Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов натурных наблюдений, используемых для оценки состояния бетонных плотин 10
1.1 Общая характеристика методов натурных наблюдений 10
1.2 Наблюдения за фильтрационным режимом 13
1.3 Контроль за напряженно-деформированным состоянием 14
1.4 Методы наблюдений горизонтальных смещений 15
1.5 Методы наблюдений за осадками 21
1.6 Выводы 23
2. Исследования проектных средств и методов наблюдений за планово-высотными перемещениями арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской ГЭС 24
2.1 Общая характеристика объекта исследований 24
2.2 Исследования методов наблюдений горизонтальных перемещений 28
2.3 Анализ системы измерения горизонтальных смещений методом вытянутых треугольников 31
2.4 Методы наблюдений за осадками 33
2.5 Выводы 37
3 Совершенствование геодезического измерительного комплекса 38
3.1 Совершенствование системы определения горизонтальных перемещений 38
3.2 Совершенствование системы определения вертикальных перемещений 46
3.3 Контроль устойчивости исходных планово-высотных сетей 50
3.3.1 Устойчивость внешних сетей 50
3.3.2 Контроль устойчивости внутренних сетей 56
3.4 Система автоматизированного контроля плановых смещений 61
3.5 Автоматизированная система измерения уровней бьефов 69
3.6 Выводы 70
4 Совершенствование методов диагностики и исследования системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС 72
4.1 Оценка необратимой составляющей смещений 72
4.2 Анализ состояния системы «плотина — основание» Саяно-Шушенской ГЭС 77
4.3 Использование прогнозных математических моделей для оценки состояния системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС 96
4.4 Организационная структура обеспечения эксплуатационной надежности Саяно-Шушенской ГЭС 103
4.5 Система оперативного геодезического контроля состояния Саяно-Шушенской плотины 106
4.6 Создание системы оперативной оценки состояния ГТС ГЭС
ОАО «РусГидро» 112
4.7 Выводы 117
Заключение 120
Список использованных источников
- Контроль за напряженно-деформированным состоянием
- Исследования методов наблюдений горизонтальных перемещений
- Контроль устойчивости исходных планово-высотных сетей
- Использование прогнозных математических моделей для оценки состояния системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС
Введение к работе
Актуальность темы. Арочно-гравитационная плотина Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС) возведена в суровых климатических условиях на многоводной реке Енисей. Имеет высоту 242 м, длину по гребню - 1 074 м, ширину по гребню и основанию 25 м и 106 м соответственно. Полная емкость водохранилища составляет 31,3 км3, в том числе полезная - 15,3 км3. Нарушение устойчивости гидротехнических сооружений такого класса, как СШГЭС, создающих водохранилища больших объемов, может привести к катастрофическим последствиям, соизмеримым со стихийным бедствием. Обеспечение эксплуатационной надежности таких плотин является исключительно важной научно-технической, экономической и социальной проблемой.
Геодезические измерения являются сегодня необходимой и одной из основных частей натурных наблюдений, так как непосредственно дают информацию о пространственных перемещениях системы «плотина - основание» под действием нагрузок и воздействий, о деформации береговых массивов, вмещающих гидротехническое сооружение, а также информацию о влиянии техногенных факторов в случае проведения ремонтных работ. Высотные и плановые смещения бетонной плотины относятся к основным диагностическим параметрам, связанным с критериями безопасности сооружения. Именно поэтому работы по совершенствованию геодезической системы мониторинга ГЭС, исследование методов измерений, их модернизация позволят решить проблему получения корректной информации о состоянии объекта контроля и в целом обеспечить эксплуатационную надежность Саяно-Шушенской плотины.
Научную базу в области развития средств и методов геодезических измерений на сооружениях составляют теоретические исследования, методические и технические разработки отечественных ученых: Большакова В.Д., Васютинско-го И.Ю., ГуляеваВ.П.,ЖуковаБ.Н., Карлсона А.А., Левчука ГЛ., УставичаГ.А. и многих других. Значительный вклад в решение проблем по обеспечению безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС) СШГЭС в части создания специализированного структурного подразделения по мониторингу за ГТС (лаборатории гидротехнических сооружений), организации натурных наблюдений, организации ремонтных работ и контролю их проведения внес доктор технических наук, генеральный директор СШГЭС с 1977 по 2001 г. Брызгалов В.И.
Цель работы заключалась в проведении исследований и совершенствовании геодезического измерительного комплекса средств и методов натурных наблюдений за вертикальными и горизонтальными перемещениями арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской ГЭС.
В соответствии с поставленной целью решены следующие основные задачи:
проведены исследования средств и методов геодезических наблюдений, разработанные проектной организацией на строительно-эксплуатационный период;
установлено, что проектные методы измерения горизонтальных и вертикальных перемещений, а именно: по сети вытянутых треугольников (СВТ);
передачи отметок между горизонтами плотины посредством проволочных элеваторов высот; измерения длин линий мерным жезлом, рабочее тело которого изготовлено из инвара; измерения уровней бьефов, ненадежны и не обеспечивают требуемую точность;
выполнено усовершенствование проектных средств и методов измерений за горизонтальными и вертикальными перемещениями плотины;
усовершенствована методика оценки необратимой составляющей смещений системы «плотина-основание» по данным геодезических измерений;
реализована автоматизированная оперативная геодезическая система контроля состояния плотины на основе прямых и обратных отвесов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
реализована автоматизированная система измерения уровней бьефов с использованием лазерных дальномерных рулеток типа Disto-pro;
реализована система передачи отметок между отдельными горизонтами и на гребень плотины с использованием высокоточной дальномерной насадки Di 2002;
для наблюдения за деформациями берегов плотины разработан мерный геодезический трехметровый жезл, изготовленный из углепластикового материала с минимальным коэффициентом линейного расширения;
предложена методика оценки необратимых составляющих перемещений и углов наклона Саяно-Шушенской плотины.
Научная значимость работы заключается во внесении вклада в геодезическую науку в части использования современных технологий для мониторинга арочно-гравитационных плотин, критичных к значительным планово-высотным деформациям.
Практическая значимость работы. Результаты выполненных в работе исследований, проведенные совершенствования проектного геодезического измерительного комплекса и методик измерений позволили повысить качество мониторинга Саяно-Шушенской плотины и в целом повысить надежность ее эксплуатации.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты выполненных разработок внедрены и используются для повышения качества мониторинга системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы представлены в виде докладов и сообщений:
на семинарах «Организация надзора за безопасностью ГТС» в 2004-2007 гг. (на базе Саяно-Шушенского филиала СФУ);
на Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь-2005». «ГЕО-Сибирь-2009», «ГЕО-Сибирь-2010», г. Новосибирск, С1ТА;
на совещании экспертов по ГТС (5-6 июня 2006 г.), г. Москва, НИИЭС;
на Международных симпозиумах и конгрессах по Большим Плотинам (ICOLD-CIGB), г. Санкт-Петербург, 2007 г.; г. София, Болгария, 2008 г.; г. Бразилиа, Бразилия, 2009 г.;
- на совместном заседании Бюро НТС ОАО «РусГидро» и секции ГТС
НП «НТС ЕЭС» 24 ноября 2009 г.;
- на IV Всероссийском совещании гидроэнергетиков 25-27 февраля 2010 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, из них одна - в издательстве из перечня рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка литературы, включающего 64 наименования. Диссертация содержит 128 страниц текста, 46 рисунков, 10 таблиц.
Контроль за напряженно-деформированным состоянием
Основной способ определения напряжений в бетонном теле плотины — тензометрический, сущность которого состоит в измерении тензометрами относительных деформаций бетона и вычислении по ним напряжений на основании соответствующих зависимостей упруго-ползучего тела [10]. Для измерения относительных деформаций в нашей стране, в основном, применяются закладные струнные преобразователи [11,12]. Достоверность натурных исследований на основе тензометров зависит от удачного и правильного выбора местоположения в бетоне сооружения и долговечности их надежной эксплуатации. Срок работоспособности струнных преобразователей составляет в среднем от 30 до 40 лет. Срок надежной работы при соблюдении паспортных характеристик получаемых значений измеренного параметра не превышает 18 лет. По результатам обследования ряда гидротехнических сооружений работоспособность (отсутствие выходного сигнала) составляет всего от 17 до 47 % от общего количества КИА за 30-40 лет эксплуатации. Так, например, на плотине Чиркейской ГЭС за 10 лет эксплуатации количество отказов составило около 18 % [13].
Такой параметр, как напряжения, непосредственно не измеряется. Напряжения рассчитываются из измеренных деформаций, определяемых по тензометрам. При пересчете используются усредненные значения модулей упругости, полученные для данной марки бетона. Учет пластических деформаций проводится на каждом сооружении по различным методикам, что в зависимости от времени учета явлений ползучести в бетоне может привести к различию в оценке напряжений, которая может достигать 20—100 % [14, 15]. Таким образом, по результатам исследований, проведенных на плотине Саяно-Шушенской ГЭС, влияние многолетней ползучести бетона относительно учета за один год уменьшает реальные напряжения до 30 % [16]. Достаточно условным является установление числовых предельных значений для напряжений, так как невозможно выделить технологические напряжения, возникающие в процессе строительства от эксплуатационных нагрузок, где доля технологических напряжений может составлять 10-90%. Конечные результаты наблюдений также будут искажаться в случае, если тензометрическая розетка будет находиться в зоне влияния трещины, и т. д.
Кроме того, при изготовлении тензометров гарантируется сохранность постоянства «0» исходной точки прибора в пределах 2 % в течение 18-летнего периода. Существуют примеры использования результатов измерений от преобразователей при двух-, трехкратном превышении их предельных значений. В этом случае конечный результат будет существенно искажен, корректировка результатов невозможна из-за отсутствия доступа и методик определения их метрологических характеристик.
Следовательно, для корректной оценки состояния сооружения тензометри-ческие измерения могут надежно использоваться только в строительный период и период начальной эксплуатации, т. е. ограниченно по времени [17].
Поэтому для оценки прочностных характеристик бетона в период длительной эксплуатации должны применяться альтернативные методы контроля (частичной разгрузки, компенсационный и другие) [18, 19]. Исходя из этого, основным видом контроля состояния ГТС в период нормальной эксплуатации являются геодезические методы наблюдений.
Для организации наблюдений за горизонтальными смещениями плотины и берегов создаются внешние и внутренние измерительные сети. Используются одновременно несколько методов измерений, основными из которых являются: - методы линейных измерений; - методы линейно-угловых измерений; - методы космической геодезии; - створные методы; - методы измерений с помощью отвесов. Методы линейных измерений достаточно распространены. Их отличают простота измерений и большой диапазон - от единиц метра до нескольких километров. В практике изучения горизонтальных перемещений гидротехнических сооружений нашли применение в основном три метода линейных измерений. Первый основан на использовании мерных жезлов, второй — мерных проволок и лент и третий - измерения светодальномерами [20]. Светодально-мерные методы наблюдений в последнее время (с 90-х гг. прошлого века) нашли наибольшее применение. Можно выделить три направления применения светодальномеров: 1. В ходах полигонометрии по галереям плотины и береговым штольням. Измерения проводятся преимущественно на арочных плотинах (где имеются соответствующие галереи). Длина сторон колеблется от 10 до 100 м. Погрешность измерения стороны составляет 0,1-0,2 мм. 2. Определения смещений плотины по потоку. В нижнем бьефе на расстоянии 0,5-1,0 км закладываются опорные знаки и с них измеряют расстояния до определяемых пунктов. Данный способ может с успехом заменять створные методы наблюдений смещений гребня плотины. 3. Измерения деформаций береговых примыканий и длин хорд арочных плотин. Методы, основанные на линейно-угловых построениях (триангуляция, по-лигонометрия, засечки и др.), позволяют охватывать, наблюдениями большие площади. К недостаткам данных методов можно отнести влияние рефракции на точность измерений, трудоемкость производства работ и сложность автоматизации процесса измерения.
Исследования методов наблюдений горизонтальных перемещений
При организации контроля за ответственными гидротехническими сооружениями, особенно теми, что создают водохранилища больших объемов, выбор исходных точек отсчета, закрепленных на местности геодезическими знаками, осложняется тем, что под воздействием больших масс водохранилища земная поверхность деформируется, вовлекая за собой и точки, выбранные в качестве исходных. Если исходные пункты расположены близко от сооружения, то возникает вероятность их вовлечения в процессы деформации из-за изменения массы водохранилища (воронка оседания) и к определению смещения добавляется ошибка смещения самих исходных пунктов. Дальше от сооружения -меньше влияние водохранилища, но больше ошибки самих измерений. Оптимальное удаление было бы при минимальной сумме ошибок. Однако, если ошибки измерений можно достаточно точно предварительно вычислить, то размеры воронки оседания и степень ее последующего влияния предугадать довольно сложно. Возникает необходимость вести периодические наблюдения за устойчивостью как сооружения, так и самих исходных пунктов.
Следовательно, выбор исходных пунктов планово-высотной сети и оценка стабильности их положения - это одна из наиболее важных проблем натурных наблюдений за общими перемещениями гидротехнических сооружений. Расположение исходных пунктов вблизи сооружения способствует вовлечению их в зону распространения воронки оседания. Значительное удаление от сооружения, в свою очередь, ведет к росту ошибок самих результатов измерений, что, в конечном итоге, приводит к искажению определяемых параметров.
На СШГЭС исходной плановой основой (внешняя сеть) служит сеть 1964— 1972 гг. гидротехнической спецтриангуляции. Данная сеть создавалась в период строительства гидроузла с целью обеспечения геодезической основы крупномасштабных съемок и выноса в натуру основных осей сооружения. Эта сеть состояла из трех ярусов, расположенных на различных горизонтах. В настоя щее время в качестве исходных используются пункты сети гидротехнической спецтриангуляции третьего яруса, расположенные на отметках 600-800 м, как наиболее сохранившиеся и менее подверженные влияниям возможных деформаций и техногенных воздействий (рисунок 3.9). Координаты преобразованы в систему координат плотины СШГЭС. Пересечению оси симметрии арки с осью плотины даны следующие координаты: X = 1 000 м, Y = 1 500 м. Высота плоскости проецирования равна 300 м. Отметки вычислены в Балтийской системе высот.
Всего, начиная с 1993 г., выполнено 16 циклов измерений. В десяти первых циклах измерения выполнялись светодальномером СП-2, в следующих -дальномерной насадкой DI2002 и электронным тахеометром ТС2003.
Анализ данных измерений, выполненных по опорной сети трилатерации, не выявил существенных изменений в длинах сторон. Отклонения не превы шают допустимых ошибок измерений. Среднее квадратическое отклонение измерения линий составило 0,6 мм. Изменения координат даны как уклонение от среднего значения в циклах. Отклонения значений координат не выходят за пределы ошибок измерений (таблица 3.1), что говорит о достаточной стабильности внешней исходной плановой сети. Средняя квадратическая ошибка определения смещения исходных пунктов не превышает 2,4 мм.
В настоящее время периодически поднимаются вопросы о возможности движения берегов (д.т.н. Марчук А.Н., д.т.н. Тетельмин В.В.), их надвига на плотину и, как следствие, - влияния на НДС системы «плотина - основание». Возможность однозначного ответа на данный вопрос появилась с применением точных светодальномеров и производством непосредственных измерений длин линий между пунктами, расположенными по берегам плотины (рисунки 3.10, 3.11). За 17-летний период наблюдений необратимых изменений длин линий по пунктам плановой сети и длинам хорд не отмечено, за исключением линии «0» - «67», где наблюдается уменьшение длины за период с 1993 по 2009 г. на 4,1 мм. Анализ положения пунктов «0», «67» уже после их установки и начала наблюдений вызывал определенные сомнения в их стабильности, так как пункты были установлены в консоль бетонного парапета. Поэтому уже в 1995 г. были установлены дополнительные плановые знаки «Левый», «Правый» в непосредственной близости от пунктов «0», «67» (на расстоянии 20-30 м). Изменения их длин за весь период наблюдений не зафиксировано. Следовательно, сближения берегов к настоящему времени не наблюдается (рисунки 3.12, 3.13).
Для наблюдений за вертикальными деформациями гидроузла в 1973—1974 гг. в нижнем бьефе плотины создана высотная опорная сеть (см. рисунок 2.5). Сеть состоит из четырех кустов фундаментальных реперов, два из которых, III-IY -рабочие, так как попадают в зону действия воронки оседания, а I—II — исходные. Кусты фундаментальных реперов установлены в штольнях, пройденных на 12 м в скальные массивы левого и правого берега. Каждый куст состоит из трех фундаментальных реперов и одного рабочего.
Контроль устойчивости исходных планово-высотных сетей
Если осадки скального основания имеют обратимый характер и изменяются циклически из-за изменения УВБ, то для оценки вертикальных перемещений плотины необходимо знать данную величину и вводить соответствующие поправки.
Поэтому в 1997 г. была принята схема передачи отметок на горизонты плотины относительно марок, установленных в забоях штолен. Для этого были проанализированы результаты 60 циклов измерений в нижнем бьефе плотины с 1990 по 1997 г. Для использования в качестве опорных высотных точек выбраны марки гидростатического нивелира: марка гидростатического нивелира № 7, левая (МГН 7л); марка гидростатического нивелира № 8, правая (МГН 8п), находящиеся в концах левобережной и правобережной штолен на отметке 344 м.
Эти марки расположены в штольнях и не подвержены сезонным колебаниям температуры, как на поверхности, удалены от контакта «бетон - скала» примерно на 90 м и имеют связь с системой гидростатических нивелиров в плотине без дополнительных промежуточных измерений. Отмечается определенная закономерность изменений отметок этих марок с изменением уровня водохранилища: при наполнении - осадка марки, при сработке — подъем. Размах в среднем составляет 4—5 мм. Отмечался необратимый рост осадок левобережной марки 7л до 1992 г., далее необратимых осадок не наблюдается.
Следовательно, для определения осадок отдельных горизонтов плотины в качестве исходных реперов, на отдельных временных периодах можно использовать марки гидростатических нивелиров, расположенных в забоях лево- и правобережных штолен с вводом поправок. При известном уровне верхнего бьефа отметку марки гидростатического нивелира можно вычислить по формуле: МГН 7л = 346,8557 - 0,000116 х (УВБ, м - 500); МГН 8п = 346,8922 - 0,000114 х (УВБ, м - 500). Использование марок гидростатического нивелира на отметке 344 МГН 7л и МГН 8п, как опорных (исходных) точек для нивелирования в плотине, позволит без подходного нивелирования и, следовательно, значительно точнее получать оперативную информацию о вертикальных перемещениях горизонтов плотины. Для контроля подходное нивелирование от фундаментальных реперов к плотине достаточно выполнять два раза в год при разных уровнях водохранилища. При необходимости корректировки, если отмечается необратимый рост осадок, количество циклов нивелирования можно увеличить.
При производстве измерений необходимо, в первую очередь, учитывать и, следовательно, выбирать благоприятные погодные условия вне зависимости от гидростатической нагрузки для максимально возможного снижения ошибок из-за внешних условий.
Таким образом, внутренняя исходная высотная сеть состоит из двух марок гидростатических нивелиров, расположенных в забоях левой и правой штолен плотины на отметке 344 м, отметки которых определяются прогнозным путем и регулярно контролируются геометрическим нивелированием. На рисунке 3.15 приводится график осадок реперов, расположенных на правом и левом берегах плотины при входе. Идентичный характер изменения осадок, отсутствие необратимой составляющей свидетельствуют об упругой работе берегов.
График осадок приплотинныхреперов Рп6151а и Рп6152а: 1 - уровень верхнего бьефа; 2 - осадка репера 6151а; 3 - осадка репера 6152а. Плановая внутренняя измерительная сеть состоит из прямых и обратных отвесов. Смещения определяются в цилиндрической системе координат относительно наиболее заглубленных в основание якорей обратных отвесов, объединенных в так называемые сдвигомеры горизонтальных смещений, где в четырех скважинах расположены струны отвесов. Якоря этих отвесов установлены на различной глубине от контакта «скала — бетон», а оголовки с измерительными устройствами выведены на горизонт 344 м. Всего установлено три куста обратных отвесов в секциях 18, 33 и 45 (см. рисунок 3.3).
Проектом предполагалось измерения выполнять оптическими координато-мером производства «Фрайбергер Прецизионсмеханик» (ГДР), недостатком которого являлись большие размеры (45 х 41 х 20 см), значительный вес (8,7 кг) при недостаточной точности измерения (т = 0,5 мм). В строительный период и период эксплуатации наблюдения выполнялись с помощью оптического коор-динатомера разработки «Ленгидропроекта», как более точного (т = 0,2 мм) и удобного в эксплуатации. В настоящее время координатомер модернизировали, заменив механические отсчетные линейки на электронные (см. рисунок 3.4).
Долгое время считалось, что наиболее глубокие якоря обратных отвесов (до 40 м от контакта) вовлекаются в процессы деформаций совместно с сооружением и не могут служить в качестве исходных. Данное предположение отмечалось в строительный период при заполнении водохранилища до проектной отметки (1990 г.). С 1990 г. и по настоящее время подвижек глубоких якорей обратных отвесов не зафиксировано.
Создание внешней и внутренней сетей позволило проводить одновременно измерения смещений гребня плотины и контролировать положение якорей обратных отвесов, являющихся исходными знаками внутренней плановой сети [39], после чего было установлено достаточно стабильное положение глубоких якорей обратных отвесов.
Использование прогнозных математических моделей для оценки состояния системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС
С начала наблюдений (1977 г.) и до 1985 г. фиксировался рост осадок подошвы плотины, максимальная величина которой составила 34 мм. С 1986 г. отмечался ее подъем, в результате чего величина осадки уменьшалась и к 1998 г. достигла 27 мм. За период ремонта основания русловой плотины необратимая составляющая вертикального перемещения подошвы сооружения составила около 2 мм. С 2002 г. рост вертикальных остаточных перемещений плотины не наблюдается.
Обжатие трещиноватых зон бетона и скального массива основания после проведенных ремонтных работ повлияло на возрастание жесткости системы «плотина - основание». Увеличение общей жесткости послужило причиной снижения сезонного размаха радиальных перемещений и углов поворота горизонтальных сечений плотины на 20-25 %. Так, в 2005 г. при росте УВБ с отметки 500 до 539 м гребень секции 33 переместился в нижний бьеф на 73 мм. В доремонтный период размах радиальных перемещений гребня этой же секции достигал 98 мм (1991 г.). Сезонный размах радиальных перемещений плотины на уровне расположения нижней залеченной зоны бетона (отметка 359 м) уменьшился относительно 1991 г. от 2 до 4 мм.
Можно отметить, что в настоящее время полностью сохраняется целостность отремонтированных зон в бетоне и основании плотины [52].
Опыт натурных наблюдений геодезическими методами в строительно-эксплуатационный период потребовал пересмотра периодичности наблюдений за состоянием ГТС СШГЭС (таблица 4.5).
Отдельного анализа требует рассмотрения вопрос, могли ли деформации системы «плотина - основание» Саяно-Шушенской ГЭС стать причиной произошедшей 17 августа 2009 года аварии. Светодальномерные измерения по «Кантегирскому» тектоническому разлому и «Урскому» оползневому массиву Не предусмотрено 1 раз в 5 лет 17 августа 2009 г. в 8 часов 13 минут 14 секунд местного времени произошел полный сброс нагрузки Саяно-Шушенской ГЭС с потерей энергоснабжения. Автоматизированным сейсмокомплексом (данные были расшифрованы после аварии) было зарегистрировано динамическое воздействие на плотину, возникшее в результате аварии в здании ГЭС: - до возникновения динамического воздействия в течение 17,7 секунд с начала записи имели место фоновые колебания плотины от работающих в нормальном режиме гидроагрегатов; - в течение последующих 32,5 секунд зарегистрированы затухающие низкочастотные колебания с периодом около 4,5 секунд и максимальной амплитудой 125 мкм, которые явились следствием выброса и падения ротора гидроагрегата ГА-2; - далее в течение 74 секунд происходили полихромные колебания с периодом от 0,05 до 0,18 секунд с максимальной амплитудой до 120 мкм, вызванные разрушительным воздействием на конструкции здания ГЭС потока воды из рабочей камеры ГА-2; - с этого момента и до конца записи зарегистрированы нарастающие по амплитуде колебания с периодом от 0,07 до 0,15 секунд и максимальной амплитудой до 450 мкм, вызванные воздействием ГА-7 и ГА-9, вращающихся в угонном режиме.
В результате срыва крышки турбинного блока из-за разрушения крепления шпилек произошли вертикальный выброс турбины гидроагрегата № 2 с находящимся на ее валу ротором генератора, разрушение здания ГЭС и его затопление. Все 9 турбин были остановлены (ГА-6 находился в нерабочем состоянии из-за ремонта), и весь расход реки Енисей пошел через водосбросную плотину.
В ходе аварии произошло полное разрушение строительных конструкций, относящихся к зданию ГЭС, типа МАРХИ на участке от ГА-2 до ГА-4.
Были полностью разрушены монолитные железобетонные перекрытия гидроагрегатов (на отметке 327 м) ГА-2, ГА-7 и ГА-9, колонны под монолит ными перекрытиями этих агрегатов и стены кольцевых шахт генераторов. Разрушены или повреждены колонны, поддерживающие монолитные перекрытия под отметкой 327 м.
Наибольшие повреждения здания ГЭС отмечаются на отметках 327 и 320 м. На отметках 315 и 305 м разрушений зафиксировано существенно меньше. Наибольшие разрушения получили конструкции гидроагрегатов ГА-2, ГА-7 и ГА-9.
Анализ результатов натурных наблюдений показывает, что авария произошла из-за выхода из строя оборудования гидроагрегатов, а не ГТС.
Саяно-Шушенская плотина имеет достаточно большие сезонные перемещения, особенно фиксируемые на отметке гребня плотины. Размах колебаний достигает 75 мм при максимально наблюденных смещениях, зафиксированных за период нормальной эксплуатации, в 142 мм.
Отмечается, что необратимые деформации фиксировались с начала заполнения водохранилища и до 1990 г. - года проектного наполнения до НОЛУ, равного 540 м. В основании плотины секции 18, где расположен гидроагрегат № 2, разрушение которого и привело к катастрофе 17 августа 2009 г., деформации на отметке 310 м составили около 12 мм за период с 1982 по 1989 г. За период с 1990 по 2009 г. необратимых деформаций основания на отметке 310 м не зафиксировано (рисунок 4.7).
Отсутствуют и необратимые закрытия деформационного шва, отделяющего плотину от здания ГЭС, величина которого составляет 50 мм. Сезонный размах раскрытий шва составляет около 2,5 мм, необратимая составляющая за 15 лет наблюдений не зафиксирована (рисунок 4.8).
Кроме того, по показаниям продольного гидростатического нивелира и трехосных щелемеров, установленных на агрегатных блоках здания ГЭС на отметке 306 м, изменений показаний до и после аварии не зафиксировано (рисунок 4.9).
