峡江水利枢纽引水发电系统金属结构布置与设计

2014-04-08徐强

水利技术监督 2014年5期

关键词：峡江拦污栅金属结构

徐强

徐强

（江西省水利规划设计院，江西南昌 330029）

文章主要介绍了峡江水利枢纽工程电站进口拦污栅、检修门、尾水事故检修门及清污机和启闭设备的选型布置及结构设计的特点。

峡江水利枢纽；发电系统；金属结构；布置；设计

峡江水利枢纽工程位于江西省吉安市峡江县境内赣江中游河段，坝址下游距峡江老县城巴邱镇6km，是一座以防洪、发电、航运为主，兼顾灌溉等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。坝顶高程51.2m，最大坝高22.1m，坝轴线总长845.0m。枢纽工程主要建筑物设计洪水500年一遇，校核洪水2000年一遇。河床式电站厂房布置于枢纽右岸，共安装9台灯泡贯流式水轮发电机组，装机容量360MW，多年平均发电量11.44×108kW·h，保证出力44.09MW。

金属结构设备工程主要包括有引水发电系统、泄水闸系统、船闸系统、鱼道系统和灌溉渠首5部分的闸门、拦污栅、清污机、启闭机组成，金属结构总工程量约19109t。

1 设计依据

峡江水利枢纽工程金属结构施工图设计是根据峡江水利枢纽工程金属结构初步设计报告及初步设计审查意见、《水电水利工程钢闸门设计规范》（DL/T 5013-95）、《水电水利工程启闭机设计规范》（DL/T 5167-2002）、《水工金属结构防腐蚀规范》（SL 105-2007）、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）、《起重机设计手册》等有关规程规范以及补充修改部分进行。金属结构主要材料采用Q345B和ZG340-640。

2 引水发电系统金属结构总体布置

电站厂房共装有9台贯流式灯泡机组，单机容量为40MW。坝下游校核（P=0.2%）洪水位46.62m、设计（P=1%）洪水位45.32m、正常尾水位（9台机发电）36.61m，二台机发电尾水位33.0m。

引水发电系统金属结构布置主要根据机组特点、水工结构、流道布置及对金属结构功能要求进行。电站进水口设置了18套16.2m×33.0m-4m（宽×高-水头）垂直活动式钢栅，由坝顶QM-2×250kN双向门机通过液压自动抓梁启闭兼清污。

栅槽下游侧设3扇16.2m×19.58m-31.95m叠梁检修闸门，并配置MQ-2×1250kN单向门机通过液压自动抓梁启闭。电站尾水出口设置9扇16.2m ×13.6m-36.22m事故检修闸门，采用MQ-2×2000kN单向门机通过液压自动抓梁启闭。

在施工图阶段对金属结构总体布置还进行了一些优化。如进口拦污栅设两台双向门式清污机互为备用，每台门机配置1套液压自动抓梁用于起吊拦污栅，配置1套液压清污抓斗用于拦污栅清污。检修闸门和尾水检修闸门两台单向门机统一采取沟式滑触线供电方式，避免大量电缆影响整体效果。尾水设置检修平台降低门机扬程及总体高度等。

引水发电系统部分金属结构总重约9811t，拦污栅重约1381t，闸门重约6026t，门（栅）槽埋件重约1468t，清污机、启闭设备（含自动抓梁）重约608t，锁定装置、轨道重约328t。

3 进口拦污栅及启闭、清污设备

引水发电系统进水口流道尺寸较大，宽度为16.2m，底槛高程为14.05m，闸顶高程为51.2m。为了使通过拦污栅断面的平均出水流速满足不大于1.2m/s的要求，拦污栅的总体布置与结构设计从以下几个方面进行了考虑。

（1）为减小拦污栅跨度、结构尺寸及启闭、清污设备的规模，在每台机组进水流道前段设置中隔墩，使9台机组进水流道前段形成18个孔口，有效扩大了过流面积。

（2）初设阶段曾考虑在电站进水口上游设置拦污浮排，但按照进水口上游库岸地形布置浮排轴线很长，轴线与流向夹角很大，因此，施工图阶段未采用拦污浮排方案，而采用两台清污门机方案。设置两台双向门式液压抓斗清污机进行清污和启闭，门机设液压自动抓梁起吊，以便启闭拦污栅也可连接液压抓斗清污。两台清污机可同时使用，亦可互为备用，可有效减轻栅前污物拥堵。

（3）拦污栅及栅条结构设计水头差为4.0m，并在栅体前后设置测量水位差的差压计，以便监测拦污栅前后的水位压差是否超过设计值。

（4）为了缩短拦污栅的启闭时间，将两节栅体间用销轴连成1组作为一个启闭单元。拦污栅结构设计时为尽量降低水头损失，除尽量加大栅条间距外，采取了如圆钢管结构斜撑，主梁翼缘尽可能窄小，只设一根中间纵梁，主要材料采用容许应力更高的Q354-B等一系列措施。同时，支承滑块采用低磨阻、低弹性模量和较高强度复合材料滑块。

18孔共设18扇拦污栅，每扇拦污栅分为10节，每节高3.3m，拦污栅全高33.0m。各节拦污栅均采用“工”字形组合截面的双主梁，栅条净距250 mm。双向清污门机连接液压抓斗，通过抓斗导向槽清污，连接液压自动抓梁启闭拦污栅。

清污机的主要技术参数：额定启门力 2×250 (kN)，总（轨上）起升高度44（7.5）m轨距4.5 m，液压清污抓斗起升荷载 2×40( kN），抓斗容量8 m3，单抓斗清污宽度8.6 m，水下清污深度38 m。清污机安装高程51.2m。

4 进口检修闸门及启闭设备

机组进水流道后段末设置检修闸门，9台机组(9孔流道)设置3扇检修闸门共用，闸底坎高程为14.05m，闸孔尺寸为16.2m×19.58m，设计水头31.95m，总水压力70952kN。

检修闸门采用分节式平面滑动钢闸门，单扇闸门分6节，每节门高3.3 m。门体结构基本相同，均采用3根变截面工字形主梁同层布置设计，止水和面板均设在下游侧。主支承采用低摩阻复合材料滑道，门叶结构主要材料为Q345B。闸门结构有如下特点。

（1）闸门边柱顶底端设承重板、门顶设节间定位销可防止节间错位，设抓梁定位销以便抓梁自动穿轴装置定位准确。正向支承采用低磨阻、低弹性模量和较高强度复合材料滑块，反向支承采用弹性滑块，止水为橡塑复合止水。主梁漏水孔处采用劲板补强。

（2）闸门每2节用销轴连接成1组，作为启闭和锁定单元，不挡水时3扇闸门共为9组可分别锁定于9孔闸顶槽内。

（3）考虑检修闸门需要静水启闭，故顶上两节闸门间设长圆孔以便利用节间充水平压，顶节门体动水小开度充水平压后，各组（节）门体静水开启，便于闸门的操作运行管理。

（4）闸门两端顶部位置设锁定座板，以便闸门锁定于51.2m平台；同时，闸门锁定采用自动翻转锁定梁，使闸门的操作更加省时、省力。

门槽型式为I型门槽，槽宽1.6m，深0.75m，宽深比为2.13。埋件包括主轨、反轨、侧轨、锁定梁及门楣和底坎。主、反轨均通至51.20m平台，侧轨顶部与锁定梁埋件焊接有效保证承压力。为确保闸门安全入槽，轨道顶部均设计成喇叭口形，便于导向。

检修闸门静水启闭，门后设通气孔，采用单向门式启闭机配液压自动抓梁启闭。

启闭设备的主要技术参数：额定启门力2×1250(kN)，起升高度8.3(轨上)/42.5(总扬程)，轨距6m。门机安装高程51.2m，采用沟式滑触线的供电方式。

该工程检修闸门布置较常规设计主要是增加了6扇临时挡水闸门。

一方面是由于1期施工围堰拆除时，第1台机组安装基本结束但尚未调试，因此，为了方便其余机组的安装和所有机组的调试。

另一方面在机组安装调试结束后其中18节用作泄水闸永久性检修闸门，并可用于剩余几孔弧形闸门的安装、调试及检修。再则另外的12节可改造后用于门库上游段封堵闸门。这样不仅仅节省了施工围堰投资，更主要的是可使机组提早发电创造更大的经济效益。

临时挡水闸门为分节式平面滑动钢闸门，单扇闸门分6节，每节门高3.3m。上节门体按照临时设备经济设计，施工结束后报废处理；下面5节（6扇共30节）门体结构与启闭操作均与检修闸门基本相同。泄水闸共18孔，孔口宽16m，为保证检修闸门的通用，埋件支承宽度及止水中心宽与厂房进口一致。为方便操作，临时挡水闸门吊耳设计需适应三种容量的自动抓梁，即厂房进口2×1250(kN)单向门机、泄水闸2×630(kN)单向门机、门库内进口2×500(kN)台车式启闭机。

5 尾水事故检修闸门及启闭设备

尾水平台顶高程为48.0m，底槛高程为16.2m，闸门孔口尺寸为16.2m×13.6m。事故情况闸门闭门时上下游最大水头差为13m；检修情况闸门挡水位36.22m（8台机组发电水位）；施工期闸门挡水位43.3 m。闸门总水压力为14571kN。

灯泡机组有导叶自关闭及重锤关闭等可靠的防飞逸措施，为了进一步提高运行的安全性，并满足机组检修需要，在尾水出口每孔设置1扇事故检修闸门。

每孔一扇闸门的布置一是可替代围堰用于机组安装调试。

二是保证机组的检修可多孔同时进行。

三是为了操作方便，避免一门多孔需来回调运的操作空间及时间双重需求。每扇闸门分4节，节高3.5m，节间采用销轴连接，闸门总高14.0m。各节闸门结构基本相同，均采用3根“工”字形组合变截面主梁，同层布置设计，面板和止水均设在上游侧，止水为双“P”头橡皮，门叶结构主要材料为Q345-B。

尾水闸门布置与设计时做了如下优化。

（1）考虑施工期机组安装和调试、事故闭门时间要求，9扇闸门共设1台单向门机配液压自动抓梁操作。相较于固定卷扬式启闭机的设计方案，门机方案不需要非常高的混凝土排架，使得坝面整洁美观，且总体造价更加经济。为保证一台门机9孔共用的使用效果，使闸门的及时调动响应操作指令，门机平时停放在中间闸孔顶端待命，并采用沟式滑触线的供电方式。

（2）鉴于门机初设总高度近25m，安装施工难度极大，故在42.0 m设置了检修平台和锁定装置，从而降低了轨上扬程。同时，每孔一门的布置也避免了一门多用的操作空间要求，进而保证了门机高度的降低，确保安装施工方便可行。

（3）闸门边柱顶底端设承重板、门顶设节间定位销、抓梁定位销。止水采用橡塑复合止水，上游支承采用低磨阻、低弹性模量和较高强度复合材料滑块，下游主支承为偏心轴线接触简支轮，采用自润滑关节轴承，有效降低闸门启闭力。

（4）闸门平常锁定于闸顶（高程48.0m）槽内，检修时锁定在42.0m高程内，两个平台均设置了两座自动翻转锁定梁。

（5）闸门整扇动水闭门，静水启门，顶上两节设长圆孔以便利用节间充水平压，顶节门体动水小开度充水平压后，各组（节）门体静水开启，便于闸门的操作运行管理。

门槽型式为I型门槽，槽宽1.7m，深0.85m，宽深比为2。埋件包括主轨、反轨、侧轨、锁定梁及门楣和底坎。主、反轨均为铸钢轨道，主、反、侧轨均通至42.0m检修平台。为确保闸门安全入槽，轨道顶部均设计成喇叭口形，便于导向。

启闭设备的主要技术参数：

起升机构：额定启门力2×2000(kN)，起升高度10.0(轨上)/28.5(总扬程)；

行走机构：走行荷载2×1000(kN)，走行速度2.0～20 m/min，走行距离208 m，轨距6.5m，基距10 m。门机安装高程48.0m，