□徐國(guó)楊(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1 概述

后水河水庫(kù)位于貴州省綏陽(yáng)縣蒲場(chǎng)鎮(zhèn)，距離貴陽(yáng)210km。工程所在地綏陽(yáng)縣位于貴州省高原北部，遵義市中部。綏陽(yáng)縣地處長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和重慶經(jīng)濟(jì)輻射區(qū)，是一個(gè)以漢族為主，包括苗、彝、壯、布依、土家、仡佬、侗族等23 個(gè)民族的多民族聚居縣。

后水河水庫(kù)位于長(zhǎng)江流域?yàn)踅刀?jí)支流（一級(jí)為湘江）仁江左岸的一條支流——后水河上游，為已建的一座以灌溉為主，兼有發(fā)電的中型水庫(kù)。壩址以上流域面積92.20km2，多年平均年徑流量5866 萬(wàn)m3。工程樞紐包括攔河壩（含沖砂底孔）、溢洪道、壩后電站、取水建筑物等。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大壩左岸，由進(jìn)水口、鋼筋混凝土漸變段、老壩體取水管道、新壩體壓力鋼管及地面廠房等組成。岸塔式取水口進(jìn)口底板高程903.25m，取水口仍沿用已建結(jié)構(gòu)，不設(shè)置新的取水口。順?biāo)鞣较蛟O(shè)置有一扇固定式攔污柵和一扇事故閘門(mén)。布置型式如圖1所示。

2 閘門(mén)設(shè)計(jì)選型

圖1 布置型式圖

本工程為改造工程，在原來(lái)壩址上進(jìn)行加高擴(kuò)建，因工期較緊，要求擴(kuò)建工作量越小越好，因而考慮沿用老壩址進(jìn)水口的型式，即斜坡式進(jìn)水口。此種布置形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工、安裝方便，穩(wěn)定性好，工程量小，較適合本工程。由于閘槽傾斜，使閘門(mén)尺寸及啟閉力略有增大，閘門(mén)布置形式也受到一定的限制，閘門(mén)不易靠自重下降，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的重點(diǎn)和難點(diǎn)。從布置形式上來(lái)看，選用平面閘門(mén)較為合適，選用滑動(dòng)閘門(mén)和定輪閘門(mén)均可?；瑒?dòng)閘門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各種環(huán)境適應(yīng)性較好，但其滑動(dòng)摩擦系數(shù)高，但會(huì)導(dǎo)致啟閉力增加，增大啟閉機(jī)排架，提高造價(jià)。平面定輪閘門(mén)在我國(guó)的應(yīng)用較為廣泛，無(wú)論從設(shè)計(jì)理論、制造工藝、安裝和運(yùn)行維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)等方面較為成熟。鏈輪閘門(mén)支承壓力分布均勻，支承行走部分尺寸小，門(mén)槽寬度與同等規(guī)模的定輪相比要小得多，對(duì)改善水流條件和空蝕特性非常有利，但鏈輪門(mén)不宜做局部開(kāi)啟運(yùn)行且造價(jià)較高，鏈輪門(mén)較適用于高水頭及大孔口的工況。因本工程設(shè)計(jì)水頭不高，孔口尺寸不大。綜合考慮，本工程事故閘門(mén)選用下游止水的平面定輪鋼閘門(mén)。主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)特征參數(shù)表

3 閘門(mén)設(shè)計(jì)原則

本閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算參考垂直式平面定輪閘門(mén)進(jìn)行，采用平面計(jì)算理論容許應(yīng)力值法，但設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要考慮傾斜度的影響。本閘門(mén)的設(shè)計(jì)荷載主要有：水壓力、水柱壓力、加重、支承行走阻力、水封摩擦阻力、閘門(mén)自重及啟閉力等。因?yàn)榭卓谖恢幂^高，可不考慮泥沙壓力的影響，但因本閘門(mén)為事故閘門(mén)，有動(dòng)水條件下關(guān)閉閘門(mén)的工況要求，因此需考慮了動(dòng)水作用的影響。支承行走和水封摩擦阻力的計(jì)算，摩擦系數(shù)按規(guī)范附錄N 選用。水封摩擦系數(shù)按橡塑復(fù)合水封對(duì)不銹鋼偶合選取，主支承軸承摩擦系數(shù)按鋼基銅塑復(fù)合材料對(duì)鍍鉻鋼偶合選取。主要設(shè)計(jì)依據(jù)最新版《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-2013）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，最后利用三維軟件Solidworks 進(jìn)行了模擬仿真，較驗(yàn)設(shè)計(jì)成果。

4 閘門(mén)設(shè)計(jì)成果

閘門(mén)型式采用懸臂輪式平面定輪鋼閘門(mén)，止水及面板設(shè)置在閘門(mén)的下游面，頂側(cè)止水為P45A 型橡皮止水，底止水為I110-16 刀型橡皮止水，底止水與側(cè)止水及頂止水采用交叉搭接，以保證止水的整體性及密封效果。梁系采用同層布置，主梁等荷載原則布置，采用3 根主梁的型式。主梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，主梁高度為390mm，考慮加重塊閉門(mén)的影響，采用全主梁布置型式。縱隔板設(shè)置2 列以保證主梁的穩(wěn)定性及閘門(mén)的剛度。主支承采用懸臂式主輪，輪徑φ500mm，材料ZG310-570，主輪有單邊輪轂以作側(cè)向限位及反向支承。輪軸軸徑120mm，材料45#。軸套用鋼基銅塑復(fù)合材料軸套。門(mén)重2.70t，配重2.40t，配重為鑄鐵塊。閘門(mén)運(yùn)行條件為動(dòng)閉靜啟，配置1 臺(tái)水位差計(jì)，用于監(jiān)測(cè)閘門(mén)在啟門(mén)前的充水平壓情況。該閘門(mén)平時(shí)鎖定于門(mén)槽頂部的檢修平臺(tái)上，當(dāng)下游供水管道等建筑物出現(xiàn)事故或需要檢修時(shí)，動(dòng)水閉門(mén)，檢修完畢后小開(kāi)度提門(mén)充水平壓，然后提升閘門(mén)至檢修平臺(tái)處鎖定。門(mén)槽埋件設(shè)置有主反軌、門(mén)楣及底檻等，埋件重量5.80t。為了滿足閘門(mén)的補(bǔ)氣要求，在靠近閘門(mén)的下游胸墻附近設(shè)置了φ350 通氣孔。啟門(mén)力選取持住力與啟門(mén)力（小開(kāi)度，全水頭）中的較大值161kN，以計(jì)算啟門(mén)力選用啟閉機(jī)容量。選用一臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，型號(hào)QPG-250-47.00m，容量250kN，揚(yáng)程47m，操作方式為電動(dòng)。為防止斜拉時(shí)鋼絲碰觸混凝土增大啟閉力及損壞鋼絲繩，特在排架梁上設(shè)置了鋼絲繩導(dǎo)向裝置。為防止污物進(jìn)入取水管道，在排架靠水庫(kù)一側(cè)自下而上鋪設(shè)帶孔式的預(yù)制混凝土蓋板。

5 結(jié)語(yǔ)

從計(jì)算結(jié)果可知，傾斜門(mén)相較垂直式閘門(mén)來(lái)說(shuō)，閘門(mén)尺寸、總水壓力及啟閉力均有所增加。就本工程而言，總水壓力增加0.10%，啟閉力增加1%。由此可見(jiàn)，對(duì)于小孔口及低水頭來(lái)說(shuō)，此兩種布置形式差別不大。整體來(lái)看，計(jì)算及制造難度均有一定程度的增加，但設(shè)計(jì)理念相同，只需要重點(diǎn)解決斜度帶來(lái)的影響。從運(yùn)行情況來(lái)看，傾斜式閘門(mén)運(yùn)行穩(wěn)定，只是退出孔后，入槽較垂直式難。故此類(lèi)型閘門(mén)對(duì)閘門(mén)門(mén)體及埋件有較高的制造、安裝精度要求。因布置型式的特點(diǎn)，導(dǎo)致檢修條件較差。今后整體設(shè)計(jì)時(shí)需解決此類(lèi)問(wèn)題，創(chuàng)造有利的檢修條件。選用固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)直接斜拉，未設(shè)置轉(zhuǎn)向滑輪，啟閉機(jī)排架設(shè)計(jì)時(shí)需考慮水平分力的影響，對(duì)啟閉排架的穩(wěn)定性及強(qiáng)度提出更高的要求。