（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

察爾森除險(xiǎn)加固工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

師小小，馬會(huì)全，胡艷玲，劉浩

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

本文闡述了察爾森除險(xiǎn)加固工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的總體布置、存在的問題以及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的復(fù)核計(jì)算，并介紹了金屬結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)，包括溢洪道金屬結(jié)構(gòu)最終的布置方案以及溢洪道和泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的簡(jiǎn)單描述。

除險(xiǎn)加固；金屬結(jié)構(gòu)；工程設(shè)計(jì)；察爾森水庫

察爾森除險(xiǎn)加固工程金屬結(jié)構(gòu)部分包括溢洪道弧形工作閘門和平面滑動(dòng)檢修閘門、泄洪洞進(jìn)口攔污柵和快速閘門以及與各閘門（攔污柵）配套的門槽（柵槽）埋件和起吊設(shè)備。

1 存在的問題

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備普遍存在著閘門銹蝕嚴(yán)重、啟閉設(shè)備落后陳舊老化，已達(dá)到報(bào)廢年限等問題，安全檢測(cè)結(jié)果：察爾森水庫金屬結(jié)構(gòu)安全性分析為“C”級(jí)。金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)結(jié)論：溢洪道和泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)及其啟閉設(shè)備多為20世紀(jì)70年代產(chǎn)品，屬于超期服役，帶病運(yùn)行，設(shè)備陳舊、老化、銹蝕嚴(yán)重，電氣設(shè)施設(shè)備陳舊、老化，已經(jīng)不能保障溢洪道和泄洪洞安全運(yùn)行。

1.1 溢洪道金屬結(jié)構(gòu)存在的問題

溢洪道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備存在著弧形工作閘門啟閉機(jī)及電氣控制設(shè)備為兩種型號(hào)，不統(tǒng)一，一致性差，不利于運(yùn)行、操作和維護(hù)，設(shè)備線路老化，部分電機(jī)三相電流不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。電機(jī)出廠年限已超過折舊年限。平面檢修閘門雙向門機(jī)鋼結(jié)構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)備陳舊、老化，主要零部件——電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器和減速器等為淘汰產(chǎn)品，維修、更換困難，已不能滿足正常的操作要求，需重新更換。QPQ型啟閉設(shè)備，已屬國(guó)家明文規(guī)定的淘汰產(chǎn)品。

弧形工作閘門主要構(gòu)件的銹蝕程度除閘門面板為Ⅱ級(jí)外，其余為Ⅰ級(jí)；鋼胸墻主要構(gòu)件的銹蝕程度為Ⅰ級(jí)；檢修門主要構(gòu)件的銹蝕程度為Ⅰ級(jí)。

溢洪道閘門已達(dá)到或超過報(bào)廢年限，弧形工作閘門由于承受過冰壓力，部分支腿已發(fā)生嚴(yán)重變形。由于溢洪道泄洪時(shí)，采用鋼活動(dòng)胸墻與弧形工作閘門聯(lián)合泄洪的方式，盡管能夠滿足基本泄水要求，但存在操作運(yùn)行復(fù)雜，不夠靈活的情況。

1.2 泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)存在的問題

泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)備老化銹蝕，已超過折舊年限，不能正常使用；QPQ型啟閉設(shè)備，已屬國(guó)家明文規(guī)定的淘汰產(chǎn)品。事故閘門主要構(gòu)件的銹蝕程度為Ⅰ～Ⅱ級(jí)。泄洪洞進(jìn)口啟閉機(jī)房頂梁存在多條裂縫，雖已做加固處理，但仍不滿足作為承重構(gòu)件使用的要求。

2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備復(fù)核計(jì)算

通過對(duì)泄洪洞進(jìn)口攔污柵、事故閘門及埋件、溢洪道檢修閘門及埋件、弧形工作閘門及埋件的復(fù)核計(jì)算，因剛度（強(qiáng)度）需要更換的構(gòu)件達(dá)到30%以上時(shí)，該設(shè)備應(yīng)報(bào)廢。溢洪道檢修閘門及埋件、弧形工作閘門及埋件、泄洪洞進(jìn)口攔污柵和事故閘門及埋件符合報(bào)廢條件。

3 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 溢洪道工程設(shè)計(jì)

依據(jù)目前察爾森水庫溢洪道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備存在的問題和現(xiàn)狀，若保持原布置不變，僅對(duì)部分閘門、埋件及啟閉設(shè)備進(jìn)行更換，雖能夠滿足使用要求，但是，弧門卷揚(yáng)啟閉機(jī)均位于高排架上，壩面不夠簡(jiǎn)潔美觀，且若還采用原布置方案（活動(dòng)胸墻+深孔弧門），由于活動(dòng)鋼胸墻的使用，依然存在設(shè)備操作運(yùn)行復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)控制和遠(yuǎn)動(dòng)操作，泄洪反應(yīng)時(shí)間較慢，不夠靈活，設(shè)備的檢修與維護(hù)困難且工作量偏大的不利因素，有悖于當(dāng)今水工金屬結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)。

基于以上原因，結(jié)合該部位土建結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和存在的問題，以及土建結(jié)構(gòu)加固的實(shí)際情況，溢洪道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備全部拆除，重新進(jìn)行設(shè)備布置，徹底進(jìn)行更新加固，不留隱患。最終采取的方案如下：

溢洪道布置有3個(gè)溢流表孔，前端設(shè)1道12× 13.02-12.45m平面滑動(dòng)檢修閘門，3孔共設(shè)檢修閘門1扇，檢修閘門底坎高程為352.95m。檢修閘門利用QM－2×630kN單向門機(jī)配自動(dòng)抓梁操作，門機(jī)軌道安裝在371.50m高程壩面上，閘門的檢修與維護(hù)也在此壩面上進(jìn)行，檢修閘門平時(shí)放于檢修門庫內(nèi)。在檢修閘門后，設(shè)3孔3扇12× 14.6-14.187m弧形工作閘門，以便宣泄洪水?；⌒伍l門底坎高程為352.194m，面板外緣半徑17 m，采用2×1600kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。

為避免閘門承受冰壓力，閘門前采取壓力水射流法防冰凍措施，每孔1套防冰設(shè)備，共設(shè)3套，每套包括2臺(tái)潛水泵。在設(shè)置工作閘門防冰裝置的同時(shí)，也可以根據(jù)庫區(qū)冰凍的具體情況，輔以人工破冰的方式，保證閘門運(yùn)行安全。

3.1.1 溢洪道弧形工作閘門

溢洪道弧形工作閘門為露頂式，閘門孔口寬12m，閘門高14.6m，按設(shè)計(jì)水位366.40m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為14.187m。該閘門為兩主橫梁斜支腿π型框架結(jié)構(gòu)，面板外緣半徑為17m，支鉸中心距離為10.4m，閘門為雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距11.16m，吊點(diǎn)設(shè)在下主橫梁懸臂端上，側(cè)導(dǎo)向簡(jiǎn)支式滾輪，閘門主要結(jié)構(gòu)材料為Q345C，門葉分5個(gè)制造運(yùn)輸單元，節(jié)間工地焊接，支腿分2個(gè)制造運(yùn)輸單元，工地焊接。支腿與主梁、支腿與活動(dòng)鉸鏈之間均采用螺栓聯(lián)接，支鉸軸承采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承。

弧形工作閘門埋件側(cè)軌材料為Q235B鋼板、型鋼及1Cr18Ni9Ti焊接結(jié)構(gòu)，底檻材料為Q235B鋼板和型鋼組成的焊接結(jié)構(gòu)。

弧形工作閘門根據(jù)通常平面假定體系設(shè)計(jì)計(jì)算。面板按四邊支撐彈性薄板進(jìn)行計(jì)算，并考慮2 mm防銹層，所有承重構(gòu)件的驗(yàn)算方法采用許用應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，小橫梁按多跨連續(xù)梁計(jì)算。其他零部件均按SL74《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定驗(yàn)算其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定。

每扇弧形閘門各由1臺(tái)2×1600kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，每臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置1個(gè)泵站，泵站布置在高程371.50m的平臺(tái)上，啟閉機(jī)能在中控室遠(yuǎn)控或現(xiàn)地手動(dòng)操作。

3.1.2 溢洪道平面滑動(dòng)檢修閘門

在溢洪道弧形工作閘門的上游側(cè)設(shè)孔口尺寸為12×13.02-12.45m的平面滑動(dòng)檢修閘門，3孔共用1扇閘門，用于弧門及其埋件的檢修維護(hù)，閘門底坎高程為352.95m，閘門充水方式為節(jié)間充水平壓，上節(jié)閘門動(dòng)水啟門，整扇閘門靜水啟閉，采用2×630kN單向門機(jī)配自動(dòng)抓梁操作。

檢修閘門按正常蓄水位365.40m設(shè)計(jì)，閘門沿高度方向分3節(jié)設(shè)計(jì)，每節(jié)分成兩部分制造、運(yùn)輸。為滿足啟閉機(jī)軌上揚(yáng)程及閘門拆裝運(yùn)輸，下2節(jié)采用連接板配銷軸活動(dòng)連接成為下節(jié)，上下兩節(jié)之間采用帶橢圓孔的活動(dòng)連接板、銷軸連接。門葉為主橫梁、面板、小梁焊接結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)材料為Q345B。閘門止水布置在下游面板側(cè)，側(cè)止水為“P”型橡皮，底止水“Ⅰ”型橡皮。檢修閘門正向采用滑道支承，反向采用鑄鐵滑塊；側(cè)向設(shè)有圓鋼導(dǎo)向。

檢修閘門反軌、底檻為Q235B材料組合焊接結(jié)構(gòu)，主軌為Q235B材料和1Cr18Ni9Ti組合焊接結(jié)構(gòu)。

檢修閘門設(shè)計(jì)計(jì)算采用平面體系假定進(jìn)行分析計(jì)算。閘門面板按四邊支承彈性薄板進(jìn)行計(jì)算，并考慮2mm防銹層。承重構(gòu)件的驗(yàn)算方法采用容許應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，小橫梁按6跨連續(xù)梁計(jì)算，主梁按均布荷載簡(jiǎn)支梁計(jì)算，滑道支承采用線荷載進(jìn)行分析計(jì)算。其他零部件均按SL74有關(guān)規(guī)定驗(yàn)算其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定。

溢洪道檢修閘門由1臺(tái)2×630kN單向移動(dòng)式啟閉機(jī)配自動(dòng)抓梁操作。啟閉機(jī)現(xiàn)地操作，起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)不同時(shí)工作?？烧w啟吊檢修閘門，但分節(jié)運(yùn)輸。

為存放溢洪道檢修閘門，設(shè)1孔門庫，檢修閘門非工作時(shí)存放于門庫內(nèi)，門庫埋件由Q235B鋼板與型鋼焊接而成。

3.2 泄洪洞工程設(shè)計(jì)

3.2.1 進(jìn)水口攔污柵

在泄洪洞進(jìn)口前端設(shè)1道傾斜式活動(dòng)攔污柵，攔污柵傾斜度為1∶0.83。攔污柵孔口尺寸4 m×13m（寬×高），攔污柵共2孔2扇，由2臺(tái)1× 300kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)分別操作。啟閉機(jī)設(shè)在啟閉機(jī)室內(nèi)，啟閉機(jī)室地面高程377.50m。攔污柵采用提柵人工清污。

3.2.2 進(jìn)水口快速閘門

快速閘門孔口尺寸為6.0m×6.0m，閘門底檻高程為336m，按設(shè)計(jì)洪水位366.40m設(shè)計(jì)，擋水水頭為31m，閘門操作方式為動(dòng)閉靜啟，啟門時(shí)水頭差不大于5m，采用1臺(tái)1×1600kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。

快速閘門為平面滑動(dòng)式，閘門沿高度方向分2節(jié)制造、運(yùn)輸，上、下兩節(jié)之間采用螺栓連接。閘門主要材料為Q235B，門葉結(jié)構(gòu)為主橫梁、面板、小梁焊接結(jié)構(gòu)。閘門頂、側(cè)止水布置在下游側(cè)，底止水布置在上游面板下游側(cè)，頂、側(cè)止水為“P”型橡塑止水，底止水為“Ⅰ”型橡皮。閘門主支撐采用為滑道支承，閘門反向支承為鑄鐵滑塊，側(cè)導(dǎo)向?yàn)閳A鋼。

快速閘門設(shè)計(jì)計(jì)算采用平面體系假定進(jìn)行分析計(jì)算。閘門面板按四邊支承彈性薄板進(jìn)行計(jì)算，并考慮2mm防銹層。承重構(gòu)件的驗(yàn)算方法采用容許應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，小橫梁按5跨連續(xù)梁計(jì)算，主梁按均布荷載簡(jiǎn)支梁計(jì)算，主滑道采用線荷載進(jìn)行分析計(jì)算。其他零部件均按SL74有關(guān)規(guī)定驗(yàn)算其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定。

4 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性驗(yàn)算，設(shè)計(jì)成果均滿足規(guī)范要求，所有金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)計(jì)安全、可靠，滿足蓄水安全要求。察爾森除險(xiǎn)加固工程，消除了水庫多年運(yùn)行中造成的設(shè)備超期服役、帶病運(yùn)行、陳舊、老化、銹蝕嚴(yán)重等問題所帶來的安全隱患，為實(shí)現(xiàn)水庫正常、安全運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，保證了下游人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，從而更加高效地發(fā)揮水庫應(yīng)有的效益。

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2017-01-12