引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

楊　薇

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550000)

引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

楊薇

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550000)

摘要：引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計是水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較常見的類型，其設(shè)計質(zhì)量對于整個電站樞紐的運行管理而言有著極其重要的作用。結(jié)合具體的工程實例對引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了詳細分析。

關(guān)鍵詞：引水式電站；金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計；閘門；啟閉機

1概述

壩王河流域是紅水河水系蒙江的一級支流，位于貴州省南部黔南州地區(qū)，河流全長162.2 km，總落差1 246 m，流域面積2 351 km2。

小井水電站是壩王河干流梯級開發(fā)的第五級，工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧灌溉，電站總裝機容量為90 MW，主要由小井引水工程和小井水電站工程兩大部分組成。

小井引水工程：小井上游排竹水庫為己建成工程，水庫總庫容為408萬m3，因排竹壩下游巖溶強發(fā)育，河谷為懸托河，在天然狀態(tài)下河水滲入地下暗河，故在排竹壩處修建1條引水隧洞(排竹隧洞)，避開暗河段，途經(jīng)下游新寨天然河道至小井水庫，設(shè)計引用流量22.4 m3/s。

小井水電站工程：小井水電站為高水頭的徑流式電站，壩頂高程815 m以下庫容為23.5萬m3。由于受下游河道伏流影響，常年洪水因泄流不暢，形成天然雍水水庫，使大壩上下游水位齊平，大壩深潛入水下，故水庫最大庫容為0.42億m3。在小井水庫擺細壩處設(shè)置了1條發(fā)電引水隧洞(小井隧洞)，設(shè)計引用流量28.2 m3/s。

根據(jù)樞紐總體布置的需要，共設(shè)置了以下幾項金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備：一是引水工程排竹隧洞進口事故閘門及工作閘門；二是小井發(fā)電引水隧洞進口安全柵、事故閘門及工作閘門；三是前池進水口攔污柵、事故閘門；四是廠房大、小機組尾水閘門?？傆嬮T(柵)體重133 t，門(柵)槽埋件重82 t，配套啟閉設(shè)備選用固定卷揚式啟閉機、臺車式啟閉機及深孔式弧門液壓式啟閉機幾種型式，共10臺。

2引水工程

在排竹隧洞進水口處沿水流方向依次設(shè)置了1扇平面事故閘門和1扇弧形工作閘門，事故閘門用于下游工作閘門及隧洞的事故性保護及檢修，工作閘門則用于控制上游引水流量。

2.1　事故閘門

孔口尺寸2.5 m×3 m，設(shè)計水頭13 m，閘門底檻高程853.80 m，門槽頂部高程867.00 m，閘門型式采用平面定輪鋼閘門。為使閘門在啟閉過程中運行平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4套簡支式側(cè)輪，止水裝置設(shè)在閘門的下游面，頂側(cè)止水為P型橡皮止水，底止水為刀型橡皮止水。閘門主材Q235B，重量7 t。閘門運行條件為動閉靜啟，門頂設(shè)置充水閥，配置1臺水位差計，用于監(jiān)測閘門前后的充水平壓情況，閘門閉門時利用水柱閉門。該閘門平時鎖定于門槽頂部的檢修平臺上，當(dāng)下游工作閘門及隧洞出現(xiàn)事故或需要檢修時，動水閉門(利用水柱加重)，檢修完畢后用門頂充水閥充水平壓，當(dāng)水位差計上顯示閘門前后的水位差≤5 m時，再開啟閘門至檢修平臺處鎖定。門槽埋件包括主反軌、門楣及底檻等，其中主軌為鑄鋼件，埋設(shè)件安裝在預(yù)留的二期混凝土內(nèi)，其定位是利用一期混凝土內(nèi)伸出的預(yù)埋錨筋與埋件上的拉筋進行調(diào)整對位后焊接固定，埋件重量7 t。為了滿足閘門后的補氣需要，在靠近閘門的下游胸墻附近設(shè)置了1個φ700的通氣孔。啟閉機采用1臺固定卷揚式啟閉機，型號為QP—2×160 kN—15 m，操作方式為手電兩用。閘門門體的檢修可在高程為867.00 m的檢修平臺上進行。

2.2　工作閘門

孔口尺寸2.5 m×2.5 m，設(shè)計水頭13 m，閘門底檻高程853.80 m，門體型式采用潛孔式弧形鋼閘門，門葉結(jié)構(gòu)為主橫梁直支臂型式，支鉸軸承采用鋼臂復(fù)合材料圓柱軸承，支鉸高度3.75 m，弧門半徑5 m。止水裝置設(shè)在閘門的上游面，側(cè)止水采用方頭P形止水，底止水為刀型橡皮止水。為防閘門在啟閉過程中產(chǎn)生門頂射水，頂止水設(shè)置為2道，其中一道設(shè)于門頂上，另一道設(shè)于門楣上。為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體的2根邊梁上分別設(shè)置了2套簡支式側(cè)輪。門體主材采用Q235B，重量8 t。埋件包含主側(cè)反軌、門楣、止水座及底檻等，安裝在預(yù)留的二期混凝土內(nèi)，其定位是利用一期混凝土內(nèi)伸出的預(yù)埋錨筋與埋件上的拉筋調(diào)整對位后焊接固定，埋件重量3 t。閘門運行條件為動水啟閉，與閘門配套的啟閉機采用1臺深孔式弧形閘門液壓啟閉機，型號為QHSY—250 kN/150 kN—3.97 m，其附屬設(shè)備液壓泵站及電氣操作柜等放置于閘門上方的啟閉機室內(nèi)。配置1臺開度儀，用于閘門的開度控制。工作閘門若需檢修，動水關(guān)閉其上游的進口事故閘門即可。

3引水隧洞工程

在小井隧洞進口處沿水流方向依次設(shè)置了1扇安全柵、1扇事故閘門和1扇工作閘門，安全柵用于攔截水庫上游的大塊污物，以免進入洞內(nèi)，事故閘門用于下游工作閘門及隧洞的事故性保護及檢修，工作閘門則用于調(diào)節(jié)控制發(fā)電引水流量。

3.1　安全柵

孔口尺寸7 m×7 m，設(shè)計水頭4 m，底檻高程為808.336 m，柵體形式為平面直立活動式，安全柵為粗格設(shè)置，柵體主材Q235B，重量18 t(含吊桿)，埋件主材同柵體，重量8 t。啟閉機采用1臺固定卷揚式啟閉機，型號為QP—2×160 kN—8 m，操作方式為手電兩用。設(shè)置1臺水位差計用于監(jiān)測柵體前后的水位差，該水位差不得>4 m。攔污柵清污方式為人工清污，柵體的檢修可在高程為840.00 m的檢修平臺上進行。

3.2　事故閘門

孔口尺寸4 m×5 m，設(shè)計水頭25 m，校核水頭32 m，閘門底檻高程808.336 m，門槽頂部高程840.00 m，閘門型式采用平面定輪鋼閘門。為使閘門在啟閉過程中運行平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4套簡支式側(cè)輪，止水裝置設(shè)在閘門的下游面，頂側(cè)止水為P型橡皮止水，底止水為刀型橡皮止水。閘門主材Q235B，重量29 t。閘門運行條件為動閉靜啟，門頂設(shè)置充水閥，配置1臺水位差計，用于監(jiān)測閘門前后的充水平壓情況，閘門閉門時利用水柱閉門。該閘門平時鎖定于門槽頂部的檢修平臺上，當(dāng)下游工作閘門及隧洞出現(xiàn)事故或需要檢修時，動水閉門(利用水柱加重)，檢修完畢后用門頂充水閥充水平壓，當(dāng)水位差計上顯示閘門前后的水位差≤5 m時，再開啟閘門至檢修平臺處鎖定。門槽埋件主材Q235B(其中主軌為鑄鋼)，重量28 t。為了滿足閘門后的補氣需要，在靠近閘門的下游胸墻附近設(shè)置了1個φ1 100的通氣孔。由于閘門從關(guān)閉位置到檢修平臺的啟吊高度較大，啟閉機采用1臺固定卷揚式高揚程啟閉機，型號為QPG—1 600 kN—33 m，操作方式為電動。閘門門體的檢修可在高程為840.00 m的檢修平臺上進行。

3.3　工作閘門

孔口尺寸4 m×4 m，閘門底檻高程808.336 m，設(shè)計水頭25 m，校核水頭32 m，門體型式采用潛孔式弧形鋼閘門，門葉結(jié)構(gòu)為主橫梁直支臂型式，支鉸軸承采用自潤滑圓柱鉸軸承，支鉸高度6 m，弧門半徑8 m。止水裝置設(shè)在閘門的上游面，側(cè)止水采用方頭P形止水，底止水為刀型橡皮止水。為防閘門在啟閉過程中產(chǎn)生門頂射水，頂止水設(shè)置為2道，其中一道設(shè)于門頂上，另一道設(shè)于胸墻上。為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體的2根邊梁上分別設(shè)置了2套簡支式側(cè)輪，門體主材采用Q235B，重量28 t。門槽埋件主材Q235B，重量6 t。閘門運行條件為動水啟閉，與閘門配套的啟閉機采用1臺深孔式弧形閘門液壓啟閉機，型號為QHSY—800 kN/300 kN—5.9 m，其附屬設(shè)備液壓泵站及電氣操作柜等放置于閘門上方的啟閉機室內(nèi)。配置1臺開度儀，用于閘門的開度控制。工作閘門若需檢修，動水關(guān)閉其上游的進口事故閘門即可。

4前池進水口攔污柵、事故閘門

在壓力前池取水口處按水流方向依次設(shè)置有1扇攔污柵和1扇事故閘門，分別用于攔截水庫的污物及作為下游蝶閥與電站廠房等建筑物的事故性保護。

4.1　攔污柵

孔口尺寸7.6 m×6 m，設(shè)計水頭4 m，底檻高程為792.50 m，柵體形式為平面直立活動式，柵體主材Q235B，重量16 t(含吊桿)，埋件主材同柵體，重量6 t。啟閉機采用1臺固定卷揚式啟閉機，型號為QP—2×160 kN—8 m，操作方式為手電兩用。設(shè)置1臺水位差計用于監(jiān)測柵體前后的水位差，該水位差不得>4 m。攔污柵清污方式為人工清污。門體的檢修可在高程為804.00 m的檢修平臺上進行。

4.2　事故閘門

孔口尺寸為2.6 m×2.6 m，設(shè)計水頭11 m，閘門底檻高程792.50 m，門槽頂部高程804.00 m，閘門型式采用平面定輪鋼閘門，為使閘門在啟閉過程中運行平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4套簡支式側(cè)輪，止水裝置設(shè)在閘門的下游面，頂側(cè)止水為P型橡皮止水，底止水為刀型橡皮止水。閘門主材Q235B，重量6 t。閘門運行條件為動閉靜啟，平壓方式采用小開度提門充水平壓，配置1臺水位差儀，用于監(jiān)測閘門前后的充水平壓情況，閘門閉門時利用水柱閉門。該閘門平時鎖定于門槽頂部的檢修平臺上，當(dāng)下游廠房等出現(xiàn)事故或需要檢修時，動水閉門(利用水柱加重)，檢修完畢再小開度提門充水平壓，當(dāng)水位差計上顯示閘門前后的水位差≤5 m時，再開啟閘門至檢修平臺處鎖定。門槽埋件主材Q235B，重量6 t。為了滿足閘門后的補氣需要，在靠近閘門的下游胸墻附近設(shè)置了1個φ600的通氣孔。啟閉機采用1臺固定卷揚式啟閉機，型號為QPG—250 kN—13 m，操作方式為電動。門體的檢修可在高程為804.00 m的檢修平臺上進行。

5廠房尾水檢修閘門

電站共設(shè)有3臺機組，其中有2臺為大機組，1臺為小機組，在每臺機組的尾水管出口均設(shè)有1扇尾水閘門，用于電站水輪機組的檢修。

大機組尾水閘門孔口尺寸為2.76 m×2.76 m，小機組尾水閘門孔口尺寸為1.74 m×1.74 m，設(shè)計水頭分別為10、8 m，底檻高程分別為416.099、418.50 m。閘門型式均采用平面滑動鋼閘門，主支承為4個鋼滑塊。為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4個懸臂側(cè)輪和4個彈性反輪，止水設(shè)在背水面，頂側(cè)止水為P型橡皮止水，底止水為刀形橡皮止水，門體主材Q235B，大機組尾水閘門單扇重8 t，小機組尾水閘門單扇重5 t。門槽埋件包括主反軌、門楣及底檻等，主材Q235B，大機組尾水閘門單孔埋件重7 t，小機組尾水閘門單孔埋件重4 t，閘門運行條件均為靜水啟閉。與大機組尾水閘門配套的啟閉機采用固定卷揚式啟閉機，型號為QPQ—250 kN—13 m，1門1機布置，數(shù)量共2臺，操作方式為手電兩用。與小機組尾水閘門配套的啟閉機采用1臺固定卷揚式啟閉機，型號為QPQ—160 kN—11 m，操作方式為手電兩用。每扇閘門均配有1臺水位差計，用于監(jiān)測閘門在啟門前的充水平壓情況，閘門的充水方式為利用水輪機的排水管從下游充水平壓，當(dāng)水位差計上顯示閘前閘后的水位差<1 m時，才提升閘門至檢修平臺處鎖定。閘門門體的檢修可在高程為432.25 m的檢修平臺上進行。

6結(jié)語

綜上所述，引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的特殊性，其設(shè)計是一項復(fù)雜而又系統(tǒng)的工作，需要設(shè)計人員在綜合全面考察和了解的基礎(chǔ)上，選定出最優(yōu)的設(shè)計方案。另外，具體的金屬設(shè)備選擇也需要根據(jù)工程建設(shè)地區(qū)的特點以及運行特點進行，這樣才能保證設(shè)備的適用性。

參考文獻：

[1]陸偉.馬堵山水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)計和布置、選型優(yōu)化[J].人民珠江，2011，32(3)：46_49.

[2]尹顯清，楊光勇.松山河口水電站工程金屬結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計和操作運行[J].云南水電技術(shù)，2011(1)：52_54.

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡介：楊薇(1965-)，女，高級工程師，主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作。

收稿日期：2015-08-21