На пути к "Укрытию"
Этот пост - новая часть из серии, посвященной аварии на Чернобыльской АЭС. У меня уже есть пост про саму аварию и первые дни героической борьбы с ее последствиями (недавно полностью переписанный мной, советую!) , обсуждение природы взрыва, про радиационное заражение, которое возникло в результате аварии , коротенький пост про роботов на ЛПА,
Сегодняшний же пост посвящен строительству “объекта Укрытие”, призванного изолировать радиоактивные руины 4 блока ЧАЭС от окружающей среды, предотвратить дальнейшие выбросы и защитить от прямого гамма-излучения работающих на других блоках ЧАЭС. Это была во многом героическая, но и одновременно инженерно крайне интересная стройка, мало освещенная в популярной прессе.
Классический вид на "саркофаг" или "укрытие" спустя ~20 лет после катастрофы. Сразу за краном - западная контрфорсная стена, левее - северная каскадная.
Рубежом перехода от острой фазы катастрофы стало прекращение масштабных выбросов радиоактивных аэрозолей из остатков четвертого блока ЧАЭС, которое произошло 6-7 мая 1986. Потухший радиоактивный “вулкан”, хотя и снял с повестки дня гонку со временем и снизил остроту аварии, оставил после 6 дней выбросов ужасающую руководство атомной отрасли и страны картину превращения аварии на промышленном объекте в региональную, а затем и глобальную радиационную катастрофу. Эвакуация Припяти, создание опасной для жизни зоны размером ~100х50 км, выпадение радиоактивных осадков по гигантской территории европейской части СССР, а также в нескольких европейских странах - первая неделя катастрофы приводит к одному стремлению - не допустить дальнейшего рассеяния радионуклидов из 4 блока ЧАЭС!
Карта выпадения в результате аварии одного из самых летучих и неприятных изотопов Cs137
Но, есть и другое, более рациональное желание - не потерять и саму ЧАЭС, возможность людям находиться на ней. Ведь это не только важный объект энергогенерации, но и радиационно и ядерно-опасный объект, за которым надо следить и эксплуатировать. А для этого нужно снизить радиоактивное заражение промышленной площадки АЭС, закиданной остатками активной зоны 4 реактора.
Проектные институты Минсредмаша СССР (напомню, что под этой вывеской скрывалось атомное министерство) в ходе мозгового штурма в мае 1986 года предложили множество вариантов изоляции останкой 4 блока, в том числе:
“Курган”, предполагавший засыпку 4 энергоблока холмом грунта. Однако, этот вариант приводил к потере 3 энергоблока (который тоже оказался бы засыпан) и имел проблемы с обрушениями конструкций, которые приводят к выбросам радиоактивной пыли.
“Монолит”, предполагавший заливку бетоном 4 энергоблока в монолит. Отвергнут из-за проблем с прочностью фундамента, не рассчитанного на такой вес и большими сложностями с заливкой внутренних помещений целиком (из-за воздушных подушек), и опять же обрушениями.
“Арка”, предполагавшая сооружение надвижной на остатки 4 энергоблока конструкции. Самый щадящий по облучению строителей вариант, не прошел ввиду технологической сложности и длительности сооружения (как мы знаем в реальности эти оценки оправдались - “Новарка” сооружалась 5 лет и имела впечатляющую сложность)
Многочисленные проекты независимой обстройки останков 4 энергоблока. В основном были отвергнуты по причине крайне высоких дозовых нагрузок на строителей
В итоге, за июнь был сформирован проект сооружения “Укрытия”, использовавший уцелевшие строительные конструкции 4 энергоблока ЧАЭС и решавший вопросы стабилизации радиоактивных руин и экранирования остальной площадки АЭС от гамма-излучения выброшенного топлива.
Инженерные танки ИМР, которые видны на первом плане имели штатное ослабление гамма-излучения в 10 раз и фильтро-вентиляционную установку и активно использовались для сгребания радиоактивных обломков и грунта и разравнивании засыпки свежего грунта. Кроме того на фото видна площадка окончательного монтажа блоков "укрытия", кран DEMAG а слева - здание ХЖТО (хранилища жидких и твердых отходов) из которого велось управление монтажом укрытия
Основной сложностью для проектировщиков (кроме страшно сжатых сроков и недостатков информации) была проблема высокого радиоактивного излучения на будущей площадке строительства. Непосредственно возле блока максимальная разрешенная доза набиралась бы рабочими за 2...10 минут, и в отличии от “крышных котов”, убиравших обломки (о них дальше), здесь невозможно было обойтись многократной сменой рабочих на позициях. Необходимо было разработать комплекс технологий, позволяющих строить “Укрытие” без переоблучения персонала. В итоге в строительстве использовались такие решения:
С помощью инженерных машин разграждения(ИМР), часть из которых была так же обшита дополнительным свинцом сгрести максимальное количество обломков и загрязненного грунта с площадки будущего строительства к зданию разрушенного блока
Путем подсыпки свежего грунта организовать площадки (в относительном удалении от станции - 2..5 км) для монтажа будущих элементов конструкции
Строительство “Укрытия” вести путем установки максимально крупных металлоконструкций друг на друга (без монтажа) с последующей заливкой бетоном, фактически речь шла об дистанционной установке опалубки
Использовать уже установленные стенки, как радиационную теневую защиту для работы техники по монтажу следующих ступеней.
Множество мелочей - перегрузка материалов, приходящих на строительство с “чистых” грузовиков на “грязные”, освинцованные конструкции, дистанционная разведка и контроль строительства и т.п. и т.д.
Еще одним "героем" первых месяцев ликвидации последствий аварии станет инженерная машина БАТ-М, бульдозер с краном и фильтро-вентиляционной установкой
Первым, довольно героическим, этапом строительства “Укрытия” стало уменьшение загрязненности площадок будущего строительства. С помощью обшитой свинцом техники, ну а также кое где вручную, с привлечением армии и работников минсредмаша производилось снятие зараженного грунта (5-10 см), с вывозом его в места хранения, подсыпка чистого грунта, укладка бетонных плит, нанесение пленкообразующих составов (для связывания радиоактивной пыли), дезактивация стен и крыш зданий (водой и щавелевой кислотой). На самых “горячих” местах грунт заливался толстым слоем бетона для организации рабочих мест.
Крупные загрязненные фрагменты, выброшенные части активной зоны были сдвинуты к завалу возле западной стены 4 блока ЧАЭС.
Следующим этапом, который начался в июле 1986 стало сооружение так называемых “пионерных” стенок по периметру блока. Высотой и толщиной 4-6 метров, эти стенки должны были служить биозащитой для работающих на строительстве людей и техники. Поскольку сооружались они в тяжелейших радиационных условиях (кое где фон доходил до 250 р/ч), то делалось это полудистанционно - с помощью ИМР сооружались ЖД-пути (впрочем, с 1 стороны были использованы уже существующие пути), на них закатывались жд-платформы с установленными на них конструкциями стены и линиями бетонопровода, а затем из удаления вся эта конструкция бетонировалось. К середине августа “пионерные” стенки были сооружены с трех стороны от блока.
Последняя фотография уже с поздних этапов сооружения "Укрытия". Внизу кадра видна забетонированная южная "пионерная стенка"
Самое начало работы с северной стороны блока. Видно обнаженное помещение барабана-сепаратора (множество трубочек внутри здания). Между зданием и площадкой уже установлена пионерная стена, а площадка засыпана свежим грунтом.
Параллельно была начата работа по строительство разделительной бетонной стены между 3 и 4 блоком, а также в машзале между турбоагрегатами 3 и 4 блока. Эта работа стала одной из самых сложный, т.е. здесь нельзя было применить совсем дистанционные методы. В машзале основная высота разделительной стены выполнялась установкой опалубки мостовыми кранами и заливкой ее бетоном. Выше точек, куда могли ставить краны пришлось ставить стенку вручную, со значительными дозозатратами строителей, и разделительная стенка станет одним из самых “человекозатратных” объектов Укрытия.
Вид на монтаж щитов второго "каскада" из корридора, соединявшего ХЖТО и ЧАЭС. Из этой точки было удобно наблюдать, но фон здесь был порядка 25-50 р/ч, поэтому делать это можно было только очень кратковременно. Видны краны 500 тонник и 650-тонный кран с суперлифтом (он сразу за рукой дозиметриста)
Внутри здания реакторных отделения блоков 3-4 разделительная стенка выполнялась путем установки в проеемы больших бетонных блоков и цементирования щелей вокруг под биозащитой этих блоков. Коммуникации между 3 и 4 блоком резались по живому, что потом приведет к сложностями при перезапуске в 1987 3 блока обратно в работу.
Монтаж части разделительной стены краном с освинцованными кабинами машиниста и водителя
В июле 1986 под прикрытием здания ХЖТО была создана укрупнительная база для металлоконструкций “Укрытия” и под прикрытием пионерной стенки - монтажная база.
Внизу по центру - здание ХЖТО и видны укрупняемые конструкции угловой башни под его прикрытием. Так же проглядываются ЖД пути и платформа, с помощью которых металлоконструкции вытаскивали под краны.
Монтаж секций металлоконструкций осуществлялся 3 немецкими кранами DEMAG, 2 из которых были срочно куплены СССР под задачу ликвидации. Для 1986 года эта была самая производительная крановая техника в мире - гусеничные краны грузоподъемностью 500 и 650 тонн (с использованием мобильного противовеса - суперлифта), что позволяло вести монтаж “Укрытия” максимально крупными фрагментами. Вторым важнейшим “импортным” элементом стали бетононасосы Putzmeister с длинными стрелами, позволяющие заливать полые металлоконструкции бетоном без излишнего приближения к радиоактивным руинам (забавно, но через 25 лет, Putzmeister будут играть важную роль и на ликвидации последствий аварии на Фукусимской АЭС).
Сентябрь 1986, монтаж 2 каскада каскадной стены, его элементы висят на траверсе, позволяющей саморасстроповку конструкций после установки. Видны 2 крана DEMAG (№16 и 21), суперлифт и стрела бетононасоса "Пуцмейстер". Кран с суперлифтом стоит перед пионерной стенкой и работает под ее защитой. За работающей техникой начинаются завалы с фоном в тысячи рентген/час.
Проект “Укрытия” предусматривал создание бетонного саркофага над разрушенной и заваленной обломками северной стеной реакторного здания. Эта часть была названа “каскадной стеной”, т.к. представляла собой каскад все более высоких и все более близких к блоку террас, при это сооружение их велось полудистанционно - установка металлоконструкций (МК) выполнялась кранами DEMAG с помощью траверсы с самоотцепом после установки, а заливка бетоном - бетононасосами под защитой предыдущего каскада. Управление стройкой велось дистанционно из бункера в здании ХЖТО с помощью телекамер, хотя, конечно, кроме крановщика на площадке вынуждено находились строповщики, управлявшие положением МК при установке с помощью многосотметровых фалов.
После бетонирования двух каскадов, на первый устанавливали бетононасосы и под прикрытием биозащиты второго бетонировали третий.
Роль строповщиков, за фалы управлявших положением монтируемых МК часто выполняли "партизаны" - призванные из запаса военнослужащие.
Первый каскад выполнял также функции бетонного саркофага для обломков реактора, которые особенно обильно высыпались с северной части блока, а также сгребенных туда обломков их других мест площадки и зараженной в ходе этой работы техники. Бетонирование этого каскада-саркофага не обходилось без проблем - утечки бетона, оседание конструкции, обрушения обломков с выбросом пыли - хорошая иллюстрация, почему захоронения РАО не делают по принципу “ссыпать в яму и залить бетоном”. Интересно, что для уменьшения объема бетонирования, внутрь металлоконструкций забрасывались секции башенных кранов, обшитых сеткой-рабицой, которые выполняли роль “вытеснителей”.
Вид на бетонирование 2 каскада. Видны щиты стены-опалубки с мощными распорками и заброшенные за них секции башенных кранов, обшитые сеткой для уменьшения объема заливаемого бетона.
Сооружение 4 каскадов высотой от 10 до 30 метров заняло 2,5 месяца и было закончено к октябрю.
Окончание строительства "Каскадной стены" и команда монтажников, отвечавших за металлоконструкции (были еще бетонщики, крановщики и т.п.)
На углу здания была возведена башня из металлоконструкций, к которым с запада примкнула т.н. контрфорсная стена (по названию треугольных упорных элементов - контрфорсов). Все эти элементы также были смонтированы и забетонированы в том же стиле, что и каскадная стена, но уже в конце. Главной задачей после сооружения "каскада" стало строительство кровли, закрывающей блок сверху.
Вот среди этих смертоносных развалин надо было найти опору для кровли, о чем рассказанно ниже. В процессе этого поиска использовалась не только фотосъемка, и но "нырки" в защищенной освинцованной кабинке, переносимой краном, и удары специальными грузами по потенциальным точкам опоры.
Параллельно строительству стен велось и сооружение кровли “Укрытия”. Однако, прежде чем рассказать об этой части, необходимо вспомнить о “крышных котах”. Так называли отряд людей, задача которых была расчистка кровли от обломков активной зоны - графита, твс, технологических каналов, поглотителей и т.п. При этом мощность радиоактивных полей была настолько высока, что работы выполнялись бегом и не более 1-2 минут, после чего люди сдавали смену следующей бригаде и уезжали из зоны радиоактивного заражения. Через эту работу прошло почти 4000 человек.
Советую посмотреть не только видео сверху, но и вообще множество потрясающей кинохроники с комментариями по работе "крышных котов" и ликвидации последствий аварии вообще на канале Telecon documentary
Регулярно всплывает вопрос (не)использования робототехники в Чернобыле и на Фукусиме - в принципе я уже писал большой текст про роботов на Фукусиме, и небольшой про Чернобыльских, но здесь только резюме: роботы не стали основной рабочей силой на ЧАЭС не из-за радиации, а просто в силу ущербности их кинематики, невозможности сравниться с человеком в ловкости и главное - скорости. На это так же влияет сложности манипулирования роботом, если оператор видит обстановку через 1-2 тв-камеры (сегодня эту проблему пытаются решить с помощью дополненной и виртуальной реальности, но понятно, в 1986 году мало кто вообще догадывался об этой сложности). В следующих частях мы еще вернемся к тематике робототехники и дистанционной техники в радиационных авариях и работах.
Радиоуправляемый бульдозер KOMATSU, впрочем, использовался довольно активно.
Так или иначе, к осени крыша была расчищена от обломков реактора, и строители приступили к сооружению защитной кровли. Непосредственно над центральным залом с бывшим реактором необходимо было расположить биозащиту из бетона. Поскольку строить опору для бетонной конструкции 70х50 метров было невозможно, а здание реактора было в непонятном состоянии после взрыва, пришлось рисковать, используя самые сохранившиеся конструкции здания для опирания будущей верхней биозащиты “Укрытия”
На этой фотографии видно опирание кровельных балок и трубного наката на стену с помощью промежуточной металлоконструкции.
С помощью “батискафа” - обшитой свинцом кабинки, переносимой кранами DEMAG - проектировщики “ныряли” в радиоактивные руины, рассматривая потенциальных кандидатов под опору кровли. Выбранные в итоге точки (например вентшахта) дистанционно подливались бетоном (хотя эта операция оказалась в основном неудачной, и вообще, лить бетон без возможности поправить дистанционно установленную опалубку, оказалось крайне мучительной затеей), на них были установлены кранами опорные металлоконструкции и сооружение кровли началось.
Разрез "Укрытия", север справа. Балка "Самолет" обозначена номером 27.
Ее конструкция предусматривала расположение гигантских опорных балок (Б1, “Самолет”, Б2, Б5, “Мамонт”, “Осьминог”), опирающихся на уцелевшие конструкции 4 блока. На балку Б1, прямо над центральным залом, устанавливались трубы большого диаметра, этот трубный накат и защищал от гамма-излучения идущего вверх (которое рассеивалась воздухом во все стороны, создавая вокруг 4 блока приличное поле).
На этой фотографии видно устройство южной половины кровли. Левее всего виднеется трубный накат (диаметр труб - 1,5 метра), опирающийся на "Самолет", дальше балка Б5, "южные тяжелые щиты", опитающиеся на балку "Мамонт" и наконец южные "клюшки", опитающиеся на "Осьминог".
Первым к установке шел “Самолет”, представляющий собой две балки длиной 40 метров разнесенные на 25 метров и связанные между собой пространственной фермой из труб. Вес конструкции составлял 165 тонн а с траверсой (подвеской) - 177 тонн, что было даже чуть больше возможностей DEMAG при работе на большом вылете.
Балка "Самолет" в монтаже. С перевозкой тяжелых конструкций, кстати, регулярно возникали проблемы - ломались тралы и тягачи, иногда для скорости приходилось просто последовательно переставлять конструкцию краном.
Для большего погружения мне хочется привести цитату из книжки "Схватка с неизвестностью", посвященную довольно драматическому моменту установки балки "Самолет" в проектное положение.
“Привезли “Самолет”, установили в предмонтажное положение, застроповали и начали поднимать. Все с нетерпением ждали, когда это закончится. Когда мы подняли, все шло нормально. Стали опускать стрелу и майновать (поднимать) груз. Вылет стрелы за счет ее опускания достиг проектной отметки монтажа. И вот, когда оставалось метра 2-2,5 опустить мы с Пашей Калининым пошли смотреть (из бункера к крану) этот самый ответственный момент. Команды давал Н.К. Страшневский, он отвечал за подъем. Мы с Пашей стоим за суперлифтом и вдруг слышим треск. Задние колеса суперлифта отрываются от земли и эта 400-тонная машина начинает качаться в воздухе. При этом сам кран, груз и стрела крана качаются вместе с суперлифтом. Левая гусеница на месте, а он качается и качается. Мы стоим и смотрим, чем все это кончится. Единственная мысль в голове “Упадет, не упадет?” Визуально мы видим, что вспомогательная 70-метровая стрела согнулась дугой. Представляете? На ней же висит груз. Я говорю: “Что сейчас будет?” “Как что?” - отвечает Павел. - “Стрела сейчас сломается и все рухнет. Надо уходить”.
"Самолет пошел на взлет". Это уже вторая, более успешная попытка. Обратите внимание, как близко кран стоит к зданию.
А в это время крановщик и Н.К. Страшневский, сидевшие в кране уже его покинули. Мы видели, как фигуры одна за другой бегут от крана по площадке. Мы идем, а я думаю: “Если сейчас упадет, все это разрушит, и еще вдруг взрыв [реактора - tnenergy] произойдет?” Представляешь, 1200 тонн вместе с “Самолетом” упадут, все будут рушить, все корежить, и еще от машзала ничего не останется, и еще останки реактора не понятно как себя поведут? Тысячи мыслей в голове. Я говорю “Паш, как ты думаешь?” Он: “Должен упасть”. Мы отошли к зданию ХЖТО, смотрим. Груз раскачивается. Суперлифт встал в такое положение: задние колеса метра на 2 от земли оторвались. А передние стоят на земле. У меня мысли в голове “Сколько мне дадут?”, потому что я по большому счету крайний. Я подписывал, что площадка готова, мой кран в идеальном состоянии. В тот момент, когда это все произошло, я не знал, что правая гусеница просела, были проблемы с засыпкой площадки. Но потом мы поняли, что раз стрела изогнулась, то есть наклон всей конструкции, небольшой, 3-4 градуса, но этого достаточно.
Поднимаемся наверх. Рудаков спрашивает: “Что произошло?” - “Трос лопнул, перекос суперлифта”. - “За счет чего?” - “Наверное кран наклонился, просела гусеница” - “Ну и что будем делать?”.
“Тут рядом контейнер, загруженный свинцом. Поскольку суперлифт с краном связан, попробуем для устойчивости прижать его 40-тонным контейнером. Стрела должна немного подправиться, а утром я вызову кранового, поставим груз на площадку и вернем в предмонтажное положение”.
Этот план сработает. После укрепления площадки вторая попытка установить “Самолет” будет успешна, при этом выдержат и стены разрушенного блока. Начнется монтаж трубного наката. Однако маленький эпизод показывает реальное напряжение сил и техники, которое нужно было для ведения столько непростого строительства.
Конец первой части.
Радиационная обстановка вокруг "Укрытия" в наше время (до установки "Арки")
Взято: tnenergy.livejournal.com