Диагностирование технического состояния сооружений Саяно-Шушенской ГЭС с применением геодезических методов и средств измерений

УДК 528

Г.В. Мухачев, Б.Н. Жуков СГГ А, Новосибирск

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СООРУЖЕНИЙ САЯНОШУШЕНСКОЙ ГЭС С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

G.V. Mukhachev, B.N. Zhukov SSGA, Novosibirsk

DIAGNOSTICS OF TECHNICAL STATE OF SAYANO-SHUSHENSKAYA HYDROELECTRIC POWER STATION STRUCTURES USING GEODETIC METHODS AND INSTRUMENTS

Technical diagnosis of the structures, buildings and equipment consists of determining their technical state, i.e. finding defects, measurements and technical control of the diagnostic character.

Special attention should be paid to the diagnosis of dangerous objects such as Sayano-Shushenskaya hydroelectric power station.

The paper describes the complex of the station (in operation) in-situ observations by geodetic methods. The data on the values and the character of the station deformations are given, which served as the basis for the conclusion on their technical state.

Техническое диагностирование конструкций зданий, сооружений и оборудования является процессом определения их технического состояния и включает в себя поиск дефектов, измерения и технический контроль диагностических признаков.

Вместе с диагностическими признаками, характеризующими физический, химический и моральный износ конструкций, большое место занимают признаки, характеризующие деформации конструкций, а также их пространственное и взаимное положение (геометрические параметры). Особое значение имеет диагностирование опасных объектов, к которым относится Саяно-Шушинская ГЭС.

В состав основных гидротехнических сооружений входят (рис. 1):

- Бетонная арочно-гравитационная плотина;

- Водобойный колодец;

- Здание гидроэлектростанции приплотинного типа с монтажной площадкой и трансформаторной мастерской;

- Служебно-технологические корпуса (СТК-А, СТК-Б).

Комплекс натурных наблюдений геодезическими методами в эксплуатационный период включает:

- Наблюдения относительно внешней опорной сети (абсолютные перемещения) перемещений плотины и вмещающих горных массивов;

- Наблюдения за изменением длин хорд на уровне гребня плотины и низлежащих горизонтов;

- Наблюдения арочных деформаций различными методами линейных измерений;

- Наблюдения за перемещениями низовой грани плотины относительно внешней опорной сети;

- Наблюдения за горизонтальными перемещениями плотины и основания по внутренней сети;

- Наблюдения за вертикальными перемещениями плотины и прилегающей территории;

- Наблюдения за наклонами секций и столбов плотины по показаниям гидростатических нивелиров и др.

Рис. 1. Схема гидротехнических сооружений Саяно-Шушенской ГЭС

Геодезическая КИА состоит из опорных и рабочих планово-высотных сетей. Опорная высотная сеть состоит из кустов фундаментальных реперов, плановая сеть представлена гидротехнической спецтриангуляцией 1964-1972 гг. Обе сети ("внешние опорные сети") находятся вне зоны активных деформаций основания плотины, что подтверждается результатами измерений. На гребне плотины и на прилегающей территории развиты "рабочие" планово-высотные сети, представленные в виде поверхностных марок, скальных и грунтовых реперов и плановых знаков преимущественно трубчатого типа.

В плотине, для определения перемещений отдельных секций, столбов или горизонтов также развиты планово-высотные ("внутренние") измерительные сети (рис. 2).

Плановая сеть состоит из системы "прямых" и "обратных" отвесов. Оголовки прямых отвесов расположены на гребне плотины (что позволяет осуществлять связь с "внешней" сетью), а якоря обратных отвесов заглублены в основании плотины. Высотная сеть состоит из системы продольных и

поперечных гидростатических нивелиров (далее по тексту гидронивелиров) и поверхностных марок, расположенных на различных горизонтах плотины. Передача отметок на гребень плотины и продольные гидронивелиры осуществляется посредством элеваторов высот.

Рис. 2. Схема размещения геодезической КИА

Основными методами наблюдений за вертикальными перемещениями приняты методы высокоточного геометрического и гидростатического нивелирования.

Нивелирование выполняется прецизионным компенсаторным нивелиром NAK-2 по методике гидротехнического нивелирования 1 разряда.

Связь гидронивелиров и передача отметок на гребень плотины осуществляется посредством элеваторов высот, методом линейных светодальномерных измерений.

Наблюдения за горизонтальными перемещениями гребня плотины производятся методом трилатерации относительно исходной внешней сети, при помощи лазерной дальномерной насадки DI - 2002 и электронного тахеометра ТС 2003.

Внутренняя плановая сеть состоит из системы прямых и обратных отвесов, и используется для определения наклонов, смещений плотины и основания.

Оголовки семи прямых отвесов расположены на гребне плотины в одноименных секциях с определяемыми пунктами плановой сети. Два отвеса, расположенные в береговых секциях 10, 55, заканчиваются на горизонте плотины 413 м, остальные, расположенные в секциях 18, 25, 33, 39, 45 - на отметке 344 м. На восьми горизонтах между отметками 344 м и гребнем

плотины (отметка 542 м) производятся измерения положения струны отвеса оптическим координатомером системы Ленгидропроекта. Для определения послойных смещений основания применяется система кустов обратных отвесов называемая сдвигомером горизонтальных смещений (СГС).

Измерения деформаций береговых штолен производятся по 3-х метровому углепластиковому жезлу, цена деления отсчетного устройства по индикатору часового типа 0.01 мм.

Измерения раскрытий межсекционных, межстолбчатых швов плотины, швов на раздельном устое, здании ГЭС и температурного шва между зданием ГЭС и анкерными опорами осуществляются по трехосным щелемерам. Измерения выполняются микрометрами с ценой деления 0.01 мм.

Измерения вертикальных перемещений конструкции здания ГЭС проводятся при помощи:

- Системы гидростатических нивелиров (ГН), продольного и трех поперечных, установленных в галереях на отметке 306 м, и

- Поверхностных марок, установленных на отметке 327 м.

Контроль и исследования деформаций сооружений ГЭС за весь период ее строительства и эксплуатации очень обширны. Поэтому авторы ограничился видами основных работ и материалами исследований последних лет. На основании этих контрольных измерений и исследований можно сделать следующие выводы.

1. Основание здания ГЭС перемещается в соответствии с общими перемещениями плотины и скального основания, определяемыми, в первую очередь, изменениями гидростатической нагрузки на плотину в годовом цикле. Осадки здания ГЭС на отметке 306м при этом имеют некоторую неравномерность, до 1 мм в агрегатных блоках 4 и 5 относительно первой марки продольного ГН. Соответственно с этим, здание совершает наклон в сторону верхнего бьефа (в соответствии с образующейся воронкой оседания), размах наклонов достигает 4 секунд (в агрегатном блоке 5). Но, в других блоках (в блоках 2 и 10) изменения практически отсутствуют (находятся в пределах погрешности измерений). В целом осадки здания ГЭС стабильны, конструкция работает квазиупруго.

2. Перемещения здания ГЭС на отметке 327м не связаны с осадками самих агрегатных блоков, здесь существенны изменения размеров блоков, то есть их температурное расширение, неравномерное по причине несимметричности конструкции, и происходящее синхронно с изменениями температуры воды в спиральной камере.

3. Состояние межблочных швов в целом стабильное. Имеется постоянный рост смещений по межблочному шву между агрегатами 7 и 8. Это следует по данным щелемеров на отметке 306м, 315м, по данным продольного ГН. При этом величина взаимного радиального смещения соседних блоков 7 и 8 достигла 3 мм за последние 16 лет.

4. Радиальные перемещения плотины после наполнения водохранилища 2007 года, полученные по результатам измерений как во внутренней системе

измерений (относительно якорей обратных отвесов), так и во внешней сети, не превысили значения предыдущих лет. Критериальные значения Декларации безопасности плотины СШГЭС не превышены.

5. Максимальные значения углов поворота 2007 года во всех измерительных точках меньше значения прошлых лет.

6. Остаточных смещений плотины в сторону нижнего бьефа не зафиксировано.

7. По данным продольных и поперечных гидронивелиров секция максимальных перемещений плотины смещена от центра арки и находится примерно в 29 секции. Максимальные вертикальные перемещения 2007 г. не превышают прошлогодние значения. Роста несимметричености работы плотины в цикле наполнения - сработки 2007-2008 гг. не обнаружено.

8. При сработке водохранилища в 2008 году подтвердилось влияние ремонтных работ по восстановлению цементационной завесы, отмеченное в 2007 году.

9. Величины приращений общих длин штолен в 2007 г. характеризуются наличием больших деформаций в левобережных штольнях относительно правобережных, как и в предыдущие годы. Величины максимальных деформаций при наполнении 2007 г. меньше значений 2006 г. и равны или больше значений 2005 г. на величину 0.4 мм. Величины минимальных деформаций при уровнях верхнего бьефа, близких к УМО, в 2008 году равно или меньше значений двух предыдущих лет. Остаточных деформаций не отмечено.

10. Сезонные изменения длин хорд не превышают величин 2006 г. Необратимых изменений не отмечено.

11. Внутренняя высотная сеть изменений не претерпела, и зависимость высотного положения исходных пунктов от УВБ остается прежней.

12. В условиях интенсивного строительства берегового водосброса, уничтожены ряд реперов и нивелирная тропа правого берега. Производство высокоточного гидротехнического нивелирования I разряда в 2007 году не производилось.

13. Внешняя плановая (каркасная) сеть остается устойчивой и обеспечивает определение смещения гребня плотины с точностью около 1 мм.

Необходимо отметить, что оперативность выпуска информационных и отчетных материалов стала возможной благодаря тому, что по инициативе эксплуатационной организации создана самостоятельная подсистема автоматизированного контроля САК ГТС, которая включает в себя четыре подсистемы контроля: геодезического (САК ГС); напряженно-

деформированного состояния (САК НДС); фильтрационного (САК ФС); сейсмических событий (САК СС). Подобных автоматизированных систем контроля ГТС у нас в стране пока нет. Более того, приказом РАО “ЕЭС России” образована специальная комиссия экспертов по оценке состояния сооружений С-Ш ГЭС, что дает все основания для оценки реальной безопасности электростанции.

Достоверная оценка технического состояния сооружений по геометрическим параметрам могла быть получена благодаря грамотной и слаженной работы геодезического отдела службы диагностики электростанции, внедряющей современные технологии и средства измерений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушинской гидроэлектростанций. - Сибирский издательский дом “Суриков”. - Красноярск, 1999. - 560 с.

2. Отчет об эксплуатации гидротехнических сооружений Саяно-Шушенской ГЭС в 2007 г, ЛГТС ОАО "СШГЭС имени П.С. Непорожнего", п. Черемушки, 2007. - 166 с.

3. ОТЧЕТ о состоянии отдельных элементов ГТС СШГЭС за период эксплуатации до 2007 г, ЛГТС ОАО "СШГЭС имени П.С. Непорожнего", п. Черемушки, 2007. - 157 с.

© Г.В. Мухачев, Б.Н. Жуков, 2009