玛尔挡水电站导流建筑物运行安全风险研究

¹唐云娟，²白涛

（¹北京鑫恒集团；²青海华鑫水电开发有限公司）

关键词：玛尔挡水电站　导流洞　运行安全风险　评估

1 工程概况

玛尔挡水电站是龙羊峡以上黄河干流湖口至尔多河段规划的第九座梯级电站，位于青海果洛藏族自治州玛沁县拉加镇上游约 5km 的黄河干流上，距上游规划的宁木特水电站约 80km，距下游规划的尔多水电站约 33km。坝址左岸为玛沁县，右岸为海南藏族自治州同德县，西宁—果洛S101省道从坝址右坝肩下游通过，电站至西宁公路里程 346km，对外交通便利。

玛尔挡水电站开发建设的主要目的是发电。枢纽建筑物由混凝土面板堆石坝、右岸三孔溢洪道、一条泄洪放空洞、地下引水发电系统、750kV汇流站等组成。坝高211m，电站安装四台单机容量为520MW和一台单机容量为120MW的水轮发电机组，总装机容量2200MW，工程等级为一等大（1）型。

导流建筑物由上、下游围堰和左岸导流洞组成，导流洞总长1263.686m，闸门采用洞身腔式竖井布置，隧洞断面采用圆拱直墙式，断面尺寸为13m×16m。上、下游围堰均采用土石围堰。上游围堰最大高度53m，采用混凝土防渗墙上接均质土坝的防渗方式。下游围堰高度16m，采用混凝土防渗墙防渗。

2 导流建筑物安全运行风险

2.1 导流建筑物即将全面进入超期运行状态

根据批准的可行性研究报告施工进度安排，本工程上、下游围堰设计使用期限为2年，导流洞为5年半，均按四级建筑物标准设计。工程于2013年11月底前截流成功后，上、下游围堰随之相继建成并投入运行，此时电站因未获国家核准而被迫暂停施工。通过努力，电站于2016年6月获国家核准并列入青海省重点工程。工程核准后，融资未能及时跟进，建设主力资金迟迟未落实到位，加之征地移民安置补偿和前期准备工作滞后，因而又未能按照调整后的总进度计划目标来组织施工。至2017年9月末，导流建筑物已经历四个主汛期，上、下游围堰均已超期运行两年，导流洞也将于2018年末进入超期运行状态。

2.2 导流建筑物安全运行风险评估

根据玛尔挡水电站目前建设进展情况分析，预计2018年上半年可具备主体工程大干的基本条件。按照资源配置合理、技术可行、满足坝体沉降要求、施工强度适中、冬季暂停施工和工期总体先进合理的原则，并综合考虑下闸安全与成功可靠性因素，确定导流洞下闸蓄水时间安排在2022年11月中、下旬时段较为合理，由此推算导流建筑物运行时间将长达九年，上、下游围堰将超期运行七年，导流洞需要再经历五个主汛期，因而导流洞超期运行将长达四年之久。

分析认为：通过深化研究，进行施工组织优化，加大资源投入，充分考虑冬季施工措施，争取全年施工，在资金到位、措施到位、管理到位、服务到位和充分改善的外部条件支持下，下闸蓄水时间提前到2021年11月中、下旬时段也是有可能的。如果作出这样的施工总进度安排，导流建筑物运行期限可减少一年。可以预估到导流建筑物超期安全运行风险有所降低，但不会因此而得到充分释放，反而会因施工有效工期缩短，施工强度显著加大，坝体施工沉降期被严重压缩，资源投入大幅增加，工程建设成本突破概算，甚至会造成大坝因沉降稳定而危害工程安全。做出这样的总进度计划决策，业主需要作出抉择分析，权衡利弊、慎重对待。

2.2.1 上、下游围堰超期安全运行状况分析

2017年汛初，有关专业技术人员提出了玛尔挡水电站导流建筑物超期运行问题，随后进行了安全检查。经检查，下游围堰并未发现安全隐患和风险点，但上游围堰下游侧边坡较陡，围堰顶部发生开裂，沿轴线方向出现了数条裂缝，堰体下游边坡存在潜在的滑坡趋势。当发生五年一遇以上标准洪水情况下，难以保证安全运行和实现安全度汛目标，评估风险等级为较大级别。为确保上游围堰安全度汛，随即对上游围堰按1∶1.75的稳定边坡修坡，对堰顶裂缝进行填筑及修复处理。同时在修筑二长岩料场至上游围堰道路时，将开挖石渣料回填至上游围堰背水侧，并按要求形成了1∶1.75的稳定边坡。至此上、下游围堰安全运行风险已得到控制。同时确定此后每年汛前进行一次安全度汛检查，对查出的风险进行辨识和评估，发现问题随即进行消缺。鉴于此，在不出现超二十年一遇标准洪水情况下，上、下游围堰安全运行至下闸蓄水时段仍然是有保证的。

2.2.2 导流洞超期安全运行状况调查

（1）2017年主汛期技术人员对导流洞进口处洪峰流态进行了观察，此处洪峰流态与模型试验结论大致相符，未发现异常现象。

（2）导流洞出口明渠段内采用消能墩和尾部消力坎方式消能。对该段安全检查时发现，导流洞出口明渠段桩号导1+288.686和导1+296.686处两排消力墩有个别冲毁现象，尾部消力坎磨损严重，钢筋裸露，并有局部损坏情况。

（3）目前导流洞洞身段、腔式闸门井处尚无条件和能力进行度汛安全检查，洞身段混凝土有无磨蚀或破损现象，腔式闸门井底板、门槽、门楣是否仍处于安全运行状态，需待汛后进一步查明情况，进行风险辨识和安全评估。

2.2.3 导流洞超期安全运行风险点辨识

（1）导流洞于2013年11月底建成之后，即于2014年9月21日发生了2190m³/s的实测平均洪峰流量，这次洪峰是玛尔挡水电站已经历的四个主汛期中最大的一次，这次洪峰流量略小于5年一遇标准（坝址5年一遇洪水标准为2480m³/s）。由于黄河上游河段具有洪峰频次少、历时长、一次洪水过程历时长达40d左右的水文特征，这次洪水是否对导流洞内部造成影响，汛后未做调查，目前情况不明。随着时间推移，预估在今后施工中发生较大洪水或超标准洪水的可能性显著增加，可见导流洞安全运行风险呈递增趋势。

（2）根据可行性研究报告成果，该河段由于地表植被稍差，汛期降雨对地表产生冲刷，水流含沙量有所增加。天然情况下，玛尔挡坝址多年平均悬移质输沙量为734万t，水库年入库推移质输沙量平均为36.7万t。鉴于黄河上游推移质具有石质坚硬的特点，对导流洞洞身段的混凝土会产生一定的冲蚀、磨蚀。由于设计采用的是四级建筑物等级标准，模型试验表明：提出的围堰防护方法能保证20年一遇洪水3390m³/s及以下流量时围堰安全运行，但设计并未考虑导流洞超期运行所带来的洞身段围岩稳定及需要增强混凝土的抗冲耐磨性能要求这个因素，这是一个不可忽视的风险点。根据以往工程经验研判，即使目前洞身混凝土没有发生破坏，但随着运行时间延长，不排除在发生大洪水或超标准洪水情况下，因导流洞洞身段钢筋混凝土的抗冲耐磨性能不足而发生局部破坏或损毁的可能后果。

（3）推移质将对导流洞闸室段底板混凝土及门槽金属结构造成局部磨蚀影响，腔式闸门井能否经得起悬、推移质的长期磨蚀考验，这将关系到闸门能否顺利安装，下闸蓄水时能否取得圆满成功。这是一个需要高度重视、认真对待的风险点。

（4）在导流洞施工期间，存在着冬季施工的情况。如果保温防寒措施不力，混凝土性能将大打折扣，而施工中往往会被忽视，质量检验结果与现实情况往往不完全一致，且难以反映真实情况，混凝土是否存在质量缺陷?是否满足设计要求?由于运行期延长，冬季施工因素造成的影响不可忽视，风险犹存。

（5）导流洞洞身段埋深达200～220m，大多为微新变质砂岩，岩层单层厚度一般30～50cm，天然状态下（即在围压条件下）层间结合较好，层间断层不多，裂隙大多短小，以Ⅱ类围岩为主，遇较大断层时围岩类型降低，开挖后应力向洞周释放，易于发生板状开裂，因卸荷裂隙张开而产生倾倒现象时有发生。导流洞围岩以Ⅱ类为主，统计占洞身段的63.2%，进出口段及洞身局部结构面发育带围岩为Ⅲ～Ⅳ类，约占洞身段的36.8%，地质条件因素对导流洞的安全运行风险评估等级为一般。

（6）导流洞进口边坡整个岸坡段主要由三种岩性的岩体组成，顶部为第三系砾岩岸坡，不整合于下伏二长岩之上。下部由二长岩和变质砂岩组成，其中上游部分为变质砂岩，下游部分为二长岩，二者呈侵入式接触，无明显接触面。坡面缓坡地段见有极少量第四系崩坡积物。导流洞进口位于变质砂岩段斜坡底部，从所处地质情况来看，地质因素不应构成导流洞运行安全风险。

（7）根据初设三期下闸蓄水方案：第一阶段安排水库水位由3088m蓄至3182m高程，相应库容为1.92亿m³。入库流量按11月份80%保证率的月平均流量299m³/s，并扣除74m³/s的临时生态流量，水库水位蓄至3182m，库水位将上升94m，右岸泄洪底孔开始过流，历时大致为10d。下闸蓄水之后，随着库水位的迅速上升，山体渗水会较为严重，对导流洞、过坝公路、施工支洞等纵横交错的地下洞室群进行混凝土封堵回填、回填灌浆、帷幕灌浆等后续工程施工将产生很大困难。届时可根据黄河实际流量情况来确定下闸时间，也可考虑将导流洞封堵时间向后推迟15d以上至11月下旬进行。

3 风险应对措施

3.1 组织管理和制度建设

建议成立以业主为主，由设计、监理、施工、监测等单位组成的风险管理领导小组，通过组织措施解决无人问津的问题，形成有专门组织机构定点进行跟踪管理，掌握风险动态，组织风险调查、辨识、评估，制定防范和应对措施以及建立监测、预报和警示制度的格局。

（1）制定规章制度、落实责任制和安全度汛预案。提高洪水预报的准确性和及时性，确保安全度汛物资储备需求，做到“防、抢、跑”的科学决策。

（2）贯彻“安全第一，预防为主”的方针，制定安全度汛总体管理预案，严格执行安全生产相关法律和行政法规，加强教育培训和检查工作。规范玛尔挡水电站施工度汛风险评估的程序和方法，规避安全度汛风险，避免和减少损失，确保工程安全正常施工。

（3）从2018年起，编制年度计划的同时编制当年安全度汛预案，组织专题会邀请专家进行风险评估，确定风险点，根据风险程度划分等级，提出措施要求，重点跟踪，促进本项目后续施工期的安全度汛工作有序进行。

（4）汛前、汛后实施定期检查，做好安全检查记录和隐患整改记录。必要时可根据实际需要编制相应应急预案，并定期演练。

3.2 科研措施

鉴于国家实施银行风险管理和趋紧的货币政策，客观上民企实施工程建设项目贷款融资面临很大困难，这是目前的现实情况，短时间内也不会发生根本性改变。基于此，玛尔挡水电站建设工期有进一步延长的风险，因而导流建筑物的安全运行风险也将随之递增。笔者认为有必要将玛尔挡水电站导流建筑物安全运行风险管理列入生产性科研课题，委托设计单位结合下闸蓄水工作的细节进行专题研究，立足眼前、考虑长远，用科研成果或科学方法来指导玛尔挡水电站导流建筑物的安全运行和风险管理。

3.3 加强导流洞的安全监测

（1）充分利用现有洞身段埋设的安全监测仪器，继续对导流洞进行施工运行期监测，及时分析相关数据资料，随时掌握导流洞安全运行状态，并为下一步下闸蓄水提供可靠基础。

（2）建议从2017年末开始每年组织设计、监理、施工等单位，采用牵引式浮箱或船只进入导流洞内，通过目视的方法对洞身段顶拱、边墙混凝土进行一次系统性检查；采用水下摄影的方法对底板和水流突变部位进行一次检查，查明闸门井处门槽、门楣、底坎钢板磨蚀情况，查明混凝土是否存在裂缝、破损或其他异常情况，进而判断围岩稳定及边墙混凝土的稳定状况。分析导流洞洞身段流态变化情况，判断底板及过水断面以下边墙是否破损和发生钢筋裸露状况。

3.4 近期拟采取的技术措施

（1）根据导流建筑物超期运行现状，2017年汛初已实施上游围堰加宽处理，在20年一遇标准设计洪水范围内，上、下游围堰安全运行风险较小。主要防护目标是超标准洪水，后续施工期内将根据洪水预报情况采取相应措施。

（2）对导流洞出口明渠段，拟采取如下措施：

1）在导流洞出口导1+288.686和导1+296.686断面处布设两排变形监测点，定期进行变形监测，并分析变形成果，必要时对消力坎进行修复。

2）出口段视左岸边坡稳定情况而定，可考虑增加预应力锚索措施，以保证导流洞出口明渠段边坡稳定。

3）通过对变形监测数据分析，当变形过大或变形速率过大时，人员设备及时撤离。

4 结语

玛尔挡水电站项目建设符合国家西部大开发发展战略，符合青海省地方社会经济的发展需要，对促进工程所在地区社会经济实现跨越式发展，显著改善当地民生，促进藏、回等少数民族居住地区长治久安具有重要作用。同时有利于青海省藏区资源优势转化为绿色能源体系和改善青藏高原局部区域生态环境，尤其是对保护三江源地区意义十分重大，建成十数年之后，可以开发成新的旅游资源。目前玛尔挡水电站建设过程中虽然增加了导流建筑物超期运行这个较大的风险点，但项目业主已经认识到了它的危害性，在今后的建设过程中将会以合理的管控方法予以防范和控制。