新疆恰木萨水电站工程金属结构设计

2014-07-19李泽同

科技视界 2014年14期

李泽同

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

1 工程概况

恰木萨水电站是叶尔羌河下游河道规划梯级开发中的第2级电站，为引水式电站，其上游为錾高水电站，下游为亚贝西水电站。工程主要由拦河引水枢纽（土石坝、泄洪建筑物、进水闸）、输水建筑物（输水隧洞、输水渠道）、前池、压力管道及电站厂房等主要建筑物组成。水库正常引水位1550.0m，校核洪水位1553.70m；最大坝高14.6m，发电流量402.4m3/s，前池正常水位1547.334m，装机容量200MW，多年平均发电量6.63亿kW·h，装机利用小时数3157小时。工程任务为发电，供电范围为喀克电网，电站建成后承担系统基荷运行。

根据恰木萨水电站工程水工建筑物的布置，金属结构设备布置在泄洪冲沙闸、生态基流放水闸、灌溉引水闸、鱼道出口，渠道引水口、渠道沿线1#、2#灌溉放水闸、压力前池和厂房尾水管出口处，共有孔口72个，设置各类闸门和拦污栅54扇，拦污排1套；各类启闭设备和防冰冻设备共55台（套）。各类闸门及拦污栅总重约1485t，埋件总重约1008t；各种启闭设备总重约1313t（含16套防冰冻设备）。整个工程金属结构部分耗钢量约3806t。闸门及埋件表面防腐面积约25000m2。

2 泄洪冲沙闸金属结构

泄洪冲沙闸位于拦河坝左侧，闸底板高程为1541.00m，闸顶高程为1555.60m，共11孔，每孔各设一道检修闸门槽和一道工作闸门。

检修闸门：孔口尺寸12m×9.3m（孔口宽度×闸门高度，下同），设计水头9m。11孔检修闸门槽，共设2扇平面钢闸门，闸门采用下游面板，下游封水，复合材料滑块支承，双吊点，吊点距为7.5m。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门沿高度方向分为相同的3节，节间无联接，设有节间封水，利用自重静水闭门，节间小开度充水平压后静水启门。闸门全开全关运行，闸门逐节启闭，采用容量为2×250kN，扬程16m的单向门式启闭机操作。

工作闸门：孔口尺寸12m×9.5m，设计水头9m。每孔各设一扇弧形钢闸门，闸门门叶采用双主横梁斜支臂结构，支铰高度按超出校核洪水水面线布置，弧门半径12m，支铰高度8.5m。闸门门叶结构及支臂结构材料采用Q345D，铰链、铰座材料为ZG310-570，铰轴材料为45#钢，埋件结构材料采用Q235B，轴承采用自润滑球面滑动轴承。闸门动水启闭，任意开度运行，采用容量为2×500kN的固定卷扬式弧形闸门启闭机操作。

本工程所在地冬季最低气温可达-24℃。根据电站运行方案，工作闸门在冬季挡水运行，为防止闸门承受冰的静压力，拟采用电热管法或发热电缆法加热面板，使附着在面板上的冰融化，与闸前冰层隔开达到防止闸门承受冰的静压力的目的。同时，为保证冬季必要时可开启闸门，为防止闸门与门槽冻结，仍拟采用电热法加热门槽。

3 生态基流放水闸金属结构

为保障下游河道生态基流，在泄洪冲沙闸右侧设生态基流放水闸，共1孔，设一道事故闸门和一道工作闸门。

事故闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头9m。设1扇平面钢闸门，上游面板、上游封水，悬臂轮支承，滚轮直径400mm，主材采用ZG230-450。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门利用自重及水柱加重动水闭门，小开度充水平压后静水启门，全开全关运行，采用容量为1×160kN的固定卷扬式启闭机操作。

工作闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头9m，门槽与门体结构，启闭机型式、容量均与事故闸门完全相同，闸门动水启闭，控制开度运行。

4 灌溉引水闸金属结构

为保障下游农田灌溉，在拦河坝右侧设有灌溉引水闸，共1孔，设一道事故闸门和一道工作闸门。

事故闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头5m。设1扇平面钢闸门，上游面板、上游封水，悬臂轮支承，滚轮直径400mm，主材采用ZG230-450。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门利用自重及水柱加重动水闭门，小开度充水平压后静水启门，全开全关运行，采用容量为1×100kN的固定卷扬式启闭机操作。

工作闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头5m，门槽与门体结构，启闭机型式、容量均与事故闸门完全相同，闸门动水启闭，控制开度运行。

5 灌溉引水闸金属结构

为保障下游农田灌溉，在拦河坝右侧设有灌溉引水闸，共1孔，设一道事故闸门和一道工作闸门。

工作闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头5m，门槽与门体结构，启闭机型式、容量均与事故闸门完全相同，闸门动水启闭，控制开度运行。

6 鱼道出口金属结构

为保障鱼群游向下游，并控制鱼类游动进水量，在拦河坝设有鱼道出口，共1孔，设一道工作闸门。

工作闸门：孔口尺寸2m×2m，设计水头3.5m。设1扇平面钢闸门，上游面板、上游封水，悬臂轮支承，滚轮直径400mm，主材采用ZG230-450。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门动水启闭，控制开度运行，采用容量为1×100kN的固定卷扬式启闭机操作。

7 引水闸金属结构

拦河坝左岸设有引水闸，通过闸后的扩散段接引水渠道，共3孔，每孔各设一道检修闸门槽和一道工作闸门。

检修闸门：孔口尺寸8.5m×6.6m（宽×闸门高，下同），设计水头6.3m。3孔检修闸门槽共设1扇平面钢闸门，闸门采用下游面板，下游封水，复合材料滑块支承，双吊点，吊点距为7.5m。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门沿高度方向分为相同的3节，节间无联接，设有节间封水，利用自重静水闭门，节间小开度充水平压后静水启门。闸门全开全关运行，采用容量为2×160kN的移动式启闭机操作。

工作闸门：孔口尺寸8.5m×5m，设计水头10m。每孔各设一扇平面钢闸门。闸门采用上游面板，上有封水，悬臂轮支承，滚轮直径900mm，主材采用ZG310-570。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料：主轨采用ZG310-570，其余采用Q235B。闸门利用自重及铸铁配重动水闭门，动水启门，控制开度运行，采用容量为2×400kN的固定卷扬式启闭机操作。

本工程所在地冬季最低气温可达-24℃。根据电站运行方案，进水闸工作闸门冬季有操作要求，为防止闸门承受冰的静压力，拟采用电热管法或发热电缆法加热面板，使附着在面板上的冰融化，与冰层隔开达到防止闸门承受冰的静压力的目的。同时为防止闸门与门槽冻结，拟采用电热法加热门槽。

8 引水渠沿线1#、2#灌溉放水闸金属结构

为保障引水渠沿线农田灌溉，在引水渠沿线设1#、2#灌溉引水闸。

1#灌溉放水闸：共1孔，孔口尺寸为0.5m×0.5m，设计水头6.3m，设一道检修闸门和一道工作闸门，均采用铸铁闸门，均采用容量为1×80kN的螺杆式启闭机操作。

2#灌溉放水闸：共1孔，孔口尺寸为1m×1m，设计水头6.3m，设一道检修闸门和一道工作闸门，均采用铸铁闸门，均采用容量为1×100kN的螺杆式启闭机操作

9 发电系统金属结构

电站引水渠冬季采用输冰运行方式，前池利用水力排冰清污。沿渠道水流方向，在前池进水口下游侧布置退水闸，退水闸共2孔，各设一道事故闸门和一道舌瓣工作闸门。前池进水口布置拦污排，通过拦污排阻挡污物与冰块，退水渠工作闸门开启后，利用水流将污物与冰块冲入退水渠。

本工程发电厂房共安装四台机组，单机单管布置。为降低过栅流速，进水室采用喇叭形进口，孔口中部设置中墩。沿前池进水室水流方向依次设有4×2孔检修闸门槽（兼作清污抓斗导向槽）、4×2孔拦污栅、4孔快速闸门。

前池进水室底板下方设冲沙闸，共1孔，设有一道事故闸门和一道工作闸门。

退水闸事故闸门：孔口尺寸7m×5.2m，设计水头4.9m，共2孔，各设1扇平面钢闸门。闸门采用采用上游面板，上游封水，悬臂轮支承，滚轮直径750mm，主材采用ZG270-500，双吊点，吊点距6.52m。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门靠自重动水闭门，小开度充水平压后静水启门，全开全关。闸门采用容量为2×160kN－8m的固定卷扬式启闭机操作。

退水闸工作闸门：孔口尺寸7m×5.2m，设计水头4.9m，共2孔，各设1扇舌瓣钢闸门。闸门采用上游面板，上游封水，双吊点，吊点距5.5m。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235C，铰座材料选用Q345C，选用钢基铜塑自润滑球面轴承。闸门动水启闭，任意开度运行，采用容量为2×500kN的固定卷扬式弧门启闭机操作。

退水闸舌瓣工作闸门冬季有操作要求，为防止闸门与门槽冻结，拟采用电热法加热门槽。

前池进水口拦污排：共1孔，设1道拦污排。拦污排两端直线距离75m，矢高5m，水上拦污高度0.5m，水下拦污深度1.5m，包括多节钢浮箱、拦污栅、铸铁配重和两侧导向装置。其中，导向装置由轮架结构、主轮装置、侧轮装置组成。拦污排随前池水位变化而垂直升降,拦污排冬季无运行要求。

进水室检修闸门：拦污栅前设一道检修闸门槽，共8孔，孔口尺寸均为4.5m×15.7m，设计水头15.4m，设2扇平面钢闸门，下游面板，下游封水，复合材料滑块支承，双吊点，吊点距4.9m。闸门门叶结构材料采用Q235B，埋件结构材料采用Q235B。闸门沿高度方向分为6节，节间无联接，设有节间封水，利用自重静水闭门，节间小开度充水平压后静水启门。采用容量为2×200KN的双向门式启闭机借助自动抓梁操作。在前池进水室一侧设有门库，检修闸门门叶在不使用时存放于门库内。

进水室拦污栅：共8孔，孔口尺寸4.5m×15.7m，各设一道拦污栅，按承受4m水头差设计。拦污栅采用复合材料滑块支承，双吊点，吊点距4.9m，栅叶结构材料为Q235C，埋件结构材料为Q235B。与检修门共用一台2×200kN双向门式启闭机。

发电洞进口快速闸门：共4孔，孔口尺寸5.6m×5.6m，设计水头16.5m。各设一扇平面钢闸门，闸门上游面板，下游封水，悬臂轮支承，滚轮直径800mm，主材采用ZG310-570。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料：主轨采用ZG310-570，其余采用Q235B。闸门动水启闭，采用容量为2×800kN固定卷扬式快速门启闭机操作，为避免钢丝绳长期浸泡水中，采用拉杆连接。

冲沙闸事故闸门：共1孔，孔口尺寸1m×1m，设计水头18m。设1扇平面钢闸门，上游面板，上游封水，悬臂轮支承，滚轮直径300mm，主材采用ZG270-500。闸门门叶结构材料采用Q235C，埋件结构材料采用Q235B。闸门利用自重及铸铁配重动水闭门，小开度充水平压后静水启门，全开全关运行，采用容量为1×100kN的固定卷扬式启闭机操作。

冲沙闸工作闸门：共1孔，孔口尺寸1m×1m，设计水头18m，门槽与门体结构，启闭机型式、容量均与排沙闸事故闸门完全相同，动水启闭，全开全关运行。

10 厂房尾水出口金属结构

本工程发电厂房共安装四台机组，每台机组尾水管出口设置中墩分为两孔，共4×2孔，每孔各设一道检修闸门槽。由于采用单机单管布置形式，每台机组安装完成即可投入试运行，故设8扇尾水检修闸门。

尾水检修闸门：孔口尺寸均为4.76m×4.27m，设计水头20m，采用平面钢闸门，上游面板，上游封水，复合材料滑块支承，双吊点，吊点距5.26m。闸门门叶结构材料采用Q235B，埋件结构材料采用Q235B。闸门为静水闭门，利用机组排水阀充水平压后静水启门，采用容量为2×160kN的单向门式启闭机借助专用自动抓梁操作。