TB水电站泄洪系统金属结构设备布置

张文科,周 华,胡彩石,陈辉春

(1.华能澜沧江水电股份有限公司，昆明 650214；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙 410014)

1 工程概况

TB水电站是澜沧江干流上游河段(云南省境内)规划的第四个梯级，其上游为里底梯级，下游与黄登梯级相衔接。电站位于云南省迪庆州维西县境内，距维西县城公路里程约56 km，距昆明市公路里程约694 km[1]。

TB水电站正常蓄水位1 735.00 m，相应库容12.15亿m3，调节库容2.58亿m3，死水位1 725.00 m，装机容量1 400 MW，多年平均发电量62.3亿kWh，年利用小时4 450 h。电站枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、右岸地下输水发电系统等组成，属Ⅰ等大(1)型工程。

2 泄洪系统金属结构设备布置

泄洪系统挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝，坝顶高程1 740.00 m，最大坝高158.00 m；泄洪建筑物共布置有4个表孔、1个中孔和1个生态泄水孔，泄洪系统平面布置见图1。

图1 泄洪系统平面布置图 单位：m

2.1 表孔金属结构设备布置

泄洪表孔布置在溢流坝段中部，采用开敞式孔口，共4孔。顺水流向依次布置有事故闸门和弧形工作闸门，表孔金属结构设备布置见图2。

图2 表孔金属结构设备布置图 单位：m

2.1.1表孔事故闸门及启闭设备

NB 35055-2015《水电工程钢闸门设计规范》[2]要求，在溢洪道工作闸门的上游侧宜设置检修闸门，对于重要工程，必要时也可设置事故闸门。TB水电站是一个大型工程，TB水电站溢洪道是大坝主要的泄洪建筑物，由于堰顶高程1 717.00 m，死水位1 725.00 m，堰顶高程低于死水位8.0 m，为了能及时处理泄洪过程可能出现的事故，最终考虑设置事故闸门[3]。

事故闸门孔口宽度14.0 m，闸门高度18.8 m，设计水头18.3 m，4个泄洪表孔共用1扇事故闸门，用于表孔工作闸门事故情况下的动水闭门及表孔工作闸门检修、维护时的挡水。事故闸门型式采用平面定轮闸门，双吊点，门叶采用上游面板，底、侧水封布置在上游侧。闸门根据运输尺寸分节制造，在工地将制造单元用螺栓连成整体，闸门主要材料采用Q355B。闸门主支承型式为定轮，反向支承采用复合滑块，侧向导向采用简支轮。闸门平压方式采用小开度提门充水平压，利用坝顶门机通过液压自动抓梁操作。闸门平时存放在坝顶左侧的门库内。

2.1.2表孔工作闸门及启闭设备

每个泄洪表孔设置1扇弧形工作闸门，共4扇。弧形工作闸门孔口宽度14.0 m，闸门高度19.0 m，设计水头18.5 m，闸门面板曲率半径22.0 m，支铰高程1 727.00 m。闸门为主横梁斜支臂结构，主梁和支臂均为双腹板焊接箱型梁结构，支铰轴承采用自润滑球面滑动轴承，侧导向采用简支轮[4]。闸门主要材料采用Q355B，固定和活动支铰采用ZG310-570。闸门按动水启闭设计，并允许部分开启调节流量。闸门采用双吊点，由2×2 800 kN摆动式液压启闭机操作。

2.2 中孔金属结构设备布置

中孔采用长有压坝身泄水孔，布置于溢流坝右侧坝段，共1孔。顺水流向依次布置有检修闸门、事故闸门和弧形工作闸门，中孔金属结构设备布置见图3。

图3 中孔金属结构设备布置图 单位：m

2.2.1中孔检修闸门及启闭设备

由于事故闸门门槽处流速较高，门槽有可能发生破坏，检修维护困难，因此在事故闸门前的中孔进口处设置1扇检修闸门，用于事故闸门及其门槽检修、维护时的挡水。为避免出现门槽水力学问题，检修闸门型式采用了无门槽的反钩式平面滑动闸门，布置在进口端部[5]。检修闸门型式采用平面滑动反钩闸门，孔口宽度7.4 m，孔口高度9.33 m，设计水头70.0 m，单吊点，门叶采用下游面板，顶、侧、底水封布置在下游侧。闸门根据运输尺寸分节制造，在工地将制造单元焊接成整体，闸门主要材料采用Q355B，闸门主支承为复合滑块。闸门静水启闭，采用设置在闸门顶部的充水阀充水平压，闸门由坝顶门机通过拉杆操作。闸门平时存放在坝顶左侧的门库内。

2.2.2中孔事故闸门及启闭设备

在中孔进口处设置1扇事故闸门，用于工作闸门事故情况下的动水闭门及工作闸门检修、维护时的挡水。闸门型式为平面滑动闸门，孔口宽度5.0 m，孔口高度7.21 m，设计水头70.0 m，单吊点，门叶采用上游面板，顶、侧水封布置在下游侧，底水封布置在上游侧，利用水柱作用闭门。闸门根据运输尺寸分节制造，在工地将制造单元焊接成整体。闸门主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高强度钢基铜塑复合材料，反向支承采用铰式弹性滑块，侧向导向采用简支轮。闸门操作条件为动水闭门，静水开启，采用设置在闸门顶部的充水阀充水平压。闸门启闭采用坝顶门机通过拉杆操作。闸门平时悬挂在孔口上方门槽内，并通过拉杆锁定在坝顶。

2.2.3中孔工作闸门及启闭设备

中孔工作闸门采用弧形闸门，闸门孔口宽度5.0 m，孔口高度5.8 m，设计水头71.12 m，闸门面板曲率半径12.0 m，支铰高程1 673.70 m。闸门为主纵梁、直支臂结构，支铰轴承采用自润滑滑动轴承，侧导向采用简支轮。主纵梁为箱形截面，门叶沿纵向中部分成左、右对称两块，之间通过铰制孔螺栓和高强度螺栓连接；弧门侧止水采用P型橡塑水封，门叶顶部设一道P型压盖式水封，门楣埋件上设转铰式防射水封。闸门主要材料采用Q355B，固定和活动支铰采用ZG310-570。闸门按动水启闭设计，并允许部分开启调节流量。闸门采用双作用摇摆式液压启闭机操作，容量为2 500 kN/500 kN(启门力/闭门力)。

2.3 生态泄水孔金属结构设备布置

生态泄水孔采用短有压坝身泄水孔，布置在溢流坝左侧坝段，共1孔。顺水流向依次布置有事故闸门和弧形工作闸门，生态泄水孔金属结构设备布置见图4。

图4 生态泄水孔金属结构设备布置图 单位：m

2.3.1生态泄水孔事故闸门及启闭设备

在生态泄水孔进口处设置1扇事故闸门，用于工作闸门事故情况下的动水闭门及工作闸门检修、维护时的挡水。事故闸门采用平面滑动闸门，孔口宽度3.5 m，孔口高度4.7 m，设计水头21.845 m，单吊点，门叶采用上游面板，顶、侧水封布置在下游侧，底水封布置在上游侧，利用水柱闭门。闸门根据运输尺寸分节制造，在工地将制造单元焊接成整体。闸门主要材料采用Q355B，主支承滑道采用高强度钢基铜塑复合材料，反向支承采用铰式弹性滑块，侧向导向采用简支轮。闸门操作条件为动水关闭，静水开启，采用设置在闸门顶部的充水阀充水平压。闸门启闭采用坝顶门机通过拉杆操作。闸门平时存放在坝顶左侧的门库内。

2.3.2生态泄水孔工作闸门及启闭设备

生态泄水孔工作闸门采用弧形闸门，闸门孔口宽度3.5 m，孔口高度4.1 m，设计水头24.62 m，闸门面板曲率半径8.0 m。闸门为主横梁、直支臂结构，支铰轴承采用自润滑滑动轴承，侧导向采用简支轮。弧门侧止水采用P型橡塑水封，门叶顶部设一道P型压盖式水封，门楣埋件上设转铰式防射水封。闸门主要材料采用Q355B，固定和活动支铰采用ZG310-570。闸门按动水启闭设计，并允许部分开启调节流量。闸门采用双作用摇摆式液压启闭机操作，容量为630 kN/160 kN(启门力/闭门力)。

3 坝顶门机布置优化方案研究

可行性研究阶段到招标设计阶段前期，从控制投资、优化设计考虑，为降低坝顶大跨度门机的轨距，对坝顶门机布置方案进行了研究。

3.1 方案1：坝顶门机轨距30 m

本方案为可研审定方案，坝顶双向门机的容量为2×2 000 kN，轨距30.0 m，轨上扬程23.0 m，通过不同规格的液压自动抓梁分别操作表孔事故闸门、中孔检修闸门、中孔事故闸门和生态泄水孔事故闸门，同时可用于溢洪道和生态泄水孔弧形工作闸门及其启闭设备的安装和维护。本方案闸门及启闭设备结构布置见本文第2节。

3.2 方案2：坝顶门机轨距24 m

为优化坝顶门机轨距，将中孔检修闸门门库布置在生态泄水孔进口处，坝顶门机端梁设置在上游侧，利用主小车移动至悬臂端启吊中孔检修闸门[6]。导墙伸出长度由6.5 m变成3.5 m，门机轨距由30.0 m变成24.0 m，门机高度和轨上扬程同方案1。其主要功能同方案1。

本方案表孔事故闸门门槽中心线桩号由0+003.750 m调整为0+004.750 m，闸门设计水头18.1 m，闸门高度18.6 m；表孔弧形工作闸门面板曲率半径由22.0 m调整为21.5 m，闸门设计水头18.662 m，闸门高度19.162 m；其余闸门及启闭设备结构布置同方案1。方案2泄洪系统平面布置见图5、表孔金属结构设备布置见图6。

图5 方案2泄洪系统平面布置图 单位：m

图6 方案2表孔金属结构设备布置 单位：m

3.3 方案3：坝顶门机轨距7 m

在不考虑溢洪道和生态泄水孔弧形工作闸门及其启闭设备安装和维护的情况下，坝顶门机轨距可进一步优化，在调整表孔事故闸门、中孔事故闸门和生态泄水孔事故闸门门槽中心线后，门机可由双向门机改为单向门机。门机在门架顶跨内和悬臂段分别设置一套主起升机构和副起升机构，容量为2×2 000 kN/800 kN，轨距7.0 m，轨上扬程14.0 m，分别通过不同规格液压自动抓梁操作表孔事故闸门、中孔检修闸门、中孔事故闸门和生态泄水孔事故闸门。

本方案表孔事故闸门分为上下两节，闭门时需将上下节门叶连接成为一体下放；中孔检修闸门采用叠梁型式，由坝顶门机悬臂段副钩操作；表孔工作闸门布置同方案2，其余闸门及启闭设备结构布置同方案1。方案3表孔金属结构设备布置见图7。

图7 方案3表孔金属结构设备布置图 单位：m

3.4 综合比较

从闸门及启闭机结构型式方面分析。TB水电站地震基本烈度为Ⅷ度，为满足方案三门机在地震工况时的稳定性，若表孔事故闸门不分节，门机需增加大量配重；将表孔事故闸门分节后，少量配重即可满足要求。各方案其余闸门及启闭机的主要技术参数基本相同。

从建成后泄洪系统运行、维护角度分析。方案1、方案2坝顶门机可操作坝顶所有金属结构设备，使用方便。方案3表孔事故闸门分为上下两节，闭门时需先将下节门叶锁定在门槽孔口上方，再将上节门叶与下节门叶通过节间连接装置连接成为一体下放；启门时，提升上节门叶充水平压后，将连成一体的闸门提至下节门叶锁定位置，解除节间连接装置后，再分别将两节门叶存放于门库[7]。表孔事故闸门分节后，闸门操作运行复杂，且分节后存在动水下门时下节门叶双层过流工况，对闸门不利。为降低方案3坝顶门机副钩容量，中孔检修闸门采用叠梁闸门型式，共分为4节，通过自动抓梁依次进行启闭，操作过程繁琐。方案1、方案2操作运行泄洪系统金属结构设备均较简单方便，检修维护可覆盖泄洪系统所有设备。方案3操作运行流程较复杂，且无法检修维护表孔工作闸门、生态泄水孔工作闸门及其启闭设备。

3种方案泄洪系统金属结构设备工程量分别为3 101 t、3 051 t、2 900 t。方案1和方案2金属结构设备工程量相差不大，但方案2溢洪道导墙长度可优化3 m，土建工程量可减少，泄洪系统金属结构布置采用方案2。

4 结 语

本文通过对TB水电站坝顶门机的不同轨距方案进行比选，优化了泄洪系统金属结构设备布置，使金属结构设备布置更为合理紧凑，坝面更加简洁，减小了工程投资。对于同类型工程具有借鉴意义。