乌江彭水电站表孔弧门水封漏水原因分析
揭子义
（重庆大唐国际彭水水电开发有限公司重庆彭水409600）
摘要：本文着重剖析了乌江彭水电站表孔弧门的止水装置的结构特点，浅析表孔弧门侧止水橡皮、止水橡皮垫板及螺栓孔漏水的原因。根据分析的漏水原因、设备现状、结构特点及现场施工条件，提出了行之有效的相应处理技术措施。同时暂时未彻底处理的漏水，提出相应的解决措施、新的材料、新的工艺，给大口孔尺寸表孔弧门止水措施提供一定的借鉴。关键词：侧止水座、止水橡皮、表孔弧门、彭水电站、橡皮垫板
Analysis of the causes of water leakage hole arc gate seal of Wujiang
Pengshui power plant
Jie Zi Yi
(Chongqing Pengshui Datang International Hydropower Development
Co., Ltd. Chongqing Pengshui 409600)
Abstract: This paper analyzes the structural characteristics of Wujiang Pengshui power plant in the sealing device of surface radial gate, reason analysis table Kong Hu door sealing rubber, rubber sealing plate and bolt hole water leakage. According to the water leakage causes, analysis of the status of equipment, structural characteristics and site conditions, put forward the corresponding measures of effective processing technology. At the same time temporarily not thorough treatment of the water leakage, and puts forward the corresponding solutions, new material, new technique, provide some reference to the big hole size hole sealing measures.
Keywords: side sealing seat, rubber seal, radial gate, Pengshui power plant, the rubber pad
1工程概述
彭水水电站位于乌江干流下游，彭水水电站位于重庆市彭水县境
内的乌江上，是乌江干流水电开发的第10个梯级电。距重庆市彭水
县县城11km，距乌江口涪陵市147km。是兼发电、航运、防洪等多
项功能于一体的大型水电站，总装机容量175万千瓦，安装5台单机
容量为35万千瓦的混流式水轮发电机组。坝址以上流域面积
69000km2，占乌江流域总面积的78.5%。流域多年平均降水量
1160mm，坝址多年平均流量1300m3/s，年径流量410亿m3，正常蓄水位293m，死水位278m，调节库容5.18亿m3，为季调节水库，年均发电量达63亿千瓦时，年平均含沙量0.354kg/ m3。彭水水电站由大坝、泄洪建筑物、电站、通航建筑物和渗控工程等组成。
2现状分析
2.1基本概况
彭水水电站由大坝、泄洪建筑物、电站、通航建筑物和渗控工程等组成。大坝挡水前缘总长325.5m，其中船闸坝段32m，大坝为弧形碾压混凝土重力坝，最大坝高116.5m; 坝顶高程301.5m，堰顶高程268.5m，按正常蓄水位293.0m设计，孔口尺寸14.0m×24.5m，河床10个坝段设9个泄洪表孔；泄洪表孔共安装9套液压启闭机，操作启闭9 扇弧形工作闸门。启闭机总体布置形式为双吊点﹑双作用﹑尾部悬挂两端铰接支承液压启闭机，现地控制或中央集中控制。无论处于何种控制方式下，启闭机均可全程或局部开启。表孔液压启闭机共18 台油缸，由9 套液压泵站驱动。其工作门为目前国内孔口高度和孔口面积最大的表孔弧形门。
2.2液压启闭机主要技术参数
额定启门力：2X3500kN
工作行程：12.081 m 最大行程：12.345m
启门速度：～ 0.65 m/min(可调) 闭门速度：～ 0.5 m/min(可调) 操作条件：动水启闭
有杆腔计算压力： 17.49 MPa
液压缸内径：Φ620 mm 活塞杆直径：Φ360mm
2.3弧门止水水封现状
乌江彭水电站溢洪道表孔弧门于2007年8月安装完毕，并投入运行。闸门止水效果良好，随着几年的运行发现部分闸门由于水封磨损和垫板橡皮老化等因素，充分暴露彭水电站侧止水水封结构设计不合理及安装工艺较差等缺点。造成弧形工作闸门侧止水水封出现众多部位漏水。在每年的汛前检修中要花大量人力物力来处理漏水，并且在处理的过程中并未取得很好的效果。由于侧止装置结构设计不合理，既增加了可能的渗漏点，同时增加侧止水装置的拆装难度。今年的汛前中发现1、2、5、6、7、9号弧门都存在不同程度的漏水现象，其中1、5、7号弧门漏水部位在弧门侧止水封与底水封结合处，弧门侧止水水封均有漏点。3、4、8弧门虽然在汛前检修前检查止水良好，但是经过汛前检修做完启闭试验后发现不同程度漏水，经过处理都没有彻底解决渗水状况。水库运行期，溢洪道弧形工作闸门仅在汛期泄洪时有可能完全开启，其余大部分时段均处于挡水状态。由于彭水水电站溢洪道表孔弧门承受水头较高，一旦水封漏水，将会引起闸门震动、闸门及埋件空蚀、气蚀等现象，影响大坝泄洪设施及弧形工作闸门结构安全。
3弧门结构剖析
乌江彭水水电站溢洪道表孔弧门止水装置分为底水封和侧水封两种，底水封橡皮尺寸20×136×13940mm，材料为SF6674，底止水装置结构如图1所示。侧止水橡皮Φ20×R30×140×20×26230mm,材料
为橡塑复合。侧止水装置结构，如图2所示。
图1 溢洪道弧形闸门底止水结构
图2 溢洪道弧形闸门侧止水结构
根据以上侧止水结构图可以看出，弧形闸门的侧止水是通过P型止水水封的头部与设置在闸墩上的不锈钢侧门槽轨道贴合而实现的。止水水封与不锈钢轨道的贴合则是依靠两个力的作用：一是止水水封安装的预压5mm压缩量所产生的弹性力；二是弧形工作闸门门叶迎水面水压力。因此，如果弧门门叶、橡胶止水带和弧门侧轨道的制造安装质量都达到规范的要求，在上述两个力的作用下和侧止水水封无破损的情况下，侧止水水封的P型头部与不锈钢侧轨道能够贴合紧密，保证弧门的止水效果。但是，在实际运用中，门叶、止水水封和侧轨道的制造安装过程中不可避免地会出现偏差，特别是彭水电站这种大型分节制造安装的闸门和不锈钢侧轨道，很容易使弧门和侧轨道的制造安装偏差大于规范要求。所以，水利工程中溢洪道弧形闸门的侧止水封水不严或失效的现象较为普遍的。
4漏水原因分析
乌江彭水水电站溢洪道弧形工作闸门所采用的P型水封，在我国已建的水电工程中应用较为广泛，且止水效果也是较好的，但是彭水电站这种P型水封的安装方式存在一定的缺陷。根据乌江彭水电站9孔溢道弧形工作闸门近6年的实际运行情况，经过浅析研究后认为，引起弧形闸门止水封漏水的主要因素如下。
4.1压合不紧密引起漏水
弧门挡水运行时，由于制造或安装的误差及门叶竖向变形，引起弧形闸门的侧止水座角板与侧轨之间的间隙部分过太。由于侧止水座角板与门叶固定螺栓孔径的限制，使调整螺栓位移的尺寸有限，部分
调整螺栓由于长期超负荷受力和锈蚀已经断裂，引起侧止水封安装时预压量过小，未达到设计规定的5mm。橡胶止水水封对其与侧轨道之间的贴合作用力很小甚至是没有造成结合不严密。同时部分弧门由于开度仪精确度不足，造成在纠偏过程中弧门整体偏向单边，使其另一边P型水封头部与侧轨道不能紧密贴合，从而造成止水不严密。
4.2侧止水封撕裂引起漏水
乌江彭水电站溢洪道闸门孔口尺寸较大，为14.0m×24.5m，弧形长度达26.20m。当溢洪表孔弧门在全开位置时，弧门2/3的度脱离门槽，但是门槽的侧向不锈钢轨道只安装到高程▽294.0m,高程294.0到301.5没有安装不锈钢侧板为混泥土滑道，并且表面粗糙，如图3所示。虽然平时开启的高度不常开到这位置，但在每年的汛前检修做全开全关试验时，由于门槽表面粗糙，弧门尺寸较大，当弧门开度不断加大时门叶容易整体变形发生单偏，摩擦力大幅度增大，常常把侧止水封局部撕裂护磨材料层，造成局部漏水。
图3 门槽侧向不锈钢板安装示意图
4.3侧止水座与门叶结合面漏水
弧门侧止水座与门叶结合漏水，在P型水封的电站中可能比较少见，但在彭水电站这是弧门最主要的漏水，几乎每孔弧门有会不同程度的渗水，产生这样漏水主要与侧止水装置独特的结构和安装工艺有关，主要有如下三种情况。其一、侧止水座与门叶之间安装了一条6×110×26230mm橡皮垫板，由于侧止水座与门叶连接的螺孔是一个横向R11的腰子孔(便于调节P水封的预压量)，橡皮垫板只有6mm厚，经过螺栓的紧固，橡皮垫板极易压缩变形造成螺孔渗漏。其二、弧形工作门侧止水座为了便于安装和运输分节安装，分节之间由于安装工艺较差，每节之间没有完全对接，造成100mm左右的空缺，使得橡皮垫板在此位置凸起，引起大量漏水。其三、乌江彭水电站表孔弧门门叶是分7节焊接而成，由于施工工艺较为粗糙，侧止水座橡皮垫板的焊缝没有做表面打磨和防腐处理，焊缝凹凸不平，并且锈蚀严重，使得侧止水座橡皮垫板与门叶的六条焊缝结合处造成严重漏水。
4.4侧止水封与底止水封粘合处漏水
止水橡皮的接头对接根据设计要求应用生胶热压的方法胶合，胶合接头不应有错位，凹凸不平和疏松现象。但是由于彭水电站安装现场条件有限，厂家也未按要求配备侧、底止水橡皮的热胶合模具。所以安装时并未使用热胶合来处理各种接头，造成侧止水封与底止水封转角粘合处脱胶，经过几年的运行橡皮老化，使得止水水封与水封橡皮垫板之间转角处存在缝隙，同时转角止水橡皮与底坎没有设计的压缩力。所以每次当表孔弧门动作过就会造成底坎转角处均出现不同程度的漏水。侧止水封与底止水封转角粘合处结构如图4所示，
图4侧止水封与底止水封转角粘合处结构
4.5侧止水封与垫板橡皮之间漏水
侧止水封与垫板橡皮之间漏水，是由于止水水封的不锈钢压板分块安装时，在对接过程中存在空缺，造成止水水封经过紧固螺栓挤压凸起而漏水。
5漏水处理
鉴于溢洪表孔弧门出现的漏水问题和存在的设计缺陷，根据弧门现场施工条件情况及采用的结构设计特点,为确保表孔弧门安全可靠渡汛,经与及相关专业技术人员研究决定,对1至9号表孔弧门漏水情况处理如下。
5.1对于压合不紧密引起的漏水，通过对弧门侧止水座调节螺栓对P型止水橡皮进行了调整，保证P型止水橡皮满足设计要求。并且对断的调节螺栓进行更换并固定牢固，同时做好相应的防腐保护。对于由于开度仪精度偏差，引起表孔弧门实际发生单偏的情况，对开度仪进行全面校核，发生的偏差进行补偿，确保表孔弧门在启闭过程中不发生单偏，杜绝P型止水橡皮单边受压过大损坏密封面而造成漏水。
5.2对表孔弧门门槽侧向轨道混泥土段进行打磨平整、光滑无明显
的高点为，同时在做全开全关的启闭试验时，对弧门的两边侧封进行临时接消防水进行润滑。确保表孔弧门运动中不撕裂P型止水橡皮，杜绝侧止水封撕裂引起漏水。
5.3侧止水座的固定螺栓门叶迎水面进行防渗处理，对螺帽与门叶的结合面灌注防渗胶水。门叶焊缝影响侧止水座密封部位进行打磨平整加注橡皮粘合胶，并做相信的防腐。侧止水座由于分块安装短缺部位，用10×100mm的钢板临时进行抵压侧止水座垫板橡皮，同样的方法处理P型止水橡皮与其垫板之间的漏水。如果以今后在P型止水橡皮更换时，建议将侧止水座垫板橡皮更换为10mm厚天然橡胶橡皮，彻底解决侧止水座漏水问题。
5.4侧止水封与底止水封粘合处漏水，由于施工现场条件的限制，只能对其进行的加固处理，在侧止水封与底止水封的转角处加装一压板，限制转角热胶合处开裂，但处理效果较不明显，只能减少相当的漏水量，还是存在一定的渗漏情况。因此，通过对现有市场的调查发现，随着科学技术和制造工艺的不断提高，已经完全能够生产侧止水封与底止水封整体转角部件成品。故建议今后进行相应的试验，找到一个彻底解决转角过渡处的漏水。
6结束语
根据乌江彭水电站表孔弧形闸门侧止水装置结构形式剖析。彭水电站的侧止水装置结构相对较为复杂，密封面较多，可能的渗漏点较多，同时检修、安装较为困难，给检修维护带来诸多不便。本次汛前检修，由于检修工期较短，只能对侧止水封做了较为表面的处理，
暂时基本满足汛期的安全稳定运行。要彻底处理表孔弧门水封的漏水，必须结合今后的表孔弧门大修，对侧止水装置的结构、止水橡皮的材料及底坎止水结合方式进一步研究。充分做好相关市场调查，利用表孔弧门止水装置的新结构形式、止水橡皮的新材料生产新工艺。找到更适合彭水电站表孔弧门现场工作环境、启闭方式的止水装置。参考资料：
[1]彭水电站表孔弧门安装施工技术报告水电八局
[2]DL/T5039-95 水利水电工程钢闸门设计规范