銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)

鄧雪松 姜永健

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)

鄧雪松 姜永健

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

銅場水庫所在河段河水泥沙含量大，懸移質(zhì)含沙量達(dá)5.27 kg/m3。因此，泥沙是困擾工程正常運(yùn)行的難題。本文介紹了銅場水庫的工程概況和金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計(jì)，及金屬結(jié)構(gòu)如何采用新材料、新技術(shù)以緩解這一問題。

金屬結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)鉸式水封；設(shè)備布置；新材料

0 工程概況

銅場水庫位于新疆阿克蘇地區(qū)庫車縣境內(nèi)，在庫車河中游河段的尾部，壩址南距庫車縣城約25km。水庫壩址以上流域面積2946km2，壩址斷面多年平均徑流量3.77億m3。水庫總庫容為6560萬m3，灌溉面積37.08萬畝。銅場水庫是庫車河控制性骨干調(diào)蓄工程，具有防洪、灌溉、生態(tài)等綜合效益。水庫建成后，可將庫車河的防洪標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)狀的約5年一遇洪水，提高到100年一遇，使庫車鄉(xiāng)村、城市、交通、大中型企業(yè)的防洪要求達(dá)到國家防洪標(biāo)準(zhǔn)，是解決庫車防洪最有效也是最根本的措施；通過本工程調(diào)節(jié)供水，將使庫車工農(nóng)業(yè)用水得到基本保證，改善現(xiàn)有灌溉面積37.08萬畝，同時(shí)可調(diào)濟(jì)解決工業(yè)及城市用水，在很大程度上緩解了改革開放以來日益增長的工農(nóng)業(yè)發(fā)展用水的矛盾，對保證庫車縣國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，將發(fā)揮重要作用。

圖1 樞紐布置圖（單位：mm）

1 金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計(jì)

根據(jù)水工建筑物的布置，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要分布在泄洪（導(dǎo)流）洞和表孔泄洪洞處，共設(shè)有孔口3個(gè)，其中設(shè)平面閘門一扇，弧形閘門二扇，固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)一臺(tái)，液壓啟閉機(jī)二臺(tái)，單梁吊一臺(tái)。閘門重量約121t，埋件重量約82.6t，啟閉機(jī)設(shè)備重量約166t。整個(gè)工程金屬結(jié)構(gòu)工程量約為369.7t。金屬結(jié)構(gòu)噴鋅防腐面積2500m2。

1.1 泄洪(導(dǎo)流)洞金屬結(jié)構(gòu)

泄洪(導(dǎo)流)洞位于壩址區(qū)庫車河S形彎道的左岸，進(jìn)口位于大壩上游約240m，出口在大壩下游約650m處。進(jìn)口底板高程為1295.00m，閘頂高程為1334.00m，正常庫水位1330.20m，設(shè)計(jì)洪水位1326.37m，校核洪水位1331.72m。該洞進(jìn)口底板高程較低，工程前期用于導(dǎo)流，工程建成后用于泄洪、排沙、放空和向灌區(qū)及城市工業(yè)供水。河水泥沙含量大，懸移質(zhì)含沙量達(dá)5.27 kg/m3。為防止洞中積沙和閘門梁格淤沙，在進(jìn)口設(shè)有一道上游止水的事故閘門和一道弧形工作閘門，工作閘門有長期局部開啟要求。

1.1.1 泄洪(導(dǎo)流)洞事故閘門及啟閉機(jī)

事故閘門共一孔，孔口尺寸為5m×6.7m（寬×高，下同），設(shè)計(jì)水頭36m，采用平面定輪鋼閘門。閘門門葉結(jié)構(gòu)及反軌、附軌埋件材質(zhì)為Q345C。閘門面板和止水均設(shè)在上游面。主輪材質(zhì)為ZG50Mn2，主輪軸承為雙列調(diào)心滾子軸承23256，側(cè)向支承采用側(cè)輪裝置。閘門為單吊點(diǎn)，門葉按運(yùn)輸單元分三節(jié)制造、運(yùn)輸，在1330.70m高程的閘井平臺(tái)上拼焊成整體。閘門靠自重動(dòng)水下門，靜水啟門，啟門前由設(shè)在門頂?shù)闹睆綖棣?00mm的充水閥充水平壓，待上下游水位差小于4m后靜水啟門。充水閥與啟閉機(jī)聯(lián)動(dòng)，充水閥行程為220mm。閘門由容量1250kN、揚(yáng)程40m的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，啟閉機(jī)安裝在高程1342.20m的機(jī)房內(nèi)。

事故閘門門槽處最大流速為18.09m/s，為減輕水流的空蝕作用，門槽型式采用帶錯(cuò)距和斜坡的II型門槽。門槽底板及側(cè)墻設(shè)有鋼襯護(hù)，其底襯護(hù)與工作弧門底襯護(hù)連成一體。閘門后設(shè)有通氣孔。主軌工作面材質(zhì)為ZG50Mn2，設(shè)置高度為12m，反軌及附軌埋設(shè)到閘頂高程。

1.1.2 泄洪(導(dǎo)流)洞工作閘閘門及啟閉機(jī)

圖2 泄洪(導(dǎo)流)洞布置圖（單位：mm）

工作閘門共一孔，孔口尺寸為5m×5.5m，設(shè)計(jì)水頭36m。閘門采用雙主橫梁、直支臂、圓柱鉸弧形鋼閘門。閘門門葉及支臂部分材料均采用Q345C。支鉸材料為ZG310—570，支鉸軸材料采用40Cr，支鉸軸承采用自潤滑柱面滑動(dòng)軸承。弧門面板曲率半徑10m，支鉸中心距底板高度為7.0m，兩支鉸間的中心間距為3m，支鉸座安裝在支承鋼梁上。閘門頂部設(shè)有兩道水封，一道止水采用Φ60毫米“P”型橡皮固定在門葉頂部，另一道為固定在門楣上的轉(zhuǎn)鉸式水封。側(cè)水封采用一道60毫米“P”型方頭橡皮，底止水采用刀型橡皮。

閘門動(dòng)水啟閉，采用容量為1250／500kN揚(yáng)程6.95m單吊點(diǎn)擺動(dòng)式油壓啟閉機(jī)操作。液壓啟閉機(jī)的缸體安裝在1312.18m高程的平臺(tái)上，泵站設(shè)置在▽1334.00m高程的機(jī)房內(nèi)。泵站設(shè)兩套油泵電機(jī)組，互為備用。為方便液壓啟閉機(jī)的檢修，在閘井內(nèi)設(shè)有一臺(tái)100kN的單梁吊。

工作閘門門槽處最大流速為22m/s，為減輕泥沙的磨蝕，工作閘門底坎埋設(shè)長度500mm的中錳抗磨球墨鑄鐵MQTMn6襯護(hù)，其余采用常規(guī)鋼襯護(hù)。

長期以來在多泥沙高流速條件下，閘門埋件襯護(hù)的抗泥沙磨蝕問題較難解決，常規(guī)方法是采用厚鋼板并根據(jù)磨蝕情況定時(shí)進(jìn)行維修，本工程采用既有極好的抗蝕性能，又有高的抗磨性能，尤其在侵蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐蝕性能的新型抗磨材料中錳抗磨球墨鑄鐵MQTMn6作為工作閘門底襯護(hù)，考慮MQTMn6材料可焊性差等因素，采用與鋼制插筋螺紋連接后與鋼襯護(hù)焊接，MQTMn6和鋼襯護(hù)表面對接縫焊后磨平。通過對新抗磨材料的不斷探索和實(shí)踐，找到適合新疆地區(qū)河流多泥沙情況下的抗磨蝕方法。

1.2 表孔泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)

表孔泄洪洞進(jìn)水口在泄洪（導(dǎo)流）洞左側(cè)約70m處，洞軸線和泄洪洞軸線呈22.31°夾角，出口和下游河道呈66°夾角。進(jìn)口閘頂高程為1334.00m，堰頂高程為1323.00m，該孔口在汛前有3個(gè)月時(shí)段庫水位低于堰頂高程，故在進(jìn)口僅設(shè)置一道工作閘門。

表孔泄洪洞閘門及啟閉機(jī)：

工作閘門共一孔，孔口尺寸為7m×7.7m（寬×閘門高，下同），設(shè)計(jì)水頭7.4 m。閘門采用雙主橫梁、斜支臂、球面鉸弧形鋼閘門。閘門半徑9.0m，支鉸高度4.5m。閘門門葉及支臂材料均采用Q345C。支鉸材料為ZG310—570，支鉸軸材料40Cr，支餃軸承采用GWE140HFZ5B自潤滑球面滑動(dòng)軸承。側(cè)向設(shè)有導(dǎo)向側(cè)輪，兩支鉸間的中心間距為5.8m，支鉸座安裝在側(cè)墻支承牛腿上。水封設(shè)于面板上游，側(cè)止水采用“L”型橡皮，底止水采用刀型橡皮。

該閘門動(dòng)水啟閉，采用容量為2×400kN、揚(yáng)程4.6m的雙吊點(diǎn)擺動(dòng)后拉式油壓啟閉機(jī)操作。液壓啟閉機(jī)的缸體安裝在1327.30m高程的平臺(tái)上，泵站設(shè)置在▽1334.00m高程的機(jī)房內(nèi)，泵站設(shè)兩套油泵電機(jī)組，互為備用。

1.3 防腐

為使工程建成后增加閘門的使用壽命減少運(yùn)行維護(hù)工作量，閘門及部分埋件表面均進(jìn)行噴鋅防腐處理。

圖3 表孔泄洪洞布置圖（單位：mm）

2 結(jié)語

銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計(jì)，吸收了同類工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本工程特殊的運(yùn)行情況進(jìn)行了新材料、新技術(shù)的應(yīng)用。目前工程已經(jīng)完工并投入運(yùn)行，隨著今后水庫運(yùn)行時(shí)期對新型抗磨材料使用信息的反饋，將為今后同類工程設(shè)計(jì)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

常鵬飛］