喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)輸水洞工作閘門安全檢測(cè)及分析

艾木都力·吾守爾

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)輸水洞工作閘門安全檢測(cè)及分析

艾木都力·吾守爾

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

針對(duì)喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)運(yùn)行多年金屬結(jié)構(gòu)存在老化問(wèn)題，采用金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)技術(shù)和復(fù)核計(jì)算分析法對(duì)喀達(dá)蘇蓋水庫(kù)輸水洞工作閘門進(jìn)行全面安全評(píng)價(jià)，以便全面掌握喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)輸水洞工作閘門的運(yùn)行狀態(tài)，消除安全運(yùn)行隱患，確保工程安全運(yùn)行。

喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)；輸水洞；閘門；安全檢測(cè)

1 概 況

喀達(dá)蘇蓋提水庫(kù)為引水注入式水庫(kù)，1960年建成投入運(yùn)行，并于1987年對(duì)該工程進(jìn)行了首次除險(xiǎn)加固工作。水庫(kù)系統(tǒng)包括：大壩、進(jìn)、放水系統(tǒng)。輸水洞工作閘門為平面鋼閘門，由上、下兩節(jié)組成，上、下節(jié)閘門之間采用膠木止水。閘門門葉采用鉚接結(jié)構(gòu)，梁格布置形式采用同層布置。面板支承在主橫梁、縱梁和邊梁組成的梁格上，主橫梁、縱梁、邊梁均為角鋼鉚接而成的工字形截面組合梁。閘門整體由八個(gè)主輪支承。輸水洞工作閘門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

2 閘門檢測(cè)內(nèi)容及分析

2.1 外觀檢查

輸水洞工作閘門整體狀況較好，主要的零件齊全，上、下節(jié)門連接牢靠；閘門表面涂層也基本完整，閘門及主要構(gòu)件沒(méi)有損傷和變形；閘門止水裝置連接牢靠，零部件齊全；主輪及軌道完好，主輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。閘門主要存在以下問(wèn)題：①主橫梁在10cm×10 cm范圍內(nèi)約有10個(gè)銹坑，最大銹蝕坑深約3mm；②閘門面板（下游側(cè)）在10cm×10cm范圍約有42個(gè)銹坑，最大坑深約1.5mm；③閘門少數(shù)鉚釘頭已銹蝕，其中，2＃閘門約有8個(gè)鉚釘頭出現(xiàn)不同程度的銹損。④閘門主輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，但主輪表面銹跡斑斑、銹皮脫落。

2.2 銹蝕量檢測(cè)

檢測(cè)中共獲取數(shù)據(jù)212個(gè)，平均每扇工作閘門約106個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，兩扇工作閘門總體及主要構(gòu)件銹蝕量和銹蝕速率的平均值見(jiàn)表1。

圖1 輸水洞工作閘門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表1 兩扇閘門主要構(gòu)件總體銹蝕量和銹蝕速率的平均值

經(jīng)統(tǒng)計(jì)表數(shù)據(jù)分析得到：①輸水洞閘門銹蝕量主要位于0.6～1.5mm，兩扇工作門頻數(shù)分別為89.7%、86.8%。表明兩扇工作閘門銹蝕狀況大致相似；②輸水洞閘門的平均銹蝕量分別為0.99mm、0.93mm，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.32mm、0.33mm；③兩扇工作門的面板、主橫梁、縱（邊）梁、節(jié)點(diǎn)板總體平均銹 蝕 量 分 別 為 0.85mm、0.96mm、0.93mm、1.08mm，標(biāo) 準(zhǔn) 差 分 別 為 0.23mm、0.36mm、0.31mm、0.28mm。表明工作門面板銹蝕相對(duì)較輕，節(jié)點(diǎn)板銹蝕相對(duì)較重；④兩扇工作閘門總體平均銹蝕量為0.96mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.32mm，總體平均銹蝕速率為0.018mm／a；各主要構(gòu)件的平均銹蝕速率為0.0150mm／a～0.020mm／a。

2.3 閘門啟閉力檢測(cè)與分析

工作閘門啟門力檢測(cè)由全關(guān)開(kāi)啟至1.0m位置，停留一段時(shí)間（1min左右），再到全部關(guān)閉為一個(gè)檢測(cè)過(guò)程；檢測(cè)過(guò)程重復(fù)兩次，檢測(cè)數(shù)據(jù)與檢測(cè)曲線重復(fù)性較好［1］。根據(jù)實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)值，利用公式可以得到實(shí)測(cè)的最大啟門力，實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)最大應(yīng)變值和對(duì)應(yīng)的啟門力

根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)可以獲知：①在閘門空載時(shí)，實(shí)測(cè)最大啟門力分別為56.7kN和54.3kN；②在上游水位31.15m、下游無(wú)水時(shí)（閘門水頭8.61m），實(shí)測(cè)最大啟門力分別為172.4kN和186.5kN；③在閘門空載和上游水位31.15m時(shí)，實(shí)測(cè)最大啟門力均小于啟閉機(jī)額定容量（400kN）。

2.4 最大啟門力分析

閘門啟閉力檢測(cè)時(shí)，閘門上游水位31.15m，閘門作用水頭為8.61m，必須推算最大泄洪水位（39.6m）下的最大啟門力。啟門力推算采用兩次實(shí)測(cè)最大應(yīng)變值的均值進(jìn)行推算。推算結(jié)果為：1＃閘門最大啟門力為314.2kN，2＃閘門最大啟門力為348.5kN。閘門啟門力推算的數(shù)據(jù)說(shuō)明：在最大泄洪水位（39.6m）下，最大啟門力分別為314.2kN和348.5kN，小于啟閉機(jī)的額定容量（400kN）。

2.5 閘門結(jié)構(gòu)有限元復(fù)核計(jì)算與分析

2.5.1 計(jì)算模型與參數(shù)

根據(jù)閘門的結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)建立閘門結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型。節(jié)點(diǎn)總數(shù)為1816個(gè)，單元總數(shù)為1954個(gè)。坐標(biāo)系定義為：x軸為沿主橫梁軸向，y軸水平指向上游，z軸為閘門對(duì)稱軸鉛直方向。計(jì)算工況：上游水位39.6m，下游無(wú)水，閘門底檻高程22.54m，閘門水頭17.06m。

2.5.2 強(qiáng)度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)規(guī)定，取閘門材料的容許應(yīng)力修正系數(shù)k＝0.95×0.90＝0.855。修正后的材料的容許應(yīng)力列于表3。

表3 閘門主要構(gòu)件材料的容許應(yīng)力 MPa

2.5.3 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析

得出：①主橫梁最大應(yīng)力均小于相應(yīng)的容許應(yīng)力值；②縱梁與邊梁的最大應(yīng)力均小于相應(yīng)的容許應(yīng)力值；③面板最大折算應(yīng)力為108.7MPa，出現(xiàn)在上節(jié)門2＃主橫梁與3＃小橫梁間的區(qū)格上。最大折算應(yīng)力小于材料相應(yīng)的容許值（210.7MPa）；④主橫梁的最大撓度值0.9mm，小于主橫梁的撓度容許值（3.0mm）。

［1］趙鵬云.陡河水庫(kù)輸水洞工作閘門啟閉機(jī)檢測(cè)分析［J］.水利建設(shè)與管理，2010（01）：61－63.

Detection and Analysis of Reservoir Water Diversion Tunnel Gates Safety for Kedasugaiti Reservoir

AIMUDULI.Wu-shouer
（Xinjiang Water Conservancy ＆ Hydropower Science Research Institute，Urumchi 830049，China）

In terms of operation for many years and existing aging problems in Kedasugaiti Reservoir，the overall safety evaluation of the water diversion tunnel gates is conducted by using metal structure safety detection technology and check examination calculation method，so as to fully grasp operation state of diversion tunnel gate，eliminates afety hidden danger，ensure safe operation of the project.

Kedasugaiti Reservoir；water diversion tunnel；gate；safety detection

TV664

A

1007－7596（2014）08－0027－02

2014－03－10

艾木都力·吾守爾（1980－），男，新疆烏魯木齊人，工程師，從事水利科學(xué)研究工作。