Тетельмин В.В. Плотина Саяно-Шушенской ГЭС:
Состояние, процессы, прогноз. Изд. стереотип.

Оглавление

От автора

Вся моя жизнь прошла в Сибири, на Енисее. Более 20 лет работал в Красноярском филиале ВНИИ Гидротехники им.Б.Е.Веденеева. В течение ряда лет участвовал в исследовании фильтрационного режима на строящемся СШ гидроузле. В 1989 году защитил докторскую диссертацию по специальности "Гидротехнические сооружения". Будучи депутатом Государственной Думы РФ первого и второго созывов, участвовал в подготовке и принятии федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений", обязывающего органы государственной власти, а также собственников и эксплуатационников ГТС обеспечивать их безопасность.

Актуальность проблемы безопасности плотины СШГЭС год от года обостряется. Перемещения плотины не затухают, разуплотнение основания продолжается, контактный шов раскрывается, арочные напряжения в бетоне растут, трещинообразование в бетоне напорной грани не остановлено, напряжения в турбинных водоводах и спиральных камерах увеличиваются. При этом специалистами до сих пор не названы причины подобного неравновесного состояния плотины.

В последние годы я отошел от проблем гидротехники, но всегда держал в поле зрения состояние плотины СШГЭС, которое тревожило меня. И когда в августе 2009 года случилась авария с человеческими жертвами, я попытался найти технические причины этой трагедии.

Я поставил перед собой задачу отыскать и понять причины происходящего, проверить свои гипотезы необходимыми расчетами, дать необходимые рекомендации по безопасной эксплуатации уникального гидроэнергокомплекса. К сожалению, в моем распоряжении было недостаточно "живой" информации о работе сооружения. За содержащиеся в книге выводы я могу поручиться постольку, поскольку они согласуются с теми ограниченными натурными данными, которые оказались в моем распоряжении.

В книге подробно рассмотрены 5 (пять) не учтенных в проекте гидроузла физических процессов, которые определяют загадочное, на первый взгляд, поведение плотины СШГЭС и которые до сих пор не принимаются во внимание в расчетах плотины на устойчивость. Надеюсь, что 17 августа 2009 года станет началом новой истории в развитии безопасной гидроэнергетики России.

В процессе моей 20-летней исследовательской деятельности в сфере гидротехники у меня был и есть добрый и умный наставник – Виталий Анатольевич Уляшинский, которому выражаю искреннюю признательность.

Введение

17 августа 2009 г. на крупнейшей российской Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС) произошла авария. Сильная вибрация второго гидроагрегата разрушила крепление крышки рабочего колеса турбины, что привело к срыву крышки и разгерметизации водопроводящего тракта гидроагрегата. В акте технического расследования Ростехнадзора говорится: "авария произошла изНза совокупности различных причин".

Автор исходил из того положения, что только глубокий и объективный анализ неравновесного состояния плотины СШГЭС и выявление причин необратимых процессов позволит исключить повторение аварии. Именно эта целевая установка заставила автора сесть за обобщение имеющейся в его распоряжении довольно ограниченной информации, выполнить соответствующие расчеты и выпустить в свет эту книгу.

Строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений сопровождается комплексом техногенных воздействий и процессов, происходящих и возникающих в массивах оснований и берегов. Построив высокую плотину и создав крупное водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС, человек тем самым вызвал в окружающей среде множество процессов техногенного происхождения. Складывавшееся веками равновесное состояние земной коры и массивов горных пород в сравнительно короткий промежуток времени было нарушено и в настоящее время претерпевает серьезные изменения. Значительная часть техногенных процессов и воздействий на основание плотины и берега определяется прогибом земной коры от веса водохранилища и направленным тепломассообменом.

Спектр техногенных воздействий на массив горных пород достаточно широк: разборка скального массива, проведение буровзрывных работ; нагнетание закрепляющих растворов в трещины при выполнении цементационных работ; силовое воздействия сооружений и водохранилища; переформирование гидрогеологического и температурного режимов в подстилающем массиве горных пород. Учет фильтрационного потока следует производить не только для обоснования конструкции элементов подземного контура плотины, но и для определения напряжений на контакте "скала-бетон", воронки оседания, а также для расчета напряженно-деформированного состояния всей активной области основания.

Для собственников гидротехнических сооружений должно быть актуальным решение проблем аварийности и снижения эколого-экономических рисков. Неожиданное возникновение аварийных ситуаций на гидроузлах зачастую связано с недооценкой пространственно-временых изменений состояния горных пород оснований и берегов. Серьёзные компании не хотят ставить на карту собственный престиж, поэтому начинают обращать внимание на геодинамические процессы.

Специалисты-гидротехники занимаются разработкой методов прогноза различных техноприродных процессов в основаниях гидротехнических сооружений. Одним из таких наименее изученных процессов, возникающих при эксплуатации высоких бетонных плотин, является процесс разуплотнения пород основания и раскрытие контактного шва. При наполнении водохранилища бетонные плотины наклоняются в сторону нижнего бьефа, в результате чего раскрываются пологие и горизонтальные трещины в скальной породе. Однако наклон плотины СШГЭС не является единственной причиной раскрытия контактного шва. Раскрытие шва – это результат многих нестационарных процессов, которые происходят в основании и берегах створа на протяжении всех лет эксплуатации плотины.

Происходящие в основании плотины СШГЭС процессы тепломассопереноса оказывают существенное воздействие на геотермию большой области основания, а также на напряженно-деформированное состояние плотины и состояние контактного шва "скала-бетон". В поведении плотины до сих пор существуют неясности и загадочность. При этом отсутствует серьезный обобщающий анализ натурных данных и инженерное заключение, отвечающее на вопросы: что же происходит с плотиной и какие воздействия определяют её поведение?

В предлагаемой книге приводится системное описание необратимых и опасных для устойчивости плотины СШГЭС процессов, дается физическое толкование необъяснимому на первый взгляд поведению плотины. Впервые названы и рассмотрены пять неучтенных при проектировании природно-техногенных процессов, которые постепенно подвигают плотину в сторону машинного здания ГЭС.

Предложены принципиально новые подходы к объяснению необратимых деформационных процессов, происходящих в створе плотины. В частности, рассмотрены:

• прогиб земной коры и сближение берегов, которые увеличивают сжимающие арочные напряжения в теле плотины;
• объемные фильтрационные силы, которые обеспечивают неравномерную осадку основания и "уход" основания из-под плотины; действие этих сил простирается на глубину до трех тысяч метров;
• неравномерное охлаждение массива горных пород основания фильтрационным потоком.

Дальнейшая эксплуатация СШГЭС невозможна без четкого представления об особенностях взаимодействия водохранилища и земной коры, взаимодействия фильтрационного потока и горных пород основания и берегов, а также тех последствиях, к которым эти взаимодействия в итоге могут привести. Настоящая книга посвящена рассмотрению перечисленных вопросов.

В основу книги легли материалы, опубликованные в открытой печати, собственные исследования и публикации автора, а также материалы докладов, которые автор сделал на заседании научно-технического совета ОАО "РугГидро" 24 ноября 2009 г. и на заседании ученого совета ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева 26 марта 2010 г.

Об авторе

Тетельмин Владимир Владимирович

Доктор технических наук, профессор Российского университета дружбы народов. Член Центрального совета Всероссийского общества охраны природы. Заместитель председателя Комитета по экологии Государственной Думы I и II созывов. Автор 185 научных трудов, в том числе 30 учебников и монографий.