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水库蓄水安全鉴定中金属结构安全评价注意事项

文档作者：王大江杨明化严晶文档来源： 1．长江勘测规划设计研究有限责任公司 2．国家大坝安全工程技术研究中心		点击数：	更新时间： 2021年06月17日
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第47卷第3期
2 0 1 6年2月
人 民 长 江
Yangtze River
V01．47．No．3
Feb．， 2016
文章编号：1001—4179(2016)03—0072—04
水库蓄水安全鉴定中金属结构安全评价注意事项
王大江 ，杨明化 ，严 晶 ’
(1．长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉430010； 2．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010)
摘要：相关安全鉴定机构在水库蓄水前对金属结构进行安全评价时，除了应对金属结构的设计、制造、安装和
调试等方面情况进行评价外，还应分析在下闸蓄水期间水工金属结构是否存在超设计水头挡水和改变闸门
工作性质的风险。以3个水库蓄水为例，分析了各自存在的闸门安全风险，并提出相应的整改建议，消除了水
库下闸蓄水时闸门可能出现的隐患。
关键词：水工金属结构；安全评价；闸门；蓄水安全鉴定；水库蓄水
中图法分类号：TV697 文献标志码：A DOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2016．03．018
根据国家主管部门的规定，水库蓄水验收前必须
进行蓄水安全鉴定。对水库的金属结构进行安全评
价，是蓄水安全鉴定的主要工作内容之一。金属结构
安全评价是对其设计、制造、安装和调试等方面情况进
行评价。但仅完成这些方面的评价工作还不全面，还
须分析与蓄水相关的金属结构在下闸蓄水期间，是否
存在超设计条件使用的可能，评价水库下闸蓄水是否
存在安全风险。本文重点分析与蓄水相关的金属结构
可能出现超设计条件使用的原因及其风险，安全评价
时应提出的消除或避免风险的建议，并介绍了几个下
闸蓄水水库消除或避免风险的实例，以期对蓄水安全
鉴定中金属结构安全评价有所借鉴和参考 。
1 金属结构出现超设计条件使用的原因
水库的金属结构，一般指水库相关建筑物布置的
闸门(阀门)及其启闭设备。金属结构的设计条件，包
括闸门的孔口尺寸、设计水头和闸门的工作性质等。
闸门超设计水头挡水和改变闸门的工作性质，均为超
设计条件使用。
水库的下闸蓄水时间和蓄水前的施工形象进度，
与初步设计中的施工组织设计相比较，往往存在明显
差异。若按下闸蓄水方案蓄水，可能使某些闸门形成
超设计条件使用。
(1)水库工期延误，计划下闸蓄水时间比设计要
求明显滞后，改变了导流洞封堵闸门的挡水时段，封堵
闸门可能超设计水头挡水。
(2)水库蓄水时，安排放空洞承担泄洪任务，而放
空洞出口的工作闸(阀)门尚未施工安装，将放空洞进
口的检修闸门作为泄洪工作闸门，改变了闸门的工作
性质。
(3)水库蓄水时，安排发电引水洞承担泄洪任务，
而发电引水洞出口的泄洪建筑物还未施工，将进口的
事故闸门作为泄洪工作闸门，改变了闸门的工作性质。
以上所列情况，均可能导致闸门超设计条件使用。
2 蓄水安全可能存在的风险
闸门的设计水头是闸门门体结构设计的主要设计
条件，如闸门超设计水头挡水，将导致闸门毁坏；闸门
的工作性质是选定闸门启闭机容量(即额定启闭力)
的主要设计条件，若改变闸门工作性质，启闭机可能无
法启闭闸门。若下闸蓄水方案存在闸门超设计水头挡
水或改变闸门工作性质的可能，则水库下闸蓄水存在
收稿日期：2015—12—07
基金项目：国家大坝安全工程技术研究中心项目“大坝安全评价系统软件(二期)”(CX2014Z03)
作者简介：王大江，男，高级工程师，从事水利水电工程金属结构专业的设计、咨询和研究工作。E—mail：wangdajiang@cjwsjy
eom ．en
第3期 王大江，等：水库蓄水安全鉴定中金属结构安全评价注意事项 73
安全风险。
2．1 闸门超设计水头挡水的风险
以导流洞作为施工导流建筑物的水库，使用封堵
闸门下闸蓄水。封堵闸门一般为一次性使用闸门，其
设计水头一般按封堵闸门挡水时段的设计洪水计算确
定。挡水时段的改变使设计洪水随之改变，可能出现
封堵闸门超设计水头挡水的情况。
封堵闸门超设计水头挡水将导致闸门毁坏，其后
果可能十分严重。因封堵闸门下闸挡水后，将进行导
流洞堵头的施工，有的水库还需进行导流洞改建工程
施工，封堵闸门一旦毁坏，洞内施工人员的安全将受到
严重威胁，可能引发重大安全事故。封堵闸门毁坏后，
重新下闸蓄水的施工措施非常繁复，此不赘述。
2．2 改变闸门工作性质的风险
水库蓄水期间承担泄洪任务的建筑物多为放空洞
或发电引水洞，放空洞和发电引水洞的进口检修闸门
或事故闸门多为潜孔式平面闸门，故以潜孔式平面闸
门为例，分析改变闸门工作性质带来的风险。
按《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74—
2013)，闸门按工作性质划分为3类，即工作闸门、事故
闸门和检修闸门。工作性质决定了闸门的启闭方式：
工作闸门为动水启闭，事故闸门为动闭静启，检修闸门
为静水启闭。工作性质改变的实质是启闭方式的改
变，启闭方式的改变则直接关系到闸门启闭力的变化。
闸门启闭机的容量是根据闸门工作性质不同由启闭力
计算后选定的，下闸蓄水前已设计、制造完毕，在蓄水
期问改变闸门的工作性质，可能使启闭机无法满足闸
门启闭要求。
检修闸门按静水启闭选定启闭机容量，在静水中，
闭门时闸门依靠自重即可关闭孔口；启门时的启门力
只需大于闸门自重，即可开启闸门。由于检修闸门开
启时需先平压后开启，考虑到可能没有完全平压即开
启的情况，规范要求按1～5 m的水位差计算闸门的启
门力，然后按此启门力选定启闭机的容量。尽管考虑
水位差选定启闭机容量，闸门可在一定水头下动水开
启，但可启门的水头有限。如将检修闸门作为工作闸
门，只要出现较小的挡水水头，启闭机即不能开启闸
门，检修闸门即出现失控。
事故闸门按动闭静启选定启闭机容量，计算闸门
启闭力时，需分别计算闭门力、持住力和启门力。按
《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74—2013)9．1．1
条规定，动水启闭平面闸门的闭门力、持住力、启门力
的计算公式如下。
F =nr( d+ )一nGG+P (1)
Fr=17,tGG+G + +P 一P 一( d+ )
(2)
F9=n ( d+ )+P +rt GG+G +
(3)
各式中，G为闸门自重；Gj为加重块重量；n 为摩擦阻
力安全系数，可采用1．2；n 为计算闭门力用的闸门自
重修正系数，可采用0．9—1．0；n 。为计算持住力和启
门力用的闸门自重修正系数，可采用1．0—1．1； 为
支承摩阻力；T： 为止水摩阻力； 为作用在闸门上的
水柱压力；P 为上托力，包括底缘上托力及止水上托
力；P 为下吸力。
闭门力按式(1)计算，计算结果为“正”值时，需要
加重(加重方式有加重块，水柱或机械下压力等)；为
“负”值时，依靠自重可以关闭。持住力和启门力分别
按公式(2)和公式(3)计算。
设计时，先按公式(1)计算闭门力，若闸门承受水
压所产生摩阻力大于闸门自重，计算结果为“正”值，
需采取增加闭门力的措施，使闭门力计算结果为“负”
值，即n ( + )一n G一 +P <0，闸门可正常
闭门。持住力的计算，是考虑闸门进入孔口开始挡水
至完全关闭，按不同开度分段试算，取其最大值作为持
住力。启门力的计算与检修闸门类似，只考虑不大的
水位差计算启门力。将闭门力、持住力和启门力计算
结果进行比较，以持住力为最大，启闭机的容量按持住
力选定。如将事故闸门作为工作闸门使用，要求闸门
动水开启，从公式(3)可以看出，闸门的启门力必须大
于闸门自重、增加的闭门力、摩阻力等三项之和，远大
于按持住力选定的启闭机容量。只有当挡水水头大幅
度减小，至三项之和小于启闭机容量时，闸门方能动水
开启。因此，只要出现不大的挡水水头，启闭机即不能
开启闸门，事故闸门即出现失控。
将检修闸门和事故闸门作为泄洪工作闸门使用，
改变了闸门的工作性质，没有注意到启闭机能够动水
开启闸门的水头很小，水库下闸蓄水后，如遭遇施工期
设计洪水，稍不留意闸门即出现失控。此时水库没有
其他泄水通道，如库水位持续较快上涨，可能使仍需挡
水的围堰或未完建的大坝漫顶，恢复施工将不胜麻烦，
且坝顶过水可能导致溃坝，后果极其恶劣。
3 安全评价时应提出的建议
对金属结构进行安全评价时，应认真分析出现闸
门超设计条件使用的可能性。针对不同情况提出如下
建议。
(1)针对导流洞封堵闸门可能超设计水头挡水情
况，若等待下一个枯水期下闸蓄水不现实，须尽快按可
74 人 民 长 江
能出现的最大挡水水头重新设计制造封堵闸门。
(2)针对将检修闸门作为工作闸门使用的情况，
建议尽快完成洞出口的工作闸(阀)门的安装调试，下
闸蓄水后使用工作闸(阀)门控制库水位。
(3)针对将事故闸门作为工作闸门使用的情况，
须要求设计单位计算事故闸门动水开启水头及对应的
库水位。同时密切关注库水位，一旦库水位接近闸门
能够开启的水位，立即开启事故闸门泄水。
参建各方需本着对公共安全和工程安全负责的态
度，耐心地分析风险、权衡轻重，积极采取措施消除或
避免风险。
4 蓄水前消除或避免风险的实例
水库下闸蓄水存在风险的实例确有一些，本文列
举闸门可能超设计水头挡水、将检修闸门或事故闸门
作为工作闸门使用的情况各一例，以资借鉴。
4．1 白云水电站
白云水电站位于湖南沅水一级支流巫水上游，总
库容3．6亿m ，是一座以发电为主，兼有防洪、航运等
综合利用的大(二)型水利枢纽工程，于1992年动工
兴建，2006年通过竣工验收。枢纽工程的大坝为混凝
土面板堆石坝，最大坝高120 m。2008年开始发现大
坝渗漏异常，2012年9月渗漏量达到1 240 L／s，2014
年7月渗漏治理工程开工。实施渗漏治理前，设法将
导流洞封堵闸门开启，将水库放空。大坝渗漏治理完
毕，将重新下闸蓄水。封堵闸门开启后经检查，闸门情
况尚好，稍作处理可再次使用。
渗漏治理施工组织设计要求如下：2015年2月底
以前工程形象面貌满足下闸条件，2月底下闸蓄水，在
3月底之前完成永久堵头施工，使永久堵头具备汛期
挡水条件。封堵闸门挡水时段为2月底至3月底，10
～ 4月洪水标准为10 a一遇，流量Q =350 m ／s。经
水库调蓄后，封堵闸门挡水水头为42 m，原闸门设计
水头45 m，满足挡水要求。由于种种原因，渗漏治理
工期明显滞后。根据施工进度预计，导流洞可能于
2015年3月底下闸，较原计划至少推迟1个月，闸门
挡水时段也由枯水期推迟至汛期，洪水标准提高至汛
期50 a一遇，相应流量1 750 m ／s。经水库调蓄后，封
堵闸门挡水水头为64．94 m，比原闸门设计水头增加
约20 m。如果仍采用原封堵闸门下闸蓄水，可能出现
闸门超设计水头挡水情况。
设计单位意识到该问题的严重性，在紧迫的时间
内完成新封堵闸门的设计并交付厂家制作，水库于4
月4日使用新封堵闸门下闸蓄水，消除了闸门超设计
水头挡水的风险。
4．2 龙背湾水电站
龙背湾水电站位于汉江一级支流堵河的上游支流
官渡河上，总库容8．3亿m ，是一座以发电为主，兼有
航运、人畜饮水等综合利用的大(二)型水利枢纽工
程。枢纽工程由大坝、溢洪道、发电引水隧洞、电站厂
房及放空洞等建筑物组成。大坝为混凝土面板堆石
坝，坝顶高程524．3 m，最大坝高158．3 m。枢纽工程
于2010年12月28日动工兴建，计划于2013年12月
底开始蓄水。截止2013年11月枢纽工程的形象进度
为：大坝临时断面回填至高程492 m，正在进行一期面
板(顶部高程436．O0 m)施工前的各项准备工作；溢洪
道(堰顶高程505．5 m)正在进行混凝土结构及边坡支
护施工；电站进水口正在进行混凝土结构、灌浆及金属
结构埋件安装施工；放空洞(进口底坎高程423．0 m)
正在进行进口检修闸门的安装调试及下斜洞段混凝土
浇筑，出洞压力钢管和放空阀还未开始施工。
枢纽工程蓄水方案为：2013年12月28日下闸蓄
水，利用放空洞对库水位进行控制，2014年2月28日
以前，控制库水位在430 m高程以下，低于上游围堰设
计挡水位442．79 m，5月15日前控制库水位为445．O0
m，待二期面板具备挡水条件时关闭放空阀。从蓄水
计划可知，蓄水初期控制库水位的关键是放空洞，而放
空洞出口放空阀还未开始安装施工，只能将进口检修
闸门作为工作闸门使用，改变了闸门工作性质。设计
的进口检修闸门在水头差不大于3 m时可开启，经测
算单边挡水约4．5 m时闸门即不能开启，即库水位高
于423．0+4．5=427．5 m时闸门失控。下闸蓄水后，
放空洞需进行下斜洞段、压力钢管和放空阀安装施工，
检修闸门基本处于关闭状态，稍不注意，闸门即失控。
工程所在河流4月份进入汛期，如果闸门失控又遭遇
设计洪水(20 a一遇)，经测算库水位可能达到480．39
m，上游围堰(顶部高程445．50 m)早已溃塌，可能导
致未实施完毕的大坝上游面的一期二期面板浇筑、嵌
缝止水、裂缝检查处理、渗控工程及坝前铺盖回填等施
工现场全部淹没。洪水过后，设法降低库水位、修复上
游围堰、恢复大坝上游面施工条件，将耗费巨大。
蓄水安全鉴定单位分析了存在的风险，明确提出
枢纽工程下闸蓄水前，应完成放空洞出口放空阀的安
装调试。参建各方听取了建议，经过数月施工，在放空
阀安装调试完毕后，枢纽工程才下闸蓄水，消除了改变
闸门性质存在的风险。
4．3 大石门水电站
大石门水电站位于西拉沐伦河干流上游，总库容
1．85亿m ，是一座以发电、供水为主，兼顾旅游等综
第3期 王大江，等：水库蓄水安全鉴定中金属结构安全评价注意事项 75
合利用的大(二)型水利枢纽工程，由大坝、溢洪道、发
电引水洞及电站厂房等建筑物组成。大坝为沥青混凝
土心墙堆石坝，坝顶高程1 075．28 in，最大坝高63．78
in。溢洪道为竖井式溢洪道，为导流洞封堵后改建。
发电引水洞进口设事故闸门，出口接钢管，钢管直通出
口处设泄洪工作闸门，钢管上布置“卜”型岔管，岔管
接电站机组的闸阀。枢纽工程于2007年9月1日动
工兴建，计划于2009年6月开始蓄水。截止2009年6
月枢纽工程的形象进度为：大坝心墙已填筑到1 051．
00 m高程，坝壳堆石料已填筑到1 052．00 in高程；溢
洪道正在进行竖井井身开挖；发电引水洞的进口闸门
竖井已完工，事故闸门安装调试完毕，出口压力钢管正
在安装；电站厂房正在浇筑水下部分混凝土。
枢纽工程蓄水方案为：2009年6月15日下闸蓄
水，施工期临时渡汛由发电引水洞泄洪。按蓄水方案，
蓄水期间控制库水位的关键是发电引水洞，而发电引
水洞出口工作闸门还未开始施工，只能将进口事故闸
门(底坎高程1 029．90 m)作为工作闸门使用，改变了
闸门工作性质。经设计计算，进口事故闸门在单边挡
水大于7．0m时即不能开启，即库水位高于1 048．28
+7．0：1 055．28 In时闸门出现失控。枢纽工程抢在
汛期下闸，是希望早日蓄水至正常蓄水位，而且发电引
水洞出口压力钢管、泄洪工作闸门和电站厂房正在施
工，故进口事故闸门不会轻易开启，可能使库水位高于
1 055．28 In，导致事故闸门失控。若闸门失控又遭遇
设计洪水(100 a一遇)，库水位将较快达到1 068．2
In，高于正在填筑的大坝坝顶。虽然堆石坝漫顶一般
不会溃坝，但要恢复施工将费事费时，且费用很大。
蓄水安全鉴定单位分析了存在的风险，明确指出
进口事故闸门挡水水头约7 m即不能开启，当库水位
接近1 055．28 In时，即使对发电引水洞出口的施工项
目造成一定的损失，也应立即开启事故闸门泄洪。参
建各方听取了建议，蓄水后密切关注库水位，避免了改
变闸门性质存在的风险。
5 结语
水利工程蓄水期间与蓄水相关的金属结构可能存
在超设计条件使用的情况，稍不注意就可能导致较大
风险。相关单位在对与蓄水相关的金属结构进行安全
评价时，应充分分析闸门是否存在超设计条件使用的
风险，并提出与之适应的建议，确保水库大坝的蓄水安
全。
参考文献：
[1] 严晶，李月伟，王大江．病险水库金属结构存在的主要问题及加固
方法[J]．人民长江，2011。42(12)：78—8O．
[2] 王大江，钟红春，朱永华．泄洪建筑物增设检修闸门布置方案研讨
与实践[J]．人民长江，2011，42(12)：74—77．
[3] 郑圣义，原玉琴．水工金属结构安全检测与评估方法综述[J]．水
利水电科技进展，1997，(2)．
(编辑：郑教)
Notable issues in hydro steel structure safety evaluation for reservoir impoundment appraisal
WANG Dajiang ，YANG Minghua ，YAN Jing ’
(1．Changjiang Institute ofSurvey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China； 2．National Dam safety Research
Center，Wuhan 430100，China)
Abstract： In the safety evaluation on the hydro steel structures of a reservoir in the initial impoundment by safety appraisal or·
ganization，it is important to analyze whether the steel structures faces two potential risks，namely working under condition of ex—
ceeding original design water head and the change of gate’S original working condition，besides the regular evaluation on design，
manufacture，assembling and debugging of the steel Structure．In the combination with 3 reservoirs impoundment processes，we
analyze the safety risk of the gates and propose some suggestions to eliminate the potential risks that may occur in the reservoir im·
poundment．
Key words： hydro steel structure；safety appraisal；hydro gate；impoundment safety appraisal；reservoir impoundment

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