峽江水利樞紐引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計

徐 強

峽江水利樞紐引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計

徐 強

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計院，江西 南昌 330029）

文章主要介紹了峽江水利樞紐工程電站進(jìn)口攔污柵、檢修門、尾水事故檢修門及清污機和啟閉設(shè)備的選型布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點。

峽江水利樞紐；發(fā)電系統(tǒng)；金屬結(jié)構(gòu)；布置；設(shè)計

峽江水利樞紐工程位于江西省吉安市峽江縣境內(nèi)贛江中游河段，壩址下游距峽江老縣城巴邱鎮(zhèn)6km，是一座以防洪、發(fā)電、航運為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。壩頂高程51.2m，最大壩高22.1m，壩軸線總長845.0m。樞紐工程主要建筑物設(shè)計洪水500年一遇，校核洪水2000年一遇。河床式電站廠房布置于樞紐右岸，共安裝9臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，裝機容量360MW，多年平均發(fā)電量11.44×108kW·h，保證出力44.09MW。

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程主要包括有引水發(fā)電系統(tǒng)、泄水閘系統(tǒng)、船閘系統(tǒng)、魚道系統(tǒng)和灌溉渠首5部分的閘門、攔污柵、清污機、啟閉機組成，金屬結(jié)構(gòu)總工程量約19109t。

1 設(shè)計依據(jù)

峽江水利樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計是根據(jù)峽江水利樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)初步設(shè)計報告及初步設(shè)計審查意見、《水電水利工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5013-95）、《水電水利工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5167-2002）、《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL 105-2007）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017-2003）、《起重機設(shè)計手冊》等有關(guān)規(guī)程規(guī)范以及補充修改部分進(jìn)行。金屬結(jié)構(gòu)主要材料采用Q345B和ZG340-640。

2 引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)總體布置

電站廠房共裝有9臺貫流式燈泡機組，單機容量為40MW。壩下游校核（P=0.2%）洪水位46.62m、設(shè)計（P=1%）洪水位45.32m、正常尾水位（9臺機發(fā)電）36.61m，二臺機發(fā)電尾水位33.0m。

引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置主要根據(jù)機組特點、水工結(jié)構(gòu)、流道布置及對金屬結(jié)構(gòu)功能要求進(jìn)行。電站進(jìn)水口設(shè)置了18套16.2m×33.0m-4m（寬×高-水頭）垂直活動式鋼柵，由壩頂QM-2×250kN雙向門機通過液壓自動抓梁啟閉兼清污。

柵槽下游側(cè)設(shè)3扇16.2m×19.58m-31.95m疊梁檢修閘門，并配置MQ-2×1250kN單向門機通過液壓自動抓梁啟閉。電站尾水出口設(shè)置9扇16.2m ×13.6m-36.22m事故檢修閘門，采用MQ-2×2000kN單向門機通過液壓自動抓梁啟閉。

在施工圖階段對金屬結(jié)構(gòu)總體布置還進(jìn)行了一些優(yōu)化。如進(jìn)口攔污柵設(shè)兩臺雙向門式清污機互為備用，每臺門機配置1套液壓自動抓梁用于起吊攔污柵，配置1套液壓清污抓斗用于攔污柵清污。檢修閘門和尾水檢修閘門兩臺單向門機統(tǒng)一采取溝式滑觸線供電方式，避免大量電纜影響整體效果。尾水設(shè)置檢修平臺降低門機揚程及總體高度等。

引水發(fā)電系統(tǒng)部分金屬結(jié)構(gòu)總重約9811t，攔污柵重約1381t，閘門重約6026t，門（柵）槽埋件重約1468t，清污機、啟閉設(shè)備（含自動抓梁）重約608t，鎖定裝置、軌道重約328t。

3 進(jìn)口攔污柵及啟閉、清污設(shè)備

引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水口流道尺寸較大，寬度為16.2m，底檻高程為14.05m，閘頂高程為51.2m。為了使通過攔污柵斷面的平均出水流速滿足不大于1.2m/s的要求，攔污柵的總體布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計從以下幾個方面進(jìn)行了考慮。

（1）為減小攔污柵跨度、結(jié)構(gòu)尺寸及啟閉、清污設(shè)備的規(guī)模，在每臺機組進(jìn)水流道前段設(shè)置中隔墩，使9臺機組進(jìn)水流道前段形成18個孔口，有效擴大了過流面積。

（2）初設(shè)階段曾考慮在電站進(jìn)水口上游設(shè)置攔污浮排，但按照進(jìn)水口上游庫岸地形布置浮排軸線很長，軸線與流向夾角很大，因此，施工圖階段未采用攔污浮排方案，而采用兩臺清污門機方案。設(shè)置兩臺雙向門式液壓抓斗清污機進(jìn)行清污和啟閉，門機設(shè)液壓自動抓梁起吊，以便啟閉攔污柵也可連接液壓抓斗清污。兩臺清污機可同時使用，亦可互為備用，可有效減輕柵前污物擁堵。

（3）攔污柵及柵條結(jié)構(gòu)設(shè)計水頭差為4.0m，并在柵體前后設(shè)置測量水位差的差壓計，以便監(jiān)測攔污柵前后的水位壓差是否超過設(shè)計值。

（4）為了縮短攔污柵的啟閉時間，將兩節(jié)柵體間用銷軸連成1組作為一個啟閉單元。攔污柵結(jié)構(gòu)設(shè)計時為盡量降低水頭損失，除盡量加大柵條間距外，采取了如圓鋼管結(jié)構(gòu)斜撐，主梁翼緣盡可能窄小，只設(shè)一根中間縱梁，主要材料采用容許應(yīng)力更高的Q354-B等一系列措施。同時，支承滑塊采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復(fù)合材料滑塊。

18孔共設(shè)18扇攔污柵，每扇攔污柵分為10節(jié)，每節(jié)高3.3m，攔污柵全高33.0m。各節(jié)攔污柵均采用“工”字形組合截面的雙主梁，柵條凈距250 mm。雙向清污門機連接液壓抓斗，通過抓斗導(dǎo)向槽清污，連接液壓自動抓梁啟閉攔污柵。

清污機的主要技術(shù)參數(shù)：額定啟門力 2×250 (kN)，總（軌上）起升高度44（7.5）m軌距4.5 m，液壓清污抓斗起升荷載 2×40( kN），抓斗容量8 m3，單抓斗清污寬度8.6 m，水下清污深度38 m。清污機安裝高程51.2m。

4 進(jìn)口檢修閘門及啟閉設(shè)備

機組進(jìn)水流道后段末設(shè)置檢修閘門，9臺機組(9孔流道)設(shè)置3扇檢修閘門共用，閘底坎高程為14.05m，閘孔尺寸為16.2m×19.58m，設(shè)計水頭31.95m，總水壓力70952kN。

檢修閘門采用分節(jié)式平面滑動鋼閘門，單扇閘門分6節(jié)，每節(jié)門高3.3 m。門體結(jié)構(gòu)基本相同，均采用3根變截面工字形主梁同層布置設(shè)計，止水和面板均設(shè)在下游側(cè)。主支承采用低摩阻復(fù)合材料滑道，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B。閘門結(jié)構(gòu)有如下特點。

（1）閘門邊柱頂?shù)锥嗽O(shè)承重板、門頂設(shè)節(jié)間定位銷可防止節(jié)間錯位，設(shè)抓梁定位銷以便抓梁自動穿軸裝置定位準(zhǔn)確。正向支承采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復(fù)合材料滑塊，反向支承采用彈性滑塊，止水為橡塑復(fù)合止水。主梁漏水孔處采用勁板補強。

（2）閘門每2節(jié)用銷軸連接成1組，作為啟閉和鎖定單元，不擋水時3扇閘門共為9組可分別鎖定于9孔閘頂槽內(nèi)。

（3）考慮檢修閘門需要靜水啟閉，故頂上兩節(jié)閘門間設(shè)長圓孔以便利用節(jié)間充水平壓，頂節(jié)門體動水小開度充水平壓后，各組（節(jié)）門體靜水開啟，便于閘門的操作運行管理。

（4）閘門兩端頂部位置設(shè)鎖定座板，以便閘門鎖定于51.2m平臺；同時，閘門鎖定采用自動翻轉(zhuǎn)鎖定梁，使閘門的操作更加省時、省力。

門槽型式為I型門槽，槽寬1.6m，深0.75m，寬深比為2.13。埋件包括主軌、反軌、側(cè)軌、鎖定梁及門楣和底坎。主、反軌均通至51.20m平臺，側(cè)軌頂部與鎖定梁埋件焊接有效保證承壓力。為確保閘門安全入槽，軌道頂部均設(shè)計成喇叭口形，便于導(dǎo)向。

檢修閘門靜水啟閉，門后設(shè)通氣孔，采用單向門式啟閉機配液壓自動抓梁啟閉。

啟閉設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)：額定啟門力2×1250(kN)，起升高度8.3(軌上)/42.5(總揚程)，軌距6m。門機安裝高程51.2m，采用溝式滑觸線的供電方式。

該工程檢修閘門布置較常規(guī)設(shè)計主要是增加了6扇臨時擋水閘門。

一方面是由于1期施工圍堰拆除時，第1臺機組安裝基本結(jié)束但尚未調(diào)試，因此，為了方便其余機組的安裝和所有機組的調(diào)試。

另一方面在機組安裝調(diào)試結(jié)束后其中18節(jié)用作泄水閘永久性檢修閘門，并可用于剩余幾孔弧形閘門的安裝、調(diào)試及檢修。再則另外的12節(jié)可改造后用于門庫上游段封堵閘門。這樣不僅僅節(jié)省了施工圍堰投資，更主要的是可使機組提早發(fā)電創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

臨時擋水閘門為分節(jié)式平面滑動鋼閘門，單扇閘門分6節(jié)，每節(jié)門高3.3m。上節(jié)門體按照臨時設(shè)備經(jīng)濟設(shè)計，施工結(jié)束后報廢處理；下面5節(jié)（6扇共30節(jié)）門體結(jié)構(gòu)與啟閉操作均與檢修閘門基本相同。泄水閘共18孔，孔口寬16m，為保證檢修閘門的通用，埋件支承寬度及止水中心寬與廠房進(jìn)口一致。為方便操作，臨時擋水閘門吊耳設(shè)計需適應(yīng)三種容量的自動抓梁，即廠房進(jìn)口2×1250(kN)單向門機、泄水閘2×630(kN)單向門機、門庫內(nèi)進(jìn)口2×500(kN)臺車式啟閉機。

5 尾水事故檢修閘門及啟閉設(shè)備

尾水平臺頂高程為48.0m，底檻高程為16.2m，閘門孔口尺寸為16.2m×13.6m。事故情況閘門閉門時上下游最大水頭差為13m；檢修情況閘門擋水位36.22m（8臺機組發(fā)電水位）；施工期閘門擋水位43.3 m。閘門總水壓力為14571kN。

燈泡機組有導(dǎo)葉自關(guān)閉及重錘關(guān)閉等可靠的防飛逸措施，為了進(jìn)一步提高運行的安全性，并滿足機組檢修需要，在尾水出口每孔設(shè)置1扇事故檢修閘門。

每孔一扇閘門的布置一是可替代圍堰用于機組安裝調(diào)試。

二是保證機組的檢修可多孔同時進(jìn)行。

三是為了操作方便，避免一門多孔需來回調(diào)運的操作空間及時間雙重需求。每扇閘門分4節(jié)，節(jié)高3.5m，節(jié)間采用銷軸連接，閘門總高14.0m。各節(jié)閘門結(jié)構(gòu)基本相同，均采用3根“工”字形組合變截面主梁，同層布置設(shè)計，面板和止水均設(shè)在上游側(cè)，止水為雙“P”頭橡皮，門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345-B。

尾水閘門布置與設(shè)計時做了如下優(yōu)化。

（1）考慮施工期機組安裝和調(diào)試、事故閉門時間要求，9扇閘門共設(shè)1臺單向門機配液壓自動抓梁操作。相較于固定卷揚式啟閉機的設(shè)計方案，門機方案不需要非常高的混凝土排架，使得壩面整潔美觀，且總體造價更加經(jīng)濟。為保證一臺門機9孔共用的使用效果，使閘門的及時調(diào)動響應(yīng)操作指令，門機平時停放在中間閘孔頂端待命，并采用溝式滑觸線的供電方式。

（2）鑒于門機初設(shè)總高度近25m，安裝施工難度極大，故在42.0 m設(shè)置了檢修平臺和鎖定裝置，從而降低了軌上揚程。同時，每孔一門的布置也避免了一門多用的操作空間要求，進(jìn)而保證了門機高度的降低，確保安裝施工方便可行。

（3）閘門邊柱頂?shù)锥嗽O(shè)承重板、門頂設(shè)節(jié)間定位銷、抓梁定位銷。止水采用橡塑復(fù)合止水，上游支承采用低磨阻、低彈性模量和較高強度復(fù)合材料滑塊，下游主支承為偏心軸線接觸簡支輪，采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承，有效降低閘門啟閉力。

（4）閘門平常鎖定于閘頂（高程48.0m）槽內(nèi)，檢修時鎖定在42.0m高程內(nèi)，兩個平臺均設(shè)置了兩座自動翻轉(zhuǎn)鎖定梁。

（5）閘門整扇動水閉門，靜水啟門，頂上兩節(jié)設(shè)長圓孔以便利用節(jié)間充水平壓，頂節(jié)門體動水小開度充水平壓后，各組（節(jié)）門體靜水開啟，便于閘門的操作運行管理。

門槽型式為I型門槽，槽寬1.7m，深0.85m，寬深比為2。埋件包括主軌、反軌、側(cè)軌、鎖定梁及門楣和底坎。主、反軌均為鑄鋼軌道，主、反、側(cè)軌均通至42.0m檢修平臺。為確保閘門安全入槽，軌道頂部均設(shè)計成喇叭口形，便于導(dǎo)向。

啟閉設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)：

起升機構(gòu)：額定啟門力2×2000(kN)，起升高度10.0(軌上)/28.5(總揚程)；

行走機構(gòu)：走行荷載2×1000(kN)，走行速度2.0～20 m/min，走行距離208 m，軌距6.5m，基距10 m。門機安裝高程48.0m，

6 結(jié) 語

工程于2010年7月開工建設(shè)，施工進(jìn)度迅速，第一機組即峽江首臺機組從9月1日一次并網(wǎng)發(fā)電成功，樞紐總體工程計劃于2015年8月竣工。引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)的總體布置型式與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，尤其是進(jìn)口臨時擋水閘門一門多用的設(shè)計方案對類似工程具有一定的借鑒意義。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.021

TV34

B

1008-1305（2014）05-0060-03

徐 強(1981年-)，男，工程師。