吉沙水电站金属结构布置及设计

李 胜，陈 红

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

吉沙水电站金属结构设备分别布置在泄水建筑物、引水建筑物及施工支洞部位，设有各种门槽、栅槽共7孔，各种闸门和拦污栅共11扇，各种启闭机6台，自动挂脱梁1套、起吊梁1套及清污耙斗1套。金属结构设备总工程量约242 t。

1 泄水建筑物金属结构设计

1.1 泄水建筑物金属结构布置

（1）泄洪冲沙底孔位于泄洪冲沙底孔坝段右侧，共1孔，底坎高程3 112.00 m，孔口宽3.0 m、高4.5 m。单独运行时用以冲沙清淤，汛期与表孔联合运行，宣泄洪水。其进口设置1道事故闸门，孔口尺寸为3 m×6.024 m(宽×高，下同)，设计水位为正常蓄水位3 132.00 m。事故闸门采用平面定轮闸门，启闭机采用400 kN固定卷扬式启闭机，布置在3 147.00 m高程的坝顶启闭机室内。平时该闸门用锁定梁锁定在闸门孔口上方。泄洪冲沙底孔出口处设置1套弧形工作闸门，设计水位及操作水位均为正常蓄水位3 132.00 m，支铰高程为3 118.00 m，弧面半径8 m。启闭机采用320 kN固定卷扬式启闭机，布置在3 130.00 m高程的启闭机室内。

（2）冲沙孔位于泄洪冲沙底孔坝段左侧，共1孔，底坎高程3 112.00 m，孔口宽度1.0 m。在冲沙孔从上游至下游分别布置1道事故闸门和1道工作闸门。事故闸门和工作闸门处的孔口尺寸均为1 m×1.5 m，设计水位为正常蓄水位3 132.00 m。工作闸门和事故闸门结构尺寸及形式完全相同，采用平面定轮闸门。事故闸门、工作闸门分别由1台160 kN固定卷扬式启闭机操作，均布置在3 147.00 m高程的坝顶启闭机室内。平时事故闸门用锁定梁锁定在闸门孔口上方。

1.2 泄洪冲沙底孔闸门及启闭机

（1）泄洪冲沙底孔事故闸门为单吊点平面定轮闸门。闸门支承跨度3.4 m，下游止水，止水跨度3.12 m，总水压力3 617.8 kN。整扇门叶在高度方向分为2个运输单元，均采用Q235-B材料，工地安装时再用焊接方法将各单元焊成整扇门叶。每节门叶布置4套主轮装置，整扇门共布置8套。主轮装置为简支式滚轮支承，轮径440 mm，滚轮采用ZG310-570材料。轴承采用双金属镶嵌自润滑轴承，轴径100 mm（即轴承内径）。该闸门操作方式为动闭静启，利用水柱动水下门，启门时利用设在门叶顶部φ200 mm的充水阀充水平压后启门，设计不平衡水位水位差为3 m。

（2）事故闸门采用400 kN固定卷扬式启闭机启闭。该启闭机为单吊点，由1台电动机驱动，直接通过销轴同闸门的吊耳连接。其主要由卷扬装置、动滑轮装置、定滑轮装置、小齿轮装置、平衡滑轮装置、高度显示及限位装置、位置限制开关、负荷显示及过载保护装置及机架等组成，额定启门力400 kN，扬程26 m，起升速度1.733 m/min，在启闭机室现地启闭闸门。

（3）泄洪冲沙底孔工作闸门采用双主横梁、直支臂、圆柱铰、Q235-B焊接结构的弧形闸门。闸门设计总水压力3 375.8 kN。面板外缘半径为8 m，门叶结构整节制造。主横梁、直支臂均为工字形断面，在横向平面内构成п框架。上、下两支臂在纵向平面内构成V形框架。支铰轴直径为280 mm，材料为40Cr，支铰轴承采用铜基镶嵌自润滑轴承。闸门侧水封采用1道P60-B型橡塑复合水封，底水封采用平面水封，顶水封除门体顶部设1道P60-A型水封之外，在门楣埋件上设置1道Ω型水封。闸门运行工况为全关、全开和局部开启3种。在门叶梁格中浇注质量约10 t的铁砂混凝土配重，以便闸门顺利闭门。

（4）工作闸门采用320 kN固定卷扬式单吊点启闭机启闭，由1台电动机驱动，直接通过销轴同闸门的吊耳连接。其结构主要由卷扬装置、动滑轮装置、定滑轮装置、小齿轮装置、平衡滑轮装置、高度显示及限位装置、位置限制开关、负荷显示及过载保护装置及机架等组成，额定启门力320 kN，扬程7 m，起升速度1.649 m/min；它可在启闭机室现地启闭闸门，并可在集中控制室远方操作闸门。

1.3 冲沙底孔闸门及启闭机

（1）冲沙孔工作闸门和事故闸门结构尺寸及形式完全相同，均采用平面定轮闸门。闸门支承跨度1.44 m，面板和止水装置设置在上游侧，止水跨度1.1 m，总水压力约357.6 kN。门叶结构材料采用Q235-B，工字形断面主梁。整扇闸门共设4套滚轮，采用悬臂式滚轮支承。主轮材料采用ZG310-570，轮径480 mm，轮轴材料为40Cr。轴承采用双金属镶嵌自润滑轴承。事故闸门操作方式为小开度提门充水，静水启门，工作闸门操作方式为动水启闭，闭门时均须加2.587 t铸铁配重动水闭门，计算启门力75.7 kN。

（2）事故闸门和工作闸门均采用160 kN固定卷扬式启闭机启闭。该启闭机为单吊点，由1台电动机驱动，直接通过销轴同闸门的吊耳连接。其结构主要由卷扬装置、动滑轮装置、小齿轮装置、平衡滑轮装置、高度显示及限位装置、位置限制开关、负荷显示及过载保护装置及机架等组成，额定启门力160 kN，扬程26 m，起升速度1.655 m/min；它可以在启闭机室现地启闭闸门，并可在集中控制室远方操作闸门。

2 引水建筑物金属结构设计

2.1 引水建筑物金属结构布置

吉沙水电站采用 “一洞一井一管二机”的布置形式，共安装2台冲击式水轮发电机组。引水建筑物金属结构设备主要布置在引水隧洞进水口、引水隧洞调压井以及2号、4号、6号施工支洞处。

（1）进水口底坎高程3 116.00 m，设有1道拦污栅、1道事故闸门。拦污栅共1孔，孔口尺寸为5.5 m×6.6 m，设计水位差3 m。为清除栅前污物，拦污栅前设有一套清污耙斗。拦污栅、清污耙斗均由400 kN台车式启闭机启闭和吊运。设有1扇备用拦污栅以供拦污栅检修时用，备用栅平时放在拦污栅库里。在拦污栅下游侧的水平段内设置1道事故闸门，孔口尺寸3.3 m×3.3 m，为满足校核水位下发电的要求，闸门设计水位及操作水位均为校核洪水位3 136.10 m，由400 kN台车式启闭机配合液压挂脱梁启闭和吊运。闸门平时锁定在各自孔口上部的3 137.00 m高程的平台上。台车式启闭机布置在进水口3 145.70 m高程的启闭机平台上。

（2）2号、4号及6号施工支洞进口处各设置1道密封门，密封门的开启和关闭均由人工在无水状态下操作。

2.2 进水口拦污栅及起吊设备

进水口拦污栅为平面直立式，采用滑动支承，栅条断面10 mm×100 mm，栅条间距150 mm。根据运输尺寸的要求，沿栅叶高度方向分为2节，每节高3.3 m，为Q235-B焊接结构，节间采用吊板铰接。拦污栅的顶部设有拉杆、起吊梁与台车式启闭机动滑轮装置相连。拦污栅共制作2扇，1扇安装在栅槽内，另1扇供拦污栅检修时用，平时放在拦污栅库里。

拦污栅由进水口400 kN台车式启闭机配合起吊梁、拉杆吊运。台车式启闭机主要由起升机构、行走机构、台车架等组成。该启闭机扬程25 m，起升速度1.733 m/min，行走速度7.821 m/min。台车式启闭机配备1套清污耙斗，清污耙斗采用液压式，垂直运行。耙斗为轮式支承，两侧均设置侧轮。

2.3 进水口事故闸门及启闭机

进水口事故闸门为单吊点平面滑动闸门。闸门支承跨度3.8 m，下游止水，止水跨度3.44 m，总水压力2 259.7 kN。闸门结构为Q235-B焊接件，整扇制造。闸门共设4套自润滑主支承滑道，每套自润滑滑道长300 mm。该闸门操作方式为动闭静启，利用水柱动水下门，启门时利用设在门叶顶部φ300 mm的充水阀充水平压后启门。为缩短充水时间，启门时不平衡水压差设计为10 m以内，且当水库水位低于3 126.00 m时，事故闸门可以直接利用小开度提门充水。事故闸门采用进水口400 kN台车式启闭机配合自动挂脱梁进行启闭。

2.4 调压井事故闸门及启闭机

调压井事故闸门为单吊点平面滑动闸门。其支承跨度3.5 m，下游止水，止水跨度3.09 m，总水压力7 701 kN。闸门结构为Q235-B焊接件，整扇制造。闸门共设4套自润滑主支承滑道，每套自润滑滑道长500 mm。闸门操作方式为动闭静启，利用水柱动水下门，启门时利用设在门叶顶部φ300 mm的充水阀充水平压后启门，不平衡水压差为3 m。

事故闸门采用2 000 kN固定卷扬式启闭机启闭。启闭机为单吊点，由1台电动机驱动，直接通过销轴同闸门的吊耳连接。其结构主要由卷扬装置、动滑轮装置、定滑轮装置、小齿轮装置、平衡滑轮装置、高度显示及限位装置、位置限制开关、负荷显示及过载保护装置及机架等组成。启闭机额定启门力2 000 kN，扬程110 m。为避免高压管道事故的扩大，事故闸门的闭门时间要求控制在30 min以内，且启闭扬程较高。为此，启闭机采用双速电机，以使孔口以上启闭速度为4.2 m/min，孔口以下启闭速度为2.1 m/min。全扬程闭门时间约20 min。平时闸门悬挂在最高涌浪水位以上。该启闭机可以在启闭机室现地启闭闸门，并可在集中控制室远方操作闸门。

2.5 施工支洞密封门

引水隧洞与2号、4号及6号施工支洞交叉处各设置一道密封门，闸门处孔口尺寸为1.0 m×1.8 m，设计水头均按3孔中最高挡水水头108 m设计。密封门门叶两侧设置4套活动扳手，转动活动扳手可使密封门处于关闭状态和打开状态。密封门采用无水人工操作。平时密封门处于关闭状态。

3 结语

吉沙水电站金属结构设备均已完成制作、安装及设备调试，并通过竣工验收。各扇闸门止水效果良好，闸门启闭运行平稳，金属结构设备运行正常。该水电站各部位金属结构设备的布置与设计，为以后同类型水电站的设计提供了设计经验，为不断优化设计奠定了基础。