喬苗水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程新建放水塔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

魯詩(shī)刊

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

喬苗水庫(kù)位于廣西大新縣全茗鎮(zhèn)喬苗村，壩址距離大新縣城約10 km，是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)正常蓄水位322.800 m，設(shè)計(jì)洪水位323.680（P＝1%），校核洪水位323.880 m（P＝0.1%）。

喬苗水庫(kù)1966年7月動(dòng)工興建，1969年底建成投入使用。2018 年8 月經(jīng)廣西水利技術(shù)中心組織專家鑒定，評(píng)定喬苗水庫(kù)大壩安全類別為“三類壩”。喬苗水庫(kù)于2019 年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容有：①對(duì)大壩進(jìn)行灌漿防滲加固、壩頂加高加寬、排水棱體拆除改建、上下游壩坡加固，壩段總長(zhǎng)750 m；②對(duì)溢洪道進(jìn)水渠、控制段、消力池段進(jìn)行改建加固；③修復(fù)引水設(shè)施總長(zhǎng)3309 m，其中修復(fù)引水干渠長(zhǎng)1444 m，修復(fù)引水支渠長(zhǎng)1865 m；④拆除改建放水塔，修復(fù)輸水隧洞長(zhǎng)146.5 m。

除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)將原有放水塔、工作平臺(tái)交通橋全部拆除并在原址重建，對(duì)進(jìn)水明渠進(jìn)行清淤疏浚及防護(hù)。新建放水塔設(shè)計(jì)流量3.5 m3/s，采用分層取水，在不同水位不同水深處相應(yīng)設(shè)置上、下兩層進(jìn)水口，分別取用不同水深、水質(zhì)較好的地表水。在315.000 m 高程設(shè)置表層進(jìn)水口，在308.820 m 高程設(shè)置底層進(jìn)水口。在進(jìn)水口設(shè)有1 孔1 扇攔污柵，在上層進(jìn)水口設(shè)有1 孔1 扇表層進(jìn)水閘門，在下層進(jìn)口沿水流方向依次設(shè)有1 孔1 扇底層進(jìn)口閘門、底層出口閘門；在隧洞進(jìn)口設(shè)1 孔1 扇隧洞控制閘門。新建輸水隧洞放水塔縱剖面圖見圖1。

2 閘門類型的選擇

閘門按其工作性質(zhì)可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門。工作閘門主要用于控制流量，能夠在動(dòng)水中啟閉。檢修閘門主要供工作閘門、建筑物及機(jī)械設(shè)備檢修時(shí)短期擋水，操作方式為靜水啟閉。事故閘門在建筑物或設(shè)備出現(xiàn)事故時(shí)，動(dòng)水閉門，阻斷水流，防止事故擴(kuò)大，事故解除后，充水平壓后靜水啟門（無充水條件時(shí)也可動(dòng)水啟門）。根據(jù)工程的需求，同一閘門也可兼顧多種閘門的功能。

底層進(jìn)口閘門用于檢修底層出口閘門，操作方式為靜水啟閉，故底層進(jìn)口閘門為檢修閘門。底層出口閘門平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)水位低于316.061 m時(shí)，則提起閘門，維持水庫(kù)供水，操作方式為動(dòng)水啟閉，故底層出口閘門為工作閘門。水庫(kù)通過隧洞控制閘門的開度進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，閘門的操作方式為動(dòng)水啟閉，局部開啟，故隧洞控制閘門為工作閘門。表層進(jìn)水閘門平時(shí)處于全打開狀態(tài)，使水庫(kù)取表層水，當(dāng)輸水隧洞發(fā)生事故，且隧洞控制閘門無法正常閉門時(shí)，表層進(jìn)水閘門動(dòng)水閉門，阻斷水流，防止事故擴(kuò)大；同時(shí)，表層進(jìn)水閘門用于檢修底層出口閘門和隧洞控制閘門，故表層進(jìn)水閘門為事故閘門（兼故檢修閘門的功能）。

圖1 喬苗水庫(kù)新建輸水隧洞放水塔縱剖面圖

3 閘門及攔污柵設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)水口攔污柵設(shè)計(jì)

攔污柵孔口尺寸2 m×8.68 m（寬×高），底檻高程為308.820 m。攔污柵采用潛孔式垂直平面滑動(dòng)鋼柵，設(shè)計(jì)水頭為3 m，平面直立活動(dòng)式布置。攔污柵沿高度方向分成2節(jié)制造，每節(jié)高度4.45 m，節(jié)間通過軸板連接。攔污柵為焊接結(jié)構(gòu)，采用3 主梁布置，主梁為工字鋼，結(jié)構(gòu)承重鋼材采用Q235B鋼，主支承和反向支承采用鋼滑塊，側(cè)向支承采用角鋼。攔污柵柵葉自重約4.87 t（含拉桿0.81 t），柵槽埋設(shè)件重量約2.33 t。

3.2 表層進(jìn)水閘門設(shè)計(jì)

表層進(jìn)水閘門（事故閘門）孔口尺寸2 m×2.5 m（寬×高），底檻高程為315.000 m，閘門以水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位（P=1%）323.68 m為設(shè)計(jì)水位，相應(yīng)設(shè)計(jì)水頭為8.68 m；以水庫(kù)校核洪水位（P=0.1%）323.880 m校核，相應(yīng)校核水頭為8.88 m。

閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，焊接結(jié)構(gòu)，面板、底止水布置于上游側(cè)，頂、側(cè)止水布置于下游側(cè)，門葉梁系為同層布置，采用3 主梁布置，主梁為焊接工字鋼，主支承和反向支承采用Φ600懸臂輪。由于閘門后體積較大，充水閥充水平壓時(shí)間較長(zhǎng)，故取消充水閥結(jié)構(gòu)，采用小開度充水提門。閘門結(jié)構(gòu)承重鋼材采用Q235B 鋼，門葉重約2.97 t，門槽埋設(shè)件重約2.91 t。

3.3 底層進(jìn)口閘門設(shè)計(jì)

底層進(jìn)口閘門（檢修閘門）孔口尺寸m2×2.5 m（寬×高），底檻高程為308.820 m，閘門以正常蓄水位322.800 m 為設(shè)計(jì)水位，相應(yīng)設(shè)計(jì)水頭13.98 m。為了閘門運(yùn)行方便，考慮底層進(jìn)口閘門和表層進(jìn)水閘門可以互換，且共用1 套抓梁。底層進(jìn)口閘門結(jié)構(gòu)布置與表層進(jìn)水閘門一致。門葉重約2.97 t，門槽埋設(shè)件重約3.9 t。

3.4 底層出口閘門設(shè)計(jì)

底層出口閘門（工作閘門）孔口尺寸為2 m×2 m（寬×高），底檻高程為308.820 m。閘門以水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位（P=1%）323.68 m為設(shè)計(jì)水位，相應(yīng)設(shè)計(jì)水頭差為14.86 m；以水庫(kù)校核洪水位（P=0.1%）323.880 m校核，相應(yīng)校核水頭為15.06 m。

閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，焊接結(jié)構(gòu)，面板和止水均設(shè)在上游側(cè)，門葉梁系為同層布置，考慮加重塊的布置，采用4主梁布置，主梁為焊接工字鋼，主支承和反向支承采用Φ600懸臂輪，閘門結(jié)構(gòu)承重鋼材采用Q235鋼，門葉重約8.26 t（含鑄鐵加重塊4.7 t），門槽埋設(shè)件重約3.89 t。

3.5 隧洞控制閘門設(shè)計(jì)

隧洞控制閘門（工作閘門）孔口尺寸、底檻高程、設(shè)計(jì)水位與底層出口閘門相同，其結(jié)構(gòu)布置與底層出口閘門一致。不同之處為，隧洞控制閘門有局部開啟調(diào)節(jié)流量的功能，在胸墻埋件門楣上需增設(shè)1 道“P”型止水橡膠用于閘門局部開啟時(shí)止水。閘門結(jié)構(gòu)承重鋼材采用Q235鋼，門葉重約8.26 t（含鑄鐵加重塊4.7 t），門槽埋設(shè)件重約3.93 t。

4 啟閉設(shè)備選型

4.1 啟閉機(jī)布置方案比選

（1）方案一：1 門1 機(jī)布置，每扇閘門和攔污柵分別設(shè)1 臺(tái)啟閉設(shè)備。本方案閘門運(yùn)行管理較方便，但啟閉設(shè)備數(shù)量較多，為滿足啟閉設(shè)備的操作空間要求，會(huì)增加放水塔閘室的長(zhǎng)度，投資較大。

（2）方案二：采用移動(dòng)式啟閉機(jī)設(shè)備，多孔閘門共用1臺(tái)啟閉機(jī)。本方案放水塔閘室長(zhǎng)度較方案一短，啟閉機(jī)設(shè)備少，投資較少，但管理較為不便。

對(duì)于需要頻繁操作的閘門宜采用1 門1 機(jī)布置，本工程中隧洞控制閘門（工作閘門）需局部開啟調(diào)節(jié)流量，操作較頻繁，故單獨(dú)采用1臺(tái)固定式啟閉設(shè)備操作。底層出口閘門（工作閘門）平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅枯水期水位低于316.061 m時(shí)，才提起閘門，其操作機(jī)率較小，故底層出口閘門和底層進(jìn)口閘門（檢修閘門）、表層進(jìn)水閘門（事故閘門）、攔污柵可共用1臺(tái)移動(dòng)式啟閉設(shè)備。綜合考慮方案一和方案二相結(jié)合，其投資省，運(yùn)行管理也較方便。

4.2 啟閉機(jī)選型

啟閉機(jī)選型成果見表1。進(jìn)口攔污柵靜水啟閉；表層進(jìn)水閘門動(dòng)閉靜啟，利用水柱閉門，操作水頭考慮8.88 m；底層進(jìn)口閘門靜水啟閉，小開度充水提門，啟門水頭考慮13.98 m；底層出口閘門和隧洞控制閘門動(dòng)水啟閉，操作水頭考慮15.06 m。

表1 啟閉設(shè)備成果表

5 結(jié)語(yǔ)

本工程輸水隧洞放水塔閘門數(shù)量較多，運(yùn)行工況較復(fù)雜，通過合理的分析，選擇合適的閘門類型和啟閉設(shè)備，節(jié)省了工程投資。