乔苗水库除险加固工程新建放水塔金属结构设计

2022-06-24鲁诗刊

广西水利水电 2022年3期

鲁诗刊

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

乔苗水库位于广西大新县全茗镇乔苗村，坝址距离大新县城约10 km，是一座以灌溉为主，兼顾发电等综合利用的中型水库。水库正常蓄水位322.800 m，设计洪水位323.680（P＝1%），校核洪水位323.880 m（P＝0.1%）。

乔苗水库1966年7月动工兴建，1969年底建成投入使用。2018 年8 月经广西水利技术中心组织专家鉴定，评定乔苗水库大坝安全类别为“三类坝”。乔苗水库于2019 年进行了除险加固设计，除险加固的主要内容有：①对大坝进行灌浆防渗加固、坝顶加高加宽、排水棱体拆除改建、上下游坝坡加固，坝段总长750 m；②对溢洪道进水渠、控制段、消力池段进行改建加固；③修复引水设施总长3309 m，其中修复引水干渠长1444 m，修复引水支渠长1865 m；④拆除改建放水塔，修复输水隧洞长146.5 m。

除险加固设计将原有放水塔、工作平台交通桥全部拆除并在原址重建，对进水明渠进行清淤疏浚及防护。新建放水塔设计流量3.5 m3/s，采用分层取水，在不同水位不同水深处相应设置上、下两层进水口，分别取用不同水深、水质较好的地表水。在315.000 m 高程设置表层进水口，在308.820 m 高程设置底层进水口。在进水口设有1 孔1 扇拦污栅，在上层进水口设有1 孔1 扇表层进水闸门，在下层进口沿水流方向依次设有1 孔1 扇底层进口闸门、底层出口闸门；在隧洞进口设1 孔1 扇隧洞控制闸门。新建输水隧洞放水塔纵剖面图见图1。

2 闸门类型的选择

闸门按其工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。工作闸门主要用于控制流量，能够在动水中启闭。检修闸门主要供工作闸门、建筑物及机械设备检修时短期挡水，操作方式为静水启闭。事故闸门在建筑物或设备出现事故时，动水闭门，阻断水流，防止事故扩大，事故解除后，充水平压后静水启门（无充水条件时也可动水启门）。根据工程的需求，同一闸门也可兼顾多种闸门的功能。

底层进口闸门用于检修底层出口闸门，操作方式为静水启闭，故底层进口闸门为检修闸门。底层出口闸门平时处于关闭状态，当水位低于316.061 m时，则提起闸门，维持水库供水，操作方式为动水启闭，故底层出口闸门为工作闸门。水库通过隧洞控制闸门的开度进行流量调节，闸门的操作方式为动水启闭，局部开启，故隧洞控制闸门为工作闸门。表层进水闸门平时处于全打开状态，使水库取表层水，当输水隧洞发生事故，且隧洞控制闸门无法正常闭门时，表层进水闸门动水闭门，阻断水流，防止事故扩大；同时，表层进水闸门用于检修底层出口闸门和隧洞控制闸门，故表层进水闸门为事故闸门（兼故检修闸门的功能）。

图1 乔苗水库新建输水隧洞放水塔纵剖面图

3 闸门及拦污栅设计

3.1 进水口拦污栅设计

拦污栅孔口尺寸2 m×8.68 m（宽×高），底槛高程为308.820 m。拦污栅采用潜孔式垂直平面滑动钢栅，设计水头为3 m，平面直立活动式布置。拦污栅沿高度方向分成2节制造，每节高度4.45 m，节间通过轴板连接。拦污栅为焊接结构，采用3 主梁布置，主梁为工字钢，结构承重钢材采用Q235B钢，主支承和反向支承采用钢滑块，侧向支承采用角钢。拦污栅栅叶自重约4.87 t（含拉杆0.81 t），栅槽埋设件重量约2.33 t。

3.2 表层进水闸门设计

表层进水闸门（事故闸门）孔口尺寸2 m×2.5 m（宽×高），底槛高程为315.000 m，闸门以水库设计洪水位（P=1%）323.68 m为设计水位，相应设计水头为8.68 m；以水库校核洪水位（P=0.1%）323.880 m校核，相应校核水头为8.88 m。

闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，焊接结构，面板、底止水布置于上游侧，顶、侧止水布置于下游侧，门叶梁系为同层布置，采用3 主梁布置，主梁为焊接工字钢，主支承和反向支承采用Φ600悬臂轮。由于闸门后体积较大，充水阀充水平压时间较长，故取消充水阀结构，采用小开度充水提门。闸门结构承重钢材采用Q235B 钢，门叶重约2.97 t，门槽埋设件重约2.91 t。

3.3 底层进口闸门设计

底层进口闸门（检修闸门）孔口尺寸m2×2.5 m（宽×高），底槛高程为308.820 m，闸门以正常蓄水位322.800 m 为设计水位，相应设计水头13.98 m。为了闸门运行方便，考虑底层进口闸门和表层进水闸门可以互换，且共用1 套抓梁。底层进口闸门结构布置与表层进水闸门一致。门叶重约2.97 t，门槽埋设件重约3.9 t。

3.4 底层出口闸门设计

底层出口闸门（工作闸门）孔口尺寸为2 m×2 m（宽×高），底槛高程为308.820 m。闸门以水库设计洪水位（P=1%）323.68 m为设计水位，相应设计水头差为14.86 m；以水库校核洪水位（P=0.1%）323.880 m校核，相应校核水头为15.06 m。

闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，焊接结构，面板和止水均设在上游侧，门叶梁系为同层布置，考虑加重块的布置，采用4主梁布置，主梁为焊接工字钢，主支承和反向支承采用Φ600悬臂轮，闸门结构承重钢材采用Q235钢，门叶重约8.26 t（含铸铁加重块4.7 t），门槽埋设件重约3.89 t。

3.5 隧洞控制闸门设计

隧洞控制闸门（工作闸门）孔口尺寸、底槛高程、设计水位与底层出口闸门相同，其结构布置与底层出口闸门一致。不同之处为，隧洞控制闸门有局部开启调节流量的功能，在胸墙埋件门楣上需增设1 道“P”型止水橡胶用于闸门局部开启时止水。闸门结构承重钢材采用Q235钢，门叶重约8.26 t（含铸铁加重块4.7 t），门槽埋设件重约3.93 t。

4 启闭设备选型

4.1 启闭机布置方案比选

（1）方案一：1 门1 机布置，每扇闸门和拦污栅分别设1 台启闭设备。本方案闸门运行管理较方便，但启闭设备数量较多，为满足启闭设备的操作空间要求，会增加放水塔闸室的长度，投资较大。

（2）方案二：采用移动式启闭机设备，多孔闸门共用1台启闭机。本方案放水塔闸室长度较方案一短，启闭机设备少，投资较少，但管理较为不便。

对于需要频繁操作的闸门宜采用1 门1 机布置，本工程中隧洞控制闸门（工作闸门）需局部开启调节流量，操作较频繁，故单独采用1台固定式启闭设备操作。底层出口闸门（工作闸门）平时处于关闭状态，仅枯水期水位低于316.061 m时，才提起闸门，其操作机率较小，故底层出口闸门和底层进口闸门（检修闸门）、表层进水闸门（事故闸门）、拦污栅可共用1台移动式启闭设备。综合考虑方案一和方案二相结合，其投资省，运行管理也较方便。