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《大壩與安全雜志》2016年第3期

摘要：

水工金屬結(jié)構(gòu)安全關(guān)系到水電站安全度汛和水庫的正常運(yùn)行調(diào)度。對(duì)水工金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全檢測(cè)和評(píng)估是及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和隱患、保障水電站運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。筆者介紹了二灘水電站水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)范圍選擇、檢測(cè)內(nèi)容及方法、檢測(cè)和計(jì)算成果、安全評(píng)估等內(nèi)容，提出了保障水工金屬結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的建議。

關(guān)鍵詞：

二灘水電站；金屬結(jié)構(gòu)；安全檢測(cè)；評(píng)估

1概述

二灘水電站位于四川省攀枝花市境內(nèi)雅礱江干流，電站以發(fā)電為主，總裝機(jī)3300MW，水庫正常蓄水位為1200m，總庫容58億m3，調(diào)節(jié)庫容33.7億m3，具有季調(diào)節(jié)能力。二灘大壩為拋物線型混凝土雙曲拱壩，最大壩高240m，壩頂弧長774.69m。電站泄洪建筑物由壩身泄水孔和右岸泄洪洞組成。壩身泄水孔包括表孔、中孔及底孔。表孔共7孔，設(shè)弧形工作閘門，設(shè)計(jì)水頭12m，總水壓力8538kN，配套的7臺(tái)雙缸液壓啟閉機(jī)容量為2×1000kN。中孔共6孔，設(shè)弧形工作閘門及平板事故檢修閘門，工作閘門設(shè)計(jì)水頭80m，總水壓力32450kN，配套的6臺(tái)液壓啟閉機(jī)啟門力3000kN，閉門力1000kN。中孔事故檢修閘門為單吊點(diǎn)平板鏈輪門，設(shè)計(jì)水頭90m，總水壓力57063kN，由壩頂1臺(tái)QM500-11.5型雙向門式啟閉機(jī)操作啟閉。底孔共4孔，設(shè)平板工作閘門及事故檢修閘門，工作閘門設(shè)計(jì)水頭120m，運(yùn)行水頭80m，總水壓力21660kN，計(jì)算啟門力2×4000/2×3000kN，配套的4臺(tái)液壓啟閉機(jī)最大啟門力2×4000kN，最大下壓力2×3000kN。底孔事故檢修閘門設(shè)計(jì)水頭120m，運(yùn)行水頭80m，總水壓力35663kN，啟門力/持住力2500kN，底孔事故檢修閘門與中孔事故檢修閘門由同一臺(tái)壩頂啟閉機(jī)操作啟閉。底孔一般不參與泄洪，僅作放空水庫之用。泄洪洞共2條，設(shè)弧形工作閘門，設(shè)計(jì)水頭37m，總水壓力74768kN，配套的2臺(tái)液壓啟閉機(jī)啟門力2×4000kN。泄洪洞事故檢修閘門為平板門，設(shè)計(jì)水頭37m，總水壓力64017kN，分別由型號(hào)為2×3600kN/2×4000kN的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作啟閉。電站進(jìn)水口共6孔，進(jìn)水口快速閘門為平板閘門，設(shè)計(jì)水頭72m，總水壓力42992kN，配套的6臺(tái)液壓啟閉機(jī)啟門力分別為3000kN。進(jìn)水口檢修閘門為平板門，共1扇，由進(jìn)水口QM200/40-14型雙向門式起重機(jī)啟閉。二灘水電站自1999年建成投運(yùn)以來，除對(duì)個(gè)別閘門進(jìn)行過防腐處理和小規(guī)模閘門焊縫無損探傷外，未開展過系統(tǒng)性水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)估工作。2013年二灘大壩第二次定期檢查將水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)估列為定檢專題之一，對(duì)水工金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的安全檢測(cè)與評(píng)估。

2巡視及外觀檢查

巡視及外觀檢查以目測(cè)檢查為主，輔以一些必要的檢測(cè)工具。主要檢查與閘門和啟閉機(jī)相關(guān)的水力學(xué)條件、水工建筑物是否有異常跡象，附屬設(shè)施是否完善、有效，并判斷其對(duì)閘門和啟閉機(jī)的影響，檢查閘門和啟閉機(jī)外觀形態(tài)是否有裂紋、磨損、偏斜、折斷、磨蝕、壓陷等明顯缺陷。主要檢查內(nèi)容以DL/T835-2003《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》第4~6條為依據(jù)。

2.1表孔閘門

7套表孔工作閘門及配套的啟閉設(shè)備運(yùn)行正常，門體、主梁、縱梁、面板、支臂、吊耳、支鉸等構(gòu)件情況良好，均未出現(xiàn)明顯變形、開裂、損傷等異常現(xiàn)象。閘門焊縫未發(fā)現(xiàn)表面裂紋、表面氣孔，也未發(fā)現(xiàn)有超過規(guī)范要求的咬邊、錯(cuò)臺(tái)等缺陷。閘門止水橡皮情況良好，其墊板、壓板、止水座板情況也較好。閘門側(cè)輪、側(cè)軌有輕微腐蝕現(xiàn)象。閘門軌道及周圍混凝土平整、無剝蝕、破損和妨礙閘門啟閉的障礙物。

2.2中孔閘門

6扇中孔工作閘門門體、主梁、縱梁、面板、支臂、吊耳、支鉸等構(gòu)件情況較好，均未出現(xiàn)明顯變形、開裂、損傷等異常現(xiàn)象。閘門焊縫未發(fā)現(xiàn)表面裂紋、表面氣孔，也未發(fā)現(xiàn)有超過規(guī)范要求的咬邊、錯(cuò)臺(tái)等缺陷，部分焊縫及其熱影響區(qū)表面有輕微腐蝕現(xiàn)象。2號(hào)中孔閘門外側(cè)頂止水橡皮破損，長度500mm左右，其他閘門止水橡皮均較好，止水墊板、壓板、止水座板輕微腐蝕。閘門側(cè)軌有輕微腐蝕現(xiàn)象，閘門下部板格和主縱梁板格有大量積水，閘門面板、次梁、主梁、支臂等構(gòu)件局部有輕微腐蝕現(xiàn)象。閘門軌道及周圍混凝土平整、無剝蝕、破損和妨礙閘門啟閉的障礙物。

2.3底孔閘門

二灘水電站投運(yùn)初期，底孔長時(shí)間泄水造成工作閘門底檻止水嚴(yán)重沖刷、氣蝕，后用抗磨材料對(duì)底檻巴氏合金沖刷處進(jìn)行了填充和找平處理，處理完畢后帶水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)材料仍然存在沖蝕，閘門不能徹底封水。遂落事故檢修閘門擋水，工作閘門局部開啟，至今再未進(jìn)行過處理。由于底孔流道未設(shè)置進(jìn)人專用通道，工作閘門長期未做任何檢查、維護(hù)工作。閘門止水均為鋼性止水，表面輕微腐蝕、無變形和破損等異常現(xiàn)象。1號(hào)底孔工作閘門落至全關(guān)后頂止水面、底止水面間隙均為0mm；左止水面上段及下段有間隙，最大間隙為0.5mm；右止水面下段有間隙，最大間隙為0.35mm。3號(hào)底孔工作閘門落至全關(guān)后頂部止水面間隙均為0mm；底部止水面有兩點(diǎn)間隙，分別為0.03mm、0.02mm；左側(cè)止水面有一點(diǎn)間隙，為0.03mm；右側(cè)止水面有一段130mm長、0.03mm寬的間隙。門槽底檻止水面修復(fù)使用的貝爾佐納復(fù)合抗磨涂料出現(xiàn)了老化、脫空現(xiàn)象，止水面局部出現(xiàn)爆口、鼓包、脫落及整體不光滑等現(xiàn)象；門槽側(cè)止水面有局部銹蝕出的小坑。閘門門槽軌道輕微腐蝕；閘門面板、主梁、隔板局部有輕微腐蝕現(xiàn)象。底孔事故檢修閘門處于擋水運(yùn)行狀態(tài)，故水流狀況不明，1號(hào)、2號(hào)閘門基本不漏水，3號(hào)、4號(hào)閘門頂部和通氣孔有滲水情況。1號(hào)閘門表面腐蝕輕微，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)閘門腐蝕程度和腐蝕面積較1號(hào)閘門嚴(yán)重，大部分構(gòu)件屬于輕微腐蝕，局部為一般腐蝕。

2.4泄洪洞閘門

泄洪洞工作閘門門體、主梁、縱梁、面板、支臂、吊耳、支鉸等構(gòu)件情況較好，均未出現(xiàn)明顯變形、開裂、損傷等異常現(xiàn)象。2號(hào)泄洪洞工作閘門右上支臂焊縫存在超標(biāo)的咬邊缺陷（>1.0mm），其他焊縫表面質(zhì)量較好。閘門止水橡皮、止水墊板、壓板、座板情況均較好。閘門側(cè)輪、側(cè)軌情況良好。閘門軌道及周圍混凝土平整、無剝蝕、破損和妨礙閘門啟閉的障礙物。閘門下部板格和支臂積水較多，閘門防腐情況較好。閘門胸墻平整，無損傷、剝落等情況，有較多的表面裂紋，但無滲水和析鈣的情況。泄洪洞事故檢修閘門運(yùn)行情況良好，閘門門槽混凝土表面平整，無損傷、剝落等異常現(xiàn)象。

2.5進(jìn)水口

閘門6扇進(jìn)水口快速閘門門體、主梁、縱梁、面板等構(gòu)件均未出現(xiàn)明顯變形、開裂、損傷等異常現(xiàn)象。閘門焊縫未發(fā)現(xiàn)表面裂紋、表面氣孔，也未發(fā)現(xiàn)有超過規(guī)范要求的咬邊、錯(cuò)臺(tái)等缺陷。各閘門止水較好，無破損情況，止水墊板、壓板、螺栓良好。閘門支承行走裝置、鎖錠裝置情況良好，閘門充水閥工作正常。閘門門槽軌道及周圍混凝土平整、無剝蝕、無破損和妨礙閘門啟閉的障礙物。

3閘門腐蝕檢測(cè)

腐蝕檢測(cè)采用數(shù)值式測(cè)厚儀和游標(biāo)卡尺進(jìn)行檢測(cè)。二灘大壩水工金屬結(jié)構(gòu)總體保護(hù)較好，表孔工作閘門、中孔工作閘門、底孔工作閘門只是少數(shù)構(gòu)件的局部有一般腐蝕情況，其他為輕微腐蝕。中孔事故檢修閘門鏈輪、止水墊板、壓板、螺栓、閘門焊縫周圍、各支承輪腐蝕程度為一般腐蝕，主梁翼緣腐蝕程度為輕度腐蝕。泄洪洞工作閘門、泄洪洞事故檢修閘門以及閘門的啟閉機(jī)均未出現(xiàn)腐蝕情況。底孔事故檢修閘門門體腐蝕面積相對(duì)較大、腐蝕程度較重，其中1號(hào)底孔事故檢修閘門的腐蝕程度評(píng)定等級(jí)為輕微腐蝕，其他三扇閘門為一般腐蝕。

4閘門焊縫無損探傷

焊接結(jié)構(gòu)的水工鋼閘門經(jīng)長期運(yùn)行后，其主要受力焊縫可能會(huì)產(chǎn)生裂紋等危害性缺陷，從而對(duì)閘門的承載能力和安全運(yùn)行產(chǎn)生顯著影響。為此，在對(duì)閘門進(jìn)行安全檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)主要受力焊縫進(jìn)行無損探傷。本次檢測(cè)采用HS-510超聲波探傷儀進(jìn)行檢測(cè)。探傷執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分析》，Ⅰ類焊縫超聲波探傷不少于20%，Ⅱ類焊縫不少于10%。檢測(cè)結(jié)果顯示表孔、中孔閘門焊縫的內(nèi)部缺陷主要是氣孔和個(gè)別翼緣對(duì)接焊縫局部未焊透，對(duì)照DL/T5018-2004《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》，焊縫未焊透缺陷均在設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍內(nèi)。底孔工作閘門檢測(cè)均無缺陷。故從焊縫角度來看，焊縫缺陷不影響閘門的安全使用，閘門是安全可靠的。

5閘門應(yīng)力檢測(cè)

閘門結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)采用電測(cè)法。按照閘門結(jié)構(gòu)及尺寸在閘門關(guān)鍵部位布置數(shù)量不等的測(cè)點(diǎn)，選擇庫水位在正常蓄水位時(shí)檢測(cè)。現(xiàn)場檢測(cè)前，根據(jù)測(cè)點(diǎn)圖確定測(cè)點(diǎn)位置，在檢測(cè)處進(jìn)行打磨清洗及定位處理。應(yīng)力檢測(cè)通過在測(cè)點(diǎn)處粘貼電阻應(yīng)變片并通過導(dǎo)線連接檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)，實(shí)施現(xiàn)場對(duì)結(jié)構(gòu)靜應(yīng)變迅速和精確的測(cè)量與存儲(chǔ)。電阻應(yīng)變片采用陜西漢中電測(cè)儀器廠生產(chǎn)的3×2mm膠基電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片與被測(cè)構(gòu)件的粘接采用502膠。

5.1靜應(yīng)力檢測(cè)成果

（1）弧門的靜應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)測(cè)的弧門上、下支臂應(yīng)力分布情況大致相同，即上、下支臂實(shí)際上被分配的荷載基本接近，說明設(shè)計(jì)上梁間距的布置及荷載分配方法是正確、合理的。同時(shí)弧門的主橫梁受力較大，荷載主要通過主橫梁和縱梁傳到支臂，這符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力及變形的狀態(tài)。

（2）平板閘門的靜應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果表明，閘門邊梁受力較小，荷載主要由縱隔板傳到主梁、再由主橫梁傳到支承定輪，符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力及變形的狀態(tài)。

（3）從靜應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果看出，在水庫設(shè)計(jì)水位1200m時(shí)，各閘門的應(yīng)力都處于材料的允許應(yīng)力之內(nèi)，并有足夠的安全儲(chǔ)備。

5.2動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)

成果表孔工作閘門最大動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)在閘門支臂部位，動(dòng)應(yīng)力值為32.8MPa；中孔工作閘門最大動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)在閘門支臂部位，動(dòng)應(yīng)力值為33.2MPa；泄洪洞工作閘門最大動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)在閘門支臂部位，動(dòng)應(yīng)力值為23.9MPa。實(shí)測(cè)成果表明，各閘門實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)力都較小。綜合閘門靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)成果，閘門總應(yīng)力均小于閘門材料的允許值，閘門是安全的。

6閘門啟閉力檢測(cè)

啟閉力的檢測(cè)采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變片間接法測(cè)量，每一閘門啟閉力檢測(cè)3次。無拉桿閘門測(cè)點(diǎn)布置在減速箱輸出軸的中部，動(dòng)態(tài)應(yīng)變片沿軸線45°方向粘貼。中孔事故檢修閘門啟閉機(jī)為壩頂門機(jī)，門機(jī)通過多根拉桿對(duì)閘門施加啟閉力使閘門啟閉，采用在拉桿表面布置電阻應(yīng)變片測(cè)啟閉力的方法。按照閘門特性和現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇2~4號(hào)表孔工作閘門、2~3號(hào)中孔工作閘門、2號(hào)中孔事故檢修閘門、1號(hào)泄洪洞工作閘門及1號(hào)泄洪洞事故檢修閘門進(jìn)行實(shí)際啟閉力檢測(cè)，對(duì)表孔工作閘門、中孔工作閘門及事故檢修閘門、泄洪洞工作閘門及事故檢修閘門、底孔工作閘門及事故檢修閘門、進(jìn)水口快速閘門及檢修閘門啟門力進(jìn)行理論計(jì)算。各閘門實(shí)測(cè)啟閉力及理論計(jì)算成果見表2。由表2可以看出，各閘門實(shí)測(cè)啟閉力與理論計(jì)算結(jié)果均小于相應(yīng)啟閉機(jī)容量，各啟閉機(jī)均有足夠的啟閉容量。各閘門啟閉力計(jì)算結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果有一定的差別，是由于實(shí)際檢測(cè)時(shí)按實(shí)時(shí)水位計(jì)算，而理論計(jì)算則按設(shè)計(jì)水位計(jì)算，理論計(jì)算時(shí)靜水壓力取最大值計(jì)算，實(shí)測(cè)時(shí)閘門平壓后靜水壓力較小等原因引起。

7啟閉機(jī)檢測(cè)與考核

按照DL/T835-2003《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)條款，對(duì)25臺(tái)液壓啟閉機(jī)、2臺(tái)固定式卷揚(yáng)機(jī)和2臺(tái)雙向門式啟閉機(jī)進(jìn)行了性能狀態(tài)檢測(cè)和考核。液壓啟閉機(jī)油缸、輸油管等液壓系統(tǒng)無腐蝕、變形、損壞、漏油等異常情況，液壓缸、活塞桿等構(gòu)件無腐蝕、磨損、變形、漏油情況，啟閉機(jī)的活塞桿與閘門連接完好，現(xiàn)場檢查吊點(diǎn)沒有發(fā)現(xiàn)開裂和異常變形現(xiàn)象。泄洪洞事故檢修閘門固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)和壩頂門機(jī)的機(jī)架無裂紋、變形和松動(dòng)等異常現(xiàn)象，電氣部分線路接地良好、連接正常。機(jī)械起吊設(shè)備潤滑情況良好，運(yùn)行正常、動(dòng)作準(zhǔn)確、維護(hù)較好，機(jī)架及機(jī)械起吊設(shè)備均無腐蝕現(xiàn)象。各類啟閉機(jī)各種儀表、電氣設(shè)備齊全，工作正常，動(dòng)作準(zhǔn)確，控制保護(hù)系統(tǒng)完整、可靠，動(dòng)力系統(tǒng)導(dǎo)線排列符合相應(yīng)規(guī)范要求，導(dǎo)線情況良好，備用電源工作正常。雙向門式啟閉機(jī)行走正常，無卡阻等情況，門機(jī)啟閉閘門時(shí)未出現(xiàn)異常噪聲和卡阻情況。2號(hào)表孔工作閘門啟門時(shí)存在明顯的噪聲和振動(dòng)情況。3號(hào)表孔工作閘門啟門時(shí)，閘門左右缸有不同步的情況，并伴有明顯的振動(dòng)現(xiàn)象。

8結(jié)論及建議

二灘水電站水工金屬結(jié)構(gòu)和啟閉設(shè)備配套完備，維護(hù)良好，總體運(yùn)行正常。經(jīng)過檢測(cè)和復(fù)核計(jì)算，各閘門強(qiáng)度、剛度均滿足要求，閘門結(jié)構(gòu)是安全的，各泄洪工作閘門和進(jìn)水口快速閘門門槽完好，各啟閉機(jī)有足夠的啟閉容量。泄洪系統(tǒng)閘門和啟閉機(jī)、進(jìn)水口閘門和啟閉設(shè)備狀況能滿足電站正常運(yùn)行使用要求。底孔工作閘門底檻巴氏合金自運(yùn)行初期損壞后未徹底修復(fù)，長期使用事故檢修閘門擋水，且工作閘門長期未做檢查和維護(hù)。建議盡快修復(fù)工作閘門底檻，并對(duì)底孔工作閘門和事故檢修閘門進(jìn)行檢修。

參考文獻(xiàn)：

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作者:趙海英 馮永祥 單位:雅礱江流域水電開發(fā)有限公司