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【摘 要】电站改造工程往往是繁琐啰嗦的，它不像新建工程那样有很多调整余地，而改造工程则是在现有基础上进行改造。由于各种机电设备的更新换代，制造技术的突破进展，设计理念的差异化，尤其是金属结构是在现有水工建筑物上改造，常常会造成牵一发而动全身的被动局面，影响水工建筑物的安全。故而诸多因素使工程人员在设计中捉襟见肘，顾此失彼。对此笔者结合手头的几个改造工程做简要介绍，提出几个工程设计中出现的问题和应对办法。
【关键词】改造工程；金属结构；闸门；启闭机
1.工程概况
笔者接手是保山曲石水电站、香柏河水电站、瓦窑河水电站、户南河水电站改造工程金属结构的设计。简介如下：
曲石电站位于腾冲县境内的龙江上，电站始建于1978年，1981年年初1#、2#机组投产发电，1984年4台机组全部投产。电站装机容量4×1.6MW，电站为径流引水式电站。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
香柏河二级站位于龙陵县城西北龙山镇横山村境内，香柏河口下游约1千米的龙川江左岸，距龙陵县城13公里，装机容量4 ×800千瓦，为径流式水电站。电站于1970年3月25日开工，1972年6月建成装机容量2×800千瓦的1、2号机投产运行。3号机于1980年安装，4号机于1989年安装。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
户南河电站位于保山市潞江坝高黎贡山东麓，户南河右岸，在保腾公路59km处，原装机容量2×400千瓦，为径流式水电站。电站1964年经云南省人民委员会批准，由保山行署工交办公室组织实施。原电站1964年11月1日开工，于1966年11月1日投产发电。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
瓦窑河三级电站位于瓦窑河干流上，电站始建于1970年1月开工，于1971年10月30日投产发电。电站装机容量2×1600+1×1000+1×800kW，电站为径流引水式电站。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
综上所诉，除曲石电站为中型水电站，其余均为小型水电站。
2.工程设计中出现的问题
工程中出现的问题简单分为两大类，一类为人的问题，即各方人员相互之间的沟通协调问题。另一类为技术问题，即在工程设计中需要根据现场实际情况针对性设计的问题。两类问题同等重要，不可轻视任何一方。两者之间相互联系，相互影响。好的沟通协调各可以规避很多不必要的改造问题的产生，优秀的技术可以解决疑难杂症，提升工程质量，节约投资。对此，笔者列举了一些设计中出现的问题作为案例，逐个分析：
2.1户南河水电站增效扩容改造工程中对金属结构的改造为更换前池事故闸门、冲砂闸门及启闭设备。经现场踏勘，以上两道闸门及埋件严重锈蚀，轨道弯曲变形，于今已服役49年，按照SL72-94《水利建设项目经济评价规范》之规定，该闸门服役年限早已超出了折旧年限规定的20年，为保证工程安全运行，对全套设备进行了更换。设计过程中有几个问题，一是原来的一期门槽有钢筋网，不便清除，二是原来的悬臂梁排架不能满足现在配套的启闭机的安装，三是原门槽平台外形尺寸过窄，新建的门型排架尺寸较大，不能落在原来的基础上，增加基础会大大增加土建工程量。
对于这样的问题，在设计前就要现场踏勘，掌握原来二期混凝土的尺寸数据，在可拆除的二期混凝土尺寸范围内进行设计，在保证门叶、门槽埋件强度和刚度的前提下，控制闸门的最大外形尺寸，避免设计出来却无法施工的返工现象。悬臂梁排架不能满足使用要求，应予拆除，并新建排架。对此，我们在设计的时候与启闭机生产厂家联系，在满足启闭扬程的前提下，缩短了启闭机卷筒长度和电机尺寸，从整体上缩短启闭机外形尺寸，从而缩小了门型排架的的宽度，保证门型架柱子能落在门槽上，避免了土建工程量的增加。其实，在设计过程中，设计人员不必因循守旧的完全按照样本选型，厂家的产品也有一定的改造余地，对于我们了解得还不够详尽的应与各方多沟通协调，一切以把工程做好为中心。
2.2瓦窑河电站在本次改造工程中，金属结构改造内容为前池事故闸门和冲砂闸门。经现场踏勘，原启闭设备为固定式卷扬机，启闭容量50KN，门叶门槽锈蚀严重。不仅如此，泥沙淤积也较为严重。故而，本着工程安全的需求，更换了全套闸门及启闭机设备。
设计过程中，考虑了泥沙压力，经计算，原启闭容量偏小，新换启闭机容量应增加，故需重新复核启闭房受力条件。另外，现在厂家提供的启闭机为悬挂式启闭机，与启闭房无可靠连接点。经土建专业复核，受力梁仍然满足使用要求。但启闭房不在改造之列，因此，我们与启闭机厂家进行沟通，修改了方案，在原启闭机支承框架上焊接新的支腿，使启闭机由倒挂形式改为正放在梁上，同时在受力梁的楼板处开槽孔，箍上一圈钢板，启闭机的连接方式由螺栓连接方式改为焊接固定。如此不必对启闭房进行大改造，减少了工程量。同时也避免了对梁的破坏，也解决了启闭机安装固定的问题。简图如下，图一为改造后的启闭机，图二为改造前启闭机。
瓦窑河冲沙闸门槽和门叶的改造同事故闸，这里不再赘述，因验算后原门型排架不能满足受力条件，拆除了旧排架，并新建了门型排架。
2.3香柏河电站改造工程中对金属结构的改动较少，均为更换原启闭机。其中首部枢纽取水闸门、冲砂闸门启闭机各一套，前池事故门两套，冲砂门一套，沉砂池一台。首部枢纽启闭机和前池冲砂闸门启闭机配门型排架，前池事故闸门配有启闭房，同瓦窑河事故闸门。为减少工程的改动幅度及节约投资，经土建专业人员验算了排架强度、刚度及稳定性，新型启闭设备安装空间充足。故而在在排架上设置了一圈钢箍，由钢箍连接启闭机，钢箍与启闭机之间通过螺栓连接固定，考虑受力条件，启闭机连接螺栓伸到钢箍顶端，形成整体受力，满足了使用要求，简图如下：， 前池冲砂闸门排架高度过低，无法满足新换启闭机对排架的高度要求，故而拆除并新建排架。
前池事故闸门启闭机的处理方案同瓦窑河电站前池事故闸门，改变了启闭机形式，但考虑香柏河电站前池事故闸门无启闭机房，设置了相应的防雨措施。
2.4曲石电站在本次增效扩容改造工程中改造范围是四个电站中最大的，投资也是最多的。本次改造工程中金属结构的改造内容约占了全部金结的70%，主要改造内容为首部枢纽取水闸门两道，冲沙闸一道，粗格拦污栅两道；渠道泄水冲砂闸门一道，沉砂池冲沙闸两道；前池拦污栅两道，更换前池事故门及冲砂门启闭机；更换四道尾水闸门；对其余闸门及启闭机防腐除锈，保养，更换水封等处理。
首部枢纽拦污栅在本次改造范围里为更换栅叶，栅槽不做改动。经现场踏勘及图纸校对，两孔拦污栅在原设计是同等大小，但施工后的结果并非如此，两孔净宽相差140mm。同时由于栅槽尺寸是定死的，故而在设计的时候便要考虑以上情况，同时保证栅叶的互换性。
首部枢纽取水闸门和冲砂闸门改造范围为更换全套设备，在设计前应掌握门槽尺寸，避免对一期混凝土的动工，以免影响闸室的安全。同时掌握排架外形尺寸，复核其强度、稳定性等力学条件，复核排架高宽是否满足闸门启闭条件。经计算，以上三套闸门在受力条件及排架高度上均可满足使用，本着节约投资的目的，未拆除原混凝土排架，只是在梁上加上了一圈钢箍用作启闭机安装用，启闭机的处理方案同香柏河首部枢纽取水闸门：
原渠道泄水冲砂闸门为简易门板，做工粗糙，使用效果不好。本次设计中，经踏勘发现除二期门槽为混凝土，闸室由浆砌块石砌筑而成。无钢筋网的影响，易于清理出所需空间，故在设计中可不必过多考虑门槽外形尺寸的限制。由于该闸门为露顶式平面闸门，设计中应合理布置支承位置，使四个支承尽可能受力均匀，尽可能减小水流冲击时震动的影响。
本次设计中，沉砂池冲沙闸门止水形式原为下游止水，经现场踏勘发现，该沉砂池泥沙淤积较深，同时由于启闭形式由原来的螺杆启闭改为卷扬启闭，考虑泥沙淤积的影响及安全使用，新设计中闸门改为了上游止水，避免了泥沙在梁格里的堆积。原螺杆机排架为钢排架，拆除后新建了混凝土排架。
前池拦污栅为细格拦污栅，倾角70°，与常规拦污栅不一样，该拦污栅栅槽无埋件，拦污栅支承直接靠在混凝土砌筑的斜墙上。设计前应复核与安装相关的各个尺寸（倾角可现场放样得到），同时由于本次改造中水轮机更换了，需要注意与水机专业的配合，落实拦污栅栅条净距，保证合理的过流条件。
前池事故闸门的改造中仅要求替换启闭机，然则启闭房顶无连接点，故而采用了与瓦窑河启闭机的安装办法，启闭机形式由倒挂改为正放，因楼板处无开孔，故需根据安装需要，在楼板处开了孔。见下图
尾水检修闸门共4道，分布上比较集中，各个排架之间间隙比较小，启闭机的安装受限，由于机组的更换，高程发生了变化，经水工计算，原尾水底坎高程需下降1m，孔口宽度维持不变。由于尾水检修闸门的作用主要是在机组检修时挡住河道水倒灌，闸门采用下游止水。原一期门槽为浆砌块石砌筑而成，拆出一个合理空间并不太难，故对门槽宽度亦无太大限制。但启闭机排架过于集中，新换启闭机尺寸过大，我们联系了生产厂家，协商处理方案，保证启闭扬程的前提下缩短了卷筒长度，从而保证了启闭机的安装空间。
综上所述：在改造工程中，对改造范围要清楚，要有针对性，同时注意协调沟通，灵活运用各种办法解决问题，在设计前要对现场数据有全面的了解，合理设计，方法总是多余问题的。
参考文献：
[1]刘细龙陈福荣.闸门与启闭机，2002.
[2]水电站机电设计手册编写组，水电站机电设计手册：金属结构（一），1998.
[3]杨兆福.水工金属结构，1989.
[4]黄希元，唐怡生.小型水电站机电设计手册：金属结构，1911.
【关键词】改造工程；金属结构；闸门；启闭机
1.工程概况
笔者接手是保山曲石水电站、香柏河水电站、瓦窑河水电站、户南河水电站改造工程金属结构的设计。简介如下：
曲石电站位于腾冲县境内的龙江上，电站始建于1978年，1981年年初1#、2#机组投产发电，1984年4台机组全部投产。电站装机容量4×1.6MW，电站为径流引水式电站。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
香柏河二级站位于龙陵县城西北龙山镇横山村境内，香柏河口下游约1千米的龙川江左岸，距龙陵县城13公里，装机容量4 ×800千瓦，为径流式水电站。电站于1970年3月25日开工，1972年6月建成装机容量2×800千瓦的1、2号机投产运行。3号机于1980年安装，4号机于1989年安装。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
户南河电站位于保山市潞江坝高黎贡山东麓，户南河右岸，在保腾公路59km处，原装机容量2×400千瓦，为径流式水电站。电站1964年经云南省人民委员会批准，由保山行署工交办公室组织实施。原电站1964年11月1日开工，于1966年11月1日投产发电。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
瓦窑河三级电站位于瓦窑河干流上，电站始建于1970年1月开工，于1971年10月30日投产发电。电站装机容量2×1600+1×1000+1×800kW，电站为径流引水式电站。电站由拦水坝，取水口、明渠、前池，压力钢管、电站主副厂房、升压站等建筑物构成。
综上所诉，除曲石电站为中型水电站，其余均为小型水电站。
2.工程设计中出现的问题
工程中出现的问题简单分为两大类，一类为人的问题，即各方人员相互之间的沟通协调问题。另一类为技术问题，即在工程设计中需要根据现场实际情况针对性设计的问题。两类问题同等重要，不可轻视任何一方。两者之间相互联系，相互影响。好的沟通协调各可以规避很多不必要的改造问题的产生，优秀的技术可以解决疑难杂症，提升工程质量，节约投资。对此，笔者列举了一些设计中出现的问题作为案例，逐个分析：
2.1户南河水电站增效扩容改造工程中对金属结构的改造为更换前池事故闸门、冲砂闸门及启闭设备。经现场踏勘，以上两道闸门及埋件严重锈蚀，轨道弯曲变形，于今已服役49年，按照SL72-94《水利建设项目经济评价规范》之规定，该闸门服役年限早已超出了折旧年限规定的20年，为保证工程安全运行，对全套设备进行了更换。设计过程中有几个问题，一是原来的一期门槽有钢筋网，不便清除，二是原来的悬臂梁排架不能满足现在配套的启闭机的安装，三是原门槽平台外形尺寸过窄，新建的门型排架尺寸较大，不能落在原来的基础上，增加基础会大大增加土建工程量。
对于这样的问题，在设计前就要现场踏勘，掌握原来二期混凝土的尺寸数据，在可拆除的二期混凝土尺寸范围内进行设计，在保证门叶、门槽埋件强度和刚度的前提下，控制闸门的最大外形尺寸，避免设计出来却无法施工的返工现象。悬臂梁排架不能满足使用要求，应予拆除，并新建排架。对此，我们在设计的时候与启闭机生产厂家联系，在满足启闭扬程的前提下，缩短了启闭机卷筒长度和电机尺寸，从整体上缩短启闭机外形尺寸，从而缩小了门型排架的的宽度，保证门型架柱子能落在门槽上，避免了土建工程量的增加。其实，在设计过程中，设计人员不必因循守旧的完全按照样本选型，厂家的产品也有一定的改造余地，对于我们了解得还不够详尽的应与各方多沟通协调，一切以把工程做好为中心。
2.2瓦窑河电站在本次改造工程中，金属结构改造内容为前池事故闸门和冲砂闸门。经现场踏勘，原启闭设备为固定式卷扬机，启闭容量50KN，门叶门槽锈蚀严重。不仅如此，泥沙淤积也较为严重。故而，本着工程安全的需求，更换了全套闸门及启闭机设备。
设计过程中，考虑了泥沙压力，经计算，原启闭容量偏小，新换启闭机容量应增加，故需重新复核启闭房受力条件。另外，现在厂家提供的启闭机为悬挂式启闭机，与启闭房无可靠连接点。经土建专业复核，受力梁仍然满足使用要求。但启闭房不在改造之列，因此，我们与启闭机厂家进行沟通，修改了方案，在原启闭机支承框架上焊接新的支腿，使启闭机由倒挂形式改为正放在梁上，同时在受力梁的楼板处开槽孔，箍上一圈钢板，启闭机的连接方式由螺栓连接方式改为焊接固定。如此不必对启闭房进行大改造，减少了工程量。同时也避免了对梁的破坏，也解决了启闭机安装固定的问题。简图如下，图一为改造后的启闭机，图二为改造前启闭机。
瓦窑河冲沙闸门槽和门叶的改造同事故闸，这里不再赘述，因验算后原门型排架不能满足受力条件，拆除了旧排架，并新建了门型排架。
2.3香柏河电站改造工程中对金属结构的改动较少，均为更换原启闭机。其中首部枢纽取水闸门、冲砂闸门启闭机各一套，前池事故门两套，冲砂门一套，沉砂池一台。首部枢纽启闭机和前池冲砂闸门启闭机配门型排架，前池事故闸门配有启闭房，同瓦窑河事故闸门。为减少工程的改动幅度及节约投资，经土建专业人员验算了排架强度、刚度及稳定性，新型启闭设备安装空间充足。故而在在排架上设置了一圈钢箍，由钢箍连接启闭机，钢箍与启闭机之间通过螺栓连接固定，考虑受力条件，启闭机连接螺栓伸到钢箍顶端，形成整体受力，满足了使用要求，简图如下：， 前池冲砂闸门排架高度过低，无法满足新换启闭机对排架的高度要求，故而拆除并新建排架。
前池事故闸门启闭机的处理方案同瓦窑河电站前池事故闸门，改变了启闭机形式，但考虑香柏河电站前池事故闸门无启闭机房，设置了相应的防雨措施。
2.4曲石电站在本次增效扩容改造工程中改造范围是四个电站中最大的，投资也是最多的。本次改造工程中金属结构的改造内容约占了全部金结的70%，主要改造内容为首部枢纽取水闸门两道，冲沙闸一道，粗格拦污栅两道；渠道泄水冲砂闸门一道，沉砂池冲沙闸两道；前池拦污栅两道，更换前池事故门及冲砂门启闭机；更换四道尾水闸门；对其余闸门及启闭机防腐除锈，保养，更换水封等处理。
首部枢纽拦污栅在本次改造范围里为更换栅叶，栅槽不做改动。经现场踏勘及图纸校对，两孔拦污栅在原设计是同等大小，但施工后的结果并非如此，两孔净宽相差140mm。同时由于栅槽尺寸是定死的，故而在设计的时候便要考虑以上情况，同时保证栅叶的互换性。
首部枢纽取水闸门和冲砂闸门改造范围为更换全套设备，在设计前应掌握门槽尺寸，避免对一期混凝土的动工，以免影响闸室的安全。同时掌握排架外形尺寸，复核其强度、稳定性等力学条件，复核排架高宽是否满足闸门启闭条件。经计算，以上三套闸门在受力条件及排架高度上均可满足使用，本着节约投资的目的，未拆除原混凝土排架，只是在梁上加上了一圈钢箍用作启闭机安装用，启闭机的处理方案同香柏河首部枢纽取水闸门：
原渠道泄水冲砂闸门为简易门板，做工粗糙，使用效果不好。本次设计中，经踏勘发现除二期门槽为混凝土，闸室由浆砌块石砌筑而成。无钢筋网的影响，易于清理出所需空间，故在设计中可不必过多考虑门槽外形尺寸的限制。由于该闸门为露顶式平面闸门，设计中应合理布置支承位置，使四个支承尽可能受力均匀，尽可能减小水流冲击时震动的影响。
本次设计中，沉砂池冲沙闸门止水形式原为下游止水，经现场踏勘发现，该沉砂池泥沙淤积较深，同时由于启闭形式由原来的螺杆启闭改为卷扬启闭，考虑泥沙淤积的影响及安全使用，新设计中闸门改为了上游止水，避免了泥沙在梁格里的堆积。原螺杆机排架为钢排架，拆除后新建了混凝土排架。
前池拦污栅为细格拦污栅，倾角70°，与常规拦污栅不一样，该拦污栅栅槽无埋件，拦污栅支承直接靠在混凝土砌筑的斜墙上。设计前应复核与安装相关的各个尺寸（倾角可现场放样得到），同时由于本次改造中水轮机更换了，需要注意与水机专业的配合，落实拦污栅栅条净距，保证合理的过流条件。
前池事故闸门的改造中仅要求替换启闭机，然则启闭房顶无连接点，故而采用了与瓦窑河启闭机的安装办法，启闭机形式由倒挂改为正放，因楼板处无开孔，故需根据安装需要，在楼板处开了孔。见下图
尾水检修闸门共4道，分布上比较集中，各个排架之间间隙比较小，启闭机的安装受限，由于机组的更换，高程发生了变化，经水工计算，原尾水底坎高程需下降1m，孔口宽度维持不变。由于尾水检修闸门的作用主要是在机组检修时挡住河道水倒灌，闸门采用下游止水。原一期门槽为浆砌块石砌筑而成，拆出一个合理空间并不太难，故对门槽宽度亦无太大限制。但启闭机排架过于集中，新换启闭机尺寸过大，我们联系了生产厂家，协商处理方案，保证启闭扬程的前提下缩短了卷筒长度，从而保证了启闭机的安装空间。
综上所述：在改造工程中，对改造范围要清楚，要有针对性，同时注意协调沟通，灵活运用各种办法解决问题，在设计前要对现场数据有全面的了解，合理设计，方法总是多余问题的。
参考文献：
[1]刘细龙陈福荣.闸门与启闭机，2002.
[2]水电站机电设计手册编写组，水电站机电设计手册：金属结构（一），1998.
[3]杨兆福.水工金属结构，1989.
[4]黄希元，唐怡生.小型水电站机电设计手册：金属结构，1911.