阿克肖水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

楊 健

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000）

阿克肖水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

楊 健

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000）

阿克肖水庫(kù)主要由擋水壩、導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等組成。主要介紹閘門(mén)及啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置情況，并簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。

阿克肖水庫(kù)；金屬結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 概述

阿克肖水庫(kù)工程位于新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)皮山縣境內(nèi)，工程壩址位于皮山河支流阿克肖河上，距下游支流肯艾孜河匯合口3km，是流域規(guī)劃推薦皮山河支流阿克肖河上的控制性水利樞紐工程。工程規(guī)模Ⅲ等中型工程，大壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高57.5m，具有年調(diào)節(jié)性能。水庫(kù)具有灌溉、防洪等綜合利用效益，工程建成后，替代下游灌區(qū)調(diào)蓄水庫(kù)工程，減少水庫(kù)損失，提高水資源利用效率。

阿克肖水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備根據(jù)水工的總體布置，分布在導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等處。導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞右岸布置，靠近溢洪道，運(yùn)行靈活，操作方便，且導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞與溢洪道基本平行布置，出口泄流條件較好，利于下游排沙。水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備包括:表孔溢洪道露頂弧形工作閘門(mén)，啟閉設(shè)備為固定弧門(mén)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)；導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞潛孔弧形工作閘門(mén)、啟閉設(shè)備為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；表孔溢洪道檢修閘門(mén)、導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞事故閘門(mén)，啟閉設(shè)備均為固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。

2 表孔溢洪道金屬結(jié)構(gòu)

表孔溢洪道位于導(dǎo)流兼泄洪底孔左側(cè)，采用駝峰堰，堰頂高程2447m，閘頂平臺(tái)高程2455.5m。表孔溢洪道共1孔，最大下泄流量164.18m3/s，根據(jù)水工布置，閘門(mén)選用露頂式弧形閘門(mén)。溢洪道工作閘門(mén)底坎高程2446.9m，每年沒(méi)有足夠的露出水面的檢修時(shí)間，因此需設(shè)置1扇檢修閘門(mén)用于工作閘門(mén)及門(mén)槽的檢修。

2.1 檢修閘門(mén)

溢洪道檢修閘門(mén)設(shè)置在溢洪道弧形工作閘門(mén)上游，用于弧形工作閘門(mén)維護(hù)檢修時(shí)擋水，1孔共設(shè)置1扇檢修閘門(mén)?？卓趯?m，設(shè)計(jì)擋水水頭6.8m。1孔，設(shè)置1扇平面定輪鋼閘門(mén)，閘門(mén)采用下游面板，下游封水，懸臂輪支承；閘門(mén)門(mén)葉材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。主輪直徑準(zhǔn)750mm，材質(zhì)ZG270-500，Z主輪軸承采用自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，軸材料采用45鋼。閘門(mén)整體制造，分節(jié)運(yùn)輸，工地現(xiàn)場(chǎng)焊接成整體。閘門(mén)利用本身重量靜水閉門(mén)，小開(kāi)度充水平壓后靜水啟門(mén)。閘門(mén)平時(shí)鎖定于檢修門(mén)槽孔口上方，汛期泄洪時(shí)，采用啟閉機(jī)與鎖定梁聯(lián)合鎖定，以保證泄洪通道通暢。

閘門(mén)配置1臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)容量2×160kN，揚(yáng)程12m，起升速度2.0m/min，工作級(jí)別Q3-中。啟閉機(jī)安裝在高程2465.2m的閘房?jī)?nèi)。

2.2 工作閘門(mén)

閘門(mén)孔口尺寸6m×5.5m，設(shè)計(jì)水頭5.2m，共1孔，工作閘門(mén)主要承擔(dān)泄洪和調(diào)節(jié)水庫(kù)水位等任務(wù)，調(diào)度上要求閘門(mén)動(dòng)水啟閉，并能做局部開(kāi)啟運(yùn)行。閘門(mén)正常擋水位2452m，汛期閘門(mén)可做全開(kāi)或局部開(kāi)啟運(yùn)行。工作閘門(mén)門(mén)型為露頂式弧形鋼閘門(mén)，總水壓力978kN，采用雙主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)；綜合研究閘門(mén)結(jié)構(gòu)和啟閉設(shè)備的布置要求，弧門(mén)面板曲率半徑7.5m，支鉸采用圓柱形球面軸承支鉸，軸承選用維修方便、運(yùn)行安全可靠、有自動(dòng)調(diào)心作用的銅基鑲嵌自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承。采用1臺(tái)容量2×100kN-12m的弧形固定式卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。吊耳位于閘門(mén)上游下主梁附近，吊點(diǎn)距3.6m?；⌒喂潭ň?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)安裝在表孔上部閘房?jī)?nèi)。該閘門(mén)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在水庫(kù)需要泄水時(shí)開(kāi)啟。本閘門(mén)設(shè)置有閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門(mén)的運(yùn)行情況，有利于閘門(mén)的安全運(yùn)行與操作。溢洪道工作閘門(mén)啟閉機(jī)可靠的不間斷電源，確保大壩安全運(yùn)行。

工作閘門(mén)共1扇，孔口凈寬6.0m，設(shè)計(jì)擋水水頭5.2m，弧門(mén)半徑7.5m。門(mén)葉超高依據(jù)按行洪期閘門(mén)控泄擋水要求及一般風(fēng)浪下水位不至于超過(guò)門(mén)頂確定，閘門(mén)總高5.5m。

閘門(mén)采用雙主橫梁斜支臂球鉸弧形工作閘門(mén)，支鉸高度按超出校核洪水水面線布置。閘門(mén)設(shè)在堰頂沿高度方向下游0.1m處，底檻高程2446.9m；門(mén)葉結(jié)構(gòu)為主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)，雙吊點(diǎn)，支鉸為圓柱鉸。

門(mén)體由門(mén)葉焊接件、支臂焊接件、止水裝配件、側(cè)向支承裝配件等組成。門(mén)葉結(jié)構(gòu)型式為主橫梁同層布置，考慮運(yùn)輸及安裝條件。門(mén)葉豎向分節(jié)。面板厚度8mm，曲率半徑與閘門(mén)高度之比1.36。梁系由主橫梁、垂直隔板、水平次梁和邊梁構(gòu)成。主橫梁按等荷載布置，斷面為工字型斷面，斷面設(shè)計(jì)考慮了面板參與梁系結(jié)構(gòu)受力條件。4個(gè)縱隔板按等跨布置，斷面為工字型斷面。水平次梁為工字鋼。

支臂結(jié)構(gòu)為實(shí)腹柱剛架結(jié)構(gòu)，由支臂交叉段，垂直桁架組成。支臂分為上下支臂，斷面為工字型斷面，支臂夾角22.942°，夾角中心線位于總水壓力合力作用線上。

閘門(mén)支鉸為圓柱鉸結(jié)構(gòu)。支鉸中心高度4.5m，鉸座和鉸鏈為鑄鋼件，鉸軸為鍛鋼，軸承采用自潤(rùn)滑軸套。

閘門(mén)的各節(jié)門(mén)葉在現(xiàn)場(chǎng)焊接成整體，支臂、垂直桁架和交叉段也在現(xiàn)場(chǎng)組焊成整體。門(mén)葉與支臂采用普通螺栓連接，在支臂內(nèi)側(cè)設(shè)置了抗剪板。支臂與鉸鏈采用螺栓連接，鉸座通過(guò)預(yù)埋螺栓與閘墩牛腿連接。吊耳布置在下節(jié)主橫梁附近的邊梁上，在搖擺式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的吊頭上安裝了關(guān)節(jié)軸承以適應(yīng)斜支臂閘門(mén)啟閉過(guò)程中吊頭的擺角。

閘門(mén)側(cè)止水為P型橡皮止水，設(shè)計(jì)予壓縮量5mm。低止水為條形橡皮止水。

工作閘門(mén)動(dòng)水啟閉，任意開(kāi)度運(yùn)行，設(shè)計(jì)總水壓力978kN，采用容量2×100kN的固定式弧門(mén)啟閉機(jī)操作。啟閉機(jī)安裝在閘頂平臺(tái)以上高程的機(jī)房?jī)?nèi)。該閘門(mén)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在水庫(kù)需要泄水時(shí)開(kāi)啟。

3 導(dǎo)流兼泄洪排沙洞金屬結(jié)構(gòu)

泄洪兼導(dǎo)流洞為無(wú)壓洞，布置在溢洪道左側(cè)。進(jìn)口底板高程2395m，閘頂平臺(tái)高程2455.5m；該洞最大下泄流量118.32m3/s。泄洪兼導(dǎo)流洞共1孔，設(shè)1扇工作閘門(mén)。根據(jù)電站運(yùn)行要求，泄洪兼導(dǎo)流洞承擔(dān)泄洪沖沙兼導(dǎo)流任務(wù)。在工作閘門(mén)前設(shè)有1道事故閘門(mén)，用于工作閘門(mén)及門(mén)槽的檢修。

3.1 事故閘門(mén)

事故閘門(mén)孔口凈寬2.5m，孔口凈高3.0m，設(shè)計(jì)擋水水頭58m。共1孔，設(shè)1扇定輪支承平面鋼閘門(mén)。為防止閘門(mén)梁格及門(mén)槽淤沙，閘門(mén)采用上游面板，上游封水。頂、側(cè)水封采用P型橡塑復(fù)合水封，底止水采用刀型橡皮。主支承采用簡(jiǎn)支輪，直徑準(zhǔn)900mm。門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，主輪材料選用ZG50Mn2，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B（主軌材料采用ZG50Mn2）。閘門(mén)利用自重和配重動(dòng)水閉門(mén)。由設(shè)在門(mén)頂?shù)某渌y充水平壓待水位差小于4m后靜水啟門(mén)，充水閥與啟閉機(jī)聯(lián)動(dòng)。該閘門(mén)平時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)，鎖定于檢修平臺(tái)上，在下游的設(shè)施設(shè)備等需要維護(hù)檢修或出現(xiàn)故障時(shí)動(dòng)水閉門(mén)，在維護(hù)檢修或事故處理完畢后，閘門(mén)先充水平壓，然后靜水啟門(mén)。本閘門(mén)設(shè)置有水位監(jiān)控及開(kāi)度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門(mén)的充水平壓及運(yùn)行情況等，有利于閘門(mén)的安全運(yùn)行與操作。

閘門(mén)為單吊點(diǎn)啟閉，啟閉機(jī)設(shè)備選用容量1250kN、揚(yáng)程65m的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。

3.2 工作閘門(mén)

弧形工作閘門(mén)孔口凈寬2.5m，孔口凈高2.5m，設(shè)計(jì)擋水水頭58m。設(shè)有1扇雙主梁直支臂圓柱鉸弧形鋼閘門(mén)，閘門(mén)面板曲率半徑5m，支鉸高度3.75m；該閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)及支臂材料采用Q345C，鉸鏈、鉸座材料選用ZG310-570，鉸軸直徑準(zhǔn)200mm，材料為40Cr鋼；側(cè)向設(shè)有導(dǎo)向滑塊。埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，門(mén)槽底板加鋼板襯護(hù)。該閘門(mén)在水庫(kù)需要沖沙、泄洪時(shí)開(kāi)啟，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。本閘門(mén)設(shè)置有閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門(mén)的運(yùn)行情況，有利于閘門(mén)的安全運(yùn)行與操作。

閘門(mén)頂止水為方頭P型止水，設(shè)計(jì)止水壓縮量5mm。側(cè)止水為方頭P型止水，底止水為條形止水，為防止閘門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中門(mén)楣處產(chǎn)生縫隙射流，在門(mén)楣頂止水座板下部布置了轉(zhuǎn)鉸止水。轉(zhuǎn)鉸止水借助彈簧鋼板和水壓力使其止水條緊貼在弧門(mén)面板上，從而達(dá)到防射水目的。

閘門(mén)容量為1000/630kN-3.9m液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。啟閉機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和PLC控制，并通過(guò)PLC與閘門(mén)控制LCU之間的實(shí)時(shí)通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制。為便于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)檢修，在2414m高程設(shè)有1臺(tái)容量100kN-12m檢修單梁吊。本閘門(mén)啟閉機(jī)應(yīng)具有可靠的不間斷電源，確保大壩運(yùn)行安全。

4 防冰凍

本工程主要所在地冬季最低氣溫可達(dá)-27.2℃。根據(jù)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式，水庫(kù)冬季蓄水，春、夏、秋季灌溉及防洪，冬季表孔溢洪道工作閘門(mén)長(zhǎng)期擋水，不操作，必要時(shí)可開(kāi)啟導(dǎo)流兼泄洪洞工作閘門(mén)來(lái)滿足水庫(kù)泄水要求。

4.1 表孔溢洪道工作閘門(mén)

閘門(mén)冬季長(zhǎng)期擋水，不操作，門(mén)槽不考慮防冰凍措施。工作閘門(mén)面板后敷設(shè)發(fā)熱電纜，達(dá)到面板跟冰層分離的目的。

4.2 泄洪底孔閘門(mén)

位于導(dǎo)流兼泄洪洞進(jìn)口，門(mén)后洞身段長(zhǎng)291m，冬季采取適當(dāng)?shù)谋卮胧┖?，閘門(mén)所處位置環(huán)境溫度不低于0℃，導(dǎo)流兼泄洪洞工作閘門(mén)門(mén)葉及門(mén)槽均可不考慮防冰凍措施。

［1］DL/T 5039—95，水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 5018—94，水利水電工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］SL105—2007，水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范［S］.

［4］SL36—2006，水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件［S］.

［5］楊逢堯.水工金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

Layout and design of metal structure of A-kexiao Reservoir

YANG Jian
（The Xinjiang Uygur Autonomous Region Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Inst，Urumqi 830000，China）

A-kexiao reservoir is composed of dam，diversion spillway tunnel and spillway.This paper mainly introduces the design and layout of the gate and hoist.

A-kexiao Reservoir；metal structure；design

TV34；TV66

B

1672-9900（2017）05-0075-03

2017-07-07

楊 健（1984-），男（漢族），山東濟(jì)寧人，工程師，主要從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，（Tel）15699125066。

（責(zé)任編輯：尹健婷）