水庫泄洪產生異動成因及對策

□齊潤利 □韓明海 □李建崗 □時建國（河南省陸渾水庫管理局）

1 樞紐工程概況

1.1 水庫工程簡介

陸渾水庫是建國后“二·五”期間河南省建設的大型水庫之一。水庫位于黃河流域伊河支流的嵩縣境內，距洛陽市67 km,是一座集防洪發電、灌溉、供水、養殖為一體的大（1）型水利樞紐工程，主要由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水電站組成。設計等級除輸水洞為二級建筑物外，其余均為一級建筑物。控制流域面積3492 km2，總庫容13.20億m3，水庫防洪標準為千年一遇設計，萬年一遇校核，設計總泄量5622m3/s。水庫地理位置非常重要，下游有洛陽、鄭州、開封3個重要工業城市及以此為中心的中原經濟區，有隴海、焦枝、京廣3條鐵路干線和連—霍、洛—界、洛—欒等高速公路及著名的世界文化遺產龍門石窟，故確保水庫下游社會環境安全具有重大戰略意義。

1.2 泄洪洞工程簡介

陸渾水庫泄洪洞工程是陸渾水庫最重要的控泄建筑物之一，由黃河水利委員會設計，原陸渾水庫工程局承建。工程1962年8月開始開挖隧洞，至1965年8月完工。隧洞結構類型為無壓明流洞，寬高尺寸8m×10m，全長為491m，進口為封閉式進水塔閘室，設平板工作門（b×h=5.60m×7.90m）和事故檢修門(b×h=5.24m×7.43m)各2孔，設計水頭33m，出口設挑流鼻坎消能，啟閉機類型為電動卷揚式(QPG2)，最大啟門力150 t，設計最大泄量為1193m3/s。2003-2006年除險加固工程期間對原機房進行改建并增設機房室內檢修用橋式起重機。

2 機房產生異動的成因

2.1 2010年大洪水及動用泄洪洞原因

2010年7月份，陸渾水庫遭遇20年一遇大洪水考驗，水位達到歷史最高。壩址區域及水庫壩址以上流域內普降大雨，降雨產生的洪水歷時11 d（7月23日8時至8月3日8時），最大入庫流量4390m3/s，7月24日庫水位達到318.09m，黃河防總及河南省防辦根據入庫水情下發泄洪調度指令“加大泄量至1000m3/s”傳至陸渾防辦，陸渾防辦緊急會商，通過泄流計算認為基于當前水位，溢洪道進口高程較高（313.00m），泄量無法滿足指令要求，而泄洪洞進口較低（289.72m）經計算滿足要求，陸防指綜合權衡并依據水工建筑物安全運用原則，決定動用泄洪洞泄洪。7月24日18時泄洪洞開閘泄洪，最大泄流量941m3/s。

2.2 異動現象描述

2010年7月24日17 時40分在經過平壓后，18時準時啟動閘門。當泄洪洞工作門提升至30 cm左右，提升時間約11 s（工作門啟閉速度1.60m/min），閘機房四周墻壁及玻璃窗突發相向性震動，持續時間1-2 s，之后消失，伴隨著出現的問題是天花板裝飾材料大量墜落，大量灰塵吸入機房內，對機房內啟閉機滾筒、鋼絲繩及電氣設備造成嚴重污染。根據當時情況參照震級劃分標準判斷，震級約有3級，震動有較明顯感覺屬有感地震，但沒有對房屋結構造成破壞；噪音很大，依據噪音大小識別標準判定，約有60 dB，感到對聽覺神經有很大震撼。在此之后，花費大量人力、物力進行清除，對鋼絲繩清洗重新上油，使用吸塵器對電器設備除塵。

2.3 產生異動現象原因分析

2.3.1 閘機房房屋結構

該閘機房系2005年拆除原機房后在原址重新修建。閘房結構原為磚混結構、屋頂為預制槽型板拼裝而成。新建閘房為單層全框架結構、屋頂設鋼結構網架，網架下部為鋁合金龍骨架裝飾塑料扣板，機房四周設全封閉鋼化玻璃窗（b×h=1.57m×1.12m）；機房大門為鋼化玻璃地彈簧門（b×h=2.40m×2.70m）；機房外部輪廓尺寸為長18m，寬17m，高7.00m，建筑面積306m2,這樣即形成一個密閉空間。

2.3.2 通氣孔的設置

泄洪洞為無壓城門洞型，水流為無壓明流，閘機房東、西兩側各設置有兩個通氣孔，尺寸為長2.30m，寬1.12m（注：1.12m為上部孔口尺寸；距孔口2.80m處變斷面，凸出平臺寬度0.12m），上部考慮交通安全覆蓋角鋼鑲邊、扁鐵立焊的鐵篦柵（厚度5mm，間距25mm）。通氣孔的作用：一方面是為了避免門后過大的壓力降低，減輕振動、氣蝕等不利影響；另一方面為洞內通氣，以保證洞內明流流態。原設計計算通氣孔面積根據國內已建成的如流溪河水庫（廣東1958年）、三門峽（河南1957年）等為隧洞面積的9.40%～10.30%，后在1962年我國“高速水流會議”提出按照下列通氣量公式計算：

通氣孔面積按隧洞面積的10%、8%、5%、3%，通氣孔面積分別為8、6、4、2.40m2，通氣孔的損失系數按照“局部阻力系數通風道管”一書ξ=2gln2/Ru/3進行比較計算，通氣量Qa分別為123、104、76.50、53.50m3/s，因此 Qa與通氣孔面積成正比，閘門門后負壓分別為0.41m水柱、0.81m水柱、1.94m水柱、5.10m水柱，均是很小的。鑒于上述，對于通氣孔的面積，認為在可能的條件下，采用較大的孔徑即面積為8.00m2，約占隧洞面積10%，保證充分通氣、減小門后負壓達到安全的目的。

2.3.3 通氣不足是產生異動現象的原因

一是上述泄洪洞原通氣量Qa設計計算公式中水流流速UH采用以平均流速代替水流表面流速（20m/s），實際在泄洪過程中由于高速水流現象異常復雜，影響因素眾多，表層水流流速要大于平均流速，還有一可能使流速增大的情況也必須考慮，即除險加固處理洞壁裂縫采用環氧砂漿全斷面抹面使糙率降低致使流速加大的因素，均可能使實際通氣量大于設計通氣量。二是通氣孔內壁粗糙、空口防護篦柵阻礙可能使實際通氣量小于設計通氣量，也就是說通氣孔的面積不足，造成通氣量不夠。原設計通氣孔面積為 8.00 m2，實際通氣孔總面積S={2.30×（1.12-0.12）×4個}-鐵篦柵{（2.30/2.50×10-3）×5×10-3×4個}=7.36m2，比原設計少去 0.64m2。

在此情況，不足部分的空氣，在高速水流作用下通過啟閉機基座下部基坑、維修樓梯進口等部位沿門槽吸入下部洞內補氣，使氣壓平衡，在閘機房密閉的情況下形成負壓，故產生振動及較大噪音，并致使天花板在大氣壓力作用下墜落。

3 機房出現異動采取對策

3.1 機房出現異動的危害

新建閘機房投入使用后，閘機房室內空間幾近密閉，開閘泄洪時，在機房大門敞開的情況下，提升閘門時大門在較強的空氣吸入作用下會猛然關閉，天花板及窗戶玻璃震動嚴重，且噪音較大。這種異常現象通常會給工作人員造成聽覺方面不適應和不安全的感覺，還有可能會影響大腦思維，繼而會產生誤操作的危害；若振動頻繁、頻率過大還有可能損害建筑物的穩定性及使用壽命；由于閘機房屬單層工業廠房結構，損壞后造成的維修工作極其困難，屬高空作業，威脅人身安全；天花板上部積攢的較厚的微細灰塵進入機房后，會嚴重污染啟閉機及控制柜內暴露的電器元件及核心集成控制元件（外國進口價格昂貴），威脅其使用壽命。

3.2 通氣不足采取的對策

在經過工程技術人員查詢資料認真分析研究后，認為主要是原磚混結構機房的窗戶及大門均為木門、木窗，且木門設兩扇，本身就不十分密閉，在泄洪時打開2扇大門，不存在產生負壓的條件；在機房改造后，機房大門由2扇改為1扇，窗戶采用全封閉的鋼化玻璃，這樣在泄洪閘門提升時部分欠缺的空氣無法實時彌補，造成通氣能力不足，才造成機房設施損壞。經技術會商決定采取增加補氣面積的辦法解決，但封閉的鋼化窗無法開孔，且氣流走向需平行再垂直向下，仍然會對窗戶造成損壞，破碎的玻璃可能危及人身安全，故采取從天花板頂部開孔，這樣氣流自上部垂直進入，氣流流徑通暢并直通洞底，不會對建筑物造成危害，此方案較為有保障。究竟在天花板何部位開孔、設多大面積的補氣孔、機房高度大如何開孔值得研究。2011年5月份經水庫管理局技術科工程人員精確核算，確定在保障原機房外側通氣孔面積的基礎上，新增加1倍補氣孔面積，共計8.16 m2。新補氣孔4個，單體面積S=1.70×1.20=2.04m2，位置設置在天花板頂部中央且等距分布，補氣孔采取可封閉、可開啟的百葉窗，材質為高強度的鋁合金，開啟機構采用Φ1.50mm鋼絲繩滑輪組、導向輪聯動手搖機構，分個控制，這樣便于操作。2011年汛期，在試車及開閘時均全部打開補氣孔，異動現象隨之消失，至此再沒有對機房設施造成損壞，且運行穩定。

4 結語

在實際機電工作中出現突發的異常現象是不可避免和預測的，由于技術人員的細心留意，可避免出現大的損毀、損害事件，修復工作從方案擬定到材料采購、加工、制作、安裝均為一線現場工程技術人員動手操作，這樣既可節約資金、保證質量，又利于技術人員開拓創新思維，提高發明創造能力及工作能動性、積極性，激發愛崗敬業的熱情。