CC BY
246
УДК 528.48
В.А. Середович, С.С. Студенков, Г.Н. Ткачева СГГ А, Новосибирск
СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СОСТОЯНИЕМ СООРУЖЕНИЙ НОВОСИБИРСКОГО ШЛЮЗА И ПУТИ ЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Новосибирский гидроузел (рис. 1) с напором 20 м расположен на р. Обь в черте г. Новосибирска. Он построен в 1952 - 1961 гг.
В состав основных сооружений гидроузла входят:
- Гидроэлектростанция мощностью 400 тыс. квт;
- Бетонная водосливная плотина;
- Земляная плотина;
- Судоходный шлюз.
Рис. 1. Схема Новосибирского гидроузла:
1 - шлюз; 2 - дамбы аванпорта; 3 - земельная плотина; 4 - водосливная плотина; 5 -здание ГЭС; 6 - нижний подходный канал к шлюзу
Общая длина напорного фронта свыше 4,8 км. Из них 0,46 км приходятся на бетонные сооружения, 4,3 км - на земляные плотины. Бетонная водосливная плотина расположена на скальном основании,
земляные сооружения - на суглинках.
Бетонная водосливная плотина гравитационного типа с вертикальной напорной гранью. Плотина имеет 8 водосливных отверстий до 20 м, перекрываемых плоскими затворами высотой 10 м. Тело плотины разбито на секции сквозными температурно-осадочными швами, проходящими по середине пролетов.
Земляная плотина возведена способом гидромеханизации из мелкозернистых песков, слагающих пойму реки. Плотина имеет максимальную высоту 27 м, ширину поверху 9 м, заложение откосов 1 : 4 и 1 : 45. Верхний откос от гребня на высоту 6 м закреплен бетонными плитами толщиной 0,3 м. Низовой откос закреплен слоем гравия толщиной 0,15 м.
Судоходные сооружения гидроузла состоят из верхнего подхода с аванпортом, огражденного продольной и поперечной дамбами-волноломами, трехкамерного однониточного шлюза и нижнего подходного канала, огражденного левобережной и двумя правобережными дамбами.
Продольная дамба-волнолом верхнего подходного канала длиной 1200 м и поперечная длиной 250 м возведены из насыпного грунта с шириной поверху 4 м и заложением откосов 1 : 3. Откосы дамб-волноломов укреплены монолитным бетонным покрытием толщиной 0,5 м со стороны водохранилища и 0,2 м - со стороны аванпорта.
В верхнем подходе расположены: причальная стенка и направляющая пала, примыкающие к верхней голове шлюза. Причальная стенка находится с правой стороны шлюза, а пала - с левой. Длина стенки 350 м, палы - 105 м.
Причальная стенка состоит из железобетонных опор, установленных через 12 м, между которыми расположены вертикальные железобетонные стенки, переходящие на верхних отметках в парапет. Проезжая часть причальной стенки выполнена из сборного железобетона, балок и плит перекрытия. На причальной стенке против каждой опоры установлены причальные тумбы и светильники на мачтах.
Направляющая пала состоит из железобетонных опор, расположенных через 12 м, с железобетонными стенками между ними.
Шлюз имеет длину 145 и ширину 18 м, глубина на его пороге 2,5 м.
Все головы шлюза одинаковой конструкции, докового типа и выполнены из монолитного бетона. Головы состоят из фундаментной плиты толщиной 2,3 м и устоев с нишами для ворот. На устоях голов размещаются четырехэтажные башни для механизмов и аппаратуры управления.
Камеры шлюза выполнены с разрезным днищем треугольного профиля и обратными консолями. По длине каждая камера разделена температурноосадочными швами на секции длиной 35 м. На стенах в каждой секции в специальных нишах смонтированы плавучие рымы для швартовки судов.
Питание шлюза головное, сосредоточенное. На верхней голове шлюза установлены подъемно-опускные плоские колесные рабочие и аварийно-ремонт-ные затворы с цепным механизмом и электрическим приводом. Наполнение верхней камеры производится из-под рабочих ворот.
На остальных головах установлены двустворчатые рабочие ворота с колесно-шатунным механизмом и электроприводом. Остальные камеры наполняются и опорожняются через обходные галереи в головах шлюза.
Водопроводные галереи перекрываются плоскими скользящими затворами с гидравлическим приводом.
Общая длина нижнего подходного канала 5300 м, ширина. 60 м и радиус закругления 2000 м. По всей своей длине с левой стороны канал отделен от реки насыпной дамбой шириной поверху 4 м, с заложением откосов 1:3.
Откосы дамбы на первом километре от шлюза закреплены железобетонными плитами, на двух последующих километрах - крупным гравием в железобетонных клетках, по остальной длине откосы дамбы не закреплены.
Размеры и конструкция причальной стенки и палы в нижнем подходном канале такие же, как и стенки и палы в верхнем подходе.
Над нижней камерой проходит автодорожный мост (6).
Оснащение сооружений шлюза контрольно-измерительной аппаратурой производилось в соответствии с действующими на тот период нормативными документами. Устанавливались оптические и оптико-механические средства измерения. Конструкция и номенклатура приборов разрабатывалась Ленинградским отделением ГИДРОЭНЕРГОПРОЕКТ и ВНИИГ (табл. 1, 2) в 1955-1956 гг. В процессе установки приборов происходила их модернизация, перемена мест расположения. Должного внимания обустройству сооружений КИА по многим причинам уделено не было. В результате чего значительная часть приборов еще на стадии закладки вышло из строя. Качество монтажа было таким, что с1964 по 1990 гг. из строя вышли еще 18 динамометров, 35 телетензометров, а усадочные конуса так и не использовались. Современное расположение КИА приведено на (рис. 2), (табл. 2).
Яр і
вк
а
а
а
. а ш г ° • 99 • й 19 б а » * I 1* « » *1- В? < В 1 17 19 ТА Г ш и ч. « 46 34 33 32 11 N I ї» УК ? в ¥ !<• 1 ІГ]
1 *- т 5 1 Т К » . 1 1 ¡І
• ЕґЖ ж Ш & » » » 4 4 * 51 -1 і- і» л! и її і к -¿4 14 11 І 22 23 24 29 29 21 29 а т '7- _
Ой
я
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ □ пьезометры • створные меряй
Є высотные мар«и
а
®
ЯрИІ
уголковые щелемеры рабочие репера
Рис. 2. Схема расположения контрольно-измерительной аппаратуры на
шлюзе
Таблица 1
№ п/п Наименование Ед. изм. Количество
1 Динамометр арматурный Д57мм шт 18
2 Телетензометр для бетона шт 35
3 Усадочный конус шт 9
4 Пьезометр шт 51
5 Контрольные марки шт 161
6 Уголковые щелемеры шт 38
7 Створные марки шт 60
8 Знаки створа шт 12
Многолетний опыт наблюдений выявил и ряд недостатков по конструкции, размещению и установке существующей КИА. Так, установленные трех - осевые щелемеры, расположенные вдоль парапетов камер шлюза на смежных секциях, постоянно деформируются снегоочистительной техникой, а их расположение в нише, в углублении температурно-осадочного шва, ниже проезжей части приводит к накоплению воды атмосферных осадков и замерзанию ее. При удалении льда ручным инструментом перед производством замеров происходит серьезная деформация элементов щелемера, что в свою очередь искажает показания и сводит на нет циклы наблюдений. Для выполнения графика наблюдений требуется проведение более чем 2000 циклов записей. И это - в условиях постоянного дефицита кадров.
Расположение самих щелемеров в устье битумной шпонки ТОШ препятствует нормальному проведению профилактических работ по прогреву, доливке битума, обустройству. Показания створных значений зачастую не совпадают с показаниями щелемеров. Отсутствие высотных марок в днище камер шлюза, имеющем разрезную доковую конструкцию, приводит к неполному анализу. Створные марки, установленные на оголовке парапетов, дают значительную погрешность из-за характера относительно тонкостенной конструкции, подверженной температурным и механическим воздействиям.
Анализ первого издания декларации безопасности объекта позволил сделать вывод о необходимости совершенствования системы мониторинга и прогнозирования возникновения ЧС, поднять ее на более качественный уровень. Настоятельную необходимость этого требуют также Федеральный закон
«О безопасности гидротехнических сооружений» и последующее распоряжение Президента РФ от 23.03.2003 г. № 86-пр, поддержавшего инициативу МЧС России об образовании в стране СМПЧС - системы мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций (4; 5).
Учитывая требования, предъявляемые к качеству получаемой информации, необходимо для надежного функционирования сооружения развивать сеть точек, где эта информация будет собираться, и номенклатуру контролируемых параметров (1). Существует множество разработок, выполненных различными организациями(2; 3), однако их внедрение на судоходных гидросооружениях России осуществляется недостаточными темпами. Наряду с имеющимися и создаваемыми в отечественной практике эксплуатации гидротехнических сооружений энергетического и воднотранспортного назначения системами контроля на Новосибирском шлюзе при участии Сибирской Государственной Академии, ООО «Системы Безопасности» и ОАО «Корпорации СтройСиб» осуществляется разработка и монтаж «Автоматизированной системы геодезического деформационного мониторинга планово-высотных смещений сооружений» (АСГДМ ПВС).
Основной целью создания системы являются:
- Повышение оперативности контроля за планово-высотными смещениями за счет значительного сокращения продолжительности цикла измерений в режиме реального времени;
- Повышение точности измерений за счет исключения ошибки наблюдателя;
- Увеличение качества циклов измерений;
- Повышение производительности труда;
- Возможность компьютерной обработки информации с решением задач прогнозирования и отслеживания динамики процессов.
Система позволит оперативно рассматривать динамику развития смещений стен камер шлюза и устоев в процессе шлюзования, как в реальном времени, так и в записи. В перспективе создаваемая система может быть подключена к системам, контролирующим другие параметры. В условиях обустроенности площадки и рельефа судоходного сооружения внедрение новой контрольной системы сопряжено с трудностями определения места установки новой КИА, выбора методов ведения монтажных работ, прокладки коммуникаций связи, обеспечения их сохранности, удобства обслуживания и т.д.
Поэтому работы по установке системы и вводу ее в эксплуатацию разбиты на три этапа. На первом этапе в настоящее время определены контрольные точки системы и в них устанавливаются датчики в количестве 28.
Внедряемая система в рамках заданных условий (при температуре окружающего воздуха от +40 до -40°С, относительной влажности 90%, атмосферном давлении 84 - 107 КПа) осуществляет централизованный контроль состояния сооружений, выполняя следующие функции:
- Измерение деформации в контрольных точках по командам персонала;
- Обработка результатов измерений и представление их в виде вычисленных горизонтальных и вертикальных смещений контрольных точек;
- Сравнение с результатами предыдущих измерений по командам персонала;
- Равнение результатов с установленными нормами и выдачей оперативной информации о результатах сравнения;
- Запись и хранение информации (в электронном виде) на машинных носителях.
В условиях проводимой на шлюзе реконструкции процесс компьютеризации обработки данных проводимого мониторинга ведется не первый год. Эксплуатация внедряемой системы требует качественно нового уровня подготовки персонала. Уже на этапе ведения СМР по внедрению новой системы, исполняя закон Российской Федерации «О безопасности гидротехнических сооружений», группа наблюдений за ГТС приступила к обучению в Сибирской государственной геодезической академии.
Учитывая все вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
1. Установленная в процессе строительства Новосибирского шлюза контрольно-измерительная аппаратура по своей надежности и качеству не в полной мере соответствует современным требованиям.
2. Анализ многолетних натурных наблюдений с использованием имеющейся КИА показал правильность принятых проектных решений конструкций шлюза. Расчетные данные в большинстве случаев совпадают с данными контрольных наблюдений. Отсутствие вышедших из строя трех видов приборов создают значительную трудность в прогнозировании технического состояния сооружений в условиях «старения» сооружений.
3. Исполняя государственное законодательство в части безопасности гидротехнических сооружений, необходимо осуществлять плановое внедрение современной КИА с обязательной увязкой действующей КИА и установкой дополнительных контрольных точек.
2. Для выработки единых методологических и технологических подходов в области мониторинга и прогнозирования на основе многолетнего опыта проведения натурных наблюдений, а также внедрения новых разнообразных систем с программным обеспечением необходимо создание совместного координирующего и информационного центра со стороны Министерства Транспорта, Министерства энергетики и Министерства по Чрезвычайным ситуациям Российской Федерации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баланин В.В. Совершенствование системы контроля за состоянием судоходных сооружений // Гидротехническое строительство. - 1982. - № 7.
2. Радкевич Д.Б. Методы и средства автоматизированного контроля состояния гидротехнических сооружений при их эксплуатации // Гидротехническое строительство. -1983. - № 2.
3. Михайленко В.В.Старшинов С.Н., Сахаров Г.Г., Шахов Н.А. Оценка состояния контрольно-измерительной системы Вилюйской ГЭС-3 // Гидротехническое строительство. - 2004. - № 12.
4. Организационно-методические указания по подготовке органов управления сил, средств гражданской обороны и Единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС на 2004 год // Гражданская Защита. - 2004. - № 1.
5. Мониторингу и прогнозированию - особое внимание // Гражданская Защита. -2004. - № 2.
6. Садовский Г.Л. Судоходные гидротехнические сооружения СССР. - М.: Транспорт, 1970.
© В.А. Середович, С.С. Студенков, Г.Н. Ткачева, 2006
