勞海軍 羅德武 高 偉

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 工程概述

帕圖卡III 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由分布在引水發(fā)電系統(tǒng)、泄水系統(tǒng)、施工導(dǎo)流系統(tǒng)的閘門(mén)、攔污柵和啟閉機(jī)等設(shè)備組成。共設(shè)有閘門(mén)19扇、攔污柵7扇、門(mén)（柵）槽27道、門(mén)庫(kù)7個(gè)、啟閉設(shè)備15臺(tái)套。金屬結(jié)構(gòu)工程總量 3 964 t。

2 引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

2.1 進(jìn)水口攔污柵及其啟閉機(jī)

進(jìn)水口攔污柵選用平面直立滑動(dòng)型式柵體，靜水啟閉，設(shè)計(jì)參數(shù)為3.60 m×15 m-4 m（孔口寬×高-設(shè)計(jì)水頭/壓差，下同），底檻高程265.00 m，總水壓力2 246 kN。攔污柵柵體采用與ASTM A283 Gr.D 相當(dāng)?shù)膰?guó)標(biāo)Q235B 材料，主梁和邊梁采用H型鋼，邊梁上下游側(cè)分別設(shè)置反向支承鋼滑塊和自潤(rùn)滑復(fù)合材料主滑塊，側(cè)向限位支承采用角鋼并設(shè)置于柵體下游兩側(cè)，每扇攔污柵分成5節(jié)制作，節(jié)間邊梁采用銷(xiāo)軸連接。柵條采用扁鋼，根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑，柵條凈距確定為188 mm。

2.2 進(jìn)水口檢修閘門(mén)及啟閉機(jī)

進(jìn)水口檢修閘門(mén)選用平面滑動(dòng)門(mén)型，設(shè)計(jì)參數(shù)為5.80 m×7 m-25 m，總水壓力9 499 kN，靜水啟閉。門(mén)體主材采用與ASTM A572Gr.50相當(dāng)?shù)膰?guó)標(biāo)Q345B。閘門(mén)面板和水封布置在下游側(cè)，為了在啟門(mén)前平衡上下游水壓差，在門(mén)葉頂部設(shè)有1套壓蓋式充水閥，充水管徑400 mm，啟門(mén)壓差≤2 m。

檢修閘門(mén)只有2 扇，故未選用移動(dòng)式啟閉機(jī)，而選用固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，型號(hào)為QP-1000-33/2，啟門(mén)力1 000 kN，揚(yáng)程33 m，雙層纏繞。啟閉機(jī)安裝在混凝土排架機(jī)房?jī)?nèi)，安裝高程309.50 m，機(jī)房頂部設(shè)有10 t吊鉤可用于檢修啟閉機(jī)。閘門(mén)平時(shí)鎖錠在進(jìn)水口壩頂門(mén)槽上方，檢修維護(hù)也在該平臺(tái)上完成。

2.3 進(jìn)水口快速閘門(mén)及啟閉機(jī)

進(jìn)水口快速閘門(mén)選用平面滑動(dòng)門(mén)型，動(dòng)水閉門(mén)靜水啟門(mén)操作方式，總動(dòng)水壓力10 819 kN。該閘門(mén)設(shè)計(jì)參數(shù)與檢修閘門(mén)相同，閘門(mén)頂主梁承受水柱，故底水封靠上游側(cè)、頂水封和側(cè)水封靠下游側(cè)布置。為了在啟門(mén)前平衡上下游水壓差，在門(mén)葉頂部設(shè)有1套壓蓋式充水閥，充水管徑400 mm，啟門(mén)壓差≤4 m。

每扇閘門(mén)各采用1 套型號(hào)為QPK-1600/1250-20/2 固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，持住力為1 600 kN，啟門(mén)力為1 250 kN，揚(yáng)程20 m，雙層纏繞。啟閉機(jī)安裝在309.50 m 高程的啟閉機(jī)排架上，機(jī)房頂部設(shè)有10 t預(yù)埋吊鉤用于檢修啟閉機(jī)。啟閉機(jī)控制模式支持現(xiàn)地模式和遠(yuǎn)控模式，動(dòng)力電源采用壩區(qū)變電站和壩區(qū)柴油發(fā)電機(jī)組雙回路供電，確保機(jī)組發(fā)生飛逸事故時(shí)能可靠關(guān)閉引水隧洞。

快速閘門(mén)平時(shí)懸掛在孔口上方約1 m處，通過(guò)拉桿連接啟閉機(jī)吊軸，在發(fā)生事故時(shí)可在2.50 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉。閘門(mén)檢修與維護(hù)在進(jìn)水口壩頂294.00 m高程進(jìn)行。

2.4 尾水檢修閘門(mén)及啟閉機(jī)

尾水檢修閘門(mén)采用平面滑動(dòng)門(mén)型，靜水啟閉操作方式，設(shè)計(jì)參數(shù)為5.70 m×5.70 m-2.09 m，總水壓力14 722 kN。閘門(mén)的面板和止水靠近機(jī)組側(cè)設(shè)置，上下游設(shè)有液位變送器監(jiān)測(cè)水壓差，當(dāng)旁通閥開(kāi)啟水壓差<6 m后可啟閉閘門(mén)。

閘門(mén)啟閉通過(guò)液壓自動(dòng)抓梁采用QPT-2×400-44 單向臺(tái)車(chē)操作，臺(tái)車(chē)軌距3 m，揚(yáng)程44 m。布置在281.36 m 高程尾水平臺(tái)上，閘門(mén)的鎖錠和檢修平臺(tái)位于256.10 m高程。

2.5 尾水冷卻器檢修閘門(mén)

每臺(tái)機(jī)組尾水設(shè)2臺(tái)循環(huán)冷卻器，布置于尾水237.00 m高程平臺(tái)上，低于最低尾水位。為給冷卻器提供檢修條件，4孔共設(shè)置1扇臨時(shí)檢修閘門(mén)。閘門(mén)設(shè)計(jì)參數(shù)為5.70 m×10.14 m-9.71 m，總水壓力2 970 kN。閘門(mén)選用平面滑動(dòng)門(mén)型，門(mén)體分為6節(jié)，為方便安裝每節(jié)設(shè)中部鎖錠牛腿與底部鎖錠支承板，節(jié)間采用銷(xiāo)軸現(xiàn)場(chǎng)連接。

3 泄洪沖沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

3.1 溢流壩表孔工作閘門(mén)及啟閉機(jī)

溢洪道弧形工作閘門(mén)采用三支臂弧形閘門(mén)，閘門(mén)采用QHLY-2×4500kN雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，油缸工作行程10.07 m。為有效補(bǔ)償安裝誤差，油缸上端采用球面軸承連接埋件。液壓機(jī)泵站和控制柜布置在壩頂閘墩啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，每套啟閉機(jī)泵站配有兩套油泵電機(jī)組，平時(shí)一臺(tái)工作一臺(tái)備用，可相互切換。啟閉機(jī)的控制模式支持現(xiàn)地模式和遠(yuǎn)控模式，動(dòng)力電源采用壩區(qū)變電站和壩區(qū)柴油發(fā)電機(jī)組雙回路供電。

3.2 溢流壩表孔檢修閘門(mén)及啟閉機(jī)

表孔檢修閘門(mén)采用平面滑動(dòng)疊梁門(mén)型，設(shè)計(jì)參數(shù)為14 m×21.58 m-21.23 m，總水壓力34 003 kN，采用抓梁通過(guò)壩頂門(mén)機(jī)提放。閘門(mén)面板及止水均靠下游側(cè)設(shè)置，4疊門(mén)葉間設(shè)有節(jié)間止水。閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)先小開(kāi)度提上疊門(mén)葉，充水平壓后啟門(mén)。

壩頂雙向門(mén)機(jī)主鉤容量2×800 kN，揚(yáng)程30 m（含軌上7 m），大車(chē)軌距9 m。門(mén)機(jī)配有320 kN 回轉(zhuǎn)吊，回轉(zhuǎn)半徑13 m，用于檢修表孔液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸。閘門(mén)平時(shí)存放在泄洪壩段左側(cè)門(mén)庫(kù)內(nèi)，其檢修維護(hù)在壩頂平臺(tái)完成。

溢洪道金屬結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 溢洪道金屬結(jié)構(gòu)布置示意圖

3.3 沖沙孔工作閘門(mén)及啟閉機(jī)

泄洪沖沙孔工作閘門(mén)采用平面定輪門(mén)型，設(shè)計(jì)參數(shù)為5.50 m×6 m-40 m，總水壓力16 074 kN。為避免閉門(mén)狀態(tài)啟閉機(jī)動(dòng)滑輪組長(zhǎng)期位于水下，閘門(mén)面板和止水靠上游側(cè)布置，門(mén)體內(nèi)布有配重塊，操作方式為動(dòng)水啟閉。

3.4 沖沙孔事故閘門(mén)及啟閉機(jī)

泄洪沖沙孔事故閘門(mén)設(shè)計(jì)參數(shù)與工作閘門(mén)相同，總水壓力16 916 kN。閘門(mén)結(jié)構(gòu)形式也與工作閘門(mén)相似，門(mén)體內(nèi)配有配重，可動(dòng)水閉門(mén)，門(mén)葉頂部設(shè)1 套柱塞式充水閥，充水管徑249 mm，開(kāi)啟平壓至壓差≤4 m后，閘門(mén)靜水開(kāi)啟。

4 施工導(dǎo)流金屬結(jié)構(gòu)

根據(jù)施工導(dǎo)流布置，在左岸導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)置1 扇封堵閘門(mén)。閘門(mén)采用平面滑動(dòng)門(mén)型，設(shè)計(jì)參數(shù)8.50 m×10.13 m-43 m，底檻高程248.00 m，總水壓力37 728 kN。頂、側(cè)止水采用了Ω型水封，與面板靠下游側(cè)布置。過(guò)流期間流速較大，為避免門(mén)槽受到破壞，采用水力條件較優(yōu)的II門(mén)槽，并在孔口范圍內(nèi)設(shè)置鋼襯。

5 閘門(mén)抗震復(fù)核

工程地處地震帶，最大設(shè)計(jì)地震上限為7 級(jí)，最大設(shè)計(jì)水平地震動(dòng)峰值加速度為0.31 g。所有擋水的工作閘門(mén)在設(shè)計(jì)時(shí)均進(jìn)行了抗震復(fù)核計(jì)算，即考慮正常蓄水位工況下荷載與地震荷載組合，復(fù)核閘門(mén)主要受力結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。其中地震荷載采用動(dòng)力法計(jì)算。

抗震復(fù)核計(jì)算的閘門(mén)主要部件應(yīng)力結(jié)果均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

6 結(jié)論

帕圖卡III 水電站由中國(guó)公司設(shè)計(jì)建造，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型布置合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，能滿(mǎn)足電站的安全運(yùn)行要求，受到了外方業(yè)主的認(rèn)可，也是中國(guó)水電金屬結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)“走出去”的一次成功實(shí)踐。

帕圖卡III 水電站地處活躍地震帶，抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高。閘門(mén)抗震復(fù)核計(jì)算表明，表孔閘門(mén)受地震荷載影響更為明顯，設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)弧形閘門(mén)上支臂的強(qiáng)度與穩(wěn)定性給予充分的重視。潛孔平面閘門(mén)的各部件應(yīng)力增幅較為均衡。具體設(shè)計(jì)中還應(yīng)結(jié)合閘門(mén)結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭、水平地震動(dòng)峰值加速度等參數(shù)做具體的分析與研究，以保證金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備在地震荷載作用下的安全性。