Комментарии ОАО «РусГидро» на мнения, высказанные Павлом Корнилаевым в цикле публикаций газеты «Красноярский рабочий» на тему «Состояние плотины СШГЭС»

Материал подготовлен пресс-службой РусГидро при поддержке специалистов ОАО «Ленгидропроект»

 

Мнение автора

Комментарии РусГидро

 1

Вкратце расскажу о сходстве и различиях в конструкции этих сооружений. А также о том, почему плотина Гувера построена на века, а наша оторвалась от скального основания и треснула ещё до достижения максимального уровня водохранилища.

 

Основание и элементы подземного контура плотины (цемзавеса и дренаж) находятся в нормальном состоянии. Дренажные скважины пробурены в основание плотины на глубину более 50 м с шагом не менее 3-х метров. Фильтрационные расходы в дренаже основания небольшие и в сумме на сегодняшний день не превышают 45 л/сек. При этом участок водосбора под плотиной имеет достаточно большую длину (более 1 км).

 

 2

Строительство Саяно-Шушенской ГЭС впоследствии было названо большим научным и строительным экспериментом. Необходимо отметить, что во время разработки проекта отсутствовали отечественные методики и опыт сооружения аналогичных объектов. Поэтому, а также по ряду других причин комиссией 1996 года проектирование плотины было отнесено более к блужданию во мраке, чем к достижению вершин инженерной мысли.

Каждая плотина, тем более относящаяся к высоким (более 60м) является уникальным сооружением и проектируется индивидуально. Каких-либо «методик» по проектированию плотин целиком, как типового объекта, не существует ни в России, ни за рубежом. Существует, и существовала в то время, обширная нормативно-техническая база, регламентирующая допустимые значения жизненно-важных показателей объекта — напряжения в теле плотины и основании, деформации и перемещения, фильтрационные проявления, коэффициенты запаса и многое другое. Расчеты плотины Саяно-Шушенской ГЭС были многократно проверены в независимых организациях и подтвердили полное соответствие всех ее параметров требованиям норм. Натурные наблюдения за плотиной в основном подтвердили правильность расчетов, при этом ни одного предельно-допустимого параметра не превышено.

 

Что касается заявлений об «отсутствии опыта сооружения аналогичных объектов», то особенность гидроэнергетики как раз в том и состоит, что каждая плотина уникальна и не имеет точных аналогов. Волховская, Днепровская, Волжские, Братская, Красноярская, Чиркейская, Нурекская и почти все остальные гидроэлектростанции на момент их проектирования и строительства не имели аналогов и в чем-то превосходили предшественников. Именно для этих условий десятилетиями формировалась нормативно-техническая база, которая определяет надежность сооружения не по геометрическим размерам, а по перечисленным выше жизненно-важным показателям, которые обобщенно можно определить как «коэффициент запаса прочности». У всех существующих и проектируемых больших плотин он значительно выше, чем, например, у небольших мелиоративных плотин неэнергетического предназначения, которых в стране тысячи.

 

 3

Из принятых американцами соотношений толщина основания плотины Саяно-Шушенской ГЭС должна была составить не 108, а 222 метра, а с учётом дополнительных факторов риска, возможно, и более.

Массивность плотины Гувера обусловлена технологией бетонных работ. На СШГЭС и плотине Гувера использовались разные технологии укладки бетона. На СШГЭС использовалась столбчатая разрезка на блоки бетонирования, плотина Гувера возводилась другим способом.


 

Геометрические размеры плотины определяются не пропорциями уже построенных плотин, а расчетами и экспериментами. Плотина Гувера имеет хоть и сходную с СШ ГЭС схему работы, но отличается конструктивно. В частности, в рекламных проспектах этой плотины ширина по основанию указана вместе с шириной здания ГЭС. Если на СШ ГЭС ширину плотины считать вместе со зданием ГЭС, примерно то же самое и получится.

 

 4

Никто не мешал построить в том же месте копию Красноярской ГЭС либо выше по течению и в более узком створе повторить конструкцию плотины Гувера с той же компоновкой машинного зала и водосброса.

Компоновка и состав сооружений Саяно-Шушенской ГЭС и гидроузла Гувера определены топографией створов и организацией пропуска расходов реки в период строительства. Поэтому и компоновки разные. Плотина Гувера возведена в узком каньоне, плотина СШГЭС — в широком створе.


 

При проектировании гидроэнергетического объекта, определении его местоположения, параметров и компоновки, определяющими факторами являются надежность (безопасность) и экономические показатели. Фактор «обогнать весь мир» для проектировщиков ГЭС всегда был на одном из последних мест. Всегда, в обязательном порядке, рассматривается большое количество вариантов. Для СШ ГЭС, как уникального объекта, количество рассмотренных вариантов было даже больше, чем обычно. Рассматривались различные створы, типы плотин (в том числе и гравитационная, типа Красноярской, арочные, каменно-набросные и др.). Вариантно рассматривались и параметры — напор, мощность, уровни водохранилища. Безусловно, учитывался и мировой опыт, в отечественной школе гидротехники он всегда очень тщательно изучался. Все эти варианты поэтапно, в течение нескольких лет рассматривались ведущими организациями и специалистами в области гидротехники и гидроэнергетики. Окончательное решение принималось на основании тщательного рассмотрения всех вариантов с учетом заключений и мнений всех экспертов. Что бы сегодня утверждать, что надо было сделать все по-другому, необходимо по крайней мере ознакомиться с доводами тех профессионалов, которые принимали решения в те годы. А уровень профессионализма у специалистов-гидротехников был чрезвычайно высок, отечественная гидротехника в те годы занимала ведущие позиции в мире.

 

 5

Хотя задачу выработки электроэнергии можно было решить гораздо более безопасным способом. Например, строительством нескольких низконапорных плотин типа Майнской. Только это не сулило наград и славы. И проектировщики двинулись вперёд, в основном руководствуясь личными амбициями.

Вопросы расположения створов и их количество всегда рассматриваются на проектной стадии «схема использования потенциала реки». Как показывает опыт, разбивка участка реки на большое количество створов с низконапорными ГЭС всегда дороже, чем строительство одной крупной ГЭС в максимально удобном створе. При этом безопасность комплекса ГЭС не повышается — при прорыве одной плотины происходит разрушение всех нижележащих.

 

 6

Второй причиной была спешка. Некоторое время мировому рекорду мощности Красноярской ГЭС ничего не угрожало, но за рубежом появился ряд проектов как сооружения более мощных станций, так и усиления существующей Гран-Кулидж. Именно спешка привела к многим ошибкам в проектировании и строительстве в Саянах.

Тенденция к укрупнению генерирующих источников носит мировой характер и является выдумкой проектировщиков. Сегодня во всем мире уже по крайней мере пять ГЭС превысили мощность СШ ГЭС. И их продолжают строить.

 

 7

При этом необходимо отметить московского учёного Бориса Фрадкина, который в 1975 г., в год перекрытия Енисея в Карловом створе, сделал перерасчёт по трёхмерной модели и показал, что прочность плотины недостаточна. Это предполагало элементарные и простые последствия — строительство должно было остановиться. Однако такой расчёт шёл «против ветра», вопреки высшим научным авторитетам гидроэнергетики и декларациям о их полной и совершенной правоте.

 

Оглядываясь на прошлое, всегда можно найти экспертов, выдвигающих собственные идеи и гипотезы. Нам неизвестен ученый Борис Фрадкин, но можно вспомнить и других, не менее талантливых ученых, убеждавших, что плотину СШ ГЭС можно сделать гораздо более дешевой и экономичной. Для решения подобных споров и существуют коллегиальные органы в виде разного уровня экспертных или научно-технических советов. Именно на таких советах и рождались параметры и конструктивные особенности СШГЭС. И это не только в гидроэнергетике.  Кстати, никакая «трехмерная модель» плотины в 1975 существовать не могла — не было тогда еще таких вычислительных мощностей.

 8

Отдельной темой является отличие в конструкции водоводов Саяно-Шушенской ГЭС и плотины Гувера. У нас водоводы совмещены с конструкцией плотины. Что вызывает необходимость особой осторожности их использования, так как неосторожное — раскачивает плотину. Причём раскачивает без всяких кавычек, при прямом и обратном гидроударе, в частности — быстром опускании аварийных затворов, также при возникновении пульсаций потока и в некоторых других случаях.

Турбинные водоводы на СШГЭС не совмещены с конструкцией плотины, а вынесены на низовую грань. Факт раскачивания плотины при работе водоводов и отрыва плотины от основания не подтверждается данными натурных наблюдений.


Водоводы СШ ГЭС, размещенные на низовой грани плотины, воспринимают гидростатические и гидродинамические нагрузки в радиальном по отношению к их осям направлении. Никаких сколь-нибудь существенных усилий от рабочего потока воды на плотину не передается, что подтверждается как расчетами, так и натурными измерениями.

 9

Внешний вид американской плотины для наших гидростроительных авторитетов странен по причине отсутствия водосброса. Он, естественно, существует, но не на плотине, а опять же в туннелях.


 

Интересуясь историей проектирования и строительства Саяно-Шушенской ГЭС, я натыкался на упоминание о дискуссии по конструкции водосброса. Полагаю, тридцать лет спустя после завершения строительства плотины Гувера наши авторитеты уже знали, что лишнюю воду можно сбросить через туннели. Однако мне не попались материалы об обсуждении этого варианта.


Столкновение мнений сосредоточилось по поводу сравнения гашения потока отбросом струи — как на Красноярской и многих других электростанциях, либо использования водобойного колодца. Последнее было особенно непрактично, так как являлось генератором нежелательных вибраций и элементом ненадёжности. Однако на тоннельном водосбросе не настаивал никто — полагаю, потому, что он не давал картинки большого и красивого водопада. Эту же картинку мог произвести дополнительный водосброс ГЭС. Можно подумать, что он создан именно для этого, если бы был устроен хоть немного ниже. А при существующем исполнении его обычное состояние будет сухим...

 

В любом, даже самом старом учебнике по гидротехнике, можно найти все применяемые сегодня типы водосбросов, в том числе береговой туннельный, так что никакого открытия для отечественной гидротехники в этом нет. Такие водосбросы применены, например, на Ирганайской, Чиркейской, Нурекской, Ингури и большом количестве других ГЭС. Область применения таких водосбросов — горные реки со сравнительно небольшим паводковым расходом. Для СШ ГЭС расчетный расход составляет 13 400 м3. Что бы пропустить такой расход через туннели, необходимо сооружение 6 туннелей сечения, равного сечению туннелей построенного сегодня берегового водосброса. В дополнение к этому необходимо сооружение такого же количества устройств для гашения энергии воды после выхода из туннелей. Очевидно, что в нижнем бьефе СШ ГЭС просто нет места для расположения такого количества сооружений. Да и туннели эти должны пройти в скальном массиве, воспринимающем нагрузку плотины, что не гарантирует безопасности всего сооружения.

 

Другой важной особенностью СШ ГЭС являются слабые и легко размываемые породы, слагающие русло в нижнем бьефе (в отличие от плотины Гувера). Поэтому реализация водосброса с отбросом струи, как, например, на Красноярской ГЭС, привела бы к постепенному подмыву плотины и созданию реальной для нее опасности.


 

На самом деле автор прав, решение о типе эксплуатационного водосброса принималось в спорах. При его возведении не удалось реализовать все заложенные в его конструкцию возможности. Существовавшие в те годы строительные технологии не позволили это сделать. Поэтому сегодня пришлось полностью реконструировать сам водобойный колодец и построить дополнительный береговой водосброс. Опыт работы реконструированного водобойного колодца в течение длительного срока пропуска воды в 2009-2010 г. показал его надежность. Сегодня, в сочетании с береговым водосбросом все вопросы пропуска паводка можно считать полностью решенными.

 10

Отличие первое — прочность американской плотины обеспечена её толщиной, а не большим количеством умных слов.

И в тех же США, Европе и Азии, можно найти немало плотин, имеющих при тех же напорах «толщину» (на самом деле этот размер называется «ширина по основанию») меньше, чем у СШ ГЭС. И в нижнем бьефе у них бывают крупные населенные центры. Прочность и надежность плотины определяется не каким-то одним размером и не внешним видом плотины. «Толстая», массивная гравитационная плотина, с большим объемом бетона, в определенных условиях выдерживает меньшую нагрузку, чем легкая арочная. Для достижения максимальной прочности и надежности плотины производятся сложнейшие расчеты, используются современные компьютерные программы (причем во всем мире одни и те же).

 11

Нельзя не вспомнить 2006 год, когда при действиях, достаточно мотивированных рациональностью использования воды, плотина оказалась на грани разрушения.

Без документального подтверждения факта, что «плотина оказалась на грани разрушения» эта фраза подпадает под формулировку «сознательное введение в заблуждение».  Просим автора документально подтвердить выдвинутую им гипотезу.

 12

Теперь немного о произошедшей аварии. По итогам проверки 1996 года, проведённой уполномоченной на то группой лиц, критике было подвергнуто практически всё. Начиная с самой плотины СШ ГЭС и кончая конструкциями машинного зала.

Состояние всех ГЭС контролируется Ростехнадзором и некоторыми другими контрольными организациями, которые составляют специальные акты, без которых эксплуатация станции будет запрещена.

 13

Потом нам сказали, что «второй гидроагрегат поднялся над полом вопреки законам физики». Да кто их читал! Именно потому, что таковые прочитаны были не всем руководством, и произошла невиданная авария. К сожалению, необходимо отметить, что для ряда лиц законы ещё и не написаны. Само же произошедшее тянет за собой неприятную, но логичную мысль: если плотина всё равно рухнет, нет смысла «вылизывать» её оборудование.

О причинах аварии  сказано в «Акте технического расследования причин аварии, происшедшей 17 августа 2009 г. на СШГЭС» Ростехнадзора, имеющемся в широком доступе. На сайт РусГидро этот документ был выложен в октябре 2009 г.

http://www.rushydro.ru/file/main/global/press/news/8526.html/Act6.pdf

 

 14

Потом нам сказали, чтоб мы не беспокоились — урок будет усвоен управляющей компанией. При этом выныривали совершенно экзотичные версии причин. Так, специалист по гироскопам, применив «безупречный» ряд «научных» рассуждений и формул, объяснил, что причиной аварии гидроагрегата явилось его вертикальное рабочее положение. А профессор-сейсмолог легко объяснил аварию локальным землетрясением под вторым гидроагрегатом. Гидроэнергетики уверяли, что ничего особо страшного не произошло и в процессе аварии самой плотине совсем ничего не угрожало. Особенно напирали на то, что машинный зал отделён от плотины температурным швом.


Эти объяснения, мягко выражаясь, не совсем точны и были вполне опровергнуты академиком Петренко в его интервью, данном журналу «Эксперт» вскоре после аварии. В частности, он утверждает, что при пульсации потока в водоводе более тридцати процентов «всё вместе с плотиной должно было качаться». Были ли условия для пульсации? Да, и вполне достаточные. В частности, круговое движение сорванного с крепления гидроагрегата при многократном увеличении расхода воды через разрушенную турбинную камеру.

 

На месте аварии работало большое количество специалистов из разных отраслей науки и техники. В том числе и академики РАН. Они обследовали место происшествия, анализировали показания приборов, проводили лабораторные исследования. В ходе этих работ было воссоздана картина аварии и сделано заключение, послужившее основой для упомянутого Акта Ростехнадзора. После этого была создана Парламентская комиссия, в которой тоже работало немало известных специалистов. Результаты тоже есть в интернете. Затем на СШГЭС работала комиссия по преддекларационому обследованию сооружений. А также ведомственные комиссии Ростехнадзора, СКП и др. В документах этих комиссий, работавших на месте и имевших доступ ко всем документам, нигде нет сведений о «раскачке» или других отклонениях состояния плотины от проектных.


 

В то же время в интернете можно найти огромное количество самых различных теорий авторов, черпающих информацию исключительно из того же интернета. Причем для построения этих теорий используется информация, зачастую искаженная или просто сфальсифицированная. Затем эти «теории», как нечто уже очевидное, используются для еще более сложных построений, все это растет как снежный ком.

 

Возвращаясь к теме комментария к вышерасположенному абзацу. Не было никакой «раскачки плотины». Ни один датчик не показал каких-либо перемещений плотины или ее частей ни во время аварии, ни после. Осмотр плотины и водоводов показал, что никаких признаков силового воздействия на плотину во время аварии не было. Не изменилась ширина шва между плотиной и зданием ГЭС. Не изменилась ширина швов внутри плотины и никак не изменилась величина фильтрации. Это документальные факты. Да и не могло этого произойти с плотиной массой 22 млн. т. Не было во время аварии таких сил, способных причинить вред такой массе.

 15

Что же касается успокоительного заявления одного из первых лиц республики о том, что «плотина набирает прочность семьдесят пять лет, а сейчас она в младенческом возрасте, набирает свою силу», то оно, к глубокому сожалению, тоже не соответствуют действительности. В общем виде такой тезис применим к бетонным конструкциям, правда, лишь к тем из них, которые не приняли нагрузку. То есть плотина может «набирать свою силу» лишь в тех местах, где её конструкция не нагружена и не играет роли в обеспечении прочности. В тех зонах, где конструкция перегружена, происходит отнюдь не набор прочности, а прямо противоположный процесс.

Просим автора уточнить, в каких точках плотины имеет место перегрузка бетона и источник этой информации.

 

 15

В ответ на образование трещин технические специалисты распространяют сведения об исключительной надёжности плотины и огромном запасе её прочности. Это вместо того, чтобы выполнить либо запланировать хоть какие-то технические мероприятия.

Трещины в плотине на отм. 350-355 не являются следствием превышения предела прочности материала. Они образовались в результате непроектного нагружения плотины при пуске ГЭС на пониженных напорах. После достройки плотины растягивающие напряжения в зоне трещин были компенсированы сжатием от веса плотины. Кроме того, в 1996 году была произведено инъектирование трещин специальным полимерным составом, что ликвидировало фильтрацию через них.


Наряду с этим, инъектирование создало дополнительные напряжения, «обжимающие» напорную грань плотины, что обеспечивает невозможность нарушения контакта полимер-бетон при высоких уровнях верхнего бьефа. Именно по этой причине, а не из-за недостаточной прочности плотины, уровень НПУ снижен на 1 м до отм. 549 — отметки, при которой производилось инъектирование.


 

Результаты наблюдения за параметрами плотины — напряжениями, деформациями, фильтрацией, раскрытием швов и другими, показывают, что сегодня плотина находится в проектном режиме, все коэффициенты запаса, необходимые для обеспечения надежности и безопасности сооружения такого класса выдержаны. Плотина реагирует на изменение внешних нагрузок в соответствии с расчетной математической моделью. Все это подтверждается фактическими данными наблюдения за плотиной. После аварии расчетную модель СШ ГЭС было поручено разработать четырем независимым организациям гидротехнического профиля. Все они подтвердили надежность плотины СШ ГЭС в ее нынешнем состоянии. http://www.rushydro.ru/press/news/13109.html

 

 17

Я рассказал о трещинах в плотине Саяно-Шушенской гидроэлектростанции и о завесе молчания, созданной вокруг проблем её прочности. Теперь речь пойдёт об обстоятельствах, стечение которых было названо совершенно невероятным. Также — о предсказуемости будущего в части происхождения аварий техногенного типа.

В монографии В.И. Брызгалова, вышедшей в 1999 году, вопросы трещинообразования и их ремонта рассмотрены самым подробным образом. Статьи на эту тему были и в журнале «Гидротехническое строительство». Заявление автора о «завесе молчания» не соответствует действительности.

 

 18

Пожалуй, более всего в прошлые годы обсуждалась тема тектонического разлома под телом плотины. Однако В. И. Брызгалов, которому я достаточно доверяю, утверждал, что проведённые исследования «не позволили прийти к однозначному выводу, что долина реки Енисей представляет собой единый разломный шов». Упоминая о теории существования «активного разрывного нарушения под плотиной, ориентированного по руслу реки», доктор наук Брызгалов не объясняет её основ. То есть в силу недостаточной изученности вопроса нельзя с уверенностью утверждать, что плотина будет разорвана движением тектонических плит. И эта недостаточная изученность часто упоминается доктором наук относительно вопросов тектоники и сейсмики. Описывая состояние разломов, пересекающих русло реки, Брызгалов отмечает активизацию тектонических движений и то, «что нельзя исключать вероятность максимальных землетрясений интенсивностью до 9 баллов в районе расположения Саяно-Шушенской ГЭС».

На сегодня нет ни одного факта, подтверждающих наличие каких-либо тектонических разломов в основании плотины. Многочисленные изыскательские работы в створе — бурение, геофизика, таких разломов не выявили.

 

 19

Что касается исследования сейсмичности района в период проектирования плотины, то оно вполне соответствует общему уровню проектных работ и выполнено в том же самом духе. Выражаясь конкретнее, регулярные инструментальные наблюдения начали проводиться только с 1963 года. То есть определение сейсмичности было в значительной мере основано на исторических и литературных источниках, охватывавших период вплоть до 1961 года. Также с учётом сейсмогеологических исследований 1963-1965 годов и была определена расчётная сейсмичность 7 баллов. Что и стало частью обоснования прочностного расчёта плотины, хотя впоследствии это было признано ошибочным, а сейсмичность района установили равной восьми баллам.


То есть возникло противоречие между проектной сейсмостойкостью плотины и предельной сейсмичностью. В связи с этим плотина была проверена по одной из методик, которая и показала её способность выдержать землетрясение в 8 баллов. Полагаю, именно по этому поводу Брызгалов тонко заметил, что величина сейсмостойкости плотины, определённая разными методами, может отличаться на 300-400 процентов. Из чего непосредственно следует, что при необходимости можно подобрать методику для установления любой заданной сейсмостойкости — хоть в 10 баллов. Но действительный ответ может дать только реальное землетрясение.

В России, как и в большинстве развитых стран, порядок определения сейсмических нагрузок определен на государственном уровне и обязателен к использованию. В общих чертах он состоит в следующем. Существуют специальные «Карты сейсмического районирования». Ныне действующий комплект носит индекс ОСР-97. По этим картам определяется так называемая фоновая сейсмичность. В зависимости от свойств основания, на котором возводится объект, фоновая сейсмичность уточняется и получается расчетная сейсмичность. Для особо ответственных объектов производится т.н. микросейсморайонирование. В ходе  микросейсморайонирования специализированная организация, имеющая специальную лицензию, проводит комплекс изыскательских работ на местности, по результатам которых может уточнить расчетную сейсмичность. Никакой проектировщик не может изменить этот порядок.


Для СШ ГЭС все эти работы выполнялись несколько раз, в том числе после аварии 2009 года. Утвержденные сегодня параметры проектного землетрясения на СШ ГЭС 7,5 баллов.  До вступления в силу карт ОСР-97 проектное землетрясение действительно составляло 7 баллов. В этот период после ряда крупных землетрясений произошло ужесточение норм. Но даже при максимальном расчетном землетрясении в 8 баллов плотина ГЭС сохранит свою работоспособность — разрушения не произойдет.


Учет сейсмической составляющей при расчете прочности так же строго регламентирован нормативными документами (СНиП II-7-81* и др.). Проектировщику запрещено применять другие методики.

 

 20

Одной из угрожающих плотине опасностей является возможность наполнения водохранилища выше максимально допустимого уровня. Такая возможность обсуждалась в связи с вероятностью наводнения невероятной силы. Однако замечу, что по причине недостаточной прочности плотины в настоящее время трудно судить о том, какой уровень допустим. То есть плотина может быть обрушена простым повышением уровня водохранилища при естественном желании тем же количеством воды выработать больше электроэнергии. Аналогично положению 2006 года, когда пограничное положение плотины было достигнуто в самой обыденной ситуации. Как вполне вероятного, так и совершенно невероятного стечения обстоятельств для этого не потребовалось.

В соответствии с техническими параметрами СШ ГЭС плотина способна в течение неограниченно длительного времени выдерживать отметку НПУ — 539. С учетом некоторых ограничений возможен подъем уровня до отметки 540. Во всех этих случаях ни один из диагностических параметров плотины не достигает даже предупредительного уровня К1. Источник — утвержденная декларация безопасности СШ ГЭС.

 21

Здесь необходимо вспомнить историю отрыва нижней части плотины от скального основания, начало которого было установлено в 1983 году, при уровне водохранилища в 142 метра. При дальнейшем наполнении трещина бодро двинулась под плотину, пройдя более половины толщины её основания. То есть стало вполне очевидным, что устойчивость плотины, определяемая весом и прочностью, недостаточна, а трещина под основанием представляет угрозу полного её разрушения. Таковое и было неизбежным, если бы при дальнейшем наполнении водохранилища в её напорной грани не появилась сначала нижняя, а потом и верхняя магистральные трещины. Появились вследствие того, что проектные предположения растягивающих напряжений в реальности оказались превышены более чем в два раза.


Однако, как ни странно, их появление сыграло также и положительную роль. В том смысле, что появление верхних зон разрушения сняло часть напряжения с основания плотины, и оно перестало отрываться от скалы. В противном случае плотина давно бы перестала существовать. Так и произошло первое «невероятное стечение обстоятельств».

 

Трещина по контакту плотины и основания предусмотрена проектом, она имеет место на всех плотинах такого типа и ее длина определена расчетом еще на стадии проектирования.


 

 

В период возведения плотины, когда она еще не поставлена под напор, основание, даже самое прочное, сжимается и  дает осадку. После постановки плотины под напор напряжения в подошве перераспределяются — на низовой грани увеличиваются, а на верховой соответственно уменьшаются. Подошва в верховой грани приподнимается, а сжатые породы основания разуплотняются, т.е. становятся менее плотными вплоть до образования одной или даже сети трещин. При снижении уровня в верхнем бьефе подошва плотины снова уплотняет грунт, при подъеме — новое разуплотнение. Этот процесс «утрамбовывания» длится несколько лет, иногда более 10.  Для предотвращения фильтрации под плотиной, в верховой части подошвы плотины устраивается  инъекционная завеса из пластических материалов, которая требует постоянного усиления после каждого наполнения водохранилища в течение всего периода стабилизации. Величина раскрытия трещины и величина разуплотнения всего массива основания постоянно контролируется специальными приборами. Контролируется и величина фильтрации под основанием.


 

На сегодняшний день процессы уплотнения основания плотины СШ ГЭС постоянно затухавшие с момента заполнения водохранилища, практически близки к стабилизации. Максимальная глубина раскрытия шва по контакту с основанием, имевшая место в ходе эксплуатации, близка к расчетному значению. Таким образом, поведение основания в приконтактной зоне свидетельствует о нормальной, проектной работе плотины.

 22

Магистральные трещины также не были большим подарком. Нижняя из них проявила достаточную активность, и всего за шесть лет после наполнения водохранилищ в районе центральных секций преодолела треть толщины плотины. Отняв у конструкции ещё часть её прочности. То есть разрушительный процесс не прекратился, а был просто перенесён на более высокие отметки — приблизительно сорок пять метров выше. Теперь не вся плотина отрывалась от скального основания, а верхняя часть стала отламываться от нижней.


Вполне возможно, что по этому поводу имела место глубокая теоретическая дискуссия среди высших авторитетов гидроэнергетики, но значимых выводов мне обнаружить не удалось. Также не удалось обнаружить рекомендаций по снижению уровня водохранилища до отметок, при которых трещины практически закрывались. В сфере же практического применения развернулась упорная борьба с поступлением воды в галереи плотины. То есть более с последствием разрушительного процесса, нежели с его причинами. Хотя и сама поступающая вода являлась существенным разрушительным фактором. Особенно с учётом того, что магистральная трещина представляет собой полосу растрескавшегося бетона шириной от полутора до пяти метров. И вся эта полоса длительное время подвергалась деградации при процессах выщелачивания и суффозии. Кроме этого, перед растрескиванием она была ослаблена явлением ползучести бетона.


Первый опыт борьбы с поступлением воды в галереи был неудачен. Оказалось, что у нас нет средств для борьбы с такими протечками. И, несмотря на всё проявленное упорство, нашим специалистам не удалось достичь в этой борьбе ни малейшего успеха. Хорошо, что необходимую технологию к тому времени разработала французская фирма «Солетанбаши», которая и помогла подавить поступление воды. В противном случае её участие в разрушительном процессе привело бы к уничтожению плотины Саяно-Шушенской ГЭС. А в том, что этого не произошло, предполагаю существование второго «невероятного стечения обстоятельств».


Появление группы иностранных специалистов вызвало подозрения, что с плотиной что-то не так. Однако это было незамедлительно опровергнуто, и населению сообщили о «ликвидации микродырочек и микротрещинок, обычных для любого крупного гидротехнического сооружения».

Приводим несколько более подробных  пояснений по поводу одной из ключевых исходных предпосылок этой статьи — трещинообразованию.


 

Как известно бетон, наряду с целым рядом других хрупких строительных материалов, имеет прочность на сжатие существенно большую (ок.10 раз), чем на растяжение. Поэтому все бетонные сооружения проектируются так, что  бы максимальный объем бетона работал на сжатие. И даже если  в каких-то частях конструкции возникают небольшие растягивающие напряжения, принимаются меры, исключающие снижение несущей способности при разрыве бетона в этой области.

 

В плотинах это работает следующим образом: на напорной грани плотины СШ ГЭС  при высоких уровнях воды в верхнем бьефе могут возникать растягивающие напряжения. Если в этих зонах возникнут трещины, распространяющиеся вглубь массива, то бетон у поверхности грани перестанет работать — воспринимать нагрузку он не будет. Эта нагрузка передастся на бетон, расположенный в отдаленной от напорной грани части плотины. Но восприниматься эта нагрузка будет уже как сжимающая, поскольку дополнительному изгибу плотины в вертикальной плоскости мешает арочный эффект — плотина своими краями уперта в берега. Прирост сжимающей нагрузки будет незначителен, поскольку растягивающие напряжения были небольшими, а бетон в средней по высоте части плотины и так недогружен на сжатие — максимум нагрузки несут сечения вблизи основания. В конструкции плотин иногда даже используется такой прием — «швы-надрезы». Это когда создаются условия для образования трещин в предопределенных местах, где для предотвращения фильтрации заранее устанавливаются противофильтрационные элементы — шпонки.

 

Но трещины в верховой грани вблизи отм. 350 действительно проектом не предусматривались. Они образовались в процессе строительства при непроектном загружении для ускоренного пуска первого агрегата. Тем не менее, после возведения плотины, эти трещины опасности для ее прочности, в краткосрочном плане,  действительно не представляли — сказался эффект, описанный выше. Опасность была в другом — поток воды через эти трещины проникал в галереи плотины, делал невозможным их эксплуатацию и перегружал насосные, которые эту воду откачивали. Поток воды постепенно разрушал края трещин, расширял их, приводя к увеличению расхода. Динамика расширения трещин показывала, что через несколько лет могла возникнуть ситуация, когда потребовалось бы снизить уровень максимального наполнения водохранилища, что бы уменьшить раскрытие трещин.


 

Для устранения трещин был проведен ряд экспериментов с различными технологиями и материалами, в результате чего была принята технология фирмы «Солетанж», имевший опыт в подобных работах — такие случаи бывали и на зарубежных объектах. В течение 1996 года все трещины были заинъектированы, фильтрация через них полностью перекрыта. Инъекционным составом создано избыточное давление, устранившее растягивающие напряжения в напорной грани при уровнях воды в верхнем бьефе до отм.539, при которой это инъектирование и производилось. Состояние бетона в зоне трещин контролируется специально установленными приборами.  Никаких изменений состояния бетона до настоящего времени не обнаружено.

 23

В начале 1978 года главный инженер проекта плотины Ральф Наумович Зайцев сказал: «Наступит день, и река потребует все сооружения».

Человек с таким именем никогда не являлся главным инженером проекта плотины СШ ГЭС. В Ленгидропроекте был сотрудник Вульф Наумович Зайцев, но он не занимал должностей выше главного специалиста.

 

 24

Говоря о перспективах плотины, руководитель службы мониторинга Анатолий Стефаненко заявил, что она простоит не менее ста лет. Заявление мне понятно, особенно в связи с тем, что Стефаненко ещё надо доработать до пенсии. Другой эксперт «РусГидро» — Валентин Стафиевский уже достиг пенсионного возраста, поэтому его прогноз ближе к реальности, и он обещает плотине «несколько десятков лет при условии правильной эксплуатации». Не очень весело, но всё же лучше, чем у Ральфа Наумовича, прогноз которого не предусматривал столь долгого ожидания.


Однако перейду непосредственно к тому, что нам пообещал Валентин Стафиевский. «Несколько десятков» в общем виде трактуется от двадцати до девяноста, средний уровень прогноза — пятьдесят пять лет жизни огромного сооружения. Естественно, не просто так, а при условии его правильной эксплуатации. И если не возникнет обстоятельств, которые не сумели предвидеть либо просто проигнорировали.


Что касается правильной эксплуатации, то с устранением от руководства В. И. Брызгалова это понятие приняло несколько расплывчатый, аморфный характер. Оная расплывчатость и аморфность последовательно привела к опасной ситуации 2006 года и к аварии второго гидроагрегата. То есть плотина будет сохранять устойчивость при правильной эксплуатации. Но какая именно эксплуатация будет признана таковой? Если за основу примут обеспечение безопасности, некоторое время о разрушении плотины можно не беспокоиться. Но если будет учитываться требование максимальной выработки электроэнергии, что возможно только при самых высоких уровнях заполнения водохранилища? В последние годы мы начали забывать, как она выглядит — эта правильная эксплуатация. Поэтому и рассчитывать не неё особо не приходится.


Чем выше уровень водохранилища, тем выше риск разрушения. Особенно настораживает, что дополнительный водосброс устроен так, будто плотину собираются эксплуатировать именно на высоких уровнях. Остаётся надеяться, что эксплуатирующая организация не станет радоваться каждому дню, прошедшему без аварии: сегодня плотина не развалилась — значит, крепкая, можно поднять уровень ещё на метр.


Однако вернёмся к прогнозу, действительно представим, что плотина простоит не менее двадцати лет при «правильной эксплуатации». Что это означает для планирования жизнедеятельности в зоне возможного затопления? Особенно с учётом того, что срок службы капитального сооружения должен составить не менее ста лет. Возможно ли осуществлять капитальное строительство или требуется ввести в его процесс определённые коррективы? В частности, при проектировании многоэтажных зданий следует рассчитывать их на устойчивость к потоку воды и остатков деревянных сооружений, снесённых выше по течению? А при малоэтажном строительстве — придать строениям монолитность, вес и некоторые особенности подводных судов — таких, как иллюминаторы из толстого стекла, герметичные переборки и двери, перископ и шнорхель. Причём сделать это в самом обязательном порядке. Либо перевести всё строительство на возвышенности, смирившись с дополнительными расходами? Конечно же, для нового строительства можно найти решение, труднее быть с тем, что уже построено.


Теперь перейду непосредственно к дню "Д", который согласно прогнозу Валентина Стафиевского наступит в промежутке между двадцатью и девяноста последующими годами. Либо значительно раньше, если в эксплуатации выйдет просчёт или произойдёт ошибка, либо обстоятельства стекутся. То есть этот день неизбежен, и его наступление — просто вопрос времени. А само событие может произойти как тёплым августовским утром, так и морозной декабрьской ночью. Сценарий летнего утра уже опробован в августе 2009. Он запомнился населению, как пикник на холмах. Сценарий морозной ночи страшно даже представить.

Начальника службы мониторинга гидротехнических сооружений (СМ ГТС)  зовут Николай Иванович Стефаненко.


 

Автор статьи исходит из того, что наступит некий день «Д» — и плотина СШ ГЭС за несколько секунд прекратила свое существование. Но современный техногенный мир уже давно живет в другой логике — каждый переход объекта из одного состояния в другое является следствием некоторых процессов. Разрушение технического объекта, например плотины, может явиться снижением прочности материалов или  увеличением нагрузок сверх нормативных.  Не может сооружение разрушиться, если несущая способность материала выше действующих нагрузок.

 

Исходя из этой логики и строится вся система обеспечения безопасности особо ответственных техногенных объектов, в том числе плотин. На таких объектах создается система контроля параметров, оказывающих влияние на его надежность. В частности, на плотине СШ ГЭС установлены более 10 тыс. различных датчиков, контролирующих ее параметры, такие как: напряжения и температуры в теле плотины и основании, перемещения отдельных точек плотины и прилегающей местности, наклон в различных сечениях, величины фильтрационных расходов и их химический состав, раскрытие трещин и многое другое. Анализируется динамика изменения этих показателей и ведется их сравнение с расчетными значениями. До сих пор, каких-либо систематических факторов, указывающих на ухудшение состояния плотины или отклонение ее параметров от проектных, не обнаружено.


 

В 1997 г. был принят Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» №117 ФЗ. Этим законом всем владельцам гидротехнических сооружений вменено в обязанность каждые 4 года разрабатывать декларацию безопасности. Декларация безопасности разрабатывается независимыми организациями, в ее составе производится обследование сооружений, анализируются показания контрольно-измерительной аппаратуры, и дается заключение о надежности сооружения и рекомендации о мерах, направленных на повышение надежности.

 

На сегодня по результатам всех многочисленных обследований плотины СШ ГЭС, включая последнюю, выполненную уже после аварии, декларацию безопасности, сделано заключение о безусловной надежности и безопасности плотины СШ ГЭС. В этих условиях говорить о каких-то сроках существования плотины бессмысленно, поскольку сегодня нет никаких тенденций к изменению ее состояния.

 

 25

Представитель «РусГидро» уже пообещал, что в этом году уровень водохранилища будет поднят до отметки 539. То есть до уровня, установленного как максимально возможный по результатам работы комиссии 1996 года. Тогда группа специалистов, уполномоченная на то РАО «ЕЭС России», провела комплексное исследование и на его основании сделала выводы. Проверка была ведомственной, почти в чистом виде, поэтому все возможные шишки по поводу состояния проверяемых сооружений сыпались именно на головы проектирующих организаций.


Необходимость проверки частично была связана со стремлением принять станцию в постоянную эксплуатацию. На что, с учётом состояния плотины, у эксплуатирующей организации никак не хватало духа, и она пыталась преодолеть неуверенность при помощи авторитетного технического обоснования. Что и подготовила группа специалистов ГЭС под руководством члена-корреспондента РАН Н. А. Малышева. Она и рекомендовала снизить максимальный уровень водохранилища на один метр.


Не буду приводить конкретную формулировку по причине её пространности, однако замечу, что в текст могли быть вставлены любые цифры. Например, пять, двадцать или пятьдесят метров либо один сантиметр. Выглядело бы одинаково хорошо. Рекомендации по значительному снижению уровня были неприемлемы для эксплуатирующей организации, так как вели к значительным финансовым потерям. А так — и рекомендация сделана, и существенных изменений в работу вносить не требуется. Хотя, по сути, если прочность плотины при уровне водохранилища на двадцать четыре метра ниже оказалась недостаточной, то и снижение его лишь на метр почти символично.

Снижение НПУ было вызвано необходимостью обеспечить сжимающие усилия на напорной грани после инъектирования трещин. Впервые отм. 539 как НПУ была утверждена в акте приемки ГЭС в эксплуатацию в 2000 году.

 

 26

К сожалению, мне не удалось получить доступ к материалам исследований состояния плотины после двухтысячного года, и у меня даже нет сведений о том, что подобные исследования проводились. Также о том, сколько метров осталось пройти нижней магистральной трещине до полного разрыва между нижней и верхней частью плотины. Однако по косвенным сведениям, полученным из неофициальных источников, знаю, что закачка эпоксидного компаунда в трещины проводилась довольно долгое время. Возможно, проводится и сейчас. То есть раскрытие трещин в напорной грани не прекращалось, чему должен был сопутствовать процесс их продвижения в тело плотины. Да и как он мог остановиться, если причины образования трещин, а именно — нагрузки, запредельные для плотины, с неё сняты не были. Но как далеко процесс зашёл за последние четырнадцать лет — тайна за семью печатями.

Про трещины подробно описано выше, в том числе и про инъектирование. В трещины в напорной грани плотины после 1996 не закачано ни одного грамма материала.

 27

В своих статьях я привожу факты, извлечённые из специальной технической литературы, использую воспоминания строителей Саяно-Шушенской ГЭС, также публиковавшиеся ранее. Поэтому то, о чём пишу, трудно опровергнуть, да никто пока и не взялся.

Просим автора представить ссылки на «факты, извлечённые из специальной технической литературы, использую воспоминания строителей Саяно-Шушенской ГЭС».

 

 


 

 

 

АКЦИИ / АДР РУСГИДРО   
КОТИРОВКИ
Акции / АДР
Индексы
ФИЛИАЛЫ
ДОЧЕРНИЕ ОБЩЕСТВА