鄧雪松 姜永健
(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000)
銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計
鄧雪松 姜永健
(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000)
銅場水庫所在河段河水泥沙含量大,懸移質(zhì)含沙量達5.27 kg/m3。因此,泥沙是困擾工程正常運行的難題。本文介紹了銅場水庫的工程概況和金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計,及金屬結(jié)構(gòu)如何采用新材料、新技術(shù)以緩解這一問題。
金屬結(jié)構(gòu);轉(zhuǎn)鉸式水封;設(shè)備布置;新材料
銅場水庫位于新疆阿克蘇地區(qū)庫車縣境內(nèi),在庫車河中游河段的尾部,壩址南距庫車縣城約25km。水庫壩址以上流域面積2946km2,壩址斷面多年平均徑流量3.77億m3。水庫總庫容為6560萬m3,灌溉面積37.08萬畝。銅場水庫是庫車河控制性骨干調(diào)蓄工程,具有防洪、灌溉、生態(tài)等綜合效益。水庫建成后,可將庫車河的防洪標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)狀的約5年一遇洪水,提高到100年一遇,使庫車鄉(xiāng)村、城市、交通、大中型企業(yè)的防洪要求達到國家防洪標(biāo)準(zhǔn),是解決庫車防洪最有效也是最根本的措施;通過本工程調(diào)節(jié)供水,將使庫車工農(nóng)業(yè)用水得到基本保證,改善現(xiàn)有灌溉面積37.08萬畝,同時可調(diào)濟解決工業(yè)及城市用水,在很大程度上緩解了改革開放以來日益增長的工農(nóng)業(yè)發(fā)展用水的矛盾,對保證庫車縣國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,將發(fā)揮重要作用。
圖1 樞紐布置圖(單位:mm)
根據(jù)水工建筑物的布置,金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要分布在泄洪(導(dǎo)流)洞和表孔泄洪洞處,共設(shè)有孔口3個,其中設(shè)平面閘門一扇,弧形閘門二扇,固定卷揚式啟閉機一臺,液壓啟閉機二臺,單梁吊一臺。閘門重量約121t,埋件重量約82.6t,啟閉機設(shè)備重量約166t。整個工程金屬結(jié)構(gòu)工程量約為369.7t。金屬結(jié)構(gòu)噴鋅防腐面積2500m2。
泄洪(導(dǎo)流)洞位于壩址區(qū)庫車河S形彎道的左岸,進口位于大壩上游約240m,出口在大壩下游約650m處。進口底板高程為1295.00m,閘頂高程為1334.00m,正常庫水位1330.20m,設(shè)計洪水位1326.37m,校核洪水位1331.72m。該洞進口底板高程較低,工程前期用于導(dǎo)流,工程建成后用于泄洪、排沙、放空和向灌區(qū)及城市工業(yè)供水。河水泥沙含量大,懸移質(zhì)含沙量達5.27 kg/m3。為防止洞中積沙和閘門梁格淤沙,在進口設(shè)有一道上游止水的事故閘門和一道弧形工作閘門,工作閘門有長期局部開啟要求。
1.1.1 泄洪(導(dǎo)流)洞事故閘門及啟閉機
事故閘門共一孔,孔口尺寸為5m×6.7m(寬×高,下同),設(shè)計水頭36m,采用平面定輪鋼閘門。閘門門葉結(jié)構(gòu)及反軌、附軌埋件材質(zhì)為Q345C。閘門面板和止水均設(shè)在上游面。主輪材質(zhì)為ZG50Mn2,主輪軸承為雙列調(diào)心滾子軸承23256,側(cè)向支承采用側(cè)輪裝置。閘門為單吊點,門葉按運輸單元分三節(jié)制造、運輸,在1330.70m高程的閘井平臺上拼焊成整體。閘門靠自重動水下門,靜水啟門,啟門前由設(shè)在門頂?shù)闹睆綖棣?00mm的充水閥充水平壓,待上下游水位差小于4m后靜水啟門。充水閥與啟閉機聯(lián)動,充水閥行程為220mm。閘門由容量1250kN、揚程40m的固定卷揚式啟閉機操作,啟閉機安裝在高程1342.20m的機房內(nèi)。
事故閘門門槽處最大流速為18.09m/s,為減輕水流的空蝕作用,門槽型式采用帶錯距和斜坡的II型門槽。門槽底板及側(cè)墻設(shè)有鋼襯護,其底襯護與工作弧門底襯護連成一體。閘門后設(shè)有通氣孔。主軌工作面材質(zhì)為ZG50Mn2,設(shè)置高度為12m,反軌及附軌埋設(shè)到閘頂高程。
1.1.2 泄洪(導(dǎo)流)洞工作閘閘門及啟閉機
圖2 泄洪(導(dǎo)流)洞布置圖(單位:mm)
工作閘門共一孔,孔口尺寸為5m×5.5m,設(shè)計水頭36m。閘門采用雙主橫梁、直支臂、圓柱鉸弧形鋼閘門。閘門門葉及支臂部分材料均采用Q345C。支鉸材料為ZG310—570,支鉸軸材料采用40Cr,支鉸軸承采用自潤滑柱面滑動軸承。弧門面板曲率半徑10m,支鉸中心距底板高度為7.0m,兩支鉸間的中心間距為3m,支鉸座安裝在支承鋼梁上。閘門頂部設(shè)有兩道水封,一道止水采用Φ60毫米“P”型橡皮固定在門葉頂部,另一道為固定在門楣上的轉(zhuǎn)鉸式水封。側(cè)水封采用一道60毫米“P”型方頭橡皮,底止水采用刀型橡皮。
閘門動水啟閉,采用容量為1250/500kN揚程6.95m單吊點擺動式油壓啟閉機操作。液壓啟閉機的缸體安裝在1312.18m高程的平臺上,泵站設(shè)置在▽1334.00m高程的機房內(nèi)。泵站設(shè)兩套油泵電機組,互為備用。為方便液壓啟閉機的檢修,在閘井內(nèi)設(shè)有一臺100kN的單梁吊。
工作閘門門槽處最大流速為22m/s,為減輕泥沙的磨蝕,工作閘門底坎埋設(shè)長度500mm的中錳抗磨球墨鑄鐵MQTMn6襯護,其余采用常規(guī)鋼襯護。
長期以來在多泥沙高流速條件下,閘門埋件襯護的抗泥沙磨蝕問題較難解決,常規(guī)方法是采用厚鋼板并根據(jù)磨蝕情況定時進行維修,本工程采用既有極好的抗蝕性能,又有高的抗磨性能,尤其在侵蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出很強的耐蝕性能的新型抗磨材料中錳抗磨球墨鑄鐵MQTMn6作為工作閘門底襯護,考慮MQTMn6材料可焊性差等因素,采用與鋼制插筋螺紋連接后與鋼襯護焊接,MQTMn6和鋼襯護表面對接縫焊后磨平。通過對新抗磨材料的不斷探索和實踐,找到適合新疆地區(qū)河流多泥沙情況下的抗磨蝕方法。
表孔泄洪洞進水口在泄洪(導(dǎo)流)洞左側(cè)約70m處,洞軸線和泄洪洞軸線呈22.31°夾角,出口和下游河道呈66°夾角。進口閘頂高程為1334.00m,堰頂高程為1323.00m,該孔口在汛前有3個月時段庫水位低于堰頂高程,故在進口僅設(shè)置一道工作閘門。
表孔泄洪洞閘門及啟閉機:
工作閘門共一孔,孔口尺寸為7m×7.7m(寬×閘門高,下同),設(shè)計水頭7.4 m。閘門采用雙主橫梁、斜支臂、球面鉸弧形鋼閘門。閘門半徑9.0m,支鉸高度4.5m。閘門門葉及支臂材料均采用Q345C。支鉸材料為ZG310—570,支鉸軸材料40Cr,支餃軸承采用GWE140HFZ5B自潤滑球面滑動軸承。側(cè)向設(shè)有導(dǎo)向側(cè)輪,兩支鉸間的中心間距為5.8m,支鉸座安裝在側(cè)墻支承牛腿上。水封設(shè)于面板上游,側(cè)止水采用“L”型橡皮,底止水采用刀型橡皮。
該閘門動水啟閉,采用容量為2×400kN、揚程4.6m的雙吊點擺動后拉式油壓啟閉機操作。液壓啟閉機的缸體安裝在1327.30m高程的平臺上,泵站設(shè)置在▽1334.00m高程的機房內(nèi),泵站設(shè)兩套油泵電機組,互為備用。
為使工程建成后增加閘門的使用壽命減少運行維護工作量,閘門及部分埋件表面均進行噴鋅防腐處理。
圖3 表孔泄洪洞布置圖(單位:mm)
銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計,吸收了同類工程的設(shè)計經(jīng)驗,并結(jié)合本工程特殊的運行情況進行了新材料、新技術(shù)的應(yīng)用。目前工程已經(jīng)完工并投入運行,隨著今后水庫運行時期對新型抗磨材料使用信息的反饋,將為今后同類工程設(shè)計提供寶貴經(jīng)驗。
常鵬飛]