水電站翻板壩改造工程方案設計探析

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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月通過蓄水驗收，并開始投入正常運行。2010年7月東河發生大洪水，最大洪峰流量Q=12,260m3/s，超過百年一遇（百年一遇Q=11,700m3/s）。洪水過后翻板閘門損壞嚴重，導致電站無法正常發電，直到2011年初才修復完畢再次投入正常運行，期間造成發電損失，以及額外的修復費用。2011年7月東河再次發生大洪水，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重損壞，期間造成發電損失。翻板閘門損壞后對設計、施工和運行等方面進行了分析，其損壞原因主要如下：

（1）該電站所處的河流屬于山區河流，洪水存在陡漲陡落，流量大、流速高，泄洪時根據翻板門的工作原理板門翻起后的上部和下部均過流；水流在門板下部通過時形成真空產生脈動，在脈動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，產生的脈動頻率越高；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）由于山區河流漂浮物較多，流漂浮物過壩時，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致翻板門損壞。基于上述這種情況，為確保水庫安全運行，發揮工程應有的效益，對翻板壩工程進行技術改造是十分必要的。

2．改造方案

現狀碑沱水電站樞紐工程采用翻板壩雍水，河床式廠房引水發電。從左到右依次布置河床式發電廠房、過船閘（沖砂閘）和翻板壩等建筑物，樞紐總長229.22m。要求僅對翻板壩段進行技術改造，對發電廠房和過船閘（沖砂閘）不做改動，改造后樞紐總長仍為229.22m。初定以原有翻板壩溢流壩體為基礎，在頂部設計閘室結構，將翻板壩改造成閘壩形式。相對于翻板壩，閘壩具有：技術成熟、應用廣泛、操作靈活等優點。針對工程實際情況，按照閘壩過流孔數8孔和16孔兩種設計改造方案進行比選，經多方比較后，從設計和施工的角度來看過流孔數設計為16孔比8孔要相對合理，且工程總投資也較少，故采用過流孔數為16孔的閘壩改造方案。方案具體設計如下：鑿除原翻板壩支墩，堰體保持原狀，改造后壩段總長度仍為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16孔，設16扇工作閘門（其中8m孔口14扇，9m孔口2扇）。平時工作閘門下閘蓄水，水庫水位維持在正常蓄水位383.00m運行，入庫流量通過水輪機（發電）下泄。當水庫水位逼近383.30m時，泄洪閘壩工作閘門開始開閘泄洪，當水庫水位仍持續上升逼近383.50m時，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，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，順水流方向長度為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，底部基礎溢流面砼需鑿除至基礎鋼筋網，并設錨筋加固。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），啟閉平臺和檢修平臺樓板的厚度均為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。閘門為雙主梁結構，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構；工作閘門的操作方式為動水啟閉，可根據不同的入庫洪峰流量選擇不同開度的開啟。調度運行方式為：當水庫水位逼近383.30m時，開啟八扇閘門（間隔開啟），然后根據水庫水位的變化，靈活調度。此時水庫仍然維持在正常蓄水位附近運行發電，允許部分消落；開啟八扇閘門泄洪后，當庫水位仍持續上升逼近383.50m時，再開啟剩余八扇閘門及沖砂閘，此時電站停機。改造后的閘壩工作閘門啟閉機采用QP-2×160固定卷揚機，功率為11KW/臺，共16臺。啟閉設備的供電電源引自電站廠用電屏，通過埋設動力電纜從電站廠房內部引至閘壩啟閉機總動力箱，再由總動力箱通過電纜分別引至各個啟閉機控制箱中，再引至啟閉機電動機。

二、結語

本次碑沱水電站翻板壩技術改造工程總工期為4個月，在枯水期施工，工程于2012年1月初開工，至4月底完成閘門安裝并調試完畢，5月底完工驗收并投入運行。翻板壩經改造成閘壩后，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題，且操作靈活，維護方便，自投入運行以來情況良好，提高了水電站的綜合效益。

作者：楊逢春 馮濟緣 單位：臺州市水利水電勘測設計院