涔天河水庫擴建工程金結(jié)設計與布置

◎余愛武

一、引言

涔天河水庫擴建工程是一座以灌溉、防洪、下游補水和發(fā)電為主，兼顧航運等綜合利用效益的大型水利水電工程。涔天河水庫擴建樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)包括泄洪系統(tǒng)、灌溉引水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)、施工導流金結(jié)設備、以及老灌溉洞改造工程等五大部分。工程泄洪系統(tǒng)布置有3 個泄洪通道，分別為1#泄洪洞、2#泄洪洞及放空洞。灌溉引水系統(tǒng)在大壩上游左右岸分別各設一隧洞從水庫表層取水灌溉，每個隧洞均采用塔式分層取水型式。引水發(fā)電系統(tǒng)電站共四臺機組，采用單管引水發(fā)電，引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)包括表層引水發(fā)電洞進口、壓力鋼管和機組尾水三部分。導流洞金屬結(jié)構(gòu)在導流進口設置一封堵門。樞紐的金結(jié)布置型式、數(shù)量、主要尺寸及運行方式的確定，均按照《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》（SL74-95）、《水電水利工程啟閉機設計規(guī)范》（DL/T5167-2002）、《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》（SL281-2003）中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并結(jié)合水工建筑物的總體布置，力求做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用，運行維護管理方便。

圖1 水庫遠景圖

二、涔天河水庫擴建工程金屬結(jié)構(gòu)設計與布置

1.泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，泄洪洞工作閘門。在隧洞進口位置，相關(guān)的工作人員需要安置一扇閘門，門后被作為無壓洞，針對工作閘門，需要采取弧門型式的形式。弧門孔口大小大致是10m×8m，底檻高度是260m，攔擋水位是316.6m，設計水頭是56.6m，閘門為潛孔式弧形鋼閘門。閘門雙主縱梁直支臂結(jié)構(gòu)，弧門半徑16.0m，支鉸高程272.5 m。針對弧門門葉主梁及支臂，相關(guān)的工作人員需要采取箱形組合截面，而門葉及支臂架構(gòu)，則要采取Q345B，型鋼材料為Q235B。針對支鉸鉸座材料，相關(guān)的工作人員需要采取ZG35CrMo，軸承則采取自潤滑滑動軸承，軸大小大致是φ800mm，材料采取40Cr。弧門側(cè)止水采取方頭“P”形橡膠止水，頂止水采取活動鉸頂止水，底止水采取“Ⅰ”形橡膠止水；側(cè)向支承采取簡支式側(cè)輪，門槽埋件與事故檢修門門槽埋件之間隧洞采用鋼板襯砌。針對閘門，相關(guān)的工作人員需要采用動水啟閉的形式，并且具有局部開啟泄流功能，針對全開方位，則要使用液壓鎖定設施予以鎖定。

第二，泄洪洞事故檢修閘門。在弧門前設置檢修門，考慮在弧形閘門閉門出現(xiàn)故障時檢修門需動水關(guān)閉，所以需要使用低摩阻滑塊支承的平面滑動鋼閘門。閘門最高擋水水位為上游蓄水位313m，閘門事故閉門最大水頭為53m（至閘門底檻）。閘孔口大小大致是10m×10m，底檻高度是260m。閘門屬于潛孔式平面滑動鋼閘門，相關(guān)的工作人員要利用多主梁同層結(jié)構(gòu)予以設計，主梁都使用“工”字形組合截面，門葉結(jié)構(gòu)的常見材料是Q345-B，次梁型鋼材料是Q235-B。閘門頂、側(cè)止水采用“P”形橡膠止水，底止水應用“Ⅰ”形橡膠止水，正常檢修時閘門靜水閉門；事故工況可利用水柱動水閉門，檢修后為靜水啟門。閘門整體啟閉，啟閉設備選用1 臺（套）QPG2×4000kN 啟閉機。閘門平時鎖定存放于門槽頂部。

2.灌溉引水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，分層取水閘門。在每個隧洞進水塔均設一組4個階梯式分層取水閘門，閘門的孔口尺寸均為4.5×3.5m，閘門的設計水頭從8～32不等，閘門為潛孔式平面滑動鋼閘門，滑塊為低摩阻滑塊，均為下游側(cè)止水，閘門動水啟閉（啟閉水頭～8m），4 個閘門共用一臺2×250KN 門機配合自動吊梁進行啟閉。

第二，攔污柵。在分層工作門前端垂直設置一道平面活動式攔污柵，左右兩引水隧洞各1 孔，其孔口寬度3.5m，底檻高程為275m，進水口平臺頂高程為324m。柵體設計水頭差為4m，攔污柵高45.5m，每扇分為13 節(jié)，每節(jié)高3.50m。每節(jié)攔污柵采用雙主梁設計，主梁采用“工”字形組合截面，攔污柵主要材料采用Q235B。攔污柵靜水啟閉，共用分層工作門啟閉門機配自動抓梁分節(jié)獨立提柵，配清污耙斗進行清污，最大清污揚程49.0m。

第三，事故檢修閘門。灌溉引水隧道進水塔后設有事故檢修閘門，檢修門尺寸為3.5m×3.5m。底檻高程為275m，攔擋水位為320.27m，設計水頭45.27m，閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，動水閉門，靜水啟門（小開度啟門平壓），擬采用 QPG1×1000KN 高揚程卷揚式啟閉機進行操作。閘門平時鎖定存放于門槽頂部。

3.引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，引水發(fā)電進口事故檢修閘門。引水發(fā)電洞進口為2 孔，共設置2 扇事故檢修閘門，閘門孔口尺寸5m×8m，底檻高程為256.5m，設計水頭56.5m，閘門為潛孔式平面鋼閘門，在機組發(fā)生事故時需動水關(guān)閉，故采用平面滑塊鋼閘門。采用多主梁同層結(jié)構(gòu)布置設計，主梁均采用“工”字形組合截面，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345-B，次梁型鋼材料為Q235-B。閘門頂、側(cè)止水采用“P”形橡膠止水，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水，支承 滾 輪 直 徑 為 φ1100mm， 材 料 為ZG50Mn2，軸承采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承，輪軸直徑為φ220mm，材料為40Cr。正常檢修時機組關(guān)閉導葉，閘門靜水閉門，事故工況可動水閉門，檢修后為靜水啟門，利用平壓閥充水平壓，閘門整扇啟閉。啟閉設備擬選用QPKY 2500KN/1250KN 液壓啟閉機加拉桿進行操作，閘門平時懸掛于門槽內(nèi)門楣上部。

第二，壓力鋼管。從電站引水隧道后段到機組蝶閥，相關(guān)的工作人員需要使用壓力鋼管（其中包括4 個岔管，2 個彎管），管中心的高度大致是EL215m，中心設計水頭為140.2m（含水錘），主管段為洞內(nèi)鋼襯，壓力鋼管承受70%的內(nèi)水壓力；支管段屬于明管，承受100%的內(nèi)水壓力。壓力鋼管材料采用345C，岔管材料WDB620 高強度鋼。主管段為鋼襯，鋼管內(nèi)徑為φ9.5m，長度約85.24m，鋼管壁厚選用36mm。四機組的支管的大小為φ4.1m，鋼管壁厚選用24mm。岔管一共 4 個，φ9.5m-φ1.8m，采用月牙肋岔型式。

第三，廠房尾水金屬結(jié)構(gòu)。電站共設4臺機組，在每個機組后均設置1 個尾水出口，共4 孔，生態(tài)基流孔錐形閥后也設置1個尾水門門槽，孔口尺寸同機組尾水，用以擋水時對錐形閥進行檢修，5 孔共用2 扇尾水檢修閘門，以方便單個機組或錐形閥及流道檢修。另設置2 扇臨時封堵門于施工期使用，臨時封堵門結(jié)構(gòu)型式與尾水門一致。閘門孔口尺寸9.3m×3.614m，底檻高程為206.257m，設計水頭21.533m，采用潛孔式平面滑動鋼閘門1 型式。面板均設在機組側(cè)，主梁采用“工”字形組合截面，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q235B，閘門側(cè)頂止水采用“P”形橡膠止水，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水；主支承采用鑄鋼滑塊，埋件主要材料為Q235。閘門采用平壓閥充水平壓，靜水啟閉，選用1 臺2×400kN 臺車加自動吊梁進行操作，閘門平時鎖定存放于閘門門槽頂部。

4.導流洞金屬結(jié)構(gòu)。導流洞為一孔，進口設置一封堵門。孔口尺寸12m×12.5m，底坎高程為238.8m，底坎設有鋼襯。閘門設計水頭為40.81m，屬于潛孔式滑動鋼閘門，20 米水頭時動水閉門，面板均設在下游側(cè)，主梁采用“工”字形組合截面，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B，次梁及門背聯(lián)接系采用型鋼，材料為Q235B；閘門頂側(cè)止水則應用“P”形橡膠止水，底止水使用“Ⅰ”形橡膠止水；主支承采取低摩阻滑塊，埋件常見材料是Q235。采用2X1600KN 固定卷揚機進行操作，閘門施工封堵后不再開啟。

5.老灌溉洞工作閘門。原左岸老灌溉洞黃泥渡隧洞進口閘門因不能攔施工期水位，需進行改造，改造為在原孔口后約20 米處重新挖一豎井，重建一閘門和門槽以及啟閉排架并更換啟閉設備。該工作門孔口尺寸2.8m×2.8m，底檻高程為243.93m，設計水頭34.38m。該閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，結(jié)構(gòu)為多主梁同層布置，主梁采用“工”字形組合截面，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B，次梁型鋼材料為Q235B；閘門采用多主輪支承，主輪材料ZG35CrMo，軸承采用自潤滑軸套，頂、側(cè)止水采用“P”形橡塑水封，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水，動水啟閉，采用一臺2×150kN卷揚式啟閉機進行操作。

三、結(jié)束語

本文主要以涔天河水庫擴建工程為例，從泄洪系統(tǒng)、灌溉引水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)、施工導流金結(jié)設備、以及老灌溉洞改造工程等方面介紹了金屬結(jié)構(gòu)設計和布置情況，該工程從2018 年運行以來所有閘門及啟閉設備設計合理，運行正常，表明結(jié)構(gòu)設計合理可靠。通過本文的介紹能夠?qū)︻愃扑畮鞌U建工程提供一定參考和幫助，對于促進水利項目地可持續(xù)化發(fā)展具有很強的現(xiàn)實價值。