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

     Министерство  Сельского Хозяйства РФ

     Федеральное Государственное Образовательное  Учреждение

     Высшее  Профессиональное Образование

     Омский  Государственный Аграрный Университет  им. Столыпина 
 

     Факультет: Водохозяйственного строительства

     Специализация: 280402.65 
 
 

     РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

     к курсовому проекту

     по  дисциплине «Эксплуатация природоохранных  сооружений» 

     ЭКСПЛУАТАЦИЯ  ГИДРОУЗЛОВ В СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД, ПЕРЕДаЧА ИХ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ И  ОРГАНИЗАЦИЯ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 
 
 

     Исполнитель: студ. 753 гр. ФВХС

     Эйхнер  Д.В.

     Руководитель: доцент, кандидат технических наук

     Петров  Е.Ф. 
 
 

     Омск 2011 

     СОДЕРЖАНИЕ

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Гидротехнические  сооружения включают большое число  разнообразных по конструкции и  назначению сооружений, используемых для создания подпора и запасов  воды, для подвода воды к технологическому оборудованию и отвода от него, для  очистки и охлаждения воды и для  других целей. Гидротехнические сооружения определяют условия работы основного  оборудования. На гидроэлектростанциях они создают напор воды, необходимый  для работы гидротурбин, и обеспечивают условия для регулирования бытового стока реки. На тепловых электростанциях  гидротехнические сооружения обеспечивают забор и подвод охлаждающей воды к конденсаторам паровых турбин, ее последующий отвод и охлаждение. Естественно, что от состояния гидротехнических сооружений зависит экономичность  работы электростанций, а при серьезных  повреждениях гидротехнических сооружений электростанции могут полностью  выйти из строя.

     Особенностью  большей части гидротехнических сооружений является то, что они  возводятся на участках местности со сложными геологическими и гидрогеологическими  показателями, подвержены воздействию  громадных сил напора воды (например, плотина Саяно-Шушенской ГЭС испытывает нагрузку от воды в 15 млн. т), ее размывающему воздействию, действию льда и волн, фильтрационных потоков и т.п. Эти  условия требуют особого внимания при проектировании, строительстве  и эксплуатации. Опыт мирового гидротехнического  строительства показывает, что ослабление внимания приводит к повреждению  и разрушению гидротехнических сооружений, для крупных гидроузлов это связано  с катастрофическими последствиями. Крупнейшими авариями в мировой  практике являются: обрушение скального  массива в водохранилище Вайонт (Италия, 1963 г.) с переливом воды через  гребень плотины, гибелью свыше 2000 чел. и полным разрушением 4 населенных пунктов; подвижка основания и разрушение арочной плотины Мальпассе (Франция, 1959 г.) с гибелью 421 чел. и разрушением большей части города Фрежюс; разрушение под воздействием фильтрации грунтовой плотины Титон (США, 1976 г.) с гибелью 200 чел., принесшее ущерб, оцениваемый суммой до 1 млрд. долларов; разрушение плотины Мачху— II (Индия, 1979 г.) с гибелью тысяч жителей и полным разрушением 68 деревень, 12700 домов. Крупные аварии гидротехнических сооружений имели место и на отечественных объектах: при пропуске нерасчетного паводка произошло разрушение Тирляндской плотины в Башкирии и перелив воды через гребень плотины Серовского водохранилища; в 1999 г. произошла авария дамбы Качканарского ГОК — аварии сопровождались человеческими жертвами и значительным материальным ущербом.

     Основными причинами аварий гидротехнических сооружений являются: неустойчивость основания, недостаточная пропускная способность водосбросов, недостаточная  прочность различных конструктивных элементов, фильтрация воды через тело грунтовых сооружений. Иногда повреждения  и аварии гидротехнических сооружений возникают в начальный период их эксплуатации вследствие незавершенности  строительных работ: на это обстоятельство должно быть обращено особое внимание при приемке гидротехнических сооружений в эксплуатацию.

     Известны  случаи аварий гидротехнических сооружений через 30 лет и более после окончания  строительства, когда сооружение, казалось бы, подтвердило полностью свою надежность.

     В данном курсовом проекте рассмотрены  такие вопросы, как эксплуатация гидроузлов в строительный период, передача их в эксплуатацию и организация  натурных исследований. 
 
 

     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 контрольно-измерительной аппаратуры (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, слесарислесари-электрики, операторы, наблюдатели, техники-чертежники. Во время выполнения большого объема работ по установке КИА или многочисленных наблюдений состав группы может быть увеличен с последующим 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 строительно-монтажных работ (геодезисты, арматурщики, сварщики, плотники, бурильщики и др.). Руководитель группы натурных наблюдений подчиняется начальнику технического отдела или главному инженеру.

     В период строительства гидротехнических сооружений важно 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: 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 сейсмоизмерительной аппаратуры, позволяющей проводить инженерно-сейсмические 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 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. На плотине Дворшак (США) высоотой 218,5 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, 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. 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.