西藏扎拉水電站金屬結構設計

高涵 汪碧飛 韓爭光

收稿日期：2023-11-06

作者簡介：

高? 涵，男，碩士，主要從事水工金屬結構及啟閉機械設計方面的工作。E-mail：G18874145022@163.com

引用格式：

高涵，汪碧飛，韓爭光.

西藏扎拉水電站金屬結構設計

［J］.水利水電快報，2024，45（6）：76-82.

摘要：

為合理布置西藏扎拉水電站金屬結構，滿足功能要求，介紹了扎拉水電站泄水建筑物、導流洞、電站建筑物、生態電站建筑物和魚道等部位的金屬結構設計，提出了扎拉水電站閘門及啟閉設備的布置方案。結果表明：在扎拉水電站金屬結構設計中，充分考慮制造和安裝要求，采用簡單、實用的結構設計，泄水閘建筑物空間利用率高，魚道建筑物具有良好的生態環保價值，設計滿足功能要求，結構安全可靠。研究成果可為同類工程的金屬結構設計提供參考。

關鍵詞：

金屬結構； 閘門設計； 泄水閘布置； 魚道布置； 扎拉水電站； 西藏

中圖法分類號：TV697

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.06.013

文章編號：1006-0081（2024）06-0076-07

0? 引? 言

扎拉水電站項目位于西藏，主要功能為發電，是國家研制大容量沖擊式水輪發電機組的支撐項目。目前，世界上最大的沖擊式機組單機容量為42.3萬kW，中國單機容量最大功率為15萬kW。扎拉水電站裝設兩臺單機容量為50萬kW的沖擊式水輪發電機組，將成為全球單機容量最大的沖擊式水輪發電機組［1］。

目前在金屬結構設計研究中，王強等［2］對西藏湘河水利樞紐發電洞金屬結構型式進行了比選設計。王啟行等［3］對烏東德水電站的導流洞建筑物金屬結構進行了設計，結合改造弧門在高水頭下對導流洞封堵等方面的設計特點，分析了金屬結構設備的總體布置、設備選型及操作方式。張華等［4］對巴基斯坦

卡洛特水電站導流洞金屬結構進行了分析，指出在各階段安裝時可能存在的問題及安全控制要點。

扎拉水電站工程金屬結構設計包括泄水建筑物、導流洞、電站建筑物、生態電站建筑物和魚道等。泄水建筑物共設1個泄洪表孔、2個泄洪底孔和1個生態放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生態放水孔工作門都采用弧形工作門，工作門前面設事故檢修閘門，設壩頂門機和液壓啟閉機操作。導流洞進口設封堵門，配固定卷揚式啟閉機操作。電站建筑物設4扇攔污柵、1扇事故檢修門、4扇尾水檢修門、2扇事故閘門，攔污柵設電動葫蘆操作，事故檢修門設固定卷揚式啟閉機啟閉，尾水檢修門設門機操作，事故閘門設固定卷揚式啟閉機啟閉。生態電站建筑物設3扇進水口攔污柵、1扇事故檢修門和3扇尾水檢修閘門，攔污柵和事故檢修門設門機操作，尾水檢修門設臺車操作。在大壩右側布置有魚道，魚道布置有1孔檢修門、3孔出口工作門、1孔擋洪門，閘門均為平面定輪門，動水啟閉，采用電動葫蘆操作。本文結合現有工程的金屬結構設計型式，提出了扎拉水電站閘門及其啟閉設備的布置方案，可為同類工程的金屬結構設計提供參考。

1? 泄水建筑物金屬結構設計

扎拉水電站泄水建筑物共設1個泄洪表孔、2個泄洪底孔和1個生態放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生態放水孔工作門都采用弧形工作門，工作門前面設事故檢修閘門［5］。

泄洪表孔布置1孔，底檻高程2 805.0 m，孔口尺寸7 m×10 m（寬×高），閘門設計擋水水頭10 m，工作門為弧形工作閘門，動水啟閉，工作門前面設事故檢修閘門，動水閉門，平壓開啟。

泄洪底孔布置2孔，底檻高程2 770.0 m，閘門設計擋水水頭45 m，工作門為弧形工作閘門，動水啟閉，工作門前面設事故檢修閘門，動閉靜啟。

1.1? 泄洪表孔事故檢修門及其啟閉設備

泄洪表孔設有1扇事故檢修門，事故檢修閘門孔口尺寸7 m×10 m，底檻高程2 805.0 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭10 m，動水閉門，采用小開度提門充水平壓。

事故檢修閘門為平面定輪閘門，面板在下游面，止水布置在下游面，支承為定輪，軸承為自潤滑柱面滑動軸承，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮

為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊

點，事故檢修閘門由設置在壩頂的容量為1 000 kN/100 kN/100 kN的門機進行操作啟閉。

壩頂設1臺1 000 kN/100 kN/100 kN的門機，門機軌距為8 m，門機起升速度0.25～2.5 m/min，門機大車運行速度1.5～15 m/min，其中主鉤容量1 000 kN用于啟閉泄洪表孔事故檢修門、泄洪底孔事故檢修門、生態電站進口事故檢修門和生態放水孔事故門［6］，考慮泄洪底孔事故檢修門的啟閉要求，啟閉機揚程為55 m，門機上游100 kN回轉吊用于操作攔污柵，下游100 kN回轉吊用于弧形門及油缸的檢修［7］。

1.2? 泄洪表孔弧形工作閘門及其啟閉設備

泄洪表孔設置弧形工作閘門，弧形工作閘門孔口尺寸7 m×10 m，底檻高程2 805.0 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭10 m，動水啟閉，弧形工作閘門為二直支臂主橫梁自潤滑球鉸結構，上、下支臂間設置縱向撐桿，現場與支臂焊接。門葉與支臂、支臂與支鉸間采用螺栓連接。主橫梁為工字形梁，支臂為工字結構，吊耳布置在閘門底部。側向支承為側輪，自潤滑軸瓦；側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮。泄洪表孔金屬結構布置見圖1。

弧形工作閘門由容量為2×500 kN液壓啟閉機操作。液壓啟閉機行程8 m，啟閉速度為0.8 m/min，

啟閉機均配置相應的液壓泵站及電氣控制設備，油缸與閘門采用擺動球鉸連接。安裝和檢修時的吊運通過壩頂門機回轉吊完成［8］。

1.3? 泄洪底孔事故檢修門及其啟閉設備

2個泄洪底孔設1扇事故檢修門，事故檢修閘門孔口尺寸4.5 m×7.8 m，底檻高程2 770.0 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭45 m，動閉靜啟，采用充水閥充水平壓。

事故檢修閘門為平面定輪閘門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為定輪，軸承為自潤滑柱面滑動軸承，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，事故檢修閘門由設置在壩頂的1 000 kN/100 kN/100 kN門機（同表孔）進行操作啟閉。

1.4? 泄洪底孔弧形工作閘門及其啟閉設備

每個泄洪底孔各設1扇弧形工作閘門，弧形工作閘門孔口尺寸4.5 m×6.0 m，底檻高程2 770 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭45 m，動水啟閉，弧形工作閘門為二直支臂主橫梁自潤滑圓柱鉸結構，上、下支臂間設置縱向撐桿，現場與支臂焊接。門葉與支臂、支臂與支鉸間采用螺栓連接。主橫梁為工字形梁，支臂為工字形結構，吊耳布置在閘門頂部。側向支承為側輪，自潤滑軸瓦；頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮。

弧形工作閘門由容量為1 000 kN液壓啟閉機操作，液壓啟閉機行程7 m，啟閉機均配置相應的液壓泵站及電氣控制設備，油缸與閘門采用擺動球鉸連接。安裝和檢修時的吊運通過壩頂門機回轉吊完成［9］。泄洪底孔金屬結構布置見圖2。

1.5? 生態放水孔建筑物金屬結構設計

生態放水孔建筑物設1扇事故檢修門和弧形工作閘門。

事故檢修閘門孔口尺寸2.0 m×2.7 m，底檻高程2 805.0 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭10 m，動閉靜啟，采用充水閥充水平壓。事故檢修閘門為平面定輪閘門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為定輪，軸承為自潤滑柱面滑動軸承，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，事故檢修閘門由設置在壩頂的1 000 kN/100 kN/100 kN的門機（同表孔）進行操作啟閉。

弧形工作閘門孔口尺寸2.0 m×2.7 m，底檻高程2 805.0 m，設計水位2 815.0 m，設計水頭10 m，動水啟閉，弧形工作閘門為二直支臂主橫梁自潤滑圓柱鉸結構，上、下支臂間設置縱向撐桿，現場與支臂焊接。門葉與支臂、支臂與支鉸間采用螺栓連接。主橫梁為工字形梁，支臂為工字形結構，吊耳布置在閘門頂部。側向支承為側輪；頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮。弧形工作閘門由容量為200 kN的液壓啟閉機操作，啟閉機均配置相應的液壓泵站及電氣控制設備，油缸與閘門采用擺動球鉸連接。弧形工作閘門由容量為200 kN液壓啟閉機操作。液壓啟閉機行程4 m，啟閉速度為0.8 m/min，啟閉機均配置相應的液壓泵站及電氣控制設備，油缸與閘門采用擺動球鉸連接。安裝和檢修時的吊運通過壩頂門機回轉吊完成。

2? 導流洞金屬結構設計

導流洞布置1條，底檻高程2 762.0 m，進口布置封堵門，孔口尺寸8 m×10 m，動水閉門，設計擋水位2 788.48 m，設計擋水水頭26.48 m，封堵下閘初始水位2 765.17 m，最終水位2 771.0 m（考慮局部下門泄放生態流量），操作水頭3.17～9.00 m。閘門為平面滑動門，支承為復合材料滑塊，面板在上游，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮。正常工況下，導流洞封堵閘門下門后不考慮提起，但如果在閘門下門過程（下閘水頭3.17 m）中遇到卡阻，啟閉機所能承受的事故提門水頭為10 m。

導流洞封堵門配置1臺2×2 000 kN的固定卷揚式啟閉機對閘門進行操作，下閘封堵前需檢查清理門槽及底坎。2×2 000 kN固定卷揚式啟閉機的揚程為19 m，由卷筒、制動器、減速器和電機等組成。固定卷揚式啟閉機的啟門速度為0.3～3.0 m/min，工作級別為中［10］。導流洞金屬結構布置見圖3。

3? 電站建筑物金屬結構設計

3.1? 電站進水口攔污柵及其啟閉設備

進水口設4個攔污柵孔，布置在高程2 797.0 m，攔污柵孔口尺寸4.3 m×14.5 m（寬×高），設計水位差4 m。攔污柵為平面直立型式，支承為滑塊，單吊點，由進水塔塔頂上方的2×200 kN電動葫蘆操作，另外在電動葫蘆的上游設1個30 kN的移動式清污機來清污。

3.2? 電站進水口事故檢修閘門及其啟閉設備

電站進水口共設1扇事故檢修閘門，布置高程2 797.0 m，進水口事故檢修閘門孔口尺寸7.5 m×7.7 m（寬×高），設計水位2 815.0 m，設計水頭18 m。事故檢修閘門為平面定輪閘門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為定輪，軸承為自潤滑柱面滑動軸承，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，事故檢修閘門由設置在塔頂的1 200 kN固定卷揚式啟閉機進行操作啟閉［11］。

事故檢修閘門由設置在塔頂的1 200 kN固定卷揚式啟閉機進行操作啟閉。1 200 kN固定卷揚式啟閉機揚程為24 m，由卷筒、制動器、減速器和電機等組成。固定卷揚式啟閉機的啟門速度為0.3～3.0 m/min，工作級別為中。電站進水口金屬結構布置見圖4。

3.3? 電站尾水檢修門及其啟閉設備

電站尾水設4扇尾水檢修門，孔口尺寸7.8 m×5.4 m（寬×高），設計水頭5.05 m。尾水檢修門由塔頂630 kN單向門機帶抓梁操作。

尾水檢修閘門為平面滑塊閘門，面板在上游面，止水布置在上游面，支承為復合材料滑塊，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點。

閘門啟閉采用630 kN的門機，門機軌距為 5 m，

啟閉機揚程為25 m，門機大車行走速度1.5～15 m/min，門機起升速度0.25～2.5 m/min。門機由起升機構、門架結構、大車運行機構、機房、機房內檢修吊、門機軌道和阻進器及二期埋件、夾軌器、防風錨定裝置及埋件、掛脫梁及存放支架、大車電纜卷筒、電力拖動和控制設備、消防設備及必要的附屬設備組成。圖5為電站尾水金屬結構布置。

3.4? 電站調壓室事故門及其啟閉設備

調壓室內設2扇壓力鋼管事故閘門，每扇事故門配備1臺1 200 KN的固定卷揚式啟閉機來操作。閘門底檻高程2 757.35 m，事故門孔口尺寸5.3 m×5.3 m（寬×高），設計水位2 815.0 m，設計水頭57.65 m。事故門動水閉門，由充水閥來充水平壓開啟。

調壓室事故閘門為平面定輪門，面板在上游面，止水布置在下游面，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點。

閘門采用1 200 kN固定卷揚式啟閉機，其揚程為91 m，由卷筒、制動器、減速器和電機等組成。

固定卷揚式啟閉機的啟門速度為0.3～3.0 m/min，工作級別為中。

3.5? 電站攔漂排

電站進水口前設攔漂排用以攔阻水面漂浮物，

攔漂排兩端直線總長約120 m，由主繩、塑料浮箱、

輔繩、攔污網、重錘及兩端錨固件等部件組成，塑料浮箱用輔繩系于主繩上，攔污網用輔繩掛于浮箱之下，主繩系于兩岸錨固件上。塑料浮箱按吃水深度0.3 m控制，結構及連接按攔漂排上、下游水位差0.3 m設計。塑料浮箱由工程塑料組成，內充填泡沫塑料；主繩、輔繩及攔污網均采用超高強聚乙烯；兩端錨固件采用材質Q355B鋼板和材質Q235B型鋼組合焊接結構。

4? 生態電站建筑物金屬結構設計

生態電站建筑物設進水口攔污柵、事故檢修閘門和尾水檢修閘門。圖6為生態電站金屬結構布置。

4.1? 電站進水口攔污柵及啟閉設備

進水口設3個攔污柵孔，布置高程2 805.0 m，孔口尺寸3.0 m×6.5 m（寬×高），攔污柵設計水位差4 m。攔污柵為平面直立型式，單吊點，主支承為滑塊，由布置在壩頂的1 000 kN/100 kN/100 kN門機回轉吊進行啟閉操作。

4.2? 電站進水口事故檢修閘門及啟閉設備

進水口共設1扇事故檢修閘門，布置高程2 805.0 m，孔口尺寸2.7 m×3.2 m（寬×高），設計水位2 815.0 m，設計水頭10 m，由布置在壩頂的容

量為1 000 kN/100 kN/100 kN門機進行啟閉操作。事故檢修閘門面板在上游面，止水布置在下游面，支承為滑塊，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水閉門，由門頂設的充水閥充水平壓。

4.3? 電站尾水檢修閘門及啟閉設備

尾水共設3扇檢修閘門，布置高程2 753.3 m，孔口尺寸3.13 m×1.78 m（寬×高），設計水位2 760.6 m，設計水頭7.3 m，由設在尾水平臺100 kN 的臺車操作。尾水檢修閘門面板在下游面，止水布置在上游面，支承為滑塊，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門靜水啟閉，由門頂設的充水閥充水平壓。

5? 魚道建筑物金屬結構設計

在大壩右側布置有魚道，魚道布置有1孔檢修門、3孔出口工作門、1孔擋洪門，閘門均為平面定輪門，動水啟閉，采用電動葫蘆操作。

進水口共設1扇檢修閘門，布置高程2 759.0 m，孔口尺寸2.5 m×8.0 m（寬×高），設計水位 2 767 m，設計水頭8 m，由布置在上方容量160 kN的電動葫蘆操作。進口檢修閘門，面板在上游面，止水布置在上游面，支承為定輪，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水啟閉。

1號出口設1扇工作閘門，布置高程2 813.0 m，孔口尺寸2.5 m×3.25 m（寬×高），設計水位2 816.25 m，設計水頭3.25 m，由布置在上方容量100 kN的電動葫蘆操作。工作門為平面定輪門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為懸臂輪，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水啟閉。

2號出口設1扇工作閘門，布置高程2 811.25 m，孔口尺寸2.5 m×5.0 m（寬×高），設計水位2 816.25 m，設計水頭5 m，由布置在上方容量100 kN的電動葫蘆操作。工作門為平面定輪門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為懸臂輪，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水啟閉。

3號出口設1扇工作閘門，布置高程2 809.5 m，孔口尺寸2.5 m×6.75 m（寬×高），設計水位2 816.25 m，設計水頭6.75 m，由布置在上方容量160 kN的電動葫蘆操作。工作門為平面定輪門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為懸臂輪，閘門主梁為焊接工字形結構，側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水啟閉。

魚道中設1道擋洪門，布置高程2 807.5 m，孔口尺寸2.5 m×5.0 m（寬×高），設計水位2 816.25 m，設計水頭8.75 m，由布置在上方容量100 kN的電動葫蘆操作。擋洪門為平面定輪門，面板在上游面，止水布置在下游面，支承為懸臂輪，閘門主梁為焊接工字形結構，頂、側止水橡皮為P型橡皮，底止水橡皮為刀型橡皮，閘門為單吊點，閘門動水啟閉。

6? 結? 論

（1） 泄水閘建筑物設有1個泄洪表孔、2個泄洪底孔和1個生態放水孔，泄洪表孔、泄洪底孔和生態放水孔工作門都采用弧形工作門，工作門前設事故檢修閘門，泄洪表孔和泄洪底孔的事故檢修門共用壩頂門機，提高了空間利用率。

（2） 在大壩右側布置魚道建筑物，魚道布置有1孔檢修門，3孔出口工作門，1孔擋洪門，為魚類回溯提供了良好的河流生態環境，促進了西藏生態環境循環穩定，具有良好的生態環保價值。

參考文獻：

［1］? 何峰，胡定輝，何志鋒，等.西藏扎拉水電站沖擊式水

輪機選型設計探討［J］.水利水電快報，2019，40（12）：34-36.

［2］? 王強，高波，劉天政，等.西藏湘河水利樞紐發電洞金屬結構設計研究［J］.水利水電快報，2022，43（增1）：18-21.

［3］? 王啟行，錢軍祥，孔劍，等.烏東德水電站導流建筑物金屬結構布置研究［J］.人民長江，2021，52（增1）：176-180.

［4］? 張華，王際舟.卡洛特水電站導流洞進口金屬結構安裝［J］.人民長江，2018，49（增2）：188-191.

［5］? 陳紹蕃.鋼結構設計原理［M］．北京：科學出版社，2005．

［6］? 《水電站機電設計手冊》編寫組.水電站機電設計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［7］? 楊兆福.水工金屬結構［M］.北京：水利電力出版社，1989.

［8］? 劉細龍，陳福榮.閘門與啟閉機設備［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［9］? 汪云祥，沈燕萍．液壓啟閉機設計及應用［M］．北京：中國水利水電出版社，2015．

［10］? 楊逢堯，魏文煒.水工金屬結構［M］.北京：中國水利水電出版社，2005．

［11］? 儀彤，胡一亮，王啟行，等.巴基斯坦卡洛特水電站金屬結構布置與設計［J］.水利水電快報，2019，40（12）：22-28.

（編輯：唐湘茜）

Design of metal structure of Xizang Zhala Hydropower Station

GAO Han，WANG Bifei，HAN Zhengguang

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd .，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In order to reasonably arrange the metal structure of Xizang Zhala Hydropower Station and meet the functional requirements，we introduced the metal structure design of the discharge structures，diversion tunnels，power station buildings，ecological power station buildings and fishway of Zhala Hydropower Station. The results showed that in the design of metal structure equipment at the station，full consideration was given to manufacturing and installation requirements，and a simple and practical structural design was adopted. The space utilization rate of the spillway gate building was high，and the fishway building had a good ecological and environmental protection value. The design can meet the functional requirements and the structure is safe and reliable. The research result can provide a reference for the design of metal structures in similar projects.

Key words：

metal structure； gate design； layout of discharge gates； fishway layout； Zhala Hydropower Station； Xizang