ПОДЗЕМНЫЕ И ПОЛУПОДЗЕМНЫЕ ГЭС
ПОДЗЕМНЫЙ МАШИННЫЙ ЗАЛ
За последние 15 лет число подземных установок увеличилось почти в 10 раз и во многих странах они стали крупнейшими среди других ГЭУ [22-1]. Интервал используемых на них напоров составляет от 20 до 1400 м и более. При сравнительно небольших напорах на ряде мощных подземных ГЭС суммарные расходы турбин составляют 1500—2000 м3/с.
Наряду с увеличением установленной мощности подземных установок происходит и непрерывный процесс увеличения единичной мощности их агрегатов, достигшей на ГЭС Черчилл Фоллс в Канаде 475 МВт. На строящейся в СССР Рогунской ГЭС она увеличится до 600 МВт.
В Советском Союзе действует 9 подземных ГЭС, наиболее крупная из них Ингурская ГЭС (1,3 млн. кВт). В Таджикистане начато строительство одной из крупнейших в мире подземных установок— Рогунской (3,6 млн. кВт), в Якутии строится крупная Колымская ГЭС. Намечается строительство еще нескольких подземных ГЭС: Дарьяльской (400 МВт), Еландинская, Таш- лыкская, Камбаратинская (1500—2000 МВт) и др.
Установка крупных агрегатов предопределяет скальные выломки больших размеров (см. рис. 22-7, 26-9). Увеличение пролетов сводов особенно характерно для установок с напорами, превышающими 200— 300 м, когда непосредственно перед турбинами устанавливается затвор, большей частью шарового типа. Этот затвор стремятся размещать , в зоне действия мостового крана машинного зала, что и требует увеличения пролетов свода. Иногда предпочитают затворы размещать в отдельногалерее, особенно при очень высоких напорах и необходимости дублировать их.
Теперь подземные установки строятся как в прочных, так и в сравнительно слабых скальных породах, что определяет осуществление различных форм выломок для создания машинных залов, а также разнообразие креплений. По-прежнему, наиболее распространенной является прямоугольная форма с верхним сводом, который в прочных породах не крепится, так же как и боковые стены. В несколько более слабых породах делается бетонный свод, а стены остаются незакрепленными (рис. 22-7) или применяется усиленная анкеровка их.
При сравнительно крепких, но трещиноватых породах стали применять эллиптическую форму выломки для машинного зала с соотношением осей порядка 3:2 (см. рис. 26-9). Такая форма считается весьма целесообразной для восприятия горного давления и позволяет ограничиться тонкой (20—30 см), но сплошной облицовкой контура машинного зала; одновременно требуется усиленная анкеровка скального массива на глубину 4—6 м с установкой одного анкера, примерно на 1 м2 поверхности. В последнее время получает распространение устройство свода вместе с подкрановыми балками мостовых кранов, а ниже предусматривается облицовка стен (рис. 22-8).
Применение глубоких отсасывающих труб небольшой ширины в плане типично для подземных и полуподземных установок. На Ингурской ГЭС применена удлиненная отсасывающая труба повышенной высоты; ширина ее не превышает (1,3—1,4) что позволяет сохранить значительно большие по толщине целики скалы между трубами. Примерно такие же отсасывающие трубы выполнены на полуподземной Ви- люйской ГЭС [22-1] и на строящейся Колымской ГЭС подземного типа [0-4].
Пазы ремонтных заграждений отсасывающих труб большей частью устраиваются в конце их, а подъемные механизмы — в отдельной галерее (рис. 22-8). В последнее время ремонтные заграждения стали размещать в начале диффузоров отсасывающих труб с устройством паза плоского затвора в бетонном массиве (рис. 22-7) или с установкой* клапанного затвора в пределах диффузора (см. рис. 26-8).
На подземных ГЭС возможна установка относительно более быст-роходных турбин, требующих большего заглубления под уровень НБ.
При этом, в отличие от наземного размещения зданий ГЭС заглубление достигается без больших дополнительных затрат.
В приведенных на рисунках примерах подземных ГЭС электросиловое оборудование состоит из РО турбин и «утопленных» гидрогенераторов, верх которых незначительно возвышается над полом просторного машинного зала. Пример подземной ГЭС, построенной в относительно слабых породах при установке вертикальных ковшовых турбин с «островной» компоновкой гидрогенератора и полукруглым сводом машинного зала приведен на рис. 22-9. На этой ГЭС установлены вспомогательные мостовые краны, что при значительном числе агрегатов оправдывает себя.
Менее часто применяются и другие варианты установки трансформаторов, например, в нишах продольной стены машинного зала, под его полом между генераторами, в расширенной части транспортного туннеля вблизи монтажной площадки и др. [22-1].
Когда трансформаторы устанавливаются в общей выломке с машинным залом или в нишах на одной отметке с машинным залом, последний должен быть отделен от помещений, где установлены трансформаторы, перегородками с плотно закрывающимися дверями, во избежание проникновения взрывной волны.
Монтажная площадка может располагаться в одном из торцов машинного зала или в середине его. В последнем варианте исключается перенос монтируемых частей над всеми агрегатами, смонтированными раньше, что удобно, в частности, при вводе агрегатов в эксплуатацию в две очереди.
Связь монтажной площадки с поверхностью земли может быть осуществлена путем устройства транспортного туннеля, который в случае необходимости за рубежом выполняют с большими уклонами, вплоть до 1/7. В соответствующих случаях предпочитают устройство вертикальной транспортной шахты. Кроме этого, делают шахты для выводов шин высокого или генераторного напряжения, аэрациониые шахты и др. Для безопасности эксплуатационного персонала средства сообщения с поверхностью земли должны быть надежными, обязательно дублироваться и находиться в разных местах машинного зала. В качестве запасных средств эвакуации персонала могут быть использованы штольни и шахты, выполненные в период строительства.
Основными предпосылками для выбора подземного варианта компоновки являются: 1) более благоприятные геологические условия в глубине массива скальных пород, несущую способность которых можно использовать для уменьшения стоимости бетонных конструкций; 2) независимость места размещения машинного зала от рельефа местности на поверхности земли, что может в некоторых случаях заметно уменьшить длину деривации; 3) практически полная защищенность машинного зала, без дополнительных затрат, от ливневых и селевых потоков, снежных лавин, камнепадов, обвалов и оползней, а также других неблагоприятных для эксплуатации и строительства природных явлений, характерных для горных районов, в которых чаще всего строятся подземные установки; 4) возможность с минимальными дополнительными затратами обеспечить большие заглубления агрегатов под уровень НБ, что позволяет применять более быстроходные гндромашины.
В определенных природных условиях подземное размещение машинного зала является не только наиболее экономичным, но и единственно приемлемым решением.
Вместе с тем для эксплуатационного персонала размещение машинного зала под землей вызывает ряд неудобств. Как и на некоторых других установках специальных типов 1 работать приходится в помещениях с принудительной вентиляцией и при искусственном освещении. При размещении машинного зала на больших глубинах, достигающих нескольких сот метров, особое внимание должно уделяться надежности средств сообщения с поверхностью земли, например их дублированием.
К числу новых предложений для реализации при строительстве подземных установок относится «кустовая» компоновка нескольких агрегатов в круглом подземном машинном зале купольного типа (см. рис. 26-12).
ПОЛУПОДЗЕМНЫЙ МАШИННЫЙ ЗАЛ
Деривационным установкам с концевой схемой использования участка реки свойственно размещение здания станции у подножья склона.
В этом случае может оказаться целесообразным строительство по- луподземного машинного зала.
Наиболее распространенным является применение траншейного варианта, при котором агрегаты устанавливаются в скальной выемке, выполненной у подножья склона. Над траншейным машинным залом
Имеется в виду полупсдземная компоновка, г также большинство вариантов водосливных и полуоткрытых зданий станций, сверху устраивается перекрытие в виде бетонного свода с засыпкой до поверхности земли, либо в виде железобетонных или металлических ферм. Последний вариант осуществлен на единственной пока в нашей стране полуподземной установке—Вилюйской ГЭС [22-1]. Крупнейшей установкой такого типа является ГЭС Инга II в Заире.
В практике, гидроэнергостроительства применяются и другие варианты полуподземных установок: а) под поверхностью земли, с целыо использования несущей способности скального массива, размещаются только водоводы и проточная часть турбин, а генераторы находятся на поверхности. Монтаж и ремонт агрегатов производится при наличии машинного зала мостовым краном или снаружи установленным козловым краном; б) каждый агрегат размещается в отдельной шахте, сделанной в скальном массиве; в верхнем перекрытии шахты устраивают люки, через которые общим козловым краном производится монтаж и ремонт всех агрегатов; в) машинным залом для установки одного — двух и более агрегатов служит железобетонный полый цилиндр, построенный в мягких грунтах. Монтаж и ремонт агрегатов производится козловым краном.
Основным преимуществом полуподземных установок является экономия стоимости, получаемая за счет рационального использования местных специфических условий строительства. Недостатком является некоторое усложнение условий эксплуатации не столь значительное, как на подземных установках.