坪頭水電站金屬結構設計

何孟蕓，佘鴻翔，劉永勝，龍朝暉

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

坪頭水電站的金屬結構設備由泄水建筑物、引水建筑物和尾水建筑物三部分的閘門、攔污柵及啟閉機設備組成，共有閘門門葉、攔污柵柵葉13扇，門槽、柵槽埋件16套，儲門槽2套，啟閉設備8臺。設備總重量為1 314t，其中攔污柵、閘門及其埋設件重量為1 074t，啟閉設備重量為240t。

2 泄水建筑物的閘門及啟閉設備

電站為引水式電站，在首部樞紐設有攔河閘壩和進水口，采用側向取水、正向沖沙泄洪的布置方式，從右岸至左岸依次布置右岸擋水壩段、泄洪閘、沖沙閘、左岸擋水壩段和進水口。在主河床布置3孔泄洪閘和1孔沖沙閘，用于泄洪、沖沙，減少水庫淤積，保證進水口門前清。泄洪閘采用胸墻式泄洪孔，每孔設1扇工作閘門，3孔共用1扇檢修閘門。沖沙閘采用胸墻式沖沙孔，設置1扇工作閘門和1扇檢修閘門。泄洪閘和沖沙閘閘頂高程均為915.00m，正常蓄水位為913.00m，設計洪水位為901.82m，校核洪水位為907.92m。泄水建筑物閘門及啟閉機布置見圖1、2。

2.1 泄洪閘工作閘門及啟閉設備

泄洪閘工作閘門為潛孔式弧形閘門，孔口尺寸為8m×15m(寬×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m設計，設計水頭為26m，支鉸高度為17m，面板曲率半徑為22.5m，總水壓力為31 330kN。閘門為雙主橫梁斜支臂結構，主橫梁及支臂均為箱型結構，門葉結構主要材料為Q345B。底止水為條形橡膠水封，側止水為P60-B型橡塑水封，均布置在面板下游側；頂水封為P60-A型橡膠水封，布置在面板上游側。頂水封采用壓緊式和轉角式兩道止水。為防止閘門在局部開啟時門頂發生射水現象，在頂楣裝置增設一道輔助轉鉸止水，其預壓量由彎曲薄彈簧鋼板控制。壓緊式止水是為保證全關狀態下的嚴密止水。支鉸材料為ZG50Mn2鑄鋼，支鉸軸材料為34CrNiMo鍛鋼，支鉸軸承采用GEW480HSFZ5自潤滑球面滑動軸承。

工作閘門由容量為2×2500kN的后拉式液壓啟閉機操作，啟閉機的工作行程為9.271m，最大行程為9.5m，啟閉速度為0.6m/min，油缸內徑為480mm，活塞桿直徑為250mm。油缸的上端與預埋在閘墩上的油缸支鉸鏈接，油缸活塞桿的下端與閘門邊梁上的吊耳連接。每臺機設1套液壓泵站，液壓站設2臺油泵電機組，冷備用。液壓站布置在孔口左側閘墩915.00m高程上的泵房內。液壓啟閉機可現地操作，也可在電站中控室集中控制。

2.2 泄洪閘檢修閘門及啟閉設備

檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門，孔口尺寸為8m×17m(寬×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m設計，設計水頭為26m，總水壓力為24 229kN。閘門為下游面板、下游止水，主支承為增強填充四氟板材(NL150)滑道。門葉部分沿高度分為5段制造、運輸，工地安裝時下面3段焊在一起成為下節，上面2段采用連接板和銷軸連接后成為上節，上、下節之間不連接。頂止水、側止水為P60橡塑水封，節間止水和底止水為條型橡膠水封。

檢修閘門為靜水啟閉，節間充水平壓。檢修閘門由容量為2×500kN的單向門機通過液壓抓梁操作。門機的軌距為6m，軌上揚程為12.5m，總揚程為32m，起升速度為2.23m/min。平時，檢修閘門存放在攔河閘壩右側的儲門槽內。

圖1 泄洪閘閘門及啟閉機布置

圖2 沖沙閘閘門及啟閉機布置

2.3 沖沙閘工作閘門及啟閉設備

沖沙閘工作閘門的孔口尺寸為3m×8m(寬×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m設計，設計水頭為27m,總水壓力為6 380kN。由于沖沙閘下游設計洪水位比較高，如果工作閘門采用弧形閘門方案，會給水工和閘門結構布置帶來很大困難，同時考慮到經濟方面的因素，因此將沖沙閘工作閘門設計為潛孔式平面定輪閘門。閘門采用上游面板、上游止水，主輪直徑為φ700mm，主輪軸徑為φ140mm，主輪材料為ZG310-570鑄鋼，輪軸材料為45鍛鋼，軸套為高強度鋼背聚甲醛復合材料軸套。頂止水、側止水為P60橡塑水封，底止水為條型橡膠水封。

工作閘門為動水啟閉，允許在局開狀態下運行，但應避免在振動區域停留。平時，閘門關閉處于擋水狀態。工作閘門由容量為1 000kN的固定卷揚式啟閉機操作，啟閉機的揚程為31m。啟閉機設置在926.70m高程的啟閉機房內。

2.4 沖沙閘檢修閘門及啟閉設備

檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門，孔口尺寸3m×10m(寬×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m設計，設計水頭為27m,總水壓力為7 263kN。閘門采用下游面板、下游止水，主支承為增強填充四氟板材(NL150)滑道。門葉部分沿高度分為3段制造、運輸，在工地安裝時下面2段焊在一起成為下節，上面1段為上節，上節、下節之間采用連接板和銷軸活動連接。頂止水、側止水為P60橡塑水封，節間止水和底止水為條型橡膠水封。

檢修閘門為靜水啟閉，節間充水平壓。閘門與泄洪閘檢修閘門共用2×500kN單向門機，門機通過平衡梁和拉桿操作閘門。平時，閘門存放在攔河閘壩右側的儲門槽內。

3 引水建筑物的閘門及啟閉設備

進水口為直立岸塔式，依次設有兩道攔污柵槽和一道工作閘門。閘頂平臺高程均為915.00m，正常蓄水位為913.00m，設計洪水位為901.82m，校核洪水位為907.92m。引水建筑物閘門、攔污柵及啟閉機布置見圖3。

圖3 進水口閘門、攔污柵及啟閉機布置

3.1 攔污柵及啟閉機設備

攔污柵共2孔，胸墻式，孔口尺寸為5m×12m(寬×高)，底坎高程895.00m，按4m水壓差設計，總水壓力為2 400kN。攔污柵為直立平面活動式，每孔設1扇，柵條凈距為80mm，主支承為增強填充四氟板材(NL150)滑道。攔污柵由4節組成，每節柵葉設2個工字型主橫梁，節間采用連接板和銷軸活動連接。

攔污柵為靜水啟閉，由容量為2×250kN的橋式啟閉機通過平衡梁和拉桿操作，啟閉機的揚程為27m。攔污柵的清污采用全跨液壓清污抓斗清污，清污抓斗由橋機直接操作，污物可在取水口左側的卸污平臺上進行卸放。

3.2 進水口工作閘門及啟閉機設備

工作閘門共1孔，為潛孔式平面定輪閘門，孔口尺寸為5.9m×5.9m(寬×高)，底坎高程895.00m，按正常蓄水位913.00m設計，設計水頭為18m，總水壓力為5 418kN。閘門采用上游面板、上游止水，頂止水、側止水為P60橡塑水封，底止水為條型橡膠水封。主支承為簡支輪，主輪直徑為φ700mm，輪軸直徑為φ140mm，主輪材料為ZG310-570鑄鋼，輪軸材料為40Cr鍛鋼，軸承采用高強度鋼背聚甲醛復合材料軸套。

工作閘門為動水啟閉，由2×500kN的固定卷揚式啟閉機操作。啟閉機設置在923.40m高程的啟閉機房內，揚程23m。為減少門后引水隧洞的充水時間，閘門采用小開度充水方式。發電時，工作閘門鎖定在門槽頂部，當隧洞檢修時關門擋水。

3.3 引水隧洞施工支洞封堵閘門

為便于引水隧洞的維護和檢修，分別在2-3號和4號施工支洞與主洞交叉處留有進人孔，并設置封堵閘門。封堵閘門采用平面鉸鏈閘門，孔口尺寸為2.4m×2m(寬×高)，設計水頭為80m，總水壓力為4 716kN。閘門采用下游面板、下游止水。

閘門操作方式為無水條件下人工啟閉。在引水隧洞充水和發電期間，封堵閘門應關閉。閘門封閉進人孔時采用螺栓將門葉與埋件固定，應保證水封均勻接觸止水座板，水封壓縮5mm。為開、關方便，在閘門下部設有滾輪。

4 尾水建筑物的閘門及啟閉設備

電站共3臺機，設3個尾水出口，在尾水出口處設置2扇檢修閘門，供2臺機組同時檢修使用。尾水平臺高程為606.40m，最高尾水位為600.00m。

檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門，孔口尺寸為5.1m×5.55m(寬×高)，底坎高程592.80m，按最高尾水位600.00m設計，設計水頭為7.2m，總水壓力為1 290kN。閘門采用上游面板、上游止水，頂止水、側止水為P60橡塑水封，節間止水和底止水為條型橡膠水封。主支承為增強填充四氟板材(NL150)滑道。門葉沿高度方向分為2節制造、運輸，上、下節之間采用連接板和銷軸活動連接。

閘門為靜水啟閉，節間充水平壓，閘門由容量為2×160kN的移動式電動葫蘆通過拉桿操作，電動葫蘆揚程為9m。平時檢修閘門鎖定在門槽頂部，檢修也在此平臺上進行。尾水建筑物閘門及啟閉機布置見圖4。

圖4 尾水閘門及啟閉機布置

5 結束語

本工程金屬結構的布置和設計，吸取了同類工程的設計經驗，并充分考慮到本工程的運行要求，設備布置緊湊。目前，坪頭水電站金屬結構設備均已完成制作、安裝及設備調試，水電站下閘蓄水后各項設備投入正常使用，工作運行情況良好。

[1] 中華人民共和國電力工業部.DL/T 5039-1995《水利水電工程鋼閘門設計規范》[S].北京：中國電力出版社，1996.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[3] 范崇仁.水工鋼結構設計[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[4] 水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊-金屬結構(一)[M].北京：中國水利水電出版社，1988.