СТРОИТЕЛЬСТВО ГИДРОСООРУЖЕНИЙ В ПОДВОДНЫХ КОТЛОВАНАХ БЛОК-МОДУЛЬНЫМ СПОСОБОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАВУЧИХ ПОДЪЕМНЫХ СРЕДСТВ.
Киселев В.А., ген. директор ЗАО МОПЕКО, Галабурда М.А., проф. МГАВТ, Сидоров В.А., ЗАО МОПЕКО, Киселев Д.А., стажер-аспирант МГАВТ.
Финансовый кризис и резкое замедление экономического роста с приостановкой долговременного строительства ряда капиталоемких объектов, служат серьезным поводом для активизации поиска и разработки более эффективных организационно-технических и технологических решений и устранения факторов, способствующих названным явлениям. Применительно к строительству гидроэлектростанций и других гидросооружений традиционным способом в числе негативных факторов следует отметить, прежде всего, большую трудоемкость, длительные сроки и, как следствие, высокую стоимость строительства с неприемлемо большими, в современных условиях, сроками окупаемости капиталовложений. Существенно повысить эффективность строительства можно на основе применения новых более прогрессивных технологий, например с широким использованием индустриального блок-модульного способа строительства гидротехнических сооружений в подводных котлованах, не требующего перекрытия рек и возведения дополнительных ограждающих перемычек, как при традиционном строительстве ГЭС. Однако, к сожалению, названный способ строительства гидротехнических сооружений, по ряду причин, до сих пор не получил должного развития и реализации.
Этот вопрос рассматривался ранее в России на протяжении нескольких лет при обосновании и разработке, так называемого «наплавного блок-модульного метода» строительства каскадов ГЭС на реках Сибири и Дальнего Востока, в составе научно-исследовательских и проектных работ, выполнявшихся под общим руководством Н.М. Иванцова ИЦ «Каскад» Оргэнергостроя с участием многих институтов и организаций. «Наплавной метод» предусматривает наличие собственной плавучести блок-модулей, устанавливаемых в проектное положение в подводном котловане путем их затопления с заливкой полостей бетоном. Однако, такое решение имеет, как оказалось, ряд серьезных недостатков и трудно решаемых вопросов: сложность конструкции плавучих блок-модулей с учетом требований к плавсредствам; сложная и трудоемкая технология погружения и установки плавучих блок-модулей в фиксированное положение на подводном основании; возможность установки только одного яруса блок-модулей ограниченной высоты и необходимость сооружения верхних ярусов на месте строительства плотины и др. Это не позволяет в полной мере реализовывать достоинства блок-модульного строительства гидротехнических сооружений, и практически сводит на нет эффективность названного метода, особенно при строительстве дамб, причалов и шлюзов, блок-модули, для которых, выполнять плавучими практически невозможно или нецелесообразно.
С разработкой и созданием плавучих подъемных средств большой грузоподъемности, способных работать в ограниченных судоходных условиях, в соответствии с патентами РФ на изобретения № 2258026 и № 2320529, (рис.1) появляется возможность принципиально новой организации строительства гидросооружений в подводных котлованах блок-модульным способом с установкой блок-модулей в несколько ярусов в зависимости от высоты гидросооружения ( что практически исключается при «наплавном методе»). Этот индустриальный способ строительства может успешно применяться, как при создании гидроэлектростанций (особенно каскадов ГЭС), так и при сооружении различных плотин, дамб, причалов и шлюзов. При этом, блок-модули гидросооружений не имеют собственной плавучести (что упрощает их конструкцию), доставляются от региональной базы изготовления к месту строительства на баржах-площадках и устанавливаются в проектное положение на подготовленное подводное основание с помощью плавучих подъемных средств большой (до 2000 т) грузоподъемности. Для различных условий работы ЗАО МОПЕКО разработало типоразмерный ряд плавучих подъемных средств грузоподъемностью от 250 т до 2000 т, с установкой на одном судовом корпусе одного, двух, трех или четырех уравновешенных грузоподъемных устройств грузоподъемностью 250 или 500 т каждое, работающих совместно. Предельные размеры блок-модулей определяются условиями их перегрузки и доставки по внутренним водным путям к месту монтажа и могут достигать в пределе до 80 м – по длине, до 17 м – по ширине и до 14 м – по высоте, с массой до 2000 т.
Типовой блок-модуль для дамб (рис. 2), в нашем представлении, может состоять из вертикальной железобетонной стенки 1, футерованной гидроизоляцией 2, нижней плиты 3, верхней плиты 4, и подпорных косынок 5 и 6. Нижняя плита 3, устанавливаемая на подготовленное подводное основание 7, может иметь упругие гидроизолирующие выступы (прокладки) 8, расположенные по контуру, и выступающую арматуру 9, а также горловины 10, через которые может закачиваться бетонный раствор под плиту 3 для надежного сцепления и герметизации. При высоте дамбы, больше 14 метров, блок-модули могут устанавливаться в два или три яруса (рис. 3). Блок-модули 1, 2 и 3 выполняются унифицированными и имеют фланцевые болтовые соединения вместе с дополнительными блоками – подпорными косынками 4 и 5 и нижней плитой 6. Дамба, выполненная из нескольких ярусов блок-модулей может иметь анкерные тяги 7, соединенные с анкерами 8 и грунтовую отсыпку 9. Такими дамбами, обладающими высокой надежностью и водонепроницаемостью, могут ограждаться зоны возможного затопления низких берегов при образовании водохранилищ, с целью уменьшения площади отчуждения земли и ограничения водной поверхности водохранилищ. Из аналогичных блок-модулей можно также строить причалы как в руслах рек, так и на водохранилищах, совмещая их, при необходимости, с ограждающими дамбами (рис. 4).
Блок-модули боковых стенок шлюзовых камер могут выполняться аналогично блок-модулям для дамб и также устанавливаться в один или два яруса в зависимости от высоты шлюза (рис. 5 и 6).
Блок-модули ГЭС выполняются в виде железобетонных коробок, насыщенных технологическим оборудованием с высокой степенью готовности. Блок-модули должны иметь максимально простую и быструю стыковку сопрягаемых частей и коммуникаций. Нижняя грань блок-модулей первого яруса может быть выполнена аналогично блок-модулям для дамб, в виде железобетонной плиты с горловинами (люками) для отвода воды и закачки бетона, имеющей гидроизолирующие прокладки, расположенные по периметру, и выступающую снизу открытую арматуру. Блок-модули ГЭС могут иметь несколько унифицированных типоразмеров ( например, с турбинами и генераторами или без них, нижнего и верхнего ярусов и т.п.). Аналогично блок-модулям ГЭС могут выполняться и устанавливаться на берегу или на баржах-площадках жилые блоки для временного проживания строителей на месте строительства гидросооружений.
Технология монтажа блок-модулей ГЭС в подводном котловане с помощью плавучего подъемного средства большой грузоподъемности показана на рис. 7. Баржа-площадка с блок-модулем устанавливается над подводным котлованом и осуществляется застропка блок-модуля за гак подъемного средства (рис. 7, I) и подъем его над баржой-площадкой (рис. 7, II). После вывода баржи-площадки блок-модуль устанавливается с помощью плавучего подъемного средства в проектное положение на подготовленное подводное основание (рис. 7, III). При этом осуществляется удаление воды из внутреннего пространства блок-модуля между подводным основанием ( дном реки) и нижней плитой блок-модуля с гидроизолирующими прокладками и заливка его бетонным раствором обычным способом, для надежного закрепления и герметизации блок-модуля на зубчатой поверхности скального подводного основания. После установки первого блок-модуля нижнего яруса устанавливается блок-модуль второго яруса. Для этого баржа-площадка ставится рядом с установленным первым блок-модулем. После подъема блок-модуля и вывода баржи плавучее подъемное средство вместе с поднятым блок-модулем перемещается поперек створа к блок-модулю первого яруса, на которое затем ставится блок-модуль второго яруса. Аналогичным образом устанавливаются блок-модули нижнего и верхнего яруса во втором ряду (рис. 7, IV), таким же образом монтируются блок-модули шлюзов (рис. 6), дамб и причалов (рис. 3 и 4). При высоте плотин ГЭС больше высоты двух ярусов блок-модулей, дальнейшее увеличение количества ярусов до требуемой высоты может выполняться плавучими подъемными средствами при работе с верхнего бьефа, по мере повышения горизонта воды в водохранилище.
Изготовление блок-модулей гидросооружений и жилых блоков для временного проживания строителей целесообразно выполнять в заводских условиях на береговых региональных базах с применением поточно-индустриального метода с учетом передового опыта блочного и панельного домостроения и технологии, применяемой в судостроении с использованием стапельных и косяковых тележек, береговых и плавучих подъемных средств (рис. 8). В зависимости от годового объема производства блок-модулей всех типоразмеров могут быть предусмотрены одна, две (рис. 8, А, Б) или три технологические линии изготовления блок-модулей и одна или две зоны складирования готовых блок-модулей (рис. 8, Г, Д). Начинается изготовление блок-модуля в позиции I (рис. 8), где с помощью мобильного крана, например, типа «Либхерр» и башенного крана осуществляется закладка, сборка и сварка секций арматуры и выполняются бетонные работы. Затем остов блока на стапельных тележках перемещается в поз. II. Здесь с помощью козлового крана осуществляется монтаж тяжеловесного технологического оборудования, после чего в поз. III и IV выполняются доводочные и отделочные работы. Погрузка блок-модуля на баржу-площадку производится плавучим подъемным средством, для чего блок-модуль на косяковых тележках подается в зону плавучего подъемного средства поз. V и устанавливается на баржу-площадку поз. VI.
Применение предлагаемой индустриальной блок-модульной технологии строительства гидросооружений в подводных котлованах с использованием плавучих подъемных средств большой грузоподъемности позволит значительно сократить продолжительность строительства. Так, например, гидроэлектростанция с высотой плотины до 28 м может быть построена этим способом всего за три года ( с подготовкой подводного котлована в первую навигацию, монтажом блок-модулей за вторую навигацию и завершением доводочных и пуско-наладочных работ к концу третьего года). Каскад из трех низко- или средненапорных ГЭС, например на р. Зея, при соответствующей организации работ с поэтапным передислоцированием строительного технологического оборудования, мог бы быть выполнен за пять лет ( в среднем за 1.7 года на одну ГЭС), каскад из четырех ГЭС – за шесть лет (в среднем за 1.5 года на одну ГЭС) : за первую навигацию – подготавливается подводный котлован для ГЭС №1; за вторую навигацию осуществляется монтаж блок-модулей ГЭС №1 и подготовка подводного котлована для ГЭС №2; за третью навигацию выполняется монтаж блок-модулей ГЭС №2, доводочные работы на ГЭС №1 и готовится подводный котлован для ГЭС №3; за четвертую навигацию выполняется монтаж блок-модулей ГЭС №3 и доводочные работы на ГЭС №2; за пятый год выполняются доводочные работы на ГЭС №3 и завершаются пусконаладочные работы на всех ГЭС каскада.
По окончании строительства каскада ГЭС на одной реке комплекс технологического строительно-монтажного оборудования (плавучих подъемных средств, грейферных и скалоуборочных снарядов и др.) может перебазироваться на другую реку для строительства очередного каскада ГЭС, что обеспечит высокую фондоотдачу многократно используемого оборудования. Таким образом, с применением названной технологии могут быть построены в минимальные сроки каскады ГЭС на многих, в том числе малых, реках с целью возможно большего использования возобновляемых источников энергии на имеющихся водных ресурсах. Создание каскадов ГЭС с малыми и средними напорами, позволит сократить затопление территории и населенных пунктов, в несколько раз уменьшить затраты на создание водохранилищ и улучшить экологические показатели в сравнении с традиционным строительством ГЭС.
Эффективность строительства гидроэлектростанций, и особенно каскадов ГЭС, блок-модульным способом в подводных котлованах обеспечивается за счет сокращения в несколько раз объемов и трудоемкости строительно-монтажных работ, а также значительного снижения продолжительности и стоимости строительства. В конечном итоге это позволит иметь минимальные сроки окупаемости капитальных вложений, что особенно важно в современных условиях.
Для реализации (разработки и осуществления) предлагаемой блок-модульной технологии строительства гидросооружений в подводных котлованах с использованием плавучих подъемных средств большой грузоподъемности следует предусмотреть выполнение комплекса научно-исследовательских, проектных и изыскательских работ соответствующими научными и проектными организациями (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, Гидропроектом и др.) с разработкой ТЭО, конструкции типовых унифицированных типоразмеров блок-модулей, технологического и подъемно-транспортного оборудования, из которого определяющим является плавучее подъемное средство большой грузоподъемности. Мы можем принять участие в этих работах, в частности: - в разработке и создании плавучих подъемных средств большой грузоподъемности, в разработке технологии их применения для перегрузки блок-модулей, перевозки и монтажа их в проектное положение, а также в разработке технологии подготовки подводных котлованов с использованием плавучих грейферных и скалоуборочных средств и др. вопросов.
Названные работы, считаем целесообразным развернуть именно сейчас, в период финансового и экономического кризиса, с тем, чтобы к моменту оживления экономики, и соответственно, резкого возрастания потребности в электроэнергии, успеть подготовиться и начать быстрое строительство каскадов гидроэлектростанций, прежде всего на реках Сибири и Дальнего Востока, с существенно меньшими капитальными затратами, чем при традиционном строительстве ГЭС. Это будет способствовать развитию энергоемких добывающих и перерабатывающих производств, освоению имеющихся ресурсов и интенсивному росту экономики регионов.
Надеемся на заинтересованное обсуждение высказанных нами предложений и на принципиальную оценку специалистами, заказчиками и инвесторами перспектив блок-модульного гидротехнического строительства, в том числе каскадов ГЭС, с использованием плавучих подъемных средств большой грузоподъемности.
Литература:
1. Иванцов Н.М. Наплавной метод строительства ГЭС на Дальнем Востоке. «Гидротехническое строительство №12, 2001.
2. Российская Федерация. Патент на изобретение №2258026 «Плавучий подъемный кран большой грузоподъемности» МГАВТ, ЗАО МОПЕКО.
3. Российская Федерация. Патент на изобретение №2320529 «Плавучее подъемное средство большой грузоподъемности». ЗАО МОПЕКО.
4. Киселев В.А., Сидоров В.А., Киселев Д.А. Перспективы использования плавучих подъемных средств большой грузоподъемности на внутренних водных путях. «Подъемно-транспортное дело» №4, 2006.
5. Киселев В.А., Киселев Д.А. Поточно-индустриальная технология изготовления и отгрузки блок-модулей ГЭС. «Монтажные и специальные работы в строительстве» №12, 2006.
6. Киселев В.А. Блок-модульная технология строительства с применением плавучих подъемных средств большой грузоподъемности. «Гидротехническое строительство» №1, 2007.
7. Роспатент. Заявка на изобретение №2009105230 «Способ блок-модульного строительства гидротехнических сооружений в подводных котлованах».
Контактные реквизиты: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
тел. +7 (916) 856-4846
