Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

Ниже створа водоподпорных сооружений головного узла, в 5-10 км от створа расположены населенные пункты Красный Ключ, Нижняя Павловка, Яман-Елгинский ЛПХ, Кировка.

Учитывая вышеизложенное и во исполнение требований Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений», Павловская ГЭС была включена в перечень объектов электроэнергетики, подлежащих декларированию безопасности в 1998 году (см. совместный приказ Минтопэнерго России и МЧС России от 31 декабря 1997 г. №461/792).

Сведения о возможных материальных, социальных и экологических последствиях аварии ГТС для объектов жизнеобеспечения и хозяйственных объектов, об уровне освоения зоны расположения гидротехнических сооружений (использование территории гидротехнического сооружения и русла водотока в хозяйственных целях, наличие промышленной и гражданской застройки, затапливаемой в нижнем бьефе при образовании волны прорыва) являются секретными и имеются в ОАО «Башкирэнерго». [13, с. 30-31].

3.3 Характеристика факторов, определяющих уровень безопасности гидротехнических сооружений

Фактические условия эксплуатации ГТС удовлетворяют требованиям действующих норм и правил.

В соответствии с картами оценки сейсмического районирования (ОСР – 97), применяемым с 1998 года в качестве НТД, для района расположения Павловской ГЭС, подтверждена сейсмическая активность 5 баллов.

Селевой и оползневой опасности, в том числе опасности обрушения береговых склонов в водохранилище не имеется.

За весь период эксплуатации Павловского гидроузла максимальный расход паводка отмечался 7 мая 1979 г. и составил 4800 куб. м/сек. При этом величина приточности с большим запасом не превышала расчетные максимальные расходы обеспеченностью Р=0,1% - 8200 куб. м/сек и Р=1% - 6140 куб. м/сек.

Изменений расчетных значений механических и фильтрационных характеристик материалов сооружений и конструкций, а также свойств пород оснований не имеется.

Павловская ГЭС находится в эксплуатации свыше 40 лет. За этот период случаев аварий на ГТС зарегистрировано не было, что свидетельствует о достаточной степени надежности сооружений и приемлемых условиях эксплуатации на всех этапах деятельности структурных образований.

Показатели состояния гидротехнических сооружений соответствуют критериям безопасности, установленным для сооружений Павловской ГЭС.

Водопропускные сооружения гидроузла полностью обеспечивают пропуск паводковых расходов расчетной обеспеченности.

Гидротехнические сооружения и их механическое оборудование в целом находятся в работоспособном состоянии.

Фильтрационный режим сооружений, согласно визуальным и инструментальным наблюдениям, носит в целом установившийся характер. [13, с. 38-41].

3.4 Сведения о нарушениях, допущенных в процессе строительства и эксплуатации ГТС

Проектные решения сооружений можно считать удачными, но отступления от них при строительстве сделали эксплуатацию затруднительной в связи с необходимостью проведения значительных реконструктивных и ремонтных работ для повышения надежности сооружений.

Строительство Павловской ГЭС осуществлялось в установленном порядке, в соответствии с проектом Мосгидэпа – генерального проектировщика гидроузла. К наиболее серьезным нарушениям, зарегистрированным при строительстве гидроузла, относятся отступления от проекта, допущенные при возведении русловой плотины:

·                   не удален аллювий (толщиной до 2-х м) под основанием плотины и плотина намыта на фильтрующее основание;

·                   не выполнен бетонный зуб, перекрывающий аллювиальный слой и и сопрягающий цементационную завесу с ядром плотины;

·                   не выдержаны размеры и состав ядра плотины, нет четкой границы между ядром и боковыми призмами: выше отметки 137, 00 возведение плотины продолжалось сухой отсыпкой негабаритным камнем, щебнем, гравийно-галечной смесью;

·                   намыв между отметками 126, 00 и 132, 00 проводился в зимнее время и выполнен некачественно;

·                   искажены проектные очертания откосов плотины, низовой откос недосыпан.

Кроме того,

ü          Не оформлена рисберма отводящего канала.

ü          Не укреплен левый берег отводящего канала.

ü          Перед затоплением котлована не разобрана низовая перемычка.

В соответствии с уточненным сейсмическим районированием основные сооружения Павловской ГЭС попадают в зону пятибалльного землетрясения, проект был выполнен без учета сейсмического воздействия.

В средней части русловой грунтовой плотины на отметке 110, 00 отмечается ряд сосредоточенных выходов фильтрационных вод.

В процессе эксплуатации имели место отдельные случаи нарушений (см. раздел 5 «Сценарии возможных аварий»). [13, с. 29, 39-41].

4. Сейсмоустойчивость ГТС

Район расположения гидротехнических сооружений Павловской ГЭС отнесен к зоне пятибалльного землетрясения в соответствии с уточненным сейсмическим районированием. Поскольку основные сооружения Павловской ГЭС построены без учета сейсмического воздействия на них, а также учитывая тот факт, что при мощном сбросе воды из водохранилища в нижний бьеф существует возможность спровоцировать «местные» землетрясения силой 1-2 балла, необходимо рассмотреть сейсмоустойчивость ГТС.

4.1 Воздействие землетрясения на поверхность земли и некоторые инженерные сооружения

Общее действие землетрясений различной степени балльности на поверхность земли и некоторые инженерные сооружения следующее:

6 баллов. В немногих случаях оползни, на сырых грунтах возможны видимые трещины шириной до 1 см, в горных районах отдельные случаи оползней. Возможны изменения дебита источников и уровня воды в колодцах.

7 баллов. В отдельных случаях оползни проезжей части дорог на крутых склонах и трещины на дорогах. Нарушения стыков трубопроводов. В отдельных случаях изменения дебита источников и уровня воды в колодцах. В немногих случаях возникают новые или пропадают существующие источники воды. Отдельные случаи оползней на песчаных или гравелистых берегах рек.

8 баллов. Небольшие оползни на крутых откосах выемок и насыпей дорог, трещины в грунтах достигают нескольких сантиметров. Возможно возникновение новых водоемов. Во многих случаях изменяется дебит источников и уровень воды в колодцах. Иногда пересохшие колодцы наполняются водой или существующие иссякают.

9 баллов. Значительные повреждения берегов искусственных водоемов, разрывы частей подземных трубопроводов. В отдельных случаях – искривление рельсов и повреждение проезжих частей дорог. На равнинах наводнения: часто заметны наносы песка и ила. Трещины в грунтах достигают 10 см, а по склонам и берегам – свыше 10 см. Кроме того, большое количество тонких трещин в грунтах. Частые оползни грунтов, обвала горных пород. На поверхности воды большие волны.

10 баллов. Опасные повреждения плотин и дамб. Серьезные повреждения мостов. Искривление железнодорожных рельсов. Разрывы или искривления подземных трубопроводов. Дорожные покрытия и асфальт образуют волнообразную поверхность.

Трещины в грунте шириной несколько десятков сантиметров и в некоторых случаях до одного метра. Параллельно руслам водных потоков появляются широкие разрывы. Осыпание рыхлых пород с крутых склонов. Возможны большие оползни на берегах рек и крутых морских побережьях. В прибрежных районах перемещаются песчаные и илистые массы. Выплескивание воды в каналах, озерах, реках. Возникновение новых озер.

11 баллов. Серьезные повреждения мостов, плотин и железнодорожных путей. Шоссейные дороги приходят в негодность. Разрушение подземных трубопроводов.

Значительные деформации почвы в виде широких трещин, разрывов и перемещений в вертикальном и горизонтальном направлениях. Многочисленные горные обвалы.

12 баллов. Изменение рельефа местности. Сильное повреждение или разрушение практически всех наземных и подземных сооружений. Радикальное изменение земной поверхности. Наблюдаются значительные трещины в грунтах с обширными вертикальными и горизонтальными перемещениями. Горные обвалы и обвалы берегов рек на больших площадях. Возникают озера, а иногда и водопады. Изменяются русла рек.

При землетрясениях интенсивностью 8 и более баллов возможно возникновение пожаров, поскольку разрушаются печи, падают бытовые нагревательные приборы и происходит замыкание электропроводки. Особенно опасно образование искр от ударов или коротких замыканий в нефте- и газохранилищах.

Вторичные пожары возникают в результате повышенной плотности застройки городов, нарушения или отсутствия системы тушения пожаров, большого количества сгораемых материалов в конструкциях зданий, паники населения и неблагоприятной погоды.

Риск массовых пожаров может быть значительно снижен при заблаговременном оборудовании на объектах резервуаров с водой и современных насосных установок с электропитанием от передвижных электростанций. За рубежом практикуется применение резервуаров с водой под улицами вблизи пожароопасных объектов.

Количество вторичных пожаров при высокой плотности застройки города сгораемыми зданиями может во много раз повысить число первичных пожаров. При этом убытки от пожаров могут намного превысить убытки от механических повреждений и разрушений. [11, с. 24-26]

4.2 Наиболее распространенный характер повреждений плотин из грунтовых материалов при воздействии землетрясения

Наиболее характерный и распространенный вид повреждений – оползания откосов. Формы правления повреждения этого вида различны и зависят от особенностей конструкции и размеров сооружения, типа основания, характера сейсмического воздействия.

Учитывая накопленный опыт, все повреждения откосов целесообразно разделить на два типа:

·                   первый, когда при подвижках материала откосов возможность возникновения явления разжижения исключена;

·                   второй, при котором она существует и проявляется при землетрясениях.

Первый тип повреждений наиболее распространен. Повреждения низовых призм, в которых поровая вода либо отсутствует, либо имеет весьма низко расположенную кривую депрессии, всегда происходят по первому типу, независимо от крупности слагающих призму материалов. К этому же типу относятся повреждения верховых призм, если они сложены в пределах активной зоны крупнообломочным материалом, или имеют верховой экран и неводонасыщены.

Повреждения второго типа (до полного разрушения) более редки и имеют место только в верховых откосах, если они сложены мелкозернистым водонасыщенным материалом, при потере устойчивости структуры которого явление разжижения возникает.

Обрушение или оползание откосов, как правило, начинается с образования продольных трещин, с появлением которых сопротивление сдвигу боковых призм снижается. Наиболее типичными примерами повреждений плотин из грунтовых материалов из практики последних лет являются повреждения земляной плотины Чир-Юртской ГЭС (быв. СССР) высотою 37,5 м, спроектированной на 7 баллов по действовавшим тогда СН – 8 – 57 (8-ми балльное землетрясение 14 мая 1970 г.);

повреждения плотины Лоуэр Сан-Фернандо (США) высотою 43 м с проверенной расчетом сейсмостойкости (землетрясение 9 февраля 1971 г.).

Следует заметить, что каменно-набросные и каменно-земляные плотины обладают значительно более высокой сейсмостойкостью, чем земляные. Большие плотины этих типов более чем в 25 случаях испытали сильные землетрясения (8-9 баллов по шкале ММ) и ни одна из них не получила существенных повреждений, хотя незначительные в ряде случаев наблюдались.

Также, во многих источниках отмечается, что плотины из грунтовых материалов на нескальных основаниях обладают меньшей сейсмостойкостью, чем возведенные на скальных. Сильных повреждений в результате землетрясений земляные плотины на скальных основаниях обычно не получают, тогда как случаи значительных повреждений плотин, построенных на мягких грунтах, многочисленны (в виду большой деформируемости нескального основания).

Особым видом повреждений плотин из грунтовых материалов является разрушение водопропускных устройств. Примером аварии, связанной с разрушением этого вида, является авария на плотине Тарбела высотой 145 м (Пакистан, 7-ми балльное землетрясение).

Кроме повреждений, отмеченных выше, имеются другие примеры разрушений, встречающихся при землетрясениях менее часто:

·                   осадки оснований из оттаявших грунтов, например, крупное землетрясение в мае 1964 г. вызвало оседание незамерзающих ледниковых отложений, составляющих подстилающий слой плиты водослива земляной плотины Эклуфа (США), в результате под этой частью плотины образовалась каверна;

·                   разрушение плотин после образования трещин и последующего быстрого размыва тела плотины; такие разрушения, например, имели место в плотинах Колеман, Роджерс, Болдуин Хилз.

4.3 Повреждения бетонных плотин

Воздействие землетрясений различной интенсивности испытали более 100 плотин и гидротехнических сооружений из бетона. Известны лишь 15 случаев повреждений этих сооружений, причем более половины из них получили повреждения в виде трещин. Повреждения бетонных плотин наблюдаются лишь от землетрясений интенсивностью 7 баллов и более. Несколько водопропускных сооружений, небольшие плотины из каменной кладки, располагающиеся на мягких грунтах, были полностью разрушены сильными землетрясениями.

В общем случае наибольшей повреждаемостью обладают низкие сооружения высотой до 20 м, а также контрфорсные плотины (три из восьми были повреждены). Наиболее сейсмостойкими оказались бетонные гравитационные и арочные плотины, испытавшие сильные землетрясения интенсивностью 8-9 баллов, но не получившие значительных повреждений.

В ряде случаев землетрясения были вызваны заполнением водохранилищ (возбужденная сейсмичность), например, контрофорсная плотина Хсинфенгкьнг (КНР) – землетрясение с магнитудой 6,1.

Наиболее сильные повреждения среди высоких плотин были получены плотиной Койна (Индия), испытавшей воздействие ряда землетрясений при наполнении водохранилища.

Повреждения разделяются в основном по следующим видам:

·                   видимые трещины (через трещины на различных уровнях плотины происходит сильная фильтрация);

·                   повреждения и разрушения устройств (трещины на водосливе, башне, деформационных швах и др.);

·                   местные выкрашивания и дробление бетона. [16, с. 5-21]

4.4 Плотины, испытавшие сейсмическое воздействие

Самые крупные и известные плотины, испытавшие сейсмическое воздействие, а некоторые и являющиеся причиной землетрясения, можно представить в таблице 4.4.1.[16, 17]:

Таблица 4.4.1.

4.5 Сейсмостойкость гидротехнических сооружений

В вопросе сейсмостойкости особое внимание следует уделять плотинам. Это объясняется следующими причинами:

особой важностью плотин, являющихся главнейшим средством управления реками, аккумуляции водной энергии, а также направления воды для целей водоснабжения, орошения и обводнения;

большим объемом материальных и денежных затрат на постройку плотины;

громадной ответственностью такого сооружения, поскольку его разрушение может принести ущерб ниже расположенным населенным пунктам, промышленным предприятиям и сельскохозяйственным угодьям.

Кроме того, опыт разрушительных землетрясений показал, что сооружения типа плотин, построенные без учета сейсмического фактора, нередко подвергались частичному или полному разрушению.

Основные принципы сейсмостойкого строительства.

При землетрясении частицы грунта движутся в пространстве по сложной траектории и в сооружении возникают инерционные силы, величина и направление действия которых резко меняются во времени. По той же причине деформации сооружения и его элементов могут носить сложный характер. В самом деле, при указанных условиях сооружение может претерпевать совокупность деформаций осевого растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и кручения. Помимо этого, соответствующие усилия действуют динамически, т.е. возникают толчкообразные и колебательные движения сооружения в целом и его элементов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13