大金坪水電站“7.17”泥石流搶險(xiǎn)

鄧元亮, 彭 剛

(四川松林河流域開發(fā)有限公司,四川雅安 625400)

1 概 述

大金坪水電站位于四川省石棉縣境內(nèi)的松林河干流上,是一座由灣壩河、洪壩河聯(lián)合引水、松林河干流建廠發(fā)電的引水式電站,工程開發(fā)的主要任務(wù)是發(fā)電,電站設(shè)計(jì)水頭 185m,裝機(jī)容量129MW。工程樞紐主要建筑物包括:灣壩河混凝土閘壩、洪壩河混凝土閘壩、兩河間無壓引水隧洞、電站引水隧洞、阻抗式調(diào)壓井、壓力鋼管、主副廠房等。

大金坪水電站于 2007年 6月 30日并網(wǎng)發(fā)電。2009年 7月 17日,松林河流域?yàn)I東電站至大金坪水電站洪壩閘首區(qū)域突降暴雨,引發(fā)罕見泥石流并進(jìn)入引水系統(tǒng),導(dǎo)致大金坪水電站全站停機(jī)。

2 災(zāi)害原因分析

2009年 7月 17日 20∶14左右,松林河流域洪壩河濱東電站至大金坪水電站洪壩閘首區(qū)域范圍內(nèi)突降特大暴雨,導(dǎo)致大面積山體滑坡,大量泥沙、漂浮物涌入該水電站洪壩庫區(qū),堵塞攔污柵,當(dāng)庫區(qū)水位達(dá)正常蓄水位時(shí)攔污柵斷裂,大量泥石流進(jìn)入大金坪水電站引水系統(tǒng),電站三臺機(jī)組被迫停機(jī)。筆者對造成此次災(zāi)害的重要原因進(jìn)行了分析。

(1)區(qū)域暴雨強(qiáng)度大。

大金坪水電站洪壩閘首至濱東電站約 10km區(qū)域河道兩側(cè)均為高度 1000m左右的陡峭山體,為無人居住區(qū),17日晚突降暴雨,3h降雨量超過 100mm,洪壩河入庫流量瞬間由約 50m3/s增至 200m3/s,且挾帶大量泥沙及漂浮物。洪壩庫區(qū)水位高程由 1208m迅速上升到 1212m(最高水位流量為 100m3/s)。

(2)攔污柵斷裂。

大金坪水電站引水隧洞進(jìn)水口攔污柵為兩孔潛孔式攔污柵,孔口尺寸為 6m×10m(寬 ×高),每孔兩節(jié)柵體,設(shè)計(jì)水頭 4m;17日晚 23∶00,電站三臺機(jī)組負(fù)荷(129MW)迅速下降,經(jīng)調(diào)整無效,引水隧洞進(jìn)口 ～1#支洞段嚴(yán)重脫水,攔污柵柵差超過 14m并瞬間斷裂,泥石流進(jìn)入引水隧洞并將進(jìn)水口重新封閉,隧洞內(nèi)的壓縮空氣挾帶水流、泥沙從通氣孔爆出,噴射最大高度達(dá) 5m,造成洪一電站廠房進(jìn)水(洪一電站廠房與大金坪水電站進(jìn)水口緊臨)。

(3)電站未停機(jī)避峰。

在暴雨過程中,電站未停機(jī)避峰,運(yùn)行過程中出現(xiàn)機(jī)組溜負(fù)荷、機(jī)組瓦溫升高但仍未及時(shí)停機(jī),直至進(jìn)水口通氣孔冒水后大量泥沙、雜物進(jìn)入引水系統(tǒng)并堵塞機(jī)組過流部件事故解列后才陸續(xù)停機(jī)。由于未及時(shí)停機(jī),大量泥沙、雜物進(jìn)入引水系統(tǒng),在 1～3#機(jī)組停機(jī)過程中,3臺機(jī)組的蝶閥、導(dǎo)葉均無法完全關(guān)閉,其中 1#機(jī)蝶閥完全不能關(guān)閉。

(4)監(jiān)測手段薄弱。

大金坪水電站《水工運(yùn)行規(guī)程》對進(jìn)水口攔污柵運(yùn)行方式作了規(guī)定,正常運(yùn)行時(shí)攔污柵前后壓差不得超過 0.5m。但自電站運(yùn)行以來,一直沒有采用監(jiān)測攔污柵壓差的技術(shù)手段,也沒有采取其它相應(yīng)措施。

3 搶險(xiǎn)方案

3.1 搶險(xiǎn)方案概述

大金坪水電站引水系統(tǒng)布置情況見圖 1,堵塞情況為:1#支洞下游 ～4#支洞上游泥石流淤積厚度為 0.2～5.6m,壓力管道下平段、3條支管、機(jī)組全部堵塞,尾水渠淤積物厚 7.8m(淤積情況見圖 1)。由于隧洞、管道、機(jī)組堵塞嚴(yán)重,如何將引水系統(tǒng)中的壓力水盡快排放,如何將 60000m3淤積物盡快清理在搶險(xiǎn)過程中尤為重要。具體搶險(xiǎn)流程見圖 2。

3.2 排水泄壓

圖 1 大金坪水電站引水系統(tǒng)縱剖面圖

圖 2 搶險(xiǎn)流程圖

(1)泄壓順序選擇。

為了盡快了解隧洞淤積情況,也為了給制定壓力管道泄壓措施提供更加詳細(xì)的資料。排水泄壓采取先開啟 4#支洞檢修門、后開啟 2#支洞檢修門的方式(另:2#支洞被泥石流掩埋,道路中斷)。

(2)引水隧洞排水泄壓。

4#支洞檢修門壓力計(jì)算:通過調(diào)壓井水位檢查測量,調(diào)壓井水位高程為 1200m,4#支洞位置隧洞底板高程為 1172.4m,由此計(jì)算出 4#支洞檢修門承受平均水頭為 26.7m,檢修門面積為1.5m×1.8m=2.7m2,檢修門承壓受力約為 1×9.8×26.7×2.7=706.5(kN)(按水壓力計(jì)算),故無法按無壓方式開啟檢修門。

4#支洞檢修門開啟:在檢修門外搭設(shè)支撐架,支撐架與檢修門之間安裝 4支千斤頂(千斤頂調(diào)至最大行程)以平衡檢修門受力;慢慢松動(dòng)檢修門固門螺栓,讓水從隧洞排出;待水流較緩時(shí),拆除固門螺栓(僅余 2顆確保安全);在遠(yuǎn)離檢修門鉸的兩支千斤頂上固定炸藥;待設(shè)備及人員撤離至安全位置后,引爆炸藥拆除千斤頂,利用檢修門所受壓力剪斷 2顆安全螺栓,使隧洞泥石流從 4#支洞排出,直接流入河道。

2#支洞檢修門開啟:在 4#支洞無泥石流排出后,檢查 2#支洞檢修門承受壓力(開啟檢修門旁預(yù)留的施工排水管),待無壓時(shí)正常開門,開啟后有少量泥漿排出,泥漿比門坎高 50cm。

泥石流自然排完后,在 4#支洞下游側(cè)采用袋裝粘土砌筑圍堰,圍堰高 4m,厚 2.5m,以便引水隧洞清理及鋼管道排水泄壓。

(3)壓力管道排水泄壓。

泄壓方案選擇:壓力管道排水泄壓由于難度較大,進(jìn)行了多次分析討論。首先排除了從壓力管道上彎管抽淤、從 4#支洞排出的方案(由于抽淤最大高度約 100m,且漂浮物較多易發(fā)生堵塞、安全風(fēng)險(xiǎn)大);又制定了主要方案和備用方案。主要方案通過蝶閥底部放空管向壓力管道輸送壓縮空氣,通過壓縮空氣的擴(kuò)散作用使管道內(nèi)的淤積物松動(dòng),繼而使細(xì)小顆粒與水混合形成液體,再通過機(jī)組或蝶閥旁通管將液體排出,待壓力管道內(nèi)只剩固體物后,再將蝶閥吊出,從蝶閥室進(jìn)入壓力管道進(jìn)行固體物清理。備用方案為在壓力管道充氣泄壓不成功的情況下,通過拆除壓力管道下平段施工支洞的封堵混凝土,在壓力鋼管上開小孔泄壓,再通過爆破開大孔排淤,但此方案由于有鋼管制安及封堵混凝土施工,工期較長。

泄壓的實(shí)施:由于 3臺機(jī)組只有 3#機(jī)組蝶閥能完全關(guān)閉,故只能選擇 3#機(jī)組蝶閥實(shí)施充氣泄壓方案,3#機(jī)組蝶閥壓力表顯示的壓力約 2.0 MPa,因此而選擇壓力大于 2.0MPa的空壓機(jī)向壓力管道充氣,在壓縮空氣壓力達(dá)到 2.1MPa時(shí),壓力管道上彎段有氣泡冒出,壓縮空氣的擴(kuò)散起到了作用,達(dá)到了壓力管道內(nèi)細(xì)小顆粒與液體混合的目的。在 3#機(jī)組導(dǎo)葉小開度排淤堵塞的情況下,采用了從蝶閥旁通管接管道,通過發(fā)電機(jī)層將液體物直接排至河道,成功地將蝶閥壓力降到零,達(dá)到了排水泄壓的目的。

3.3 淤積物清理

(1)隧洞淤積物清理。

由于支洞進(jìn)人孔尺寸只有 1.5m×1.8m,大型設(shè)備無法進(jìn)入洞內(nèi),故采用數(shù)次開啟進(jìn)水閘充水閥向隧洞充水進(jìn)行排淤;固體物采用人工裝編織袋運(yùn)至主支洞交叉口裝入裝載機(jī),由裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)出支洞外;對于樹木、樹枝等雜物,采用人工解小后扛出支洞外的方式進(jìn)行清理。

(2)尾水渠淤積物清理。

在壓力管道泄壓未完成時(shí),采用抽沙泵清理尾水渠;機(jī)組蝶閥吊出后,抽干尾水渠,采用人工配合機(jī)械挖除淤泥;在尾水渠中用樹干捆扎反鏟工作平臺,將 2臺 0.18m3反鏟吊至工作平臺,通過反鏟挖淤泥裝入料斗,再利用尾水平臺上兩臺25t吊車吊出,同時(shí),為了加快進(jìn)度,在尾水渠溢流堰搭設(shè)爬梯人工背運(yùn)。

(3)機(jī)組過流部位淤積物清理。

蝸殼清理采用人工清理的方式,通過蝸殼進(jìn)人門進(jìn)入蝸殼,在用河水稀釋淤泥后,用污水泵將其排出廠外;樹木、樹枝截短后由人工搬運(yùn)至發(fā)電機(jī)層,再用裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)出廠房。

在壓力管道減壓、雜物清理過程中,平行安排機(jī)組及輔助系統(tǒng)的清理、缺陷處理工作。

(4)壓力管道淤積物清理。

待壓力管道減壓完成后,吊出蝶閥;用 0.2 MPa高壓水稀釋鋼管內(nèi)的淤泥,將其自然排放至蝶閥層,用污水泵排出廠外;樹木、樹枝截短后由人工搬運(yùn)到蝶閥層,用廠房行車將其吊運(yùn)到發(fā)電機(jī)層,用裝載機(jī)運(yùn)出廠房。

4 安全管理

4.1 及時(shí)成立搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組

災(zāi)害發(fā)生后,公司立即啟動(dòng)了應(yīng)急預(yù)案,為保證搶險(xiǎn)救災(zāi)和生產(chǎn)自救工作順利進(jìn)行,成立了以總經(jīng)理為指揮長的“松林河公司‘7.17'泥石流災(zāi)害搶險(xiǎn)救災(zāi)、生產(chǎn)自救指揮部”,負(fù)責(zé)對搶險(xiǎn)救災(zāi)、生產(chǎn)自救工作的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和指揮。

4.2 定時(shí)聯(lián)絡(luò)溝通

指揮部每天下午三點(diǎn)召開工作例會,通報(bào)當(dāng)天工作完成情況、存在的問題并制定下一步計(jì)劃及安全措施。

4.3 應(yīng)急措施到位

在搶險(xiǎn)自救過程中,通過每日工作例會分析危險(xiǎn)因素及防范措施,對重大危險(xiǎn)隱患制定專門的應(yīng)急措施,如 4#支洞爆破開門、隧洞充水排淤、鋼管道排水泄壓、尾水渠河水倒灌等均有針對性的制定了專項(xiàng)安全措施。

由于搶險(xiǎn)過程中安全措施到位,沒有發(fā)生任何安全事故。

5 結(jié) 語

大金坪水電站“7.17”泥石流自然災(zāi)害發(fā)生后,公司立即啟動(dòng)了應(yīng)急預(yù)案,成立了搶險(xiǎn)救災(zāi)、生產(chǎn)自救指揮部。在搶險(xiǎn)過程中,通過科學(xué)分析,合理制定搶險(xiǎn)方案,精心組織實(shí)施,經(jīng)過 45d連續(xù)奮戰(zhàn),于 8月 31日順利完成了搶險(xiǎn)任務(wù)。