某水電站沖砂閘垮塌原因分析

唐振華，趙鵬強，姜 軍

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京 100120）

1 工程概況

某水電站位于牡丹江下游依蘭縣境內(nèi)，距離牡丹江與松花江匯合口10 km，始建于1977 年，1983 年投入運行。原水電站工程主要建筑物有右岸副壩、溢流壩、沖砂閘、進水閘和發(fā)電廠房。工程等別為IV 等，建筑物級別為4 級，設計洪水重現(xiàn)期為30 年，校核洪水重現(xiàn)期為200 年。水庫正常蓄水位為101.00 m，設計洪水位為104.95 m，校核洪水位為106.60 m。沖砂閘布置在左岸，共12 孔，孔口尺寸5.00 m×3.00 m（寬×高），采用鋼筋混凝土結構，兩孔一聯(lián)的布置型式，由上游鋪蓋段、閘室段、消力池護坦段、海漫段組成。上游粘土鋪蓋長25.00 m，頂高程96.50 m，沖砂閘堰頂高程97.00 m，消力池長17.50 m，池底板頂高程95.50 m。

電站運行至2019 年11 月，已進行了多次加固改造。1984 年對沖砂閘下游消力池進行加固，在沖砂閘下游一級消力池后增設二級消力池，二級池長25.00 m，池底板頂高程95.50 m，尾坎高程96.50 m。1991 年對右岸副壩進行局部改造，將72.00 m 長副壩改為溢流壩，壩寬度由558.00 m 增加至660.00 m。1996 年對攔河壩進行加高和相關建筑物改造，改造后溢流堰堰頂高程由101.00 m增加至101.60 m，水庫正常蓄水位為101.60 m，設計洪水位為105.36 m，校核洪水位為106.66 m。2015 年對設備實施增效擴容改造，電站單機容量由2.5 MW 增加到3.0 MW，改造后電站裝機仍為5 臺發(fā)電機組。2017 年對工程進行安全分析評價，安全鑒定結論為“該工程為二類壩，大壩樞紐基本安全”。

2 沖砂閘垮塌經(jīng)過及應急處置

2019 年 10 月 12 日 8 至 14 時，沖砂閘例行巡檢中未發(fā)現(xiàn)異常情況。19 時58 分，電廠渠首值班員正常巡視沖砂閘后剛回到左岸壩肩，聽到異響，發(fā)現(xiàn)沖砂閘中間幾孔閘室段向上游垮塌，左岸上下游擋墻發(fā)生扭曲變形，失去原有使用功能。沖砂閘垮塌未造成人員傷亡，沒有危及下游村屯人民生命財產(chǎn)安全。

沖砂閘垮塌后，運行管理單位按照程序及時向相關主管部門及保險公司進行了報告，并積極協(xié)調上游電站采取減小流量運行、及時封堵左壩頭防止壩肩沖毀、修建應急圍堰保護溢流壩安全等一系列措施，采取的應急措施及時有效，降低了左壩肩和溢流壩繼續(xù)垮塌的風險。

3 沖砂閘垮塌現(xiàn)狀

2019 年 11 月 23 日現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)，12 孔沖砂閘已全部垮塌，中間閘孔（4～6 號）向上游傾倒較為明顯，左側和右側導墻均向中間傾斜或傾倒。閘墩邊墻、閘頂啟閉機工作橋梁大部分斷裂脫開。

閘室上游側左右兩岸淤積較厚，閘前出現(xiàn)較大深坑。左右岸邊墩出現(xiàn)較寬拉裂縫，下游一級消力池底板左側隆起，右側下沉，二級消力池底板隆起，兩級消力池間連接鋼筋拔脫。右側下游邊墻大范圍倒塌，左側下游邊墻大范圍開裂。

4 沖砂閘垮塌原因分析

4.1 臺風及洪水影響

2019 年8—9 月，黑龍江省東部地區(qū)連續(xù)經(jīng)歷3 次臺風：利奇馬臺風（8 月10 日），蓮花電站至該水電站壩址區(qū)間日降雨量達25.2 mm；玲玲臺風（9月7 日），蓮花電站至該水電站壩址區(qū)間日降雨量達48.0 mm；山竹臺風（9 月15 日），長江屯水文站8月最大流量 2 000 m3/s，9 月最大流量 2 160 m3/s，8—9 月有 31 d 流量超過 1 000 m3/s。2016—2019年長江屯水文站月平均流量統(tǒng)計見表1。

表1 2016—2019 年長江屯水文站月平均流量統(tǒng)計表

按水庫調度運行原則，當流量超過1 000 m3/s時，開啟沖砂閘泄洪排砂。由表1 可以看出2019年8，9 月份月平均流量明顯高于多年平均流量，沖砂閘開啟歷時22 d，明顯多于往年。

4.2 閘前鋪蓋破壞影響

沖砂閘閘室段采用混凝土閘墻結構，閘基為強透水性的級配不良礫。經(jīng)初步核算，沖砂閘抗滑穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。沖砂閘無安全監(jiān)測設施，閘前常年處于水下，上游鋪蓋未作檢查。

根據(jù)沖砂閘整體向上游傾斜垮塌，閘前有明顯塌陷深坑等現(xiàn)象，初步分析判斷：閘前鋪蓋存在局部破壞，滲徑明顯減小，滲透比降加大，閘基發(fā)生管涌破壞，事態(tài)在短時間內(nèi)擴大，最終導致沖砂閘向上游垮塌。

5 結語

通過對水電站工程沖砂閘垮塌前運行情況及垮塌后狀態(tài)的調查研究，結合沖砂閘垮塌前后影響沖砂閘正常運行因素的分析，初步確定了沖砂閘垮塌的主要原因，為其他工程運行管理、維護和應急搶險提供了經(jīng)驗。