緬甸耶涯水電站泄水底孔金屬結構設計

李大偉，馬會全

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 概述

耶涯水電站位于緬甸東南部，距緬甸第二大城市曼德勒約150 km，裝機4臺，共790 MW。水庫正常蓄水位185.00 m，最大可能水位196.50 m，壩頂高程197.00 m，屬多年調節水庫，年平均發電量36×108kW·h。為滿足工程蓄水期間下游供水及工程運行期間，一旦溢流壩和機組均無法向下游供水時，通過底孔向下游供水。因此，將原設計方案的2條導流洞中的1條改造為2條永久泄水洞，并在泄水洞中部設地下閘門室，沿水流方向，在閘門室內設一道2扇檢修閘門和工作閘門。閘門底坎高程79.64 m，閘門及其埋件按水庫最高水位196.50 m設計，最大操作水頭達117 m，由于閘門室高程遠低于庫水位，因此閘門必須設計成高壓閘閥型式。泄水底孔單孔最大泄量245 m3/s，相應門槽處最大平均流速38.4 m3/s。此種底孔布置型式國內工程建設中采用的不多，而如此高流速和水頭更是不多見。對水力學、設備選擇、結構材料的使用等提出了相當高的要求。同時，由于地下洞室空間有限，加大了安裝難度。

2 金屬結構設備布置

底孔閘門室沿水流方向首部設平面滑動檢修閘門，孔口尺寸2.2 m×3.1 m（寬×高，下同），檢修閘門下游設平面滑動工作閘門，孔口尺寸2.2 m×2.9 m，兩門槽中心線間距2.9 m。檢修閘門與工作閘門均置于整體封閉門槽埋件中，且與圍巖間填充混凝土，上游側與泄水洞鋼襯相連。底孔閘門擋水時，最大內水壓力可達120 m水頭，因此，閘門槽頂部設置頂蓋防止高壓水流涌出，同時作為液壓啟閉機底座。

根據外方招標文件要求，檢修閘門動水閉門，靜水啟門，設旁通閥充水平壓，靜水啟門水頭差經分析并參考國內的有關規程規范取為5 m。檢修閘門平時懸停在門槽孔口段以上0.5～1.0 m處，一旦泄水時工作閘門無法完全關閉，檢修閘門動水下門截斷水流。工作閘門動水啟閉，平常擋水，泄水時開啟泄水。

檢修閘門和工作閘門均由設在88.69 m平臺上2種型號的雙作用液壓啟閉機操作，4臺液壓啟閉機共用1套液壓動力泵站，檢修閘門和工作閘門不同時工作，為滿足2種型號液壓機不同的液壓壓力要求，液壓泵站采用可調柱塞泵實現這一功能，閘門操作前，手動調節柱塞泵流量定值。

因閘門室處于地下，常年處于潮濕環境，為避免潮濕環境對液壓泵站及其電氣元件的影響，在閘門室內角落處單獨設封閉電氣控制室。為滿足設備安裝及檢修與維護的需要，在閘門室頂拱處設2臺電動葫蘆作為起重設備。

底孔閘門泄水時，流速高達40 m/s，屬高速水流，為解決閘門后產生負壓補氣問題，在工作閘門后底孔出口處設與外部大氣直通的補氣廊道，斷面尺寸1.5 m×1.5 m，補氣廊道與外部相連進口處用鋼柵欄防護。泄水底孔閘室金屬結構布置見圖1，2。

圖1 泄水底孔口中心線剖面圖

3 檢修閘門及工作閘門

門葉均采用厚鋼板焊接接結構，整扇制造及運輸主要結構材料采用Q345B，閘門面板及止水布置在下游側，主支承為滑動型式并兼作止水，主支承材料采用ZcuAlqMn2鑄鋁青銅，底止水也采用相同材料。門葉底主梁為雙腹板箱形梁，其余主梁為工字型實腹梁。為避免閘門泄水時高速水流產生底緣負壓區，引起閘門有害振動，門葉底緣傾角按45°設計，且門葉底小梁腹板與底主梁后翼采用同一塊鋼板，并在轉角處用半徑為150 mm圓角過渡。閘門的側、反導向材料均使用了銅合金材料，以防銹蝕及磨損破壞。

圖2 泄水底孔88.69 m高程設備布置圖

4 閘門埋件及門槽

耶涯泄水底孔閘門為高壓滑動閘閥，閘門埋件為整體封閉箱形結構，主要結構材料為Q345B，按運輸要求分多個單元制造和運輸，各單元均為鋼板焊接結構，在工地拼裝為整體，埋件使用的鋼板較厚，如工地采用焊接拼接，不但工藝復雜，最主要是限于工地的施工條件，焊接變形無法控制。同時又因為金屬止水兼作滑道，對埋件工作面平面度偏差要求很高，因此只能采用各單元間螺栓連接方案，僅在單元間拼接縫處采用焊量很小的密封焊，防止內水外滲。支承主軌使用厚鋼板制作，埋件上的支承和導向工作面材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼板，防止銹蝕并降低摩擦系數。

泄水底孔出口較低，屬淹沒出流不利工況，存在水流對門槽及其附近埋件空蝕問題，門槽須采用Ⅱ型門槽，在門槽寬深比和錯距按規程、規范要求在較優數值范圍內選取。

閘門埋件為封閉箱形結構，放空檢修時，根據外方招標文件的要求，應能夠承擔70 m的外水壓力。在進行強度和穩定計算時，在內水壓力情況下，應考慮埋件與外包混凝土聯合受力，但此種情況下的受力分析計算，按傳統的結構力學方法無法計算。在外水作用下，可不考慮外包混凝土承擔外水的作用，因此，可按“口”型封閉框架進行埋件強度、剛度及穩定性計算。同時考慮型外水壓力與內水壓力相差不大，兩者水頭的差值由外包混凝土承擔其余的內水壓力。將這種計算工況的成果提供給外方咨詢工程師審查時，得到了咨詢工程師的認可。

5 啟閉機

檢修閘門及工作閘門均選用單吊點垂直式雙作用液壓啟閉機操作。液壓啟閉機通過密封頂蓋與閘門連接，因底孔閘門室空間較小，4臺液壓機共用1套液壓動力泵站，檢修閘門與工作閘門不存在同時工作情況，因此泵站油箱容積按2套工作閘門操作情況確定。為適應兩種閘門液壓機的操作要求，液壓泵站選用可調的變量軸向柱塞泵。啟閉閘門前，將柱塞泵流量控制開關設到相應位置。

4臺液壓啟閉機均采用內置式行程檢測裝置，并設置上、下極限等位置控制節點，所有控制和故障信號均傳至廠房控制室。正常情況下現地手動操作閘門啟閉，緊急情況下具備在廠房控制室遠方閘門控制功能，現地與遠方控制互鎖，以防止誤操作。

6 旁通閥充水系統

檢修閘門充水平壓后靜水啟門，限于閘門尺寸較小，設計水頭較高，液壓機操作困難等原因，在門葉上無法設置充水裝置，因此在閘門邊墩內埋設連接上、下游的充水管路，充水管路在閘門室88.69 m平臺上串聯2套相互備用的手動控制閘閥，閘閥公稱通徑100 mm，壓力等級1.6 MPa，為檢修和維護方便，閘閥與管路間采用法蘭連接。

為充水平壓時排出閘門埋件封閉空間內的氣體，以及在泄水過程中防止高速水流溢出氣體存留在封閉埋件頂部而引起有害振動，在封閉頂蓋最高點設1套自動排氣閥，在排氣閥下部與閘門底孔流道連接的管路上，設1套手動球閥，以便排氣閥損壞時截斷水流進行更換或維修。

7 主要問題及解決辦法

閘門金屬止水外方招標文件中明確規定，必須使用青銅合金和不銹鋼作為滑動摩擦副材料，而青銅材料與鋼材的焊接屬異性材料焊接，焊接相當困難。針對這一難題，確定設計方案時查閱了各種青銅合金材料的力學性能及可焊性，同時咨詢了國內幾家權威的焊接研究機構，最終選擇鑄鋁青銅（ZcuAl9Mn2）與門葉低合金鋼板用角焊縫連接，但在工廠實際制造過程中，盡管采取了預熱、釬焊等焊接工藝措施，包括更換了各種焊條，最終焊接質量一直無法滿足要求。為保證供貨時間，其它焊接試驗措施已不可能繼續進行了，不得已采取堆焊的焊接方式，最終滿足了焊接質量要求，但也花費了大量的人工和時間，增加了制造成本。

泄水底孔閘門室高度低，因此閘門及其液壓機整體吊裝的空間不足，只能分別吊裝，另外閘門埋件門龕內空間極為有限，閘門與液壓機的連接吊軸使用常規止軸板型式會導致由于吊軸較長，在狹小空間內無法安裝。還有水庫蓄水后，高達100多米的內水壓力會導致閘門向下游側偏移，這樣就會對液壓機的吊頭產生附加水平力，會在活塞桿底端產生附加彎矩，對活塞桿的強度不利。因此設計時吊軸采用兩端法蘭蓋固定方式且吊軸與水流同向布置，從而解決了安裝問題，又使閘門在水壓力作用下產生少量偏移的同時，閘門能沿吊軸自由滑動。

8 結語

緬甸耶涯水電站泄水底孔所采用的設備及布置形式，國內類似工程極少應用，而在國外使用情況卻相當普遍也比較典型。隨著國內水電建設的發展以及越來越多的參與國外水電工程建設，類似的工程問題會經常遇到。因此，無論是在工程布置、設備選擇以及安裝措施等各個方面，都值得我們水電工作者在今后的工作中進一步研究與探討。