与机组进口流道同轴线布置的冲沙廊道闸门设计特点

陈关华 贾刚 徐万妮 崔家仲 王颖

摘要：介绍了桐子林水电站工程冲沙廊道闸门的总体布置、结构设计、止水形式及相应的水工体型配合，闸门的运行工况和操作方式。

关键词：冲沙廊道闸门；止水；操作；运行；桐子林水电站

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.02.092

1概述

桐子林水电站位于四川省攀枝花市鹽边县境内的雅砻江干流上，是雅砻江干流下游最末一级梯级电站，其上游梯级有在建的锦屏一级、锦屏二级、官地水电站和已建成的二滩水电站。

桐子林水电站由河床式发电厂房、溢流闸及挡水坝等建筑组成，电站装机4台，单机容量为150MW，总装机为600MW。桐子林水电站以发电任务为主，水库正常蓄水位为1015.00m，总库容0.912亿m3，水库具有日调节性能。

本项目冲沙廊道的金属结构部分的设计，主要解决了受大坝枢纽布置等诸多因数的限制，孔口中心线与机组进水口孔布置方式。

2总体布置

冲沙廊道进口和出口的枢纽平面布置如图1。

本水电站装机4台，布置4孔冲沙廊道。每台机组进水口处设有3孔进水口闸门，为一台机组提供合格的水源，每台机组设有一孔冲廊道，受大坝枢纽的布置限制，冲沙廊道的孔口中心线只能与机组进水口其中一孔孔口中心线同轴不同层布置，进水口在上面，冲沙廊道在下面。每孔冲沙廊道进口设一扇工作闸门、出口设一扇事故闸门，其原由有，第一，平时为防止泥沙淤积整个流道，坝体挡水运行时，分别关闭进口、出口；第二，进口闸门动水启闭，作为动水操作的工作门，出口闸门在进口闸门不能正常关闭的情况下可动水关闭，截断水流。分别利用进水口3200kN和尾水2000kN双向门机通过拉杆操作。其起闸布置如图2。

3工作闸门的设计

工作闸门门叶和门槽如下图如图3。

为了满足枢纽布置和运行工况要求，闸门门顶以上机组进水口在过流，顶止水只能设置在下游，如果支承采用定轮支承，不仅泥沙对轮子掩埋的影响很大，而且对定轮轴承的损伤也很大，甚至有可能导致轴承的失效，给工程带来无可估量的损失，在这方面滑道支承优越于定轮支承，经过比较，最终工作闸门确定为2×35-5102m平面滑动闸门，下游止水，利用水柱闭门。进水口孔口宽度为7480mm，冲沙廊道孔口宽度2000mm，为了适应闸门的支承和孔口的封堵，门叶结构分为闸门主体和导向框架结构两部分制作、运输，于工地焊接为一体来满足以上的要求。闸门导向采用“十”字导向结构，这样不仅能满足左右两侧的导向，而且也能满足上下游方向的导向，省去了上游测的反轨及相关的二期砼等，从而减少了工程投资。

从进水口底坎97620高程到坝顶102000高程范围内孔口宽度7480mm，是无法调整。鉴于上述条件，避免门槽底部泥沙的淤积，又要满足冲沙时有很好的拉沙效果，从底坎96720高程到97100高程的3800mm的范围内，孔口宽度由到3400mm（2000mm的孔口宽度+两侧的二期砼的宽度），按线性比例扩大到上段的7480mm。在971.00高程到坝顶1020.00高程范围内仍按进水口的孔口宽度7480mm设计，在此范围内设有侧轨。体型如图4所示（冲沙廊道孔口被施工脚手架遮挡了，图4为进水口的前缘）。

冲沙廊道流速较大，工作闸门门槽参考II门槽的相关体型要求进行设计，详细参数设计为：深度700mm，坡比1∶10，错距50mm，圆角半径R40mm。埋件由底坎、主轨，顶楣和侧轨组成，上游无反轨及相应的二期砼。

为了统筹考虑，闸门由进水口3200kN门机通过拉杆操作。根据现有一些公式和数据的推算，工作闸门前最大淤沙2.5m时，启门力基本接近启闭机起升荷载值3200kN，所以闸门前泥沙最高淤积高度峰值确定为2.5m，该数值作为指导闸门的运行和泥沙的监测依据。

4事故闸门的设计

在每孔冲沙廊道的出口设有事故闸门。事故闸门在进口工作闸门不能正常关闭的情况下可动水关闭，截断水流，这种情况之下，闸门动水关闭挡上游水流，采用上游止水、下游定轮支承；当需要对廊道进行检修时，闸门上游滑道支承，挡下游水位；基于上述情况，事故闸门设计为2×3-4162m平面定轮+滑道，上游双向止水，压重箱加重闭门。同时，在平时不开启冲沙廊道闸门进行排沙作业时，为了防止下游泥沙不倒灌到流道内，对整个流道造成堵塞，平时出口的事故闸门也处于关闭状态。

冲沙廊道流速较大，闸门门槽采用II门槽。门槽埋件满足，动水关闭时，定轮支承，下游主轨；挡下游水压时，上游滑道支承，上游主轨；顶楣布置在上游，配合门叶结构满足双向止水的要求。

5闸门的操作运行

由于启闭容量的限制，根据现有一些公式和数据的推算，工作闸门前最大淤沙2.5m时，启门力基本接近启闭机起升荷载值3200kN，所以闸门前泥沙最高淤积高度峰值确定为2.5m，该数值作为指导闸门的运行和泥沙的监测依据。为防止泥沙淤积在流道内，平时进口和出口的闸门均处于挡水状态。当进口工作闸门前泥沙最高淤积到969.70m（即闸门前淤高2.5m）时，必须提起闸门冲沙。每年汛期，宜择机提起闸门进行冲沙。冲沙时，先提起出口事故闸门，再提起进口工作闸门；当冲沙任务完成后，先关闭进口工作闸门，再关闭出口事故闸门；进口工作闸门故障不能闭门时，出口事故闸门可动水闭门，阻断上游水流。工作闸门操作工况：闸门动水启闭，全开全闭；事故闸门操作工况：闸门挡上游水压时，动水启闭；闸门挡下游水压时，可动水关闭，起门时，先提起约100mm（必须避开强振区）进行小开度充水，待上、下游水位差小于5m后，再提起整扇闸门。闸门分别由进水口3200kN和尾水2000kN双向门机通过拉杆操作（启闭机为共用）。

6结束语

本项目冲沙廊道的金属结构设计中，工作闸门的设计解决了闸门孔口中心线与进水口同轴线不同层的枢纽布置方式给闸门带来的支承、门槽底部泥沙的淤积等问题；出口的工作闸门，不仅满足可动水关闭、挡上下游水位的要求，而且还能防止下游泥沙不倒灌到流道内，对整个流道造成堵塞隐患。冲沙廊道的金属结构经历了2016年汛期的排沙运行，闸门和启闭机设备一切运行比较平稳可靠，接受了复杂工况的考验。

参考文献

[1]水利部.水电站机电设计手册-金属结构[M].北京：水利电力出版社，1988.

[2]水利部.水利水电工程钢闸门设计规范（DL/T5039-95） [M].北京：中国电力出版社，1996.

[3]蔡正坤，翟尔仁.闸门与启闭机[M].北京：水利水电出版社，1988.

[4]安徽省水利局勘测设计院.水工钢闸门设计[M].北京：水利出版社，1980.

[5]东北水利水电专科学校.水工金属结构[M].北京：水利水电出版社，1989.endprint