ВВЕДЕНИЕ

Гидроэлектростанции (ГЭС) имеют ряд экономических и экологических преимуществ по сравнению с другими типами электростанций. Вода - непрерывно возобновляемый экологически чистый источник энергии, а преобразование энергии падающей воды в электроэнергию происходит с наименьшими эксплуатационными издержками. В последние 10 лет первостепенное значение приобрела проблема экологии. Существует мнение об экологической неприемлемости всех типов гидроэлектростанций (как построенных в прошлом, так и будущих). Влияние ГЭС на окружающую среду зависит от следующих факторов:

недостаточно обоснованного выбора отметки подпорного уровня водохранилища;

неполного выполнения работ по очистке ложа водохранилища, в частности, из-за технических средств;

недостаточной разработки инженерных защитных мероприятий; неправильной экономической политики при подсчете ущерба от затопления и компенсаций за этот ущерб;

отставания по срокам очистных и природоохранных сооружений и их низкие технические показатели.

По степени воздействия на окружающую среду гидроэлектростанции можно разделить на три группы:

низконапорные ГЭС, сооруженные на равнинных реках; приплотинные ГЭС с относительно крупными водохранилищами, сооруженные на реках в предгорных и горных районах;

деривационные ГЭС или ГЭС со смешанной схемой создания напора (плотина - деривация), сооруженные на реках в горных районах.

Первые две группы ГЭС требуют проведения специальных мероприятий, иногда с большими затратами, по обеспечению их экологической безопасности. Однако можно утверждать, что при соблюдении всех требований проектирования, строительства и эксплуатации можно обеспечить сохранение окружающей среды.

ГЭС третьей группы, особенно с подземными сооружениями, в наименьшей степени затрагивают окружающую среду, а при соблюдении специальных требований можно практически исключить это влияние. Об этом ясно говорит опыт строительства в таких странах, как Австрия, Италия и Франция, где к сохранению природного ландшафта предъявляются особо жесткие требования.

Основные принципиальные подходы к подземным сооружениям ГЭС и ГАЭС претерпели за последние годы большие изменения. Если при строительстве первых подземных ГЭС исходили из чисто местных топографических, геологических и даже климатических условий, то в предвоенные годы, и особенно в послевоенный период строительства, ГЭС с подземными машинными залами строились из-за лучших технико-экономических показателей и главное, из-за более надежных оборонных условий. Было установлено, что подземные сооружения в значительно большей степени защищены от воздушного и артиллерийского нападения. Затем, особенно в европейских странах, на первое место ставилось требование наименьшего воздействия на окружающую среду (особенно в районах массового туризма).

Действительно, подземные сооружения требуют наименьшей площади отводимых земель, не нарушают ландшафта и равновесия экологической системы, мало влияют на режим поверхностных и подземных вод, не изменяют климатические условия региона. Для повышения экологической безопасности ГЭС в проектах всех подземных сооружений должны быть предусмотрены природоохранные мероприятия, обеспечивающие: биологическую рекультивацию нарушенных в процессе строительства природных условий (восстановление почвенного и растительного покрова, закрепление и одернование выработанных карьеров, отвалов и т.п.); предотвращение загрязнения недр, водоемов, водотоков и атмосферы, а также загрязнения и истощения подземных вод; пожарную безопасность прилегающих лесных массивов, осушенных заторфованных и заболоченных участков территории; ограничение и регулирование криогенных процессов; предотвращение возникновения и развития эрозионных процессов, оползней, иссушения, подтопления и других нарушений природной среды. Эти и другие мероприятия при создании подземных ГЭС могут быть осуществлены с минимальными затратами.

На широкое распространение подземных сооружений ГЭС и ГАЭС оказало существенное влияние развитие техники для горнопроходческих и бетонных работ, более детальные знания о поведении горных пород в период строительства и эксплуатации, совершенствование конструкций подземных сооружений и используемых материалов, а также накопленный опыт подземного строительства.

Однако существуют проблемы, требующие научных, проектных, опытных и строительных разработок. К ним относятся:

необходимость резкого улучшения инженерно-геологического обоснования подземного строительства;

разработка новых компоновочных и конструктивных решений подземных сооружений, а также новых видов подземных конструкций, позволяющих более полно использовать их преимущества;

разработка новых методов расчета подземных сооружений, особенно в сложных инженерно-геологических условиях;

расширение области применения подземных сооружений в слабых породах и разработка эффективных методов проходки и крепления в таких условиях;

разработка и внедрение новых методов упрочнения пород; внедрение комплексно-механизированных методов строительства подземных сооружений в различных условиях.

Большим преимуществом подземных сооружений является возможность максимального использования несущей способности пород за счет передачи на них нагрузки от воды в напорных сооружениях, что дает возможность значительно снизить материалоемкость подземных конструкций. В то же время стоимость подземных работ относительно высока. Повышению стоимости способствуют сверхнормативные переборы породы и переклады бетона в результате несовершенства оборудования для буровзрывных работ. При внедрении механизированных проходческих комбайнов переборы породы и соответственно переклады бетона практически исключаются.

Рабочие и инженерно-технические работники, занятые на строительстве сооружений, работают в чрезвычайно тяжелых условиях, в связи с этим важной является задача снижения сроков строительства, трудоемкости работ и максимальное сокращение ручного труда.

Следует отметить, что в северной климатической зоне переход к подземным сооружениям позволяет зимой непрерывно вести работы в более комфортных для работников условиях.

Наша страна достигла определенных успехов в создании крупных комплексов подземных сооружений Нурекской, Ингурской, Рогунской, Хоабиньской, Худонской, Колымской и других ГЭС, а также в повышении темпов подземных работ.

Вместе с тем, если сопоставить достигнутые показатели с передовым мировым уровнем, можно прийти к выводу о том, что важнейшее направление отрасли гидроэнергетики - подземное гидростроительство нуждается в кардинальном улучшении и перестройке деятельности. Ускорение и удешевление строительства подземных гидротехнических сооружений должны вестись по грем следующим основным направлениям.

1. Коренное улучшение инженерно-хозяйственной подготовки подземного строительства, включая социально-экономические и организационные мероприятия: решение вопросов современной подготовки строительной площадки, обеспечение ее энергоресурсами, бетоном и другими необходимыми материалами, ритмичное финансирование, бесперебойное материально-техническое снабжение, а также наличие современного горнопроходческого и бетоноукладочного оборудования и запасных частей к нему.

Необходимо широкое внедрение новых прогрессивных форм организации работ, а также улучшение управления строительством.

2. Совершенствование компоновочных и конструктивных решений в целях снижения материалоемкости и стоимости подземных гидротехнических сооружений: совершенствование инженерно-геологических изысканий и исследований; разработка компоновок гидроузла, в которых совмещаются функции различных подземных сооружений; унификация форм и размеров поперечных сечений туннелей и камерных выработок; решение вопросов облегчения подземных конструкций за счет вовлечения в работу окружающего горного массива и повышения технологичности обделок; разработка новых типов сооружений, конструкций и основного оборудования, уравнительных резервуаров и конструкций турбинных водоводов; применение предварительного укрепления пород; применение необлицованных гидротехнических подземных сооружений; применение сборных и сборномонолитных конструкций, позволяющих отказаться от временной крепи и индустриализировать процесс возведения обделок.

3. Переход на механизированные способы проходки, позволяющие в несколько раз увеличить темпы работ, освоить интенсивную технологию проходки туннелей горным способом с повышением качества проходческих и бетонных работ, отказаться от ныне применяемой в слабоустойчивых породах дорогостоящей и трудоемкой временной монолитной бетонной крепи (черновой бетон) и перейти на новоавстрийский способ проходки, разработать и освоить современные способы укрепления неустойчивых грунтов.

Однако развитие отечественного машиностроения до последнего времени не могло обеспечить туннелестроение горнопроходческим, транспортным и бетоноукладочным оборудованием необходимого качества.

Подземные гидротехнические сооружения являются одними из наиболее сложных для проектирования и строительства. Тяжелые условия строительства и эксплуатации определяют большой удельный вес их стоимости в общей стоимости строительства ГЭС. В то же время значительная зависимость компоновок, конструкций и методов строительства от местных топографических и инженерно-геологических условий усложняет проектирование и строительство подземных сооружений и требует от исследователей, проектировщиков и строителей разносторонних знаний и высокой квалификации.

В этих условиях особое значение имеет обобщение опыта исследований, проектирования и строительства и разработка на его основе практических рекомендаций.

В настоящее время построены и эксплуатируются: уникальный деривационный Ингурский туннель с обделкой нового типа; комплекс туннелей Нурекской ГЭС; строительный туннель Курпсайской ГЭС, впервые сооруженный в слабых породах с облегченной обделкой из набрызг-бетона; необлицованные строительные туннели (Усть-Хантайской, Курейской, Атбашинской, Токтогульской и других ГЭС); необлицованный подводящий туннель Борисоглебской ГЭС на Кольском полуострове.

В сложнейших инженерно-геологических условиях завершено строительство туннеля Арпа-Севан, подземной Жинвальской ГЭС. Завершается сооружение туннелей отечественными проходческими комбайнами на Зеленчугской ГЭС. Многие годы эксплуатируются подземные ГЭС в Закавказье, на Северном Кавказе, Заполярье. Накоплен уникальный опыт строительства и эксплуатации в суровых климатических и сложных инженерно-геологических условиях Колымской ГЭС. Сооружается один из самых крупных в мире подземных комплексов Рогунской ГЭС. Имеется большой опыт строительства подземных сооружений за рубежом.

При проектировании и строительстве этих и других ГЭС наряду с достижениями имеют место и недостатки - низкие темпы и большая трудоемкость работ из-за недостаточной их механизации; переборы породы сверх нормативных и переклады бетона и, как следствие этого, перерасходы металла и цемента, недостаточный учет влияния строительного и эксплуатационного периодов на изменения инженерно-геологической обстановки района ГЭС, отсутствие единой методики проектирования и строительства, недостаточная типизация проектных решений и др. Эти и другие недостатки проектирования, а также стихийные явления привели к аварийным ситуациям во время строительства на Спандарянской, Жинвальской и других ГЭС.

Подземные сооружения гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1996.