馬馬崖一級(jí)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

羅德武，徐 祎

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

1 工程概況

馬馬崖一級(jí)水電站位于貴州北盤江中下游河段，開發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，航運(yùn)次之。電站總裝機(jī)容量為558MW（含1臺(tái)18MW生態(tài)機(jī)組），樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸壩身式進(jìn)水口及地下廠房等組成。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施根據(jù)樞紐布置分布于引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪放空系統(tǒng)、施工導(dǎo)流系統(tǒng)的建筑物中。共設(shè)置平板閘門11扇，弧形閘門4扇，攔污柵15扇，門、柵槽35道，固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)6臺(tái)，門機(jī)3臺(tái)（含1臺(tái)清污門機(jī)），液壓?jiǎn)㈤]機(jī)7臺(tái)。

2 引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸，由壩身式進(jìn)水口、引水隧洞、壓力鋼管段和尾水隧洞、尾水出口等組成，采用3洞3機(jī)單元式引水和單元式尾水出水布置方式。

2.1 發(fā)電洞進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)

在發(fā)電洞進(jìn)水口順?biāo)飨蛞来卧O(shè)有攔污柵、檢修閘門和快速事故閘門，快速事故閘門后設(shè)有通氣孔。進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置見圖1。

圖1 進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置圖

在3條引水洞前設(shè)置15扇攔污柵，孔口尺寸3.4m×22m（長(zhǎng)×寬，下文同），設(shè)計(jì)水頭5m。該攔污柵采用平面、滑動(dòng)、直立式，通過(guò)進(jìn)水口塔頂?shù)那逦坶T機(jī)進(jìn)行啟閉操作及自動(dòng)清污。攔污柵前后設(shè)有壓差計(jì)，當(dāng)柵前后水壓差大于1m時(shí)，報(bào)警提示，利用清污門機(jī)上5t清污抓斗進(jìn)行清污，以避免攔污柵堵塞導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電出力降低甚至攔污柵結(jié)構(gòu)破壞。

由于水輪機(jī)組前未設(shè)置蝶閥等保護(hù)裝置，因此為防止機(jī)組發(fā)生事故而導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉失靈時(shí)事故擴(kuò)大，滿足水輪機(jī)組防飛逸的要求，以及發(fā)電洞洞身和壓力鋼管出現(xiàn)事故時(shí)能得到及時(shí)處理，在發(fā)電洞進(jìn)口設(shè)置快速事故閘門，每孔1扇，共3扇，孔口尺寸8.5m×9.75m，設(shè)計(jì)水頭36.6m，運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟。該閘門采用平面滑動(dòng)式，利用全水柱閉門，門頂設(shè)沖水閥充水平壓后啟門，啟門壓差≤5m。閘門采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行啟閉操作，一門一機(jī)布置。閘門與液壓機(jī)之間通過(guò)拉桿連接，正常情況下懸吊在孔口上方0.5m處，發(fā)生事故時(shí)能遠(yuǎn)控操作在2min內(nèi)關(guān)閉孔口。

該液壓機(jī)在油缸上部設(shè)置法蘭，法蘭底面為一球面并與機(jī)架頂部球面接觸，油缸能在最大行程范圍內(nèi)向任何方向擺動(dòng)20mm，以補(bǔ)償本機(jī)及門槽安裝誤差。考慮進(jìn)水口快速事故閘門的重要性，每臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)配備了雙電機(jī)，采用雙回路供電，且在失電狀態(tài)下，本機(jī)能在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作慢速關(guān)閉閘門。

為檢修進(jìn)水口快速事故閘門及其液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的需要，在攔污柵后、快速事故閘門前設(shè)置檢修閘門，3孔共用1扇。檢修閘門采用進(jìn)水口雙向門機(jī)進(jìn)行操作，門機(jī)跨過(guò)快速事故閘門槽頂部，兼作快速事故閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)安裝檢修用。

2.2 發(fā)電廠房尾水金屬結(jié)構(gòu)

為滿足檢修機(jī)組的需要，在每條尾水洞出口設(shè)置檢修閘門，3孔3扇。閘門孔口尺寸9.5m×12.5m，設(shè)計(jì)水頭47.04m，操作方式為靜水啟閉。閘門采用平面滑動(dòng)式，面板及止水均設(shè)置在水壓下游側(cè)（靠機(jī)組側(cè)），門體頂部雙吊點(diǎn)設(shè)壓蓋式充水閥2個(gè)。尾水閘門采用2×1250kN固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行啟閉操作，一門一機(jī)布置，啟閉機(jī)布置閘門井頂部的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)。

為了保持下游的生態(tài)流量，在1#機(jī)組尾水管處增加一條旁通管，并增設(shè)1扇尾水檢修閘門，該閘門采用1臺(tái)固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行靜水啟閉操作。

3 泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

壩身泄洪系統(tǒng)由3孔溢流表孔和1孔放空底孔組成。

3.1 溢流表孔金屬結(jié)構(gòu)

在壩身溢流壩段布置有3孔泄洪表孔，每孔設(shè)置1扇弧形工作閘門，運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉、可局部開啟。閘門凈寬14.5m，從底檻至門頂凈高20.5m，面板曲率半徑R=22m，屬超大型弧門。弧門門體框架為雙箱型主橫梁、斜支臂型式，支鉸軸承采用球面自潤(rùn)滑軸承，閘門側(cè)水封采用外PL-E型無(wú)節(jié)型橡塑復(fù)合水封，以減小側(cè)水封摩擦力。表孔弧門采用2×4000kN的表孔雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作。液壓機(jī)油缸工作行程較長(zhǎng)，油缸上部與埋件懸臂軸相連處采用進(jìn)口球面軸承，以補(bǔ)償安裝誤差，且利用活塞桿CIMS行程測(cè)量裝置閉環(huán)控制回路，雙缸不同步誤差小于5mm。表孔弧門有泄洪要求，液壓機(jī)采用雙回路供電，并在壩區(qū)設(shè)置1臺(tái)800kW柴油發(fā)電機(jī)作為其備用電源。

本電站死水位高于堰頂高程，為給表孔弧門提供檢修條件，在每扇弧門前設(shè)置有檢修閘門槽，3孔門槽共用1扇檢修閘門。檢修閘門采用平面滑動(dòng)疊梁門型，分6疊，每疊門結(jié)構(gòu)型式一樣，均設(shè)有疊間止水。每節(jié)疊梁門均設(shè)有自動(dòng)抓梁定位座以便抓梁準(zhǔn)確定位，使用時(shí)逐節(jié)提起，平時(shí)疊梁門存放在門庫(kù)中。門體梁系為實(shí)腹式同層布置，為減輕閘門重量，主梁為變截面型式。由于表孔泄洪時(shí)流速較大，經(jīng)水力學(xué)模型試驗(yàn)，門槽采用Ⅱ型門槽，寬深比為w=1.85，斜坡1∶6.858，圓角半徑R=90mm。表孔檢修閘門采用壩頂單向門機(jī)主鉤連接液壓自動(dòng)抓梁進(jìn)行操作，該門機(jī)配備回轉(zhuǎn)吊用于表孔弧門液壓機(jī)油缸的檢修。溢流表孔金屬結(jié)構(gòu)布置見圖2。

圖2 溢流表孔金屬結(jié)構(gòu)布置圖 （單位：mm）

3.2 放空底孔金屬結(jié)構(gòu)

在大壩放空底孔出口處設(shè)置1扇弧形工作閘門，閘門孔口尺寸3m×4m，設(shè)計(jì)水頭70.29m。該閘門用于調(diào)節(jié)水位和泄洪，動(dòng)水啟閉。閘門按主縱梁體系布置，雙主縱梁、雙直支臂式主框架，主縱梁與支臂均為箱形結(jié)構(gòu)，門葉與支臂、支臂與支鉸、固定支鉸與鉸座的連接均為螺栓連接。閘門頂水封設(shè)有兩道水封裝置，一道門楣轉(zhuǎn)鉸水封，防止射流；一道門頂P型壓蓋水封。弧門設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，主縱梁荷載簡(jiǎn)化為均布對(duì)稱荷載，不考慮框架水平位移，采用彎矩分配法計(jì)算，弧門框架計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3。該閘門采用1250kN/500kN單吊點(diǎn)搖擺式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作，由于泄洪動(dòng)水狀態(tài)下閘門憑自重不能閉門，經(jīng)閉門力計(jì)算，液壓機(jī)提供500kN閉門力滿足要求。

圖3 放空底孔弧門框架計(jì)算簡(jiǎn)圖

為給放空底孔弧門提供事故檢修條件，在放空底孔進(jìn)口設(shè)置1扇事故閘門。該閘門為平面滾動(dòng)閘門，采用固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)操作。

4 防腐設(shè)計(jì)

閘門（攔污柵）及埋件外露面采用熱噴鋅鋁合金加封閉涂料防腐方案，表面預(yù)處理質(zhì)量合格后立即進(jìn)行熱噴Ce鋁防腐施工，噴涂厚度120μm，封閉層涂料底漆為無(wú)機(jī)磷酸鹽鋅漆40μm、面漆為氯化橡膠鋁粉漆40μm。所有門槽埋件埋入混凝土中的構(gòu)件表面采用苛性鈉水泥漿防腐，不銹鋼表面不做防腐。啟閉機(jī)表面采用涂漆防腐，采用環(huán)氧類油漆，漆膜總厚度約220μm。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）本電站平面閘門主支承滑塊或定輪軸承均采用自潤(rùn)滑復(fù)合材料，弧門支鉸軸承采用進(jìn)口自潤(rùn)滑球面軸承，便于運(yùn)行維護(hù)。

（2）卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)均裝有高度指示器、荷載限制器、位置限制開關(guān)及全套電氣保護(hù)裝置，起升電控系統(tǒng)具有防止溜鉤功能，自動(dòng)抓梁穿銷動(dòng)作可全行程監(jiān)測(cè)。

（3）液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的運(yùn)行操作可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程（廠房中控室）集中控制功能，三種控制方式相互聯(lián)鎖，遠(yuǎn)控操作由計(jì)算機(jī)監(jiān)控。

（4）表孔檢修閘門采用疊梁門，主梁變截面型式，減輕了單疊門重量，降低了門機(jī)的啟閉容量和軌上揚(yáng)程，節(jié)約了工程投資；且壩頂門機(jī)設(shè)回轉(zhuǎn)吊便于表孔液壓機(jī)油缸檢修。

（5）本工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型布置合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，自電站投運(yùn)以來(lái)，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行正常，能夠滿足電站的安全運(yùn)行要求。