Руководящий документ РД 153-34.2-21.342-00 Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений.

РД 153-34.2-21.342-00  

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Дата введения 2001-01-01

СОГЛАСОВАНА Руководителем Департамента Государственного энергетического надзора и энергосбережения Минэнерго России Б.П.Варнавским 27.12.2000 г.

УТВЕРЖДЕНА

Заместителем Председателя Правления РАО "ЕЭС России" В.П.Ворониным 27.12.2000 г.

Первым заместителем начальника Департамента научно-технической политики развития РАО "ЕЭС России" А.П.Ливинским 27.12.2000 г.

"Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" (далее "Методика") разработана в соответствии с решением совместного заседания НТС РАО "ЕЭС России", Координационного Совета по проблеме "Безопасность энергетических сооружений", секции "Единая энергетическая система" Научного Совета РАН по проблемам надежности и безопасности больших систем энергетики на тему: "О ходе реализации и научно-техническом обеспечении Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений" от 14 сентября 1999 г.   

"Методика" разработана в ОАО "Научно-исследовательский институт энергетических сооружений" (д.т.н. Иващенко И.Н., к.т.н. Царев А.И., инженеры Блинов И.Ф., Комельков Л.В., Еникеев Ф.Г., Лавров Б.А., к.т.н. Лобач А.А., к.т.н. Чернилов А.Г., к.т.н. Дидович М.Я.), ОАО "ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева" (к.т.н. Беллендир Е.Н., д.т.н. Храпков А.А., к.т.н. Кузнецов B.C., к.т.н. Василевский А.Г., инж. Караваев А.И., д.т.н. Сапегин Д.Д., д.т.н. Судаков В.Б., к.т.н. Дурчева В.Н., к.т.н. Швайнштейн A.M., инж. Векслер А.Б.), АО "Институт Гидропроект" (к.т.н. Новоженин В.Д., инж. Вахрамеев А.К, д.т.н. Зарецкий Ю.К., д.т.н. Мгалобелов Ю.Б.).     

В разработке "Методики" активное участие принимали сотрудники НТЦ энергонадзора Минэнерго Poccии (инж. Радкевич Д.Б.), ОАО "Саяно-Шушенская ГЭС" (д.т.н. Гордон Л.А.), МГСУ (д.т.н. Рассказов Л.Н.), ЦСГНЭО (д.т.н. Бронштейн В.И.), МЭИ (к.т.н. Желанкин В.Г.).     

Основные положения "Методики" обсуждались на заседаниях рабочей группы (председатель рабочей группы - к.т.н. Новоженин В.Д.), а также на совещании "Современные методы инструментального обследования для определения реального состояния гидротехнических сооружений электростанций России и опыт составления деклараций безопасности. Москва. ВВЦ, 20-22 сентября 2000 г.".

Отличительной особенностью данного документа является введение двух уровней критериальных значений диагностических показателей состояния сооружений. При этом первый уровень вводится в соответствии с требованиями ст.9 Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений" (п.2.3 "Методики") и является предупреждающим. Превышение первого уровня сигнализирует о наступлении потенциально опасного состояния и требует от собственника (эксплуатирующей организации) оповещения об этом органа надзора и принятия оперативных мер по переводу сооружения в нормальное состояние. В отличие от первого, превышение второго уровня критериальных значений влечет за собой также и ввод ограничений на режим эксплуатации гидротехнического сооружений (вплоть до понижения уровня верхнего бьефа).

"Методика" рассмотрена и рекомендована к утверждению на совместном заседании Координационного Совета по отраслевой программе "Безопасность энергетических сооружений" и секции НТС РАО "ЕЭС России" "Правовые и нормативно-технические проблемы безопасности энергетических сооружений" (протокол N 3 от 26.12.2000 г.).

"Методика" вводится в действие с 1 января 2001 г. На основе обобщения опыта применения "Методики" в процессе эксплуатации и в ходе декларирования безопасности гидротехнических сооружений "Методика" подлежит пересмотру в 2005 году.

 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

1.1. Федеральным законом "О безопасности гидротехнических сооружений" (далее по тексту - Федеральным законом) определены следующие понятия:

Чрезвычайная ситуация [1] - обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии гидротехнического сооружения, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или ущерб окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

Безопасность гидротехнических сооружений [1] - свойство гидротехнических сооружений, позволяющее обеспечить защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Критерии безопасности гидротехнического сооружения [1] - предельные значения количественных и качественных показателей состояния гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации, соответствующие допустимому уровню риска аварии гидротехнического сооружения и утвержденные в установленном порядке федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений.

Допустимый уровень риска аварии гидротехнического сооружения [1] - значение риска аварии гидротехнического сооружения, установленное нормативными документами.

1.2. В данном документе используются также следующие понятия:

Авария гидротехнического сооружения (далее ГТС) - разрушение или повреждение ГТС, вызванное непредвиденными (не предусмотренными проектом и правилами безопасности) ситуациями, и сопровождаемое неконтролируемым сбросом воды или жидких стоков из хранилища.

Уровень риска аварии ГТС - характеристика безопасности ГТС, которая может быть представлена в вероятностной форме, либо в форме детерминистического показателя (уровня безопасности ГТС), характеризующего степень отклонения состояния ГТС и условий его эксплуатации от требований нормативных документов.

Контролируемые показатели - измеренные на данном сооружении с помощью технических средств или вычисленные на основе измерений количественные характеристики, а также качественные характеристики состояния ГТС.

Диагностические показатели - наиболее значимые для диагностики и оценки состояния ГТС контролируемые показатели, позволяющие дать оценку безопасности и состояния системы "сооружение - основание - водохранилище" в целом или отдельных ее элементов.

Критерии состояния ГТС:

- первый (предупреждающий) уровень значений диагностических показателей, при достижении которого устойчивость, механическая и фильтрационная прочность ГТС и его основания, а также пропускная способность водосбросных и водопропускных сооружений еще соответствуют условиям нормальной эксплуатации;

- второй (предельный) уровень значений диагностических показателей, при превышении которых эксплуатация ГТС в проектных режимах недопустима.

Эксплуатационные состояния сооружений:

нормальное - состояние сооружения, при котором сооружение соответствует всем требованиям нормативных документов и проекта, при этом значения диагностических показателей состояния сооружения не превышают своих критериальных значений

;

потенциально опасное - состояние, при котором значение хотя бы одного диагностического показателя стало большим (меньшим) своего первого (предупреждающего) уровня критериальных значений (значений

) или вышло за пределы прогнозируемого при данном сочетании нагрузок интервала значений. Потенциально опасное состояние сооружения не отвечает нормативным требованиям, но эксплуатация ГТС не приводит к угрозе немедленного прорыва напорного фронта, и сооружение может ограниченное время эксплуатироваться в соответствии с указаниями п.7.2;

предаварнийное - состояние, при котором значение хотя бы одного диагностического показателя стало большим (меньшим) второго (предельного) уровня критериальных значений (значений

). В этом случае эксплуатация сооружения в проектных режимах недопустима без оперативного проведения мероприятий по восстановлению требуемого уровня безопасности и без специального разрешения органа надзора (п.7.3).

 2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. "Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" (далее по тексту - "Методика") обязательна для применения при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию и эксплуатации объектов энергетического комплекса Российской Федерации организациями, осуществляющими разработку, утверждение и применение критериев безопасности ГТС всех классов.

2.2. "Методика" определяет основные понятия, регламентирует процедуру и последовательность действий при выборе контролируемых и диагностических показателей состояния ГТС в составе проекта и на стадии эксплуатации, определении их критериальных значений, разработке прогнозных математических моделей, применении качественных характеристик, а также определяет "Порядок разработки и утверждения критериальных значений диагностических показателей состояния ГТС" и общие правила оценки риска аварий эксплуатируемых ГТС в детерминированной и вероятностной формах.

2.3. В соответствии со ст.9 Федерального закона "О безопасности гидротехнических сооружений" собственник гидротехнического сооружения и эксплуатирующая организация обязаны: "систематически анализировать причины снижения безопасности гидротехнического сооружения и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния гидротехнического сооружения и его безопасности, а также по предотвращению аварии гидротехнического сооружения".

2.4. Для эксплуатируемых ГТС необходимо различать следующие эксплуатационные состояния:

нормальное;

потенциально опасное;

предаварийное.

2.5. Оперативную оценку эксплуатационного состояния сооружения и его безопасности следует осуществлять путем сравнения измеренных (или вычисленных на основе измерений) количественных и качественных диагностических показателей с их критериальными значениями

и

, а также с прогнозируемым интервалом изменения диагностических показателей.

2.6. Для сооружений четвертого класса, а также при специальном обосновании для сооружений третьего класса допускается устанавливать один уровень критериальных значений

.

2.7. Количественные критериальные значения

и

диагностических показателей следует устанавливать на основе оценок реакции сооружения при основном и особом сочетании нагрузок, соответственно. Состав нагрузок в сочетаниях и способ их определения должны быть установлены для конкретного сооружения нормативными документами и проектом и уточнены на стадии эксплуатации с учетом изменений в требованиях нормативных документов.

2.8. Критериальные значения диагностических показателей, а также уровень риска аварии ГТС (уровень безопасности ГТС) следует определять преимущественно в детерминистической форме в связи с тем, что все требования и критериальные условия действующих нормативных документов выражены в детерминистической форме с использованием системы коэффициентов надежности, опосредованно обеспечивающих допустимый уровень риска аварии гидротехнического сооружения.

2.9. В период эксплуатации для корректировки состава и критериальных значений

и

диагностических показателей следует использовать, кроме результатов расчетов, данные натурных наблюдений за весь период строительства и эксплуатации, а также результаты анализа опыта эксплуатации данного ГТС и аналогичных по конструкции и условиям эксплуатации сооружениях. В целях прогноза изменения показателей и возможно более точной их корректировки статистическими и детерминистическими методами должна быть разработана математическая модель сооружения.

2.10. Наиболее опасные зоны ГТС, состав диагностических показателей и их критериальные значения должны быть определены при разработке проекта в соответствии с требованиями нормативных документов по проектированию отдельных видов ГТС и уточнены перед вводом в эксплуатацию и в процессе эксплуатации ГТС в соответствии со сценариями возможных аварий и результатами выполненных натурных наблюдений за работой и состоянием ГТС.

2.11. Измеряемый (вычисляемый по результатам измерений) контролируемый показатель, выбранный в качестве диагностического показателя, должен отвечать следующим условиям:

диапазон изменения значений показателя при нормальном эксплуатационном состоянии должен в несколько раз превосходить погрешность измерительной системы;

диагностический показатель должен поддаваться прогнозу с помощью детерминистических или статистических прогнозных моделей.

2.12. Порядок разработки и утверждения критериальных значений диагностических показателей представлен в приложении 1. Перечень контролируемых количественных и качественных показателей состояния и условий эксплуатации ГТС, а также перечень контролируемых нагрузок на сооружение, приведен в приложении 2.

2.13. Наряду с оценкой безопасности на основе сравнения измеренных значений диагностических показателей с их критериальными и прогнозируемыми значениями, оценка безопасности ГТС включает оценку уровня риска аварии. Для этой цели должна быть построена иерархическая система факторов безопасности и выполнена оценка уровня риска аварии в детерминистической и (или) вероятностной форме (приложение 3). Как правило, оценка уровня риска аварии должна выполняться при составлении декларации безопасности ГТС.

 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ ГТС

3.1. Проектное обоснование прочности и устойчивости ГТС и их оснований должно быть выполнено из условий недопущения предельных состояний [6]:

3.2. На стадии проекта состав и критериальные значения диагностических показателей

и

следует определять на основе анализа результатов расчетов и экспериментальных исследований фильтрационного, гидравлического и температурного режимов, напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости ГТС на основное и особое сочетание нагрузок (Приложение 4), а также на основе анализа прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик материала.

3.3. На основе анализа результатов натурных наблюдений и опыта эксплуатации ГТС должны быть осуществлены корректировка и дополнение критериальных значений

(а в случае необходимости и

) диагностических показателей с использованием:

результатов прогноза, который выполнен на основании статистических моделей, сформированных по данным натурных наблюдений;

поверочных расчетов по "откалиброванным" на основе натурных наблюдений детерминистическим математическим моделям, применительно к уточненным расчетным схемам ГТС, уточненным расчетным значениям параметров свойств материалов и пород оснований, а также параметров основного и особого сочетаний нагрузок.

3.4. На основе анализа работы ГТС на стадии эксплуатации следует также определить состав и критериальные значения

и

(аналогичных по назначению критериям

и

) качественных диагностических показателей состояния ГТС (раздел 5).

3.5. Для сооружений, измеренные значения диагностических показателей которых оказались значительно ниже расчетных значений, определенных на стадии проекта и в случае отсутствия результатов уточненных расчетов эксплуатируемого сооружения, критериальные значения показателей следует принимать по прогнозным статистическим моделям. При этом указанные статистические модели следует применять, как правило, в пределах диапазона нагрузок и воздействий, испытанных сооружением в процессе эксплуатации.

3.6. В случае превышения одним или несколькими диагностическими показателями критериального значения

, определенного на стадии проекта и уточненного расчетом на стадии эксплуатации (а также в случае отсутствия указанных уточненных расчетных данных), допускается на период проведения мероприятий, которые предусмотрены п.7.2, осуществлять прогноз поведения ГТС на основе статистических моделей.

3.7. Диагностику "потенциально опасного" и тем более "предаварийного" эксплуатационного состояния ГТС следует осуществлять на комплексной основе, с привлечением данных измерений всех диагностических показателей, в особенности таких, как параметры фильтрационного режима (расходы, величины противодавления, положение кривой депрессии, градиенты напора) и характеристики трещинообразования в бетонных плотинах, а также с привлечением статистических прогнозных моделей и качественных диагностических показателей.

 4. РАЗРАБОТКА ПРОГНОЗНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

4.1. Для целей диагностики, прогноза состояния сооружений и определения эксплуатационных ситуаций следует использовать три типа математических моделей:

статистические;

детерминистические;

смешанные.

4.2. Статистические прогнозные модели следует применять для всего комплекса измеряемых диагностических показателей при наличии представительного временного ряда измерений в диапазоне воздействий, ранее испытанных сооружением.

4.3. При построении статистической модели должны быть осуществлены следующие действия:

из временного ряда измерений формируется базовая последовательность измерений {

};

выбирается прогнозирующая функция

(например, в случае прогноза напряженно-деформированного состояния бетонной плотины, в виде

- как правило, многочлена с неопределенными коэффициентами, где:

- отметка уровня верхнего бьефа;

- температура окружающей среды;

- время, отсчитываемое, например, от начала измерений);

методом наименьших квадратов определяются коэффициенты многочлена;

определяется погрешность прогноза

(где

- среднеквадратическая погрешность прогноза,

=1, 2, 3 - целые числа; при

=3 вероятность попадания

в интервал значений

составляет 99%);

оценивается значимость коэффициентов многочлена и отбрасываются малозначащие члены;

построенная прогнозная статистическая модель проверяется на данных измерений, не входивших в базовую последовательность, и, в случае необходимости, осуществляется корректировка модели.

4.4. Модель следует передать эксплуатирующей организации в виде формулы для вычисления

, либо в виде графиков или компьютерных программ, с помощью которых по текущим значениям аргументов вычисляется

и ее погрешность.

4.5. В процессе эксплуатации статистическая модель должна корректироваться с учетом новых данных измерений.

4.6. Детерминистическая (расчетная) модель, разработанная на стадии проекта, может использоваться на стадии начальной эксплуатации для прогноза при текущих, реальных на момент проверки нагрузках и воздействиях на сооружение. С этой целью следует выполнить расчеты не только на экстремальные, но и на промежуточные нагрузки и воздействия при реальных (определенных на стадии возведения сооружения) характеристиках материалов сооружения и основания.

4.7. С использованием данных натурных наблюдений необходимо проверить следующие гипотезы детерминистической модели:

гипотезу о сплошности материалов сооружения и пород основания (при обнаружении трещин или иных несплошностей, соизмеримых с разрешающей способностью применяемого численного метода, указанные несплошности следует включать в расчетную модель);