ЗЕМЛЯ ПРОСЕЛА ПОД ПЛОТИНОЙ
Красноярский учёный и политик Владимир Тетельмин высказывает свой взгляд на необходимость снижения напора на плотину Саяно-Шушенской ГЭС.

Автор в течение 20 лет работал в Сибирском филиале ВНИИ Гидротехники им. Б. Е. Веденеева. С 1978 по 1990 г. участвовал в исследовании фильтрационного режима в основании и береговых примыканиях плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Докторскую диссертацию защитил в 1989 году - по специальности "гидротехнические сооружения". Будучи депутатом Государственной Думы РФ первого и второго созывов, участвовал в принятии Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений" (принят ГД 23 июня 1997 года).

В мировом регистре числятся более 6 тысяч высоких плотин. 40-50 лет назад, когда сооружались крупные гидроузлы, считалось, что высокие плотины могут легко приспособиться к высоким напорам и деформациям скальных оснований. В настоящее время выясняется, что это не совсем так.

Многие явления, наблюдаемые в процессе эксплуатации, не укладываются в классические расчётные схемы высоконапорных гидроузлов, к каковым относится Саяно-Шушенская ГЭС. Настоящая статья написана на основе собственных работ автора и анализа материалов, опубликованных в последнее время в открытой печати.

Арочно-гравитационная плотина СШГЭС высотой 242 метра, длиной по гребню 1080 метров действительно не имеет аналогов в мировой практике. Плотина разрезана радиальными швами на секции шириной 15,8 метра и в поперечном направлении на четыре столба размером по 27 метров. Первый агрегат станции был пущен в 1978 году, а последний, десятый - в 1985 году.

Сооружение подобных высоких плотин оправдано в тех случаях, когда получаемая экономическая выгода перевешивает все виды реального и прогнозируемого ущерба от строительства и эксплуатации ГЭС. Это аксиома. В течение всех лет эксплуатации этой плотины наблюдается несоответствие некоторых проектных предположений её фактическому состоянию. Авторы десятков научно-технических статей об особенностях работы гидрогиганта в Саянах называют цифры, свидетельствующие о выходе плотины за рамки проектного режима работы.

Уникальное сочетание больших амплитуд циклических колебаний уровня верхнего бьефа (УВБ) и больших амплитуд годовых температур порождают многообразные неустановившиеся процессы в системе "плотина - основание", которые изменяют напряжённо-деформированное состояние массива основания и берегов, а также всего комплекса сооружений СШГЭС. Чтобы дать прогноз работы сооружений гидроузла, необходимо знать сущность происходящих в его элементах сложных фильтрационно-реологических процессов.

Силовое воздействие водохранилища - Саянского моря проявляет себя на большом удалении от него. Строительство крупных гидроузлов масштаба СШГЭС вызывает локально-изостатический отклик литосферы на созданную нагрузку и приводит земную кору в неравновесное состояние. Вес созданного водохранилища составляет десятки миллиардов тонн. Земная кора под действием этой нагрузки в течение продолжительного времени погружается в расплавленное вещество подстилающей мантии. Расчёты показывают, что за 30 лет эксплуатации абсолютная величина просадки земной коры в районе створа плотины составляет не менее 30 сантиметров. При проектировании гидроузла этот мощный техногенный фактор, который часто является причиной возбуждённой сейсмичности, во внимание не принимался.

При создании водохранилища произошла зарядка большого объёма упругой трещиновато-пористой среды водой высокого напора на глубину несколько сотен, а возможно и тысяч метров. Именно этот фактор определяет многие особенности в поведении высоких плотин и их оснований: временная несогласованность по отношению к изменению уровня верхнего бьефа (УВБ) линейных и угловых перемещений плотин; уменьшение расхода дренажа оснований при постоянно высоком УВБ; активизацию сейсмособытий после наполнения водохранилища. Например, по этой причине продолжаются осадки плотины и гидроагрегатов СШГЭС после того, как водохранилище наполнится до проектной отметки.

Сработка - наполнение водохранилища СШГЭС порождают в большом объёме массива оснований и берегов неустановившиеся фильтрационные процессы, проявляющиеся в изменении силовых воздействий на подземный контур плотины и прилегающий массив горных пород. За счёт многолетнего циклического изменения параметров упругого режима фильтрации, за счёт процессов выщелачивания происходит "раскачивание" трещиноватой структуры горных пород, их разуплотнение и "старение".

Проблемы с плотиной на Саяно-Шушенской возникли у эксплуатационников ещё в строительно-эксплуатационный период. Как отмечают авторы многих статей (журнал "Гидротехническое строительство", N 11, 2008), ошибки в расчётах и раннее наполнение водохранилища до завершения строительства плотины привело к перегрузке первых столбов секций. В результате образовались две магистральные трещины: на контакте плотины с основанием и в бетоне напорной грани. Первый столб плотины отошёл от основания до достижения проектного уровня верхнего бьефа. По мере наполнения водохранилища суммарный расход дренажа основания постепенно увеличился до 550 л/с, а сквозные трещины первого столба плотины пропускали расход до 460 л/с. В подобном критическом состоянии плотина работала не менее 8 лет. Всё это время высокоскоростной поток разрушал бетон. В период 1996-2003 годов трещины были омоноличены, интенсивная фильтрация подавлена. Однако после проведённого ремонта наступило другое нежелательное явление.

Следствием цементации трещин в основании и бетоне явилось увеличение необратимой составляющей радиальных перемещений плотины в сторону нижнего бьефа (НБ). В 2006 году ключевая секция N 33 плотины переместилась под действием гидростатической и термической нагрузки в сторону НБ на 141,5 миллиметра, из которых 59 являются необратимыми. Таким образом, гребень плотины не возвращается в исходное положение, а год от года всё более "сползает" в сторону нижнего бьефа.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что ещё в 2006 году максимальные перемещения гребня секции N 18 (107 миллиметров) и секции N 45 (97 миллиметров) плотины вплотную приблизились к предупреждающему критерию безопасности К 1. Именно в створе секции N 18 плотины работал второй, аварийный агрегат.

В соответствии с Декларацией безопасности (ст. 10 Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений") это означает, что плотина работает в состоянии пониженного уровня безопасности. В настоящее время плотина приблизилась к такому состоянию, когда требуется вводить обоснованное ограничение нагрузки на плотину. Следствием нарастания необратимых перемещений плотины в сторону НБ явилось увеличение сжимающих напряжений в верхних арочных поясах и в низовом клине плотины.

После проведения ремонтных работ вновь наблюдаются приращения деформаций растяжения под станционными и водосливными секциями плотины. При этом зона деформации растяжения в основании плотины заглубляется на 74 метра от напорной грани при общей ширине плотины 105 метров. Это обстоятельство можно интерпретировать следующим образом: плотина надёжно опирается на скальное основание только последним, четвертым столбом.

Кроме того, можно сделать вывод о том, что арочно-гравитационная плотина перешла в иное качество: она почти не работает как гравитационная, а работает преимущественно как арочная плотина. После перехода плотины в иное состояние нагрузка на береговые массивы существенно возросла. При этом деформация более податливого левобережного примыкания обеспечивает асимметричное перемещение плотины в сторону НБ.

Турбинные водоводы ГЭС и их анкерные опоры выполнены как сталежелезобетонные конструкции. Они вынесены на низовую грань плотины и жёстко с нею связаны. Водоводы воспринимают существенную долю нагрузки на плотину и помогают ей держать гидростатический напор. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что напряжения сжатия в металлических элементах продольного направления (металлической оболочке и арматурных стержнях) увеличиваются год от года. В отдельных случаях напряжения сжатия в бетоне облицовки водоводов достигли предела прочности бетона.

Необратимые перемещения плотины и усиливающаяся нагрузка на турбинные водоводы передаются на анкерные опоры, спиральную камеру и, возможно, на турбинные блоки. Об этом свидетельствует необратимая составляющая закрытия шва между анкерной опорой и зданием ГЭС, а также прирост напряжений в арматуре и стальной оболочке спиральной камеры, особенно в верхних точках её входного участка.

Относительно высокие значения необратимых перемещений станционной части плотины могут в конечном счёте передаваться сооружениям машинного зала ГЭС и нарушать соосность шахт турбинных блоков и рабочих колёс гидроагрегатов. Если версия аварии по причине поломки лопасти рабочего колеса турбины N 2 или версия работы гидротурбины в запрещённой зоне нагрузок будут отвергнуты, тогда следует рассмотреть предлагаемую версию.

Из сказанного можно сделать следующие выводы. При действующих напорах арочно-гравитационная плотина СШГЭС работает преимущественно как арочная, отчего происходит перераспределение нагрузок, воспринимаемых основанием и берегами. Почти на всех отметках наблюдается необратимое асимметричное перемещение плотины в сторону нижнего бьефа.

Усиливающаяся со стороны плотины нагрузка на турбинные водоводы передаётся на анкерные опоры, спиральную камеру и, возможно, на турбинные блоки. Следует проверить версию аварии, в соответствии с которой высокие значения перемещений секции N 18 плотины могли в конечном счёте нарушить соосность шахты турбинного блока и рабочего колеса аварийного гидроагрегата N 2.

В создавшихся условиях Саяно-Шушенская плотина работает в состоянии пониженного уровня безопасности. Для обеспечения надёжной работы плотины следует снизить гидростатическую нагрузку на плотину и пересмотреть параметры работы гидроагрегатов в сторону их снижения, а также пересмотреть действующие критерии безопасности.


Владимир ТЕТЕЛЬМИН, доктор технических наук, профессор Московского государственного открытого университета.



ТАКЖЕ В НОМЕРЕ:
СЕМЕРО СМЕЛЫХ
На пост главы Ирбейского района претендуют семь человек.

ВОДОСБРОС В СЖАТЫЕ СРОКИ
Сроки строительства берегового водосброса Саяно-Шушенской ГЭС будут сокращены.

ЮДИНУ НАШЛИ ЗАМЕНУ
С нынешнего понедельника в ГП КК "Губернские аптеки" новый руководитель - Александр Ли.

УСТУПИ ДОРОГУ... ЛОСЮ
Неожиданная встреча на городской улице пенсионерки и лося закончилась для женщины травмой.

ОТПУСТИ МНЕ, БАТЮШКА, ГРЕХИ!
В исправительной колонии N 27 посёлка Индустриальный на должность соцработника официально трудоустроили священнослужителя.

"СЖАТЫЙ ВОЗДУХ" ЭКОНОМИТ МИЛЛИОНЫ
Новый стратегический проект ЗАО "Вольтаг" на ДЗНВА.

КОРОТКО
В Красноярске продолжает дорожать топливо: бензин марки Аи-92 с 8 сентября реализуют по цене 24 рубля за литр, ещё накануне он стоил 23-23,5 рубля.

ПРОТИВ РОССИИ, НО ЗА КРАСНОЯРСК
В Польше в первом матче континентального первенства по баскетболу Россия уверенно одолела сборную Латвии (68:61), но отличился в этой игре и прибалтийский красноярец Каспарс Камбала.

ВТОРАЯ ПОБЕДА НА СТАРТЕ СЕЗОНА
Красноярский "Енисей" провёл второй матч первого этапа Кубка России по хоккею с мячом. В Кемерове наша команда разгромила оренбургский "Локомотив". Соперники ничего не смогли противопоставить нашим хоккеистам. Уже к перерыву вопрос о победителе был снят. "Енисей" вёл со счётом 5:0. Во втором тайме соперники оказались настолько подавлены, что пропустили ещё 7 мячей. Итог - 12:0!

БУДЬ ЗДОРОВ, СТУДЕНТ!
В Красноярском государственном медицинском университете началась диспансеризация студентов.

ЗВЕЗДА-СОФИЯ
Самые популярные материалы "Красноярского рабочего" - по версии посетителей интернет-сайта www.krasrab.com.








Архив

Гидрометцентр России



Rambler's Top100







© 2000 Красноярский рабочий

in.Form handwork