云南省弥勒县南盘江雷打滩水电站金属结构设计

摘 要：云南省南盘江雷打滩水电站是昆明院实行的总承包项目工程。设计周期时间短，质量要求高，工程量控制严格。本文通过介绍雷打滩水电站金属结构设计布置方案，希望对今后同类型的电站设计具有一定的借鉴和指导意义。

关键词：雷打滩;金属结构;方案设计;参数;设计亮点

一、工程概况

（一）工程位置。雷打滩水电站位于云南省弥勒县和邱北县交界的南盘江干流上，系南盘江中下游河段一库八级开发方式的第七个梯级电站。电站距弥勒县城公路里程73km，距昆明公路里程为211km。

（二）水文和气象。雷打滩电站坝址控制流域面积

26181km2，坝址多年平均流量为189m3/s。南盘江流域枯期降水一般较少，其河流水量主要靠地下水补给。枯期（11月-5月）径流量只占年径流量的27.7%。汛期径流量约占年径流量的72.3%左右。流域多年平均降水量 910 mm。多年平均悬移质来沙量为634×104t，其中汛期6月～9月为560×104t，占年来沙量的88.4%，多年平均含沙量为1.06kg/m3。坝址多年平均推移质为30×104t。坝址属北亚热带季风气候区，干湿季节分明，多年平均气温19.80C，极端最低气温约为-2.1℃。

（三）装机规模和工程等级。本电站装有3台混流式水轮发电机，单机容量为36MW，保证出力24.93MW，多年平均发电量为5.327亿kw・h，年利用小时为4932h。

拦河坝最大坝高84m，坝顶长度209.5m，坝型为碾压混凝土重力坝。水库总库容93.96×106m3，有效库容40.63×106m3。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL 5180-2003），本电站属三等工程，主要建筑物为三级建筑物。

工程地震设防烈度为7度。

（四）工程布置。拦河坝自右至左为右岸非溢流坝段、河中溢流冲沙坝段、左岸进水口坝段，为一字并列式布置。右岸非溢流坝段及河中溢流冲沙坝段（采用碾压混凝土，左岸进水口坝段为常态混凝土。河中布置五个表孔，孔口尺寸为10m×16m（宽×高），堰顶高程为946.00m，表孔采用宽尾墩――底流消能。冲沙底孔左右对称布置于溢流表孔两侧，孔口尺寸为3m×5m（宽×高），底孔采用挑流消能。

左岸引水发电系统由引水管道、岸边地面厂房及GIS楼组成。引水管道布置在南盘江左岸，由明管和压力管道组成，采用单机单管的供水方式，设计引用流量为82.5m3/s。隧洞段管径为5m，压力钢管管径为4.5m。三条引水道水平长度分别为222.540m、245.221m、269.052m。进水采用斜进水，与主厂房机组纵轴线夹角为600。

二、设计依据及标准

（一）设计遵循的标准。国家颁布的有关法令、法规。

金属结构设备的设计所遵循的主要标准和规范有：《水利水电工程钢闸门设计规范（DL/T5013-95）》;《水利水电工程启闭机设计规范（SL41-93）》;《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范（DL/T5018-94）》

三、金属结构设备

整个电站共设有门槽36孔闸门29扇（其中弧形闸门7扇，平面闸门13扇、拦污栅9扇），各类启闭机13台。金属结构设备总重约2106.547T。

（一）冲砂底孔系统的金属结构设备。（1）冲砂底孔金属结构概述。 冲砂底孔在大坝的左右岸各设一孔，其主要任务是水库冲砂，以保证机组取水门前清。左右岸冲砂底孔的金属结构设备由弧形工作闸门、工作闸门油压启闭机、事故闸门、事故闸门共用坝顶门式启闭机等组成。

（2）冲砂底孔事故闸门与启闭机。1）冲砂底孔事故闸门与启闭机的主要技术参数。

孔口形式：潜孔式;

孔口尺寸：3.0m×5.2m;

孔口数量：2孔;

闸门数量：1扇;

底槛高程：910m;

设计水头： 52m;

总水压力：12291kN;

轨上扬高：9.2m;

起升速度：1.5m/min;

行走速度：15m/min;

轨距： 6.5m;

轮距： 8.5m;

起升高度：60m。

2）冲砂底孔事故闸门设计。在左右冲砂底孔进口处各设有一扇孔口尺寸为3.0m×5.2m的平面事故闸门门槽。门槽底槛高程910m，门槽中心线桩号均为坝横0+003.00m。门槽型式为Ⅱ型结构。采用较优的门槽错距比和较优的斜坡。二孔门槽共用一扇事故闸门。闸门为平面焊接钢结构，采用滚动轴承定轮支承，分上、下两节制造、运输，节间采用销轴连接，将两节闸门在工地连接为一整体。节间设有止水。闸门为上游止水，顶侧水封形式为“P”形断面，底水封形式为“条”形断面，橡皮采用预压缩达到止水的目的。事故闸门的操作条件为配置加重块动水下门，小开度提门充水平压后静水起门。

（3） 冲砂底孔工作闸门与启闭机。1） 冲砂底孔工作闸门与启闭机的主要技术参数。

孔口形式：潜孔式;

孔口尺寸：3.0m×4.0m;

孔口数量：2孔;

闸门数量：2扇;

底槛高程：910m;

设计水头：52.45m;

总水压力：8844.1kN;

支铰高程：916.5m;

弧面半径：9m;

活塞杆最大行程：6.8m;

活塞杆工作行程：7m。

2）冲砂底孔工作闸门设计。左右岸冲砂底孔弧形工作闸门采用焊接钢闸门，主横梁结构体系。主横梁断面为工字型结构，弧门为直支臂，支臂断面为工字型结构，闸门采用圆柱铰支承，支铰轴套为自形式。门叶结构、支臂裤衩与支铰运输至工地后，用螺栓连接为一整体。止水结构上顶侧水封为“P”形断面，底水封形式为“条”形断面。冲砂底孔弧形工作闸门为动水启闭，全开全关运行。

3）液压启闭机设计。左右岸冲砂底孔工作弧门液压启闭机为单吊点摇摆式液压启闭机，启闭机机座及油箱泵站系统均设置在高程为925.75m平台上。启闭机的油缸内径为340mm，活塞杆直径为220mm，启门时工作压力为15.2MPa，闭门时工作压力为3.3MPa。油缸缸体采用无缝钢管制作，活塞杆及吊头均为整体锻件。液压泵站布置在启闭机室内，泵站设两台互为备用的油泵电动机组，液压阀组的主阀均为插装阀。

（二）溢洪道系统的金属结构设备。（1）溢洪道金属结构概述。大坝表孔溢洪道是雷打滩水电站的主要的泄洪通道，其最大泄流量约为7950m3/s。溢洪道布置在大坝的溢流坝段，金属结构设有5孔1扇表孔平面检修闸门和5孔5扇表孔弧形工作闸门。表孔平面检修闸门的启闭设备为共用坝顶1250kN门式启闭机，弧形工作闸门的启闭设备为5台2×2500kN的液压启闭机。

（2） 溢洪道弧形工作闸门与启闭机。1）工作弧门与油压启闭机的主要技术参数。

孔口形式： 露顶式;

孔口尺寸：10.0m×17.0m;

孔口数量：5孔;

闸门数量;5扇;

底槛高程：945.0m;

支铰高程：955.0m;

设计水头：17.0m;

总水压力：15444.2 kN;

操作条件： 动水启闭;

液压启闭机容量： 2×2500kN;

活塞杆工作行程： 6.5m。

2）工作弧门的设计。弧形闸门采用二主梁、二斜支臂焊接钢结构，主横梁同层布置方案，主梁和支臂采用箱形断面。这种结构形式具有闸门整体刚度好，便于加工制造等优点。弧门支铰采用自滑动轴套。在弧门两侧的边梁上各布置有6个侧导向轮。弧门的侧止水为“L”形橡胶水封，底止水为“条”形水封。

3）油压启闭机的布置设计。每扇闸门采用一套2×2500KN的油压启闭机操作，油压启闭机两只油缸的上吊点分别布置在闸门两侧的边墙上，下吊点分别铰接在弧门两侧的边梁上。液压泵站布置在闸门之间的闸墩里，每套泵站设有两台互为备用的油泵电动机组。弧门可在泵房和溢洪道值班室现地控制，其信号也能在厂房中控室显示。

（3）溢洪道检修闸门及启闭设备。1）溢洪道检修闸门和门机主要技术参数。

孔口形式：露顶式;

孔口尺寸：10m×16.105m;

孔口数量：5孔;

闸门数量：1扇;

底槛高程：945.895m;

设计水头：16.105m;

总水压力：13124kN;

起升高度：60m;

轨上扬高：9.2m;

起升速度： 1.5m/min。

2）检修闸门的设计。检修闸门为平面钢叠梁形式，共分5节。叠梁门采用复合材料滑块支承，下游橡皮止水，侧水封为“P”型水封，底水封和节间水封为“条”型水封。闸门的主梁为实腹式焊接组合变截面梁。闸门的操作条件为静水启闭，利用最下节叠梁上设置的充水阀充水平压。门槽型式为矩形断面，门槽的宽深比为1.71，门槽的底槛和主、反轨均为焊接钢结构件，下游侧主轨设有不锈钢水封座板。

（4） 溢洪道闸门。正常情况下，溢洪道检修闸门不工作，分5节分别锁定在5孔门槽的上部，当洪水水位超过962.45m高程时，为避免叠梁门影响行洪，应将叠梁闸门提出门槽运到坝顶别处临时存放。

（三）引水发电系统的金属结构设备。（1）引水发电系统的金属结构概述。雷打滩水电站设三台机组，采用单机单管引水方式。引水发电系统的进水口位于大坝的左岸坝段。进水口金属结构设有拦污栅、检修闸门、快速事故闸门及相应的启闭设备。在厂房的下游尾水管出口设有尾水检修闸门及启闭设备。

（2）拦污栅及清污机。1）拦污栅、清污机的主要技术参数。

孔口尺寸：3.7m×8.5m;

孔口数量：9;

栅叶数量：9;

拦污栅倾角：82°;

栅条净距：100mm;

底槛高程：935.0m;

平台高程：965.0m;

设计水头差： < 4m;

清污方式：清污机清污;

耙斗容量：1.1m3;

清污机起升容量：2×37KN;

清污机杨程：35m;

清污机起升速度：5m/min。

2）拦污栅及清污机的布置。电站进水口拦污栅采用82°斜栅布置的方式。每台机组的进水口设3扇拦污栅，共计9扇，放置在上游栅槽内。

3）扇拦污栅后的水域是连通的，当部分拦污栅的栅叶被污物堵塞时仍能保证各机组有足够的引水量，可避免或减少因部分拦污栅堵塞而停机的机会。拦污栅前后设有水位计，以监测拦污栅的水位差。当拦污栅的水位差接近设计值4m时，应启动清污机进行清污，防止污物压垮栅条。

（3）进水口检修闸门。1）进水口检修闸门的主要技术参数。

孔口形式： 潜孔式;

孔口尺寸： 5.0m×5.1m;

孔口数量： 3孔;

闸门数量：1扇;

底槛高程：935.0m;

设计水头：27.0m;

总水压力：6440.4KN;

操作条件： 静水启闭。

2）进水口检修闸门设计。检修闸门采用下游橡皮止水，尼龙滑块支承，为焊接钢结构，分两节制造运输，工地安装时拼焊为一整体。主梁为实腹式焊接组合梁，断面为“工”字形结构，面板和水封均设在下游侧，顶、侧水封采用“P”形水封，底水封采用“条”形水封。门槽型式为矩形断面，采用较优宽深比1.65，门槽的底槛和主、反轨均为焊接钢结构件，下游侧主轨设有不锈钢水封座板。检修闸门操作为静水启闭。

（4）快速事故闸门。快速事故闸门的设计。在每台机组的进水口检修门槽后设置一扇平面快速事故闸门，共3孔3扇。闸门采用下游橡皮止水，顶、侧水封采用“P”形水封，底水封和节间水封为“条”形水封。定轮支承，支承跨度5.464m。闸门利用水柱动水下门，静水启门，使用门叶上设置的充水阀充水平压，充水管直径为300mm，当上下游水位差<4m时方可启门。每扇闸门设有4个主轮，轮子直径为0.7m，轮轴直径0.16m。

（5）尾水检修闸门。尾水检修闸门设计。为方便机组与尾水管的检修，在每台机组的尾水出口设置检修闸门。为减小闸门的宽度，在每台尾水出口处设置一中间闸墩，使每台机组的尾水出口一分为二，变为两个孔口。根据雷打滩建管部要求每孔门槽均配有一扇潜孔式焊接平面滑动检修钢闸门，这样在首台机组发电时，其余各台机组用尾水检修闸门下闸挡水，省略了其余各台机组的临时施工堵头。闸门采用上游橡皮止水，尼龙滑块支承，操作条件为静水启闭，起门水头差按1m计算。闸门分二节制造，在工地安装时焊成整体。为保证可靠封水，在闸门下游侧设有简支式弹性反轮4个。

四、金属结构设计的亮点

（一）溢洪道金属结构设计。雷打滩水电站洪水分布不均，汛期下泄洪水流量大。表孔溢洪道承担主要的泄洪任务。表孔溢洪道工作弧门设计布置和结构计算先进合理，既减少了工程量，又保证了工作弧门安全可靠，顺利完成挡水及调节流量的任务，发挥了良好的效益。

（二）进水口金属结构设计。进水口检修闸门、泄洪底孔事故闸门、表孔溢洪道检修门共用一台坝顶双向门机，节约了启闭设备。减少了工程量，节约工程投资。

（三）坝顶双向门机及尾水台车设计。坝顶双向门机及尾水台车启闭机行走机构采用新型“三合一”电机减速器刹车定位装置，结构紧凑，效率高，维护方便。进水口拦污栅清污机悬挂在坝顶双向门机上，与坝顶门机共用行走机构，既节约工程量，更简化了坝面布置，缩小了坝顶宽度尺寸。这样的新颖布置在昆明院的金属结构设计中，雷打滩电站为首创。