大藤峽工程金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計

陸 陽，陸 旭

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，130021，長春；2.吉林省水利廳信息中心，130051，長春）

一、金屬結(jié)構(gòu)概況

大藤峽工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由泄水、發(fā)電、航運、灌溉和生態(tài)及魚道系統(tǒng)組成，各種閘門161 扇，閘門埋件280 套，啟閉設(shè)備67 臺，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備總重7.19 萬t。

二、泄水建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.主壩泄水建筑物金屬結(jié)構(gòu)布置

泄水系統(tǒng)設(shè)在主壩左、右岸廠房之間，自左岸廠房至右岸廠房依次布置1 個泄水高孔、20 個泄水低孔、左右岸連接縱向圍堰、4 個泄水低孔、1個泄水高孔。 泄水高孔設(shè)有一道露頂式弧形工作閘門，工作閘門上游設(shè)有一道平面定輪事故閘門。 泄水低孔設(shè)有一道潛孔式弧形工作閘門，上游設(shè)有一道平面定輪事故閘門，下游設(shè)有一道浮箱式檢修閘門。

2.主壩泄水高孔閘門及啟閉機

泄水高孔工作閘門采用弧形閘門，考慮閘門孔口尺寸較大，汛期調(diào)度運行頻繁， 工作閘門多次開啟、關(guān)閉等因素，為保證弧形閘門頻繁運行條件下安全可靠，泄水高孔工作閘門上游側(cè)設(shè)有一道平面事故閘門。 泄水高孔露頂式弧形工作閘門孔口尺寸為14 m×26.5 m（寬×高，下同），閘門底檻高程35.00 m，設(shè)計水位61.00 m，動水啟閉。 支鉸高程根據(jù)宣泄校核洪水時水流不沖擊支鉸的原則確定在高程48.00 m。 閘門運行工況除全開、全關(guān)之外，具備局部開啟的功能要求。

高孔弧形工作閘門由門葉結(jié)構(gòu)、支臂結(jié)構(gòu)、水封裝置、側(cè)輪裝置、支鉸裝置組成。 弧形工作閘門為三主橫梁、三斜支臂結(jié)構(gòu)，支臂與門葉、支臂與支鉸之間均采用螺栓連接?；⌒喂ぷ鏖l門由QHLY-2×5 000 kN液壓式啟閉機操作， 液壓啟閉機工作行程12 000 mm。啟閉機現(xiàn)地操作，也可遠程監(jiān)視，每臺液壓啟閉機設(shè)1套泵站，分別設(shè)在高程64.00 m 的壩頂檢修平臺上。

每個泄水高孔堰頂前端設(shè)一道事故閘門，2 孔共用1 扇事故閘門。事故閘門利用壩頂2×2 500 kN 雙向門機配自動抓梁操作，事故閘門平時置于主壩左右岸連接段的門庫內(nèi)。 泄水高孔事故閘門為露頂式平面定輪閘門， 孔口尺寸14 m×26 m， 底檻高程35.492 m，設(shè)計水位61.00 m，采用節(jié)間充水靜水開啟。 該事故閘門由門葉結(jié)構(gòu)、主輪裝置、反輪裝置、側(cè)輪裝置、水封裝置組成，閘門主要材料為特種鋼（Q345B）。 事故閘門反向采用簡支輪支撐，側(cè)向設(shè)導(dǎo)向輪，止水裝置設(shè)在下游側(cè)。

3.主壩泄水低孔閘門及啟閉機

泄水低孔工作閘門上游設(shè)24 孔2 扇事故閘門， 采用2×2 500 kN 雙向門機配自動抓梁操作，工作閘門下游設(shè)24 孔2 扇浮箱閘門。 泄水低孔事故閘門進行了滑動支撐和定輪滾動軸承支撐、定輪滑動軸承支撐3 種方案比選。 經(jīng)綜合比較，事故閘門采用滾動軸承支撐型式。 閘門孔口尺寸9 m×20.593 m，底檻高程22.0 m，按正常蓄水位61.00 m 設(shè)計， 設(shè)計水頭39 m，充水閥充水平壓。該閘門門葉主體材料采用Q345B，閘門面板和止水設(shè)置在下游側(cè)。

泄水低孔工作閘門進行了平面閘門及弧形閘門的方案比選。 低孔工作閘門采用平面閘門時，工作閘門孔口凈寬10 m，孔口高度為18 m，采用2×4 000 kN 固定卷揚啟閉機操作。 低孔工作閘門采用弧形閘門時，工作閘門孔口凈寬9 m，孔口高度為18 m，采用2×6 300 kN 液壓啟閉機操作。

平面閘門的優(yōu)點是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程量相對較小，閘門檢修時可以完全提出孔口，維護較為方便。 缺點是門槽水流流態(tài)復(fù)雜， 易產(chǎn)生空蝕，特別是局部開啟時問題更突出。 根據(jù)大藤峽閘門運行調(diào)度原則， 每開啟1個低孔，需要2 個高孔進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，雖然避免了低孔平面閘門局部開啟的情況，但實際操作較復(fù)雜，高孔弧形閘門操作頻繁， 對止水系統(tǒng)、支鉸裝置帶來很大的運行壓力。 平面閘門方案中啟吊設(shè)備采用2×4 000 kN卷揚式啟閉機， 需要設(shè)置約30 m 高的混凝土排架， 壩面布置不美觀，額外增加了門機的高度。 依據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》 第3.2.3 條的規(guī)定：泄水系統(tǒng)工作閘門宜選用弧形閘門。 經(jīng)技術(shù)綜合比選后，低孔工作閘門采用弧形閘門。

泄水低孔弧形工作閘門孔口尺寸為9 m×18 m，底檻高程22 m，設(shè)計水位61.00 m，設(shè)計水頭39 m，由門葉結(jié)構(gòu)、支臂結(jié)構(gòu)、水封裝置、側(cè)輪裝置、支鉸裝置組成?；⌒喂ぷ鏖l門為雙主縱梁式、直支臂結(jié)構(gòu)，支臂與門葉、支臂與支鉸之間均采用螺栓連接，弧形閘門面板外緣半徑33 000 mm。 弧形閘門支撐結(jié)構(gòu)采用支承鋼梁支撐，鋼梁采用一孔一聯(lián)布置，每根鋼梁總長度為15.1 m， 鋼梁結(jié)構(gòu)材料為Q345B， 其截面為實腹式箱形焊接結(jié)構(gòu)，鋼梁采用整體制造、運輸、安裝。

弧形工作閘門由QHLY-2×6 300 kN 液壓式啟閉機操作， 工作行程13 000 mm，最大行程13 200 mm。 啟閉機現(xiàn)地操作，可遠程監(jiān)視。 每臺液壓啟閉機設(shè)1 套泵站，共設(shè)24 套，泵站設(shè)在高程64.00 m 的壩頂。

由于工作閘門下游水位較高，為檢修工作閘門埋件，在工作閘門下游側(cè)設(shè)24 孔2 扇浮箱式檢修閘門。

三、發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置

大藤峽水利樞紐設(shè)置的河床式電站，電站廠房采用兩岸分設(shè)，左岸布置3 臺機組， 右岸布置5 臺機組，共設(shè)8 臺機組， 總裝機容量為1 600 MW。 每臺機組設(shè)進水口3 孔，即8 臺機共設(shè)24 個進水口， 在每個進水口順水流方向分別設(shè)置清污裝置軌道、攔污柵、 檢修閘門和事故閘門各一道，在庫區(qū)內(nèi)左、右岸發(fā)電系統(tǒng)進水口前端還各設(shè)置一道浮式攔污柵，用于攔截庫區(qū)發(fā)電壩段內(nèi)的漂浮物，在廠房尾水出口處設(shè)一道檢修閘門供機組檢修使用。

2.進水口浮式攔污排及啟閉機

為有效地保證機組出力及電站的安全運行， 減輕攔污柵及清污裝置的壓力，在左、右岸發(fā)電系統(tǒng)進水口庫區(qū)內(nèi)分別設(shè)置1 道浮式攔污柵。 上游浮式攔污柵固定在水工構(gòu)造柱上，下游固定在左、右岸廠房攔污柵導(dǎo)向墩上。 左、右岸浮式攔污柵可隨庫水位變幅利用固定啟閉機進行調(diào)整。 左岸浮式攔污柵設(shè)計長度為279.56 m， 右岸浮式攔污柵設(shè)計長度為415.5 m。

3.進水口攔污柵及啟閉機

發(fā)電進水口攔污柵孔口尺寸8.067 m×33.25 m，底檻高程9.57 m，按4.0 m 水頭差設(shè)計，雙吊點，共24 孔，攔污柵凈距250 mm。攔污柵主要材料為Q235B。 每節(jié)攔污柵均由框架、柵條組成，框架采用工字形主橫梁、邊柱焊接結(jié)構(gòu)。 攔污柵主梁前、后翼緣設(shè)有導(dǎo)水結(jié)構(gòu)以減少過柵水頭損失， 攔污柵正、 反向均采用滑道支撐，側(cè)面設(shè)有鋼滑塊導(dǎo)向。 攔污柵利用壩上2×2 500 kN 雙向門機整體提柵清污。

4.進水口檢修閘門及啟閉機

發(fā)電進水口檢修閘門孔口尺寸8.067 m×21.786 m，按正常蓄水位61.0 m 設(shè)計，設(shè)計水頭54.0 m，下游止水，閘門主支撐采用滑道支撐形式，操作方式為靜水啟閉，節(jié)間充水平壓。 該檢修閘門主體結(jié)構(gòu)材料采用Q345B，門葉為焊接結(jié)構(gòu)，門葉主橫梁為焊接組合工字梁，縱隔板為實腹T 形焊接結(jié)構(gòu)，面板及側(cè)、頂止水布置在下游側(cè)，閘門側(cè)止水為P 形橡皮，底止水為Ⅰ形橡皮，閘門正向支撐為鋼基銅塑復(fù)合材料滑道支撐。 該檢修閘門采用壩頂2×2 500 kN 雙向門機配液壓自動掛脫梁操作。

5.進水口事故閘門及啟閉機

根據(jù)水工專業(yè)結(jié)構(gòu)要求，事故閘門采用下游止水。 閘門經(jīng)綜合比較，采用滾動軸承滾輪支承型式較經(jīng)濟合理，不需要另加配重，啟閉機容量小，工程布置結(jié)構(gòu)緊湊。

發(fā)電進水口事故閘門孔口尺寸8.067 m×17.096 m， 按 正 常 蓄 水 位61.00 m 設(shè)計， 操作方式為動水閉門，靜水啟門。 采用充水閥充水平壓方式，啟門時允許水頭差不大于5 m。該閘門門葉主體材料采用Q345B，主橫梁為焊接組合工字梁，縱隔板為實腹T 形焊接結(jié)構(gòu)。 閘門采用壩頂2×2 500 kN 雙向門機配液壓自動掛脫梁操作。

6.廠房尾水檢修閘門及啟閉機

廠房尾水檢修閘門孔口尺寸8.26 m×10.76 m， 按下游設(shè)計洪水位44.17 m 設(shè)計，設(shè)計水頭52 m ，利用機組旁通管充水平壓，止水布置在廠房側(cè)。 閘門主支撐采用滑道支撐形式，操作方式為整扇閘門靜水啟閉，啟門時允許水頭差不大于1 m。 閘門主體結(jié)構(gòu)材料為Q345B。 該閘門門葉為焊接結(jié)構(gòu)， 門葉主橫梁為焊接組合工字梁， 縱隔板為實腹T 形焊接結(jié)構(gòu)，面板及側(cè)、頂止水布置在廠房側(cè)， 閘門正向支撐為鋼基銅塑復(fù)合材料滑道支撐。 左、 右岸廠房尾水檢修閘門分別采用1 臺2×800 kN單向門式啟閉機配液壓自動抓梁進行操作。

四、通航建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.船閘系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置

大藤峽單級船閘布置在主壩左岸，大藤峽黔江船閘級別為Ⅰ級。 在閘室系統(tǒng)的上、下閘首均設(shè)有人字工作閘門，在上閘首人字閘門上游側(cè)設(shè)置了一道平面事故閘門。 下閘首人字閘門下游側(cè)設(shè)有一道浮箱式檢修閘門，用于閘室及人字閘門檢修。 閘室兩側(cè)各設(shè)一條充泄水廊道，沿水流方向右側(cè)閘墻靠近下閘首處設(shè)有一條輔助泄水廊道。

2.上閘首閘門及啟閉機

上閘首設(shè)一道平面事故閘門，主要防止船舶駛?cè)腴l室時，防止因操作不慎，撞開上、下閘首人字閘門，造成閘室水體突然下泄的意外情況。 事故閘門孔口寬度34.00 m， 底檻高程為38.20 m， 按正常蓄水位61.00 m 進行設(shè)計， 設(shè)計水頭22.8 m， 閘門高23.3 m。 上游止水，采用滑道支承型式，操作方式為動水閉門，靜水啟門，采用2×2 500 kN 橋式啟閉機操作。

上閘首的事故閘門下游側(cè)設(shè)有一道人字工作閘門， 閘室凈寬34 m，擋水水頭22.8 m，人字閘門單扇寬度20.2 m， 最大擋水高度及淹沒水深均為22.8 m，門高24.45 m。

上閘首人字閘門采用變截面主橫梁結(jié)構(gòu)，面板布置在上游側(cè)，下游面設(shè)有兩層預(yù)應(yīng)力背拉桿，人字閘門兩側(cè)的豎向門縫止水采用剛性止水，門軸柱和斜接柱分別設(shè)有連續(xù)式不銹鋼支撐和墊塊，用以傳遞水壓力并進行豎向門縫止水， 底檻止水采用P形橡膠水平止水，以防止閘門關(guān)閉時雜物損壞橡皮止水。

3.下閘首閘門及啟閉機

船閘下閘首設(shè)有一道人字工作閘門，最大擋水高度46.05 m，人字閘門最大封閉面積達1 566 m2。 根據(jù)《船閘閘閥門設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，屬于特大型閘門。

下閘首人字閘門采用變截面主橫梁結(jié)構(gòu)，面板布置在上游側(cè)，人字閘門兩側(cè)的豎向門縫止水采用剛性止水， 門軸柱和斜接柱分別設(shè)有連續(xù)式不銹鋼支撐和墊塊， 用以傳遞水壓力并進行豎向門縫止水， 底檻止水采用P 形水平橡膠止水。 人字閘門主梁間距1.0～2.4 m， 自頂向下共布置30 根主梁。 頂部2 根主橫梁間距縮小并連成整體， 以改善啟閉機拉門點的受力狀態(tài)， 增強閘門抗扭剛度以及防撞荷載的傳遞。 門葉下部主橫梁原則上按等水壓布置。根據(jù)主梁水壓力變化情況，30 根主梁共分3 組截面設(shè)計， 主橫梁按壓彎構(gòu)件進行計算。 為了控制疲勞和脆性斷裂， 適當加大門體下部數(shù)根主梁的截面，降低應(yīng)力水平，部分采用Q345GJDZ25 鋼材， 結(jié)構(gòu)采用圓弧過渡，頂樞A、B 桿采用具有良好沖擊韌性的材料。 人字閘門門扇下游背面設(shè)有三層預(yù)應(yīng)力背拉桿裝置， 用于提高門體抗扭剛度，減小閘門運行時門扇發(fā)生過大的翹曲變形。

人字閘門底樞均采用固定式，由頂蓋、 球形軸頭和底座3 部分組成。底樞蘑菇頭不承受水平荷載，頂蓋與門葉底主梁腹板采用絞制孔精制螺栓連接，并用剪力板頂緊。

下閘首人字閘門3 200 kN 啟閉機型式為中部支撐臥缸直推式。 油缸安裝在由滾動軸承支撐的雙向擺機架上，可適應(yīng)啟閉門時油缸擺動和安裝偏差。 活塞桿前端與人字門拉門點采用球面滑動軸承鉸接。

為保證船閘閘室檢修，需在下閘首設(shè)一道檢修閘門， 經(jīng)方案比選，考慮到閘門使用頻率不高，最終選擇浮箱式檢修閘門方案。

4.輸水系統(tǒng)進水口攔污柵

為防止污物進入輸水主廊道和閘室影響船閘正常運行，在每條主廊道上游進水孔前緣各布置8 孔攔污柵，共16 扇。 由于該部位高程較低，采用臨時移動設(shè)備啟吊提柵清污。 攔污柵孔口尺寸5 m×7 m， 底檻高程28.0 m，按5 m 水頭差設(shè)計。

攔污柵主要材料為Q235B，柵體節(jié)間采用銷軸配合連接板活動連接，在工地組裝。 每節(jié)攔污柵均由框架、柵條組成， 框架采用工字形主橫梁、邊柱焊接結(jié)構(gòu)。 攔污柵正、反向均采用滑道支撐，側(cè)面設(shè)有鋼滑塊導(dǎo)向。

5.輸水系統(tǒng)檢修閘門

在反向弧形閥門的上、下游側(cè)各布置一道平面檢修門，供閥門維護檢修使用。 上、下游檢修門孔口尺寸均為5 m×7 m，共8 孔8 扇。 檢修閘門均用臨時移動式啟閉機通過多節(jié)吊桿啟閉，操作條件為靜水啟閉。

船閘輸水系統(tǒng)檢修閘門均為平面滑動閘門， 門體結(jié)構(gòu)主材采用Q345B，面板設(shè)在背水面。檢修閘門正向支承為復(fù)合材料滑道，反向?qū)С袨閺椈射撈?，?cè)向設(shè)有鋼滑塊導(dǎo)向。 門頂設(shè)充水平壓閥， 管口直徑300 mm，通過吊桿連接操作。

6.輸水系統(tǒng)工作閥門及啟閉機

在閘室兩側(cè)主輸水廊道設(shè)置反向弧形閥門。 閥門孔口尺寸均為5×5.5 m，工作水頭40.25 m。 正常情況下該閥門靜水閉門，在事故工況或控制閘室超灌超泄時動水閉門。

船閘輸水系統(tǒng)閥門， 底檻高程-7.25 m，弧門半徑8.2 m。 反向弧形閥門均采用橫梁全包式門型。 門體由上游導(dǎo)水護板、 下游面板、 次梁、豎梁、主橫梁、支臂、支鉸梁、懸臂鉸軸、軸承及支座等組成，門葉、支臂支鉸梁及各部位包護導(dǎo)水板連成整體焊接結(jié)構(gòu)，形成閉合框架，以保證門體在運行過程的剛度和強度。門體結(jié)構(gòu)主要材質(zhì)采用Q345D， 下游面板采用不銹鋼復(fù)合鋼板， 以提高抗氣蝕破壞的能力，延長使用壽命，保證運行安全。

閥門頂止水采用半圓平板橡皮， 在閥門全關(guān)閉位置時壓緊在門楣止水座板上。閥門兩側(cè)止水采用Ω形圓頭止水橡皮。 在孔口以上設(shè)活動止水軌板， 當閥門檢修時可拆卸，用于檢修或拆換側(cè)止水。 反向閥門兩側(cè)壁、底檻、門楣及下游頂板部分采用鋼襯砌，襯護結(jié)構(gòu)的面板采用不銹鋼復(fù)合鋼板。

每扇輸水閥門各由1 臺2 500 kN/100 kN 液壓啟閉機操作， 啟閉機通過吊桿與閥門相連， 工作行程6.1m。 頂節(jié)吊桿連接活塞桿，最下節(jié)擺動吊桿與閥門相連。 閥門啟閉機主要由油缸總成、機架及埋件、吊桿組、導(dǎo)輪、導(dǎo)輪滑槽、導(dǎo)向卡箍、滑槽及卡箍埋件，行程開度檢測裝置、管道系統(tǒng)及埋件組成。

7.輔助輸水系統(tǒng)閘門及啟閉機

為滿足閘室向下游航道排泄部分水體的要求，在下閘首左側(cè)設(shè)一條輔助泄水廊道。 輔助泄水短廊道孔口尺寸為3.0 m×3.1 m，采用平面定輪工作閥門，底檻高程為8.35 m，工作閥門擋水水頭41 m，啟門水頭6 m，用500 kN 豎缸式液壓啟閉機操作。 在平面定輪工作閥門上游側(cè)布置一道檢修門，供工作閥門檢修時使用，采用臨時啟閉設(shè)備通過吊桿操作該閘門。

五、魚道系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.魚道系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置

黔江魚道布置在主壩右岸，分別由非主汛期魚道和主汛期魚道組成。非主汛期魚道設(shè)置在主壩#6 壩段。非主汛期魚道與主壩連接處設(shè)有過壩口。 非主汛期魚道在壩后下游伸展迂回， 在壩下與主汛期魚道匯合后由主汛期魚道直通魚道進口。 黔江魚道除#2 過壩口外， 每個進魚口和出魚口及連接口各設(shè)有一道工作閘門，#2 過壩口設(shè)有一道事故閘門及一道工作閘門。 各類閘門根據(jù)不同運行水位進行調(diào)度， 均采用固定卷揚啟閉機操作。

南木江魚道布置在南木江副壩左岸。 依據(jù)大藤峽水庫運行條件及過魚要求， 在庫內(nèi)設(shè)3 個出魚口，魚道在壩下游伸展迂回后與南木江仿自然過魚通道相接，設(shè)置1 個進魚口。

2.主壩魚道系統(tǒng)閘門和啟閉機

主壩魚道過壩口和連接口工作閘門都采用懸臂定輪支撐， 焊接結(jié)構(gòu)。 門葉主橫梁為焊接組合工字形梁， 縱向隔板采用實腹T 形焊接結(jié)構(gòu)，面板及頂、側(cè)止水布置在有壓側(cè)，閘門正向支撐采用定輪支撐，主輪軸承采用銅合金鑲嵌自潤滑軸承。

各部位工作閘門平時處于關(guān)閉狀態(tài)，根據(jù)水位需要行魚時，先開啟#1 過壩口和連接口的工作閘門，再操作相應(yīng)水位條件下的工作閘門過魚。魚道各部位工作閘門均為動水啟閉，利用固定卷揚啟閉機分別操作。

為保證魚道運行安全，考慮到該過壩口位置的重要性，#2 過壩口上游側(cè)設(shè)有一道事故閘門，事故閘門下游側(cè)設(shè)一道工作閘門。 事故閘門作為#2過壩口不過魚時擋水使用外，還可在該魚道出現(xiàn)緊急情況時起到事故備用的作用。

3.南木江副壩魚道系統(tǒng)閘門和啟閉機

南木江魚道由1 個進魚口、3 個出魚口及1 個過壩口組成。 過壩口設(shè)有一扇工作閘門，進魚口和每個出魚口各設(shè)有一道工作閘門。 出魚口及進魚口工作閘門都采用有壓側(cè)止水，懸臂定輪支撐，焊接結(jié)構(gòu)。 閘門正向支撐采用懸臂定輪支撐，主輪軸承采用銅合金鑲嵌自潤滑軸承。 魚道各部位工作閘門均為動水啟閉，利用固定卷揚啟閉機操作。

六、生態(tài)和灌溉系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

為滿足大藤峽灌區(qū)金田灌片補水需要，在南木江副壩左岸布置生態(tài)流量取水和灌溉取水系統(tǒng)。 生態(tài)流量和灌溉取水共享一個引水渠，而后接各自的取水口、無壓涵洞和明渠。 灌溉引水洞取水口設(shè)有一道事故閘門和一道工作閘門。 生態(tài)流量引水洞取水口設(shè)有一道事故閘門，2 孔共用1扇閘門，其后設(shè)一道工作閘門。