石阡縣木瓜溪水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置簡(jiǎn)介

韓 俊，勞海軍

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 工程概況

木瓜溪水庫(kù)位于烏江左岸一級(jí)支流石阡河的上游，距離上游已建木瓜溪電站壩址約35 km，是1座以防洪供水為主，兼顧發(fā)電的水利樞紐工程。水庫(kù)校核洪水位543.77 m，總庫(kù)容1 955萬(wàn)m3，正常蓄水位540.00 m，相應(yīng)庫(kù)容1 461萬(wàn)m3，興利庫(kù)容633萬(wàn)m3，水庫(kù)具有不完全年調(diào)節(jié)性能。人飲年供水量3 033萬(wàn)t/a，供水規(guī)模8.3萬(wàn)m3/d；灌溉供水量669萬(wàn)t/a，下放生態(tài)流量1 927萬(wàn)t/a，利用棄水發(fā)電，裝機(jī)容量2×1 200 kW，保證出力73.2 kW，多年平均發(fā)電量816萬(wàn)kW·h，為Ⅲ等中型工程。工程樞紐由常態(tài)混凝土拋物線雙曲拱壩、壩身泄洪放空系統(tǒng)、左岸供水灌溉系統(tǒng)、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)和地面廠房等組成。

本工程的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由泄洪放空系統(tǒng)、供水灌溉系統(tǒng)和引水發(fā)電系統(tǒng)三部分的閘門、攔污柵及其啟閉設(shè)備組成，共設(shè)置閘門7扇、攔污柵2扇、門(柵)槽9道、啟閉設(shè)備8臺(tái)套。金屬結(jié)構(gòu)工程量共計(jì)366.9 t。

2 引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大壩左壩段，為塔式結(jié)構(gòu)，由進(jìn)水口、引水管、發(fā)電廠房、尾水渠組成，為一洞二機(jī)布置形式。順流依次設(shè)有1扇攔污柵、1扇進(jìn)水口事故閘門。機(jī)組后設(shè)1條尾水渠，不設(shè)置尾水檢修閘門(見(jiàn)圖1)。

圖1 引水發(fā)電進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置剖面

2.1 進(jìn)水口攔污柵及啟閉設(shè)備

進(jìn)水口設(shè)置1孔攔污柵，孔口尺寸為2.5 m×6.5 m(寬×高，下同)，底檻高程516.00 m，設(shè)計(jì)水壓差4 m，總水壓力為650 kN。攔污柵采用潛孔平面直立滑動(dòng)形式，主支承采用自潤(rùn)滑復(fù)合材料滑塊。每扇分2節(jié)制作，節(jié)間用銷軸連接，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。每節(jié)柵體采用雙主橫梁結(jié)構(gòu)，縱向柵片利用橫向支撐桿連接固定，柵片與主橫梁螺栓固定。柵條采用扁鋼，凈距為35 mm。柵槽形式為Ⅰ型，寬0.5 m，深0.5 m。

攔污柵平時(shí)通過(guò)拉桿連接至545.00 m高程的進(jìn)水口塔頂平臺(tái)鎖定，攔污柵的檢修、維護(hù)也在進(jìn)水口塔頂平臺(tái)上進(jìn)行。攔污柵采用進(jìn)水口100 kN移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆靜水啟閉，電動(dòng)葫蘆揚(yáng)程6 m。攔污柵前后設(shè)水位計(jì)監(jiān)控水壓差，當(dāng)壓差達(dá)到2 m時(shí)，采用提柵人工清污。

2.2 進(jìn)水口事故閘門及啟閉設(shè)備

為給引水隧洞、機(jī)組進(jìn)水閥提供檢修條件并在發(fā)生事故時(shí)防止事故擴(kuò)大，在引水發(fā)電進(jìn)水口攔污柵后設(shè)置1扇事故閘門，閘門孔口尺寸1.4 m×1.7 m，底檻高程516.00 m，設(shè)計(jì)水頭25.38 m，支承中心距1.94 m，總水壓力832.8 kN。閘門門型為潛孔式平面定輪鋼閘門，定輪直徑400 mm，反向支承采用滑塊，側(cè)向支承采用槽外式簡(jiǎn)支側(cè)輪，閘門為單吊點(diǎn)。閘門面板、水封均設(shè)在上游側(cè)，定輪和側(cè)輪均采用自潤(rùn)滑軸套，閘門整體制造。閘門動(dòng)水閉門，小開(kāi)度提門充水平壓后靜水啟門；閘門門槽下游側(cè)作為通氣孔通氣，門槽形式采用Ⅰ型，寬1 m，深0.6 m。

閘門采用200 kN固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行操作，揚(yáng)程30 m。啟閉機(jī)布置在塔頂排架549.50 m高程上的啟閉機(jī)室內(nèi)。平時(shí)閘門鎖錠在545.00 m高程壩頂平臺(tái)上，閘門的安裝和檢修也在此平臺(tái)進(jìn)行。

3 供水灌溉系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

供水灌溉系統(tǒng)也布置于大壩左壩段，為塔式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水口緊鄰引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水口。設(shè)備布置與引水發(fā)電系統(tǒng)相同，順流依次設(shè)有1扇攔污柵、1扇進(jìn)水口事故閘門(見(jiàn)圖2)。

圖2 供水灌溉進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置剖面

3.1 進(jìn)水口攔污柵及啟閉設(shè)備

進(jìn)水口設(shè)置1孔攔污柵，孔口尺寸為2.5 m×6.5 m，底檻高程516.00 m，設(shè)計(jì)水壓差4 m，總水壓力為650 kN。攔污柵采用潛孔平面直立滑動(dòng)形式，主支承采用自潤(rùn)滑復(fù)合材料滑塊。每扇分2節(jié)制作，節(jié)間用銷軸連接，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。每節(jié)柵體采用雙主橫梁結(jié)構(gòu)，縱向柵片利用橫向支撐桿連接固定，柵片與主橫梁螺栓固定。柵條采用扁鋼，凈距為50 mm。柵槽形式為Ⅰ型，寬0.5 m，深0.5 m。

攔污柵平時(shí)通過(guò)拉桿連接至545.00 m高程的進(jìn)水口塔頂平臺(tái)鎖定，攔污柵的檢修、維護(hù)也在進(jìn)水口塔頂平臺(tái)上進(jìn)行。攔污柵共用引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水口100 kN移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆，靜水啟閉。攔污柵前后設(shè)水位計(jì)監(jiān)控水壓差，當(dāng)壓差達(dá)到2 m時(shí)，采用提柵人工清污。

3.2 進(jìn)水口事故閘門及啟閉設(shè)備

供水灌溉取水口閘門后連接供水灌溉鋼管，在鋼管下游設(shè)置了節(jié)制閥，為給供水灌溉鋼管、節(jié)制閥提供檢修條件并在發(fā)生事故時(shí)防止事故擴(kuò)大，在進(jìn)水口攔污柵后設(shè)置1扇事故閘門，閘門孔口尺寸1.4 m×1.4 m，底檻高程516.00 m，設(shè)計(jì)水頭25.38 m，支承中心距1.94 m，總水壓力832.8 kN。閘門門型為潛孔式平面定輪鋼閘門，定輪直徑400 mm，反向支承采用滑塊，側(cè)向支承采用槽外式簡(jiǎn)支側(cè)輪，閘門為單吊點(diǎn)。閘門面板、水封均設(shè)在上游側(cè)，定輪和側(cè)輪均采用自潤(rùn)滑軸套，閘門整體制造。閘門動(dòng)水閉門，小開(kāi)度提門充水平壓后靜水啟門，閘門門槽下游側(cè)作為通氣孔通氣。門槽形式采用Ⅰ型，寬1 m，深0.6 m。

閘門采用200 kN固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行操作，揚(yáng)程30 m。啟閉機(jī)布置在塔頂排架549.50 m高程上的啟閉機(jī)室內(nèi)。平時(shí)閘門鎖錠在高程545.00 m高程壩頂平臺(tái)上，閘門的安裝和檢修也在此平臺(tái)進(jìn)行。

4 泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

泄洪系統(tǒng)由壩身中部1孔溢流表孔和2孔底孔組成。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要包括1扇溢流表孔弧形工作閘門、2扇底孔進(jìn)口事故閘門、2扇底孔出口弧形工作閘門及其對(duì)應(yīng)的啟閉設(shè)備。

4.1 溢流表孔工作閘門及啟閉設(shè)備

溢流表孔孔口凈寬12 m，堰頂高程533.00 m，底檻高程532.597 m。考慮風(fēng)浪影響，閘門超高取0.597 m，門總高8 m，設(shè)計(jì)動(dòng)載系數(shù)1.2，閘門總水壓力5 108.55 kN。門型選用主橫梁、直支臂弧形閘門，面板外緣半徑8.4 m，支鉸中心距底檻高度6 m，支鉸采用自潤(rùn)滑球面軸承。閘門運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉，可局部開(kāi)啟(見(jiàn)圖3)。

圖3 溢流表孔金屬結(jié)構(gòu)布置剖面

閘門采用QHLY2×400kN—4.9 m后拉式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，啟(閉)門速度0.6 m/min。啟閉機(jī)配有1臺(tái)獨(dú)立泵站，采用雙回路供電，并設(shè)有2套油泵—電動(dòng)機(jī)組，互為備用。啟閉機(jī)可現(xiàn)地操作，也可通過(guò)中控室遠(yuǎn)控操作。泵站及電控設(shè)備布置在545.00 m高程的壩頂平臺(tái)機(jī)房?jī)?nèi)。

由于死水位522.00 m低于偃頂高程533.00 m，庫(kù)水位在12月至3月份期間可消落到堰頂以下，有足夠的時(shí)間對(duì)工作閘門的門槽進(jìn)行檢修維護(hù)；因此，工作閘門前不設(shè)檢修閘門。

4.2 底孔工作閘門及啟閉設(shè)備

2孔底孔布置在溢流表孔兩側(cè)的壩身中部，出口設(shè)2扇弧形工作閘門。閘門底檻高程513.00 m，孔口尺寸5 m×4 m，設(shè)計(jì)擋水水頭30.82 m，設(shè)計(jì)動(dòng)載系數(shù)1.2，總水壓力9 320.8 kN。閘門采用潛孔式直支臂弧形閘門，門體采用π形框架、雙主橫梁結(jié)構(gòu)，面板外緣半徑6 m，支鉸布置在底檻以上5.5 m，支鉸采用自潤(rùn)滑球面軸承。閘門運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉，可局部開(kāi)啟(見(jiàn)圖4)。

圖4 底孔金屬結(jié)構(gòu)布置剖面

閘門采用QHSY1000/400kN—6.1 m搖擺式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，啟門速度0.8 m/min，閉門速度0.5 m/min，一門一機(jī)布置。每套啟閉機(jī)配有1臺(tái)獨(dú)立泵站，采用雙回路供電，并設(shè)有2套油泵—電動(dòng)機(jī)組，互為備用。啟閉機(jī)可現(xiàn)地操作，也可通過(guò)中控室遠(yuǎn)控操作。泵站及電控設(shè)備布置在526.00 m高程的機(jī)房?jī)?nèi)。

4.3 底孔事故閘門及啟閉設(shè)備

為給底孔工作閘門及門槽提供檢修條件，底孔進(jìn)口設(shè)1扇事故閘門，2孔共2扇。閘門底檻高程513.00 m，孔口尺寸5.02 m×4.62 m，設(shè)計(jì)水頭28.38 m，總水壓力7 787.6 kN。閘門門型為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承采用簡(jiǎn)支式定輪，反向支承采用反向彈性滑塊，側(cè)向支承采用槽外式簡(jiǎn)支側(cè)輪，定輪和側(cè)輪均采用自潤(rùn)滑軸套，面板和止水布置在上游側(cè)。閘門運(yùn)行方式為利用自重及配重動(dòng)水閉門，小開(kāi)度提門充水平壓后靜水啟門。

閘門采用1 000 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，揚(yáng)程30 m，一門一機(jī)。啟閉機(jī)布置在塔頂排架550.50 m高程的啟閉機(jī)室內(nèi)。平時(shí)閘門鎖錠在542.00 m高程壩頂平臺(tái)上，閘門的安裝和檢修也在此平臺(tái)進(jìn)行。

5 結(jié) 論

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)程規(guī)范，結(jié)合水庫(kù)樞紐工程布置合理確定了各部位閘門(攔污柵)的結(jié)構(gòu)形式、支承方式、止水形式等，并根據(jù)各類閘門(攔污柵)的運(yùn)行要求和操作方式合理配置啟閉設(shè)備，確保設(shè)計(jì)選型布置合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，滿足水庫(kù)的安全運(yùn)行要求。