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导流底孔闸门及启闭机1-5号优化方案

【摘要】:由于1号~5号导流底孔顶部导流缺口高程为280.00m,导流初期底孔和缺口双层过流,不具备设置弧形闸门的条件,封堵闸门只能采用平板门。1号~5号导流底孔每孔进口处设置1扇封堵闸门,为尽量减小闸门孔口尺寸,初期方案将门槽布置在进口喇叭口收缩段后的方孔处,其孔口尺寸为10.0m×14.0m(宽×高),底板高程为260.0m,闸门动水操作水头为39.14m,最高挡水水位357.000m,最高挡水水头97.0m。

由于1号~5号导流底孔顶部导流缺口高程为280.00m,导流初期底孔和缺口双层过流,不具备设置弧形闸门的条件,封堵闸门只能采用平板门。1号~5号导流底孔每孔进口处设置1扇封堵闸门,为尽量减小闸门孔口尺寸,初期方案将门槽布置在进口喇叭口收缩段后的方孔处,其孔口尺寸为10.0m×14.0m(宽×高),底板高程为260.0m,闸门动水操作水头为39.14m,最高挡水水位357.000m,最高挡水水头97.0m。

闸门采用平面滑动闸门,上游面板、上游底止水、下游顶侧止水,利用水柱下门。由于下闸水头与最高挡水水头相差较大,需要找到一种闸门的支承材料及形式,既有较小的摩擦系数以降低闸门下闸时的启闭容量,又有较高的承压能力以满足最高挡水水头时的支承。为此,经过多方比较考虑采用高强度钢基铜塑复合材料滑道,其最大摩擦系数不大于0.1,许用线荷载达80kN/cm。

因受到建筑物的限制,闸门安装平台狭小,为减少闸门现场的拼装工作量,特别是避免现场焊接工作,以保证闸门整体拼装后的质量,闸门的各节门叶采用销轴连成整体的连接方式,使闸门的拼装工作,既能有效保证闸门整体拼装质量,又能缩短安装工期。

由于导流底孔导流期长达4年,导流初期门槽顶部280.00m高程以上还要过流,后期汛期最大水头高达78.57m(P=1%),因此,为防止导流期间水流对封堵门槽的影响,需采取有效的措施。设计可考虑采用Ⅰ型门槽设置槽塞保护,这一方式在许多水电工程中已应用,实际效果不错,但针对向家坝工程情况,考虑到2012年汛期封堵闸门拼装前槽塞将提出,要经历一段汛期,门槽得不到保护,而对于Ⅰ型门槽体型其门槽处水流条件又相对较差,因此,决定采用水流条件较好的Ⅱ型门槽,并且门槽范围采用整体门槽埋件。

2012年汛期上游水位达到324.115m(P=10%),因此封堵闸门安装平台高程设于325.00m。

封堵闸门启闭采用固定卷扬式启闭机,每孔设置一台,布置在闸门安装平台上部混凝土排架上,排架顶部平台高程为350.00m。

由于孔口尺寸较大,闸门动水操作水头较高,启闭机容量需考虑到下闸时可能遇到的意外情况,封堵闸门在下闸水头可动水启门,启闭容量为2×8000kN,启闭扬程为68.0m。

方案设计的同时,进行了门槽水力学模型试验,从试验结果得出:由于存在门槽门井的串流,在初期上游水位303.560m时已导致门槽下游胸墙后部孔顶发生初始空化,而后期汛期和下闸封堵期上游水位将达到338.570m和329.570m,其空化发展将不可避免。

为解决门槽井串流所带来的门槽空化问题,经过充分的论证分析,对进口段结构型式和门槽布置作较大的调整和优化:进口桩号不变,形成明段导墙,边墙圆弧过渡;取消门槽上游的胸墙,门槽处在明流段,顶曲线移至门槽下游,这样布置有利于底孔的泄流能力提高及泄流条件改善,不会出现空蚀、负压现象,又可解决门槽串流问题。优化后方案的试验结果也表明:结构型式和门槽布置是合适的,在各种运行工况下,水流流态较好,没有空化发生。

通过优化设计,虽然较好地解决了门槽水力学问题,但使得闸门孔口尺寸加大到10.0m×21.4m(宽×高),闸门启闭容量增加至2×9500kN,排架顶部平台高程也相应升高到357.000m。其总体布置如图1所示。