黃登水電站工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置

尹顯清，賈海波，王處軍

(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省怒江州蘭坪縣內(nèi)，為瀾滄江上游河段規(guī)劃中的第6個梯級，其上游與托巴水電站銜接，下游梯級為大華橋水電站。電站以發(fā)電為主，建成后可發(fā)展旅游、庫區(qū)航運(yùn)，改善流域環(huán)境，促進(jìn)地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。黃登水電站正常蓄水位1 619 m，死水位1 586 m，正常蓄水位相應(yīng)的庫容15.49億m3，具有季調(diào)節(jié)能力，校核洪水位1 622.73 m，總庫容16.7億m3。最大壩高為203 m，裝機(jī)容量1 900 MW。本工程為大(1)型，工程等別為一等。電站壩址距營盤鎮(zhèn)公路里程約12 km，距蘭坪縣城約67 km，距昆明市約631 km。

黃登水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備根據(jù)水工樞紐布置分為泄水建筑物、引水建筑物、尾水建筑物、導(dǎo)流建筑物4個系統(tǒng)。整個電站共設(shè)有閘門及攔污柵49扇，門槽及攔污柵槽埋件70套，各類啟閉機(jī)17臺。

2 泄水建筑物閘門及啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)與布置

泄水建筑物閘門及啟閉設(shè)備系統(tǒng)包括溢洪道表孔閘門及啟閉設(shè)備、左、右泄洪放空底孔閘門及啟閉設(shè)備。

2.1 溢洪道表孔閘門及啟閉設(shè)備

溢洪道是本工程的主要泄洪設(shè)施之一，布置在壩身，共分為3孔，設(shè)有表孔檢修閘門和表孔工作弧門。

2.1.1溢洪道表孔檢修門

溢洪道表孔共設(shè)3孔1扇檢修閘門。閘門孔口尺寸(凈寬×高)15.0 m×21.0 m，堰頂高程1 598.00 m，底檻高程1 597.646 m，設(shè)計(jì)水頭為21.522 m，總水壓力35 517 kN。閘門為平面滑動鋼疊梁型式，下游止水。門葉總高度為21.84 m，分7節(jié)制造、運(yùn)輸，在現(xiàn)場連成3節(jié)。閘門為靜水啟閉，啟門時先動水提起上面一大節(jié)門葉一個小開度，通過兩大節(jié)門葉節(jié)間的間隙對檢修門和工作門之間的空腔進(jìn)行充水。待充水平壓后，再分別靜水提起兩大節(jié)門葉。閘門平時的存放及檢修均在位于溢流壩段右端的儲門槽內(nèi)進(jìn)行。閘門為雙吊點(diǎn)，采用2 500 kN的雙向壩頂共用門機(jī)帶液壓自動抓梁操作，該門機(jī)壩上揚(yáng)高為13 m(自動抓梁下部吊軸中心至壩頂)，總揚(yáng)程為90 m。

2.1.2溢洪道表孔工作弧門

檢修閘門后設(shè)3孔3扇表孔工作弧門。閘門孔口尺寸(凈寬×高)15.0 m×21.0 m，堰頂高程1 598.00 m，底檻高程1 597.262 m，設(shè)計(jì)水頭為22.5 m，總水壓力38 216 kN。閘門為兩斜支臂、主橫梁、圓柱鉸的露頂式弧形閘門，門葉總高度為22.5 m，分8節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。閘門的操作條件為動水啟閉，局部開啟以控制流量，局開時要求避開閘門的振動區(qū)。閘門為雙吊點(diǎn)，每扇閘門采用1臺(套)2×4 000 kN，最大行程為10 m的上翹式液壓啟閉機(jī)進(jìn)行操作。液壓啟閉機(jī)的油缸一端設(shè)置在閘墩上，另一端和閘門吊軸聯(lián)接。每套啟閉機(jī)配置一套泵站，每套泵站設(shè)備用的油泵電動機(jī)組，其控制方式按現(xiàn)地手動、現(xiàn)地自動和遠(yuǎn)方自動3種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。啟閉設(shè)備設(shè)置工作、備用雙電源，另配有柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。

2.2 左、右泄洪放空底孔閘門及啟閉設(shè)備

溢洪道表孔旁一左一右布置左、右泄洪放空底孔。左、右泄洪放空底孔進(jìn)口設(shè)有2孔1扇事故門，事故門后設(shè)有2孔2扇弧形工作門。

2.2.1左、右泄洪放空底孔事故門

該事故門共設(shè)2孔1扇，左、右泄洪放空底孔共用1扇門葉。閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)5.0 m×11.0 m，底檻高程1 540.00 m，設(shè)計(jì)水頭為79.0 m，總水壓力43 684 kN。閘門為平面滾輪鋼閘門，上游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。拼裝好后鎖定在門槽頂部。因該底孔承壓水頭高，水流流速大，故整個底孔均進(jìn)行了鋼襯護(hù)加強(qiáng)。埋件設(shè)計(jì)考慮了防止高速水流對底檻以及側(cè)門槽過流段的沖擊，采用了II型門槽。閘門的操作條件為動閉靜啟，當(dāng)其后的工作弧門發(fā)生事故時，閘門通過加重動水關(guān)閉。啟門時先打開門葉上的充水平壓裝置充水平壓后，再靜水啟門，啟門水位差≤5 m。閘門為單吊點(diǎn)，采用2 500 kN雙向壩頂共用門機(jī)帶液壓抓梁起吊。該門機(jī)軌上揚(yáng)高為13 m(自動抓梁下部掛點(diǎn)中心至壩頂)，總揚(yáng)程為90 m。

2.2.2左、右泄洪放空底孔弧形工作門

左、右泄洪放空底孔事故門后設(shè)有2孔2扇弧形工作門。閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)5.0 m×8.0 m，底檻高程1 540.00 m，設(shè)計(jì)水頭為79 m，總水壓力35 461.3 kN。閘門為兩直支臂、主橫梁、圓柱鉸的潛孔式弧形閘門，采用常規(guī)水封。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。閘門的操作條件為動水啟閉，關(guān)門時需由啟閉機(jī)施加下壓力。閘門為單吊點(diǎn)，每扇閘門采用1臺3 200/1 000 kN(啟門力/閉門力)，工作行程為10.3 m的搖擺式液壓啟閉機(jī)啟閉。其泵站設(shè)備用的油泵電動機(jī)組，其控制方式按現(xiàn)地手動、現(xiàn)地自動和遠(yuǎn)方自動3種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。液壓啟閉機(jī)及其油箱，泵站和電氣設(shè)備均布置在位于孔口上方的啟閉機(jī)房內(nèi)。啟閉設(shè)備設(shè)置工作、備用雙電源，另配有柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。

3 引水建筑物閘門及啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)與布置

引水系統(tǒng)布置在左岸，引水洞由塔式進(jìn)水口、壓力鋼管等建筑物組成。進(jìn)水口采用單管單機(jī)布置，4條引水管道引至廠房后4臺475 MW水輪發(fā)電機(jī)組。引水系統(tǒng)設(shè)有攔污柵、分層取水疊梁門、檢修門和快速事故門。

3.1 攔污柵

進(jìn)水口攔污柵槽布置為前后兩道，前面一道為工作柵槽，其后為檢修柵槽。每條引水管道用砼隔墩分為5孔，即工作柵槽共有20孔，設(shè)柵葉數(shù)量20扇；檢修柵槽共有20孔，設(shè)備用柵葉5扇。柵后為20孔連通式結(jié)構(gòu)，當(dāng)部分?jǐn)r污柵被污物堵塞時，對應(yīng)機(jī)組可互通引水，減少因污物堵塞而停機(jī)的可能。攔污柵孔口尺寸(凈寬×凈垂直高)3.2 m×55 m，底檻高程1 558.00 m，設(shè)計(jì)水頭為4.0 m，柵條凈距為200 mm。攔污柵為垂直式，滑道支承。柵葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼接。采用提柵方式清污，當(dāng)某扇工作柵由于污物較多造成堵塞需要清污時，將備用柵放置在該工作柵后面的備用柵槽內(nèi)，然后提起工作柵進(jìn)行清污。攔污柵為單吊點(diǎn)，采用2 500 kN雙向雙小車進(jìn)水口共用門機(jī)上的1 250 kN副小車帶抓梁起吊，副小車軌上揚(yáng)高為16 m(自動抓梁下部掛點(diǎn)中心至壩頂)，總揚(yáng)程為75 m。檢修攔污柵葉平時鎖定在攔污柵、分層取水疊梁門儲門槽內(nèi)。

3.2 分層取水疊梁門

為滿足電站取表層暖水發(fā)電，解決低溫水下泄的問題，利用攔污柵檢修柵槽兼作取水疊梁閘門槽，四臺機(jī)組共設(shè)20扇平面疊梁閘門。疊梁閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)3.2 m×27 m，底檻高程1 558.00 m，設(shè)計(jì)水頭為10 m，總水壓力8 640 kN。閘門為平面滑動鋼閘門。每扇疊梁閘門由9 m高的三節(jié)疊梁組成，節(jié)間設(shè)有對位裝置，每節(jié)疊梁由三節(jié)運(yùn)輸單元組成，三節(jié)運(yùn)輸單元在閘門安裝現(xiàn)場焊接為一體。為防止縫隙過水引起閘門震動，在閘門門葉上游設(shè)反向支承和下游設(shè)止水，并設(shè)側(cè)導(dǎo)向。側(cè)水封為“P”形橡膠水封，底水封為板形橡膠水封。疊梁閘門采用2 500 kN雙向雙小車進(jìn)水口共用門機(jī)上的1 250 kN副小車及配套的液壓抓梁操作啟吊，閘門的操作條件為在動水狀態(tài)下啟閉。疊梁閘門在不使用時存放于攔污柵、分層取水疊梁門儲門槽內(nèi)。

3.3 進(jìn)水口檢修門

攔污柵后共設(shè)有4孔1扇檢修閘門。閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)7.0 m×12.0 m，底檻高程1 560.00 m，設(shè)計(jì)水頭為59.00 m，總水壓力45 484 kN。閘門為平面滑動鋼閘門，下游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼接。閘門的操作條件為靜水啟閉，當(dāng)其后的事故門需要檢修時，閘門靜水關(guān)閉。啟門時先打開門上的充水平壓裝置充水平壓后，再靜水啟門，啟門水位差≤4 m。閘門為單吊點(diǎn)，采用2 500 kN雙向雙小車進(jìn)水口共用門機(jī)上的2 500 kN主小車帶液壓抓梁起吊，主小車軌上揚(yáng)高為14.5 m(自動抓梁下部掛點(diǎn)中心至壩頂)，總揚(yáng)程為70 m。閘門平時的存放及檢修均在位于進(jìn)水口壩段的儲門槽內(nèi)進(jìn)行。

3.4 進(jìn)水口快速事故門

進(jìn)水口檢修閘門后共設(shè)4孔4扇快速事故閘門。閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)7.0 m×11.5 m，底檻高程1 560.00 m，設(shè)計(jì)水頭為59.00 m，總水壓力43 804 kN。閘門為平面滾輪鋼閘門，下游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼接。閘門的操作條件為動閉靜啟，閘門平時懸掛在孔口上方0.5 m處，當(dāng)引水隧洞或機(jī)組發(fā)生事故時，閘門利用門頂水柱在動水下快速關(guān)閉，閉門時間初定為3 min以內(nèi)。啟門時先打開門上的充水平壓裝置充水平壓后，再靜水啟門，啟門水位差≤4 m。閘門采用通氣孔補(bǔ)排氣。閘門為單吊點(diǎn)，每扇閘門采用1臺3 000/6 300 kN(啟門力/持住力)，工作行程為12.5 m的液壓啟閉機(jī)帶拉桿啟閉。每臺液壓啟閉機(jī)設(shè)1套泵站，每套泵站設(shè)備用的油泵電動機(jī)組，其控制方式按現(xiàn)地手動、現(xiàn)地自動和遠(yuǎn)方自動三種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。啟閉設(shè)備設(shè)置工作、備用雙電源，另配有柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。液壓啟閉機(jī)的油箱，泵站和電氣設(shè)備均布置在位于壩頂平臺的泵房內(nèi)。

4 尾水建筑物閘門及啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)與布置

由于在機(jī)組尾水檢修門的檢修平臺上，每兩孔檢修門之間均設(shè)置有砼隔墩。該隔墩的高度限制了閘門的通過，故每臺機(jī)組尾水管的出口均配置了一套檢修閘門；4臺機(jī)組共設(shè)有4孔4扇機(jī)組尾水檢修門。每2臺機(jī)組尾水管的出口在尾水調(diào)壓室匯集后，合并為1條尾水洞。在每個尾水洞出口用砼隔墩分為2孔，考慮施工期的擋水需要，每個孔口均配置了一套尾水洞出口檢修門；2條尾水洞共設(shè)有4孔4扇尾水洞出口檢修門。

4.1 機(jī)組尾水檢修門

閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)10.0 m×15.0 m，底檻高程1 440.00 m，設(shè)計(jì)水頭為50 m，總水壓力64 729 kN。閘門為平面滑動鋼閘門，上游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。拼裝好后鎖定在門槽頂部。閘門的操作條件為靜水啟閉，當(dāng)機(jī)組需要檢修時，閘門靜水關(guān)閉。啟門時先打開水機(jī)專業(yè)設(shè)的充水閥充水平壓后，靜水啟門，啟門水位差≤2 m。閘門為雙吊點(diǎn)，采用2×2 000 kN臺車式啟閉機(jī)帶液壓自動抓梁起吊，啟閉機(jī)揚(yáng)程為60 m。

4.2 尾水洞出口檢修門

閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)5.8 m×15.0 m，底檻高程1 454.00 m，設(shè)計(jì)水頭為38.732 m，總水壓力27 818 kN。閘門為平面滑動鋼閘門，下游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。拼裝好后鎖定在門槽頂部。閘門的操作條件為靜水啟閉，當(dāng)尾水洞需要檢修時，閘門靜水關(guān)閉。啟門時先提起最上節(jié)門葉一個小開度，通過門葉節(jié)間的間隙對尾水洞進(jìn)行充水。待平壓后，再靜水啟門，啟門水位差≤2 m。閘門為單吊點(diǎn)，采用2 000 kN單向門機(jī)帶液壓抓梁起吊。該門機(jī)軌上揚(yáng)高為5 m(自動抓梁下部掛點(diǎn)中心至平臺頂部)，總揚(yáng)程為38 m。

5 導(dǎo)流建筑物閘門和啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)與布置

右岸布置兩條導(dǎo)流隧洞，分別為1號和2號導(dǎo)流洞。1號導(dǎo)流洞進(jìn)口用砼隔墩分為2孔，每個孔口均設(shè)置一套封堵閘門。2號導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)置一套封堵閘門，出口設(shè)置一套弧形工作門。該弧形工作門承擔(dān)1號導(dǎo)流洞下閘封堵后向下游供水的任務(wù)。2號導(dǎo)流洞弧形工作門門葉在下閘前最后一個汛期前的枯期安裝。在安裝該門前，先將2號導(dǎo)流洞封堵門下閘擋水。待完成對2號導(dǎo)流洞弧形工作門的安裝和2號導(dǎo)流洞的檢修后，再分別提起2號導(dǎo)流洞封堵門和工作門。在2號導(dǎo)流洞工作門完成向下游供水的任務(wù)后，先將其下閘關(guān)閉，再將其前的封堵門下閘擋水。

5.1 1號導(dǎo)流洞封堵閘門

閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)8.0 m×20.5 m，底檻高程1 473.00 m，設(shè)計(jì)擋水水頭為146.00 m，總水壓力226 580 kN。閘門為平面滾輪和滑塊雙支承鋼閘門，下游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼接。拼裝好后鎖定在門槽頂部。埋件設(shè)計(jì)考慮了防止高速水流和泥沙對底檻以及側(cè)門槽過流段的沖擊、磨損。由于施工導(dǎo)流期較長(過流期為4 a)，為避免門槽被破壞，設(shè)有門槽保護(hù)裝置。閘門的操作條件為≤27 m水頭動水下門封堵，提門水頭為≤28 m。由于該閘門下閘水頭和擋水水頭相差較大，所以采用了滾輪和滑塊雙支承。當(dāng)閘門下閘時，利用滾輪支承，減小摩擦力，以減少加重塊及卷揚(yáng)機(jī)容量；當(dāng)閘門下閘完畢，門前水位上升到一定高度后，輪軸失效，閘門利用滑塊支承。這種雙支承閘門，有效的利用了滾輪的低摩擦和滑塊的高承壓性能，大大降低了滾輪的承載力、閘門的加重塊重量和啟閉機(jī)的容量，從而節(jié)省了工程投資。閘門為雙吊點(diǎn)，每扇閘門采用1臺2×3 200 kN，總揚(yáng)程為45 m的固定式卷揚(yáng)機(jī)操作。該封堵閘門為一次性設(shè)備，即下閘成功后不再提起。

5.2 2號導(dǎo)流洞封堵閘門

閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)8.0 m×11.14 m，底檻高程1 477 m，設(shè)計(jì)擋水水頭為142 m，總水壓力135 060 kN。閘門為平面滑動鋼閘門，下游止水。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。拼裝好后鎖定在門槽頂部。埋件設(shè)計(jì)考慮了防止高速水流和泥沙對底檻以及側(cè)門槽過流段的沖擊、磨損，采用了II型門槽。在安裝其后的工作門前，先在≤13 m水頭下動水關(guān)閉該閘門。待完成其后工作門的安裝和2號導(dǎo)流洞的檢修后，再對其在≤13 m水頭下小開度提門，以對其與工作門之間的空腔進(jìn)行充水。待平壓后，再靜水啟門至門槽頂部后鎖定。

該封堵閘門待其后的弧形工作門完成向下游供水的任務(wù)并下閘后再在靜水條件下下閘封堵。閘門為雙吊點(diǎn)，采用1臺2×2 000 kN，總揚(yáng)程為85 m的固定式卷揚(yáng)機(jī)操作。該封堵閘門為一次性設(shè)備，即下閘成功后不再提起。

5.3 2號導(dǎo)流洞出口弧形工作門

閘門孔口尺寸(凈寬×凈高)7.0 m×9.0 m，底檻高程1 473.00 m，設(shè)計(jì)擋水水頭為92 m，總水壓力74 524.8 kN。閘門為兩直支臂、主橫梁、圓柱鉸的潛孔式弧形閘門，采用常規(guī)水封。門葉分節(jié)制造、運(yùn)輸，現(xiàn)場拼裝。該閘門主要承擔(dān)1號導(dǎo)流洞下閘封堵后向下游供水的任務(wù)。其操作條件為動水啟閉，局部開啟，關(guān)門時需由啟閉機(jī)施加下壓力。閘門為單吊點(diǎn)，采用1臺4 000 kN/500 kN(啟門力/閉門力)，工作行程為14.5 m的搖擺式液壓啟閉機(jī)啟閉。液壓啟閉機(jī)及其油箱，泵站和電氣設(shè)備均布置在位于孔口上方的啟閉機(jī)房內(nèi)。該工作閘門為臨時性設(shè)備，即當(dāng)該閘門和2號導(dǎo)流洞封堵閘門都下閘成功后其不再使用。

6 結(jié) 語

黃登水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，充分考慮了電站運(yùn)行的檢修、維護(hù)等需要。目前電站所有機(jī)組均已發(fā)電，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備均已投入運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。