三峡泄洪深孔弧形工作门结构及水封型式研究.doc

1 三峡泄洪深孔弧形工作门结构及水封型式研究摘要: 三峡枢纽泄洪深孔弧形工作门是三峡枢纽最重要的泄洪控制设备, 弧形工作门及其水封型式的设计经过国内已建工程运行实践的调查研究及选定方案的科研试验, 最终选定了主纵梁式弧形门结构,水封型式为转铰式顶止水。本文概述了闸门结构布置、水封型式设计特点及模型试验研究成果。关键词:深孔弧门水封结构设计三峡枢纽三峡水利枢纽工程泄洪坝段共设 23 个泄洪深孔, 每孔设置三道闸门:孔道进口上游坝面设置反钩式检修叠梁门; 孔道中部设平板定轮事故闸门; 孔道有压段末端设弧形工作闸门。弧门用摆缸式双作用液压启闭机动水操作, 单吊点,吊头与弧门顶吊耳相连,一门一机, 启闭容量为 4500/1000kN 。事故闸门及检修叠梁门由坝顶 5000kN/2 × 630kN 门式起重机借助抓梁操作。水库运用条件决定了泄洪深孔具有孔数多,孔口尺寸大, 水头高和操作相对频繁的特点, 并由此决定了深孔为三 2 峡枢纽正常泄洪的主要通道。根据长江三峡洪水特点、枢纽布置及调度方式,深孔弧门有局部开启的要求。水库初期运行闸门操作水头 40~ 50m ( 操作水位 135 ~ 145m )。永久运用期常见操作水头 50~ 60m (操作水位 145 ~ 155m ) ,更高水头操作的机会较少,闸门多处于挡水状态。 1 泄洪深孔体型及闸门布置方案研究在初步设计阶段围绕深孔体型及其闸门止水布置方式进行了多种布置方案的比较, 并根据泄洪坝段大坝结构布置要求推荐采用孔道为有压短管、工作门采用不突扩常规止水的弧形门布置方案。在 1996 年技术设计的金属结构专家审查会上专家们提出了很多意见和建议, 并认为“大坝泄洪深孔是三峡枢纽宣泄洪水的主要通道,最大流速近 35m/s ,工作弧门启闭频繁, 并有局部开启要求, 建议结合深孔掺气减蚀措施研究弧门采用突扩门槽止水方案”。随后,结合深孔孔道水力学及坝体结构分析,对孔道体形及闸门止水布置进行了多种方案的专题研究, 并进行了水工模型试验, 集中研究门槽突扩突跌、跌坎掺气等布置(对应闸门止水采用液压伸缩式和常规不突扩门槽止水)。试验研究认为突扩与不突扩方案各有优缺点, 突扩门槽对闸门止水布置较为有利,在水力学方面均可满足设计要求,在实际工程中均有成功实例, 减压试验表明门槽侧扩不是空化 3 源; 但从工程实践经验、运行条件、结构复杂程度等方面仍有差异: ①从水力学角度,通过优化体形的突扩门槽方案可以做到避免空化, 但在侧墙的水舌冲击区存在不稳定的压力分布区, 流态复杂, 如布置不当, 可能使侧壁水流冲击区成为空化源,其整体水力学特性稍次于侧壁水流平顺的跌坎门槽; ②三峡深孔运用条件复杂,要求在 135 ~ 175m 水位的各种工况条件下均取得较优的水力学流态, 且多在低水位条件下运行, 相比之下跌坎掺气门槽方案对各种运行水头适应性较强; ③三峡泄洪大坝布置有三层泄洪及导流设施,坝体结构复杂而单薄,突扩门槽对坝体削弱较多。综合以上比较并在 199 8年8 月由三峡总公司技术委员会组织的水工专家进行专题审查讨论会审定采用跌坎掺气门槽方案,跌坎高 。 2 止水布置及试验研究三峡枢纽泄洪深孔运行期将历经施工导流期、初期发电运行期及永久运行期,工作水头变幅在 45~ 85m 之间变化, 根据已审定的三峡深孔体型布置方案,