水电站水工金属结构探究范文

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《大坝与安全杂志》2016年第3期

摘要：

水工金属结构安全关系到水电站安全度汛和水库的正常运行调度。对水工金属结构进行安全检测和评估是及时发现问题和隐患、保障水电站运行安全和经济效益的重要手段。笔者介绍了二滩水电站水工金属结构安全检测范围选择、检测内容及方法、检测和计算成果、安全评估等内容，提出了保障水工金属结构安全运行的建议。

关键词：

二滩水电站；金属结构；安全检测；评估

1概述

二滩水电站位于四川省攀枝花市境内雅砻江干流，电站以发电为主，总装机3300MW，水库正常蓄水位为1200m，总库容58亿m3，调节库容33.7亿m3，具有季调节能力。二滩大坝为抛物线型混凝土双曲拱坝，最大坝高240m，坝顶弧长774.69m。电站泄洪建筑物由坝身泄水孔和右岸泄洪洞组成。坝身泄水孔包括表孔、中孔及底孔。表孔共7孔，设弧形工作闸门，设计水头12m，总水压力8538kN，配套的7台双缸液压启闭机容量为2×1000kN。中孔共6孔，设弧形工作闸门及平板事故检修闸门，工作闸门设计水头80m，总水压力32450kN，配套的6台液压启闭机启门力3000kN，闭门力1000kN。中孔事故检修闸门为单吊点平板链轮门，设计水头90m，总水压力57063kN，由坝顶1台QM500-11.5型双向门式启闭机操作启闭。底孔共4孔，设平板工作闸门及事故检修闸门，工作闸门设计水头120m，运行水头80m，总水压力21660kN，计算启门力2×4000/2×3000kN，配套的4台液压启闭机最大启门力2×4000kN，最大下压力2×3000kN。底孔事故检修闸门设计水头120m，运行水头80m，总水压力35663kN，启门力/持住力2500kN，底孔事故检修闸门与中孔事故检修闸门由同一台坝顶启闭机操作启闭。底孔一般不参与泄洪，仅作放空水库之用。泄洪洞共2条，设弧形工作闸门，设计水头37m，总水压力74768kN，配套的2台液压启闭机启门力2×4000kN。泄洪洞事故检修闸门为平板门，设计水头37m，总水压力64017kN，分别由型号为2×3600kN/2×4000kN的固定卷扬式启闭机操作启闭。电站进水口共6孔，进水口快速闸门为平板闸门，设计水头72m，总水压力42992kN，配套的6台液压启闭机启门力分别为3000kN。进水口检修闸门为平板门，共1扇，由进水口QM200/40-14型双向门式起重机启闭。二滩水电站自1999年建成投运以来，除对个别闸门进行过防腐处理和小规模闸门焊缝无损探伤外，未开展过系统性水工金属结构安全检测与评估工作。2013年二滩大坝第二次定期检查将水工金属结构安全检测与评估列为定检专题之一，对水工金属结构进行了系统的安全检测与评估。

2巡视及外观检查

巡视及外观检查以目测检查为主，辅以一些必要的检测工具。主要检查与闸门和启闭机相关的水力学条件、水工建筑物是否有异常迹象，附属设施是否完善、有效，并判断其对闸门和启闭机的影响，检查闸门和启闭机外观形态是否有裂纹、磨损、偏斜、折断、磨蚀、压陷等明显缺陷。主要检查内容以DL/T835-2003《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》第4~6条为依据。

2.1表孔闸门

7套表孔工作闸门及配套的启闭设备运行正常，门体、主梁、纵梁、面板、支臂、吊耳、支铰等构件情况良好，均未出现明显变形、开裂、损伤等异常现象。闸门焊缝未发现表面裂纹、表面气孔，也未发现有超过规范要求的咬边、错台等缺陷。闸门止水橡皮情况良好，其垫板、压板、止水座板情况也较好。闸门侧轮、侧轨有轻微腐蚀现象。闸门轨道及周围混凝土平整、无剥蚀、破损和妨碍闸门启闭的障碍物。

2.2中孔闸门

6扇中孔工作闸门门体、主梁、纵梁、面板、支臂、吊耳、支铰等构件情况较好，均未出现明显变形、开裂、损伤等异常现象。闸门焊缝未发现表面裂纹、表面气孔，也未发现有超过规范要求的咬边、错台等缺陷，部分焊缝及其热影响区表面有轻微腐蚀现象。2号中孔闸门外侧顶止水橡皮破损，长度500mm左右，其他闸门止水橡皮均较好，止水垫板、压板、止水座板轻微腐蚀。闸门侧轨有轻微腐蚀现象，闸门下部板格和主纵梁板格有大量积水，闸门面板、次梁、主梁、支臂等构件局部有轻微腐蚀现象。闸门轨道及周围混凝土平整、无剥蚀、破损和妨碍闸门启闭的障碍物。

2.3底孔闸门

二滩水电站投运初期，底孔长时间泄水造成工作闸门底槛止水严重冲刷、气蚀，后用抗磨材料对底槛巴氏合金冲刷处进行了填充和找平处理，处理完毕后带水试验发现修补材料仍然存在冲蚀，闸门不能彻底封水。遂落事故检修闸门挡水，工作闸门局部开启，至今再未进行过处理。由于底孔流道未设置进人专用通道，工作闸门长期未做任何检查、维护工作。闸门止水均为钢性止水，表面轻微腐蚀、无变形和破损等异常现象。1号底孔工作闸门落至全关后顶止水面、底止水面间隙均为0mm；左止水面上段及下段有间隙，最大间隙为0.5mm；右止水面下段有间隙，最大间隙为0.35mm。3号底孔工作闸门落至全关后顶部止水面间隙均为0mm；底部止水面有两点间隙，分别为0.03mm、0.02mm；左侧止水面有一点间隙，为0.03mm；右侧止水面有一段130mm长、0.03mm宽的间隙。门槽底槛止水面修复使用的贝尔佐纳复合抗磨涂料出现了老化、脱空现象，止水面局部出现爆口、鼓包、脱落及整体不光滑等现象；门槽侧止水面有局部锈蚀出的小坑。闸门门槽轨道轻微腐蚀；闸门面板、主梁、隔板局部有轻微腐蚀现象。底孔事故检修闸门处于挡水运行状态，故水流状况不明，1号、2号闸门基本不漏水，3号、4号闸门顶部和通气孔有渗水情况。1号闸门表面腐蚀轻微，2号、3号、4号闸门腐蚀程度和腐蚀面积较1号闸门严重，大部分构件属于轻微腐蚀，局部为一般腐蚀。

2.4泄洪洞闸门

泄洪洞工作闸门门体、主梁、纵梁、面板、支臂、吊耳、支铰等构件情况较好，均未出现明显变形、开裂、损伤等异常现象。2号泄洪洞工作闸门右上支臂焊缝存在超标的咬边缺陷（>1.0mm），其他焊缝表面质量较好。闸门止水橡皮、止水垫板、压板、座板情况均较好。闸门侧轮、侧轨情况良好。闸门轨道及周围混凝土平整、无剥蚀、破损和妨碍闸门启闭的障碍物。闸门下部板格和支臂积水较多，闸门防腐情况较好。闸门胸墙平整，无损伤、剥落等情况，有较多的表面裂纹，但无渗水和析钙的情况。泄洪洞事故检修闸门运行情况良好，闸门门槽混凝土表面平整，无损伤、剥落等异常现象。

2.5进水口

闸门6扇进水口快速闸门门体、主梁、纵梁、面板等构件均未出现明显变形、开裂、损伤等异常现象。闸门焊缝未发现表面裂纹、表面气孔，也未发现有超过规范要求的咬边、错台等缺陷。各闸门止水较好，无破损情况，止水垫板、压板、螺栓良好。闸门支承行走装置、锁锭装置情况良好，闸门充水阀工作正常。闸门门槽轨道及周围混凝土平整、无剥蚀、无破损和妨碍闸门启闭的障碍物。

3闸门腐蚀检测

腐蚀检测采用数值式测厚仪和游标卡尺进行检测。二滩大坝水工金属结构总体保护较好，表孔工作闸门、中孔工作闸门、底孔工作闸门只是少数构件的局部有一般腐蚀情况，其他为轻微腐蚀。中孔事故检修闸门链轮、止水垫板、压板、螺栓、闸门焊缝周围、各支承轮腐蚀程度为一般腐蚀，主梁翼缘腐蚀程度为轻度腐蚀。泄洪洞工作闸门、泄洪洞事故检修闸门以及闸门的启闭机均未出现腐蚀情况。底孔事故检修闸门门体腐蚀面积相对较大、腐蚀程度较重，其中1号底孔事故检修闸门的腐蚀程度评定等级为轻微腐蚀，其他三扇闸门为一般腐蚀。

4闸门焊缝无损探伤

焊接结构的水工钢闸门经长期运行后，其主要受力焊缝可能会产生裂纹等危害性缺陷，从而对闸门的承载能力和安全运行产生显著影响。为此，在对闸门进行安全检测时，应对主要受力焊缝进行无损探伤。本次检测采用HS-510超声波探伤仪进行检测。探伤执行的标准为GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析》，Ⅰ类焊缝超声波探伤不少于20%，Ⅱ类焊缝不少于10%。检测结果显示表孔、中孔闸门焊缝的内部缺陷主要是气孔和个别翼缘对接焊缝局部未焊透，对照DL/T5018-2004《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》，焊缝未焊透缺陷均在设计规范允许范围内。底孔工作闸门检测均无缺陷。故从焊缝角度来看，焊缝缺陷不影响闸门的安全使用，闸门是安全可靠的。

5闸门应力检测

闸门结构应力检测采用电测法。按照闸门结构及尺寸在闸门关键部位布置数量不等的测点，选择库水位在正常蓄水位时检测。现场检测前，根据测点图确定测点位置，在检测处进行打磨清洗及定位处理。应力检测通过在测点处粘贴电阻应变片并通过导线连接检测仪器和计算机，实施现场对结构静应变迅速和精确的测量与存储。电阻应变片采用陕西汉中电测仪器厂生产的3×2mm胶基电阻应变片，应变片与被测构件的粘接采用502胶。

5.1静应力检测成果

（1）弧门的静应力实测结果表明，在运行状态下实测的弧门上、下支臂应力分布情况大致相同，即上、下支臂实际上被分配的荷载基本接近，说明设计上梁间距的布置及荷载分配方法是正确、合理的。同时弧门的主横梁受力较大，荷载主要通过主横梁和纵梁传到支臂，这符合结构实际受力及变形的状态。

（2）平板闸门的静应力实测结果表明，闸门边梁受力较小，荷载主要由纵隔板传到主梁、再由主横梁传到支承定轮，符合结构实际受力及变形的状态。

（3）从静应力实测结果看出，在水库设计水位1200m时，各闸门的应力都处于材料的允许应力之内，并有足够的安全储备。

5.2动应力检测

成果表孔工作闸门最大动应力出现在闸门支臂部位，动应力值为32.8MPa；中孔工作闸门最大动应力出现在闸门支臂部位，动应力值为33.2MPa；泄洪洞工作闸门最大动应力出现在闸门支臂部位，动应力值为23.9MPa。实测成果表明，各闸门实测动应力都较小。综合闸门静应力和动应力检测成果，闸门总应力均小于闸门材料的允许值，闸门是安全的。

6闸门启闭力检测

启闭力的检测采用动态应变片间接法测量，每一闸门启闭力检测3次。无拉杆闸门测点布置在减速箱输出轴的中部，动态应变片沿轴线45°方向粘贴。中孔事故检修闸门启闭机为坝顶门机，门机通过多根拉杆对闸门施加启闭力使闸门启闭，采用在拉杆表面布置电阻应变片测启闭力的方法。按照闸门特性和现场实际情况，选择2~4号表孔工作闸门、2~3号中孔工作闸门、2号中孔事故检修闸门、1号泄洪洞工作闸门及1号泄洪洞事故检修闸门进行实际启闭力检测，对表孔工作闸门、中孔工作闸门及事故检修闸门、泄洪洞工作闸门及事故检修闸门、底孔工作闸门及事故检修闸门、进水口快速闸门及检修闸门启门力进行理论计算。各闸门实测启闭力及理论计算成果见表2。由表2可以看出，各闸门实测启闭力与理论计算结果均小于相应启闭机容量，各启闭机均有足够的启闭容量。各闸门启闭力计算结果与检测结果有一定的差别，是由于实际检测时按实时水位计算，而理论计算则按设计水位计算，理论计算时静水压力取最大值计算，实测时闸门平压后静水压力较小等原因引起。

7启闭机检测与考核

按照DL/T835-2003《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》的相关条款，对25台液压启闭机、2台固定式卷扬机和2台双向门式启闭机进行了性能状态检测和考核。液压启闭机油缸、输油管等液压系统无腐蚀、变形、损坏、漏油等异常情况，液压缸、活塞杆等构件无腐蚀、磨损、变形、漏油情况，启闭机的活塞杆与闸门连接完好，现场检查吊点没有发现开裂和异常变形现象。泄洪洞事故检修闸门固定卷扬式启闭机和坝顶门机的机架无裂纹、变形和松动等异常现象，电气部分线路接地良好、连接正常。机械起吊设备润滑情况良好，运行正常、动作准确、维护较好，机架及机械起吊设备均无腐蚀现象。各类启闭机各种仪表、电气设备齐全，工作正常，动作准确，控制保护系统完整、可靠，动力系统导线排列符合相应规范要求，导线情况良好，备用电源工作正常。双向门式启闭机行走正常，无卡阻等情况，门机启闭闸门时未出现异常噪声和卡阻情况。2号表孔工作闸门启门时存在明显的噪声和振动情况。3号表孔工作闸门启门时，闸门左右缸有不同步的情况，并伴有明显的振动现象。

8结论及建议

二滩水电站水工金属结构和启闭设备配套完备，维护良好，总体运行正常。经过检测和复核计算，各闸门强度、刚度均满足要求，闸门结构是安全的，各泄洪工作闸门和进水口快速闸门门槽完好，各启闭机有足够的启闭容量。泄洪系统闸门和启闭机、进水口闸门和启闭设备状况能满足电站正常运行使用要求。底孔工作闸门底槛巴氏合金自运行初期损坏后未彻底修复，长期使用事故检修闸门挡水，且工作闸门长期未做检查和维护。建议尽快修复工作闸门底槛，并对底孔工作闸门和事故检修闸门进行检修。

参考文献：

[1]DL/T835-2003,水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程[S].

[2]刘礼华,欧珠光,陈五一.水工闸门检测理论与实践[M].武汉:武汉大学出版社,2008.

[3]魏晓斌,吴迪,刘礼华.二滩水电站大坝安全第二次定期检查水工金属结构检测报告[R].武汉:武汉大学,2014.

作者:赵海英 冯永祥 单位:雅砻江流域水电开发有限公司