石門水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

朱盛林

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概述

新疆兵團(tuán)南疆新建團(tuán)場(chǎng)38團(tuán)且末墾區(qū)蘇塘灌區(qū)水利工程——石門水庫(kù)工程位于且末縣莫勒切河中游河段，是《第二師且末墾區(qū)莫勒切河、喀拉米蘭河兩河流域規(guī)劃》確定的控制性樞紐工程，是新建38團(tuán)蘇塘灌區(qū)水利工程的水源工程。石門水庫(kù)位于莫勒切河出山口，距38團(tuán)團(tuán)部80km，距巴音郭楞蒙古自治州（以下簡(jiǎn)稱巴州）且末縣城240km，距庫(kù)爾勒市780km，距烏魯木齊市1243.6km。主要任務(wù)為灌溉、發(fā)電等綜合利用。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積為18萬(wàn)畝，電站裝機(jī)容量為8MW。水庫(kù)正常蓄水位為2394m、設(shè)計(jì)洪水位2395.25m、校核洪水位2397.41m、死水位為2365m。水庫(kù)總庫(kù)容為7362萬(wàn)m3，淤積后調(diào)節(jié)庫(kù)容為2900萬(wàn)m3。壩體采用瀝青混凝土心墻壩，壩高81.5m。樞紐工程包括：主河床布置土石壩、右岸布置溢洪道、左岸布置泄洪排沙洞和灌溉發(fā)電引水系統(tǒng)。

2 金屬結(jié)構(gòu)概述

根據(jù)水庫(kù)工程水工建筑物布置、金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備主要分布在左岸泄洪沖沙洞、灌溉發(fā)電引水洞和廠房尾水閘以及導(dǎo)流洞等處，共有孔口12個(gè)，其中平面鋼閘門9扇、弧形鋼閘門1扇、攔污柵1扇、固定卷?yè)P(yáng)式平門啟閉機(jī)3臺(tái)、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)1臺(tái)、臺(tái)車(含液壓抓斗式清污機(jī)、自動(dòng)抓梁)1臺(tái)、手電兩用螺桿式啟閉機(jī)4臺(tái)、單梁電動(dòng)吊葫蘆2臺(tái)、電動(dòng)吊葫蘆1臺(tái)。

2.1 泄洪沖沙洞金屬結(jié)構(gòu)

左岸泄洪沖沙洞閘室采用豎井式結(jié)構(gòu)，閘底板高程為2340.0m，閘頂高程為2399.0m，共1孔，閘室內(nèi)設(shè)1孔事故閘門和1孔工作閘門。泄洪沖沙洞的最大淤沙高程為2356.9m。

事故閘門（寬度m×閘門高m，下同）：孔口尺寸4.5m×5.625m，設(shè)計(jì)水頭57.24m，最大泥沙淤積高度16.9m，設(shè)1扇潛孔式設(shè)有6個(gè)輪徑φ900mm平面定輪鋼閘門，閘門采用5根主梁等截面結(jié)構(gòu)，閘門采用上游面板，上游封水。設(shè)有6個(gè)導(dǎo)向側(cè)滑塊；閘門支承間距5.14m，門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，主軌埋件結(jié)構(gòu)材料采用ZG35Cr1Mo熱處理。門葉沿高度方向根據(jù)運(yùn)輸條件分節(jié)制造、運(yùn)輸，在▽2396.0m高程的安裝檢修平臺(tái)上分節(jié)吊裝就位后焊接成整體。閘門平時(shí)鎖錠在檢修平臺(tái)上。閘門操作方式為動(dòng)閉靜啟，閉門時(shí)利用閘門自重和鑄鋼配重塊動(dòng)水下門。啟門時(shí)小開(kāi)度提門充水平壓，待上下游水位差小于3m后靜水啟門。閘門采用容量及揚(yáng)程QPG—1×3200kN—60m的平面門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。啟閉機(jī)安裝在塔頂平臺(tái)以上，高程為▽2407.74m的機(jī)房?jī)?nèi)。為方便卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的安裝和檢修，在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)1臺(tái)容量100kN單梁電動(dòng)吊葫蘆。工程建成后泄洪底孔操作頻繁，門槽處最大流速約為22m/s，為避免門槽處發(fā)生氣蝕、沖蝕破壞，采用帶80mm錯(cuò)距、圓角R50mm、斜坡1:10的Ⅱ型門槽，尺寸1.36m×0.8m（寬×深，下同），并且事故閘門與工作閘門之間全斷面采用鋼板襯護(hù)措施。

工作閘門：孔口尺寸寬×高為4.5m×4.5m，設(shè)計(jì)水頭57.24m，設(shè)1扇采用雙主橫梁直支臂自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承支承的弧形鋼閘門。面板曲率半徑為9m，支鉸中心距底檻高度為6m。閘門門葉結(jié)構(gòu)及支臂材料采用Q345C，支鉸座及鉸鏈材料為ZG310—570，鉸軸直徑φ300mm，支鉸軸采用45鋼，支鉸采用FZB05型銅合金鑲嵌自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承。埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q345C。側(cè)水封采用方頭“P”型橡皮, 底水封采用20mm厚的條形橡皮，閘門頂水封采用一道“P”型橡皮和一道轉(zhuǎn)鉸式水封，閘門側(cè)向設(shè)有油尼龍導(dǎo)向滑塊。該閘門有局部開(kāi)啟運(yùn)行要求，采用容量及揚(yáng)程為（啟門力/閉門力）1600kN/700kN—6.25m的擺鉸式雙作用液壓式啟閉機(jī)操作。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的缸體安裝在▽2354.5m高程的平臺(tái)上，操作系統(tǒng)設(shè)置在▽2399.0m高程的機(jī)房?jī)?nèi)。單吊點(diǎn)，工作行程：5740mm，最大行程：6000mm，啟閉速度：0.7m/min，電源：380V、50HZ交流電。為方便液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的缸體檢修，在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有一臺(tái)容量100kN單梁電動(dòng)吊葫蘆。

2.2 灌溉發(fā)電引水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

（1）灌溉發(fā)電引水洞金屬結(jié)構(gòu)。灌溉發(fā)電引水洞布置在大壩的左岸，閘室采用岸塔式結(jié)構(gòu)，1孔，在進(jìn)口處設(shè)一道攔污柵和一道事故閘門。閘底板高程2358.0m，閘頂平臺(tái)高程2399.0m。為降低過(guò)柵流速，發(fā)電洞進(jìn)口為喇叭體型式布置。進(jìn)水口設(shè)一道清污機(jī)槽和攔污柵槽，在水道漸變段末端設(shè)一道事故門槽。電站廠房?jī)?nèi)設(shè)3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)，2大1小，每臺(tái)機(jī)組有一個(gè)尾水管出口，在每個(gè)尾水管出口處各設(shè)一道檢修閘，3孔，共設(shè)2扇檢修閘門，其中兩孔大尾水檢修閘共用1扇閘門。在發(fā)電洞進(jìn)口閘頂平臺(tái)上設(shè)一臺(tái)容量2×125kN，壩頂揚(yáng)程和總揚(yáng)程為7m/45m，軌距為5.8m的移動(dòng)式卷?yè)P(yáng)機(jī)，臺(tái)車上設(shè)一套機(jī)械自動(dòng)抓梁操作攔污柵，設(shè)一套液壓清污抓斗，用于攔污柵的清污。事故閘門采用一臺(tái)容量及揚(yáng)程為QPG—1×630kN—45m的平門卷?yè)P(yáng)機(jī)操作。

攔污柵：孔口尺寸5.6m×5.5m，為直立式，柵體結(jié)構(gòu)按4m水頭差設(shè)計(jì)，滑塊支承，柵條凈距根據(jù)混流式水輪機(jī)攔污柵柵條間距是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的1／30，取60mm，柵葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C。柵葉結(jié)構(gòu)由柵條和框架組成，柵條焊接在框架主梁翼緣上。為防止柵條側(cè)向失穩(wěn)，在相鄰柵條間用軸聯(lián)結(jié)每片柵條間用鋼管間隔。柵葉采用雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距為6m；柵葉結(jié)構(gòu)沿高度方向分兩節(jié)制造、運(yùn)輸，在閘頂平臺(tái)上用連接板將兩節(jié)柵葉連成整體。

事故閘門：孔口尺寸2.8m×2.8m，設(shè)計(jì)水頭36m，設(shè)1扇潛孔式平面定輪鋼閘門，閘門采用四根主梁等截面結(jié)構(gòu)，上游面板，下游封水。采用輪徑為φ650mm、材料為ZG310—570的主輪，軸孔設(shè)有NGB自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。輪軸直徑180mm，材料45鋼。閘門門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，除主軌埋件材料為ZG310—570,其余材料采用Q235B。閘門操作方式為動(dòng)閉靜啟，閘門靠自重和水柱壓力動(dòng)水下門，門頂設(shè)充水閥，啟門時(shí)小開(kāi)度提閥充水平壓后靜水啟門。啟閉設(shè)備采用容量及揚(yáng)程QPG—1×630kN—45m的平板門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。

（2）電站廠房尾水閘金屬結(jié)構(gòu)。電站廠房大尾水閘檢修閘門：孔口尺寸：4.2m×1.7m，設(shè)計(jì)水頭1.3m，2孔，設(shè)1扇露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，工作條件為靜閉動(dòng)啟。采用1臺(tái)2×50kN揚(yáng)程5m的電動(dòng)葫蘆啟閉。

電站廠房小尾水閘檢修閘門：孔口尺寸：3.31m×1.7m，設(shè)計(jì)水頭1.3m，1孔，設(shè)1扇露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，工作條件為靜閉動(dòng)啟，啟閉采用與大尾水閘門共用的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行操作。

（3）尾水渠進(jìn)水、退水閘金屬結(jié)構(gòu)。尾水渠進(jìn)水閘門：孔口尺寸：2.5m×2.5m，設(shè)計(jì)水頭2.27m，2孔，設(shè)2扇露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，工作條件為動(dòng)水啟閉，啟閉設(shè)備各采用1臺(tái)2×50kN螺桿長(zhǎng)5m的手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。尾水渠退水閘門與尾水渠進(jìn)水閘門同。

2.3 導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)

導(dǎo)流洞放水閘，1孔，設(shè)一道平面滑動(dòng)封堵閘門。閘底板高程2329.0m，閘頂高程2348.0m。導(dǎo)流洞封堵閘門的下閘水位為2330.6m，最高封堵水位為2394.Om。

平面封堵閘門：孔口尺寸4.5m×4.5m，設(shè)計(jì)水頭65m。設(shè)1扇潛孔式由滑塊支撐的平面鋼閘門。閘門采用五根主梁等截面結(jié)構(gòu)，上游面板，下游封水。門葉結(jié)構(gòu)材料采用Q345C，滑塊材料為工程塑料合金,主軌埋件材料采用ZG340—640。閘門操作方式為動(dòng)水閉門。封堵閉門時(shí)在低水位進(jìn)行，利用閘門自重可以閉門。啟門時(shí)按施工規(guī)劃采用5m水頭設(shè)計(jì)，啟閉機(jī)采用容量及揚(yáng)程為QPQ—1×630kN—20m的平板門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。為避免導(dǎo)流期門槽處發(fā)生氣蝕、沖蝕破壞，采用帶80mm錯(cuò)距、圓角R40mm、斜坡1:10的Ⅱ型門槽，并且門槽底板前后4m寬采用鋼板襯護(hù)措施。主體施工時(shí)導(dǎo)流洞封堵閘門鎖定門槽內(nèi)，待主體工程施工完后，計(jì)劃下閘時(shí)間9月中旬。考慮到閘門下放時(shí)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，在庫(kù)水位不斷升高的情況下需動(dòng)水啟門，該工況應(yīng)作為啟閉機(jī)啟門力的設(shè)計(jì)條件。根據(jù)下閘規(guī)劃設(shè)計(jì)中不同下閘流量水位蓄水位與時(shí)間關(guān)系曲線，在12.4m3/s流量下，庫(kù)水位上升速率約為0.6m/h，動(dòng)水啟門前按耽擱4h考慮。此時(shí)水位為2333m，對(duì)應(yīng)水頭為4m，啟門過(guò)程中留有一定的裕度，該閘門動(dòng)水操作水位定為2334m，底坎水頭為5m。封堵導(dǎo)流洞后，閘門永久留在水下，啟閉機(jī)正常閉門后回收。啟閉機(jī)安裝高程按下閘3天時(shí)間的水位確定，下閘后3天的庫(kù)水位為2340m，啟閉機(jī)安裝高程為2355.60m，滿足拆卸回收條件。

3 結(jié)語(yǔ)

石門水庫(kù)樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備于2017年9月5日通過(guò)驗(yàn)收，目前已正常運(yùn)行1年半，各閘門封水良好，啟閉靈活可靠，能夠滿足灌溉和電站正常運(yùn)行的需要。