水電工程防震抗震研究及設計規范淺析

茹欣

摘? ?要：本文對水電工程的防震抗震方法進行了研究，具體闡述水電工程防震抗震設計標準體系，并基于以上兩點分析出了工程的防震抗震設計要點如：防震設計的標準和獨立的保安電源等，希望對日后水電工程的防震設計工作提供參考。

關鍵詞：水電工程? 防震抗震? 震損

中圖分類號：TU318? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0023-02

地震在給人類帶來巨大災難和破壞的同時，水電工程的防震抗震工作需要研究以往發生過的地震災難，所以災難也為水電工程設計人員提供了真實資料，水電工程設計人員應基于現有的地震災害特征，將水電工程的抗震性不斷提高。

1? 水電工程防震抗震研究

地震的破壞形式大致分為兩類，一類是直接災害破壞，也就是地震的原生現象，主要是指地震斷層交錯或地震波引起地面振動，這種災害會導致地面、建筑物和山體自然等被破壞。例如：智利大地震造成的持續晃動對建筑物的破壞，以及中國唐山大地震造成七八成建筑物損壞。一類是次生災害，指直接災害破壞了自然或社會的穩定狀態后引起的災害，主要有火災、毒氣泄漏、洪澇和瘟疫等幾種，其中最常見的災害是火災。例如：日本關東大地震，因為震動造成神奈川縣發生泥石流，順山谷下滑達5km遠。

水電工程需具備發電、引水、澆灌及航運等多種職能，所以水電工程建筑大多是由多個建筑組成的建筑群。具有種類和形式各異的特點，且水電建筑多建在地質條件較為復雜的環境中，這就導致了地震災害對水電建筑的影響因素繁多且異常復雜。

目前，我國水電工程防震設計主要參考《水工建筑物抗震設計規范》和《水工建筑物抗震設計規范》兩項規定，兩者都規定大壩抗震設防采用設計重現期內一定概率水準的地震參數，該參數規定采取一級設計標準進行防震抗震設計，其性能目標對應在設計地震作用條件下，允許水電建筑局部破壞，且經修理后能恢復正常使用。兩項規定對水電建筑的防震抗震設計界限明確，同時側重點各不相同、互為補充。總體上涵蓋了河流規劃、工程設計、施工、運行及應急管理等生命安全的周期。涉及專業包含規劃、地質、水工、施工、機電等多個領域，此外基于工程經驗及安全系數的風險防控與應急措施相統一也提出了防震抗震的對策[1]。

2? 水電工程防震抗震設計規范要點

2.1 抗震設計標準

由于地震災害具備不確定性，地震響應情況復雜，所以要求水電工程抗震設防必須堅持“安全為主、留有余地”的原則。一旦大壩和大型水庫被破壞，工程本身的損失不僅巨大，而且可能導致流域發生嚴重災害，產生不良社會影響。所以高壩工程項目對抗震設防要求比普通項目更高也更嚴格。實踐顯示，《水工建筑物抗震設計規范》中規定的抗震性能設計標準合理性達標，但也有研究和改進甲類設防大壩的設防標準的空間。我國相關法律規定乙類大壩應采用以及地震災害防范措施，滿足50年10%的概率，甲類及超高壩應采用地震災害兩級設防，標準為100年2%，滿足可修復和不滿灌的要求。

例如：三峽大壩就屬于甲類抗震設防類別的建筑物，國家要求其抗震設計達到100年內超越一成，即5000年一遇的設計標準。此外考慮地震的不確定性和大壩次生災害一旦發生的嚴重后果，三峽大壩的抗震設防標準相較于過內外同類標準要更高，是按照10000年一遇的抗震設防標準設計的。

2.2 工程防震抗震安全復核

據調查，一些高壩在經過強烈地震后，由于震感疊加和震感傳導，壩肩、壩基或壩體結構局部有產生損壞的可能，嚴重情況下會出現滲漏。此外，由于余震作用和其他負面因素影響，大壩破損范圍可能會不斷擴大，降低大壩安全性及可靠性，加上余震作用的影響，破損面積可能加大，這就要求工作人員要對大壩展開抗震安全復核等工作，并對發現的問題制定合理解決措施。國家規定水電工程的樞紐工程區域若遭到≥6級強度的地震災害，當地水利局就應展開抗震復核工作，將地震危險和危害徹底分析總結，進行防震抗災的專項安全監測活動，在結合實際情況補救修整。

例如：寶珠寺大壩管理人員經常對大壩危害性進行分析，尤其在震后，工作人員于第一時間開展震后抗震設計復核，復核工作包括地震危險性和震害規律及總結大壩防震抗震經驗等，并根據需要落實補強措施。

2.3 地震災害調查

為了杜絕次生地震災害對水電工程造成破壞，加強水電工程、壩址地震地質災害和地震洪水災害的調查分析十分重要。同時需要提高環境邊坡地質勘察強度，注意環境邊坡的地震危險源、河流致災效應及滑坡阻斷分析研究。此外還要對上游流域壩址進行加固工作，分析梯級主支流水庫大壩建設與管理，并優化次生災害、洪水災害的預警措和綜合防治措施建設。我國有相關規定表示大壩樞紐區布置和水電工程建筑的設計駐點是防范地震災害的破壞，要對水電樞紐工程和周邊自然環境、滑坡地、危巖體和泥石流等其他災害隱患有效排除，將隱患在地震發生時可能引起的影響深入分析記錄[2]。

例如：三峽大壩會定期加強壩址及附近自然邊坡、滑坡體等和其他地質現象的災害隱患排查，對其在地震災害發生時可能導致的影響進行分析，并提出科學有效的解決措施。

2.4 地震應急預案

當發生強震后，水電工程管理人員應立即采取措施，以減少地震災害造成的損失。特別需要注意防止潰壩，避免水庫水失控導致流域安全事故。地震應急措施是幫助值班人員知道如何避免以上事故，一旦出現上述事件發生的跡象或征兆，值班人應明確如何處理能將災害損失降到最低。我國水電工程防震設計的兩項規范強調在設計樞紐建筑時，應科學地分析地震災害可能帶來的風險，結合當地情況預防大壩可能出現的風險。

例如：三峽大壩的水電工程防震抗震設計中分析了地震破壞和次生災害的風險，并從防災減災角度對全廠停電、洪水決堤、閘門失靈、壩體缺損、壩基不穩、壩體滲漏、電源通信中斷等次生災害提出應急預案。保證了水電工程管理人員對災害第一時間作出反應。

2.5 對外通信交通

在遭遇地震災害時，水電站是連接大壩樞紐與國家公路、鐵路等搶險救災物資運輸路線的主干通道。同時通信條件也是地震時水電站的重要工程，對及時報告地震災情，獲得有效的救援并保持水電站與外界的聯系有至關重要的作用。

例如：萬安大壩在設計時考慮了地震搶險的需求，對外交通設置了雙通道，充分研究了運輸方式的合理性。此外設置了多個相互獨立的通信通道，形成環形的通信網絡。

2.6 應急電源

從汶川地震災區的情況得來的經驗可知，如果樞紐排水設施電源無法接通，配置在輔助動力系統中的柴油發電機組遠離閘門啟閉機、被坍塌的沉積物掩埋砸碎、在故障狀態下缺乏維護，或缺乏柴油等原因無法正常啟動，都會影響應急措施啟動。所以在設計水電工程時，應為樞紐工程泄洪設施配置獨立保安電源，由洪水設施供電系統直接接入，將電源布置在靠近泄水點的位置，水電工程建筑采用直流電源作為保護系統的工作供電點[3]。

3? 結語

綜上所述，水電工程的抗震防震工作備受社會關注，是民生安全的必要保障，通過對水電工程防震抗震設計標準和應急制度的總結反思，需健全相關設計標準，對地震災害預防方法進行優化。

參考文獻

[1] 周建平，武明鑫.水電工程防震抗震研究及設計規范[J].水利水電施工，2019（1）：1-5.

[2] 我國水電工程抗震設計安全可靠[J].大壩與安全，2016（5）：62.

[3] 劉榮麗.汶川地震災區水電工程震損調查和工程抗震復核工作中間成果檢查會召開[J].水力發電，2018（11）：97.