三峽水利樞紐工程泄洪壩段共設(shè)23個泄洪深孔,每孔設(shè)置三道閘門:孔道進口上游壩面設(shè)置反鉤式檢修疊梁門;孔道中部設(shè)平板定輪事故閘門;孔道有壓段末端設(shè)弧形工作閘門?;¢T用擺缸式雙作用液壓啟閉機動水操作,單吊點,吊頭與弧門頂?shù)醵噙B,一門一機,啟閉容量為4 500/1 000 kN.事故閘門及檢修疊梁門由壩頂5 000 kN/2×630 kN門式起重機借助抓梁操作。
水庫運用條件決定了泄洪深孔具有孔數(shù)多,孔口尺寸大,水頭高和操作相對頻繁的特點,并由此決定了深孔為三峽樞紐正常泄洪的主要通道。
根據(jù)長江三峽洪水特點、樞紐布置及調(diào)度方式,深孔弧門有局部開啟的要求。水庫初期運行閘門操作水頭40~50 m(操作水位135~145 m)。永久運用期常見操作水頭50~60 m(操作水位145~155 m),更高水頭操作的機會較少,閘門多處于擋水狀態(tài)。
1 泄洪深孔體型及閘門布置方案研究
在初步設(shè)計階段圍繞深孔體型及其閘門止水布置方式進行了多種布置方案的比較,并根據(jù)泄洪壩段大壩結(jié)構(gòu)布置要求推薦采用孔道為有壓短管、工作門采用不突擴常規(guī)止水的弧形門布置方案。在1996年技術(shù)設(shè)計的金屬結(jié)構(gòu)專家審查會上專家們提出了很多意見和建議,并認(rèn)為“大壩泄洪深孔是三峽樞紐宣泄洪水的主要通道,流速近35 m/s,工作弧門啟閉頻繁,并有局部開啟要求,建議結(jié)合深孔摻氣減蝕措施研究弧門采用突擴門槽止水方案”。
隨后,結(jié)合深孔孔道水力學(xué)及壩體結(jié)構(gòu)分析,對孔道體形及閘門止水布置進行了多種方案的專題研究,并進行了水工模型試驗,集中研究門槽突擴突跌、跌坎摻氣等布置(對應(yīng)閘門止水采用液壓伸縮式和常規(guī)不突擴門槽止水)。試驗研究認(rèn)為突擴與不突擴方案各有優(yōu)缺點,突擴門槽對閘門止水布置較為有利,在水力學(xué)方面均可滿足設(shè)計要求,在實際工程中均有成功實例,減壓試驗表明門槽側(cè)擴不是空化源;但從工程實踐經(jīng)驗、運行條件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等方面仍有差異:
①從水力學(xué)角度,通過優(yōu)化體形的突擴門槽方案可以做到避免空化,但在側(cè)墻的水舌沖擊區(qū)存在不穩(wěn)定的壓力分布區(qū),流態(tài)復(fù)雜,如布置不當(dāng),可能使側(cè)壁水流沖擊區(qū)成為空化源,其整體水力學(xué)特性稍次于側(cè)壁水流平順的跌坎門槽;
②三峽深孔運用條件復(fù)雜,要求在135~175 m水位的各種工況條件下均取得較優(yōu)的水力學(xué)流態(tài),且多在低水位條件下運行,相比之下跌坎摻氣門槽方案對各種運行水頭適應(yīng)性較強;
③三峽泄洪大壩布置有三層泄洪及導(dǎo)流設(shè)施,壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而單薄,突擴門槽對壩體削弱較多。
綜合以上比較并在1998年8月由三峽總公司技術(shù)委員會組織的水工專家進行專題審查討論會審定采用跌坎摻氣門槽方案,跌坎高1.5 m.
2止水布置及試驗研究
三峽樞紐泄洪深孔運行期將歷經(jīng)施工導(dǎo)流期、初期發(fā)電運行期及永久運行期,工作水頭變幅在45~85 m之間變化,根據(jù)已審定的三峽深孔體型布置方案,并結(jié)合其運行的實際情況,經(jīng)過對國內(nèi)已建在建工程設(shè)計運行實踐的調(diào)查研究,選定深孔弧門采用不突擴的門槽體型,頂止水采用固定P型水封和轉(zhuǎn)鉸式防射水裝置,底側(cè)止水為常規(guī)預(yù)壓式。轉(zhuǎn)鉸式防射板止水布置在門楣頂部門槽埋件上,借助于不銹鋼片和上游庫水壓力推動止水元件繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,壓緊在經(jīng)過機加工的弧門面板上,以適應(yīng)閘門受水壓變形并達(dá)到封水目的。這種布置具有適應(yīng)變形能力強、結(jié)構(gòu)簡單、制造加工操作運行方便等特點。為適應(yīng)三峽各種運行水位,做到在低水位時不漏水,高水位時不致于將止水橡皮壓壞,在轉(zhuǎn)鉸止水上設(shè)置限位支承輪,以控制橡皮壓縮量,并起導(dǎo)向作用。由橡膠止水頭與面板接觸可以適應(yīng)面板的不平度,同時在頻繁操作的條件下可減少對面板防腐涂層的磨損,延長防腐壽命。另在閘門頂部設(shè)置1道蓋板式頂止水。以確保閘門在全關(guān)狀態(tài)的止水效果。側(cè)止水用方頭P型橡皮,摩擦面包四氟減少摩阻力。底部采用刀型橡皮,并與底坎垂直布置。
轉(zhuǎn)鉸止水與突擴門槽相比在中高水頭弧門運用中具有明顯優(yōu)勢:
①轉(zhuǎn)鉸止水較容易適應(yīng)閘門徑向變形量,且對閘門面板精度要求相對較低;
②結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,不需另外設(shè)置偏心鉸操作機構(gòu)或加壓控制設(shè)備等??纱蟠蠼档驮靸r和制作難度;
③孔道平順,水流條件較好,有利于高速水流的銜接。
水庫運用條件決定了泄洪深孔具有孔數(shù)多,孔口尺寸大,水頭高和操作相對頻繁的特點,并由此決定了深孔為三峽樞紐正常泄洪的主要通道。
根據(jù)長江三峽洪水特點、樞紐布置及調(diào)度方式,深孔弧門有局部開啟的要求。水庫初期運行閘門操作水頭40~50 m(操作水位135~145 m)。永久運用期常見操作水頭50~60 m(操作水位145~155 m),更高水頭操作的機會較少,閘門多處于擋水狀態(tài)。
1 泄洪深孔體型及閘門布置方案研究
在初步設(shè)計階段圍繞深孔體型及其閘門止水布置方式進行了多種布置方案的比較,并根據(jù)泄洪壩段大壩結(jié)構(gòu)布置要求推薦采用孔道為有壓短管、工作門采用不突擴常規(guī)止水的弧形門布置方案。在1996年技術(shù)設(shè)計的金屬結(jié)構(gòu)專家審查會上專家們提出了很多意見和建議,并認(rèn)為“大壩泄洪深孔是三峽樞紐宣泄洪水的主要通道,流速近35 m/s,工作弧門啟閉頻繁,并有局部開啟要求,建議結(jié)合深孔摻氣減蝕措施研究弧門采用突擴門槽止水方案”。
隨后,結(jié)合深孔孔道水力學(xué)及壩體結(jié)構(gòu)分析,對孔道體形及閘門止水布置進行了多種方案的專題研究,并進行了水工模型試驗,集中研究門槽突擴突跌、跌坎摻氣等布置(對應(yīng)閘門止水采用液壓伸縮式和常規(guī)不突擴門槽止水)。試驗研究認(rèn)為突擴與不突擴方案各有優(yōu)缺點,突擴門槽對閘門止水布置較為有利,在水力學(xué)方面均可滿足設(shè)計要求,在實際工程中均有成功實例,減壓試驗表明門槽側(cè)擴不是空化源;但從工程實踐經(jīng)驗、運行條件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等方面仍有差異:
①從水力學(xué)角度,通過優(yōu)化體形的突擴門槽方案可以做到避免空化,但在側(cè)墻的水舌沖擊區(qū)存在不穩(wěn)定的壓力分布區(qū),流態(tài)復(fù)雜,如布置不當(dāng),可能使側(cè)壁水流沖擊區(qū)成為空化源,其整體水力學(xué)特性稍次于側(cè)壁水流平順的跌坎門槽;
②三峽深孔運用條件復(fù)雜,要求在135~175 m水位的各種工況條件下均取得較優(yōu)的水力學(xué)流態(tài),且多在低水位條件下運行,相比之下跌坎摻氣門槽方案對各種運行水頭適應(yīng)性較強;
③三峽泄洪大壩布置有三層泄洪及導(dǎo)流設(shè)施,壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而單薄,突擴門槽對壩體削弱較多。
綜合以上比較并在1998年8月由三峽總公司技術(shù)委員會組織的水工專家進行專題審查討論會審定采用跌坎摻氣門槽方案,跌坎高1.5 m.
2止水布置及試驗研究
三峽樞紐泄洪深孔運行期將歷經(jīng)施工導(dǎo)流期、初期發(fā)電運行期及永久運行期,工作水頭變幅在45~85 m之間變化,根據(jù)已審定的三峽深孔體型布置方案,并結(jié)合其運行的實際情況,經(jīng)過對國內(nèi)已建在建工程設(shè)計運行實踐的調(diào)查研究,選定深孔弧門采用不突擴的門槽體型,頂止水采用固定P型水封和轉(zhuǎn)鉸式防射水裝置,底側(cè)止水為常規(guī)預(yù)壓式。轉(zhuǎn)鉸式防射板止水布置在門楣頂部門槽埋件上,借助于不銹鋼片和上游庫水壓力推動止水元件繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,壓緊在經(jīng)過機加工的弧門面板上,以適應(yīng)閘門受水壓變形并達(dá)到封水目的。這種布置具有適應(yīng)變形能力強、結(jié)構(gòu)簡單、制造加工操作運行方便等特點。為適應(yīng)三峽各種運行水位,做到在低水位時不漏水,高水位時不致于將止水橡皮壓壞,在轉(zhuǎn)鉸止水上設(shè)置限位支承輪,以控制橡皮壓縮量,并起導(dǎo)向作用。由橡膠止水頭與面板接觸可以適應(yīng)面板的不平度,同時在頻繁操作的條件下可減少對面板防腐涂層的磨損,延長防腐壽命。另在閘門頂部設(shè)置1道蓋板式頂止水。以確保閘門在全關(guān)狀態(tài)的止水效果。側(cè)止水用方頭P型橡皮,摩擦面包四氟減少摩阻力。底部采用刀型橡皮,并與底坎垂直布置。
轉(zhuǎn)鉸止水與突擴門槽相比在中高水頭弧門運用中具有明顯優(yōu)勢:
①轉(zhuǎn)鉸止水較容易適應(yīng)閘門徑向變形量,且對閘門面板精度要求相對較低;
②結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,不需另外設(shè)置偏心鉸操作機構(gòu)或加壓控制設(shè)備等??纱蟠蠼档驮靸r和制作難度;
③孔道平順,水流條件較好,有利于高速水流的銜接。