Разработка типовых решений для проектирования систем мониторинга грунтовых плотин с асфальтобетонной диафрагмой с учетом опыта эксплуатации КНП Богучанской ГЭС
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АБД как ПФУ грунтовых плотин. Причины широкого использования АБД
в мировой практике гидротехнического строительства 10
2 Анализ требований нормативных актов РФ в сфере обеспечения
безопасности гидротехнических сооружений к организации мониторинга технического состояния грунтовых ГТС гидроэлектростанций 16
3 Анализ проектной документации, натурных данных и обобщение накопленного опыта мониторинга технического состояния КИП Богучанской ГЭС 20
3.1 Краткая характеристика КИП Богучанской ГЭС. Особенности
конструкции. Этапы строительства и ввода в эксплуатацию 20
Долгие годы возведения гидротехнических сооружений Богучанской ГЭС, в том числе и КИП, можно разбить на три этапа: 25
3.2 Особенности КИП Богучанской ГЭС, определяющие состав натурных
наблюдений и исследований 27
3.3 Цели и задачи натурных наблюдений за состоянием КИП. «Эволюция»
программы натурных наблюдений за состоянием КИП 29
3.4 Программа натурных наблюдений за состоянием КНП Богучанской ГЭС и
её основания в период строительства и эксплуатации, 1986 г 32
3.5 Программа наблюдений и схемы размещения КИА в КНП Богучанской
ГЭС, 2003 г 35
3.6 Программа мониторинга технического состояния КНП, 2008 г 40
3.7 Программа мониторинга технического состояния КНП, 2012 г 43
3.8 Корректировка программы мониторинга по результатам наблюдений в
период наполнения водохранилища и первых лет эксплуатации при проектных напорах 46
4 Разработка типовых решений для проектирования систем мониторинга
технического состояния грунтовых плотин с АБД 53
4.1 Наблюдения за вертикальными деформациями (осадками) элементов
грунтовой плотины с АБД 53
4.2 Наблюдения за горизонтальными перемещениями элементов грунтовой
плотины с АБД 58
4.3 Наблюдения за температурным режимом элементов грунтовой плотины с АБД 64
4.4 Наблюдения за деформациями АБД 67
4.5 Наблюдения за состоянием узла сопряжения КНП и БП 68
4.6 Наблюдения за фильтрационным режимом грунтовой плотины с АБД ... 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
1 АБД как ПФУ грунтовых плотин. Причины широкого использования АБД
в мировой практике гидротехнического строительства 10
2 Анализ требований нормативных актов РФ в сфере обеспечения
безопасности гидротехнических сооружений к организации мониторинга технического состояния грунтовых ГТС гидроэлектростанций 16
3 Анализ проектной документации, натурных данных и обобщение накопленного опыта мониторинга технического состояния КИП Богучанской ГЭС 20
3.1 Краткая характеристика КИП Богучанской ГЭС. Особенности
конструкции. Этапы строительства и ввода в эксплуатацию 20
Долгие годы возведения гидротехнических сооружений Богучанской ГЭС, в том числе и КИП, можно разбить на три этапа: 25
3.2 Особенности КИП Богучанской ГЭС, определяющие состав натурных
наблюдений и исследований 27
3.3 Цели и задачи натурных наблюдений за состоянием КИП. «Эволюция»
программы натурных наблюдений за состоянием КИП 29
3.4 Программа натурных наблюдений за состоянием КНП Богучанской ГЭС и
её основания в период строительства и эксплуатации, 1986 г 32
3.5 Программа наблюдений и схемы размещения КИА в КНП Богучанской
ГЭС, 2003 г 35
3.6 Программа мониторинга технического состояния КНП, 2008 г 40
3.7 Программа мониторинга технического состояния КНП, 2012 г 43
3.8 Корректировка программы мониторинга по результатам наблюдений в
период наполнения водохранилища и первых лет эксплуатации при проектных напорах 46
4 Разработка типовых решений для проектирования систем мониторинга
технического состояния грунтовых плотин с АБД 53
4.1 Наблюдения за вертикальными деформациями (осадками) элементов
грунтовой плотины с АБД 53
4.2 Наблюдения за горизонтальными перемещениями элементов грунтовой
плотины с АБД 58
4.3 Наблюдения за температурным режимом элементов грунтовой плотины с АБД 64
4.4 Наблюдения за деформациями АБД 67
4.5 Наблюдения за состоянием узла сопряжения КНП и БП 68
4.6 Наблюдения за фильтрационным режимом грунтовой плотины с АБД ... 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
В соответствии с ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117-ФЗ от 21.07.1997 года, собственник гидротехнического сооружения и эксплуатирующая организация обязаны осуществлять натурные наблюдения за техническим состоянием ГТС и на основании полученных данных осуществлять оценку его безопасности. Необходимость должного контроля за состоянием ГТС вызвана масштабом стихийных бедствий, возникающих в случае аварии на сооружении[2].
Натурные наблюдения за состоянием ГТС подразделяются на визуальные и инструментальные [3]. Визуальные наблюдения заключаются в систематических осмотрах и обследованиях сооружений и проводятся опытными специалистами эксплуатирующей организации. Визуальные наблюдения позволяют выявить начало нежелательных или даже опасных явлений и процессов, обнаружить дефекты, снижающие эксплуатационную надежность сооружения, своевременно принять меры для их ликвидации, а также определить в случае необходимости состав инструментальных наблюдений. Для выполнения инструментальных наблюдений ГТС оснащается контрольно-измерительной аппаратурой (КИА), с помощью которой определяют: горизонтальные и вертикальные деформации сооружения, температурный и фильтрационный режим плотины и основания и т.д. Причем большая часть КИА является закладной, то есть монтируется в сооружение по мере его возведения и поэтому её состав должен быть определен ещё на стадии проектирования сооружения. Для определения состава инструментальных наблюдений используют расчетные данные, а также опыт эксплуатации других плотин схожей конструкции. Последующая корректировка программы мониторинга возможна, однако чем раньше будет определен точный состав требуемой аппаратуры и измерений, тем более полным будет ретроспективный анализ состояния сооружения, а также это позволит избежать дополнительных финансовых издержек на переоснащение.
Сегодня грунтовые плотины с литой асфальтобетонной диафрагмой, представляют большой научный интерес. В силу новизны конструкции еще не разработаны многие требования и рекомендации к данным сооружениям, в особенности отсутствуют типовые решения для проектирования системы мониторинга. Вместе с тем, практикой доказано, что литая АБД является одним из лучших противофильтрационных устройств для грунтовых плотин. Таким образом, существует необходимость обобщения опыта эксплуатации плотин Богучанской, Ирганайской и Гоцатлинской ГЭС для накопления и обобщения информации по безопасной эксплуатации грунтовых плотин с литой АБД.
КНП Богучанской ГЭС уникальна во многих отношениях, прежде всего это обусловлено тем, что в качестве противофильтрационного устройства выбрана литая асфальтобетонная диафрагма с рекордной длиной 1861 м, возводимая и эксплуатируемая в суровых природно-климатических условиях Восточной Сибири. Строительство КНП Богучанской ГЭС продолжалось долгие 35 лет, за это время неоднократно менялись строительные компании, 7
надзорные органы, руководство станции, в связи с чем, неоднократно вносились изменения и в проект её строительства. Сегодня грунтовая плотина Богучанской ГЭС находится под проектным напором уже на протяжении трех лет. По результатам многочисленных наблюдений и обследований КНП находится в проектном состоянии, что говорит о высокой надежности данного сооружения.
На сегодняшний день действует уже шестая редакция программы наблюдений за состоянием каменно-набросной плотины Богучанской ГЭС. За долгие годы строительства плотины было разработано множество проектных решений по оснащению её контрольно-измерительной аппаратурой, часть из них оказались очень удачными, а часть неработоспособными. В нашей работе мы обобщим опыт натурных наблюдений за состоянием КНП Богучанской ГЭС и предложим типовые решения для проектирования системы мониторинга плотин схожей конструкции.
Цель работы - разработка типовых технических решений для проектирования системы мониторинга грунтовых плотин с асфальтобетонной диафрагмой на примере КНП Богучанской ГЭС.
Для достижения поставленной цели нами были решены следующие задачи:
1. Изучены нормативные акты в части обеспечения безопасности ГТС и организации мониторинга технического состояния грунтовых плотин гидроэлектростанций.
2. Изучена база проектной и исполнительной документации по строительству каменно-набросной плотины Богучанской ГЭС, оснащению её контрольно-измерительной аппаратурой, а также проведению натурных наблюдений технического состояния плотины.
3. Изучен опыт эксплуатации других плотин схожей конструкции, организации проведения натурных наблюдений за их состоянием, оснащения их КИА.
4. Проведён анализ технического состояния КНП Богучанской ГЭС после трех лет эксплуатации под проектным напором.
5. Проведен анализ КИА, установленной в КНП в период строительства и последующей эксплуатации сооружения, выявлен состав работоспособной и эффективной аппаратуры, а также причины выхода из строя аппаратуры, наблюдения по которой уже не проводятся.
6. С учетом опыта эксплуатации КНП Богучанской ГЭС определены и изложены требуемые контролируемые показатели технического состояния грунтовых плотин с АБД.
Богучанской ГЭС в период её строительства и эксплуатации. Выводы диссертации базируются на результатах анализа и обработки данных натурных наблюдений, а также применения теоретической методологии «системный подход».
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Определены контролируемые показатели технического состояния грунтовых плотин с литой асфальтобетонной диафрагмой.
2. Определен состав необходимых инструментальных и визуальных наблюдений за техническим состоянием грунтовых плотин с литой АБД.
3. Определен состав, количество и место установки контрольно-измерительной аппаратуры для выполнения инструментальных наблюдений.
4. Выявлены причины, по которым часть аппаратуры вышла из строя и предложены технические решения, направленные на устранение выявленных замечаний.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке типовых решений для проектирования систем мониторинга грунтовых плотин с АБД. Данные решения могут быть использованы при строительстве новых грунтовых плотин или при модернизации системы технического контроля уже эксплуатируемых сооружений.
Апробация работы. Полученные научные результаты изложены в двух публикациях, представленных:
1. На V Всероссийской научно-практической конференции
«Гидроэлектростанции в XXI веке».
2. На XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Молодая мысль - развитию энергетики».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она включает 84 страниц теста, 16 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 50 источников.
Натурные наблюдения за состоянием ГТС подразделяются на визуальные и инструментальные [3]. Визуальные наблюдения заключаются в систематических осмотрах и обследованиях сооружений и проводятся опытными специалистами эксплуатирующей организации. Визуальные наблюдения позволяют выявить начало нежелательных или даже опасных явлений и процессов, обнаружить дефекты, снижающие эксплуатационную надежность сооружения, своевременно принять меры для их ликвидации, а также определить в случае необходимости состав инструментальных наблюдений. Для выполнения инструментальных наблюдений ГТС оснащается контрольно-измерительной аппаратурой (КИА), с помощью которой определяют: горизонтальные и вертикальные деформации сооружения, температурный и фильтрационный режим плотины и основания и т.д. Причем большая часть КИА является закладной, то есть монтируется в сооружение по мере его возведения и поэтому её состав должен быть определен ещё на стадии проектирования сооружения. Для определения состава инструментальных наблюдений используют расчетные данные, а также опыт эксплуатации других плотин схожей конструкции. Последующая корректировка программы мониторинга возможна, однако чем раньше будет определен точный состав требуемой аппаратуры и измерений, тем более полным будет ретроспективный анализ состояния сооружения, а также это позволит избежать дополнительных финансовых издержек на переоснащение.
Сегодня грунтовые плотины с литой асфальтобетонной диафрагмой, представляют большой научный интерес. В силу новизны конструкции еще не разработаны многие требования и рекомендации к данным сооружениям, в особенности отсутствуют типовые решения для проектирования системы мониторинга. Вместе с тем, практикой доказано, что литая АБД является одним из лучших противофильтрационных устройств для грунтовых плотин. Таким образом, существует необходимость обобщения опыта эксплуатации плотин Богучанской, Ирганайской и Гоцатлинской ГЭС для накопления и обобщения информации по безопасной эксплуатации грунтовых плотин с литой АБД.
КНП Богучанской ГЭС уникальна во многих отношениях, прежде всего это обусловлено тем, что в качестве противофильтрационного устройства выбрана литая асфальтобетонная диафрагма с рекордной длиной 1861 м, возводимая и эксплуатируемая в суровых природно-климатических условиях Восточной Сибири. Строительство КНП Богучанской ГЭС продолжалось долгие 35 лет, за это время неоднократно менялись строительные компании, 7
надзорные органы, руководство станции, в связи с чем, неоднократно вносились изменения и в проект её строительства. Сегодня грунтовая плотина Богучанской ГЭС находится под проектным напором уже на протяжении трех лет. По результатам многочисленных наблюдений и обследований КНП находится в проектном состоянии, что говорит о высокой надежности данного сооружения.
На сегодняшний день действует уже шестая редакция программы наблюдений за состоянием каменно-набросной плотины Богучанской ГЭС. За долгие годы строительства плотины было разработано множество проектных решений по оснащению её контрольно-измерительной аппаратурой, часть из них оказались очень удачными, а часть неработоспособными. В нашей работе мы обобщим опыт натурных наблюдений за состоянием КНП Богучанской ГЭС и предложим типовые решения для проектирования системы мониторинга плотин схожей конструкции.
Цель работы - разработка типовых технических решений для проектирования системы мониторинга грунтовых плотин с асфальтобетонной диафрагмой на примере КНП Богучанской ГЭС.
Для достижения поставленной цели нами были решены следующие задачи:
1. Изучены нормативные акты в части обеспечения безопасности ГТС и организации мониторинга технического состояния грунтовых плотин гидроэлектростанций.
2. Изучена база проектной и исполнительной документации по строительству каменно-набросной плотины Богучанской ГЭС, оснащению её контрольно-измерительной аппаратурой, а также проведению натурных наблюдений технического состояния плотины.
3. Изучен опыт эксплуатации других плотин схожей конструкции, организации проведения натурных наблюдений за их состоянием, оснащения их КИА.
4. Проведён анализ технического состояния КНП Богучанской ГЭС после трех лет эксплуатации под проектным напором.
5. Проведен анализ КИА, установленной в КНП в период строительства и последующей эксплуатации сооружения, выявлен состав работоспособной и эффективной аппаратуры, а также причины выхода из строя аппаратуры, наблюдения по которой уже не проводятся.
6. С учетом опыта эксплуатации КНП Богучанской ГЭС определены и изложены требуемые контролируемые показатели технического состояния грунтовых плотин с АБД.
Богучанской ГЭС в период её строительства и эксплуатации. Выводы диссертации базируются на результатах анализа и обработки данных натурных наблюдений, а также применения теоретической методологии «системный подход».
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Определены контролируемые показатели технического состояния грунтовых плотин с литой асфальтобетонной диафрагмой.
2. Определен состав необходимых инструментальных и визуальных наблюдений за техническим состоянием грунтовых плотин с литой АБД.
3. Определен состав, количество и место установки контрольно-измерительной аппаратуры для выполнения инструментальных наблюдений.
4. Выявлены причины, по которым часть аппаратуры вышла из строя и предложены технические решения, направленные на устранение выявленных замечаний.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке типовых решений для проектирования систем мониторинга грунтовых плотин с АБД. Данные решения могут быть использованы при строительстве новых грунтовых плотин или при модернизации системы технического контроля уже эксплуатируемых сооружений.
Апробация работы. Полученные научные результаты изложены в двух публикациях, представленных:
1. На V Всероссийской научно-практической конференции
«Гидроэлектростанции в XXI веке».
2. На XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Молодая мысль - развитию энергетики».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она включает 84 страниц теста, 16 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 50 источников.
В процессе работе нами был изучен:
• опыт строительства и эксплуатации КНП Богучанской ГЭС с литой асфальтобетонной диафрагмой;
• опыт организации натурных наблюдений технического состояния КНП Богучанской ГЭС
• состав КИА и схемы её размещения на КНП Богучанской ГЭС.
На основании полученных данных, а также с учетом требований действующих нормативных документов РФ нами были разработаны технические решения для проектирования системы мониторинга грунтовых плотин с АБД, представленные в таблице7.
Представленные рекомендации могут быть использованы на объектах отечественного и мирового гидростроения, в том числе при возведении новых сооружений или при модернизации системы мониторинга уже эксплуатируемых плотин.
• опыт строительства и эксплуатации КНП Богучанской ГЭС с литой асфальтобетонной диафрагмой;
• опыт организации натурных наблюдений технического состояния КНП Богучанской ГЭС
• состав КИА и схемы её размещения на КНП Богучанской ГЭС.
На основании полученных данных, а также с учетом требований действующих нормативных документов РФ нами были разработаны технические решения для проектирования системы мониторинга грунтовых плотин с АБД, представленные в таблице7.
Представленные рекомендации могут быть использованы на объектах отечественного и мирового гидростроения, в том числе при возведении новых сооружений или при модернизации системы мониторинга уже эксплуатируемых плотин.