«Предвидеть и предупреждать» катастрофы

Катастрофа — это сильный отклик эксплуатируемого объекта на сла­бое воздействие. Одной из причин происходящих катастроф явля­ется несогласованность техно-природных воздействий со свойства­ми и возможностями эксплуатируемого сооружения. Плотина СШГЭС на протяжении всех лет эксплуатации до аварии находилась в нестационарном состоянии, и в таком же состоянии она находит­ся все годы после аварии 2009 г. При анализе состояния СШ-гидроузла необходимо руководствоваться основополагающим принципом, а именно презумпцией потенциальной опасности плотины, которая сконцентрировала в Карловском створе огромную потенциальную энергию.

Можно отметить два вида основных потенциальных опасностей:

• первая — возможная потеря плотиной запаса устойчивости на сдвиг. Результаты выполненных расчетов свидетельствуют, что коэф­фициент запаса несущей способности системы «плотина—основание», соответствующий ее вступлению в предельное состояние с прогресси­рующим нарастанием смещений, находится в диапазоне 1,25—1,30 при НПУ 539 м и 1,16—1,22 при ФПУ 547,5 м.
• вторая — возможное негативное влияние радиальных и угловых перемещений плотины на пространственное положение оси вала и вибрационный режим гидроагрегатов.

Невозможно согласиться с главным инженером Ленгидропроекта, который в 2010 г. с трибуны Всероссийского совещания гидротех­ников произнес: «Авария на СШГЭС произошла в штатных условиях, когда все работало исправно». На исправном оборудовании аварии не происходят. Неисправность, как известно, присутствовала: «сечения шпилек крепления крышки турбины ГА-2 были разрушены за годы эксплуатации в среднем на 65 %».

В настоящее время неисправности в системе «плотина—основа­ние» продолжают накапливаться. Наиболее авторитетный из отече­ственных гидротехников Герой Социалистического Труда Е.А. Долгинин — бывший главный инженер КрасноярскГЭСстроя, руководив­ший первые несколько лет строительством Саяно-Шушенской ГЭС, относительно этого объекта писал, что «в проекте и его исполнении заложено немало слабых мест, которые, если от них отмахнуться и прятать голову в песок, могут развиться в катастрофу».

Плотина СШГЭС спроектирована в предположении достаточной прочности и статичности скального основания и берегов. Надежность этого уникального инженерного сооружения определяется не только прочностью конструкции плотины. Как показал опыт эксплуатации, основание и береговые примыкания плотины оказались подвижны­ми. Причинами подвижности горных пород основания и берегов яв­ляются природные и техногенные факторы. К природным факторам можно отнести пульсацию земной коры под действием лунно-солнечных приливов, медленные движения под действием тектонических напряжений в земной коре, колебания под действием природных сей­смических событий. К техногенным факторам можно отнести мощ­ные процессы массо- и теплопереноса в основании и берегах, наве­денные сейсмические события, вибрации, вызванные работающими гидроагрегатами, действующими водосбросами и строительными взрывами, а также прогиб земной коры от веса водохранилища. Дей­ствие этих техно-природных процессов на устойчивость высокой бе­тонной плотины с предельными геометрическими параметрами со­вершенно не изучено.

Одним из важнейших показателей исправности плотины являет­ся отсутствие ее необратимых перемещений. Под необратимыми пе­ремещениями следует понимать разность между замерами переме­щений текущего и предыдущего года при минимальном уровне верх­него бьефа. В настоящее время разработано множество расчетных моделей высоконапорных гидроузлов, учитывающих известные нор­мативные нагрузки и воздействия. Однако эти модели не в состоя­нии объяснить наблюдаемые на протяжении многих лет эксплуата­ции необратимые перемещения секций и деформации растяжения в основании первого столба плотины СШГЭС, непрерывный рост ароч­ных напряжений и другие «загадочные» процессы.

В настоящее время эксплуатация такого ответственного сооруже­ния, каким является арочно-гравитационная плотина СШГЭС, осу­ществляется в условиях противоречивой информационной обстанов­ки. Аналогичные процессы наблюдаются также в створах других высоких бетонных плотин. Следователь­но, существуют некоторые не учитываемые существующей практи­кой проектирования физические процессы, которые нуждаются в со­ответствующем обнаружении и исследовании.

Следует признать, что мы не все знаем о процессах, происходя­щих в системе «глубокое водохранилище—основание—высокая пло­тина». В условиях недостаточности знаний об особенностях совмест­ной работы плотины, основания и берегов служба эксплуатации СШГЭС только фиксирует различные непредсказуемые явления, в то время как плотина и ее основание не должны быть для гидротехни­ков «черным ящиком».

СШГЭС сконцентрировала настолько мощный заряд потенциаль­ной энергии, что настоящий уровень ее безопасности нельзя считать достаточным. Существует необходимость в объективной оценке се­годняшнего состояния гидротехнических сооружений этого уникаль­ного гидроузла. Раньше считалось, что высокие плотины могут легко приспособиться к деформациям скальных оснований. В настоящее время выясняется, что это не совсем так. Многие высокие плотины за десятки лет эксплуатации так и не вышли на стационарный ре­жим работы. Например, в актах обследования СШ-гидроузла фигурирует следующая запись: "плотина не вышла на квазистационарный режим работы".

Области проявления необратимых процессов в створе плотины СШГЭС

а — схема поперечного профиля плотины; б—плановая схема арки до и после сближения берегов; в— схема осадок основания русловых секций в продольном сечении плотины.

Средняя интенсивность протекания необратимых процессов в створе плотины Саяно-Шушенской ГЭС необъяснеяной физической природы, наблюдавшаяся при минимальном значении УВБ до 2010 г