Предыдущая страница реферата | 20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30 | Следующая страница реферата

4.3 Опасные природно-техногенные процессы на гидротехнических объектах и сооружениях.

Надёжность плотин и дамб гидротехнических сооружений.

В ряду потенциально опасных техногенных объектов гидротехнические комплексы (плотины, дамбы, водохранилища) занимают одно из первых мест, поэтому обеспечение надёжности плотин имеет исключительно большое значение.
Мировая практика гидротехнического строительства насчитывает немало примеров, когда их ненадёжная работа, низкая устойчивость не только наносила существенный ущерб, но и приводила к большим человеческим жертвам.

Плотины и дамбы в процессе строительства и эксплуатации являются объектами приложения многочисленных природных и эксплуатационных нагрузок, а также технических воздействий. Действие этих нагрузок осуществляется раздельно или в различных сочетаниях, что приводит к изменению параметров эксплуатационной пригодности плотины и возникновению отказов, аварийных ситуаций.

К числу природных факторов, оказывающих существенное влияние на условия строительства и эксплуатации плотины относятся: климатические условия (количество и характер осадков, температурный и ветровой режим); топография (рельеф прилегающей территории); геологические факторы, включающие геологическое и тектоническое строение основания и бортов сооружения, вещественный состав, водно-физические, деформационные, прочностные характеристики грунтов и горных пород основания и бортов и т.д.; гидрогеологические характеристики водостока (реки); сейсмичность района.

При воздействии и эксплуатации плотин сами плотины, скальные и грунтовые массивы оснований и берегов подвергаются различным воздействиям: массы воды и сооружения, инъектируемых в толщу массивов закрепляющих растворов, буровзрывных работ, нагреванию или охлаждению за счёт аккумулированного в водохранилище тепла, физико-химической и механической суффозии, усиленному размыву русла и берегов.

Работа водосбросов и гидроагрегатов вызывает вибрации плотины и прилегающего к ней скального или грунтового массива. Несмотря на то, что вибрации распространяются на небольшие расстояния, однако, действуя в течение продолжительного времени, они могут усиливать осадки оснований, ослаблять грунты, изменять течение фильтрационных процессов в скальных массивах оснований и берегов.

Строительство плотин и эксплуатация водохранилищ в свою очередь вызывает большие изменения фильтрационного и гидрогеологического режимов, напряжённо-деформированного и температурного состояния скальных массивов оснований и берегов, вследствие чего выявленные в процессе изысканий инженерно-геологические условия, геодинамический режим (тектоническая активность) не являются постоянными, а изменяются в процессе строительства и эксплуатации.

Создание крупных водохранилищ может повлечь за собой повышение сейсмической активности в районе строительства гидроузла.

Совокупность перечисленных выше природных и техногенных факторов является причиной изменения состояния плотин различного типа, своеобразного их «старения» или износа, приводящих к появлению отказов, аварий, в том числе с катастрофическими последствиями.

К числу основных типов плотин, сооружённых в Кыргызстане, относятся гравитационно-бетонные (Токтогульская, Курпсайская, Ташкумырская,
Андижанская) и грунтовые.

Статистика показывает, что наибольшее число инцидентов и аварий на гравитационно-бетонных плотинах обусловлено потерей устойчивости оснований
(20% инцидентов и аварий), чрезмерной фильтрацией в теле и основании плотины (соответственно 15% и 14%), температурные и усадочные трещины (12%) относительно высокая интенсивность отказов и аварий под действием этих факторов наблюдается в первые 2 – 3 года после начала эксплуатации. В дальнейшем интенсивность резко падает и начинается «нормальная» работа сооружения. Воздействие попеременного замораживания и оттаивания (15%) и агрессивности воды (12%) проявляется через 10 – 15 лет с начала эксплуатации и оказывает существенное влияние на надёжность плотин через 40
– 60 лет.

Основными разрушающими факторами для грунтовых плотин является фильтрация через тело (12%), основания и вдоль сопрягающих устоев (17%), причём фильтрация проявляется в первые 10 лет эксплуатации, и особенно часто в первый год. Другой наиболее частой причиной аварий грунтовых плотин является перелив воды через гребень (15%) вследствие недостаточной пропускной способности водосборов. Неустойчивость оснований также приводит к аварии в 12% случаев. Следует обратить внимание на тот факт, что большинство факторов проявляет себя наиболее интенсивно в первые 5 – 10 лет эксплуатации. И только влияние химической суффозии, коррозии, выветривания растёт по мере эксплуатации грунтовых плотин через 40 – 60 лет их эксплуатации.

Плотины Нарынского каскада ГЭС.

Район расположения каскада Нарынских ГЭС является сейсмически активной территорией Центрального Тян-Шаня и сравнительно хорошо изучен в сейсмологическом отношении.

Каскад Нарынских ГЭС являет собой пример беспрецедентного приближения высоких плотин к сейсмогенерирующим разломам. Глубокая часть Токтогульского водохранилища расположена непосредственно на пересечении Таласо-Ферганского и Наро-Чичканского разломов. В период затопления этого водохранилища было зарегистрировано появление возбуждённой сейсмичности, опасной тем, что остаточные деформации от многочисленных толчков разной силы и направлении накапливаются на протяжении длительного времени.

Сами плотины (Токтогульская (Рис. 9), Курпсайская, Ташкумырская) являются сооружениями высшей категории капитальности и относятся к объектам повышенного риска (Рис. 3).

Серьёзному испытанию подверглась сейсмостойкость плотин при
Суусамырском землетрясении 19 августа 1992 года с магнитудой М = 7,3 и интенсивностью в эпицентре 9 баллов. Очаг землетрясения находился на расстоянии приблизительно 90 км. от Токтогульской ГЭС. Расчётная интенсивность землетрясения в створе Токтогульской ГЭС составила 7,6 – 7,8 балла, в створе Курпсайской ГЭС – 7,2 – 7,3 балла. Землетрясение было неожиданным и не предварялось никакими прогнозными данными. В дополнение к этому очаг землетрясения оказался расположенным с северной стороны Таласо-
Ферганского разлома, которая, по всем ранее проведённым исследованиям, считалась менее активной в сейсмическом отношении, чем южная сторона.
Следует отметить, что незадолго до Суусамырского землетрясения, а именно 18 мая 1992 года произошло сильное Кочкоратинское землетрясение (Рис. 1, 7).

Благодаря тому, что на плотинах Нарынского каскада была установлена контрольно-измерительная аппаратура и приборы, в частности деформометры на контактах «скала-бетон», пьезометры для контроля фильтрационных процессов, удалось оценить реакцию плотин Токтогульской и Курпсайской ГЭС на эти сильные землетрясения.

Визуальное обследование сооружений Токтогульской ГЭС после
Суусамырского землетрясения выявило лишь незначительные нарушения: трещины в перегородках, в стёклах некоторых оконных панелей машзала, нарушения в креплении плафонов светильников, выход из строя нескольких приборов закладной контрольно-измерительной аппаратуры.[24] Судя по показаниям контактных пьезометров, можно сделать вывод о появлении или развитии трещин на контактных поверхностях «скала-бетон», что подтверждается и увеличением фильтрационных расходов. Учитывая обратимость этих явлений, в целом можно констатировать, что Суусамырское землетрясение перенесено без ущерба для надёжности Токтогульской ГЭС и подтвердило правильность инженерных решений по обеспечению сейсмостойкости гидроузла.

Более ощутимыми оказались последствия для сооружений Курпсайской ГЭС.
Прежде всего, это касается контактной зоны сооружения со скальным основанием. Деформометры, установленные в левобережном примыкании плотины на расстоянии 7 – 9 м. от напорной грани, после землетрясения зафиксировали скачок в деформациях от 40 до 100 условных единиц. В течение последующих двух месяцев показания этих приборов изменились незначительно, что указывает на необратимость процессов. Влияние землетрясения сказалось и на изменении фильтрационного режима: в левобережном примыкании плотины изменились пьезометрические уровни, на 13% возрос фильтрационный расход при практически постоянном уровне воды в верхнем бьефе, что означает раскрытие трещин.

Таким образом, многократные сейсмические нагрузки от слабых возбуждённых и сильных природных землетрясений влияют на напряжённо- деформированное состояние плотин и оснований каскада Нарынских ГЭС. Это влияние необходимо контролировать с помощью имеющихся приборов и дополнительно установленных средств измерений.

Сейсмогенные динамические воздействия передаются на сооружения через вмещающие массивы горных пород путём дискретных деформаций по трещинам, увеличения взвешивающего противодавления и гидродинамического давления со стороны водохранилища. Следствием этих многократных нагрузок могут быть остаточные деформации в швах и контактных поверхностях, разуплотнение основания с увеличением его водопроницаемости, перераспределение напряжений в теле плотины, что предопределяет возможность изменения запаса устойчивости на сдвиг.

В целом большие бетонные плотины каскада Нарынских ГЭС успешно выдержали испытание разрушительным землетрясением. Токтогульская плотина обнаружила высокие качества сейсмостойкости, правильность проектных решений.

Курпсайская плотина благодаря объёмному напряжённому состоянию вполне успешно перенесла динамические нагрузки Суусамырского землетрясения, также подтвердив высокую надёжность. Однако накопление остаточных деформаций от воздействия многочисленных перенесённых землетрясений требует проведения расчетов фактических запасов надёжности этого сооружения.

В дополнение к этому следует отметить, что в начале 90-х годов на
Курпсайской плотине возникли проблемы с глубинным водосбросом. Глубинный водосброс в виде трубы размерами 5 Ч 7 м. располагается в секции плотины, примыкающей к зданию станции с правой его стороны. В плотине на глубинном водосбросе образовалась промоина длиной 20 м, высотой 2 м. и шириной 1,5 м.
Между машинным залом и тоннелем было два метра бетона, из которых две трети было размыто (некачественный бетон), и любой экстренный пропуск воды из чаши водохранилища чреват затоплением машинного зала и выводом из строя генератора. В 1992 году были начаты ремонтные работы на глубинном водосборе.

Камбаратинские ГЭС.

Камбаратинские ГЭС №1 и №2, расположенные выше Токтогульского водохранилища (Рис. 3), специально предназначались для работы в энергетическом компенсирующем режиме, восполняющем снижение энергетической отдачи Нижне-Нарынского каскада ГЭС в зимний период года. С вводом этих ГЭС обеспечивается оптимальное использование водных ресурсов, полностью удовлетворяющее интересам, как ирригации, так и энергетики всех стран в бассейне Сыр-Дарьи, что исключает возможность возникновения каких-либо споров о режимах регулирования стока.

Строительство Камбаратинских ГЭС было начато ещё до распада СССР и в
1991 году практически заморожено из-за отсутствия средств. По ГЭС №2 выполнено 30% объёмов работ, по ГЭС №1 не более 5%. Очевидно, что в настоящее время финансирование строительства этих ГЭС из бюджета
Кыргызстана связано с определёнными трудностями. Речь может идти, в основном, о получении долгосрочных иностранных кредитов на льготных условиях.

Отличительной особенностью Камбаратинских ГЭС является то, что плотины этих ГЭС возводятся путём направленных взрывов. Общий объём взорванной породы для плотины ГЭС-1 в массиве – 259 млн. мі, в разрыхлённом состоянии – 430 млн. мі, уложенный в полезный профиль плотины – 112 млн. мі. Для ГЭС-2 объём взорванного массива – 3,7 млн. мі, навала породы – 5,1 млн. мі, в том числе в проектном профиле плотины – 1,7 млн. мі.

Следует отметить, что после замораживания строительства этих объектов в 1991 году обстановка на гидроузлах и их сооружениях значительно осложнилась и привела на ГЭС-2 к положению, когда естественное равновесие массива в условиях горного склона оказалось нарушенным подсекающей выемкой котлована водоприёмника, а предусмотренные проектом мероприятия по созданию бетонных опорных конструкций не были возведены в проектном объёме в намечавшиеся сроки в связи с прекращением финансирования строительства.

Суусамырское землетрясение 1992 года привело к заметным нарушениям и подвижкам отдельных участков верхней зоны борта над сооружениями водоприёмника, осыпям, камнепадам и вывалам крупных обломков по другим объектам гидроузла. В апреле 1996 года произошло обрушение массива правого берега по проводящему каналу над водоприёмником объёмом до 25 тыс. мі, которым был полностью закрыт проход туннеля строительно-эксплуатационного водосброса. В мае 1996 года произошло вторичное обрушение массива. При этом образовавшийся навал породы полностью закрыл входные порталы трёх водотоков. Объём обрушения около 30 тыс. мі.

Очевидно, что в складывающейся обстановке, и учитывая взрывной способ возведения плотины, при принятии решения о продолжении строительства должен быть предусмотрен комплекс мер по обеспечению безопасности не только строительства, но и эксплуатации Камбаратинской ГЭС-2, и особенно приплотинных участков неустойчивых горных склонов.

Мероприятия по обеспечению безопасности сооружений ГЭС-2 потребуют не только выделения денежных средств, но и дополнительных инженерно- геологических изысканий, проектных проработок, возможно вплоть до отказа от взрывного способа возведения плотины.

Заиление водохранилищ.

Не менее важной проблемой, чем «старение» плотин гидротехнических сооружений, является сокращение объёмов водохранилищ в результате заиления.
По данным Технического отчёта Всемирного банка средняя потеря объёма водохранилищ достигает 50 кмі в год или 1% общего объёма. В водохранилища бассейна Сыр-Дарьи ежегодно поступает от 390 тыс. тонн до 32 млн. тонн наносов, включая мелкозём, из них только на долю наносов ледникового происхождения приходится 30 – 50%. Например, в Токтогульское водохранилище ежегодно поступает 6,8 млн. тонн ледниковой муки.

В Кыргызской Республике в последние годы увеличилось число водохранилищ и бассейнов сезонного, декадного регулирования, заиленных на
50 – 70% или до высот гребня (например, бассейн сезонного регулирования на р. Майлуу-Суу ниже пос. Кок-Таш). Принимая во внимание важное значение проблемы заиления на устойчивость плотин необходимо выполнить комплекс работ по прогнозируемым процессам заиления, анализ предлагаемых контрмер, или направленных на смягчение воздействия заиления на безопасность и сокращение срока службы водохранилищ. В частности, при известном сроке службы водохранилища необходимо дать условия окончания службы плотины, например: будет ли она устойчива при условии заиления до гребня; при каком уровне заиления станет необходимым вывести плотину из эксплуатации, и что затем делать с пропуском паводков и наносов.

В гидротехнической практике известны различные методы борьбы с заилением, включая регулирование водоразделов, промыв наносов, землечерпательные работы.

Задачи собственников и органов надзора по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений.

В настоящее время, когда организации осуществлявшие проектирование, авторский надзор за состоянием крупных гидротехнических сооружений после развала СССР оказались за пределами Кыргызстана, когда ряд гидротехнических узлов и сооружений становятся собственностью определённых владельцев, вопрос об их безопасности встал особенно остро.

Местные органы управления при обеспечении безопасности гидротехнических сооружений зачастую даже не знают, кому принадлежат плотины и водохранилища. В этой ситуации собственник не осуществляет элементарного, с минимальными затратами, ухода за плотиной, и доводит её состояние до предаварийного, критического, а затем ставит вопрос об отсутствии финансовых ресурсов для производства ремонтных работ, и требует денег из бюджета.

В этой связи давно назрела необходимость принятия Закона о безопасности гидротехнических сооружений. Подобные законы приняты во всех развитых странах, в том числе и в России. 23 июня 1997 г. Государственной
Думой принят Федеральный Закон о безопасности гидротехнических сооружений.
Этот закон, как и пакет нормативных документов к нему, был разработан специалистами МЧС и Госгортехнадзора России.

Федеральный Закон регулирует отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, реконструкции, восстановлении, консервации и ликвидации гидротехнических сооружений и эксплуатирующих организаций.

В США законодательство по безопасности плотин создавалось на протяжении 70 лет с 1928 г. под влиянием получивших широкую огласку случаев прорыва и разрушения плотин. В нём детально разбирается планирование и осуществление экстренных мероприятий, причины и характер аварий, меры противодействия, карты затопления, предупреждение властей и населения, эвакуация, мобилизация сил гражданской обороны в случае прорыва плотин.

Безопасность плотин должна явиться предметом заботы в Кыргызстане не только потому, что их много, но и потому, что некоторые из них были сооружены несколько десятков лет назад и не отвечают современным инженерным требованиям, особенно если учесть повышенную сейсмическую активность территории республики. Кроме того, не все плотины содержались и содержатся как полагается, и состояние многих из них неудовлетворительное и будет ухудшаться год от года, если не принять соответствующие инженерные, технические и организационно-юридические меры.

Подтопление территорий.

Подтопление – повышение уровня подземных вод (УПВ) и увлажнение грунтов зон аэрации, приводящие к нарушению хозяйственной деятельности на данных территориях, изменению физических и физико-химических свойств подземных вод, преобразованию почвогрунтов, видового состава, структуры и продуктивности растительного покрова, трансформации мест обитания животных
(СНИП 2.06.15-85). Подтопление застроенных территорий подземными водами – это наиболее массовый инженерно-геологический процесс, который наносит ощутимый материальный, экологический и социальный ущерб.

Временное, постоянное или эпизодическое изменение режима подземных вод
(ПВ) вызываются двумя факторами: природными и антропогенными
(техногенными).

К природным факторам изменения УПВ относятся:

1. Климатический – контролирующий величину питания ПВ за счёт атмосферных осадков.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: диплом купить, картинки реферат.





Предыдущая страница реферата | 20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30 | Следующая страница реферата