Рассказывают дважды Герой Социалистического Труда А. АЛЕКСАНДРОВ, заместитель министра энергетики, и электрификации СССР, и кандидат технических наук В. КУПЕРМАН, главный инженер Главвостокгидроэнергостроя.
За годы Советской власти Таджикистан превратился в республику с развитым сельским хозяйством, и современной промышленностью. Республику «белого золота» - хлопка природа щедро наградила гигантскими запасами водной энергии, по которым она занимает второе место в Союзе после Российской Федерации. По маленькой территории - 143 тыс. кв. км (всего три Московские области) - протекают реки, сконцентрировавшие такое количество энергии, которое сравнимо с объединенной мощью Волги, и Ангары. Например, одна лишь горная река Вахш, которая местами не достигает десятка метров в ширину, на километре длины своего русла благодаря его большой крутизне имеет 14,5 тыс. квт мощности - больше, чем у многоводного Енисея. Стремительные воды Вахша могли бы ежегодно обеспечить выработку 45 млрд, квтч энергии.
В годы первых пятилеток в Таджикистане был построен Вахшский оросительный канал, позволивший начать выращивание ценнейших сортов хлопка. Затем в послевоенные годы приступили к энергетическому освоению Вахша, и сооружению каналов. Сейчас на Вахше, в Пулисангинском ущелье, идет строительство Нурекской ГЭС мощностью в 2,7 млн. квт, что позволит использовать значительную часть энергии Вахша эта ГЭС будет ежегодно вырабатывать 12 млрд. квтч. По мощности, и выработке электроэнергии Нурекская ГЭС встанет в один ряд с крупнейшими ГЭС Волги, и Сибири.
Схема использования реки Вахш предусматривает создание целого каскада из шести гидроэлектростанций. Три ГЭС - Головная, Перепадная, и Центральная - уже работают. На очереди строительство еще более мощной, чем Нурекская ГЭС, станции каскада - Рагунской. Каскад станций возникнет, и на другой крупной реке Таджикистана - Пяндж, имеющей потенциальную мощность, значительно большую, чем Вахш.
Полученная электроэнергия позволит резко расширить энергоемкие производства, как в самом Таджикистане, так, и в соседних республиках. А это, несомненно, даст новый толчок промышленному развитию среднеазиатского экономического района.
Крупный Нурекский гидроузел даст возможность решить целый комплекс экономических задач. Большой запас воды в водохранилище благоприятно скажется на выравнивании гидрорежима Амударьи, и связанных с ней Каракумского, и Амубухарского каналов. Непосредственно из водохранилища по специальному туннелю можно будет подавать воду для орошения 100 тыс. га земель Дангаринского массива, которые расположены на уровне Нурекского водохранилища. Кроме того, многочисленные насосные системы, питаемые электроэнергией от Нурекской ГЭС, будут подавать воду туда, где невозможен само-полив. Гидроузел позволит освоить под сельскохозяйственное производство около миллиона гектаров земли.
ВОПЛОЩЕНИЕ ЗАМЫСЛА
По замыслу уникальная плотина высотой 300 м, перегораживая Вахш у выхода из Пулисангинского ущелья, тем самым «запрет» ущелье, и превратит его в гигантскую чашу, в которой соберется почти 11 млрд, кубометров воды; протяженность этого еще одного рукотворного моря - 75 км.
Сток Вахша резко меняется в половодье он раз в тридцать больше, чем в зимние месяцы. Соответственно неравномерны, и энергетические возможности реки. Плотина же обеспечит необходимый для непрерывного, и равномерного производства электроэнергии запас воды, и создаст подпор (перепад уровней), от величины которого зависит, сколько энергии мы сможем забрать у реки. Енисей, например, многоводнее Вахша, но плотину Красноярской ГЭС по топографическим условиям выше 100, и сделать было нельзя - слишком много земель оказалось бы затопленными.
Узкое Пулисангинское ущелье создано природой так, что здесь при относительно небольших затратах можно создать трехсотметровый напор, образовав хоть в гигантский, по весьма компактно расположенный запас воды, при этом полезные земли не затапливаются. Не будь такого ущелья, вряд ли удалось бы использовать Вахш столь эффективно.
Когда плотины гидроэлектростанций делаются из бетона и железобетона, то само здание ГЭС располагается у тела плотины или даже в самой плотине. Ясно, что при такой компоновке гидроузла (она, кстати, наиболее распространенная) вода подводится к турбинам прямо через плотину. Нурекская плотина делается насыпной из гравия, и суглинка, и поэтому здание ГЭС с турбинным залом приходится располагать за плотиной, у берега ущелья, а воду подводить по энергетическим туннелям, пробитым через скалы, в обход плотины (см. 4-ю стр. цветной вкладки). Таких туннелей на правобережье сделано три. Внутри горы каждый из них разветвляется еще на три туннеля, и уже по девяти туннелям-водоводам вода из водохранилища устремляется к 9 турбинам мощностью по 300 тыс. квт каждая.
Энергетические туннели рассчитаны на пропуск около тысячи кубометров воды в секунду, что близко к среднему расходу воды в Вахше. Но в сильные паводки, когда воды прибывает значительно больше и создается опасность переполнения чаши водохранилища, вступают в действие специальные водосбросные туннели, по которым излишняя вода пропускается мимо плотины, и турбин. В остальное время эти туннели закрыты и остаются сухими.
Водосбросные сооружения Нурекской ГЭС рассчитаны так, что они вместе с энергетическими туннелями могут пропустить до 5 тыс. кубометров воды в секунду – по статистике такой расход в Вахше может случиться раз в 1 000 лет.
Когда выйдет этот номер журнала, подготовка к пуску первой очереди Нурекской ГЭС, приуроченному к 50-летию образования СССР, уже закончится.
Плотина уже возведена до половины проектной высоты. В середине августа началось заполнение Нурекского водохранилища, пока только до отметки 140 м. Для работы первой очереди в правом берегу пробит временный энергетический туннель, по которому часть Вахша будет идти к двум турбинам, а в будущем году к этому туннелю будет присоединен, и третий агрегат. Первая очередь ГЭС будет вырабатывать около 1,5 млрд, квтч электроэнергии в год.
Остальная часть Вахша по-прежнему пропускается через туннели строительного периода, пробитые в горах на левом берегу.
Эти туннели были построены самыми первыми для отвода Вахша из своего русла, чтобы дать возможность возвести плотину. Часть из них позднее будет забетонирована, а часть будет служить для водосброса при постоянной эксплуатации.
Из-за различия в конкретных топографических и геологических условиях, в возможностях доставки строительных материалов сооружение каждой ГЭС по-своему уникально. Все условия точно не повторяются, и поэтому, прежде чем начать строительство ГЭС, для отработки отдельных ее узлов (плотины, туннелей, водосбросов и т. д.) создаются их модели. Они «работают» в условиях, имитирующих реальные^ На таких моделях, и уточняются параметры будущих сооружений. В № 11 за 1972 год журнала «Наука и жизнь» рассказывалось, например, о модельных испытаниях плотины Нурекской ГЭС на сейсмостойкость. Это были очень важные исследования ведь плотина сооружается в районе, сейсмичность которого оценивается в 9 баллов.
УНИКАЛЬНАЯ ПЛОТИНА
Высота плотины определилась ее положением в Пулисангинском ущелье. Установив высоту, и исследовав геологические условия ущелья, нужно было решить, какой тип плотины выбрать, из, каких материалов ее строить?
Ответ, казалось бы, простой - из бетона. Это удобный строительный материал из него можно сделать прочное сооружение любой формы, в том числе наиболее экономичную арочную плотину. Выгнутая аркой поперек реки, она упрется в скалы и передаст им почти всю силу, которую ВОС-’ принимает от воды. Форма Пулисангинского ущелья позволяла создать такую плотину, но породы ущелья для упора высокой плотины оказались относительно слабы.
Существует другой, гравитационный, вариант плотины, когда она «работает» своим весом так тяжела, что вода не в состоянии ее сдвинуть. Тогда плотине не нужны для упора очень крепкие скалы - она к ним лишь примыкает, передавая только часть усилий. Расчеты показали, что такая плотина трехсотметровой высоты может быть с успехом сделана из гравелисто-щебеночных материалов, и суглинка. Это решение подкреплялось и тем, что такие материалы в достаточном количестве находятся непосредственно у места строительства. Экономические расчеты подтвердили правильность выбора типа плотины. Так была запроектирована самая высокая в мире земляная плотина.
На бетонном основании создается ядро плотины - узкая высокая призма, которую слой за слоем отсыпают из увлажненного суглинка, утрамбовывая его многотонными катками. Ядро не пропускает воду, но для того, чтобы оно было, и устойчивым, с обе их сторон его подпирают тяжелые гравелисто-щебеночные клинья, распластывая плотину по основанию на целый километр. Вместе с ядром они представляют собою насыпь объемом 56 млн. кубометров, которую река не в силах сдвинуть.
Дополнительная наброска из камня защищает верхний клин от ударов волн искусственно созданного моря. Гребень плотины, поднятый на трехсотметровую высоту. протянется на 700 м.
Перед плотиной вода находится под большим давлением и поэтому легко может проникнуть в любую трещину в скале. Особенно уязвимыми в этом отношении являются места контакта ядра со скальными бортами. Проблему эту решают, прокладывая в местах сопряжения ядра плотины с ее ложем в ущелье цементационные галереи. Из таких галерей в скальные породы под давлением вводят цементный раствор. Проникая в трещины, и пустоты, он цементирует породы и создает хороший заслон воде. Для высокой Нурекской плотины приходится создавать целую систему таких галерей. Если окажется, что в, каком-то месте фильтрация воды больше, чем положено, можно будет произвести повторную инъекцию раствора, и при эксплуатации плотины. Галереи имеют большие размеры, что позволяет быстро и эффективно выполнять работу с помощью необходимой для этого техники. В период эксплуатации ГЭС в галереях будет установлено много разных приборов, следящих за состоянием плотины, в том числе регистрирующих сейсмическую активность в районе ГЭС.
Бурный Вахш, запертый в «тесном» туннеле, обходящем стройку, становится еще яростнее. «Тесный» туннель для сброса паводковых вод в три раза по площади сечения больше тех, по которым бегут поезда метро; в этом туннеле многотонные массы воды несутся со скоростью до 160 км в час! При такой скорости поток все может смести со своего пути. Малейшие препятствия он срежет словно кинжалом (его так, и называют - «кинжальный поток»). Инженеры-гидротехники научились справляться с таким потоком. Подтверждением тому служит опыт эксплуатации такой высокой плотины, как, например, плотина Красноярской ГЭС. Для этого приходится специально подбирать форму и размеры водосбросных туннелей, их положение, исходя из условий максимального облегчения потоку прохождения пути. Любая шероховатость на поверхности туннеля - , и быстро начнется процесс его разрушения. Поэтому стены туннеля из плотно уложенного бетона шлифуют специальные машины до высокой степени гладкости, чтобы высота шероховатости была не более миллиметра. Условия службы туннелей Нурекской ГЭС облегчены тем, что они работают только в период паводка.
Туннели, подводящие воды Вахша к турбинам, будут работать под давлением до 40 атмосфер непрерывно, в течение многих, десятков лет. И чтобы в скале, где они размещены, постепенно не накапливалась вода, устойчивость облицовки к фильтрации воды должна быть очень большой. Бетон с такой задачей сам не справится. Эту задачу решают стальные трубы большого диаметра - облицовка туннеля.
Переход к сооружению высоконапорных приплотинных ГЭС в горных условиях был подготовлен многолетним опытом строительства гидроузлов в СССР, и за рубежом, и особенно опытом создания гигантских гидроэлектростанций в Сибири.
Успешная деятельность целой сети научных и проектных гидроэнергетических организации Советского Союза, мощных энергомашиностроительных, и электротехнических предприятий позволила приступить к строительству Нурекской ГЭС - уникального гидроузла и в отечественной, и в мировой практике.
ИДЕТ СТРОИТЕЛЬСТВО
Первая задача, которую пришлось решать строителям, - это создание нового искусственного русла для реки. Таким руслом стали два туннеля с площадью поперечного сечения 100 кв. и каждый, и длиною 1 700 м. Затем необходимо было построить перемычку, чтобы вода пошла в новое русло
Перемычку создали с помощью взрыва, за несколько секунд набросав на пути Вахша 40-метровую преграду. Этому мгновению предшествовали подготовительные работы, которые велись в течение нескольких месяцев на обоих берегах Вахша. С левого берега, уложив камень и щебень, сжали русло реки на одну треть. В это время на правом берегу был вырыт узкий котлован, в котором был создан своеобразный слоеный «пирог» из камня, гравия, песка, и суглинка. Слои материалов уложили в последовательности, обратной той, которая должна быть на перемычке. В бетонных туннелях под. «пирогом» расположили взрывчатку. Взрыв позволил поднять в воздух созданный «пирог», перевернуть его и точно уложить в заданное место - оставшуюся часть русла Вахша. Затем перемычку нарастили до 70-метрового уровня. Река по туннелям ушла в сторону, а в обнажившемся русле началась отсыпка плотины.
Но предварительно надо было создать ложе для примыкания ядра к бортам ущелья. Из-за большой глубины ущелья к работам пришлось привлечь альпинистов. В горных ущельях непрерывно происходят процессы, связанные с изменением температуры воздуха, и его влажности. Это вызывает осыпи, отвалы, образования лавин. Необходимо было обезопасить находящихся внизу людей и технику от срывающихся камней. Несколько десятков альпинистов произвели так называемую оборку породы. Закрепившись на канатах со специальным оборудованием, они просмотрели весь склон, и сбросили все неустойчивые массивы вниз. Потом вдоль зоны строительства они поставили сети-ловушки, чтобы - задерживать; более мелкие камни. (Каждый год со сменой сезона склоны снова просматриваются.)
Исключительно четко организовано движение автотранспорта, подвозящего мате риал для отсыпки плотины. Непрерывный поток 27-тонных «БелАЗов» тянется с грузом от карьеров, в объезд города Нурека, к плотине, и скрывается в пробитом в горах на правом берегу транспортном туннеле. По этому туннелю машины попадают на плотину, и по серпантину дорог, устроенных на ее откосах, подвозят материал туда, где отсыпается плотина. Затем поток уже порожних машин скрывается в другом туннеле, пробитом в скалах противоположного берега, и продолжает путь дальше к карьеру. Круг замкнулся. Нигде нет встречных потоков, мешающих друг другу, подъезды к стройплощадке свободны. Каждый из туннелей способен пропускать машины в два ряда.
Стремление дать народному хозяйству Таджикистана остро необходимую электроэнергию, и подать воду для орошения еще до полного окончания строительства плотины привело к решению о пуске ГЭС на промежуточном напоре. Так, например, было сделано на высоконапорных ГЭС - Братской и Красноярской. Но там строились бетонные плотины, в которых проще провести так называемое «штрабление», то есть возведение плотины неполным профилем. Такой ввод ГЭС позволил к моменту полного окончания строительства Братского, и Красноярского гидроузлов вернуть почти все затраты на их создание.
На Чарвакской ГЭС в Узбекистане и особенно Нурекской ГЭС применено чрезвычайно эффективное, и надежное «штрабление» земляной плотины (см. 4-ю стр. цветной вкладки). Это обеспечило досрочный ввод нескольких агрегатов с минимальными затратами на строительство плотины и других сооружений. Так, как пусковой напор первой очереди почти в два раза меньше полного, то монтируют временные рабочие колеса турбин. Эффект от раннего ввода в действие гидроагрегатов при недостроенной плотине полностью окупает, и эти затраты.
Параллельно со строительством плотины велись работы по проходке, бетонированию и облицовке металлом энергетических водоводов; шло строительство здания ГЭС для девяти агрегатов, велся монтаж оборудования.
Объем беседы не позволил нам остановиться на создании специальной базы для строительства, сооружении крупного современного города Нурека, реконструкции дороги, связывающей стройплощадку с железной дорогой для провозки крупногабаритного, и тяжелого гидроэнергетического оборудования, и ряде других моментов, которые, бесспорно, являются слагаемыми успеха.
...Заканчивая рассказ о Нурекской ГЭС, надо отметить, что в проектировании, и самом строительстве принимают участие около 200 предприятий и институтов из разных городов нашей Родины. Нурекскую ГЭС строит вся страна.
Беседу записал В. КОМОВ.
