王興隆，楊傳文

（東北電網(wǎng)公司豐滿發(fā)電廠，吉林 吉林市 132108）

1 樞紐概述

尼爾基水利樞紐位于黑龍江省與內(nèi)蒙古交界的嫩江干流上，壩址右岸位于內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達瓦達斡爾族自治旗尼爾基鎮(zhèn)，左岸位于黑龍江省訥河市二克淺鄉(xiāng)，下游距黑龍江省第二大城市、工業(yè)重鎮(zhèn)齊齊哈爾市130 km，是嫩江干流上第一個控制性大型水利工程。該水利樞紐位于嫩江干流的中游，控制流域面積6.64×104km2，占流域面積的 22.4%，多年平均徑流量 104.7×108m3，占嫩江流域的45.7%。該水利樞紐以防洪、工農(nóng)業(yè)供水為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧航運、改善水環(huán)保、養(yǎng)殖等綜合效益。工程于2001年5月開始施工，2006年7月并網(wǎng)發(fā)電。

尼爾基水庫正常蓄水位216.00 m，設計洪水位（P=0.1%）218.15 m，校核洪水位219.90 m，水庫總庫容 86.11×108m3，防洪庫容 23.68×108m3，調(diào)節(jié)（興利）庫容 59.68×108m3。

尼爾基水利樞紐由主壩、左岸副壩、右岸副壩、溢洪道、發(fā)電廠房以及左岸、右岸灌溉輸水洞等建筑物組成，大壩總長7 180 m。主壩長1 658.31 m，最大壩高41.50 m，壩頂高程221.00 m，壩頂寬8 m。左岸、右副壩壩頂高程218.50 m，壩頂寬3 m。溢洪道寬166 m，共設置泄洪閘11孔，單孔凈寬12 m，最大泄洪能力20 300 m3/s。溢洪道長875 m，堰頂高程199.80 m，采用WES型曲線堰面，控制段長42.40 m，設置檢修閘門、工作閘門各1道。

2 檢修閘門及單向門式起重機

在溢洪道系統(tǒng)控制段首部工作閘門上游設置1道平面檢修閘門，在壩頂設置1臺主要用于起升檢修閘門的單向門式起重機（簡稱門機）。檢修閘門用于在工作閘門檢修時封堵閘前門槽、阻擋進水，保障工作閘門的維修需要，檢修閘門靜水啟閉。

2.1 檢修閘門

溢洪道系統(tǒng)共布置11孔泄洪閘，公用兩扇檢修閘門，每扇檢修閘門由上、下兩節(jié)門葉組成。檢修閘門底坎堰頂高程199.80 m，孔口寬度12 m，正常擋水高度17 m，設計水頭16.50 m，總水壓力17 277 kN。由于上游水位變幅較大和水工結(jié)構(gòu)制約，檢修閘門門型選定為滑動式露頂平面無定輪閘門，外形尺寸13.10 m×14.80 m×1.19 m（寬×高×厚），重109.36 t，吊點形式為雙吊點，吊點間距8.40 m，閘門面板設置在下游側(cè)。閘門門葉分為6個小節(jié)，每節(jié)至少設兩根主梁，最下節(jié)門葉為箱形結(jié)構(gòu)，其中1～5節(jié)門葉的節(jié)間連接為焊接結(jié)構(gòu)，在工地現(xiàn)場焊接為整體，第5，6節(jié)門葉之間為節(jié)間止水封結(jié)構(gòu)。為降低閘門厚度、減少檢修閘門占用控制段的長度和保證閘門必要的剛度，閘門采用雙主梁加面板結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用Q235C，閘門的主支承采用鋼滑塊支承方式，直接焊接在邊梁下游側(cè)翼緣板上；反向支承采用鋼滑塊支承方式，直接焊接在邊梁上游側(cè)翼緣板上；側(cè)向支承采用導向滾輪結(jié)構(gòu)，安裝在下游側(cè)面板上。

閘門止水方式為下游止水，由底、側(cè)、節(jié)間止水組成。側(cè)止水、底止水位于下游側(cè)，側(cè)止水為P60型橡皮，底止水為普通I型橡皮，節(jié)間止水安裝在上節(jié)門葉底部，水封結(jié)構(gòu)和型號與底止水相同，在上、下兩節(jié)門葉的頂部均設有止水座板，形如底坎。在上、下兩節(jié)門葉頂部兩側(cè)，各設有一根抓梁導向桿和吊耳孔。

平面檢修閘門的運行由位于壩頂?shù)膯蜗蜷T機操作，靜水啟閉。閘門在靜水中落下，啟門時需進行門后充水，充水方式采用節(jié)間充水，即啟門時先提升上節(jié)門葉200 mm進行節(jié)間充水，待閘門前后水位相等時再逐節(jié)提升門葉。當弧形工作閘門出現(xiàn)故障和檢修時，將檢修閘門吊放到門槽內(nèi)擋水。當水庫水位低于214 m高程時，可單獨使用下節(jié)門葉擋水，當水庫水位處于214～216 m高程時，須用上下兩節(jié)門葉組合擋水。閘門在非擋水時，利用鎖定梁鎖定停放在相鄰門槽孔口的上部。

檢修閘門的門槽采用Ⅱ型門槽，寬800 mm，深500 m，共11套。門槽埋件設有主軌（含止水座板）、反軌、側(cè)軌及底坎等金屬埋件，主軌、側(cè)軌為一個整體，構(gòu)成包角結(jié)構(gòu)，埋件孔口尺寸12 m×17 m（寬×高），單孔重 12.45 t。

2.2 壩頂門機

在溢流壩壩頂，設置1臺雙吊點單向移動門式起重機，軌距5.00 m，額定啟門力2×800 kN，主起升高度15/24 m（壩頂/總），吊點間距7.00 m，起升速度1.146 m/min，重155.2 t，最大外形尺寸14.33 m×22.40 m×7.73 m（長×高×寬），起升機構(gòu)的吊具選用液壓自動抓梁。起升機構(gòu)的驅(qū)動設備采用展開式布置，分別驅(qū)動，由2臺電動機各自通過1臺雙輸出軸減速器、1對開式齒輪等帶動卷繞裝置組成，減速器輸出軸同步。制動器設置在傳動鏈的高速級端，位于電動機和減速器之間，共2套，均為工作制動器，選用型號為YWZ5-315/30電力液壓塊式制動器，每套制動器的安全系數(shù)1.25。

門架金屬結(jié)構(gòu)由2個門型桁架和聯(lián)系二者的主梁、次梁、端梁等組成，其中主梁、次梁、端梁和門架上橫梁共同組成起升機構(gòu)工作平臺。門架各主要受力結(jié)構(gòu)均采用箱形斷面，主要的受力框架結(jié)構(gòu)均采用Q235C鋼板焊接。為降低應力集中，上橫梁的支腿段采用變斷面圓弧過渡，為保證門機支腿的剛性，上橫梁與支腿的對接采用工地焊縫連接，在桁架上、下游側(cè)的2個支腿之間設1個中橫梁，在上游側(cè)中橫梁上安置了操縱室。運行機構(gòu)安裝在門架底橫梁的下部，安裝型號為QSC25三合一減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間。大車運行機構(gòu)共設置4組臺車，每組臺車設2個車輪，1個主動輪，1個從動輪，落座在壩頂兩根軌道上。為了防止門機靜止時被大風吹移，在底橫梁的下部各設1臺型號為TZJ-25的電動液壓夾軌器。夾軌器的控制電路與大車行走的控制電路聯(lián)鎖。

門機的吊具選用型號為ZNQ8-1/2液壓自動抓梁，抓梁的上吊耳與起升機構(gòu)的兩個滑輪組通過銷軸連接，抓梁的下吊耳與檢修閘門的兩個吊耳通過液動銷軸連接，在抓梁的左右兩側(cè)設有定位孔。在抓梁上設有一套液壓傳動系統(tǒng)，液壓缸對稱布置，用于控制液動銷軸的伸縮。液壓自動抓梁位置狀態(tài)的測量裝置采用與之配套的耐水壓全行程信號檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由水密接線盒、穿銷退銷同步位移傳感器、下降就位同步位移傳感器、水密插頭插座、防水耐壓承載電纜、位移信號顯示記錄儀表等部分組成。采用4個同步位移傳感器——左穿（退）銷、右穿（退）銷、左對位、右對位，可檢測銷軸位置狀況并輸出顯示。該傳感器具有精確度高、重復性好、穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、壽命長、安裝方便、環(huán)境適應性強等特點，抓梁的同步位移的狀態(tài)、對銷到位、穿銷到位、退銷到位的信號由位移信號顯示記錄儀輸出，型號為ZNQ8-1-4。

在門機啟閉室左側(cè)的邊梁下部設置1個輔吊，選用型號為CD15-18的電動葫蘆，額定起重量為50 kN，單向行走，有效行程14 m，與大車行走機構(gòu)配合，可實現(xiàn)對壩頂以門機起吊中心線上下游共7 m范圍內(nèi)的零部件和零星雜物的吊運。

門機采用ZMKF微機閘門控制器，由控制儀表、荷載開度顯示儀表、光電編碼器、2個負荷傳感器等組成。門機設有風速儀、行走警鈴、行程限制器等安全措施。門機采用電源三相交流電（AC380 V，50 Hz）作為供電電源，供電方式為電力電纜、電纜卷筒供電。

3 工作閘門及液壓啟閉機

在溢洪道控制段中后部檢修閘門下游設置1道露頂弧形工作閘門，采用液壓啟閉機控制?；￠T主要用于水庫攔截水流、汛期泄洪和調(diào)節(jié)下泄流量，以保證大壩安全，閘門動水啟閉。

3.1 工作閘門

溢洪道系統(tǒng)泄洪閘工作閘門采用大型露頂弧形閘門（簡稱弧門），共11扇，孔口尺寸12 m×19 m（寬×高），底坎堰頂高程199.50 m?；￠T為主橫梁直支臂結(jié)構(gòu)，主要材料Q345C，支臂為A字型結(jié)構(gòu)，吊點形式為雙吊點，面板內(nèi)緣曲率半徑20.000 m，外形尺寸 12.00 m×19.00 m×18.65 m（寬×高×厚），單重 220.6 t，設計水頭 18.65 m，總水壓力21 775.6 kN。

弧門面板由上、中、下3個大節(jié)共7個小節(jié)門葉組成，焊接結(jié)構(gòu)，各小節(jié)門葉結(jié)構(gòu)為弧形面板后襯接水平主梁、次梁和縱向漸變工字梁聯(lián)系，門葉兩側(cè)設有邊梁，在第1和第5小節(jié)門葉背側(cè)設置了箱形主梁，各小節(jié)門葉之間在工地現(xiàn)場逐節(jié)焊接，連為整體。其中下節(jié)門葉由第1個小節(jié)門葉構(gòu)成，門葉外形尺寸為11.930 m×2.357 m（寬×高），為了提高門葉剛度，在下節(jié)門葉背側(cè)設置箱形主梁。箱形主梁下部的面板底緣安裝底止水裝置，止水封采用改進的I型橡皮水封，預壓縮量5 mm；在箱形主梁近兩端部各設置了支臂連接板，用于與支臂的下支腳連接；在箱形主梁兩端的上面各設置了一對吊耳孔，吊點間距11.110 m，用于與液壓啟閉機的吊頭連接。中節(jié)門葉由第2～6個小節(jié)門葉構(gòu)成，門葉外形尺寸為11.930 m×13.779 m（寬×高），第 2，3，4，6小節(jié)門葉的結(jié)構(gòu)除高度厚度略有不同，其結(jié)構(gòu)形式基本一致，為面板后襯接水平主梁、次梁結(jié)構(gòu)。在第5小節(jié)門葉的背側(cè)設置箱形主梁，其結(jié)構(gòu)設計與下節(jié)門葉的箱形主梁相同，上節(jié)門葉由第7個小節(jié)門葉單獨構(gòu)成。在弧形面板兩側(cè)設有側(cè)止水，水封形式采用外R直角形水封，預壓縮量14 mm，止水效果良好，截面形狀和尺寸如圖1所示，在側(cè)止水與底止水封的連接處設有一個過渡橡皮墊，以確保密封嚴密。

圖1 外R直角形水封

在弧門兩側(cè)的邊梁外側(cè)各對稱布置了5個側(cè)輪，分別位于第 1，2，4，5，7小節(jié)門葉，滾輪直徑250 mm，滾輪軸承采用復合軸套，型號為FZ-2。

弧門支臂為A字型焊接結(jié)構(gòu)，左右各一組，每組2個支腳，支腳為箱形結(jié)構(gòu)，外形尺寸為11 476 mm×9 923 mm×1 000 mm，重40.9 t。兩個上下支腳間聯(lián)系采用雙垂直和雙斜拉桿件，對稱結(jié)構(gòu)，支臂夾角30°43′26″。支臂支腳與閘門的箱形梁采用高強度螺栓連接，支臂的頂部與支鉸的活動支鉸以高強度螺栓連接。

活動支鉸與固定支鉸座的連接，采用關(guān)節(jié)軸承、鉸軸等零件連接，該軸承具有自潤滑、可調(diào)心、免維護、承載能力大等特點，關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)如圖2所示。固定支鉸座，通過預埋在鉸座混凝土牛腿內(nèi)的基礎連接螺栓直接落座在閘墩上。

圖2 液壓缸活動支鉸關(guān)節(jié)軸承的結(jié)構(gòu)圖

弧門的門槽呈矩形，無截面突擴，從而保證下泄水流流態(tài)的穩(wěn)定。門槽埋件有底坎、側(cè)軌和不銹鋼止水座板，孔口尺寸12 m×19 m，單重15.818 t。底部設有底坎，兩側(cè)設有弧形側(cè)軌和不銹鋼止水座板，曲率半徑20.14 m，向上延伸至壩頂，共11套。

3.2 液壓啟閉機

弧門的起升機械采用液壓啟閉機控制。液壓啟閉機由動力裝置（液壓泵）、控制調(diào)節(jié)裝置（各類閥門）、執(zhí)行元件（液壓缸）、輔助裝置（油箱、濾油器、管件、接頭、反饋系統(tǒng)等）、工作介質(zhì)（液壓油）等組成。為了精確控制弧門的下泄流量和便于操作，溢洪道弧形工作閘門的啟閉機械采用雙吊點液壓啟閉機，型號為QHLY-2×2000，后拉式布置，每臺液壓啟閉機配置一套獨立的泵站總成，每個泵站設置2套油泵-電機組，互為備用。啟閉機分別布置在1～11號壩段，總體設置采用“一門一機、一機一站、一站兩泵”，共11臺。

泵站設置在1～11號壩段的右側(cè)泵站室內(nèi)，為了便于檢查、維護，將油泵、電機組、油箱、各類閥門、濾器、電器控制設備、部分管路等均安裝在泵站室內(nèi)，出油管、回油管、控制油管分為兩支分別通往左、右液壓缸鎖定閥組，接入液壓缸。液壓控制系統(tǒng)的柱塞泵、過濾器、換向閥、插裝閥等均同一廠家的配套產(chǎn)品，性能可靠，故障率低；液壓缸活塞密封圈采用0形、V形等密封組合，耐磨性好，密封性強，大大降低了內(nèi)部泄露，使系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定。各油路管件采用不銹鋼材料，電氣控制盤安裝在泵站室內(nèi)。

2個液壓缸分別布置在門槽的兩側(cè)側(cè)墻上，液壓缸上部通過上蓋上的吊孔（支鉸孔）與懸臂的上支鉸軸掛接，上支鉸軸的埋入段與鋼構(gòu)支座體連接一并澆筑在混凝土墻體內(nèi)，外露懸臂段為階梯軸，吊孔與支鉸軸之間選用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的GE220關(guān)節(jié)軸承（厚度優(yōu)化為210 mm）配合連接。為防止上蓋吊孔向軸外側(cè)發(fā)生位移，上支鉸軸的外部用圓螺母和防松螺母定位固定。液壓缸下部通過活塞桿下端的吊頭與弧門連接，連接形式采用支鉸結(jié)構(gòu)，以吊軸穿過弧門吊耳、吊頭孔并以軸套固定在吊耳板上，吊頭與吊軸之間選用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的GE200關(guān)節(jié)軸承（厚度優(yōu)化為210 mm）配合連接。液壓缸上、下支鉸內(nèi)的關(guān)節(jié)軸承能自動調(diào)整受力角度，使活塞桿與缸體處于同一軸線，避免液壓缸內(nèi)部的密封受到擠壓損壞。液壓機的開度（即閘門開度）由安裝在支座體支架上的ZS-C型行程檢測裝置測量，行程檢測裝置測量桿連接在液壓缸上部的吊耳，整個行程檢測裝置可以繞支架上的支鉸定向轉(zhuǎn)動，通過測量桿伸縮長度的變化來反映液壓啟閉機的開度行程，其工作原理如圖3所示。

液壓啟閉機的控制方式有中央控制、現(xiàn)地控制和手動控制3種，操作方式靈活，中央控制室位于12號壩段的中央控制室內(nèi)。

開啟閘門時，空載啟動液壓泵電動機組，延時10 s，電磁閥YV1，YV3得電動作，壓力油經(jīng)換向閥及節(jié)流閥分2路進入缸旁閥組至液壓缸有桿腔，無桿腔的液壓油回流至油箱，壓力油不斷地推動活塞桿，開啟閘門，當達到預定的開度時，各電磁閥失電，滑回常位（中位），截止油路，活塞桿停止移動，閘門保持在某一開度。

閘門的關(guān)閉主要依靠閘門重力和液壓油壓力共同作用，當關(guān)閉閘門時，空載啟動液壓泵電動機組，延時10 s，電磁閥YV1，YV2得電動作，壓力油經(jīng)換向閥進入液壓缸的缸旁閥組，打開液控單向閥，使有桿腔的壓力油經(jīng)該液控單向閥、節(jié)流閥、換向閥流回無桿腔；若壓力大于1.5 MPa，則通過溢流閥溢流回油箱。若無桿腔油量不足時，補充油量可從油箱自動補油，這樣使活塞桿按一定的速度下移，關(guān)閉閘門，當達到預定的開度時，各電磁閥失電，滑回常位（中位），截止油路，活塞桿停止移動，閘門保持在某一開度。

液壓啟閉機開度控制系統(tǒng)具有自動復位功能，當閘門提升至指定開度或全開后，若因泄漏閘門下滑100 mm，控制系統(tǒng)自動啟動液壓泵組，提升閘門至下滑初始位置；若第一次自動復位失敗，閘門繼續(xù)下滑達120 mm，控制系統(tǒng)自動啟動備用液壓泵組，提升閘門至下滑初始位置，并發(fā)出故障報警信號。液壓啟閉機控制系統(tǒng)還具有左右缸超差自動糾偏功能（左或右缸超差時YV5或YV4得電，分流部分壓力油）、閘門任一開度停機自鎖功能和壓力故障報警、濾油器堵塞報警、油溫油位超限報警等功能，有效地保證了液壓系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

尼爾基水利樞紐溢洪道工程規(guī)模和泄量在國內(nèi)都屬較大，溢洪道金屬結(jié)構(gòu)采用合理設計型式，在主壩寬度較小的條件下，較好地解決了大泄量、大跨度、流態(tài)難控的工程難題，而且布置合理、施工方便。該工程2年多的調(diào)水運行證明，閘門系統(tǒng)操作靈活可靠、運行穩(wěn)定安全、泄量控制精確、水流流態(tài)穩(wěn)定，而且沒有出現(xiàn)較大缺陷和故障，滿足了下游工農(nóng)業(yè)等用水要求，說明閘門系統(tǒng)的設計是合理的。

圖3 液壓系統(tǒng)工作原理圖