IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Загорская гидроаккумулирующая электростанция мощностью 1200 тыс. кВт, предназначенная для покрытия пиковых потребностей в электроэнергии г. Москвы и Московской области, проектировалась на р.Кунье на участке, расположенном в 20 км к северу от г. Загорска (г.Сергиев Посад).

В целом рельеф района представляет собой холмистую моренную равнину, расчленённую долинами рек, ручьёв и оврагов. Выбор района строительства ГАЭС во многом определялся характером рельефа и, в первую очередь, глубоким врезом долины р. Куньи по отношению к водораздельным пространствам.

Загорская ГАЭС представляет собой комплекс сооружений (рис. 1): 1-верхний аккумулирующий бассейн - в районе сел Богородское - Шубино - Иудино; 2-сооружения станционного узла (водоприёмник, трубопроводы и здание ГАЭС)  на левом берегу р. Кунья против деревни Выпуклово; 3-нижний бассейн (водохранилище) на р. Кунье с низовой плотиной у поселка Федоровское и отсечной верховой плотиной у города Краснозаводска; 4-подсобные сооружения (базы, посёлки) и дороги.

Режим эксплуатации ГАЭС, и в первую очередь суточный цикл изменения уровней, характеризуется следующими особенностями: с 16 до 20 часов выработка электроэнергии,  при этом уровень в верхнем бассейне срабатывается с отметки 266,5 (НПУ) до отметки 257,5 (УМО), а в нижнем бассейне происходит подъём воды с отметки 152,0 (УМО) до 162,5 (НПУ). С 20 до 24 часов - стационарный режим при НПУ в нижнем и УМО в верхнем бассейне. С 0 до 6 часов - заполнение верхнего бассейна до отметки НПУ 266,5 и сработка нижнего бассейна до отметки УМО 152,0. С 6 до 16 часов - стационарный режим при УМО в нижнем и НПУ в верхнем бассейне.

Верхний аккумулирующий бассейн расположен на высоком левобережье р. Куньи (абс. отм. от 235 до 268 м). Территория бассейна с северной и южной сторон ограничена крупными оврагами, направленными в долину р. Куньи, и ответвляющимися от них более мелкими оврагами и отвершками.

Фильтрации по линзам и прослоям в основании дамб, а также общее повышение уровня подземных вод, могут привести к увлажнению склонов и нарушению их устойчивости. В связи с этим в проекте было предусмотрено экранирование глинистыми грунтами песчаных линз и прослоев, вскрываемых в котловане верхнего бассейна. Помимо этого, для уменьшения фильтрации через тело плотины и понижения фильтрационного градиента, с низовой стороны дамб предусмотрено устройство трубчатого дренажа с покрытием низового откоса двухметровым слоем песка, играющего роль наслонного фильтра.

В состав сооружений станционного узла входят: водоприёмник, напорный трубопровод и здание станции.

Водоприёмник является головным сооружением напорных трубопроводов.

Напорный трубопровод состоит из 6 ниток высоконапорных железобетонных труб с внутренним диаметром 7,5 м, которые укладываются на буронабивные железобетонные сваи диаметром 1200 мм и глубиной до 25 метров. Общая длина трубопровода 662,0 м, уклон от 2° в районе водоприемника до 15° вблизи ГАЭС.

Возможность сосредоточенных выходов напорных вод в откосах котлована при его разработке на этом участке может привести к снижению устойчивости откосов и к их оплыванию благодаря развитию суффозии, а также к оползанию небольших блоков морены, залегающей на водоносных песках.

Здание станции располагается в пойменной части долины р. Куньи. Правый борт долины на участке котлована здания ГЭС и отводящего канала характеризуются наличием здесь дислоцированных тел морены и парамоновских глин. В процессе строительства и эксплуатации здесь могут оживляться оползневые процессы, в связи с чем в проекте было предусмотрено создание на период строительство системы многоярусного водопонижения, состоящего из эжекторно-вакуумных установок, водопонизительных скважин и иглофильтровых установок.

Нижний бассейн (водохранилище) располагается в устьевой части долины р.Куньи. При отметке НПУ 162,5 бассейн будет иметь вытянутую форму с извилистой береговой линией и многочисленными заливами по ручьям и оврагам, впадающим в долину реки. Длина бассейна (с севера на юг) около 8 км, ширина переменная от 0,1 до 0,9 км. Глубина бассейна при НПУ 162,5 в пределах от 2-3 м (в хвостовой части) до 20 м (в нижней, приплотинной части).

Условия работы ГАЭС определяют сложный режим работы нижнего водохранилища - ежесуточную резкую (в течение 6 часов) сработку от горизонта НПУ 162,5 м до уровня мертвого объема 152,0 м и еще более быстрый (в течение 4 часов) подъем уровня воды.

Резкие колебания уровня воды в водохранилище в условиях сложного геологического строения и наличия оползней могут в значительной степени повлиять на степень устойчивости склонов.

При быстрых изменениях уровня воды в водохранилище кроме оживления оползневых процессов может происходить оплывание глинистого чехла, прикрывающего склоны и суффозионный вынос песков на участках, где берега водохранилища в пределах колебания горизонтов сложены песчаными отложениями. Особенно вероятна суффозия на контактах песков и глин. Указанные выше процессы, наряду с оползнями, могут приводить к нарушению устойчивости  естественных склонов.

Для района Загорской ГАЭС характерны сложные геологические и гидрогеологические условия. Гидрогеологические условия характеризуются наличием двух водоносных горизонтов в песчаных отложениях, разделяемых водонепроницаемыми толщами глинистых грунтов. Наличие в кровле парамоновских глин обуславливает напорный характер водоносного горизонта пьезометрический уровень которого имеет абс. отметки порядка 170 м и величину напора до 30 м.

При оценке напряженно-деформированного состояния склона необходимо учитывать наличие у подножий коренных склонов погребённых смещённых блоков парамоновских глин, которые частично перекрывают сечение водоносного пласта и затрудняют дренирование потока. Возможно, однако, что через отдельные «окна» между этими телами происходит частичная разгрузка горизонта в подморенные пески.

Особенностью динамики развития оползневых деформаций склона является цикличность, обусловленная развитием деформаций ползучести под воздействием естественного гравитационного поля напряжений и циклически меняющихся во времени дополнительных напряжений, вызванных изменением напоров в водоносных горизонтах, обусловленным режимом заполнения-сработки водохранилищ и интенсивностью выпадения атмосферных осадков. Действие этих факторов проявляется во влиянии переменного порового давления на развитие деформаций ползучести в пластах водонасыщенных глинистых грунтов. Механизм развития этого  процесса иллюстрируется схемой, представленной на рис.3.

Рассмотрим напряженное состояние некоторой точки  пласта водонасыщенного глинистого грунта, находящейся в зоне действия переменного порового давления. Увеличение порового давления на величину «u» вызывает снижение эффективных сжимающих напряжений в скелете грунта (точка ) на величину «Δσ». Это способствует увеличению скорости развития деформаций ползучести в допредельном напряженном состоянии (точка ). Дальнейшее  увеличение порового давления (точка ) приводит к вязко-пластическому течению в запредельном состоянии (точка ), в котором, по истечении некоторого времени, происходит разрушение грунта. При суточном (или сезонном) колебании порового давления в допредельном состоянии (в диапазоне  - ) происходит постепенное накопление горизонтальных деформаций ползучести. Последнее обстоятельство необходимо учитывать в расчетах напряженно-деформированного состояния склона.