王有偉

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司溪洛渡水力發(fā)電廠，湖北宜昌443000）

0 前言

國(guó)內(nèi)拱壩建設(shè)日漸增多，消能設(shè)施如水墊塘、泄洪洞等水工建筑物在泄洪消能過(guò)程中壽命過(guò)短成為很多高拱壩面臨的共性。結(jié)合溪洛渡電站水墊塘建設(shè)的實(shí)際情況，以及金沙江下游水質(zhì)、地質(zhì)條件和工程建設(shè)情況，采用枚舉法有針對(duì)性地分析了水墊塘在運(yùn)行與檢修等工況下運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)策略。

1 工程概況

1.1 水墊塘概況

作為消能防沖建筑物，水墊塘按照重現(xiàn)期100年洪水設(shè)計(jì)，重現(xiàn)期1 000年洪水校核。水墊塘斷面采用復(fù)式梯形斷面，底寬60.0 m，底板厚4 m。水墊塘底板及邊坡采用平鋪法澆筑，澆筑混凝土厚度為4 m，第一層為常態(tài)混凝土，厚度為2.4 m；第二層厚度為1.6 m，其中上部0.6 m厚度為高抗沖耐磨硅粉混凝土。

水墊塘底板及邊墻設(shè)置有抽排水系統(tǒng)，其中底板設(shè)置2條縱向排水廊道、6條橫向排水廊道。邊坡部位在380馬道部位各設(shè)置一條縱向排水廊道。各條排水廊道將底板、邊坡及基礎(chǔ)滲水匯流至1、2號(hào)主排水洞，最終由水墊塘集水井及泵房將滲漏水排出。

1.2 水墊塘施工缺陷、滲漏水等情況

水墊塘施工檢查中發(fā)現(xiàn)部分澆筑倉(cāng)面出現(xiàn)裂縫，長(zhǎng)度 1.5～11.5 m，縫寬0.05～0.2 mm，縫深2.4～13.5 cm，均為不規(guī)則狀，規(guī)律性不明顯，這些裂縫已經(jīng)進(jìn)行表面封閉處理。

2 水墊塘運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素分析

2.1 水墊塘混凝土施工塊間止水破壞

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①射流沖刷；②裂縫貫穿發(fā)育；③水墊塘底板不均勻沉降。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：首先是水舌沖刷的影響。溪洛渡大壩正常蓄水位為高程600 m，壩身表孔堰頂高程為586.5 m，深孔泄流高程約500 m，水墊塘二道壩壩頂高程為386 m，水墊塘池底高程為340 m。因此，遭遇洪水泄流時(shí)，深孔泄流水頭達(dá)到約160 m，表孔泄流水頭約為246.5 m，水墊塘是下泄水流的消能場(chǎng)所，其巨大能量由水墊塘內(nèi)形成淹沒(méi)射流的紊動(dòng)擴(kuò)散和淹沒(méi)水躍作用來(lái)消除，運(yùn)行過(guò)程中必須抵御射流的沖擊和紊流的脈動(dòng)壓力。在高速高壓力含沙水流下泄過(guò)程中，砂粒飛速碰撞摩擦和高壓水泡破裂會(huì)對(duì)底板接縫處的紫銅止水片和橡膠止水片形成破壞力[1]。施工過(guò)程中，止水十字搭接部位施工工藝復(fù)雜，不易振搗，施工過(guò)程中止水片保護(hù)難度高，底板混凝土止水部位是薄弱部分，止水效果需要長(zhǎng)期關(guān)注。

其次是施工縫影響。水墊塘底板混凝土順河向分縫距離為12 m，橫河向底板分縫尺寸為12 m，在分縫位置均設(shè)置兩道Z型紫銅止水和一道復(fù)合橡膠止水。由此，塊體之間存在橫向和縱向施工縫，水平向的上下澆筑層之間存在水平向施工縫。水墊塘排水廊道頂拱幾何中心部位設(shè)置有垂直施工縫，巡視檢查中發(fā)現(xiàn)水墊塘沖水后頂拱有發(fā)生肉眼可辨識(shí)的輕微下沉，這種現(xiàn)象明顯是由于水墊塘沖水后重力荷載增加引起的彈性變化，需要長(zhǎng)期關(guān)注。如果該結(jié)構(gòu)施工分縫的開(kāi)度繼續(xù)發(fā)展，會(huì)聯(lián)動(dòng)破壞所在部位的止水片，導(dǎo)致貫穿性滲漏通道形成。

再次是地質(zhì)因素。水墊塘底板基巖上游段約40%為3層上部含凝灰質(zhì)角礫熔巖，下游段約60%為4層下部玄武巖?；鶐r第3層和第4層層間錯(cuò)動(dòng)帶的存在一方面可能會(huì)導(dǎo)致底板滲流水通道發(fā)育，另一方面在外部荷載，尤其是泄洪條件不均勻荷載的沖擊作用下，可能會(huì)導(dǎo)致明顯的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致底板基礎(chǔ)混凝土縫開(kāi)裂，進(jìn)而對(duì)止水造成破壞。

應(yīng)對(duì)措施：運(yùn)行階段要高度關(guān)注水墊塘底板混凝土塊體之間的止水運(yùn)行情況，尤其在水墊塘廊道巡視檢查中，把施工分縫部位的施工縫開(kāi)度和滲漏水作為重點(diǎn)關(guān)注部位之一，巡視檢查記錄中詳細(xì)描述發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于漏水嚴(yán)重的部位，在排水廊道進(jìn)行化學(xué)灌漿等臨時(shí)封堵措施補(bǔ)漏，等待檢修期間結(jié)合水墊塘上、下表層表面情況進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

2.2 水淹排水廊道

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①水墊塘滲漏水；②水墊塘基巖揚(yáng)壓滲水；③導(dǎo)流洞、泄洪洞和尾水洞過(guò)流水滲漏；④排水系統(tǒng)故障。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：水墊塘排水廊道內(nèi)水流來(lái)源有三：第一是水墊塘滲漏水。水墊塘底板混凝土存在施工橫向和縱向施工縫，以及水平向的上下澆筑塊體分縫，底板表層存在局部的混凝土裂縫，因此會(huì)有滲漏水存在。在止水破壞或者裂縫進(jìn)一步發(fā)展的情況下，大量的滲漏水會(huì)沖破底板薄弱層進(jìn)入廊道，導(dǎo)致底板被洞穿，底板混凝土與沖擊水流一起振動(dòng)、掀翻，這是水墊塘排水廊道水淹的最大風(fēng)險(xiǎn)。

第二是水墊塘基巖滲水。大壩上游水頭和下游水頭作用于水墊塘底板，分別形成揚(yáng)壓力，使得水墊塘底板排水廊道和排水洞中的排水孔出水，同時(shí)在水墊塘基礎(chǔ)巖體和邊坡巖體與水墊塘混凝土接縫部位也存在滲漏出水，并通過(guò)廊道系統(tǒng)和水墊塘底板與基巖接縫部位預(yù)留的排水暗溝匯集到水墊塘廊道。大壩和二道壩的帷幕灌漿會(huì)降低水墊塘的滲透壓力，但是仍然有滲透壓力存在，同時(shí)不排除局部帷幕灌漿擋水效果不佳或者水墊塘底板基礎(chǔ)巖體薄弱層面裂隙發(fā)育導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏通道發(fā)育的風(fēng)險(xiǎn)。

第三是臨近區(qū)域過(guò)流滲水。運(yùn)行中的導(dǎo)流洞（施工期）、泄洪洞和尾水洞內(nèi)水流可以通過(guò)基礎(chǔ)巖體縫隙進(jìn)入水墊塘排水系統(tǒng)。左岸3號(hào)導(dǎo)流洞下閘以后，水墊塘排水廊道局部水流明顯減小甚至消失，證明導(dǎo)流洞與水墊塘排水系統(tǒng)之間存在滲漏通道。目前不能排除這些滲漏通道在水工建筑物長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中有進(jìn)一步發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。另外，地下水水面線高過(guò)水墊塘底板，會(huì)有部分山體地下水流入水墊塘排水廊道。

目前，水墊塘排水廊道內(nèi)布設(shè)有集水井，配有6臺(tái)永久排水泵，出水管道2012年9月初抬高后的單臺(tái)泵抽排能力為240 m3/h，6臺(tái)泵總抽排能力約1 440 m3/h，而目前每小時(shí)的抽排量大約為700 m3/h，如果出現(xiàn)水墊塘滲漏水超過(guò)排水系統(tǒng)抽排能力，或者同時(shí)出現(xiàn)排水系統(tǒng)電力或機(jī)械故障工況，可能會(huì)發(fā)生水淹水墊塘排水廊道的情況。

應(yīng)對(duì)措施：運(yùn)行維護(hù)中，需要及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控水墊塘排水廊道內(nèi)的各個(gè)滲漏通道的滲漏水總量變化，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，避免滲漏通道在無(wú)監(jiān)控的情況下發(fā)育。同時(shí)，應(yīng)該及時(shí)清理排水廊道，避免排水溝內(nèi)擁堵和溢流，另外應(yīng)該對(duì)泵機(jī)的抽排能力進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立、完善泵機(jī)抽排運(yùn)作制度和排水廊道水淹情況下的應(yīng)急抽排和事故處理制度，避免人員傷亡和設(shè)備受損。

2.3 水墊塘內(nèi)泥沙淤積過(guò)厚

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：泥沙淤積過(guò)厚。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：水墊塘的寬度由主河槽的寬度而定，以保證射流水舌不砸岸坡。水墊塘的長(zhǎng)度由射流的最遠(yuǎn)挑距和淹沒(méi)水躍決定，水墊塘的深度是控制淹沒(méi)射流的，由最大沖擊壓力允許值決定。金沙江多年平均年輸沙量達(dá)2.72億t，多年平均含沙量達(dá)1.72 kg/m3，而1984年5月30日屏山站實(shí)測(cè)最大含沙量達(dá)2.43 kg/m3。蓄水以后，考慮到水庫(kù)的蓄水?dāng)r沙功能，下泄水流含沙量在運(yùn)行初期會(huì)減少，同時(shí)在泄洪過(guò)程中水墊塘內(nèi)水流流態(tài)紊亂，泥沙淤積可能性比較小。如果出現(xiàn)泥沙淤積，相當(dāng)于減小了水墊塘的有效寬度和有效深度尺寸，導(dǎo)致下泄水流消能不充分，加劇高速下泄水舌對(duì)水墊塘、二道壩的沖擊力以及對(duì)下游河道的沖刷。

應(yīng)對(duì)措施：需要監(jiān)控水墊塘內(nèi)泥沙淤積情況，同時(shí)研究水墊塘內(nèi)泥沙淤積厚度對(duì)消能效果和底板保護(hù)的影響以及水墊塘內(nèi)泥沙清理方案。

2.4 水墊塘混凝土底板局部失穩(wěn)出穴

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：運(yùn)行時(shí)止水破壞導(dǎo)致出穴。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：水墊塘底板混凝土塊之間的止水破壞前，單個(gè)隨機(jī)板塊在水流脈動(dòng)沖擊荷載作用下，與板塊上表面水體一起作輕微振動(dòng)；水墊塘止水破壞后，板塊受水流脈動(dòng)上舉力的作用，與板塊四周（包括縫隙內(nèi)）水體一起在座穴內(nèi)不斷振動(dòng)，這是一種流固耦合振動(dòng)。

在某區(qū)域止水完全破壞的情況下，板塊間的伸縮縫和板塊與基巖間的接觸縫相互貫通，射流沖擊區(qū)板塊下表面的較大壓強(qiáng)勢(shì)必要沿縫隙傳到壁面射流區(qū)板塊的底部，造成該區(qū)板塊下表面壓強(qiáng)大于上表面壓強(qiáng)，這個(gè)壓強(qiáng)差就構(gòu)成了導(dǎo)致板塊失穩(wěn)的上舉力，造成該板塊失穩(wěn)[3。]設(shè)計(jì)中在水墊塘底板采用了錨筋和錨筋樁加固結(jié)構(gòu)，能夠提高水墊塘底板混凝凝土塊的抗浮穩(wěn)定性，大大降低了局部失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)對(duì)措施：關(guān)注能夠造成水墊塘混凝土底板失穩(wěn)的因素，特別是在深孔和表孔泄洪工況下，底板混凝土塊體與基礎(chǔ)巖體之間的錨筋應(yīng)力變化，加強(qiáng)錨筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)與分析，關(guān)注底板混凝土施工縫的開(kāi)度變化以及水墊塘底板揚(yáng)壓力變化和水墊塘各個(gè)滲漏通道滲漏水量的變化情況。

3 水墊塘檢修工況下的風(fēng)險(xiǎn)因素分析

3.1 巡視檢查中的安全問(wèn)題

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①?gòu)?fù)雜交通線路及廊道系統(tǒng)；②大坡度爬坡。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：溪洛渡電站地下洞室群規(guī)模宏大，交通洞錯(cuò)綜復(fù)雜，通往水墊塘的交通洞線路復(fù)雜，水墊塘內(nèi)部廊道坡度較陡，滲流量比較大，路面濕滑，工作人員有跌倒、摔傷（亡）的風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)對(duì)措施：需要對(duì)水墊塘新增交通洞以及排水廊道內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行清理、整治，增設(shè)照明。排水廊道內(nèi)四橫六縱，廊道總長(zhǎng)近2 000 m，需要定制巡檢路線，避免迷失。

3.2 檢修作業(yè)中的安全問(wèn)題

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①水墊塘高邊墻和高邊坡；②機(jī)械設(shè)備；③檢修通道。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：水墊塘采用復(fù)式梯形斷面，在檢修工況下，從水墊塘底板頂?shù)?12 m平臺(tái)高程差達(dá)到72 m，水墊塘兩岸河谷較深，兩側(cè)山體直立，水墊塘在高程412 m平臺(tái)區(qū)域長(zhǎng)480 m、寬208 m，形成一個(gè)龐大的檢修工作區(qū)，作業(yè)區(qū)內(nèi)的工作人員有被來(lái)自大壩頂和兩岸高邊坡物體打擊的風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)對(duì)措施：在檢修過(guò)程中做好安全防范措施，特別是做好左右岸坡及大壩頂部的警戒，避免物體從高空墜落傷人。

3.3 檢修中的水墊塘遭遇水淹

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①下游水涌過(guò)二道壩；②暴雨襲擊；③大壩泄洪誤操作。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：枯水期滿發(fā)水位為382.48 m，二道壩壩頂高程為386 m。汛后至次年汛前，約有6個(gè)月的時(shí)間對(duì)水墊塘進(jìn)行抽水檢修。在此期間，不排除受蓄水影響出現(xiàn)局部強(qiáng)對(duì)流天氣的可能，易出現(xiàn)雨水匯集成災(zāi)。大壩上“七表八深”的泄洪孔，單孔泄洪量比較大，檢修期間如果出現(xiàn)工作閘門誤動(dòng)作，會(huì)在瞬間將水墊塘底板淹沒(méi)。

應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)發(fā)生局部暴雨襲擊的可能性，應(yīng)該做好水墊塘檢修突發(fā)性事件的應(yīng)急預(yù)案；同時(shí)，加強(qiáng)部門內(nèi)部協(xié)調(diào)，保證泄洪系統(tǒng)與檢修工作不沖突。

3.4 水墊塘混凝土底板局部失穩(wěn)出穴

安全風(fēng)險(xiǎn)因素：①抽排、放空水墊塘；②揚(yáng)壓力。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析：水墊塘最不利工況是水墊塘抽排、放空工況，此工況下，水墊塘垂直向沒(méi)有水墊塘水體自重以及泄洪水流的動(dòng)水荷載。水墊塘檢修大多在枯水季節(jié)，庫(kù)水處于正常蓄水位600 m，下游水位處于低位，水墊塘底板的揚(yáng)壓力處于最大狀態(tài)，在部分排水管被泥漿封死的情況下，揚(yáng)壓力折減效果會(huì)減小，水墊塘抗浮穩(wěn)定將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

應(yīng)對(duì)措施：在水墊塘檢修過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)水墊塘排水廊道的揚(yáng)壓力及錨樁應(yīng)力監(jiān)測(cè)和對(duì)排水孔是否被泥漿封死的排查，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)排水廊道和水墊塘底板表面的巡視檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，采取挽救措施。

4 結(jié)語(yǔ)

水墊塘在運(yùn)行過(guò)程中面臨著止水破壞、廊道水淹、泥沙淤積、出穴失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于止水破壞風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡可能地采取化學(xué)灌漿等手段臨時(shí)堵漏，等待水墊塘排干檢修時(shí)在上表層進(jìn)行更加有效的處理。對(duì)于廊道水淹事故，需要做好應(yīng)急預(yù)案，以保護(hù)工作人員和設(shè)備安全。對(duì)于泥沙淤積情況，需要準(zhǔn)確監(jiān)控，及時(shí)清理。對(duì)于水墊塘底板施工混凝土塊局部失穩(wěn)，需要及時(shí)監(jiān)測(cè)分析，以防止事故發(fā)生。

水墊塘檢修過(guò)程中存在人員和設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)和暴雨襲擊等風(fēng)險(xiǎn)，以及水墊塘底板局部失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，為此，需要在檢修過(guò)程中重視安全警戒、防護(hù)及協(xié)調(diào)，需要加強(qiáng)對(duì)水墊塘底板監(jiān)測(cè)儀器的加密觀測(cè)，防止事故發(fā)生。

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