1　风险监控的重要手段——安全评价与安全鉴定

为加强水利水电工程建设阶段的工程安全管理,保障水利水电工程及上下游人民生命和财产的安全,1998年水利和水电部门分别开展了蓄水安全鉴定、竣工安全鉴定及专项安全鉴定工作,继后在工程运行期又开展了大坝安全定期检查及安全预评价和安全验收评价工作。

安全评价和安全鉴定都是以批准的建筑物、安全设施、设备、装置为对象,以达到安全施工、安全生产为目的的评价和鉴定工作。安全评价涵盖工程施工期和运行期,也涵盖与工程安全有关的外部环境,既关注建筑物与设施设备装置的安全,更关注人和工作环境的安全,是一项以风险辨识为基础的技术服务工作。安全鉴定则重在挡水建筑物,是以建筑物不同阶段实际运行状况和安全监测资料为基础,为下闸蓄水和工程验收做准备的技术管理工作。安全评价和安全鉴定都是对设计、施工、管理等质量的符合性检查,也是对工程安全现状的评价和对策措施的建议。实践证明：安全评价和安全鉴定是对工程安全现状的一次体检,是有效的风险监控手段。

按照国家规定,安全鉴定和安全评价不是设计复审,也不是建设项目的后评估。安全鉴定和安全评价不涉及立项的合理性、不涉及规划指标、不涉及方案比选、不涉及经济效益。安全鉴定和安全评价只评价和鉴定经审查确定的工程现在的安全性,并对发现的问题提出相应建议。

1.1　安全评价和安全鉴定的概念

由于自然条件的复杂性,人们认识上的某些局限性,再加上人为因素等影响,水利水电工程建设期或运行期都存在一定风险,都会出现一些与工程安全有关的问题,仍会发生一些安全事故。如2012年8月白鹤滩施工营地被泥石流掩埋,41人死亡或失踪；布西水库蓄水三年后,因面板挤压破坏,坝体漏水逐渐增大至1982L/s,威胁大坝安全等。这说明当前水利水电的安全形势依然是严峻的。

俗话说“天有不测风云,人有旦夕祸福”,更何况水利水电工程本身就是一项局部改变水土关系、构建新的动态平衡的工作,纵使工程建设前进行过详细的勘测设计研究,纵使设计中经过深入的方案比选,纵使设计成果经过严格审查,纵使工程施工中有监理、质检、稽查等层层把关,但在整个建设和运行过程中,仍可能存在种种风险,仍会出现种种安全问题。风险可能存在于勘测设计、施工、管理各个环节。风险是客观存在的,有的时候工程建设和管理还不得不冒一些风险,关键在于风险发生概率、风险危害程度及采取的防范措施。

安全评价及鉴定关心与工程安全及人身安全有关的风险,预测风险的存在,把风险控制在可防、可控、可预警的程度,从而确保工程和人身安全。安全评价和鉴定强调风险的存在,强调风险可控,主张合理有效的防范,反对为规避风险而无所适从,反对不合理的过度防范。

(1)施工期风险与安全评价。引汉济渭工程是在陕西境内引汉江水穿秦岭向渭河流域西安、宝鸡、咸阳、渭南等地以及大型工业园区调水的跨流域供水工程,设计调水流量70m3/s,年调水量15亿m3。该工程由水源工程、泵站和无压输水隧洞组成。其中,引水隧洞的单洞长98.3km,最大埋深2000m,为深埋长隧洞,是我国埋深最大、长度最长的无压隧洞。该隧洞穿越三条区域性断层和较多1～3级结构面,穿越花岗岩等硬岩和千枚岩等软岩,岩性复杂,可能遇到围岩失稳、岩爆、喷水、喷泥、放射性、毒气、高温、高湿、高外水压力等问题。

深埋长隧洞的勘探是目前水利水电行业重大科研课题之一。考虑到当前深埋长隧洞勘探现状,在开工前,要求查清100km隧洞所有的地质问题是不现实的,深埋长隧洞施工期的危险是引汉济渭工程的最大危险。

鉴于深埋长隧洞问题的复杂性,考虑到勘探试验隧洞已发生的喷水等事件(图4.1-1),为了确保施工期的人身和设备安全,在开工前的安全预评价中建议：加强深埋长隧洞勘测技术与相应工程问题的研究。

(2)运行期风险与安全鉴定。百花滩水电站位于青衣江干流、洪雅县境内,以发电为主,兼顾环境、旅游。水库库容2618万m3,装机容量120MW。主要建筑物有泄洪闸、冲沙闸、非溢流坝、河床式发电厂房等。该工程为Ⅲ等工程,挡水建筑物及河床式厂房设计和校核洪水的重现期分别为50年和500年。相应洪峰流量分别为16000m3/s和20600m3/s。相应上游校核洪水位为高程484.5m,下游校核洪水位为高程482.6m。

河床式厂房布置于右岸,总长度109.06m,宽73.15m,最大高度55.84m。发电机层高程464.66m,安装间地面高程474.00m,均低于上下游校核洪水位。厂房进厂大门设在安装间右端,因右岸地形较高,右岸进厂公路经7m宽、1:10沟槽斜坡入安装间。为防止水淹厂房,安装间门外设10m×0.4m×0.3m拦水沟,汇水入约1m3的集水井,再经2台总抽水能力为515m3/h的水泵分别抽至下游河道和安装间下部的大集水井。

该工程2007年竣工,2012年安全鉴定发现厂区防洪标准低于规范要求,安装间外的集水井及排水能力小于汇流面积内的校核洪水,存在水淹厂房的风险。

经核查：汇入厂外集水井的总集雨面积为11754m2,P＝0.2%降雨为117.58mm/h,汇入厂外集水井的总雨水量加沟道旁渗水1682.0m3/h。经研究,确定重建厂外集水井,长15.3m,宽16.05m,净高6.0m,死水深1.5m,超高0.5m,有效水深4m,总容积1440m3,有效容积约为800m3,调节容积600m3,选4台长轴深井泵,单台流量300m3/h,扬程36m。

经安全鉴定,厂区的防洪标准符合了规范要求,减少了因右岸坡汇集暴雨而导致水淹厂房事故的发生概率。

上述两实例充分证明：风险不仅可存在于施工期,也可存在于运行期。

1.2　安全评价和安全鉴定的意义

安全预评价是开工前对施工期和运行期风险的全面排查,也是对相应对策措施的全面检查,是确保施工期及运行期工程和人身安全的重要手段：蓄水安全鉴定是对蓄水前工程形象面貌和已完工工程质量的全面检查,是合理确定下闸蓄水时机和蓄水安全的有效保障；竣工安全鉴定是工程竣工前的全面检查,是保证运行期工程安全的重要环节；定期安全检查及专项安全评价是对工程运行状况的定期检查和特定问题的专项安全鉴定。实践证明,这些安全评价和鉴定工作,与安全监测、预警系统、应急预案等共同组成一个可覆盖工程各个时期、各个专业、各个方面的安全监控和评价体系,是确保工程安全的有效措施。

1.3　安全评价和安全鉴定的依据

安全评价和安全鉴定是对工程安全性的评价和鉴定工作,设计、施工、监理、管理等单位的自检报告是安全评价和鉴定的基础资料,现场检查是安全评价和鉴定工作的必要组成,安全评价和鉴定过程中可能会对某些自检报告成果进行抽检和复核。

已建工程安全评价和鉴定工作的依据是工程运行现状(含安全监测资料),规程规范是安全评价的重要尺度。

1.3.1　安全评价和安全鉴定的重要尺度是规程规范

(1)规程规范是确保工程安全的重要保证,是工程建设必须遵从的法规。为了确保工程安全,规程规范汇编了已被实践证明行之有效的设计理论、计算方法、工程实践、工程管理经验,并以此规范和指导建设工作。规程规范是确保工程安全的重要保证,是工程建设必须遵从的法规。只要认真地按照规程规范设计施工管理,并经过严格的审查和验收,原则上可保证工程安全。

设计规范是设计的依据,是设计审查的标准,但由于外部条件及工程自身的复杂性,以及人们认识的局限性,即使业已审查和验收的工程,运行一段时间后仍会暴露出这样或那样问题。这些问题中,有的是不满足规程规范要求但工程仍然安全运行,有的是满足规范要求但可能仍存在一定的安全隐患,因而设计规范是安全评价和鉴定的重要尺度。

(2)设计规范不可能涵盖可能遇到的各种问题。江垭水电站碾压混凝土重力坝,坝高131m,坝址位于柳枝坪峡谷中段复式向斜核部附近,横向谷,受向斜上方岩溶水影响,坝基存在承压热水。1998年水库蓄水后,因承压热水的作用,坝址上下游700m、500m,左右岸300m范围内,山体和坝体随同库水位变化,抬升30～40mm左右。这种奇特的现象在世界水利水电建设史上罕见,设计规范不可能涵盖。

陈村、大黑汀、丰满、新安江等电站水库蓄水后,数十年来每年坝基排水孔渗水中均携带出大量白色、棕色、黑色、黄色等析出物,分析成果表明：这些物质可能来自坝体、帷幕、断层泥等,与机械、化学及微生物侵蚀有关,威胁着坝体和帷幕的耐久性,也可导致坝基软弱夹层力学性状的改变,但由于该问题的复杂性,数十年来尚没有任何一部规范涉及析出物的评价方法,更没有一条评判标准。

(3)不满足规范要求并不一定就危险。丰满重力坝1945建成,由于历史的原因及洪水资料的变化,防洪标准及设计洪水几次变化。将坝顶加高1.2m后,遇校核洪水,电站不参与泄洪条件下,校核洪水位超过坝顶高程20cm(低于防浪墙顶),这样就存在不符合现行规范的问题。但是,仔细分析,该水库上游有白山和红石两座大中型水库,还有一县城,该县城防洪标准为百年一遇洪水,几乎凡出现超过百年一遇洪水时,该县的防洪堤就会溃决,形成1.3亿m3的滞洪区,此时,大坝万年一遇校核洪水过程必然改变,洪峰流量必然减少,也就不会出现校核洪水位超过坝顶高程20cm的情况；再加上丰满水库上游二座大中型水库、只要联合调度,提前24h预泄,即使在电站不参与泄洪的条件下,校核洪水位也不会超过坝顶,也就不存在不符合现行规范和泄洪能力不足的问题。

再如,原《混凝土重力坝设计规范》(SDJ21—78)规定,重力坝坝基深层抗滑稳定安全系数应大于3.0,但万家寨坝基经处理后,坝基深层抗滑稳定安全系数仅2.2,明显小于规范要求,但该工程已经受多年高水位运行考验,工程运行正常。鉴于万家寨重力坝为半整体式重力坝,横缝内设键槽,下部已灌浆；同时考虑坝基顺河向裂隙不发育,基岩间约束力可以增加坝基深层抗滑稳定性,安全鉴定认为万家寨大坝安全。《混凝土重力坝设计规范》(SL319—2005)吸取了这一经验,规定：当坝基顺河向裂隙不发育且横缝设有键槽并灌浆时,可计入相邻坝段的阻滑作用。

(4)满足现行规范要求也可能并不安全。《水闸设计规范》(SL265—2001)原本主要适用于软土地基上的低水头挡水泄水建筑物,2001年修编时,将适用范围扩展到砂砾石地基和岩基,但某些规定未做相应调整,如“中砂、粗砂、砾石、卵石地基可不进行地基沉降计算”。我国西南西北地区的水闸大多建筑于砂砾石地基上,由于砂砾石地基的复杂组成、结构特性,以及地基承载力等原因,金康闸坝蓄水后闸室发生较大沉降和不均匀变形,闸室结构开裂。

《水闸设计规范》是根据江苏、安徽等地建设水闸的经验而编写的,这些地区冰荷载很小,所以规范规定闸门设计不考虑冰荷载,冰荷载不与地震荷载组合。但新疆为强震频发区,据统计,30%～40%强震发生在冬季,与冰荷载组合,由于冰荷载为同深度水荷载的数十倍,冰荷载不仅造成闸门主梁变形断裂,地震中晃动的闸门还导致牛腿反复拉压破坏。

(5)由于认识上的某些局限,某些规范尚存在一些不尽合理的规定。自1985年引进混凝土面板堆石坝后,该坝型在我国迅速推广,由于人们对于面板坝的力学机理及变形的协调性认识不足,原设计规范DL/T5016—1999规定：“在枢纽布置中一般可不设专门的放空设施,对重要工程及混凝土砂砾石面板坝,是否设置专门的放空设施,应进行专门论证。”按照该规定,三板溪面板坝(坝高185.5m)未设放空洞,蓄水后Ⅰ、Ⅱ期面板接缝处混凝土挤压破坏,最大漏水量303L/s,由于该工程未设放空洞,破裂区位于死水位以下,只得进行水下施工,2007—2010年,多次处理但效果甚微。最近新规范DL/T5016—2011已改为：“应结合泄洪、排沙、供水、后期导流、应急和检修的需要,研究设置用于降低库水位的放空设施的必要性。”

受地域、认识、实践、技术更新等原因影响,设计规范本身也可能存在一些不合理的地方,国内某些现行国家规范和行业规范,以及行业规范之间,也往往存在相互矛盾的地方,其中有历史原因、技术原因,也有行业背景等原因,处理难度较大。

修编规范不只是文字的修改,还涉及理论、计算方法及与之配套的材料参数、安全系数、评判标准等,还可能涉及众多已建工程遗留问题及所引起的财政负担,宜慎重处理。修编规范是一件严肃的事情,1975年8月大水后,急急忙忙修改规范,调整了防洪标准,涉及诸多问题,后又调回。

面对规范现状,既要强调规范的严肃性,又不能简单机械执行。面对这样或那样的问题,安全评价和鉴定人员应尊重规程规范,把规程规范作为安全评价和安全鉴定的重要尺度,承认现实,结合工程实际,认真论证,视工程安全高于一切,科学地进行安全评价和安全鉴定工作。

(6)慎重处理超规范的小概率风险。由于许多不确定因素的影响以及规范本身的局限性,实际工程建设和运行中确实会发生一些超规范的小概率风险,如超概率地震、超概率洪水、超概率暴风、地震累进破坏效应、梯级大坝连溃,以及突发性人为事件等。这些均是规范未曾考虑的小概率风险,超出了规范要求,但确实可能发生,其影响可能超出工程承载能力。对于这些确实可能存在而又无法抗拒的风险,安全评价宜正视它们的存在,尊重规范规定,不超出规范要求增加设计任务,不脱离实际过度防范,宜在应急预案中提出相应的防范对策措施。

受国家财力及技术发展的限制,工程设计不可能防范一切可能的危险。2015年6月1日长江龙卷风中“东方之星”轮船沉没,442人死亡；2008年5月12日汶川地震中死亡69226人……这些事件告诉我们：人力是有限的,工程安全是有一定概率要求的,要允许超规范无法抗拒小概率事件的发生,要遵循大震不倒、中震可修、小震不坏的设计精神,慎重处理超规范小概率风险事件。

1.3.2　安全评价和安全鉴定的依据是工程运行现状

已建工程现状安全评价和安全鉴定的依据只能是工程运行现状,即可能影响工程安全的近坝库岸、建筑物运行性态和安全监测成果。

近坝库岸的运行性态主要指可能影响工程安全的洪水、冰凌、环境水质变化、异常气象、构造地震、水库地震、水库渗漏、近坝库岸的边坡稳定、滑坡、泥石流、浸没、库盆塌陷及库岸异常变形、水库淤积、下游冲刷、河势演变等。

建筑物运行形态主要指在外部环境下的建筑物变形(含不均匀变形)、裂缝、渗漏、扬压力、进出口流态、析出物和携出物、混凝土冻融、碳化及碱骨料反应、环境水对混凝土的影响,以及建筑物对环境的影响等。

除常规监测外,巡视是了解工程运行现状的重要手段。

外部变形、裂缝、渗漏、扬压力等,是工程运行性态较为直观的表现,其中最为直观的是坝体和坝基渗漏,宜创造条件开展渗漏水量、水质及其变化速率等的监测工作。

株树桥面板坝1992年蓄水后,坝后渗漏量仅30～40L/s,从1994年起渗漏量逐步增加达970L/s,1998年达1680L/s,1999年大于2500L/s。经检查发现：垫层料大量流失、面板脱空、断裂等。经处理,大坝正常运行。

建筑物运行性态的变化,往往不是孤立事件,往往需要综合分析地质、设计、施工、管理及监测资料,方可做出正确判断。