◎余愛(ài)武

一、引言

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程是一座以灌溉、防洪、下游補(bǔ)水和發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)等綜合利用效益的大型水利水電工程。涔天河水庫(kù)擴(kuò)建樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)包括泄洪系統(tǒng)、灌溉引水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)、施工導(dǎo)流金結(jié)設(shè)備、以及老灌溉洞改造工程等五大部分。工程泄洪系統(tǒng)布置有3 個(gè)泄洪通道，分別為1#泄洪洞、2#泄洪洞及放空洞。灌溉引水系統(tǒng)在大壩上游左右岸分別各設(shè)一隧洞從水庫(kù)表層取水灌溉，每個(gè)隧洞均采用塔式分層取水型式。引水發(fā)電系統(tǒng)電站共四臺(tái)機(jī)組，采用單管引水發(fā)電，引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)包括表層引水發(fā)電洞進(jìn)口、壓力鋼管和機(jī)組尾水三部分。導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)在導(dǎo)流進(jìn)口設(shè)置一封堵門(mén)。樞紐的金結(jié)布置型式、數(shù)量、主要尺寸及運(yùn)行方式的確定，均按照《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-95）、《水電水利工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5167-2002）、《水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL281-2003）中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并結(jié)合水工建筑物的總體布置，力求做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用，運(yùn)行維護(hù)管理方便。

圖1 水庫(kù)遠(yuǎn)景圖

二、涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置

1.泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，泄洪洞工作閘門(mén)。在隧洞進(jìn)口位置，相關(guān)的工作人員需要安置一扇閘門(mén)，門(mén)后被作為無(wú)壓洞，針對(duì)工作閘門(mén)，需要采取弧門(mén)型式的形式?；￠T(mén)孔口大小大致是10m×8m，底檻高度是260m，攔擋水位是316.6m，設(shè)計(jì)水頭是56.6m，閘門(mén)為潛孔式弧形鋼閘門(mén)。閘門(mén)雙主縱梁直支臂結(jié)構(gòu)，弧門(mén)半徑16.0m，支鉸高程272.5 m。針對(duì)弧門(mén)門(mén)葉主梁及支臂，相關(guān)的工作人員需要采取箱形組合截面，而門(mén)葉及支臂架構(gòu)，則要采取Q345B，型鋼材料為Q235B。針對(duì)支鉸鉸座材料，相關(guān)的工作人員需要采取ZG35CrMo，軸承則采取自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，軸大小大致是φ800mm，材料采取40Cr。弧門(mén)側(cè)止水采取方頭“P”形橡膠止水，頂止水采取活動(dòng)鉸頂止水，底止水采取“Ⅰ”形橡膠止水；側(cè)向支承采取簡(jiǎn)支式側(cè)輪，門(mén)槽埋件與事故檢修門(mén)門(mén)槽埋件之間隧洞采用鋼板襯砌。針對(duì)閘門(mén)，相關(guān)的工作人員需要采用動(dòng)水啟閉的形式，并且具有局部開(kāi)啟泄流功能，針對(duì)全開(kāi)方位，則要使用液壓鎖定設(shè)施予以鎖定。

第二，泄洪洞事故檢修閘門(mén)。在弧門(mén)前設(shè)置檢修門(mén)，考慮在弧形閘門(mén)閉門(mén)出現(xiàn)故障時(shí)檢修門(mén)需動(dòng)水關(guān)閉，所以需要使用低摩阻滑塊支承的平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)。閘門(mén)最高擋水水位為上游蓄水位313m，閘門(mén)事故閉門(mén)最大水頭為53m（至閘門(mén)底檻）。閘孔口大小大致是10m×10m，底檻高度是260m。閘門(mén)屬于潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)，相關(guān)的工作人員要利用多主梁同層結(jié)構(gòu)予以設(shè)計(jì)，主梁都使用“工”字形組合截面，門(mén)葉結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)材料是Q345-B，次梁型鋼材料是Q235-B。閘門(mén)頂、側(cè)止水采用“P”形橡膠止水，底止水應(yīng)用“Ⅰ”形橡膠止水，正常檢修時(shí)閘門(mén)靜水閉門(mén)；事故工況可利用水柱動(dòng)水閉門(mén)，檢修后為靜水啟門(mén)。閘門(mén)整體啟閉，啟閉設(shè)備選用1 臺(tái)（套）QPG2×4000kN 啟閉機(jī)。閘門(mén)平時(shí)鎖定存放于門(mén)槽頂部。

2.灌溉引水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，分層取水閘門(mén)。在每個(gè)隧洞進(jìn)水塔均設(shè)一組4個(gè)階梯式分層取水閘門(mén)，閘門(mén)的孔口尺寸均為4.5×3.5m，閘門(mén)的設(shè)計(jì)水頭從8～32不等，閘門(mén)為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)，滑塊為低摩阻滑塊，均為下游側(cè)止水，閘門(mén)動(dòng)水啟閉（啟閉水頭～8m），4 個(gè)閘門(mén)共用一臺(tái)2×250KN 門(mén)機(jī)配合自動(dòng)吊梁進(jìn)行啟閉。

第二，攔污柵。在分層工作門(mén)前端垂直設(shè)置一道平面活動(dòng)式攔污柵，左右兩引水隧洞各1 孔，其孔口寬度3.5m，底檻高程為275m，進(jìn)水口平臺(tái)頂高程為324m。柵體設(shè)計(jì)水頭差為4m，攔污柵高45.5m，每扇分為13 節(jié)，每節(jié)高3.50m。每節(jié)攔污柵采用雙主梁設(shè)計(jì)，主梁采用“工”字形組合截面，攔污柵主要材料采用Q235B。攔污柵靜水啟閉，共用分層工作門(mén)啟閉門(mén)機(jī)配自動(dòng)抓梁分節(jié)獨(dú)立提柵，配清污耙斗進(jìn)行清污，最大清污揚(yáng)程49.0m。

第三，事故檢修閘門(mén)。灌溉引水隧道進(jìn)水塔后設(shè)有事故檢修閘門(mén)，檢修門(mén)尺寸為3.5m×3.5m。底檻高程為275m，攔擋水位為320.27m，設(shè)計(jì)水頭45.27m，閘門(mén)為潛孔式平面定輪鋼閘門(mén)，動(dòng)水閉門(mén)，靜水啟門(mén)（小開(kāi)度啟門(mén)平壓），擬采用 QPG1×1000KN 高揚(yáng)程卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作。閘門(mén)平時(shí)鎖定存放于門(mén)槽頂部。

3.引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)。第一，引水發(fā)電進(jìn)口事故檢修閘門(mén)。引水發(fā)電洞進(jìn)口為2 孔，共設(shè)置2 扇事故檢修閘門(mén)，閘門(mén)孔口尺寸5m×8m，底檻高程為256.5m，設(shè)計(jì)水頭56.5m，閘門(mén)為潛孔式平面鋼閘門(mén)，在機(jī)組發(fā)生事故時(shí)需動(dòng)水關(guān)閉，故采用平面滑塊鋼閘門(mén)。采用多主梁同層結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，主梁均采用“工”字形組合截面，門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345-B，次梁型鋼材料為Q235-B。閘門(mén)頂、側(cè)止水采用“P”形橡膠止水，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水，支承 滾 輪 直 徑 為 φ1100mm， 材 料 為ZG50Mn2，軸承采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，輪軸直徑為φ220mm，材料為40Cr。正常檢修時(shí)機(jī)組關(guān)閉導(dǎo)葉，閘門(mén)靜水閉門(mén)，事故工況可動(dòng)水閉門(mén)，檢修后為靜水啟門(mén)，利用平壓閥充水平壓，閘門(mén)整扇啟閉。啟閉設(shè)備擬選用QPKY 2500KN/1250KN 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)加拉桿進(jìn)行操作，閘門(mén)平時(shí)懸掛于門(mén)槽內(nèi)門(mén)楣上部。

第二，壓力鋼管。從電站引水隧道后段到機(jī)組蝶閥，相關(guān)的工作人員需要使用壓力鋼管（其中包括4 個(gè)岔管，2 個(gè)彎管），管中心的高度大致是EL215m，中心設(shè)計(jì)水頭為140.2m（含水錘），主管段為洞內(nèi)鋼襯，壓力鋼管承受70%的內(nèi)水壓力；支管段屬于明管，承受100%的內(nèi)水壓力。壓力鋼管材料采用345C，岔管材料WDB620 高強(qiáng)度鋼。主管段為鋼襯，鋼管內(nèi)徑為φ9.5m，長(zhǎng)度約85.24m，鋼管壁厚選用36mm。四機(jī)組的支管的大小為φ4.1m，鋼管壁厚選用24mm。岔管一共 4 個(gè)，φ9.5m-φ1.8m，采用月牙肋岔型式。

第三，廠(chǎng)房尾水金屬結(jié)構(gòu)。電站共設(shè)4臺(tái)機(jī)組，在每個(gè)機(jī)組后均設(shè)置1 個(gè)尾水出口，共4 孔，生態(tài)基流孔錐形閥后也設(shè)置1個(gè)尾水門(mén)門(mén)槽，孔口尺寸同機(jī)組尾水，用以擋水時(shí)對(duì)錐形閥進(jìn)行檢修，5 孔共用2 扇尾水檢修閘門(mén)，以方便單個(gè)機(jī)組或錐形閥及流道檢修。另設(shè)置2 扇臨時(shí)封堵門(mén)于施工期使用，臨時(shí)封堵門(mén)結(jié)構(gòu)型式與尾水門(mén)一致。閘門(mén)孔口尺寸9.3m×3.614m，底檻高程為206.257m，設(shè)計(jì)水頭21.533m，采用潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)1 型式。面板均設(shè)在機(jī)組側(cè)，主梁采用“工”字形組合截面，門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q235B，閘門(mén)側(cè)頂止水采用“P”形橡膠止水，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水；主支承采用鑄鋼滑塊，埋件主要材料為Q235。閘門(mén)采用平壓閥充水平壓，靜水啟閉，選用1 臺(tái)2×400kN 臺(tái)車(chē)加自動(dòng)吊梁進(jìn)行操作，閘門(mén)平時(shí)鎖定存放于閘門(mén)門(mén)槽頂部。

4.導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)。導(dǎo)流洞為一孔，進(jìn)口設(shè)置一封堵門(mén)?？卓诔叽?2m×12.5m，底坎高程為238.8m，底坎設(shè)有鋼襯。閘門(mén)設(shè)計(jì)水頭為40.81m，屬于潛孔式滑動(dòng)鋼閘門(mén)，20 米水頭時(shí)動(dòng)水閉門(mén)，面板均設(shè)在下游側(cè)，主梁采用“工”字形組合截面，門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B，次梁及門(mén)背聯(lián)接系采用型鋼，材料為Q235B；閘門(mén)頂側(cè)止水則應(yīng)用“P”形橡膠止水，底止水使用“Ⅰ”形橡膠止水；主支承采取低摩阻滑塊，埋件常見(jiàn)材料是Q235。采用2X1600KN 固定卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行操作，閘門(mén)施工封堵后不再開(kāi)啟。

5.老灌溉洞工作閘門(mén)。原左岸老灌溉洞黃泥渡隧洞進(jìn)口閘門(mén)因不能攔施工期水位，需進(jìn)行改造，改造為在原孔口后約20 米處重新挖一豎井，重建一閘門(mén)和門(mén)槽以及啟閉排架并更換啟閉設(shè)備。該工作門(mén)孔口尺寸2.8m×2.8m，底檻高程為243.93m，設(shè)計(jì)水頭34.38m。該閘門(mén)為潛孔式平面定輪鋼閘門(mén)，結(jié)構(gòu)為多主梁同層布置，主梁采用“工”字形組合截面，門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B，次梁型鋼材料為Q235B；閘門(mén)采用多主輪支承，主輪材料ZG35CrMo，軸承采用自潤(rùn)滑軸套，頂、側(cè)止水采用“P”形橡塑水封，底止水采用“Ⅰ”形橡膠止水，動(dòng)水啟閉，采用一臺(tái)2×150kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文主要以涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程為例，從泄洪系統(tǒng)、灌溉引水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)、施工導(dǎo)流金結(jié)設(shè)備、以及老灌溉洞改造工程等方面介紹了金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置情況，該工程從2018 年運(yùn)行以來(lái)所有閘門(mén)及啟閉設(shè)備設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行正常，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可靠。通過(guò)本文的介紹能夠?qū)︻?lèi)似水庫(kù)擴(kuò)建工程提供一定參考和幫助，對(duì)于促進(jìn)水利項(xiàng)目地可持續(xù)化發(fā)展具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。