泔河水庫除險加固工程金屬結構設計方案比選

薛 娜

（陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 712000）

1 水庫概況

泔河水庫樞紐位于禮泉縣城北泔河與小河匯流處，寶雞峽西干四支渠由壩頂通過，是寶雞峽灌區渠庫結合工程之一。水庫由土壩、溢洪道、泄洪洞、放水塔（洞）、進水渠、抽水站等組成。水庫上游有10 座中小型水庫，流域徑流基本被攔蓄，河源水量主要靠寶雞峽西干渠引水充蓄及上游水庫少量泄水，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖、旅游等綜合利用的中型水庫。水庫于1972 年建成投運，多年平均進庫水量2924 萬m3，出庫水量2650 萬m3，在灌區下游抗旱防汛、促進“三農”發展中發揮了重要作用。但因為原設計標準較低，運行多年老化銹蝕淤積嚴重，存在諸多安全問題，2002 年～2006 對水庫進行了除險加固。完工后水庫總庫容達到6463 萬m3，有效庫容3109 萬m3，防洪標準提升為50 a 一遇洪水設計，1000 a 一遇洪水校核，設計洪水位544.59 m，校核洪水位546.99 m，正常蓄水位544.5 m，汛限水位544.5 m。

2 存在問題與改造思路

2.1 存在問題

泔河水庫在多年實際運行中，金屬結構方面問題主要是：溢洪道機閘設備老化銹蝕，啟閉失靈，經常依靠人工操作，效率低下，且出現滲漏水問題；檢修工作閘門缺失，不能滿足各種工況下的機閘維修；原放水塔離水庫進水口太近，因為多年淤積被堵塞，已經無法使用；水庫淤積嚴重，泄洪洞早于1977 年淤死，輸水洞口常被淤堵，每年放水前須花費大量人力物力劈沙開道，嚴重影響工程運用效能發揮。

2.2 改造思路

通過工程除險改造，解決多年存在的機閘設備老化銹蝕，啟閉失靈，經常依靠人工操作，效率低下，滲漏水等問題；增設溢流堰工作閘門、檢修閘門及啟閉設備，方便機閘啟用、檢修、維護工作開展；向上游移位新建放水塔，減少淤堵現象，塔內布置事故檢修閘門一道，以避免工作閘閥發生故障時致使水庫放空；在壩前上游新建進水閘一座，采用動水啟閉方式，選用螺桿啟閉機，以減輕淤積影響，增強水庫輸水工作效能。

3 金屬結構設計方案比選

3.1 溢洪道金屬結構設計

溢洪道位于大壩左側，改建后布置4 孔閘門，堰面型式為改型實用堰，閘門孔口寬度10 m，堰頂高程539.5 m，堰上設計水頭5 m。泄洪孔口分別設工作閘門，為動水啟閉。由于水庫水位低于底檻連續時間不足50 d，不能滿足4 扇工作閘門和埋件檢修時間要求。為保證工作閘門正常、安全運行，在其上游設置一扇檢修閘門，四孔溢洪道共用，運行方式為靜水啟閉，啟閉機型式為移動式。

3.1.1 溢洪道工作閘門比選

本著經濟、安全、可靠原則，對溢洪道工作閘門型式進行平面、升臥式和弧形三種方案比選，結果見表1～表2。

由表1、表2 可知，基于工程造價、水流狀態等方面考慮，弧門方案較優，故推薦采用弧形閘門方案。

3.1.2 溢洪道檢修閘門充水型式比選

節間充水是將閘門分為獨立的兩節閘門，分別設有兩根主梁和四個滑道，兩節門體在邊梁處用鉸軸連接，節間采用條型水封，啟閉機容量為2×160 kN；充水閥型式充水為一個整體門葉結構，在下主梁腹板上設充水閥孔，依靠水柱關閥，啟閉機容量為2×160 kN。對檢修閘門進行節間充水、充水閥充水兩種型式比較可知：節間充水的閘門工程量較大，節間易漏水；充水閥充水的閘門工程量較小，門體結構簡單，因此選用充水閥充水的門體結構型式。

表1 溢洪道工作閘門方案比較

表2 溢洪道工作閘門方案工程量比較表

3.2 新建放水塔方案比選

新建放水塔內布置平面事故檢修門，可在事故狀態時動水下門檢修引水隧洞和出口閥門，運行方式為動水下靜水啟。閘門底檻高程525.905 m，孔口尺寸2.0 m×2.0 m，總水壓力929 kN，為后水封、多主梁平面焊接鋼閘門。支承型式進行了滑道、滾輪支承兩種型式比選：滑道支承結構簡單，但摩擦系數大，相應地摩擦阻力值大，利用水柱閉門時主梁高度值大，使閘門結構顯得很不協調，主梁實際應力值很低，不能充分發揮鋼材的作用：滾輪支承綜合摩擦系數值小，摩擦阻力低，容易閉門從而降低主梁高度，減小啟閉機容量，但結構復雜。通過比較從經濟合理角度選用滾輪支承，在滾輪兩側加密封防止泥砂進入軸套引起阻力變大，軸套選用自潤滑軸承，支承中心距為2.23 m。因輸水隧洞長176 m，所需充水時間較長；隧洞出口3 臺閥門漏水量與充水閥的充水量達到平衡后，不能達到平壓，基于以上原因選用閘門小開度充水，用來加大充水量減小充水時間，閘門開度為20 cm，充水平壓后再提升閘門。門體材料為Q235，埋件材料選用C345。啟閉機選用QPQ500 kN-20 m 固定卷揚啟閉機，可將閘門從底檻直接提升至檢修平臺，機體采用可編程控制器控制，設有小行程開關及負荷限制器、開度限制器等裝置和短路、零位、過流、極限位置、過負荷等保護裝置。

3.3 新建進水閘設計

原進水渠緊靠大壩右壩肩，其出口與大壩輸水洞洞口距離很近，而且上游渠道泥沙含量難以控制，致使洞前淤深達12 m多，造成平時放水極為困難。為了減輕洞前淤積，改善放水條件，設計對進水渠進行改線，使其出口遠離輸水洞口，盡量向上游偏移。在進水渠渠首布置一孔進水閘，孔口尺寸2.5 m×2.8 m，設計水頭2.54 m，底檻高程552.00 m，閘門為前水封、滑道支承、雙主梁平面焊接鋼閘門，門體和埋件材料為Q235。閘門工作方式為動水啟閉，啟閉機選用螺桿啟閉機QLSD100 kN-4 m。由于有足夠時間確保檢修，進水閘工作閘門前未設檢修閘門。

4 結語

寶雞峽泔河水庫除險加固工程，依據水利水電工程設計規范要求，結合工程多年運行實際，針對金屬結構方面存在問題，多方比較優化改造方案，設計精益求精，切實解決水庫設施銹蝕、老化、破損、缺失、淤積等問題，消除工程病險狀況對抗旱防汛的制約，提高工程使用效能。工程改造完成后運行狀況良好，機閘啟閉效率提高了5 倍，能滿足各種工況條件下的機閘檢修需要，泥沙淤積對水庫運用不利影響減少60%，保障了灌溉防汛工作安全高效開展，促進了灌區社會經濟發展。