西藏扎拉水电站金属结构设计

高涵 汪碧飞 韩争光

收稿日期：2023-11-06

作者简介：

高  涵，男，硕士，主要从事水工金属结构及启闭机械设计方面的工作。E-mail：G18874145022@163.com

引用格式：

高涵，汪碧飞，韩争光.

西藏扎拉水电站金属结构设计

［J］.水利水电快报，2024，45（6）：76-82.

摘要：

为合理布置西藏扎拉水电站金属结构，满足功能要求，介绍了扎拉水电站泄水建筑物、导流洞、电站建筑物、生态电站建筑物和鱼道等部位的金属结构设计，提出了扎拉水电站闸门及启闭设备的布置方案。结果表明：在扎拉水电站金属结构设计中，充分考虑制造和安装要求，采用简单、实用的结构设计，泄水闸建筑物空间利用率高，鱼道建筑物具有良好的生态环保价值，设计满足功能要求，结构安全可靠。研究成果可为同类工程的金属结构设计提供参考。

关键词：

金属结构； 闸门设计； 泄水闸布置； 鱼道布置； 扎拉水电站； 西藏

中图法分类号：TV697

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.06.013

文章编号：1006-0081（2024）06-0076-07

0  引  言

扎拉水电站项目位于西藏，主要功能为发电，是国家研制大容量冲击式水轮发电机组的支撑项目。目前，世界上最大的冲击式机组单机容量为42.3万kW，中国单机容量最大功率为15万kW。扎拉水电站装设两台单机容量为50万kW的冲击式水轮发电机组，将成为全球单机容量最大的冲击式水轮发电机组［1］。

目前在金属结构设计研究中，王强等［2］对西藏湘河水利枢纽发电洞金属结构型式进行了比选设计。王启行等［3］对乌东德水电站的导流洞建筑物金属结构进行了设计，结合改造弧门在高水头下对导流洞封堵等方面的设计特点，分析了金属结构设备的总体布置、设备选型及操作方式。张华等［4］对巴基斯坦

卡洛特水电站导流洞金属结构进行了分析，指出在各阶段安装时可能存在的问题及安全控制要点。

扎拉水电站工程金属结构设计包括泄水建筑物、导流洞、电站建筑物、生态电站建筑物和鱼道等。泄水建筑物共设1个泄洪表孔、2个泄洪底孔和1个生态放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生态放水孔工作门都采用弧形工作门，工作门前面设事故检修闸门，设坝顶门机和液压启闭机操作。导流洞进口设封堵门，配固定卷扬式启闭机操作。电站建筑物设4扇拦污栅、1扇事故检修门、4扇尾水检修门、2扇事故闸门，拦污栅设电动葫芦操作，事故检修门设固定卷扬式启闭机启闭，尾水检修门设门机操作，事故闸门设固定卷扬式启闭机启闭。生态电站建筑物设3扇进水口拦污栅、1扇事故检修门和3扇尾水检修闸门，拦污栅和事故检修门设门机操作，尾水检修门设台车操作。在大坝右侧布置有鱼道，鱼道布置有1孔检修门、3孔出口工作门、1孔挡洪门，闸门均为平面定轮门，动水启闭，采用电动葫芦操作。本文结合现有工程的金属结构设计型式，提出了扎拉水电站闸门及其启闭设备的布置方案，可为同类工程的金属结构设计提供参考。

1  泄水建筑物金属结构设计

扎拉水电站泄水建筑物共设1个泄洪表孔、2个泄洪底孔和1个生态放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生态放水孔工作门都采用弧形工作门，工作门前面设事故检修闸门［5］。

泄洪表孔布置1孔，底槛高程2 805.0 m，孔口尺寸7 m×10 m（宽×高），闸门设计挡水水头10 m，工作门为弧形工作闸门，动水启闭，工作门前面设事故检修闸门，动水闭门，平压开启。

泄洪底孔布置2孔，底槛高程2 770.0 m，闸门设计挡水水头45 m，工作门为弧形工作闸门，动水启闭，工作门前面设事故检修闸门，动闭静启。

1.1  泄洪表孔事故检修门及其启闭设备

泄洪表孔设有1扇事故检修门，事故检修闸门孔口尺寸7 m×10 m，底槛高程2 805.0 m，设计水位2 815.0 m，设计水头10 m，动水闭门，采用小开度提门充水平压。

事故检修闸门为平面定轮闸门，面板在下游面，止水布置在下游面，支承为定轮，轴承为自润滑柱面滑动轴承，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮

为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊

点，事故检修闸门由设置在坝顶的容量为1 000 kN/100 kN/100 kN的门机进行操作启闭。

坝顶设1台1 000 kN/100 kN/100 kN的门机，门机轨距为8 m，门机起升速度0.25～2.5 m/min，门机大车运行速度1.5～15 m/min，其中主钩容量1 000 kN用于启闭泄洪表孔事故检修门、泄洪底孔事故检修门、生态电站进口事故检修门和生态放水孔事故门［6］，考虑泄洪底孔事故检修门的启闭要求，启闭机扬程为55 m，门机上游100 kN回转吊用于操作拦污栅，下游100 kN回转吊用于弧形门及油缸的检修［7］。

1.2  泄洪表孔弧形工作闸门及其启闭设备

泄洪表孔设置弧形工作闸门，弧形工作闸门孔口尺寸7 m×10 m，底槛高程2 805.0 m，设计水位2 815.0 m，设计水头10 m，动水启闭，弧形工作闸门为二直支臂主横梁自润滑球铰结构，上、下支臂间设置纵向撑杆，现场与支臂焊接。门叶与支臂、支臂与支铰间采用螺栓连接。主横梁为工字形梁，支臂为工字结构，吊耳布置在闸门底部。侧向支承为侧轮，自润滑轴瓦；侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮。泄洪表孔金属结构布置见图1。

弧形工作闸门由容量为2×500 kN液压启闭机操作。液压启闭机行程8 m，启闭速度为0.8 m/min，

启闭机均配置相应的液压泵站及电气控制设备，油缸与闸门采用摆动球铰连接。安装和检修时的吊运通过坝顶门机回转吊完成［8］。

1.3  泄洪底孔事故检修门及其启闭设备

2个泄洪底孔设1扇事故检修门，事故检修闸门孔口尺寸4.5 m×7.8 m，底槛高程2 770.0 m，设计水位2 815.0 m，设计水头45 m，动闭静启，采用充水阀充水平压。

事故检修闸门为平面定轮闸门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为定轮，轴承为自润滑柱面滑动轴承，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，事故检修闸门由设置在坝顶的1 000 kN/100 kN/100 kN门机（同表孔）进行操作启闭。

1.4  泄洪底孔弧形工作闸门及其启闭设备

每个泄洪底孔各设1扇弧形工作闸门，弧形工作闸门孔口尺寸4.5 m×6.0 m，底槛高程2 770 m，设计水位2 815.0 m，设计水头45 m，动水启闭，弧形工作闸门为二直支臂主横梁自润滑圆柱铰结构，上、下支臂间设置纵向撑杆，现场与支臂焊接。门叶与支臂、支臂与支铰间采用螺栓连接。主横梁为工字形梁，支臂为工字形结构，吊耳布置在闸门顶部。侧向支承为侧轮，自润滑轴瓦；顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮。

弧形工作闸门由容量为1 000 kN液压启闭机操作，液压启闭机行程7 m，启闭机均配置相应的液压泵站及电气控制设备，油缸与闸门采用摆动球铰连接。安装和检修时的吊运通过坝顶门机回转吊完成［9］。泄洪底孔金属结构布置见图2。

1.5  生态放水孔建筑物金属结构设计

生态放水孔建筑物设1扇事故检修门和弧形工作闸门。

事故检修闸门孔口尺寸2.0 m×2.7 m，底槛高程2 805.0 m，设计水位2 815.0 m，设计水头10 m，动闭静启，采用充水阀充水平压。事故检修闸门为平面定轮闸门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为定轮，轴承为自润滑柱面滑动轴承，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，事故检修闸门由设置在坝顶的1 000 kN/100 kN/100 kN的门机（同表孔）进行操作启闭。

弧形工作闸门孔口尺寸2.0 m×2.7 m，底槛高程2 805.0 m，设计水位2 815.0 m，设计水头10 m，动水启闭，弧形工作闸门为二直支臂主横梁自润滑圆柱铰结构，上、下支臂间设置纵向撑杆，现场与支臂焊接。门叶与支臂、支臂与支铰间采用螺栓连接。主横梁为工字形梁，支臂为工字形结构，吊耳布置在闸门顶部。侧向支承为侧轮；顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮。弧形工作闸门由容量为200 kN的液压启闭机操作，启闭机均配置相应的液压泵站及电气控制设备，油缸与闸门采用摆动球铰连接。弧形工作闸门由容量为200 kN液压启闭机操作。液压启闭机行程4 m，启闭速度为0.8 m/min，启闭机均配置相应的液压泵站及电气控制设备，油缸与闸门采用摆动球铰连接。安装和检修时的吊运通过坝顶门机回转吊完成。

2  导流洞金属结构设计

导流洞布置1条，底槛高程2 762.0 m，进口布置封堵门，孔口尺寸8 m×10 m，动水闭门，设计挡水位2 788.48 m，设计挡水水头26.48 m，封堵下闸初始水位2 765.17 m，最终水位2 771.0 m（考虑局部下门泄放生态流量），操作水头3.17～9.00 m。闸门为平面滑动门，支承为复合材料滑块，面板在上游，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮。正常工况下，导流洞封堵闸门下门后不考虑提起，但如果在闸门下门过程（下闸水头3.17 m）中遇到卡阻，启闭机所能承受的事故提门水头为10 m。

导流洞封堵门配置1台2×2 000 kN的固定卷扬式启闭机对闸门进行操作，下闸封堵前需检查清理门槽及底坎。2×2 000 kN固定卷扬式启闭机的扬程为19 m，由卷筒、制动器、减速器和电机等组成。固定卷扬式启闭机的启门速度为0.3～3.0 m/min，工作级别为中［10］。导流洞金属结构布置见图3。

3  电站建筑物金属结构设计

3.1  电站进水口拦污栅及其启闭设备

进水口设4个拦污栅孔，布置在高程2 797.0 m，拦污栅孔口尺寸4.3 m×14.5 m（宽×高），设计水位差4 m。拦污栅为平面直立型式，支承为滑块，单吊点，由进水塔塔顶上方的2×200 kN电动葫芦操作，另外在电动葫芦的上游设1个30 kN的移动式清污机来清污。

3.2  电站进水口事故检修闸门及其启闭设备

电站进水口共设1扇事故检修闸门，布置高程2 797.0 m，进水口事故检修闸门孔口尺寸7.5 m×7.7 m（宽×高），设计水位2 815.0 m，设计水头18 m。事故检修闸门为平面定轮闸门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为定轮，轴承为自润滑柱面滑动轴承，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，事故检修闸门由设置在塔顶的1 200 kN固定卷扬式启闭机进行操作启闭［11］。

事故检修闸门由设置在塔顶的1 200 kN固定卷扬式启闭机进行操作启闭。1 200 kN固定卷扬式启闭机扬程为24 m，由卷筒、制动器、减速器和电机等组成。固定卷扬式启闭机的启门速度为0.3～3.0 m/min，工作级别为中。电站进水口金属结构布置见图4。

3.3  电站尾水检修门及其启闭设备

电站尾水设4扇尾水检修门，孔口尺寸7.8 m×5.4 m（宽×高），设计水头5.05 m。尾水检修门由塔顶630 kN单向门机带抓梁操作。

尾水检修闸门为平面滑块闸门，面板在上游面，止水布置在上游面，支承为复合材料滑块，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点。

闸门启闭采用630 kN的门机，门机轨距为 5 m，

启闭机扬程为25 m，门机大车行走速度1.5～15 m/min，门机起升速度0.25～2.5 m/min。门机由起升机构、门架结构、大车运行机构、机房、机房内检修吊、门机轨道和阻进器及二期埋件、夹轨器、防风锚定装置及埋件、挂脱梁及存放支架、大车电缆卷筒、电力拖动和控制设备、消防设备及必要的附属设备组成。图5为电站尾水金属结构布置。

3.4  电站调压室事故门及其启闭设备

调压室内设2扇压力钢管事故闸门，每扇事故门配备1台1 200 KN的固定卷扬式启闭机来操作。闸门底槛高程2 757.35 m，事故门孔口尺寸5.3 m×5.3 m（宽×高），设计水位2 815.0 m，设计水头57.65 m。事故门动水闭门，由充水阀来充水平压开启。

调压室事故闸门为平面定轮门，面板在上游面，止水布置在下游面，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点。

闸门采用1 200 kN固定卷扬式启闭机，其扬程为91 m，由卷筒、制动器、减速器和电机等组成。

固定卷扬式启闭机的启门速度为0.3～3.0 m/min，工作级别为中。

3.5  电站拦漂排

电站进水口前设拦漂排用以拦阻水面漂浮物，

拦漂排两端直线总长约120 m，由主绳、塑料浮箱、

辅绳、拦污网、重锤及两端锚固件等部件组成，塑料浮箱用辅绳系于主绳上，拦污网用辅绳挂于浮箱之下，主绳系于两岸锚固件上。塑料浮箱按吃水深度0.3 m控制，结构及连接按拦漂排上、下游水位差0.3 m设计。塑料浮箱由工程塑料组成，内充填泡沫塑料；主绳、辅绳及拦污网均采用超高强聚乙烯；两端锚固件采用材质Q355B钢板和材质Q235B型钢组合焊接结构。

4  生态电站建筑物金属结构设计

生态电站建筑物设进水口拦污栅、事故检修闸门和尾水检修闸门。图6为生态电站金属结构布置。

4.1  电站进水口拦污栅及启闭设备

进水口设3个拦污栅孔，布置高程2 805.0 m，孔口尺寸3.0 m×6.5 m（宽×高），拦污栅设计水位差4 m。拦污栅为平面直立型式，单吊点，主支承为滑块，由布置在坝顶的1 000 kN/100 kN/100 kN门机回转吊进行启闭操作。

4.2  电站进水口事故检修闸门及启闭设备

进水口共设1扇事故检修闸门，布置高程2 805.0 m，孔口尺寸2.7 m×3.2 m（宽×高），设计水位2 815.0 m，设计水头10 m，由布置在坝顶的容

量为1 000 kN/100 kN/100 kN门机进行启闭操作。事故检修闸门面板在上游面，止水布置在下游面，支承为滑块，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水闭门，由门顶设的充水阀充水平压。

4.3  电站尾水检修闸门及启闭设备

尾水共设3扇检修闸门，布置高程2 753.3 m，孔口尺寸3.13 m×1.78 m（宽×高），设计水位2 760.6 m，设计水头7.3 m，由设在尾水平台100 kN 的台车操作。尾水检修闸门面板在下游面，止水布置在上游面，支承为滑块，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门静水启闭，由门顶设的充水阀充水平压。

5  鱼道建筑物金属结构设计

在大坝右侧布置有鱼道，鱼道布置有1孔检修门、3孔出口工作门、1孔挡洪门，闸门均为平面定轮门，动水启闭，采用电动葫芦操作。

进水口共设1扇检修闸门，布置高程2 759.0 m，孔口尺寸2.5 m×8.0 m（宽×高），设计水位 2 767 m，设计水头8 m，由布置在上方容量160 kN的电动葫芦操作。进口检修闸门，面板在上游面，止水布置在上游面，支承为定轮，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水启闭。

1号出口设1扇工作闸门，布置高程2 813.0 m，孔口尺寸2.5 m×3.25 m（宽×高），设计水位2 816.25 m，设计水头3.25 m，由布置在上方容量100 kN的电动葫芦操作。工作门为平面定轮门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为悬臂轮，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水启闭。

2号出口设1扇工作闸门，布置高程2 811.25 m，孔口尺寸2.5 m×5.0 m（宽×高），设计水位2 816.25 m，设计水头5 m，由布置在上方容量100 kN的电动葫芦操作。工作门为平面定轮门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为悬臂轮，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水启闭。

3号出口设1扇工作闸门，布置高程2 809.5 m，孔口尺寸2.5 m×6.75 m（宽×高），设计水位2 816.25 m，设计水头6.75 m，由布置在上方容量160 kN的电动葫芦操作。工作门为平面定轮门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为悬臂轮，闸门主梁为焊接工字形结构，侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水启闭。

鱼道中设1道挡洪门，布置高程2 807.5 m，孔口尺寸2.5 m×5.0 m（宽×高），设计水位2 816.25 m，设计水头8.75 m，由布置在上方容量100 kN的电动葫芦操作。挡洪门为平面定轮门，面板在上游面，止水布置在下游面，支承为悬臂轮，闸门主梁为焊接工字形结构，顶、侧止水橡皮为P型橡皮，底止水橡皮为刀型橡皮，闸门为单吊点，闸门动水启闭。

6  结  论

（1） 泄水闸建筑物设有1个泄洪表孔、2个泄洪底孔和1个生态放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生态放水孔工作门都采用弧形工作门，工作门前设事故检修闸门，泄洪表孔和泄洪底孔的事故检修门共用坝顶门机，提高了空间利用率。

（2） 在大坝右侧布置鱼道建筑物，鱼道布置有1孔检修门，3孔出口工作门，1孔挡洪门，为鱼类回溯提供了良好的河流生态环境，促进了西藏生态环境循环稳定，具有良好的生态环保价值。

参考文献：

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（编辑：唐湘茜）

Design of metal structure of Xizang Zhala Hydropower Station

GAO Han，WANG Bifei，HAN Zhengguang

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd .，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In order to reasonably arrange the metal structure of Xizang Zhala Hydropower Station and meet the functional requirements，we introduced the metal structure design of the discharge structures，diversion tunnels，power station buildings，ecological power station buildings and fishway of Zhala Hydropower Station. The results showed that in the design of metal structure equipment at the station，full consideration was given to manufacturing and installation requirements，and a simple and practical structural design was adopted. The space utilization rate of the spillway gate building was high，and the fishway building had a good ecological and environmental protection value. The design can meet the functional requirements and the structure is safe and reliable. The research result can provide a reference for the design of metal structures in similar projects.

Key words：

metal structure； gate design； layout of discharge gates； fishway layout； Zhala Hydropower Station； Xizang