水電站翻板壩改造工程方案設(shè)計(jì)探析

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一、翻板壩改造工程

1．改造原因

碑沱水電站于2010年6月通過(guò)蓄水驗(yàn)收，并開(kāi)始投入正常運(yùn)行。2010年7月東河發(fā)生大洪水，最大洪峰流量Q=12,260m3/s，超過(guò)百年一遇（百年一遇Q=11,700m3/s）。洪水過(guò)后翻板閘門損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致電站無(wú)法正常發(fā)電，直到2011年初才修復(fù)完畢再次投入正常運(yùn)行，期間造成發(fā)電損失，以及額外的修復(fù)費(fèi)用。2011年7月東河再次發(fā)生大洪水，最大洪峰流量Q=9,160m3/s，將近三十年一遇（三十年一遇Q=9,368m3/s），翻板閘門再次遭受嚴(yán)重?fù)p壞，期間造成發(fā)電損失。翻板閘門損壞后對(duì)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等方面進(jìn)行了分析，其損壞原因主要如下：

（1）該電站所處的河流屬于山區(qū)河流，洪水存在陡漲陡落，流量大、流速高，泄洪時(shí)根據(jù)翻板門的工作原理板門翻起后的上部和下部均過(guò)流；水流在門板下部通過(guò)時(shí)形成真空產(chǎn)生脈動(dòng)，在脈動(dòng)作用及水流沖擊下使固定門的支腿不停的拍打撞擊支墩；水位越高，則作用于門板上的荷載越大；流速越大，產(chǎn)生的脈動(dòng)頻率越高；因此在高水位、大流量、高流速作用下，由于支腿不停的拍打撞擊支墩使翻板門損壞。

（2）由于山區(qū)河流漂浮物較多，流漂浮物過(guò)壩時(shí)，容易卡住連桿，破壞液壓油缸油管，使翻板門不能正常工作而導(dǎo)致翻板門損壞。基于上述這種情況，為確保水庫(kù)安全運(yùn)行，發(fā)揮工程應(yīng)有的效益，對(duì)翻板壩工程進(jìn)行技術(shù)改造是十分必要的。

2．改造方案

現(xiàn)狀碑沱水電站樞紐工程采用翻板壩雍水，河床式廠房引水發(fā)電。從左到右依次布置河床式發(fā)電廠房、過(guò)船閘（沖砂閘）和翻板壩等建筑物，樞紐總長(zhǎng)229.22m。要求僅對(duì)翻板壩段進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)發(fā)電廠房和過(guò)船閘（沖砂閘）不做改動(dòng)，改造后樞紐總長(zhǎng)仍為229.22m。初定以原有翻板壩溢流壩體為基礎(chǔ)，在頂部設(shè)計(jì)閘室結(jié)構(gòu)，將翻板壩改造成閘壩形式。相對(duì)于翻板壩，閘壩具有：技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)工程實(shí)際情況，按照閘壩過(guò)流孔數(shù)8孔和16孔兩種設(shè)計(jì)改造方案進(jìn)行比選，經(jīng)多方比較后，從設(shè)計(jì)和施工的角度來(lái)看過(guò)流孔數(shù)設(shè)計(jì)為16孔比8孔要相對(duì)合理，且工程總投資也較少，故采用過(guò)流孔數(shù)為16孔的閘壩改造方案。方案具體設(shè)計(jì)如下：鑿除原翻板壩支墩，堰體保持原狀，改造后壩段總長(zhǎng)度仍為162.20m。改造后閘壩主要由溢流壩體、閘墩、啟閉排架及平板閘門組成。閘壩孔數(shù)16孔，設(shè)16扇工作閘門（其中8m孔口14扇，9m孔口2扇）。平時(shí)工作閘門下閘蓄水，水庫(kù)水位維持在正常蓄水位383.00m運(yùn)行，入庫(kù)流量通過(guò)水輪機(jī)（發(fā)電）下泄。當(dāng)水庫(kù)水位逼近383.30m時(shí)，泄洪閘壩工作閘門開(kāi)始開(kāi)閘泄洪，當(dāng)水庫(kù)水位仍持續(xù)上升逼近383.50m時(shí)，泄洪閘壩工作閘門全部提起泄洪。翻板壩改造總平面圖如圖一所示，其中一～五聯(lián)，即1～10#、13～16#閘孔凈寬8m，11～12#閘孔凈寬9m，總泄流寬度為130m。根據(jù)閘孔的寬度不同，閘墩間距分8m和9m兩種，閘墩分邊墩和中墩，其中邊墩寬度為1.2m，中墩寬度為1.6m，閘墩的頂高程為386.00m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為10.00m。閘墩頭部均采用流線型，尾部均采用半圓形或1/4圓形，底部基礎(chǔ)溢流面砼需鑿除至基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)，并設(shè)錨筋加固。工作閘門門槽深度均為0.45m，寬度均為0.8m。啟閉排架由排架柱和縱橫連系梁組成，啟閉平臺(tái)高程為399.50m，寬6.0m。排架柱斷面尺寸為0.8×1.5m，橫向連系梁尺寸為0.6×1.2m（寬×高），縱向連系梁尺寸為0.6×1.0m（寬×高），啟閉平臺(tái)和檢修平臺(tái)樓板的厚度均為0.2m。工作閘門為露頂式平面定輪鋼閘門，根據(jù)閘墩的間距，閘門尺寸也分兩種，分別為8.0×5m和9.0×5m。閘門為雙主梁結(jié)構(gòu)，主梁截面為焊接工字型組合梁，閘門邊梁采用雙腹式箱型梁結(jié)構(gòu)；工作閘門的操作方式為動(dòng)水啟閉，可根據(jù)不同的入庫(kù)洪峰流量選擇不同開(kāi)度的開(kāi)啟。調(diào)度運(yùn)行方式為：當(dāng)水庫(kù)水位逼近383.30m時(shí)，開(kāi)啟八扇閘門（間隔開(kāi)啟），然后根據(jù)水庫(kù)水位的變化，靈活調(diào)度。此時(shí)水庫(kù)仍然維持在正常蓄水位附近運(yùn)行發(fā)電，允許部分消落；開(kāi)啟八扇閘門泄洪后，當(dāng)庫(kù)水位仍持續(xù)上升逼近383.50m時(shí)，再開(kāi)啟剩余八扇閘門及沖砂閘，此時(shí)電站停機(jī)。改造后的閘壩工作閘門啟閉機(jī)采用QP-2×160固定卷?yè)P(yáng)機(jī)，功率為11KW/臺(tái)，共16臺(tái)。啟閉設(shè)備的供電電源引自電站廠用電屏，通過(guò)埋設(shè)動(dòng)力電纜從電站廠房?jī)?nèi)部引至閘壩啟閉機(jī)總動(dòng)力箱，再由總動(dòng)力箱通過(guò)電纜分別引至各個(gè)啟閉機(jī)控制箱中，再引至啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)。

二、結(jié)語(yǔ)

本次碑沱水電站翻板壩技術(shù)改造工程總工期為4個(gè)月，在枯水期施工，工程于2012年1月初開(kāi)工，至4月底完成閘門安裝并調(diào)試完畢，5月底完工驗(yàn)收并投入運(yùn)行。翻板壩經(jīng)改造成閘壩后，有效避免了原先河道漂流物沖擊阻擋翻板壩造成損壞的問(wèn)題，且操作靈活，維護(hù)方便，自投入運(yùn)行以來(lái)情況良好，提高了水電站的綜合效益。

作者：楊逢春 馮濟(jì)緣 單位：臺(tái)州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院