TB水電站泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

張文科,周 華,胡彩石,陳輝春

(1.華能瀾滄江水電股份有限公司，昆明 650214；2.中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙 410014)

1 工程概況

TB水電站是瀾滄江干流上游河段(云南省境內(nèi))規(guī)劃的第四個(gè)梯級(jí)，其上游為里底梯級(jí)，下游與黃登梯級(jí)相銜接。電站位于云南省迪慶州維西縣境內(nèi)，距維西縣城公路里程約56 km，距昆明市公路里程約694 km[1]。

TB水電站正常蓄水位1 735.00 m，相應(yīng)庫容12.15億m3，調(diào)節(jié)庫容2.58億m3，死水位1 725.00 m，裝機(jī)容量1 400 MW，多年平均發(fā)電量62.3億kWh，年利用小時(shí)4 450 h。電站樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、右岸地下輸水發(fā)電系統(tǒng)等組成，屬Ⅰ等大(1)型工程。

2 泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

泄洪系統(tǒng)擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 740.00 m，最大壩高158.00 m；泄洪建筑物共布置有4個(gè)表孔、1個(gè)中孔和1個(gè)生態(tài)泄水孔，泄洪系統(tǒng)平面布置見圖1。

圖1 泄洪系統(tǒng)平面布置圖 單位：m

2.1 表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

泄洪表孔布置在溢流壩段中部，采用開敞式孔口，共4孔。順?biāo)飨蛞来尾贾糜惺鹿书l門和弧形工作閘門，表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖2。

圖2 表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置圖 單位：m

2.1.1表孔事故閘門及啟閉設(shè)備

NB 35055-2015《水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]要求，在溢洪道工作閘門的上游側(cè)宜設(shè)置檢修閘門，對(duì)于重要工程，必要時(shí)也可設(shè)置事故閘門。TB水電站是一個(gè)大型工程，TB水電站溢洪道是大壩主要的泄洪建筑物，由于堰頂高程1 717.00 m，死水位1 725.00 m，堰頂高程低于死水位8.0 m，為了能及時(shí)處理泄洪過程可能出現(xiàn)的事故，最終考慮設(shè)置事故閘門[3]。

事故閘門孔口寬度14.0 m，閘門高度18.8 m，設(shè)計(jì)水頭18.3 m，4個(gè)泄洪表孔共用1扇事故閘門，用于表孔工作閘門事故情況下的動(dòng)水閉門及表孔工作閘門檢修、維護(hù)時(shí)的擋水。事故閘門型式采用平面定輪閘門，雙吊點(diǎn)，門葉采用上游面板，底、側(cè)水封布置在上游側(cè)。閘門根據(jù)運(yùn)輸尺寸分節(jié)制造，在工地將制造單元用螺栓連成整體，閘門主要材料采用Q355B。閘門主支承型式為定輪，反向支承采用復(fù)合滑塊，側(cè)向?qū)虿捎煤喼л啞ｉl門平壓方式采用小開度提門充水平壓，利用壩頂門機(jī)通過液壓自動(dòng)抓梁操作。閘門平時(shí)存放在壩頂左側(cè)的門庫內(nèi)。

2.1.2表孔工作閘門及啟閉設(shè)備

每個(gè)泄洪表孔設(shè)置1扇弧形工作閘門，共4扇。弧形工作閘門孔口寬度14.0 m，閘門高度19.0 m，設(shè)計(jì)水頭18.5 m，閘門面板曲率半徑22.0 m，支鉸高程1 727.00 m。閘門為主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu)，主梁和支臂均為雙腹板焊接箱型梁結(jié)構(gòu)，支鉸軸承采用自潤滑球面滑動(dòng)軸承，側(cè)導(dǎo)向采用簡支輪[4]。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動(dòng)支鉸采用ZG310-570。閘門按動(dòng)水啟閉設(shè)計(jì)，并允許部分開啟調(diào)節(jié)流量。閘門采用雙吊點(diǎn)，由2×2 800 kN擺動(dòng)式液壓啟閉機(jī)操作。

2.2 中孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

中孔采用長有壓壩身泄水孔，布置于溢流壩右側(cè)壩段，共1孔。順?biāo)飨蛞来尾贾糜袡z修閘門、事故閘門和弧形工作閘門，中孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖3。

圖3 中孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置圖 單位：m

2.2.1中孔檢修閘門及啟閉設(shè)備

由于事故閘門門槽處流速較高，門槽有可能發(fā)生破壞，檢修維護(hù)困難，因此在事故閘門前的中孔進(jìn)口處設(shè)置1扇檢修閘門，用于事故閘門及其門槽檢修、維護(hù)時(shí)的擋水。為避免出現(xiàn)門槽水力學(xué)問題，檢修閘門型式采用了無門槽的反鉤式平面滑動(dòng)閘門，布置在進(jìn)口端部[5]。檢修閘門型式采用平面滑動(dòng)反鉤閘門，孔口寬度7.4 m，孔口高度9.33 m，設(shè)計(jì)水頭70.0 m，單吊點(diǎn)，門葉采用下游面板，頂、側(cè)、底水封布置在下游側(cè)。閘門根據(jù)運(yùn)輸尺寸分節(jié)制造，在工地將制造單元焊接成整體，閘門主要材料采用Q355B，閘門主支承為復(fù)合滑塊。閘門靜水啟閉，采用設(shè)置在閘門頂部的充水閥充水平壓，閘門由壩頂門機(jī)通過拉桿操作。閘門平時(shí)存放在壩頂左側(cè)的門庫內(nèi)。

2.2.2中孔事故閘門及啟閉設(shè)備

在中孔進(jìn)口處設(shè)置1扇事故閘門，用于工作閘門事故情況下的動(dòng)水閉門及工作閘門檢修、維護(hù)時(shí)的擋水。閘門型式為平面滑動(dòng)閘門，孔口寬度5.0 m，孔口高度7.21 m，設(shè)計(jì)水頭70.0 m，單吊點(diǎn)，門葉采用上游面板，頂、側(cè)水封布置在下游側(cè)，底水封布置在上游側(cè)，利用水柱作用閉門。閘門根據(jù)運(yùn)輸尺寸分節(jié)制造，在工地將制造單元焊接成整體。閘門主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高強(qiáng)度鋼基銅塑復(fù)合材料，反向支承采用鉸式彈性滑塊，側(cè)向?qū)虿捎煤喼л啞ｉl門操作條件為動(dòng)水閉門，靜水開啟，采用設(shè)置在閘門頂部的充水閥充水平壓。閘門啟閉采用壩頂門機(jī)通過拉桿操作。閘門平時(shí)懸掛在孔口上方門槽內(nèi)，并通過拉桿鎖定在壩頂。

2.2.3中孔工作閘門及啟閉設(shè)備

中孔工作閘門采用弧形閘門，閘門孔口寬度5.0 m，孔口高度5.8 m，設(shè)計(jì)水頭71.12 m，閘門面板曲率半徑12.0 m，支鉸高程1 673.70 m。閘門為主縱梁、直支臂結(jié)構(gòu)，支鉸軸承采用自潤滑滑動(dòng)軸承，側(cè)導(dǎo)向采用簡支輪。主縱梁為箱形截面，門葉沿縱向中部分成左、右對(duì)稱兩塊，之間通過鉸制孔螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接；弧門側(cè)止水采用P型橡塑水封，門葉頂部設(shè)一道P型壓蓋式水封，門楣埋件上設(shè)轉(zhuǎn)鉸式防射水封。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動(dòng)支鉸采用ZG310-570。閘門按動(dòng)水啟閉設(shè)計(jì)，并允許部分開啟調(diào)節(jié)流量。閘門采用雙作用搖擺式液壓啟閉機(jī)操作，容量為2 500 kN/500 kN(啟門力/閉門力)。

2.3 生態(tài)泄水孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置

生態(tài)泄水孔采用短有壓壩身泄水孔，布置在溢流壩左側(cè)壩段，共1孔。順?biāo)飨蛞来尾贾糜惺鹿书l門和弧形工作閘門，生態(tài)泄水孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖4。

圖4 生態(tài)泄水孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置圖 單位：m

2.3.1生態(tài)泄水孔事故閘門及啟閉設(shè)備

在生態(tài)泄水孔進(jìn)口處設(shè)置1扇事故閘門，用于工作閘門事故情況下的動(dòng)水閉門及工作閘門檢修、維護(hù)時(shí)的擋水。事故閘門采用平面滑動(dòng)閘門，孔口寬度3.5 m，孔口高度4.7 m，設(shè)計(jì)水頭21.845 m，單吊點(diǎn)，門葉采用上游面板，頂、側(cè)水封布置在下游側(cè)，底水封布置在上游側(cè)，利用水柱閉門。閘門根據(jù)運(yùn)輸尺寸分節(jié)制造，在工地將制造單元焊接成整體。閘門主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高強(qiáng)度鋼基銅塑復(fù)合材料，反向支承采用鉸式彈性滑塊，側(cè)向?qū)虿捎煤喼л啞ｉl門操作條件為動(dòng)水關(guān)閉，靜水開啟，采用設(shè)置在閘門頂部的充水閥充水平壓。閘門啟閉采用壩頂門機(jī)通過拉桿操作。閘門平時(shí)存放在壩頂左側(cè)的門庫內(nèi)。

2.3.2生態(tài)泄水孔工作閘門及啟閉設(shè)備

生態(tài)泄水孔工作閘門采用弧形閘門，閘門孔口寬度3.5 m，孔口高度4.1 m，設(shè)計(jì)水頭24.62 m，閘門面板曲率半徑8.0 m。閘門為主橫梁、直支臂結(jié)構(gòu)，支鉸軸承采用自潤滑滑動(dòng)軸承，側(cè)導(dǎo)向采用簡支輪。弧門側(cè)止水采用P型橡塑水封，門葉頂部設(shè)一道P型壓蓋式水封，門楣埋件上設(shè)轉(zhuǎn)鉸式防射水封。閘門主要材料采用Q355B，固定和活動(dòng)支鉸采用ZG310-570。閘門按動(dòng)水啟閉設(shè)計(jì)，并允許部分開啟調(diào)節(jié)流量。閘門采用雙作用搖擺式液壓啟閉機(jī)操作，容量為630 kN/160 kN(啟門力/閉門力)。

3 壩頂門機(jī)布置優(yōu)化方案研究

可行性研究階段到招標(biāo)設(shè)計(jì)階段前期，從控制投資、優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮，為降低壩頂大跨度門機(jī)的軌距，對(duì)壩頂門機(jī)布置方案進(jìn)行了研究。

3.1 方案1：壩頂門機(jī)軌距30 m

本方案為可研審定方案，壩頂雙向門機(jī)的容量為2×2 000 kN，軌距30.0 m，軌上揚(yáng)程23.0 m，通過不同規(guī)格的液壓自動(dòng)抓梁分別操作表孔事故閘門、中孔檢修閘門、中孔事故閘門和生態(tài)泄水孔事故閘門，同時(shí)可用于溢洪道和生態(tài)泄水孔弧形工作閘門及其啟閉設(shè)備的安裝和維護(hù)。本方案閘門及啟閉設(shè)備結(jié)構(gòu)布置見本文第2節(jié)。

3.2 方案2：壩頂門機(jī)軌距24 m

為優(yōu)化壩頂門機(jī)軌距，將中孔檢修閘門門庫布置在生態(tài)泄水孔進(jìn)口處，壩頂門機(jī)端梁設(shè)置在上游側(cè)，利用主小車移動(dòng)至懸臂端啟吊中孔檢修閘門[6]。導(dǎo)墻伸出長度由6.5 m變成3.5 m，門機(jī)軌距由30.0 m變成24.0 m，門機(jī)高度和軌上揚(yáng)程同方案1。其主要功能同方案1。

本方案表孔事故閘門門槽中心線樁號(hào)由0+003.750 m調(diào)整為0+004.750 m，閘門設(shè)計(jì)水頭18.1 m，閘門高度18.6 m；表孔弧形工作閘門面板曲率半徑由22.0 m調(diào)整為21.5 m，閘門設(shè)計(jì)水頭18.662 m，閘門高度19.162 m；其余閘門及啟閉設(shè)備結(jié)構(gòu)布置同方案1。方案2泄洪系統(tǒng)平面布置見圖5、表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖6。

圖5 方案2泄洪系統(tǒng)平面布置圖 單位：m

圖6 方案2表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置 單位：m

3.3 方案3：壩頂門機(jī)軌距7 m

在不考慮溢洪道和生態(tài)泄水孔弧形工作閘門及其啟閉設(shè)備安裝和維護(hù)的情況下，壩頂門機(jī)軌距可進(jìn)一步優(yōu)化，在調(diào)整表孔事故閘門、中孔事故閘門和生態(tài)泄水孔事故閘門門槽中心線后，門機(jī)可由雙向門機(jī)改為單向門機(jī)。門機(jī)在門架頂跨內(nèi)和懸臂段分別設(shè)置一套主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)，容量為2×2 000 kN/800 kN，軌距7.0 m，軌上揚(yáng)程14.0 m，分別通過不同規(guī)格液壓自動(dòng)抓梁操作表孔事故閘門、中孔檢修閘門、中孔事故閘門和生態(tài)泄水孔事故閘門。

本方案表孔事故閘門分為上下兩節(jié)，閉門時(shí)需將上下節(jié)門葉連接成為一體下放；中孔檢修閘門采用疊梁型式，由壩頂門機(jī)懸臂段副鉤操作；表孔工作閘門布置同方案2，其余閘門及啟閉設(shè)備結(jié)構(gòu)布置同方案1。方案3表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置見圖7。

圖7 方案3表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置圖 單位：m

3.4 綜合比較

從閘門及啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)型式方面分析。TB水電站地震基本烈度為Ⅷ度，為滿足方案三門機(jī)在地震工況時(shí)的穩(wěn)定性，若表孔事故閘門不分節(jié)，門機(jī)需增加大量配重；將表孔事故閘門分節(jié)后，少量配重即可滿足要求。各方案其余閘門及啟閉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)基本相同。

從建成后泄洪系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)角度分析。方案1、方案2壩頂門機(jī)可操作壩頂所有金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備，使用方便。方案3表孔事故閘門分為上下兩節(jié)，閉門時(shí)需先將下節(jié)門葉鎖定在門槽孔口上方，再將上節(jié)門葉與下節(jié)門葉通過節(jié)間連接裝置連接成為一體下放；啟門時(shí)，提升上節(jié)門葉充水平壓后，將連成一體的閘門提至下節(jié)門葉鎖定位置，解除節(jié)間連接裝置后，再分別將兩節(jié)門葉存放于門庫[7]。表孔事故閘門分節(jié)后，閘門操作運(yùn)行復(fù)雜，且分節(jié)后存在動(dòng)水下門時(shí)下節(jié)門葉雙層過流工況，對(duì)閘門不利。為降低方案3壩頂門機(jī)副鉤容量，中孔檢修閘門采用疊梁閘門型式，共分為4節(jié)，通過自動(dòng)抓梁依次進(jìn)行啟閉，操作過程繁瑣。方案1、方案2操作運(yùn)行泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備均較簡單方便，檢修維護(hù)可覆蓋泄洪系統(tǒng)所有設(shè)備。方案3操作運(yùn)行流程較復(fù)雜，且無法檢修維護(hù)表孔工作閘門、生態(tài)泄水孔工作閘門及其啟閉設(shè)備。

3種方案泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程量分別為3 101 t、3 051 t、2 900 t。方案1和方案2金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程量相差不大，但方案2溢洪道導(dǎo)墻長度可優(yōu)化3 m，土建工程量可減少，泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置采用方案2。

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)TB水電站壩頂門機(jī)的不同軌距方案進(jìn)行比選，優(yōu)化了泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置，使金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置更為合理緊湊，壩面更加簡潔，減小了工程投資。對(duì)于同類型工程具有借鑒意義。