V этап—наращивание сооружений и наполнение водохранилища до проектных отметок с последовательным, поочередным пуском всех агрегатов

Каждому из этих этапов соответствует своя схема пропуска строительных расходов и переход от одного этапа к другому сопровождается соответствующими изменениями этой схемы.

На I этапе основного периода возведение необходимых сооружений осуществляется, как правило, за перемычками, а пропуск строительных расходов производится по естественному руслу реки с различной степенью его стеснения этими перемычками. Внутри котлована строятся сооружения, через которые будут пропускать строительные расходы на последующих этапах строительства. Эти сооружения бывают различных видов в зависимости от компоновки и типов основных сооружений;

Это могут быть как специальные временные сооружения, построенные только для пропуска строительных расходов (каналы, туннели, донные трубы), так и различные отверстия в постоянных бетонных сооружениях (отверстия в виде «гребенки», донные отверстия и т.д.).

В принципе следует стремиться к использованию основных сооружений гидроузла для пропуска строительных расходов, т.е. к совмещению строительных и эксплуатационных водосбросов, при невозможности этого варианта нужно прибегать к устройству специальных временных отверстий в основных сооружениях и только в крайнем случае предусматривать специальные временные сооружения.

Основные мероприятия и виды работ на первом этапе включают:

· возведение перемычек первой очереди;

· организацию водоотлива и водопонижения в котловане;

· выемку мягких и скальных грунтов под сооружения;

· бетонные работы на участках бетонных сооружений;

· насыпь грунтов на участках земельных сооружений;

· монтаж гидромеханического оборудования строительных отверстий.

Положение и конструкция перемычек должны быть увязаны с возможным стеснением русла, геологическими условиями основания и наличием местных материалов.

Перемычки относятся к временным сооружениям 4 класса капитальности. Отметки гребня должны соответствовать горизонтам воды при пропуске расчётных расходов 5% обеспеченности. Иногда при особых обоснованиях перемычки относят к 3 классу капитальности с расчетными строительными расходами 3% обеспеченности.

Система водоотлива и водопонижения должна быть увязана со свойствами грунтов основания и перемычек.

Бетонные части сооружения, необходимые для перекрытия русла и пропуска строительных расходов после перекрытия возводятся полностью. Остальные сооружения возводятся в минимальном объёме, необходимом для создания напорного фронта при перекрытии и пропуске последующего расчётного паводка.

На II этапе в процессе перекрытия русла осуществляется постепенное переключение расходов из естественного русла на сооружения, построенные во время I этапа.

Перекрытие русла включает следующие основные мероприятия и работы:

· предварительное стеснение русла на участке перекрытия до расчётного прорана;

· отсыпка каменного банкета в проране (перекрытие прорана);

· отсыпка фильтров и материала тела перемычки до отметок перекрытия;

· наращивание перемычки по высоте до отметок, необходимых для пропуска расчетного строительного расхода (паводка).

Перекрытие русла обычно начинается в осенний период с малыми расходами (сентябрь, октябрь месяцы). В предшествующий период с относительно сниженными меженными расходами производят дополнительное сужение русла путём отсыпки мягких грунтов и горной массы с берегов с оставлением прорана. Перекрытие этого прорана осуществляется обычно отсыпкой горной массы с крупными камнями и бетонными кубами.

На этом этапе очень важным является выбор способа перекрытия. В основном применяется два способа перекрытия: пионерный и фронтальный.

Пионерный способ заключается в постепенной отсыпке каменного банкета в проран с берегов.

Фронтальный способ заключается в одновременной отсыпке банкета по всей ширине прорана со специальных мостов.

Выбор способа зависит от расхода и скоростей при перекрытии, свойств грунтов в основании. Наиболее простой способ – пионерный, но критические скорости потока при этом способе выше, чем при фронтальном, поэтому он применяется при залегании в русле трудно-размываемых грунтов (аллювий, валуны и др.). При наличии в основании сильно-размываемых грунтов (песков) приходится применять фронтальный способ.

Банкет перекрытия отсыпается в пределах будущей перемычки в перекрываемом русле для возможности возведения в русле основных сооружений. Эту перемычку начинают возводить сразу после отсыпки банкета, сначала до отметок перекрытия, а затем на третьем этапе – до проектных отметок, соответствующих расчетным горизонтам верхнего бьефа при пропуске расчетных расходов.

Положение банкета и перемычки зависит от компоновки и конструкции основных сооружений на этом участке. При русловой компоновке с бетонными плотинами в русле банкет располагается с верховой стороны и входит в состав верховой перемычки второй очереди. Для организации основных работ в котловане второй очереди параллельно возводится перемычка с нижнего бьефа.

При компоновках с однородными земляными плотинами в русле без устройства котлована второй очереди банкет перекрытия располагается с низовой стороны в пределах тела плотины с низовой стороны. При компоновках с неоднородными земляными плотинами с устройством котлована второй очереди банкет перекрытия и перемычка располагаются с верховой стороны. Необходимость устройства котлована второй очереди зависит от конструкции плотины.

На третьем этапе производится наращивание всех основных сооружений по всему напорному фронту. Пропуск строительных расходов осуществляется по ранее построенным сооружениям и отверстиям.

При компоновках с бетонными плотинами в русле требуется организация котлована второй очереди со всеми работами как и при организации котлована первой очереди на первом этапе. Возведение перемычек начинается сразу после перекрытия русла и должно быть закончено до наступления весеннего паводка. Высота перемычек и ее объемы должны быть увязаны с возможностью их возведения за этот период. Для этого выполняются специальные технико-экономические расчеты.

При компоновках с земляными плотинами в русле необходимость организации котлована второй очереди зависит от типа и конструкции плотины. При однородных плотинах, и отсутствии специальных сопрягающих устройств с основанием, котлован второй очереди не требуется, и отсыпка плотины ведется прямо в русло.

При неоднородных плотинах и наличии специальных устройств при сопряжении с основанием требуется устройство котлована второй очереди со всеми вытекающими мероприятиями и работами.

В конце третьего этапа перед началом наполнения водохранилища должны быть выполнены мероприятия и работы для уменьшения и регулирования пропускной способности строительных отверстий в период наполнения водохранилища. По этим отверстиям с ограниченной пропускной способностью и осуществляется пропуск в нижний бьеф расходов при наполнении водохранилища и наращивании сооружений на четвертом этапе.

На четвертом этапе осуществляется наполнение водохранилища, и продолжается возведение сооружений до отметок пуска сооружений первой очереди.

В период наполнения водохранилища (IV этап) часть расходов реки должна задерживаться в водохранилище, а через створ гидроузла должны пропускаться только расходы, необходимые для удовлетворения нужд тех отраслей народного хозяйства, предприятия которых расположены ниже гидроузла. На этом этапе пропуск строительных расходов осуществляется через регулируемые отверстия с уменьшенной пропускной способностью. Для низконапорных сооружений это могут быть отверстия с их постепенным поочередным перекрытием и заделкой. Для высоконапорных гидроузлов предусматривается перестройка больших отверстий, расположенных на низких отметках у основания плотины, на малые с пониженной пропускной способностью или предусматривается устройство новых отверстий на высоких отметках в несколько ярусов. Эти отверстия включаются в работу по мере наполнения водохранилища и во всех случаях оборудуются затворами для регулирования пропускной способности.

В конце четвертого этапа осуществляется пуск агрегатов первой очереди и построенные сооружения принимаются во временную эксплуатацию.

На пятом этапе происходит наращивание всех сооружений до проектных отметок, дальнейшее наполнение водохранилища и поочередный пуск всех агрегатов ГЭС.

Таким образом, для любых компоновок и принятых схем очередности возведения сооружений и пропуска строительных расходов можно выделить 5 четко выраженных этапов строительства и связанных с ними изменений уровня воды верхнего бьефа от начала работ по основным сооружениям до наполнения водохранилища (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов в основной период строительства

I, II, III, IV, V—этапы; 1 – уровни воды в, реке в естественных условиях при пропуске расчетного расхода; 2 – уровни воды в верхнем бьефе в период строительства после перекрытия русла; 3 – рост отметок верха сооружений напорного фронта

Некоторые примеры схем пропуска строительных расходов (II – III этапы) на построенных гидроузлах приводятся в табл.1.1.

Таблица 1.1.

Гидроэлектро-станция	Река	Расчетные расходы воды, м³/с /% обеспеч.	Схема
Волжская имени XXII съезда КПСС	Волга	47800/5	гребенка водосливной плотины и донные отверстия здания ГЭС
Киевская	Днепр	520 факт. при перекр.	отверстия в блоках здания ГЭС
Усть-Хантайская	Хантайка	8090/5	строительный туннель с площадью сечения 100 м² с переливом через перемычки
Братская	Ангара	11400/5	гребенка водосливной плотины и донные отверстия
Зейская	Зея		8 донных отверстий 8х12 м
Сояно-Шушенская	Енисей	10600/5	10 донных отверстий в бетонной плотине 9 по 6х6,6 м и 1 по 5х5,5 м
Колымская	Колыма	10700/5	бетонная труба с площадью сечения 400 м²
Бурейская	Бурея	16500/5	6 донных отверстий 6х12 м
Три ущелья	Янцзы КНДР	11600 факт. при перекр.	строительный канал, донные отверстия

1.4. 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.

Рис. 1.6. Этапы возведения сооружений и пропуск строительных расходов при русловой компоновке

(продольный разрез по оси плотины; разрезы по секциям плотины: А—А— по водосливной секции, Б—Б — по секции станционной плотины и зданию ГЭС с агрегатами II очереди, В—В — по секции станционной плотины и зданию ГЭС с агрегатами I очереди; плановые схемы этапов) 1—секции плотины; 2—большие донные отверстия I очереди; 3—бетонная пробка; 4—малые донные отверстия II очереди с затворами для регулирования уровней и расходов в период наполнения водохранилища; 5—раздельный устой; 6 — продольная перемычка 1 очереди: 7 — временный водоприемник агрегатов I очереди: 8—постоянные водоприемники ГЭС; 9—постоянные водосбросные отверстия: 10 — выштрабленная подводная часть здания ГЭС; 11—подводная часть здания ГЭС: 12—шатер здания ГЭС; 13—верховая и низовая поперечная перемычки I очереди; 14 — котлован I очереди; 15—банкет перекрытия: 16—проран в русле реки; 17—проран в перемычках I очереди; 18—котлован II очереди; 19—перемычки II очереди; I,II,III,IV,V – этапы возведения сооружений

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.

Рис. 1.6.а. Зейская ГЭС. Этап № 1. Возведение сооружений, необходимых для перекрытия русла. Подготовка к затоплению котлована первой очереди.

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.

Рис. 1.6.б. Зейская ГЭС. Этап № 2. Перекрытие р. Зеи 13 октября 1972 г.

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.

Рис. 1.6.в. Зейская ГЭС. Этап № 3. Наращивание по всему фронту для начала наполнения водохранилища

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.

Рис. 1.6.г. Зейская ГЭС. Этап № 4. Возведение сооружений до отметок пуска первого агрегата

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.

Рис. 1.6.д. Зейская ГЭС. Этап № 5. Возведение сооружений до проектных отметок

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.

Рис. 1.7. Этапы возведения сооружений и пропуск строительных расходов при пойменной компоновке (продольный разрез по оси плотины; разрезы по сооружениям: А—А—по зданию ГЭС с первоочередными агрегатами, Б—Б—по зданию ГЭС с последующими агрегатами, В—В—по водосливной плотине, Г—Г—по земляной плотине, Д—Д — но шлюзу; I – V - плановые схемы этапов), 1—русло реки; 2—перемычки;.3—земляная плотина; 4— шлюз; 5—временные отверстия водосливной плотины («гребенка»); 6, 6а—здание ГЭС, соответственно, на первоочередных и последующих агрегатах; 7 — монтажная площадка; 8— котлован водосливной плотины и здания ГЭС; 9 — котлован шлюза; 10—прораны в верховой и низовой перемычках: 11—каменный банкет: 12 — проран в русле; 13— верхняя голова шлюза; 14 — то же с пониженной отметкой короля.

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.

Рис. 1. 8. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов при береговой или деривационной компоновке (продольный разрез по оси плотины; разрезы по сооружениям: А—А — разрез по каменно-набросной плотине; Б—Б — разрез по строительному тоннелю: I – V - плановые схемы этапов).

1—русло реки; 2—плотина; 3—строительные тоннели; 4—временный напорный трубопровод первого пускового агрегата ГЭС; 5 — постоянные водоводы агрегатов ГЭС; 6 -банкет перекрытия и верховая перемычка; 7—низовая перемычка плотины; 8—упорные призмы плотины; 9—ядро плотины; 10—верховой портал строительного тоннеля; 11—низовой портал строительного тоннеля; 12 — бетонная пробка; 13—донное отверстие II очереди с затворами для регулирования уровня и расходов в период наполнения водохранилища; 14—эксплуатационный водосброс; 15 - перемычка верховых порталов строительного тоннеля; 16—перемычка низовых порталов строительного тоннеля и здания ГЭС; 17 — временный водоприемник первого пускового агрегата ГЭС; 18 — подземная ГЭС; 19—отводящие тоннели ГЭС; 20—постоянные водоприемники агрегатов ГЭС.

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.