石门水库金属结构设计

朱盛林

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002）

1 工程概述

新疆兵团南疆新建团场38团且末垦区苏塘灌区水利工程——石门水库工程位于且末县莫勒切河中游河段，是《第二师且末垦区莫勒切河、喀拉米兰河两河流域规划》确定的控制性枢纽工程，是新建38团苏塘灌区水利工程的水源工程。石门水库位于莫勒切河出山口，距38团团部80km，距巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）且末县城240km，距库尔勒市780km，距乌鲁木齐市1243.6km。主要任务为灌溉、发电等综合利用。水库设计灌溉面积为18万亩，电站装机容量为8MW。水库正常蓄水位为2394m、设计洪水位2395.25m、校核洪水位2397.41m、死水位为2365m。水库总库容为7362万m3，淤积后调节库容为2900万m3。坝体采用沥青混凝土心墙坝，坝高81.5m。枢纽工程包括：主河床布置土石坝、右岸布置溢洪道、左岸布置泄洪排沙洞和灌溉发电引水系统。

2 金属结构概述

根据水库工程水工建筑物布置、金属结构及设备主要分布在左岸泄洪冲沙洞、灌溉发电引水洞和厂房尾水闸以及导流洞等处，共有孔口12个，其中平面钢闸门9扇、弧形钢闸门1扇、拦污栅1扇、固定卷扬式平门启闭机3台、液压启闭机1台、台车(含液压抓斗式清污机、自动抓梁)1台、手电两用螺杆式启闭机4台、单梁电动吊葫芦2台、电动吊葫芦1台。

2.1 泄洪冲沙洞金属结构

左岸泄洪冲沙洞闸室采用竖井式结构，闸底板高程为2340.0m，闸顶高程为2399.0m，共1孔，闸室内设1孔事故闸门和1孔工作闸门。泄洪冲沙洞的最大淤沙高程为2356.9m。

事故闸门（宽度m×闸门高m，下同）：孔口尺寸4.5m×5.625m，设计水头57.24m，最大泥沙淤积高度16.9m，设1扇潜孔式设有6个轮径φ900mm平面定轮钢闸门，闸门采用5根主梁等截面结构，闸门采用上游面板，上游封水。设有6个导向侧滑块；闸门支承间距5.14m，门叶结构材料采用Q345C，主轨埋件结构材料采用ZG35Cr1Mo热处理。门叶沿高度方向根据运输条件分节制造、运输，在▽2396.0m高程的安装检修平台上分节吊装就位后焊接成整体。闸门平时锁锭在检修平台上。闸门操作方式为动闭静启，闭门时利用闸门自重和铸钢配重块动水下门。启门时小开度提门充水平压，待上下游水位差小于3m后静水启门。闸门采用容量及扬程QPG—1×3200kN—60m的平面门卷扬式启闭机操作。启闭机安装在塔顶平台以上，高程为▽2407.74m的机房内。为方便卷扬启闭机的安装和检修，在机房内设1台容量100kN单梁电动吊葫芦。工程建成后泄洪底孔操作频繁，门槽处最大流速约为22m/s，为避免门槽处发生气蚀、冲蚀破坏，采用带80mm错距、圆角R50mm、斜坡1:10的Ⅱ型门槽，尺寸1.36m×0.8m（宽×深，下同），并且事故闸门与工作闸门之间全断面采用钢板衬护措施。

工作闸门：孔口尺寸宽×高为4.5m×4.5m，设计水头57.24m，设1扇采用双主横梁直支臂自润滑关节轴承支承的弧形钢闸门。面板曲率半径为9m，支铰中心距底槛高度为6m。闸门门叶结构及支臂材料采用Q345C，支铰座及铰链材料为ZG310—570，铰轴直径φ300mm，支铰轴采用45钢，支铰采用FZB05型铜合金镶嵌自润滑关节轴承。埋件结构材料采用Q345C。侧水封采用方头“P”型橡皮, 底水封采用20mm厚的条形橡皮，闸门顶水封采用一道“P”型橡皮和一道转铰式水封，闸门侧向设有油尼龙导向滑块。该闸门有局部开启运行要求，采用容量及扬程为（启门力/闭门力）1600kN/700kN—6.25m的摆铰式双作用液压式启闭机操作。液压启闭机的缸体安装在▽2354.5m高程的平台上，操作系统设置在▽2399.0m高程的机房内。单吊点，工作行程：5740mm，最大行程：6000mm，启闭速度：0.7m/min，电源：380V、50HZ交流电。为方便液压启闭机的缸体检修，在机房内设有一台容量100kN单梁电动吊葫芦。

2.2 灌溉发电引水系统金属结构

（1）灌溉发电引水洞金属结构。灌溉发电引水洞布置在大坝的左岸，闸室采用岸塔式结构，1孔，在进口处设一道拦污栅和一道事故闸门。闸底板高程2358.0m，闸顶平台高程2399.0m。为降低过栅流速，发电洞进口为喇叭体型式布置。进水口设一道清污机槽和拦污栅槽，在水道渐变段末端设一道事故门槽。电站厂房内设3台水轮发电机，2大1小，每台机组有一个尾水管出口，在每个尾水管出口处各设一道检修闸，3孔，共设2扇检修闸门，其中两孔大尾水检修闸共用1扇闸门。在发电洞进口闸顶平台上设一台容量2×125kN，坝顶扬程和总扬程为7m/45m，轨距为5.8m的移动式卷扬机，台车上设一套机械自动抓梁操作拦污栅，设一套液压清污抓斗，用于拦污栅的清污。事故闸门采用一台容量及扬程为QPG—1×630kN—45m的平门卷扬机操作。

拦污栅：孔口尺寸5.6m×5.5m，为直立式，栅体结构按4m水头差设计，滑块支承，栅条净距根据混流式水轮机拦污栅栅条间距是水轮机转轮直径的1／30，取60mm，栅叶结构材料采用Q345C。栅叶结构由栅条和框架组成，栅条焊接在框架主梁翼缘上。为防止栅条侧向失稳，在相邻栅条间用轴联结每片栅条间用钢管间隔。栅叶采用双吊点，吊点距为6m；栅叶结构沿高度方向分两节制造、运输，在闸顶平台上用连接板将两节栅叶连成整体。

事故闸门：孔口尺寸2.8m×2.8m，设计水头36m，设1扇潜孔式平面定轮钢闸门，闸门采用四根主梁等截面结构，上游面板，下游封水。采用轮径为φ650mm、材料为ZG310—570的主轮，轴孔设有NGB自润滑滑动轴承。轮轴直径180mm，材料45钢。闸门门叶结构材料采用Q345C，除主轨埋件材料为ZG310—570,其余材料采用Q235B。闸门操作方式为动闭静启，闸门靠自重和水柱压力动水下门，门顶设充水阀，启门时小开度提阀充水平压后静水启门。启闭设备采用容量及扬程QPG—1×630kN—45m的平板门卷扬式启闭机。

（2）电站厂房尾水闸金属结构。电站厂房大尾水闸检修闸门：孔口尺寸：4.2m×1.7m，设计水头1.3m，2孔，设1扇露顶式平面滑动钢闸门，工作条件为静闭动启。采用1台2×50kN扬程5m的电动葫芦启闭。

电站厂房小尾水闸检修闸门：孔口尺寸：3.31m×1.7m，设计水头1.3m，1孔，设1扇露顶式平面滑动钢闸门，工作条件为静闭动启，启闭采用与大尾水闸门共用的电动葫芦进行操作。

（3）尾水渠进水、退水闸金属结构。尾水渠进水闸门：孔口尺寸：2.5m×2.5m，设计水头2.27m，2孔，设2扇露顶式平面滑动钢闸门，工作条件为动水启闭，启闭设备各采用1台2×50kN螺杆长5m的手电两用螺杆式启闭机。尾水渠退水闸门与尾水渠进水闸门同。

2.3 导流洞金属结构

导流洞放水闸，1孔，设一道平面滑动封堵闸门。闸底板高程2329.0m，闸顶高程2348.0m。导流洞封堵闸门的下闸水位为2330.6m，最高封堵水位为2394.Om。

平面封堵闸门：孔口尺寸4.5m×4.5m，设计水头65m。设1扇潜孔式由滑块支撑的平面钢闸门。闸门采用五根主梁等截面结构，上游面板，下游封水。门叶结构材料采用Q345C，滑块材料为工程塑料合金,主轨埋件材料采用ZG340—640。闸门操作方式为动水闭门。封堵闭门时在低水位进行，利用闸门自重可以闭门。启门时按施工规划采用5m水头设计，启闭机采用容量及扬程为QPQ—1×630kN—20m的平板门卷扬式启闭机操作。为避免导流期门槽处发生气蚀、冲蚀破坏，采用带80mm错距、圆角R40mm、斜坡1:10的Ⅱ型门槽，并且门槽底板前后4m宽采用钢板衬护措施。主体施工时导流洞封堵闸门锁定门槽内，待主体工程施工完后，计划下闸时间9月中旬。考虑到闸门下放时出现卡阻现象，在库水位不断升高的情况下需动水启门，该工况应作为启闭机启门力的设计条件。根据下闸规划设计中不同下闸流量水位蓄水位与时间关系曲线，在12.4m3/s流量下，库水位上升速率约为0.6m/h，动水启门前按耽搁4h考虑。此时水位为2333m，对应水头为4m，启门过程中留有一定的裕度，该闸门动水操作水位定为2334m，底坎水头为5m。封堵导流洞后，闸门永久留在水下，启闭机正常闭门后回收。启闭机安装高程按下闸3天时间的水位确定，下闸后3天的库水位为2340m，启闭机安装高程为2355.60m，满足拆卸回收条件。

3 结语

石门水库枢纽工程金属结构设备于2017年9月5日通过验收，目前已正常运行1年半，各闸门封水良好，启闭灵活可靠，能够满足灌溉和电站正常运行的需要。