铜场水库金属结构布置和设计

邓雪松 姜永健

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆 乌鲁木齐 830000）

铜场水库金属结构布置和设计

邓雪松 姜永健

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆 乌鲁木齐 830000）

铜场水库所在河段河水泥沙含量大，悬移质含沙量达5.27 kg/m3。因此，泥沙是困扰工程正常运行的难题。本文介绍了铜场水库的工程概况和金属结构的布置和设计，及金属结构如何采用新材料、新技术以缓解这一问题。

金属结构；转铰式水封；设备布置；新材料

0 工程概况

铜场水库位于新疆阿克苏地区库车县境内，在库车河中游河段的尾部，坝址南距库车县城约25km。水库坝址以上流域面积2946km2，坝址断面多年平均径流量3.77亿m3。水库总库容为6560万m3，灌溉面积37.08万亩。铜场水库是库车河控制性骨干调蓄工程，具有防洪、灌溉、生态等综合效益。水库建成后，可将库车河的防洪标准从现状的约5年一遇洪水，提高到100年一遇，使库车乡村、城市、交通、大中型企业的防洪要求达到国家防洪标准，是解决库车防洪最有效也是最根本的措施；通过本工程调节供水，将使库车工农业用水得到基本保证，改善现有灌溉面积37.08万亩，同时可调济解决工业及城市用水，在很大程度上缓解了改革开放以来日益增长的工农业发展用水的矛盾，对保证库车县国民经济持续稳定发展，将发挥重要作用。

图1 枢纽布置图（单位：mm）

1 金属结构的布置和设计

根据水工建筑物的布置，金属结构设备主要分布在泄洪（导流）洞和表孔泄洪洞处，共设有孔口3个，其中设平面闸门一扇，弧形闸门二扇，固定卷扬式启闭机一台，液压启闭机二台，单梁吊一台。闸门重量约121t，埋件重量约82.6t，启闭机设备重量约166t。整个工程金属结构工程量约为369.7t。金属结构喷锌防腐面积2500m2。

1.1 泄洪(导流)洞金属结构

泄洪(导流)洞位于坝址区库车河S形弯道的左岸，进口位于大坝上游约240m，出口在大坝下游约650m处。进口底板高程为1295.00m，闸顶高程为1334.00m，正常库水位1330.20m，设计洪水位1326.37m，校核洪水位1331.72m。该洞进口底板高程较低，工程前期用于导流，工程建成后用于泄洪、排沙、放空和向灌区及城市工业供水。河水泥沙含量大，悬移质含沙量达5.27 kg/m3。为防止洞中积沙和闸门梁格淤沙，在进口设有一道上游止水的事故闸门和一道弧形工作闸门，工作闸门有长期局部开启要求。

1.1.1 泄洪(导流)洞事故闸门及启闭机

事故闸门共一孔，孔口尺寸为5m×6.7m（宽×高，下同），设计水头36m，采用平面定轮钢闸门。闸门门叶结构及反轨、附轨埋件材质为Q345C。闸门面板和止水均设在上游面。主轮材质为ZG50Mn2，主轮轴承为双列调心滚子轴承23256，侧向支承采用侧轮装置。闸门为单吊点，门叶按运输单元分三节制造、运输，在1330.70m高程的闸井平台上拼焊成整体。闸门靠自重动水下门，静水启门，启门前由设在门顶的直径为φ200mm的充水阀充水平压，待上下游水位差小于4m后静水启门。充水阀与启闭机联动，充水阀行程为220mm。闸门由容量1250kN、扬程40m的固定卷扬式启闭机操作，启闭机安装在高程1342.20m的机房内。

事故闸门门槽处最大流速为18.09m/s，为减轻水流的空蚀作用，门槽型式采用带错距和斜坡的II型门槽。门槽底板及侧墙设有钢衬护，其底衬护与工作弧门底衬护连成一体。闸门后设有通气孔。主轨工作面材质为ZG50Mn2，设置高度为12m，反轨及附轨埋设到闸顶高程。

1.1.2 泄洪(导流)洞工作闸闸门及启闭机

图2 泄洪(导流)洞布置图（单位：mm）

工作闸门共一孔，孔口尺寸为5m×5.5m，设计水头36m。闸门采用双主横梁、直支臂、圆柱铰弧形钢闸门。闸门门叶及支臂部分材料均采用Q345C。支铰材料为ZG310—570，支铰轴材料采用40Cr，支铰轴承采用自润滑柱面滑动轴承。弧门面板曲率半径10m，支铰中心距底板高度为7.0m，两支铰间的中心间距为3m，支铰座安装在支承钢梁上。闸门顶部设有两道水封，一道止水采用Φ60毫米“P”型橡皮固定在门叶顶部，另一道为固定在门楣上的转铰式水封。侧水封采用一道60毫米“P”型方头橡皮，底止水采用刀型橡皮。

闸门动水启闭，采用容量为1250／500kN扬程6.95m单吊点摆动式油压启闭机操作。液压启闭机的缸体安装在1312.18m高程的平台上，泵站设置在▽1334.00m高程的机房内。泵站设两套油泵电机组，互为备用。为方便液压启闭机的检修，在闸井内设有一台100kN的单梁吊。

工作闸门门槽处最大流速为22m/s，为减轻泥沙的磨蚀，工作闸门底坎埋设长度500mm的中锰抗磨球墨铸铁MQTMn6衬护，其余采用常规钢衬护。

长期以来在多泥沙高流速条件下，闸门埋件衬护的抗泥沙磨蚀问题较难解决，常规方法是采用厚钢板并根据磨蚀情况定时进行维修，本工程采用既有极好的抗蚀性能，又有高的抗磨性能，尤其在侵蚀性环境中表现出很强的耐蚀性能的新型抗磨材料中锰抗磨球墨铸铁MQTMn6作为工作闸门底衬护，考虑MQTMn6材料可焊性差等因素，采用与钢制插筋螺纹连接后与钢衬护焊接，MQTMn6和钢衬护表面对接缝焊后磨平。通过对新抗磨材料的不断探索和实践，找到适合新疆地区河流多泥沙情况下的抗磨蚀方法。

1.2 表孔泄洪洞金属结构

表孔泄洪洞进水口在泄洪（导流）洞左侧约70m处，洞轴线和泄洪洞轴线呈22.31°夹角，出口和下游河道呈66°夹角。进口闸顶高程为1334.00m，堰顶高程为1323.00m，该孔口在汛前有3个月时段库水位低于堰顶高程，故在进口仅设置一道工作闸门。

表孔泄洪洞闸门及启闭机：

工作闸门共一孔，孔口尺寸为7m×7.7m（宽×闸门高，下同），设计水头7.4 m。闸门采用双主横梁、斜支臂、球面铰弧形钢闸门。闸门半径9.0m，支铰高度4.5m。闸门门叶及支臂材料均采用Q345C。支铰材料为ZG310—570，支铰轴材料40Cr，支饺轴承采用GWE140HFZ5B自润滑球面滑动轴承。侧向设有导向侧轮，两支铰间的中心间距为5.8m，支铰座安装在侧墙支承牛腿上。水封设于面板上游，侧止水采用“L”型橡皮，底止水采用刀型橡皮。

该闸门动水启闭，采用容量为2×400kN、扬程4.6m的双吊点摆动后拉式油压启闭机操作。液压启闭机的缸体安装在1327.30m高程的平台上，泵站设置在▽1334.00m高程的机房内，泵站设两套油泵电机组，互为备用。

1.3 防腐

为使工程建成后增加闸门的使用寿命减少运行维护工作量，闸门及部分埋件表面均进行喷锌防腐处理。

图3 表孔泄洪洞布置图（单位：mm）

2 结语

铜场水库金属结构的布置和设计，吸收了同类工程的设计经验，并结合本工程特殊的运行情况进行了新材料、新技术的应用。目前工程已经完工并投入运行，随着今后水库运行时期对新型抗磨材料使用信息的反馈，将为今后同类工程设计提供宝贵经验。

常鹏飞］