观音岩水电站大倾角斜坡道取水实践
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摘要：本文通过观音岩水电站取水泵站工程实际施工，主要研究坡道取水泵站的泵车、牵引设备等在较陡坡度（30°）工况下的工作，对工程取水坡道倾角选为30°，比常规的28°一下要大，能较好地满足取水缆车安全、稳定运行，且工程量较倾角较小时（
关键词：坡道取水；大倾角；泵车
中图分类号：[TM622] 文献标识码：A
观音岩水电站右岸供水系统以金沙江江水为水源，取水位置设在观音岩大桥下游侧约350米处，设计枯水位EL1014.00m，设计洪水位（P=5％）EL1033.50m，取水形式为斜坡道移动式缆车泵站取水，设计供水规模为1100m3/h。取水泵站位于金沙江右岸塘坝河口下游约600m处，所在地为金沙江Ⅱ级，地形平缓，坡度约10°。
1、取水方案选定
目前国内坡道缆车取水应用较为广泛。缆车式取水建筑物主要由泵房、坡道、输水斜管和牵引设备等四个主要部分组成。取水泵设在泵车上，当河流水位涨落时泵车可由牵引设备（如卷扬机）沿坡道上下移动从而绞动钢丝绳带动缆车随水位涨落而上下移动取水，同时改换接头。
本工程在施工前经过全面计算，将原设计取水坡道更改为30°，坡道上、下游边坡做C20砼护坡（陂比为1：0.5）进行防护，以防轨道上积泥。
2、 泵车系统的优化布设研究
为减少震动，设备呈对称布置，使机组与泵车中心在轴线上重合。泵车管路布置较紧凑，竖向呈阶梯布置，节省了空间（泵车布置见图1）。
泵车布置在钢结构桁架上，钢轨道用预埋螺栓固定在C25混凝土轨道梁上，梁底垫层用低标号混凝土填满，主输水管道架设在轨道梁侧的混凝土管支墩上，主输水管道上开三通与泵车输水管相连。泵车通过牵引系统（卷扬机）控制其在坡道上随水位上下移动而取水。
图1 泵车布置图
3、技术方案研究确定
3.1主要技术参数设计情况介绍
（1）坡道坡度：斜坡道坡度选为30°。
（2）轨距：本工程吸水管直径为400mm，轨距为2.8m。
（3）坡道面宽：根据泵车宽度和输水斜管、人行踏步等坡道设施的布置，本坡道面宽选为7.00m。
（4）输水斜管、叉管：输水斜管采用一根直径为600mm的焊接钢管，在斜管上每隔6m（高差为3m）开叉管，叉管垂直于输水斜管轴线与水泵出水管用可曲挠橡胶接头连接。
（5）坡道纵断面
①缆车道上端控制标高：H上≥Hmax+hB+H+1.5 （4－01）
式中 H上——缆车道上端标高（m）；
Hmax——最高水位（m）；
hB——浪高（m）；
H——吸水喇叭口至泵车操作层的高度（m）；
1.5——安全高度（m）。
②缆车道下端控制标高：H下≤Hmin-1.5 （4－02）
式中 H下——缆车道下端标高（m）；
Hmin——设计最低水位（m）；
1.5——保证吸水的安全高度（m）。
根据金沙江在取水坡道处的水文资料计算缆车道上下标高分别为EL.1035m和EL.1013m。
3.2坡道取水泵站结构设计及施工
（1）牵引设备
本取水泵站牵引泵车用电动卷扬机布置于取水泵站EL.1035平台上的卷扬机房内。
卷扬机牵引力F（见图2）为F＝βW（sinα+μcosα） (N) (4－03)
式中 β——储备系数，采用1.2；
W——泵车自重(N)；
μ——摩擦系数，采用0.1～0.15；
α——坡度倾角（°）
故本坡道取水泵站的卷扬机牵引力为
F＝1.2*1.4*105*（0.5+0.1*0.866）
＝9.85*104
≈105（N）图2 牵引力计算示意图
（2）卷扬机砼基座施工
卷扬机砼基座上的预埋螺栓的固定有二种施工方法，一是与基座砼一次浇筑固定，二是采用预留孔洞进行第二次灌浆固定。本工程采用第一种方法，预埋螺杆与基座内的钢筋焊接连成一个整体，高出基座的部分用木板钻孔固定后与基座四周的模板固定牢。砼基座浇筑前要挖制老土，使基础与混凝土有效结合。
（3）托辊及挂钩的施工
斜坡道轨道横梁上设置两道钢丝绳托辊，托辊两端撑板采用螺栓固定。托辊轴和轴套之间涂抹黄油使之保证滚动正常，轴套表面涂黄油以减少轴套与牵引钢丝绳的磨擦。挂钩采用铸铁成品与C25轨道梁砼固定预埋。挂钩埋在轨道的横梁上。
（4）卷扬机与滑轮组的安装
卷扬机和滑轮购置成品，卷扬机安装安排在卷扬机房封顶前吊装就位。安装时为保证其水平度满足要求，卷扬机和滑轮组的相互位置要准确，高程与水平度采用水准仪和水平尺控制和校对。钢绳固定用绳卡法固定，安装钢丝绳卡时，按一个夹头朝上，一个夹头朝下错开安装。卷扬机空载调试运行时，其牵引速度控制在9米/分，运行过程中不变速。
（5）台车及其车轮的制作安装
台车制作以在现场制作为宜，制作前应设置加工平台，在平台上放样下料，首先进行主骨架的拼接，焊接采用双面焊接，焊接过程中不得漏焊虚焊，焊缝高度不小8mm。主骨架拼接好后进行台车整体拼装。采用吊车吊装就位到斜坡钢轨上，绞磨定位，钢丝绳固定。
台车车轮为铸造件，安装前，检查其表面的光洁度，首先进行清砂，去毛刺，使车轮表面无裂纹、缩孔、夹渣等缺陷。车轮滚动面的麻点直径d≤2mm，深度h≤3mm，并不多于8处。安装采用千斤顶将台车车架顶起，钢丝绳固定。台车车轮安装完毕后与卷扬机、滑轮组进行联合空载上下试运行。做到台车车轮无误差，运转的摆动幅度在规定的范围内，钢丝绳在托轴上的运行的磨擦正常，无脱地现场发生，使卷扬机、滑轮组运行正常。
4、 现场运行及维护中常见问题及处理方法
泵车车架易在水泵机组运行时产生震动，为使泵车震动幅度小于人及设备正常工作时的最大允许振幅，采取如下减震措施：
（1）合理布置机组，采用平行布置使机组重心与泵车轴线重合，或将设备直接布置在桁架上；
（2）提高设备安装精度以减少机组对车架的震动；
（3）车轮采用双凸缘铸钢滚轮，以保证工作平衡避免车轮脱轨。
5、采用30°坡道时所减少的投资
经过计算，采用30°坡道时的工程量比采用27°坡道时的工程量有所减少：其中C25轨道梁混凝土减少约2.5m3；C15垫层混凝土减少约20.3m3；金结工程量减少约120kg；减少修筑围堰用工约200个、编织袋1000条；减少水下施工期围堰内排水约150000m3。减少经济投资30000元（估算）。
6、结语
本工程斜坡道取水泵站突破常规，坡道采用较大倾角（30°）的设计，使工程量有所减少，节约了投资；为汛期到来之前争取了时间进行水下部分的施工，提前完成了防汛任务，有较大意义。
曾利红女 （1974.12-）葛洲坝集团第一工程有限公司助理工程师
王蓓蓓女 （1985.05-）葛洲坝集团第一工程有限公司助理工程师
参考文献：
【1】严煦世. 给水排水工程快速设计手册1给水工程. 中国建筑工业出版社，1995.
【2】刘灿生. 给水排水工程施工手册. 中国建筑工业出版社，1994.
【3】孙连溪. 实用给水排水工程施工手册. 中国建筑工业出版社，1998.