Работа Тбилисского научно-исследовательского института сооружений и гидроэнергетики (ТНИСГЭИ)

Датой начала деятельности института следует считать 17/1 1929 г., когда он был организован в качестве первого технического научно-исследовательского института Закавказья.

В 1949 г. ТНИСГЭИ включен в список ведущих институтов Союза.

Задачей института является ведение научно-исследовательской работы в области теории и практики гидроэнергетики, гидротехники, электротехники и эксплуатации ГЭС, а также по вопросам промышленного и гражданского строительства.

Спецификой ТНИСГЭИ является то обстоятельство, что институт в основном занят разрешением научно-исследовательских вопросов прикладного характера для гидроэнергостроительства и эксплуатации действующих ГЭС на горных реках и в горных условиях (высоконапорные деривационные ГЭС, высокогорные линии электропередачи, высокие плотины, борьба с наносами, шугой, ледовыми затруднениями и гололедом, гидротехнические туннели, оползни, просадочность грунтов и т. д.).

Будучи в прямом ведении и подчинении Министерства электростанций, институт одновременно является и крупнейшим специализированным научно-исследовательским учреждением (рис. 1) республики, обслуживая нужды Грузинской ССР, а также остальных республик Закавказья и Северного Кавказа.

Рис. 1. Новое здание ТНИСГЭИ в г. Тбилиси

В соответствии с этим работа института ведется в двух направлениях: 1) тематические, научно-теоретические исследования — в среднем около 70% и 2) производственные договорные работы — около 30 %.

Общий объем финансирования института в течение последних 4—5 лет составляет около 2,6—3,6 млн. руб. в год.

Основным и структурными (производственными) единицами института являются: 1) гидротехническая лаборатория; 2) лаборатория гидроэнергетики и эксплуатации ГЭС; 3) электротехническая лаборатория; 4) лаборатория гидротехнических сооружений и конструкций; 5) лаборатория индустриального гидротехнического железобетона; 6) лаборатория бетона и строительных материалов; 7) лаборатория туннелей и производства работ; 8) лаборатория грунтов и оснований; 9) лаборатория инженерной геологии; 10) испытательная лаборатория.

Ведущей лабораторией института является гидротехническая, которая может быть отнесена к крупнейшим лабораториям Союза.

При институте имеется аспирантура по следующим специальностям: «инженерная гидравлика», «гидротехнические сооружения», «гидротехнические стройматериалы», «гидроэнергетика», «электротехника».

В течение последних лет выпущено 29 аспирантов, из которых 20 аспирантов успешно защитили кандидатские диссертации.

Организовано издательство и налажен систематический выпуск печатного органа «Известия ТНИСГЭИ» (за последние 5 лет издано 12 томов).

За период своей деятельности институт издал свыше 80 работ по вопросам строительной механики, бетона, строительного дела и гидротехники. За этот период сотрудниками института опубликовано в республиканской и союзной печати свыше 300 научно-технических статей.

Общее количество тематических и производственных работ, выполненных институтом за время его деятельности, превышает 2 500. За последние годы сотрудниками института защищено 36 кандидатских и шесть докторских диссертаций.

Из обширного круга вопросов, затронутых институтом в его исследованиях, отметим некоторые наиболее значительные работы, вошедшие в практику строительства:

1. Институт явился пионером в Союзе в деле научного обоснования, изготовления и широкого внедрения центрифугированного бетона. Первая в Союзе лаборатория центробежного бетона была организована в ТНИСГЭИ. На опорах, сконструированных и изготовленных в этой лаборатории (цехе), были построены в Грузии, впервые в СССР, линии электропередачи на 6—10 кв протяжением около 300 км, а также изготовлены и испытаны опоры для линий электропередачи на 35 и 110 кв.

На основе этих работ в последние годы в девяти республиках и областях СССР построены линии электропередачи на 10—35—ПО кв общим протяжением свыше 3 500 км на опорах, изготовленных заводом в г. Грозном. Применение этих опор вместо стальных для указанных линий электропередачи дает на 100 км линий электропередачи экономию в стали 650— 950 т и удешевление на 1,5—4,0 млн. руб. В Москве, Грозном и Горьком по чертежам и при консультации ТНИСГЭИ построены заводы для изготовления таких опор.

2. В вопросах туннелестроения институт сумел создать свой, особый профиль деятельности. Впервые в Союзе все крупные туннели гидростанций Кавказа подверглись изучению как в процессе их возведения, так и в процессе эксплуатации; произведено изучение горного давления, коэффициента упругого отпора, методов производства работ и т. д.

По предложению инж. В. А. Словинского и А. Н. Гиндина разработан новый оригинальный туннельный комбайн, использующий принцип обжатия облицовки, чем достигаются повышение прочности и плотности бетона и полная комплексная механизация работ как по проходке, так и по бетонированию обделки, в результате чего получаются удешевление работ до 30—40% и возрастание скорости получения готового туннеля до 5—8 м в сутки. Указанная машина закончена изготовлением Ново-Краматорским заводом и осваивается при проходке строящегося туннеля (Сиони, рис. 2).

Рис. 2. Монтаж агрегата для проходки туннелей

Разработаны также новые экономические конструкции напорных туннелей: 1) овального очертания, полностью осуществленная на туннелях Храмгэс, что дало экономический эффект в 4,0 млн. руб., а по видам работ сэкономлено: туннельной проходки и железобетонной кладки — 11 000 м³, цемента — 4 000 г, арматурной стали — 1 600 т, 2) круглого очертания с консольным фундаментом на плоском основании; внедрением этой новой конструкции на туннеле Сенгилеевокой ГЭС достигнута экономия свыше 4 000 м³ железобетона.

3. В результате теоретических и широких экспериментальных исследований ТНИСГЭИ на всех ГЭС Кавказа, а также на Рыбинской и Днепровской ГЭС (18 ГЭС и 26 крупных гидрогенераторов) по несимметричным режимам работы гидрогенераторов институтом доказана возможность широкого применения длительной работы по двум фазам на линиях электропередачи.

Пофазная локализация коротких замыканий и иофазный ремонт элементов магистральной передачи помогают избежать огромных убытков, имеющих место при прекращении энергоснабжения. В итоге исследований ТНИСГЭИ доказано необоснованное занижение существующих норм допустимой несимметрии и установлены новые нормы, в которых допускаемая несимметрия повышена в 2 раза по сравнению с прежними нормами.

4. Институтом по-новому были решены вопросы конструирования и изготовления бетонных и железобетонных сооружений и конструкций. Первым шагом в этой области явились вспарушенные конструкции, допускающие сверхранее распалубливание.

Эта конструкция - «плита-оболочка», которая значительно улучшает статические условия работы железобетона, позволила по-новому подойти к проектированию перекрытий больших площадей. Широкое внедрение этого предложения, в особенности в последние годы, в промышленном, гражданском и гидротехническом строительстве (свыше 100 тыс. м²) дало существенную экономию (20—30%) в расходе металла, леса и бетона и доказало ценность и важность его.

Разработанные институтом новые методы подбора состава бетона получили широкое распространение; при этом инструкции, вылущенные институтом, вошли в общесоюзные нормы и стандарты. Логически разбивая эти работы, ТНИСГЭИ обратил особое внимание на использование для бетона местных материалов. Можно отметить крупную экономию (6,2 млн. руб.), которую дали исследования института по применению сланцевых песков для бетона сооружений Краснополянской (Сочинской) ГЭС.

Институт провел большие работы по внедрению пуццолановых цементов на стройках Закавказья и, в частности, в гидротехническом строительстве, где они особенно целесообразны. Эти исследования открыли широкие возможности для изготовления легких армобетонов, нашедших широкое распространение в Грузии и Армении.

В 1950—1952 гг. институт научно обосновал и доказал возможность применения литоидной пемзы (тяжелая разновидность) на строительстве обделки туннеля и других гидротехнических сооружений Гюмушской ГЭС, что дало большую экономию и явилось первым опытом в практике строительства туннелей.

5. Все строящиеся и вступившие в строй гидростанции Закавказья прошли в Гидротехнической лаборатории института модельные исследования, проводимые в тесном контакте с проектными и строительными организациями. Испытаниям подвергались: головные узлы, водоприемники, гасители энергии, напорные камеры, быстротоки, водосбросы, отстойники, переходные участки, каналы.

Специфичность этих сооружений для горных гидростанций потребовала разработки специальных приемов и методики моделирования, изучения в натуре движения наносов и шуги в горных реках, что привело к установлению закономерностей их движения и методики их расчетов, широко используемых в проектной практике.

Результатом теоретических и экспериментальных исследований явились также новый метод напорного гашения энергии и внедрение на Севанской ГЭС новой конструкции напорного гасителя (рис. 3), в котором эффективность гашения повысилась в 3 раза при значительном сокращении рабочего объема гасителя в условиях скальных выработок. За достигнутую экономию в 1,0 млн. руб. гидролаборатория института была премирована Министерством электростанций СССР.

Рис. 3. Модель напорного гасителя Севанской ГЭС

Предложена и внедрена новая конструкция решетчатого гасителя избыточной гидроэнергии для Верхне-Карабахского туннеля, что дало резкое улучшение гидравлической картины гашения и экономию 40—50% объема колодца (рис. 4).

Рис. 4. Работа решетчатого гасителя на модели

Одновременно с лабораторными исследованиями сооружений производятся изучение их работы в натуре и обобщение опыта эксплуатации горных ГЭС с получением ряда принципиальных выводов, положенных в основу решений Закавказских и Всесоюзных совещаний по эксплуатации и гидростроительству и Технического совета МЭС.

Произведено детальное изучение действительных величин коэффициента шероховатости туннелей ряда ГЭС, что дало возможность принятия в проектной практике более низких значений коэффициента шероховатостей и этим увеличить пропускную способность туннелей.

6. Заслугой института являются установка и тарировка на всех турбинах Закавказских ГЭС специальных расходомеров воды, которые дают возможность рационально расходовать воду. Это привело к тому, что, например, на Рионской ГЭС за один многоводный месяц стало возможным дополнительно вырабатывать 1.5 млн. квт ч энергии.

7. Работы института по неустановившемуся режиму в напорных системах ГЭС привели к широким обобщениям, разработке новых методов расчета гидравлического удара, уравнительных башен, маховых масс и постановке задачи о параллельной работе ГЭС в энергосистеме. Итогом работы явились технические условия и нормы на проектирование неустановившегося режима в силовых узлах ГЭС, утвержденные Техническим советом МЭС.

8. Значительное место в работах института с начала его деятельности заняли исследования вопросов теории сооружений и новейших методов статических расчетов, а также вопросов сейсмостойкости сооружений, в результате которых в 1955 г. институтом были представлены новые методы расчета и нормы по гидротехническому строительству в сейсмических районах, получившие положительную оценку.

В области теории сооружений разработаны новые методы расчета плит, опертых по любому контуру, разработаны теория расчета сооружений по заданным напряжениям, а также методы расчета и конструирования маломоментных сооружений, дающих наивыгоднейшее очертание конструкции. Разработаны конструкции бункеров, подпорных стен, резервуаров, малонапорных трубопроводов, плотин. Конструкции бункеров и подпорных стен уже получили свое распространение и широкое внедрение.

9. Разработан и испытан ряд новых рациональных типов водоприемников и головных узлов для условий горных рек, которые успешно внедряются в практику строительства.

10. Создана и внедрена в практику новая электроизмерительная аппаратура для наблюдения за гололедными явлениями, для измерения заземления, разработаны новый метод и новые приборы для измерения механических напряжений в арматуре железобетона и элементах стальных конструкций.

Этот метод, основанный на использовании магнитоупругого эффекта стали, позволяет исследовать не только прирост напряжений, но и их начальные значения, возникшие до установки датчиков.

Площадки измерения для датчиков обычно не превышают 2 см². Для проведения измерения достаточно приложить датчик к исследуемой поверхности (рис. 5).

Рис. 5. Магнитные датчики ТНИСГЭИ: а — одноэлектродный индикатор магнитной анизотропии и его детали; б — двухэлектродный индикатор

Метод успешно внедряется производственными и исследовательскими организациями.

11. Теоретические исследования по динамике сооружений, увязанные с экспериментальными исследованиями в динамической лаборатории, оснащенной новейшей аппаратурой, позволили по-новому подойти к решению задачи динамики стержневых систем. Основными работами явились комплексные исследования динамики фундаментов под турбогенераторы с целью уточнения расчета турбофундаментов на колебания и прочность.

Исследования проводились как на фундаментах действующих электростанций, так и на моделях турбофундаментов. В результате исследований получен ряд ценных выводов, что дало возможность разработать новую расчетную часть технических условий на проектирование и возведение фундаментов под турбо-генераторы, которая утверждена Техническим управлением МЭС и внедрена в практику проектирования.

12. Для проектирования и строительства всех ГЭС в Закавказье и на Северном Кавказе было произведено исследование местных материалов для бетона, подобраны составы и марки по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости, составлены рекомендации, которые значительно облегчили условия производства работ и удешевили строительство.

В ряде случаев (Краснополянская, Храмская, Сухумская, Гюмушская ГЭС и др.) была доказана возможность применения нестандартных материалов в качестве заполнителя бетона, что привело к экономии, исчисляемой миллионами рублей.

13. Разработаны и внедрены новые методы обработки грунтов парафино-мазутными смесями, чем резко повышается устойчивость каналов.

Как тематические работы, так и исследования, выполненные по заданиям производственных организаций, внедряются в практику гидроэнерго-строительства, причем только за период с 1946 по 1956 г. внедрено в производство 24 крупных предложения института.

Для характеристики деятельности основных лабораторий института, главным образом в последние годы, ниже приводятся краткие записки по каждой лаборатории в отдельности.