某水电站冲砂闸垮塌原因分析

唐振华，赵鹏强，姜 军

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）

1 工程概况

某水电站位于牡丹江下游依兰县境内，距离牡丹江与松花江汇合口10 km，始建于1977 年，1983 年投入运行。原水电站工程主要建筑物有右岸副坝、溢流坝、冲砂闸、进水闸和发电厂房。工程等别为IV 等，建筑物级别为4 级，设计洪水重现期为30 年，校核洪水重现期为200 年。水库正常蓄水位为101.00 m，设计洪水位为104.95 m，校核洪水位为106.60 m。冲砂闸布置在左岸，共12 孔，孔口尺寸5.00 m×3.00 m（宽×高），采用钢筋混凝土结构，两孔一联的布置型式，由上游铺盖段、闸室段、消力池护坦段、海漫段组成。上游粘土铺盖长25.00 m，顶高程96.50 m，冲砂闸堰顶高程97.00 m，消力池长17.50 m，池底板顶高程95.50 m。

电站运行至2019 年11 月，已进行了多次加固改造。1984 年对冲砂闸下游消力池进行加固，在冲砂闸下游一级消力池后增设二级消力池，二级池长25.00 m，池底板顶高程95.50 m，尾坎高程96.50 m。1991 年对右岸副坝进行局部改造，将72.00 m 长副坝改为溢流坝，坝宽度由558.00 m 增加至660.00 m。1996 年对拦河坝进行加高和相关建筑物改造，改造后溢流堰堰顶高程由101.00 m增加至101.60 m，水库正常蓄水位为101.60 m，设计洪水位为105.36 m，校核洪水位为106.66 m。2015 年对设备实施增效扩容改造，电站单机容量由2.5 MW 增加到3.0 MW，改造后电站装机仍为5 台发电机组。2017 年对工程进行安全分析评价，安全鉴定结论为“该工程为二类坝，大坝枢纽基本安全”。

2 冲砂闸垮塌经过及应急处置

2019 年 10 月 12 日 8 至 14 时，冲砂闸例行巡检中未发现异常情况。19 时58 分，电厂渠首值班员正常巡视冲砂闸后刚回到左岸坝肩，听到异响，发现冲砂闸中间几孔闸室段向上游垮塌，左岸上下游挡墙发生扭曲变形，失去原有使用功能。冲砂闸垮塌未造成人员伤亡，没有危及下游村屯人民生命财产安全。

冲砂闸垮塌后，运行管理单位按照程序及时向相关主管部门及保险公司进行了报告，并积极协调上游电站采取减小流量运行、及时封堵左坝头防止坝肩冲毁、修建应急围堰保护溢流坝安全等一系列措施，采取的应急措施及时有效，降低了左坝肩和溢流坝继续垮塌的风险。

3 冲砂闸垮塌现状

2019 年 11 月 23 日现场查勘发现，12 孔冲砂闸已全部垮塌，中间闸孔（4～6 号）向上游倾倒较为明显，左侧和右侧导墙均向中间倾斜或倾倒。闸墩边墙、闸顶启闭机工作桥梁大部分断裂脱开。

闸室上游侧左右两岸淤积较厚，闸前出现较大深坑。左右岸边墩出现较宽拉裂缝，下游一级消力池底板左侧隆起，右侧下沉，二级消力池底板隆起，两级消力池间连接钢筋拔脱。右侧下游边墙大范围倒塌，左侧下游边墙大范围开裂。

4 冲砂闸垮塌原因分析

4.1 台风及洪水影响

2019 年8—9 月，黑龙江省东部地区连续经历3 次台风：利奇马台风（8 月10 日），莲花电站至该水电站坝址区间日降雨量达25.2 mm；玲玲台风（9月7 日），莲花电站至该水电站坝址区间日降雨量达48.0 mm；山竹台风（9 月15 日），长江屯水文站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 流量超过 1 000 m3/s。2016—2019年长江屯水文站月平均流量统计见表1。

表1 2016—2019 年长江屯水文站月平均流量统计表

按水库调度运行原则，当流量超过1 000 m3/s时，开启冲砂闸泄洪排砂。由表1 可以看出2019年8，9 月份月平均流量明显高于多年平均流量，冲砂闸开启历时22 d，明显多于往年。

4.2 闸前铺盖破坏影响

冲砂闸闸室段采用混凝土闸墙结构，闸基为强透水性的级配不良砾。经初步核算，冲砂闸抗滑稳定及渗透稳定满足规范要求。冲砂闸无安全监测设施，闸前常年处于水下，上游铺盖未作检查。

根据冲砂闸整体向上游倾斜垮塌，闸前有明显塌陷深坑等现象，初步分析判断：闸前铺盖存在局部破坏，渗径明显减小，渗透比降加大，闸基发生管涌破坏，事态在短时间内扩大，最终导致冲砂闸向上游垮塌。

5 结语

通过对水电站工程冲砂闸垮塌前运行情况及垮塌后状态的调查研究，结合冲砂闸垮塌前后影响冲砂闸正常运行因素的分析，初步确定了冲砂闸垮塌的主要原因，为其他工程运行管理、维护和应急抢险提供了经验。