TB水電站泄洪系統金屬結構設備布置

張文科,周 華,胡彩石,陳輝春

(1.華能瀾滄江水電股份有限公司，昆明 650214；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，長沙 410014)

1 工程概況

TB水電站是瀾滄江干流上游河段(云南省境內)規劃的第四個梯級，其上游為里底梯級，下游與黃登梯級相銜接。電站位于云南省迪慶州維西縣境內，距維西縣城公路里程約56 km，距昆明市公路里程約694 km[1]。

TB水電站正常蓄水位1 735.00 m，相應庫容12.15億m3，調節庫容2.58億m3，死水位1 725.00 m，裝機容量1 400 MW，多年平均發電量62.3億kWh，年利用小時4 450 h。電站樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、右岸地下輸水發電系統等組成，屬Ⅰ等大(1)型工程。

2 泄洪系統金屬結構設備布置

泄洪系統擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 740.00 m，最大壩高158.00 m；泄洪建筑物共布置有4個表孔、1個中孔和1個生態泄水孔，泄洪系統平面布置見圖1。

圖1 泄洪系統平面布置圖 單位：m

2.1 表孔金屬結構設備布置

泄洪表孔布置在溢流壩段中部，采用開敞式孔口，共4孔。順水流向依次布置有事故閘門和弧形工作閘門，表孔金屬結構設備布置見圖2。

圖2 表孔金屬結構設備布置圖 單位：m

2.1.1表孔事故閘門及啟閉設備

NB 35055-2015《水電工程鋼閘門設計規范》[2]要求，在溢洪道工作閘門的上游側宜設置檢修閘門，對于重要工程，必要時也可設置事故閘門。TB水電站是一個大型工程，TB水電站溢洪道是大壩主要的泄洪建筑物，由于堰頂高程1 717.00 m，死水位1 725.00 m，堰頂高程低于死水位8.0 m，為了能及時處理泄洪過程可能出現的事故，最終考慮設置事故閘門[3]。

事故閘門孔口寬度14.0 m，閘門高度18.8 m，設計水頭18.3 m，4個泄洪表孔共用1扇事故閘門，用于表孔工作閘門事故情況下的動水閉門及表孔工作閘門檢修、維護時的擋水。事故閘門型式采用平面定輪閘門，雙吊點，門葉采用上游面板，底、側水封布置在上游側。閘門根據運輸尺寸分節制造，在工地將制造單元用螺栓連成整體，閘門主要材料采用Q355B。閘門主支承型式為定輪，反向支承采用復合滑塊，側向導向采用簡支輪。閘門平壓方式采用小開度提門充水平壓，利用壩頂門機通過液壓自動抓梁操作。閘門平時存放在壩頂左側的門庫內。

2.1.2表孔工作閘門及啟閉設備

每個泄洪表孔設置1扇弧形工作閘門，共4扇。弧形工作閘門孔口寬度14.0 m，閘門高度19.0 m，設計水頭18.5 m，閘門面板曲率半徑22.0 m，支鉸高程1 727.00 m。閘門為主橫梁斜支臂結構，主梁和支臂均為雙腹板焊接箱型梁結構，支鉸軸承采用自潤滑球面滑動軸承，側導向采用簡支輪[4]。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動支鉸采用ZG310-570。閘門按動水啟閉設計，并允許部分開啟調節流量。閘門采用雙吊點，由2×2 800 kN擺動式液壓啟閉機操作。

2.2 中孔金屬結構設備布置

中孔采用長有壓壩身泄水孔，布置于溢流壩右側壩段，共1孔。順水流向依次布置有檢修閘門、事故閘門和弧形工作閘門，中孔金屬結構設備布置見圖3。

圖3 中孔金屬結構設備布置圖 單位：m

2.2.1中孔檢修閘門及啟閉設備

由于事故閘門門槽處流速較高，門槽有可能發生破壞，檢修維護困難，因此在事故閘門前的中孔進口處設置1扇檢修閘門，用于事故閘門及其門槽檢修、維護時的擋水。為避免出現門槽水力學問題，檢修閘門型式采用了無門槽的反鉤式平面滑動閘門，布置在進口端部[5]。檢修閘門型式采用平面滑動反鉤閘門，孔口寬度7.4 m，孔口高度9.33 m，設計水頭70.0 m，單吊點，門葉采用下游面板，頂、側、底水封布置在下游側。閘門根據運輸尺寸分節制造，在工地將制造單元焊接成整體，閘門主要材料采用Q355B，閘門主支承為復合滑塊。閘門靜水啟閉，采用設置在閘門頂部的充水閥充水平壓，閘門由壩頂門機通過拉桿操作。閘門平時存放在壩頂左側的門庫內。

2.2.2中孔事故閘門及啟閉設備

在中孔進口處設置1扇事故閘門，用于工作閘門事故情況下的動水閉門及工作閘門檢修、維護時的擋水。閘門型式為平面滑動閘門，孔口寬度5.0 m，孔口高度7.21 m，設計水頭70.0 m，單吊點，門葉采用上游面板，頂、側水封布置在下游側，底水封布置在上游側，利用水柱作用閉門。閘門根據運輸尺寸分節制造，在工地將制造單元焊接成整體。閘門主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高強度鋼基銅塑復合材料，反向支承采用鉸式彈性滑塊，側向導向采用簡支輪。閘門操作條件為動水閉門，靜水開啟，采用設置在閘門頂部的充水閥充水平壓。閘門啟閉采用壩頂門機通過拉桿操作。閘門平時懸掛在孔口上方門槽內，并通過拉桿鎖定在壩頂。

2.2.3中孔工作閘門及啟閉設備

中孔工作閘門采用弧形閘門，閘門孔口寬度5.0 m，孔口高度5.8 m，設計水頭71.12 m，閘門面板曲率半徑12.0 m，支鉸高程1 673.70 m。閘門為主縱梁、直支臂結構，支鉸軸承采用自潤滑滑動軸承，側導向采用簡支輪。主縱梁為箱形截面，門葉沿縱向中部分成左、右對稱兩塊，之間通過鉸制孔螺栓和高強度螺栓連接；弧門側止水采用P型橡塑水封，門葉頂部設一道P型壓蓋式水封，門楣埋件上設轉鉸式防射水封。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動支鉸采用ZG310-570。閘門按動水啟閉設計，并允許部分開啟調節流量。閘門采用雙作用搖擺式液壓啟閉機操作，容量為2 500 kN/500 kN(啟門力/閉門力)。

2.3 生態泄水孔金屬結構設備布置

生態泄水孔采用短有壓壩身泄水孔，布置在溢流壩左側壩段，共1孔。順水流向依次布置有事故閘門和弧形工作閘門，生態泄水孔金屬結構設備布置見圖4。

圖4 生態泄水孔金屬結構設備布置圖 單位：m

2.3.1生態泄水孔事故閘門及啟閉設備

在生態泄水孔進口處設置1扇事故閘門，用于工作閘門事故情況下的動水閉門及工作閘門檢修、維護時的擋水。事故閘門采用平面滑動閘門，孔口寬度3.5 m，孔口高度4.7 m，設計水頭21.845 m，單吊點，門葉采用上游面板，頂、側水封布置在下游側，底水封布置在上游側，利用水柱閉門。閘門根據運輸尺寸分節制造，在工地將制造單元焊接成整體。閘門主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高強度鋼基銅塑復合材料，反向支承采用鉸式彈性滑塊，側向導向采用簡支輪。閘門操作條件為動水關閉，靜水開啟，采用設置在閘門頂部的充水閥充水平壓。閘門啟閉采用壩頂門機通過拉桿操作。閘門平時存放在壩頂左側的門庫內。

2.3.2生態泄水孔工作閘門及啟閉設備

生態泄水孔工作閘門采用弧形閘門，閘門孔口寬度3.5 m，孔口高度4.1 m，設計水頭24.62 m，閘門面板曲率半徑8.0 m。閘門為主橫梁、直支臂結構，支鉸軸承采用自潤滑滑動軸承，側導向采用簡支輪。弧門側止水采用P型橡塑水封，門葉頂部設一道P型壓蓋式水封，門楣埋件上設轉鉸式防射水封。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動支鉸采用ZG310-570。閘門按動水啟閉設計，并允許部分開啟調節流量。閘門采用雙作用搖擺式液壓啟閉機操作，容量為630 kN/160 kN(啟門力/閉門力)。

3 壩頂門機布置優化方案研究

可行性研究階段到招標設計階段前期，從控制投資、優化設計考慮，為降低壩頂大跨度門機的軌距，對壩頂門機布置方案進行了研究。

3.1 方案1：壩頂門機軌距30 m

本方案為可研審定方案，壩頂雙向門機的容量為2×2 000 kN，軌距30.0 m，軌上揚程23.0 m，通過不同規格的液壓自動抓梁分別操作表孔事故閘門、中孔檢修閘門、中孔事故閘門和生態泄水孔事故閘門，同時可用于溢洪道和生態泄水孔弧形工作閘門及其啟閉設備的安裝和維護。本方案閘門及啟閉設備結構布置見本文第2節。

3.2 方案2：壩頂門機軌距24 m

為優化壩頂門機軌距，將中孔檢修閘門門庫布置在生態泄水孔進口處，壩頂門機端梁設置在上游側，利用主小車移動至懸臂端啟吊中孔檢修閘門[6]。導墻伸出長度由6.5 m變成3.5 m，門機軌距由30.0 m變成24.0 m，門機高度和軌上揚程同方案1。其主要功能同方案1。

本方案表孔事故閘門門槽中心線樁號由0+003.750 m調整為0+004.750 m，閘門設計水頭18.1 m，閘門高度18.6 m；表孔弧形工作閘門面板曲率半徑由22.0 m調整為21.5 m，閘門設計水頭18.662 m，閘門高度19.162 m；其余閘門及啟閉設備結構布置同方案1。方案2泄洪系統平面布置見圖5、表孔金屬結構設備布置見圖6。

圖5 方案2泄洪系統平面布置圖 單位：m

圖6 方案2表孔金屬結構設備布置 單位：m

3.3 方案3：壩頂門機軌距7 m

在不考慮溢洪道和生態泄水孔弧形工作閘門及其啟閉設備安裝和維護的情況下，壩頂門機軌距可進一步優化，在調整表孔事故閘門、中孔事故閘門和生態泄水孔事故閘門門槽中心線后，門機可由雙向門機改為單向門機。門機在門架頂跨內和懸臂段分別設置一套主起升機構和副起升機構，容量為2×2 000 kN/800 kN，軌距7.0 m，軌上揚程14.0 m，分別通過不同規格液壓自動抓梁操作表孔事故閘門、中孔檢修閘門、中孔事故閘門和生態泄水孔事故閘門。

本方案表孔事故閘門分為上下兩節，閉門時需將上下節門葉連接成為一體下放；中孔檢修閘門采用疊梁型式，由壩頂門機懸臂段副鉤操作；表孔工作閘門布置同方案2，其余閘門及啟閉設備結構布置同方案1。方案3表孔金屬結構設備布置見圖7。

圖7 方案3表孔金屬結構設備布置圖 單位：m

3.4 綜合比較

從閘門及啟閉機結構型式方面分析。TB水電站地震基本烈度為Ⅷ度，為滿足方案三門機在地震工況時的穩定性，若表孔事故閘門不分節，門機需增加大量配重；將表孔事故閘門分節后，少量配重即可滿足要求。各方案其余閘門及啟閉機的主要技術參數基本相同。

從建成后泄洪系統運行、維護角度分析。方案1、方案2壩頂門機可操作壩頂所有金屬結構設備，使用方便。方案3表孔事故閘門分為上下兩節，閉門時需先將下節門葉鎖定在門槽孔口上方，再將上節門葉與下節門葉通過節間連接裝置連接成為一體下放；啟門時，提升上節門葉充水平壓后，將連成一體的閘門提至下節門葉鎖定位置，解除節間連接裝置后，再分別將兩節門葉存放于門庫[7]。表孔事故閘門分節后，閘門操作運行復雜，且分節后存在動水下門時下節門葉雙層過流工況，對閘門不利。為降低方案3壩頂門機副鉤容量，中孔檢修閘門采用疊梁閘門型式，共分為4節，通過自動抓梁依次進行啟閉，操作過程繁瑣。方案1、方案2操作運行泄洪系統金屬結構設備均較簡單方便，檢修維護可覆蓋泄洪系統所有設備。方案3操作運行流程較復雜，且無法檢修維護表孔工作閘門、生態泄水孔工作閘門及其啟閉設備。

3種方案泄洪系統金屬結構設備工程量分別為3 101 t、3 051 t、2 900 t。方案1和方案2金屬結構設備工程量相差不大，但方案2溢洪道導墻長度可優化3 m，土建工程量可減少，泄洪系統金屬結構布置采用方案2。

4 結 語

本文通過對TB水電站壩頂門機的不同軌距方案進行比選，優化了泄洪系統金屬結構設備布置，使金屬結構設備布置更為合理緊湊，壩面更加簡潔，減小了工程投資。對于同類型工程具有借鑒意義。