Гидроэлектростанция в горах — это не только плотина, турбины и линии электропередачи. Это ещё и склоны. Высокие, выветрелые, трещиноватые, способные в любой момент «отдать» вниз десятки тонн породы.
Камнепады — один из самых недооценённых рисков для гидроэнергетики. Они не выглядят столь масштабно, как паводки или сейсмика, но именно они могут парализовать подъездные дороги, повредить здания, поставить под угрозу жизнь персонала и сорвать график строительства.
В горных районах инженерная защита прилегающих территорий ГЭС — это не опция, а обязательное условие эксплуатации. Рассмотрим, как такие задачи решаются на практике, на примере Богучанской и Гоцатлинской ГЭС.
Почему камнепады — серьёзная проблема для ГЭС?
Камнепад - это неконтролируемое откалывание горной массы от склона под воздействием внешних и внутренних факторов. Причиной могут быть выветривание, температурные перепады, водонасыщение, подрезка склона при строительстве или естественная трещиноватость породы.
Для гидроэлектростанции опасность двойная. Во-первых, страдает транспортная инфраструктура: подъездные дороги и технологические проезды. Во-вторых, под угрозой оказывается персонал и оборудование.
Поэтому защита от камнепадов должна обеспечивать бесперебойную работу станции не только на этапе строительства, но и в течение всего срока эксплуатации.
Инженерные решения: драпировка и динамические барьеры
Для защиты склонов применяются две основные группы решений: системы драпировки и динамические камнеулавливающие барьеры.
Драпировка склонов системой Стилгрид®
Когда требуется закрепить неустойчивый скальный массив на крутом склоне и пространство у основания ограничено, применяется драпировка.
Система Стилгрид® представляет собой стальной композит: сетку двойного кручения с вплетёнными в неё продольными и поперечными канатами диаметром 8–8,2 мм. Сетка изготавливается из проволоки с гальфановым покрытием (95% цинка и 5% алюминия с добавлением мишметаллов), что обеспечивает устойчивость к коррозии. А также применяется дополнительное полимерное покрытие Полимак® для дополнительной защиты в условиях агрессивной среды.
Используются два типа систем.
Стилгрид® HR — высокопрочная драпировка из сетки с ячейкой 80×100 мм и продольными канатами, расположенными с шагом 50, 100 или 150 см.
Стилгрид® BO — двуосная система, в которой канаты расположены и в продольном, и в поперечном направлениях. Наличие поперечных канатов повышает общую прочность полотна и позволяет эффективнее распределять нагрузки.
Камнеулавливающие барьеры RMC
Когда невозможно точно определить место отрыва обломков или требуется защита в основании склона, устанавливаются динамические камнеулавливающие барьеры RMC.
Это пространственная конструкция, состоящая из улавливающей панели, стоек, анкерной системы и тормозных устройств. Барьер устанавливается, как правило, у подножия скального массива, если покрыть весь склон драпировкой невозможно.
Принцип работы барьера заключается не в «жёстком отражении» удара, а в поглощении энергии. Нагрузка от падающего камня распределяется между стойками, а энергия гасится за счёт деформации алюминиевых трубок - диссипаторов. Система не работает на трение, а именно на контролируемую деформацию элементов, что увеличивает её ресурс.
Барьеры различаются по высоте (от 2 до 8 метров) и по поглощаемой энергии: от 500 до 8500 кДж. Они сертифицированы в системе ГОСТ Р и производятся в России на заводе Маккаферри в Зарайске, Московской области.
Практика: Богучанская ГЭС
Богучанская ГЭС на реке Ангара - один из самых продолжительных проектов в истории российской гидроэнергетики. Возобновление строительства выявило серьёзную проблему: склон из сильновыветрелых пород над подъездной дорогой представлял реальную угрозу обрушений.
Рассматривался вариант устройства противокамнепадных насыпей. Однако при высоте склонов от 60 до 120 метров и практически вертикальном угле заложения эффективность насыпей оказалась бы недостаточной — крупные блоки просто «перелетали» бы через защиту.
С технической и экономической точки зрения было принято решение применить систему драпировки Стилгрид® HR150.
Работы выполнялись параллельно со строительством ГЭС в два этапа. В 2010 году было смонтировано 45 000 м² драпировки, в 2011 году — ещё 23 000 м². Система эксплуатируется до настоящего времени и продолжает выполнять свою функцию.
Практика: Гоцатлинская ГЭС
Гоцатлинская ГЭС в Дагестане - крупнейшая гидроэлектростанция, полностью построенная в постсоветское время. При строительстве здания станции и вспомогательной инфраструктуры был подрезан крутой, сильнотрещиноватый склон. Возникла реальная угроза скально-обвальных явлений.
Здесь было реализовано комплексное решение:
На промежуточной берме установлен камнеулавливающий барьер RMC/100A, рассчитанный на удержание обломков с кинетической энергией до 1000 кДж. Ниже барьера, непосредственно над зданием станции, на участке длиной около 30 метров смонтирована драпировка Стилгрид® HR150.
Такой комбинированный подход позволил защитить объект как от естественных обвальных процессов, так и от возможных обрушений со стороны искусственно сформированного откоса котлована. Первый зафиксированный камнепад был успешно остановлен барьером, подтвердив корректность инженерного решения.
Проектирование как основа безопасности
Подобные системы не устанавливаются «на глаз». Перед проектированием выполняется анализ траекторий возможного падения обломков, распределения скоростей и энергии. На основании расчётов выбирается модель барьера, его высота, длина и расположение.
Применяются сертифицированные программные комплексы, позволяющие определить оптимальную схему защиты с учётом конкретной геологии, рельефа и параметров скального массива.
Почему это важно
Гидроэнергетика часто ассоциируется с плотинами и водосбросами. Но в горных районах безопасность станции во многом зависит от того, насколько грамотно защищены прилегающие склоны.
Опыт Богучанской и Гоцатлинской ГЭС показывает, что инженерная защита от камнепадов - это не формальность, а системная работа, основанная на расчётах, сертифицированных конструкциях и реальной практике эксплуатации.
Именно такие решения позволяют обеспечивать устойчивую и бесперебойную работу гидроэлектростанций в сложных природных условиях.