小湾拱坝放空底孔闸门设计研究

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1、水电2006国际研讨会小湾拱坝放空底孔闸门设计研究余俊阳易春罗文强曹以南中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院摘要：小湾拱坝放空底孔闸门孔口尺寸大、设计水头高，综合指标居世界前列。本文探讨、研究了放空底孔工作门、事故检修门的设计要素、难点，比较、确定了闸门结构型式、支承型式、止水方式。并通过闸门水弹性试验、门槽水力学试验研究计算、闸门结构三维有限元分析研究计算验证了闸门的设计方案。本文研究成果对今后高水头大型弧门、链轮闸门设计具有指导意义。关键词：放空底孔；弧形闸门；链轮闸门；止水；充压水封；链轮支承；支铰；水力学1概述小湾水电站是一个以发电为主兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效

2、益的大型工程，水库具有不完全多年调节能力，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”。拦河建筑物为混凝土83双曲拱坝，最大坝高292m。水库库容为149.14×10m，电站装机容量4200MW（6×700MW）。在坝体两侧对称布置两条放空底孔，用于电站建设期导流和电站建成后的水库放空。放空底孔进口段设有一扇事故检修门，出口处设有一扇工作门。1.1放空底孔事故检修门底孔事故检修闸门为平面闸门，孔口尺寸（宽×高，下同）为5m×12m，门槽倾斜度（水平：垂直）6：1，底坎高程为▽1080.00m，坝顶高程为▽1245.00m。闸门挡水水头160m，采用上游止水，链轮支承。门叶为主横梁结构，为便于

3、运输，门叶结构分四节制造，节间采用高强螺栓连接，安排20∽30%的铰制螺栓定位。小湾链轮门呈窄高体型，跨端剪应力为控制因素之一，故门叶主横梁与纵隔板等高连接，以提高门叶的抗震性及均衡主梁应力分布。由于门槽是斜门槽且规范规定“工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于30°”，致使底节门叶底主梁上所承受荷载远大于其他主梁。为使底主梁满足允许应力要求，底主梁结构采用双腹梁。其余各节门叶均布置三根单腹板主梁。闸门采用整挂式链轮支承，单个链轮最大计算荷载达5000kN，链轮及轨道材质拟采用马氏体沉淀钢，并进行调质处理。为确保闸门在160m水头下能够长期有效封水，考虑闸门在运行过程中水封可能的磨损

4、，闸门顶、侧水封设置两道。主水封为可补偿磨损的充压式山形水封，闸门关闭后，引门前库水充压。第二道为实心P形水封。为适应闸门结构、链轮及水封的布置，门槽设计成异型断面，取宽深比1.63，错距200mm，126水电2006国际研讨会斜坡比1：12。为保证链轮门轨道共面度的要求，链轮门门槽设计成主、侧、反轨一体，刚度很大的“Π”型整体式门槽。同时考虑机加工能力、满足运输及工地吊装的限制，每节门槽取为6m长。门槽节间连接采用铰制螺栓定位，高强螺栓联接的方式。闸门106m水头动水下门，采用旁通阀充水平压后静水启门，由坝顶6000kN门机通过拉杆操作。闸门投入运行后，为避免闸门在启闭过程中链

5、条受高速水流的冲击与杂物的卡阻，设置了链轮保护装置。闸门采用拉杆与坝顶门机联结，不采用自动抓梁，其主要目的就是进一步提高闸门升降操作的可靠性，将闸门的关闭和开启历时缩短到6min左右（闸门不挡水时，悬挂于门楣顶上），使事故闸门对其下游设施的保护功能得到加强。1.2放空底孔工作门底孔工作门孔口尺寸为5m×7m，底槛高程▽1080.00m，设计水头160m，主止水水平间距5.8m,垂直间距7.444m，辅止水水平间距6.6m，垂直间距8.222m，总水压力1.085×108N,动水启闭操作水头106m，80m水头以下可局部开启。支铰高程为▽1091.0m，面板弧面曲率半径R=15m，

6、面板厚度加工后不小于36mm。闸门为主横梁结构，为运输、安装方便，门叶分为上、中、下三节。支臂与门叶在工地联接。考虑到采用突扩突跌门槽体型，闸门的高宽变得较为接近，从结构布置计算情况看，其门叶结构按主纵梁布置或主横梁布置，两者工程量几乎没有区别。为保证门叶的整体刚度，闸门主框架采用以主横梁为主，主纵梁为辅的“井”字型结构布置型式。门叶梁系为同层布置，既面板支承在主横梁、小横梁、纵隔板构成的梁系上。主梁和支臂均为刚度较好的箱型结构断面，并且相应的腹板和翼板采用平齐连接，避免闸门节点出现刚度突变，使闸门荷载的传递和分布尽可能均匀。闸门支铰采用常规较成熟的圆柱铰，支铰轴套为自润滑，支臂

7、与主梁、铰链均采用高强度螺栓连接。考虑运输限制，支臂在上支臂裤衩处分段，用高强度螺栓连接。门叶结构水平分块运输，各节间均采用高强度螺栓连接，面板用小焊缝封焊。门槽体型为突扩跌坎型，呈框形整体结构。两侧突扩宽度为800mm，工作门前孔口顶板压坡为1:11.25,门槽底部设有高度1.5m的跌坎，底坎两侧各设有φ800mm的通气管，通气管通气至底坎下，由跌坎底座下的开孔向水舌底下补气。山型主止水设置在封闭框形门槽上，形成一连续封闭型止水结构。水封橡皮用不锈钢螺栓和压板将其固定在门槽上。