峽江水利樞紐引水發電系統金屬結構布置與設計

徐 強

峽江水利樞紐引水發電系統金屬結構布置與設計

徐 強

（江西省水利規劃設計院，江西 南昌 330029）

文章主要介紹了峽江水利樞紐工程電站進口攔污柵、檢修門、尾水事故檢修門及清污機和啟閉設備的選型布置及結構設計的特點。

峽江水利樞紐；發電系統；金屬結構；布置；設計

峽江水利樞紐工程位于江西省吉安市峽江縣境內贛江中游河段，壩址下游距峽江老縣城巴邱鎮6km，是一座以防洪、發電、航運為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。壩頂高程51.2m，最大壩高22.1m，壩軸線總長845.0m。樞紐工程主要建筑物設計洪水500年一遇，校核洪水2000年一遇。河床式電站廠房布置于樞紐右岸，共安裝9臺燈泡貫流式水輪發電機組，裝機容量360MW，多年平均發電量11.44×108kW·h，保證出力44.09MW。

金屬結構設備工程主要包括有引水發電系統、泄水閘系統、船閘系統、魚道系統和灌溉渠首5部分的閘門、攔污柵、清污機、啟閉機組成，金屬結構總工程量約19109t。

1 設計依據

峽江水利樞紐工程金屬結構施工圖設計是根據峽江水利樞紐工程金屬結構初步設計報告及初步設計審查意見、《水電水利工程鋼閘門設計規范》（DL/T 5013-95）、《水電水利工程啟閉機設計規范》（DL/T 5167-2002）、《水工金屬結構防腐蝕規范》（SL 105-2007）、《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）、《起重機設計手冊》等有關規程規范以及補充修改部分進行。金屬結構主要材料采用Q345B和ZG340-640。

2 引水發電系統金屬結構總體布置

電站廠房共裝有9臺貫流式燈泡機組，單機容量為40MW。壩下游校核（P=0.2%）洪水位46.62m、設計（P=1%）洪水位45.32m、正常尾水位（9臺機發電）36.61m，二臺機發電尾水位33.0m。

引水發電系統金屬結構布置主要根據機組特點、水工結構、流道布置及對金屬結構功能要求進行。電站進水口設置了18套16.2m×33.0m-4m（寬×高-水頭）垂直活動式鋼柵，由壩頂QM-2×250kN雙向門機通過液壓自動抓梁啟閉兼清污。

柵槽下游側設3扇16.2m×19.58m-31.95m疊梁檢修閘門，并配置MQ-2×1250kN單向門機通過液壓自動抓梁啟閉。電站尾水出口設置9扇16.2m ×13.6m-36.22m事故檢修閘門，采用MQ-2×2000kN單向門機通過液壓自動抓梁啟閉。

在施工圖階段對金屬結構總體布置還進行了一些優化。如進口攔污柵設兩臺雙向門式清污機互為備用，每臺門機配置1套液壓自動抓梁用于起吊攔污柵，配置1套液壓清污抓斗用于攔污柵清污。檢修閘門和尾水檢修閘門兩臺單向門機統一采取溝式滑觸線供電方式，避免大量電纜影響整體效果。尾水設置檢修平臺降低門機揚程及總體高度等。

引水發電系統部分金屬結構總重約9811t，攔污柵重約1381t，閘門重約6026t，門（柵）槽埋件重約1468t，清污機、啟閉設備（含自動抓梁）重約608t，鎖定裝置、軌道重約328t。

3 進口攔污柵及啟閉、清污設備

引水發電系統進水口流道尺寸較大，寬度為16.2m，底檻高程為14.05m，閘頂高程為51.2m。為了使通過攔污柵斷面的平均出水流速滿足不大于1.2m/s的要求，攔污柵的總體布置與結構設計從以下幾個方面進行了考慮。

（1）為減小攔污柵跨度、結構尺寸及啟閉、清污設備的規模，在每臺機組進水流道前段設置中隔墩，使9臺機組進水流道前段形成18個孔口，有效擴大了過流面積。

（2）初設階段曾考慮在電站進水口上游設置攔污浮排，但按照進水口上游庫岸地形布置浮排軸線很長，軸線與流向夾角很大，因此，施工圖階段未采用攔污浮排方案，而采用兩臺清污門機方案。設置兩臺雙向門式液壓抓斗清污機進行清污和啟閉，門機設液壓自動抓梁起吊，以便啟閉攔污柵也可連接液壓抓斗清污。兩臺清污機可同時使用，亦可互為備用，可有效減輕柵前污物擁堵。

（3）攔污柵及柵條結構設計水頭差為4.0m，并在柵體前后設置測量水位差的差壓計，以便監測攔污柵前后的水位壓差是否超過設計值。

（4）為了縮短攔污柵的啟閉時間，將兩節柵體間用銷軸連成1組作為一個啟閉單元。攔污柵結構設計時為盡量降低水頭損失，除盡量加大柵條間距外，采取了如圓鋼管結構斜撐，主梁翼緣盡可能窄小，只設一根中間縱梁，主要材料采用容許應力更高的Q354-B等一系列措施。同時，支承滑塊采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復合材料滑塊。

18孔共設18扇攔污柵，每扇攔污柵分為10節，每節高3.3m，攔污柵全高33.0m。各節攔污柵均采用“工”字形組合截面的雙主梁，柵條凈距250 mm。雙向清污門機連接液壓抓斗，通過抓斗導向槽清污，連接液壓自動抓梁啟閉攔污柵。

清污機的主要技術參數：額定啟門力 2×250 (kN)，總（軌上）起升高度44（7.5）m軌距4.5 m，液壓清污抓斗起升荷載 2×40( kN），抓斗容量8 m3，單抓斗清污寬度8.6 m，水下清污深度38 m。清污機安裝高程51.2m。

4 進口檢修閘門及啟閉設備

機組進水流道后段末設置檢修閘門，9臺機組(9孔流道)設置3扇檢修閘門共用，閘底坎高程為14.05m，閘孔尺寸為16.2m×19.58m，設計水頭31.95m，總水壓力70952kN。

檢修閘門采用分節式平面滑動鋼閘門，單扇閘門分6節，每節門高3.3 m。門體結構基本相同，均采用3根變截面工字形主梁同層布置設計，止水和面板均設在下游側。主支承采用低摩阻復合材料滑道，門葉結構主要材料為Q345B。閘門結構有如下特點。

（1）閘門邊柱頂底端設承重板、門頂設節間定位銷可防止節間錯位，設抓梁定位銷以便抓梁自動穿軸裝置定位準確。正向支承采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復合材料滑塊，反向支承采用彈性滑塊，止水為橡塑復合止水。主梁漏水孔處采用勁板補強。

（2）閘門每2節用銷軸連接成1組，作為啟閉和鎖定單元，不擋水時3扇閘門共為9組可分別鎖定于9孔閘頂槽內。

（3）考慮檢修閘門需要靜水啟閉，故頂上兩節閘門間設長圓孔以便利用節間充水平壓，頂節門體動水小開度充水平壓后，各組（節）門體靜水開啟，便于閘門的操作運行管理。

（4）閘門兩端頂部位置設鎖定座板，以便閘門鎖定于51.2m平臺；同時，閘門鎖定采用自動翻轉鎖定梁，使閘門的操作更加省時、省力。

門槽型式為I型門槽，槽寬1.6m，深0.75m，寬深比為2.13。埋件包括主軌、反軌、側軌、鎖定梁及門楣和底坎。主、反軌均通至51.20m平臺，側軌頂部與鎖定梁埋件焊接有效保證承壓力。為確保閘門安全入槽，軌道頂部均設計成喇叭口形，便于導向。

檢修閘門靜水啟閉，門后設通氣孔，采用單向門式啟閉機配液壓自動抓梁啟閉。

啟閉設備的主要技術參數：額定啟門力2×1250(kN)，起升高度8.3(軌上)/42.5(總揚程)，軌距6m。門機安裝高程51.2m，采用溝式滑觸線的供電方式。

該工程檢修閘門布置較常規設計主要是增加了6扇臨時擋水閘門。

一方面是由于1期施工圍堰拆除時，第1臺機組安裝基本結束但尚未調試，因此，為了方便其余機組的安裝和所有機組的調試。

另一方面在機組安裝調試結束后其中18節用作泄水閘永久性檢修閘門，并可用于剩余幾孔弧形閘門的安裝、調試及檢修。再則另外的12節可改造后用于門庫上游段封堵閘門。這樣不僅僅節省了施工圍堰投資，更主要的是可使機組提早發電創造更大的經濟效益。

臨時擋水閘門為分節式平面滑動鋼閘門，單扇閘門分6節，每節門高3.3m。上節門體按照臨時設備經濟設計，施工結束后報廢處理；下面5節（6扇共30節）門體結構與啟閉操作均與檢修閘門基本相同。泄水閘共18孔，孔口寬16m，為保證檢修閘門的通用，埋件支承寬度及止水中心寬與廠房進口一致。為方便操作，臨時擋水閘門吊耳設計需適應三種容量的自動抓梁，即廠房進口2×1250(kN)單向門機、泄水閘2×630(kN)單向門機、門庫內進口2×500(kN)臺車式啟閉機。

5 尾水事故檢修閘門及啟閉設備

尾水平臺頂高程為48.0m，底檻高程為16.2m，閘門孔口尺寸為16.2m×13.6m。事故情況閘門閉門時上下游最大水頭差為13m；檢修情況閘門擋水位36.22m（8臺機組發電水位）；施工期閘門擋水位43.3 m。閘門總水壓力為14571kN。

燈泡機組有導葉自關閉及重錘關閉等可靠的防飛逸措施，為了進一步提高運行的安全性，并滿足機組檢修需要，在尾水出口每孔設置1扇事故檢修閘門。

每孔一扇閘門的布置一是可替代圍堰用于機組安裝調試。

二是保證機組的檢修可多孔同時進行。

三是為了操作方便，避免一門多孔需來回調運的操作空間及時間雙重需求。每扇閘門分4節，節高3.5m，節間采用銷軸連接，閘門總高14.0m。各節閘門結構基本相同，均采用3根“工”字形組合變截面主梁，同層布置設計，面板和止水均設在上游側，止水為雙“P”頭橡皮，門葉結構主要材料為Q345-B。

尾水閘門布置與設計時做了如下優化。

（1）考慮施工期機組安裝和調試、事故閉門時間要求，9扇閘門共設1臺單向門機配液壓自動抓梁操作。相較于固定卷揚式啟閉機的設計方案，門機方案不需要非常高的混凝土排架，使得壩面整潔美觀，且總體造價更加經濟。為保證一臺門機9孔共用的使用效果，使閘門的及時調動響應操作指令，門機平時停放在中間閘孔頂端待命，并采用溝式滑觸線的供電方式。

（2）鑒于門機初設總高度近25m，安裝施工難度極大，故在42.0 m設置了檢修平臺和鎖定裝置，從而降低了軌上揚程。同時，每孔一門的布置也避免了一門多用的操作空間要求，進而保證了門機高度的降低，確保安裝施工方便可行。

（3）閘門邊柱頂底端設承重板、門頂設節間定位銷、抓梁定位銷。止水采用橡塑復合止水，上游支承采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復合材料滑塊，下游主支承為偏心軸線接觸簡支輪，采用自潤滑關節軸承，有效降低閘門啟閉力。

（4）閘門平常鎖定于閘頂（高程48.0m）槽內，檢修時鎖定在42.0m高程內，兩個平臺均設置了兩座自動翻轉鎖定梁。

（5）閘門整扇動水閉門，靜水啟門，頂上兩節設長圓孔以便利用節間充水平壓，頂節門體動水小開度充水平壓后，各組（節）門體靜水開啟，便于閘門的操作運行管理。

門槽型式為I型門槽，槽寬1.7m，深0.85m，寬深比為2。埋件包括主軌、反軌、側軌、鎖定梁及門楣和底坎。主、反軌均為鑄鋼軌道，主、反、側軌均通至42.0m檢修平臺。為確保閘門安全入槽，軌道頂部均設計成喇叭口形，便于導向。

啟閉設備的主要技術參數：

起升機構：額定啟門力2×2000(kN)，起升高度10.0(軌上)/28.5(總揚程)；

行走機構：走行荷載2×1000(kN)，走行速度2.0～20 m/min，走行距離208 m，軌距6.5m，基距10 m。門機安裝高程48.0m，

6 結 語

工程于2010年7月開工建設，施工進度迅速，第一機組即峽江首臺機組從9月1日一次并網發電成功，樞紐總體工程計劃于2015年8月竣工。引水發電系統金屬結構的總體布置型式與結構優化設計，尤其是進口臨時擋水閘門一門多用的設計方案對類似工程具有一定的借鑒意義。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.021

TV34

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1008-1305（2014）05-0060-03

徐 強(1981年-)，男，工程師。