新疆铁门关水电站安全监测成果综述

新疆铁门关水电站安全监测成果综述

1坝体及坝坝设计铁门关水库位于新疆库尔勒市孔雀河铁门关峡谷。该水库总库容724万m3，装机容量45MW，工程是以发电、供水、灌溉为主的综合利用水利枢纽。由拦河坝、泄洪洞、引水发电洞、厂房和开关站等建筑物组成。拦河坝及泄洪洞按2级建筑物设计，发电引水系统为3级建筑物，相应设计洪水位为1047.00m，校核洪水位为1047.30m。大坝为壤土心墙，砂砾坝壳混合土石坝，坝顶高程1049.0m，防浪墙高1.5m，最大坝高25m,坝顶长261.82m，坝顶宽5.0m，最大坝底宽129m。水库唯一泄洪建筑物为泄洪洞，其进水口为混凝土井筒式结构，闸底高程为1026.00m，闸室深23m，孔口尺寸为6m×6m（高×宽），弧形钢闸门控制。泄洪洞为内径6.0m的圆断面无压隧洞，混凝土内衬全长169.37m，纵坡1/70，出口底板高程为1023.66m，其后接长度为70m的陡坡扩散式多级消力池。2现场检查的组成根据国家电力公司大坝安全监察中心关于《新疆铁门关、大山口、托海三座水电站首次大坝定期检查工作安排》的要求，铁门关电厂成立了由设计、运行人员组成的现场检查组。现场检查于2000年4月11～13日进行，水库水位在1046m左右。检查工作按《水电站大坝安全检查实施细则》的要求进行，其检查情况简述如下。2.1大水库坝顶路面为碎石路面，基本平整，没有观察到裂缝；防浪墙、灯柱完好无倾斜。2.1.2坝面堆积物情况上游面坝坡在马道以上为1誜2.50，马道以下为1誜3.00，马道高程为1042.50m,1038m以上坝面为干砌块石灌浆,1038m以下为单层干砌石。无滑动、崩塌、凹陷现象，局部有少量块石剥落。0+230桩号至左坝头有淤积物及芦苇堆积，没发现裂缝，附近水面无异常现象，坡面上基本无植物生长。下游面坝坡在马道上、下全部为1誜2.00，全部用干砌石护面，块石缝内有零星野西瓜（一种耐旱植物）生长，其他未发现异常。2.1.4水库肩膀左坝肩坝脚平台处植物生长茂盛,排水沟下游10m左右,1028m高程局部岩面潮湿,无滑坡、位移迹象。右坝肩情况良好。2.1.5垫反滤层下游坝趾设有贴坡式排水和纵向排水沟，下垫反滤层，上铺干砌卵石，在0+221桩号处有一集中渗漏，渗漏量约为0.05m3/s，渗水为清水，附近植物生长茂盛。2.1.6坝面标识及测压井观测大坝原型观测有大坝变形观测、测压管渗压力观测、测压井渗透观测和大坝渗流量观测。具体布置如下：上游马道4个垂直位移标点、坝顶防浪墙4个垂直位移标点、坝顶下游侧5个水平位移标点、下游马道4个垂直位移标点、坝脚平台4个垂直位移标点、3个测压管；坝基3个测压井。坝面标点完好，1#、2#测压管尚可，3#测压管堵塞；3个测压井良好。2000年6月，在0+080和0+168桩号重新布置了两排测压管共6根，已投入使用。目前大坝必测项目包括大坝变形、测压管、测压井观测。大坝渗流量观测从1996年因渗流量太小，有时甚至干枯而停测。测压管、井每8d观测一次；大坝变形每年观测2～4次。坝顶向下游最大水平位移30mm，坝顶最大沉降165mm，基本趋于稳定。2.1.7水库基地一切正常，无管涌、溶蚀及沉陷现象。2.2.1近坝库岸稳定性水库近坝区水力学现象良好，无异常；近坝库岸稳定情况总体正常，除左坝肩上游5～20m范围岸坡存在不稳定岩体外，其他库岸未发现异常情况。2.2.2库容积的影响水库淤积测量是利用冬季，在库区冰盖上打洞，用测深钟进行测量，由于近年受客观因素的影响，冰面较薄，所测点数不能满足分析比较要求，所以，淤积情况只能根据1993年测量分析结果，即正常蓄水位1045.00m时的库容为195万m3，（设计库容1045.00m时为550.2万m3）可见库容淤积比较严重。2.3.1闸室尺寸4.24m岸塔式进水口为混凝土井筒式结构，其闸底高程为1026.00m，闸室深23m，闸孔尺寸为6.00m×6.00m，闸门室总长为21.88m。进水口结构稳定，混凝土无剥落现象，水流流态良好，无其他异常。2.3.2水橡钢闸的检修工作闸门为6m×6m弧形钢闸门，门体防护涂层消失，表面锈蚀严重。现已经立项在汛后对其进行除锈喷锌保护。闸门关闭时，左右下角漏水。左下角因为止水橡皮的压板变形、橡胶止水局部缺损，与弧门接触部位闸井底板预埋的钢板上有一20cm×6cm被冲蚀。启闭机由郑州水工机械厂制造，防腐漆完好，启门力2×225kN，操作电源为380V，并备有柴油发电机一台，此外尚有手动操作设备，每年汛前安全检查时，都要进行试运转，卷扬机钢丝绳保养良好，吊杆存在锈蚀现象。检修闸门为6m×6m平板钢闸门，门体经喷锌保护，喷锌完好，闸门关闭时四周水封漏水，左右下角较严重。检查闸门的控制设备工况良好。2.3.3洞底混凝土面渗严重无压隧洞全长169.37m，进出口渐变段各长10m。泄洪洞检查中发现多条裂缝，沿裂缝有渗水，并伴有白色析出物。洞底混凝土面板已全部损坏，洞底以上2m范围内混凝土冲蚀严重，如在0+126桩号有一宽0.9m、深0.2～0.25m、长1.5m的冲蚀坑。另外，在闸室后与隧洞接合处渗水严重。总之，泄洪洞无大的地质问题，但裂缝、冲蚀部位需处理。2.3.4消力池底板冲淤情况2000年11月1日，对消力池部分进行全面彻底的检查。出口消能工程包括扩散段、渥奇段、消力池、扭坡段等，全长108.20m。其中扩散段33.60m，渥奇段9.60m，消力池35.00m，扭坡段长30.00m。第一级消力池长15m，宽18.2m，无消力墩，消力槛高2m,底板为钢筋混凝土平板。第二级消力池长19.3m，宽18.2m，池深1.5m，底板为钢筋混凝土平板。第一级消力池底板冲刷磨损较严重，共发现4个冲坑，其中最大的冲坑为4.1m×2m×0.15m(长×宽×深），所有冲坑钢筋出露。第二级消力池底板完好。一级消力池边墙及消力槛表面都有冲蚀现象，右侧比左侧严重，右边墙有3处较大的冲蚀槽。二级消力池边墙基本完好，仅右边墙离消力槛8m处有一贯穿性裂缝。2.4心墙料土料粘粒含量心墙土料的取样均与地质人员配合选定，在ZK1与ZK4两钻孔中的不同深度各取样3组。试验表明：ZK1、ZK4钻孔心墙料土质较均匀，土料粘粒含量为22%～27%；为含砂低液限粉土，渗透系数均为10-5cm/s，天然干密度16.7～17.8kN/m3之间；易溶盐含量均在0.95～1.85g/kg。2.4.2平均渗透系数在坝后马道取样4组进行试验，试验表明：天然干密度为20.8～21.0kN/m3，相对密度为0.73～0.8之间；平均渗透系数为3.1×10-4cm/s；饱和固结慢剪平均值为φ=39.3°，C=33.8kPa。3．定检专题报告为了对铁门关电站大坝的安全情况进行评价，新疆电力公司和巴州电力有限责任公司委托国家电力公司大坝安全监察中心负责和组织专家组对铁门关电站大坝开展安全定检工作，大坝中心于1999年9月派出专家到铁门关电站大坝现场察看后，会同新疆电力公司、巴州电力有限责任公司、新疆水电院、铁门关电厂等单位商定了本次定检需完成的8个专题报告即：(1)工程综合报告；(2)设计复核报告；(3)洪水复核报告；(4)大坝运行报告；(5)现场检查报告；(6)施工复核报告；(7)岩土试验报告；(8)大坝原型观测资料分析报告。3.1大坝运行情况复核铁门关水电站大坝采用2000年坝体取样试验提供的计算参数，对地基处理、坝体填筑质量、坝顶高程、渗流及渗透稳定、边坡稳定等方面进行了复核，结果表明，原地基处理设计合理，坝体填筑质量良好，坝顶、心墙顶安全超高满足设计要求，大坝满足渗流稳定要求。这一结论与现场检查结果及27a来大坝运行情况良好是一致的，可以认为大坝运行是安全的。对泄洪系统的复核，认为消力池存在不安全因素，泄洪洞进口金属结构锈蚀较严重，洞身素混凝土衬砌水下部分表面冲蚀损坏较严重，洞顶拱处出现多处裂缝及渗水现象，从总体上看泄洪系统运行基本正常。3.2设计洪水下泄计算本次洪水复核结果与原设计一致。依此确定的调洪复核原则为设计洪水量小于100a一遇设计洪水量309m3/s，且库水位不超过l047m时，下泄总量不超过150m3/s，当入库流量大于100a一遇设计洪水流量309m3/s，且库水位超过1047m时，下泄总量不超过250m3/s。复核按1993年测得库容进行调洪计算结果为设计洪水位l046.31m，校核洪水位1047.51m。与原设计相比，设计洪水位降低了0.69m，校核洪水位高了0.21m，因流域的特殊性，进入铁门关水库的洪水主要是哈曼沟的洪水，在水库坝前水位超过1047m以后，受坝前水位顶托，洪水可以倒灌入小湖，加之排洪系统进行泄洪，水库可以安全运行。3.3大坝安全设施评价2000年6月，由杭州国电大坝安全工程有限公司通过对铁门关水电站上游水位、坝顶水平位移、垂直位移、渗透压力、渗流量等监测量的分析，对铁门关大坝工作状态做出了如下评价：铁门关大坝的水平位移、垂直位移基本正常，渗流也渐趋稳定，大坝的工作状态是稳定的。但从水平位移观测资料中可以看出，观测精度不是很高，建议坝顶视准线两端工作基点设在视准线的连线上，观测墩按规范要求设置，并建议在集水沟尾端设置量水堰，观测渗流量。2000年7月20～21日由国家电力公司大坝安全监察中心l0位专家对铁门关大坝进行现场检查，随后召开第一次专题讨论会，着重对8个专题报告进行讨论。同年12月19日专家组在杭州举行了第二次专题讨论，并对8个专题报告进行了审定。根据各专题报告的审定结果，对铁门关电站大坝的安全状况做出了评价。通过本次安全定期检查，专家组认为：铁门关水电站大坝工程等级和洪水标准符合现行规范；大坝渗透稳定、坝坡稳定满足规范要求；坝体填筑和混凝土防渗墙施工质量满足设计要求；大坝基础未见异常；近坝库岸基本稳定；坝体水平位移、沉降和渗流量趋于稳定，大坝运行正常。综上所述，对照《水电站大坝安全检查施行细则》第四十二条评价条件，将铁门关水电站大坝评为正常坝。4．大坝洪水管理方面(1)水库运行以来淤积十分严重，建议恢复库容观测，推算实际库容，并根据水库来水、来沙以及运行要求，研究实施减缓淤积的运行方式。(2)建议复核泄洪洞的最大泄流能力，对泄洪系统检查中发现的缺陷尽快修复，确保安全运行。(3)上游坝坡砂砾料