Особенности этапов возведения гидроузла и пропуска строительных расходов при различных компоновках основных сооружений
Существенное влияние на схему пропуска строительных расходов на различных этапах строительства и на организацию строительства в целом оказывает компоновка основных сооружений. Различают три основных типа компоновки: русловую, пойменную и береговую или деривационную.
Русловая компоновка. При русловой компоновке все бетонные сооружения гидроузла (плотина, здание ГЭС) располагаются в естественном русле реки. Этот тип характерен для рек, не имеющих поймы и протекающих в относительно сжатых руслах, в скальных или малоразмываемых берегах. Такая компоновка свойственна в основном высоконапорным гидроузлам с бетонными плотинами.
Для пропуска строительных расходов при таких компоновках используются в основном так называемые донные отверстия.
При плотинах высотой более 150 м отверстия располагаются в 2 яруса по высоте.
Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных расходов при этой компоновке приведены на рис. 1.6.
Основной особенностью такой компоновки является двухочередная схема возведения сооружений.
Сначала на первом этапе строятся перемычки первой очереди, и создается котлован первой очереди. При этом продольная перемычка располагается практически в русле, значительно стесняет русло, поэтому ее положение и конструкция требуют соответствующего обоснования.
В этом котловане возводится часть плотины с донными отверстиями, необходимыми для перекрытия и пропуска строительных расходов на последующих этапах.
После перекрытия русла строятся перемычки второй очереди и создается котлован второй очереди. В этом котловане сначала строятся прискальные части плотины и станционного узла, а затем осуществляется наращивание всех напорных сооружений по всему напорному фронту.
На II этапе осуществляется перекрытие русла реки и постепенное переключение расходов через построенные временные отверстия в плотине. Особое внимание здесь должно уделяться тщательной разборке перемычек 1-й очереди в подводящем и отводящем каналах водопропускных отверстий (для уменьшения перепадов и скоростей при перекрытии русла). После перекрытия осуществляется возведение перемычек 2-й очереди и откачка котлована 2-й очереди.
На III этапе осуществляется наращивание бетонных сооружений по всему напорному фронту до отметок, необходимых для начала наполнения водохранилища. Пропуск строительных расходов на этом этапе осуществляется через различные донные отверстия, выполненные в теле плотины. Отверстия оборудуются необходимыми затворами и подъемными механизмами. Существенной особенностью этого этапа при русловой компоновке является необходимость устройства перемычек и котлована 2-й очереди для возможности возведения бетонных сооружений на участке перекрытия русла. Другой особенностью является то, что на этом этапе, как правило, выполняются основные объемы бетонных работ. Именно на этом этапе по всей ширине створа реки на большую высоту возводятся основные сооружения напорного фронта; основные объемы бетонных работ выполняются и по зданию ГЭС. В связи с этим данный этап является наиболее продолжительным.
С целью уменьшения объемов работ, выполняемых к пуску первых агрегатов, напорные бетонные сооружения на этом и последующих этапах, как правило, выполняются с выштрабленным профилем.
На IV этапе осуществляются наполнение водохранилища до отметок пуска первых агрегатов ГЭС и пуск этих агрегатов. Параллельно с наполнением водохранилища осуществляются наращивание фронта бетонных сооружений, возведение здания ГЭС и монтаж агрегатов. Для обеспечения наполнения водохранилища пропуск строительных расходов в этот период осуществляется через отверстия с пониженной пропускной способностью. С этой целью отверстия III этапа оборудуются затворами, способными регулировать расходы в период наполнения водохранилища и перекрывать эти отверстия при наполненном водохранилище.
При невозможности устройства таких затворов (при больших размерах отверстии и напорах) большие донные отверстия III этапа перестраиваются на малые отверстия и снабжаются соответствующими затворами. Такие решения осуществлены, например, на строительстве гидроузлов Красноярской, Зейской и других ГЭС с бетонными плотинами высотой 100—150 м. При больших напорах приходится устраивать донные отверстия в несколько ярусов, закрывая постепенно нижние ярусы отверстий и подключая для пропуска расходов верхние ярусы по мере наполнения водохранилища. Для пропуска строительных расходов и их регулирования в периоды переключения расходов с одного яруса на другой предусматриваются специальные отверстия небольшого сечения с затворами и оборудованием, рассчитанными на большие напоры. Такое решение осуществлено на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС с арочногравитационной плотиной высотой 240 м, Нурекской, Рогунской и других ГЭС.
На V этапе осуществляется достройка сооружений до проектных отметок и поочередный пуск всех агрегатов на полную мощность. Пропуск необходимых расходов через створ гидроузла в этот период осуществляется уже через работающие агрегаты ГЭС. При необходимости и в период паводков к ним подключаются те же временные отверстия, что и на IV этапе. Последние постепенно закрываются и заделываются, а пропуск расходов переключается на постоянные водосбросные отверстия по мере их готовности и наполнения водохранилища. Объемы работ этого этапа соответствуют разности объемов работ, выполненных к пуску первых агрегатов, и объемов работ в целом. При пуске ГЭС на промежуточных отметках водохранилища и выштрабленном профиле плотины эта разница может быть очень существенной и превышать 50%. Так, на строительстве Зейской ГЭС к пуску первых агрегатов было выполнено 50% объема бетонных работ по плотине и освоено 48% капиталовложений. На строительстве Саяно-Шушенской ГЭС, соответственно 33 и 42,4%. Продолжительность V этапа зависит от объемов выполняемых работ, возможных сроков наполнения водохранилища и потребностей энергосистемы в наращивании мощностей. При больших объемах водохранилищ, достигающих одного объема годового стока реки и более, сроки их наполнения растягиваются на несколько лет. Так, объем водохранилища Зейской ГЭС составляет приблизительно 3 объема годового стока реки и на его наполнение потребовалось 5 лет.
Пойменная компоновка. При пойменной компоновке основные бетонные сооружения (водосливная плотина здание ГЭС, водозаборы, шлюз и др.) обычно располагаются в пойме на одном или обоих берегах, а в русле реки располагается глухая земляная плотина. Эта компоновка свойственна в основном низконапорным гидроузлам на реках, протекающих в легкоразмываемых мягких грунтах.
Для пропуска строительных расходов при этой компоновке обычно используются выштрабление пролетов водосливной плотины (так называемая «гребенка») и другие различные отверстия в плотине и в здании ГЭС.
Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных расходов при этой компоновке даны на рис. 1.7.
Особенностью I этапа возведения сооружений при пойменной компоновке является то, что на этом этапе в котловане 1-й очереди возводятся не только сооружения для пропуска строительных расходов (гребенка водосливной плотины и др.), но и все другие бетонные сооружения гидроузла (здание ГЭС, шлюз, рыбопропускные и другие сооружения). На этом же этапе возводятся все участки земляной плотины на пойме и на
берегах. В связи с этим на I этапе до перекрытия русла выполняется основная часть работ по основным сооружениям, что делает этот этап наиболее продолжительным.
На II этапе осуществляется перекрытие русла и переключение пропуска воды с естественного русла на отверстия, построенные на первом этапе.
На III этапе осуществляется возведение руслового участка плотины и наращивание напорных бетонных сооружений и здания ГЭС. Особенностью этого этапа является то, что для возведения руслового участка плотины, как правило, не требуется устройства перемычек и котлована 2-й очереди. Земляные плотины, обычно намывного типа, на русловом участке возводятся способом гидромеханизации с первоначальным намывом грунта в году. Пропуск строительных расходов на этом этапе осуществляется через те же отверстия, что и при перекрытии русла. Для пропуска паводковых расходов используются дополнительно все другие постоянные и временные отверстия в здании ГЭС. При наличии в составе гидроузла судопропускных сооружений они также могут быть использованы для пропуска расчетного паводка.
На IV этапе осуществляются наполнение водохранилища и пуск первоочередных агрегатов. Особенностью этого этапа для пойменной компоновки является то, что водохранилища для низконапорных ГЭС обычно имеют небольшой объем и для их наполнения требуется очень короткое время.. Наполнение водохранилища при схеме пропуска расходов через гребенку обеспечивается постепенным поочередным закрытием отверстий гребенки и наращиванием отметки порога до постоянной в несколько приемов.. Количество этапов перекрытия «гребенки» и шаг ее наращивания определяются гидравлическими расчетами в соответствии с заданными темпами наполнения водохранилища и расходами реки.
На V этапе осуществляются достройка сооружений до проектных отметок и поочередный пуск всех остальных агрегатов на полную мощность.
Береговая или деривационная компоновка. При этой компоновке бетонные сооружения (здание ГЭС, водосброс) располагаются обычно на берегах или бортах долины, а русло реки перекрывается земляной или каменно-набросной плотиной. Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных расходов показаны на рис. 1.8.
Для пропуска строительных расходов при этой компоновке обычно предусматривают тоннели в скальных берегах или донные трубы вдоль одного из берегов.
Первые схемы применяются обычно при узких створах (Токтогульский, Рогунский и другие гидроузлы), вторые—при относительно широких створах (Мингечаурский и
Колымский гидроузлы). Как те, так и другие могут быть временными, предназначенными только для пропуска строительных расходов, или постоянными, совмещенными с эксплуатационными водосбросными сооружениями. При относительно широких створах применяется схема с траншеями, выполненными в берегах (Вилюйская ГЭС).
На первом этапе для строительства этих сооружений возводятся перемычки, как правило, мало стесняющие русло.
Особенностью II этапа—перекрытия русла при таких компоновках является то, что русло реки перекрывается банкетом полностью на всю ширину, и для возведения основных сооружений (плотины) в русле реки не требуется устройства продольных перемычек.
На III этапе пропуск строительных расходов осуществляется через построенные туннели или донные трубы. В основном русле реки, полностью перекрытом перемычками, возводится плотина. При возведении каменно-набросной плотины для строительства сопрягающихся с основанием элементов (зуба, галерей, ядра и т. д.) обычно требуется устройство котлована, для чего строятся верховая и низовая перемычки. Для уменьшения общей стоимости сооружений эти перемычки по возможности должны входить в верховую и низовую призмы плотины. При больших расчетных паводковых расходах для их пропуска могут применяться схемы с переливом через русловую плотину. В этих случаях строительные туннели или трубы и траншеи рассчитываются на пропуск только меженных расходов, а максимальные паводковые расходы пропускаются как через туннели, так и переливом через плотину. Наращивание плотины по высоте осуществляется в межпаводковые периоды. Для предотвращения размыва тела плотины при переливе через нее воды устраивается соответствующее крепление поверхности плотины, подвергающейся воздействию потока.
На IV и V этапах пропуск строительных расходов осуществляется через поочередно перекрываемые отверстия III этапа. Для уменьшения их пропускной способности и возможности их регулирования применяются решения, подобные тем, которые описаны при рассмотрении русловой компоновки. При одноярусном расположении туннелей большие сечения переоборудуются на малые путем устройства в туннелях бетонной пробки с соответствующими малыми отверстиями и высоконапорными затворами. При напорах более 100—150 м туннели устраиваются в несколько ярусов. Продолжительность IV и V этапов и объемы работ по основным сооружениям зависят, так же как и в русловой компоновке от параметров водохранилища, мощности водотока и потребностей народного хозяйства в наращивании мощностей.
Бесперемычные схемы возведения сооружений Устройство перемычек и котлованов для возведения основных сооружений и сооружений для пропуска строительных расходов осложняет строительство в целом, увеличивает его стоимость и сроки. Стоимость сооружений для пропуска строительных расходов иногда превышает 10% стоимости основных сооружений, поэтому там, где это возможно, применяют бесперемычные способы возведения сооружений и пропуска строительных расходов, что может дать значительный эффект. Для возведения в русле подводных частей бетонных сооружений применяют кессоны, опускные колодцы и наплавные конструкции. Кессоны изготавливаются на берегу и на плаву доставляются к месту установки. Форма и размеры кессонов зависят от конструкции возводимых сооружений. Опускные колодцы применяются лишь в грунтах, допускающих их разработку подводным способом (главным образом гидромеханизацией).
В последнее время получает распространение метод возведения бетонных сооружений с помощью наплавных конструкций. При этом способе готовые ячеистые железобетонные секции сооружения (плотины, здания ГЭС и др.) изготавливают насухо в специальных котлованах на берегу реки или водного бассейна. Затем котлован затапливают, конструкции всплывают и их на плаву транспортируют к месту установки. На месте установки плавучие секции постепенно осаживают на основание, которое заранее выравнивают черпанием или отсыпкой постели. В СССР этот способ, например, был применен с успехом при строительстве Кислогубской приливной электростанции (ПЭС) и на строительстве защитных сооружений Ленинграда.
Земляные и каменно-набросные плотины также могут быть возведены без перемычек. Для плотин на малофильтрующем основании в этом случае применяют отсыпку банкета в текущую воду и затем присыпку или намыв тела плотины. Для каменно-набросных плотин на сильнофильтрующем основании возможна предварительная отсыпка в воду насыпи с последующим возведением на ней галерей и выполнением цементации их основания. При благоприятных топографических и геологических условиях возможно строительство грунтовой плотины мгновенным завалом русла грунтом с помощью направленного взрыва (плотины Медео и Байпазинской ГЭС).
Выбор варианта схемы пропуска строительных расходов
Выбор варианта пропуска строительных расходов происходит при комплексном учете всех особенностей гидротехнического строительства.
Должны быть уточнены условия пропуска паводков, льда, требования других потребителей и отраслей народного хозяйства.
Обычно составляются несколько проектных вариантов. Окончательный вариант, уточняемый по лабораторным исследованиям, должен обеспечивать: наибольшую надежность и простоту схемы пропуска строительных расходов (пропуска воды, льда, судов), минимальную стоимость работ.
Сделать однозначный выбор не всегда легко, так как, например, минимальный по объемам работ и стоимости водоотводящий тракт (туннель, канал) обычно требует устройства более высоких и дорогих перемычек, часто усложняет перекрытие русел и удорожает его. Для определения минимальной стоимости сооружений, необходимых для
Схема пропуска строительных расходов разрабатывается в проекте организации строительства на стадии ТЭО и стадии проекта. В дальнейшем отдельные элементы ее уточняются в ППР на стадии рабочей документации и в ходе строительства в соответствии с фактическими условиями.
Современные тенденции в выборе схем пропуска строительных расходов заключаются в стремлении: использовать для пропуска строительных расходов постоянные сооружения; свести к минимуму или исключить полностью специальные временные затворы для пропуска строительных расходов через бетонные сооружения и использовать эксплуатационное оборудование; использовать вышележащие водохранилища для снижения расходов строительного периода и особенно расходов при перекрытии русла; уменьшить размеры дорогостоящих специальных водопропускных отверстий (например, туннелей) за счет частичного сброса расходов через затапливаемые перемычки и недостроенные сооружения; использовать бесперемычные способы возведения сооружений и пропуска строительных расходов.