3.1.32. На гидротехнических сооружениях первого класса
3.1.32. На гидротехнических сооружениях первого класса,
расположенных в районах с сейсмичностью 7 баллов и выше, и на сооружениях второго класса- в районах с сейсмичностью 8 баллов и выше должны проводиться
следующие виды специальных наблюдений и испытаний:
инженерно-сейсмометрические наблюдения за работой сооружений и береговых примыканий (сейсмометрический мониторинг);
инженерно-сейсмологические наблюдения в зоне ложа водохранилища вблизи створа сооружений и на прилегающих территориях (сейсмологический мониторинг);
тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов.
Для проведения инженерно-сейсмометрических наблюдений гидротехнические сооружения должны быть оборудованы автоматизированными приборами и комплексами, позволяющими регистрировать кинематические характеристики в ряде точек сооружений и береговых примыканий во время землетрясений при сильных движениях земной поверхности, а также оперативно обрабатывать полученную информацию.
Для проведения инженерно-сейсмологических наблюдений вблизи гидротехнических сооружений и на берегах водохранилищ по проекту, разработанному специализированной организацией, должны быть размешены автономные регистрирующие сейсмические станции. Комплексы инженерно-сейсмометрических и инженерно-сейсмологических наблюдений каждого объекта должны быть связаны с единой службой сейсмологических наблюдений РФ.
Монтаж, эксплуатация систем и проведение инженерно-сейсмометрических, инженерно-сейсмологических наблюдений и динамического тестирования должны осуществляться собственником электростанции (эксплуатирующей организацией) с привлечением специализированных организаций.
После каждого сейсмического толчка интенсивностью 5 баллов и выше должны оперативно регистрироваться показания всех видов КИА, установленных в сооружении, с осмотром сооружения и анализом его прочности и устойчивости.
Основными задачами проведения сейсмометрических наблюдений за состоянием гидротехнических сооружений в сейсмоопасных районах являются:
—получение информации для оперативной оценки вероятности возникновения аварийной ситуации в результате воздействия землетрясения и принятия мер, адекватных степени выявленной опасности;
—получение исходных данных для дальнейшего развития теории сейсмостойкости гидротехнических сооружений и методов их расчетов.
С этой целью на гидротехнических сооружениях силами инженерно-сейсмометрической службы с участием проектных и научных организаций:
— создаются системы, обеспечивающие инженерно-сейсмометрические наблюдения за работой сооружения в период проявления сейсмической активности (сейсмометрический мониторинг); проводятся наблюдения за состоянием сооружения при сейсмических воздействиях для оценки возможности развития опасных деформаций и других признаков и в связи с этим— необходимости проведения обследования сооружения с целью выяснения его состояния и принятия мер к обеспечению его сохранности;
—накапливаются данные о поведении сооружения при землетрясениях различного характера и разной интенсивности;
—определяются динамические характеристики сооружения,
Объем и характер данных о поведении гидротехнических сооружений при землетрясениях, которые должны фиксироваться в результате сейсмометрических наблюдений, устанавливаются проектными и научными организациями.
Основными задачами проведения инженерно-сейсмологических наблюдений являются:
— получение по возможности более полной информации о характере и интенсивности сейсмических проявлений на дальних подступах к сооружению, трансформаций основных параметров землетрясения по мере приближения к сооружению и влиянии на этот процесс заполненного (частично или полностью) водохранилища;
— передача этих сведений в базу данных инженерно-сейсмометрического комплекса.
С этой целью в районе гидротехнического сооружения размещаются сейсмологические станции, ведущие записи сейсмических явлений. Проект размещения сейсмологических станций разрабатывается с участием специализированных научно-исследовательских организаций.
Сейсмологические станции являются составной частью государственной системы сейсмологических наблюдений и должны обслуживаться работниками этой системы. Эксплуатационный персонал электростанций, заинтересованный в получении сведений от сейсмологической службы, должен оказывать содействие этой службе.
Тестовые испытания рекомендуется проводить с применением вибрационных машин дебалансного типа, развивающих (в зависимости от частоты возмущающей силы) усилия от нескольких десятков до нескольких сотен килоньютонов (от единиц до десятков тонна — сил).
Испытательная машина, как правило, устанавливается на гребне плотины; при этом достигаются максимальные амплитуды колебаний в точках наблюдения. Ожидаемые амплитуды смещений, скоростей и ускорений определяются расчетом; значения гармонической возбуждающей силы надлежит выбирать таким образом, чтобы значения смещений (амплитуда) составляли 10-100 мкм.
В состав динамических характеристик сооружения входят:
—собственные частоты колебаний;
—собственные формы колебаний;
—логарифмические декременты затухания по собственным формам колебаний.
Все эти величины определяются по амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ), связывающим между собой Частоты возбуждения и отнесенные к амплитуде силового воздействия значения смещений в точках наблюдения. Пиковые (резонансные) значения АЧХ достигаются при значениях частоты воздействия, совпадающих с собственными частотами колебаний сооружения.
Распределение амплитудных значений смещения (смещений в различных направлениях) по объему, осевой поверхности или поперечному сечению сооружения при резонансной частоте возбуждения дает форму собственных колебаний этого сооружения.
Логарифмический декремент затухания есть натуральный логарифм отношения амплитуд свободных колебаний некоторой точки на данной резонансной частоте в двух следующих один за другим циклах колебательного процесса (практически значения декремента, определенные для различных точек, далее осредняются для получения устойчивых характеристик сооружения или отдельных его частей),
Содержание динамического паспорта сооружения составляют определенные при нормальном подпорном уровне и при уровне мертвого объема воды в водохранилище:
— собственные (резонансные) частоты колебаний сооружения (2 — 5 минимальных значений, а если возможно, то большее их число);
— собственные формы колебаний сооружения, соответствующие описанным выше собственным частотам и определенные по 8 — 30 точкам наблюдения;
—логарифмические декременты затухания, определенные для указанных выше собственных частот;
—амплитудно-частотные характеристики, определенные для 2 — 3 точек наблюдения в диапазоне частот от 0,5 до 2 значений первой собственной частоты сооружения.
В динамический паспорт сооружения включаются также следующие сведения:
— дата завершения постройки;
— дата достижения уровнем воды в водохранилище отметки НПУ;
—дата первого и всех последующих тестовых динамических испытаний с данными о значениях полученных собственных частот;
—сведения о специфических условиях при испытаниях (если подобные условия имели место).
Для проведения инженерно-сейсмометрических наблюдений гидросооружения должны быть оборудованы автоматизированными приборными комплексами, позволяющими регистрировать кинематические характеристики в ряде точек сооружений и береговых примыканий во время землетрясений при сильных движениях земной поверхности, а также оперативно обрабатывать полученную информацию.
К кинематическим характеристикам в данном случае относятся смещения, линейные и угловые скорости и ускорения сооружения и береговых примыканий в точках, специально выбранных для наблюдения за состоянием сооружения во время землетрясения.
В этих местах закладываются соответствующие приборы, фиксирующие указанные кинематические параметры и совместно со средствами коммуникации, обработки и хранения полученных данных образующие инженерно-сейсмометрические комплексы. Преимущество должно отдаваться стандартным комплексам инженерно-сейсмометрических наблюдений (КИСН).
В состав КИСН входят следующие устройства:
—телеметрическая аппаратура передачи — приема сигналов, предназначенная для помехоустойчивой передачи сигналов от сейсмоприемников по кабельным линиям связи на блок регистрации комплекса сейсмометрических Наблюдений;
—блок регистрации, предназначенный для многоканальной регистрации сигналов, предварительной их обработки, преобразования в цифровую форму, выявления сейсмических событий по заданным критериям, запоминания сейсмической информации с предысторией и передачи ее на персональную ЭВМ для последующей обработки;
— персональная ЭВМ, предназначенная для обработки, визуального отображения сейсмической информации и последующего документирования результатов обработки.
Автоматизация работы таких комплексов не только снижает трудозатраты на их эксплуатацию, но и увеличивает надежность работы этих комплексов, особенно по синхронизации записей колебаний различных частей сооружений и их конструктивных элементов, а также прилегающих участков грунта.
Поставленные задачи наиболее полно решаются с помощью АСДК. Эти системы на сооружениях I класса должны выполнять следующие функции:
—автоматизированный сбор данных о кинематических характеристиках в точках наблюдения за состоянием сооружения;
—накопление данных измерений в базе данных;
—первичную обработку данных измерений;
—автоматизированный анализ состояния сооружения по данным натурных измерений;
—графический и табличный вывод информации, необходимой для анализа состояния сооружения.
Для выполнения всех этих задач АСДК имеет для входящей в его состав ЭВМ соответствующее программное обеспечение. Последнее должно позволять при анализе состояния сооружения включать в число учитываемых факторов данные теоретических расчетов, визуальных осмотров и специальных обследований.
На сооружениях II класса к АСДК предъявляются те же требования, что и к АСДК сооружений I класса, за исключением возможности выполнения автоматизированного анализа состояния сооружения.
Схема размещения сейсмометрических точек наблюдения разрабатывается на основе результатов динамических расчетов сооружений и опыта натурных и модельных исследований.
Для получения достоверной картины реагирования гидротехнического сооружения на сейсмические толчки в теле плотины в зависимости от ее конструкции следует развернуть до 10—15 пунктов наблюдения. Например, в арочной плотине для отслеживания арочных форм колебаний требуется установить на гребне плотины 6 — 8 пунктов наблюдения и более. В этих же плотинах для анализа форм колебаний консольных сечений назначаются 3 — 4 точки наблюдения по осевому сечению и двум сечениям, расположенным примерно в четвертях пролета на верхних отметках плотины.
В опорном контуре плотины в соответствии с особенностями ее конструкции, организуется 7 — 8 измерительных пунктов наблюдений. При необходимости получения информации о влиянии податливости основания, а также оценке степени синхронности колебаний бортов каньона может потребоваться оборудование точек наблюдений в штольнях в местах примыкания тела плотины к бортам каньона.
Дополнительно для определения характеристик неискаженных сейсмических волн, наблюдения за сейсмической активностью района до начала и во время заполнения водохранилища на расстоянии 3 — 8 км от сооружения размещаются 3 — 4 пункта наблюдения.
Общее количество сейсмометрических пунктов наблюдения на гидротехническом сооружении может колебаться от 15 до 30. Для обслуживания этого количества измерительных точек рекомендуется применять типовой вариант сейсмосети с 64 измерительными каналами.
Для проведения инженерно-сейсмологических наблюдений вблизи гидросооружений и на берегах водохранилищ размещаются автономные регистрирующие сейсмические станции. Комплексы инженерно-сейсмометрических и инженерно-сейсмологических наблюдений каждого объекта должны быть связаны с единой службой сейсмологических наблюдений Российской Федерации.
В зависимости от инженерно-геологических и сейсмотектонических условий района расположения гидротехнического сооружения сеть автономных сейсмологических станций может быть развернута на территории с радиусом 50—100 км от сооружения. При размещении сейсмологических станций особое внимание следует обращать на сейсмоопасные направления, определяемые на основе детального сейсмического районирования и сейсмического микрорайонирования.
В число пунктов сейсмологического наблюдения должна быть включена группа контрольных точек, размещенных на некотором удалении (3 — 8 км) от сооружения с целью определения характеристик неискаженных сейсмических волн, для наблюдения за сейсмической активностью района до начала и во время заполнения водохранилища, а также получения информации о направлении распространения и характере распределения интерференционного поля вблизи сооружения.
Диапазон регистрируемых землетрясений составляет 4 — 9 баллов. Однако на первых этапах инженерно-сейсмологических наблюдений целесообразно получение информации при землетрясениях и меньшей интенсивности.
На сейсмологических станциях регистрируются кинематические элементы движения скорости, а в определенных режимах — смещения точек земной поверхности.
С учетом сказанного выше число сейсмологических станций должно быть не менее 3 (в противном случае нет возможности определить эпицентр землетрясения); одна из входящих в это число станций может быть расположена внутри сооружения, на контакте с основанием (предпочтительно заглубление этой станции в основание или в береговое примыкание).
Как было указано выше, сейсмологическое обеспечение ГЭС является составной частью государственной сейсмологической службы. Эксплуатационный персонал (специально обученный или работающий на условиях хозяйственного договора) обязан обеспечить устойчивую связь с этой службой и использовать результаты наблюдений в своей работе.
Монтаж, эксплуатация систем и проведение инженерно-сейсмометрических, инженерно-сейсмологических наблюдений и динамического тестирования осуществляются с привлечением собственником электростанции (эксплуатирующей организацией) специализированных организаций.
Как правило, функции генерального подрядчика в изготовлении и монтаже аппаратуры, образующей систему инженерно-сейсмометрических и инженерно-сейсмологических наблюдений, выполняются генеральным проектировщиком или научно-исследовательской организацией, имеющей достаточный опыт в проведении подобных наблюдений; это же относится и к тестовым динамическим испытаниям.
Собственно инженерно-сейсмометрические наблюдения выполняются персоналом гидроэлектростанции, прошедшим соответствующее обучение, по инструкции и регламенту, разработанным организацией — изготовителем оборудования системы наблюдений.
Инженерно-сейсмологические наблюдения (сейсмологический мониторинг) следует выполнять силами организации, ведущей региональные сейсмологические наблюдения в районе гидроузла. Эти функции может выполнять персонал гидроэлектростанции, прошедший специальное обучение, если это предусмотрено договором с государственной службой наблюдений.
После каждого сейсмического толчка интенсивностью 5 баллов и выше должны оперативно регистрироваться показания всех видов КИА, установленных в сооружении, с осмотром сооружения и анализом его прочности и устойчивости.
Эти требования относятся ко всем гидротехническим сооружениям независимо от их класса, конструкции и материала изготовления. Осмотр сооружения и оценка его прочности, устойчивости и эксплуатационных качеств производятся и в случае отсутствия в сооружении установленной КИА.
Анализ поведения сооружений при землетрясениях показывает, что наиболее частыми видами повреждений являются раскрытия швов бетонных сооружений, остаточные деформации грунтовых сооружений и насыпей. Фиксация указанных проявлений или их отсутствия являются первоочередной целью после сейсмического обследования сооружений.
При регистрации показаний КИА необходимо в первую очередь определить раскрытие швов между сооружениями и береговыми примыканиями, на подошве и внутри сооружения, горизонтальные смещения и осадки, изменение противодавления на контакте с основанием.
Имеющиеся наблюдения показывают, что после землетрясения наибольшие изменения следует ожидать в показаниях следующих приборов:
—длиннобазных телетензометров, установленных на контакте сооружения со скальным основанием;
—пьезометров, расположенных в приконтактной зоне скального основания;
—щелемеров, расположенных на стыке секций или на контакте с береговым примыканием.