水电站翻板坝改造工程方案设计探析

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一、翻板坝改造工程

1．改造原因

碑沱水电站于2010年6月通过蓄水验收，并开始投入正常运行。2010年7月东河发生大洪水，最大洪峰流量Q=12,260m3/s，超过百年一遇（百年一遇Q=11,700m3/s）。洪水过后翻板闸门损坏严重，导致电站无法正常发电，直到2011年初才修复完毕再次投入正常运行，期间造成发电损失，以及额外的修复费用。2011年7月东河再次发生大洪水，最大洪峰流量Q=9,160m3/s，将近三十年一遇（三十年一遇Q=9,368m3/s），翻板闸门再次遭受严重损坏，期间造成发电损失。翻板闸门损坏后对设计、施工和运行等方面进行了分析，其损坏原因主要如下：

（1）该电站所处的河流属于山区河流，洪水存在陡涨陡落，流量大、流速高，泄洪时根据翻板门的工作原理板门翻起后的上部和下部均过流；水流在门板下部通过时形成真空产生脉动，在脉动作用及水流冲击下使固定门的支腿不停的拍打撞击支墩；水位越高，则作用于门板上的荷载越大；流速越大，产生的脉动频率越高；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击支墩使翻板门损坏。

（2）由于山区河流漂浮物较多，流漂浮物过坝时，容易卡住连杆，破坏液压油缸油管，使翻板门不能正常工作而导致翻板门损坏。基于上述这种情况，为确保水库安全运行，发挥工程应有的效益，对翻板坝工程进行技术改造是十分必要的。

2．改造方案

现状碑沱水电站枢纽工程采用翻板坝雍水，河床式厂房引水发电。从左到右依次布置河床式发电厂房、过船闸（冲砂闸）和翻板坝等建筑物，枢纽总长229.22m。要求仅对翻板坝段进行技术改造，对发电厂房和过船闸（冲砂闸）不做改动，改造后枢纽总长仍为229.22m。初定以原有翻板坝溢流坝体为基础，在顶部设计闸室结构，将翻板坝改造成闸坝形式。相对于翻板坝，闸坝具有：技术成熟、应用广泛、操作灵活等优点。针对工程实际情况，按照闸坝过流孔数8孔和16孔两种设计改造方案进行比选，经多方比较后，从设计和施工的角度来看过流孔数设计为16孔比8孔要相对合理，且工程总投资也较少，故采用过流孔数为16孔的闸坝改造方案。方案具体设计如下：凿除原翻板坝支墩，堰体保持原状，改造后坝段总长度仍为162.20m。改造后闸坝主要由溢流坝体、闸墩、启闭排架及平板闸门组成。闸坝孔数16孔，设16扇工作闸门（其中8m孔口14扇，9m孔口2扇）。平时工作闸门下闸蓄水，水库水位维持在正常蓄水位383.00m运行，入库流量通过水轮机（发电）下泄。当水库水位逼近383.30m时，泄洪闸坝工作闸门开始开闸泄洪，当水库水位仍持续上升逼近383.50m时，泄洪闸坝工作闸门全部提起泄洪。翻板坝改造总平面图如图一所示，其中一～五联，即1～10#、13～16#闸孔净宽8m，11～12#闸孔净宽9m，总泄流宽度为130m。根据闸孔的宽度不同，闸墩间距分8m和9m两种，闸墩分边墩和中墩，其中边墩宽度为1.2m，中墩宽度为1.6m，闸墩的顶高程为386.00m，顺水流方向长度为10.00m。闸墩头部均采用流线型，尾部均采用半圆形或1/4圆形，底部基础溢流面砼需凿除至基础钢筋网，并设锚筋加固。工作闸门门槽深度均为0.45m，宽度均为0.8m。启闭排架由排架柱和纵横连系梁组成，启闭平台高程为399.50m，宽6.0m。排架柱断面尺寸为0.8×1.5m，横向连系梁尺寸为0.6×1.2m（宽×高），纵向连系梁尺寸为0.6×1.0m（宽×高），启闭平台和检修平台楼板的厚度均为0.2m。工作闸门为露顶式平面定轮钢闸门，根据闸墩的间距，闸门尺寸也分两种，分别为8.0×5m和9.0×5m。闸门为双主梁结构，主梁截面为焊接工字型组合梁，闸门边梁采用双腹式箱型梁结构；工作闸门的操作方式为动水启闭，可根据不同的入库洪峰流量选择不同开度的开启。调度运行方式为：当水库水位逼近383.30m时，开启八扇闸门（间隔开启），然后根据水库水位的变化，灵活调度。此时水库仍然维持在正常蓄水位附近运行发电，允许部分消落；开启八扇闸门泄洪后，当库水位仍持续上升逼近383.50m时，再开启剩余八扇闸门及冲砂闸，此时电站停机。改造后的闸坝工作闸门启闭机采用QP-2×160固定卷扬机，功率为11KW/台，共16台。启闭设备的供电电源引自电站厂用电屏，通过埋设动力电缆从电站厂房内部引至闸坝启闭机总动力箱，再由总动力箱通过电缆分别引至各个启闭机控制箱中，再引至启闭机电动机。

二、结语

本次碑沱水电站翻板坝技术改造工程总工期为4个月，在枯水期施工，工程于2012年1月初开工，至4月底完成闸门安装并调试完毕，5月底完工验收并投入运行。翻板坝经改造成闸坝后，有效避免了原先河道漂流物冲击阻挡翻板坝造成损坏的问题，且操作灵活，维护方便，自投入运行以来情况良好，提高了水电站的综合效益。

作者：杨逢春 冯济缘 单位：台州市水利水电勘测设计院