基于水电站导流洞闸门的设计特点刍议

阴华江

摘要：文章重点对水电站导流洞闸门设计的特点、下闸封堵及回收等作了一些简要的分析。

关键词：水电站、导流闸门设计

一、工程简况

水电站枢纽坝前正常蓄水位2189.00 m，校核洪水位2190.62 m。库容603万m3，设计引用流量52 m3/s。电站装机3台，按两大一小布置，总装机容量21 MW，年平均发电量8 470万kW·h。装机年利用小時数4 033 h。工程主要由大坝枢纽、引水系统和发电厂房组成。枢纽为闸坝结合型式，最大坝高50 m。枢纽自左至右依次布置：左岸混凝土重力坝段、双孔泄冲闸段、单孔冲砂闸段和右岸混凝土重力坝段。

二、 闸门运行工况及设计特点

双孔泄冲闸布置于枢纽中部偏右。进口设置1道平面事故检修门槽，出口设置1道弧形工作门槽，工作闸门按2孔2扇配置，事故检修闸门2孔共用l扇闸门。事故检修闸门的作用是当工作弧门检修或发生事故时，由事故闸门挡水，正常情况下，静水启闭，工作门事故情况下，要求可动水闭门。事故检修闸孔口尺寸为7 m×8 m（宽×高）。闸底板高程2168.00 m，设计水头为21 m。使用坝顶公用门机借液压自动抓粱进行启闭操作。

导流建筑物布置于河左岸山体内，由进水口、洞身段、封堵闸门井室段、洞身段、出口明渠、明渠消能段组成，导流洞为圆形洞型，直径6.6 m，全长366 m，封堵闸门井设于进口后73.616 m处。井口平台高程2179.10 m，比施工道路地面高出约3m，闸底板高程2155.30 m，井深23.8 m。为与泄冲事故检修闸统一孔口尺寸，水工结构在闸室前后设置渐变段。使其孔口尺寸过渡为7 m×8 m（宽×高）。封堵闸门的作用是在电站枢纽建设后期。下闸截断导流洞过流，为闸后土建封堵施工创造条件的同时，枢纽建筑物开始进行蓄水。土建封堵施工期间枢纽蓄水至泄冲闸闸底板高程，从双孔泄冲闸和单孔冲砂闸过流。下闸在当年的冬季进行，回收最迟不超过翌年的春季，正是该河流域枯水季节，此时由双孔泄冲闸和单孔冲砂闸敞泄30年一遇的施工洪水时。泄洪上游水位距闸底板不大于2 m，因此封堵闸门设计挡水水头约为15 m。竖井内、上部设闸门锁定平台.作为下闸封堵前和回收闸门后临时存放闸门之所，该平台高程比泄冲闸底板高程高2.1 m，高于枯水季节多年平均流量经双孔泄冲闸和单孔冲砂闸泄流时的水位，使闸门回收停放时不致被蓄水淹没，为将来回收闸门操作提供条件。因是临时建筑物，竖井顶部不再设启闭机室等建筑物，固定卷扬机直接设置在竖井顶部井口平台上，进行封堵闸门的启闭操作。导流建筑物通常设置位置最低，封堵下闸后，水位上升较快，一般情况下最多将启闭设备回收，而将闸门作废弃处理。现该闸门不但要回收，而且还要再利用为泄冲闸事故检修闸门，因此封堵后如何回收，且使拆装、吊运、转场等过程简单、易行，是该闸门设计的难点。

2.1支承装置

导流洞封堵闸门在不回收的情况下，为了降低闸门制造成本，主支承一般选用滑块支承。滑块支承闸门虽然造价便宜，但缺点是滑动摩擦阻力较大，如果此时仍选用滑块支承，则势必将增加封堵闸启闭机和坝顶双向门机的启闭容量，因此闸门主支承采用摩擦阻力较小的简支式定轮支承。主轮材料为铸钢件，轴承采用自润滑轴套，主轮轴预设5mm的偏心。

2.2止水设置

泄冲检修闸水工结构只设了后胸墙，未设置前胸墙。因此闸门顶、侧水封只能设置在下游侧。作为泄冲事故检修闸门，有动水闭门的要求。经计算，闸门靠自重在动水状态下不能闭门。故决定利用部分水柱加重下压闭门，将闸门底止水布置于上游侧。并使其上游倾角不小于45°，下游侧至底主梁的下翼缘连线的倾角不小于30°。以免闭门或启门时水流冲击底主梁和在底主梁下方产生负压，而导致闸门振动和坝顶双向门机过载。

2.3结构设计与布置

泄冲闸设计水头较导流洞封堵闸挡水水头高，故该闸门的结构计算以泄冲闸设计水头21 m为设计依据。为了避免泥沙淤积在闸门梁格内。闸门面板设计在上游侧。如前所述，泄冲事故检修闸门要考虑动水闭门，为了闸门的运行方便和可靠，运行时通常设计成通体一个整节，但是如果为了满足泄冲事故检修闸的要求，在位于导流洞封堵闸运行时就将闸门制成整体，则会有诸多不利因素：首先闸门整体重约46 t，整体吊装会增大下闸前就位以及回收时的辅助吊装设施的容量；其次闸门孔口尺寸较大，闸门平面体型达到8.0 m×8.8（宽×高），且导流洞封堵竖井与枢纽之间约有500 m的环山施工道路距离，整体转场运输困难；再者由于止水布置，在挡水状态下，门顶作用有水柱重量，使导流洞封堵闸门启闭设备的容量大增（需2×1600 kN方可满足要求）。设备成本费用增加。综合考虑以上因素，为了使下闸、回收及转场简单易行，降低施工成本，决定该闸门结构布置采取在导流洞封堵闸运行时分两节进行，而后在泄冲检修闸时，通过节间拼板焊接连接成整体进行运行的设计方案。具体做法如下：闸门整体结构上设计分成上下两大节，分节制造，分节运输；每节门叶按3根工字形主梁等荷载设置，节间增设1道条形橡皮止水，与顶止水、侧止水一样布置在下游侧，坐落在下节门叶顶梁平面上；节间连接通过轴销、连接板。节间连接板孔设计成长圆孔，使上下节门叶可以在启闭过程中形成一定高度。通过这样设计，使得闸门在封堵及回收过程中的难度较闸门通体作为减小。分节制造，减少了工地拼焊组装工作量；单节门叶重量最大不超过25t，减少了下闸前就位以及回收时的辅助吊装设施的容量；分节运输，使得回收后的转场运输较为容易：再一较为重要的是，在封堵闸门完成任务要回收时，可以将上节门叶小开度提起，进行节间充水平压，平压后启门使得封堵闸门启闭机容量大为降低。经计算，启闭机容量为2×500 kN即可满足要求。采取上述方案，既满足了导流洞封堵闸门的功能，回收拼板连接后，又可以满足泄冲事故检修闸门整体运行的要求。

三、下闸封堵及回收

闸门制造完成运到封堵现场后。可用汽车吊先将下节门叶竖直立放并锁定在竖井内临时平台上，然后将上节门叶竖直摞放在下节门叶之上，再将固定卷扬启闭设备放置在竖井顶部井口启闭位置处，最后完成启闭机与闸门吊头之间、上下节门叶之间的连接后等待下闸。按照施工计划，下闸在当年的10～11月，属枯水季节，此时过流水深距闸底板约1.4 m，因此闸门靠自重可闭门封堵。下闸后若封堵不成功，需将闸门提起。这时如果闸前水位不超过6 m，可直接启门，如果水位已蓄至超过6 m，可将上节门叶小开度启起，利用节间开度（约400mm）进行泄水。经计算，节间泄水间隙为400mm时，10～11月多年平均流量（17 m3/s）过流时，其闸前水头不超过6 m。故可等待节间泄水，使闸前水头降至6 m后启门。如果一次下闸封堵成功，则可进行闸后土建封堵施工。闸门回收时，可将上节门叶小开度启起。进行节间充水平压，平压后将闸门启升至锁定平台上，回到下闸前状态。之后拆开连接，利用汽车吊先移走启闭设备，后将闸门分节吊出竖井。再将上、下节门叶分别转场运输至枢纽坝顶泄冲闸处，放平进行拼接。拆除节间止水后，上下两节通过拼板连接成整体，最后利用坝顶门机吊起并投入使用。至此，该闸门就由导流洞封堵闸门转变为泄冲闸事故检修闸门。

四、结论

水电站导流洞封堵闸门在封堵任务完成后，需回收用作泄冲闸事故检修闸门使用，闸门前后时期的使用部位、工作性质不同。根据导流洞封堵闸门和泄冲事故检修闸门的运行工况，在闸门的支承装置、止水设置、结构布置及充水平压方式等方面进行了设计，在满足闸门两处不同位置的使用要求的同时，使其技术经济性较优。