水库工程初设阶段金属结构设计研究

摘 要：某水库工程是惠水县即将开工建设的小一型骨干水源工程，工程的建设可以有效解决该地区工程性缺水问题。水库工程主要包括供水工程及灌溉工程。文章主要介绍了闸门、拦污栅、启闭机等金属结构的设计和布置特点。

关键词：水库；金属结构；闸门；蝶阀

1 工程概况

某水库选址位于惠水县涟江河左岸半坡河沟上，属珠江流域红水河水系。水库设计最大坝高42.39米，總库容120万立方米，估算总投资5000万元。水库的工程任务是村镇供水为主兼顾灌溉。水库建好后，将解决高镇镇区及周边村寨2万人生活生产用水和2500万亩农田的灌溉用水。工程是供水和灌溉综合效益为一体的水利工程项目。水库规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，枢纽大坝等主要建筑物为4级，次要建筑物为5级；村镇供水工程属Ⅳ等，其管道及管道建筑物为4级；灌溉工程属Ⅴ等，灌溉输水管道及管道建筑物为5级。需根据工程实际特性合理选择匹配的闸门、拦污栅、启闭机等金属结构，并进行详细的设计分析。

2 金属结构设备布置与选型设计

初步设计设段，水工金属结构设备根据工程总体布置的需要，主要设置在泄水系统、引水系统和输水系统的相关建筑物上。水库工程主要金属结构布置在取水设施和导流洞前，放空和取水设施由导流洞进口采用“龙抬头”形式改建而成，采用喇叭口型式，进口设移动式直立拦污栅，栅后设检修闸门，检修闸门后布置事故闸门，后设置通气孔。通过DN600取水兼放空钢管引水至下游进行放空；从取水兼放空钢管上连接DN300的取水钢管至取水工作蝶阀；从取水兼放空钢管上连接DN100的环境用水钢管至下游原河道。主要金属结构有取水口拦污栅1扇，检修闸门1扇，事故闸门1扇，DN600取水兼放空钢管，DN300引水钢管，DN100环境用水钢管，DN600检修蝶阀1个，DN600工作蝶阀1个，DN300工作蝶阀1个，DN100工作蝶阀1个。

2.1 进口拦污栅选型设计

在进水口进口处设置拦污栅一扇，拦污栅孔口尺寸为4.0×2.8m（B×H），设计水头4m，运行方式为移动式。栅体主材采用Q235B钢板，性价比高，栅体重量2.3T，埋件重量2.6T，支承采用钢滑块，启闭采用单吊点CD1型钢丝绳电动葫芦，起重重量为3T，扬程为30m，悬挂在取水塔顶部启闭机房大梁上。为了操作方便，拦污栅采用钢丝绳启吊。考虑到水库水质较好，含渣量少，所以拟采用人工清污。

2.2 进口检修闸门设计

进口检修闸门，主要用于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水，通常在静水中进行启闭。水库检修闸门设置在进口拦污栅之后，事故闸门之前，主要用于检修事故闸门及下游钢管，此外，还充当封堵闸门在下游施工时使用。孔口尺寸2.5×1.8m（B×H），闸门门体结构设计按照25m水头设计，闸门的运行方式为静闭静启，采用水柱闭门，在闸门上设置充水阀充水平压，待闸门前后水位基本一致后，才能全开闸门至检修平台处锁定。闸门门体和埋件采用Q235B钢，闸门门体重量为3.5T，埋件重6.5T，支承采用聚四氟乙烯滑块，启闭用单吊点QPG250KN-30m的高扬程卷扬式启闭机，起重重量为250KN，扬程为30m，操作形式电动。

2.3 进口事故闸门设计

进口事故闸门，其主要作用是能在动水中截断水流以便处理或遏止水道下游所发生事故的闸门。当事故发生后，如果需要闸门具有快速关闭功能时，则此类事故闸门又称为快速事故闸门。快速事故闸门的关闭特性时，应在满足机组、输配水钢管保护等功能需求，合理确定快速事故闸门的动作下降特性，在接近门槛时，设计的闸门动作速度不宜大于5m/mid的下降速度。事故闸门宜在静水中开启。某水库工程在拦污栅、检修闸门后设置事故闸门一扇，闸门孔口尺寸为1.5×1.8m2，设计水头为25m，闸门的运行方式为动闭静启，采用水柱闭门，在闸门上设置充水阀充水平压，待闸门前后水位基本一致后，才能全开闸门至检修平台处锁定。当其后的工作闸门需要检修时，动水下闸挡水，待检修工作完成后静水启门，提升并锁定于检修平台高程。闸门门体和埋件采用Q235B钢，门体自重2.2T，埋件重量7.0T，支承采用聚四氟乙烯滑块，启闭用单吊点QPG160KN-30m的高扬程卷扬式启闭机，操作形式电动。为了保证闸门静水中开启，在闸门前后设置测水位差。控制闸门开启时的上下游水位差。

2.4 检修蝶阀设计

蝶阀由阀壳和阀体共同组成，其中：阀壳为一短圆筒，阀体形似一个圆盘，动作时在阀壳内绕水平或垂直轴旋转。阀门关闭时，阀体平面与水流方向垂直；开启时，阀体平面与流方向一致。在蝶阀选型设计时，蝶阀可设计为在动水中关闭，但必须用旁通管平压后方可在静水中开启。某水库工程在隧洞出口设置1个DN600的检修蝶阀，用来检修取水兼放空钢管、引水钢管、环境用水钢管和各工作蝶阀，工作压力采用39m，采用电动操作。

2.5 放空工作蝶阀设计

在放空钢管上设置1套DN600的工作蝶阀，控制钢管的工作状态，工作压力采用39m，采用电动操作。放空工作蝶阀平常处于关闭状态，当水库需要放空操作时在动水中完成开启，待放空工作完成后动水关闭。

2.6 引水工作蝶阀设计

为了满足引水工作与检修需要，在引水钢管的过流系统中装设相应的阀门实现对水流的合理控制，确保取水系统安全可靠、节能经济的稳定运行。进水蝶阀具有操作简便、体积小、止水装置完善等优点。某水库工程在引水钢管上设置1套DN300的工作蝶阀，控制钢管的工作状态，工作压力采用39m，采用电动操作。

2.7 生态环境用水工作蝶阀设计

生态环境用水是指为生态环境修复与建设或维持现状生态环境质量不至于下降所需要的最小需水量。为了确保某水库工程建设，不对该河流水系生态环境造成破坏，设计了DN100的生态环境用水管道。在生态环境用水钢管上设置1个DN100的工作蝶阀，控制钢管的工作状态的合理开启向河道下游放生态用水，工作压力采用39m，闸阀的操作运行条件为动水启闭，采用手动操作。

2.8 取水兼放空钢管、引水钢管、环境用水管

进口事故闸门后设置DN600取水兼放空钢管217m，钢管穿过隧道至下游，末端接入消力池；在取水兼放空钢管接入DN300引水钢管5m至引水工作蝶阀与灌区输水管道连接；在取水兼放空钢管接入DN100环境用水钢管5m至下游原河道。

3 结束语

贵州省惠水县某水库工程初步设计报告已于2014年10月完成，并已通过上级行业主管部门贵州省水利厅组织的有关领导和专家们的审查，即将进入招标及实施设计阶段。审查结果表明，某水库工程初步设计阶段的金属结构选型、布置等均满足相关设计规范标准的技术指标，并与工程实际特性匹配，设计方案合理可行。工程的建设实施，将会有效提高水资源的开发利用率和抗旱救灾能力，对促进地方社会经济发展起着积极重要作用。

参考文献

[1]杨健.努尔加水库金属结构布置与设计[J].小水电，2013（3）：40-43.

作者简介：黄丽（1984-），女，学历：大学本科，职称：工程师，主要从事水利水电工程金属结构专业设计工作。