何孟蕓，佘鴻翔，劉永勝，龍朝暉

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

坪頭水電站的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由泄水建筑物、引水建筑物和尾水建筑物三部分的閘門(mén)、攔污柵及啟閉機(jī)設(shè)備組成，共有閘門(mén)門(mén)葉、攔污柵柵葉13扇，門(mén)槽、柵槽埋件16套，儲(chǔ)門(mén)槽2套，啟閉設(shè)備8臺(tái)。設(shè)備總重量為1 314t，其中攔污柵、閘門(mén)及其埋設(shè)件重量為1 074t，啟閉設(shè)備重量為240t。

2 泄水建筑物的閘門(mén)及啟閉設(shè)備

電站為引水式電站，在首部樞紐設(shè)有攔河閘壩和進(jìn)水口，采用側(cè)向取水、正向沖沙泄洪的布置方式，從右岸至左岸依次布置右岸擋水壩段、泄洪閘、沖沙閘、左岸擋水壩段和進(jìn)水口。在主河床布置3孔泄洪閘和1孔沖沙閘，用于泄洪、沖沙，減少水庫(kù)淤積，保證進(jìn)水口門(mén)前清。泄洪閘采用胸墻式泄洪孔，每孔設(shè)1扇工作閘門(mén)，3孔共用1扇檢修閘門(mén)。沖沙閘采用胸墻式?jīng)_沙孔，設(shè)置1扇工作閘門(mén)和1扇檢修閘門(mén)。泄洪閘和沖沙閘閘頂高程均為915.00m，正常蓄水位為913.00m，設(shè)計(jì)洪水位為901.82m，校核洪水位為907.92m。泄水建筑物閘門(mén)及啟閉機(jī)布置見(jiàn)圖1、2。

2.1 泄洪閘工作閘門(mén)及啟閉設(shè)備

泄洪閘工作閘門(mén)為潛孔式弧形閘門(mén)，孔口尺寸為8m×15m(寬×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為26m，支鉸高度為17m，面板曲率半徑為22.5m，總水壓力為31 330kN。閘門(mén)為雙主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)，主橫梁及支臂均為箱型結(jié)構(gòu)，門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B。底止水為條形橡膠水封，側(cè)止水為P60-B型橡塑水封，均布置在面板下游側(cè)；頂水封為P60-A型橡膠水封，布置在面板上游側(cè)。頂水封采用壓緊式和轉(zhuǎn)角式兩道止水。為防止閘門(mén)在局部開(kāi)啟時(shí)門(mén)頂發(fā)生射水現(xiàn)象，在頂楣裝置增設(shè)一道輔助轉(zhuǎn)鉸止水，其預(yù)壓量由彎曲薄彈簧鋼板控制。壓緊式止水是為保證全關(guān)狀態(tài)下的嚴(yán)密止水。支鉸材料為ZG50Mn2鑄鋼，支鉸軸材料為34CrNiMo鍛鋼，支鉸軸承采用GEW480HSFZ5自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承。

工作閘門(mén)由容量為2×2500kN的后拉式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，啟閉機(jī)的工作行程為9.271m，最大行程為9.5m，啟閉速度為0.6m/min，油缸內(nèi)徑為480mm，活塞桿直徑為250mm。油缸的上端與預(yù)埋在閘墩上的油缸支鉸鏈接，油缸活塞桿的下端與閘門(mén)邊梁上的吊耳連接。每臺(tái)機(jī)設(shè)1套液壓泵站，液壓站設(shè)2臺(tái)油泵電機(jī)組，冷備用。液壓站布置在孔口左側(cè)閘墩915.00m高程上的泵房?jī)?nèi)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)可現(xiàn)地操作，也可在電站中控室集中控制。

2.2 泄洪閘檢修閘門(mén)及啟閉設(shè)備

檢修閘門(mén)為潛孔式平面滑動(dòng)閘門(mén)，孔口尺寸為8m×17m(寬×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為26m，總水壓力為24 229kN。閘門(mén)為下游面板、下游止水，主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門(mén)葉部分沿高度分為5段制造、運(yùn)輸，工地安裝時(shí)下面3段焊在一起成為下節(jié)，上面2段采用連接板和銷(xiāo)軸連接后成為上節(jié)，上、下節(jié)之間不連接。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封，節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。

檢修閘門(mén)為靜水啟閉，節(jié)間充水平壓。檢修閘門(mén)由容量為2×500kN的單向門(mén)機(jī)通過(guò)液壓抓梁操作。門(mén)機(jī)的軌距為6m，軌上揚(yáng)程為12.5m，總揚(yáng)程為32m，起升速度為2.23m/min。平時(shí)，檢修閘門(mén)存放在攔河閘壩右側(cè)的儲(chǔ)門(mén)槽內(nèi)。

圖1 泄洪閘閘門(mén)及啟閉機(jī)布置

圖2 沖沙閘閘門(mén)及啟閉機(jī)布置

2.3 沖沙閘工作閘門(mén)及啟閉設(shè)備

沖沙閘工作閘門(mén)的孔口尺寸為3m×8m(寬×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為27m,總水壓力為6 380kN。由于沖沙閘下游設(shè)計(jì)洪水位比較高，如果工作閘門(mén)采用弧形閘門(mén)方案，會(huì)給水工和閘門(mén)結(jié)構(gòu)布置帶來(lái)很大困難，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素，因此將沖沙閘工作閘門(mén)設(shè)計(jì)為潛孔式平面定輪閘門(mén)。閘門(mén)采用上游面板、上游止水，主輪直徑為φ700mm，主輪軸徑為φ140mm，主輪材料為ZG310-570鑄鋼，輪軸材料為45鍛鋼，軸套為高強(qiáng)度鋼背聚甲醛復(fù)合材料軸套。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封，底止水為條型橡膠水封。

工作閘門(mén)為動(dòng)水啟閉，允許在局開(kāi)狀態(tài)下運(yùn)行，但應(yīng)避免在振動(dòng)區(qū)域停留。平時(shí)，閘門(mén)關(guān)閉處于擋水狀態(tài)。工作閘門(mén)由容量為1 000kN的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)的揚(yáng)程為31m。啟閉機(jī)設(shè)置在926.70m高程的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)。

2.4 沖沙閘檢修閘門(mén)及啟閉設(shè)備

檢修閘門(mén)為潛孔式平面滑動(dòng)閘門(mén)，孔口尺寸3m×10m(寬×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為27m,總水壓力為7 263kN。閘門(mén)采用下游面板、下游止水，主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門(mén)葉部分沿高度分為3段制造、運(yùn)輸，在工地安裝時(shí)下面2段焊在一起成為下節(jié)，上面1段為上節(jié)，上節(jié)、下節(jié)之間采用連接板和銷(xiāo)軸活動(dòng)連接。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封，節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。

檢修閘門(mén)為靜水啟閉，節(jié)間充水平壓。閘門(mén)與泄洪閘檢修閘門(mén)共用2×500kN單向門(mén)機(jī)，門(mén)機(jī)通過(guò)平衡梁和拉桿操作閘門(mén)。平時(shí)，閘門(mén)存放在攔河閘壩右側(cè)的儲(chǔ)門(mén)槽內(nèi)。

3 引水建筑物的閘門(mén)及啟閉設(shè)備

進(jìn)水口為直立岸塔式，依次設(shè)有兩道攔污柵槽和一道工作閘門(mén)。閘頂平臺(tái)高程均為915.00m，正常蓄水位為913.00m，設(shè)計(jì)洪水位為901.82m，校核洪水位為907.92m。引水建筑物閘門(mén)、攔污柵及啟閉機(jī)布置見(jiàn)圖3。

圖3 進(jìn)水口閘門(mén)、攔污柵及啟閉機(jī)布置

3.1 攔污柵及啟閉機(jī)設(shè)備

攔污柵共2孔，胸墻式，孔口尺寸為5m×12m(寬×高)，底坎高程895.00m，按4m水壓差設(shè)計(jì)，總水壓力為2 400kN。攔污柵為直立平面活動(dòng)式，每孔設(shè)1扇，柵條凈距為80mm，主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。攔污柵由4節(jié)組成，每節(jié)柵葉設(shè)2個(gè)工字型主橫梁，節(jié)間采用連接板和銷(xiāo)軸活動(dòng)連接。

攔污柵為靜水啟閉，由容量為2×250kN的橋式啟閉機(jī)通過(guò)平衡梁和拉桿操作，啟閉機(jī)的揚(yáng)程為27m。攔污柵的清污采用全跨液壓清污抓斗清污，清污抓斗由橋機(jī)直接操作，污物可在取水口左側(cè)的卸污平臺(tái)上進(jìn)行卸放。

3.2 進(jìn)水口工作閘門(mén)及啟閉機(jī)設(shè)備

工作閘門(mén)共1孔，為潛孔式平面定輪閘門(mén)，孔口尺寸為5.9m×5.9m(寬×高)，底坎高程895.00m，按正常蓄水位913.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為18m，總水壓力為5 418kN。閘門(mén)采用上游面板、上游止水，頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封，底止水為條型橡膠水封。主支承為簡(jiǎn)支輪，主輪直徑為φ700mm，輪軸直徑為φ140mm，主輪材料為ZG310-570鑄鋼，輪軸材料為40Cr鍛鋼，軸承采用高強(qiáng)度鋼背聚甲醛復(fù)合材料軸套。

工作閘門(mén)為動(dòng)水啟閉，由2×500kN的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。啟閉機(jī)設(shè)置在923.40m高程的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，揚(yáng)程23m。為減少門(mén)后引水隧洞的充水時(shí)間，閘門(mén)采用小開(kāi)度充水方式。發(fā)電時(shí)，工作閘門(mén)鎖定在門(mén)槽頂部，當(dāng)隧洞檢修時(shí)關(guān)門(mén)擋水。

3.3 引水隧洞施工支洞封堵閘門(mén)

為便于引水隧洞的維護(hù)和檢修，分別在2-3號(hào)和4號(hào)施工支洞與主洞交叉處留有進(jìn)人孔，并設(shè)置封堵閘門(mén)。封堵閘門(mén)采用平面鉸鏈閘門(mén)，孔口尺寸為2.4m×2m(寬×高)，設(shè)計(jì)水頭為80m，總水壓力為4 716kN。閘門(mén)采用下游面板、下游止水。

閘門(mén)操作方式為無(wú)水條件下人工啟閉。在引水隧洞充水和發(fā)電期間，封堵閘門(mén)應(yīng)關(guān)閉。閘門(mén)封閉進(jìn)人孔時(shí)采用螺栓將門(mén)葉與埋件固定，應(yīng)保證水封均勻接觸止水座板，水封壓縮5mm。為開(kāi)、關(guān)方便，在閘門(mén)下部設(shè)有滾輪。

4 尾水建筑物的閘門(mén)及啟閉設(shè)備

電站共3臺(tái)機(jī)，設(shè)3個(gè)尾水出口，在尾水出口處設(shè)置2扇檢修閘門(mén)，供2臺(tái)機(jī)組同時(shí)檢修使用。尾水平臺(tái)高程為606.40m，最高尾水位為600.00m。

檢修閘門(mén)為潛孔式平面滑動(dòng)閘門(mén)，孔口尺寸為5.1m×5.55m(寬×高)，底坎高程592.80m，按最高尾水位600.00m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為7.2m，總水壓力為1 290kN。閘門(mén)采用上游面板、上游止水，頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封，節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門(mén)葉沿高度方向分為2節(jié)制造、運(yùn)輸，上、下節(jié)之間采用連接板和銷(xiāo)軸活動(dòng)連接。

閘門(mén)為靜水啟閉，節(jié)間充水平壓，閘門(mén)由容量為2×160kN的移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆通過(guò)拉桿操作，電動(dòng)葫蘆揚(yáng)程為9m。平時(shí)檢修閘門(mén)鎖定在門(mén)槽頂部，檢修也在此平臺(tái)上進(jìn)行。尾水建筑物閘門(mén)及啟閉機(jī)布置見(jiàn)圖4。

圖4 尾水閘門(mén)及啟閉機(jī)布置

5 結(jié)束語(yǔ)

本工程金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計(jì)，吸取了同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并充分考慮到本工程的運(yùn)行要求，設(shè)備布置緊湊。目前，坪頭水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備均已完成制作、安裝及設(shè)備調(diào)試，水電站下閘蓄水后各項(xiàng)設(shè)備投入正常使用，工作運(yùn)行情況良好。

[1] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.DL/T 5039-1995《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 范崇仁.水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

[4] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-金屬結(jié)構(gòu)(一)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1988.