百色水庫灌區(qū)銀屯放水塔工程金屬結(jié)構(gòu)布置

陳 苗

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

百色水庫灌區(qū)位于百色市右江河谷內(nèi)，范圍涉及百色市的右江區(qū)、田陽縣和田東縣共12 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。規(guī)劃擬從百色水庫引水，通過新建輸水管道，連通該灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的水源工程，形成一個水量充足、調(diào)配能力強和覆蓋面廣的灌溉區(qū)域。

百色水庫灌區(qū)規(guī)劃范圍為百色水庫以下至田東縣思林鎮(zhèn)沿河兩岸相對成片的耕地及果園，以百色水庫為龍頭水源，通過管道灌溉工程建設(shè)，聯(lián)合下游現(xiàn)有中小型灌片灌溉渠網(wǎng)，在右江河谷構(gòu)建一個大型現(xiàn)代化灌區(qū)，惠及百色市的右江區(qū)、田陽縣和田東縣3個縣（區(qū)），提高灌區(qū)人飲供水保證率，供水人口20.5 萬人。同時百色水庫還通過管道在空閑期向現(xiàn)有右江大型灌區(qū)骨干水源——百東河水庫補水，有效解決右江灌區(qū)日益凸顯的農(nóng)業(yè)用水與城市用水矛盾。

2 銀屯取水口放水塔工程金屬結(jié)構(gòu)布置

進水口布置于銀屯副壩左壩肩上游420 m 處，放水塔為岸塔式，采用活動孔口浮筒式圓盤閘門分層取水，自上游起進水口布置1 扇攔污柵[1]，并設(shè)置清污機清除柵前雜物，柵后布置1扇疊梁檢修閘門，然后布置分層取水閘門（浮筒式圓盤閘門），隨后布置旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后為攔污柵和疊梁檢修閘門門庫，最后布置1扇事故閘門；浮筒式圓盤閘門由底部流道連接至事故閘門前，進水口后接銀屯隧洞。

2.1 放水塔進口攔污柵

放水塔進口攔污柵共設(shè)1 孔1 扇，孔口尺寸為9.0 m×32.0 m（寬×高），設(shè)計水頭4 m。

（1）攔污柵型式。采用活動式，雙吊點操作，采用平面多節(jié)滑動式，柵體沿高度方向根據(jù)運輸要求分節(jié)制造，柵體沿高度方向分成10節(jié)，每節(jié)高度3.2 m，每節(jié)單獨一個單元。每節(jié)攔污柵的支承框架采用雙主梁同層等荷布置，每節(jié)底部設(shè)有彎鉤，便于提柵清污時帶走污物。柵條間距根據(jù)經(jīng)驗采用100 mm，柵條截面為矩形截面。側(cè)向裝置采用懸臂側(cè)輪，為槽外式布置。攔污柵柵體主要材料采用Q235鋼。柵葉單重104.7 t。柵槽尺寸為0.93 m×0.5 m，埋件單重17.01 t。

（2）攔污柵清污方式。正常情況下，采用耙斗式清污機進行清污，必要時，也可分節(jié)提柵至塔頂，進行人工清污，清污平臺設(shè)在塔頂232.3 m高程處，動水提柵時考慮前后水位差不大于1.5 m，計算啟吊力為479.98 kN，采用1 臺2×500 kN/100 kN 橋式起重機[2]通過機械鉤環(huán)式自動抓梁雙吊點分節(jié)啟吊，清污后的攔污柵可存放于專用門庫中。攔污柵的專用門庫設(shè)在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后側(cè)。門庫埋件單重約為6.3 t。

2.2 疊梁檢修閘門

攔污柵之后設(shè)1 孔1 扇取水疊梁檢修閘門，孔口尺寸為9.0 m×31.14 m（寬×高），底檻高程197.50 m，校核洪水位為228.67 m，正常蓄水位為228.17 m，閘門按下游無水時擋最高水頭設(shè)計，設(shè)計水頭30.67 m，設(shè)計總水壓力為43 081.72 kN。

采用平面滑動鋼閘門，雙吊點操作，閘門沿高度方向分成9 節(jié)，每節(jié)高度3.46 m，結(jié)構(gòu)完全相同。每節(jié)閘門為三主梁同層布置型式。主支承采用鑄鐵滑塊。側(cè)向裝置采用懸臂側(cè)輪，為槽外式布置。閘門結(jié)構(gòu)承重材料采用Q365 鋼。門葉單重約為209.4 t，門槽尺寸為1.26 m×0.6 m，埋件單重約為14.8 t。

疊梁檢修閘門在水頭不大于3 m情況下動水啟閉，計算得啟閉力為571.45 kN。與進口攔污柵共用1 臺2×500 kN/100 kN 橋式起重機通過液壓穿軸式自動抓梁雙吊點分節(jié)操作。閘門頂節(jié)門葉平時存放在專用門庫內(nèi)，檢修時，將其吊至疊梁檢修閘門孔口內(nèi)，檢修平臺設(shè)在塔頂232.3 m高程處。

疊梁檢修閘門專用門庫設(shè)在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后側(cè)。門庫埋件單重約為6.3 t。

2.3 分層取水閘門

根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部的批復(fù)意見，為了減緩低溫水的不利影響，灌溉用水應(yīng)盡量取表層水，為此，進水塔應(yīng)采用分層取水措施。分層取水閘門型式進行浮筒式圓盤閘門和分層取水疊梁閘門兩種門型比選。

2.3.1 方案一：浮筒式圓盤閘門

采用浮筒式圓盤取水閘門方案時，銀屯取水口放水塔進口依次設(shè)有攔污柵、疊梁檢修閘門、浮筒式圓盤閘門、清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、事故閘門。

浮筒式圓盤閘門由可調(diào)浮箱、取水盤、下浮室、伸縮套筒式導(dǎo)水管等主要部件組成。

取水盤與可調(diào)浮箱構(gòu)成取水口，口高1.0 m，是決定取水性能的主要部位，取水盤直徑為6.2 m，由環(huán)形水平導(dǎo)水板與截錐形過渡段組成，其下與下浮室第一節(jié)套筒頂部連接；可調(diào)浮箱及下浮室是實現(xiàn)水力自控的關(guān)鍵裝置，其作用是提供承受取水閘門重量所需的浮力，并使導(dǎo)水管隨庫水位的變化而伸縮，帶動取水口升降，使取水深度保持在0～2.0 m范圍內(nèi)，達到表層取水目的；伸縮套筒式導(dǎo)水管采用上大下小8節(jié)套筒，筒壁厚度為1.2 cm。

浮筒式圓盤閘門井內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向軌道，以防止圓盤取水閘門及伸縮套筒式導(dǎo)水管的橫向擺動和轉(zhuǎn)動。

與進口攔污柵共用1 臺2×500 kN 橋式起重機作為低水位或者檢修時提升取水閘門用。

2.3.2 方案二：分層取水疊梁閘門

方案二中，銀屯取水口放水塔進口布置依次設(shè)有攔污柵、分層取水疊梁閘門、清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、事故閘門。

分層取水疊梁閘門兼做檢修閘門，具體參數(shù)與疊梁檢修閘門相同。

2.3.3 方案比較

（1）技術(shù)比較。①取水方面：浮筒式圓盤閘門取水深度一般不大于2.0 m，通過水力自控實現(xiàn)取水功能；分層取水疊梁閘門取水深度范圍在0～5.0 m，可以通過電腦監(jiān)控水位，通過啟閉機進行每節(jié)閘門的啟閉，從而起到取水功能。兩種方案均能滿足6.6 m3/s的最大引用流量要求，但分層取水疊梁閘門取表層水的控制難度較大，取水深度變化，難以滿足生態(tài)取水要求，有可能還會出現(xiàn)斷流情況，影響灌溉供水安全。②布置方面：分層取水疊梁閘門總圖布置較簡單，進水塔結(jié)構(gòu)尺寸較小，浮筒式圓盤閘門方案進水塔結(jié)構(gòu)尺寸較大。③運行維護方面：分層取水疊梁閘門需要配備動力，需人工操作或電腦自動操控，浮筒式圓盤閘門不需要配置動力，靠水力浮力自動升降；相對于分層取水疊梁閘門檢修方式簡單，浮筒式圓盤閘門檢修較麻煩，且需保留上游側(cè)的疊梁檢修閘門。

（2）經(jīng)濟比較。機電金結(jié)工程量上，分層取水疊梁閘門方案耗鋼量約為483.4 t，投資約為604.52萬元，浮筒式圓盤閘門方案耗鋼量為914 t，投資約為1 225.78 萬元。土建投資，分層取水疊梁閘門方案投資為2 222.55 萬，浮筒式圓盤閘門方案投資為3 481.47 萬元。運行費用上，分層取水疊梁閘門啟閉機每年需要電力費用，浮筒式圓盤閘門依靠水力自控，一般不需要運行費用，只需要檢修費用。

在金結(jié)投資上，浮筒式圓盤閘門方案比分層取水疊梁閘門方案投資多621.26 萬元，在土建投資上，浮筒式圓盤閘門方案比分層取水疊梁閘門方案投資多1 258.92萬元，但相對而言，浮筒式圓盤閘門方案運行費用較小，且通過水位的漲落取表層水的效果較好。綜合考慮，設(shè)計推薦浮筒式圓盤閘門方案。

2.4 清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)

百色水庫自流輸水系統(tǒng)支管及分支管上設(shè)置了大量口徑DN250至DN1600的流量調(diào)節(jié)閥用于控制各支管及分支管流量，如果污物進入供水管道堵塞流量調(diào)節(jié)閥，將會造成流量調(diào)節(jié)閥失去調(diào)節(jié)功能。若污物短時間快速堵塞流量調(diào)節(jié)閥，還將引起劇烈的水錘，對輸水系統(tǒng)造成安全隱患。但進口攔污柵最小間距僅能做到50 mm，無法滿足流量調(diào)節(jié)閥防堵的需求，故考慮采用攔污范圍為3 mm×3 mm至10 mm×10 mm清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，是由工作鏈輪、網(wǎng)板機構(gòu)、主軸傳動機構(gòu)、沖洗水系統(tǒng)及導(dǎo)槽等組成。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)攔截污物主要靠網(wǎng)板組成的密封網(wǎng)室來實現(xiàn)，并且網(wǎng)板在主動軸帶動下往復(fù)循環(huán)運動，被攔截附著在網(wǎng)板上的污物被帶至地面以上，網(wǎng)板上的污物在沖水洗系統(tǒng)作用下被沖至導(dǎo)槽，從而實現(xiàn)污物攔截和清洗的過程、達到排污凈化水的目的。本工程采用“外進內(nèi)出”式側(cè)面進水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，水由外而內(nèi)從兩側(cè)網(wǎng)面進入網(wǎng)室，再由一端的出水口流出網(wǎng)室，污物被攔截在網(wǎng)室外側(cè)，集污槽設(shè)在網(wǎng)室的外側(cè)，沖洗水系統(tǒng)設(shè)在網(wǎng)室的內(nèi)側(cè)。

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)有自動控制、手動控制、就地、遠控等多種運行方式，正常運行為自動控制，其運行程序為：當濾網(wǎng)前后水位差≥200 mm（可調(diào)）時，沖洗閥門自啟動，經(jīng)5～30 s（可調(diào)）后，濾網(wǎng)自動啟動慢速運行；濾網(wǎng)連續(xù)運行20～30 min且濾網(wǎng)前后水位差低于50 mm 時，旋網(wǎng)及其沖洗系統(tǒng)停止自動工作；手動操作一般在設(shè)備安裝調(diào)試或檢修時使用；當濾網(wǎng)前后水位差不足200 mm 時，每隔4～8 h（可調(diào)）自動啟動系統(tǒng)一次，清污20～30 min（可調(diào)），然后自動停運；當濾網(wǎng)前后水位差≥400 mm（可調(diào)）時，濾網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)自動啟動高速連續(xù)運行，并立即向值班室（或控制室）發(fā)出警報信號；當濾網(wǎng)前后水位差≥600 mm（可調(diào)）時，濾網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)自動啟動高速連續(xù)運行，并立即向值班室（或控制室）發(fā)出緊急警報信號。

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后設(shè)有2 個門庫，分別用于存放攔污柵及疊梁檢修閘門。

2.5 事故閘門

浮筒式圓盤閘門后設(shè)事故閘門，閘門孔口尺寸（寬×高）為2.8 m×2.8 m，底檻高程192.5 m。閘門以百色水庫正常蓄水位228.17 m設(shè)計，相應(yīng)設(shè)計水頭35.67 m；以百色水庫校核洪水位231.66 m 校核，相應(yīng)校核水頭39.16 m；用設(shè)計水位計算相應(yīng)設(shè)計總水壓力2 508.24 kN。

閘門采用平面滑動鋼閘門，閘門為多主梁同層布置型式；利用水柱閉門，閘門面板與底止水布置在上游側(cè)，頂、側(cè)止水布置在下游側(cè)；主支承采用銅合金鑲嵌自潤滑復(fù)合材料，側(cè)向裝置采用懸臂式側(cè)輪，為槽外式布置；閘門結(jié)構(gòu)承重材料采用Q355鋼，門葉單重約為7.52 t，門槽尺寸為0.85 m×0.55 m，埋件單重約為13.3 t。

在靠近閘門下游側(cè)孔口頂部設(shè)2Φ400 通氣孔進行補氣；通氣孔直通塔頂，出口布置在校核洪水位以上的塔壁外側(cè)。

閘門的操作方式為動水啟閉，按百色水庫校核水位231.66 m計算得最大啟門力為613.67 kN；采用1臺QP-1000 kN 卷揚式啟閉機單吊點整扇啟吊。

平時閘門鎖定在閘門井上部232.30 m 高程檢修平臺處。

3 結(jié)語

為了減緩低溫水對農(nóng)作物的不利影響，灌溉用水應(yīng)盡量取表層水，銀屯取水口放水塔采用了浮筒式圓盤閘門，既保證了取表層水的需求，提高了取水效率，又為今后的工程管理創(chuàng)造智能、便利的運行條件，設(shè)計理念可以為其他類似項目提供參考。