1 概述

　　陸渾水庫位于黃河支流伊河中游嵩縣田湖鄉境內，距洛陽67km，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發電、水產養殖和城市供水等綜合利用的大(1)型水利樞紐工程。該工程始建于1959年12月， 1965年8月投入運行，1970年增建了灌溉發電洞，1974年9月又對原輸水洞進行了改建，至今已運行近40年。

　　近年來，由于該工程大壩隱患的不斷增加，工程管理和維護的難度日益加大。為避免大壩發生突發性安全事故，工程管理單位于2002年初委托我院對大壩進行安全分析評價，以便對大壩進行安全鑒定。為配合這次鑒定工作，必須對工程的溢洪道、泄洪洞、輸水洞和灌溉發電洞等主要泄洪建筑物的金屬結構設備進行安全檢測和分析評價，以確定設備安全程度及其對大壩安全的影響程度。

　　2　安全檢測

　　本次受檢的金屬結構設備計有：弧形閘門4扇，平面閘門11扇，攔污柵1扇，卷揚啟閉機15臺，螺桿啟閉機1臺。這些設備主要分布在溢洪道、泄洪洞、輸水洞和灌溉發電洞等泄洪建筑物的進、出口。

　　2.1 主要檢測方法和內容

　　根據《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規程》(SL101-94)的要求，結合工程管理部門對設備運行情況的自述，通過現場外觀檢查、儀器量測檢查、腐蝕狀況檢測、材料金相分析檢測、材料硬度檢測、無損探傷檢測以及設備啟閉性能檢查等方法，對預定檢測設備實施檢查工作，記錄檢測結果，對照標準和規范規定，確定設備缺陷程度，形成檢測報告，作為復核計算的基本資料。

　　其中外觀檢查主要包括：① 設備整體或主要構件及零件的損傷、變形、脫落等外觀形態異常情況；② 構件尺寸及構件之間的相對尺寸；③ 構件銹蝕深度、部位和面積；④ 焊縫外觀、形狀、焊縫損傷情況等。腐蝕狀況檢測主要測量構件的蝕余厚度。金相分析檢測用于檢測材料化學成分，結合硬度檢測結果確定材料牌號。無損探傷(如超聲波探傷)用于抽檢重要結構件的一、二類焊縫。

　　對于啟閉機設備，還應檢測以下內容：

　　①檢查電動機運行是否平穩，三相電流是否平衡，電氣設備有無異常發熱現象；

　　②過負荷保護裝置、限位開關、終點(極限)行程開關、信號裝置的使用情況；

　　③控制器觸頭有無燒損現象；

　　④所有機械部件運轉時，有無沖擊聲和其他異常聲音；

　　⑤運轉時，制動閘瓦是否全部離開制動輪，沒有磨擦；

　　⑥所有軸承和齒輪是否有良好的潤滑；

　　⑦鋼絲繩在整個運行過程中有無與其他部件碰刮；

　　⑧閘門在整個開啟過程中是否平衡，啟閉自如，有無其他異常情況。

　　2.2主要檢測結果

　　2.2.1閘門、攔污柵及其埋件檢測結果

　　(1)外觀檢測結果：① 埋件銹蝕嚴重，部分埋件的銹蝕面積已超過30%~60%；② 止水橡皮均已老化龜裂，局部撕破，漏水嚴重；③ 側輪全部銹死；④ 滾輪轉動不靈活，個別滾輪銹死，不能轉動；⑤ 閘門門體結構除輸水洞出口弧門和灌溉洞攔污柵存在嚴重變形外，其他閘門無明顯變形；⑥ 閘門局部結構(包括焊縫部位)銹蝕嚴重，已影響閘門的安全運行。

　　(2)腐蝕狀況：選取腐蝕嚴重的部位，先用砂輪機把銹蝕層打磨平整，再用TT100型超聲波測厚儀測量構件的蝕余厚度。檢測結果輸水洞出口弧門整體銹蝕量均超過2.5mm，銹蝕較嚴重。其他閘門整體銹蝕較輕，局部銹蝕較明顯，最大銹蝕深度達1.8mm，銹蝕面積較小，閘門基本能正常使用。

　　(3)材料檢測：通過鉆取屑樣進行金相分析和硬度測量判斷出閘門材料構成元素分別在A3結構鋼和16Mn合金鋼范圍內，可以基本認定取樣材質分別為A3結構鋼和16Mn合金鋼，其材料符合設計圖紙要求。

　　(4)無損探傷：超聲波探傷檢查發現，除灌溉發電洞出口工作門外，其余閘門均發現不同程度的超標性缺陷信號，對接焊縫的焊接質量按DL/T5018-94《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》驗收，質量不合格。

　　2.2.2啟閉設備檢測結果

　　通過檢測，發現啟閉設備普遍存在下列問題：

　　(1)啟閉機采用的JZ型電動機，耗能高，效率低，性能差，屬淘汰機型，經多年使用后，這些不足表現得更加突出；電氣控制系統和設備陳舊老化、技術落后；電氣元件陳舊，時有粘滯卡阻現象；電線絕緣老化，缺少接地保護或接零保護。

　　(2)啟閉機普遍無負荷控制器，常有超載現象發生。即使個別啟閉機裝有負荷限制裝置，也因元件損壞而無法使用。

　　(3)減速器齒輪銹蝕、漏油嚴重；齒輪油長期未更換，已變質；運行時有異常響聲。

　　(4)制動器制動帶磨損嚴重，制動輪表面劃傷。制動時，制動帶與制動輪不能緊密貼合，影響制動性能；解除制動時不能徹底脫離，影響運行。

　　(5)鋼絲繩磨損、銹蝕與斷絲現象較嚴重。

　　除以上存在的共性問題外，不同部位的啟閉機還存在以下特殊問題：

　　(1)溢洪道啟閉機鋼絲繩余留安全圈數只有1圈；

　　(2)泄洪洞進口檢修門啟閉機鋼絲繩繩股擠出變形、繩芯損壞，開式齒輪齒側間隙偏大；

　　(3)泄洪洞工作門啟閉機開式齒輪副的嚙合面因進入硬質臟物而產生嚴重磨粒磨損，損傷面積約60%；

　　(4)灌溉洞進口檢修門啟閉機高度限制器的最低限位失靈；

　　(5)灌溉洞進口攔污柵啟閉機主要受力鑄件出現超標鑄造缺陷；

　　(6)灌溉洞出口工作門啟閉機各部件銹蝕嚴重；

　　(7)輸水洞出口螺桿式啟閉機埋于混凝土基礎中的地腳螺栓松動；啟閉機效率低，操作人員勞動強度大；啟閉機高度限制器失靈，拉桿嚴重銹蝕，蝸輪蝸桿嚴重磨損；

　　(8)節制閘啟閉機的東孔啟閉機左右卷筒鋼絲繩亂槽，致使兩吊點不同步等，運行中多次發生閘門偏斜，卡死在門槽中的現象。

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　　3　安全復核計算

　　3.1　計算條件

　　計算按新的調洪標準水位進行，即按千年一遇水位進行設計，按萬年一遇洪水位進行校核。安全復核在水文水力計算以及現場檢測資料的基礎上進行。其中：

　　(1)鋼閘門的自重、泥沙壓力、溫度荷載等根據觀測資料與檢測資料核算，缺乏實測資料時參考設計資料取用。

　　(2)水壓力、波浪壓力根據新的防洪標準復核結果重新計算。

　　(3)啟閉力按新的調洪標準復核的水位條件重新計算。

　　(4)閘門結構鋼板計算厚度的采用，需對閘門銹蝕情況進行綜合分析，銹蝕厚度既考慮該部件的最大銹蝕量，也考慮其平均銹蝕量。

　　(5)其他條件及參數包括摩擦系數等由于無條件進行實測，按原設計資料和現行規范取用。

　　3.2　復核計算結果

　　根據閘門結構受力情況，分別對閘門主梁、次梁作了結構應力、穩定核算，還進行了閘門面板厚度核算及閘門啟閉力核算，弧門除經過上述計算外還進行了支臂應力、穩定及剛度比核算，復核結果見表1。其中灌溉洞出口總干渠泄洪閘、節制閘為混凝土閘門，由于門體碳化剝蝕嚴重，已無法修復，故無需再進行復核。對于啟閉機，由于無詳細圖紙，又不能在現場將零件拆開進行實測，因此缺乏結構與零件的具體尺寸，不具備對強度、剛度的核算條件，因此只根據外觀檢測和啟閉試驗結果進行定性分析評價。

　　4 安全評價及建議

　　陸渾水庫的金屬結構設備多數已運行了近40年，運行時間最短的也已超過了30年。根據《水利建設項目經濟評價規范》(SL72-94)對水利工程固定資產折舊年限的規定，大型閘、閥、啟閉設備的折舊年限為30 年，中小型閘、閥、啟閉設備的折舊年限為20年。因此，陸渾水庫的金屬結構設備普遍存在超期服役現象。從檢測和復核結果(見表1)可以看出，多數閘門結構及埋件銹蝕嚴重，并出現較大變形；抽檢的主要焊縫缺陷超標；主要構件的強度和剛度核算結果不能滿足規范要求。這些閘門已達到《水利水電工程金屬結構報廢標準》規定的報廢條件。只有個別閘門勉強通過復核計算，雖能勉強使用，但就設備的整體而言，也已處在不安全的邊緣。隨著時間的推移和銹蝕的進一步加重，構件的強度必定會很快下降。另外在復核中還發現，一些無銹蝕或銹蝕程度較輕的構件，其核算的應力也出現了超標現象。說明這些閘門在結構設計時其計算應力就取得較大。其原因可能是由于建設時期中國的經濟條件較差，設計中留的裕度較小或根本就沒有裕度(當時的設計規范規定的安全裕度也較小)。

　　根據閘門啟閉力計算及計算條件分析還可以看出，啟閉機的容量可能會因為其他條件的變化導致不滿足要求。既使設備計算的啟閉容量滿足要求，但須指出的是，啟閉力核算中采用的摩擦系數是按原設計條件進行計算的。實際上，經過幾十年的運行后，閘門支承與軌道間的摩擦系數會有一些變化。另外，啟閉設備型號老化，零部件的磨損較嚴重，運行中噪音和振動較大；一些電氣設備和保護系統落后，性能差，安全性低。由于設備型號過于陳舊，一些老型號的零部件或成品目前已淘汰，市場上很難采購；若用新型號的產品替代，由于安裝或連接尺寸不配套，往往引起一連串的部件都需要更換；同時，由于水庫管理單位無啟閉機的全套加工圖紙，個別零部件需先拆卸、清洗，進行現場測繪制圖，而測繪出來的圖與原圖還可能存在誤差。可見改造起來存在諸多不便，實際上很麻煩，而且改造工期也相應加長。綜合起來看或長遠來看對舊機改造并不經濟。因此，這些過于陳舊的設備已不宜再進行技術改造，因此我們建議對這些低揚程啟閉機全部作報廢處理，更換為高揚程的新型啟閉機，以徹底解決工程的安全運行問題。

　　根據以上分析可以看出，陸渾水庫的金屬結構設備運行時間都已大大超過設備的設計壽命，多數已處于不安全狀態。個別設備雖經局部改造后仍能使用，但改造困難，只能作權宜之計，并不能徹底解決安全問題。若繼續使用這些設備將對水庫和大壩安全造成嚴重威脅。

　　5 結束語

　　陸渾水庫金屬結構設備的安全評價結論已在大壩安全鑒定中采用，并組成大壩安全鑒定結論的一部分，其建議的整改措施目前正在后續的工程改造中得到實施。陸渾水庫金屬結構安全檢測中發現的問題在我國早期建設的同類工程上具有普遍性，其改造措施和有關建議對這類工程的安全運行和管理具有積極的借鑒作用。我們通過對陸渾水庫、巴家咀、狼心山等數座大中型水庫金屬結構進行安全評價后總結出如下幾點意見供同行參考：

　　(1)金屬結構設備進入老齡、甚至超期服役階段后，安全問題已經非常突出，安全評價已刻不容緩。我國70年代以前建成的大中型水利水電工程多數已運行30多年，有的甚至已超過了40年。這些工程的金屬結構設備大都超過了規定的折舊年限，即使設備目前運行情況正常，也應定期進行安全檢測，以防突發事故發生。

　　(2)在復核中發現，一些無銹蝕或銹蝕程度較輕的構件，其核算的應力也出現了超標現象。說明這些設備在結構設計時其計算應力就取得較大。其原因可能是70年代以前中國的經濟條件較差，設計中留的裕度較小或根本就沒有裕度(當時的設計規范規定的安全裕度也較小)。因此，對這些工程的金屬結構設備應當進行全面的安全檢測，以便管理部門采取預防措施，把危害降到最低。

　　(3)早期建成的工程，受當時的技術條件和制造條件限制，所選用的啟閉設備型號老化，零部件的磨損較嚴重，運行中噪音和振動較大；一些電氣設備和保護系統落后，性能差，安全性低。由于設備陳舊、老化，大部分零部件和元器件早已被淘汰，這些部件市場上已采購不到甚至無法制造，技術改造存在較多困難。及早對該部分設備進行安全評價及處理，是避免安全事故，確保安全運行的有效途徑。

　　(4)按照《水庫大壩安全導則》(SL258-2000)要求，金屬結構安全評價是大壩安全評價重要組成部分，但是未能引起相關部門的重視，許多已完成的大壩安全評價報告對大壩部分比較重視，按照相關要求完成評價，但對金屬結構的安全評價只進行敘述性描述，得出結論，不符合金屬結構安全評價的要求。這樣就給大壩安全鑒定部門的鑒定工作帶來不必要的麻煩。