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马岭水利枢纽工程金属结构设计概述

摘要：本文对马岭水利枢纽工程金属结构的主要设计布置进行了叙述，对主要部位闸门、拦污栅及启闭机的选型布置、技术参数和结构设计的主要技术参数进行了详细描述。
关键词：马岭水利枢纽工程；金属结构；闸门；启闭机
DesignSummaryofHydraulicSteelStructuresforMalingWaterConservancyProject
LuXiudiSuXiaoyu
Abstract：Thispaperintroducedthedesignandlayoutofhydraulicsteelstructureformalingwaterconservancyproject，andintroducedthelayoutandtypeselection，technicalparametres，structuredesignofgatesandtrashracksandcorrespondinghoistsindetail.
Keywords：Malingwaterconservancyproject；hydraulicsteelstructure；gate；hoist
1工程概述
马岭水利枢纽工程位于贵州省黔西南州兴义市境内，坝址距下游马岭镇约3km，距兴义市约16km，距贵阳市约302km，是马别河干流梯级规划中的第9个梯级，流域控制面积1914km2，多年平均径流量13.5亿m3。马岭水库正常蓄水位1030m，死水位985m，总库容为1.29亿m3，正常蓄水位库容1.20亿m3，死库容0.128亿m3，兴利调节库容1.072亿m3。工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等。
根据水工枢纽布置，马岭水利枢纽工程金属结构设备由水源工程金属结构设备和供水灌溉工程金属结构设备两部分组成。其中水源工程金属结构设备包括泄水系统金属结构设备、右岸引水发电系统金属结构设备和施工导流系统金属结构设备等；供水灌溉工程金属结构设备包括右岸城市供水工程金属结构设备和左岸城乡供水工程金属结构设备等。全部工程共设置各类闸门（拦污栅）19扇、门（栅）槽20道、启闭设备17台套。
水源工程金属结构设备主要分为泄水系统、引水发电系统、施工导流系统三大部分。共设置各类闸门（拦污栅）15扇、门（栅）槽16道、启闭设备13台套。
供水灌溉工程金属结构设备主要分为右岸城市供水工程、左岸城乡供水工程两大部分。共设置各类闸门（拦污栅）4扇、门（栅）槽4道、启闭设备4台套。
2导流系统金属结构
根据施工导流布置，水源工程在大坝左岸共设置1条导流洞。导流洞进口设置1扇平面滑动封堵钢闸门。闸门选用1台固定卷扬式启闭机进行操作。
2.1导流洞封堵闸门及启闭设备
封堵闸门底槛高程为954.00m，检修平台高程为962.50m，共1扇。闸门的孔口尺寸为4m×5.5m，下闸后最高挡水水头为74m，闸门总水压力23051kN，考虑1.2的动力系数。闸门型为潜孔式平面滑动钢闸门，侧水封中心距为4.4m，封水高度为5.85m。操作条件为：通过配重动水闭门，动水启门（封堵时动水下闸的闭门水头为8m，考虑下闸封堵启门调整时的水位涌高及卡阻，动水启门水头为9m）。闸门采用单吊点，分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。面板、顶水封、侧水封及底水封均设在下游侧。闸门主支承采用钢基铜塑复合材料滑道，反向支承采用增强复合材料滑道，侧向支承采用槽内式简支式侧轮。
封堵闸门采用1台布置在972.00m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q2-轻，启闭容量为1000kN，起升高度10m。
3泄水系统金属结构
泄水建筑物采用坝身泄洪布置方式，由2个溢流表孔和1个泄洪兼放空底孔组成，各孔口以拱坝中心线为轴对称布置，表孔布置在底孔两侧。每年枯水期库水位持续低于溢流表孔堰顶高程的时间较少，不能满足溢流表孔工作闸门正常进行维护检修工作，故需在溢流表孔工作闸门前设检修闸门。
泄水系统金属结构包括2孔溢流表孔和1孔泄洪兼放空底孔的闸门及启闭设备。设有溢流表孔工作闸门2扇，检修闸门2扇；泄洪兼放空底孔工作闸门和事故闸门各1扇。
溢流表孔检修闸门分别采用一台固定卷扬式启闭机进行操作，共2台套。溢流表孔工作闸门分别采用1套双缸悬挂式液压启闭机进行操作，“一门一机”布置，共2台套。泄洪兼放空底孔事故闸门采用一台固定卷扬式启闭机进行操作。出口设置1扇工作闸门，闸门采用一台单缸摇摆式液压启闭机进行操作。
3.1溢流表孔检修闸门及启闭设备
溢流表孔检修闸门底槛高程为1022.00m，共2扇。闸门的孔口尺寸为10m×8.4m，设计水头为8m，闸门总水压力3474kN。闸门型为表孔式平面滑动闸门，侧水封中心距为10.34m，封水高度为8.4m。操作条件为：静水闭门，小开度提门充水平压后静水启门（启门水压差不大于2m）。闸门采用双吊点，吊点距为5.37m。闸门分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。面板、顶水封、侧水封及底水封均设在下游侧。闸门主支承采用钢基铜塑复合材料滑道，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时通过锁定梁锁定在1031.9m高程锁定梁轨道上，其检修维护也在该平台上进行。
每扇闸门分别采用1台布置在1043.40m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q1-轻，启闭容量为2×800kN，起升高度19m。
3.2溢流表孔工作闸门及启闭设备
溢流表孔工作门底槛高程为1021.90m，共2扇。孔口尺寸为10m×8.6m，设计水头8.6m，闸门为表孔弧形工作闸门。闸门采用双主横梁直支臂框架结构型式。支铰中心距底槛高度6.0m，面板弧面半径10.0m，考虑1.2的动力系数，总水压力4942kN，水压力方向与水平线夹角19.48°。操作条件为：动水启闭，可局部开启。闸门分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。闸门侧向支承采用简支式侧轮。支铰轴承采用球面自润滑轴承。
溢流表孔液压启闭机用于操作溢流表孔弧形工作闸门，为双缸悬挂式，液压机的电机、泵站及电气控制设备均安装于1032.30m高程的启闭机室内。溢流表孔弧形工作闸门采用“一机一站”方式驱动和控制，2孔工作闸门共设2套泵站设备。每套液压泵站设有2套液压泵电动机组，两者互为备用（一用一备）。液压机主要技术特性：最大启门力2×1250kN，最大工作行程3.65m，最大行程3.85m。
3.3泄洪兼放空底孔事故闸门及启闭设备
泄洪兼放空底孔事故闸门底槛高程为970.00m，共1扇。闸门的孔口尺寸为5m×7.55m，设计水头为61.89m，闸门总水压力24392kN，考虑1.1的动力系数。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为5.16m，封水高度为7.65m。操作条件为：动水闭门（闭门水头不大于60m），充水阀充水平压后静水启门（启门水压差不大于4m）。闸门采用单吊点，分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。面板、顶水封、侧水封及底水封均设在上游侧。闸门主支承采用定轮支承，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽内式简支式侧轮。闸门平时通过锁定梁锁定在1032.3m坝顶高程平台锁定梁轨道上，其检修维护也在该平台上进行。
闸门采用1台布置在1046.80m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q3-中，启闭容量为2000kN，起升高度64m。
3.4泄洪兼放空底孔工作闸门及启闭设备
泄洪兼放空底孔工作闸门底槛高程为970.00m，共1扇。孔口尺寸为5m×6.5m，设计水头61.89m，闸门为底孔弧形工作闸门。闸门采用双主横梁直支臂框架结构型式。支铰中心距底槛高度10.0m，面板弧面半径12.0m，考虑1.2的动力系数，总水压力32804kN，水压力方向与水平线夹角34.01°。操作条件为：动水启闭，可局部开启。闸门采用单吊点，分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。闸门侧向支承采用简支式侧轮。闸门顶水封为两道水封，一道门楣转铰水封，防止射流，一道门顶P型压盖水封。支铰轴承采用球面自润滑轴承。
泄洪兼放空底孔液压启闭机用于操作泄洪兼放空底孔弧形工作闸门，为摇摆式双作用液压启闭机，液压机的电机、泵站及电气控制设备均安装于989.50m高程的启闭机室内。泄洪兼放空底孔弧形工作闸门采用“一机一站”方式驱动和控制，1孔工作闸门共设1套泵站设备。每套液压泵站设有2套液压泵电动机组，两者互为备用（一用一备）。液压机主要技术特性：最大启门力3200kN，最大闭门力1600kN，最大工作行程9.4m，最大行程9.166m。
液压机采用1台布置在1005.00m高程平台的通用桥式起重机进行安装和检修。桥机工作级别为M4，启闭容量为750kN，起升高度16m。
4引水发电系统金属结构
金属结构设备主要设置在分层取水口进口以及尾水出口处。在进水口顺水流方向依次布置有共设有2扇拦污栅、1扇分层取水叠梁门、1扇事故闸门。进水口闸门及拦污栅均采用坝顶双向门机进行操作，双向门机大车沿进水口顺水流方向行走。尾水出口4孔尾水闸门槽分别设置1扇尾水闸门，共4扇，每扇尾水检修闸门分别由1台固定卷扬式启闭机操作，共4台套。
4.1引水发电系统进水口拦污栅及启闭设备
引水发电进水口拦污栅底槛高程为983.0m，共2扇。拦污栅孔口尺寸为3.7m×48.64m，设计水压差4m，拦污栅为直立、平面、滑动式，总水压力为7559kN。为监视拦污栅前后压差情况，防止压差过大影响机组出力及拦污栅损坏，在拦污栅前后设有压差计。拦污栅操作条件为：静水启闭，机械清污。拦污栅整体分为16节，拦污栅节与节之间采用铰轴连接固定。栅片净距70mm，栅片中心距80mm。拦污栅主支承采用复合材料滑道，反向支承采用钢滑块，侧向采用角钢限位。拦污栅平时通过拉杆锁定在1033.2m高程平台，其检修维护也在该高程平台上进行。
每扇拦污栅的启闭及清污通过布置在进水塔平台1033.2m高程上的双向门机进行。双向门机工作级别为Q3-中。双向门机主起升机构的启闭容量为1600kN，起升高度59m，轨上扬程9m。
4.2引水发电系统进水口分层取水叠梁门及启闭设备
引水发电系统进水口分层取水叠梁门底槛高程为983.00m，共1扇。闸门的孔口尺寸为7.2m×36m，设计水头为4m，取水深度11m。闸门型为平面滑动叠梁门，闸门叠数18叠，每叠闸门为1个制作及运输单元，每叠门高度为2m，闸门总水压力10742.4kN，单叠门总水压力596.8kN。闸门侧水封中心距为7.46m，总封水高度为36.0m。操作条件为：静水启闭（启门压差不大于4m）。闸门采用双吊点，吊点距为5.8m。面板、侧水封及底水封均设在下游侧。闸门主支承采用钢基铜塑复合材料滑道，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。
闸门共用坝顶双向门机主起升机构进行启闭。
4.3引水发电系统进水口事故闸门和启闭设备
引水发电进水口事故闸门底槛高程为983.00m，共1扇。闸门的孔口尺寸为4.2m×5.3m，设计水头为47m，闸门总水压力13142kN，考虑1.2的动力系数。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为4.36m，封水高度为5.4m。操作条件为：利用水柱动水闭门，充水阀充水平压后静水启门（启门水压差不大于4m）。闸门采用单吊点。闸门分为3个制作及运输单元，现场拼焊成一整体。顶水封、侧水封均设在下游侧，面板、底水封均设在上游侧。闸门主支承采用定轮支承，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时通过锁定梁锁定在1033.2m坝顶高程平台上，其检修维护也在该高程平台上进行。
闸门共用坝顶双向门机主起升机构进行启闭。
4.4引水发电系统1#、2#尾水检修闸门及启闭设备
引水发电系统1#、2#尾水检修闸门底槛高程为948.00m，共2扇。闸门的孔口尺寸为2.0m×2.5m，设计水头为17.68m。闸门总水压力952kN。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为2.1m，封水高度为2.64m。操作条件为：静水闭门，充水阀充水平压后静水启门（启门水压差不大于2m）。闸门采用单吊点，为1个制作及运输单元。面板、顶水封、侧水封及底水封均设在机组侧。闸门主支承采用钢基铜塑复合材料滑道，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时通过锁定梁锁定在968.0m尾水平台上，其检修维护也在该高程平台上进行。
每扇闸门分别采用1台布置在975.0m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q1-轻，启闭容量为160kN，起升高度23m。
4.5引水发电系统3#、4#尾水检修闸门及启闭设备
引水发电系统3#、4#尾水检修闸门底槛高程为948.00m，共2扇。闸门的孔口尺寸为3.0m×3.5m，设计水头为17.68m。闸门总水压力1945kN。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为3.2m，封水高度为3.65m。操作条件为：静水闭门，充水阀充水平压后静水启门（启门水压差不大于2m）。闸门采用单吊点，分为2个制作及运输单元。面板、顶水封、侧水封及底水封均设在机组侧。闸门主支承采用钢基铜塑复合材料滑道，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时通过锁定梁锁定在968.0m尾水平台上，其检修维护也在该高程平台上进行。
每扇闸门分别采用1台布置在976.0m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q1-轻，启闭容量为250kN，起升高度23m。
5右岸城市供水工程金属结构
右岸一级泵房布置于坝后，取水口布置在拱坝泄洪表孔右侧。右岸城市供水系统进口处沿顺水流方向分别布置有1扇拦污栅和1扇快速闸门。拦污栅选用1台固定卷扬式启闭机进行操作，快速闸门选用1台固定卷扬式快速启闭机进行操作。
5.1右岸城市供水工程取水口拦污栅及启闭设备
右岸城市供水工程取水口拦污栅底槛高程为981.5m，共1扇。拦污栅孔口尺寸3m×4m，设计水压差4m，拦污栅为直立、平面、滑动式，总水压力为568kN。为监视拦污栅前后压差情况，防止压差过大影响机组出力及拦污栅损坏，在拦污栅前后设有压差计。拦污栅操作条件为：静水启闭（启门压差不大于1m），提栅清污。拦污栅整体分为2节，拦污栅节与节之间采用铰轴连接固定。栅片净距50mm，栅片中心距66mm。拦污栅主支承采用复合材料滑道，反向支承采用钢滑块，侧向采用角钢限位。拦污栅平时通过拉杆锁定在1032.3m高程平台，其检修维护也在该高程平台上进行。
拦污栅采用1台布置在1040.3m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q1-轻，启闭容量为200kN，起升高度8m。
5.2右岸城市供水工程取水口快速闸门及启闭设备
右岸城市供水工程取水口快速闸门底槛高程为981.50m，共1扇。闸门的孔口尺寸为2m×2m，设计水头为50m，闸门总水压力2442kN，考虑1.1的动力系数。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为2.16m，封水高度为2.1m。操作条件为：利用水柱动水闭门，小开度提门200mm充水平压后静水启门（启门水压差不大于4m）。闸门采用单吊点，为1个制作及运输单元。顶水封、侧水封均设在下游侧，面板、底水封均设在上游侧。闸门主支承采用定轮支承，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时悬挂在孔口上方约1m处，通过拉杆锁定在1032.3m坝顶高程平台上，其检修维护也在该高程平台上进行。
闸门采用1台布置在1040.3m高程平台的固定卷扬式快速启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q3-中，启闭容量为1400kN，起升高度8m。
6左岸城乡供水工程金属结构
左岸一级泵站采用库内提水，库外设置地下泵站布置方式。进水口采用岸塔式布置，布置于坝前左岸。左岸泵站取水口进口处沿顺水流方向分别布置有1扇拦污栅和1扇事故闸门。拦污栅选用1台固定卷扬式启闭机进行操作，事故闸门选用1台固定卷扬式启闭机进行操作。
6.1左岸城乡供水工程取水口拦污栅及启闭设备
左岸城乡供水工程取水口拦污栅底槛高程为981.0m，共1扇。拦污栅孔口尺寸2.5m×4.5m，设计水压差4m，拦污栅为直立、平面、滑动式，总水压力为450kN。为监视拦污栅前后压差情况，防止压差过大影响机组出力及拦污栅损坏，在拦污栅前后设有压差计。拦污栅操作条件为：静水启闭，提栅清污。拦污栅整体分为2节，拦污栅节与节之间采用铰轴连接固定。栅片净距35mm，栅片中心距45mm。拦污栅主支承采用复合材料滑道，反向支承采用钢滑块，侧向采用角钢限位。拦污栅平时通过拉杆锁定在1033.2m高程平台，其检修维护也在该高程平台上进行。
拦污栅采用1台布置在1040.4m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q1-轻，启闭容量为200kN，起升高度8m。
6.2左岸城乡供水工程取水口事故闸门及启闭设备
左岸城乡供水工程取水口事故闸门底槛高程为981.00m，共1扇。闸门的孔口尺寸为2.5m×2.5m，设计水头为50m，闸门总水压力4141kN，考虑1.2的动力系数。闸门型为潜孔式平面定轮闸门，侧水封中心距为2.7m，封水高度为2.605m。操作条件为：利用配重动水闭门，小开度提门充水平压后静水启门（启门水压差不大于2m）。闸门采用单吊点，为1个制作及运输单元。面板、底水封、顶水封、侧水封均设在上游侧。闸门主支承采用定轮支承，反向支承采用反向弹性滑块，侧向支承采用槽外式简支式侧轮。闸门平时锁定在1033.2m坝顶高程平台上，其检修维护也在该高程平台上进行。
闸门采用1台布置在1040.4m高程平台的固定卷扬式启闭机进行操作。固定卷扬式启闭机工作级别为Q3-中，启闭容量为800kN，起升高度54m。
7涂装
7.1闸门防腐
所有闸门、拦污栅、锁定梁、拉杆等均采用热喷锌防腐蚀，所有门槽、门库埋件外露表面采用热喷锌防腐，埋入混凝土中的构件表面采用改性水泥浆防腐，不锈钢表面不作防腐。所有闸门、拦污栅和拉杆锁锭中的轮轴、铰轴、吊轴表面采用镀铬防腐。
7.2启闭机防腐
所有启闭设备的埋件埋入面采用水泥沙浆防腐，外露面采用涂料防腐。所有金属结构件和非配合的机械零部件的表面均采用涂料防腐；动滑轮轴和吊轴的配合表面采用镀铬防腐（第一层乳白铬0.05mm，第二层硬铬0.05mm）；自动抓梁及吊梁采用热喷锌防腐。
8结论
马岭水利枢纽工程金属结构的设计充分考虑工程特点和水工枢纽布置要求，根据相关规范布置设计各闸门及拦污栅，并根据各闸门及拦污栅的运行要求进行启闭机的选型配置。
参考文献：
[1]水利水电工程钢闸门设计规范，SL74-2013[S].
[2]水利水电工程启闭机设计规范，SL41-2011[S].
[3]《水电站金属结构设计手册》编写组.水电站机电设计手册（金属结构一）[M].北京：水利电力出版社，1988.
第一作者：卢修迪（1989—），男，贵州遵义人，工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计相关工作。

-全文完-