上尖坡水电站金属结构具体设计要点

　　在水电站设计中，金属结构设计对其可靠性和稳定性具有直接的影响。水电站的金属结构设计的主要任务是对水电站工程引水系统和发电系统中所设闸门启闭机等进行设计方案的选择，以便在最少的工程造价下，设计出最优的方案，提高工程整体效益。

　　1工程概况

　　上尖坡水电站位于蒙江的左源支流涟江下游贵州省黔南布依族、苗族自治州罗甸县境内，是涟江第四级开发的水电工程，上游梯级为团坡电站，下游梯级为蒙江干流双河口电站。坝址控制流域面积2341km2,占全流域面积的27%,多年平均流量47.1m3/s,年径流量14.85×108m3.本电站的开发任务主要是发电，以满足贵阳市南电网南部局部地区（主要是惠水、罗甸、长顺3个县）工农业建设用电的需要。上尖坡水电站装机容量60MW,拦河大坝为混凝土重力坝，水库正常蓄水位为670.00m,相应库容为1440×104m3,调节库容为410×104m3.水库死水位665.00m,淤沙高程651.65m,设计洪水位670.88m,校核洪水位671.54m,电站单独运行时可进行周调节，保证出力6.51MW,年平均发电量1.8×108kW·h.考虑与蛮酱梯级联合运行时可达年调节，保证出力14.4MW,年平均发电量2.595×108kW·h,年利用小时数4330h.

　　2金属结构总体设计方案

　　上尖坡水电站金属结构，主要由泄洪系统金结和引水发电系统金结组成，包含各项闸门（含拦污栅，下同）、阀门、门栅槽埋件及相应的启闭机设备，金属结构总重量约532t（不含启闭机重）。具体设有溢洪道表孔弧形工作闸门3扇、平面检修闸门1扇，导流洞进口平面封堵闸门1扇，生态管出口检修闸阀1套、工作锥形阀1套，电站进水口平面拦污栅2扇、平面事故闸门1扇，厂房尾水出口平面检修闸门2扇。与闸门配套的启闭机选用露顶式弧形闸门液压式启闭机、卷扬式启闭机及液压耙斗式清污机等几种型式，共8台。闸门及埋件外露表面采用涂料防腐，底漆为环氧沥青防锈底漆，涂层厚度125μm,面漆为环氧沥青防锈面漆，涂层厚度125μm.

　　3金属结构具体设计要点

　　3.1溢洪道闸门

　　本工程结合实际工程特点和需要，采用开敞式溢洪道，其位于水库的溢流坝顶部，共设有3孔。在每孔溢洪道上均设置有1扇工作闸门，用于正常情况下抬高水库的水位，增加库容。因坝前死水位高于溢流堰定10m,工作闸门常年挡水，为便于工作闸门及其埋件的的检修，在工作闸门的上游侧设置了1扇检修闸门、3孔检修门槽共用。

　　3.1.1检修闸门
　　
　　本工程检修闸门孔口尺寸9m×11.1m,设计水头10m,底槛高程655.00m,总水压力为6200kN.门体型式采用露顶式平面滑动钢闸门，门体分为3节，每节门叶高度3.7m,并配置主侧反向装置。主支承采用高强度低摩阻的钢背复合材料弧面滑块，侧向支承采用悬臂式侧轮，反向支承采用铰式弹性反轮。闸门为下游面板，止水设在闸门的下游面，侧止水采用P形止水，底止水为刀型橡皮止水，门体主材为Q345B.闸门的运行条件为静水启闭，其平压方式采用小开度提门节间充水平压，即启门前先小开度提升最上一节门叶充水平压，待上下游水位基本一致时，再正式逐节提升门体至门槽顶部平台。与闸门配套的启闭机采用1台带回转吊的单向门机，主机用于检修闸门的启闭，容量2×250kN,扬程19m,吊点距5.7m,并配置1套液压自动抓梁。回转吊用于下游工作闸门液压缸等的检修，容量180kN,起升高度19m,启闭机的操作方式为电动。

　　3.1.2工作闸门

　　工作闸门孔口尺寸9m×15.7m,设计水头15.5m,总水压力11320kN,底槛高程654.557m,闸墩顶部高程672.79m.闸门型式采用露顶式弧形钢闸门，其流道无门槽，水流条件较好，可局部开启调节流量，闸门的启闭力也较小，加上配套启闭机采用表孔弧形闸门液压启闭机，则整个坝面看上去显得规整美观。闸门支铰高度8.5m,支铰轴承采用自润滑球面轴承，弧门半径17.5m,门体的止水装置设在上游面，侧止水为L型止水，底止水为刀型橡皮止水，门体主材与检修闸门相同。闸门运行条件为动水启闭。与闸门配套的启闭机选用露顶式弧形闸门液压启闭机，型号QHLY-2×1250-6.8,容量2×1250kN,工作行程6.8m,吊点距7.97m,数量共3台，其附属设备液压泵站及电气操作柜等集中放置于大坝右端的启闭机房内。每台启闭机配置1套工作泵组，3台启闭机共用1套备用泵组，4套泵组用油管路联成1个互通系统。当工作泵发生故障时，液压机应能自动接通备用油泵电动机电源。启闭机设置有备用电源，为安全起见，备用电源采用柴油发电机组，启闭机操作方式为电动。每扇闸门均配置有1台开度仪，用于闸门的开度控制。该闸门平时处于关闭状态，只在洪水期及其他特殊情况下需要开闸泄洪时才打开，闸门可局部开启调节流量。

　　洪水期间闸门自正常蓄水位起调，初期控制泄量等于来量。为防下游冲刷，闸门开启时需对称开启，先开中间扇、后开两边扇，闸门逐步打开并避开振动区域。对于低频率洪水时，可根据上游水库的水情测报系统，全开闸门泄洪，控制水库水位保持为正常蓄水位670.00m.溢洪道检修闸门、工作闸门及启闭机的布置见图1.

　　3.2导流洞进口封堵闸门

　　导流洞封堵闸门的主要作用是在施工完成后，封堵导流洞。本工程闸门孔口尺寸5.4m×6m,设计最高挡水水头58m,底槛高程612.00m,总水压力17720kN.门体型式采用平面滑动钢闸门，主支承为钢背复合材料弧面滑块，为使闸门在下闸封堵时运行平稳，在门体上分别设有4套简支式侧向轮和铰式弹性反轮，闸门面板及止水装置设在下游面，顶、侧止水采用橡塑复合P型止水，底止水为刀型橡皮止水，门体主材采用Q345B.闸门运行条件为动水启闭，下闸水头≤5m,启门水头12m.与闸门配套的启闭机选用一台固定卷扬式启闭机，型号QPQ-2×630-19,启门容量2×630kN,扬程19m,吊点距5m,用后尽量回收。闸门门体及其埋件部分为一次性使用。

　　3.3生态管出口检修阀、工作阀

　　为了保证电站在不发电时下游生态用水需要，在大坝溢洪道附近设有一根生态钢管，上接水库，在其出口处设置了1套检修闸阀及1套工作锥形阀，阀门公称通径均为DN800mm,设计水头均为17m,公称压力取为0.6MPa,阀门运行条件为动水启闭，操作方式为手电两用。当工作锥形阀需要检修时，动水关闭前面的检修闸阀即可。

　　3.4进水口拦污栅、事故闸门

　　进水口采用岸坡塔式，在该进口处依次设置了2扇拦污栅和1扇事故闸门，分别用于拦截水库上游的污物和下游隧洞、厂房水轮机组的事故性保护与检修。①拦污栅孔口尺寸均为6m×9m,设计水头均为4m,底槛高程655.00m,总水压力2160kN.栅体型式采用平面活动式钢拦污栅，栅叶分3节制作、运输及安装，栅体主材Q235B.同时配置1台液压耙斗式清污机，负责两扇拦污栅的清污及启闭，该清污机启闭容量2×150kN,耙斗容积3.5m3,扬程为21m.为了监测栅体前后的水位差，配置2台水位差计，保证水位差不得大于4m.①事故闸门孔口尺寸5.5m×5.5m,设计水头17m,总水压力4440kN,闸门底槛高程655.0m,门槽顶部高程672.80m,闸门型式采用平面定轮钢闸门。为使闸门在启闭过程中运行平稳，在门体上设有4套简支式侧轮及4套反向滑块，闸门运行条件为动闭静启，门顶设置压盖式充水阀。为监测闸门前后的充水平压情况，配置1台水位差仪，闸门闭门时利用水柱闭门。该闸门平时锁定于门槽顶部的检修平台上，当下游隧洞等出现事故或需要检修时，再开启闸门至检修平台处锁定。与闸门配套的启闭机采用一台固定卷扬式启闭机，型号QPG-2x630-19,容量2×630kN,吊点距5.17m,扬程19m,操作方式为电动。进水口拦污栅、闸门及启闭机的布置见图2.

　　3.5厂房尾水检修闸门

　　厂房尾水检修闸门主要用于电站水轮机组的检修，本工程厂房的尾水出口共有两孔，每孔上均设置一扇检修闸门。机组在施工期下游设置有围堰，不需要尾水闸门作为下游的施工挡水设施。闸门孔口尺寸6.735m×2.617m,设计水头24m,总水压力4404kN,底槛高程为559.19m,厂房下游正常尾水位580.00m,设计尾水位584.13m,校核尾水位585.30m,检修平台580.70m,启闭机台高程585.80m,闸门型式采用平面滑动钢闸门，主支承为复合材料弧面滑块，闸门运行条件静水启闭，平压方式为利用水轮机的排水管从下游充水平压。

　　4结语

　　综上分析，在水电站的设计中，金属结构设计是不可忽视的一部分。在具体的工程中，应充分重视各种类型闸门的设计，并结合实际工程特点，设计出符合需要又结实美观的闸门。对此，设计人员必须不断总结经验，提高自身设计水平，以促进我国水电站的稳定、健康发展。

　　参考文献：
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