古顶水电站金属结构设计

古顶水电站金属结构设计

1水库正常蓄水位古鼎水库位于广西柳州荣水县柳江流域的荣江上，距刘涌116公里。这是柳江规划的第七个梯子。上游是已完工的浮石水库，下游是已完工的大湾水库。这是一个集能源和航运于一体的综合利用工程。水库正常蓄水位102.0m,死水位101.50m,有效库容440万m3,库容系数很小,属低水头径流式水电站。在正常蓄水位时,水库库容6915万m3,电站总装机容量80MW,船闸为100t级单级单线船闸。电站主要建筑物从左到右依次布置有左岸重力坝、船闸、主河15孔泄洪闸坝、发电厂房、土石坝、岔河7孔泄洪闸坝、右岸重力坝和右岸土坝等。金属结构主要布置在泄洪闸坝、发电厂房和船闸等部位,共设置各类闸门45扇、拦污栅4扇、各类门槽68套、浮式拦污排1套、启闭设备35台(套)、金属结构总重约51001。现将金属结构分3部分叙述如下。2工作门立地条件电站泄水建筑物为拦河泄洪闸坝,布置在左主河槽和右岔河槽上,要求工程建成形成水库后,宣泄20年一遇洪水(Q=19900m3/s)时回水不影响融水县城,同时尽可能减少库区的淹没损失。因此,拦河泄水建筑物采用低堰大孔口的闸坝形式,以保证泄洪闸有足够的泄洪能力,满足泄洪要求。泄洪闸坝共设22孔,孔口宽度为14m的宽顶堰,堰顶高程为93.0m,均为敞开式闸孔。其中,15孔布置在左河槽(主河道),7孔布置在右河槽(岔河道)。泄洪闸每孔设1扇工作闸门,共22扇。闸门底槛高程93.0m,设计水头9.0m,为露顶式平面滚轮钢闸门。闸门支承跨度较大,为保证滚轮踏面与轨道的良好接触,行走支承采用弧面台车。闸门分2段制造,运至工地后利用段间连接轴把闸门连接成一个起吊单元,各段闸门均为双主梁结构,面板、止水装置布置于上游侧。为避免门槽空蚀,采用Ⅱ型门槽。工作闸门的操作方式为动水启闭,闸门根据汛期的入库洪峰流量选择局部开启或全开泄洪。每扇闸门配置1台2×630kN固定卷扬式启闭机,共22台,启闭机动滑轮与闸门吊耳直接连接。工作闸门的检修维护可在门槽顶部115.10的坝顶平台上进行。泄洪工作闸门的上游布置有一道检修闸门,22孔检修闸门门槽共用3扇检修闸门(其中主河2扇,岔河1扇)。当闸坝的工作闸门需要检修时,即可下闸封孔挡水。闸门孔口宽度14.0m,底槛高程93.0m,设计水头9.0m,为露顶式平面滑动钢闸门,支承滑块为钢滑块。闸门分2段制造,各段闸门均为双主梁结构,段间采用连接轴的形式连接。门槽为Ⅰ型门槽。检修闸门的操作方式为静水启闭,开启检修闸门前须关闭工作闸门,并把上段检修闸门提起100mm后对流道充水平压,待闸门上下游水位齐平后方可提起闸门。主河段检修闸门共用2×1000kN坝顶门机,门机通过自动抓梁与闸门吊点连接;岔河段检修闸门利用2×630kN台车操作。闸门平时不使用时,岔河段检修闸门可放置于岔河左侧土石坝的门库内,主河段检修闸门可放置于主河左侧连接重力坝的门库内。闸门的检修与维护均可在门库内进行。3机组的清污设计发电厂房布置在主河泄洪闸坝右侧,为河床式厂房。电站厂房安装有单机容量2万kW的灯泡贯流式水轮发电机组4台,进水口采用单机独立引水方式布置。厂房进水口前沿布置一道浮式拦污排,进水口依次设有拦污栅和进水口检修闸门,机组尾水管出口设尾水事故检修闸门。为有效减少因污物堵塞进水口拦污栅而影响发电机组出力,在厂房进水口的前沿设置一道浮式拦污排用以阻挡漂浮物,减少进入进水口区域的污物。当污物在拦污排上游侧积聚到一定量时,用清污船人工清污。拦污排采用浮筒式结构,水下拦污栅固定于浮筒上,拦污排采用2根钢丝绳作为牵引绳,浮筒均匀地铰接在牵引绳上。牵引绳长度约为290m,一端固定于右岸岸边的系绳墩上,另一端固定于主河泄洪闸右边墩上。当库水位变化时,固定铰点的转向拉杆在牵引绳拉力的垂直方向的分力作用下能上下移动,保证拦污排能浮在水面上。拦污排的工作水位为101.50～107.00m。每台机组的进水口设拦污栅1扇,4台机组共4扇拦污栅。由于原设计的清污方案为坝顶门机提栅后人工清污,为了减少门机跨度,进水口栅槽与检修门槽的位置布置得非常紧凑;电站厂房基础施工后,业主提出采用清污机清污的方案,但由于栅槽上游没有足够的清污抓斗工作空间,因此修改设计后把拦污栅布置于坝顶工作桥上游,不再利用坝顶门机提栅,而是利用门式清污机提栅。拦污栅的孔口尺寸为14.2m×34.54m(宽×高),底槛高程为80.56m,设计水头为4.0m,为平面活动式钢栅。拦污栅沿高度方向分为10段制造。拦污栅的操作方式为静水启闭,启闭设备为2×160kN门式清污机。提栅时,利用门式清污机配置的自动抓梁分段提栅,清污时利用清污抓斗清污。每台机组进水口设1扇检修闸门,4台机组共设4扇,用于机组安装、检修时封孔挡水。检修闸门为潜孔式平面滑动钢闸门,孔口尺寸为12.8m×16.09m(宽×高),底槛高程为78.70m,设计水头为30.98m。行走支承采用钢滑道,门槽为Ⅰ型门槽。闸门分5段制造,为降低门机容量及轨上高度,闸门分成2个起吊单元,上起吊单元高度7.58m,下起吊单元高度8.72m。检修闸门的操作方式为静水启闭,共用2×1000kN坝顶双向门机操作。门机通过液压穿轴式自动抓梁与闸门连接,启门前利用闸门上的充水阀对流道充水平压,待闸门上下游水位齐平后再分段提起闸门。机组发电时,闸门利用锁锭装置锁锭于门槽内。尾水事故检修闸门位于尾水管出口,每台机组1孔,4台机组共设4孔门槽。由于电站施工时需要闸门封孔挡水,故设尾水事故检修闸门4扇。闸门孔口尺寸为12.70m×9.35m(宽×高),底槛高程为81.83m,设计水头为26.89m。闸门为潜孔式平面定轮滑道双向支承钢闸门,上游支承采用钢滑块,下游支承采用简支式滚轮,滚轮轴套采用镶嵌型自润滑轴承。闸门的操作方式为动水闭门、静水启门。当机组发生事故时,动水关闭本闸门;当机组或尾水管需要检修时,静水关闭本闸门。4扇闸门共用2×800kN台车操作,台车通过机械式自动抓梁与闸门吊耳连接,启门前需利用设于闸门顶主梁上的充水阀对流道充水平压。机组正常运行时,4扇闸门分别锁锭悬挂于门槽内。4工作门及控制楼设计船闸布置在主河槽左岸,为单级单线船闸,按100t级设计,最大通航船只为100t机动驳,一次单向过闸时间为30min。闸室有效尺寸为80m×8m×1.5m(长×宽×最小水深),船闸上游最高通航水位为102.00m,上游最低通航水位为101.50m;下游最高通航水位为101.45m,下游最低通航水位为93.92m。船闸的闸门布置分述如下。上闸首工作闸门的上游侧布置1扇挡洪检修闸门,当汛期水位高于最高通航水位时或船闸需要检修时,即可把闸门下闸封孔挡水。闸门的门型为露顶式平面滑动钢闸门,孔口净宽为8.0m,底坎高程为100.0m,设计水头12.66m。闸门分3段制造,每节闸门利用段间连接轴连接,各段闸门均为双主梁结构,行走支承采用钢滑块。挡洪检修闸门的操作方式为静水闭门、动水启门,当上游水位降至102.00m时利用2×1000kN坝顶双向门机把闸门提起,门机通过平衡梁与闸门拉杆连接。闸门的检修与维护在门库内进行,平时闸门放置于门库内。上闸首设1扇工作门,布置于上闸首挡洪检修闸门的下游侧。当船闸正常运行时,工作闸门与输水系统协同工作,调整闸室水位使之分别与上游或下游水位齐平,使船只能安全迅速地通过船闸。工作闸门为下沉式平面滑动钢闸门,闸门孔口尺寸为8.0m×2.9m(宽×高),底坎高程为96.85m,挡水时底止水高程为99.90m,设计水位为2.1m。门叶结构为实腹式主横梁焊接钢结构,采用钢滑块支承。下沉门的操作方式为静水启闭,利用布置在110.50m高程处的1台2×100kN/2×60kN悬挂式液压启闭机操作。调整闸室水位时,下沉门处于挡水状态,当闸室内水位与上游水位齐平后,下沉门向下开启下降至帷墙后的门槽内后,船只即可正常通过上闸首。上闸首的输水系统进水口采用帷墙顶层栅缝进水,经帷墙内竖井分流至两侧闸首底部的环绕廊道后进入闸室,每条输水廊道分别设置有上游侧检修闸门、工作闸门和下游侧检修闸门共3道闸门。工作闸门为平面定轮(悬臂轮)钢闸门,孔口尺寸为1.5m×1.8m(宽×高),底坎高程为90.30m,设计水头为11.70m。闸门的操作方式为动水启闭,利用160kN/60kN液压启闭机操作。当船闸运行时,开启本闸门对闸室输水,从而调整闸室内的水位使之与上游水位齐平。输水廊道工作闸门上、下游均设置检修门,当输水廊道工作闸门和门槽需检修时,为了不影响船闸的正常运行,可利用单侧的输水廊道输水。其间利用输水廊道上游检修闸门与输水廊道下游检修闸门配合使用封孔挡水,为单侧廊道的工作闸门检修创造条件。若船闸的通航船只较多,为提高过闸速度,减少充水时间,廊道上游检修闸门可暂时充当工作闸门使用。闸门的孔口尺寸为1.5m×1.8m(宽×高),底坎高程89.70m,设计水头12.3m。上游检修闸门门叶结构形式与工作闸门一样,为潜孔式平面定轮钢闸门,下游检修闸门为潜孔式平面滑动钢闸门。上游检修闸门的操作方式为动水启闭,利用160kN/60kN液压启闭机操作闸门的操作;下游检修闸门的操作方式为静水启闭,利用2×1000kN坝顶双向门机上的100kN悬臂回转吊操作。船闸上闸首控制楼布置在上闸首工作闸门下游,横跨闸室上空。上闸首下沉工作闸门与输水廊道闸门的液压启闭机共用液压泵站,泵站设置在船闸控制楼一层(高程115.10m)。闸室两侧闸墙壁左右对称各设8套浮式系船柱。系船柱按50kN系缆力设计,其升降幅度满足上游最高通航水位和下游最低通航水位的通航要求,系缆点位置满足设计船舶空载和满载的系绳要求。下闸首右边墩上游侧布置有泄水廊道,设置有工作闸门和检修闸门2道闸门。泄水廊道工作闸门布置于泄水廊道检修闸门的上游侧,当船闸运行时,开启工作闸门泄水,从而调整闸室内的水位使之与下游水位齐平。工作闸门为潜孔式平面定轮钢闸门,孔口尺寸为1.75m×2.2m(宽×高),底坎高程为89.70m,设计水头为12.30m。闸门的操作方式为动水启闭,利用200kN/80kN操作液压启闭机操作。泄水廊道工作闸门下游布置1扇检修闸门,以满足工作闸门和门槽检修时封孔挡水的要求。检修闸门为潜孔式平面滑动钢闸门,孔口尺寸为1.75m×2.2m(宽×高),底坎高程为89.70m,设计水头为12.3m。闸门的操作方式为静水启闭,利用5t的电动葫芦操作。下闸首工作闸门为平开一字闸门,布置在下闸首检修门上游侧。当船闸正常运行时,一字闸门与泄水系统协同工作,调整闸室水位使之与下游水位齐平,使船只能安全迅速地通过船闸。一字闸门孔口尺寸为8.0m×12.1m(宽×高),底坎高程为91.10m,设计水头为10.9m。闸门采用分块式支、枕垫支承,利用水平力依靠平面摩擦传给承轴台的可动式底枢和铰接框架式顶枢来支承闸门重量,防止门叶倾倒及保证门叶自由转动。闸门的操作方式为静水启闭,利用630kN/320kN—字门卧式摆动液压启闭机操作。一字闸门的下游侧设有1扇下闸首检修闸门,用于闸室检修时下闸封孔挡水。检修闸门孔口宽度为8.0m,