黔中水利枢纽一期工程金属结构设计

【摘要】黔中水利枢纽一期工程由水源工程、灌区及贵阳供水一期工程组成，整个枢纽布置有拦河坝，右岸为发电引水水隧洞及水库电站、泄洪放空洞、溢洪道，左岸灌溉引水隧洞及隧洞末端的渠首电站。由于该工程金属结构构成比较复杂，本文就以其中的平寨水库金属结构设计为例进行分析。

【关键词】黔中水利枢纽；金属结构；设计

概述

平寨水库金属结构设备共设置如下：1）溢洪洞工作闸门；2）泄洪放空洞进口事故闸门、工作闸门；3）导流洞封堵闸门；4）发电引水隧洞进口拦污栅、隔水闸门；5）平寨电站尾水闸门；6）灌溉引水隧洞进口拦污栅、隔水闸门；7）渠首电站放水管工作锥形阀、尾水闸门及尾水池放空闸阀。

1、溢洪洞工作闸门

闸门孔口尺寸为7×10.6（宽×高）m2，堰顶高程1321.00m，底槛高程1320.903m，设计水头10.1m，闸墩顶部高程1335.00m，闸门规格属中型，闸门型式采用露顶式弧形钢闸门，铰心高度6.3m，支铰轴承采用自润滑球面轴承，弧门半径11.5m。侧止水装置设在闸门面板的上游面，为L型橡皮止水，底止水设置在闸门面板底缘的下游面，为刀型橡皮止水。

2、泄洪洞进口事故闸门、工作闸门

闸门孔口尺寸7×7（m2），设计水头74m，闸门底槛高程1260.00m，门槽顶部高程1335.00m，闸门型式采用平面滑动钢闸门，面板设在上游面，顶侧止水布置在下游面，主梁截面设为箱型梁，其余主梁截面为工字形梁，次梁采用工字钢，主支承为钢复型滑道HHⅢH1300×255-MGB，对称布置在门体的两根边梁上，为使闸门在启闭过程中运行平稳，在门体上设有6套简支式侧轮，止水装置设在闸门的下游面，顶侧止水为P型橡皮止水，底止水为刀型橡皮止水。闸门主材Q345B，重量99.3t。

3、导流洞封堵闸门

泄洪洞设置有弧形工作1扇，弧形工作闸门设置在泄洪洞事故闸门的下游，本闸门为深孔弧形闸门，高宽比大于1，采用双主横梁直支臂布置，主梁与支臂均采用双腹板箱形梁结构。本闸门共设置有2件主横梁和12件水平次梁及5件竖直次梁以及2件边梁。弧形面板曲率半径R=2×6m=12m，支铰铰心位置設置在闸门底槛以上9.5m处，约为1.58H，支铰为圆柱铰，支铰轴承采用进口球面关节轴承。侧止水采用P-60B型橡塑复合止水，底止水采用I20橡胶止水，顶止水采用组合转铰式止水。

4、增设低部位放空设施Φ2.0-108.5m放空阀门

水库正常蓄水位1331m至开敞式溢洪洞堰顶高程1321m之间的库容考虑开敞式溢洪洞和泄洪放空洞联合放水；1321m至水位1268m之间的库容考虑泄洪放空洞放水，水位降至1268m（满足泄洪放空洞有压流时的水位）左右，由泄洪放空洞与低部位放空隧洞联合放空至1260m，1260m以下库容由低部位放空隧洞单独完成放空。阀门挡水水头为108.5m，设计最大下放流设计最小下放流量为33m3/s，并要求阀门在108.5m挡水水头下能够开启运行。一般情况下，阀门在43m水头下运行。

5、导流洞封堵闸门

闸门的运行方式为低水头下动水启闭，闸门下闸调整就位后不再启门。启闭机选用1套规格型号为QP2×1600kN-19m的固定卷扬式启闭机，启门容量为2×1600kN，扬程19m，双吊点启闭，吊点距为6.090m。该闸门在导流洞需要封堵时在低水头下（不超过5m）动水下闸闭门，调整就位后不再启门。门槽采用Ⅱ形门槽结构形式布置。

6、平寨电站取水口拦污栅及隔水闸门

6.1 拦污栅

在取水口进口处设置有2扇拦污栅，拦污栅的型式为露顶平面直立活动式拦污栅，运行方式为静水启闭，启吊方式为双吊点启吊，门体及埋件主材选用Q235B碳素结构钢，配置1台液压耙斗式清污机，负责该2扇拦污栅的清污及启吊。配置一台水位差计，当该水位差值大于4m时，拦污栅自动控制系统有声音报警，提示清污。拦污栅的控制方式为现地控制、远程监测。

6.2 隔水闸门与启闭机布置

隔水闸门型式均为潜孔式平面定轮钢闸门，主支承采用简支轮，闸门采用门体自重加水柱闭门方式，闸门的运行方式为动闭静启。在该3号隔水闸门上设充水阀（1号、2号隔水闸门上不设充水阀），充水平压后再打开1号或2号隔水闸门发电。在该3号隔水闸门设置有水位差计与上游的拦污栅共用，便于监测3扇隔水闸门开启时上、下游的水位差和平压情况，有利于闸门的安全运行与操作。隔水闸门控制方式为现地控制、远程监测。

7、平寨电站尾水闸门

闸门孔口尺寸8.5x3.03（m2），设计水头28m，总水压力7402kN，规格属中型，底槛高程1173.555m。闸门运行条件为静水启闭，平压方式采用门顶设充水阀充水平压，闸门最大计算启门力为360kN。与闸门配套的启闭机采用固定式高扬程卷扬机，每扇闸门均配有1台水位差计，当水位差计上显示闸门前后的水位差小于等于1m时，才提升闸门至检修平台处锁定。本闸门的控制方式为现地控制、远程监测。

8、灌溉取水口拦污栅、隔水闸门

8.1 拦污栅

孔口尺寸3.6×36.3（m2），设计水头4m，底槛高程1297.645m，最大引用流量Qmax=26.864m3/s，最大过栅流速Vmax=0.29m/s。拦污栅形式为平面直立活动式，拦污栅的启闭设计为与后面的3扇表层取水隔水闸门共用1台台车式卷扬机。配置一台水位差计，当该水位差值大于4m时，闸门（拦污栅）自动控制系统有声音报警，提醒清污。拦污栅的控制方式为现地控制、远程监测。

8.2 隔水闸门

8.2.1 作为分层取水设施使用

灌溉取水口必须采用分层取水方式。闸门型式均采用平面定轮钢闸门，每扇闸门的主支承为4套简支主轮，侧向限位装置为4套悬臂侧轮，止水设在下游面，顶侧止水为P型橡皮止水，底止水为刀形橡皮止水。闸门运行条件均为动闭静启，当库水位在1333.52m至1325m之间时，开启1号隔水闸门，当库水位在1325m至1315m之间时，开启2号隔水闸门，当库水位在1315m至1305m之间时，开启3号隔水闸门，各闸门关闭时的相应水位同上，如此能确保取到的水均为水库的表层温水，以满足下游灌溉及生态的需要。

8.2.2 作为事故闸门使用

当下游放水阀、隧洞及厂房等建筑物出现事故需要检修的时候，在各运行水位段动水关闭相应号的隔水闸门，检修完毕再操作启闭机短行程200mm，开启位于底部的3号隔水闸门的门顶充水阀，向下游水道充水，待相应号隔水闸门前后水位差小于5m时，再正式提升闸门至检修平台处锁定。

9、渠首电站放水管工作锥形阀、尾水闸门及尾水池放空闸阀

1）放水管工作锥形阀：阀门公称直径为φ2.6m，设计水头60m（含电站甩负荷时的水锤压力），总水压力3184kN，孔口中心线高程1298.355m。该阀门采用PLC控制，能根据下游所需流量使锥形阀自动开大或關小。锥形阀的操作方式为液动，控制方式既可现地也可远程监控。本阀门如需检修，动水关闭取水口的相应隔水闸门即可。

2）渠首电站厂房尾水闸门：闸门型式采用平面滑动钢闸门，主支承为4个复合材料弧面滑块，为使闸门启闭平稳，在门体上设有4个悬臂侧轮，4个弹性反轮，止水设在背水面，顶侧止水为P型橡皮止水，底止水为刀形橡皮止水，门体主材Q235B，单扇重2.43t。门槽埋件包括主反轨、门楣及底槛等，单孔重2.64t。每扇闸门均配有1台水位差计，用于监测闸门在启门前的充水平压情况，当水位差计上显示闸前闸后的水位差小于1m时，才提升闸门至检修平台处锁定。本闸门控制方式为现地控制、远程监测。门体的检修可在高程为1307.690m的检修平台上进行。

3）尾水池放空闸阀：在尾水池的一侧设有一套放空闸阀，用于该尾水池的放空，闸阀公称通径为DN200mm，公称压力为1.0MP，操作方式为手电两用，本阀门控制方式为现地控制、远程监测。

10、结束语

综上所述，以上内容是该工程金属结构的最初设计，为了提高金属的合理性，保证金属结构功能的正常发挥，需要建立模型和试验设计对其设计的优良进行检测，从而发现问题并解决问题，保证工程的建设质量。

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作者简介：杨薇（1965-）女 汉族 贵州息烽 本科 高级工程师 主要从事：水工金属结构设计方面的工作。