新疆恰木薩水電站工程金屬結(jié)構(gòu)設計

李澤同

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊830000）

1 工程概況

恰木薩水電站是葉爾羌河下游河道規(guī)劃梯級開發(fā)中的第2級電站，為引水式電站，其上游為鏨高水電站，下游為亞貝西水電站。工程主要由攔河引水樞紐（土石壩、泄洪建筑物、進水閘）、輸水建筑物（輸水隧洞、輸水渠道）、前池、壓力管道及電站廠房等主要建筑物組成。水庫正常引水位1550.0m，校核洪水位1553.70m；最大壩高14.6m，發(fā)電流量402.4m3/s，前池正常水位1547.334m，裝機容量200MW，多年平均發(fā)電量6.63億kW·h，裝機利用小時數(shù)3157小時。工程任務為發(fā)電，供電范圍為喀克電網(wǎng)，電站建成后承擔系統(tǒng)基荷運行。

根據(jù)恰木薩水電站工程水工建筑物的布置，金屬結(jié)構(gòu)設備布置在泄洪沖沙閘、生態(tài)基流放水閘、灌溉引水閘、魚道出口，渠道引水口、渠道沿線1#、2#灌溉放水閘、壓力前池和廠房尾水管出口處，共有孔口72個，設置各類閘門和攔污柵54扇，攔污排1套；各類啟閉設備和防冰凍設備共55臺（套）。各類閘門及攔污柵總重約1485t，埋件總重約1008t；各種啟閉設備總重約1313t（含16套防冰凍設備）。整個工程金屬結(jié)構(gòu)部分耗鋼量約3806t。閘門及埋件表面防腐面積約25000m2。

2 泄洪沖沙閘金屬結(jié)構(gòu)

泄洪沖沙閘位于攔河壩左側(cè)，閘底板高程為1541.00m，閘頂高程為1555.60m，共11孔，每孔各設一道檢修閘門槽和一道工作閘門。

檢修閘門：孔口尺寸12m×9.3m（孔口寬度×閘門高度，下同），設計水頭9m。11孔檢修閘門槽，共設2扇平面鋼閘門，閘門采用下游面板，下游封水，復合材料滑塊支承，雙吊點，吊點距為7.5m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門沿高度方向分為相同的3節(jié)，節(jié)間無聯(lián)接，設有節(jié)間封水，利用自重靜水閉門，節(jié)間小開度充水平壓后靜水啟門。閘門全開全關運行，閘門逐節(jié)啟閉，采用容量為2×250kN，揚程16m的單向門式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸12m×9.5m，設計水頭9m。每孔各設一扇弧形鋼閘門，閘門門葉采用雙主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)，支鉸高度按超出校核洪水水面線布置，弧門半徑12m，支鉸高度8.5m。閘門門葉結(jié)構(gòu)及支臂結(jié)構(gòu)材料采用Q345D，鉸鏈、鉸座材料為ZG310-570，鉸軸材料為45#鋼，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，軸承采用自潤滑球面滑動軸承。閘門動水啟閉，任意開度運行，采用容量為2×500kN的固定卷揚式弧形閘門啟閉機操作。

本工程所在地冬季最低氣溫可達-24℃。根據(jù)電站運行方案，工作閘門在冬季擋水運行，為防止閘門承受冰的靜壓力，擬采用電熱管法或發(fā)熱電纜法加熱面板，使附著在面板上的冰融化，與閘前冰層隔開達到防止閘門承受冰的靜壓力的目的。同時，為保證冬季必要時可開啟閘門，為防止閘門與門槽凍結(jié)，仍擬采用電熱法加熱門槽。

3 生態(tài)基流放水閘金屬結(jié)構(gòu)

為保障下游河道生態(tài)基流，在泄洪沖沙閘右側(cè)設生態(tài)基流放水閘，共1孔，設一道事故閘門和一道工作閘門。

事故閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭9m。設1扇平面鋼閘門，上游面板、上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑400mm，主材采用ZG230-450。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門利用自重及水柱加重動水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，全開全關運行，采用容量為1×160kN的固定卷揚式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭9m，門槽與門體結(jié)構(gòu)，啟閉機型式、容量均與事故閘門完全相同，閘門動水啟閉，控制開度運行。

4 灌溉引水閘金屬結(jié)構(gòu)

為保障下游農(nóng)田灌溉，在攔河壩右側(cè)設有灌溉引水閘，共1孔，設一道事故閘門和一道工作閘門。

事故閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭5m。設1扇平面鋼閘門，上游面板、上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑400mm，主材采用ZG230-450。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門利用自重及水柱加重動水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，全開全關運行，采用容量為1×100kN的固定卷揚式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭5m，門槽與門體結(jié)構(gòu)，啟閉機型式、容量均與事故閘門完全相同，閘門動水啟閉，控制開度運行。

5 灌溉引水閘金屬結(jié)構(gòu)

為保障下游農(nóng)田灌溉，在攔河壩右側(cè)設有灌溉引水閘，共1孔，設一道事故閘門和一道工作閘門。

事故閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭5m。設1扇平面鋼閘門，上游面板、上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑400mm，主材采用ZG230-450。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門利用自重及水柱加重動水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，全開全關運行，采用容量為1×100kN的固定卷揚式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭5m，門槽與門體結(jié)構(gòu)，啟閉機型式、容量均與事故閘門完全相同，閘門動水啟閉，控制開度運行。

6 魚道出口金屬結(jié)構(gòu)

為保障魚群游向下游，并控制魚類游動進水量，在攔河壩設有魚道出口，共1孔，設一道工作閘門。

工作閘門：孔口尺寸2m×2m，設計水頭3.5m。設1扇平面鋼閘門，上游面板、上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑400mm，主材采用ZG230-450。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門動水啟閉，控制開度運行，采用容量為1×100kN的固定卷揚式啟閉機操作。

7 引水閘金屬結(jié)構(gòu)

攔河壩左岸設有引水閘，通過閘后的擴散段接引水渠道，共3孔，每孔各設一道檢修閘門槽和一道工作閘門。

檢修閘門：孔口尺寸8.5m×6.6m（寬×閘門高，下同），設計水頭6.3m。3孔檢修閘門槽共設1扇平面鋼閘門，閘門采用下游面板，下游封水，復合材料滑塊支承，雙吊點，吊點距為7.5m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門沿高度方向分為相同的3節(jié)，節(jié)間無聯(lián)接，設有節(jié)間封水，利用自重靜水閉門，節(jié)間小開度充水平壓后靜水啟門。閘門全開全關運行，采用容量為2×160kN的移動式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸8.5m×5m，設計水頭10m。每孔各設一扇平面鋼閘門。閘門采用上游面板，上有封水，懸臂輪支承，滾輪直徑900mm，主材采用ZG310-570。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料：主軌采用ZG310-570，其余采用Q235B。閘門利用自重及鑄鐵配重動水閉門，動水啟門，控制開度運行，采用容量為2×400kN的固定卷揚式啟閉機操作。

本工程所在地冬季最低氣溫可達-24℃。根據(jù)電站運行方案，進水閘工作閘門冬季有操作要求，為防止閘門承受冰的靜壓力，擬采用電熱管法或發(fā)熱電纜法加熱面板，使附著在面板上的冰融化，與冰層隔開達到防止閘門承受冰的靜壓力的目的。同時為防止閘門與門槽凍結(jié)，擬采用電熱法加熱門槽。

8 引水渠沿線1#、2#灌溉放水閘金屬結(jié)構(gòu)

為保障引水渠沿線農(nóng)田灌溉，在引水渠沿線設1#、2#灌溉引水閘。

1#灌溉放水閘：共1孔，孔口尺寸為0.5m×0.5m，設計水頭6.3m，設一道檢修閘門和一道工作閘門，均采用鑄鐵閘門，均采用容量為1×80kN的螺桿式啟閉機操作。

2#灌溉放水閘：共1孔，孔口尺寸為1m×1m，設計水頭6.3m，設一道檢修閘門和一道工作閘門，均采用鑄鐵閘門，均采用容量為1×100kN的螺桿式啟閉機操作

9 發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

電站引水渠冬季采用輸冰運行方式，前池利用水力排冰清污。沿渠道水流方向，在前池進水口下游側(cè)布置退水閘，退水閘共2孔，各設一道事故閘門和一道舌瓣工作閘門。前池進水口布置攔污排，通過攔污排阻擋污物與冰塊，退水渠工作閘門開啟后，利用水流將污物與冰塊沖入退水渠。

本工程發(fā)電廠房共安裝四臺機組，單機單管布置。為降低過柵流速，進水室采用喇叭形進口，孔口中部設置中墩。沿前池進水室水流方向依次設有4×2孔檢修閘門槽 （兼作清污抓斗導向槽）、4×2孔攔污柵、4孔快速閘門。

前池進水室底板下方設沖沙閘，共1孔，設有一道事故閘門和一道工作閘門。

退水閘事故閘門：孔口尺寸7m×5.2m，設計水頭4.9m，共2孔，各設1扇平面鋼閘門。閘門采用采用上游面板，上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑750mm，主材采用ZG270-500，雙吊點，吊點距6.52m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門靠自重動水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，全開全關。閘門采用容量為2×160kN－8m的固定卷揚式啟閉機操作。

退水閘工作閘門：孔口尺寸7m×5.2m，設計水頭4.9m，共2孔，各設1扇舌瓣鋼閘門。閘門采用上游面板，上游封水，雙吊點，吊點距5.5m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，鉸座材料選用Q345C，選用鋼基銅塑自潤滑球面軸承。閘門動水啟閉，任意開度運行，采用容量為2×500kN的固定卷揚式弧門啟閉機操作。

退水閘舌瓣工作閘門冬季有操作要求，為防止閘門與門槽凍結(jié)，擬采用電熱法加熱門槽。

前池進水口攔污排：共1孔，設1道攔污排。攔污排兩端直線距離75m，矢高5m，水上攔污高度0.5m，水下攔污深度1.5m，包括多節(jié)鋼浮箱、攔污柵、鑄鐵配重和兩側(cè)導向裝置。其中，導向裝置由輪架結(jié)構(gòu)、主輪裝置、側(cè)輪裝置組成。攔污排隨前池水位變化而垂直升降,攔污排冬季無運行要求。

進水室檢修閘門：攔污柵前設一道檢修閘門槽，共8孔，孔口尺寸均為4.5m×15.7m，設計水頭15.4m，設2扇平面鋼閘門，下游面板，下游封水，復合材料滑塊支承，雙吊點，吊點距4.9m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門沿高度方向分為6節(jié)，節(jié)間無聯(lián)接，設有節(jié)間封水，利用自重靜水閉門，節(jié)間小開度充水平壓后靜水啟門。采用容量為2×200KN的雙向門式啟閉機借助自動抓梁操作。在前池進水室一側(cè)設有門庫，檢修閘門門葉在不使用時存放于門庫內(nèi)。

進水室攔污柵：共8孔，孔口尺寸4.5m×15.7m，各設一道攔污柵，按承受4m水頭差設計。攔污柵采用復合材料滑塊支承，雙吊點，吊點距4.9m，柵葉結(jié)構(gòu)材料為Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料為Q235B。與檢修門共用一臺2×200kN雙向門式啟閉機。

發(fā)電洞進口快速閘門：共4孔，孔口尺寸5.6m×5.6m，設計水頭16.5m。各設一扇平面鋼閘門，閘門上游面板，下游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑800mm，主材采用ZG310-570。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料：主軌采用ZG310-570，其余采用Q235B。閘門動水啟閉，采用容量為2×800kN固定卷揚式快速門啟閉機操作，為避免鋼絲繩長期浸泡水中，采用拉桿連接。

沖沙閘事故閘門：共1孔，孔口尺寸1m×1m，設計水頭18m。設1扇平面鋼閘門，上游面板，上游封水，懸臂輪支承，滾輪直徑300mm，主材采用ZG270-500。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門利用自重及鑄鐵配重動水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，全開全關運行，采用容量為1×100kN的固定卷揚式啟閉機操作。

沖沙閘工作閘門：共1孔，孔口尺寸1m×1m，設計水頭18m，門槽與門體結(jié)構(gòu)，啟閉機型式、容量均與排沙閘事故閘門完全相同，動水啟閉，全開全關運行。

10 廠房尾水出口金屬結(jié)構(gòu)

本工程發(fā)電廠房共安裝四臺機組，每臺機組尾水管出口設置中墩分為兩孔，共4×2孔，每孔各設一道檢修閘門槽。由于采用單機單管布置形式，每臺機組安裝完成即可投入試運行，故設8扇尾水檢修閘門。

尾水檢修閘門：孔口尺寸均為4.76m×4.27m，設計水頭20m，采用平面鋼閘門，上游面板，上游封水，復合材料滑塊支承，雙吊點，吊點距5.26m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門為靜水閉門，利用機組排水閥充水平壓后靜水啟門，采用容量為2×160kN的單向門式啟閉機借助專用自動抓梁操作。

11 防腐

為使工程建成后，延長整個工程金屬結(jié)構(gòu)設施的使用壽命，減少維護工作量，該工程的所有閘門門葉及埋件外露表面均應進行噴鋅防腐處理，噴鋅防腐總面積為25000m2。

［1］DL/T 5039-95水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范[S].

［2］DL/T 5018-94水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范[S].