蘆家洞水電站改擴(kuò)建工程泄洪工作閘門優(yōu)化比選

唐 超

（湖南水總水電建設(shè)集團(tuán)有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

蘆家洞電站位于錦江中游，距銅仁市6 km，原電站大壩為5 跨連拱壩，大壩全部為溢流壩，連拱壩下游為消力池；連拱壩左岸為河床式廠房，裝機(jī)為4×1.25 MW 發(fā)電機(jī)組；連拱壩與廠房之間的沖沙底孔和大壩右岸的船閘，均已不能正常使用。近年，由于錦江上游王家山、壩盤、清水塘等電站的相繼建成，蘆家洞電站保證出力已經(jīng)提高，而蘆家洞電站為徑流式電站，調(diào)節(jié)庫容較小，造成水庫大量棄水，發(fā)電損失嚴(yán)重。湖南錦源水電投資公司接手該項(xiàng)目后，交由貴州省銅仁地區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)其進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。裝機(jī)容量調(diào)整為3×7.0 MW，樞紐由左岸斜面升船機(jī)（預(yù)留）、非溢流重力壩、中間溢流壩、右岸非溢流重力壩、壩后式地面廠房組成。

蘆家洞電站泄洪工作閘門型式，原則上用平板閘門和弧形閘門都可行。經(jīng)設(shè)計(jì)比選，結(jié)合業(yè)主需求，最終確定使用弧形閘門。

2 閘門方案比選

2.1 初選平板閘門方案的原因

初步設(shè)計(jì)方案之所以選擇平板閘門作為蘆家洞水電站泄洪閘門的型式，主要是考慮在錦江流域泄洪閘前后落差較小，若將弧門支鉸布置在下游校核洪水位以上，則支臂過長，給水工和閘門結(jié)構(gòu)布置帶來很大困難；若支鉸布置過低，上游洪水沖擊弧門支臂以及下游回水打擊門葉底部，水流條件十分復(fù)雜，對(duì)支鉸不利，而平板閘門操作簡單，易檢修，不存在上述問題。因此，初設(shè)階段工作閘門選用平面雙腹板簡支滾輪閘門，如圖1。

2.2 確選弧形閘門方案的原因分析

通過業(yè)主提供的壩盤水電站平板閘門運(yùn)行情況以及清水塘水電站弧形閘門運(yùn)行情況的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，可以得到以下結(jié)論：

圖1 平板閘門方案

（1）平板閘門的不足：由業(yè)主提供的壩盤水電站平板閘門安裝及運(yùn)行情況的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可知，平板閘門啟閉機(jī)需設(shè)置高排架，在工程施工及金屬結(jié)構(gòu)安裝時(shí)難度較大，施工周期長，影響整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益。而且平板門需要設(shè)計(jì)門槽，在運(yùn)行過程中，門槽內(nèi)由于泥沙堆積，造成門葉的啟閉困難，將影響整個(gè)電站的正常安全運(yùn)行。

（2）弧形閘門的優(yōu)勢(shì)：一是弧形閘門的工作不需要門槽，水力學(xué)條件較好，不存在門槽氣蝕和門槽泥沙淤積導(dǎo)致門葉啟閉困難的狀況發(fā)生。二是弧形閘門的啟閉采用液壓啟閉設(shè)備，閘門自重較輕，控制方便，啟閉靈活，而且無需高排架，降低了施工難度。三是弧形閘門的啟閉調(diào)度方案比較簡便。上述優(yōu)點(diǎn)在清水塘水電站實(shí)際運(yùn)行中已得到充分證明。

綜上，業(yè)主更傾向于選擇采用弧型閘門方案，如圖2。

圖2 弧型閘門方案

3 選用弧形閘門的技術(shù)可行性分析

3.1 規(guī)范規(guī)定

《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL／T 5013－95）第5.1.7 條規(guī)定：弧形閘門支鉸宜布置在過流時(shí)支鉸不受水流及漂浮物沖擊的高程上。支鉸是弧形閘門受力與傳力的主要部件，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按規(guī)范規(guī)定盡量避免支鉸受到水流及漂浮物的沖擊。

3.2 實(shí)際參數(shù)

蘆家洞水電站泄洪閘的上游設(shè)計(jì)洪水位為246.83 m（P＝2%）、校核洪水位為250.91 m（P＝0.2%），對(duì)應(yīng)的下游設(shè)計(jì)洪水位為243.05 m、校核洪水位為247.8 m。

該弧形閘門方案支鉸高程246.85 m，弧面半徑R＝16 m。支鉸位于下游設(shè)計(jì)洪水位P＝0.5%（相應(yīng)下游水位246.65 m）以上。液壓啟閉機(jī)的容量為Q＝2×1 000 kN，行程L＝8 000 mm。

3.3 對(duì)比分析

弧形閘門支鉸高程246.85 m，通過查蘆家洞水電站壩下游水位流量關(guān)系表得此高程水位流量為9 330 m3/s，僅超過200年一遇的最大洪峰流量相應(yīng)下游水位，未超過500年一遇的最大洪峰流量相應(yīng)下游水位。當(dāng)遇到超過500年一遇的洪水時(shí)，支鉸會(huì)被淹沒，可能還會(huì)受到漂浮物沖擊。

（1）從規(guī)范條文看，支鉸布置位置并沒有作出硬性規(guī)定。也就是說，結(jié)合工程的具體情況，在全面分析論證的基礎(chǔ)上，通過必要的工程手段，支鉸布置在設(shè)計(jì)洪水位下也還是可以的，而且近年來，隨著弧門設(shè)計(jì)制造安裝的技術(shù)越來越成熟，已經(jīng)能滿足支鉸位于設(shè)計(jì)洪水位以下的運(yùn)行安全要求。國內(nèi)已有類似的工程實(shí)例，如湖南湘江流域的大源渡等航電工程。

（2）支鉸高程相對(duì)于下游洪水位是明確的，在常年洪水位即設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，不存在水流沖擊支鉸的問題；當(dāng)超過0.5%設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，雖然機(jī)率非常小且歷時(shí)較短，但可采取相應(yīng)措施，防備事故發(fā)生。

（3）本工程的實(shí)際情況：流速從側(cè)向也不會(huì)對(duì)支鉸造成實(shí)質(zhì)上的影響。

（4）支鉸軸承采用球面自潤滑平面滑動(dòng)軸承，對(duì)于鉸鏈與支鉸座之間的間隙，可以通過設(shè)置□型密封圈及密封扣環(huán)予以解決。自潤滑球面滑動(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)型式和材料是在銅合金球形表面鑲嵌固體潤滑劑，它在保證足夠承載能力的同時(shí)取得較小的摩擦系數(shù)，并且保持很好的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)穩(wěn)定性，具有50年免維護(hù)自潤滑功能。軸承能在水下工作，并具有雙面水密功能。

（5）液壓啟閉機(jī)下端蓋設(shè)置刮污器，上端蓋設(shè)置內(nèi)置式傳感器進(jìn)行行程檢測(cè)。

（6）對(duì)于污物卡阻活動(dòng)鉸鏈與固定鉸座之間間隙的問題。本工程運(yùn)行工況為洪水來之前開啟弧形閘門，即不能從閘門上面翻水。弧形閘門的啟升靠液壓啟閉機(jī)操作，下降靠弧形閘門自身重量，因此污物的卡阻只存在于下降工況。對(duì)于液壓啟閉機(jī)，閘門下降時(shí)，只需啟動(dòng)油泵，打開油缸下腔的液控單向閥即可，因此即使卡阻(那怕是一邊卡阻)，對(duì)液壓啟閉機(jī)也不會(huì)造成影響，可通過人工檢查與點(diǎn)動(dòng)啟升液壓啟閉機(jī)予以解決。

（7）污物較多的時(shí)候易掛物為稻草(樹枝)，2×1 000 kN 的啟門容量有一定裕度，稻草(樹枝)的卡阻難以影響閘門的起閉。

（8）每年汛期，如果遇到支鉸被淹的現(xiàn)象，當(dāng)年汛期后對(duì)過水的支鉸進(jìn)行徹底檢查與維護(hù)，以保證工程的安全運(yùn)行和下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

綜上所述，從總體布置、參數(shù)量級(jí)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較可見，弧形閘門方案在該電站運(yùn)用較為理想。

[1]DL／T 5013－95.水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范[S].