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受泥石流影響的某水電站處理方式研究

文檔作者：曾海釗，王劍文檔來源：中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月07日
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收稿日期：２０１７ － １０ － １１
作者簡(jiǎn)介 ：曾海釗 （１９８６ － ） ，男 ，工程師 ，主要從事水工 設(shè)計(jì)工作。E mail ：７２９００８６２０＠ qq.com
受泥石流影響的某水電站處理方式研究
曾海釗，王 劍
（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都６１００７２）
1 概 述
某水電站位于中等易發(fā)泥石流的大江支流上，
由底格欄柵壩、引水隧洞、壓力鋼管及地面廠房組
成。該電站額定水頭１０６.６０ m ，最大引用流量
６.６８ m３ ／s ，裝機(jī)容量５ ０００ kW ，布置４ 臺(tái)臥軸沖擊式
水輪發(fā)電機(jī)組。壩址處多年懸移質(zhì)輸沙量為２.０８
萬t ， 推移質(zhì)輸沙量為０.８３ 萬t ， 多年平均含沙量
為２８.２ g／m３ 。引水隧洞長(zhǎng)１ ６１８.００ m ，坡度５.３％ ；
壓力鋼管長(zhǎng)２１４.００ m ，斜管段總長(zhǎng)約７０.００ m 。在引
水隧洞（引） １ ＋ １６９.００ m 處布置有１ 條檢修支洞。
該電站為單一發(fā)電工程， 無灌溉、防洪等要
求。電站正常運(yùn)行近２ a 后， 突遇大規(guī)模泥石流爆
發(fā)， 大量砂礫石淤滿電站沉礫池并涌入電站引水隧
洞和壓力鋼管， 嚴(yán)重影響了電站的安全生產(chǎn)工作，
需進(jìn)行相應(yīng)處理。
電站采用底格欄柵引水， 單箱沉礫池沖沙， 在
沉礫池右側(cè)邊墻設(shè)置１０.０ m長(zhǎng)的進(jìn)水側(cè)堰， 水經(jīng)進(jìn)
水側(cè)堰進(jìn)入引水渠再進(jìn)入引水隧洞。該工程的引水
隧洞為城門洞型， 鋼筋混凝土襯砌段過水?dāng)嗝鏋?
２.６ m × ２.６ m （寬× 高） ， 噴錨段過水?dāng)嗝鏋椋?４ m
× ３.４ m （寬× 高） ； 壓力鋼管為圓形， 過水?dāng)嗝嬷?
徑１.８ m 。在電站正常運(yùn)行過程中， 當(dāng)沉礫池泥沙高
度達(dá)到設(shè)計(jì)指定高程時(shí)， 需停機(jī)沖沙。電站運(yùn)行至
今僅停機(jī)沖沙１ 次， 整體運(yùn)行良好。
2 電站受影響程度分析
２０１７ 年８ 月底， 電站所在支流突然爆發(fā)大規(guī)
模泥石流， 砂礫石迅速淤滿沉礫池并經(jīng)進(jìn)水側(cè)堰涌
入引水渠道并進(jìn)入引水隧洞和壓力鋼管。當(dāng)電廠運(yùn)
行部門發(fā)現(xiàn)同樣開度情況下， 電站出力降低至正常
情況下的４０％ 時(shí)， 迅速停機(jī)并進(jìn)行引水發(fā)電系統(tǒng)
放空檢查； 此時(shí)發(fā)現(xiàn)引水系統(tǒng)整個(gè)隧洞已經(jīng)淤積嚴(yán)
重， 淤積物主要為砂礫石及少量樹枝等。經(jīng)探查，
引水隧洞噴錨段泥沙淤積后凈空僅為７０ ～ １２０ cm ，
襯砌段泥沙淤積后凈空僅為５０ ～ ７０ cm ，壓力鋼管上
平段泥沙淤積后凈空僅為４０ ～ ５０ cm 。壓力鋼管下部
明顯查出有一定量砂礫石存在。
由于引水隧洞及壓力鋼管的砂礫石淤積， 電站
已經(jīng)不能正常運(yùn)行， 需及時(shí)進(jìn)行清淤處理并對(duì)機(jī)組
進(jìn)行檢修。另外， 電站所在地較為偏遠(yuǎn)， 為孤網(wǎng)孤
電源點(diǎn)運(yùn)行， 電站停機(jī)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活帶來
極大不便， 因此應(yīng)盡快對(duì)受泥石流影響的電站進(jìn)行
清理。
3 清淤處理方式研究
經(jīng)初步估算， 引水發(fā)電系統(tǒng)淤積物總量約
８ ０００ m３左右。將所有淤積物清理干凈， 保證整個(gè)
引水發(fā)電系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行， 是現(xiàn)場(chǎng)處理最主要和
最重要的工作。選擇安全合理快捷的清淤方式對(duì)于
電站恢復(fù)發(fā)電、對(duì)確保當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用電具有
十分重要的意義。
通過對(duì)電站整個(gè)引水發(fā)電系統(tǒng)布置的認(rèn)真分析
研究， 初步認(rèn)為清淤應(yīng)分為兩大部分： 第一部分為
引水隧洞的清淤， 第二部分為壓力鋼管的清淤。
３.１ 引水隧洞清淤方式研究
樁號(hào)（引） １ ＋ １６９.００ m的檢修支洞作為引水
隧洞淤積物的主要運(yùn)出通道， 其檢修門打開成為清
淤的首要任務(wù)。當(dāng)支洞檢修門打開后， 清理引水隧
洞內(nèi)的淤積物主要有３ 種方式： 水力清淤、機(jī)械清
· ５９ ·
小水電 ２０１７ 年第６ 期（總第１９８ 期） 運(yùn)行與維護(hù)
萬方數(shù)據(jù)
淤及水力清淤和機(jī)械清淤的組合。
水力清淤即在（引） １ ＋ １７２.００ m處布置擋水
設(shè)施， 然后通過在引水隧洞進(jìn)口處引入一定流量的
水體來進(jìn)行沖沙。由于支洞附近的主洞已經(jīng)被臨時(shí)
封堵， 當(dāng)水流以較高的速度在引水隧洞內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)
將洞內(nèi)淤積物由檢修支洞帶出引水隧洞外部。在檢
修支洞上游主洞的淤積物清理完畢后， 再拆除臨時(shí)
封堵結(jié)構(gòu)， 通過０.２ MPa的高壓水泵將檢修支洞下
游主洞的淤積物沖至檢修支洞。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)
在于清淤速度較快， 缺點(diǎn)在于局部淤積物通過純水
力沖刷難以清理干凈， 而且支洞下游主洞的淤積物
清理屬于逆坡， 具體操作有一定困難。
機(jī)械清淤即通過小型扒渣機(jī)進(jìn)入引水隧洞， 并
與相應(yīng)的運(yùn)輸工具配合， 逐步將引水隧洞內(nèi)的淤積
物運(yùn)出。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于安全穩(wěn)妥， 但缺點(diǎn)
是耗時(shí)過長(zhǎng)， 對(duì)于電站及時(shí)恢復(fù)發(fā)電是不利的。
水力清淤和機(jī)械清淤組合即通過水力清淤的方
式將隧洞內(nèi)大部分淤積物清除后， 剩余淤積物由機(jī)
械設(shè)備進(jìn)行清理。該方案融合了水力清淤和機(jī)械清
淤的優(yōu)點(diǎn)， 能快速有效的對(duì)引水隧洞進(jìn)行清淤
處理。
本工程引水隧洞的清淤方式即采用水力清淤和
機(jī)械清淤的組合方式。
３.２ 壓力鋼管清淤方式研究
壓力鋼管的管徑較小， 主管直徑為１.８０ m ，一
級(jí)支管直徑為１.２０ m ，二級(jí)支管直徑為０.８０ m ；同時(shí)
有斜管段的存在。若采用機(jī)械清淤， 施工設(shè)備進(jìn)入
的難度較大， 因此參考大金坪水電站的清淤經(jīng)
驗(yàn)［１］ ，采用水力沖沙。根據(jù)鋼管的淤積情況確定，
擬定２ 種清淤方案。
（１） 方案一。若鋼管泥沙淤積相對(duì)較少， 則可
局部開啟引水發(fā)電系統(tǒng)首部進(jìn)水閘門， 從首部引入
１ m３ ／s的流量， 同時(shí)開啟機(jī)組蝶閥和噴針， 直接通
過噴嘴進(jìn)行鋼管段沖沙作業(yè)。該方案需要密切關(guān)注
噴嘴出沙情況， 以動(dòng)態(tài)調(diào)整引入流量大小， 盡量減
少砂礫石對(duì)蝶閥和噴嘴的磨損。
（２） 方案二。若鋼管泥沙淤積較多， 則需拆除
機(jī)組上下噴管， 同時(shí)在下噴管臨時(shí)接入排水管道至
尾水渠， 上噴管采用盲管等可靠的封堵措施； 然后
從引水隧洞檢修支洞采用水泵供水對(duì)壓力鋼管進(jìn)行
沖洗， 初步確定流量控制在０.１ m３ ／s ，視沖沙效果
合理調(diào)整水泵供水流量。臨時(shí)排水管與機(jī)組永久設(shè)
施的配合聯(lián)接部分必須要注意保護(hù)永久設(shè)施（如噴
管與機(jī)殼配合法蘭的聯(lián)接部位） ， 以免給后期機(jī)組
部件的回裝造成影響。該方案沖沙過程中應(yīng)注意觀
察尾水格柵的泥沙淤積情況， 并視情況及時(shí)清理。
4 清淤效果
４.１ 引水隧洞清淤效果
當(dāng)支洞檢修門打開后， 隧洞內(nèi)淤積物在山體滲
水（初估流量約０.１ ～ ０.２ m３ ／s）的帶動(dòng)下部分從檢
修支洞流出， 由此可以判斷水力沖沙是可行的。在
檢修支洞下游主洞做好臨時(shí)封堵結(jié)構(gòu)后， 引水隧洞
和檢修支洞形成了１ 條完整的流道， 可以將引水隧
洞內(nèi)的水體直接通過檢修支洞引至外部河流。
從引水發(fā)電系統(tǒng)首部引入１ m３ ／s的水體對(duì)檢修
支洞上游主洞段１ １６９.００ m范圍內(nèi)的淤積物進(jìn)行清
理。由于該水流為無壓流， 按照明渠均勻流水深計(jì)
算及泥沙啟動(dòng)流速計(jì)算， 本工程在現(xiàn)有條件下，
１ m３ ／s的水體流速約２.２ m／s ，而且隨著淤積物的減
少，流速還將略增大。在此流速的帶動(dòng)下， 直徑
３ cm左右的泥沙都能被帶走并引出引水隧洞。實(shí)際
操作過程中， 流量最大采用了１.５ m３ ／s ，經(jīng)過約
３.５ h的沖洗， 引水隧洞１ １６９.００ m范圍內(nèi)的淤積物
基本被清理完成， 效果較好。在檢修支洞上游主洞
清淤完畢后， 拆除了下游臨時(shí)封堵結(jié)構(gòu)， 通過
０.２ MPa的高壓水槍將檢修支洞下游主洞的淤積物
沖至檢修支洞， 效果不好， 最終主要采用扒渣機(jī)進(jìn)
行了淤積物清理。至此， 本工程引水隧洞采用的水
力清淤和機(jī)械組合清淤的方式取得了圓滿成功。
４.２ 壓力鋼管清淤效果
為檢查壓力鋼管下平段的淤積情況， 將廠房?jī)?nèi)
蝶閥的旁通管拆卸下來， 然后通過攝像觀察， 發(fā)現(xiàn)
鋼管下平段僅有少量泥沙。將引水隧洞的淤積物清
理完成后， 發(fā)現(xiàn)壓力鋼管的淤積物占鋼管截面積的
５０％ 左右， 淤積物主要由細(xì)沙和部分小粒徑礫石組
成。由此判斷壓力鋼管上平段淤積物較多， 斜管段
及下平段淤積相對(duì)較少， 而且淤積物是可以過機(jī)
的； 因此可以采用擬定的壓力鋼管清淤方案一。
將４ 臺(tái)機(jī)組的蝶閥和噴針都全部開啟， 通過首
· ６０ ·
運(yùn)行與維護(hù) SMALL HYDRO POWER ２０１７ No.6 ， Total No.198
萬方數(shù)據(jù)
部引入１ m３ ／s的水體對(duì)壓力鋼管進(jìn)行沖沙， 水和淤
積物直接通過噴嘴噴出， 進(jìn)入尾水渠。在操作過程
中， 動(dòng)態(tài)調(diào)整了引入流量大小， 從０.５ ～ １.５ m３ ／s ，
盡量減少砂礫石對(duì)蝶閥和噴嘴的磨損。經(jīng)過約６ h
的沖洗， 壓力鋼管基本清理干凈。
5 結(jié) 語
該電站被突發(fā)泥石流帶來的大量砂礫石擁堵引
水隧洞和壓力鋼管后， 分部位采取的清淤措施科學(xué)
合理， 在較短時(shí)間內(nèi)完成了電站引水發(fā)電系統(tǒng)的清
淤工作， 確保電站及時(shí)恢復(fù)發(fā)電工作。但是從此次
電站遭受的泥石流損害進(jìn)行分析， 仍有幾點(diǎn)值得
注意：
（１） 盡管電站所在支流多年平均含沙量?jī)H為
２８.２ g／m３ ， 但是要認(rèn)真論證分析該平均含沙量的
得出過程。如該支流在枯水期泥沙含量極低， 但是
當(dāng)汛期泥石流到來時(shí)卻極大， 會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)堆
滿沉礫池， 從而從進(jìn)水側(cè)堰進(jìn)入引水發(fā)電系統(tǒng)。
（２） 應(yīng)在電站沉礫池裝配泥沙高度監(jiān)測(cè)儀器，
當(dāng)沉礫池泥沙淤積高程大于設(shè)計(jì)所要求的必須停機(jī)
沖沙的高程時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警提醒運(yùn)行單位注意。即
使汛期泥石流突然來臨， 迅速超過警戒高程時(shí)， 也
能及時(shí)提醒停機(jī)關(guān)閉閘門， 盡可能減小對(duì)引水發(fā)電
系統(tǒng)的損害。
（３） 電站設(shè)計(jì)時(shí)可以盡量考慮采用連續(xù)沖沙模
式的設(shè)計(jì)， 不采用單箱沉礫池沖沙設(shè)計(jì)。這樣電站
在常規(guī)運(yùn)行過程中， 即使負(fù)荷較低， 引用流量較
小， 也不會(huì)將砂礫石淤積于引水發(fā)電系統(tǒng)。
■
責(zé)任編輯 吳 昊
（上接第５６ 頁）
3 處理方法
針對(duì)上述分析，２０１６ 年１２ 月２８ 日， 辦理工作
票， 關(guān)閉壓力油源。解開鎖錠電磁閥投、退鎖錠活
塞進(jìn)排油管， 排除油管內(nèi)余油。對(duì)４ 號(hào)水輪機(jī)導(dǎo)葉
控制環(huán)液壓鎖定檢修解體檢查， 并對(duì)鎖定活塞其表
面進(jìn)行了鍍洛， 防止在潮濕的環(huán)境下生銹。
液壓鎖錠本體回裝時(shí)將原４ mm耐油橡皮更換
成直徑為４.２ mm的耐油橡皮， 將其直徑增大了
０.２ mm ，提供了更加可靠的防護(hù)。本體回裝完成后
在安裝場(chǎng)用０.７ MPa的壓縮空氣通入活塞缸的前腔
或后腔， 液壓鎖定活塞動(dòng)作靈活、無卡阻現(xiàn)象； 然
后用打壓工具對(duì)液壓鎖定裝置通入了６.０ MPa的壓
力油進(jìn)行耐壓試驗(yàn)， ３０ min無滲漏； 同時(shí)對(duì)鎖定電
磁閥油質(zhì)取油樣檢查無異常。
在鎖錠裝置與頂蓋基礎(chǔ)安裝固定時(shí)， 關(guān)鍵是鎖
錠裝置活塞桿前后與控制環(huán)孔口之間同心度的調(diào)
整， 原則是鎖錠裝置活塞桿插入控制環(huán)孔洞內(nèi)四周
間隙均勻， 間隙控制在１ mm 。在液壓鎖定與基座
（焊接在頂蓋上） 連接時(shí)， 通過加墊調(diào)整其同心度。
調(diào)整過程中用撬杠來回撬動(dòng)活塞， 監(jiān)視活塞的靈活
程度， 在保證活塞能夠自由活動(dòng)的前提下， 擰入
１２ 個(gè)M１６ 雙頭螺釘， 連接螺絲緊固且受力均勻，
以保證鎖錠活塞桿動(dòng)作靈活為準(zhǔn)； 不允許鎖錠活塞
桿向開機(jī)方向有一定的位移量， 以防鎖錠活塞桿在
實(shí)際運(yùn)行中被卡死， 造成鎖定退不出來。根據(jù)電站
實(shí)際， 在現(xiàn)場(chǎng)最終將鎖錠裝置活塞桿插入控制環(huán)孔
四周間隙值調(diào)整為１ ～ １.２ mm ；液壓鎖定裝置前腔、
后腔的油管路原直徑８ mm 改為１２ mm 。經(jīng)實(shí)測(cè)：在
３. ９５ MPa額定油壓下， 鎖錠撥出時(shí)間１２ s ，投入時(shí)
間８ s 。安裝完畢后， 手動(dòng)和自動(dòng)投入液壓鎖定裝置
動(dòng)作靈活， 無卡阻現(xiàn)象， 各處連接部位無滲漏。
4 結(jié) 論
通過對(duì)４ 號(hào)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制環(huán)液壓鎖定裝置的
檢修處理， 經(jīng)過半年多時(shí)間的運(yùn)行， 水輪機(jī)液壓鎖
定投、退正常， 滿足設(shè)計(jì)要求， 確保了４ 號(hào)水輪發(fā)
電機(jī)組的安全運(yùn)行， 對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行也
提供了保障。
■
責(zé)任編輯 吳 昊
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