Плотина Саяно-Шушенской ГЭС наползла на машинный зал

Авария на Саяно-Шушенской ГЭС вызвала огромный общественный резонанс. Официальное заключение о причинах крупнейшей в гидроэнергетике катастрофы будет готово еще не скоро. А пока авторитетные специалисты спорят о том, что же произошло на станции, которая считалась жемчужиной гидроэнергетики.

Один из самых сведущих экспертов в гидротехнике — доктор технических наук Владимир Тетельмин, который 12 лет изучал плотину Саяно-Шушенской ГЭС. Он был депутатом Госдумы 1-го и 2-го созывов, стал одним из авторов закона «О безопасности гидротехнических сооружений».

В беседе с обозревателем Сергеем Лесковым профессор Владимир Тетельмин обосновывает свою гипотезу трагедии на крупнейшей российской гидростанции.

Вопрос: Владимир Владимирович, первое впечатление от Саяно-Шушенской ГЭС — циклопическое сооружение. Но в отличие от египетских пирамид и крепостных стен станция начинена сложнейшим оборудованием — от мощных гидроагрегатов до чувствительных тензоров. Для постороннего плотина — это монолит, а на самом деле — это муравейник, пронизанный тысячью шахт. Не слишком ли сложен замысел? И что такое арочно-гравитационная конструкция, которая не знает мировых аналогов?

Ответ: Гравитационные плотины опираются на дно реки, арочные — крепятся к берегам. На Саяно-Шушенской ГЭС, длина которой больше 1 км, а высота приближается к 250 метрам, выбраны оба принципа. И это делает плотину крайне чувствительной к состоянию окружающей среды. Под водой не видно, но подошва плотины более 100 метров. Левый берег Енисея сложен из податливых ортосланцев с высоким уровнем пластичности.

Для гидротехников ключевым является перепад воды перед плотиной. Колебания верхнего бьефа очень велики и достигают за сезон 40 метров, колебания температуры — от плюс 30 до минус 30 градусов. Это мощные факторы, но в эпоху индустриализации и гигантомании, когда проектировалась плотина, царило шапкозакидательство, на экологические факторы внимания не обращали. Саяно-Шушенская ГЭС — это гигантский «черный ящик», который живет по неизвестным людям законам.

в: Видел впечатляющую цифру: сумма гидростатических нагрузок на Саяно-Шушенскую ГЭС достигает 22 млн тонн — это состав из 500 тысяч цистерн, который каждое мгновение давит на плотину.

о: В 1985 году в первом, самом высоком столбе плотины была выявлена трещина, которая шла от берега до берега. Сквозь трещину каждую секунду проходило 550 литров воды — подводная река.

в: На крыле самолета образуется много трещин, но это нормально. Прочность крыла характеризуется тем, как оно держит трещину.

о: В гидротехнике трещин не должно быть. 8 лет происходило размывание бетона, только в 1996 году специалистам из Франции удалось полимерами восстановить монолитность плотины. Однако размывание плотины продолжалось, и сегодня из четырех столбов плотина надежно крепится к скальному дну лишь последним, четвертым столбом. То есть СШГЭС не работает как гравитационная плотина — только как арочная.

Самую большую опасность представляет сползание гребня плотины в строну нижнего бьефа, то есть вниз по течению Енисея. Тело плотины состоит из 67 секций. В 2006 году зафиксировано смещение центральной, 33-й секции на 142 мм, за счет арочного эффекта необратимые деформации по гребню плотины составили 60 мм. Что касается 18-й секции, где расположен пошедший вразнос 2-й агрегат, то на ней смещение составило 107 мм, хотя симметричная 45-я секция по другому берегу сместилась всего на 97 мм. Все это создавало в теле плотины чудовищные внутренние напряжения.

Согласно закону «О безопасности гидротехнических сооружений» смещение в 108 мм является критическим для безопасности. То есть в 2006 году запас прочности составлял всего 1 мм. Секция, где случилась авария, несколько лет работала на пределе. За три года смещение могло вырасти куда больше, чем на 1 мм. По закону надо было срочно снижать нагрузку, но в погоне за прибылью ее, напротив, увеличивали.

в: Смещения в десятки миллиметров несопоставимы с размерами плотины. Неужели есть способ уловить такие смещения?

о: В плотине стоят 3 тысячи тензометров и 3 тысячи деформометров. Имеется 3 тысячи точек наблюдения за геодезией и 3 тысячи точек контроля за фильтрацией воды. На глубине 40 метров под дном Енисея закреплен якорь — реперная точка, относительно которой определяются смещения. Приведенные данные зафиксированы официально и признаны «РусГидро». Итак, не подлежит сомнению, что год от года смещения росли и напряжения в теле плотины возрастали, особенно в верхних арочных поясах и в низовом клине, примыкающем к машинному залу.

в: Все это очень неприятно, но какое имеет отношение к тому, что 2-й агрегат пошел вразнос? Между телом плотины и машинным залом имеется разделительный шов в 50 мм, чтобы плотина не входила в соприкосновение с техникой.

о: В том-то и дело, что плотина постепенно наползала и наваливалась на машинный зал. Кроме того, соединение с машинным залом происходит через трубы-водоводы, по которым под давлением в 20 атм сверху хлещет вода. Напряжения в теле плотины в итоге передаются гидроагрегату. Моя гипотеза состоит в том, что плотина навалилась на машинный зал и нарушила соосность агрегата. Центровка осей 2700-тонного агрегата должна иметь точность в микроны! Начались биение и вибрации, которые заметили за сутки до аварии, но не сделали аварийной остановки. Агрегат пошел вразнос, что характерно при дисбалансе и нарушении соосности. В пользу гипотезы говорит то, что болты гидроагрегата, найденные в машинном зале, были не только треснутыми, но и покрытыми коррозией, то есть находились в сломанном состоянии достаточно давно.

в: Можете ли вы дать прогноз, как будет развиваться ситуация и продолжится ли сползание Саяно-Шушенской ГЭС?

о: Не все факторы еще учтены. Масса гигантского водохранилища перед плотиной — миллиарды тонн. По моим расчетам уже сейчас произошло проседание грунта под плотиной на 30 см — это новые напряжения. Не изучены последствия взрывов при строительстве берегового водосброса. Кроме того, непонятны глобальные воздействия гидроузла на земную кору и тектонические процессы. Это столь сложные задачи, что в США давно не строят больших ГЭС, ведь ту же нагрузку можно снять с каскада станций средней мощности.

Но самая главная опасность состоит в том, что зимой, поскольку агрегаты не работают, водоводы промерзнут, перестанут подпирать плотину — и она может крепко навалиться и на другие агрегаты, которые пока остались в целости.

Единственный выход — резко снизить напор и уменьшить нагрузку на станцию. Возможные экономические потери мизерны по сравнению с тем ущербом, который принесет дальнейшее разрушение Саяно-Шушенской ГЭС.