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水电工程水毁和病险应采取的措施

北极星电力网技术频道    作者:电力论文3   2007/12/24 18:41:23   

 关键词:  水电工程 措施 水电

[摘要]西大桥水电厂引水枢纽、调节水库、退水渠系等水工建筑物,发生过不同程度的水毁事故,针对出现的问题,科学分析,积极探索,总结经验教训,采取有效的维修加固改建方案,从而达到水工设施的安全运行,充分发挥水电工程的经济效益。表2个。

[关键词]水力发电工程水毁工程除险加固失事分析防护措施

1西大桥水电工程水毁现象的分析和存在的问题

1.1拦河引水枢纽的现状分析和存在的问题

新疆建设兵团农一师电力公司西大桥水电厂位于阿克苏市西南8km处,总装机容量为4x6500kW,是目前阿克苏垦区最大的水力发电企业。西大桥水电厂工程是一座集拦河引水、蓄水发电、灌溉防洪为一体的综合水电工程,包括:引水枢纽、引水渠系、调节水库、厂区枢纽和退水枢纽。该水利工程与电厂其它配套工程的修建同步进行,于1985年底建成,正式通水发电,迄今已运行19年,为保证电厂正常引水、安全发电、下游灌溉防洪发挥着极其重要的作用。

西大桥水电厂水电工程运行19年来,由于遭受洪水的猛烈侵袭和不断冲刷,加之原设计对洪水分析与防冲设计存在一定的不足之处,引水枢纽(冲沙闸、泄洪闸下游)、调节水库、退水枢纽,都发生过不同程度的水毁事故,其中尤以泄洪闸后冲刷最为严重,为此曾投入了大量的人力、物力,真是苦不堪言。直到1999年10月,经水利专家进行应急防冲加固工程的重新设计,又投入了196万元维修改建后,收到良好的效果。但是水利工程的安全运行并没有永远的万无一失,水利工程和水工设施的安全评价一直是我们关注和研究的课题,西大桥电厂的水电工程也不例外,目前的现状令人堪忧,仍然存在着一些问题。

1)工程概况

农一师电力公司西大桥水电厂拦河引水枢纽建设在昆马力克河和托什干河汇合口下游800m处,昆马力克河距离西大桥水电厂约30km,分为西支和东支。西支到西大桥水电厂;东支到多浪河渠首,余水退到电厂引水枢纽下游3km处的阿克苏河。

1999年7月底,昆马力克河和托什干河遭遇特大洪水袭击,其中昆马力克河最大洪峰流量2100m3/s,托什干河最大洪峰流量1860m3/s(54年一遇),两条大河洪峰汇合后,阿克河最大洪峰流量达到3300m3/s(112年一遇),其洪峰流量(见表1)。

从上表可以看出:当p=2%时,Q=2830m3/s;当P=0.2%时,Q=3980m3/s。
而西大桥水电厂拦河引水枢纽,包括泄洪闸、人工弯道、冲沙闸、进水闸和上下游导流堤工程,原设计指标为:设计洪水频率P=2%时,设计流量Q=2160m3/s;校核洪水频率P=0.2%时,校核流量Q=2900m3/s。具体各分项工程规模(见表2)。

另有人工弯道长340m,底宽40m,设计流量Q:510m3/s。

综观上表,相互比较,由此我们可以得知:昆马力克河和托什干河两大洪峰流量值,均大于原来的设计、校核洪峰流量值,这说明原水电工程设计的洪峰流量值偏小。

2)引水枢纽投入运行以来存在的一些问题

①闸前淤积,左岸上游导流堤超高不足。由于引水枢纽壅水运行,抬高了上游河道水位,导致闸前淤积,河床抬高,出现了翘尾巴的现象(因河床坡降较陡,故影响距离也较短),因此汛期河道洪水位随之相应升高,时间愈长,闸前溯源淤积的影响愈明显。

②左岸上游导流堤病险严重。该导流堤原设计不合理,堤顶为平坡,且越靠上游,堤高越小,尾部导流堤顶与上游河道河滩同高。闸前淤积后,导流堤末端洪水位已经基本同堤顶持平,若一旦遭遇特大洪水袭击,就有可能发生洪水漫堤或坍塌事故。

③泄洪闸、冲沙闸,闸后冲刷日趋严重。由于西大桥电厂引水枢纽,汛期引水比较小,一般为160-170m3/s,大量的洪水需要过闸下泄,因此自运行以来,下游河床是逐年刷深,目前泄洪闸后整治段内的河床下切深度已经达到3.2m。消能裙板下游已出现3.2m落差,完全改变了裙板原设计水位的连接关系,造成裙板的消能作用完全丧失。

泄洪闸后消力裙板基础挡土墙及两岸护坡边墙,基础深度仅6.5m,1985年工程建成之初,正值汛期,大闸过洪,当年就曾经发生了左岸护坡基础被淘空,造成边墙坍塌的事故,所幸的是当时抢险维修及时,使险情得到有效的遏制。这一事例充分说明:泄洪闸后原设计裙板基础墙深度太浅,防冲消能设施过于薄弱,是造成事故隐患的主要根源。

冲沙闸闸后同泄洪闸闸后相比,裙板下游形成2.5m左右的落差,遭受洪水的冲刷也相当严重。1.2引水渠系入库陡坡存在的问题和水毁现象分析

1)工程概况

西大桥调节水库引水枢纽工程位于昆马力克河与托什干河交汇口以下lkm的阿克苏河上,引水渠全长9150m,成东南走向进入调节水库。1985年10月建成,11月20口水库开始蓄水,迄今运行近19年,由于入库陡坡末段的防冲设计结构简单,防冲刷能力薄弱,形势很严峻。

电厂引水渠入库陡坡堰口桩号9 150,底宽4m,底高程1117.05m,边坡1:1.5,堤顶高程1123.07,标高6.02m。陡坡末段桩号9 250,底高程1113.65m,边坡1:2,堤顶高程1119.89m,标高6.25m,陡坡浆砌石衬砌长度lOOm,桩号9 150—9 210,长度60m,分为4段,即15m长,浆砌石厚度40~m;桩号9 210-9十250,长度40m,即15m两段和lOm一段,浆砌石厚度30em。末段海漫lOm抛石。汛期5-9月落差3.4m,平水期10月—次年4月落差0.9m。

2)入库陡坡运行以来存在的问题

多年来,西大桥电厂水库入库陡坡能否安全运行一直是厂领导和水工管理人员关注的焦点,入库陡坡的安全运行阶段是1986-1993年,当时只有2台机组发电,引水渠流量也只有80m3/s。电厂二期工程结束后,4台机组开始发电,引水渠流量达到160-170m3/s,入库陡坡落差3.4m,大流量的洪水进库,波浪翻腾,大漩涡此起彼伏,接连不断,水跃长度达到150m,造成下游冲刷日趋严重。

①当时电厂修建调节水库时,由于对大流量洪水入库防冲设计不足,未建任何防冲和消能防冲设施,仅在入库陡坡末段设有l0m长的散块抛石段,但是入库陡坡水跃的长度已达到150m,即在桩号9 250~9 400之间,陡坡末段l0m的抛石段根本无法遏制下游河床的防冲。

②入库陡坡所抛石块体积太小,重量太轻,远远不能抵挡急流的冲刷。经测试入库陡坡的流速已达8m/s左右,像如此大的流速,所抛石块体积必须有足够的重量,才能达到防冲的目的。

③调节水库隔堤9 265-9 400,长135m,边坡1:2,浆砌石护坡深度太浅,在水库投入运行以来,洪水冲刷的深度已远远超过浆砌石砌筑的深度。1:3退水枢纽现状分析及存在的问题
1)工程概况

西大桥水电厂退水枢纽是该厂唯一的退水工程,其作用是排泄发电后释放或多余的水量,稳定引水,保障下游阿瓦提县和沙井子垦区约200万亩地的灌溉用水。它包括尾水渠和退水渠,尾水渠全长1240m,底宽30m,水深3m,纵坡1/3000,边坡1:1.5,渠深5m,厂0 199.435~厂0 650段渠底护砌150号混凝土板厚0.1m。

退水渠全长488m,底宽24m,水深1.8m,纵坡1/1000,边坡1:1.5,渠深2.6m,渠底护砌同样是0.1m混凝土板。

尾退水渠设计流量80-50m3/s,从厂0 900~1 230共计330m,因当时考虑到这一段流速较为缓慢,故渠底未设混凝土衬砌。在厂1 023处设胜利渠二级电站引洪渠,设计流量52m3/s。在厂1 056处设河管处退水闸,设计流量60m3/s。

2)退水枢纽历年来存在的一些问题

①退水枢纽工程原设计不合理。西大桥水电厂退水渠出口陡坡原设计为块石铅丝笼护砌陡坡,由于洪水冲刷,河床日益下切,根本无法维持正常的运行。虽然电厂曾在1988年将出水陡坡改建为一级跌水,修建了长20m,深为0.8m的消力池,并且在消力池后加护lOm长、0.8m厚的块石铅丝笼,但是收效甚微。

②过水段面变窄,使流速突然加大,河床冲刷加剧。由于农一师电力公司热电厂实施城市集中供热工程建设,正好在我厂退水渠出口陡坡处新建了一座供热管道堤坝,致使该段原42m的过水段面变为24m,退水流速也由原2m/s变为4m/s,造成河床冲刷加剧,不仅影响到我厂的正常退水,同时威胁到堤坝的安全和右堤两条输电线路铁塔基础的安全。

2针对水电212程发生的水毁事故所采取的防治措施

2.1不断探索积极采取有效的防冲刷措施,保证引水枢纽的安全运行

在西大桥水电厂引水枢纽工程中,泄洪闸闸后冲刷尤为严重,历年来,每年汛期过后,泄洪闸后裙板下游都出现面积大的局部冲刷深坑,为此电厂年年投人大量的人力、财力,向冲刷坑内抛投大块片石、块石铅丝笼和混凝土大块体,然而,次年洪水过后,冲刷坑却再度出现。如此循环反复,企业已是苦不堪言,结果却是收效甚微。

1999年8月上旬,阿克苏河发生特大洪水,8月3日泄洪闸过闸最大洪峰流量达到1449.6m3/s,汛后经检测,泄洪闸后冲刷遭遇运行以来最为严重的一次,冲刷坑面积达近500m2,其中局部最大的冲刷坑深度已经低于裙板挡土墙基础1.04m,严重威胁着大闸的安全。

泄洪闸闸后遭受严重冲刷的水毁事故牵动着电厂每一位干部和职工的心,电厂领导和水工技术人员更是心急如焚,多次深入到现场实地勘测,加班加点,反复绘图测算,积极探索一种行之有效维修措施,最终与勘测设计院的水工专家敲定一套更为有效合理的应急加固工程方案。

该方案采取堵坝、基坑抽水、深挖土方,底层散抛d≥40cm块石lOOem高,顶面现浇5mX5mX1.2m大小C20混凝土块软排,并且混凝土块与混凝土块间隔50~m,用铁链软连。在混凝土软排末端焊制规格为5mX5mXlm共lOm长的2排钢筋笼,笼内密实填块并封口焊接。同时顺下游方向砌筑比原坡底深1.5m的浆砌石30m长。

西大桥水电厂泄洪闸闸后防冲加固工程投入资金196万元,工程维修历时半年之久,于2000年4月峻工交付使用至今,已经整整4年,再未出现过任何洪水冲刷河床的水毁事故。

冲沙闸闸后冲刷同泄洪闸相比虽然较小,但裙板下游也已形成了2.5m左右的落差。建厂初期,同样采取在每年汛后,抛投大量块石或放置块石铅丝笼。1994年也投入资金进行了临时维修加固,在裙板下游修建了长25m、深1.Om的消力池,但是没有真正起到消能防冲的作用,闸后冲刷势头未能得到彻底有效的遏制。直到2002年3月,电厂新一届领导班子上任后,把解决冲沙闸闸后冲刷的工程纳入重要议事日程,而且迅速与水工技术人员制定出科学合理的维修工程方案。

该方案是在海漫段砌筑长20m、宽30m、厚0.4m的浆砌石底板,底板末端用C20混凝土现浇深1.5m、宽0,5m的后齿墙,并且在浆砌石底板表面加糙,设顶宽30em、底宽80em、高度30em的现浇齿坎消能墩68个,同时在海漫末端散抛25m长、40em厚的块石。由于该项工程方案制定合理、措施得当,两年多来,冲沙闸闸后冲刷的现象再未发生。

2.2潜心研究、制定科学合理的水电工程维修计划,确保调节水库入库陡坡的正常运行

西大桥水电厂水库入库陡坡,运行多年后,因冲刷深度超过边坡衬砌的深度,边坡浆砌石也存在不同程度的塌陷,所以电厂年年汛期组织防洪抢修。据资料记载,1996年春季枯水期,电厂水工技术人员现场实测:入库陡坡下游深度达3m左右,原l0m的散抛块石段的石块全部冲走。当时的电厂领导迅速作了部署安排,组织焊工,加班焊接铁船,在陡坡下游抛块石长20m共966m3,投入维修费用近20万元。

没想到2001年4月枯水期,水工技术人员对入库陡坡再次测量,发现冲刷深坑再次出现。电厂领导审时度势,认真部署安排,及时组织水工技术人员潜心研究,并把它列入当年技改工程项目攻关,同时委托师勘测设计院进行工程设计,最终制定了一套科学合理、确实可行的改建工程方案。

该工程维修方案是在桩号9 150—9 21.0,原60m长的浆砌石底板表面分四段现浇C20的混凝土块,混凝土块表面设混凝土齿坎加糙,达到辅助消能的作用。桩号9 210—9 250之间,仍保持原来40m的浆砌石底板不变。桩号9 250-9 275之间,增设长25m、深3m的消力池,并设消能墩消能。海漫段是l0m长、0.6m厚的浆砌石底板,海漫段后放置了两排规格是5mX5mX0.6m的块石钢筋笼。桩号9 275-9 400之间,以厚度0.4m的浆砌石护坡,浆砌石边坡1:2。在桩号9 300和9 325两处各设丁坝一条,使水流冲刷偏向右岸沙滩,从而解决了导流隔堤冲刷塌陷的问题。

西大桥水电厂调节水库入库陡坡维修改建工程投入资金共107万元,工程维修历时1个月,从2002年4月工程完工,一直运行至今,再未出现过河床冲刷的水毁事故。

2.3高瞻远瞩、精密部署长远有效的工程维修方案,确保退水枢纽安全退水

西大桥水电厂退水渠出口陡坡由于塔河治理规定限额配水,使退水流量剧增和热电厂架设供热管道,使过水段面急剧变窄,造成河床冲刷严重,直接危及到渠堤和输电线路铁塔基础的安全。鉴于上述紧急情况,电厂领导和水工技术人员集思广益,经过积极的探讨、科学的论证,以高瞻远瞩的目光,大胆地提出增设二级跌水的改建工程方案。

该工程改建方案是在退水渠原一级跌水消力池后1 530-1 540之间,增加l0m长、0.4m厚的现浇混凝土底板,再在桩号1 540-1 555之间,增加长15m、深1.2m的二级跌水,形成了2.05m的落差。在桩号1 555-1 615的海漫段为厚度0.4m的浆砌石底板,底板表面增设辅助消力齿坎86个,浆砌石底板末端设1.2m深、0.5m宽的后齿墙,后齿墙末端又增设l0m长、0.5m厚的散抛片石。使退水渠出口陡坡的流量达到120m3/s,改变了原设计流量80-50m3/s的不足。

目前,西大桥水电厂退水渠出口陡坡改建工程完工已近两年,时间是最好的证明,退水渠出口陡坡改建工程为退水渠正常退水、安全运行,提供了坚实的保障。

3有关水电工程的工作思路

3.1树立“以人为本”的经营理念,加大对水工管理人员的安全培训力度

今后,西大桥水电厂将继续坚持“以人为本、安全第一”的宗旨,以“争创学习型企业、争做学习型员工”的经营理念,加大对水工管理人员的安全技能和专业水平的培训力度,提高水工管理人员的整体素质。

3.2加强水电工程管理,加大对水工设施的巡查力度

不少水电工程管理单位或多或少存在着一种错误的思想倾向,就是“重建设、轻管理,重工程、轻实效”,这样任其下去,不仅不能发挥工程经济效益,而且势必给工农业生产和人民生命财产安全造成严重威胁,因而加强水电工程管理是十分重要的。为此,西大桥水电厂制定了严格的水电工程管理制度,加大水工建筑物的巡查力度,特别是加大对病库、险库、堤坝鼠穴、渗漏等水工设施的观测检查力度,及时发现事故隐患,及时维修加固,有力地保证水电工程正常运行。

3.3加强节假日领导带班制度,强化员工安全意识水电工程管理是一项综合性的工作,只有坚持常抓不懈,克服麻痹和侥幸的思想,才能保证水电工程的安全运行。许许多多发生在节假口的漫堤或坍塌的事故告诫我们,时刻也不能放松管理。要强化员工的安全意识,切实加强经常性的、有计划、有秩序的检查观测和日常养护工作,确保水利枢纽处于正常状态。

3.4运用先进的技术,加强水电工程的现代化管理

实现水电工程的现代化管理,不断推进现代科学的新技术、新设备、新理念,对水工建筑物进行科学的检查和观测,并对观测资料进行整理分析,以便了解工作状态是否正常,有无不利于工程安全的变化,从而才能对建筑物的质量和安全程度做出正确的判断和客观的评价,才能采取有效的措施进行养护维修,确保工程的安全运行,充分发挥水电工程的经济效益。

来源:中国电能质量
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