ЖУРНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Источник: Журнал «Hydropower & Dams»

Авторы: Ю. Вин Киау, Ю. Миинт Зау, Министерство электроэнергетики Мьянмы, Алан Дредж, Пол Фишер, К. Стейгер, Colenco Power Engineering (Швейцария)

ВВЕДЕНИЕ

Данная статья представляет обзор проектирования и строительства крупнейшей плотины и гидроэнергетического проекта в Мьянме — Еива (Yeywa) — с акцентированием на плотине из укатанного бетона. Описаны исследования натуральной пуццоланы, расположенной недалеко от створа, а также продолжающееся в настоящее время строительство гидроузла.

Гидроузел Еива (Yeywa) мощностью 790 МВт, расположен на р. Миитиндж (Myitinge) (нижний участок р. Нам Ту (Nam Tu)) приблизительно в 50 км к юго-востоку от г. Мандалай в центральном районе Мьянмы (рисунок 1). Основными сооружениями гидроузла являются: плотина из укатанного бетона высотой 134 м, здание ГЭС с гидросиловым обору­дованием суммарной установленной мощностью 790 МВт, располо­женное на левом берегу у подножия низовой грани плотины, и нерегули­руемый поверх­ностный водосброс в центральной части плотины. Схематический генплан гидроузла показан на рисунке 2. На правом берегу расположены два строительных туннеля с бетонной обделкой. Один из них переобору­дуется в донный водосброс, предназначенный для опорож­нения водохра­нилища, контроля его наполне­ния, поддержания полезных попусков в нижний бьеф в течение наполнения, а также для аварийных си­туаций в случае остановки всех турбин ГЭС.

Рисунок 1 — Расположение ГЭС Еива

Рисунок 2 — Схематический генплан гидроузла

Энергетическое оборудование включает четыре водоприемных отверстия, четыре стальных турбин­ных водовода, и четыре вертикальных радиально-осевых турбины с генераторами и соответствующее электромеханическое и вспомогательное оборудо­вание, установленное в открыто расположенном здании ГЭС. Две двухконтурные ЛЭП напряжением 230 кВ соединяют главные трансформаторы, уста­новленные у здания ГЭС со стороны нижнего бьефа, с ОРУ, расположенным также на левом берегу в 550 м ниже по течению. Далее линия электро­передач сле­дует на запад к подстанции Киаукс (Kyaukse), расположенной немного южнее г. Мандалай в 40 км от гидроузла, и на юго-запад к подстанции Меиктила (Meiktila), расположенной на расстоянии 110 км.

1. ПРЕДЫСТОРИЯ

Вслед за утверждением в 1999 г. обоснований инвестиций, параллельно с рекогносцировкой и инженерными изысканиями был выполнен ТЭО-Проект гидроузла, а также выпущена рабочая доку­ментация по строительным туннелям. В это же время произво­дились работы по поиску в Мьянме природ­ной пуццоланы для использования ее в 134-метровой плотине из укатанного бетона вместо золы-уноса, отсутствовавшей в стране. Одновременно фактически начались работы по устройству подъездных дорог и подготовке к перекрытию русла. Вместе с дальней­шими полевыми изысканиями на обоих бортах русла производилась проходка штолен.

Дальнейшее проектирование плотины Еива продол­жалось параллельно с уже упомянутыми иссле­до­ваниями строительных материалов, которые были особо нацелены на подтверждение свойств пуццо­ланы из различных источников, а также выбор наиболее подходящего места для размещения дробильно-сортировочного хозяйства крупнейшей в Мьянме плотины.

При проектировании плотины из укатанного бетона особенно важно снизить до минимума любое вмеша­тельство процесс укладки и уплотнения бетона с тем, чтобы могли использоваться не только преимущества от величины срока строительства плотины из укатан­ного бетона, но также и выгоды от качества, дости­гаемого при быстрой укладке бетона, особенно для швов между слоями бетона. Очередность строите­ль­ных работ, также как и их согласованность по времени, играют важнейшую роль в обеспечении непре­рывности укладки укатанного бетона, особенно там, где велико влияние длительного сезона паводка или муссона. Эта очередность играла важную роль и в определении методов строительства и необходимом оборудовании для доставки укатанного бетона как на плотину, так и для транспортирования его в пределах ее тела. Таким образом, уже на ранней стадии проектирования плотины требовалось комплексное планирование данных аспектов.

Рисунок 3 — Поперечный разрез по водосливной плотине

В случае с гидроузлом Еива на это были потрачены особые усилия, т.к. строительные работы в значи­тельной степени предполагалось производить без непосредственного заключения договоров на произ­водство работ. Пока строительство посредством ши­ро­кого применения живой рабочей силы является нормальной практикой для государственных органов Мьянмы, масштабы и срочность проекта Еива будут очевидно жестко ограничивать местные ресурсы там, где одновременно в стадии строительства находятся и многие другие объекты.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Пропуск строительных расходов

Тот факт, что плотины, возведенные из укатанного бетона, допускают перелив через свой гребень, а также последовательность строительных работ позво­ляют защитить левобережную строительную пло­щадку, включая здание ГЭС, от серьезных поврежде­ний даже в случае прохождения паводка обеспечен­ностью 0,1%, пропускаемого посредством двух строительных туннелей и переливом через правую русловую секцию плотины из укатанного бетона. Таким образом, два облицованных строительных тун­неля могут быть сохранены в диаметре 10 м, позво­ляющем пропускать только паводок 50%-ной обеспе­ченности (или 2%-ной для сухого сезона) в течение ранних этапов строительства.

В последние два сухих сезона строительного периода необходимо переоборудование строительного туннеля №1 в донный водовыпуск, и установка бетон­ной пробки в строительном туннеле № 2.

Рисунок 4 — Вид на плотину с нижнего бьефа

Проектирование плотины из укатанного бетона

Проект плотины из укатанного бетона должен был быть выполнен до того момента, когда в руках про­екти­ровщиков в фактическом распоряжении оказа­лись бы материалы по исследованиям природной пуццо­ланы Мьянмы. Также, возможности доста­точно квалифицированного подрядчика, выполнявшего ра­боты по плотине, оказались предпочти­тельнее, чем представлявшееся весьма туманным использование живой рабочей силы, нанятой Департа­ментом гидро­энергетики (Department of Hydropower, DHP). Так был выбран относительно консервативный уклон низовой грани плотины. Сложив­шиеся в Мьянме в этот момент условия несом­ненно весьма стимулировали Департамент гидро­энерге­тики обеспе­чивать поддер­жание надлежа­щего качества строитель­ных работ и материалов, и это не смотря на выполняв­шуюся все­сто­роннюю предвари­тельную подготовку по со­блю­дению системы контро­ля качества. Ниже перечислены особенности проекта плотины из укатанного бетона.

Преимущества выбора плотины из укатанного бетона

При выборе в качестве типа плотины — плотины из укатанного бетона, было использовано преимущество, заключавшееся в возможности объединения плотины с перемычкой, как это выполнено, к примеру, в Алжире на гидроузле Бени Харун (Beni Haroun). Это позволило перемычке высотой до 60 м защитить площадку строительных работ, производимых на более поздней стадии на русловом участке, от паводка 2%-ной обеспеченности. Данное решение было использовано как на русловом и правобережном участках створа, так и на левобережном. В качестве мер предосторожности в швах и местах возможных трещин в пределах контакта перемычки с низовыми блоками плотины для снятия фильтрационного давления было предусмотрен дренаж.

Водоприемник

Водоприемник, как составная часть тела плотины, был спроектирован как традиционная железобетонная конструкция, примыкающая к верховой грани массива укатанного бетона плотины. Это позволило не только снизить влияние на производство работ по ука­танному бетону плотины, но также дало возможность возводить данные конструкции выше входных отверстий водоприемника и перекрывать эти отверстия заблаговременно до начала работ по укладке укатанного бетона. В свете имевшихся в Мьянме строительных и людских ресурсов можно утверждать, что данное решение позволило избежать значительных временных задержек.

Галереи противофильтрационной завесы

Наклонные галереи противофильтрационной завесы, расположенные в основании береговых примыканий (см. рисунок 5), оказались предпочтительнее субгори­зон­тальных цементационных туннелей по причине огра­ни­ченного опыта подрядчика в прокладке последних, и жестких ограничений по взрывным работам и производительности работ по торкрети­рованию. Было также решено удалить галереи, расположенные в основании плотины, которые задерживали работы по укатанному бетону и могли бы негативно повлиять на крити­ческий путь реализации проекта.

Рисунок 5 — Изометрический вид с цементационными и дренажными галереями

Анализ напряженно-деформированного состояния, температурный анализ

Что касается моделирования напряженно-деформи­рованного и температурного состояний, проекти­ровщик — Colenco Power Engineering — использовал программу конечно-элементного анализа FENAS, доработанную им в сотрудничестве со швейцарскими разработчиками данного программного обеспечения (рисунок 6). Отно­сите­льная простота использования этой программы упро­щала температурный анализ поэтап­но возво­ди­мого сооружения и дальнейшую оценку изме­нения температурного поля в течение стро­ительства.

Рисунок 6 — Температурное поле в типовом поперечном сечении (FENAS)

В двух основных секциях плотины для тщательного контроля температуры была проложена разветвленная сеть медных термопар. Замечено, что осу­ществ­ленное в проекте добавление в цемент нату­ральной пуццо­ланы привело к тому, что и в настоя­щий момент температурное состояние сооружения может быть оха­ракте­ризовано как более чем хорошее (а именно — имеет место весьма низкий рост уровней темпера­туры).

Основное гидросиловое оборудование

На рисунке 7 показан водоприемник, расположенный на напорной грани плотины, с аварийными и ремонт­ными затворами, управляемыми с гребня плотины. Стальные турбинные водоводы, проходя через тело плотины в защитной оболочке из бетона с высоким содержанием вяжущих, выходят на низовую грань, где, спускаясь, подходят у носка плотины к спи­ральным камерам турбин мощностью по 200 МВт, установленным в здании ГЭС приплотинного типа.

Рисунок 7 — Разрез по плотине и зданию ГЭС

Для обеспечения защиты от паводка затворы водо­приемника временно были установлены сразу после обетонирования горизонтальных участков турбинных водоводов, перед бетонированием верхних частей «башни» водоприемника.

3. ПОИСК, ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ НАТУРАЛЬНОЙ ПУЦЦОЛАНЫ

Изучение вопроса об использовании натуральной пуццоланы из местных источников в качестве альтернативы импорту золы-уноса из Таиланда с ТЭС Мае Мо (Mae Moh), как это предлагалось на стадии обоснований инвес­тиций предыдущим консультантом, было включено в тендер на дальнейшие инжиниринговые услуги по проекту. Причиной этого послужили примеры других плотин из укатанного бетона, а также анализ геологической карты Мьянмы. Также была принята в расчет неопределенность по поставкам с ТЭС Мае Мо, а так же очень большая протяженность наземного и морского видов транспорта, которые были бы вовлечены в этом случае.

Первое подтверждение наличия полей с пуццо­ла­новым материалом подходящих характеристик было сделано геологами заказчика в двух регионах вулка­ни­ческой деятельности между городами Янгон (Yangon) и Мандалай в районе горы Поупа (the Mount Popa) во время первоначального инженерно-геоло­ги­ческого изучения данной местности, предшество­вав­шего за­ключению контракта. Последующий этап разведки, исследо­ва­ний и опытов, проведенный главным геоло­гом проектировщика, был сконцентри­рован на горе Поупа и области Нижний Чиндвин (Lower Chindwin) и включал идентификацию и отбор проб в местах потенциальных источников, хими­ческие и физические опыты над материалом с дальнейшим выполнением иссле­до­ваний на сжатие и растяжение образцов из пробных замесов.

Анализ химических исследований был произведен на основе графиков, подобных изображенному на рисунке 8. Он демонстрирует, что некоторые источники как у горы Поупа, так и в области Нижний Чиндвин располагают весьма значительными месторожде­ниями качественной природной пуццоланы, пригод­ной для частичной замены цемента в бетоне и плотины, и других массивных бетонных соору­жениях гидроузла. Было принято решение о разра­ботке, как более доступного, месторождения у горы Поупа, и установлена фабрика помола.

Рисунок 8 — Пример графика, построенного по материалам тестов

4. ПЕРВОЕ АПРОБИРОВАНИЕ И ПОЛНОМАСШТАБНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Первые пробные исследования были выполнены в Азиатском институте технологии (Asian Institute of Technology, AIT) в Бангкоке (Таиланд) с участием техни­ческого персонала DHP, осуществлявшем обу­чение, особенно в исследованиях на растяжение. Данные тесты должны были быть весьма точными и требовали аккуратной подготовки образцов и обору­дования во избежание возможного влияния даже малых эксцентриситетов. Исследования потребовали организации измельчения пуццоланы на малых дро­бильных установках в районе Мандалай, и приобре­тения перемолотого известняка, переправлен­ного в Банкок. Результаты исследований AIT носили пози­тив­ный характер.

Рисунок 9 — Фабрика помола пуццоланы у Горы Поупа

Рисунок 10 — Моделирование растяжения в лаборатории стройплощадки

Выполнение последовавшей затем серии иссле­дований, выпол­ненной в лаборатории гидро­энерге­тического проекта Паунг Лаунг (Paung Laung) вызвало определенные трудности. Ее удаленное от гидроузла Еива расположение препятствовало быстрому выпол­нению лабора­торных исследований, которые могли быть предусмотрены только с момента оснащения оборудованием для испытаний на сжатие (под нагрузкой до 200 т) и растяжение. Такое обору­дование было затем доставлено в лабораторию гидро­узла Еива, и тесты на растяжение цилиндрических образцов и кернов стали регулярными.

На этом этапе тремя местными частными подрядчи­ками в 20 км вниз по течению от створа плотины были открыты новые карьеры известняка и уста­новлено необходимое дробильное оборудование. Это потребовало почти год перед тем, как дробильные установки, необходимые для производства как крупного, так и мелкого заполнителей соответствую­щих форм, были установлены и все три карьера были пущены в эксплуатацию. Последовало улучшение показателей помола заполнителя, произведенного при совместном использовании конического и ударного помола, а результаты тестов по пробному замесу укатанного бетона значительно улучшились при сохранении содержания цемента порядка 30 кг/м³.

Были возведены три пробные дамбы для проверки свойств материалов, методов укладки, работы оборудования, обучения строителей для будущего возведения плотины из укатанного бетона.

5. СТРОИТЕЛЬСТВО

Одновременно с проектными работами и иссле­дованиями пуццоланы были произведены пробные укладки укатанного бетона и их полномасштабные испытания. Вслед за первым годом строительства DHP использовала свою собственную рабочую силу, что традиционно для Мьянмы (осуществление между­народных тендеров в стране еще не является обяза­тельным) и привело к задержкам в строительстве строительных туннелей. Для минимизации ущерба от задержек при проходке туннелей на правом берегу, поэтапное выполнение работ на левом берегу нача­лось во второй сухой сезон вместе с выполнением работ по дополнительной перемычке, необходимой для начала строительства постоянной разделительной стены между отводящим каналом нижнего бьефа и руслом реки. Это ускорило защитить и ускорить работы на левом берегу; также это дало возможность оптимального расположения поддерживающих башен системы транспортирования укатанного бетона.

Кроме того, строительство башен водоприемника, расположенных для облегчения работ по укладке укатанного бетона плотины непосредственно перед плотиной, могло начинаться без ожидания задержи­вающихся эксплуатационных туннелей. Также было полу­чено долгожданное утверждение строительства важного моста через реку в нижнем бьефе гидроузла для замены паромной переправы, позволявшей пере­возить только транспортные средства и оборудование.

Формирование крепи деривационного туннеля было осуществлено с помощью телескопической опалубки диаметром 10 м, установленной после бетонирования лотка туннеля. Для Мьянмы это был первый опыт использования гидравлически управляемой опалубки. Исключением были только несколько первых секций туннеля 1, выполненные основной рабочей силой DHP.

Другими крупными этапами, достигнутыми при выполнении проекта, явились:

– Заключенное между Правительствами Мьянмы и Китая соглашение, длившееся в период проведения строительных работ, по финансовому займу на производство работ по укатанному бетону (лот CW2), монтаж и ввод в эксплуатацию механического обору­дования, включая напорные трубопроводы ГЭС и затворы (лоты HSS1 и HSS2), электромеханическое оборудование (лот EM1), контракты на оборудование подстанций и линий электропередач (лоты SS1 и TL1‑4). В настоящий момент продолжают действовать обязательства по лоту CW2, где подрядной органи­зацией выступает CCGC (Gezhouba), и уже закончены несколько этапов по укладке укатанного бетона в тело плотины.

– Компанией Hi-Tech в Поупа был поставлен и установлен завод по помолу пуццоланы произво­дительностью 1000 т/день для продажи ее компании DHP.

– Компанией Hi-Tech была поставлена и установлена дозировочная установка производительностью 480 м³/ч укатанного бетона или 150 м³/ч обычного бетона, укомплектованная влажной транспортиро­вочной лентой, морозильной установкой, силосами и др., использовавшаяся для производства укатанного бетона по лоту CW2 и обычного бетона для других строительных работ DHP (кроме укладки укатанного бетона).

Строительные работы продвигались достаточно быстро, и в декабре 2004 г. было осуществлено перекрытие реки. К моменту укладки в тело плотины укатанного бетона до отметки 127,4 м в четырех башнях водоприемника были установлены сороудер­жи­вающие решетки и затворы, что позволило приступить к работам над горизонтальными секциями напорного трубопровода до продолжения укладки укатанного бетона до гребня плотины (на левом берегу).

Этапы 1, 2, 3A1, 3A2 и 4A по укладке укатанного бетона были завершены с использованием вакуумного погрузочного бункера в течение проектирования, изготовления, поставки и установки основной конвейерной системы (от CGGC).

Последовательность укладки укатанного бетона была привязана к ожидаемым уровням воды в реке и к возможным риском затопления паводком в период влажного сезона (май — октябрь), и, кроме того, учитывала фактическое состояние работ по выемке скалы на обоих бортах долины. Все это требовало значительной гибкости в ведении графика проведения бетонных работ для сохранения их непрерывности и достаточной интенсивности. Объединение усилий, предпри­нятых всеми участвующими сторонами по поиску необхо­димых решений, в сочетании с высокой произво­ди­тельностью бетонного завода и значи­тельными напря­жениями со стороны DHP по недопу­щению любых задержек по поставке материалов, позволили достичь относительно высоких скоростей по укладке бетона в первую в Мьянме плотину из укатанного бетона. Максимальная достигнутая ско­рость укладки составила 91 667 м³/мес.

Рисунок 11 — Вид с правого берега вскоре после пропуска основной части паводка, октябрь 2006 г.

Рисунок 12 — Фабрика помола для укатанного и обычного бетона

Рисунок 13 — Укладка укатанного бетона (этап 4a)

Проект, однако, в период строительства был подвер­жен нескольким серьезным и непредвиденным за­держ­кам. В качестве примера можно упомянуть случай про­хождения паводка свыше 2%-ной обеспе­ченности в конце дождливого сезона 2006 г.: были размыты общественные дороги, а мосты и опоры ЛЭП были смыты.

Рисунок 14 — Последовательность укладки укатанного бетона, вид с верхнего бьефа

С другой стороны, проведение строительных работ находилось в относительной безопасности вопреки общему ущербу от таких случаев, хотя и подвергалось неизбежным значительным задержкам. Все это бес­спорно доказывало преимущество плотины из ука­танного бетона при противопоставлении ее каменно-набросной плотине с железобетонным экраном. Непредвиденный перелив через секции плотины из укатанного бетона, уже возведенных на русловом участке, никоем образом не помешали производству работ на секциях левобережного примыкания пло­тины. Возможность пропуска столь крупного потока не должна быть недооценена, особенно в странах, где на стройплощадке превалирует чрезвычайная нехватка электроэнергии при одновременных часто повторяющихся перебоях в топливе, мощностях насосов и т.д.

И тем не менее, не смотря на недостаток в электроэнергии, топливе, необходимых взрывчатых веществ и, подытоживая, «обилие слишком сильных дождей», каждая из перечисленных проблем была после­довательно решена, и DHP совместно с китайскими под­ряд­ными организациями и под­держкой CPE готовятся к успешному завершению работ по проекту.

АВТОРЫ

Ю Вин Кьяу (U Win Kyaw) — генеральный директор Департамента гидроэнергетики Министерства электро­энергетики. Обучение проходил в Москве (СССР) и имеет диплом инженера строителя. Многие годы работал в качестве проектировщика, исследователя и инженера по плани­рованию гидроэнергетических проектов. Участвовал в осуществлении строительства многих плотин, таких как Moe Pyae, Tat Kyee, South Na Win, Paung Laung, а также ряда проектов в малой гидроэнергетике.

Ю Миинт Зау (U Myint Zaw) — руководитель проекта гидроузла Еива. После завершения обучения в Мьянме он принимал участие в строительстве в стране значительного числа гидроузлов, по многим из которых он являлся руково­дителем проекта.

Алан Дредж (Alan Dredge) — вице-президент Hydropower South East Asia швейцарской Colenco Power Engeneering Ltd. Обра­зование получил в Великобритании в Бермингемском Университете. Имеет более чем тридцати­летний опыт проекти­рования и строительства гидроэнерге­ти­ческих объектов. В настоящий момент является руково­ди­телем групп предста­вителей CPE на площадках гидроузла Еива, ГЭС Шонла (Son La) во Вьетнаме мощностью 2 400 МВт и ГЭС Лонгтан (Longtan) в Китае мощностью 6 300 МВт. Недавно он закончил предостав­ление кон­сультационных услуг Мировому Банку по проекту ГЭС Нам Тьен 2 в Лаосе мощностью 1 070 МВт.

Пол Фишер (Paul Fisher) — руководитель службы техни­ческого надзора на строительной площадке ГЭС Еива. Имеет почти сорокалетний опыт проектирования и строительства гидроэлектростанций. Являлся руководи­телем проекта ГЭС Саддам (Saddam) в Ираке мощностью 1 000 МВт, начальником строительства проекта Сингкарак (Singkarak) в Индонезии, руководителем проектов несколь­ких гидростанций в Швейцарии, Либерии, Нигерии и ряде других стран.

Карл Стеиджер (Karl Steiger) — руководитель подразде­ления Colenco по геотехнике и плотинам. Имеет более чем тридцатилетний опыт строительства плотин и других гидротехнических сооружений в юго-восточной Азии, Южной Америке и США. Многие годы состоял на службе в правительстве Швейцарии как федеральный эксперт по безопасности плотин. В качестве главного конструктора принимал участие в подготовке общего генерального плана гидроузла Еива, деривационной схемы, конструкции плотины, инженерных расчетах.