水庫泄洪產(chǎn)生異動(dòng)成因及對(duì)策

□齊潤(rùn)利 □韓明海 □李建崗 □時(shí)建國(guó)（河南省陸渾水庫管理局）

1 樞紐工程概況

1.1 水庫工程簡(jiǎn)介

陸渾水庫是建國(guó)后“二·五”期間河南省建設(shè)的大型水庫之一。水庫位于黃河流域伊河支流的嵩縣境內(nèi)，距洛陽市67 km,是一座集防洪發(fā)電、灌溉、供水、養(yǎng)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(shè)計(jì)等級(jí)除輸水洞為二級(jí)建筑物外，其余均為一級(jí)建筑物?？刂屏饔蛎娣e3492 km2，總庫容13.20億m3，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇設(shè)計(jì)，萬年一遇校核，設(shè)計(jì)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(gè)重要工業(yè)城市及以此為中心的中原經(jīng)濟(jì)區(qū)，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(chǎn)龍門石窟，故確保水庫下游社會(huì)環(huán)境安全具有重大戰(zhàn)略意義。

1.2 泄洪洞工程簡(jiǎn)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(huì)設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)類型為無壓明流洞，寬高尺寸8m×10m，全長(zhǎng)為491m，進(jìn)口為封閉式進(jìn)水塔閘室，設(shè)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(shè)計(jì)水頭33m，出口設(shè)挑流鼻坎消能，啟閉機(jī)類型為電動(dòng)卷揚(yáng)式(QPG2)，最大啟門力150 t，設(shè)計(jì)最大泄量為1193m3/s。2003-2006年除險(xiǎn)加固工程期間對(duì)原機(jī)房進(jìn)行改建并增設(shè)機(jī)房室內(nèi)檢修用橋式起重機(jī)。

2 機(jī)房產(chǎn)生異動(dòng)的成因

2.1 2010年大洪水及動(dòng)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(yàn)，水位達(dá)到歷史最高。壩址區(qū)域及水庫壩址以上流域內(nèi)普降大雨，降雨產(chǎn)生的洪水歷時(shí)11 d（7月23日8時(shí)至8月3日8時(shí)），最大入庫流量4390m3/s，7月24日庫水位達(dá)到318.09m，黃河防總及河南省防辦根據(jù)入庫水情下發(fā)泄洪調(diào)度指令“加大泄量至1000m3/s”傳至陸渾防辦，陸渾防辦緊急會(huì)商，通過泄流計(jì)算認(rèn)為基于當(dāng)前水位，溢洪道進(jìn)口高程較高（313.00m），泄量無法滿足指令要求，而泄洪洞進(jìn)口較低（289.72m）經(jīng)計(jì)算滿足要求，陸防指綜合權(quán)衡并依據(jù)水工建筑物安全運(yùn)用原則，決定動(dòng)用泄洪洞泄洪。7月24日18時(shí)泄洪洞開閘泄洪，最大泄流量941m3/s。

2.2 異動(dòng)現(xiàn)象描述

2010年7月24日17 時(shí)40分在經(jīng)過平壓后，18時(shí)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)閘門。當(dāng)泄洪洞工作門提升至30 cm左右，提升時(shí)間約11 s（工作門啟閉速度1.60m/min），閘機(jī)房四周墻壁及玻璃窗突發(fā)相向性震動(dòng)，持續(xù)時(shí)間1-2 s，之后消失，伴隨著出現(xiàn)的問題是天花板裝飾材料大量墜落，大量灰塵吸入機(jī)房?jī)?nèi)，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)啟閉機(jī)滾筒、鋼絲繩及電氣設(shè)備造成嚴(yán)重污染。根據(jù)當(dāng)時(shí)情況參照震級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)判斷，震級(jí)約有3級(jí)，震動(dòng)有較明顯感覺屬有感地震，但沒有對(duì)房屋結(jié)構(gòu)造成破壞；噪音很大，依據(jù)噪音大小識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)判定，約有60 dB，感到對(duì)聽覺神經(jīng)有很大震撼。在此之后，花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行清除，對(duì)鋼絲繩清洗重新上油，使用吸塵器對(duì)電器設(shè)備除塵。

2.3 產(chǎn)生異動(dòng)現(xiàn)象原因分析

2.3.1 閘機(jī)房房屋結(jié)構(gòu)

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

2.3.2 通氣孔的設(shè)置

泄洪洞為無壓城門洞型，水流為無壓明流，閘機(jī)房東、西兩側(cè)各設(shè)置有兩個(gè)通氣孔，尺寸為長(zhǎng)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(tái)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(dòng)、氣蝕等不利影響；另一方面為洞內(nèi)通氣，以保證洞內(nèi)明流流態(tài)。原設(shè)計(jì)計(jì)算通氣孔面積根據(jù)國(guó)內(nèi)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(guó)“高速水流會(huì)議”提出按照下列通氣量公式計(jì)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(shù)按照“局部阻力系數(shù)通風(fēng)道管”一書ξ=2gln2/Ru/3進(jìn)行比較計(jì)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(fù)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(duì)于通氣孔的面積，認(rèn)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(fù)壓達(dá)到安全的目的。

2.3.3 通氣不足是產(chǎn)生異動(dòng)現(xiàn)象的原因

一是上述泄洪洞原通氣量Qa設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)際在泄洪過程中由于高速水流現(xiàn)象異常復(fù)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(xiǎn)加固處理洞壁裂縫采用環(huán)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(shí)際通氣量大于設(shè)計(jì)通氣量。二是通氣孔內(nèi)壁粗糙、空口防護(hù)篦柵阻礙可能使實(shí)際通氣量小于設(shè)計(jì)通氣量，也就是說通氣孔的面積不足，造成通氣量不夠。原設(shè)計(jì)通氣孔面積為 8.00 m2，實(shí)際通氣孔總面積S={2.30×（1.12-0.12）×4個(gè)}-鐵篦柵{（2.30/2.50×10-3）×5×10-3×4個(gè)}=7.36m2，比原設(shè)計(jì)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(jī)基座下部基坑、維修樓梯進(jìn)口等部位沿門槽吸入下部洞內(nèi)補(bǔ)氣，使氣壓平衡，在閘機(jī)房密閉的情況下形成負(fù)壓，故產(chǎn)生振動(dòng)及較大噪音，并致使天花板在大氣壓力作用下墜落。

3 機(jī)房出現(xiàn)異動(dòng)采取對(duì)策

3.1 機(jī)房出現(xiàn)異動(dòng)的危害

新建閘機(jī)房投入使用后，閘機(jī)房室內(nèi)空間幾近密閉，開閘泄洪時(shí)，在機(jī)房大門敞開的情況下，提升閘門時(shí)大門在較強(qiáng)的空氣吸入作用下會(huì)猛然關(guān)閉，天花板及窗戶玻璃震動(dòng)嚴(yán)重，且噪音較大。這種異?，F(xiàn)象通常會(huì)給工作人員造成聽覺方面不適應(yīng)和不安全的感覺，還有可能會(huì)影響大腦思維，繼而會(huì)產(chǎn)生誤操作的危害；若振動(dòng)頻繁、頻率過大還有可能損害建筑物的穩(wěn)定性及使用壽命；由于閘機(jī)房屬單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)，損壞后造成的維修工作極其困難，屬高空作業(yè)，威脅人身安全；天花板上部積攢的較厚的微細(xì)灰塵進(jìn)入機(jī)房后，會(huì)嚴(yán)重污染啟閉機(jī)及控制柜內(nèi)暴露的電器元件及核心集成控制元件（外國(guó)進(jìn)口價(jià)格昂貴），威脅其使用壽命。

3.2 通氣不足采取的對(duì)策

在經(jīng)過工程技術(shù)人員查詢資料認(rèn)真分析研究后，認(rèn)為主要是原磚混結(jié)構(gòu)機(jī)房的窗戶及大門均為木門、木窗，且木門設(shè)兩扇，本身就不十分密閉，在泄洪時(shí)打開2扇大門，不存在產(chǎn)生負(fù)壓的條件；在機(jī)房改造后，機(jī)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(shí)部分欠缺的空氣無法實(shí)時(shí)彌補(bǔ)，造成通氣能力不足，才造成機(jī)房設(shè)施損壞。經(jīng)技術(shù)會(huì)商決定采取增加補(bǔ)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(huì)對(duì)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(jìn)入，氣流流徑通暢并直通洞底，不會(huì)對(duì)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(shè)多大面積的補(bǔ)氣孔、機(jī)房高度大如何開孔值得研究。2011年5月份經(jīng)水庫管理局技術(shù)科工程人員精確核算，確定在保障原機(jī)房外側(cè)通氣孔面積的基礎(chǔ)上，新增加1倍補(bǔ)氣孔面積，共計(jì)8.16 m2。新補(bǔ)氣孔4個(gè)，單體面積S=1.70×1.20=2.04m2，位置設(shè)置在天花板頂部中央且等距分布，補(bǔ)氣孔采取可封閉、可開啟的百葉窗，材質(zhì)為高強(qiáng)度的鋁合金，開啟機(jī)構(gòu)采用Φ1.50mm鋼絲繩滑輪組、導(dǎo)向輪聯(lián)動(dòng)手搖機(jī)構(gòu)，分個(gè)控制，這樣便于操作。2011年汛期，在試車及開閘時(shí)均全部打開補(bǔ)氣孔，異動(dòng)現(xiàn)象隨之消失，至此再?zèng)]有對(duì)機(jī)房設(shè)施造成損壞，且運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語

在實(shí)際機(jī)電工作中出現(xiàn)突發(fā)的異?，F(xiàn)象是不可避免和預(yù)測(cè)的，由于技術(shù)人員的細(xì)心留意，可避免出現(xiàn)大的損毀、損害事件，修復(fù)工作從方案擬定到材料采購(gòu)、加工、制作、安裝均為一線現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員動(dòng)手操作，這樣既可節(jié)約資金、保證質(zhì)量，又利于技術(shù)人員開拓創(chuàng)新思維，提高發(fā)明創(chuàng)造能力及工作能動(dòng)性、積極性，激發(fā)愛崗敬業(yè)的熱情。