白梓桥水电站通航工程初步设计船闸通航方案金属结构设计布置简介

　　摘要:白梓桥水电站工程位于贵州省三都县境内的都柳江上游河段，水电站坝址位于三都县拉揽乡，距三都县城8km。本工程通航初步设计阶段推荐方案为船闸通航方案，船闸设计为有关批复文件中远期发展的最终规模Ⅴ级船闸规模，通航船舶最大吨级为300吨级，航道等级为Ⅴ级，通航船舶尺寸为55m×8.6m×1.3m(长×宽×吃水深度)(单船)，闸室有效尺寸为63m×12m×2.5m(长×宽×门槛水深)，通航水头为29.5m。简介本工程通航初步设计船闸通航方案各闸门、拦污栅及启闭机等金属结构设计和布置情况，并简述其特点。
　　关键词:贵州三都白梓桥水电站；通航初步设计船闸通航方案；金属结构设计布置
　　1概述
　　白梓桥水电站工程位于贵州省三都县境内的都柳江上游河段，水电站坝址位于三都县拉揽乡，距三都县城8km，水电站大坝左岸有321国道通过。白梓桥水电站为引水式电站，是以发电为主、兼顾养殖、旅游及航运等的水利水电工程。电站装机规模为10000kW，安装两台(1×6800kw+1×3200kw)水轮发电机组。坝顶高程386.5m，最大坝高30.5m，上游正常蓄水位和校核洪水位施工图阶段确定为384.5m，发电死水位为380m，溢洪道堰顶高程为369.5m，水库总库容992万m3，属小(一)型水库，工程等别为Ⅳ等。
　　本工程通航设计是在确保该电站主体工程发电的基础上，结合该电站的实际情况、所处地理位置和电站主体工程已完成了勘察设计工作及电站主体工程部分已进行了部分施工的情况下进行的设计。
　　本工程通航初步设计的推荐方案为船闸通航方案，船闸设计为有关批复文件中远期发展的最终规模Ⅴ级船闸规模，通航船舶最大吨级为300吨级，航道等级为Ⅴ级，通航船舶尺寸为55m×8.6m×1.3m(长×宽×吃水深度)(单船)，闸室有效尺寸为63m×12m×2.5m(长×宽×门槛水深)，通航水头为29.5m。
　　2船闸通航方案金属结构设备布置
　　根据船闸通航方案的布置需要，金属结构设备主要设置有上闸首检修闸门及其启闭设备；上闸首工作闸门及其启闭设备；下闸首上节工作闸门及其启闭设备；下闸首下节工作闸门及其启闭设备；下闸首检修闸门及其启闭设备；输水廊道进口及出口拦污栅；输水廊道充水及放水工作闸门及其启闭设备等。共有闸门9扇，门槽埋件9孔，拦污栅及其埋件各4套。各类启闭设备共9套：其中QPPYⅠ型平门液压式启闭机2套，平门卷扬式启闭机7套。为防止发生失火等事故，在船闸闸室左右侧墩上、启闭机房及集中操作控制室内均设置有消防泵，消防水枪、灭火器等消防设施。为防止船舶撞击下闸首工作闸门，在下闸首工作门前设置有防撞装置。
　　本船闸工程设置有集中远程电动操控系统，以便于所有设备均能够在中央控制室内进行集中操作和控制。
　　2.1上闸首检修闸门和工作闸门
　　根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中的规定，上游最高通航水位为上游的正常蓄水位384.50m，上游最低通航水位为上游死水位380m。底面高程为比上游最低通航水位低1.6倍的吃水深度(1.3m)，1.6×1.3m=2.08m，但最小不得小于2.5m的规定，上游底面高程确定为377.5m。
　　(1)上闸首检修闸门
　　上闸首检修闸门位于船闸闸室进口上游，孔口尺寸为12m×7.5m（宽×高，考虑0.5m的超高），设计水头为7m。检修闸门型式为露顶式平面定轮钢闸门。检修闸门底槛高程为377.5m。检修闸门的运行方式为静水启闭。启闭机选用一套型号规格为QPQ2×630kN-16m的平门卷扬式启闭机操作控制。该闸门平时处于开启状态，在下游的工作闸门及输水廊道的充水工作闸门等设施设备需要维护检修时静水闭门挡水。待维护检修完毕后，小开度提门充水平压，然后静水启门。根据《内河通航标准》(GB50139-2004)对通航净空的要求及规定，将检修闸门的检修平台高程设置为392.50m。本闸门设置有水位仪，便于监测闸门的运行，有利于闸门的安全运行与操作。
　　(2)上闸首工作闸门
　　上闸首工作闸门设于检修闸门的下游，船闸闸室的进口处。孔口尺寸为12m×7.5m（宽×高，考虑0.5m的超高），设计水头为7m。该闸门型式为露顶式平面定轮钢闸门。工作闸门底槛高程为377.5m。根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中船闸严禁泄洪的规定及闸室的运行情况等，为节约工程量及投资减少启闭机容量等因素，确定该工作闸门的运行方式为静水启闭。该闸门通过设置于闸室侧墙内的输水廊道充水的方式进行平压后启闭闸门。该工作闸门承担船舶进出船闸的主要工作，启闭设备选用一套型号规格为QPPYⅠ2×800kN-16m型平门液压式启闭机操作控制。
　　当船舶需从大坝上游航行至大坝下游时，先打开输水廊道上的充水工作闸门，通过设置于闸室侧墙内的输水廊道对闸室内进行充水(此时下闸首工作闸门及输水廊道放水工作闸门为关闭挡水状态)，当闸室内的水位和闸室上游的水位相等后，静水开启该上闸首工作闸门，让上游船舶驶入闸室内，然后静水关闭该闸门，关闭输水廊道充水工作闸门，再打开输水廊道放水工作闸门放水，当闸室内水位同闸室下游水位相等后，即可打开下闸首工作闸门，让船舶航行至下游。
　　当船舶需从大坝下游航行至大坝上游时，该上闸首工作闸门先为关闭状态，下游船舶进入闸室后，关闭下闸首工作闸门(此时输水廊道放水工作闸门为关闭挡水状态)，打开输水廊道充水工作闸门对闸室进行充水，当闸室内水位和闸室上游水位相等后，即可打开该上闸首工作闸门，让船舶航行至大坝上游。根据《内河通航标准》(GB50139-2004)对通航净空的要求及规定，将该工作闸门检修平台高程设置为392.50m。为保证船舶安全通航和闸室结构的安全，及该闸门的安全操作与运行，需通过开启输水廊道充水工作闸门充水，使得闸室内的水位和闸室上游的水位相等后，该闸门才能够在静水中开启或关闭。本闸门设置有水位仪及闸门开度仪，便于监测闸门的运行，有利于船舶过航及闸门的安全运行与操作。
　　2.2下闸首工作闸门和检修闸门
　　根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中的规定，下游最低通航水位为白梓桥水电站的下游梯级水电站柳叠水电站的死水位，根据《贵州省都柳江干流水电开发规划报告》(修编)资料，柳叠水电站的死水位为355m，则下游最低通航水位为355m，因该河流为山区性河流，根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中的说明，为节约下游引航道的工程量和投资，下游最高通航水位采用3年的洪水重现期，则下游最高通航水位为367.17m(P=33.3%)，下游底面高程为比下游最低通航水位低2.08m(1.6×1.3m(吃水深度))和2.5m(强制性规定的最小值)两者中的大值，下游底面高程确定为352.5m。
　　(1)下闸首工作闸门
　　下闸首工作闸门设置于船闸闸室的出口处。下游最高通航水位为367.17m，下游最低通航水位为柳叠水电站的死水位355m。底面高程为352.5m。则闸门的孔口尺寸为12m×32.5m（宽×高，考虑0.5m的超高），由于孔口高度尺寸过大，故考虑将闸门分为上、下2节闸门，上节闸门孔口尺寸为12m×16.5m（宽×高，考虑0.5m的超高），设计水头为16m。闸门型式为露顶式平面滑动钢闸门。根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中船闸严禁泄洪的规定，及闸室的运行情况等，为节约工程量和投资减少启闭机容量等因素，确定该工作闸门的运行方式为静水启闭。该闸门通过设置于闸室侧墙内的输水廊道放水的方式进行平压后启闭闸门。该工作闸门承担船舶进出船闸的主要工作，启闭设备选用一套型号规格为QPPYⅠ2×1600kN-18.5m型平门液压式启闭机操作控制。当船舶需要过航时，若下游的通航水位较低，只开启下闸首下节工作闸门即能满足通航净空要求时，该闸门为关闭状态，不需要开启。若下游的通航水位较高，只开启下闸首下节工作闸门不能满足通航净空要求时，该闸门需要开启，以满足船舶通航的净空要求。为保证船舶安全通航和闸室、引航道等结构的安全，及该闸门的安全操作与运行，需通过开启输水廊道放水工作闸门放水，使得闸室内的水位和闸室下游的水位相等后，该闸门才能够在静水中开启或关闭。本闸门设置有水位仪及闸门开度仪与下节工作闸门共用，便于监测闸门的运行，有利于船舶的过航及闸门的安全运行与操作。
　　下闸首下节工作闸门的孔口尺寸为12m×16.5m（宽×高），设计水头为32m。该闸门的型式为潜孔式平面滑动钢闸门。根据《内河通航标准》GB50139-2004及《船闸总体设计规范》JTJ305-2001中船闸严禁泄洪的规定，及闸室的运行情况等，为节约工程量和投资减少启闭机容量等因素，确定该工作闸门的运行方式为静水启闭。该闸门通过设置于闸室侧墙内的输水廊道放水的方式进行平压后启闭闸门。该工作闸门承担船舶进出船闸的主要工作，启闭设备选用一套型号规格为QPG2×2000kN-38m的平门高扬程卷扬式启闭机操作控制。当船舶需从大坝上游航行至大坝下游时，该工作闸门先在静水中关闭，上游船舶进入闸室后关闭上闸首工作闸门，然后打开输水廊道放水工作闸门放水(此时输水廊道充水工作闸门已经关闭挡水)，当闸室内水位同闸室下游水位相等后，即可在静水中打开本工作闸门，让船舶航行至下游；当船舶需从大坝下游航行至大坝上游时，本工作闸门先为开启状态(此时上闸首工作闸门及输水廊道充水工作闸门为关闭挡水状态)，下游船舶进入闸室后，关闭本工作闸门，打开输水廊道充水工作闸门对闸室进行充水(此时输水廊道放水工作闸门已经关闭挡水)，当闸室内水位和上游水位相等后，即可打开上闸首工作闸门，让船舶航行至大坝上游。为保证船舶安全通航和闸室、引航道等结构的安全，及该闸门的安全操作与运行，需通过开启输水廊道放水工作闸门放水，使得闸室内的水位和闸室下游的水位相等后，该闸门才能够在静水中开启或关闭。本闸门设置有水位仪及闸门开度仪与上节工作闸门共用，便于监测闸门的运行，有利于船舶过航及闸门的安全运行与操作。
　　(2)下闸首检修闸门
　　为满足下闸首工作闸门及输水廊道放水工作闸门的维护检修要求，在下闸首工作闸门的下游设置1扇下闸首检修闸门，为方便维护检修和维护检修的安全可靠，下闸首检修闸门的挡水水位考虑为本水电站的厂房最高尾水位和下游水电站柳叠水电站的正常蓄水位两者之中的大值，根据业主及本水电站施工图设计单位所提供的资料，本水电站的厂房最高尾水位为362m，根据《贵州省都柳江干流水电开发规划报告》(修编)资料，柳叠水电站的正常蓄水位为357.20m。故确定下闸首检修闸门的最高挡水水位为362m。则下闸首检修闸门的孔口尺寸为12m×10m（宽×高，考虑0.5m的超高），设计水头为9.5m。检修闸门的型式为露顶式平面定轮钢闸门。检修闸门底槛高程为352.5m。该检修闸门的运行方式为静水启闭。启闭机选用一套型号规格为QPG2×630kN-35m的平门高扬程卷扬式启闭机操作控制。该闸门平时处于开启状态，在下闸首工作闸门及输水廊道放水工作闸门等设施设备需要维护检修时静水闭门挡水。待维护检修完毕后，小开度提门充水平压，然后静水启门。本闸门设置有水位仪，便于监测闸门的运行，有利于闸门的安全运行与操作。
　　2.3输水廊道充水和放水工作闸门
　　(1)输水廊道充水工作闸门
　　输水廊道充水工作闸门设置在输水廊道的前部，位于上闸首检修闸门之后、工作闸门之前的侧墩内。为方便该闸门的维护检修，进水管道的进口设置在上闸首检修闸门之后，工作闸门之前。该充水工作闸门共有2扇，即左右输水廊道各设置1扇。每扇充水工作闸门的孔口尺寸为1.2m×1.2m（宽×高），设计水头为7m。该闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门。为考虑该闸门在低水头下的止水效果，该闸门采用上游面板、上游止水的形式，采用加重块加重的方式闭门。该工作闸门的运行方式为动水启闭。该工作闸门承担闸室充水的主要工作，每扇工作闸门启闭设备选用1套型号规格为QPG125kN-16m的平门高扬程卷扬式启闭机操作控制，2扇工作闸门共设置2套启闭机。当需要闸室内的水位同闸室上游的水位相等(开启或关闭上闸首工作闸门，或船舶进入闸室需要从大坝下游航行至大坝上游)时，开启该充水工作闸门对闸室进行充水(此时下闸首工作闸门及输水廊道放水工作闸门为关闭挡水状态)，平时处于关闭状态。该充水工作闸门需要维护检修时，将上闸首检修闸门关闭挡水即可进行维护检修操作。本闸门设置有水位仪及闸门开度仪，便于监测闸门的运行，有利于船舶过航及闸门的安全运行与操作。
　　(2)输水廊道放水工作闸门
　　输水廊道放水工作闸门设置在输水廊道的尾部，位于闸室尾部、下闸首工作闸门之前的侧墩内，为方便该闸门的维护检修，放水管道的出口设置在下闸首工作闸门之后，下闸首检修闸门之前。该放水工作闸门共有2扇，即左右输水廊道各设置1扇。每扇放水工作闸门的孔口尺寸为1.2m×1.2m（宽×高），设计水头为35m。该闸门的型式为潜孔式平面定轮钢闸门。为考虑该闸门在低水头下的止水效果，该闸门采用上游面板、上游止水的形式，采用加重块加重的方式闭门。该工作闸门的运行方式为动水启闭。该工作闸门承担闸室放水的主要工作，每扇工作闸门的启闭设备选用1套型号规格为QPG400kN-39m的平门高扬程卷扬式启闭机操作控制，2扇工作闸门共设置2套启闭机。当需要闸室内的水位同闸室下游的水位相等(开启或关闭下闸首工作闸门，或船舶进入闸室需要从大坝上游航行至大坝下游)时，开启该放水工作闸门对闸室进行放水(此时上闸首工作闸门及输水廊道充水工作闸门为关闭挡水状态)，平时处于关闭状态。该放水工作闸门需要维护检修时，将下闸首检修闸门关闭挡水，即可进行维护检修的操作。本闸门设置有水位仪及闸门开度仪，便于监测闸门的运行，有利于船舶的过航及闸门的安全运行与操作。
　　2.4输水廊道进口及出口拦污栅
　　为避免较大的污物进入输水廊道，保证输水廊道的安全正常运行，输水廊道充水及放水工作闸门的进口及出口处各设置1套拦污栅，拦污栅的孔口尺寸为1.2m×1.2m（宽×高），设计水头为3m。拦污栅的型式为平面直立固定式拦污栅，考虑维护检修或更换的方便，采用螺栓连接的方式将该拦污栅固定在孔口上，为方便螺栓连接，在孔口处设置预埋件。当该拦污栅需要维护检修或更换时，拆卸连接螺栓零部件，采用临时启吊设备启吊。拦污栅设置有水位仪与充、放水工作闸门共用，以监测拦污栅拦截污物情况，避免拦污栅前后水位差超过设计值，确保拦污栅的安全运行。
　　3结束语
　　白梓桥水电站通航初步设计推荐方案为船闸通航方案，本通航初步设计从2008年4月底到白梓桥水电站现场进行实地踏勘，业主单位于2008年5月提供原水电站部分设计基础资料后开始进行设计工作，至2008年8月最终完成，其间经过航运管理部门组织的专家和领导们的几次审查会议后进行了相应的设计修改及相关基础资料的收集完善和设计补充完善等工作，已于2008年9月8日取得贵州省交通厅印发的交通行政许可决定书，本通航设计获得了交通行政主管部门的审批同意。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　白梓桥水电站通航工程初步设计船闸通航方案金属结构设计布置图