百色水库灌区银屯放水塔工程金属结构布置

2023-01-11陈苗

广西水利水电 2022年1期

陈苗

（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

百色水库灌区位于百色市右江河谷内，范围涉及百色市的右江区、田阳县和田东县共12 个乡镇。规划拟从百色水库引水，通过新建输水管道，连通该灌区内现有的水源工程，形成一个水量充足、调配能力强和覆盖面广的灌溉区域。

百色水库灌区规划范围为百色水库以下至田东县思林镇沿河两岸相对成片的耕地及果园，以百色水库为龙头水源，通过管道灌溉工程建设，联合下游现有中小型灌片灌溉渠网，在右江河谷构建一个大型现代化灌区，惠及百色市的右江区、田阳县和田东县3个县（区），提高灌区人饮供水保证率，供水人口20.5 万人。同时百色水库还通过管道在空闲期向现有右江大型灌区骨干水源——百东河水库补水，有效解决右江灌区日益凸显的农业用水与城市用水矛盾。

2 银屯取水口放水塔工程金属结构布置

进水口布置于银屯副坝左坝肩上游420 m 处，放水塔为岸塔式，采用活动孔口浮筒式圆盘闸门分层取水，自上游起进水口布置1 扇拦污栅[1]，并设置清污机清除栅前杂物，栅后布置1扇叠梁检修闸门，然后布置分层取水闸门（浮筒式圆盘闸门），随后布置旋转滤网，旋转滤网后为拦污栅和叠梁检修闸门门库，最后布置1扇事故闸门；浮筒式圆盘闸门由底部流道连接至事故闸门前，进水口后接银屯隧洞。

2.1 放水塔进口拦污栅

放水塔进口拦污栅共设1 孔1 扇，孔口尺寸为9.0 m×32.0 m（宽×高），设计水头4 m。

（1）拦污栅型式。采用活动式，双吊点操作，采用平面多节滑动式，栅体沿高度方向根据运输要求分节制造，栅体沿高度方向分成10节，每节高度3.2 m，每节单独一个单元。每节拦污栅的支承框架采用双主梁同层等荷布置，每节底部设有弯钩，便于提栅清污时带走污物。栅条间距根据经验采用100 mm，栅条截面为矩形截面。侧向装置采用悬臂侧轮，为槽外式布置。拦污栅栅体主要材料采用Q235钢。栅叶单重104.7 t。栅槽尺寸为0.93 m×0.5 m，埋件单重17.01 t。

（2）拦污栅清污方式。正常情况下，采用耙斗式清污机进行清污，必要时，也可分节提栅至塔顶，进行人工清污，清污平台设在塔顶232.3 m高程处，动水提栅时考虑前后水位差不大于1.5 m，计算启吊力为479.98 kN，采用1 台2×500 kN/100 kN 桥式起重机[2]通过机械钩环式自动抓梁双吊点分节启吊，清污后的拦污栅可存放于专用门库中。拦污栅的专用门库设在旋转滤网后侧。门库埋件单重约为6.3 t。

2.2 叠梁检修闸门

拦污栅之后设1 孔1 扇取水叠梁检修闸门，孔口尺寸为9.0 m×31.14 m（宽×高），底槛高程197.50 m，校核洪水位为228.67 m，正常蓄水位为228.17 m，闸门按下游无水时挡最高水头设计，设计水头30.67 m，设计总水压力为43 081.72 kN。

采用平面滑动钢闸门，双吊点操作，闸门沿高度方向分成9 节，每节高度3.46 m，结构完全相同。每节闸门为三主梁同层布置型式。主支承采用铸铁滑块。侧向装置采用悬臂侧轮，为槽外式布置。闸门结构承重材料采用Q365 钢。门叶单重约为209.4 t，门槽尺寸为1.26 m×0.6 m，埋件单重约为14.8 t。

叠梁检修闸门在水头不大于3 m情况下动水启闭，计算得启闭力为571.45 kN。与进口拦污栅共用1 台2×500 kN/100 kN 桥式起重机通过液压穿轴式自动抓梁双吊点分节操作。闸门顶节门叶平时存放在专用门库内，检修时，将其吊至叠梁检修闸门孔口内，检修平台设在塔顶232.3 m高程处。

叠梁检修闸门专用门库设在旋转滤网后侧。门库埋件单重约为6.3 t。

2.3 分层取水闸门

根据国家生态环境部的批复意见，为了减缓低温水的不利影响，灌溉用水应尽量取表层水，为此，进水塔应采用分层取水措施。分层取水闸门型式进行浮筒式圆盘闸门和分层取水叠梁闸门两种门型比选。

2.3.1 方案一：浮筒式圆盘闸门

采用浮筒式圆盘取水闸门方案时，银屯取水口放水塔进口依次设有拦污栅、叠梁检修闸门、浮筒式圆盘闸门、清污旋转滤网、事故闸门。

浮筒式圆盘闸门由可调浮箱、取水盘、下浮室、伸缩套筒式导水管等主要部件组成。

取水盘与可调浮箱构成取水口，口高1.0 m，是决定取水性能的主要部位，取水盘直径为6.2 m，由环形水平导水板与截锥形过渡段组成，其下与下浮室第一节套筒顶部连接；可调浮箱及下浮室是实现水力自控的关键装置，其作用是提供承受取水闸门重量所需的浮力，并使导水管随库水位的变化而伸缩，带动取水口升降，使取水深度保持在0～2.0 m范围内，达到表层取水目的；伸缩套筒式导水管采用上大下小8节套筒，筒壁厚度为1.2 cm。

浮筒式圆盘闸门井内设置导向轨道，以防止圆盘取水闸门及伸缩套筒式导水管的横向摆动和转动。

与进口拦污栅共用1 台2×500 kN 桥式起重机作为低水位或者检修时提升取水闸门用。

2.3.2 方案二：分层取水叠梁闸门

方案二中，银屯取水口放水塔进口布置依次设有拦污栅、分层取水叠梁闸门、清污旋转滤网、事故闸门。

分层取水叠梁闸门兼做检修闸门，具体参数与叠梁检修闸门相同。

2.3.3 方案比较

（1）技术比较。①取水方面：浮筒式圆盘闸门取水深度一般不大于2.0 m，通过水力自控实现取水功能；分层取水叠梁闸门取水深度范围在0～5.0 m，可以通过电脑监控水位，通过启闭机进行每节闸门的启闭，从而起到取水功能。两种方案均能满足6.6 m3/s的最大引用流量要求，但分层取水叠梁闸门取表层水的控制难度较大，取水深度变化，难以满足生态取水要求，有可能还会出现断流情况，影响灌溉供水安全。②布置方面：分层取水叠梁闸门总图布置较简单，进水塔结构尺寸较小，浮筒式圆盘闸门方案进水塔结构尺寸较大。③运行维护方面：分层取水叠梁闸门需要配备动力，需人工操作或电脑自动操控，浮筒式圆盘闸门不需要配置动力，靠水力浮力自动升降；相对于分层取水叠梁闸门检修方式简单，浮筒式圆盘闸门检修较麻烦，且需保留上游侧的叠梁检修闸门。

（2）经济比较。机电金结工程量上，分层取水叠梁闸门方案耗钢量约为483.4 t，投资约为604.52万元，浮筒式圆盘闸门方案耗钢量为914 t，投资约为1 225.78 万元。土建投资，分层取水叠梁闸门方案投资为2 222.55 万，浮筒式圆盘闸门方案投资为3 481.47 万元。运行费用上，分层取水叠梁闸门启闭机每年需要电力费用，浮筒式圆盘闸门依靠水力自控，一般不需要运行费用，只需要检修费用。

在金结投资上，浮筒式圆盘闸门方案比分层取水叠梁闸门方案投资多621.26 万元，在土建投资上，浮筒式圆盘闸门方案比分层取水叠梁闸门方案投资多1 258.92万元，但相对而言，浮筒式圆盘闸门方案运行费用较小，且通过水位的涨落取表层水的效果较好。综合考虑，设计推荐浮筒式圆盘闸门方案。

2.4 清污旋转滤网

百色水库自流输水系统支管及分支管上设置了大量口径DN250至DN1600的流量调节阀用于控制各支管及分支管流量，如果污物进入供水管道堵塞流量调节阀，将会造成流量调节阀失去调节功能。若污物短时间快速堵塞流量调节阀，还将引起剧烈的水锤，对输水系统造成安全隐患。但进口拦污栅最小间距仅能做到50 mm，无法满足流量调节阀防堵的需求，故考虑采用拦污范围为3 mm×3 mm至10 mm×10 mm清污旋转滤网。

清污旋转滤网，是由工作链轮、网板机构、主轴传动机构、冲洗水系统及导槽等组成。旋转滤网拦截污物主要靠网板组成的密封网室来实现，并且网板在主动轴带动下往复循环运动，被拦截附着在网板上的污物被带至地面以上，网板上的污物在冲水洗系统作用下被冲至导槽，从而实现污物拦截和清洗的过程、达到排污净化水的目的。本工程采用“外进内出”式侧面进水旋转滤网，水由外而内从两侧网面进入网室，再由一端的出水口流出网室，污物被拦截在网室外侧，集污槽设在网室的外侧，冲洗水系统设在网室的内侧。

旋转滤网有自动控制、手动控制、就地、远控等多种运行方式，正常运行为自动控制，其运行程序为：当滤网前后水位差≥200 mm（可调）时，冲洗阀门自启动，经5～30 s（可调）后，滤网自动启动慢速运行；滤网连续运行20～30 min且滤网前后水位差低于50 mm 时，旋网及其冲洗系统停止自动工作；手动操作一般在设备安装调试或检修时使用；当滤网前后水位差不足200 mm 时，每隔4～8 h（可调）自动启动系统一次，清污20～30 min（可调），然后自动停运；当滤网前后水位差≥400 mm（可调）时，滤网及冲洗系统自动启动高速连续运行，并立即向值班室（或控制室）发出警报信号；当滤网前后水位差≥600 mm（可调）时，滤网及冲洗系统自动启动高速连续运行，并立即向值班室（或控制室）发出紧急警报信号。

旋转滤网后设有2 个门库，分别用于存放拦污栅及叠梁检修闸门。

2.5 事故闸门

浮筒式圆盘闸门后设事故闸门，闸门孔口尺寸（宽×高）为2.8 m×2.8 m，底槛高程192.5 m。闸门以百色水库正常蓄水位228.17 m设计，相应设计水头35.67 m；以百色水库校核洪水位231.66 m 校核，相应校核水头39.16 m；用设计水位计算相应设计总水压力2 508.24 kN。

闸门采用平面滑动钢闸门，闸门为多主梁同层布置型式；利用水柱闭门，闸门面板与底止水布置在上游侧，顶、侧止水布置在下游侧；主支承采用铜合金镶嵌自润滑复合材料，侧向装置采用悬臂式侧轮，为槽外式布置；闸门结构承重材料采用Q355钢，门叶单重约为7.52 t，门槽尺寸为0.85 m×0.55 m，埋件单重约为13.3 t。

在靠近闸门下游侧孔口顶部设2Φ400 通气孔进行补气；通气孔直通塔顶，出口布置在校核洪水位以上的塔壁外侧。

闸门的操作方式为动水启闭，按百色水库校核水位231.66 m计算得最大启门力为613.67 kN；采用1台QP-1000 kN 卷扬式启闭机单吊点整扇启吊。

平时闸门锁定在闸门井上部232.30 m 高程检修平台处。