Разбираем кейс крупнейшего канадского производителя электроэнергии Hydro Québec. В 2012 году компания внедрила систему мониторинга осадки плотины в процессе строительства. Данные, полученные с помощью инклинометров, позволили отслеживать внутренние деформации плотины и поведение материалов для обеспечения безопасности на объекте.
Каменно-насыпная плотина с асфальтобетонной диафрагмой под названием Romaine-2 расположена в северном Квебеке и представляет собой сооружение высотой 112 м, являющееся частью одноимённой гидроэлектростанции.
Строительство плотины велось в основном в 2012–2013 годах после отвода реки из её русла с помощью двух коффердамов. Весной 2014 года было зафиксировано засорение водохранилища.
Ширина асфальтобетонной диафрагмы плотины колеблется от 0,85 м у основания до 0,5 м у гребня. Она окружена с обеих сторон опорными и переходными зонами, имеющие размеры от 80 мм до 200 мм. Внешняя часть плотины состоит из двух зон: внутренняя оболочка имеет максимально допустимый размер частиц породы 0,6 м, внешняя оболочка — 1,2 м.
На рисунке 1 показано схематическое поперечное сечение плотины в центре долины.
Рисунок 1
Долгосрочный мониторинг осадки вдоль горизонтальной плоскости даёт ценную информацию, связанную с деформацией различных типов материалов, составляющих насыпную плотину. Деформации необходимо измерять во время фаз строительства, затопления и эксплуатации плотины.
В ходе строительства специалистам было важно тщательно отслеживать внутренние деформации плотины, параметры жёсткости материалов и уплотнения. Чрезмерное использование грунтовой насыпи могло оказать негативное воздействие на тонкую асфальтобетонной диафрагму.
Для отслеживания деформаций в теле плотины была установлена сеть инклинометров, включая 4 вертикальных сенсора (INV на рисунке 1), закреплённых в скальной породе. Также для сравнения эффективности Hydro Québec установила инклинометры ShapeAccelArray (SAA) канадской компании Measurand. На рисунке 2 показано расположение вертикальных (INV), горизонтальных инклинометров (INH) и SAA.
Рисунок 2
Два датчика INH устанавливаются горизонтально в траншее, вырытой в каменной насыпи. Расчётные показания производятся с помощью датчика акселерометра, который измеряет наклон через каждые 0,5 м в плоскости зондовых колес. Зонд вставляется в горизонтальный инклинометр с помощью системы возвратного кабеля, такой кабель установлен в отдельной трубе рядом с корпусом инклинометра. Измерения наклона по двум осям обрабатываются с помощью ПО.
Датчики SAA состоят из нескольких жёстких сегментов, разделённых специальными соединениями. Прибор способен выдерживать нагрузку, возникающую из-за осадки плотины. В каждый сегмент встроен трёхосный датчик гравитации, который измеряет степень наклона через каждые 0,5 м. Показания обрабатываются с помощью портативного компьютера и специализированного ПО. На объекте Romaine-2 датчик SAA расположен рядом с INH-01 для дальнейшего сравнения результатов этих двух типов инструментов. На рисунке 3 показана установка датчиков INH-01 и SAA (вставляется в защитный кабелепровод из ПВХ). Процедуры установки для обоих типов приборов аналогичны. Они должны быть помещены в выкопанную траншею и защищены от крупных частиц насыпи с помощью песка, геотекстиля и контроля гранулометрического состава окружающих грунтов.
Инклинометр SAA, установленный на Romaine-2, имеет длину 76 м. Максимальная измерительная длина типичного кабеля SAA составляет 100 м, но при необходимости можно соединить несколько кабелей для проведения измерений на большей глубине. Если в случае INH передача и обработка данных может занять несколько часов, то SAA позволяет это делать практически в режиме реального времени.
Рисунок 3
Погрешность измерений датчиков INH составляет примерно ±1,4 мм на 50 показаний. Учитывая, что данный тип погрешности имеет тенденцию накапливаться с квадратным корнем из количества показаний, ожидаемая погрешность для INH-01 будет около ±2,4 мм. Заявленное значение точности деформации для SAA составляет ±1,5 мм на 32 м. Это значение имеет тенденцию к увеличению с квадратным корнем из длины, поэтому для SAA, установленного на плотине Romaine-2, погрешность составляет около ±2,3 мм.
Мониторинг осадки плотины Romaine-2 был необходим на этапах её строительства, запуска и эксплуатации. Анализ внутренних деформаций позволил оценить поведение плотины, а также параметры жёсткости материалов. Использование датчиков позволило измерить эффекты от увеличения энергии уплотнения материалов. Оба типа инклинометров (SAA и INH) дали полезные результаты, но SAA позволял это сделать более удобным способом.
