石門水庫金屬結構設計

朱盛林

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概述

新疆兵團南疆新建團場38團且末墾區蘇塘灌區水利工程——石門水庫工程位于且末縣莫勒切河中游河段，是《第二師且末墾區莫勒切河、喀拉米蘭河兩河流域規劃》確定的控制性樞紐工程，是新建38團蘇塘灌區水利工程的水源工程。石門水庫位于莫勒切河出山口，距38團團部80km，距巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）且末縣城240km，距庫爾勒市780km，距烏魯木齊市1243.6km。主要任務為灌溉、發電等綜合利用。水庫設計灌溉面積為18萬畝，電站裝機容量為8MW。水庫正常蓄水位為2394m、設計洪水位2395.25m、校核洪水位2397.41m、死水位為2365m。水庫總庫容為7362萬m3，淤積后調節庫容為2900萬m3。壩體采用瀝青混凝土心墻壩，壩高81.5m。樞紐工程包括：主河床布置土石壩、右岸布置溢洪道、左岸布置泄洪排沙洞和灌溉發電引水系統。

2 金屬結構概述

根據水庫工程水工建筑物布置、金屬結構及設備主要分布在左岸泄洪沖沙洞、灌溉發電引水洞和廠房尾水閘以及導流洞等處，共有孔口12個，其中平面鋼閘門9扇、弧形鋼閘門1扇、攔污柵1扇、固定卷揚式平門啟閉機3臺、液壓啟閉機1臺、臺車(含液壓抓斗式清污機、自動抓梁)1臺、手電兩用螺桿式啟閉機4臺、單梁電動吊葫蘆2臺、電動吊葫蘆1臺。

2.1 泄洪沖沙洞金屬結構

左岸泄洪沖沙洞閘室采用豎井式結構，閘底板高程為2340.0m，閘頂高程為2399.0m，共1孔，閘室內設1孔事故閘門和1孔工作閘門。泄洪沖沙洞的最大淤沙高程為2356.9m。

事故閘門（寬度m×閘門高m，下同）：孔口尺寸4.5m×5.625m，設計水頭57.24m，最大泥沙淤積高度16.9m，設1扇潛孔式設有6個輪徑φ900mm平面定輪鋼閘門，閘門采用5根主梁等截面結構，閘門采用上游面板，上游封水。設有6個導向側滑塊；閘門支承間距5.14m，門葉結構材料采用Q345C，主軌埋件結構材料采用ZG35Cr1Mo熱處理。門葉沿高度方向根據運輸條件分節制造、運輸，在▽2396.0m高程的安裝檢修平臺上分節吊裝就位后焊接成整體。閘門平時鎖錠在檢修平臺上。閘門操作方式為動閉靜啟，閉門時利用閘門自重和鑄鋼配重塊動水下門。啟門時小開度提門充水平壓，待上下游水位差小于3m后靜水啟門。閘門采用容量及揚程QPG—1×3200kN—60m的平面門卷揚式啟閉機操作。啟閉機安裝在塔頂平臺以上，高程為▽2407.74m的機房內。為方便卷揚啟閉機的安裝和檢修，在機房內設1臺容量100kN單梁電動吊葫蘆。工程建成后泄洪底孔操作頻繁，門槽處最大流速約為22m/s，為避免門槽處發生氣蝕、沖蝕破壞，采用帶80mm錯距、圓角R50mm、斜坡1:10的Ⅱ型門槽，尺寸1.36m×0.8m（寬×深，下同），并且事故閘門與工作閘門之間全斷面采用鋼板襯護措施。

工作閘門：孔口尺寸寬×高為4.5m×4.5m，設計水頭57.24m，設1扇采用雙主橫梁直支臂自潤滑關節軸承支承的弧形鋼閘門。面板曲率半徑為9m，支鉸中心距底檻高度為6m。閘門門葉結構及支臂材料采用Q345C，支鉸座及鉸鏈材料為ZG310—570，鉸軸直徑φ300mm，支鉸軸采用45鋼，支鉸采用FZB05型銅合金鑲嵌自潤滑關節軸承。埋件結構材料采用Q345C。側水封采用方頭“P”型橡皮, 底水封采用20mm厚的條形橡皮，閘門頂水封采用一道“P”型橡皮和一道轉鉸式水封，閘門側向設有油尼龍導向滑塊。該閘門有局部開啟運行要求，采用容量及揚程為（啟門力/閉門力）1600kN/700kN—6.25m的擺鉸式雙作用液壓式啟閉機操作。液壓啟閉機的缸體安裝在▽2354.5m高程的平臺上，操作系統設置在▽2399.0m高程的機房內。單吊點，工作行程：5740mm，最大行程：6000mm，啟閉速度：0.7m/min，電源：380V、50HZ交流電。為方便液壓啟閉機的缸體檢修，在機房內設有一臺容量100kN單梁電動吊葫蘆。

2.2 灌溉發電引水系統金屬結構

（1）灌溉發電引水洞金屬結構。灌溉發電引水洞布置在大壩的左岸，閘室采用岸塔式結構，1孔，在進口處設一道攔污柵和一道事故閘門。閘底板高程2358.0m，閘頂平臺高程2399.0m。為降低過柵流速，發電洞進口為喇叭體型式布置。進水口設一道清污機槽和攔污柵槽，在水道漸變段末端設一道事故門槽。電站廠房內設3臺水輪發電機，2大1小，每臺機組有一個尾水管出口，在每個尾水管出口處各設一道檢修閘，3孔，共設2扇檢修閘門，其中兩孔大尾水檢修閘共用1扇閘門。在發電洞進口閘頂平臺上設一臺容量2×125kN，壩頂揚程和總揚程為7m/45m，軌距為5.8m的移動式卷揚機，臺車上設一套機械自動抓梁操作攔污柵，設一套液壓清污抓斗，用于攔污柵的清污。事故閘門采用一臺容量及揚程為QPG—1×630kN—45m的平門卷揚機操作。

攔污柵：孔口尺寸5.6m×5.5m，為直立式，柵體結構按4m水頭差設計，滑塊支承，柵條凈距根據混流式水輪機攔污柵柵條間距是水輪機轉輪直徑的1／30，取60mm，柵葉結構材料采用Q345C。柵葉結構由柵條和框架組成，柵條焊接在框架主梁翼緣上。為防止柵條側向失穩，在相鄰柵條間用軸聯結每片柵條間用鋼管間隔。柵葉采用雙吊點，吊點距為6m；柵葉結構沿高度方向分兩節制造、運輸，在閘頂平臺上用連接板將兩節柵葉連成整體。

事故閘門：孔口尺寸2.8m×2.8m，設計水頭36m，設1扇潛孔式平面定輪鋼閘門，閘門采用四根主梁等截面結構，上游面板，下游封水。采用輪徑為φ650mm、材料為ZG310—570的主輪，軸孔設有NGB自潤滑滑動軸承。輪軸直徑180mm，材料45鋼。閘門門葉結構材料采用Q345C，除主軌埋件材料為ZG310—570,其余材料采用Q235B。閘門操作方式為動閉靜啟，閘門靠自重和水柱壓力動水下門，門頂設充水閥，啟門時小開度提閥充水平壓后靜水啟門。啟閉設備采用容量及揚程QPG—1×630kN—45m的平板門卷揚式啟閉機。

（2）電站廠房尾水閘金屬結構。電站廠房大尾水閘檢修閘門：孔口尺寸：4.2m×1.7m，設計水頭1.3m，2孔，設1扇露頂式平面滑動鋼閘門，工作條件為靜閉動啟。采用1臺2×50kN揚程5m的電動葫蘆啟閉。

電站廠房小尾水閘檢修閘門：孔口尺寸：3.31m×1.7m，設計水頭1.3m，1孔，設1扇露頂式平面滑動鋼閘門，工作條件為靜閉動啟，啟閉采用與大尾水閘門共用的電動葫蘆進行操作。

（3）尾水渠進水、退水閘金屬結構。尾水渠進水閘門：孔口尺寸：2.5m×2.5m，設計水頭2.27m，2孔，設2扇露頂式平面滑動鋼閘門，工作條件為動水啟閉，啟閉設備各采用1臺2×50kN螺桿長5m的手電兩用螺桿式啟閉機。尾水渠退水閘門與尾水渠進水閘門同。

2.3 導流洞金屬結構

導流洞放水閘，1孔，設一道平面滑動封堵閘門。閘底板高程2329.0m，閘頂高程2348.0m。導流洞封堵閘門的下閘水位為2330.6m，最高封堵水位為2394.Om。

平面封堵閘門：孔口尺寸4.5m×4.5m，設計水頭65m。設1扇潛孔式由滑塊支撐的平面鋼閘門。閘門采用五根主梁等截面結構，上游面板，下游封水。門葉結構材料采用Q345C，滑塊材料為工程塑料合金,主軌埋件材料采用ZG340—640。閘門操作方式為動水閉門。封堵閉門時在低水位進行，利用閘門自重可以閉門。啟門時按施工規劃采用5m水頭設計，啟閉機采用容量及揚程為QPQ—1×630kN—20m的平板門卷揚式啟閉機操作。為避免導流期門槽處發生氣蝕、沖蝕破壞，采用帶80mm錯距、圓角R40mm、斜坡1:10的Ⅱ型門槽，并且門槽底板前后4m寬采用鋼板襯護措施。主體施工時導流洞封堵閘門鎖定門槽內，待主體工程施工完后，計劃下閘時間9月中旬。考慮到閘門下放時出現卡阻現象，在庫水位不斷升高的情況下需動水啟門，該工況應作為啟閉機啟門力的設計條件。根據下閘規劃設計中不同下閘流量水位蓄水位與時間關系曲線，在12.4m3/s流量下，庫水位上升速率約為0.6m/h，動水啟門前按耽擱4h考慮。此時水位為2333m，對應水頭為4m，啟門過程中留有一定的裕度，該閘門動水操作水位定為2334m，底坎水頭為5m。封堵導流洞后，閘門永久留在水下，啟閉機正常閉門后回收。啟閉機安裝高程按下閘3天時間的水位確定，下閘后3天的庫水位為2340m，啟閉機安裝高程為2355.60m，滿足拆卸回收條件。

3 結語

石門水庫樞紐工程金屬結構設備于2017年9月5日通過驗收，目前已正常運行1年半，各閘門封水良好，啟閉靈活可靠，能夠滿足灌溉和電站正常運行的需要。