韓爭光 董詩超

摘要：為優(yōu)化航電樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)布置，提高工程的綜合效益，對孤山航電樞紐工程左區(qū)與右區(qū)泄水建筑物、電站建筑物、通航建筑物、生態(tài)供水孔與魚道等部位的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了研究。針對左區(qū)泄水閘頂部啟閉機(jī)房進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在泄水閘4號與6號孔之間、2號與3號孔之間設(shè)置鋼平臺，頂部做鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房。結(jié)果表明，孤山航電樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計成果滿足要求。研究成果可為同類工程的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)； 閘門設(shè)計； 船閘布置； 鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房； 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號：TV34

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.003

文章編號：1006-0081（2023）06-0016-07

0 引 言

加快漢江高等級航道建設(shè)、提高漢江水運(yùn)競爭能力，是推進(jìn)長江水系中部區(qū)域水運(yùn)業(yè)跨越式戰(zhàn)略發(fā)展的要求，也是完善漢江上游地區(qū)綜合運(yùn)輸體系、建設(shè)“兩型”社會、實(shí)現(xiàn)國家航運(yùn)發(fā)展戰(zhàn)略及可持續(xù)發(fā)展的需要。孤山航電樞紐工程位于漢江干流，具有發(fā)電、航運(yùn)及防洪等綜合效益。

在水利水電工程中，泄水閘常用弧形工作門，但由于孤山航電樞紐泄流能力要求高，且孤山汛期水庫調(diào)度方式受下游丹江口水庫回水、上游白河電站泄洪影響等多種因素制約，孤山航電樞紐的泄洪調(diào)度方式須靈活多變。針對上述問題，對孤山航電樞紐泄水閘布置做了優(yōu)化設(shè)計。右區(qū)泄水閘工作門采用弧形閘門擋水，左區(qū)泄水閘工作門采用平板閘門擋水。左區(qū)泄水閘頂部設(shè)有工作門固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)房，一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但根據(jù)水工專業(yè)布置，左區(qū)泄水閘壩頂啟閉機(jī)排架混凝土分縫長度按常規(guī)要求只能設(shè)置為兩聯(lián)孔，因此需要在泄水閘壩頂設(shè)置簡支梁分縫。由于簡支梁正彎矩較大，按常規(guī)設(shè)計普通鋼筋混凝土梁無法滿足強(qiáng)度要求，故在泄水閘兩聯(lián)孔之間設(shè)置鋼平臺連接，既能滿足設(shè)備布置的功能要求，也便于安裝施工。本文對發(fā)電、航運(yùn)及防洪等功能結(jié)合的金屬結(jié)構(gòu)布置方案進(jìn)行了研究，具有實(shí)際意義。

1 工程概況

孤山航電樞紐位于漢江干流夾河至丹江口樞紐回水末端河段內(nèi)，上距白河梯級壩址35 km，下距丹江口樞紐壩址179 km，是一座具有發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益的水電樞紐工程。壩址控制流域面積60 440 km2，多年平均流量783 m3/s，多年平均年徑流量247億m3。電站正常蓄水位為177.23 m，死水位為175.0 m，總庫容為2.08億m3，裝機(jī)容量180 MW［1-2］。

孤山航電樞紐河段現(xiàn)狀航道標(biāo)準(zhǔn)為Ⅶ級。根據(jù)交通部門的規(guī)劃，遠(yuǎn)期規(guī)劃航道等級為Ⅳ級，通航500 t級一頂二駁雙排單列船隊。

孤山航電樞紐永久建筑物由船閘、泄水閘、水電站廠房、生態(tài)放水閘、魚道、兩岸混凝土擋水壩等組成，根據(jù)GB 50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、JTS 182-1-2009《渠化工程樞紐總體設(shè)計規(guī)范》、DL 5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》，確定孤山航電樞紐為Ⅱ等大（2）型工程，其主要建筑物級別：通航建筑物閘首及閘室、泄水閘、生態(tài)放水閘、電站廠房及兩岸混凝土擋水壩為2級建筑物，魚道為3級建筑物，船閘上下游導(dǎo)航設(shè)施、靠船墩等次要建筑物及臨時建筑物圍堰等為4級建筑物。

2 泄水建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 泄水建筑物閘門

泄水建筑物分左、右兩區(qū)，共布置18個敞孔型式的孔口，其中左區(qū)布置7孔、右區(qū)布置11孔。左區(qū)孔口凈寬均為16 m，底坎高程157.00 m；右區(qū)孔口凈寬均為15 m，底坎高程158.10 m。左區(qū)順?biāo)飨蚍謩e布置有平面檢修疊梁門和平面工作門，右區(qū)順?biāo)飨蚍謩e布置有平面事故檢修門和弧形工作門［3］。當(dāng)小流量洪水泄流時，采用右區(qū)弧形工作閘門控泄，當(dāng)下泄流量加大時，下游水位相應(yīng)抬高，上下游水位差降低，此時逐步開啟左區(qū)平板門泄洪，可滿足孤山航電樞紐泄洪消能的要求，并減少泄洪消能對下游的影響；同時，由于部分采用平板門，可有效減少壩線長度和工程量。右區(qū)泄水閘金屬結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2.1.1 泄水閘檢修門

左區(qū)泄水閘共7孔，共用1扇平面檢修門（疊梁），孔口寬16.0 m，露頂布置。底坎高程157.00 m，按正常蓄水位177.23 m設(shè)計，設(shè)計水頭20.23 m。閘門操作方式為靜水啟閉，由壩頂2×2 000/350 kN雙向門機(jī)主鉤帶液壓自動掛脫梁操作。檢修閘門平時分節(jié)鎖定在門槽頂部。

右區(qū)泄水閘11孔共設(shè)置1扇事故檢修閘門，用于右區(qū)弧形工作閘門緊急事故處理和檢修。孔口尺寸15.00 m×19.13 m（寬×高），底坎高程158.10 m，按正常蓄水位177.23 m設(shè)計，設(shè)計水頭19.13 m。閘門的操作方式為動水閉門、節(jié)間充水平壓啟門，由閘頂2×2 000/350 kN門式啟閉機(jī)通過液壓自動掛脫梁操作啟閉。

2.1.2 泄水閘工作門

左區(qū)7個泄水孔，設(shè)7扇平面定輪工作門，孔口寬16.0 m，露頂布置。底坎高程157.00 m，按正常蓄水位177.23 m設(shè)計，設(shè)計水頭20.23 m，閘門支承型式為定輪，止水、面板均布置在上游側(cè)，雙吊點(diǎn)，由2×3 200 kN固定式卷揚(yáng)機(jī)控制操作。左區(qū)平面定輪閘門結(jié)合右區(qū)弧門控泄情況，逐一全開全關(guān)（由于平板門局部開啟時存在門槽空蝕、閘門振動，小開度時閘門振動更嚴(yán)重，因而采用全開全關(guān)方式啟閉）。

右區(qū)11個泄水孔，設(shè)11扇弧形工作門，孔口寬15.0 m，露頂布置。按正常蓄水位177.23 m設(shè)計，設(shè)計水頭19.13 m，底坎高程158.10 m，支鉸高程179.10 m，弧面半徑27 m，閘門為雙主橫梁，斜支臂，雙吊點(diǎn)，支鉸型式為球鉸。由2×3 600 kN液壓啟閉機(jī)控制操作。閘門動水啟閉，可以局部開啟以調(diào)節(jié)過閘流量。一旦水位高于正常蓄水位，閘門全開敞泄。

根據(jù)孤山下游水位情況，2017年1～3月下游水位均低于159.60 m，因此枯水期采用在泄水孔下游處設(shè)置臨時圍堰與上游事故檢修門配合使用的方式檢修孤形閘門埋件或泄水孔道，臨時圍堰擋水水頭不大于1.5 m。

2.2 泄水建筑物啟閉設(shè)備

2.2.1 泄水閘閘頂門機(jī)

泄水閘閘頂設(shè)1臺容量為2×2 000/350 kN雙向門機(jī)（帶回轉(zhuǎn)吊），門機(jī)主要由主小車、門架、回轉(zhuǎn)吊、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、防風(fēng)裝置、電氣設(shè)備和軌道等組成。主小車為雙吊點(diǎn)，額定起重量2×2 000 kN，總揚(yáng)程45.0 m，壩上揚(yáng)程17.0 m；門機(jī)回轉(zhuǎn)吊布置在門架下游側(cè)左邊，回轉(zhuǎn)吊起重量350 kN，幅度18.0 m；門機(jī)軌距10.0 m。門機(jī)主鉤帶專用液壓自動掛脫梁用以操作泄水閘左區(qū)檢修疊梁門、右區(qū)事故檢修門以及船閘上閘首檢修門，門機(jī)回轉(zhuǎn)吊主要用作弧形工作門和液壓啟閉機(jī)的安裝檢修以及壩面上零星物品的吊運(yùn)。左區(qū)泄水閘金屬結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

2.2.2 右區(qū)弧形工作門液壓啟閉機(jī)

右區(qū)11孔泄洪弧形工作門的操作按一門一機(jī)布置啟閉機(jī)，共設(shè)11臺（套）雙缸液壓啟閉機(jī)，閘門可局部開啟。液壓啟閉機(jī)主要由油缸總成、支座、液壓泵站、液壓管件、埋件以及電氣控制系統(tǒng)組成。液壓啟閉機(jī)額定啟門力為2×3 600 kN，工作行程13.55 m，油缸支鉸中心布置在閘室閘墻側(cè)面188.10 m高程，液壓泵站布置在閘墩189.50 m高程，啟閉機(jī)支承和吊頭與閘門吊耳的連接均采用自潤滑軸承鉸接。

2.2.3 左區(qū)工作門固定式卷揚(yáng)機(jī)

左區(qū)7個平面定輪工作門按一門一機(jī)布置啟閉機(jī)，共設(shè)7臺（套）固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)，閘門全開全關(guān)啟閉操作。啟閉機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、機(jī)架、埋件以及電氣控制系統(tǒng)組成。固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)額定啟門力為2×3 200 kN，工作揚(yáng)程35.0 m，啟閉機(jī)設(shè)在排架212.20 m高程機(jī)房內(nèi)，機(jī)房上方設(shè)100 kN移動式電動葫蘆檢修吊。

3 電站建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

電站安裝4臺燈泡貫流式機(jī)組，從上游進(jìn)水口至下游出水口依次設(shè)置有進(jìn)口攔污柵、上游檢修門和尾水事故檢修門。

壩頂進(jìn)口188.00 m高程設(shè)置2×1 600/2×500/200/80 kN 的雙向門機(jī)1臺，門機(jī)主起升借助液壓自動掛脫梁對上游檢修閘門進(jìn)行啟閉操作，門機(jī)副起升借助液壓自動掛脫梁對攔污柵和清污設(shè)備進(jìn)行啟閉操作，回轉(zhuǎn)吊用于操作清污抓斗及吊運(yùn)壩面上零星物品。電站進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置見圖3。

電站尾水平臺186.00 m高程設(shè)置1臺2×2 500 kN單向門機(jī)1臺，門機(jī)主起升借助液壓自動掛脫梁對尾水事故檢修閘門進(jìn)行啟閉操作［4］。電站尾水金屬結(jié)構(gòu)布置如圖4所示。

3.1 電站建筑物閘門

3.1.1 電站進(jìn)水口攔污柵

每臺機(jī)組的進(jìn)水口由中隔墩分隔成兩個攔污柵孔，孔口寬度6.45 m，底坎高程139.60 m，柵條按2 m水位差設(shè)計，梁系按4 m水位差設(shè)計。共設(shè)9套直面活動式攔污柵（其中1套作為備用柵），由廠房壩段壩頂?shù)?臺容量為2×1 600/2×500/200/80 kN雙向門機(jī)副起升通過借助液壓自動掛脫梁操作，停機(jī)提柵清污。備用柵平時放置在攔污柵庫內(nèi)。

3.1.2 電站進(jìn)水口檢修疊梁

電站進(jìn)水口布置4孔，設(shè)4扇平面檢修疊梁門（參與施工期擋水）。閘門孔口尺寸14.7 m×16.5 m （寬×高），底檻高程139.60 m，設(shè)計水頭41.40 m，總水壓力81 833 kN。閘門靜水啟閉，平壓閥充水平壓后，通過2×1 600/2×500/200/80 kN雙向門機(jī)主鉤借助液壓自動掛脫梁操作。閘門平時存放于壩頂門庫內(nèi)，在門庫內(nèi)檢修。

3.1.3 電站尾水事故閘門

電站4臺機(jī)組布置4個尾水出口，共設(shè)置4扇事故閘門。事故閘門用于機(jī)組事故下門和檢修擋水，并考慮機(jī)組安裝期間擋水工況?？卓诔叽?3.76 m×11.24 m（寬×高），底坎高程141.68 m。電站尾水出口最低尾水位158.57 m，最高設(shè)防尾水位178.60 m（5%施工期校核洪水位）。事故下門工況最大閉門操作水頭18.66 m，最大擋水水頭36.92 m。尾水事故閘門動水閉門，平壓閥充水平壓后，靜水啟門。由設(shè)于尾水平臺上容量為2×2 500 kN的門機(jī)借助專用自動掛脫梁操作。尾水事故閘門平時鎖定在門槽頂部，閘門檢修在尾水平臺上進(jìn)行。

3.2 電站建筑物啟閉設(shè)備

3.2.1 進(jìn)水口壩頂門機(jī)

電站進(jìn)口壩頂設(shè)1臺2×1 600/2×500/200/80 kN雙向門機(jī)（帶回轉(zhuǎn)吊），門機(jī)主要由主小車、門架、回轉(zhuǎn)吊、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、防風(fēng)裝置、電氣設(shè)備和軌道等組成。主小車為雙吊點(diǎn)，額定起重量2×1 600 kN，總揚(yáng)程60.0 m，壩上揚(yáng)程15.0 m；門機(jī)回轉(zhuǎn)吊布置在門架上游側(cè)右邊，回轉(zhuǎn)吊起重量200 kN，幅度9.0 m，總揚(yáng)程62.0 m，壩上揚(yáng)程13.0 m；門機(jī)軌距10.0 m。門機(jī)主起升借助液壓自動掛脫梁對上游檢修閘門進(jìn)行啟閉操作，門機(jī)副起升借助液壓自動掛脫梁對攔污柵和清污設(shè)備進(jìn)行啟閉操作，回轉(zhuǎn)吊用于操作清污抓斗以及壩面上零星物品的吊運(yùn)。

3.2.2 尾水門機(jī)

電站出口尾水平臺設(shè)1臺容量為2×2 500 kN的單向門機(jī)，門機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、門架、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、防風(fēng)裝置、電氣設(shè)備和軌道等組成。起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)，額定起重量2×2 500 kN，總揚(yáng)程55.0 m，壩上揚(yáng)程9.5 m；門機(jī)軌距10.0 m。門機(jī)起升機(jī)構(gòu)借助專用液壓自動掛脫梁以操作尾水事故閘門。

4 生態(tài)供水孔與魚道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

生態(tài)供水孔布置在生態(tài)放水閘壩段，共1孔。進(jìn)口段順?biāo)鞣较蛞来尾贾?扇檢修門和1扇工作門。檢修門孔口尺寸5.00 m×9.23 m（寬×高），閘門型式為露頂式平面滑動門，底坎高程168.00 m，設(shè)計水位177.23 m，設(shè)計水頭9.23 m，靜水啟閉。工作門孔口尺寸5.0×10.0 m（寬×高），閘門型式為潛孔式平面定輪門，底坎高程168.00 m，設(shè)計水位184.95 m，設(shè)計水頭16.95 m，動水啟閉。檢修門和工作門由閘頂2×1 600/2×500/200/80 kN門式啟閉機(jī)通過液壓自動掛脫梁操作啟閉。

魚道凈寬為2.5 m，下游進(jìn)魚口工作水位為158.55～164.87 m，上游出魚口工作水位為175.00～177.23 m。共設(shè)有10扇平面定輪門、補(bǔ)水管（內(nèi)徑1 000 mm，管長460 m）及7套直徑1 000 mm的蝶閥。各平板門下落關(guān)閉時最大水頭差按2.5 m考慮。每扇閘門布置1臺固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉操作，啟閉機(jī)布置在閘門的上方高排架上。

5 通航建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

船閘系統(tǒng)閘室有效尺寸為120.0 m×23.0 m×3.0 m（長×寬×檻上水深，下同）。上閘首主要設(shè)備有事故檢修閘門兼擋水門、人字閘門及啟閉機(jī)；廊道進(jìn)水口布置在上閘首前沿兩側(cè)，依次設(shè)攔污柵、充水廊道上游檢修門、充水廊道工作閥門及啟閉機(jī)械、充水廊道下游檢修閥門。下閘首設(shè)人字閘門及啟閉機(jī)、檢修疊梁門；泄水廊道依次設(shè)泄水廊道上游檢修閥門、泄水廊道工作閥門及啟閉機(jī)械、泄水廊道下游檢修閥門。上閘首共用泄水閘的2×2 000/350 kN雙向門機(jī)操作事故檢修閘門兼擋水門；沿閘室設(shè)有2×630 kN門機(jī)，用以操作下閘首檢修疊梁門和充泄水廊道檢修門。船閘金屬結(jié)構(gòu)布置如圖5所示。

5.1 通航建筑物閘門設(shè)計

5.1.1 上閘首設(shè)備

通航建筑物為單線一級船閘，有效尺寸120.0 m×23.0 m×3.0 m，當(dāng)庫水位高于上游最高通航水位時，船閘封航，上閘首事故檢修閘門及廊道充水工作閥門擋水，最高擋水水位185.20 m。

上閘首底板高程172.00 m，順?biāo)饕来卧O(shè)有事故檢修閘門和人字閘門各1套，孔口凈寬23.0 m。工作門為人字門，設(shè)計水頭5.23 m，主橫梁式結(jié)構(gòu)，支、枕墊為連續(xù)式，由設(shè)在閘頂容量為2×800 kN的臥式擺缸液壓啟閉機(jī)操作。人字閘門連接推拉點(diǎn)設(shè)在閘門頂部。事故檢修閘門擋水水位185.20 m，設(shè)計水頭為13.20 m，檢修閘門共分5節(jié)，底部2節(jié)通過穿銷連接形成整體，可動水事故下門；上部3節(jié)為疊梁，參與擋水。支承型式為滑塊，止水、面板均布置在上游側(cè)，共用泄水閘2×2 000/350 kN門機(jī)，門機(jī)借助液壓自動掛脫梁啟閉上閘首事故檢修閘門。船閘上閘首金屬結(jié)構(gòu)布置如圖6所示。

5.1.2 下閘首設(shè)備

下閘首順?biāo)饕来卧O(shè)有人字工作門和檢修疊梁門，底板高程均為155.20 m，孔口凈寬12.0 m。工作門為人字門，設(shè)計水頭19.03 m，由設(shè)在閘頂容量為2×1 600 kN的臥式擺缸液壓啟閉機(jī)操作。人字閘門連接推拉點(diǎn)設(shè)在閘門頂部。檢修疊梁門擋水水位168.38 m，設(shè)計水頭13.98 m，支承型式為滑塊，止水、面板均布置在下游側(cè)，由下閘首閘頂1臺容量為2×630 kN門機(jī)借助液壓自動掛脫梁啟閉下閘首檢修疊梁門。船閘下閘首金屬結(jié)構(gòu)布置如圖7所示。

5.1.3 充泄水系統(tǒng)閥門

充水廊道設(shè)攔污柵2扇（左、右各1扇），工作閥門2扇（左、右各1扇）及檢修閥門4扇（左、右各2扇）。攔污柵設(shè)置在進(jìn)口處，工作閥門的上下游各設(shè)檢修閥門1扇。攔污柵為平面固定式，底坎高程158.20 m，柵孔尺寸4.8 m×6.7 m（寬×高），設(shè)計水頭4 m。充水廊道工作閥門為反弧門，底坎高程為145.80 m，孔口尺寸為3.0 m×3.6 m（寬×高），操作水頭為19.03 m，擋水水頭39.4 m，采用容量1 500 kN液壓啟閉機(jī)接吊桿操作。充水廊道上游檢修閥門底坎高程為158.20 m，孔口尺寸為3.0 m×4.0 m（寬×高），擋水水頭為19.03 m，共用泄水閘容量為2×2 000/350 kN的門機(jī)操作，靜水啟閉。充水廊道下游檢修門底坎高程為145.80 m，孔口尺寸3.0 m×4.0 m（寬×高），擋水水頭為24.00 m，靜水啟閉，采用2×630 kN門機(jī)進(jìn)行啟閉操作。

泄水廊道設(shè)有工作閥門2扇（左、右各1扇），檢修門4扇（左、右各2扇）。與充水廊道同，泄水廊道工作閥門的上下游各設(shè)檢修門1扇。泄水廊道工作閥門為反弧門，底坎高程為143.80 m，孔口尺寸3.0 m×3.6 m（寬×高），操作水頭為20.23 m，采用容量1 500 kN液壓啟閉機(jī)接吊桿操作。泄水廊道上游檢修門底坎高程為143.80 m，孔口尺寸為3.0 m×4.0 m（寬×高），擋水水頭為33.43 m，靜水啟閉。泄水廊道下游檢修門底坎高程為143.80 m，孔口尺寸3.0 m×4.0 m（寬×高），擋水水頭為26.00 m，靜水啟閉。泄水廊道上下游檢修門均為平面滑動門，通過吊桿連接至閘頂，采用2×630 kN門機(jī)進(jìn)行啟閉。

5.2 通航建筑物啟閉機(jī)設(shè)計

5.2.1 船閘液壓啟閉機(jī)

上閘首人字門由設(shè)在閘頂、容量為2×800 kN的臥式擺缸液壓啟閉機(jī)操作，工作行程約5.0 m，并在啟閉機(jī)上游側(cè)設(shè)有人字門全開位手動鎖定插銷裝置。

上閘首充水廊道反弧門由設(shè)在閘頂、容量為1 000 kN的立式擺缸液壓啟閉機(jī)操作，工作行程約4.0 m，啟閉機(jī)連接吊桿并通過導(dǎo)向滑槽、中間抱箍導(dǎo)向裝置與反弧門吊耳鉸連接。

下閘首人字門由設(shè)在閘頂、容量為2×1 600 kN的臥式擺缸液壓啟閉機(jī)操作，工作行程約5.0 m，并在啟閉機(jī)上游側(cè)設(shè)有人字門全開位手動鎖定插銷裝置。

下閘首泄水廊道反弧門由設(shè)在閘頂容量為1 000 kN的立式擺缸液壓啟閉機(jī)操作，工作行程約4.0 m，啟閉機(jī)連接吊桿并通過導(dǎo)向滑槽、中間抱箍導(dǎo)向裝置與反弧門吊耳鉸連接。

5.2.2 船閘門式啟閉機(jī)

船閘閘頂設(shè)置1臺2×630/50/50 kN雙向門式啟閉機(jī)，裝設(shè)在閘頂181.00 m高程上。門機(jī)主鉤雙吊點(diǎn)借助液壓自動掛脫梁操作船閘下閘首檢修疊梁門，門機(jī)主鉤單吊點(diǎn)借助專用吊具操作船閘上閘首廊道下游檢修門及船閘下閘首廊道上、下游檢修門。門機(jī)還用于檢修人字門、上下閘首廊道工作閥門、浮式系船柱時的起吊操作。50 kN電動葫蘆用于檢修時吊運(yùn)小件及其它零星物品。門機(jī)主鉤雙吊點(diǎn)中心連線與門槽中心線平行、與門機(jī)大車軌道垂直布置，門機(jī)軌距為29.0 m，大車走行距離約155 m；在門架主梁上、下游方向外側(cè)通長布置工字型軌道，其上各懸掛50 kN電動葫蘆（共2臺），可沿左、右岸方向通長走行，滿足檢修時吊運(yùn)小件及其他零星物品的要求。

6 左區(qū)泄水閘鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房

左區(qū)泄水閘頂部布置有2×3 200 kN的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)機(jī)房。根據(jù)水工專業(yè)布置，左區(qū)7孔泄水閘壩頂啟閉機(jī)排架混凝土分縫長度按常規(guī)要求只能設(shè)置為兩聯(lián)孔，因此需要分別在船閘壩段和5號泄水閘孔設(shè)置簡支梁分縫。由于簡支梁正彎矩較大，普通鋼筋混凝土梁無法滿足強(qiáng)度要求。為保證啟閉機(jī)房整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定和便于啟閉機(jī)的檢修與維護(hù)及機(jī)房幕墻的外觀造型設(shè)計，在泄水閘4號與6號孔之間設(shè)置左區(qū)泄水閘啟閉機(jī)房5號孔鋼平臺連接，在泄水閘2號與3號孔之間設(shè)置左區(qū)泄水閘啟閉機(jī)房船閘鋼平臺連接，將整個左區(qū)泄水閘頂部的啟閉機(jī)房平臺聯(lián)通，再以鋼結(jié)構(gòu)為框架支撐，外部由建筑做造型。鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房安裝高程為212.20 m，機(jī)房高9.0 m，寬11.5 m，機(jī)房總長約為182 m。機(jī)房內(nèi)布置有2×3 200 kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)及其附屬設(shè)備，100 kN電動葫蘆單梁檢修吊，電纜橋架，消防主水管等。啟閉機(jī)房下游側(cè)留2.5 m寬的觀光通道。左區(qū)泄水閘啟閉機(jī)房5號孔及船閘鋼平臺設(shè)計主要計算成果如表1所列。由表1可知，左區(qū)泄水閘啟閉機(jī)房5號孔及船閘鋼平臺的設(shè)計強(qiáng)度及剛度滿足要求［5］。

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的啟閉機(jī)房進(jìn)行如下對比。

（1） 啟閉機(jī)房布置在排架柱上，結(jié)構(gòu)尺寸受限制，啟閉機(jī)房內(nèi)設(shè)備布置空間緊張。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱截面比鋼結(jié)構(gòu)要大很多，會占用更多啟閉機(jī)房設(shè)備布置的空間，使設(shè)備布置更加困難。鋼結(jié)構(gòu)主梁截面僅為400 mm×400 mm，占用設(shè)備布置空間較少，啟閉機(jī)房的有效利用面積大。

（2） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因現(xiàn)場施工周期長，受氣候條件影響較大，在惡劣天氣環(huán)境下的施工質(zhì)量難以得到保證。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造可在車間內(nèi)進(jìn)行，有利于保證加工質(zhì)量，基本可以不受自然條件影響，生產(chǎn)及安裝的機(jī)械化程度高，且鋼結(jié)構(gòu)安裝簡便，施工周期短，可相應(yīng)減少基礎(chǔ)的建設(shè)費(fèi)用，具有較高的性價比。

（3） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截面剛度大，延展性及抗震性能比鋼結(jié)構(gòu)形式差［6］。鋼結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度高、延性好，對抗震有很好的適應(yīng)性和優(yōu)越性。

（4） 因啟閉機(jī)房外部要求做造型，以使整體結(jié)構(gòu)更美觀，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不便于施工；鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房可直接在鋼梁表面焊接支撐，做各種形式的幕墻，美化外部結(jié)構(gòu)。

（5） 2號泄水孔與3號泄水孔之間有跨度為43.2 m的船閘，設(shè)計鋼筋混凝土的平臺十分困難，而用鋼結(jié)構(gòu)可設(shè)計大跨度平臺，將整個左區(qū)泄水閘連通，以便100 kN電動葫蘆單梁檢修吊可以檢修所有固卷。

綜上所述，左區(qū)泄水閘頂部選擇做鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房，更能滿足設(shè)備布置的功能要求，安裝施工更加簡單，自重更輕，機(jī)房下方土建排架柱受力更好，整體結(jié)構(gòu)更加美觀。

7 結(jié) 語

漢江孤山航電樞紐從左至右總體布置格局依次為左岸非溢流壩段、船閘、左區(qū)泄水閘、生態(tài)放水閘（縱向圍堰）壩段、右區(qū)泄水閘、電站廠房及右岸非溢流壩段。通過對比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)，確定左區(qū)泄水閘頂部采取鋼結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房的方案。截至2022年，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)展和設(shè)計成果滿足要求；同時，通過設(shè)計優(yōu)化，安全有效地控制了工程投資規(guī)模。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 肖浩波，陳連軍，向光紅，等.孤山航電樞紐工程布置研究［J］.人民長江，2022，53（增2）：80-82.

［2］ 陳舞，陳剛，羅承昌，等.孤山航電樞紐電站建筑物設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.人民長江，2022，53（增2）：76-79.

［3］ 楊逢堯，魏文煒.水工金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［4］ 《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［5］ 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［6］ 尹喜平.建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中的質(zhì)量控制要點(diǎn)研究［J］.江西建材，2018（3）：72，82.

（編輯：江 燾，高小雲(yún)）

Metal structure design of Gushan Navigation and Hydropower Project

HAN Zhengguang1，DONG Shichao2

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；

2.Hanjiang Gushan Hydropower Development Co.，Ltd.，Shiyan 442600，China）

Abstract：

In order to optimize the metal structure layout of Gushan Navigation and Hydropower Project， as well as to improve the comprehensive benefits of such project， the metal structure design of the left and right sides of the project， such as drainage structures， power station buildings， navigation structures， ecological water supply holes， and fishways was studied.The optimization design was conducted for the hoist room at the top of the left sluice gate.A steel platform was provided between the No.4 and No.6 holes of the sluice gate， as well as between the No.2 and No.3 holes of the sluice gate separately.A steel structure hoist room was built on the top.The results showed that the metal structure design of Gushan Navigation and Hydropower Project met the design requirements.This result can provide a reference for the design of metal structures in similar projects.

Key words：

metal structure; gate design; arrangement of ship lock; steel structure hoist room; Gushan Navigation and Hydropower Project