Учебное пособие-2022. Учебное пособие Саяногорск сфу 2007
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
каскадное строительство. В особенности это яв- ляется целесообразным для строительства малых и средних ГЭС. На реке проектируется несколько гидроэлектростанций – каскад ГЭС. Это позволяет частично использовать созданную во время строительства первой ГЭС ин- фраструктуру и производственную базу для строительства последующих, а также организовать строительство так, чтобы с целью наилучшего использо- вания механизмов и трудовых ресурсов взаимно увязать по срокам периоды строительства ГЭС каскада. Например, после выполнения основных земель- но-скальных работ на первом гидроузле каскада можно перебросить технику и специалистов на второй гидроузел и т.п. Начинать освоение реки целесообразно с верховьев. Это позволяет за- регулировать сток верховьев реки и тем самым сократить потребность в во- досбросных сооружениях на гидроузле, расположенном ниже по течению. Для крупных ГЭС, удаленных друг от друга в каскаде на сотни километров и строящихся достаточно длительное время, указанная маневренность в ис- пользовании инфраструктуры может быть реализована лишь отчасти, напри- мер, для изготовления сборного железобетона или металлоконструкций. 7.2. Технология возведения гидротехнических сооружений Подготовка основания для возведения гидротехнических сооружений является очень важным этапом в технологии строительного производства. Приемлемыми естественными основаниями для ГТС считаются такие, кото- рые обеспечивают допустимые для принятых конструкций сооружений не- равномерности осадок и горизонтальных смещений, а также их прочность и устойчивость. Если неоднородность основания не обеспечивает этих усло- вий, то его укрепляют путем ряда инженерных мероприятий (инъекции це- ментных и других растворов, дренирование грунтовых вод, укрепление скло- нов, заделка крупных трещин, полостей и тектонических зон бетоном и т.п.). По виду слагающих пород (грунтов) различают скальные, полускаль- ные и нескальные основания. Скальные – это прочные горные породы. Полу- скальные – это осадочные породы, известняки, раздробленные скальные по- роды. Нескальные – это породы, обладающие силами внутреннего трения и сцепления (связные) и обладающие только силами внутреннего трения (не- связные), несущая способность которых в подавляющем большинстве случа- ев предопределяется степенью их водонасыщения и плотностью. Связные грунты – глины, суглинки, супеси, лессы. Несвязные – пески, гравий, галеч- ник, их смеси, дресва, щебень. 126 Характер и физические свойства грунтов определяют наиболее целесо- образный способ их выемки из котлованов под строительство ГТС (экскава- торами, земснарядами или выемка с предварительным рыхлением скальных грунтов путем буровзрывных работ и т.п.). Возведение грунтовых сооружений. В состав грунтовых сооружений гидроузла входят не только такие сооружения как плотины, туннели, дамбы, перемычки, но и насыпи дорог, котлованы под бетонные сооружения, кана- лы, карьеры. Способы возведения грунтовых сооружений выбираются, исходя из свойств грунтов и природных условий строительства. Из всех грунтовых сооружений главными являются плотины, прибли- зительно 80% всех плотин в мире составляют грунтовые. При возведении грунтовых плотин используются только местные материалы с минимальным расстоянием от места выемки до места укладки. Грунтовые плотины могут быть построены и в сложных геологических условиях, и в условиях вечной мерзлоты как на скальных, так и не на скальных основаниях. Одними из сложных и ответственных элементов грунтовых плотин яв- ляются противофильтрационные устройства, отказ которых приводит к ката- строфическому по последствиям очень быстрому размыву тела плотины, по- этому тщательность строительства противофильтрационных устройств – это обеспечение надежности грунтовой плотины и безопасности района её ме- стонахождения. Возведение бетонных сооружений. Сооружения из бетона в гидротех- ническом строительстве занимают одно из ведущих мест, совершенствование бетонных работ имеет большое значение для удешевления и ускорения воз- ведения гидроузлов. Технология производства бетонных работ на гидротех- нических сооружениях более сложна, чем на иных промышленных и граж- данских объектах. Это объясняется тем, что: – к гидротехническому бетону предъявляются особые требования – водонепроницаемость, морозостойкость, кавитационная стойкость наряду с остальными требованиями, предъявляемыми к обычным бетонам промыш- ленно-гражданских сооружений; – бетонные гидротехнические сооружения бывают столь массивны, что требуют специальных мер по обеспечению их трещиностойкости в строительный период, когда бетонный массив разогревается вследствие гид- ратации цемента (присоединение воды к веществу); разогрев массива проис- ходит неравномерно; температура внутри массива выше, а на наружных гра- нях существенно ниже за счет контакта с окружающим воздухом. Бетон является композитным материалом и состоит из цемента и сле- дующих основных составляющих (инертных материалов – заполнителей): мелкого заполнителя (песка), крупного заполнителя (гравия, щебня) и воды. В зависимости от соотношения составляющих меняются свойства бетона как 127 строительного материала. Цемент и пластифицирующие добавки - материалы заводского изготовления, остальные составляющие являются местными строительными материалами и заготовляются на близлежащих месторожде- ниях – карьерах, разведанных в процессе инженерных изысканий. Состав гидротехнического бетона, соотношение между отдельными его составляю- щими подбирается на основе лабораторных исследований свойств бетона. Приготовление бетонной смеси производится в бетоносмесителях (бе- тономешалках) на бетонных заводах, куда поступают и перемешиваются строго дозируемые фракции заполнителя, цемент и вода. Бетономешалка представляет собой, обычно, вращающийся барабан с неподвижными лопа- стями на стенках или неподвижную емкость с вращающимися внутри лопа- стями. Приготовленную бетонную смесь от бетонного завода транспортируют на строительную площадку специальным транспортом (автосамосвалы, транспортеры, железнодорожные бадьи и т.п.), соответственно оборудован- ным устройствами, защищающими смесь бетона от замерзания зимой и от солнечной радиации летом. Непосредственно к месту укладки бетон подает- ся, как правило, разного рода кранами и в специальных бадьях разных кон- струкций. При небольших объемах бетона и производительности бетонных работ и достаточно больших расстояниях от бетонного завода до места укладки применяются специальные автомобили-миксеры, у которых емкость для пе- ревозки бетона выполнена в виде бетономешалки; она от момента приема бе- тона и до выгрузки его на месте работ, постоянно вращаясь, перемешивает бетонную смесь, предотвращая ее расслоение и преждевременное схватыва- ние. После доставки бетонной смеси к месту укладки ее разравнивают и уп- лотняют с помощью вибраторов. Вибрирование удаляет из бетонной смеси пузырьки воздуха и повышает её плотность. Укладка бетона в сооружение производится в специальные формы-ограждения – опалубку. После укладки бетонной смеси происходит переход её из жидкого со- стояния в твердое и в течение нескольких месяцев идет набор прочности бе- тона, а также увеличивается его водонепроницаемость (уменьшается водо- проницаемость). Гидротехнические сооружения имеют большие размеры и их невоз- можно возвести целиком, а кроме того, бетон – материал усадочный. Поэто- му бетонные сооружения разрезаются температурно-усадочными швами и осадочными швами. Разрезы вдоль потока (поперек сооружения) образуют секции сооружения. Разрезы поперек потока (вдоль оси сооружения) образу- ют в сочетании с секционными разрезами столбы. Примерами столбчатой разрезки являются плотины Братской, Красноярской, Саяно-Шушенской и других ГЭС. Кроме столбчатой разрезки существуют и другие способы раз- 128 резки: с перевязкой швов по типу кирпичной кладки; примером такой разрез- ки являются плотина ДнепроГЭС, водосбросная плотина Волжской ГЭС (Жигулевск) и разрезка на длинные блоки (рис. 8.3). По высоте, исходя из тех же требований, бетон укладывается ярусами, поэтому образуются горизон- тальные швы (строительные швы). Объем бетона, образованный указанными горизонтальными швами и вертикальной разрезкой, называется блоком бето- нирования. Размеры блоков бетонирования обычно задаются в плане 10-20 м, по высоте 1-6 м. Разрезка на блоки служит не только целям разбивки техноло- гии возведения на дискретные (прерывистые) этапы, но и позволяет более эффективно осуществлять меры по предотвращению температурного трещи- нообразования бетона. Буровзрывные работы. Разработка скальных пород в открытых выра- ботках – карьерах и котлованах ведется, как правило, с применением взры- вов. При этом в карьерах для получения щебня, как заполнителя бетона, ко- гда выбираются очень прочные породы, взрывы применяют всегда, а на вскрышных работах карьеров, где бывают сильно выветренные породы, ино- гда работы могут выполняться без взрывов с помощью мощной рыхлитель- ной техники (бульдозеры) и экскаваторов. Специальные работы. К специальным работам относится выполне- ние: противофильтрационных устройств (цементационные, шпунтовые и др. завесы), дренажа основания, цементации основания, понуров, дренажа тела плотин, омоноличивания швов, проходок штолен, и т.п. Одним из важнейших устройств – флютбетов (искусственное ложе по- тока, состоящее из понура, тела плотины, водобоя, рисбермы), являются про- тивофильтрационные завесы. В скальных грунтах завесы, как правило, вы- полняются путем инъецирования цементных или иных растворов на основе цемента – цементационные завесы, в мягких грунтах часто применяются шпунтовые завесы – металлические, деревянные или железобетонные. В 129 случае невозможности устройства шпунтовых завес противофильтрационные завесы выполняют в виде бетонных зубьев, бетонных стенок и диафрагм. Рис. 7.3. Схемы разрезки тела плотины на блоки бетонирования: а) с перевязкой швов; б) столбчатая; в) длинные блоки 1 – блоки бетонирования; 2 – межблочные швы; 3 – столбы; 4 – длинные блоки Другим важным элементом подземного контура является дренаж осно- вания, который выполняется путем проходки скважин в скальных грунтах или горизонтальных дренажных слоев в нескальных грунтах с устройством обратных фильтров во избежание выноса мелких частиц из тела плотины и предотвращения ее разрушения, а также закупорки дренажа. Обратный фильтр представляет собой несколько слоев несвязных грунтов (песок, гра- вий, щебень), уложенных в порядке возрастания крупности частиц по на- правлению фильтрации воды. Слой мелкой фракции должен примыкать к те- лу плотины, а конечный слой крупной фракции должен примыкать к дрена- жу. Омоноличивание бетонных плотин – это венчающая технологическая операция, позволяющая поставить гидротехнические сооружения под напор, поэтому является исключительно ответственной, а зачастую и очень слож- ной. Сложность в том, что швы могут оказаться заполненными льдом, сла- бым цементным камнем от протечек цементного молока при уплотнении бе- тонной смеси в блоках при её укладке, из-за выхода из строя цементационной арматуры, закладываемой по мере бетонирования, через которую в после- дующем цементируются (омоноличиваются) швы и т.п. Проходка подземных выработок, тоннелей и устройство обделок на гидротехнических сооружениях производится либо так называемым гор- ным способом, когда работы выполняются без крепи, либо щитовым спосо- бом с помощью передвижной механизированной крепи (щита), обеспечи- вающей защиту от горного давления и вывалов породы. Особенно большие объемы подземных работ выполняются на горных деривационных подзем- ных гидроэлектростанциях. Так, на строительстве деривационной подземной Ингури ГЭС объем скальной выработки составил более 3 млн м3, а объем подземного бетона 1 млн м3. В ряде стран с мягким климатом и длинным безморозным периодом бетонирование ведется сезонно, только в теплое время года. В суровых усло- виях Сибири и Дальнего Востока, где зима длинная, а благоприятный сезон очень короткий, бетонирование ведется круглогодично. Для обеспечения бе- тонирования в зимних условиях разработаны специальные методы и средст- ва, в частности утепленная опалубка, укрытие блоков бетонирования специ- альными шатрами – тепляками с искусственным обогревом внутри тепляка. 130 7.3. Монтаж оборудования Монтажные работы. Особое место в строительстве ГЭС занимают монтажные работы. Монтажные работы гидросилового, электротехнического и гидромеханического оборудования венчают период основных работ. Монтаж турбин, генераторов, турбинных водоводов, затворов, кранов, высо- ковольтного оборудования, аппаратуры и т.п., составляет основной объем монтажных работ на ГЭС. Так, на Саяно-Шушенской ГЭС смонтировано 120 тысяч тонн оборудования и металлоконструкций. Масса наиболее крупного узла агрегата на Саяно-Шушенской ГЭС – ротора генератора вместе с тра- версой составляет 954 тонны. 131 8. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 8.1.Некоторые показатели эксплуатации, определения и терминология Эксплуатация (использование сооружений, машин, транспорта и дру- гих средств труда), оценивается очень широким кругом показателей. Важ- нейшими из них для ГЭС являются: – надёжность – это свойства элементов ГЭС, заключающиеся в их способности выполнять определённые задачи в конкретных условиях экс- плуатации, заданных проектом (персонал – как элемент, в данном случае – не исключение); – работоспособность – это состояние ГЭС, при котором она спо- собна выполнять заданные функции (исполнение), сохраняя значение основ- ных параметров в пределах, установленных нормативно-технической доку- ментацией; – безотказность, бесперебойность – это свойство ГЭС непрерывно сохранять работоспособность; – долговечность – это свойство элементов ГЭС сохранять работо- способность до наступления предельного состояния с необходимыми пере- рывами для технического обслуживания и ремонта; – ремонтопригодность – это свойства элементов ГЭС, заключаю- щиеся в приспособленности их к выполнению ремонтов и технического об- служивания; – исправность – это состояние элементов ГЭС, при котором они соответствуют всем требованиям, установленным нормативно-технической документации; – неисправность – это состояние элементов ГЭС, при котором они не соответствуют хотя бы одному из требований, установленных норматив- но-технической документацией; – неработоспособность – это состояние элементов ГЭС, при кото- ром они не способны нормально выполнять хотя бы одну из заданных функ- ций; – повреждение – это событие, заключающееся в нарушении ис- правности элемента ГЭС; – отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособ- ности элемента ГЭС; – экономическая эффективность ГЭС: правильная организаци- онная структура управления, подготовка высококвалифицированного ре- монтно-эксплуатационного персонала, снижение эксплуатационных затрат, 132 сокращение численности дежурного персонала, своевременность и оптими- зация приобретения запасных частей и материалов, правильная организация и размещение хозяйственных служб. Остановимся кратко на некоторых показателях, определяющих основ- ные задачи эксплуатации. 8.2. Организация эксплуатации Организация эксплуатации включает в себя структуру управления гидростанцией (цеха, производственные лаборатории, хозяйственно- транспортные службы и т.д.), численность и состав персонала (эксплуатаци- онного и ремонтного), а также средства автоматизации управления техноло- гическими и административно-хозяйственными процессами. На мелких и средних ГЭС, расположенных в достаточно обжитых рай- онах и недалеко от центра энергосистем, ремонтное обслуживание может быть централизовано, а ГЭС полно автоматизированы с выведением сигнали- зации о состоянии ГЭС на дом дежурных операторов. Основополагающими нормативными документами эксплуатации гид- ростанций являются: ПТЭ – правила технической эксплуатации электриче- ских станций и сетей Российской Федерации, ПТБ – межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок, инструкции проектной организации и заводов-изготовителей оборудования, а также производственные и должностные инструкции эксплуатирующей ор- ганизации и распорядительные документы вышестоящей организации. Пуск первого агрегата – это завершающий этап первого периода экс- плуатации, который начался с момента образования организации Заказчика. С момента пуска в эксплуатацию первого агрегата начинается промышленная эксплуатация ГЭС, и такой период должен специально проектироваться, что- бы сооружения и оборудование работали в нормальных условиях. Первоначальный период эксплуатации интересен тем, что в это время происходит освоение сооружений и оборудования, выявление их свойств, что нельзя в полной мере предопределить на стадии проекта. В этот период проводятся испытания и проверка работы сооружений и оборудования, уточняются положения в производственных инструкциях на основе результатов испытаний и полученных натурных данных. 133 8.3. Рациональное использование водных ресурсов В задачу эксплуатационной организации входит обязанность наиболее полного использования водно-энергетических ресурсов. Все гидростанции России руководствуются «Правилами использования водных ресурсов водо- хранилищ», утверждаемыми Министерством природных ресурсов страны для каждого или группы (каскада) водохранилищ. Этими Правилами определя- ются граничные параметры водохранилищ (УВБ, навигационные расходы, расходы санитарного попуска и др.). Санитарный попуск – это минималь- ный расход в реке, обеспечивающий разбавление сточных вод до санитарных норм. Цель указанных Правил – наиболее полное удовлетворение требований энергосистемы и других водопользователей в водных ресурсах. В результате учёта требований всех заинтересованных организаций со- ставляется диспетчерский график наполнения – сработки водохранилищ. Он является главным нормативным документом для ГЭС при регулировании па- раметров энергосистемы и покрытия графика её нагрузки. На рисунке 8.1 представлен график расчетных режимов водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС для разной водности лет. На рисунке показаны размеры холостых сбро- сов воды в многоводный год и соответствующие потери выработки электро- энергии. Учитывая очень низкую достоверность |