楊啟龍

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

水庫是江河防洪體系中不可缺少的一部分。金屬結(jié)構(gòu)布置和選型的合理性，對金屬結(jié)構(gòu)的工程量及水庫建筑物的布置有重要影響，水庫除險加固中需注重合理選擇金屬結(jié)構(gòu)布置施工技術(shù)。

1 工程概況

阿湖水庫位于東經(jīng)76°01'30″～76°03'48″、北緯39°49'30″～39°50'30″，是修建在天山山脈西段南坡二階山地中的山區(qū)攔河水庫。水庫距布谷孜河上游源頭約82 km，距布谷孜河入喀什噶爾河匯合口79 km。壩址在阿俄水文站上游500 m 處，有簡便公路通往阿圖什，交通方便。

阿湖水庫流域集水面積2 112 km2，庫區(qū)范圍4.5 km2，1987 年開始興建，1997 年建成蓄水運行。原總庫容3 770萬m3，死水位1 563.55 m，設(shè)計洪水位1 572.05 m，相應(yīng)庫容3 040 萬m3，非常運行期水位1 574.10 m。自2004 年完成除險加固蓄水運行以來，水庫依然存在庫區(qū)淤積嚴重、防洪能力不足、管理設(shè)施簡陋、無觀測設(shè)施及啟閉設(shè)備開啟困難等問題，需要重新除險加固。加固設(shè)計采用2017年實測的水位庫容曲線，通過調(diào)洪演算和多方案比選，確定抬高正常蓄水位，加高大壩，改建泄水建筑物規(guī)模，同時降低汛限水位，解決水庫興利和防洪能力不足問題。

2 工程除險加固的必要性以及改造思路

2.1 除險加固必要性

阿湖水庫距阿圖什城市17 km，下游城鄉(xiāng)居民近15萬人，水庫隱患由來已久。做好水庫除險加固是全市人民當務(wù)之急，是全市進行正常生產(chǎn)、百姓安居樂業(yè)的需要?？酥莸貐^(qū)汛期為每年5 月1 日—9 月1 日，9 月汛期過后，水庫進入蓄水期。但自1986 年以來，全疆范圍內(nèi)的各流域均進入了相對豐水期，大洪水接連不斷，尤其是南疆地區(qū)的大多數(shù)河流均發(fā)生了實測系列以來的最大洪水。2010年9月18—20 日，克州境內(nèi)普降強暴雨，阿圖什市降雨量達到41.6 mm，受布谷孜河上游山區(qū)強降雨影響，洪水來勢兇猛，超過100 a 一遇洪量，阿湖水庫遭遇超100 a 一遇洪水。洪水發(fā)生后，克州、阿圖什市兩級黨委政府高度重視，立即啟動防汛預(yù)案，動員駐州部隊及群眾力量連夜奮戰(zhàn)搶險。

在全部開啟溢洪道和2#泄洪隧洞并應(yīng)急啟用1#放水隧洞泄洪的情況下，阿湖水庫水位仍然迅速上漲。19日5∶30，水位高達1 574.86 m，超過壩頂高程0.16 m。雖經(jīng)軍民合力搶險成功，但也暴露出阿湖水庫防洪的薄弱環(huán)節(jié)。

汛期經(jīng)常超汛限水位蓄水，但汛后徑流量仍不能補庫至興利水位，死水位基本年年出現(xiàn)，造成年年灌溉用水緊張局面。若汛期嚴格按照汛限水位蓄水，則水資源供需矛盾更加突出。但水庫常年多蓄水，必將帶來防洪安全隱患；控制蓄水，又會影響到克州工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著經(jīng)濟發(fā)展，水庫蓄水與防洪安全之間的矛盾日益尖銳，迫切需要實施阿湖水庫除險加固工程。

2.2 改造思路

根據(jù)阿湖水庫工程安全鑒定意見和除險加固方案，大壩加高后，金屬結(jié)構(gòu)部分改造如下：①原有的表孔溢洪道、2#泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備已無法安全運行，予以拆除并更換；②1#放水洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運行良好，因壩高增大，需更換或增設(shè)部分埋件；③新增1條排沙泄洪洞，設(shè)置相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。

采用以上改造措施，可以解決機匣設(shè)備老化、機器失靈、滲水、效率低下等問題。通過添補溢流堰的工作閘門，有利于提高工作效率。

3 金屬結(jié)構(gòu)布置思路與關(guān)鍵技術(shù)

本工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要設(shè)置在表孔溢洪道、進水閘、1#放水洞、2#泄洪洞及排沙泄洪洞，共有各類門槽7個，設(shè)閘門7扇、啟閉設(shè)備7臺（套）、門葉防冰凍裝置3套。閘門總重約252 t，埋件總重約73 t，啟閉設(shè)備總重約171 t，整個工程金屬結(jié)構(gòu)工程量約496 t。閘門及埋件出露表面噴鋅防腐面積約5 800 m2。

3.1 溢洪道金屬結(jié)構(gòu)

水庫主壩溢洪道設(shè)置，如圖1 所示。溢洪道布置于大壩左側(cè)，改建設(shè)置4 孔閘門，摒棄原來堰面形式，采用實用堰。閘門孔口寬度10 m，堰頂高程539.5 m，堰上設(shè)計水頭5 m，在泄洪孔處設(shè)置閘門，動水啟閉。因為水庫水位低于低檻的連續(xù)時間不能超過50 d，無充足時間修理4 扇工作閘門以及埋件，所以4 孔溢洪道同時開啟，運行方式改為靜水啟閉，采用移動式啟閉機型，使工作閘門能夠有效運行。

圖1 水庫主壩溢洪道

溢洪道工作閘門有3種型式，即平面、升臥式和弧形。本次除險加固堅持經(jīng)濟、安全、可靠原則，考慮工程造價、水流狀態(tài)各個方面差異，認為弧形閘門型式較好，所以采用弧形閘門方案。溢洪道檢修閘門充水型式有2 種，即節(jié)間充水和充水閥充水。前者把閘門分為2 間獨立的閘門，均有2 根主梁和4 個滑道，在門體的邊梁處通過鉸軸連接，運用條形水封。而后者與前者不同，是一個整體的門葉結(jié)構(gòu)，水孔閥分別設(shè)置在上下主梁腹板，通過水柱進行關(guān)閉。兩者啟閉機容量都是一樣的，但是前者工程量相較于后者更大，而且很容易漏水，所以選用后者較好。

3.2 新建進水閘設(shè)計

水庫進水渠位于大壩右壩肩。由于上游渠道泥沙松散，易被沖走，而水渠的出口和大壩輸水洞洞口接近，洞口前泥沙淤泥深達12 m，導致放水出現(xiàn)了很大困難。因此，對水渠進行改線，讓出水口遠離洞口，偏向上游，可以減少洞口前淤泥深度，提高放水效率。在進水渠渠首建1 個進水閘，孔口尺寸2.5 m×2.8 m，閘門采用前水封、滑道支承、雙主梁焊接鋼閘門，材料為Q235，動水啟閉，采用螺桿啟閉機，不需要設(shè)置檢修閘門，如圖2所示。

圖2 新建進水閘

3.3 表孔溢洪道和放水洞金屬結(jié)構(gòu)

表孔溢洪道共3孔，堰頂高程1 566.5 m，閘頂高程1 578.2 m。根據(jù)調(diào)度運行方案，5 月上旬—10 月上旬保持死水位沖沙運行，具備檢修條件，不設(shè)置檢修門，每孔設(shè)1道弧形工作閘門?？卓诔叽纾讓挕灵T高，下同）為12.0 m×9.2 m，設(shè)計洪水位1 574.99 m，設(shè)計水頭8.5 m。閘門型式為圓柱鉸斜支臂露頂弧形鋼閘門，門葉結(jié)構(gòu)采用主橫梁結(jié)構(gòu)，上游封水，弧門半徑10.5 m，支鉸距堰頂6.7 m。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，側(cè)水封采用圓頭“L”形橡皮，橡皮預(yù)壓8 mm，側(cè)向設(shè)直徑為200 mm 的簡支式導向側(cè)輪，鉸鏈、鉸座材料為ZG310-570，鉸軸直徑為200 mm，材料為45 號鋼，軸承采用自潤滑球面關(guān)節(jié)軸承；埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門動水啟閉，控制開度運行，每扇閘門采用1 臺容量為2×400 kN 固定卷揚式弧門啟閉機。啟閉機采用現(xiàn)場手動和PLC 控制，并通過PLC與閘門控制單元的實時通信實現(xiàn)遠程控制和自動控制。

閘門按平面體系容許應(yīng)力法計算，啟門力按小開度平壓啟門計算，主要受力構(gòu)件的應(yīng)力分析成果詳見表1。

表1 表孔溢洪道弧形工作閘門主要結(jié)構(gòu)件及零部件計算成果

1#放水洞共1 孔，沿水流方向依次設(shè)置事故閘門和工作門，底板高程1 547.75 m，閘頂高程1 553.83 m。依據(jù)安全分析評價報告，1#放水洞運行良好，結(jié)合本次壩高加高方案，增設(shè)放水洞事故閘門及工作閘門上部埋件，將原啟閉機移位并更換啟閉閘門鋼架。2#泄洪洞共1孔，沿水流方向設(shè)置事故閘門和工作閘門，底板高程1 551 m，閘頂高程1 579 m。

（1）事故閘門。閘門孔口尺寸3.2 m×4.0 m，設(shè)計水頭24 m，為潛孔式平面鋼閘門，采用上游封水結(jié)構(gòu)型式，以簡支輪支承，主材采用ZG310-570。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，埋件結(jié)構(gòu)材料主軌采用ZG35CrMo、其余采用Q235B。閘門動水閉門，小開度充水平壓后啟門。啟閉力按規(guī)范公式計算，閉門力80.6 kN，閘門增加100 kN 配重塊；啟門力500.3 kN，采用1 臺容量為630 kN 固定卷揚式啟閉機操作，計算成果詳見表2。

表2 2#泄洪洞事故閘門主要結(jié)構(gòu)件及零部件計算成果

（2）工作閘門。閘門孔口尺寸3.2 m×3.6 m，設(shè)計水頭28.0 m，為潛孔式弧形鋼閘門。閘門門葉結(jié)構(gòu)及支臂結(jié)構(gòu)材料采用Q235C，鉸鏈、鉸座材料為ZG310-570，鉸軸材料為45 號鋼，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，軸承采用自潤滑球面滑動軸承。閘門動水啟閉，任意開度運行，采用容量為500/200 kN液壓式啟閉機操作，計算成果詳見表3。

表3 2#泄洪洞弧形工作閘門主要結(jié)構(gòu)件及零部件計算成果

4 結(jié)語

通過除險加固工程的實施，解決了阿湖水庫金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備生銹、老化、泥沙淤泥等問題。工程建設(shè)完成后，阿湖水庫機閘啟閉速度快了5倍，并且可以在任何情況下進行檢修，洞口前的淤泥下降至原來的40%，有利于灌區(qū)社會經(jīng)濟快速發(fā)展。