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      某水電站沖砂閘垮塌原因分析

      2023-02-21 02:30:02唐振華趙鵬強
      東北水利水電 2023年2期
      關鍵詞:溢流壩沖砂洪水位

      唐振華,趙鵬強,姜 軍

      (1.中水東北勘測設計研究有限責任公司,吉林 長春 130021;2.水利部水利水電規(guī)劃設計總院,北京 100120)

      1 工程概況

      某水電站位于牡丹江下游依蘭縣境內(nèi),距離牡丹江與松花江匯合口10 km,始建于1977 年,1983 年投入運行。原水電站工程主要建筑物有右岸副壩、溢流壩、沖砂閘、進水閘和發(fā)電廠房。工程等別為IV 等,建筑物級別為4 級,設計洪水重現(xiàn)期為30 年,校核洪水重現(xiàn)期為200 年。水庫正常蓄水位為101.00 m,設計洪水位為104.95 m,校核洪水位為106.60 m。沖砂閘布置在左岸,共12 孔,孔口尺寸5.00 m×3.00 m(寬×高),采用鋼筋混凝土結構,兩孔一聯(lián)的布置型式,由上游鋪蓋段、閘室段、消力池護坦段、海漫段組成。上游粘土鋪蓋長25.00 m,頂高程96.50 m,沖砂閘堰頂高程97.00 m,消力池長17.50 m,池底板頂高程95.50 m。

      電站運行至2019 年11 月,已進行了多次加固改造。1984 年對沖砂閘下游消力池進行加固,在沖砂閘下游一級消力池后增設二級消力池,二級池長25.00 m,池底板頂高程95.50 m,尾坎高程96.50 m。1991 年對右岸副壩進行局部改造,將72.00 m 長副壩改為溢流壩,壩寬度由558.00 m 增加至660.00 m。1996 年對攔河壩進行加高和相關建筑物改造,改造后溢流堰堰頂高程由101.00 m增加至101.60 m,水庫正常蓄水位為101.60 m,設計洪水位為105.36 m,校核洪水位為106.66 m。2015 年對設備實施增效擴容改造,電站單機容量由2.5 MW 增加到3.0 MW,改造后電站裝機仍為5 臺發(fā)電機組。2017 年對工程進行安全分析評價,安全鑒定結論為“該工程為二類壩,大壩樞紐基本安全”。

      2 沖砂閘垮塌經(jīng)過及應急處置

      2019 年 10 月 12 日 8 至 14 時,沖砂閘例行巡檢中未發(fā)現(xiàn)異常情況。19 時58 分,電廠渠首值班員正常巡視沖砂閘后剛回到左岸壩肩,聽到異響,發(fā)現(xiàn)沖砂閘中間幾孔閘室段向上游垮塌,左岸上下游擋墻發(fā)生扭曲變形,失去原有使用功能。沖砂閘垮塌未造成人員傷亡,沒有危及下游村屯人民生命財產(chǎn)安全。

      沖砂閘垮塌后,運行管理單位按照程序及時向相關主管部門及保險公司進行了報告,并積極協(xié)調上游電站采取減小流量運行、及時封堵左壩頭防止壩肩沖毀、修建應急圍堰保護溢流壩安全等一系列措施,采取的應急措施及時有效,降低了左壩肩和溢流壩繼續(xù)垮塌的風險。

      3 沖砂閘垮塌現(xiàn)狀

      2019 年 11 月 23 日現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn),12 孔沖砂閘已全部垮塌,中間閘孔(4~6 號)向上游傾倒較為明顯,左側和右側導墻均向中間傾斜或傾倒。閘墩邊墻、閘頂啟閉機工作橋梁大部分斷裂脫開。

      閘室上游側左右兩岸淤積較厚,閘前出現(xiàn)較大深坑。左右岸邊墩出現(xiàn)較寬拉裂縫,下游一級消力池底板左側隆起,右側下沉,二級消力池底板隆起,兩級消力池間連接鋼筋拔脫。右側下游邊墻大范圍倒塌,左側下游邊墻大范圍開裂。

      4 沖砂閘垮塌原因分析

      4.1 臺風及洪水影響

      2019 年8—9 月,黑龍江省東部地區(qū)連續(xù)經(jīng)歷3 次臺風:利奇馬臺風(8 月10 日),蓮花電站至該水電站壩址區(qū)間日降雨量達25.2 mm;玲玲臺風(9月7 日),蓮花電站至該水電站壩址區(qū)間日降雨量達48.0 mm;山竹臺風(9 月15 日),長江屯水文站8月最大流量 2 000 m3/s,9 月最大流量 2 160 m3/s,8—9 月有 31 d 流量超過 1 000 m3/s。2016—2019年長江屯水文站月平均流量統(tǒng)計見表1。

      表1 2016—2019 年長江屯水文站月平均流量統(tǒng)計表

      按水庫調度運行原則,當流量超過1 000 m3/s時,開啟沖砂閘泄洪排砂。由表1 可以看出2019年8,9 月份月平均流量明顯高于多年平均流量,沖砂閘開啟歷時22 d,明顯多于往年。

      4.2 閘前鋪蓋破壞影響

      沖砂閘閘室段采用混凝土閘墻結構,閘基為強透水性的級配不良礫。經(jīng)初步核算,沖砂閘抗滑穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。沖砂閘無安全監(jiān)測設施,閘前常年處于水下,上游鋪蓋未作檢查。

      根據(jù)沖砂閘整體向上游傾斜垮塌,閘前有明顯塌陷深坑等現(xiàn)象,初步分析判斷:閘前鋪蓋存在局部破壞,滲徑明顯減小,滲透比降加大,閘基發(fā)生管涌破壞,事態(tài)在短時間內(nèi)擴大,最終導致沖砂閘向上游垮塌。

      5 結語

      通過對水電站工程沖砂閘垮塌前運行情況及垮塌后狀態(tài)的調查研究,結合沖砂閘垮塌前后影響沖砂閘正常運行因素的分析,初步確定了沖砂閘垮塌的主要原因,為其他工程運行管理、維護和應急搶險提供了經(jīng)驗。

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