缅甸上邦朗水电站工程金属结构的设计与布置

王处军，吉雪松

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明，650051）

缅甸上邦朗水电站工程金属结构的设计与布置

王处军，吉雪松

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明，650051）

就上邦朗（Upper Paunglaung）水电站金属结构的设计与布置进行了介绍，并简述了电站金属结构的操作运行。

上邦朗水电站；金属结构；设计与布置；操作运行

1 工程概况

缅甸上邦朗（Upper Paunglaung）水电站工程位于邦朗河邦朗电站上游约55km处，距仰光约470km，距彬文那约70 km，地理坐标为北纬19°40′、东经96°40′。上邦朗水电站属坝后式电站，装机容量2× 70 MW。中方承包商为云南机械设备进出口有限公司。设计前期工作由瑞士COLENCO公司完成，招标和施工详图阶段机电及金属结构设计由昆明院承担，COLENCO公司咨询。电站已于2014年并网发电。

上邦朗水电站工程金属结构设备根据水工建筑物的布置分为：放空底孔系统、引水发电系统及导流系统。整个电站设有拦污栅和闸门共计20孔19扇（其中：拦污栅6孔6扇，闸门14孔13扇，各种启闭机共8台套）、压力钢管2条。

2 放空底孔金属结构的设计与布置

2.1 放空底孔金属结构布置概述

一条放空底孔布置在水库右岸，用于电站放空与冲沙，在放空底孔的出口处设置2孔2扇弧形工作闸门，在弧形工作闸门之前设置2孔2扇平面高压滑动闸门作为事故闸门。布置简图见图1。

2.2 放空底孔事故闸门与启闭设备的设计及布置

事故闸门设置于放空底孔出口工作门之前，为平板门，孔口尺寸为2.0 m×3.0 m，设计水头为89.1 m。闸门的操作条件为动闭静启。闸门门叶采用整块厚钢板制造。材质采用16MnR。闸门采用液压滑道支承，门槽型式采用Ⅱ型结构，全钢衬外包混凝土结构，门槽顶部采用钢盖板密封。门槽盖板上方布置容量为2 000 kN的液压启闭机，液压启闭机活塞杆通过盖板上的开孔与闸门联接。为保证闸门的密封性，闸门按双向止水设计，上游布置一道橡胶止水，下游采用铜合金滑动支承，也同时兼作下游止水。闸门的用途为：当放空底孔工作闸门发生事故或需要检修时动水下闸挡水。

2.3 放空底孔工作闸门与启闭设备的设计及布置

工作闸门设置于放空底孔出口处，为弧形门，孔口尺寸为2.0 m×2.8 m，设计水头为89.1 m。闸门的操作条件为动水启闭，局部开启。因闸门孔口较小，闸门上下支臂相隔较近，故将上下支臂合为一个整体。支臂呈扇形结构布置，每侧支臂设有上、中、下三条支臂腹板和左右两块扇形的翼板，支臂与门叶采用螺栓联接。工作弧门采用容量为630 kN的单吊点液压启闭机操作，液压启闭机为悬挂式结构，启闭机和闸门的联接位置一端位于门叶中部，另一端与设置于后牛腿的铰座相联接。闸门启闭时，液压启闭机随闸门的开、闭沿铰座中心旋转，类似于国内普遍布置的表孔闸门液压启闭机，但较少布置于深孔弧形闸门。此布置方式使闸室的高度较为低矮，土建开挖工程量减少，闸室的体型结构也较简洁美观，但也有闸门启闭力臂较小的缺点。闸门的用途为：当水库需要放空或冲沙时，开启该闸门进行放空或冲沙。

图1 放空底孔金属结构设备布置图Fig.1 General arrangement of steel structures for bottom outlet

2.4 放空底孔事故闸门与启闭机的操作运行

事故闸门平时悬挂在孔口上方密封盖板下，当工作闸门在运行过程中发生故障或需要检修时，事故闸门启闭机启动使闸门下降直至全关位置停机。工作闸门事故处理或检修完毕后，在工作闸门关闭的情况下，首先打开旁通阀对事故闸门和工作闸门之间的空腔进行充水平压。待平压后启动启闭机，提升闸门至孔口上方密封盖板下方后停机。

2.5 放空底孔工作闸门与启闭机的操作运行

工作闸门平时处于全关位置。当工作闸门需要开启时，按下启闭机的提升按钮，将闸门提升至需要的开度位置后停机。当放空冲沙完毕，工作闸门需要关闭时，工作闸门启闭机启动，使闸门下降直至全关位置停机。

3 引水发电系统金属结构的设计及布置

3.1 引水发电系统金属结构设计概述

在大坝左侧设置进水塔，进水塔分成两个进口。每个进口前端设置一个喇叭形进水口。共设有6孔6扇拦污栅。拦污栅之后，设有2孔1扇进水口平面检修闸门及门式起重机。在进水口检修门之后，设有2孔2扇进水口平面快速事故闸门及液压启闭机。在进水口快速事故闸门后设有两条压力钢管。在厂房机组尾水出口处设有4孔4扇尾水平面检修闸门及1台门式起重机。

进水口金属结构设备布置见图2。

3.2 拦污栅的设计及布置

每个喇叭形进水口处设置3孔3扇固定式拦污栅，3孔拦污栅成折线形垂直布置。3扇拦污栅后的水域是连通的，当部分拦污栅的栅叶被污物堵塞时仍能保证机组有足够的引水量，可避免或减少因部分拦污栅堵塞而停机的机会。其孔口尺寸为4.4m× 13.8 m，设计水头差4.0 m。拦污栅的框架为焊接钢结构，栅条为长条形的钢板，用螺栓串结后固定在栅框上。根据COLENCO公司的设计及业主要求，拦污栅不设置专用清污设备对其清污。

3.3 进水口检修闸门与启闭机的设计及布置

检修闸门设置于进水口拦污栅之后，孔口尺寸为4.8 m×4.8 m，设计水头39.5 m，为平面定轮闸门，采用钢板焊接组合结构，滚轮支承，下游止水。闸门的用途为：当进水口快速事故闸门需要检修时下闸挡水。闸门采用630 kN门式起重机作为启闭设备，布置于进水口顶部平台之上。该门式起重机还兼作进水口事故闸门液压启闭机的检修设备。在门机的上游侧设有回转吊一台，回转吊上挂有60 kN的清污耙斗，专门用于清理进水塔前的水面漂浮物。在门机的下游侧设有一吊笼，可用于搭乘检修人员从进水口顶部下至事故门底槛高程处，便于对进水口的金属结构设备进行检修维护。

图2 进水口金属结构设备布置图Fig.2 General arrangement of steel structures for water intake

3.4 进水口快速事故闸门与启闭机的设计及布置

快速事故闸门设置于进水口检修门之后，孔口尺寸为4.8 m×4.8 m，设计水头39.5 m，为平面定轮闸门，采用钢板焊接组合结构，滚轮支承，上游止水。闸门的用途为：当压力钢管或机组出现事故或需要检修时关闭该闸门挡水。闸门采用1 000/500 kN液压启闭机作为启闭设备，布置于进水口顶部平台之上。

3.5 压力钢管的设计及布置

压力钢管设置于快速事故闸门之后，其具体布置见图3。

钢管起始于坝轴线，终止于机组中心线上游侧8 m处，长度约为133.755 m。整条钢管分为上平段、上弯段、倾斜段、下弯段及下平段5部分。整条钢管只有平面弯管，没有空间弯管。钢管前端，事故门后的门槽井兼作通气孔及进人孔。钢管的充水通过设于事故门上的充水阀进行。在294.5 m高程处设有一波纹管，用于协调坝和基岩的不同变形以及钢管的热胀冷缩。在厂房前回填土292.5 m高程上方设有一进人孔，方便人员进入钢管检修。在下平段（机组中心高程278.4 m）设有另外一个波纹管，用于协调基岩和厂房的不同变形。在管道末端设有一3 m长的渐缩圆锥管，用于与机组蜗壳前的钢管连接。在锥管上游侧3.5 m处设有一排水管，用于检修钢管时放空管道内的积水。

钢管内径为φ4.8 m，材料为16MnR。根据调保计算成果及COLENCO公司提供的设计技术要求，取钢管末端的最大水压力为120 m水柱。钢管设计内水压力考虑静水压力和水锤压力的叠加并考虑地震作用下的偶然工况。

3.6 尾水检修闸门与启闭设备的设计及布置

尾水检修闸门设置于厂房机组尾水出口处，其布置见图4。

图3 压力钢管布置图Fig.3 General arrangement of penstock

图4 尾水检修闸门金属结构设备布置图Fig.4 General arrangement of steel structures of tail water gate

尾水检修闸门孔口尺寸为4.175 m×4.78 m，设计水头20.21 m。闸门结构采用钢板焊接组合结构。闸门采用滑道支承，上游止水。闸门的用途为：当机组需要检修时下闸挡水。其启闭设备为1台2×160 kN门式起重机，布置于厂房尾水平台上。

3.7 进水口检修闸门与启闭机的操作运行

检修闸门操作条件为：动水下门，静水启门。启门前先打开门上充水阀充水平压后再提门。闸门平时储存于储门槽内，当其后的快速事故门需要检修时，进水口门机启动，将检修闸门从储门槽内吊出后移至孔口上方再使闸门下降直至全关位置后停机。检修完毕后，先打开门上充水阀充水，待平压后提升闸门至进水口顶部平台后再移至储门槽内储存。

3.8 进水口快速事故闸门与启闭机的操作运行

快速事故闸门操作条件为：动水下门，静水启门。启门前通过设于门叶上的充水阀充水平压后提门。闸门平时悬挂在孔口上方约1 m的位置，当压力钢管或机组在运行过程中发生事故或需要检修时，快速事故闸门液压启闭机使闸门快速下降至全关位置。事故处理或检修完毕后，先启动启闭机打开充水阀进行充水平压。待平压后启动启闭机，提升闸门至孔口上方约1 m的位置停机。

3.9 尾水检修闸门与启闭机的操作运行

检修闸门操作条件为：静水启闭。启门前先通过水机专业设的埋管进行充水平压后提门。闸门平时锁定于门槽顶部尾水平台上，当机组在运行过程中需要检修时，尾水门机启动使闸门下降直至全关位置停机。检修完毕后，先通过水机专业设的埋管进行充水。待平压后启动尾水门机，提升闸门至尾水平台锁定后停机。

4 导流系统金属结构的设计及布置

4.1 导流系统金属结构设计概述

在河流右岸设置一条导流隧洞。在导流隧洞进口段，用混凝土中墩将导流隧洞进口断面分隔成两孔，设两扇导流闸门，在水电站蓄水发电前由70 t汽车吊下闸，封闭导流洞。

4.2 导流洞闸门与启闭设备的设计与布置

导流洞闸门设置于导流隧洞进口处，其布置见图5。

图5 导流洞闸门布置图Fig.5 General arrangement of gates for diversion tunnel

导流洞闸门孔口尺寸为4.25 m×9.66 m，设计水头35.5 m。闸门结构采用钢板焊接组合结构。闸门采用滑道支承，下游止水。闸门的用途为：当电站需要下闸蓄水时下闸挡水。其为一次性设备，下闸成功后，电站运行期间不再使用。该闸门的下闸水头为5.5 m，启闭设备为1台700 kN临时汽车起重机。

5 结语

缅甸上邦朗水电站金属结构的设计与布置充分考虑了电站运行的检修、维护等需要。目前电站所有机组均已发电，金属结构设备均已投入运行，运行状况良好。

[1]杨兆福.水工金属结构[M].北京：水利电力出版社,1989.

[2]刘细龙,陈福荣.闸门与启闭设备[M].北京：中国水利水电出版社,2003.

[3]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社,2005.

[4]潘家铮.压力钢管[M].北京：电力工业出版社,1981.

[5]《水电站机电设计手册》编写组.水电站机电设计手册[M].水利电力出版社,1988.

[6]曹平周,朱召泉.钢结构[M].北京：科学技术文献出版社, 1999.

[7]俞良正,陶碧霞.钢闸门面板试验主要成果及建议[J].水力发电,1986(10)：31-42.

[8]范崇仁.对钢闸门面板计算中的弹塑性调整系数的确定[J].武汉大学学报,1980(1)：17-22.

[9]王正中,徐永前.对四边固支矩形钢面板弹塑性调整系数理论值的探讨[J].水力发电1989(5)：39-43.

[10]王正中,赵延风,徐永前.按薄膜结构对钢面板弹塑性调整系数的探讨[J].西北水资源与水工程,1992(4)：39-45.

[11]王正中.按大挠度理论对四边固支矩形钢面板弹塑性调整系数的进一步探讨[J].水电站设计,1994,10(4)：4-12.

[12]王正中.钢闸门面板弹塑性调整系数的研究[J].西北农业大学学报,1995,23(2)：84-88.

[13]徐秉业,刘信声.结构塑性极限分析[M].北京：中国建筑工业出版社,1985.

[14]徐芝伦.弹性力学(上、下)[M].高等教育出版社,1990.

[15]王正中,李宗利,冷畅剑,刘玲.钢闸门面板弹塑性极限承载力计算[J].西安矿业学院学报,1998,18(3)：201-205.

[16]丁大钧.薄板按弹性和塑性理论计算[M].南京：东南大学出版社,1991.

[17]解可新,韩健,林友联.最优化方法[M].天津：天津大学出版社,1997.

[18]张小林,申永康,张晖.钢闸门面板有效宽度系数近似计算方法[J].杨凌职业技术学院学报,2002(2)：42-43.

[19]何运林.结构稳定理论[M].北京：水利电力出版社,1996.

[20]武际可,苏先樾.弹性系统的稳定性[M].北京：科学出版社,1994.

Design and arrangement of hydraulic steel structure of Upper Paunglaung hydropower project

by WANG Chu-jun and JI Xue-song
PowerChina Kunming Engineering Corporation

The article gives a brief introduction on design,arrangement and operation of hydraulic steel structures of Upper Paunglaung hydropower project,for reference.

Upper Paunglaung hydropower project;hydraulic steel structure;design and arrangement; operation

book=47,ebook=53

TV547

B

1671-1092（2016）06-0047-06

2016-11-08

王处军（1976-），男，重庆开县人，高级工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作。

作者邮箱：465276587@qq.com