台江县空寨水库工程金属结构布置与设计

王德丽

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

1 基本概况

台江空寨水库供水工程是以城市供水为主，兼有发电的一项综合性水利工程，主要由水库枢纽、供水系统及发电引水系统组成。空寨水库大坝为重力坝，最大坝高44.5 m，坝顶高程为644.5 m。水库正常蓄水位658 m,死水位为644.5 m,相应库容2222万m3，总库容2744万m3，工程规模属中型。根据工程总体布置的各项需要，枢纽部分水工金属结构设备主要包含以下内容：溢洪道设置一扇平面检修闸门及三扇弧形工作闸门；引水发电兼放空管进口设置一扇拦污栅、事故闸门，放空兼环境水管出口设置一套工作阀门；泵站取水口进口设置一扇拦污栅、事故闸门；厂房尾水管出口处设置尾水闸门两扇、尾水检修闸门；导流洞设置一扇导流洞封堵闸门。本工程枢纽部分共设有闸门10扇，拦污栅2扇，锥形阀1套，门槽埋件13孔，启闭设备11套[1]。

2 工程布置与设计

2.1 泄水系统金属结构

泄水系统水工金属结构设备主要设置溢洪道检修闸门、溢洪道工作闸门。

2.1.1 溢洪道检修叠梁门

检修叠梁门的孔口12.0 m×14.4 m(宽×高)，设计水头为13.5 m，总水压力5394 kN。闸门的运行方式为静水启闭。闸门型式为露顶式平面滑动叠梁钢闸门，主支承采用滑块，滑块材料为钢基铜塑复合材料。门叶及埋件主材采用Q345B碳素结构钢；设置4节共用叠梁门，叠梁门单扇高度为3.6 m,单扇重25 t，叠梁门合计重100 t，埋件单孔重22 t，3孔埋件合计重66 t。该叠梁门采用型号为2×400-23/5.74台式启闭机启闭，启闭机配有自动抓梁，启门力为2×400 kN，总扬程23 m，轨上扬程5.74 m。门机配有自动抓梁及其附件，带150 kN回转吊，回转半径8.5 m。该检修闸门的侧止水材料为橡塑复合材料，底止水材料为橡胶。

该闸门在下游工作闸门需要维护检修时静水闭门，在维护检修完毕后，动水提起上节叠梁门充水平压后启门。叠梁门平时存放在贮门槽门内, 贮门槽埋件重量10 t；闸门的检修、更换可在检修平台上进行,检修平台高程为661.50 m。

2.1.2 溢洪道工作弧门

本工程共设置有3孔泄洪孔，溢洪道设置有3扇工作闸门。溢洪道堰顶高程为644.50 m，闸门的底槛高程为643.77 m,弧形工作闸门的孔口12.0 m×14.0 m(宽×高)，设计水头为13.5 m，总水压力10 022 kN。闸门型式为露顶式弧形钢闸门，斜支臂，圆柱铰，支铰中心高度为9.53 m，弧形闸门半径为18 m。闸门及埋件主材为Q345B，闸门单重180 t,总重540 t；门槽埋件单重12 t,总重36 t。闸门的运行方式为动水启闭，双吊点启闭，闸门启闭设备选用规格型号为QHLY-2×2200-7.5液压启闭机，闸门启闭机容量2×2200 kN，溢洪道3孔弧形工作闸门液压启闭机采用集中控制方式，共用1套液压动力站，设置3套控制阀组分别控制3孔工作闸门，共设置3工1备4套油泵电机组，共用部份仅为油箱、油泵电机组，3工1备4套油泵电机组可互为工作和备用，共设置1个液压启闭机控制室。每扇工作闸门设置有开度监控系统1套，用于监控闸门的开度及开启运行情况等，保证闸门的安全运行与操作；设置开度仪3套，同时，设置一套柴油发电机组作工作闸门的备用动力，功率为75 kW。因该闸门规模较大，为防止在极端情况下完全失去操作动力，液压启闭机控制系统设置1套液压启闭机HGYD液压应急操作器，其功能为在极端情况下完全失电时，仍可向启闭机输出动力开启闸门，确保大坝运行安全。

2.2 引水发电系统金属结构

引水发电系统金属结构设置有引水发电兼放空管进口拦污栅、事故闸门及出口工作锥形阀；泵站取水口进口拦污栅及事故闸门。闸门拦污栅布置形式如图1所示。

图1 引水发电系统金属结构布置示意图(单位：mm)

2.2.1 引水发电兼放空管进口拦污栅

进口拦污栅底槛高程635.25 m，孔口尺寸为6.0 m×6.0 m(宽×高)，设计水头(水位差)为4 m，总水压力1606 kN。拦污栅型式采用潜孔平面直立活动式拦污栅，运行方式为静水启闭，拦污栅栅体及埋件主材选用Q235B碳素结构钢，栅体重24 t，栅槽埋件重12 t。拦污栅用1套型号规格为CD2×160 kN-9 m的卷扬启闭机，容量为2×160 kN，扬程9 m。拦污栅设置1套水位仪，与下游的事故闸门共用，以监测拦污栅前后水位差以及闸门开启时的平压情况，确保拦污栅和隔水闸门的运行安全。为方便清污、倒渣、维护及检修等，将拦污栅的清污、倒渣及检修平台均设置在坝顶高程上。

2.2.2 引水发电兼放空管进口事故闸门

事故闸门底槛高程为635.25 m，闸门的孔口尺寸为4.5 m×4.5 m(宽×高)，设计水头为26 m，总水压力5685 kN。闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门，主支承采用悬臂轮，闸门采用下游面板，下游止水型式，设置顶、侧P型止水及刀型底止水。门体及埋件主材选用Q235B碳素结构钢，门体重30 t(含拉杆)，埋件重28 t。闸门的运行方式为动闭静启，利用门体自重和水柱闭门，采用启闭机小开度提门进行充水平压，待闸门前后水位差小于5 m后静水启门。事故闸门用1套型号规格为QPG1600 kN-29 m 的高扬程卷扬启闭机，容量为1600 kN，扬程29 m。拦污栅设置1套水位仪，与下游的事故闸门共用，以监测拦污栅前后水位差以及闸门开启时的平压情况，确保拦污栅和隔水闸门的运行安全。该闸门平时处于挡水状态，在开启取水时锁定于检修平台(即坝顶高程661.50 m)上，在下游侧设置φ1 m通气孔作为补气孔，其上端设置栏杆等设施保证工作人员安全。闸门设置有水位仪(与拦污栅共用)，便于监控闸门的充水平压情况等，有利于闸门的安全运行与操作。闸门的检修、更换可在检修平台上进行。

2.2.3 引水发电兼放空管出口工作阀门

在供水管出口处设置一个锥形阀，为焊接结构，作为工作阀使用，孔径φ1.2 m，孔口中心高程为636.00 m，操作方式为手电两用，设计水头35 m，阀重5 t,操作条件动水启闭。该锥形阀在水库需要放空时动水开启，在放空完毕后，动水关闭。

2.2.4 泵站取水口进口拦污栅

进口拦污栅底槛高程639.60 m，孔口尺寸为1.8 m×1.8 m(宽×高)，设计水头为4 m，总水压力530 kN。拦污栅型式采用潜孔平面直立活动式拦污栅，运行方式为静水启闭，拦污栅栅体及埋件主材选用Q235B碳素结构钢，栅体重4 t，栅槽埋件重8 t 。拦污栅用1套型号规格为QPQ160 kN-8 m的卷扬启闭机，容量为160 kN，扬程8 m。拦污栅设置1套水位仪，与下游的事故闸门共用，以监测拦污栅前后水位差以及闸门开启时的平压情况，确保拦污栅和隔水闸门的运行安全。为方便清污、倒渣、维护及检修等，将拦污栅的清污、倒渣及检修平台均设置在坝顶高程上[2]。

2.2.5 泵站取水口进口事故闸门

事故闸门底槛高程为639.60 m，闸门的孔口尺寸为0.8 m×0.8 m(宽×高)，设计水头为21 m，总水压力1120 kN。闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门，主支承采用悬臂轮，闸门采用下游面板，下游止水型式，设置顶、侧P型止水及刀型底止水。门体及埋件主材选用Q235B碳素结构钢，门体重2 t(含拉杆)。埋件重10 t。闸门的运行方式为动闭静启，利用门体自重和水柱闭门，采用启闭机小开度提门进行充水平压，待闸门前后水位差小于5 m后静水启门。事故闸门用1套型号规格为QPG250 kN-26 m的高扬程卷扬启闭机，容量为250 kN，扬程26 m。拦污栅设置1套水位仪，与下游的事故闸门共用，以监测拦污栅前后水位差以及闸门开启时的平压情况，确保拦污栅和隔水闸门的运行安全。该闸门平时处于挡水状态，在开启取水时锁定于检修平台(即坝顶高程661.50 m)上，在下游侧设置φ0.6 m通气孔作为补气孔，其上端设置栏杆等设施保证工作人员安全。闸门设置有水位仪(与拦污栅共用)，便于监控闸门的充水平压情况等，有利于闸门的安全运行与操作。闸门的检修、更换可在检修平台上进行。

2.2.6 厂房尾水管出口尾水检修闸门

为了检修水轮机组，需在厂房尾水设置两孔检修闸门。尾水检修闸门型式为潜孔式平面滑动钢闸门，尾水检修闸门有2道门槽，根据施工要求，在汛期不影响机组等的安装和施工，所以按一孔一机一门设置。

尾水检修闸门底槛高程为620.86 m, 闸门的孔口尺寸为6.0 m×2.22 m(宽×高)，设计水头为16 m，总水压力2800 kN。运行方式为静水启闭，由机组放水平压。每孔闸门自重12 t，总重24 t;埋件重8 t,总重16 t。启闭机规格型号为QPG2×160-15。平时处于开启状态，锁定在检修平台上，闸门的检修维护在检修平台上进行[3]。

3 施工导流系统金属结构

在导流洞进口处设置了一扇封堵闸门，用于施工期导流任务完成之后导流洞的封堵。封堵门底槛高程为626.00 m，孔口尺寸为5.0 m×6.0 m(宽×高)，封堵闸门的最高挡水水头21 m,启闭机操作水头为6 m。门型采用平面滑动钢闸门，止水装置设在闸门的下游面。门体主材为Q235B，门体重25 t。门槽埋件部分均采用钢板及型钢组焊而成，材料为Q235B，埋件重12 t。事故闸门用1套型号规格为QPG1250 kN-37 m的高扬程卷扬启闭机，容量为1250 kN，扬程37 m。导流洞封堵闸门的具体布置形式如图2所示。

图2 施工导流系统金属结构布置示意图(单位：mm)

4 结 论

(1)金属结构布置和选型的合理性,对金属结构工程的投资及水工建筑物枢纽的布置等至关重要。台江县空寨水库金属结构的合理布置和优化选型设计,有效地改善了水库枢纽建筑物的总体布置,成功地解决了多功能取水发电兼放空的合理调度运用技术难题,设计方案能够满足水库蓄水和安全运用等功能要求。金属结构设备的布置具有一定的相似性和代表性,合理的布置设计对整个工程设计管理有着极其重要的意义。

(2)贵州省台江县空寨水库工程于2014年10月完成可研设计及外部审查工作，于2016年9月完成初步设计及外部审查工作，于2017年5月份完成相关的招标技术条款编写，于2018年全面开展金属结构施工图设计工作。本文介绍了台江县空寨水库工程金属结构的设计及特点，设计在充分考虑设备制造、安装运行的情况，合理布置金属结构设备，可为今后此类工程设计提供借鉴。