水庫工程初設階段金屬結構設計研究

摘 要：某水庫工程是惠水縣即將開工建設的小一型骨干水源工程，工程的建設可以有效解決該地區(qū)工程性缺水問題。水庫工程主要包括供水工程及灌溉工程。文章主要介紹了閘門、攔污柵、啟閉機等金屬結構的設計和布置特點。

關鍵詞：水庫；金屬結構；閘門；蝶閥

1 工程概況

某水庫選址位于惠水縣漣江河左岸半坡河溝上，屬珠江流域紅水河水系。水庫設計最大壩高42.39米，總庫容120萬立方米，估算總投資5000萬元。水庫的工程任務是村鎮(zhèn)供水為主兼顧灌溉。水庫建好后，將解決高鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)及周邊村寨2萬人生活生產用水和2500萬畝農田的灌溉用水。工程是供水和灌溉綜合效益為一體的水利工程項目。水庫規(guī)模為小（1）型，工程等別為Ⅳ等，樞紐大壩等主要建筑物為4級，次要建筑物為5級；村鎮(zhèn)供水工程屬Ⅳ等，其管道及管道建筑物為4級；灌溉工程屬Ⅴ等，灌溉輸水管道及管道建筑物為5級。需根據(jù)工程實際特性合理選擇匹配的閘門、攔污柵、啟閉機等金屬結構，并進行詳細的設計分析。

2 金屬結構設備布置與選型設計

初步設計設段，水工金屬結構設備根據(jù)工程總體布置的需要，主要設置在泄水系統(tǒng)、引水系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)的相關建筑物上。水庫工程主要金屬結構布置在取水設施和導流洞前，放空和取水設施由導流洞進口采用“龍?zhí)ь^”形式改建而成，采用喇叭口型式，進口設移動式直立攔污柵，柵后設檢修閘門，檢修閘門后布置事故閘門，后設置通氣孔。通過DN600取水兼放空鋼管引水至下游進行放空；從取水兼放空鋼管上連接DN300的取水鋼管至取水工作蝶閥；從取水兼放空鋼管上連接DN100的環(huán)境用水鋼管至下游原河道。主要金屬結構有取水口攔污柵1扇，檢修閘門1扇，事故閘門1扇，DN600取水兼放空鋼管，DN300引水鋼管，DN100環(huán)境用水鋼管，DN600檢修蝶閥1個，DN600工作蝶閥1個，DN300工作蝶閥1個，DN100工作蝶閥1個。

2.1 進口攔污柵選型設計

在進水口進口處設置攔污柵一扇，攔污柵孔口尺寸為4.0×2.8m（B×H），設計水頭4m，運行方式為移動式。柵體主材采用Q235B鋼板，性價比高，柵體重量2.3T，埋件重量2.6T，支承采用鋼滑塊，啟閉采用單吊點CD1型鋼絲繩電動葫蘆，起重重量為3T，揚程為30m，懸掛在取水塔頂部啟閉機房大梁上。為了操作方便，攔污柵采用鋼絲繩啟吊。考慮到水庫水質較好，含渣量少，所以擬采用人工清污。

2.2 進口檢修閘門設計

進口檢修閘門，主要用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水，通常在靜水中進行啟閉。水庫檢修閘門設置在進口攔污柵之后，事故閘門之前，主要用于檢修事故閘門及下游鋼管，此外，還充當封堵閘門在下游施工時使用。孔口尺寸2.5×1.8m（B×H），閘門門體結構設計按照25m水頭設計，閘門的運行方式為靜閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設置充水閥充水平壓，待閘門前后水位基本一致后，才能全開閘門至檢修平臺處鎖定。閘門門體和埋件采用Q235B鋼，閘門門體重量為3.5T，埋件重6.5T，支承采用聚四氟乙烯滑塊，啟閉用單吊點QPG250KN-30m的高揚程卷揚式啟閉機，起重重量為250KN，揚程為30m，操作形式電動。

2.3 進口事故閘門設計

進口事故閘門，其主要作用是能在動水中截斷水流以便處理或遏止水道下游所發(fā)生事故的閘門。當事故發(fā)生后，如果需要閘門具有快速關閉功能時，則此類事故閘門又稱為快速事故閘門?？焖偈鹿书l門的關閉特性時，應在滿足機組、輸配水鋼管保護等功能需求，合理確定快速事故閘門的動作下降特性，在接近門檻時，設計的閘門動作速度不宜大于5m/mid的下降速度。事故閘門宜在靜水中開啟。某水庫工程在攔污柵、檢修閘門后設置事故閘門一扇，閘門孔口尺寸為1.5×1.8m2，設計水頭為25m，閘門的運行方式為動閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設置充水閥充水平壓，待閘門前后水位基本一致后，才能全開閘門至檢修平臺處鎖定。當其后的工作閘門需要檢修時，動水下閘擋水，待檢修工作完成后靜水啟門，提升并鎖定于檢修平臺高程。閘門門體和埋件采用Q235B鋼，門體自重2.2T，埋件重量7.0T，支承采用聚四氟乙烯滑塊，啟閉用單吊點QPG160KN-30m的高揚程卷揚式啟閉機，操作形式電動。為了保證閘門靜水中開啟，在閘門前后設置測水位差?？刂崎l門開啟時的上下游水位差。

2.4 檢修蝶閥設計

蝶閥由閥殼和閥體共同組成，其中：閥殼為一短圓筒，閥體形似一個圓盤，動作時在閥殼內繞水平或垂直軸旋轉。閥門關閉時，閥體平面與水流方向垂直；開啟時，閥體平面與流方向一致。在蝶閥選型設計時，蝶閥可設計為在動水中關閉，但必須用旁通管平壓后方可在靜水中開啟。某水庫工程在隧洞出口設置1個DN600的檢修蝶閥，用來檢修取水兼放空鋼管、引水鋼管、環(huán)境用水鋼管和各工作蝶閥，工作壓力采用39m，采用電動操作。

2.5 放空工作蝶閥設計

在放空鋼管上設置1套DN600的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)，工作壓力采用39m，采用電動操作。放空工作蝶閥平常處于關閉狀態(tài)，當水庫需要放空操作時在動水中完成開啟，待放空工作完成后動水關閉。

2.6 引水工作蝶閥設計

為了滿足引水工作與檢修需要，在引水鋼管的過流系統(tǒng)中裝設相應的閥門實現(xiàn)對水流的合理控制，確保取水系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經濟的穩(wěn)定運行。進水蝶閥具有操作簡便、體積小、止水裝置完善等優(yōu)點。某水庫工程在引水鋼管上設置1套DN300的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)，工作壓力采用39m，采用電動操作。

2.7 生態(tài)環(huán)境用水工作蝶閥設計

生態(tài)環(huán)境用水是指為生態(tài)環(huán)境修復與建設或維持現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境質量不至于下降所需要的最小需水量。為了確保某水庫工程建設，不對該河流水系生態(tài)環(huán)境造成破壞，設計了DN100的生態(tài)環(huán)境用水管道。在生態(tài)環(huán)境用水鋼管上設置1個DN100的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)的合理開啟向河道下游放生態(tài)用水，工作壓力采用39m，閘閥的操作運行條件為動水啟閉，采用手動操作。

2.8 取水兼放空鋼管、引水鋼管、環(huán)境用水管

進口事故閘門后設置DN600取水兼放空鋼管217m，鋼管穿過隧道至下游，末端接入消力池；在取水兼放空鋼管接入DN300引水鋼管5m至引水工作蝶閥與灌區(qū)輸水管道連接；在取水兼放空鋼管接入DN100環(huán)境用水鋼管5m至下游原河道。

3 結束語

貴州省惠水縣某水庫工程初步設計報告已于2014年10月完成，并已通過上級行業(yè)主管部門貴州省水利廳組織的有關領導和專家們的審查，即將進入招標及實施設計階段。審查結果表明，某水庫工程初步設計階段的金屬結構選型、布置等均滿足相關設計規(guī)范標準的技術指標，并與工程實際特性匹配，設計方案合理可行。工程的建設實施，將會有效提高水資源的開發(fā)利用率和抗旱救災能力，對促進地方社會經濟發(fā)展起著積極重要作用。

參考文獻

[1]楊健.努爾加水庫金屬結構布置與設計[J].小水電，2013（3）：40-43.

作者簡介：黃麗（1984-），女，學歷：大學本科，職稱：工程師，主要從事水利水電工程金屬結構專業(yè)設計工作。