巴基斯坦卡洛特水電站金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

儀 彤，胡一亮，王啟行，熊紹鈞

（長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010）

1 工程概況

卡洛特（Karot）水電站是巴基斯坦境內(nèi)吉拉姆（Jhelum）河上5 個(gè)梯級(jí)電站中的第四級(jí)，上一級(jí)是阿扎德帕坦（Azad Pattan），下一級(jí)是曼格拉（Mangla）。壩址位于巴基斯坦旁遮普省與AJK特區(qū)交界處，在卡洛特橋上游1 km處，左岸為巴基斯坦克什米爾AJK 地區(qū)，右岸為旁遮普省，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km。

工程為單一發(fā)電的水電樞紐，水庫正常蓄水位461.00 m，設(shè)計(jì)洪水位461.13 m，水庫總庫容1.88 億m3，正常蓄水位以下庫容1.52 億m3，電站裝機(jī)容量720MW（4×180MW），保證出力116.1 MW，多年平均年發(fā)電量32.1億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 452 h。

樞紐工程主要建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程469.50 m，最大壩高95.5 m；工程泄洪采用岸邊溢洪道，溢洪道控制段布置6 個(gè)表孔和2 個(gè)泄洪排沙孔；引水發(fā)電建筑物布置在吉拉姆河右岸河灣地塊內(nèi)，采用引水式地面廠房；施工導(dǎo)流采用河床一次截流、隧洞導(dǎo)流的方式，右岸布置3條導(dǎo)流洞。

2 引水發(fā)電建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 電站進(jìn)水口

電站進(jìn)水口從上游往下游方向依次設(shè)有攔污柵、檢修門和快速門，見圖1。

2.1.1 攔污柵及啟閉設(shè)備

電站每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口由隔墩分為4 個(gè)柵孔，柵槽底坎高程430.50 m，孔口尺寸5.25 m×19.20 m；攔污柵按4.0 m 水位差設(shè)計(jì)，為直立平面活動(dòng)式攔污柵，柵后各機(jī)組前沿進(jìn)口相通。在攔污柵頂部高程449.70 m 處布置有混凝土蓋板，以防止污物從攔污柵頂部進(jìn)入進(jìn)水口。攔污柵通過吊桿由布置在進(jìn)水塔頂門機(jī)上的回轉(zhuǎn)吊操作。必要時(shí)停機(jī)進(jìn)行提柵清污。

攔污柵柵體共分6 節(jié)，每節(jié)高約3.20 m，單吊點(diǎn)，吊桿分為5節(jié)。柵體節(jié)間以銷軸連接，吊桿與攔污柵體、吊桿與吊桿間亦以銷軸連接。攔污柵主梁采用焊接板梁式結(jié)構(gòu)，節(jié)間用連接軸及連接板連接，并由吊桿連接鎖定在進(jìn)水塔頂。

圖1 電站進(jìn)水口金屬結(jié)構(gòu)布置（單位：mm）

2.1.2 進(jìn)水口檢修門及啟閉設(shè)備

電站進(jìn)水口4 孔共設(shè)一扇檢修閘門，孔口尺寸為7.50 m×10.17 m，底坎高程為431.50 m，設(shè)計(jì)水頭29.50 m。電站進(jìn)水口檢修門為平面滑動(dòng)門，分3 節(jié)制造，在現(xiàn)場(chǎng)焊接成整體，由塔頂門機(jī)的主鉤操作。閘門主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。閘門正、反向支承為滑塊，側(cè)向支承為導(dǎo)輪。閘門止水布置在上游側(cè)，頂、側(cè)止水為P 型橡皮，底止水為條型橡皮。

電站進(jìn)水口檢修門埋件由主軌、副軌、反軌、底坎、門楣和鎖定等組成，其中主軌為厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。止水座面材料為不銹鋼，其余為Q235B型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。

電站進(jìn)水口檢修門靜水閉門，平壓開啟，門頂設(shè)平壓閥。閘門由布置在進(jìn)水塔頂部的門機(jī)主鉤借助液壓自動(dòng)掛鉤梁操作。閘門平時(shí)鎖定在進(jìn)水口頂部的門槽內(nèi)。

2.1.3 進(jìn)水口快速門及啟閉設(shè)備

電站共4 臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口設(shè)一扇快速門?？焖匍T孔口尺寸為7.50 m×9.70 m，底坎高程均為431.50 m，設(shè)計(jì)水頭29.50 m?？焖匍T用于機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，動(dòng)水快速關(guān)閉，閉門時(shí)間為2 min。

電站進(jìn)口快速門門槽布置在進(jìn)口段，每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口各設(shè)一道快速門門槽，共4 孔門槽。門槽頂部設(shè)置移動(dòng)式鎖定梁，用于檢修時(shí)鎖定。

閘門型式為平面滑動(dòng)門，主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料是Q345B。閘門分3節(jié)制造運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)通過高強(qiáng)螺栓聯(lián)接并拼接成整體。閘門面板和底止水布置在上游側(cè)，頂、側(cè)止水布置在下游側(cè)。提門時(shí)采用平壓閥充水平壓，靜水啟門，由容量為1 600/3 000 kN 的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。閘門和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)之間通過一節(jié)短吊桿連接。

考慮到電站所處地區(qū)地震烈度大，且快速門長期懸掛孔口處于待機(jī)狀態(tài)，閘門檢修（如更換止水）的周期長等因素，采用油缸下沉的布置方案，以避免地震發(fā)生時(shí)因水平加速度引起的荷載對(duì)油缸及其機(jī)架造成破壞。由震害調(diào)查及動(dòng)力分析可知，設(shè)備（機(jī)架）越高，地震作用效應(yīng)越強(qiáng)；設(shè)備（機(jī)架）頂部重量越大，地震作用效應(yīng)也越大。因此，宜降低設(shè)備（機(jī)架）高度，減輕其頂部重量，以減小地震作用效應(yīng)［1］。

2.1.4 壓力鋼管

圖2 為電站壓力鋼管布置圖。電站4條引水隧洞采用“一機(jī)一洞”引水方式，平行布置，軸線間距為27 m。壓力鋼管自引水隧洞上彎段起，由上彎段、斜直段、下彎段、錐管段和下平段組成，之后與機(jī)組蝸殼相接。鋼管起始段直徑為Φ9.6 m，在下彎段之后經(jīng)15 m 長的錐管段縮減為Φ7.9 m，1～4 號(hào)機(jī)鋼 管 長度 分 別約為99.486 ，97.542 ，95.535m 和93.450 m，4 條鋼管總長386.013 m。電站為地上廠房，在隧洞出口與廠房上游墻處設(shè)置永久伸縮縫；圍巖比較破碎，為Ⅳ類圍巖，故在其間的鋼管上設(shè)置伸縮節(jié)，以滿足基礎(chǔ)不均勻沉降的要求。

圖2 電站壓力鋼管布置（單位：mm）

水庫正常蓄水位461.00 m，引水隧洞進(jìn)口中心高程436.25 m，機(jī)組安裝高程382.50 m。經(jīng)過調(diào)保計(jì)算，鋼管最大設(shè)計(jì)水頭為117.5 m（含水錘升壓），最大HD值（水頭×鋼管直徑）為1 107 m2。

壓力鋼管埋在山體之中，壓力鋼管最大埋深約30 多米，鋼管按明管設(shè)計(jì)。鋼管采用Q345R 鋼材，壁厚32，34 和36 mm。在外水壓力作用下，壓力鋼管外須設(shè)置加勁環(huán)，加勁環(huán)的間距為2.0～3.0 m，斷面為矩形，亦采用Q345R鋼材制作。

2.2 電站尾水檢修門及啟閉機(jī)

圖3為電站尾水金屬結(jié)構(gòu)布置圖。電站尾水按“一機(jī)一洞兩出口”布置，孔口尺寸9.0 m×5.8 m，靜水閉門，平壓閥充水平壓后啟門，由布置在尾水平臺(tái)上的2×630 kN 門機(jī)借助液壓自動(dòng)掛鉤梁操作。閘門底坎高程364.33 m，下游設(shè)計(jì)尾水位415.00 m，設(shè)計(jì)水頭50.67 m。考慮機(jī)組安裝施工期擋水需要，每孔設(shè)一扇檢修門，共8扇檢修門。

圖3 電站尾水金屬結(jié)構(gòu)布置（單位：mm）

尾水檢修門為平面滑動(dòng)門，分兩節(jié)制造，在現(xiàn)場(chǎng)通過焊接連接成整體。不工作時(shí)，閘門存放在尾水平臺(tái)的門庫內(nèi)。閘門主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。閘門正、反向支承為滑塊，側(cè)向支承為側(cè)輪。閘門頂、側(cè)止水為P型橡皮，布置在機(jī)組側(cè)；底止水為條型橡皮，布置在下游側(cè)。由于尾水下游側(cè)可能淤積泥沙，閘門的面板布置在下游側(cè)，防止泥沙進(jìn)入閘門格構(gòu)內(nèi)將閘門淤死，同時(shí)也大幅減小閘門啟門力。

尾水檢修門埋件由主軌、副軌、反軌、底坎、門楣等組成，其中主軌為厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)。止水座面材料為不銹鋼，其余為Q235B 型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。

3 泄洪建筑物金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄洪建筑物共布置6 個(gè)表孔和2 個(gè)泄洪沖沙孔。

3.1 泄洪表孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄洪表孔孔口尺寸14.0 m×22.0 m，順?biāo)飨蛞来尾贾糜袡z修疊梁門和弧形工作門，分別由2×1600/500 kN壩頂雙向門機(jī)和2×4 500 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，結(jié)構(gòu)布置詳見圖4。

圖4 大壩泄洪表孔金屬結(jié)構(gòu)布置（單位：mm）

3.1.1 泄洪表孔檢修門及啟閉設(shè)備

表孔堰頂高程439.00 m，檢修門孔口尺寸14.00 m×22.00 m，設(shè)計(jì)水頭22.236 m。6個(gè)泄洪表孔共設(shè)2扇檢修門，用于弧形工作門檢修及弧形門安裝期阻擋上游水。檢修門為平面疊梁型式，共7節(jié)，由壩頂2×1 600/500 kN 雙向門機(jī)借助液壓自動(dòng)掛鉤梁操作，操作方式為靜水啟閉。不工作時(shí)，2 套檢修門存放在閘頂右側(cè)的門庫內(nèi)。

閘門主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。閘門正向、反向支承均為滑塊，側(cè)向支承為導(dǎo)輪。閘門止水布置在下游側(cè)，側(cè)止水為P型橡皮，底止水為條型橡皮，各節(jié)疊梁之間設(shè)節(jié)間止水。

3.1.2 泄洪表孔弧形工作門及啟閉設(shè)備

泄洪表孔共6 孔，每孔設(shè)1 扇弧形工作門。表孔堰頂高程439.00 m，弧形門孔口尺寸為14.0 m×22.0 m，設(shè)計(jì)水頭22.65 m。弧形門弧面半徑29.00 m，支鉸高程451.945 m。閘門采用雙吊點(diǎn)，由2×4 500 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作；操作方式為動(dòng)水啟閉，可局部開啟。

由于孔口高度過大，采用雙支臂結(jié)構(gòu)會(huì)使門葉上端懸臂段過長，導(dǎo)致閘門嚴(yán)重變形，門葉結(jié)構(gòu)上部顯得過于臃腫，加大啟閉機(jī)容量，增加油缸的制造難度。而使用三支臂結(jié)構(gòu)，既能精簡(jiǎn)門葉結(jié)構(gòu)，又能使閘門重心分配合理，減少啟閉機(jī)的容量。泄洪表孔弧門壓力分布見圖5。

圖5 大壩泄洪表孔弧門水壓力分布（單位：mm）

閘門為主橫梁直支臂結(jié)構(gòu)，按照受力平均分配的原則，每個(gè)支臂安裝的角度為受力范圍內(nèi)合力的方向。主梁和支臂均為雙腹板焊接箱型梁結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B，弧門支鉸為球鉸，采用自潤滑球面滑動(dòng)軸承。弧形門分節(jié)制造，在現(xiàn)場(chǎng)拼焊成整體。側(cè)向支承為導(dǎo)輪。弧形門埋件由側(cè)軌和底坎組成，焊接結(jié)構(gòu)，止水座板材料為不銹鋼［2］。

3.2 泄洪沖沙孔

圖6為泄洪排沙孔金屬結(jié)構(gòu)布置圖。泄洪沖沙孔孔口尺寸為9.0 m×12.0 m（9.0 m×10.0 m），順?biāo)鞣较蛞来尾贾糜惺鹿蕶z修門和弧形工作門，分別由壩頂門機(jī)和2×2 000/2×400 kN 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，壩頂門機(jī)與表孔檢修門共用。

3.2.1 沖沙孔事故檢修門及啟閉設(shè)備

圖6 泄洪排沙孔金屬結(jié)構(gòu)布置

兩個(gè)泄洪沖沙孔共設(shè)1 扇事故檢修門，孔口尺寸為9.00 m×12.00 m，底檻高程為423.00 m，設(shè)計(jì)水頭38.13 m。事故檢修門為平面定輪閘門，分節(jié)制造運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接成整體。閘門面板和止水均布置在上游側(cè)，防止泥沙進(jìn)入門體內(nèi)。閘門由壩頂雙向門機(jī)借助自動(dòng)掛鉤梁操作，閘門操作方式為動(dòng)水閉門，平壓閥充水平壓?jiǎn)㈤T。不工作時(shí)事故檢修門存放在壩頂門庫內(nèi)。

閘門主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。閘門正向支承為定輪，采用調(diào)心滾子軸承；側(cè)向支承為導(dǎo)輪。閘門止水布置在上游側(cè)，頂、側(cè)止水為P型橡皮，底止水為條型橡皮。

3.2.2 沖沙孔弧形工作門及啟閉設(shè)備

泄洪沖沙孔共兩孔，每孔設(shè)一扇弧形工作門，可局部開啟調(diào)節(jié)水位。閘門弧面半徑為20.00 m，孔口尺寸9.00 m×10.00 m，底檻高程423.00 m，設(shè)計(jì)水頭38.0 m。閘門由2×2 000/2×400 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，動(dòng)水啟閉。

閘門結(jié)構(gòu)采用主橫梁直支臂型式，分節(jié)制造，在現(xiàn)場(chǎng)拼焊成整體。主梁和支臂為焊接箱型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B?；￠T支鉸采用自潤滑球面滑動(dòng)軸承［3］。

埋件由側(cè)軌、底坎、門楣等組成，型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)，止水座板材料為不銹鋼。

圖7 導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)布置

4 導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

圖7為導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)布置圖。導(dǎo)流建筑物共布置3條導(dǎo)流隧洞，共3孔。

招標(biāo)設(shè)計(jì)方案為每條導(dǎo)流洞進(jìn)口通過中隔墩分為2孔，共6孔?？卓诔叽鐬?.25 m×12.5 m，每孔設(shè)一扇進(jìn)口封堵門，共6 扇，每扇閘門各配置1 臺(tái)2 000 kN固定卷揚(yáng)機(jī)，共6臺(tái)。每扇閘門重100 t，每套門槽埋件重45 t，每臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)重60 t；閘門、埋件和卷揚(yáng)機(jī)總工程量為1 230 t。

施工設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了布置優(yōu)化，每條導(dǎo)流洞進(jìn)口取消中隔墩，孔口尺寸加大為12.5 m×12.5 m，每孔設(shè)一扇進(jìn)口封堵門，共3扇；每扇閘門各配置一臺(tái)2×2 500 kN固定卷揚(yáng)機(jī)，共3臺(tái)。

現(xiàn)方案為每扇閘門重243 t，每套門槽埋件重47.4 t，每臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)重77.5 t；閘門、埋件和卷揚(yáng)機(jī)總工程量為1 103.7 t。兩個(gè)方案金屬結(jié)構(gòu)工程量對(duì)比見表1。經(jīng)對(duì)比，導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)總重量減少126.3 t，金屬結(jié)構(gòu)造價(jià)減少約300萬元。

表1 導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)工程量對(duì)比

導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門優(yōu)化后孔口尺寸為12.5 m×12.5 m，底坎高程為388.00 m。閘門為平面滑動(dòng)門，雙吊點(diǎn)；每扇閘門分7 節(jié)進(jìn)行制造和運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)通過節(jié)間穿銷聯(lián)結(jié)成整體。閘門主梁為焊接工字型結(jié)構(gòu)，主要材料為Q345B。閘門正向支承為帶夾槽的工程復(fù)合材料滑塊，反向支承為鋼滑塊。閘門面板、止水均布置在下游側(cè)，頂、側(cè)止水為P型橡皮，底止水為條型橡皮，各節(jié)之間設(shè)節(jié)間止水。

閘門下閘操作水位394.00 m，操作水頭6m；下閘時(shí)事故提門水頭10 m；閘門最大設(shè)計(jì)擋水水位461.00 m，靜水水頭73 m，地震效應(yīng)動(dòng)水水頭9.49 m，總水頭82.49 m。閘門由布置在混凝土高排架上的2×2 500 kN固定卷揚(yáng)機(jī)操作，動(dòng)水閉門，下閘封堵后不再啟門。

導(dǎo)流洞封堵閘門在下閘過程中考慮到門槽中泥沙淤積，閉門時(shí)小范圍內(nèi)多次放下、提起以便于沖沙，保證閘門下到底檻。

導(dǎo)流洞進(jìn)口已于2018 年3 月采用汽車分節(jié)吊裝形式下閘擋水。

5 金屬結(jié)構(gòu)抗泥沙設(shè)計(jì)

卡洛特水庫壩址以上流域年均懸移質(zhì)輸沙量為3 315 萬t，多年平均含沙量為1.28 kg/m3，推移質(zhì)輸沙量為懸移質(zhì)輸沙量的15%，推移質(zhì)輸沙量為497 萬t。卡洛特水庫調(diào)節(jié)庫容1 587 萬m3，庫容系數(shù)0.06%，具有泥沙量大、庫容小的特點(diǎn)。泥沙量大可能帶來閘門淤積和閘門、啟閉機(jī)磨損問題，因而排沙和防淤是該工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在樞紐總體布置中，專門設(shè)置了2 個(gè)泄洪沖沙孔，用以排沙。電站進(jìn)水口前沿還設(shè)置了攔沙坎，用以阻止推移質(zhì)進(jìn)入進(jìn)水口。已建工程的運(yùn)行實(shí)踐表明，攔沙坎和沖沙閘對(duì)于防、排推移質(zhì)的作用顯著，為金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的防沙安全運(yùn)行提供了基本的保障。

在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)計(jì)中，也采取了適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)一步防止或減輕泥沙對(duì)其運(yùn)行的影響。例如，將閘門面板盡量布置在可能出現(xiàn)泥沙淤積的一側(cè)，防止泥沙進(jìn)入閘門格構(gòu)內(nèi)，以免閘門被淤死，或增加閘門的啟門力。無法避開的情況下，在計(jì)算閘門的啟門力時(shí)應(yīng)充分考慮泥沙荷載，或采取沖淤措施，保證閘門安全運(yùn)行。

此外，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸擬采用表面噴涂陶瓷活塞桿，以提高其耐磨性和耐蝕性，抵御泥沙帶來的磨損，延長使用壽命［4］。表面噴涂陶瓷是一種較為先進(jìn)的表面處理方式，可以用來替代傳統(tǒng)的表面鍍鉻工藝。表面噴涂陶瓷活塞桿是在活塞桿表面通過熱噴涂陶瓷涂層加工而成，活塞桿的基體材料仍采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或其他合金材料。陶瓷涂層技術(shù)能有機(jī)地將金屬材料的強(qiáng)韌性、易加工性和陶瓷材料的耐高溫、耐磨損和耐腐蝕等特性結(jié)合起來，提高活塞桿表面的耐腐蝕性、耐磨損性。噴涂在活塞桿上表面的均勻、不導(dǎo)磁、不滲透的特制陶瓷保護(hù)層，不僅具有良好的耐腐蝕、耐磨損和抗刮傷的特性，而且有較高的硬度，其耐沖擊能力及對(duì)金屬的粘合力也較好，可延長使用壽命，降低維修費(fèi)用［5］。

6 金屬結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

6.1 地震荷載計(jì)算方法

該工程可行性研究報(bào)告提出50 a超越概率10%地震水平動(dòng)峰值加速度為0.25 g，根據(jù)中國國家地震局復(fù)核成果，地震基本烈度按8度考慮。

按中國DL 5073-2000《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［6］規(guī)定，卡洛特水電站壅水建筑物抗震設(shè)防類別為乙類，非壅水建筑物抗震設(shè)防類別為丙類，對(duì)應(yīng)的壅水建筑物和非壅水建筑物均采用基本烈度作為設(shè)計(jì)烈度，即設(shè)計(jì)地震加速度為0.26 g。該規(guī)范要求采用擬靜力法計(jì)算地震作用效應(yīng)。地震作用效應(yīng)考慮地震慣性力和水平向地震作用的動(dòng)水壓力；地震慣性力忽略豎直慣性力，只考慮水平向兩個(gè)慣性力，其大小相等、方向垂直。

沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水平向地震慣性力代表值

式中，ah為水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，ah=0.26g=2.55m/s2（g=9.81m/s2）；ξ 為地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)，取0.25；GEi為集中在質(zhì)點(diǎn)i的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值，kN，GEi=mg（m 為質(zhì)量，g 為重力加速度）；αi為質(zhì)點(diǎn)i的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，為1.4。

因此，閘門的水平向地震慣性力F=2.55×0.25×mg×1.4/g=0.892 5 m

水深h處的地震動(dòng)水壓力代表值為

式中，ρw=1 000 kg/m3；H0為閘門擋水高度，m；ψ(h)為水深h處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)。

6.2 防震措施

6.2.1 閘門防震設(shè)計(jì)

金屬材料具有強(qiáng)度高、彈性模量大、塑性好等力學(xué)特性，具有較強(qiáng)的抗沖擊、抗震動(dòng)等抵御動(dòng)荷載的能力。閘門設(shè)計(jì)規(guī)范要求，所用鋼材的許用應(yīng)力與其屈服強(qiáng)度σs之間應(yīng)考慮1.5～2.0 的安全系數(shù)。按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、采用合適鋼材進(jìn)行制造的鋼閘門，其本身具有一定的承受超設(shè)計(jì)荷載的能力［1］。

地震動(dòng)水壓力對(duì)露頂式弧形閘門支腿影響較大，故設(shè)計(jì)中對(duì)泄洪表孔弧形閘門支臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，保證地震工況下支臂結(jié)構(gòu)不會(huì)失穩(wěn)。

為適應(yīng)地震發(fā)生時(shí)可能出現(xiàn)的較大變形，泄洪表孔、泄洪沖沙孔弧形閘門的支鉸采用球鉸，以適應(yīng)變形免遭破壞。

進(jìn)水口檢修閘門門體平時(shí)鎖定在門槽頂部，將通過加強(qiáng)閘門鎖定裝置，確保閘門安全鎖定，不致在地震中墜落。進(jìn)水口門槽頂部擬設(shè)置蓋板，防止地震時(shí)零星碎物掉入門槽影響閘門運(yùn)行。

6.2.1 啟閉機(jī)防震設(shè)計(jì)

DL/T 5167-2002《水電水利工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》［7］關(guān)于地震荷載規(guī)定為：當(dāng)啟閉機(jī)工作地區(qū)的地震基本烈度大于或等于7 度時(shí)，應(yīng)考慮地震水平荷載。GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］要求，起重機(jī)基礎(chǔ)受到外部激勵(lì)引起的載荷是指由于地震或其他震波迫使起重機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生震動(dòng)而對(duì)起重機(jī)引起的載荷。因此，對(duì)在高地震烈度地區(qū)工作的啟閉機(jī)，須對(duì)其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并采取適當(dāng)?shù)姆勒鸫胧?/p>

基于此，招標(biāo)文件明確了卡洛特水電站地震設(shè)計(jì)烈度為8 度，并要求設(shè)計(jì)、制造廠家在設(shè)計(jì)、制造啟閉機(jī)設(shè)備時(shí)充分考慮地震載荷，采取相應(yīng)的措施減輕或消除地震給設(shè)備帶來的影響。

固定式啟閉機(jī)基礎(chǔ)連接應(yīng)牢固可靠，防止地震移位，門式啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)置可靠的夾軌器和錨定裝置，并應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，在地震時(shí)不致發(fā)生脫軌和傾覆。

啟閉機(jī)的電氣控制設(shè)備一般安裝在各自的機(jī)房?jī)?nèi)，地震發(fā)生后，只要各自機(jī)房不出現(xiàn)毀滅性破壞，電控設(shè)備均能在接受到啟閉機(jī)設(shè)備故障報(bào)警信號(hào)后自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，提示運(yùn)行值班人員加強(qiáng)巡視或自動(dòng)停機(jī)，防止設(shè)備進(jìn)一步損壞。

另外，從選型和布置上設(shè)法降低了所有啟閉機(jī)或其機(jī)架高度，減輕啟閉機(jī)或其機(jī)架頂部的重量，以減輕地震對(duì)啟閉機(jī)或其機(jī)架帶來的破壞。如考慮到卡洛特電站所處地區(qū)地震烈度大，在電站進(jìn)水口快速門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的布置上，經(jīng)過對(duì)油缸高出進(jìn)水塔頂布置方案和油缸下沉式布置方案兩者進(jìn)行比較后，確定采用油缸下沉方案，以避免地震發(fā)生時(shí)因水平加速度引起的荷載對(duì)油缸及其機(jī)架造成破壞。

7 結(jié) 語

巴基斯坦卡洛特水電站是長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司在巴基斯坦承接的首個(gè)大型水電站項(xiàng)目，也是“一帶一路”旗艦項(xiàng)目“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”首個(gè)開工的項(xiàng)目。到目前為止，該工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)展和設(shè)計(jì)成果滿足EPC 總合同及業(yè)主的要求，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，安全有效地控制了工程投資規(guī)模。