涔天河水库扩建工程金结设计与布置

◎余爱武

一、引言

涔天河水库扩建工程是一座以灌溉、防洪、下游补水和发电为主，兼顾航运等综合利用效益的大型水利水电工程。涔天河水库扩建枢纽工程金属结构包括泄洪系统、灌溉引水系统、引水发电系统、施工导流金结设备、以及老灌溉洞改造工程等五大部分。工程泄洪系统布置有3 个泄洪通道，分别为1#泄洪洞、2#泄洪洞及放空洞。灌溉引水系统在大坝上游左右岸分别各设一隧洞从水库表层取水灌溉，每个隧洞均采用塔式分层取水型式。引水发电系统电站共四台机组，采用单管引水发电，引水发电系统金属结构包括表层引水发电洞进口、压力钢管和机组尾水三部分。导流洞金属结构在导流进口设置一封堵门。枢纽的金结布置型式、数量、主要尺寸及运行方式的确定，均按照《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）、《水电水利工程启闭机设计规范》（DL/T5167-2002）、《水电站压力钢管设计规范》（SL281-2003）中的有关规定执行，并结合水工建筑物的总体布置，力求做到技术先进，经济合理，安全适用，运行维护管理方便。

图1 水库远景图

二、涔天河水库扩建工程金属结构设计与布置

1.泄洪系统金属结构。第一，泄洪洞工作闸门。在隧洞进口位置，相关的工作人员需要安置一扇闸门，门后被作为无压洞，针对工作闸门，需要采取弧门型式的形式。弧门孔口大小大致是10m×8m，底槛高度是260m，拦挡水位是316.6m，设计水头是56.6m，闸门为潜孔式弧形钢闸门。闸门双主纵梁直支臂结构，弧门半径16.0m，支铰高程272.5 m。针对弧门门叶主梁及支臂，相关的工作人员需要采取箱形组合截面，而门叶及支臂架构，则要采取Q345B，型钢材料为Q235B。针对支铰铰座材料，相关的工作人员需要采取ZG35CrMo，轴承则采取自润滑滑动轴承，轴大小大致是φ800mm，材料采取40Cr。弧门侧止水采取方头“P”形橡胶止水，顶止水采取活动铰顶止水，底止水采取“Ⅰ”形橡胶止水；侧向支承采取简支式侧轮，门槽埋件与事故检修门门槽埋件之间隧洞采用钢板衬砌。针对闸门，相关的工作人员需要采用动水启闭的形式，并且具有局部开启泄流功能，针对全开方位，则要使用液压锁定设施予以锁定。

第二，泄洪洞事故检修闸门。在弧门前设置检修门，考虑在弧形闸门闭门出现故障时检修门需动水关闭，所以需要使用低摩阻滑块支承的平面滑动钢闸门。闸门最高挡水水位为上游蓄水位313m，闸门事故闭门最大水头为53m（至闸门底槛）。闸孔口大小大致是10m×10m，底槛高度是260m。闸门属于潜孔式平面滑动钢闸门，相关的工作人员要利用多主梁同层结构予以设计，主梁都使用“工”字形组合截面，门叶结构的常见材料是Q345-B，次梁型钢材料是Q235-B。闸门顶、侧止水采用“P”形橡胶止水，底止水应用“Ⅰ”形橡胶止水，正常检修时闸门静水闭门；事故工况可利用水柱动水闭门，检修后为静水启门。闸门整体启闭，启闭设备选用1 台（套）QPG2×4000kN 启闭机。闸门平时锁定存放于门槽顶部。

2.灌溉引水系统金属结构。第一，分层取水闸门。在每个隧洞进水塔均设一组4个阶梯式分层取水闸门，闸门的孔口尺寸均为4.5×3.5m，闸门的设计水头从8～32不等，闸门为潜孔式平面滑动钢闸门，滑块为低摩阻滑块，均为下游侧止水，闸门动水启闭（启闭水头～8m），4 个闸门共用一台2×250KN 门机配合自动吊梁进行启闭。

第二，拦污栅。在分层工作门前端垂直设置一道平面活动式拦污栅，左右两引水隧洞各1 孔，其孔口宽度3.5m，底槛高程为275m，进水口平台顶高程为324m。栅体设计水头差为4m，拦污栅高45.5m，每扇分为13 节，每节高3.50m。每节拦污栅采用双主梁设计，主梁采用“工”字形组合截面，拦污栅主要材料采用Q235B。拦污栅静水启闭，共用分层工作门启闭门机配自动抓梁分节独立提栅，配清污耙斗进行清污，最大清污扬程49.0m。

第三，事故检修闸门。灌溉引水隧道进水塔后设有事故检修闸门，检修门尺寸为3.5m×3.5m。底槛高程为275m，拦挡水位为320.27m，设计水头45.27m，闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，动水闭门，静水启门（小开度启门平压），拟采用 QPG1×1000KN 高扬程卷扬式启闭机进行操作。闸门平时锁定存放于门槽顶部。

3.引水发电系统金属结构。第一，引水发电进口事故检修闸门。引水发电洞进口为2 孔，共设置2 扇事故检修闸门，闸门孔口尺寸5m×8m，底槛高程为256.5m，设计水头56.5m，闸门为潜孔式平面钢闸门，在机组发生事故时需动水关闭，故采用平面滑块钢闸门。采用多主梁同层结构布置设计，主梁均采用“工”字形组合截面，门叶结构主要材料为Q345-B，次梁型钢材料为Q235-B。闸门顶、侧止水采用“P”形橡胶止水，底止水采用“Ⅰ”形橡胶止水，支承 滚 轮 直 径 为 φ1100mm， 材 料 为ZG50Mn2，轴承采用自润滑关节轴承，轮轴直径为φ220mm，材料为40Cr。正常检修时机组关闭导叶，闸门静水闭门，事故工况可动水闭门，检修后为静水启门，利用平压阀充水平压，闸门整扇启闭。启闭设备拟选用QPKY 2500KN/1250KN 液压启闭机加拉杆进行操作，闸门平时悬挂于门槽内门楣上部。

第二，压力钢管。从电站引水隧道后段到机组蝶阀，相关的工作人员需要使用压力钢管（其中包括4 个岔管，2 个弯管），管中心的高度大致是EL215m，中心设计水头为140.2m（含水锤），主管段为洞内钢衬，压力钢管承受70%的内水压力；支管段属于明管，承受100%的内水压力。压力钢管材料采用345C，岔管材料WDB620 高强度钢。主管段为钢衬，钢管内径为φ9.5m，长度约85.24m，钢管壁厚选用36mm。四机组的支管的大小为φ4.1m，钢管壁厚选用24mm。岔管一共 4 个，φ9.5m-φ1.8m，采用月牙肋岔型式。

第三，厂房尾水金属结构。电站共设4台机组，在每个机组后均设置1 个尾水出口，共4 孔，生态基流孔锥形阀后也设置1个尾水门门槽，孔口尺寸同机组尾水，用以挡水时对锥形阀进行检修，5 孔共用2 扇尾水检修闸门，以方便单个机组或锥形阀及流道检修。另设置2 扇临时封堵门于施工期使用，临时封堵门结构型式与尾水门一致。闸门孔口尺寸9.3m×3.614m，底槛高程为206.257m，设计水头21.533m，采用潜孔式平面滑动钢闸门1 型式。面板均设在机组侧，主梁采用“工”字形组合截面，门叶结构主要材料为Q235B，闸门侧顶止水采用“P”形橡胶止水，底止水采用“Ⅰ”形橡胶止水；主支承采用铸钢滑块，埋件主要材料为Q235。闸门采用平压阀充水平压，静水启闭，选用1 台2×400kN 台车加自动吊梁进行操作，闸门平时锁定存放于闸门门槽顶部。

4.导流洞金属结构。导流洞为一孔，进口设置一封堵门。孔口尺寸12m×12.5m，底坎高程为238.8m，底坎设有钢衬。闸门设计水头为40.81m，属于潜孔式滑动钢闸门，20 米水头时动水闭门，面板均设在下游侧，主梁采用“工”字形组合截面，门叶结构主要材料为Q345B，次梁及门背联接系采用型钢，材料为Q235B；闸门顶侧止水则应用“P”形橡胶止水，底止水使用“Ⅰ”形橡胶止水；主支承采取低摩阻滑块，埋件常见材料是Q235。采用2X1600KN 固定卷扬机进行操作，闸门施工封堵后不再开启。

5.老灌溉洞工作闸门。原左岸老灌溉洞黄泥渡隧洞进口闸门因不能拦施工期水位，需进行改造，改造为在原孔口后约20 米处重新挖一竖井，重建一闸门和门槽以及启闭排架并更换启闭设备。该工作门孔口尺寸2.8m×2.8m，底槛高程为243.93m，设计水头34.38m。该闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，结构为多主梁同层布置，主梁采用“工”字形组合截面，门叶结构主要材料为Q345B，次梁型钢材料为Q235B；闸门采用多主轮支承，主轮材料ZG35CrMo，轴承采用自润滑轴套，顶、侧止水采用“P”形橡塑水封，底止水采用“Ⅰ”形橡胶止水，动水启闭，采用一台2×150kN卷扬式启闭机进行操作。

三、结束语

本文主要以涔天河水库扩建工程为例，从泄洪系统、灌溉引水系统、引水发电系统、施工导流金结设备、以及老灌溉洞改造工程等方面介绍了金属结构设计和布置情况，该工程从2018 年运行以来所有闸门及启闭设备设计合理，运行正常，表明结构设计合理可靠。通过本文的介绍能够对类似水库扩建工程提供一定参考和帮助，对于促进水利项目地可持续化发展具有很强的现实价值。