m×10 m 型水力自控翻板門(mén)由預(yù)制的上部6塊高720 mm×厚300 mm×長(zhǎng)9940 mm、下部5塊高500 mm×厚300 mm×長(zhǎng)9940 mm 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)閘門(mén)板固定在兩件厚450 mm 的預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件支腿上并與相應(yīng)的止水件構(gòu)成擋水部分。擋水部分通過(guò)導(dǎo)板、滑輪、連桿、小連桿、連桿座與厚500 mm 的預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件支墩連接，支墩下部埋入壩體上的預(yù)留孔內(nèi)，并用二期混凝土澆筑固定，構(gòu)成一扇閘門(mén)。閘門(mén)可單扇，也可多扇一起使用。水力自控翻板閘門(mén)構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 一般水力自控翻板門(mén)構(gòu)造圖

4 蒼溪樞紐運(yùn)用的水力液壓雙控翻板門(mén)

一般水力自控翻板門(mén)的不足之處是:當(dāng)開(kāi)啟過(guò)程中遇到大型樹(shù)枝等漂浮物卡阻門(mén)時(shí)清除比較麻煩，不能人為控制;而當(dāng)需要開(kāi)啟水位卻又不高時(shí)，其無(wú)法正常使用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)谒ψ钥氐幕A(chǔ)上額外增設(shè)了液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，從而可以隨時(shí)人為控制各扇門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，這就是最新型的水力液壓雙控翻板門(mén)。

該水力液壓雙控翻板閘門(mén)增設(shè)了液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，在支墩與支腿間安裝了液壓油缸，在壩端設(shè)立了液壓控制系統(tǒng)，用油管將油缸和控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，通過(guò)操縱液壓控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)液壓油缸的伸縮，使閘門(mén)能夠在任意位置打開(kāi)、關(guān)閉、停留。自控液控雙作用翻板閘門(mén)構(gòu)造見(jiàn)圖2。

圖2 水力液壓雙控翻板門(mén)構(gòu)造圖

5 雙控翻板閘門(mén)運(yùn)用中存在的問(wèn)題及對(duì)策

水力自控(液控)翻板門(mén)靠水壓力及閘門(mén)自重自動(dòng)啟閉，無(wú)需啟閉機(jī)械及其他動(dòng)力，只需少量人員管理，可節(jié)省大量工程投資及管理費(fèi)用，縮短工期，因此，水力自控(液控)翻板門(mén)在水利工程中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，這類(lèi)閘門(mén)在運(yùn)行中也存在一些問(wèn)題，比如漂浮物的堵塞、閘門(mén)運(yùn)行的穩(wěn)定、檢修通道、支墩受力強(qiáng)度等，筆者針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了研究，進(jìn)而探討了解決方法。

(1)飄浮物撞擊及卡阻問(wèn)題。

洪水期，河道中飄浮的樹(shù)枝、雜草、垃圾?？ㄓ谒σ簤弘p控翻板門(mén)底和門(mén)間，造成閘門(mén)無(wú)法關(guān)閉與漏水;大型漂浮物如失控的大型船只對(duì)翻板門(mén)的撞擊也是致命的。

當(dāng)雜草、樹(shù)枝、樹(shù)干等雜物堵塞在鉸座周?chē)鷷r(shí)，會(huì)影響閘門(mén)的操作，汛后清理這些雜物也給運(yùn)行管理工作帶來(lái)了一定的麻煩。對(duì)此問(wèn)題，解決方法有以下幾種:(1)在上游設(shè)置防撞墩，將漂浮物導(dǎo)向鉸座兩邊，以減少漂浮物對(duì)鉸座的堵塞。其缺點(diǎn)是:由于回流等因素的影響仍有剩余漂浮物會(huì)沖到鉸座里。(2)在門(mén)前設(shè)置攔污柵。其缺點(diǎn)是:必須設(shè)置中墩并要定期清除柵前的漂浮物。(3)在連桿上焊接一個(gè)弧形的攔污柵，其大小視保護(hù)的范圍而定，在閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，連桿和攔污柵一起運(yùn)動(dòng)。根據(jù)蒼溪工程的實(shí)際特點(diǎn)，本工程選用了防撞墩方案。

漂浮物對(duì)水力自控(液控)翻板門(mén)的另一個(gè)影響為卡門(mén)。最常見(jiàn)的是樹(shù)枝、樹(shù)干卡在閘門(mén)與底板之間形成縫隙，造成漏水。經(jīng)分析及對(duì)實(shí)際工程的考察得知，這種情況多半發(fā)生在小洪水閘門(mén)開(kāi)啟并回關(guān)的過(guò)程中，因此，可以盡量利用靠近廠房的三孔泄洪沖沙閘泄放小洪水，從而大大減少了這種情況發(fā)生的概率。由于本工程翻板閘門(mén)安裝了液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，可人為控制閘門(mén)局部開(kāi)啟、清理和排除飄浮物。

(2)閘門(mén)連接防腐問(wèn)題。

水力自控翻板閘門(mén)及其支墩之間采用連桿和滑輪等金屬構(gòu)件連接固定。金屬構(gòu)件的防腐處理關(guān)系到水力自控翻板閘門(mén)運(yùn)行的安全可靠性及耐久性。目前常用的金屬構(gòu)件防腐方法有耐候鋼、熱浸鋅、熱噴鋁(鋅)復(fù)合層、涂層法、陰極保護(hù)法等。在綜合考慮造價(jià)、工藝及耐久期限等因素后，蒼溪樞紐工程最終采用熱噴涂金屬階梯涂層技術(shù)進(jìn)行金屬構(gòu)件的防腐處理。熱噴涂金屬階梯涂層防腐技術(shù)施作的涂層耐磨損，外觀整潔，覆蓋均勻、密實(shí)，保護(hù)周期長(zhǎng)，防腐性能好，抗破壞性強(qiáng)，不需組織二次施工，較大程度地降低了工程壽命周期成本，是首選的水工鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)。

(3)閘門(mén)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題研究及對(duì)策。

在水力自控(液控)翻板門(mén)的運(yùn)行中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)和拍打現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的正常運(yùn)行是有害的，輕者引起工程結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)，產(chǎn)生噪音;重者可導(dǎo)致閘門(mén)破壞。

影響閘門(mén)穩(wěn)定的因素很多，其中主要的有:①河道水流的不穩(wěn)定性。②閘門(mén)面板上的溢流水舌與閘下孔流間形成空腔，空腔中的空氣被水流帶走形成不穩(wěn)定的負(fù)壓。閘門(mén)兩側(cè)邊壁使過(guò)閘水流兩側(cè)形成漏斗，帶入空氣使空腔壓力不穩(wěn)。③閘門(mén)剛開(kāi)啟時(shí)遠(yuǎn)驅(qū)水躍在閘門(mén)底部產(chǎn)生的負(fù)壓。④風(fēng)浪造成閘上游水位不穩(wěn)定也影響閘門(mén)的運(yùn)行穩(wěn)定。

蒼溪航電工程前后河道較順直，水流平順，無(wú)急流、漩渦等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)單位在翻板壩段上設(shè)置了一個(gè)分隔墩，將水力自控(液控)翻板門(mén)分隔成兩箱，并在分隔墩上布置了通氣孔。分隔墩頭部、防護(hù)墩頭部均為流線型。翻壩段堰面平直段長(zhǎng)12.6 m，斜坡坡度為1∶1.2，翻板閘門(mén)及其支墩安裝在平直段上。翻板閘門(mén)重量W 與閘門(mén)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)所承受的總水壓力P 之比約為0.3。本工程翻板門(mén)設(shè)置了液壓控制系統(tǒng)，因此，由風(fēng)浪引起的水面波動(dòng)不會(huì)影響閘門(mén)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于采用的是支墩與堰頂整體澆筑，而不是預(yù)制澆二期混凝土的形式，對(duì)于支墩穩(wěn)定和受力更安全，通過(guò)采取以上措施，使得蒼溪航電工程水力自控(液控)翻板門(mén)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

(4)水力液壓雙控翻板門(mén)的日常維護(hù)。

水力自控(液控)翻板門(mén)的日常維護(hù)主要包括清除漂浮物、查看止水及連接件的工作狀況等。為此，需配備相應(yīng)的人員、船只及輔助設(shè)備進(jìn)行定期巡視、清污，以確保翻板門(mén)的正常運(yùn)行。

蒼溪航電航電樞紐是嘉陵江亭子口下游的第一級(jí)。蒼溪壩址距亭子口水庫(kù)11 km。亭子口水庫(kù)將于2013年蓄水發(fā)電，亭子口水庫(kù)是具有防洪任務(wù)的水庫(kù)，正常蓄水位高程為458 m，正常水位下庫(kù)容為34.68億m3，防洪庫(kù)容14.4億m3，最大壩高132 m，亭子口水庫(kù)的蓄水對(duì)于下游的蒼溪樞紐將帶來(lái)較大的影響:首先是洪水減小，防洪標(biāo)準(zhǔn)提高，亭子口水庫(kù)的推移質(zhì)不會(huì)出庫(kù)，懸移質(zhì)泥沙則要100年才出庫(kù)，給蒼溪樞紐水力液壓雙控翻板門(mén)的應(yīng)用帶來(lái)了有利條件。由于亭子口水庫(kù)到蒼溪樞紐之間嘉陵江此段無(wú)支流匯入，漂浮物被亭子口水庫(kù)攔截，使漂浮物樹(shù)枝卡門(mén)的幾率大大減小。

由于蒼溪航電樞紐庫(kù)容很小，正常水位以下的庫(kù)容僅為1900萬(wàn)m3，10多個(gè)小時(shí)即可放干水庫(kù)，因此，既使出現(xiàn)大的損毀，維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也是不大的，僅需2天多時(shí)間即可放干水庫(kù)進(jìn)行維修，因此，采用雙控翻板門(mén)的條件是有利的。雖然蒼溪處于大江大河的嘉陵江干流，但采用液壓雙控翻板門(mén)的選擇應(yīng)該是合適的。

6 結(jié)語(yǔ)

蒼溪航電樞紐工程具有水頭低的特性，為水力液控自控翻板門(mén)在樞紐布置中的應(yīng)用提供了有利條件。蒼溪航電樞紐工程泄水建筑物優(yōu)化調(diào)整后，樞紐的功能保持不變，仍然能渠化航道、改善航運(yùn)條件和發(fā)電。水庫(kù)運(yùn)行及閘門(mén)開(kāi)啟方式的擬定綜合考慮了泄洪沖沙閘和水力液控雙控翻板門(mén)的特性，為工程的安全、可靠運(yùn)行提供了保障;樞紐布置采用水力自控(液控)翻板門(mén)，為蒼溪航電樞紐工程直接節(jié)省10357.85萬(wàn)元，同時(shí)降低了施工難度。

蒼溪航電樞紐工程于2012年2月蓄水投產(chǎn)發(fā)電，經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的運(yùn)行，翻板門(mén)運(yùn)行狀態(tài)良好，為今后大江大河上運(yùn)用翻板門(mén)提供了一定的借鑒。