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水庫蓄水安全鑒定中金屬結(jié)構(gòu)安全評價注意事項

文檔作者：王大江楊明化嚴晶文檔來源： 1．長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司 2．國家大壩安全工程技術(shù)研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月17日
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第47卷第3期
2 0 1 6年2月
人 民 長 江
Yangtze River
V01．47．No．3
Feb．， 2016
文章編號：1001—4179(2016)03—0072—04
水庫蓄水安全鑒定中金屬結(jié)構(gòu)安全評價注意事項
王大江 ，楊明化 ，嚴 晶 ’
(1．長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢430010； 2．國家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430010)
摘要：相關(guān)安全鑒定機構(gòu)在水庫蓄水前對金屬結(jié)構(gòu)進行安全評價時，除了應(yīng)對金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造、安裝和
調(diào)試等方面情況進行評價外，還應(yīng)分析在下閘蓄水期間水工金屬結(jié)構(gòu)是否存在超設(shè)計水頭擋水和改變閘門
工作性質(zhì)的風(fēng)險。以3個水庫蓄水為例，分析了各自存在的閘門安全風(fēng)險，并提出相應(yīng)的整改建議，消除了水
庫下閘蓄水時閘門可能出現(xiàn)的隱患。
關(guān)鍵詞：水工金屬結(jié)構(gòu)；安全評價；閘門；蓄水安全鑒定；水庫蓄水
中圖法分類號：TV697 文獻標志碼：A DOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2016．03．018
根據(jù)國家主管部門的規(guī)定，水庫蓄水驗收前必須
進行蓄水安全鑒定。對水庫的金屬結(jié)構(gòu)進行安全評
價，是蓄水安全鑒定的主要工作內(nèi)容之一。金屬結(jié)構(gòu)
安全評價是對其設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試等方面情況進
行評價。但僅完成這些方面的評價工作還不全面，還
須分析與蓄水相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)在下閘蓄水期間，是否
存在超設(shè)計條件使用的可能，評價水庫下閘蓄水是否
存在安全風(fēng)險。本文重點分析與蓄水相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)
可能出現(xiàn)超設(shè)計條件使用的原因及其風(fēng)險，安全評價
時應(yīng)提出的消除或避免風(fēng)險的建議，并介紹了幾個下
閘蓄水水庫消除或避免風(fēng)險的實例，以期對蓄水安全
鑒定中金屬結(jié)構(gòu)安全評價有所借鑒和參考 。
1 金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超設(shè)計條件使用的原因
水庫的金屬結(jié)構(gòu)，一般指水庫相關(guān)建筑物布置的
閘門(閥門)及其啟閉設(shè)備。金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計條件，包
括閘門的孔口尺寸、設(shè)計水頭和閘門的工作性質(zhì)等。
閘門超設(shè)計水頭擋水和改變閘門的工作性質(zhì)，均為超
設(shè)計條件使用。
水庫的下閘蓄水時間和蓄水前的施工形象進度，
與初步設(shè)計中的施工組織設(shè)計相比較，往往存在明顯
差異。若按下閘蓄水方案蓄水，可能使某些閘門形成
超設(shè)計條件使用。
(1)水庫工期延誤，計劃下閘蓄水時間比設(shè)計要
求明顯滯后，改變了導(dǎo)流洞封堵閘門的擋水時段，封堵
閘門可能超設(shè)計水頭擋水。
(2)水庫蓄水時，安排放空洞承擔(dān)泄洪任務(wù)，而放
空洞出口的工作閘(閥)門尚未施工安裝，將放空洞進
口的檢修閘門作為泄洪工作閘門，改變了閘門的工作
性質(zhì)。
(3)水庫蓄水時，安排發(fā)電引水洞承擔(dān)泄洪任務(wù)，
而發(fā)電引水洞出口的泄洪建筑物還未施工，將進口的
事故閘門作為泄洪工作閘門，改變了閘門的工作性質(zhì)。
以上所列情況，均可能導(dǎo)致閘門超設(shè)計條件使用。
2 蓄水安全可能存在的風(fēng)險
閘門的設(shè)計水頭是閘門門體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要設(shè)計
條件，如閘門超設(shè)計水頭擋水，將導(dǎo)致閘門毀壞；閘門
的工作性質(zhì)是選定閘門啟閉機容量(即額定啟閉力)
的主要設(shè)計條件，若改變閘門工作性質(zhì)，啟閉機可能無
法啟閉閘門。若下閘蓄水方案存在閘門超設(shè)計水頭擋
水或改變閘門工作性質(zhì)的可能，則水庫下閘蓄水存在
收稿日期：2015—12—07
基金項目：國家大壩安全工程技術(shù)研究中心項目“大壩安全評價系統(tǒng)軟件(二期)”(CX2014Z03)
作者簡介：王大江，男，高級工程師，從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計、咨詢和研究工作。E—mail：wangdajiang@cjwsjy
eom ．en
第3期 王大江，等：水庫蓄水安全鑒定中金屬結(jié)構(gòu)安全評價注意事項 73
安全風(fēng)險。
2．1 閘門超設(shè)計水頭擋水的風(fēng)險
以導(dǎo)流洞作為施工導(dǎo)流建筑物的水庫，使用封堵
閘門下閘蓄水。封堵閘門一般為一次性使用閘門，其
設(shè)計水頭一般按封堵閘門擋水時段的設(shè)計洪水計算確
定。擋水時段的改變使設(shè)計洪水隨之改變，可能出現(xiàn)
封堵閘門超設(shè)計水頭擋水的情況。
封堵閘門超設(shè)計水頭擋水將導(dǎo)致閘門毀壞，其后
果可能十分嚴重。因封堵閘門下閘擋水后，將進行導(dǎo)
流洞堵頭的施工，有的水庫還需進行導(dǎo)流洞改建工程
施工，封堵閘門一旦毀壞，洞內(nèi)施工人員的安全將受到
嚴重威脅，可能引發(fā)重大安全事故。封堵閘門毀壞后，
重新下閘蓄水的施工措施非常繁復(fù)，此不贅述。
2．2 改變閘門工作性質(zhì)的風(fēng)險
水庫蓄水期間承擔(dān)泄洪任務(wù)的建筑物多為放空洞
或發(fā)電引水洞，放空洞和發(fā)電引水洞的進口檢修閘門
或事故閘門多為潛孔式平面閘門，故以潛孔式平面閘
門為例，分析改變閘門工作性質(zhì)帶來的風(fēng)險。
按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》(SL74—
2013)，閘門按工作性質(zhì)劃分為3類，即工作閘門、事故
閘門和檢修閘門。工作性質(zhì)決定了閘門的啟閉方式：
工作閘門為動水啟閉，事故閘門為動閉靜啟，檢修閘門
為靜水啟閉。工作性質(zhì)改變的實質(zhì)是啟閉方式的改
變，啟閉方式的改變則直接關(guān)系到閘門啟閉力的變化。
閘門啟閉機的容量是根據(jù)閘門工作性質(zhì)不同由啟閉力
計算后選定的，下閘蓄水前已設(shè)計、制造完畢，在蓄水
期問改變閘門的工作性質(zhì)，可能使啟閉機無法滿足閘
門啟閉要求。
檢修閘門按靜水啟閉選定啟閉機容量，在靜水中，
閉門時閘門依靠自重即可關(guān)閉孔口；啟門時的啟門力
只需大于閘門自重，即可開啟閘門。由于檢修閘門開
啟時需先平壓后開啟，考慮到可能沒有完全平壓即開
啟的情況，規(guī)范要求按1～5 m的水位差計算閘門的啟
門力，然后按此啟門力選定啟閉機的容量。盡管考慮
水位差選定啟閉機容量，閘門可在一定水頭下動水開
啟，但可啟門的水頭有限。如將檢修閘門作為工作閘
門，只要出現(xiàn)較小的擋水水頭，啟閉機即不能開啟閘
門，檢修閘門即出現(xiàn)失控。
事故閘門按動閉靜啟選定啟閉機容量，計算閘門
啟閉力時，需分別計算閉門力、持住力和啟門力。按
《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》(SL74—2013)9．1．1
條規(guī)定，動水啟閉平面閘門的閉門力、持住力、啟門力
的計算公式如下。
F =nr( d+ )一nGG+P (1)
Fr=17,tGG+G + +P 一P 一( d+ )
(2)
F9=n ( d+ )+P +rt GG+G +
(3)
各式中，G為閘門自重；Gj為加重塊重量；n 為摩擦阻
力安全系數(shù)，可采用1．2；n 為計算閉門力用的閘門自
重修正系數(shù)，可采用0．9—1．0；n 。為計算持住力和啟
門力用的閘門自重修正系數(shù)，可采用1．0—1．1； 為
支承摩阻力；T： 為止水摩阻力； 為作用在閘門上的
水柱壓力；P 為上托力，包括底緣上托力及止水上托
力；P 為下吸力。
閉門力按式(1)計算，計算結(jié)果為“正”值時，需要
加重(加重方式有加重塊，水柱或機械下壓力等)；為
“負”值時，依靠自重可以關(guān)閉。持住力和啟門力分別
按公式(2)和公式(3)計算。
設(shè)計時，先按公式(1)計算閉門力，若閘門承受水
壓所產(chǎn)生摩阻力大于閘門自重，計算結(jié)果為“正”值，
需采取增加閉門力的措施，使閉門力計算結(jié)果為“負”
值，即n ( + )一n G一 +P <0，閘門可正常
閉門。持住力的計算，是考慮閘門進入孔口開始擋水
至完全關(guān)閉，按不同開度分段試算，取其最大值作為持
住力。啟門力的計算與檢修閘門類似，只考慮不大的
水位差計算啟門力。將閉門力、持住力和啟門力計算
結(jié)果進行比較，以持住力為最大，啟閉機的容量按持住
力選定。如將事故閘門作為工作閘門使用，要求閘門
動水開啟，從公式(3)可以看出，閘門的啟門力必須大
于閘門自重、增加的閉門力、摩阻力等三項之和，遠大
于按持住力選定的啟閉機容量。只有當(dāng)擋水水頭大幅
度減小，至三項之和小于啟閉機容量時，閘門方能動水
開啟。因此，只要出現(xiàn)不大的擋水水頭，啟閉機即不能
開啟閘門，事故閘門即出現(xiàn)失控。
將檢修閘門和事故閘門作為泄洪工作閘門使用，
改變了閘門的工作性質(zhì)，沒有注意到啟閉機能夠動水
開啟閘門的水頭很小，水庫下閘蓄水后，如遭遇施工期
設(shè)計洪水，稍不留意閘門即出現(xiàn)失控。此時水庫沒有
其他泄水通道，如庫水位持續(xù)較快上漲，可能使仍需擋
水的圍堰或未完建的大壩漫頂，恢復(fù)施工將不勝麻煩，
且壩頂過水可能導(dǎo)致潰壩，后果極其惡劣。
3 安全評價時應(yīng)提出的建議
對金屬結(jié)構(gòu)進行安全評價時，應(yīng)認真分析出現(xiàn)閘
門超設(shè)計條件使用的可能性。針對不同情況提出如下
建議。
(1)針對導(dǎo)流洞封堵閘門可能超設(shè)計水頭擋水情
況，若等待下一個枯水期下閘蓄水不現(xiàn)實，須盡快按可
74 人 民 長 江
能出現(xiàn)的最大擋水水頭重新設(shè)計制造封堵閘門。
(2)針對將檢修閘門作為工作閘門使用的情況，
建議盡快完成洞出口的工作閘(閥)門的安裝調(diào)試，下
閘蓄水后使用工作閘(閥)門控制庫水位。
(3)針對將事故閘門作為工作閘門使用的情況，
須要求設(shè)計單位計算事故閘門動水開啟水頭及對應(yīng)的
庫水位。同時密切關(guān)注庫水位，一旦庫水位接近閘門
能夠開啟的水位，立即開啟事故閘門泄水。
參建各方需本著對公共安全和工程安全負責(zé)的態(tài)
度，耐心地分析風(fēng)險、權(quán)衡輕重，積極采取措施消除或
避免風(fēng)險。
4 蓄水前消除或避免風(fēng)險的實例
水庫下閘蓄水存在風(fēng)險的實例確有一些，本文列
舉閘門可能超設(shè)計水頭擋水、將檢修閘門或事故閘門
作為工作閘門使用的情況各一例，以資借鑒。
4．1 白云水電站
白云水電站位于湖南沅水一級支流巫水上游，總
庫容3．6億m ，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、航運等
綜合利用的大(二)型水利樞紐工程，于1992年動工
興建，2006年通過竣工驗收。樞紐工程的大壩為混凝
土面板堆石壩，最大壩高120 m。2008年開始發(fā)現(xiàn)大
壩滲漏異常，2012年9月滲漏量達到1 240 L／s，2014
年7月滲漏治理工程開工。實施滲漏治理前，設(shè)法將
導(dǎo)流洞封堵閘門開啟，將水庫放空。大壩滲漏治理完
畢，將重新下閘蓄水。封堵閘門開啟后經(jīng)檢查，閘門情
況尚好，稍作處理可再次使用。
滲漏治理施工組織設(shè)計要求如下：2015年2月底
以前工程形象面貌滿足下閘條件，2月底下閘蓄水，在
3月底之前完成永久堵頭施工，使永久堵頭具備汛期
擋水條件。封堵閘門擋水時段為2月底至3月底，10
～ 4月洪水標準為10 a一遇，流量Q =350 m ／s。經(jīng)
水庫調(diào)蓄后，封堵閘門擋水水頭為42 m，原閘門設(shè)計
水頭45 m，滿足擋水要求。由于種種原因，滲漏治理
工期明顯滯后。根據(jù)施工進度預(yù)計，導(dǎo)流洞可能于
2015年3月底下閘，較原計劃至少推遲1個月，閘門
擋水時段也由枯水期推遲至汛期，洪水標準提高至汛
期50 a一遇，相應(yīng)流量1 750 m ／s。經(jīng)水庫調(diào)蓄后，封
堵閘門擋水水頭為64．94 m，比原閘門設(shè)計水頭增加
約20 m。如果仍采用原封堵閘門下閘蓄水，可能出現(xiàn)
閘門超設(shè)計水頭擋水情況。
設(shè)計單位意識到該問題的嚴重性，在緊迫的時間
內(nèi)完成新封堵閘門的設(shè)計并交付廠家制作，水庫于4
月4日使用新封堵閘門下閘蓄水，消除了閘門超設(shè)計
水頭擋水的風(fēng)險。
4．2 龍背灣水電站
龍背灣水電站位于漢江一級支流堵河的上游支流
官渡河上，總庫容8．3億m ，是一座以發(fā)電為主，兼有
航運、人畜飲水等綜合利用的大(二)型水利樞紐工
程。樞紐工程由大壩、溢洪道、發(fā)電引水隧洞、電站廠
房及放空洞等建筑物組成。大壩為混凝土面板堆石
壩，壩頂高程524．3 m，最大壩高158．3 m。樞紐工程
于2010年12月28日動工興建，計劃于2013年12月
底開始蓄水。截止2013年11月樞紐工程的形象進度
為：大壩臨時斷面回填至高程492 m，正在進行一期面
板(頂部高程436．O0 m)施工前的各項準備工作；溢洪
道(堰頂高程505．5 m)正在進行混凝土結(jié)構(gòu)及邊坡支
護施工；電站進水口正在進行混凝土結(jié)構(gòu)、灌漿及金屬
結(jié)構(gòu)埋件安裝施工；放空洞(進口底坎高程423．0 m)
正在進行進口檢修閘門的安裝調(diào)試及下斜洞段混凝土
澆筑，出洞壓力鋼管和放空閥還未開始施工。
樞紐工程蓄水方案為：2013年12月28日下閘蓄
水，利用放空洞對庫水位進行控制，2014年2月28日
以前，控制庫水位在430 m高程以下，低于上游圍堰設(shè)
計擋水位442．79 m，5月15日前控制庫水位為445．O0
m，待二期面板具備擋水條件時關(guān)閉放空閥。從蓄水
計劃可知，蓄水初期控制庫水位的關(guān)鍵是放空洞，而放
空洞出口放空閥還未開始安裝施工，只能將進口檢修
閘門作為工作閘門使用，改變了閘門工作性質(zhì)。設(shè)計
的進口檢修閘門在水頭差不大于3 m時可開啟，經(jīng)測
算單邊擋水約4．5 m時閘門即不能開啟，即庫水位高
于423．0+4．5=427．5 m時閘門失控。下閘蓄水后，
放空洞需進行下斜洞段、壓力鋼管和放空閥安裝施工，
檢修閘門基本處于關(guān)閉狀態(tài)，稍不注意，閘門即失控。
工程所在河流4月份進入汛期，如果閘門失控又遭遇
設(shè)計洪水(20 a一遇)，經(jīng)測算庫水位可能達到480．39
m，上游圍堰(頂部高程445．50 m)早已潰塌，可能導(dǎo)
致未實施完畢的大壩上游面的一期二期面板澆筑、嵌
縫止水、裂縫檢查處理、滲控工程及壩前鋪蓋回填等施
工現(xiàn)場全部淹沒。洪水過后，設(shè)法降低庫水位、修復(fù)上
游圍堰、恢復(fù)大壩上游面施工條件，將耗費巨大。
蓄水安全鑒定單位分析了存在的風(fēng)險，明確提出
樞紐工程下閘蓄水前，應(yīng)完成放空洞出口放空閥的安
裝調(diào)試。參建各方聽取了建議，經(jīng)過數(shù)月施工，在放空
閥安裝調(diào)試完畢后，樞紐工程才下閘蓄水，消除了改變
閘門性質(zhì)存在的風(fēng)險。
4．3 大石門水電站
大石門水電站位于西拉沐倫河干流上游，總庫容
1．85億m ，是一座以發(fā)電、供水為主，兼顧旅游等綜
第3期 王大江，等：水庫蓄水安全鑒定中金屬結(jié)構(gòu)安全評價注意事項 75
合利用的大(二)型水利樞紐工程，由大壩、溢洪道、發(fā)
電引水洞及電站廠房等建筑物組成。大壩為瀝青混凝
土心墻堆石壩，壩頂高程1 075．28 in，最大壩高63．78
in。溢洪道為豎井式溢洪道，為導(dǎo)流洞封堵后改建。
發(fā)電引水洞進口設(shè)事故閘門，出口接鋼管，鋼管直通出
口處設(shè)泄洪工作閘門，鋼管上布置“卜”型岔管，岔管
接電站機組的閘閥。樞紐工程于2007年9月1日動
工興建，計劃于2009年6月開始蓄水。截止2009年6
月樞紐工程的形象進度為：大壩心墻已填筑到1 051．
00 m高程，壩殼堆石料已填筑到1 052．00 in高程；溢
洪道正在進行豎井井身開挖；發(fā)電引水洞的進口閘門
豎井已完工，事故閘門安裝調(diào)試完畢，出口壓力鋼管正
在安裝；電站廠房正在澆筑水下部分混凝土。
樞紐工程蓄水方案為：2009年6月15日下閘蓄
水，施工期臨時渡汛由發(fā)電引水洞泄洪。按蓄水方案，
蓄水期間控制庫水位的關(guān)鍵是發(fā)電引水洞，而發(fā)電引
水洞出口工作閘門還未開始施工，只能將進口事故閘
門(底坎高程1 029．90 m)作為工作閘門使用，改變了
閘門工作性質(zhì)。經(jīng)設(shè)計計算，進口事故閘門在單邊擋
水大于7．0m時即不能開啟，即庫水位高于1 048．28
+7．0：1 055．28 In時閘門出現(xiàn)失控。樞紐工程搶在
汛期下閘，是希望早日蓄水至正常蓄水位，而且發(fā)電引
水洞出口壓力鋼管、泄洪工作閘門和電站廠房正在施
工，故進口事故閘門不會輕易開啟，可能使庫水位高于
1 055．28 In，導(dǎo)致事故閘門失控。若閘門失控又遭遇
設(shè)計洪水(100 a一遇)，庫水位將較快達到1 068．2
In，高于正在填筑的大壩壩頂。雖然堆石壩漫頂一般
不會潰壩，但要恢復(fù)施工將費事費時，且費用很大。
蓄水安全鑒定單位分析了存在的風(fēng)險，明確指出
進口事故閘門擋水水頭約7 m即不能開啟，當(dāng)庫水位
接近1 055．28 In時，即使對發(fā)電引水洞出口的施工項
目造成一定的損失，也應(yīng)立即開啟事故閘門泄洪。參
建各方聽取了建議，蓄水后密切關(guān)注庫水位，避免了改
變閘門性質(zhì)存在的風(fēng)險。
5 結(jié)語
水利工程蓄水期間與蓄水相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)可能存
在超設(shè)計條件使用的情況，稍不注意就可能導(dǎo)致較大
風(fēng)險。相關(guān)單位在對與蓄水相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)進行安全
評價時，應(yīng)充分分析閘門是否存在超設(shè)計條件使用的
風(fēng)險，并提出與之適應(yīng)的建議，確保水庫大壩的蓄水安
全。
參考文獻：
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利水電科技進展，1997，(2)．
(編輯：鄭教)
Notable issues in hydro steel structure safety evaluation for reservoir impoundment appraisal
WANG Dajiang ，YANG Minghua ，YAN Jing ’
(1．Changjiang Institute ofSurvey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China； 2．National Dam safety Research
Center，Wuhan 430100，China)
Abstract： In the safety evaluation on the hydro steel structures of a reservoir in the initial impoundment by safety appraisal or·
ganization，it is important to analyze whether the steel structures faces two potential risks，namely working under condition of ex—
ceeding original design water head and the change of gate’S original working condition，besides the regular evaluation on design，
manufacture，assembling and debugging of the steel Structure．In the combination with 3 reservoirs impoundment processes，we
analyze the safety risk of the gates and propose some suggestions to eliminate the potential risks that may occur in the reservoir im·
poundment．
Key words： hydro steel structure；safety appraisal；hydro gate；impoundment safety appraisal；reservoir impoundment

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