云南省彌勒縣南盤江雷打灘水電站金屬結構設計

易春

摘? 要：云南省南盤江雷打灘水電站是昆明院實行的總承包項目工程。設計周期時間短，質量要求高，工程量控制嚴格。本文通過介紹雷打灘水電站金屬結構設計布置方案，希望對今后同類型的電站設計具有一定的借鑒和指導意義。

關鍵詞：雷打灘;金屬結構;方案設計;參數(shù);設計亮點

一、工程概況

（一）工程位置。雷打灘水電站位于云南省彌勒縣和邱北縣交界的南盤江干流上，系南盤江中下游河段一庫八級開發(fā)方式的第七個梯級電站。電站距彌勒縣城公路里程73km，距昆明公路里程為211km。

（二）水文和氣象。雷打灘電站壩址控制流域面積

26181km2，壩址多年平均流量為189m3/s。南盤江流域枯期降水一般較少，其河流水量主要靠地下水補給?？萜冢?1月-5月）徑流量只占年徑流量的27.7%。汛期徑流量約占年徑流量的72.3%左右。流域多年平均降水量 910 mm。多年平均懸移質來沙量為634×104t，其中汛期6月～9月為560×104t，占年來沙量的88.4%，多年平均含沙量為1.06kg/m3。壩址多年平均推移質為30×104t。壩址屬北亞熱帶季風氣候區(qū)，干濕季節(jié)分明，多年平均氣溫19.80C，極端最低氣溫約為-2.1℃。

（三）裝機規(guī)模和工程等級。本電站裝有3臺混流式水輪發(fā)電機，單機容量為36MW，保證出力24.93MW，多年平均發(fā)電量為5.327億kw·h，年利用小時為4932h。

攔河壩最大壩高84m，壩頂長度209.5m，壩型為碾壓混凝土重力壩。水庫總庫容93.96×106m3，有效庫容40.63×106m3。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》（DL 5180-2003），本電站屬三等工程，主要建筑物為三級建筑物。

工程地震設防烈度為7度。

（四）工程布置。攔河壩自右至左為右岸非溢流壩段、河中溢流沖沙壩段、左岸進水口壩段，為一字并列式布置。右岸非溢流壩段及河中溢流沖沙壩段（采用碾壓混凝土，左岸進水口壩段為常態(tài)混凝土。河中布置五個表孔，孔口尺寸為10m×16m（寬×高），堰頂高程為946.00m，表孔采用寬尾墩——底流消能。沖沙底孔左右對稱布置于溢流表孔兩側，孔口尺寸為3m×5m（寬×高），底孔采用挑流消能。

左岸引水發(fā)電系統(tǒng)由引水管道、岸邊地面廠房及GIS樓組成。引水管道布置在南盤江左岸，由明管和壓力管道組成，采用單機單管的供水方式，設計引用流量為82.5m3/s。隧洞段管徑為5m，壓力鋼管管徑為4.5m。三條引水道水平長度分別為222.540m、245.221m、269.052m。進水采用斜進水，與主廠房機組縱軸線夾角為600。

二、設計依據(jù)及標準

（一）設計遵循的標準。國家頒布的有關法令、法規(guī)。

金屬結構設備的設計所遵循的主要標準和規(guī)范有：《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范（DL/T5013-95）》;《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范（SL41-93）》;《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范（DL/T5018-94）》

三、金屬結構設備

整個電站共設有門槽36孔閘門29扇（其中弧形閘門7扇，平面閘門13扇、攔污柵9扇），各類啟閉機13臺。金屬結構設備總重約2106.547T。

（一）沖砂底孔系統(tǒng)的金屬結構設備。（1）沖砂底孔金屬結構概述。 沖砂底孔在大壩的左右岸各設一孔，其主要任務是水庫沖砂，以保證機組取水門前清。左右岸沖砂底孔的金屬結構設備由弧形工作閘門、工作閘門油壓啟閉機、事故閘門、事故閘門共用壩頂門式啟閉機等組成。

（2）沖砂底孔事故閘門與啟閉機。1）沖砂底孔事故閘門與啟閉機的主要技術參數(shù)。

孔口形式：潛孔式;

孔口尺寸：3.0m×5.2m;

孔口數(shù)量：2孔;

閘門數(shù)量：1扇;

底檻高程：910m;

設計水頭： 52m;

總水壓力：12291kN;

軌上揚高：9.2m;

起升速度：1.5m/min;

行走速度：15m/min;

軌距： 6.5m;

輪距： 8.5m;

起升高度：60m。

2）沖砂底孔事故閘門設計。在左右沖砂底孔進口處各設有一扇孔口尺寸為3.0m×5.2m的平面事故閘門門槽。門槽底檻高程910m，門槽中心線樁號均為壩橫0+003.00m。門槽型式為Ⅱ型結構。采用較優(yōu)的門槽錯距比和較優(yōu)的斜坡。二孔門槽共用一扇事故閘門。閘門為平面焊接鋼結構，采用滾動軸承定輪支承，分上、下兩節(jié)制造、運輸，節(jié)間采用銷軸連接，將兩節(jié)閘門在工地連接為一整體。節(jié)間設有止水。閘門為上游止水，頂側水封形式為“P”形斷面，底水封形式為“條”形斷面，橡皮采用預壓縮達到止水的目的。事故閘門的操作條件為配置加重塊動水下門，小開度提門充水平壓后靜水起門。

（3） 沖砂底孔工作閘門與啟閉機。1） 沖砂底孔工作閘門與啟閉機的主要技術參數(shù)。

孔口形式：潛孔式;

孔口尺寸：3.0m×4.0m;

孔口數(shù)量：2孔;

閘門數(shù)量：2扇;

底檻高程：910m;

設計水頭：52.45m;

總水壓力：8844.1kN;

支鉸高程：916.5m;

弧面半徑：9m;

活塞桿最大行程：6.8m;

活塞桿工作行程：7m。

2）沖砂底孔工作閘門設計。左右岸沖砂底孔弧形工作閘門采用焊接鋼閘門，主橫梁結構體系。主橫梁斷面為工字型結構，弧門為直支臂，支臂斷面為工字型結構，閘門采用圓柱鉸支承，支鉸軸套為自潤滑形式。門葉結構、支臂褲衩與支鉸運輸至工地后，用螺栓連接為一整體。止水結構上頂側水封為“P”形斷面，底水封形式為“條”形斷面。沖砂底孔弧形工作閘門為動水啟閉，全開全關運行。endprint

3）液壓啟閉機設計。左右岸沖砂底孔工作弧門液壓啟閉機為單吊點搖擺式液壓啟閉機，啟閉機機座及油箱泵站系統(tǒng)均設置在高程為925.75m平臺上。啟閉機的油缸內徑為340mm，活塞桿直徑為220mm，啟門時工作壓力為15.2MPa，閉門時工作壓力為3.3MPa。油缸缸體采用無縫鋼管制作，活塞桿及吊頭均為整體鍛件。液壓泵站布置在啟閉機室內，泵站設兩臺互為備用的油泵電動機組，液壓閥組的主閥均為插裝閥。

（二）溢洪道系統(tǒng)的金屬結構設備。（1）溢洪道金屬結構概述。大壩表孔溢洪道是雷打灘水電站的主要的泄洪通道，其最大泄流量約為7950m3/s。溢洪道布置在大壩的溢流壩段，金屬結構設有5孔1扇表孔平面檢修閘門和5孔5扇表孔弧形工作閘門。表孔平面檢修閘門的啟閉設備為共用壩頂1250kN門式啟閉機，弧形工作閘門的啟閉設備為5臺2×2500kN的液壓啟閉機。

（2） 溢洪道弧形工作閘門與啟閉機。1）工作弧門與油壓啟閉機的主要技術參數(shù)。

孔口形式： 露頂式;

孔口尺寸：10.0m×17.0m;

孔口數(shù)量：5孔;

閘門數(shù)量;5扇;

底檻高程：945.0m;

支鉸高程：955.0m;

設計水頭：17.0m;

總水壓力：15444.2 kN;

操作條件： 動水啟閉;

液壓啟閉機容量：? 2×2500kN;

活塞桿工作行程：? 6.5m。

2）工作弧門的設計。弧形閘門采用二主梁、二斜支臂焊接鋼結構，主橫梁同層布置方案，主梁和支臂采用箱形斷面。這種結構形式具有閘門整體剛度好，便于加工制造等優(yōu)點?；￠T支鉸采用自潤滑滑動軸套。在弧門兩側的邊梁上各布置有6個側導向輪?；￠T的側止水為“L”形橡膠水封，底止水為“條”形水封。

3）油壓啟閉機的布置設計。每扇閘門采用一套2×2500KN的油壓啟閉機操作，油壓啟閉機兩只油缸的上吊點分別布置在閘門兩側的邊墻上，下吊點分別鉸接在弧門兩側的邊梁上。液壓泵站布置在閘門之間的閘墩里，每套泵站設有兩臺互為備用的油泵電動機組。弧門可在泵房和溢洪道值班室現(xiàn)地控制，其信號也能在廠房中控室顯示。

（3）溢洪道檢修閘門及啟閉設備。1）溢洪道檢修閘門和門機主要技術參數(shù)。

孔口形式：露頂式;

孔口尺寸：10m×16.105m;

孔口數(shù)量：5孔;

閘門數(shù)量：1扇;

底檻高程：945.895m;

設計水頭：16.105m;

總水壓力：13124kN;

起升高度：60m;

軌上揚高：9.2m;

起升速度： 1.5m/min。

2）檢修閘門的設計。檢修閘門為平面鋼疊梁形式，共分5節(jié)。疊梁門采用復合材料滑塊支承，下游橡皮止水，側水封為“P”型水封，底水封和節(jié)間水封為“條”型水封。閘門的主梁為實腹式焊接組合變截面梁。閘門的操作條件為靜水啟閉，利用最下節(jié)疊梁上設置的充水閥充水平壓。門槽型式為矩形斷面，門槽的寬深比為1.71，門槽的底檻和主、反軌均為焊接鋼結構件，下游側主軌設有不銹鋼水封座板。

（4） 溢洪道閘門。正常情況下，溢洪道檢修閘門不工作，分5節(jié)分別鎖定在5孔門槽的上部，當洪水水位超過962.45m高程時，為避免疊梁門影響行洪，應將疊梁閘門提出門槽運到壩頂別處臨時存放。

（三）引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結構設備。（1）引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結構概述。雷打灘水電站設三臺機組，采用單機單管引水方式。引水發(fā)電系統(tǒng)的進水口位于大壩的左岸壩段。進水口金屬結構設有攔污柵、檢修閘門、快速事故閘門及相應的啟閉設備。在廠房的下游尾水管出口設有尾水檢修閘門及啟閉設備。

（2）攔污柵及清污機。1）攔污柵、清污機的主要技術參數(shù)。

孔口尺寸：3.7m×8.5m;

孔口數(shù)量：9;

柵葉數(shù)量：9;

攔污柵傾角：82°;

柵條凈距：100mm;

底檻高程：935.0m;

平臺高程：965.0m;

設計水頭差： < 4m;

清污方式：清污機清污;

耙斗容量：1.1m3;

清污機起升容量：2×37KN;

清污機楊程：35m;

清污機起升速度：5m/min。

2）攔污柵及清污機的布置。電站進水口攔污柵采用82°斜柵布置的方式。每臺機組的進水口設3扇攔污柵，共計9扇，放置在上游柵槽內。

3）扇攔污柵后的水域是連通的，當部分攔污柵的柵葉被污物堵塞時仍能保證各機組有足夠的引水量，可避免或減少因部分攔污柵堵塞而停機的機會。攔污柵前后設有水位計，以監(jiān)測攔污柵的水位差。當攔污柵的水位差接近設計值4m時，應啟動清污機進行清污，防止污物壓垮柵條。

（3）進水口檢修閘門。1）進水口檢修閘門的主要技術參數(shù)。

孔口形式： 潛孔式;

孔口尺寸： 5.0m×5.1m;

孔口數(shù)量： 3孔;

閘門數(shù)量：1扇;

底檻高程：935.0m;

設計水頭：27.0m;

總水壓力：6440.4KN;

操作條件： 靜水啟閉。

2）進水口檢修閘門設計。檢修閘門采用下游橡皮止水，尼龍滑塊支承，為焊接鋼結構，分兩節(jié)制造運輸，工地安裝時拼焊為一整體。主梁為實腹式焊接組合梁，斷面為“工”字形結構，面板和水封均設在下游側，頂、側水封采用“P”形水封，底水封采用“條”形水封。門槽型式為矩形斷面，采用較優(yōu)寬深比1.65，門槽的底檻和主、反軌均為焊接鋼結構件，下游側主軌設有不銹鋼水封座板。檢修閘門操作為靜水啟閉。

（4）快速事故閘門。快速事故閘門的設計。在每臺機組的進水口檢修門槽后設置一扇平面快速事故閘門，共3孔3扇。閘門采用下游橡皮止水，頂、側水封采用“P”形水封，底水封和節(jié)間水封為“條”形水封。定輪支承，支承跨度5.464m。閘門利用水柱動水下門，靜水啟門，使用門葉上設置的充水閥充水平壓，充水管直徑為300mm，當上下游水位差<4m時方可啟門。每扇閘門設有4個主輪，輪子直徑為0.7m，輪軸直徑0.16m。

（5）尾水檢修閘門。尾水檢修閘門設計。為方便機組與尾水管的檢修，在每臺機組的尾水出口設置檢修閘門。為減小閘門的寬度，在每臺尾水出口處設置一中間閘墩，使每臺機組的尾水出口一分為二，變?yōu)閮蓚€孔口。根據(jù)雷打灘建管部要求每孔門槽均配有一扇潛孔式焊接平面滑動檢修鋼閘門，這樣在首臺機組發(fā)電時，其余各臺機組用尾水檢修閘門下閘擋水，省略了其余各臺機組的臨時施工堵頭。閘門采用上游橡皮止水，尼龍滑塊支承，操作條件為靜水啟閉，起門水頭差按1m計算。閘門分二節(jié)制造，在工地安裝時焊成整體。為保證可靠封水，在閘門下游側設有簡支式彈性反輪4個。

四、金屬結構設計的亮點

（一）溢洪道金屬結構設計。雷打灘水電站洪水分布不均，汛期下泄洪水流量大。表孔溢洪道承擔主要的泄洪任務。表孔溢洪道工作弧門設計布置和結構計算先進合理，既減少了工程量，又保證了工作弧門安全可靠，順利完成擋水及調節(jié)流量的任務，發(fā)揮了良好的效益。

（二）進水口金屬結構設計。進水口檢修閘門、泄洪底孔事故閘門、表孔溢洪道檢修門共用一臺壩頂雙向門機，節(jié)約了啟閉設備。減少了工程量，節(jié)約工程投資。

（三）壩頂雙向門機及尾水臺車設計。壩頂雙向門機及尾水臺車啟閉機行走機構采用新型“三合一”電機減速器剎車定位裝置，結構緊湊，效率高，維護方便。進水口攔污柵清污機懸掛在壩頂雙向門機上，與壩頂門機共用行走機構，既節(jié)約工程量，更簡化了壩面布置，縮小了壩頂寬度尺寸。這樣的新穎布置在昆明院的金屬結構設計中，雷打灘電站為首創(chuàng)。endprint