达克曲克导流兼泄洪排沙洞工作门磨蚀修复技术

达克曲克导流兼泄洪排沙洞工作门磨蚀修复技术

邓炎

华电新疆发电有限公司安全环保部 新疆 乌鲁木齐市 830099

摘要：达克曲克导流兼泄洪排沙洞工作门受泥沙磨损和闸门小开度运行影响，出现了严重的磨损，针对新疆华电达克曲克水电站导流兼泄洪冲砂洞底板冲磨特性，提出了“激光熔覆耐磨钢板+高弹性复合树脂砂浆”的技术方案，经过一个汛期运行，基本达到了预期目的，但是也应该认识到闸门的运行调度至关重要，因此，亟需根据达克曲克水库泥沙淤积情况对工作们进行优化调度，将源头治理和被动防护结合起来，才能起到事半功倍的效果。

关键词：工作门；磨蚀；聚氨酯；激光熔敷

1 工程概况

达克曲克水电站为新疆玉龙喀什河“两库五级”开发方案中的第四个梯级工程，坝址断面多年平均年径流量21.67亿m³，多年平均流量68.67m³/s。总装机容量为75MW（生态电站5MW），水库总库容1130万m³，确定工程等别为Ⅲ等，属中型工程。电站主要建筑物包括大坝、泄水建筑物、发电引水建筑物、水电站厂房及尾水渠。达克曲克水电站于2015年10月放空水库进行导流洞检修门及工作弧门消缺处理过程中，发现水库淤积严重^[1-7]。导流洞前河床基本淤积至1760m高程（导流洞底部高程1733m，顶部高程1741.5m，洞长393m）；坝前淤积至1742m高程；1号发电机出口尾水渠，淤积超过尾水闸门顶部7m，淤积高程达1674m，最大高度达10m，整个反坡段淤满；引水发电洞洞口高程1759.5m平台也发现有不同程度泥沙淤积，最大淤积厚度达2m左右。溢洪道引渠底板也存在淤积，最高处淤积至弧门下部。2018年7月，在进入汛期定期工作试验中，实测发现导流洞进水口检修闸门门槽淤沙，超出洞顶高程+7m，拦污栅前淤沙超出洞顶高程+20m，导流洞失去导流泄洪能力，如果不及时疏通导流洞拦污栅，在洪水流量大于溢洪道设计泄流能力时，会不可避免地发生漫坝溃坝恶性事故^[8-10]。

根据多年平均入库沙量分析，在仅溢洪道泄洪的情况下，6月平均10d左右即可淤积至泄洪排沙洞顶高程，7月平均仅需4d左右、7月平均需5d左右即可淤积至泄洪排沙洞顶高程，从而造成排沙洞淤堵，影响泄洪排沙通道畅通，严重危及水库安全。

图1 导流洞出口端

2 工作闸门磨蚀及处理情况

2016年10月，在定期巡查检查时发现在高速含沙水流的磨蚀和推移质石块的冲击破坏双重作用下，导流洞冲蚀破坏严重，弧门底板钢衬下游3m～5m范围一期、二期底板混凝土磨损严重，左侧靠近边墙部位磨蚀深度约20cm左右，在底板钢衬下游约0.5～2m范围发现有垂直水流向钢筋已冲蚀磨断；闸门底坎上游侧（含门前1000mm钢板衬护）4000mm范围内钢板均遭到严重破坏，门上游侧1000mm钢板已不见，门后3000mm范围内钢板局部连接在埋件工字钢上，其剥落部位断口锐利，破坏情况如图2所示，特别是弧形工作门后防磨底钢板基本破坏，初步分析原因为泥沙冲磨、弧形工作门小流量开度加速和抗磨强度不足等综合作用的结果。

图2 弧门底板和排沙洞底板破坏情况（2016年10月）

2017年1月，公司采用了“耐磨型钢+浇注抗撕裂改性聚氨酯弹性体”冲蚀综合防护设计通过现场施工，对导流洞进行了整体的防护，防护后效果如图4所示。

图3 工作闸门底板防护后效果

经过2017年洪水季运行考验，涂层使用效果良好，均达到了设计使用目的，如图4所示。但是通过闸门底槛横向钢轨放大图来看，横向钢轨上纵向钢轨上面的NM400耐磨钢板出现了一定程度的磨损，而同期聚氨酯弹性体并没有出现冲蚀破坏，从中可以看出聚氨酯弹性体的抗冲磨能力远大于耐磨钢板。

（a）水工闸门底板磨蚀修复及使用效果 （b）排沙洞底板及侧墙磨蚀修复及使用效果

图5 排沙洞底板、侧墙磨蚀修复及使用效果

2019年汛后检查发现，导流洞弧形工作门闸门底板及附近混凝土冲刷磨蚀和洞身部分混凝土冲刷磨蚀严重，如图7所示，主要原因为闸门小开度运行（图7）和闸门关闭不严造成漏水处射流冲刷导致。

（a）闸门面板底部磨蚀情况 （b）闸门底槛磨蚀情况

图6 排沙洞底板、侧墙及弧门面板磨蚀修复及使用效果（2019年）

图7 2019年度闸门开度情况

工作闸门汛期仍然长时间小开度运行，2020年汛后检查发现，导流洞弧形工作门闸门底板及附近混凝土冲刷磨蚀、洞身部分混凝土冲刷磨蚀非常严重，工作门关闭后漏水量超过5m3/s，检修门由于平压阀无法关闭且水封漏水严重导致排沙洞整体漏水量非常大，洞内水位达到40~50cm，给正常检修带来了较大的困难。

（a）闸门井边墙磨蚀情况

（b）闸门面板底部磨蚀情况

（c）工作闸门井底坎磨蚀情况

图9 排沙洞底板、侧墙及弧门面板磨蚀修复及使用效果（2020年）

3 工作闸门磨蚀处理新方案

针对新疆华电达克曲克水电站导流兼泄洪冲砂洞底板冲磨特性，提出“激光熔覆耐磨钢板+高弹性复合树脂砂浆”的技术方案，如图10所示；针对闸门门叶底板，采取“激光熔覆耐磨钢板”技术方案；针对工作闸井和无压洞混凝土，采取高弹性复合树脂砂浆技术方案；针对工作闸门底止水和顶止水，采取更换止水密封的技术方案。

图10 导流兼泄洪冲砂洞底板磨蚀防护方案

3.1 工作闸门门叶底部改造情况

2021年3月1日至4月30日，施工单位郑州黄河工程有限公司按照施工方案对导流洞工作闸门进行了技术改造施工，闸门技改前后如图11所示。

（a）闸门底部磨蚀情况（修复前）（b）闸门底部使用情况（一个汛期后）

图11 闸门底部修复及使用效果

从图11来看，工作闸门底部改造是成功的，底部较好的抵御了水流冲击作用。

3.2 闸门底板改造情况

闸门底板技改前照片如图12所示，经过技术改造后如图13所示，经过一个汛期后效果如图14所示。

图12 闸门底板磨蚀情况

图13 闸门底板修复情况

图14 使用效果（2021年11月）

从图14来看，闸门底坎效果较好，但是也存在底水封遇到石子等硬物划伤破坏的情况，致使该处底坎存在一定的破坏；与底坎相交的工作闸门侧轨道出现破坏，主要与修补方式和水流流态有关，因该处侧轨道易出现较严重的冲刷磨损破坏，2017年进行升级改造时，将破坏的不锈钢采用新的不锈钢进行补贴，然后开塞焊孔进行补焊，未按照原设计图纸先挖平，然后再进行焊接，所以不锈钢轨道面与原碳钢基座为凸起安装，因此，闸门前焊缝在水流冲击作用下易产生破坏，进而将整个不锈钢轨道冲坏。

3.3 排沙隧洞出口段底板和侧墙改造情况

排沙隧洞出口段侧墙及底板修复前如图16所示，修复后效果如图17所示，修复后经过一个汛期的使用效果如图17所示。

图16 排沙洞侧墙磨蚀情况

图17 排沙洞侧墙磨蚀修复情况（2021年5月）

图18 排沙洞侧墙磨蚀修复效果情况（2021年11月）

从图18可以看出，侧墙和底板混凝土修复涂层基本完好，因出口处流水较大，靠近左岸处水位较大导致施工条件较差，致使部分涂层脱落，待下次检修门修复完毕后进行维修即可。

4 结论

达克曲克导流兼泄洪排沙洞工作门受泥沙磨损和闸门小开度运行影响，出现了严重的磨损，曾采用过“耐磨型钢+浇注抗撕裂改性聚氨酯弹性体”处理方案，有一定的防护效果，但是仅仅是提高第一道防线的抗磨蚀能力。本项目针对新疆华电达克曲克水电站导流兼泄洪冲砂洞底板冲磨特性，提出“激光熔覆耐磨钢板+高弹性复合树脂砂浆”的技术方案，对工作闸井段闸门底板、工作闸井段侧墙、闸门门叶底部钢板、侧止水、顶止水和底止水的水封、无压洞身段侧墙、挑坎段底板和侧墙混凝土等部位进行修复，经过一个汛期运行，基本达到了预期目的，但是也应该认识到闸门的运行调度至关重要，因此，亟需根据达克曲克水库泥沙淤积情况对工作们进行优化调度，将源头治理和被动防护结合起来，才能起到事半功倍的效果。

参考文献

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