芦家洞水电站改扩建工程泄洪工作闸门优化比选

唐 超

（湖南水总水电建设集团有限公司 长沙市 410007）

1 工程概况

芦家洞电站位于锦江中游，距铜仁市6 km，原电站大坝为5 跨连拱坝，大坝全部为溢流坝，连拱坝下游为消力池；连拱坝左岸为河床式厂房，装机为4×1.25 MW 发电机组；连拱坝与厂房之间的冲沙底孔和大坝右岸的船闸，均已不能正常使用。近年，由于锦江上游王家山、坝盘、清水塘等电站的相继建成，芦家洞电站保证出力已经提高，而芦家洞电站为径流式电站，调节库容较小，造成水库大量弃水，发电损失严重。湖南锦源水电投资公司接手该项目后，交由贵州省铜仁地区水利电力勘测设计院对其进行了重新设计。装机容量调整为3×7.0 MW，枢纽由左岸斜面升船机（预留）、非溢流重力坝、中间溢流坝、右岸非溢流重力坝、坝后式地面厂房组成。

芦家洞电站泄洪工作闸门型式，原则上用平板闸门和弧形闸门都可行。经设计比选，结合业主需求，最终确定使用弧形闸门。

2 闸门方案比选

2.1 初选平板闸门方案的原因

初步设计方案之所以选择平板闸门作为芦家洞水电站泄洪闸门的型式，主要是考虑在锦江流域泄洪闸前后落差较小，若将弧门支铰布置在下游校核洪水位以上，则支臂过长，给水工和闸门结构布置带来很大困难；若支铰布置过低，上游洪水冲击弧门支臂以及下游回水打击门叶底部，水流条件十分复杂，对支铰不利，而平板闸门操作简单，易检修，不存在上述问题。因此，初设阶段工作闸门选用平面双腹板简支滚轮闸门，如图1。

2.2 确选弧形闸门方案的原因分析

通过业主提供的坝盘水电站平板闸门运行情况以及清水塘水电站弧形闸门运行情况的实际经验对比，可以得到以下结论：

图1 平板闸门方案

（1）平板闸门的不足：由业主提供的坝盘水电站平板闸门安装及运行情况的经验总结可知，平板闸门启闭机需设置高排架，在工程施工及金属结构安装时难度较大，施工周期长，影响整个工程的经济效益。而且平板门需要设计门槽，在运行过程中，门槽内由于泥沙堆积，造成门叶的启闭困难，将影响整个电站的正常安全运行。

（2）弧形闸门的优势：一是弧形闸门的工作不需要门槽，水力学条件较好，不存在门槽气蚀和门槽泥沙淤积导致门叶启闭困难的状况发生。二是弧形闸门的启闭采用液压启闭设备，闸门自重较轻，控制方便，启闭灵活，而且无需高排架，降低了施工难度。三是弧形闸门的启闭调度方案比较简便。上述优点在清水塘水电站实际运行中已得到充分证明。

综上，业主更倾向于选择采用弧型闸门方案，如图2。

图2 弧型闸门方案

3 选用弧形闸门的技术可行性分析

3.1 规范规定

《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL／T 5013－95）第5.1.7 条规定：弧形闸门支铰宜布置在过流时支铰不受水流及漂浮物冲击的高程上。支铰是弧形闸门受力与传力的主要部件，因此，在设计时应按规范规定尽量避免支铰受到水流及漂浮物的冲击。

3.2 实际参数

芦家洞水电站泄洪闸的上游设计洪水位为246.83 m（P＝2%）、校核洪水位为250.91 m（P＝0.2%），对应的下游设计洪水位为243.05 m、校核洪水位为247.8 m。

该弧形闸门方案支铰高程246.85 m，弧面半径R＝16 m。支铰位于下游设计洪水位P＝0.5%（相应下游水位246.65 m）以上。液压启闭机的容量为Q＝2×1 000 kN，行程L＝8 000 mm。

3.3 对比分析

弧形闸门支铰高程246.85 m，通过查芦家洞水电站坝下游水位流量关系表得此高程水位流量为9 330 m3/s，仅超过200年一遇的最大洪峰流量相应下游水位，未超过500年一遇的最大洪峰流量相应下游水位。当遇到超过500年一遇的洪水时，支铰会被淹没，可能还会受到漂浮物冲击。

（1）从规范条文看，支铰布置位置并没有作出硬性规定。也就是说，结合工程的具体情况，在全面分析论证的基础上，通过必要的工程手段，支铰布置在设计洪水位下也还是可以的，而且近年来，随着弧门设计制造安装的技术越来越成熟，已经能满足支铰位于设计洪水位以下的运行安全要求。国内已有类似的工程实例，如湖南湘江流域的大源渡等航电工程。

（2）支铰高程相对于下游洪水位是明确的，在常年洪水位即设计洪水位时，不存在水流冲击支铰的问题；当超过0.5%设计洪水位时，虽然机率非常小且历时较短，但可采取相应措施，防备事故发生。

（3）本工程的实际情况：流速从侧向也不会对支铰造成实质上的影响。

（4）支铰轴承采用球面自润滑平面滑动轴承，对于铰链与支铰座之间的间隙，可以通过设置□型密封圈及密封扣环予以解决。自润滑球面滑动轴承典型结构型式和材料是在铜合金球形表面镶嵌固体润滑剂，它在保证足够承载能力的同时取得较小的摩擦系数，并且保持很好的动、静摩擦系数稳定性，具有50年免维护自润滑功能。轴承能在水下工作，并具有双面水密功能。

（5）液压启闭机下端盖设置刮污器，上端盖设置内置式传感器进行行程检测。

（6）对于污物卡阻活动铰链与固定铰座之间间隙的问题。本工程运行工况为洪水来之前开启弧形闸门，即不能从闸门上面翻水。弧形闸门的启升靠液压启闭机操作，下降靠弧形闸门自身重量，因此污物的卡阻只存在于下降工况。对于液压启闭机，闸门下降时，只需启动油泵，打开油缸下腔的液控单向阀即可，因此即使卡阻(那怕是一边卡阻)，对液压启闭机也不会造成影响，可通过人工检查与点动启升液压启闭机予以解决。

（7）污物较多的时候易挂物为稻草(树枝)，2×1 000 kN 的启门容量有一定裕度，稻草(树枝)的卡阻难以影响闸门的起闭。

（8）每年汛期，如果遇到支铰被淹的现象，当年汛期后对过水的支铰进行彻底检查与维护，以保证工程的安全运行和下游人民的生命财产安全。

综上所述，从总体布置、参数量级及技术经济性比较可见，弧形闸门方案在该电站运用较为理想。

[1]DL／T 5013－95.水利水电工程钢闸门设计规范[S].