水库泄洪产生异动成因及对策

□齐润利 □韩明海 □李建岗 □时建国（河南省陆浑水库管理局）

1 枢纽工程概况

1.1 水库工程简介

陆浑水库是建国后“二·五”期间河南省建设的大型水库之一。水库位于黄河流域伊河支流的嵩县境内，距洛阳市67 km,是一座集防洪发电、灌溉、供水、养殖为一体的大（1）型水利枢纽工程，主要由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水电站组成。设计等级除输水洞为二级建筑物外，其余均为一级建筑物。控制流域面积3492 km2，总库容13.20亿m3，水库防洪标准为千年一遇设计，万年一遇校核，设计总泄量5622m3/s。水库地理位置非常重要，下游有洛阳、郑州、开封3个重要工业城市及以此为中心的中原经济区，有陇海、焦枝、京广3条铁路干线和连—霍、洛—界、洛—栾等高速公路及著名的世界文化遗产龙门石窟，故确保水库下游社会环境安全具有重大战略意义。

1.2 泄洪洞工程简介

陆浑水库泄洪洞工程是陆浑水库最重要的控泄建筑物之一，由黄河水利委员会设计，原陆浑水库工程局承建。工程1962年8月开始开挖隧洞，至1965年8月完工。隧洞结构类型为无压明流洞，宽高尺寸8m×10m，全长为491m，进口为封闭式进水塔闸室，设平板工作门（b×h=5.60m×7.90m）和事故检修门(b×h=5.24m×7.43m)各2孔，设计水头33m，出口设挑流鼻坎消能，启闭机类型为电动卷扬式(QPG2)，最大启门力150 t，设计最大泄量为1193m3/s。2003-2006年除险加固工程期间对原机房进行改建并增设机房室内检修用桥式起重机。

2 机房产生异动的成因

2.1 2010年大洪水及动用泄洪洞原因

2010年7月份，陆浑水库遭遇20年一遇大洪水考验，水位达到历史最高。坝址区域及水库坝址以上流域内普降大雨，降雨产生的洪水历时11 d（7月23日8时至8月3日8时），最大入库流量4390m3/s，7月24日库水位达到318.09m，黄河防总及河南省防办根据入库水情下发泄洪调度指令“加大泄量至1000m3/s”传至陆浑防办，陆浑防办紧急会商，通过泄流计算认为基于当前水位，溢洪道进口高程较高（313.00m），泄量无法满足指令要求，而泄洪洞进口较低（289.72m）经计算满足要求，陆防指综合权衡并依据水工建筑物安全运用原则，决定动用泄洪洞泄洪。7月24日18时泄洪洞开闸泄洪，最大泄流量941m3/s。

2.2 异动现象描述

2010年7月24日17 时40分在经过平压后，18时准时启动闸门。当泄洪洞工作门提升至30 cm左右，提升时间约11 s（工作门启闭速度1.60m/min），闸机房四周墙壁及玻璃窗突发相向性震动，持续时间1-2 s，之后消失，伴随着出现的问题是天花板装饰材料大量坠落，大量灰尘吸入机房内，对机房内启闭机滚筒、钢丝绳及电气设备造成严重污染。根据当时情况参照震级划分标准判断，震级约有3级，震动有较明显感觉属有感地震，但没有对房屋结构造成破坏；噪音很大，依据噪音大小识别标准判定，约有60 dB，感到对听觉神经有很大震撼。在此之后，花费大量人力、物力进行清除，对钢丝绳清洗重新上油，使用吸尘器对电器设备除尘。

2.3 产生异动现象原因分析

2.3.1 闸机房房屋结构

该闸机房系2005年拆除原机房后在原址重新修建。闸房结构原为砖混结构、屋顶为预制槽型板拼装而成。新建闸房为单层全框架结构、屋顶设钢结构网架，网架下部为铝合金龙骨架装饰塑料扣板，机房四周设全封闭钢化玻璃窗（b×h=1.57m×1.12m）；机房大门为钢化玻璃地弹簧门（b×h=2.40m×2.70m）；机房外部轮廓尺寸为长18m，宽17m，高7.00m，建筑面积306m2,这样即形成一个密闭空间。

2.3.2 通气孔的设置

泄洪洞为无压城门洞型，水流为无压明流，闸机房东、西两侧各设置有两个通气孔，尺寸为长2.30m，宽1.12m（注：1.12m为上部孔口尺寸；距孔口2.80m处变断面，凸出平台宽度0.12m），上部考虑交通安全覆盖角钢镶边、扁铁立焊的铁篦栅（厚度5mm，间距25mm）。通气孔的作用：一方面是为了避免门后过大的压力降低，减轻振动、气蚀等不利影响；另一方面为洞内通气，以保证洞内明流流态。原设计计算通气孔面积根据国内已建成的如流溪河水库（广东1958年）、三门峡（河南1957年）等为隧洞面积的9.40%～10.30%，后在1962年我国“高速水流会议”提出按照下列通气量公式计算：

通气孔面积按隧洞面积的10%、8%、5%、3%，通气孔面积分别为8、6、4、2.40m2，通气孔的损失系数按照“局部阻力系数通风道管”一书ξ=2gln2/Ru/3进行比较计算，通气量Qa分别为123、104、76.50、53.50m3/s，因此 Qa与通气孔面积成正比，闸门门后负压分别为0.41m水柱、0.81m水柱、1.94m水柱、5.10m水柱，均是很小的。鉴于上述，对于通气孔的面积，认为在可能的条件下，采用较大的孔径即面积为8.00m2，约占隧洞面积10%，保证充分通气、减小门后负压达到安全的目的。

2.3.3 通气不足是产生异动现象的原因

一是上述泄洪洞原通气量Qa设计计算公式中水流流速UH采用以平均流速代替水流表面流速（20m/s），实际在泄洪过程中由于高速水流现象异常复杂，影响因素众多，表层水流流速要大于平均流速，还有一可能使流速增大的情况也必须考虑，即除险加固处理洞壁裂缝采用环氧砂浆全断面抹面使糙率降低致使流速加大的因素，均可能使实际通气量大于设计通气量。二是通气孔内壁粗糙、空口防护篦栅阻碍可能使实际通气量小于设计通气量，也就是说通气孔的面积不足，造成通气量不够。原设计通气孔面积为 8.00 m2，实际通气孔总面积S={2.30×（1.12-0.12）×4个}-铁篦栅{（2.30/2.50×10-3）×5×10-3×4个}=7.36m2，比原设计少去 0.64m2。

在此情况，不足部分的空气，在高速水流作用下通过启闭机基座下部基坑、维修楼梯进口等部位沿门槽吸入下部洞内补气，使气压平衡，在闸机房密闭的情况下形成负压，故产生振动及较大噪音，并致使天花板在大气压力作用下坠落。

3 机房出现异动采取对策

3.1 机房出现异动的危害

新建闸机房投入使用后，闸机房室内空间几近密闭，开闸泄洪时，在机房大门敞开的情况下，提升闸门时大门在较强的空气吸入作用下会猛然关闭，天花板及窗户玻璃震动严重，且噪音较大。这种异常现象通常会给工作人员造成听觉方面不适应和不安全的感觉，还有可能会影响大脑思维，继而会产生误操作的危害；若振动频繁、频率过大还有可能损害建筑物的稳定性及使用寿命；由于闸机房属单层工业厂房结构，损坏后造成的维修工作极其困难，属高空作业，威胁人身安全；天花板上部积攒的较厚的微细灰尘进入机房后，会严重污染启闭机及控制柜内暴露的电器元件及核心集成控制元件（外国进口价格昂贵），威胁其使用寿命。

3.2 通气不足采取的对策

在经过工程技术人员查询资料认真分析研究后，认为主要是原砖混结构机房的窗户及大门均为木门、木窗，且木门设两扇，本身就不十分密闭，在泄洪时打开2扇大门，不存在产生负压的条件；在机房改造后，机房大门由2扇改为1扇，窗户采用全封闭的钢化玻璃，这样在泄洪闸门提升时部分欠缺的空气无法实时弥补，造成通气能力不足，才造成机房设施损坏。经技术会商决定采取增加补气面积的办法解决，但封闭的钢化窗无法开孔，且气流走向需平行再垂直向下，仍然会对窗户造成损坏，破碎的玻璃可能危及人身安全，故采取从天花板顶部开孔，这样气流自上部垂直进入，气流流径通畅并直通洞底，不会对建筑物造成危害，此方案较为有保障。究竟在天花板何部位开孔、设多大面积的补气孔、机房高度大如何开孔值得研究。2011年5月份经水库管理局技术科工程人员精确核算，确定在保障原机房外侧通气孔面积的基础上，新增加1倍补气孔面积，共计8.16 m2。新补气孔4个，单体面积S=1.70×1.20=2.04m2，位置设置在天花板顶部中央且等距分布，补气孔采取可封闭、可开启的百叶窗，材质为高强度的铝合金，开启机构采用Φ1.50mm钢丝绳滑轮组、导向轮联动手摇机构，分个控制，这样便于操作。2011年汛期，在试车及开闸时均全部打开补气孔，异动现象随之消失，至此再没有对机房设施造成损坏，且运行稳定。

4 结语

在实际机电工作中出现突发的异常现象是不可避免和预测的，由于技术人员的细心留意，可避免出现大的损毁、损害事件，修复工作从方案拟定到材料采购、加工、制作、安装均为一线现场工程技术人员动手操作，这样既可节约资金、保证质量，又利于技术人员开拓创新思维，提高发明创造能力及工作能动性、积极性，激发爱岗敬业的热情。