内容提要　泄洪中孔是洞坪水电站的主要泄洪建筑，其主要特点是闸门承受的水头高，泄洪时流速大。因此，闸门及其止水的设计显得尤为重要。
关键词　泄洪中孔　事故门　工作门　钢衬砌　设计

一、 概述
洞坪水电枢纽工程金属结构部分由泄水系统、引水发电系统和导流封堵系统组成。泄水系统设有露顶式溢流表孔弧形工作闸门2扇，采用2台液压机启闭；1#、2#、3#中孔事故检修平面闸门共3扇，采用3台高扬程固定卷扬机启闭；1#、2#、3#中孔弧形工作闸门共3扇，采用3台双向作用液压机启闭。引水发电系统设有发电洞进口拦污栅2扇，采用2台固定卷扬机启闭；事故检修平面闸门1扇，采用1台高扬程固定卷扬机启闭；电站厂房出口尾水检修平面闸门2扇，采用2台固定卷扬机启闭。导流洞封堵系统设有平面闸门1扇，采用临时设施（龙门架及滑轮组）下闸。
由于2#中孔水头最高，最大设计水头74.03m，下面以2#中孔为例，叙述闸门及衬砌的主要设计特点。

二、泄洪中孔平面事故闸门
2#中孔进口设事故检修平面闸门1扇。孔口尺寸5.0×11.0m（宽×高，下同），底坎高程420.00m，设计水头74.03m，总水压力40743kN。闸门面板设在上游侧，顶、侧止水设在下游侧，底止水贴近面板布置，利用水柱重量闭门。上节门叶上设置φ200导叶压盖式充水阀，作启门时的充水平压之用。闸门顶、侧止水为P60橡胶止水，止水头部复合四氟塑料。闸门支承采用钢基铜塑复合材料滑道支承，支承跨度5700mm，设计最大线压强40kN/cm，支承轨道材料1Cr18Ni9Ti，轨道表面粗糙度μ=1.6μm，轨道弧面R=300mm。侧向限位采用简支侧轮。闸门分三节制造，每节高度分别为：3200、3460、4500mm。节间设有节间止水。考虑到闸门的运行方式为动闭静启，节间的拉力主要为下面的闸门自重，因此，闸门的节间连接用双头螺柱连接，并在中间设置了抗剪轴，使双头螺柱仅受拉力作用，而不受到剪力的破坏。这种连接方式比简单的销轴连接可靠，而且拆卸方便。
闸门结构设计：面板厚度按四面固结、三面固结一面自由弹性板计算，取厚度较大者，并按第三强度理论校核折算应力。水平次梁按3跨连续梁计算，主梁和边梁除验算强度外，还应按偏心受压验算其稳定。
门叶主材采用Q345，埋件主材采用Q235。闸门重量97.7t，埋件重量120.0t。
门槽形体设计为适应高水头、高流速的Ⅱ型门槽，断面尺寸900×2000mm，宽深比W/D=2.22。
闸门的运行方式为动水闭门，充水平压后静水启门，启闭机容量的选择由闸门的持住力控制。由于启闭机安装高程511.0m，扬程较高，为84m，若采用拉杆，则拉杆数量太多，拆卸极其不便，而且拉杆无处堆放，故选用QPG1×6500kN固定式卷扬机，启闭机卷筒采用折线卷筒，使钢丝绳在一个较短的卷筒上多层缠绕，解决了钢丝绳的缠绕问题。

表1 2#中孔事故闸门QPG1×6500kN固定卷扬机主要技术参数
序号 名称 参数 备注
1 设计寿命 1600h
2 工作级别 Q3-中
3 额定启门力 1×6500kN
4 工作行程 75m
5 最大行程 75m
6 启/闭速度 1.0 m/min
7 操作条件 动闭静启


三、泄洪中孔弧形工作闸门
2#中孔弧形工作门布置在事故检修门后面，距事故检修门21.05m，孔口尺寸5.0×6.0m，底坎高程420.00m，设计水头74.03m，总静水压力25920kN。闸门主材Q345，采用双主横梁、直支臂、圆柱铰结构。支臂及主梁均采用箱形梁结构。支臂设有竖向和横向连接系，增大了支臂的刚度，增加了弯矩平面外的稳定。闸门面板外缘曲率半径R=10.5m，支铰安装高程428.0m，闸门最大开度11.14m，在闸门上方430.84m高程处设有检修平台。
闸门结构设计：面板厚度按四面固结、两面固结两面简支弹性板计算，取厚度较大者，并按第三强度理论校核折算应力。主框架按双悬臂Π形铰支一次超静定结构计算。计算方法：水压力与启门力叠加，初选主梁截面，假定单位刚度比，推算水平支承反力，计算支臂杆端弯矩，按双向偏心受压杆计算支臂稳定。
深孔弧形闸门的止水装置直接关系到闸门运行的可靠程度。由于水头高、压力大，微小的缝隙都会形成喷射，使闸门及其埋件遭受气蚀破坏，并可能产生剧烈震动。因此，深孔闸门的止水装置除具备一般的止水条件外，还应具备以下条件：（1）闸门开启时，止水元件与止水面尽量避免或减少摩擦，以延长止水元件的使用寿命；（2）闸门关闭挡水时，止水元件要有足够的压缩量，以保证止水装置有较好的密封性能；（3）止水装置要保证止水元件有足够的压缩量，以满足闸门的间隙变化；（4）闸门开启时，无论间隙有多大，均应有防止射流的措施。为了满足上述条件，目前深孔弧形闸门顶止水都采用主、辅两道止水：主止水在闸门关闭挡水时起密封作用；辅助止水则在闸门开启时起防射流作用；关闭挡水时这两道止水将起到逐级减压和相互补偿的作用，使止水密封性能更为可靠。由于本弧门承受水头高74m，若采用常规的预压缩式顶止水，则止水材料的强度、弹性、耐磨性方面均不能满足要求。根据有关工程实践经验，其顶止水可选择转铰式止水、液压伸缩式止水或压紧式止水。经综合比较，采用转铰式止水，它具有止水效果好、操作简便、造价相对低廉、即可密封较大的间隙、还可适应间隙的变化等特点。因此，本弧门顶止水设计采用两道止水。第一道采用转铰式止水装置，该装置由预埋铰座、转铰、导向轮、弹簧钢板及半圆头平板止水橡皮等组成。为增强橡皮的耐磨性，减小摩擦阻力，半圆头平板止水橡皮头部复合四氟塑料。弹簧钢板在设计止水状态予压力15kN/m。在低水头工作状态时，依靠弹簧钢板预张力保证第一道止水达到预压目的；在高水头工作状态时，依靠上游水压作用，保证第一道止水达到预压缩量，多余的压力由导向轮承受并传递给面板；在无水状态时，转铰的自重由弹簧钢板承受，设计时需计算弹簧钢板的预张角度和变形量。转铰结构按照多跨连续梁来验算强度。第二道为P60普通橡胶止水，防止第一道止水渗漏时产生阵喷式渗漏。侧止水为方头P60橡塑复合止水，压缩量4mm。
闸门主材Q345，埋件主材Q235。闸门重量130.2t，埋件重量20.2t。
弧门运行方式为动水启闭。选用单吊点QHSY-3200/650kN双向作用液压式深孔弧门启闭机，工作行程9955mm，启门速度0.8m/min（可调），闭门速度0.5m/min（可调）。启闭机安装高程448.00m，液压机转动铰座安装高程448.95m。

表2 2#中孔工作闸门QHSY-3200/650kN深孔弧门液压启闭机主要技术参数
序号 名 称 特性及主要参数 备 注
1 设置位置 448.00m平台
2 最大启门力/最大闭门力（kN） 3200/ 650kN
3 工作行程/最大行程（mm） 9995 /10130
4 启门速度 ～0.8m/min
5 闭门速度 ～0.5m/min
6 操作条件 动水启闭
7 油缸内径/活塞杆直径（mm） Ф600 / Ф360
8 杆腔内最大工作压力（MPa） 17.7


四、泄洪中孔钢衬砌
2#中孔为水库主要的泄洪设施，在设计水头下，收缩断面流速达32m/s。因此，在进口段21.05m范围内，设有钢衬砌。总重量191.7t。钢衬材质Q235B，面板厚度δ=25mm。
钢衬面板厚度设计依据：
⑴按二边固结、二边自由弹性板计算，计算压力为灌浆压力。
⑵按年锈蚀厚度0.16mm，使用50年后，钢衬不会因锈蚀报废。
⑶类比其他工程成功经验。
综合以上因素，钢衬面板厚度设计δ=25mm。钢衬设计灌浆压力设计值P=0.13MPa。
灌浆压力的取值依据：衬板宽度B=500mm，此宽度为预制底衬安装调节操作空间，衬板过窄会影响底衬的安装条件。宽度为500、灌浆压力设计值为0.13MPa时，衬板不会产生较大的变形。
钢衬所有焊缝均为二类、三类焊缝。钢衬外面配有足量的受力钢筋，内水压力全部传递到水工结构上。因此，钢衬不是受力构件，根据规范，钢衬焊缝为二、三类焊缝。
钢衬砌由底衬、侧衬、顶衬组成，设计一期装设。
底衬：由预制底衬、底衬连接板、底衬凑合段组成。
预制一期底钢衬由面板、T形梁、纵向肋板及槽钢焊接而成。面板厚度25mm，最大外形尺寸400×1250×5600mm，钢结构重量2847kg。厂内制作，运至安装现场后浇筑砼，在预制件中需埋入结构钢筋和定位钢筋。相临两预制底钢衬间距500mm，此间距为安装施工人员操作空间，预制底钢衬调整至设计要求后，浇筑砼、安装底衬板，安装焊缝须铲平、磨光。
底衬连接板厚度25mm，外形尺寸25×572×5000。面板上留有φ16灌浆孔，底孔使用前，进行回填、接触灌浆。设计灌浆压力≤0.13Mpa，灌浆完毕后封闭灌浆孔，并铲平磨光。工作弧门底坎前，设有底衬板凑合段。
侧衬及顶衬：事故门埋件下游至工作闸