Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище бассейна суточного регулирования

Изобретение относится к способам контроля целостности железобетонных гидротехнических резервуаров с помощью волоконно-оптической контрольно-измерительной аппаратуры и предназначено для определения местоположения повреждений в днище бассейнов суточного регулирования и контроля протечек через них.

Известен способ контроля гидротехнических бетонных сооружений с помощью струнных датчиков, путем закладки их в процессе возведения сооружения в тело, под подошвой, в строительных швах, монолитном бетоне и т.д., объединения датчиков кабельными линиями в систему автоматизированного опроса датчиков, оборудования центрального пункта наблюдений, позволяющего контролировать раскрытие швов, температуру, фильтрационный режим в основании и другие параметры состояния сооружения (СТО 17330282.27.140.004-2008. Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Нормы и требования, - 2008 г., С. 14-22).

Недостатком аналога является дискретность струнных датчиков, невозможность создания распределенной системы контроля, зависимость показаний датчика от температуры окружающей среды, что приводит к необходимости устанавливать вблизи каждого датчика дополнительный температурный датчик, невысокий срок его службы, ограничение на расстояние передачи сигнала.

Известен способ определения протечек в днище бассейна суточного регулирования путем прокладки под днищем бассейна суточного регулирования волоконно-оптического датчика по всей его площади с шагом 3-5 м, отсыпки слоя крупнозернистого материала под днищем бассейна суточного регулирования, устройства подземной дренажной галереи, примыкающей снаружи к бассейну суточного регулирования, измерения расходов воды в подземной дренажной галерее (ДКРЕ.421459.010.БСР/1. Зарамагская ГЭС-1 на реке Ародон. Бассейн суточного регулирования. Монтаж системы контроля протечек. - АО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2015 г. Лист 1-6). При возникновении протечки в днище бассейна суточного регулирования вода попадает в дренажный слой из крупнозернистого материала, например щебня, расположенного под днищем бассейна, и благодаря продольному уклону основания стекает в сторону подземной дренажной галереи, имеющей отверстия, через которые и попадет вода.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является косвенное определение повреждений в днище бассейна суточного регулирования по фильтрационным расходам в подземной дренажной галерее, низкая точность определения мест повреждений из-за отсутствия так называемого купола растекания в щебенистых и галечниковых грунтах, позволяющего локализовать место протечки, низкая надежность определения факта повреждений/протечек из-за возможности поднятия подземных грунтовых вод до уровня дренажного слоя и разгрузки их в подземную дренажную галерею.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в определении мест повреждений в днище бассейна суточного регулирования, количественной оценке объема протечек через повреждения, снижении сроков и затрат на их обнаружение и устранение, увеличении сроков его эксплуатации.

Для достижения указанного технического результата в способе определения местоположения повреждений и их контроля в днище бассейна суточного регулирования, включающем прокладку под днищем бассейна суточного регулирования волоконно-оптического датчика по всей его площади с шагом 3-5 м, отсыпку слоя крупнозернистого материала под днищем бассейна суточного регулирования, устройство подземной дренажной галереи, примыкающей снаружи к бассейну суточного регулирования, поперечную разуклонку i_поп основания выполняют от оси бассейна суточного регулирования к его краям, затем слой крупнозернистого материала, например щебня, покрывают геосинтетическим фильтрующим материалом, например дорнитом, для исключения суффозии/выноса песка потоком воды, и отсыпают на него дополнительный слой из песка для формирования купола растекания, получаемого протечками через днище бассейна суточного регулирования, подключают волоконно-оптический датчик к считывающему трансиверу, определяющему место повреждений и величину протечек через них.

Кроме этого заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи:

- продольную разуклонку i_прод основания выполняют вдоль оси бассейна суточного регулирования величиной 0,010-0,035,

- поперечные ребра, например железобетонные буртики, устанавливают по всей площади основания с шагом 3-5 м для создания регулярных локальных зон контроля протечек,

- волоконно-оптический датчик прокладывают с верховой стороны железобетонных буртиков непрерывно по всем локальным зонам контроля протечек.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше прототипа является выполнение поперечной разуклонки i_поп основания от оси бассейна суточного регулирования к его краям, покрытие слоя крупнозернистого материала, например щебня, геосинтетическим фильтрующим материалом, например дорнитом, отсыпка на геосинтетический фильтрующий материал песка для формирования купола растекания, подключение волоконно-оптического датчика к считывающему трансиверу.

Благодаря наличию этих признаков появляется возможность контролировать целостность днища бассейнов суточного регулирования или железобетонных гидротехнических резервуаров, определять местоположение повреждений с точностью до 1 м, количественно оценивать объем протечек через повреждения, снизить сроки и затраты на их обнаружение и устранение, увеличить срок их эксплуатации, а также избежать необходимости изменения типовых проектов бассейнов суточного регулирования, под днищем которых используется дренажный слой из крупнозернистого материала, например, из щебня и не используется слой песка, и защитить волоконно-оптический датчик от механических повреждений, например раздавливания.

Заявляемый способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище бассейна суточного регулирования имеет ограничения, связанные с одной стороны с отсутствием нормативной базы, регламентирующей необходимость применения способов контроля с помощью волоконно-оптической контрольно-измерительной аппаратуры на гидротехнических сооружениях, а с другой стороны механическими характеристиками волоконно-оптического датчика - хрупкостью оптического волокна, в связи с чем возникают особые требования к защите датчика и производству работ, например, при укладке датчика недопустимо превышение критического радиуса изгиба.

Предлагаемый способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище бассейна суточного регулирования иллюстрируются чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 показан план бассейна суточного регулирования с двумя слоями щебня и песка в основании (дренажная галерея на плане условно не показана).

На фиг. 2 - поперечный разрез по бассейну суточного регулирования с двумя слоями щебня и песка в основании.

На фиг. 3 - план бассейна суточного регулирования с одним слоем в основании, например щебнем, основании (дренажная галерея на плане условно не показана).

На фиг. 4 - продольный разрез бассейна суточного регулирования с одним слоем в основании, например щебнем.

На фиг. 5 - поперечный разрез бассейна суточного регулирования с одним слоем в основании, например щебнем.

На чертежах показаны основание 1, выполненное с поперечным и/или продольным уклонами i_поп/i_прод, слой щебня 2, геосинтетический фильтрующий материал 3, например дорнит, слой песка 4 под днищем 5 бассейна суточного регулирования, волоконно-оптический датчик 6, считывающий трансивер 7, поперечные ребра 8, например железобетонные буртики, отверстия 9 в дренажной галерее 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения местоположения повреждений в днище 5 бассейна суточного регулирования и контроля протечек через них используют принцип измерения температуры волоконно-оптического датчика 6 с помощью эффекта комбинационного рассеяния Рамана. При появлении повреждения в днище 5 бассейна суточного регулирования вода фильтруется через слой песка 4 и слой щебня 2, образуя купол растекания, в зону которого попадает участок волоконно-оптического датчика 6, стекает вдоль поперечного уклона i_поп к отверстию 9 в подземную дренажную галерею 10. Протекание воды через участок волоконно-оптического датчика 6 приводит к снижению его температуры за счет выноса тепла потоком воды. Считывающий трансивер 7 посылает оптический импульс по волоконно-оптическому датчику 6, и в силу изменения температуры получает отраженный сигнал с другими параметрами рассеяния, которые регистрируются считывающим трансивером 7 и пересчитываются в температуру. Расстояние до места изменения температуры определяют по времени прохода оптического сигнала по волоконно-оптическому датчику 6. Сканируя температуру по всей длине датчика 6, определяют место повреждения с точностью до 1 м, достаточной для большой площади днища 5 бассейна суточного регулирования.

Данный способ носит название пассивного метода. При необходимости обеспечения точности измерения дополнительно прибегают к подогреву волоконно-оптического датчика 6 (активный метод), что дополнительно дает возможность оценить скорость и объем протечек через днище 5 бассейна суточного регулирования.

В бассейне суточного регулирования с одним дренажным слоем в основании 1 при возникновении протечки в днище 5 вода через слой щебня 2 попадает в одну из организованных с помощью железобетонных буртиков 8 локальных зон контроля протечек и за счет наличия общего продольного уклона i_прод основания 1 стекает к верховой стороне железобетонного буртика 8, где проложен волоконно-оптический датчик 6. Далее за счет поперечного уклона i_поп вода вдоль железобетонного буртика 8 стекает к отверстиям 9 в подземную дренажную галерею 10 и сбрасывается в нее. Создание локальных зон контроля протечек позволяет избежать необходимость прокладки волоконно-оптического датчика 6 с очень маленьким шагом в случае, когда нет возможности отсыпки второго слоя из песка из-за того, что в слое щебня 2 практически не происходит образования купола растекания.

Таким образом, предлагаемый способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище 5 бассейна суточного регулирования позволяет существенно повысить качество контроля целостности железобетонных гидротехнических резервуаров, определять места повреждений с точностью до 1 м, определять количество возникающих протечек, снизить сроки и затраты по их обнаружению и устранению, увеличить срок эксплуатации различных гидротехнических бассейнов.