книги из ГПНТБ / Попов, В. Л. Проектирование подземных сооружений в системе деривационных ГЭС учеб. пособие

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

Подземные сооружения используются человеком с древнейших времен. По данным археологических раскопок в Западной Бело­ руссии у поселка Красное Село были обнаружены шахты по добы­ че кремня глубиной до 10 м. Учеными было установлено, что при­ близительно в 1У-Ш тысячелетиях до нашей эры вначале на Кав­ казе, затем на Урале, Алтае, в Казахстане появились первые горные разработки по добыче медной руды, оловн и других ме­

таллов. На территории Грузии и Армении в туфовых породах стро—

него мира и в древней Руси. Дальнейшее развитие техники подзем­ ного строительства непосредственно связано с развитием капита­

Строительство шахт и рудников потребовало возведения стволов^ штолен, горизонтальных и наклонных выработок. Развитие горно- . рудной, металлургической и угольной промышленности вызвало к жизни новую технику, новыемашины и механизмы. Появились па­ ровые машины Палена, Ползунова, Уатта, а затем паровозы Чере­ пановых и Стефенсона, первый пароход Фултона, Развитие транс­ порта потребовало строительства подземных сооружений: первона­ чально судоходных туннелей - каналов, затем железнодорожных, автомобильных и других транспортных туннелей.

- 4 -

Быстрый рост городов привел к необходимостисосредото­ чения под землей значительного объема сетей коммуникаций: водопроводов, теплотрасс, газопроводов, линий электроснаб­ жения и связи, канализационных стоков и т.п . Подземные со­ оружения возводятся для размещения промышленных предприятий, складов, емкостей. В первую очередь необходимость в такого рода сооружениях диктуется интересами обороны. Сюда относят­ ся военно-инженерные сооружения и подземные установки стар­ товых площадок для запуска ракет.

В последнйе десятилетия подземные сооружения применяют­ ся и в других областях народного хозяйства, в частности в энергетике при строительстве атомных электростанций в виде шахтных стволов для размещения реакторов, при строительстве гидроэлектростанций в виде водопроводных туннелей, уравни­ тельных резервуаров, подземных машинных залов и т-п . .

Гидроэлектростанции в настоящее время являются одним из основных средств производства электроэнергии - они про­ изводят около четверти мировой выработки электроэнергии.

Принципиальная схема использования водных ресурсов для про­ изводства электроэнергии очень проста. Массы воды, выпадаю­ щие на территориях с более высокими отметками, подводятся с помощью водоводов к гидравлическим турбинам, находящимся в специально оборудованных зданиях ГЭС, расположенных на бо­ лев низких отметках. Отдавая свою энергию гидротурбинам, во­ да обеспечивает вращение электрических генераторов* отдаю­ щих производимую ими электроэнергию потребителям.

Вода, падая с высоты И, выполняет работу, равную произ­ ведению веса падающей воды на высоту падения. Если расход ^оды обозначить через Q. м3/сек , то получим теоретическую мощность У , развиваемую потоком воды с расходом Q. :

дольный уклон. Вследствие различия уклонов деривационного во­ довода и естественного русла уровень воды в конце водовода бу­ дет выше уровня вода в реке..Этой разностью уровней и создает­ ся напор гидроэлектростанции.

при строительстве гидроэлектростанций значителен. До настоя­ щего времени в СССР построено грлее 30 гидроэлектростанций с туннельной деривацией, из них семь подземных. Обшая протяжен­ ность построенных гидротехнических туннелей достигает 200 км. В относительно недалеком будущем в стране намечается по­ строить .-'юлее 50 гидроэлектростанций с туннельной деривацией, из них 20 подземных ГЭС; около 300 туннелей, в том числе де­ сять длиной более 10 км. Диаметры напорных подводящих тунне­

тростанций требует длительных сроков строительства. Поэтому для успешного развития строительства подземного сооружения,

- 7 . -

сникения его стоимости решающими факторами являются высокие скорости проходки горных выработок, осуществляемые на базе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов согласно генеральному направлению развития народ­ ного хозяйства страны.

Рис Л . Деривационная схема гидроэлектростанции

Ведущим началом строительства является проектирование. Тысячелетиями накапливался опыт Проектирования и строитель­ ства подземных сооружений. Каждое новое подземное сооружение возводилось по примеру существующих сооружений'. В течение

столетий новшества вводились редко и технический прогресс

^строить подземные сооружения при помощи более крупных и мощ­ ных машин. Основываться только на примере существующих соо­ ружений оказалось недостаточным. Надо было находить новые технические решения вопросов, возникающих при возведении подземных сооружений.

Составление проекта каждого подземного сооружения обяза­ тельно требует не только качественного, но и количественного разрешения стоящих перед проектировщиками задач. Особое зна­ чение для проектирования имеют расчетные методы, давшие коли­ чественные решения. В условиях капитализма применение в гор­ ном деле инженерных расчетов крайне затруднено условияш частной собственности, корыстными интересами предпринимателей землевладельцев. В Советском Союзе применение расчетных мето­ дов при проектировании инженерных сооружений, в частности гидроэлектростанций, шахт, рудников, метро и т .п ., находит благоприятные условия, так как обобществленное плановое хо­ зяйство по своей природе требует научно обоснованных технико­ экономических решений.

- 9 -

Г л а в а I

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ

I. Определение и классификация подземных сооружений

Подземными сооружениями называют такие, у которых главные части по соображениям эксплуатации,' экономики, обороны распо­ ложены под землей. Подземные сооружения делятся на горнопромыш­ ленные, транспортные, гидротехнические, коммунальные и специ­ ального назначения.

К горнопромышленным подземным сооружениям относятся шах­ ты, рудники и другие горные предприятия. К транспортным под­ земным сооружениям относятся железнодорожные, автодорожные, пе­ шеходные туннели и метрополитены. По назначению к классу транс­ портных следовало бы отнести и судоходные туннели, выполняющие роль каналов на водных путях сообщения, однако по особенностям проектирования, строительства и работы судоходные туннели при­ ближаются к гидротехническим сооружениям.

• К гидротехническим подземным сооружениям относятся водо­ проводящие туннели (водоводы) и уравнительные резервуары. Особенностью этих сооружений является наличие внутри воды, ко­

К коммунальным подземным сооружениям относятся сооружения, которые служат для размещения различных городских коммуникаций под землей (трубопроводов, кабелей, стоков и т .п .) 'и те под­ земные сооружения, которые представляют собой подземные горные выработки (туннели, коллекторы) и служат для совместной про­ кладки различных видов коммуникаций.