洪都拉斯帕圖卡III水電站金屬結構設計綜述

勞海軍 羅德武 高 偉

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司）

1 工程概述

帕圖卡III 水電站金屬結構設備由分布在引水發電系統、泄水系統、施工導流系統的閘門、攔污柵和啟閉機等設備組成。共設有閘門19扇、攔污柵7扇、門（柵）槽27道、門庫7個、啟閉設備15臺套。金屬結構工程總量 3 964 t。

2 引水發電系統金屬結構

2.1 進水口攔污柵及其啟閉機

進水口攔污柵選用平面直立滑動型式柵體，靜水啟閉，設計參數為3.60 m×15 m-4 m（孔口寬×高-設計水頭/壓差，下同），底檻高程265.00 m，總水壓力2 246 kN。攔污柵柵體采用與ASTM A283 Gr.D 相當的國標Q235B 材料，主梁和邊梁采用H型鋼，邊梁上下游側分別設置反向支承鋼滑塊和自潤滑復合材料主滑塊，側向限位支承采用角鋼并設置于柵體下游兩側，每扇攔污柵分成5節制作，節間邊梁采用銷軸連接。柵條采用扁鋼，根據機組轉輪直徑，柵條凈距確定為188 mm。

2.2 進水口檢修閘門及啟閉機

進水口檢修閘門選用平面滑動門型，設計參數為5.80 m×7 m-25 m，總水壓力9 499 kN，靜水啟閉。門體主材采用與ASTM A572Gr.50相當的國標Q345B。閘門面板和水封布置在下游側，為了在啟門前平衡上下游水壓差，在門葉頂部設有1套壓蓋式充水閥，充水管徑400 mm，啟門壓差≤2 m。

檢修閘門只有2 扇，故未選用移動式啟閉機，而選用固定卷揚式啟閉機，型號為QP-1000-33/2，啟門力1 000 kN，揚程33 m，雙層纏繞。啟閉機安裝在混凝土排架機房內，安裝高程309.50 m，機房頂部設有10 t吊鉤可用于檢修啟閉機。閘門平時鎖錠在進水口壩頂門槽上方，檢修維護也在該平臺上完成。

2.3 進水口快速閘門及啟閉機

進水口快速閘門選用平面滑動門型，動水閉門靜水啟門操作方式，總動水壓力10 819 kN。該閘門設計參數與檢修閘門相同，閘門頂主梁承受水柱，故底水封靠上游側、頂水封和側水封靠下游側布置。為了在啟門前平衡上下游水壓差，在門葉頂部設有1套壓蓋式充水閥，充水管徑400 mm，啟門壓差≤4 m。

每扇閘門各采用1 套型號為QPK-1600/1250-20/2 固定卷揚式啟閉機操作，持住力為1 600 kN，啟門力為1 250 kN，揚程20 m，雙層纏繞。啟閉機安裝在309.50 m 高程的啟閉機排架上，機房頂部設有10 t預埋吊鉤用于檢修啟閉機。啟閉機控制模式支持現地模式和遠控模式，動力電源采用壩區變電站和壩區柴油發電機組雙回路供電，確保機組發生飛逸事故時能可靠關閉引水隧洞。

快速閘門平時懸掛在孔口上方約1 m處，通過拉桿連接啟閉機吊軸，在發生事故時可在2.50 min內實現快速關閉。閘門檢修與維護在進水口壩頂294.00 m高程進行。

2.4 尾水檢修閘門及啟閉機

尾水檢修閘門采用平面滑動門型，靜水啟閉操作方式，設計參數為5.70 m×5.70 m-2.09 m，總水壓力14 722 kN。閘門的面板和止水靠近機組側設置，上下游設有液位變送器監測水壓差，當旁通閥開啟水壓差<6 m后可啟閉閘門。

閘門啟閉通過液壓自動抓梁采用QPT-2×400-44 單向臺車操作，臺車軌距3 m，揚程44 m。布置在281.36 m 高程尾水平臺上，閘門的鎖錠和檢修平臺位于256.10 m高程。

2.5 尾水冷卻器檢修閘門

每臺機組尾水設2臺循環冷卻器，布置于尾水237.00 m高程平臺上，低于最低尾水位。為給冷卻器提供檢修條件，4孔共設置1扇臨時檢修閘門。閘門設計參數為5.70 m×10.14 m-9.71 m，總水壓力2 970 kN。閘門選用平面滑動門型，門體分為6節，為方便安裝每節設中部鎖錠牛腿與底部鎖錠支承板，節間采用銷軸現場連接。

3 泄洪沖沙系統金屬結構

3.1 溢流壩表孔工作閘門及啟閉機

溢洪道弧形工作閘門采用三支臂弧形閘門，閘門采用QHLY-2×4500kN雙缸液壓啟閉機操作，油缸工作行程10.07 m。為有效補償安裝誤差，油缸上端采用球面軸承連接埋件。液壓機泵站和控制柜布置在壩頂閘墩啟閉機房內，每套啟閉機泵站配有兩套油泵電機組，平時一臺工作一臺備用，可相互切換。啟閉機的控制模式支持現地模式和遠控模式，動力電源采用壩區變電站和壩區柴油發電機組雙回路供電。

3.2 溢流壩表孔檢修閘門及啟閉機

表孔檢修閘門采用平面滑動疊梁門型，設計參數為14 m×21.58 m-21.23 m，總水壓力34 003 kN，采用抓梁通過壩頂門機提放。閘門面板及止水均靠下游側設置，4疊門葉間設有節間止水。閘門開啟時先小開度提上疊門葉，充水平壓后啟門。

壩頂雙向門機主鉤容量2×800 kN，揚程30 m（含軌上7 m），大車軌距9 m。門機配有320 kN 回轉吊，回轉半徑13 m，用于檢修表孔液壓啟閉機油缸。閘門平時存放在泄洪壩段左側門庫內，其檢修維護在壩頂平臺完成。

溢洪道金屬結構布置如圖1所示。

圖1 溢洪道金屬結構布置示意圖

3.3 沖沙孔工作閘門及啟閉機

泄洪沖沙孔工作閘門采用平面定輪門型，設計參數為5.50 m×6 m-40 m，總水壓力16 074 kN。為避免閉門狀態啟閉機動滑輪組長期位于水下，閘門面板和止水靠上游側布置，門體內布有配重塊，操作方式為動水啟閉。

3.4 沖沙孔事故閘門及啟閉機

泄洪沖沙孔事故閘門設計參數與工作閘門相同，總水壓力16 916 kN。閘門結構形式也與工作閘門相似，門體內配有配重，可動水閉門，門葉頂部設1 套柱塞式充水閥，充水管徑249 mm，開啟平壓至壓差≤4 m后，閘門靜水開啟。

4 施工導流金屬結構

根據施工導流布置，在左岸導流洞進口設置1 扇封堵閘門。閘門采用平面滑動門型，設計參數8.50 m×10.13 m-43 m，底檻高程248.00 m，總水壓力37 728 kN。頂、側止水采用了Ω型水封，與面板靠下游側布置。過流期間流速較大，為避免門槽受到破壞，采用水力條件較優的II門槽，并在孔口范圍內設置鋼襯。

5 閘門抗震復核

工程地處地震帶，最大設計地震上限為7 級，最大設計水平地震動峰值加速度為0.31 g。所有擋水的工作閘門在設計時均進行了抗震復核計算，即考慮正常蓄水位工況下荷載與地震荷載組合，復核閘門主要受力結構強度。其中地震荷載采用動力法計算。

抗震復核計算的閘門主要部件應力結果均滿足現行規范要求。

6 結論

帕圖卡III 水電站由中國公司設計建造，金屬結構設計選型布置合理，結構設計安全可靠，能滿足電站的安全運行要求，受到了外方業主的認可，也是中國水電金屬結構規范標準“走出去”的一次成功實踐。

帕圖卡III 水電站地處活躍地震帶，抗震設計標準較高。閘門抗震復核計算表明，表孔閘門受地震荷載影響更為明顯，設計中應對弧形閘門上支臂的強度與穩定性給予充分的重視。潛孔平面閘門的各部件應力增幅較為均衡。具體設計中還應結合閘門結構，根據設計水頭、水平地震動峰值加速度等參數做具體的分析與研究，以保證金屬結構設備在地震荷載作用下的安全性。