德澤壩后水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：文章介紹了德澤壩后水電站工程導(dǎo)流隧洞、泄洪隧洞、發(fā)電放空隧洞、溢洪道及壩后電站閘門與啟閉機(jī)設(shè)計(jì)及布置。

關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；閘門；啟閉機(jī)；德澤水庫(kù)

1 工程概況

牛欄江德澤壩后水電站工程是牛欄江-滇池補(bǔ)水的配套工程，引用水庫(kù)汛期棄水和生態(tài)流量發(fā)電的壩后式電站，電站裝機(jī)容量20MW，電站距沾益公路里程72km、距曲靖市84km、距昆明市173km。

電站主體建筑物由多年調(diào)節(jié)水庫(kù)、有壓引水隧洞、壓力鋼管道和廠區(qū)樞紐組成；電站引水壓力鋼管從水庫(kù)放空洞引取，接至水輪發(fā)電機(jī)組。

2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

導(dǎo)流隧洞與泄洪隧洞共用出口段、進(jìn)口段部分，導(dǎo)流隧洞底檻高1669.489m，比泄洪隧洞底檻低55.514m。在導(dǎo)流段進(jìn)口設(shè)封堵閘門1套，進(jìn)口段為龍?zhí)ь^結(jié)構(gòu)，龍?zhí)ь^段底檻高程1725m。

在泄洪隧洞進(jìn)口段（龍?zhí)ь^段）設(shè)事故檢修閘門1套、工作閘門各1套。發(fā)電放空隧洞是一多功能隧洞，主要功能是水庫(kù)的放空及發(fā)電。根據(jù)發(fā)電放空隧洞的功能及各種要求，在隧洞進(jìn)口設(shè)置了一取水塔，在取水塔的底部進(jìn)口設(shè)擋水閘門1套，滿足水庫(kù)放空需要；在取水塔上死水位以下6m處設(shè)置發(fā)電取水孔，取水孔上設(shè)攔污柵1套及事故快速閘門1套，滿足發(fā)電用水的要求；在發(fā)電放空隧洞出口設(shè)置放空錐形閥1套，滿足水庫(kù)泄放的功能；在生態(tài)旁通岔管末端安裝錐形閥1套，滿足排放生態(tài)流量的要求。

溢洪道弧形閘門堰頂高程為1781.0m，由于庫(kù)水位低于堰頂高程時(shí)間大于2個(gè)月，因此不設(shè)檢修閘門，只設(shè)一套弧形閘門即可。

壩后電站共兩臺(tái)混流式機(jī)組，有兩條尾水通道，設(shè)兩孔檢修閘門，共用一套移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆啟閉操作。

2.1 導(dǎo)流隧洞金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備

導(dǎo)流洞封堵閘門設(shè)置在隧洞進(jìn)口的龍?zhí)ь^段的豎井內(nèi)，閘門為焊接鋼結(jié)構(gòu)，主梁為實(shí)腹式焊接組合梁，門葉分4節(jié)制造和運(yùn)輸，在工地焊接成整體。采用下游止水，頂、側(cè)水封采用“P”形水封，底水封采用板形水封。閘門主支承采用16套MGC材料的滑道支承，側(cè)輪裝置為懸臂式結(jié)構(gòu)，側(cè)輪直徑φ250mm，反向支承為HQ滑塊。閘門操作條件為低水頭動(dòng)水利用閘門自重下門，永久封閉孔口不再提門。導(dǎo)流封堵閘門的門槽型式采用I型結(jié)構(gòu)，深寬比為2.14。閘門的用途為：施工期間導(dǎo)流，閘門鎖定在高程？犖1685.486的檢修平臺(tái)上，當(dāng)需要封堵導(dǎo)流隧洞時(shí)低水位動(dòng)水關(guān)閉閘門封堵孔口。閘門主材為Q235，埋件主材Q235，主軌材料為Q235。

閘門采用QPG1600kN固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)，揚(yáng)程為17m，布置在？犖1700.686m的平臺(tái)上，其吊頭通過(guò)動(dòng)滑輪與閘門連接。啟閉機(jī)上設(shè)有機(jī)械和電氣等保護(hù)和控制裝置，采用現(xiàn)地控制。

2.2 泄洪隧洞金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備

2.2.1 事故檢修閘門與啟閉機(jī)設(shè)計(jì)及布置

泄洪隧洞事故檢修閘門設(shè)置在隧洞進(jìn)口的龍?zhí)ь^段的豎井內(nèi)。閘門為焊接平面定輪鋼結(jié)構(gòu)，門葉分上、下兩節(jié)制造和運(yùn)輸，在工地焊接成整體。閘門為上游止水，頂、側(cè)水封采用“P60”形水封，底水封采用板形水封。主梁為實(shí)腹式焊接組合梁。閘門采用滑動(dòng)軸承的滾輪支承，每側(cè)布置4個(gè)，輪子直徑1000mm，主輪跨度6200mm，主輪材料為ZG340-640，軸套采用NGC鋼背復(fù)合型軸套。側(cè)輪裝置為懸臂式結(jié)構(gòu)，側(cè)輪直徑φ200mm，反向支承為HQ滑塊。閘門上設(shè)有充水閥，充水閥型式為閘閥，直徑DN200，通過(guò)改造后的拉桿與吊頭連接。充水閥行程為200mm，為確保充水閥關(guān)閉，專門設(shè)置了充水閥加重塊。

事故檢修閘門門槽為Ⅱ型門槽，槽深900mm，槽寬1800mm，寬深比2.0，下游側(cè)帶錯(cuò)距比。門槽埋件設(shè)主軌、反軌、底檻、門楣等焊接結(jié)構(gòu)件和鑄鋼件，主要焊接材料為Q235，鑄鋼主軌材料為ZG340-640；門槽埋件分為工作段及非工作段；工作段設(shè)至底檻以上12000mm，下游支承段采用鑄鋼主軌，上游反軌裝置為Q235，非工作段上、下游都設(shè)較簡(jiǎn)單的護(hù)軌結(jié)構(gòu)，材料為Q235。埋件采用二期砼埋設(shè)，二期砼標(biāo)號(hào)C30。

事故檢修閘門的操作條件為加重塊加重后動(dòng)水閉門，充水閥充水平壓后靜水啟門。閘門的用途為：正常工況下，閘門鎖定在高程？犖1796.30的檢修平臺(tái)上，當(dāng)后邊的工作閘門及隧洞需要檢修或者發(fā)生事故時(shí)，此閘門動(dòng)水關(guān)閉。

由于此閘門自重及加重塊較重，專門設(shè)計(jì)了鎖定裝置及軌道。鎖定梁為“工”字形結(jié)構(gòu)，兩邊的邊梁上各帶2個(gè)支承輪，可以使空載時(shí)移動(dòng)便利；中間的橫梁為箱型結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)鎖定閘門。在支承輪架的頂部設(shè)有彈性橡膠墊，當(dāng)閘門處于鎖定狀態(tài)時(shí)，橡膠墊壓縮，閘門自重及加重塊重量通過(guò)位于邊梁上的支承塊傳至軌道及混凝土中，減少對(duì)輪子的壓力。鎖定梁的兩端設(shè)有手柄，離地面高度大約1m，方便人工操作。

閘門采用QPG2500kN固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)，揚(yáng)程為70.0m，布置在？犖1808.30m的平臺(tái)上，其吊頭通過(guò)動(dòng)滑輪與事故閘門連接。電氣控制采用“一控一機(jī)”的布置，固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、機(jī)架、電氣控制裝置等部件組成。起升機(jī)構(gòu)均設(shè)置有高度指示裝置、主令控制裝置和荷重測(cè)控裝置，可保證啟閉機(jī)安全運(yùn)行。啟閉機(jī)為現(xiàn)地操作。為滿足減少啟動(dòng)電流沖擊及精確控制充水閥提升行程的要求，卷?yè)P(yáng)機(jī)采用了變頻降壓?jiǎn)?dòng)方式。

2.2.2 弧形工作閘門與啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

泄洪隧洞工作閘門為弧形工作閘門，閘門為雙主橫梁、直支臂焊接鋼結(jié)構(gòu)閘門。主橫梁為箱型斷面，支臂為箱型斷面，弧門半徑為10000mm?；￠T支鉸為圓柱鉸（自潤(rùn)滑軸套），支鉸高6500mm，支承距3200mm。在弧門兩側(cè)的邊梁上各布置有側(cè)導(dǎo)向輪?；￠T的側(cè)止水為 “P60”水封，底止水為板形水封。門槽底檻埋件和側(cè)軌埋件均為鋼結(jié)構(gòu)件，側(cè)軌上設(shè)有不銹鋼水封座板。為保證止水可靠，頂止水為雙道止水設(shè)計(jì)分別位于門葉和門楣上。當(dāng)閘門全部關(guān)閉時(shí)，靠門葉上的頂止水與門楣的座板壓緊止水；當(dāng)閘門開(kāi)啟時(shí)，門楣上的轉(zhuǎn)動(dòng)止水緊貼面板，防止水流射出。閘門主材Q345，埋件主材Q235。

每扇閘門采用一套QHSY1600kN/320kN的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，行程為7.62m，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸的轉(zhuǎn)動(dòng)吊點(diǎn)布置在操作平臺(tái)的機(jī)架上，下吊點(diǎn)與閘門的吊頭鉸接。液壓泵站布置在泵房里，每套泵站設(shè)有兩臺(tái)互為備用的油泵電動(dòng)機(jī)組。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置有液壓和電氣等多套保護(hù)和控制裝置。啟閉機(jī)操作采用現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)方監(jiān)控方式。

2.3 壩后電站金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備

二臺(tái)機(jī)組尾水管出口處設(shè)置2孔尾水孔，每孔設(shè)1扇尾水檢修閘門，閘門為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門，門葉采用鋼板焊接的實(shí)腹式主梁結(jié)構(gòu)，主梁為工字梁斷面，閘門主要板材材料為Q235。滑道選用高分子復(fù)合材料，摩擦系數(shù)低，強(qiáng)度高，單側(cè)滑塊長(zhǎng)400mm，支承距4070mm，計(jì)算最大線荷載5.67MPa；側(cè)輪采用簡(jiǎn)支式支承，側(cè)輪直徑φ150mm。閘門采用下游止水，頂、側(cè)水封為“P60”形橡塑水封，底水封為板形橡膠水封。門槽為I型門槽，門槽深450mm，寬800mm，門槽寬深比1.78。門槽埋件采用主軌、反軌、底檻、門楣等焊接鋼結(jié)構(gòu)。門槽埋件主要材料為Q235，采用二期砼埋設(shè)，二期砼標(biāo)號(hào)C25。

閘門主要用途為機(jī)組檢修時(shí)下閘擋水。操作條件為靜水啟閉，閘門采用2×100kN移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆啟閉機(jī)，揚(yáng)程為12m，布置在？犖1670.30m的平臺(tái)上，通過(guò)拉桿與閘門吊耳連接操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

牛欄江德澤壩后水電站2013年投入運(yùn)行，所有金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備已正常運(yùn)行三年，閘門水封良好，啟閉靈活可靠，能滿足正常運(yùn)行要求。