Раздел 9. Эксплуатация гидроузлов в строительный период, передача их в эксплуатацию и организация натурных исследований

9.1 Эксплуатация гидроузлов в строительный период

Натурные наблюдения как составная часть эксплуатацион­ных работ на гидроузлах начинаются с началом строительства гидроузла. Их результаты позволяют уточнить проектные ре­шения в части производства работ. Во время эксплуатации соо­ружений эти данные могут послужить отправными положениями для анализа результатов наблюдений.

Установку КИА осуществляет, как правило, строительная организация. Ее отладку и наблюдения в период строительства гидроузла проводит специальная группа во главе со специали­стом по натурным наблюдениям и исследованиям, которая обес­печивается проектной документацией, оборудованием и помеще­нием. По окончании строительства при сдаче объекта в эксплуа­тацию эта группа, как правило, переходит в штат службы эксплуатации. Ответственным лицом за нормальное функциониро­вание КИА является руководитель группы натурных наблюде­ний. Производство строительных работ не должно продолжаться, если оно исключает возможность установки и отладки КИА. Авторский надзор за установкой КИА, за работами по наблю­дениям, обработке и анализу результатов выполняет проектная организация.

В состав группы, проводящей натурные исследования, обычно входят: руководитель группы (специалист по натурным наблю­дениям), заместитель, прибористы, слесари, слесари-электрики, операторы, наблюдатели, техники-чертежники. Во время выполнения большого объема работ по установке КИА или многочис­ленных наблюдений состав группы может быть увеличен с по- следующим уменьшением по мере завершения этих работ или стабилизации наблюдений. Запрещается использовать постоянный состав группы, проводящей натурные исследования на дру­гих работах, не имеющих отношения к наблюдениям за состоя­нием гидроузла. Временно в группу натурных исследований могут быть направлены специалисты по выполнению строительно­монтажных работ (геодезисты, арматурщики, сварщики, плотни­ки, бурильщики и др.). Руководитель группы натурных наблю­дений подчиняется начальнику технического отдела или главно­му инженеру.

В период строительства гидротехнических сооружений важна принять все меры к тому, чтобы КИА и ее элементы не были повреждены в результате проведения поблизости строительных работ при большом скоплении техники и рабочих; все отверстия и полости, связанные с устройством КИА или ее обслуживанием, были временно законопачены или закрыты щитами и освобож­дены от строительного мусора. Кроме того, требуется следить за выполнением технологии монтажа КИА, ее гидроизоляции и ра­ботоспособностью после установки.

При эксплуатации бетонных и железобетонных сооружений в строительный период контролируют следующее ^![20]: деформации основания плотины, состояние швов на контакте скала—бетон* температурный режим блоков бетонирования, температурно-на­пряженное состояние блоков или бетонных массивов, трещинообразование в бетонных массивах, раскрытие временных строи­тельных швов, подлежащих цементированию, горизонтальные перемещения бетонных секций, фильтрационное противодавле­ние в основании плотины, работоспособность системы сейсмоиз- мерительной аппаратуры, позволяющей проводить инженерно­сейсмические наблюдения на крупных высоконапорных гидроуз­лах в районах с высокой сейсмической активностью. При этом: учитывают, что в ряде случаев сейсмичность района повышается в результате заполнения большого объема чаши водохранилища и обводнения грунтовых массивов. К периоду заполнения водо­хранилища до НПУ КИА должна функционировать в полном объеме в соответствии с инструкциями.

При возведении плотин и других сооружений из грунтовых материалов, а также в условиях частичного заполнения водохра­нилищ наблюдают за осадками, перемещениями элементов соо­ружений, фильтрационным режимом и поровым давлением в те­ле и основании Плотин, напряженно-деформированным состоя­нием сооружений.

При возведении подземных сооружений, например туннелей, обращают особое внимание на суффозионные и плывунные про­цессы, а в ряде случаев — и на возможность прорыва подземных вод в зонах: крупных разрывных тектонических нарушений, рых­лых песчано-глинистых или крупнообломочных пород, карстовых полостей. Известны случаи, когда при строительстве туннелей обходили участки с тектоническими нарушениями, где ожидался значительный приток подземных вод. При этом возросли объемы работ, хотя в экономическом отношении такое изменение проек­тов было целесообразным. В отечественной практике это имело место, например, при проходке туннелей Храми ГЭС-2, Арпа- Севан (бассейн р. Кура) и др.

В условиях эксплуатации водопропускных сооружений в стро­ительный период часто возникают вопросы пропуска деловой древесины, льда, рыбы, а в некоторых случаях, некондицион­ного леса и других плавающих тел. Это объясняется тем, что специальные сооружения для этих целей не всегда оказываются работоспособными в период строительства или их отсутствием по экономическим соображениям. Иногда для обеспечения миг­рации рыб их отлавливают в удобном месте, например вблизи устья реки, и транспортируют в цистернах в верховья рек к местам нерестилищ [34]. На плотине Дворшак (США) высоотой

5. м для пропуска рыб в верхний бьеф во время строитель­ства устроили специальную ловушку и небольшой рыбоход, по которому рыбы проходили только при относительно небольших расходах (85 м³/с). Ловушку использовали для отлова рыб и последующей перевозки на автотранспорте в верхний бьеф и на места нерестилищ.

При незначительных перепадах уровней воды в зоне располо­жения ограждающих перемычек и сравнительно небольших ско­ростях (до 2,5...3 м) сильные рыбы типа форели, осетровых или лососевых проходят в верхний бьеф сами.

В тех случаях, когда лесозаготовки в зоне верхнего бьефа имеют значительные объемы, для пропуска леса устраивают специальные сооружения (лотки). Иногда для этих целей ис­пользуют туннели, как, например, на гидроузле Хельес (Шве­ция). Туннель площадью поперечного сечения 130 м² и шириной 13 м имеет поворот с радиусом закругления 130 м. Лес пропус­кали при безнапорном режиме течения в туннеле. На плотине Дворшак также молевой сплав леса без заторов осуществляли в течение 5 лет через туннель при безнапорном режиме, расходе 1245 м³/с и расстоянии от свободной поверхности до потолка 1,5…2 м. На плотине Маникуаган-3 (Канада) через туннель диа­метром 16,8 м, устроенный без обделки, при расходах, достига­ющих 1460 м³/с, пропускали лес и лед при безнапорном режиме. В верхнем бьефе для направления леса к входному отверстию устроили запонь. В течение года через туннель было пропущено 0,9 млн м³ леса.

В отечественной практике также имеется очень много приме­ров пропуска рыбы, льда, леса, поднявшегося со дна торфа во время эксплуатации гидроузла в строительный период.

При пропуске льда через суженное перемычками русло в строительный период важно не допускать образования заторов. Практика строительства крупных гидроузлов показала, что они образуются редко [21], так как ширина суженного русла, как правило, бывает достаточной (более 80 м) для пропуска льда. Однако перемычки, ограждающие основные сооружения, дол­жны быть проверены на возможный затор и навал льда. При этом на напорных гранях верховой и продольной перемычек размещают льдоотбойные устройства. Сложно пропускать лед через гребенку бетонной плотины, траншейные и другие водо­сбросы, а также через временные отверстия в бетонных соору­жениях. Ширину отверстий, служащих для этих целей, принима­ют не менее 12 м. Однако имеются случаи пропуска льда через отверстия шириной 6 м (Красноярская ГЭС). В этом случае в верхнем бьефе поднимают уровень воды, держат его несколько дней, чтобы лед в результате таяния потерял прочность. Затем сбрасывают его в нижний бьеф.

Если на дне будущей чаши водохранилища залегают слои торфяников, то при наполнении водохранилища они могут всплывать, как это имело место на Рыбинском водохранилище. Площадь всплывших торфяных полей достигала 3 км² при тол­щине 2...2,5 м {21]. Пространство между торфяными островами было заполнено кусками льда. Во избежание подхода к бетон­ным сооружениям торфяные острова взорвали, куски растащили лебедками и сбросили через отверстия грязеспуска. При запол­нении Новосибирского водохранилища всплывший торф пропус­тили через пролеты водосливной плотины, для чего потребова­лись значительные холостые сбросы воды. Это отрицательно сказалось на выработке электроэнергии.

При заполнении Камского, Сурского, Саяно-Шушенского и других водохранилищ перед бетонными сооружениями скопи­лось большое количество древесины и древесных отходов. На Камском водохранилище одну часть древесины пропустили в нижний бьеф, а другую часть вылавливали с помощью плав­средств. На Сурском водохранилище в первый год эксплуатации при заполнении водохранилища в период паводка большое коли­чество древесины было сброшено через водосбросную плотину с отверстиями шириной до 14 м в нижний бьеф. Позже (в 1984 г.) было выявлено разрушение плит верхового откоса крепления ковша. Предположили, что одной из причин разру­шения крепления явился сброс большого количества древесины в нижний бьеф. ,

В процессе строительства гидротехнических сооружений, находящихся под прикрытием ограждающих перемычек, за со­оружениями ведут тщательный надзор. Наблюдения усиливают во время прохождения паводков, в период ледохода и особенно при образовании заторов или зажоров. Для устранения возмож­ных повреждений или разрушений перемычек необходимо побли­зости иметь строительные и механизированные ресурсы (камень, щебень, цемент, металлопрокат, брезент, пиломатериал, мешки, проволоку, транспортные средства, плавсредства и т. д.).

Исключительное внимание должно уделяться фильтрации воды через дно котлована и перемычки. Для наблюдения за ней иногда устанавливают контрольные скважины, которые позво­ляют проследить за положением депрессионной кривой. После отсыпки и закрепления перемычек откачивают воду из котлова­на. При этом, с одной стороны, желательно побыстрее откачать воду и приступить к работам по возведению основных сооруже­ний, а с другой — быстрое снижение уровней воды в котловане может привести к обрушению откосов перемычек со стороны котлована, сосредоточенному прорыву воды и к его затоплению. Поэтому следует иметь в виду, что появление мутной профиль­тровавшейся воды есть следствие суффозии грунта. В этом слу­чае необходимо' устранить очаги повышенной фильтрации путем отсыпки дополнительного грунта с наружной стороны. Опыт наблюдений за гидротехническими сооружениями в период строительства показал, что интенсивность понижения уровня воды в первые дни откачки ее из котлована, огражденного пере­мычками, не должна превышать 0,5...0,7 м/сут при крупнозер­нистых и скальных грунтах, 0,3...0,4 м/сут при среднезернистых и 0,15...0,20 м/сут при мелкозернистых грунтах. На крупных гидроузлах продолжительность откачки воды из котлованов со­ставляет от нескольких недель до нескольких месяцев. Иногда этот срок диктуется не интенсивностью снижения уровней, а мощностью водоотливных устройств. Во время строительства сооружений существуют также другие проблемы, возникающие при обычных условиях эксплуатации, они рассмотрены в других разделах.