與機組進口流道同軸線布置的沖沙廊道閘門設計特點

陳關華 賈剛 徐萬妮 崔家仲 王穎

摘要：介紹了桐子林水電站工程沖沙廊道閘門的總體布置、結構設計、止水形式及相應的水工體型配合，閘門的運行工況和操作方式。

關鍵詞：沖沙廊道閘門；止水；操作；運行；桐子林水電站

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.02.092

1概述

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游最末一級梯級電站，其上游梯級有在建的錦屏一級、錦屏二級、官地水電站和已建成的二灘水電站。

桐子林水電站由河床式發(fā)電廠房、溢流閘及擋水壩等建筑組成，電站裝機4臺，單機容量為150MW，總裝機為600MW。桐子林水電站以發(fā)電任務為主，水庫正常蓄水位為1015.00m，總庫容0.912億m3，水庫具有日調節(jié)性能。

本項目沖沙廊道的金屬結構部分的設計，主要解決了受大壩樞紐布置等諸多因數(shù)的限制，孔口中心線與機組進水口孔布置方式。

2總體布置

沖沙廊道進口和出口的樞紐平面布置如圖1。

本水電站裝機4臺，布置4孔沖沙廊道。每臺機組進水口處設有3孔進水口閘門，為一臺機組提供合格的水源，每臺機組設有一孔沖廊道，受大壩樞紐的布置限制，沖沙廊道的孔口中心線只能與機組進水口其中一孔孔口中心線同軸不同層布置，進水口在上面，沖沙廊道在下面。每孔沖沙廊道進口設一扇工作閘門、出口設一扇事故閘門，其原由有，第一，平時為防止泥沙淤積整個流道，壩體擋水運行時，分別關閉進口、出口；第二，進口閘門動水啟閉，作為動水操作的工作門，出口閘門在進口閘門不能正常關閉的情況下可動水關閉，截斷水流。分別利用進水口3200kN和尾水2000kN雙向門機通過拉桿操作。其起閘布置如圖2。

3工作閘門的設計

工作閘門門葉和門槽如下圖如圖3。

為了滿足樞紐布置和運行工況要求，閘門門頂以上機組進水口在過流，頂止水只能設置在下游，如果支承采用定輪支承，不僅泥沙對輪子掩埋的影響很大，而且對定輪軸承的損傷也很大，甚至有可能導致軸承的失效，給工程帶來無可估量的損失，在這方面滑道支承優(yōu)越于定輪支承，經(jīng)過比較，最終工作閘門確定為2×35-5102m平面滑動閘門，下游止水，利用水柱閉門。進水口孔口寬度為7480mm，沖沙廊道孔口寬度2000mm，為了適應閘門的支承和孔口的封堵，門葉結構分為閘門主體和導向框架結構兩部分制作、運輸，于工地焊接為一體來滿足以上的要求。閘門導向采用“十”字導向結構，這樣不僅能滿足左右兩側的導向，而且也能滿足上下游方向的導向，省去了上游測的反軌及相關的二期砼等，從而減少了工程投資。

從進水口底坎97620高程到壩頂102000高程范圍內(nèi)孔口寬度7480mm，是無法調整。鑒于上述條件，避免門槽底部泥沙的淤積，又要滿足沖沙時有很好的拉沙效果，從底坎96720高程到97100高程的3800mm的范圍內(nèi)，孔口寬度由到3400mm（2000mm的孔口寬度+兩側的二期砼的寬度），按線性比例擴大到上段的7480mm。在971.00高程到壩頂1020.00高程范圍內(nèi)仍按進水口的孔口寬度7480mm設計，在此范圍內(nèi)設有側軌。體型如圖4所示（沖沙廊道孔口被施工腳手架遮擋了，圖4為進水口的前緣）。

沖沙廊道流速較大，工作閘門門槽參考II門槽的相關體型要求進行設計，詳細參數(shù)設計為：深度700mm，坡比1∶10，錯距50mm，圓角半徑R40mm。埋件由底坎、主軌，頂楣和側軌組成，上游無反軌及相應的二期砼。

為了統(tǒng)籌考慮，閘門由進水口3200kN門機通過拉桿操作。根據(jù)現(xiàn)有一些公式和數(shù)據(jù)的推算，工作閘門前最大淤沙2.5m時，啟門力基本接近啟閉機起升荷載值3200kN，所以閘門前泥沙最高淤積高度峰值確定為2.5m，該數(shù)值作為指導閘門的運行和泥沙的監(jiān)測依據(jù)。

4事故閘門的設計

在每孔沖沙廊道的出口設有事故閘門。事故閘門在進口工作閘門不能正常關閉的情況下可動水關閉，截斷水流，這種情況之下，閘門動水關閉擋上游水流，采用上游止水、下游定輪支承；當需要對廊道進行檢修時，閘門上游滑道支承，擋下游水位；基于上述情況，事故閘門設計為2×3-4162m平面定輪+滑道，上游雙向止水，壓重箱加重閉門。同時，在平時不開啟沖沙廊道閘門進行排沙作業(yè)時，為了防止下游泥沙不倒灌到流道內(nèi)，對整個流道造成堵塞，平時出口的事故閘門也處于關閉狀態(tài)。

沖沙廊道流速較大，閘門門槽采用II門槽。門槽埋件滿足，動水關閉時，定輪支承，下游主軌；擋下游水壓時，上游滑道支承，上游主軌；頂楣布置在上游，配合門葉結構滿足雙向止水的要求。

5閘門的操作運行

由于啟閉容量的限制，根據(jù)現(xiàn)有一些公式和數(shù)據(jù)的推算，工作閘門前最大淤沙2.5m時，啟門力基本接近啟閉機起升荷載值3200kN，所以閘門前泥沙最高淤積高度峰值確定為2.5m，該數(shù)值作為指導閘門的運行和泥沙的監(jiān)測依據(jù)。為防止泥沙淤積在流道內(nèi)，平時進口和出口的閘門均處于擋水狀態(tài)。當進口工作閘門前泥沙最高淤積到969.70m（即閘門前淤高2.5m）時，必須提起閘門沖沙。每年汛期，宜擇機提起閘門進行沖沙。沖沙時，先提起出口事故閘門，再提起進口工作閘門；當沖沙任務完成后，先關閉進口工作閘門，再關閉出口事故閘門；進口工作閘門故障不能閉門時，出口事故閘門可動水閉門，阻斷上游水流。工作閘門操作工況：閘門動水啟閉，全開全閉；事故閘門操作工況：閘門擋上游水壓時，動水啟閉；閘門擋下游水壓時，可動水關閉，起門時，先提起約100mm（必須避開強振區(qū)）進行小開度充水，待上、下游水位差小于5m后，再提起整扇閘門。閘門分別由進水口3200kN和尾水2000kN雙向門機通過拉桿操作（啟閉機為共用）。

6結束語

本項目沖沙廊道的金屬結構設計中，工作閘門的設計解決了閘門孔口中心線與進水口同軸線不同層的樞紐布置方式給閘門帶來的支承、門槽底部泥沙的淤積等問題；出口的工作閘門，不僅滿足可動水關閉、擋上下游水位的要求，而且還能防止下游泥沙不倒灌到流道內(nèi)，對整個流道造成堵塞隱患。沖沙廊道的金屬結構經(jīng)歷了2016年汛期的排沙運行，閘門和啟閉機設備一切運行比較平穩(wěn)可靠，接受了復雜工況的考驗。

參考文獻

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