蒙江冗各水電站工程金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

覃志強(qiáng)，王德麗

蒙江冗各水電站工程金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

覃志強(qiáng)，王德麗

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550002）

本文介紹了蒙江冗各水電站工程金屬結(jié)構(gòu)的布置及設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)在充分考慮設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)行的情況，合理布置金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備，為今后此類工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。

冗各水電站；金屬結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 工程及金屬結(jié)構(gòu)布置概況

蒙江冗各水電站位于貴州省羅甸縣逢亭鎮(zhèn)冗各鄉(xiāng)，是蒙江流域水電規(guī)劃的第八級(jí)電站，該水電站位于蒙江干流上，上游為已建的雙河口水電站，下游為已建的石門坎水電站，壩址以上流域集水面積5158 km2，冗各水電站至羅甸縣城約30 km[1]。

電站正常蓄水位495m，最大壩高70m，總庫容4770萬m3，裝機(jī)容量3×30 MW，考慮全梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，保證出力21.19 MW，年平均發(fā)電量3.357億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3730 h。等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型。電站建筑物包括混凝土重力壩、泄洪建筑物、引水建筑物、地下廠房等。

根據(jù)工程布置的需要，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要設(shè)置在泄水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)及施工導(dǎo)流系統(tǒng)上。泄水系統(tǒng)由溢洪道檢修閘門及弧形工作閘門及底孔進(jìn)口事故閘門與出口弧形工作閘門組成；引水發(fā)電系統(tǒng)由取水口進(jìn)口攔污柵、檢修閘門、快速閘門及尾水出口檢修閘門組成，施工導(dǎo)流系統(tǒng)由導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門組成。共設(shè)閘門11扇，門槽埋件16孔；攔污柵5扇，柵槽埋件5孔；卷揚(yáng)機(jī)4套，門機(jī)2套，清污機(jī)1套，液壓機(jī)7套，總重量為1305 t。

2 泄水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

2.1 溢洪道檢修閘門及啟閉機(jī)布置

在大壩中部共設(shè)置3孔溢洪道，設(shè)1扇疊梁檢修閘門，閘門孔口尺寸為10m×12.8m(寬×高，同下)，底檻高程為482.7m，設(shè)計(jì)水頭為12.3 m。閘門型式為露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，面板設(shè)在上游側(cè)，底、側(cè)止水布置在上游側(cè)，門葉共分4節(jié)進(jìn)行加工、制作，每節(jié)為3.2 m，每節(jié)閘門均設(shè)置3根主梁，4道隔板，2道邊梁，主支承采用滑塊支承，為使閘門運(yùn)行平穩(wěn)，在每節(jié)門體上設(shè)4件側(cè)輪。

閘門的運(yùn)行方式為靜水啟閉，啟門時(shí)，先將第一節(jié)門葉提升200 mm進(jìn)行節(jié)間充水，平壓后靜水條件下依次提升各節(jié)門葉，至右側(cè)門庫內(nèi)進(jìn)行存放。當(dāng)弧形工作閘門需要檢修維護(hù)時(shí)，依次吊裝疊梁閘門至孔口位置進(jìn)行擋水。

閘門的啟閉選用1套DM2×400kN-23m/5m（總揚(yáng)程/軌上揚(yáng)程）的門式啟閉機(jī)，并配有150 kN回轉(zhuǎn)吊，旋轉(zhuǎn)半徑為8.5m，用于弧形工作閘門及液壓油缸等部件的檢修、維護(hù)。啟閉速度1.8 m/min，行走速度為2 m/min，工作級(jí)別Q2-輕。啟閉機(jī)上設(shè)有高度、荷重指示裝置。

2.2 泄洪底孔進(jìn)口事故閘門

為滿足底孔工作閘門（門槽）及隧洞的檢修，在底孔進(jìn)口設(shè)置1扇事故閘門，孔口尺寸為5 m×5.5 m，底檻高程為463 m，設(shè)計(jì)水頭為38 m，閘門型式為潛孔式平面定輪鋼閘門。

因上游淤沙高程為470.6 m，高于底檻高程，為防止泥沙進(jìn)入門槽后影響閘門及底孔等的正常運(yùn)行，將該閘門面板設(shè)在上游面，頂、側(cè)、底止水均布置在上游側(cè)，采用門體加重塊加重閉門。該閘門主梁采用多主梁布置，主輪采用簡支輪，為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4套懸臂式側(cè)輪，閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟，采用小開度提門充水平壓。

該門葉分2個(gè)運(yùn)輸單元加工、制造、運(yùn)輸，到現(xiàn)場后采用現(xiàn)場焊接成1扇整體。

閘門采用1套QPG2×1000 kN-40 m的高揚(yáng)程卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)布置在510.5 m的啟閉機(jī)室內(nèi)，啟閉速度2m/min，工作級(jí)別Q3-中。啟閉機(jī)為雙機(jī)架布置，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)型式。啟閉機(jī)設(shè)有高度、荷重指示裝置和主令控制裝置。啟閉機(jī)的檢修可通過室頂預(yù)設(shè)的吊鉤（承重10t），懸掛手拉葫蘆進(jìn)行。

本閘門設(shè)置有水位差儀及1套開度儀，用于監(jiān)測閘門開啟時(shí)閘門前后的水位差，監(jiān)視閘門的充水平壓及運(yùn)行情況。

2.3 泄洪底孔出口弧形工作閘門

在底孔出口處設(shè)置1扇弧形工作閘門，孔口尺寸為5m×5m，底檻高程為463m，設(shè)計(jì)水頭為38m，閘門型式為潛孔式弧形鋼閘門，運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉。

閘門采用雙主梁直支臂，圓柱鉸形式，主橫梁采用雙懸臂式，箱型梁結(jié)構(gòu)，懸臂段長度為1 m；面板曲率半徑為8 m，支鉸中心高度設(shè)置為6 m（距底檻），采用上游止水形式，頂止水采用轉(zhuǎn)角止水，側(cè)止水為外P60-B型橡塑止水，底止水為I型橡皮止水，側(cè)向采用10套φ200簡支側(cè)輪限位。

該門葉分2個(gè)運(yùn)輸單元，單支臂分上、下及褲衩段3個(gè)運(yùn)輸單位，支臂與門葉采用高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場連接，門葉部分采用現(xiàn)場焊接。

閘門采用1套QHSY1400 kN/500 kN-6.32 m/6.5 m的潛孔弧門液壓式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)安裝高程為479.12 m。啟閉機(jī)室布置在孔口頂部，液壓泵站設(shè)置在啟閉機(jī)室內(nèi)，由油箱、泵組、閥組及電控柜等原件組成，液壓油管選用不銹鋼鋼管，將動(dòng)力液壓油從液壓泵站引至油缸，為保證泄洪時(shí)間的要求，閘門操作設(shè)置現(xiàn)地控制及遠(yuǎn)方控制，并配有備用動(dòng)力柴油發(fā)電機(jī)組。

閘門在470 m處設(shè)置Π型檢修平臺(tái)，用于閘門安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修使用。

3 引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

3.1 引水發(fā)電取水口進(jìn)口攔污柵

在進(jìn)水口進(jìn)口處設(shè)置5扇攔污柵，孔口尺寸為6 m×17 m，設(shè)計(jì)水位差為4 m。底檻高程為473 m，攔污柵的型式為潛孔平面直立滑動(dòng)式攔污柵。

攔污柵主要用于攔截較大的污物，避免較大的污物進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)后造成破壞和事故，以保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。攔污柵設(shè)置有5套水位差計(jì)，用于監(jiān)測攔污柵攔截污物的情況，避免攔污柵前、后水位差超過設(shè)計(jì)值（4 m），確保攔污柵的運(yùn)行安全。

為方便清污、倒渣及提柵維護(hù)檢修方便，將檢修平臺(tái)設(shè)置在501 m高程上。單孔取水口引用流量為Q=74.1 m3/s，過柵流速約為0.96 m/s，由于過柵流速較大，攔污柵采用機(jī)械清污，設(shè)置1套GD50 kN-35 m液壓抓斗移動(dòng)式清污機(jī)，用于攔污柵前清理污物，清污機(jī)報(bào)警水位差設(shè)置為1 m，當(dāng)超過1水位差時(shí)進(jìn)行清污。清污機(jī)主要設(shè)備為100 kN電動(dòng)葫蘆+50 kN清污容量的液壓清污抓斗+控制系統(tǒng)。

啟柵采用1套DM2×400 kN-35.5 m/8 m（總揚(yáng)程/軌上揚(yáng)程）的門式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)安裝高程為501 m，含1套自動(dòng)抓梁，其中自動(dòng)抓梁用于啟閉攔污柵使用。

啟閉機(jī)及清污設(shè)備的起升機(jī)構(gòu)裝設(shè)有荷載限制器和上、下極限位置限制開關(guān)，行走機(jī)構(gòu)設(shè)置有行走終點(diǎn)位置限制開關(guān)及緩沖設(shè)施。清污抓斗的液壓系統(tǒng)為機(jī)電液一體化全封閉集成執(zhí)行系統(tǒng)。

3.2 引水發(fā)電取水口進(jìn)口快速閘門

在檢修閘門下游處設(shè)置3扇快速閘門，共設(shè)置3扇閘門，用于對(duì)機(jī)組的快速事故保護(hù)，閘門孔口尺寸為4.5 m×4.5 m，底檻高程為473 m，設(shè)計(jì)水頭為28 m。閘門型式為潛孔式平面定輪鋼閘門，該閘門采用多主梁布置，主輪采用簡支輪支承，共4套，為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4套懸臂式側(cè)輪。

該門葉分2個(gè)運(yùn)輸單元加工、制造、運(yùn)輸，到現(xiàn)場后采用現(xiàn)場焊接成1扇整體。

閘門采用1套QPKY1250 kN-5.5 m液壓式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)安裝高程為501 m，啟門速度0.7 m/min，液壓泵站設(shè)置3套，設(shè)置在中孔的液壓啟閉機(jī)室內(nèi)，由油管將動(dòng)力油輸入至油缸內(nèi)，并設(shè)置可靠的第二電源（備用動(dòng)力）。

閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟，本閘門平時(shí)處于全開狀態(tài)，懸掛在閘門孔口上方，閘門底緣至孔頂部0.5 m～1.0 m處，在機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)2 min內(nèi)快速閉門斷水，在閘門接近底檻時(shí)下降速度不大于5 m/min。啟門時(shí)采用啟閉機(jī)聯(lián)動(dòng)充水閥充水平壓，在門前、后水位差小于5 m后，靜水啟門至全開位置，啟閉機(jī)設(shè)有現(xiàn)地操作及遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，應(yīng)有可靠電源及開度指示控制器，同時(shí)在無電狀態(tài)下可手動(dòng)操作。

本閘門的局部檢修在495 m高程處的檢修平臺(tái)進(jìn)行，但是由于該平臺(tái)尺寸有限，故閘門全面檢修可采用壩頂門機(jī)將閘門提至501 m平臺(tái)進(jìn)行。

本閘門設(shè)置有3套水位差儀，用于監(jiān)測閘門開啟時(shí)閘門前后的水位差，監(jiān)視閘門的平壓情況，有利于閘門的安全運(yùn)行與操作。

3.3 廠房尾水管出口檢修閘門

在廠房尾水管出口處設(shè)置3扇尾水檢修閘門，底檻高程為439.5 m，孔口尺寸為7 m×6 m，考慮該閘門在施工期需要擋水，故最高擋水水位為463.26 m（下游設(shè)計(jì)洪水位），設(shè)計(jì)水頭為23 m，閘門檢修平臺(tái)高程為454 m。閘門型式為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門，面板設(shè)在水壓方向下游面，頂、側(cè)、底止水布置在水壓方向下游側(cè)，閘門采用多主梁布置，主支承采用復(fù)合材料滑塊。

閘門的運(yùn)行方式為靜水啟閉，平壓方式由機(jī)組蝸殼小開度充水平壓，在閘門前后水位差小于1 m后靜水啟門。閘門采用1套QPG2×250 kN-18 m的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，啟閉速度2 m/min，工作級(jí)別Q2-輕。啟閉機(jī)采用雙機(jī)架布置，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟閉機(jī)設(shè)有高度、荷重指示裝置和主令控制裝置。啟閉機(jī)及控制柜布置在464.2 m高程的啟閉機(jī)室內(nèi)，啟閉機(jī)的檢修可通過室頂預(yù)設(shè)的2套吊鉤（承重5 t），懸掛手拉葫蘆進(jìn)行。每扇閘門設(shè)置1套水位差計(jì)，便于監(jiān)控閘門的充水平壓情況，有利于閘門的安全運(yùn)行與操作。

4 施工導(dǎo)流系統(tǒng)封堵閘門

導(dǎo)流洞位于大壩的右岸，在導(dǎo)流洞的進(jìn)口處設(shè)置1扇封堵閘門，孔口尺寸為7 m×7 m，底檻高程為448.2 m，最高擋水水位為488 m，設(shè)計(jì)水頭為40 m，最高動(dòng)水閉門水頭為1.5 m，臨時(shí)動(dòng)水啟門水頭為3 m，閘門檢修平臺(tái)高程為463 m，閘門型式為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門，面板設(shè)在下游面，頂、側(cè)、底止水布置在下游側(cè)，主梁采用多主梁布置，主支承采用滑塊支承，為使閘門啟閉平穩(wěn)，在門體上設(shè)有4件側(cè)輪。

由于閘門底檻位置較低，樞紐的施工期又較長，為避免門槽附近的混凝土表面被泥沙及洪水沖蝕，影響封堵閘門的下閘封堵，在門槽附近混凝土表面一定范圍內(nèi)設(shè)置鋼襯，門槽采用II型門槽。

閘門采用1套QP2×630 kN-17 m的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，安裝在平臺(tái)473.6 m上，啟閉速度2.2 m/min，工作級(jí)別Q2-輕。啟閉機(jī)為雙機(jī)架布置，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟閉機(jī)上設(shè)有開度、荷重指示裝置、極限位置控制器等裝置。

5 結(jié)語

蒙江冗各水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備均已安裝、調(diào)試完畢。水庫于2016年5月已下閘蓄水，6月24日首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，8月20日3臺(tái)機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備經(jīng)歷了本年度洪水的考驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、正常，止水效果良好，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求[2]。

[1]蒙江冗各水電站工程可行性研究報(bào)告，貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2006.

[2]蒙江冗各水電站設(shè)計(jì)工作報(bào)告，貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2016.

TV73

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1673-9000（2017）02-0144-02

2016-12-06

覃志強(qiáng)（1988-），男，貴州思南人，工程師，主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。