瀑布沟水电站金属结构设计

2011-08-15贾爱军吕念东张万秋

四川水力发电 2011年5期

贾爱军，吕念东，张万秋

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

瀑布沟水电站是大渡河干流水电梯级规划调整推荐22级方案中的第17个梯级，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程，是大渡河中游控制性工程。水库正常蓄水位高程850 m，总库容53.37亿m3，为不完全年调节水库。电站布置6台单机容量为600 MW的混流式水轮发电机组，装机总容量为3 600 MW，多年平均年发电量147.9亿kW·h。

瀑布沟水电站金属结构设备包括泄水、引水、施工导流等部位的闸门、拦污栅及其埋件以及启闭设备。金属结构总工程量约2.5万t。

2 泄水系统金属结构设计

瀑布沟水电站泄水建筑物布置3孔溢洪道、1孔泄洪洞和1孔放空洞。

2.1 溢洪道闸门及启闭机

2.1.1 工作闸门及启闭机

溢洪道共3孔，每孔设置1扇弧形工作闸门，闸门尺寸为12 m×17.897 m－17.497 m(长 × 宽－水头，下同)。底坎高程832.513 m，闸门按正常蓄水位高程850 m设计。闸门为双主横梁、斜支臂结构，球铰支承。闸门面板外缘半径为18 m，支铰中心高程841 m，闸门总水压力为22 295 kN。支铰轴承为自润滑球面滑动轴承。工作闸门动水启闭，可局部开启调节流量。

工作闸门由2×2 000 kN后拉式液压启闭机操作，启闭机工作行程约7.6 m。每套液压启闭机配置1套独立液压泵站。液压启闭机可现地操作，也可远控操作。

2.1.2 事故闸门及启闭机

工作闸门前设置3孔事故检修门槽，共用1扇事故门叶。闸门孔口宽度为12 m，底坎高程833 m，闸门按正常蓄水位高程850 m设计，设计水头17 m，闸门顶超高0.5 m，闸门总水压力为17 520 kN。闸门为露顶平面定轮闸门，上游封水。闸门操作条件为动水下门，静水启门。启门时节间充水平压，门前后水位差小于1 m后启门。定轮直径为750 mm，采用带密封的球面滑动轴承。为了保证所有定轮踏面在同一平面而采用偏心轴。门叶分为5节制造、运输，现场将上面三节焊接成一体，下面两节焊接成一体，两大节间用连接板和销轴连接。门槽采用Ⅱ型门槽。闸门平时存放在储门槽内。

事故闸门用2×1 000 kN/160 kN单向门机操作。门机轨距8 m，轨上扬程18 m，总扬程25 m，工作级别为Q2－轻。160 kN回转吊可用来检修工作闸门液压启闭机。

2.2 泄洪洞的闸门及启闭机

泄洪洞位于左岸地下厂房左侧。在泄洪洞进口处设事故闸门和工作闸门各1扇，闸门底坎高程795 m。

2.2.1 工作闸门及启闭机

工作闸门为潜孔弧形闸门，孔口尺寸为11 m×11.5 m－55 m，闸门为双主横梁、直支臂结构，球铰支承。闸门面板外缘半径22 m，支铰中心高程812.5 m，闸门总水压力为91 688 kN。工作弧门的顶水封设置两道:一道P型水封，固定在门叶上，当弧门关闭孔口后能起止水作用;另一道采用固定在门楣上的转轴式水封，以防止弧门在启闭过程中门顶缝隙射水。支铰轴承为自润滑球面滑动轴承。工作闸门动水启闭，可局部开启调节流量。

工作闸门由2×4 000 kN后拉式液压启闭机操作，启闭机工作行程约9 m。启闭机泵房布置在孔口上方高程829.5 m的平台上。液压启闭机可现地操作，也可远控操作。闸顶856 m高程另设1台250 kN双向门机，用于液压启闭机的检修起吊。

2.2.2 事故闸门及启闭机

事故闸门为潜孔平面滑动闸门，孔口尺寸为11 m ×14 m －58.78 m，总水压力为 85 853 kN。闸门下游封水，操作条件为动水闭门，静水启门。闭门时利用闸门上的水柱闭门，启门时先通过门顶的充水阀充水平压，待水压差小于5 m后启门。闸门采用增强四氟板材—NL150滑道支承。门槽采用Ⅱ型门槽。闸门平时锁定在850.5 m高程的平台上。

事故闸门由一台2×4 500 kN固定卷扬启闭机操作。启闭机设置在底高程为872.7 m的启闭机房内。启闭机工作级别为Q2－轻，总扬程57 m，起升速度分为2种:当闸门底缘高程在810 m以下时为1.64 m/min、闸门底缘高程在810 mm以上时为 3.28 m/min。

2.3 放空洞的闸门及启闭机

放空洞位于右岸。在放空洞中部设工作闸门1扇，进口处设事故闸门1扇。

2.3.1 工作闸门及启闭机

工作闸门为潜孔弧形闸门，孔口宽度6.5 m，孔口高度8 m。闸门底坎高程727.5 m。挡水水头按校核洪水位高程853.78 m设计，为126.28 m;放空时全开操作水位为高程805 m，操作水头77.5 m。闸门总水压力为121 870 kN。闸门为主纵梁、直支臂结构，球铰支承，闸门面板外缘半径17 m，支铰中心高程739.5 m。考虑到闸门水头高，门槽采用突扩、跌坎型，两边突扩宽度各为600 mm，跌坎高度1 500 mm。主止水采用充压伸缩式止水形式，侧止水为二道，分别为充压水封及P型水封;顶水封共三道，分别为充压水封、转铰式水封及P型水封;底水封共二道，分别为充压水封及刀型水封。支铰轴承为自润滑球面滑动轴承。工作闸门动水启闭，可局部开启调节流量。

工作闸门启闭机为摇摆式液压启闭机，容量为5 000 kN/1 600 kN(启门力/下压力)，工作行程12.3 m。油缸的中部与机架支座相连，油缸活塞杆的下端与闸门顶部吊耳相连。液压泵站布置在孔口上方高程757.5 m的启闭机房内。液压启闭机可现地操作，也可远控操作。启闭机房内773 m高程设550 kN桥机一台，用于液压启闭机的检修起吊。

2.3.2 事故闸门及启闭机

事故闸门为潜孔平面闸门，孔口宽7 m，高9 m。闸门底坎高程730 m。挡水水头按校核洪水高程853.78 m设计，为123.78 m;最大操作水位为高程805 m，操作水头75 m。闸门总水压力为84 894 kN。放空洞事故闸门孔口尺寸大、设计水头高，采用滑道支承会造成持住力过大，定轮支承轮压过大，链轮闸门摩阻力小，相应启闭力较小，故选择链轮作为事故闸门支承。

事故闸门为上游封水，加重闭门，操作水头下充水阀充水平压，水压差小于5 m后启门。门叶分四节制造，每节均为焊接结构，节间采用高强螺栓连接。链轮直径270 mm，踏面宽度320 mm，材料为34CrNi3Mo。顶、侧水封采用山型水封，底水封为刀形水封。门槽为整体Ⅱ型门槽，主轨材料为ZG270－500，门槽上下游一段范围内用钢板衬砌保护。

事故闸门采用5 000 kN固定卷扬式启闭机操作，启闭机布置在底高程875 m的启闭机房内。启闭机扬程127 m，工作级别为Q2－轻，起升速度分为2种:当闸门底缘在高程745 m以下时为2.5 m/min、闸门底缘高程在745 m以上时为5 m/min。

3 引水发电系统金属结构设计

引水发电系统金属结构包括进水口拦污栅、进水口检修闸门、进水口快速闸门、尾水管检修闸门及尾水洞出口检修闸门。

3.1 进水口拦污栅及启闭机

拦污栅布置在进水口前缘。为保证拦污栅清污或检修时不停机，减少污物堵塞拦污栅，设置了二道联通式平面直立栅槽，前一道为工作栅槽，后一道为备用栅槽。当部分拦污栅被堵塞时，仍能保证足够的引水量。每台机组进口又分为5孔，每孔宽度为3.7 m，高度为30 m，按4 m水位差设计。设工作栅30扇，备用栅1扇。工作栅和备用栅均采用2 500/500/500 kN门机上游侧的500 kN回转吊通过平衡梁配合拉杆操作。备用栅平时分4节储存在坝顶的储栅槽内。

3.2 进水口检修闸门及启闭机

进水口为单机单管引水，六台机组共6个孔口，共用1扇检修闸门。检修闸门为潜孔平面滑动闸门，孔口尺寸为 7.5 m ×10.08 m －85 m，闸门总水压力为62 231 kN。主支承滑道采用增强钢基铜塑复合材料滑道。检修闸门为下游止水，单吊点，静水启闭，充水阀充水平压，水压差小于3 m后启门。闸门用2 500/500/500 kN双向门机主钩通过液压抓梁操作，闸门平时存放在储门槽内。

2 500/500/500 kN双向门机轨上扬程17 m，总扬程94 m，轨距14.8 m，工作级别为Q2－轻。

3.3 进水口快速闸门及启闭机

每台机组进口设有1扇快速闸门，孔口尺寸为7.5 m ×9.5 m －85 m，总水压力为55 400 kN。门型为平面滑动闸门，支承滑道采用增强钢基铜塑复合材料滑道。下游止水，动水闭门，静水启门。闭门时利用门体上的水柱压力下门。启门时利用门顶充水阀充水平压，水压差小于5 m后启门。闸门平时停放在孔口以上0.65 m处，处于待命状态。当机组发生事故需关闭快速闸门时，闸门可在2 min内动水关闭孔口。

快速闸门由液压启闭机通过拉杆操作，启闭机持住力为10 000 kN，启门力为4 500 kN，工作行程为10 500 mm，油缸的顶部支承在机架球面支座上，油缸活塞杆的下端与闸门顶部拉杆相连。液压启闭机泵站布置在853 m高程的启闭机室内，每三台机设一套液压站。液压启闭机可现地操作，也可远控操作。

3.4 尾水管检修闸门及启闭机

6条尾水管在尾水闸室出口后汇为两条尾水洞。为了机组的安装和维修需要，在尾水管出口设有检修闸门。6个尾水管出口共设置6个门槽，设3扇检修闸门。孔口尺寸为10.87 m×15.22 m－25 m，总水压力为29 195 kN，闸门底坎高程为656.4 m，最高涌浪水位高程为681.4 m。门型为平面滑动闸门，采用增强四氟板材—NL150滑道支承。为保证上游止水效果良好，下游侧设置弹性滑块。静水启闭，节间充水平压，水压差小于1 m后启门。闸门平时存放在储门槽内。

闸门由2×1 000 kN台车式启闭机通过液压抓梁操作，台车轨距4.5 m，扬程28 m，工作级别为Q2－轻。

3.5 尾水洞出口检修闸门及启闭机

6台机组共布置有两条尾水洞。为了检修尾水洞，在出口设有检修闸门。闸门孔口尺寸均为20 m ×18 m －17.7 m，闸门底坎高程661.2 m，设计尾水位678.9 m，总水压力30 918 kN。门型为平面滑动闸门，采用增强四氟板材—NL150滑道支承，下游止水。为保证止水效果良好，上游侧设置弹性反轮。静水启闭，节间充水平压，水压差小于、等于1 m后启门。闸门平时锁定在687.4 m高程的平台上。

该闸门尺寸大，单节重量大，且要在施工期挡水，现场安装条件差。为了便于现场安装，设计时考虑闸门分节单独受力独立工作，并考虑运输单元允许，闸门分5节设计，现场采用铰接方式连接，并设置节间止水，从而大大减少了现场安装焊接工作量。

闸门用2×1 600 kN固定式启闭机操作，启闭机布置在底高程709 m的启闭机房内。启闭机扬程28 m，工作级别为Q2－轻。

4 施工导流系统金属结构设计

瀑布沟水电站施工期布置有1#、2#两条导流隧洞，1#、2#洞进口均设一中墩，分成两个孔口，每孔设1扇封堵闸门。闸门为平面滑动闸门，孔口宽度均为6.5 m，进口底坎高程均为673 m。闸门孔口尺寸为6.5 m ×16.5 m －133 m，下闸水头16.41 m，挡水水头133 m。考虑到在下门过程中如遇闸门卡住或下闸后闸门漏水能将闸门提出处理，最大动水提门水头按25 m设计。闸门采用增强四氟板材—NL150滑道支承，下游止水。门叶分为5节，节间用焊接连接。考虑到导流洞需要过流多年，过流期间水流情况复杂，泥沙含量大，为保证下闸前门槽安全，在门槽内设置填框保护，门槽采用Ⅱ型门槽，门槽前后设钢衬保护。下闸前应拆除门槽填框。

闸门用2×4 000 kN固定卷扬式启闭机通过拉杆操作。扬程27 m，工作级别为Q2－轻。