侯庆宏 白 萍 李卫莉(设计三处)

〔摘要〕针对黄河泥沙含量高，库水位变化大的特点，采用检修闸门实现分层取水，本文着重介绍取水口的布置型式，闸门的结构特点及运用方式等。

〔关键词〕小浪底水利枢纽 南岸引水口 闸门 分层取水

1  概述

    小浪底南岸引水口位于小浪底水库库区南岸的滩地，担负着向南岸广大地区供水的任务，其设计成功与否直接影响工程的正常运行和效益发挥。由于黄河泥沙含量高，且泥沙含量有随水深增加而增大的特点，这要求取水口必须实现分层取水，以减少引水的泥沙含量。

    进水塔高41.0m，三个取水口呈阶梯形布置，依次为上孔、中孔、下孔。三个取水口设置三扇闸门，以便于在水位不同的情况下提升相应的闸门，获取表层清水。为保证引水的清洁，也为日后设置电站创造条件，在取水口进口两个水道内分别设置了主、副拦污栅各一道用来阻拦进入引水道内的杂物。为了保证进水塔后隧洞发生事故时，能够及时关闭洞口以防事态扩大，在检修闸门的后面，隧洞进口处设置事故闸门一扇。

2  闸门设计

    进水塔设有主、副拦污栅，检修闸门，事故闸门及其相应的启闭设备（见图1）。

    主、副拦污栅均为平面直升式钢栅。主、付栅孔口尺寸均为3.75mx20m，栅条间距100mm，底坎高程为240.0m。检修闸门为平面滑动钢闸门，孔口尺寸均为3.6mx4.5m，底坎高程分别为252.0m、246.0m、240.0m，检修平台高程为 271.0m。事故闸门为平面定轮闸门，孔口尺寸为3.6mx4.5m，底坎高程235.0m，检修平台高程265.0m。检修闸门和事故闸门的设计条件为：设计水位275.0m，泥沙淤积到闸门顶部。

    主、副拦污栅和检修闸门由布置在高程为281.0m平台上的门机操作。事故门由安装在高程为276.0m平台的固定卷扬机操作，启闭机容量为1x1250KN。

2.1 结构型式

检修闸门和事故闸门的门体结构均采用同层布置，多主梁结构，主梁为实腹式梁。为防止泥沙淤积在门顶和门槽，影响启闭机的操作，将检修闸门和事故门的面板和封水布置在迎水面。考虑到当提上面一层的检修门取水时，水流将从下面一层的检修门门顶流过，因此检修门的门顶设计成溢流曲面，主梁采用等截面设计，梁高与溢流面等长。闸门采用单吊点。中孔检修门的胸墙兼做上孔检修门的底坎，下孔检修门的胸墙则为中孔检修门的底坎。

检修闸门和事故闸门根据运输吊装需要均分上下两节，现场安装时拼焊成整体，闸门整扇启闭吊运。而主、副拦污栅的整个栅体共分6节，节与节之间采用销轴连接。

2.2 支承型式的选择

检修闸门的主要任务是取水和排沙，兼顾对事故门槽和隧洞的检修工作。运行条件是静水启闭。由于该闸门布置在进水塔的前端，门槽埋件没有检修条件。平板闸门的支承型式有滑道式、链轮式、滚轮式三种，根据黄河多泥沙的特点，经过综合比较，我们选用结构简单、维修方便、自重较轻，且闸门轨道受力均匀的滑道式。根据 黄河勘测规划设计研究院有限公司委托武汉水利水电大学所做的试验，油尼龙在泥沙含量较高的浑水中的摩擦系数随泥沙含量的增大而增大，当含沙量大于20kg/m3后，摩擦系数已不再增大并趋于稳定，且油尼龙有着不怕沙粒摩擦的抗沙粒摩擦特性。这些特点尤其适用于多泥沙的黄河中。所以，我们最终选用油尼龙作为检修闸门的滑道材料，油尼龙被装在铸钢夹槽内用螺栓固定在边柱下翼缘上（见图2），一扇门共设4个滑块。

主、副拦污栅的主支承装置也采用油尼龙滑道支承。但由于支承荷载小，直接选用铸型油尼龙滑块，用螺栓固定在边柱下翼缘上（见图3），每节布置4块。

事故闸门的支承考虑启闭力和运行可靠性这两种因素，我们选用定轮作为该闸门的支承型式，采用滑动轴承。为防止泥沙进入轴套，轮子和轮架间设有密封圈，滚轮直径为Φ900mm（见图4）。闸门共设4个主轮，每个主轮受力基本相同，为2000KN。

3  平压与清淤

3.1 拦污栅的清污

为保证拦污栅的正常运行，拦污栅的上下游水头差不能超过设计值，因此需要经常清污。清污方式有两种，首先可以用清污船清污，如果缠绕在栅体上的污物太多，用清污船清污达不到要求时，则需要将副拦污栅放入水道拦挡污物，将主拦污栅提至高程为281.0m的平台上进行人工清污。

3.2 闸门平压方式

检修闸门和事故闸门的运行条件分别为动水闭门静水启门和静水启闭，启门前均需先向门后充水平压。考虑到泥沙淤过门顶的情况，充水阀没法布置，因此选用旁通管平压。

检修闸门门前淤沙高程为246.0m，为防止平压管取水口被淤死和满足不同水位取水要求，在进水塔前的三级检修闸门两侧边墙内对称布置两级引水平压管，其取水口处高程分别为252.5m和246.5m。上下两层出水口相通，当水位在254m以上时，从上层引水口引水。当水位在254m以下时，从下层引水口引水。

在事故闸门两侧边墙内242.0m高程处对称布置一套充水平压钢管以满足事故门静水提门的要求。

3.3 冲沙和防淤

由于黄河泥沙含量高，且泥沙含量会随洪水时期和水库运用阶段的变化，主汛期闸门在长时间的关闭状态下，门前淤沙会越来越高。平压管进口和闸门均有被泥沙淤死的可能。为保证闸门能顺利的静水启门，设置了一套冲沙系统。

冲沙系统是从坝顶引清水进入高压水泵，通过水泵加压后分别引入中、下孔检修闸门和事故门前。当发现闸门前淤堵，使启闭力超过极限值时，启动高压水泵，让清水从高压喷嘴射出。扰动板结的门前淤沙，减少泥沙与面板的摩阻力，然后提门排沙。

平压管的防淤措施是在阀门室内设置一套高压水枪，水源从高压水泵处通过软管引来。高压水枪通过管道上预留的法兰盘孔接入，进口淤沙在高压水的冲击下随着水流不断的流向下游，并最终疏通管道。

4  操作运行

为适应小浪底水库的运用方式，以保证非汛期正常取水，主汛期“相机”引水的需要，三扇检修门分别对应不同的水位进行开启，即库水位超过258m时，开启旁通管平压后，再提上孔检修门引水，库水位在252～258m之间时，可直接开启上孔检修门引水，库水位在246～252m之间时，可提中孔检修门取水，库水位在246m以下时，下孔检修门可以提门取水。另外，根据小浪底水库主汛期运用水位不超过254m，平均运用水位245m~246m的运用原则，再结合小浪底水库的库水位降低，从上往下逐级开启检修闸门，并适时开启下孔检修门进行泄流排沙，这样就增加了工程运用的灵活性、减少了清淤工作量，在节约水量的同时，使进水塔前的朔源冲刷得到充分发展，保证门前淤积高度不超过246m。

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