溪洛渡工程泄洪洞运行管理综述

谭大文　董思奇　唐晓丹

（中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌　443002）

摘　要：高水头、大流量泄洪洞不仅是水电工程研究、设计和施工的重点，也是运行管理单位关注的重点。溪洛渡工程布置有4条龙落尾形式泄洪洞，单洞设计泄流量约3800m3/s，反弧段最大流速接近50m/s，为确保泄洪洞运行安全，运行管理单位采取了“泄洪期间巡查、泄洪间隙普查、及时诊断消缺”等超常规管理策略，实现了泄洪建筑物安全稳定运行，自2013年9月首次过流以来，已累计安全运行1059.8h。本文从运行管理角度出发，对溪洛渡工程泄洪洞运行管理进行了总结，并提出了有关建议，以供类似工程设计、施工和运行管理时参考。

关键词：溪洛渡工程；泄洪洞；运行；管理

1　工程概况

溪洛渡工程位于四川省雷波县和云南省永善县相接壤的金沙江下游峡谷段，电站总装机容量为13860MW，年发电量为575.5亿（近期）～640.6亿（远期）kW·h；水库正常蓄水位为600.00m，死水位为540.00m，水库总库容为126.7亿m3，调节库容为64.6亿m3，可进行不完全年调节；枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝、引水发电系统和泄洪消能建筑物组成；工程按1000年一遇洪水设计、10000年一遇洪水校核，泄洪总功率近1亿kW，泄洪建筑物布置采用“分散泄洪、分区消能、按需防护”的设计原则，在坝身布置7个表孔、8个深孔，在左右岸山体布置4条泄洪洞，其中泄洪洞总泄量为15430（设计）～16648（校核）m3/s，约占枢纽总泄量的1/3。

溪洛渡工程泄洪洞单洞洞长为1.6～1.9km，布置综合考虑了地形地质条件、泄量、闸门结构设计、出口消能防冲等要求，采用有压接无压、洞内龙落尾的形式，由上游至下游依次为进水塔、有压段、工作闸门室、无压段、龙落尾、明渠段和挑流鼻坎；进水塔布置于大坝和机组进水口之间的缓坡台地，在平面上利用有压段进行转弯绕过拱坝坝肩，经工作闸门室后接顺直的无压段，然后结合出口地形条件，采用洞内龙落尾的形式，将70％左右的总水头差集中在占全洞长度25％的尾部，最后通过明渠段连接扭曲斜切式挑流鼻坎，将水舌纵向拉开，水流挑射均匀落入河道，水下碰撞消能，如图1所示。

泄洪洞进水塔为深水岸塔式结构，检修闸门孔口尺寸为12m×15m（宽×高）；有压洞段采用直径为15m的圆形断面，末端与地下工作闸门室相接；地下工作闸门室分为上下两室，上室为控制室，下室设有14m×12m（宽×高）的潜孔弧形工作闸门；无压段紧接弧形工作闸门之后，采用尺寸为14m×19m（宽×高）的城门洞形断面，底板纵坡为2.3％；龙落尾段体形复杂，断面尺寸与无压段相同，由渥奇曲线段、斜坡段、反弧段和下直坡段等组成，其中直线段底板纵坡为41.3％；为减免空蚀对衬砌结构的破坏，在渥奇曲线段的起始处设置了与地面相通的补气洞，并根据龙落尾高流速区的长度设置了3～4道掺气坎；出口明渠与龙落尾下直坡段顺接，底板纵坡为8％；末端挑坎高程高于下游水位，采用扭曲斜切式挑流鼻坎。

2　运行管理策略

（1）接管前细致排查并消除隐患。水工混凝土的各类缺陷往往出现在施工期原有遗留缺陷的部位，优质的混凝土施工质量是运行管理的根本保障，特别是对于高流速、大流量的泄洪洞抗冲耐磨混凝土，接缝、边角等细节的处理，更是对近壁水流流态有极大影响，运用前的初始状态更应作为重点关注的内容，溪洛渡工程泄洪洞采用“施工完成→混凝土精修处理→过水试运行→联合检查（状态良好）→验收移交”的管理流程，整个过程运行管理单位也深度参与，以确保泄洪洞过流面的施工质量。

2012年年底，溪洛渡工程泄洪洞施工已接近尾声，在严格有效的施工管理和创新采用新技术、新工法的基础上，泄洪洞混凝土浇筑整体质量优异，然而由于施工期模板定位、回填灌浆、台车等设备安装、施工措施搭设等原因，不可避免地出现了混凝土孔洞、外露铁件等各类缺陷。参建各方对上述缺陷高度重视，积极筹划，组织了十余家专门从事混凝土缺陷处理的单位开展修补试验，根据现场试验成果并会同有关专家制定了泄洪洞过流面混凝土精修处理方案。

2013年4月起，溪洛渡工程泄洪洞按确定的方案开展了第一次精修处理，至2013年7月，精修处理工作全部完成；2013年9月和12月，泄洪洞两次过流，过流结束后，参建各方对泄洪洞进行了联合检查，在现场缺陷排查成果的基础上，总结过流前后缺陷出现的部位和特点，再次组织了修补材料试验，并进行了专题研究，于2014年5—6月第二次对流道混凝土进行了精修处理；经过两次泄洪检验及精修处理，2014年6月完成泄洪洞联合验收，并整体移交溪洛渡电厂运行管理。

（2）接管后执行“泄洪期间巡查、泄洪间隙普查、及时诊断消缺”策略。溪洛渡电厂高度重视泄洪洞投运初期的运行风险，组织研究了泄洪洞初期运行管理检修策略，并制定了“泄洪期间巡查、泄洪间隙普查、及时诊断消缺”的超常规管理策略。

泄洪洞过流开始前，安排专人在泄洪洞进水塔上方、工作闸门室、出口明渠上方监视过流初期各部位水流流态变化过程及启闭机运行情况。

泄洪洞过流期间，安排人员每日对泄洪洞进水塔上方、工作闸门室、出口明渠上方、部分补气通道（隔离门外）开展巡视检查，观察水流流态有无异常，检查库岸边坡、护坦、补气通道及附属设施是否受水流或雾化破坏，记录雾化区域范围，并测量工作闸门室及部分补气通道的风速。

汛期泄洪间歇期间，借助流域精准的水情预报及泄洪设施轮换运用的策略，在不影响防洪度汛的前提下，利用泄洪间歇期对过流面及时开展检查。原则上在单孔泄流量小于2000m3/s（约为设计流量的50％）时，按过流不超过48h检查一次；单孔流量大于2000m3/s时，按持续过流时间不超过24h检查一次；第一时间掌握过流后泄洪洞混凝土状态，检查后及时汇总缺陷情况，提交普查及分析报告，分析原因并总结规律。根据检修规程并结合实际情况制定针对性的处理方案；对于影响过流面安全或有扩大趋势的缺陷，利用泄洪设施运用间歇期组织修复，坚持“随坏随修、不等岁修”的原则。

汛后启动泄洪洞过流面检修项目，提前与具备施工资质的单位沟通联系，了解各单位的技术力量配置与施工管理水平；提前策划泄洪洞过流面检修期间所需的风、水、电布置。首次年度检修外协施工方在承担过溪洛渡工程过流面修补工作的单位中选择，所用材料根据溪洛渡工程或类似工程修补材料应用情况择优选用，后续经过论证后，可引进新型修补材料与外协施工单位。

汛后对过流面展开全面的缺陷普查，检查后及时汇总缺陷，对过流面各类缺陷进行归类，分析成因和特点，总结规律，确定缺陷处理范围和修复方案，及时消除各类缺陷和安全隐患，确保泄洪洞以完好的状态进入下一个汛期。

溪洛渡工程泄洪洞运用过程中除采用人工巡查外，还采用了各类内观仪器开展了安全监测工作，泄洪洞除布置了常规的围岩及混凝土应力应变及渗压监测设备外，还布置了水力学（压力、流速、空化噪声、风速）及动力学（闸门应力应变、三向振动加速度）监测设备。为确保监测数据的准确性和可用性，常规监测设备在非过流时段按每月3次的频次进行观测，过流时段内过流前、中、后各进行一次观测；水力学及动力学监测设备在过流时段内观测，每次观测时间根据成果处理的需求确定。

3　运行管理成效

（1）实现泄洪洞的安全运行。按前述策略进行运行管理，截至2017年10月，4条泄洪洞已累计安全运行1059.8h，累计运用31次，期间最大单孔泄洪量达2081m3/s，最大下泄总流量为5180m3/s。在历次过流之后，运行管理单位均组织对泄洪洞过流面进行了缺陷普查，并及时编制了检查报告，评估缺陷对持续过流可能造成的影响，针对性地制定了修补技术及施工方案，利用汛期泄洪间歇时间段及枯水季节检修期，对可能影响泄洪安全的缺陷进行了汛期抢修及全面检修，及时恢复了过流面的使用功能，确保了泄洪洞整体良好的运行状况。

（2）及时发现并修复1号泄洪洞出口挑坎部位冲坑。2014年7月7日18时30分，根据调度指令，溪洛渡工程1号、4号泄洪洞开启泄洪，单洞泄洪洞泄量达1673m3/s，根据泄洪洞初期运行管理检修策略，泄洪洞持续过流47h30min后，即2014年7月9日18时00分，关闭1号、4号泄洪洞工作门，轮换至2号、3号泄洪洞继续进行泄洪。1号、4号泄洪洞泄洪结束后，运行管理单位立即组织人员对1号、4号泄洪洞流道进行全面检查，普查过程中在1号泄洪洞出口挑坎部位发现一处小型冲坑，其位于出口挑坎底板Ⅳ区与Ⅴ区交界部位，顺流向长度约1.6m，垂直流向宽度约0.8m，最大深度约18cm（见图2），由于此部位处于泄洪洞出口的高速水流区，继续泄洪将可能危及出口结构安全，必须立即进行修复处理，经反复研究制定了详细的修复方案，采用“化学植筋→混凝土垫层→环氧砂浆面层→环氧胶泥罩面”的方式对冲坑进行回填修补，借助梯级流域精准的水情预报，溪洛渡电厂利用泄洪间歇期，于2014年7月18—19日，顺利完成了冲坑的处理，1号泄洪洞随后恢复备用，并于2014年8月20日再次过流，过流后经检查，已修复的冲坑部位未见破损，截至目前修复效果良好。

得益于溪洛渡电厂对于泄洪洞初期运行的超常规管理策略，泄洪洞过流后的缺陷被及时发现，避免了长时间过流对缺陷部位产生进一步的破坏；同时借助精准水情预报，科学预测来水情况，充分了利用了汛期中短暂的泄洪间歇期，在汛期及时修复了缺陷，保证了泄洪设施在汛期具备良好的运行状态。

（3）顺利完成岁修整体检修。2015—2016年岁修期间，溪洛渡工程泄洪洞按计划退出备用，开始进行年度检修，在对1号泄洪洞有压段进行缺陷普查的过程中，普查人员发现有压段第9浇筑单元顶拱存在较多裂缝，并伴有渗水及析钙现象，同时第8～9浇筑单元间施工缝亦存在渗漏，普查人员汇总分析了缺陷情况，并绘制了裂缝素描图。由于有压段断面形式为直径15m的圆形，顶拱部位缺陷如需处理，必须在圆形断面上搭设15m高的脚手架，同时由于泄洪洞流道内检修通道受限，导致施工过程安全风险高且难度大。但经研究判断，溪洛渡电厂认为虽然存在上述困难，但顶拱部位的裂缝存在影响泄洪洞运行安全的风险，故决定采用搭设满堂脚手架的施工措施，对渗水裂缝及施工缝采用聚氨酯灌浆后缝面刮涂环氧胶泥的方式进行处理。

为确保施工过程安全和质量受控，溪洛渡电厂组织编制了施工物资吊运、脚手架搭设、裂缝及施工缝处理等多个安全及技术方案，历时2个月，在有压段圆形断面洞段搭设了水平投影面积约700m2的满堂脚手架，完成了1号泄洪洞有压段第9浇筑单元顶拱裂缝及相关施工缝的缺陷处理，缺陷处理完成后，1号泄洪洞于2016年9月23日顺利过流，过流后修补部位完好。

由于岁修期间泄洪洞具备安排较长检修工期的条件，泄洪洞可进行全面的缺陷排查和处理，同时有较为充裕的时间可采取相对复杂的施工措施对缺陷部位进行处理，消除可能威胁运行安全的隐患，使泄洪洞能够以良好的状态迎接汛期泄洪的考验，确保泄洪过程中的运行安全。

4　存在的有关问题

（1）泄洪雾化严重。在2014年汛期泄洪洞运行时，受泄洪雨雾影响，泄洪洞左右岸出口区域道路局部损毁、出口下游施工期生产水厂取水口门窗受损，左岸泄洪洞出口山体落石并导致左岸厂房供水管破损，右岸泄洪洞出口上方的施工期生产水厂因雾化强降雨导致变压器跳闸而停产。

（2）检修施工难度大。溪洛渡工程泄洪洞洞线长、断面大、检修通道受限，检修难点主要集中在圆形断面的有压段和大坡度的龙落尾段，2015—2016年岁修期间，为处理1号泄洪洞有压段第9浇筑单元顶部渗水裂缝，搭设了满堂脚手架作为施工平台，前后耗时约2个月，作业风险高、难度大、工期长、费用高，为降低后续此类项目的检修施工难度，目前正在定制适用于有压段圆形断面体形的快速拼装检修平台。

（3）受温度变化、泄洪振动及基础沉降等多种因素影响，泄洪洞出口明渠段边墙横缝反复开合，造成缝面区域混凝土挤压破损，为防止破损进一步扩大，目前主要采用环氧胶泥修补，由于环氧胶泥强度高，在横缝变形的作用下容易造成缝面混凝土更大范围的破损，形成恶性循环，期间也曾尝试采用聚脲防护，但效果不佳，目前尚未找到更优的方式。

5　结论与建议

通过采取“泄洪期间巡查、泄洪间隙普查、及时诊断消缺”的维护管理策略，溪洛渡工程泄洪洞实现了安全运行，截至目前泄洪洞已累计安全运行1059.8h，实践证明上述管理策略是有效和适用的。结合溪洛渡工程泄洪洞的运行管理实践，对类似工程的泄洪洞在设计、施工和运行管理方面提出如下建议供参考。

（1）特别关注泄洪洞投运初期的运行安全，投运初期往往设备运行规律尚未清晰，特别对于实际运用经验相对较少的高流速、大流量泄洪洞，更应密切关注其初期运行状态。泄洪期间加密巡查和观测；控制单次运行时间；利用水情精准预报，创造汛期流道检查和抢修时机，掌握设备运行状态，及时消除各类缺陷和隐患，严防设备带病运行和缺陷扩大。

（2）结合泄洪洞结构布置，尽早研究检修通道、专用工装和施工电源接口。水工长隧洞的检修通道可利用补气通道或施工通道，设计及施工阶段考虑在上述部位预留运行维护人员及设备通行的条件，如适当调整优化体形或封堵方式、设置固定锚点等，以便于通行和利用；同时可在上述通道入口部位规划设置检修电源点。大尺寸圆形混凝土衬砌隧洞可定制适应其体形的轻质材料快速搭拆平台，从而降低在弧形底面搭设脚手架的作业难度和安全风险。大角度、低摩擦混凝土面通行及登高可在掺气坎里面预设锚点和爬梯，供检修人员及登高作业设备系挂安全母绳；登高作业可研究使用自行式登高作业车，作业车宜为柴油动力，并可兼作发电机使用，为检修工作提供移动式电源接口，通过上述措施，降低检修作业安全风险，提高工效。

（3）前期规划和设计过程中充分考虑泄洪洞泄洪期间河道水流气体过饱和问题，由于气体过饱和问题对枢纽下游河道生态环境影响较大，进而影响到枢纽防洪泄洪设施运用方式，一定程度上限制了泄洪洞的正常运用，降低了防洪调度的灵活性。设计阶段应充分研究气体过饱和问题，优化泄洪设施设计，降低气体过饱和程度及其影响范围。

（4）研究探索泄洪明渠段露天环境下混凝土横缝开合的解决方式，探索研发新型嵌缝或封缝的柔性修补材料，在季节性周期变化过程中能够始终与混凝土紧密结合，并能适应泄洪期间的振动，防止缝面周边过度冲刷及产生气蚀。

（5）充分考虑泄洪洞泄洪期间雾化范围及强度。泄洪洞雾化模型试验除应在可行性研究阶段开展外，泄洪洞体形深化设计完成后，亦应再次开展泄洪洞专项雾化试验和研究，同时由于雾化问题受外部环境影响较大，工程实践过程中应在理论计算、试验成果、相关工程经验的基础上，充分考虑安全裕度，在工程布置允许的情况下，尽量将设备设施布置在雾化范围以外；对雾化区特别是强降雨区内的边坡、临江公路、设备设施应加强防护措施，预防雨雾造成破坏或影响泄洪设施的正常运用。

【作者简介】

谭大文（1985—　），男，工程师，主要从事水电站水工建筑物管理工作。