阿克肖水庫金屬結(jié)構(gòu)布置與設計

楊 健

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊830000）

阿克肖水庫金屬結(jié)構(gòu)布置與設計

楊 健

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊830000）

阿克肖水庫主要由擋水壩、導流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等組成。主要介紹閘門及啟閉機等金屬結(jié)構(gòu)設計和布置情況，并簡述其特點。

阿克肖水庫；金屬結(jié)構(gòu)；設計

1 概述

阿克肖水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)皮山縣境內(nèi)，工程壩址位于皮山河支流阿克肖河上，距下游支流肯艾孜河匯合口3km，是流域規(guī)劃推薦皮山河支流阿克肖河上的控制性水利樞紐工程。工程規(guī)模Ⅲ等中型工程，大壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高57.5m，具有年調(diào)節(jié)性能。水庫具有灌溉、防洪等綜合利用效益，工程建成后，替代下游灌區(qū)調(diào)蓄水庫工程，減少水庫損失，提高水資源利用效率。

阿克肖水庫金屬結(jié)構(gòu)設備根據(jù)水工的總體布置，分布在導流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等處。導流兼泄洪沖沙洞右岸布置，靠近溢洪道，運行靈活，操作方便，且導流兼泄洪沖沙洞與溢洪道基本平行布置，出口泄流條件較好，利于下游排沙。水庫金屬結(jié)構(gòu)設備包括:表孔溢洪道露頂弧形工作閘門，啟閉設備為固定弧門卷揚式啟閉機；導流兼沖沙泄洪洞潛孔弧形工作閘門、啟閉設備為液壓啟閉機；表孔溢洪道檢修閘門、導流兼沖沙泄洪洞事故閘門，啟閉設備均為固定卷揚式啟閉機。

2 表孔溢洪道金屬結(jié)構(gòu)

表孔溢洪道位于導流兼泄洪底孔左側(cè)，采用駝峰堰，堰頂高程2447m，閘頂平臺高程2455.5m。表孔溢洪道共1孔，最大下泄流量164.18m3/s，根據(jù)水工布置，閘門選用露頂式弧形閘門。溢洪道工作閘門底坎高程2446.9m，每年沒有足夠的露出水面的檢修時間，因此需設置1扇檢修閘門用于工作閘門及門槽的檢修。

2.1 檢修閘門

溢洪道檢修閘門設置在溢洪道弧形工作閘門上游，用于弧形工作閘門維護檢修時擋水，1孔共設置1扇檢修閘門。孔口寬6m，設計擋水水頭6.8m。1孔，設置1扇平面定輪鋼閘門，閘門采用下游面板，下游封水，懸臂輪支承；閘門門葉材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。主輪直徑準750mm，材質(zhì)ZG270-500，Z主輪軸承采用自潤滑滑動軸承，軸材料采用45鋼。閘門整體制造，分節(jié)運輸，工地現(xiàn)場焊接成整體。閘門利用本身重量靜水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門。閘門平時鎖定于檢修門槽孔口上方，汛期泄洪時，采用啟閉機與鎖定梁聯(lián)合鎖定，以保證泄洪通道通暢。

閘門配置1臺固定卷揚式啟閉機操作，啟閉機容量2×160kN，揚程12m，起升速度2.0m/min，工作級別Q3-中。啟閉機安裝在高程2465.2m的閘房內(nèi)。

2.2 工作閘門

閘門孔口尺寸6m×5.5m，設計水頭5.2m，共1孔，工作閘門主要承擔泄洪和調(diào)節(jié)水庫水位等任務，調(diào)度上要求閘門動水啟閉，并能做局部開啟運行。閘門正常擋水位2452m，汛期閘門可做全開或局部開啟運行。工作閘門門型為露頂式弧形鋼閘門，總水壓力978kN，采用雙主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)；綜合研究閘門結(jié)構(gòu)和啟閉設備的布置要求，弧門面板曲率半徑7.5m，支鉸采用圓柱形球面軸承支鉸，軸承選用維修方便、運行安全可靠、有自動調(diào)心作用的銅基鑲嵌自潤滑關節(jié)軸承。采用1臺容量2×100kN-12m的弧形固定式卷揚式啟閉機操作。吊耳位于閘門上游下主梁附近，吊點距3.6m。弧形固定卷揚式啟閉機安裝在表孔上部閘房內(nèi)。該閘門平時處于關閉狀態(tài)，僅在水庫需要泄水時開啟。本閘門設置有閘門開度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門的運行情況，有利于閘門的安全運行與操作。溢洪道工作閘門啟閉機可靠的不間斷電源，確保大壩安全運行。

工作閘門共1扇，孔口凈寬6.0m，設計擋水水頭5.2m，弧門半徑7.5m。門葉超高依據(jù)按行洪期閘門控泄擋水要求及一般風浪下水位不至于超過門頂確定，閘門總高5.5m。

閘門采用雙主橫梁斜支臂球鉸弧形工作閘門，支鉸高度按超出校核洪水水面線布置。閘門設在堰頂沿高度方向下游0.1m處，底檻高程2446.9m；門葉結(jié)構(gòu)為主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)，雙吊點，支鉸為圓柱鉸。

門體由門葉焊接件、支臂焊接件、止水裝配件、側(cè)向支承裝配件等組成。門葉結(jié)構(gòu)型式為主橫梁同層布置，考慮運輸及安裝條件。門葉豎向分節(jié)。面板厚度8mm，曲率半徑與閘門高度之比1.36。梁系由主橫梁、垂直隔板、水平次梁和邊梁構(gòu)成。主橫梁按等荷載布置，斷面為工字型斷面，斷面設計考慮了面板參與梁系結(jié)構(gòu)受力條件。4個縱隔板按等跨布置，斷面為工字型斷面。水平次梁為工字鋼。

支臂結(jié)構(gòu)為實腹柱剛架結(jié)構(gòu)，由支臂交叉段，垂直桁架組成。支臂分為上下支臂，斷面為工字型斷面，支臂夾角22.942°，夾角中心線位于總水壓力合力作用線上。

閘門支鉸為圓柱鉸結(jié)構(gòu)。支鉸中心高度4.5m，鉸座和鉸鏈為鑄鋼件，鉸軸為鍛鋼，軸承采用自潤滑軸套。

閘門的各節(jié)門葉在現(xiàn)場焊接成整體，支臂、垂直桁架和交叉段也在現(xiàn)場組焊成整體。門葉與支臂采用普通螺栓連接，在支臂內(nèi)側(cè)設置了抗剪板。支臂與鉸鏈采用螺栓連接，鉸座通過預埋螺栓與閘墩牛腿連接。吊耳布置在下節(jié)主橫梁附近的邊梁上，在搖擺式液壓啟閉機的吊頭上安裝了關節(jié)軸承以適應斜支臂閘門啟閉過程中吊頭的擺角。

閘門側(cè)止水為P型橡皮止水，設計予壓縮量5mm。低止水為條形橡皮止水。

工作閘門動水啟閉，任意開度運行，設計總水壓力978kN，采用容量2×100kN的固定式弧門啟閉機操作。啟閉機安裝在閘頂平臺以上高程的機房內(nèi)。該閘門平時處于關閉狀態(tài)，僅在水庫需要泄水時開啟。

3 導流兼泄洪排沙洞金屬結(jié)構(gòu)

泄洪兼導流洞為無壓洞，布置在溢洪道左側(cè)。進口底板高程2395m，閘頂平臺高程2455.5m；該洞最大下泄流量118.32m3/s。泄洪兼導流洞共1孔，設1扇工作閘門。根據(jù)電站運行要求，泄洪兼導流洞承擔泄洪沖沙兼導流任務。在工作閘門前設有1道事故閘門，用于工作閘門及門槽的檢修。

3.1 事故閘門

事故閘門孔口凈寬2.5m，孔口凈高3.0m，設計擋水水頭58m。共1孔，設1扇定輪支承平面鋼閘門。為防止閘門梁格及門槽淤沙，閘門采用上游面板，上游封水。頂、側(cè)水封采用P型橡塑復合水封，底止水采用刀型橡皮。主支承采用簡支輪，直徑準900mm。門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，主輪材料選用ZG50Mn2，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B（主軌材料采用ZG50Mn2）。閘門利用自重和配重動水閉門。由設在門頂?shù)某渌y充水平壓待水位差小于4m后靜水啟門，充水閥與啟閉機聯(lián)動。該閘門平時處于開啟狀態(tài)，鎖定于檢修平臺上，在下游的設施設備等需要維護檢修或出現(xiàn)故障時動水閉門，在維護檢修或事故處理完畢后，閘門先充水平壓，然后靜水啟門。本閘門設置有水位監(jiān)控及開度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門的充水平壓及運行情況等，有利于閘門的安全運行與操作。

閘門為單吊點啟閉，啟閉機設備選用容量1250kN、揚程65m的固定卷揚式啟閉機。

3.2 工作閘門

弧形工作閘門孔口凈寬2.5m，孔口凈高2.5m，設計擋水水頭58m。設有1扇雙主梁直支臂圓柱鉸弧形鋼閘門，閘門面板曲率半徑5m，支鉸高度3.75m；該閘門門葉結(jié)構(gòu)及支臂材料采用Q345C，鉸鏈、鉸座材料選用ZG310-570，鉸軸直徑準200mm，材料為40Cr鋼；側(cè)向設有導向滑塊。埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，門槽底板加鋼板襯護。該閘門在水庫需要沖沙、泄洪時開啟，平時處于關閉狀態(tài)。本閘門設置有閘門開度監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控閘門的運行情況，有利于閘門的安全運行與操作。

閘門頂止水為方頭P型止水，設計止水壓縮量5mm。側(cè)止水為方頭P型止水，底止水為條形止水，為防止閘門開啟過程中門楣處產(chǎn)生縫隙射流，在門楣頂止水座板下部布置了轉(zhuǎn)鉸止水。轉(zhuǎn)鉸止水借助彈簧鋼板和水壓力使其止水條緊貼在弧門面板上，從而達到防射水目的。

閘門容量為1000/630kN-3.9m液壓啟閉機操作。啟閉機采用現(xiàn)場手動和PLC控制，并通過PLC與閘門控制LCU之間的實時通訊實現(xiàn)遠程控制和自動控制。為便于液壓啟閉機檢修，在2414m高程設有1臺容量100kN-12m檢修單梁吊。本閘門啟閉機應具有可靠的不間斷電源，確保大壩運行安全。

4 防冰凍

本工程主要所在地冬季最低氣溫可達-27.2℃。根據(jù)水庫調(diào)度運行方式，水庫冬季蓄水，春、夏、秋季灌溉及防洪，冬季表孔溢洪道工作閘門長期擋水，不操作，必要時可開啟導流兼泄洪洞工作閘門來滿足水庫泄水要求。

4.1 表孔溢洪道工作閘門

閘門冬季長期擋水，不操作，門槽不考慮防冰凍措施。工作閘門面板后敷設發(fā)熱電纜，達到面板跟冰層分離的目的。

4.2 泄洪底孔閘門

位于導流兼泄洪洞進口，門后洞身段長291m，冬季采取適當?shù)谋卮胧┖螅l門所處位置環(huán)境溫度不低于0℃，導流兼泄洪洞工作閘門門葉及門槽均可不考慮防冰凍措施。

［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］.

［3］SL105—2007，水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范［S］.

［4］SL36—2006，水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術條件［S］.

［5］楊逢堯.水工金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

Layout and design of metal structure of A-kexiao Reservoir

YANG Jian
（The Xinjiang Uygur Autonomous Region Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Inst，Urumqi 830000，China）

A-kexiao reservoir is composed of dam，diversion spillway tunnel and spillway.This paper mainly introduces the design and layout of the gate and hoist.

A-kexiao Reservoir；metal structure；design

TV34；TV66

B

1672-9900（2017）05-0075-03

2017-07-07

楊 健（1984-），男（漢族），山東濟寧人，工程師，主要從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設計工作，（Tel）15699125066。

（責任編輯：尹健婷）