8155
.pdf11
под защитой скальных целиков проходят один или несколько обводных тонне-
лей, верховые порталы которых оборудуют затворами. По завершении строи-
тельства тоннеля скальные целики разбирают, а русло реки перекрывают бан-
кетом. Под защитой банкета сооружают верховую и низовую перемычки, пере-
гораживая ими всю реку и образуя общий котлован для возведения русловых сооружений гидроузла. Расходы реки в период работ в котловане проходят по обводному тоннелю. После возведения сооружений тоннель закрывают затво-
рами, под защитой которых на его верховом участке бетонируют пробку. В
нижний бьеф в этот период пропускается только «санитарный расход» через специальные водосбросы в теле плотины. Основной же расход реки аккумули-
руется в водохранилище.
Форму поперечного сечения тоннеля выбирают, руководствуясь коэффи-
циентом крепости пород. В крепких слаботрещиноватых породах тоннели мо-
гут быть без крепления стен и свода; в остальных случаях их выполняют либо с бетонной обделкой, либо с облицовкой шприц-бетоном (торкретом).
2.2.3. Пропуск расходов комбинированным способом
Пропуск строительных расходов комбинированным способом может осуществляться по одной из двух схем.
Первая схема используется для гидроузлов с высокими грунтовыми пло-
тинами на реках с большими расчетными паводками. Она предусматривает пропуск расходов межени по небольшому строительному тоннелю, а половодье
— по руслу реки через недостроенную плотину. Тоннель рассчитывают на рас-
ход, близкий к максимальному расходу межени. Гребень и откосы недостроен-
ной грунтовой плотины укрепляют от размыва при пропуске паводка.
Для защиты недостроенных грунтовых плотин от размыва паводками ис-
пользуют: крепление гребня и откосов крупным камнем или габионами;
устройство монолитного железобетонного крепления на откосах; крепление ни-
зового откоса сборными железобетонными плитами (чешуей); армирование ка-
12
менной наброски на откосе металлической сеткой; устройство ряжевого или бе-
тонного порога.
Вторая схема рекомендуется для возведения гидроузлов с бетонными плотинами в недостаточно широких для секционирования русла створах, а так-
же при больших паводковых расходах. Она предусматривает:
− проходку небольшого (на расход межени) строительного тоннеля пре-
имущественно без обделки; − перекрытие русла и сооружение в межень двух котлованов: незатопляе-
мого — для станционной плотины и здания ГЭС и ежегодно затопляемого па-
водками котлована водосливной плотины; − круглогодичное производство всех работ в котловане ГЭС и сезонное
(только в межень) — в котловане менее трудоемкой плотины с пропуском рас-
ходов межени через строительный тоннель, а паводков — дополнительно, через затапливаемый котлован и недостроенную водосливную плотину с донными отверстиями или «гребенкой».
2.2.4. Гидравлические расчеты при секционировании русла
При секционировании русла для каждой очереди работ определяют: ско-
рости и перепады в реке на участке створа, расположение и размеры водопро-
пускных отверстий, отметки гребня перемычек и условия перекрытия русла.
Расчет пропуска расходов через суженное русло. Начинают с опреде-
ления скорости потока в стесненном русле (рис. 2.1)
сж = р (2.1)
сж
При сж, большем размывающей скорости, для грунтов русла производят проверку стесненного русла на размыв [3].
Перед суженным руслом, образуется подпор Zрacч, влияющий на высоту верховой перемычки. Величину его определяют по формуле (2.2) методом под-
становок с построением графика [3].
13
Рисунок 2.1 – Схема к расчету пропуска расходов секционированием русла
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
= |
сж |
− |
0 |
(2.2) |
|
22 |
2 |
|||||
расч |
|
|
|
где V0 – скорость в верхнем бьефе с учетом подпора; φ=0,8-0,85.
Отметки гребня перемычек первой очереди определяют по формулам
(2.3) и (2.4):
верховая перемычка
ГВП=УВб+Zрасч+d, |
(2.3) |
низовая перемычка
ГНП=УВб+a, |
(2.4) |
где УВб – уровень в реке при расчетном строительном расходе; d − превышение гребня с учетом нагона, наката волны и запаса; a – запас.
Расчет пропуска расходов второй очереди. Расходы второй очереди пропускают либо через постоянные водосбросы плотин и ГЭС, либо через недостроенную водосливную плотину по донным отверстиям или методом
«гребенки». В современном гидростроительстве наибольшее применение полу-
чил пропуск строительных расходов по временным донным отверстиям. Гид-
равлический расчет в этом случае ведут по следующей схеме.
14
В зависимости от конструкции сооружения и величины расчетного рас-
хода назначают число и размеры донных отверстий.
Определяют отметку порога донных отверстий из условия получения до-
пустимого перепада Zмакс на банкете при перекрытии русла. При незатопленном входе в донное отверстие расчет можно вести по формулам:
|
|
|
|
|
2⁄ |
|
|
|
|
р |
3 |
||
УВБ = УНБ + ; |
ПВП = УВБ − ; |
= ( |
) , |
|||
|
|
|||||
макс |
п |
п |
√2 |
|
||
|
|
|
|
где п - глубина воды на пороге донного отверстия.
По формулам пропускной способности донных отверстий (2.5) и (2.6)
находят отметку УВБ при расчетном строительном расходе:
при незатопленном выходе
|
|
|
|
= во√2п; |
(2.5) |
при затопленном выходе
|
|
|
|
= во√2; |
(2.6) |
1
= 2. (2.7)
1+ + 2
Здесь − коэффициент расхода; во − площадь выходного отверстия; −
перепад между УВБ и УНБ; L – длина водосброса; ξ – коэффициент сопротив-
ления на входе; С – коэффициент Шези; R – гидравлический радиус.
Обычно для определения УВБ строят графики пропускной способности донных отверстий при различных уровнях верхнего бьефа (УВБ(Q)).
При известном УВБ назначают отметки гребня перемычек второй очере-
ди.
15
2.2.5. Гидравлический расчет безнапорного тоннеля
Расчет начинают с выбора трассы, определения длины и формы попереч-
ного сечения тоннеля (рис. 2.2). Затем, задаваясь неразмывающей скоростью потока в тоннеле Vмакс, находят предварительное сечение его по формуле (2.8):
= |
р |
(2.8) |
|
|
|||
|
|
||
|
макс |
|
и назначают размеры из условия, при котором hв=(0,7-0,85)Н, а H/b=1,0 - 1,5.
По формуле (2.9) определяют уклон тоннеля I
2
= р (2.9)
2С2
и выбирают высотное положение его порталов. Отметка порога низового пор-
тала — ПНП для безнапорного тоннеля не может быть ниже, чем УНБ − в. То-
гда отметка порога верхового портала будет: ПВП = УНБ − в + .
После определения всех параметров тоннеля проверяют его пропускную способность и находят отметку верхнего бьефа
|
|
|
|
|
(2.10) |
||
= √ |
|
|
|||||
УВБ = УНБ + + Т |
(2.11) |
||||||
|
(1+ |
) 2 |
|
|
|||
Т = |
|
|
вх |
(2.12) |
|||
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок. 2.2 − Схема к расчету безнапорного тоннеля
По отметкам верхнего и нижнего бьефов назначают отметки верховой и низовой перемычек.
16
Полученные в результате расчета тоннель и перемычки нельзя считать оптимальными, т. е. обеспечивающими их минимальную суммарную стои-
мость. Для определения оптимального сечения тоннеля выполняют расчет не-
скольких вариантов. По каждому варианту находят суммарную стоимость тон-
неля и перемычек и строят итоговый график (рис. 2.3). По графику находят экономически наивыгоднейшее сечение тоннеля, для которого заново опреде-
ляют все его параметры: размеры сечения, уклон, высотную привязку, про-
пускную способность и уровень ВБ.
Рисунок 2.3 − График определения оптимальных размеров тоннеля и перемычек:
1, 2, 3, 4 — площади сечения тоннеля; 1, 2, 3, 4 — стоимости тоннеля по вариантам; П1, П2, П3, П4 — стоимости перемычек по вариантам; 0
—оптимальное сечение тоннеля.
2.2.6.Гидравлический расчет напорного тоннеля
Средняя скорость течения воды:
17
VСР= Р, м/с.
Необходимый уклон тоннеля
Общий напор
2
z = IL + СР
2∙2
Уровень верхнего бьефа:
УВБ = УНБ + z.
Проверка пропускной способности тоннеля:
Q = µω√2.
Высотное положение тоннеля и его порталов. Отметку порога верхового портала по условиям перекрытия русла целесообразно назначать близкой к от-
метке дна реки. Отметка порога низового портала определится уклоном тонне-
ля:
ПНП = ПВП – IL
Назначение отметок гребня перемычек и выбор экономически оптималь-
ных размеров тоннеля производится аналогично безнапорным тоннелям.
2.2.7. Расчет пропуска строительных расходов комбинированным
способом
1 - подобрать параметры строительного тоннеля (сечение, уклон, длину,
отметки порогов порталов) и отметки гребня затопляемых паводками перемы-
чек при пропуске расхода межени, выбираемому по характерному гидрографу реки;
2 - определить уровни воды в ВБ и котловане водосливной плотины (вы-
ше низовой перемычки и выше недостроенной плотины) при пропуске через
18
котлован расчетного весеннего паводка (за минусом пропускаемого через стро-
ительный тоннель расхода);
3 - найти отметки гребня верховой перемычки незатопляемого котлована и раздельного устоя (продольной перемычки) по соответствующим уровням ре-
ки в ВБ и котловане водосливной плотины.
2.2.8. Обеспечение судоходства при строительстве гидроузла
Для сохранения возможности судоходства в створе строящегося гидроуз-
ла обычно предусматривают:
ограничение перепада при сужении русла реки перемычками до 0,8 м и ско-
рости течения на суженном участке до 3,0 м/с;
обеспечение ширины судового хода при встречном движении судов не менее
250 м, а при одностороннем — около 100 м;
перекрытие русла реки после окончания навигации;
ввод судоходных сооружений в эксплуатацию к началу очередной после пе-
рекрытия русла навигации.
При невозможности наполнения водохранилища к началу навигации или
вводе первых агрегатов ГЭС на пониженном напоре осуществляют одно из ни-
жеперечисленных мероприятий:
углубляют верхний подходной канал и временно понижают порог верхней головы шлюза до нужных для судоходства отметок;
при двухступенчатом шлюзе с каналом между ступенями последний времен-
но соединяют с верхним бьефом ГЭС .в обход верхней ступени шлюза и ис-
пользуют суда через нижнюю ступень;
в некоторых случаях организуют временное раздельное судоходство в верх-
нем и нижнем бьефах с перевалкой грузов.
19
2.3. Перекрытие русел рек
Перекрытие реки – это отвод ее из естественного русла в новое искус-
ственное русло для возведения части или всех напорных сооружений гидроуз-
ла.
Фронтальный способ. Перекрытие русла производится равномерной по всей ширине реки отсыпкой каменного банкета с наплавного или стационарно-
го моста автосамосвалами. По мере увеличения перепада на банкете и скоро-
стей потока в проране наряду с камнем отсыпают бетонные массивы, кубы или тетраэдры. В современном гидростроительстве фронтальное перекрытие при-
меняют на многоводных реках с размываемым ложем.
Пионерный способ. Предусматривает торцевую отсыпку камня в один или несколько банкетов до соединения их с противоположным берегом реки.
Этот метод прост и дешев, не требует специальных сооружений. Он широко применяется в современном гидростроительстве и рекомендуется для всех рек с трудно размываемым ложем и при расходах до 3000 м3/с при размываемом рус-
ле.
Безбанкетное перекрытие. Основано на подаче в проран земснарядами такого количества грунта, которое, превышает транспортирующую способность потока; поток перенасыщается грунтом и часть последнего оседает в проране,
создавая нужную преграду. Рекомендуется к применению при небольших (до
40 см) перепадах и расходах не более 2000 м3/с.
Перекрытие направленным взрывом. Выполняют путем обрушения направленным взрывом в реку большой массы скальных пород, заполняющих русло до незатопляемых отметок. Применяется преимущественно в узких уще-
льях горных рек. Отличительная черта этого способа — возможность перекры-
тия рек при значительно больших по сравнению с другими методами конечных перепадах уровня воды.
2.4. Выбор способа, схемы и времени перекрытия русл рек
20
В первую очередь рассматривают возможность выполнения работ без-
банкетным или пионерным способом. На горных реках сначала оценивают воз-
можность перекрытия массовым взрывом, а затем — пионерным способом.
Фронтальное перекрытие, как наиболее трудоемкое и дорогое, применяют лишь при невозможности использования других методов.
Время перекрытия, как правило, назначают на период наименьших расхо-
дов в реке, а при интенсивном судоходстве связывают с окончанием навигации.
Перекрытие нередко целесообразно выполнять в зимний период со льда.
Работы по перекрытию рекомендуется вести с обоих берегов, а проран при пионерном способе располагать на менее глубоком участке реки, что поз-
воляет уменьшить крупность отсыпаемого на заключительном этапе материала.
Для уменьшения перепада нередко отсыпают одновременно несколько парал-
лельных банкетов, перераспределяя перепад между ними.
2.5. Подготовка к перекрытию и закрытие прорана
Подготовка к перекрытию включает: расчистку водоотводящего тракта,
крепление дна в районе прорана (для размываемых русел), создание запасов материалов для отсыпки банкета, организацию проездов и освещения, предва-
рительное стеснение русла, сборку и наводку наплавного моста (при фронталь-
ном способе).
Предварительную разборку перемычек начинают сразу после спада па-
водка, а окончательно разбирают их после затопления котлована.
Перекрытие рек с ложем из мягких грунтов требует защиты дна прорана от размыва. Такая защита выполняется в виде каменного шлейфа толщиной 1— 2 м по всему прорану. При перекрытии реки в банкет отсыпают десятки тысяч кубометров камня и негабаритов. При этом стараются обеспечить удобные подъезды с двухсторонним или кольцевым движением большегрузного авто-
транспорта и широкий фронт для погрузки машин.
В случае перекрытия фронтальным способом к перечисленным работам добавляется сборка и наводка наплавного моста.