水電工程防震抗震研究及設(shè)計規(guī)范淺析

茹欣

摘? ?要：本文對水電工程的防震抗震方法進行了研究，具體闡述水電工程防震抗震設(shè)計標準體系，并基于以上兩點分析出了工程的防震抗震設(shè)計要點如：防震設(shè)計的標準和獨立的保安電源等，希望對日后水電工程的防震設(shè)計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：水電工程? 防震抗震? 震損

中圖分類號：TU318? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0023-02

地震在給人類帶來巨大災(zāi)難和破壞的同時，水電工程的防震抗震工作需要研究以往發(fā)生過的地震災(zāi)難，所以災(zāi)難也為水電工程設(shè)計人員提供了真實資料，水電工程設(shè)計人員應(yīng)基于現(xiàn)有的地震災(zāi)害特征，將水電工程的抗震性不斷提高。

1? 水電工程防震抗震研究

地震的破壞形式大致分為兩類，一類是直接災(zāi)害破壞，也就是地震的原生現(xiàn)象，主要是指地震斷層交錯或地震波引起地面振動，這種災(zāi)害會導(dǎo)致地面、建筑物和山體自然等被破壞。例如：智利大地震造成的持續(xù)晃動對建筑物的破壞，以及中國唐山大地震造成七八成建筑物損壞。一類是次生災(zāi)害，指直接災(zāi)害破壞了自然或社會的穩(wěn)定狀態(tài)后引起的災(zāi)害，主要有火災(zāi)、毒氣泄漏、洪澇和瘟疫等幾種，其中最常見的災(zāi)害是火災(zāi)。例如：日本關(guān)東大地震，因為震動造成神奈川縣發(fā)生泥石流，順山谷下滑達5km遠。

水電工程需具備發(fā)電、引水、澆灌及航運等多種職能，所以水電工程建筑大多是由多個建筑組成的建筑群。具有種類和形式各異的特點，且水電建筑多建在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的環(huán)境中，這就導(dǎo)致了地震災(zāi)害對水電建筑的影響因素繁多且異常復(fù)雜。

目前，我國水電工程防震設(shè)計主要參考《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》和《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》兩項規(guī)定，兩者都規(guī)定大壩抗震設(shè)防采用設(shè)計重現(xiàn)期內(nèi)一定概率水準的地震參數(shù)，該參數(shù)規(guī)定采取一級設(shè)計標準進行防震抗震設(shè)計，其性能目標對應(yīng)在設(shè)計地震作用條件下，允許水電建筑局部破壞，且經(jīng)修理后能恢復(fù)正常使用。兩項規(guī)定對水電建筑的防震抗震設(shè)計界限明確，同時側(cè)重點各不相同、互為補充?？傮w上涵蓋了河流規(guī)劃、工程設(shè)計、施工、運行及應(yīng)急管理等生命安全的周期。涉及專業(yè)包含規(guī)劃、地質(zhì)、水工、施工、機電等多個領(lǐng)域，此外基于工程經(jīng)驗及安全系數(shù)的風(fēng)險防控與應(yīng)急措施相統(tǒng)一也提出了防震抗震的對策[1]。

2? 水電工程防震抗震設(shè)計規(guī)范要點

2.1 抗震設(shè)計標準

由于地震災(zāi)害具備不確定性，地震響應(yīng)情況復(fù)雜，所以要求水電工程抗震設(shè)防必須堅持“安全為主、留有余地”的原則。一旦大壩和大型水庫被破壞，工程本身的損失不僅巨大，而且可能導(dǎo)致流域發(fā)生嚴重災(zāi)害，產(chǎn)生不良社會影響。所以高壩工程項目對抗震設(shè)防要求比普通項目更高也更嚴格。實踐顯示，《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的抗震性能設(shè)計標準合理性達標，但也有研究和改進甲類設(shè)防大壩的設(shè)防標準的空間。我國相關(guān)法律規(guī)定乙類大壩應(yīng)采用以及地震災(zāi)害防范措施，滿足50年10%的概率，甲類及超高壩應(yīng)采用地震災(zāi)害兩級設(shè)防，標準為100年2%，滿足可修復(fù)和不滿灌的要求。

例如：三峽大壩就屬于甲類抗震設(shè)防類別的建筑物，國家要求其抗震設(shè)計達到100年內(nèi)超越一成，即5000年一遇的設(shè)計標準。此外考慮地震的不確定性和大壩次生災(zāi)害一旦發(fā)生的嚴重后果，三峽大壩的抗震設(shè)防標準相較于過內(nèi)外同類標準要更高，是按照10000年一遇的抗震設(shè)防標準設(shè)計的。

2.2 工程防震抗震安全復(fù)核

據(jù)調(diào)查，一些高壩在經(jīng)過強烈地震后，由于震感疊加和震感傳導(dǎo)，壩肩、壩基或壩體結(jié)構(gòu)局部有產(chǎn)生損壞的可能，嚴重情況下會出現(xiàn)滲漏。此外，由于余震作用和其他負面因素影響，大壩破損范圍可能會不斷擴大，降低大壩安全性及可靠性，加上余震作用的影響，破損面積可能加大，這就要求工作人員要對大壩展開抗震安全復(fù)核等工作，并對發(fā)現(xiàn)的問題制定合理解決措施。國家規(guī)定水電工程的樞紐工程區(qū)域若遭到≥6級強度的地震災(zāi)害，當?shù)厮志蛻?yīng)展開抗震復(fù)核工作，將地震危險和危害徹底分析總結(jié)，進行防震抗災(zāi)的專項安全監(jiān)測活動，在結(jié)合實際情況補救修整。

例如：寶珠寺大壩管理人員經(jīng)常對大壩危害性進行分析，尤其在震后，工作人員于第一時間開展震后抗震設(shè)計復(fù)核，復(fù)核工作包括地震危險性和震害規(guī)律及總結(jié)大壩防震抗震經(jīng)驗等，并根據(jù)需要落實補強措施。

2.3 地震災(zāi)害調(diào)查

為了杜絕次生地震災(zāi)害對水電工程造成破壞，加強水電工程、壩址地震地質(zhì)災(zāi)害和地震洪水災(zāi)害的調(diào)查分析十分重要。同時需要提高環(huán)境邊坡地質(zhì)勘察強度，注意環(huán)境邊坡的地震危險源、河流致災(zāi)效應(yīng)及滑坡阻斷分析研究。此外還要對上游流域壩址進行加固工作，分析梯級主支流水庫大壩建設(shè)與管理，并優(yōu)化次生災(zāi)害、洪水災(zāi)害的預(yù)警措和綜合防治措施建設(shè)。我國有相關(guān)規(guī)定表示大壩樞紐區(qū)布置和水電工程建筑的設(shè)計駐點是防范地震災(zāi)害的破壞，要對水電樞紐工程和周邊自然環(huán)境、滑坡地、危巖體和泥石流等其他災(zāi)害隱患有效排除，將隱患在地震發(fā)生時可能引起的影響深入分析記錄[2]。

例如：三峽大壩會定期加強壩址及附近自然邊坡、滑坡體等和其他地質(zhì)現(xiàn)象的災(zāi)害隱患排查，對其在地震災(zāi)害發(fā)生時可能導(dǎo)致的影響進行分析，并提出科學(xué)有效的解決措施。

2.4 地震應(yīng)急預(yù)案

當發(fā)生強震后，水電工程管理人員應(yīng)立即采取措施，以減少地震災(zāi)害造成的損失。特別需要注意防止?jié)危苊馑畮焖Э貙?dǎo)致流域安全事故。地震應(yīng)急措施是幫助值班人員知道如何避免以上事故，一旦出現(xiàn)上述事件發(fā)生的跡象或征兆，值班人應(yīng)明確如何處理能將災(zāi)害損失降到最低。我國水電工程防震設(shè)計的兩項規(guī)范強調(diào)在設(shè)計樞紐建筑時，應(yīng)科學(xué)地分析地震災(zāi)害可能帶來的風(fēng)險，結(jié)合當?shù)厍闆r預(yù)防大壩可能出現(xiàn)的風(fēng)險。

例如：三峽大壩的水電工程防震抗震設(shè)計中分析了地震破壞和次生災(zāi)害的風(fēng)險，并從防災(zāi)減災(zāi)角度對全廠停電、洪水決堤、閘門失靈、壩體缺損、壩基不穩(wěn)、壩體滲漏、電源通信中斷等次生災(zāi)害提出應(yīng)急預(yù)案。保證了水電工程管理人員對災(zāi)害第一時間作出反應(yīng)。

2.5 對外通信交通

在遭遇地震災(zāi)害時，水電站是連接大壩樞紐與國家公路、鐵路等搶險救災(zāi)物資運輸路線的主干通道。同時通信條件也是地震時水電站的重要工程，對及時報告地震災(zāi)情，獲得有效的救援并保持水電站與外界的聯(lián)系有至關(guān)重要的作用。

例如：萬安大壩在設(shè)計時考慮了地震搶險的需求，對外交通設(shè)置了雙通道，充分研究了運輸方式的合理性。此外設(shè)置了多個相互獨立的通信通道，形成環(huán)形的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.6 應(yīng)急電源

從汶川地震災(zāi)區(qū)的情況得來的經(jīng)驗可知，如果樞紐排水設(shè)施電源無法接通，配置在輔助動力系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機組遠離閘門啟閉機、被坍塌的沉積物掩埋砸碎、在故障狀態(tài)下缺乏維護，或缺乏柴油等原因無法正常啟動，都會影響應(yīng)急措施啟動。所以在設(shè)計水電工程時，應(yīng)為樞紐工程泄洪設(shè)施配置獨立保安電源，由洪水設(shè)施供電系統(tǒng)直接接入，將電源布置在靠近泄水點的位置，水電工程建筑采用直流電源作為保護系統(tǒng)的工作供電點[3]。

3? 結(jié)語

綜上所述，水電工程的抗震防震工作備受社會關(guān)注，是民生安全的必要保障，通過對水電工程防震抗震設(shè)計標準和應(yīng)急制度的總結(jié)反思，需健全相關(guān)設(shè)計標準，對地震災(zāi)害預(yù)防方法進行優(yōu)化。

參考文獻

[1] 周建平，武明鑫.水電工程防震抗震研究及設(shè)計規(guī)范[J].水利水電施工，2019（1）：1-5.

[2] 我國水電工程抗震設(shè)計安全可靠[J].大壩與安全，2016（5）：62.

[3] 劉榮麗.汶川地震災(zāi)區(qū)水電工程震損調(diào)查和工程抗震復(fù)核工作中間成果檢查會召開[J].水力發(fā)電，2018（11）：97.