吉沙水電站金屬結構布置及設計

李 勝，陳 紅

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

吉沙水電站金屬結構設備分別布置在泄水建筑物、引水建筑物及施工支洞部位，設有各種門槽、柵槽共7孔，各種閘門和攔污柵共11扇，各種啟閉機6臺，自動掛脫梁1套、起吊梁1套及清污耙斗1套。金屬結構設備總工程量約242 t。

1 泄水建筑物金屬結構設計

1.1 泄水建筑物金屬結構布置

（1）泄洪沖沙底孔位于泄洪沖沙底孔壩段右側，共1孔，底坎高程3 112.00 m，孔口寬3.0 m、高4.5 m。單獨運行時用以沖沙清淤，汛期與表孔聯合運行，宣泄洪水。其進口設置1道事故閘門，孔口尺寸為3 m×6.024 m(寬×高，下同)，設計水位為正常蓄水位3 132.00 m。事故閘門采用平面定輪閘門，啟閉機采用400 kN固定卷揚式啟閉機，布置在3 147.00 m高程的壩頂啟閉機室內。平時該閘門用鎖定梁鎖定在閘門孔口上方。泄洪沖沙底孔出口處設置1套弧形工作閘門，設計水位及操作水位均為正常蓄水位3 132.00 m，支鉸高程為3 118.00 m，弧面半徑8 m。啟閉機采用320 kN固定卷揚式啟閉機，布置在3 130.00 m高程的啟閉機室內。

（2）沖沙孔位于泄洪沖沙底孔壩段左側，共1孔，底坎高程3 112.00 m，孔口寬度1.0 m。在沖沙孔從上游至下游分別布置1道事故閘門和1道工作閘門。事故閘門和工作閘門處的孔口尺寸均為1 m×1.5 m，設計水位為正常蓄水位3 132.00 m。工作閘門和事故閘門結構尺寸及形式完全相同，采用平面定輪閘門。事故閘門、工作閘門分別由1臺160 kN固定卷揚式啟閉機操作，均布置在3 147.00 m高程的壩頂啟閉機室內。平時事故閘門用鎖定梁鎖定在閘門孔口上方。

1.2 泄洪沖沙底孔閘門及啟閉機

（1）泄洪沖沙底孔事故閘門為單吊點平面定輪閘門。閘門支承跨度3.4 m，下游止水，止水跨度3.12 m，總水壓力3 617.8 kN。整扇門葉在高度方向分為2個運輸單元，均采用Q235-B材料，工地安裝時再用焊接方法將各單元焊成整扇門葉。每節門葉布置4套主輪裝置，整扇門共布置8套。主輪裝置為簡支式滾輪支承，輪徑440 mm，滾輪采用ZG310-570材料。軸承采用雙金屬鑲嵌自潤滑軸承，軸徑100 mm（即軸承內徑）。該閘門操作方式為動閉靜啟，利用水柱動水下門，啟門時利用設在門葉頂部φ200 mm的充水閥充水平壓后啟門，設計不平衡水位水位差為3 m。

（2）事故閘門采用400 kN固定卷揚式啟閉機啟閉。該啟閉機為單吊點，由1臺電動機驅動，直接通過銷軸同閘門的吊耳連接。其主要由卷揚裝置、動滑輪裝置、定滑輪裝置、小齒輪裝置、平衡滑輪裝置、高度顯示及限位裝置、位置限制開關、負荷顯示及過載保護裝置及機架等組成，額定啟門力400 kN，揚程26 m，起升速度1.733 m/min，在啟閉機室現地啟閉閘門。

（3）泄洪沖沙底孔工作閘門采用雙主橫梁、直支臂、圓柱鉸、Q235-B焊接結構的弧形閘門。閘門設計總水壓力3 375.8 kN。面板外緣半徑為8 m，門葉結構整節制造。主橫梁、直支臂均為工字形斷面，在橫向平面內構成п框架。上、下兩支臂在縱向平面內構成V形框架。支鉸軸直徑為280 mm，材料為40Cr，支鉸軸承采用銅基鑲嵌自潤滑軸承。閘門側水封采用1道P60-B型橡塑復合水封，底水封采用平面水封，頂水封除門體頂部設1道P60-A型水封之外，在門楣埋件上設置1道Ω型水封。閘門運行工況為全關、全開和局部開啟3種。在門葉梁格中澆注質量約10 t的鐵砂混凝土配重，以便閘門順利閉門。

（4）工作閘門采用320 kN固定卷揚式單吊點啟閉機啟閉，由1臺電動機驅動，直接通過銷軸同閘門的吊耳連接。其結構主要由卷揚裝置、動滑輪裝置、定滑輪裝置、小齒輪裝置、平衡滑輪裝置、高度顯示及限位裝置、位置限制開關、負荷顯示及過載保護裝置及機架等組成，額定啟門力320 kN，揚程7 m，起升速度1.649 m/min；它可在啟閉機室現地啟閉閘門，并可在集中控制室遠方操作閘門。

1.3 沖沙底孔閘門及啟閉機

（1）沖沙孔工作閘門和事故閘門結構尺寸及形式完全相同，均采用平面定輪閘門。閘門支承跨度1.44 m，面板和止水裝置設置在上游側，止水跨度1.1 m，總水壓力約357.6 kN。門葉結構材料采用Q235-B，工字形斷面主梁。整扇閘門共設4套滾輪，采用懸臂式滾輪支承。主輪材料采用ZG310-570，輪徑480 mm，輪軸材料為40Cr。軸承采用雙金屬鑲嵌自潤滑軸承。事故閘門操作方式為小開度提門充水，靜水啟門，工作閘門操作方式為動水啟閉，閉門時均須加2.587 t鑄鐵配重動水閉門，計算啟門力75.7 kN。

（2）事故閘門和工作閘門均采用160 kN固定卷揚式啟閉機啟閉。該啟閉機為單吊點，由1臺電動機驅動，直接通過銷軸同閘門的吊耳連接。其結構主要由卷揚裝置、動滑輪裝置、小齒輪裝置、平衡滑輪裝置、高度顯示及限位裝置、位置限制開關、負荷顯示及過載保護裝置及機架等組成，額定啟門力160 kN，揚程26 m，起升速度1.655 m/min；它可以在啟閉機室現地啟閉閘門，并可在集中控制室遠方操作閘門。

2 引水建筑物金屬結構設計

2.1 引水建筑物金屬結構布置

吉沙水電站采用 “一洞一井一管二機”的布置形式，共安裝2臺沖擊式水輪發電機組。引水建筑物金屬結構設備主要布置在引水隧洞進水口、引水隧洞調壓井以及2號、4號、6號施工支洞處。

（1）進水口底坎高程3 116.00 m，設有1道攔污柵、1道事故閘門。攔污柵共1孔，孔口尺寸為5.5 m×6.6 m，設計水位差3 m。為清除柵前污物，攔污柵前設有一套清污耙斗。攔污柵、清污耙斗均由400 kN臺車式啟閉機啟閉和吊運。設有1扇備用攔污柵以供攔污柵檢修時用，備用柵平時放在攔污柵庫里。在攔污柵下游側的水平段內設置1道事故閘門，孔口尺寸3.3 m×3.3 m，為滿足校核水位下發電的要求，閘門設計水位及操作水位均為校核洪水位3 136.10 m，由400 kN臺車式啟閉機配合液壓掛脫梁啟閉和吊運。閘門平時鎖定在各自孔口上部的3 137.00 m高程的平臺上。臺車式啟閉機布置在進水口3 145.70 m高程的啟閉機平臺上。

（2）2號、4號及6號施工支洞進口處各設置1道密封門，密封門的開啟和關閉均由人工在無水狀態下操作。

2.2 進水口攔污柵及起吊設備

進水口攔污柵為平面直立式，采用滑動支承，柵條斷面10 mm×100 mm，柵條間距150 mm。根據運輸尺寸的要求，沿柵葉高度方向分為2節，每節高3.3 m，為Q235-B焊接結構，節間采用吊板鉸接。攔污柵的頂部設有拉桿、起吊梁與臺車式啟閉機動滑輪裝置相連。攔污柵共制作2扇，1扇安裝在柵槽內，另1扇供攔污柵檢修時用，平時放在攔污柵庫里。

攔污柵由進水口400 kN臺車式啟閉機配合起吊梁、拉桿吊運。臺車式啟閉機主要由起升機構、行走機構、臺車架等組成。該啟閉機揚程25 m，起升速度1.733 m/min，行走速度7.821 m/min。臺車式啟閉機配備1套清污耙斗，清污耙斗采用液壓式，垂直運行。耙斗為輪式支承，兩側均設置側輪。

2.3 進水口事故閘門及啟閉機

進水口事故閘門為單吊點平面滑動閘門。閘門支承跨度3.8 m，下游止水，止水跨度3.44 m，總水壓力2 259.7 kN。閘門結構為Q235-B焊接件，整扇制造。閘門共設4套自潤滑主支承滑道，每套自潤滑滑道長300 mm。該閘門操作方式為動閉靜啟，利用水柱動水下門，啟門時利用設在門葉頂部φ300 mm的充水閥充水平壓后啟門。為縮短充水時間，啟門時不平衡水壓差設計為10 m以內，且當水庫水位低于3 126.00 m時，事故閘門可以直接利用小開度提門充水。事故閘門采用進水口400 kN臺車式啟閉機配合自動掛脫梁進行啟閉。

2.4 調壓井事故閘門及啟閉機

調壓井事故閘門為單吊點平面滑動閘門。其支承跨度3.5 m，下游止水，止水跨度3.09 m，總水壓力7 701 kN。閘門結構為Q235-B焊接件，整扇制造。閘門共設4套自潤滑主支承滑道，每套自潤滑滑道長500 mm。閘門操作方式為動閉靜啟，利用水柱動水下門，啟門時利用設在門葉頂部φ300 mm的充水閥充水平壓后啟門，不平衡水壓差為3 m。

事故閘門采用2 000 kN固定卷揚式啟閉機啟閉。啟閉機為單吊點，由1臺電動機驅動，直接通過銷軸同閘門的吊耳連接。其結構主要由卷揚裝置、動滑輪裝置、定滑輪裝置、小齒輪裝置、平衡滑輪裝置、高度顯示及限位裝置、位置限制開關、負荷顯示及過載保護裝置及機架等組成。啟閉機額定啟門力2 000 kN，揚程110 m。為避免高壓管道事故的擴大，事故閘門的閉門時間要求控制在30 min以內，且啟閉揚程較高。為此，啟閉機采用雙速電機，以使孔口以上啟閉速度為4.2 m/min，孔口以下啟閉速度為2.1 m/min。全揚程閉門時間約20 min。平時閘門懸掛在最高涌浪水位以上。該啟閉機可以在啟閉機室現地啟閉閘門，并可在集中控制室遠方操作閘門。

2.5 施工支洞密封門

引水隧洞與2號、4號及6號施工支洞交叉處各設置一道密封門，閘門處孔口尺寸為1.0 m×1.8 m，設計水頭均按3孔中最高擋水水頭108 m設計。密封門門葉兩側設置4套活動扳手，轉動活動扳手可使密封門處于關閉狀態和打開狀態。密封門采用無水人工操作。平時密封門處于關閉狀態。

3 結語

吉沙水電站金屬結構設備均已完成制作、安裝及設備調試，并通過竣工驗收。各扇閘門止水效果良好，閘門啟閉運行平穩，金屬結構設備運行正常。該水電站各部位金屬結構設備的布置與設計，為以后同類型水電站的設計提供了設計經驗，為不斷優化設計奠定了基礎。