水力液壓雙控翻板門在蒼溪航電樞紐工程中的應用

楊勇

(四川嘉陵江蒼溪航電開發有限公司，四川蒼溪 628400)

1 工程概況

蒼溪航電樞紐工程系《嘉陵江渠化開發規劃報告》規劃中的第三個梯級，位于四川省蒼溪縣城上游約3 km 的河段上，上游接亭子口水利樞紐，下游與沙溪航電工程相連。蒼溪航電樞紐工程設計引用流量1193 m3/s，設計水頭6.3 m，總裝機容量66 MW，具有日調節能力。設四級船閘一座，船閘設計通航船舶噸級為2×500 t，單向年通過能力376萬t。工程樞紐建筑物從左岸至右岸依次由左岸土石壩、廠房、泄洪沖沙閘、右岸泄水建筑物及右岸船閘組成，閘壩頂總長515.26 m。

2 泄水建筑物的布置

通過對泄水建筑物進行水力學計算、泄洪能力計算以及堰頂高程分別為366.5 m、366 m、365.5 m 三個方案進行分析比較得知，隨著水力自控翻板壩堰頂高程的降低，各頻率洪水對應的上游水位也相應降低，翻板壩堰頂高程為366.5 m(門高6.5 m)時兩年一遇洪水上游庫水位高于初設上游水位0.18 m，不能滿足本次優化調整的基本原則，故該方案不宜采用。翻板壩堰頂高程分別為366 m(門高7 m)及365.5 m(門高7.5 m)時各頻率洪水上游庫水位低于初設上游水位，能夠滿足本次優化調整的基本原則。根據所收集到的水力自控翻板壩工程實例得知，目前采用的水力液控雙控翻板門高度不宜超過7 m，若門高增加至7.5 m，將會增大水力自控翻板閘門的設計、制造及安裝難度。通過泄洪計算，采用“3孔泄洪沖沙閘+23孔水力液控雙控翻板門”能滿足兩年一遇、十年一遇等標準洪水的淹沒要求，設計洪水及校核洪水均有所下降;樞紐泄流能力通過西南水運科學研究所整體水工模型試驗進行了驗證，滿足泄流能力要求;翻板壩在各工況下的穩定及應力均滿足規范要求。

3 一般水力自控翻板門構造

目前國內7 m×10 m 型水力自控翻板門由預制的上部6塊高720 mm×厚300 mm×長9940 mm、下部5塊高500 mm×厚300 mm×長9940 mm 的鋼筋混凝土結構閘門板固定在兩件厚450 mm 的預制鋼筋混凝土構件支腿上并與相應的止水件構成擋水部分。擋水部分通過導板、滑輪、連桿、小連桿、連桿座與厚500 mm 的預制鋼筋混凝土構件支墩連接，支墩下部埋入壩體上的預留孔內，并用二期混凝土澆筑固定，構成一扇閘門。閘門可單扇，也可多扇一起使用。水力自控翻板閘門構造見圖1。

圖1 一般水力自控翻板門構造圖

4 蒼溪樞紐運用的水力液壓雙控翻板門

一般水力自控翻板門的不足之處是:當開啟過程中遇到大型樹枝等漂浮物卡阻門時清除比較麻煩，不能人為控制;而當需要開啟水位卻又不高時，其無法正常使用。為了解決這個問題，我們在水力自控的基礎上額外增設了液壓啟閉系統，從而可以隨時人為控制各扇門的開啟與關閉，這就是最新型的水力液壓雙控翻板門。

該水力液壓雙控翻板閘門增設了液壓啟閉系統，在支墩與支腿間安裝了液壓油缸，在壩端設立了液壓控制系統，用油管將油缸和控制系統進行連接，通過操縱液壓控制開關實現液壓油缸的伸縮，使閘門能夠在任意位置打開、關閉、停留。自控液控雙作用翻板閘門構造見圖2。

圖2 水力液壓雙控翻板門構造圖

5 雙控翻板閘門運用中存在的問題及對策

水力自控(液控)翻板門靠水壓力及閘門自重自動啟閉，無需啟閉機械及其他動力，只需少量人員管理，可節省大量工程投資及管理費用，縮短工期，因此，水力自控(液控)翻板門在水利工程中得到了越來越廣泛的應用。但是，這類閘門在運行中也存在一些問題，比如漂浮物的堵塞、閘門運行的穩定、檢修通道、支墩受力強度等，筆者針對這些問題進行了研究，進而探討了解決方法。

(1)飄浮物撞擊及卡阻問題。

洪水期，河道中飄浮的樹枝、雜草、垃圾常卡于水力液壓雙控翻板門底和門間，造成閘門無法關閉與漏水;大型漂浮物如失控的大型船只對翻板門的撞擊也是致命的。

當雜草、樹枝、樹干等雜物堵塞在鉸座周圍時，會影響閘門的操作，汛后清理這些雜物也給運行管理工作帶來了一定的麻煩。對此問題，解決方法有以下幾種:(1)在上游設置防撞墩，將漂浮物導向鉸座兩邊，以減少漂浮物對鉸座的堵塞。其缺點是:由于回流等因素的影響仍有剩余漂浮物會沖到鉸座里。(2)在門前設置攔污柵。其缺點是:必須設置中墩并要定期清除柵前的漂浮物。(3)在連桿上焊接一個弧形的攔污柵，其大小視保護的范圍而定，在閘門開啟或關閉時，連桿和攔污柵一起運動。根據蒼溪工程的實際特點，本工程選用了防撞墩方案。

漂浮物對水力自控(液控)翻板門的另一個影響為卡門。最常見的是樹枝、樹干卡在閘門與底板之間形成縫隙，造成漏水。經分析及對實際工程的考察得知，這種情況多半發生在小洪水閘門開啟并回關的過程中，因此，可以盡量利用靠近廠房的三孔泄洪沖沙閘泄放小洪水，從而大大減少了這種情況發生的概率。由于本工程翻板閘門安裝了液壓啟閉系統，可人為控制閘門局部開啟、清理和排除飄浮物。

(2)閘門連接防腐問題。

水力自控翻板閘門及其支墩之間采用連桿和滑輪等金屬構件連接固定。金屬構件的防腐處理關系到水力自控翻板閘門運行的安全可靠性及耐久性。目前常用的金屬構件防腐方法有耐候鋼、熱浸鋅、熱噴鋁(鋅)復合層、涂層法、陰極保護法等。在綜合考慮造價、工藝及耐久期限等因素后，蒼溪樞紐工程最終采用熱噴涂金屬階梯涂層技術進行金屬構件的防腐處理。熱噴涂金屬階梯涂層防腐技術施作的涂層耐磨損，外觀整潔，覆蓋均勻、密實，保護周期長，防腐性能好，抗破壞性強，不需組織二次施工，較大程度地降低了工程壽命周期成本，是首選的水工鋼結構防腐技術。

(3)閘門運行穩定性問題研究及對策。

在水力自控(液控)翻板門的運行中，有時會出現擺動和拍打現象，這些現象的出現對閘門的正常運行是有害的，輕者引起工程結構的整體振動，產生噪音;重者可導致閘門破壞。

影響閘門穩定的因素很多，其中主要的有:①河道水流的不穩定性。②閘門面板上的溢流水舌與閘下孔流間形成空腔，空腔中的空氣被水流帶走形成不穩定的負壓。閘門兩側邊壁使過閘水流兩側形成漏斗，帶入空氣使空腔壓力不穩。③閘門剛開啟時遠驅水躍在閘門底部產生的負壓。④風浪造成閘上游水位不穩定也影響閘門的運行穩定。

蒼溪航電工程前后河道較順直，水流平順，無急流、漩渦等現象。設計單位在翻板壩段上設置了一個分隔墩，將水力自控(液控)翻板門分隔成兩箱，并在分隔墩上布置了通氣孔。分隔墩頭部、防護墩頭部均為流線型。翻壩段堰面平直段長12.6 m，斜坡坡度為1∶1.2，翻板閘門及其支墩安裝在平直段上。翻板閘門重量W 與閘門開始啟動時所承受的總水壓力P 之比約為0.3。本工程翻板門設置了液壓控制系統，因此，由風浪引起的水面波動不會影響閘門的穩定運行。由于采用的是支墩與堰頂整體澆筑，而不是預制澆二期混凝土的形式，對于支墩穩定和受力更安全，通過采取以上措施，使得蒼溪航電工程水力自控(液控)翻板門運行更加穩定可靠。

(4)水力液壓雙控翻板門的日常維護。

水力自控(液控)翻板門的日常維護主要包括清除漂浮物、查看止水及連接件的工作狀況等。為此，需配備相應的人員、船只及輔助設備進行定期巡視、清污，以確保翻板門的正常運行。

蒼溪航電航電樞紐是嘉陵江亭子口下游的第一級。蒼溪壩址距亭子口水庫11 km。亭子口水庫將于2013年蓄水發電，亭子口水庫是具有防洪任務的水庫，正常蓄水位高程為458 m，正常水位下庫容為34.68億m3，防洪庫容14.4億m3，最大壩高132 m，亭子口水庫的蓄水對于下游的蒼溪樞紐將帶來較大的影響:首先是洪水減小，防洪標準提高，亭子口水庫的推移質不會出庫，懸移質泥沙則要100年才出庫，給蒼溪樞紐水力液壓雙控翻板門的應用帶來了有利條件。由于亭子口水庫到蒼溪樞紐之間嘉陵江此段無支流匯入，漂浮物被亭子口水庫攔截，使漂浮物樹枝卡門的幾率大大減小。

由于蒼溪航電樞紐庫容很小，正常水位以下的庫容僅為1900萬m3，10多個小時即可放干水庫，因此，既使出現大的損毀，維修帶來的經濟損失也是不大的，僅需2天多時間即可放干水庫進行維修，因此，采用雙控翻板門的條件是有利的。雖然蒼溪處于大江大河的嘉陵江干流，但采用液壓雙控翻板門的選擇應該是合適的。

6 結語

蒼溪航電樞紐工程具有水頭低的特性，為水力液控自控翻板門在樞紐布置中的應用提供了有利條件。蒼溪航電樞紐工程泄水建筑物優化調整后，樞紐的功能保持不變，仍然能渠化航道、改善航運條件和發電。水庫運行及閘門開啟方式的擬定綜合考慮了泄洪沖沙閘和水力液控雙控翻板門的特性，為工程的安全、可靠運行提供了保障;樞紐布置采用水力自控(液控)翻板門，為蒼溪航電樞紐工程直接節省10357.85萬元，同時降低了施工難度。

蒼溪航電樞紐工程于2012年2月蓄水投產發電，經過一年多時間的運行，翻板門運行狀態良好，為今后大江大河上運用翻板門提供了一定的借鑒。