水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)及事故預(yù)判

劉 艷

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什 844000)

0 引 言

水庫建成投入使用之后，會(huì)受到多方面因素的共同影響，容易各種安全風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)事故。為實(shí)時(shí)掌握水庫的運(yùn)行狀態(tài)，就必須加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)和事故預(yù)判。水庫規(guī)模比較大，影響水庫安全運(yùn)行的因素又比較多，傳統(tǒng)粗放式的安全監(jiān)測(cè)，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化水庫安全運(yùn)行的需求，需要加大新技術(shù)、新設(shè)備、新管理理念的應(yīng)用，才能最大限度上保證水庫運(yùn)行的安全性?；诖?，開展水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)與事故預(yù)判的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

新疆下坂地水利樞紐工程位于新疆塔里木河源流葉爾羌河主要支流之一的塔什庫爾干河中下游。該工程是塔里木河流域近期綜合治理中唯一的山區(qū)水庫樞紐工程，主要任務(wù)是以生態(tài)補(bǔ)水及春旱供水為主，結(jié)合發(fā)電的綜合性Ⅱ等大(2)型工程。水庫正常擋水位2960m，總庫容8.67億m3，電站總裝機(jī)150MW。樞紐建筑物由攔河壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電洞和電站廠房四部分組成。大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程2966.00m，最大壩高78m。導(dǎo)流泄洪洞布置在右岸，引水發(fā)電洞布置在左岸，穿越哈木勒提溝拐向正東。電站廠房布置在壩址下游8.5km河道的左岸。工程總投資約18.5億元人民幣。主要工程施工工期2006年3月1日至2009年6月30日，2020年12月通過竣工驗(yàn)收。

2 水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

影響水庫安全運(yùn)行的因素比較多，需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容也比較多，為保證水庫始終在安全可靠的狀態(tài)下運(yùn)行，必須結(jié)合實(shí)際情況，明確水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，就案例工程而言，主要包括以下5個(gè)方面：

2.1 壩體監(jiān)測(cè)

水庫壩體監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要體現(xiàn)在3個(gè)方面，包括外部變形監(jiān)測(cè)、內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)以及防滲墻檢測(cè)。

外部變形監(jiān)測(cè)：案例工程在2016年和2017年對(duì)壩體外部變形進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，樞紐永久性變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)安全可靠，壩體在運(yùn)行期間，水平方向壩體總體表現(xiàn)為：向下游、向河槽方向變形，豎直方向表現(xiàn)為沉降。壩體最大向下游變形為EM3-5測(cè)點(diǎn)的76.49mm；向右最大變形為EM2-2測(cè)點(diǎn)的49.7mm，向左最大變形為EM2-12測(cè)點(diǎn)的54.2mm；壩體中部沉降大、兩側(cè)沉降小，壩體最大沉降變形發(fā)生在上游壩體為EM1-7測(cè)點(diǎn)，最值為285.30mm。壩0+65斷面壩軸線下游8m磁環(huán)沉降管累計(jì)沉降過程線如圖1所示。

圖1 壩0+65斷面壩軸線下游8m磁環(huán)沉降管累計(jì)沉降過程線

內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)：古河槽部位壩體軸線下游35.6m處ES06測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降變形量比較大，最大的量值為269mm，占?jí)误w總高度的0.5%，壩體各測(cè)管單點(diǎn)沉降最大值發(fā)生在壩體高度三分之一到二分之一的位置。磁環(huán)測(cè)管的最大單點(diǎn)沉降量為0+300斷面軸線下游79.9m處2903.5m高程的78mm。歷年沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雖有小幅增大的變化，但增幅不大，大壩的沉降變形總體上是趨于收斂的。測(cè)斜管左右岸方向觀測(cè)結(jié)果表明，左右兩側(cè)壩體有逐步向中間變形的趨勢(shì)。尤其是蓄水之后，左側(cè)壩體向右岸最大變形值為19mm，右側(cè)壩壩體左岸最大變形值達(dá)到29mm。大壩內(nèi)部水平方向的變形總體上和外部變形測(cè)量成果基本吻合，符合大壩荷載運(yùn)行期間變形規(guī)律的要求。

防滲墻監(jiān)測(cè)：大壩蓄水之前，左右兩岸混凝土防滲墻上下游面的中部、頂部、河槽最深處混凝土防滲墻的下游面和部分區(qū)域出現(xiàn)了一定的拉應(yīng)力，通過實(shí)際監(jiān)測(cè)，最大的拉應(yīng)力為0+160樁號(hào)，2858m高程的S03測(cè)點(diǎn)，最大拉應(yīng)力達(dá)到1.35MPa，并未超過設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度1.4MPa。而蓄水之后，混凝土防滲墻全斷面處于壓應(yīng)力工作狀態(tài)，混凝土防滲墻的工作應(yīng)力狀態(tài)得到了有效改善，蓄水之后混凝土防滲墻的最大撓度變化幅度不超過1mm。

2.2 導(dǎo)流泄洪洞監(jiān)測(cè)

導(dǎo)流泄洪洞監(jiān)測(cè)也是水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容，需要是度三岔口部位和導(dǎo)流洞進(jìn)口部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。部位不同，監(jiān)測(cè)的方法也不相同。

三岔口部位監(jiān)測(cè)：埋設(shè)初期圍巖變形舌頭段0+421.0樁號(hào)頂拱長(zhǎng)大量達(dá)到7.0mm，之后的變形逐步趨于穩(wěn)定。同時(shí)監(jiān)測(cè)斷面頂部圍巖變形量要大于兩邊墻圍巖變形，同觀測(cè)部位淺層圍巖變形大于深層圍巖變形。錨桿拉應(yīng)力基本上和圍巖變形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。錨桿最大應(yīng)力為高洞室段0+441樁號(hào)頂拱部位，量值為278.4MPa，其余測(cè)點(diǎn)錨桿應(yīng)力逐漸收斂，量值基本上在-76.9-118.1MPa之間。

導(dǎo)流洞進(jìn)口部位監(jiān)測(cè)：弧形閘門門軸拉錨筋及門軸后深層基巖錨桿應(yīng)力為12.2-50.2MPa，測(cè)值穩(wěn)定。

2.3 引水發(fā)電洞監(jiān)測(cè)

上平段0+148m斷面圍巖變形以張開變形為主，最大變形8.4mm，洞0+148m斷面錨桿最大拉應(yīng)力156.2MPa。洞0+148m最大鋼筋拉應(yīng)力發(fā)生在洞頂，最值為17.7MPa，而洞室底部的測(cè)值發(fā)生突變，由-200MPa多突變至-500MPa[1]。

2.4 地下廠房監(jiān)測(cè)

本工程主廠房圍巖和副廠房圍巖的變形，都以張開為主，在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)中，變形主要 集中在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)的初期，期間最大值為5.4mm，發(fā)生在副廠房和縱向中間樁號(hào)的頂拱，在分布上呈現(xiàn)出縱向樁號(hào)中部大于兩側(cè)，可同斷面頂拱部的大于邊墻。圍巖錨桿應(yīng)力分布和變形應(yīng)力分布基本對(duì)應(yīng)，最大值為134.7MPa，其余量值都比較小，目前本工程廠房圍巖變形基本上趨于穩(wěn)定狀態(tài)。地下廠房廠(縱)0+23.2m斷面圍巖錨桿應(yīng)力過程線如圖2所示。

圖2 地下廠房廠(縱)0+23.2m斷面圍巖錨桿應(yīng)力過程線

2.5 滲流及滲流量監(jiān)測(cè)

工程下游壩體的浸潤(rùn)線較低，浸潤(rùn)高程在2895-2900m高程之間，受庫水位影響較?。幌掠位A(chǔ)內(nèi)2860m高程的測(cè)點(diǎn)滲壓水位在2886.788-2901.553m之間；下游基礎(chǔ)內(nèi)28612m高程的測(cè)點(diǎn)滲壓水位在2884.998-2903.677之間。

左岸繞壩滲流測(cè)點(diǎn)與庫水位相關(guān)密切，庫水位最高時(shí)(2957.9m高程)，UP-A-G七個(gè)測(cè)點(diǎn)的滲壓水位分別為2939.56m、2928.96m、2926.15m、2925.39m、2912.64m、2895.77m、2890.96m。

2014年之前最大滲流量為28.97L/s。2012年左、右兩岸補(bǔ)強(qiáng)灌漿效果不明顯，2014年再次補(bǔ)強(qiáng)灌漿，壩底廊道滲流量有較明顯改善。2017至2019年滲流量有逐年小幅增加的情況。2019年最大滲流量為12.61L/s。

3 水庫運(yùn)行期安全事故預(yù)判方法

事故預(yù)判是發(fā)現(xiàn)和處理水庫運(yùn)行期安全問題的主要手段，在進(jìn)行水庫運(yùn)行期安全事故預(yù)判中可采取直接判定法和綜合判定法。要先用前者進(jìn)行預(yù)判，如果無法直接判定，再用綜合判定法進(jìn)行判定。

在采用直接判定法中，只要水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)結(jié)果符合以下任何一項(xiàng)要素，都可以判定為重大事故隱患。

1)水庫運(yùn)行期安全鑒定為三類，按照《水庫大壩安全鑒定辦法》的要求和規(guī)定，三類壩就是低于洪水標(biāo)準(zhǔn)低于部頒發(fā)水泥樞紐工程除險(xiǎn)加固近期非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)，或者是工程存在嚴(yán)重安全隱患，無法按照設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行的大壩工程。

2)壩體出現(xiàn)裂縫，引起滲水、漏水問題。

3)壩體滲漏明顯異常，并且壩體上出現(xiàn)了嚴(yán)重的流土、漏洞、管涌等安全問題。

4)水庫大壩閘門主要承重構(gòu)件出現(xiàn)了裂縫、門體止水裝置老化、損壞滲漏等都出現(xiàn)了超出規(guī)范的要求。并且閘門在啟閉中出現(xiàn)了異常振動(dòng)、卡阻等。卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，但未進(jìn)行報(bào)廢處理。

5)泄水建筑物堵塞無法泄洪或者行洪設(shè)施不符合相關(guān)要求。

在應(yīng)用判定法時(shí)，主要水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)結(jié)果，滿足任意3項(xiàng)基礎(chǔ)條件+任意3項(xiàng)物的不安全狀態(tài)就表明該水庫存在重大事故隱患[2]。

基礎(chǔ)條件為：水庫運(yùn)行管理機(jī)構(gòu)和管理制度不健全，管理人員職責(zé)不夠模明晰；大壩安全監(jiān)測(cè)、防汛交通、通信等管理設(shè)置不夠完善；水庫在運(yùn)行中調(diào)度規(guī)程、水庫大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案未制定出來或者沒有及時(shí)報(bào)批；不能按照審批的調(diào)度規(guī)程進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度運(yùn)用，也沒有按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，開展全方位的巡視檢查和安全監(jiān)測(cè)，難以實(shí)時(shí)掌握大壩的安全運(yùn)行狀態(tài)；大壩養(yǎng)護(hù)和維修不夠及時(shí)，處于不安全的工作狀態(tài)或者是不完整的工作狀態(tài)。

物的不安全狀態(tài)：水庫大壩沒有嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行安全鑒定。水庫大壩的安全鑒定依據(jù)為《水庫大壩安全鑒定辦法》；大壩的抗震安全性綜合評(píng)價(jià)級(jí)別為C級(jí)，主要依據(jù)是《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，如果大壩的抗震安全評(píng)價(jià)為C級(jí)，就是不安全或者的大壩工程，需要及時(shí)處理；大壩泄洪洞、溢流面等位置出現(xiàn)了大面積汽蝕現(xiàn)象；壩體混凝土老化嚴(yán)重，碳化嚴(yán)重，表面出現(xiàn)了大量裂縫；針對(duì)白蟻災(zāi)害區(qū)域的土壩，沒有進(jìn)行科學(xué)有效的白蟻防治工作；閘門液壓式啟閉機(jī)缸體或者活塞桿上出現(xiàn)裂紋，或者有明顯的變形和扭曲等。

4 提升水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)和事故預(yù)判準(zhǔn)確的措施

4.1 細(xì)化監(jiān)測(cè)方法

在選擇水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)方法時(shí)，需要充分結(jié)合水庫的實(shí)際情況，編制出專用強(qiáng)、實(shí)用性好、可操作性強(qiáng)的規(guī)范。水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵循少而精、設(shè)備耐久性比較強(qiáng)的原則，所選擇的監(jiān)測(cè)設(shè)備，必須操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、耐久性好，尤其是對(duì)各種預(yù)埋設(shè)備而言，隨著使用年限的增加，必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的損壞和老化，無法更換或者難以更換的水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備必須有一定的富余量[3]。監(jiān)測(cè)方法可采取傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)法，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)并不是水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)的明智之舉，不但費(fèi)用昂貴，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有限，而且可靠性比較差，容易失竊。水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)和事故預(yù)判的準(zhǔn)確性離不開完善監(jiān)測(cè)設(shè)施的支持，需要結(jié)合水庫安全運(yùn)行實(shí)際管理情況，逐步完善各種基礎(chǔ)設(shè)施，為水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)和事故預(yù)判提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持。

4.2 嚴(yán)格落實(shí)好水庫運(yùn)行安全法規(guī)

水庫運(yùn)行安全法規(guī)是水庫運(yùn)維管理的主要參考和依據(jù)，針對(duì)目前很多水庫管理單位，存在違法執(zhí)行嚴(yán)重的問題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)水泥行業(yè)的法規(guī)建設(shè)[4]。近年來，我國(guó)水利部門逐步頒發(fā)了很多水庫運(yùn)行管理、養(yǎng)護(hù)管理、安全管理、安全監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)指標(biāo)和法律規(guī)范。對(duì)水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)和事故預(yù)判準(zhǔn)確性的提升起到了很大的推動(dòng)作用。在水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)中，需要每位工作人員，都能熟練地掌握各種法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在實(shí)際工作中嚴(yán)格執(zhí)行，才能保證水庫始終處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 應(yīng)用一體化信息管理系統(tǒng)

水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)與事故預(yù)判具有很強(qiáng)的復(fù)雜性，內(nèi)容多，需要考慮的因素比較多，為保證水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)與事故預(yù)判得準(zhǔn)確，為出險(xiǎn)加固提供真實(shí)的數(shù)據(jù)參考，需要采用統(tǒng)一的系統(tǒng)架構(gòu)和平臺(tái)，研發(fā)出一套集基本信息、雨水情、安全監(jiān)測(cè)、防洪調(diào)度、興利調(diào)度、視頻監(jiān)控等多種功能為以提升的水庫信息化解決方案。以實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫運(yùn)行期安全情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，促使水庫安全管理更加科學(xué)和便利。

5 結(jié) 語

綜上所述，結(jié)合工程實(shí)例，分析了水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)及事故預(yù)判，分析結(jié)果表明，水庫運(yùn)行安全與否，直接關(guān)系到水庫工程運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及下游居民的財(cái)產(chǎn)和生命安全。因此，必須高度重視水庫運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)及事故預(yù)判工作。需要結(jié)合實(shí)際情況下，立足預(yù)判判定標(biāo)準(zhǔn)，并采取科學(xué)有效的方法及措施，才能保證水庫始終處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度上發(fā)揮出水庫的價(jià)值和作用，促使我國(guó)水庫事業(yè)持續(xù)健康地發(fā)展。