6. Гидравлический расчет и проектирование дюкера

Проектирование дюкера производится в соответствии с требованиями п.п.4.38 – 4.40 [3] при учете рекомендаций, изложенных в справочнике [6].

При расчете и проектировании дюкера необходимо учитывать следующее:

1. Дюкер прокладывается перпендикулярно оси водного потока как минимум в две рабочие нитки из стальных труб диаметром не менее 150 мм с усиленной антикоррозионной изоляцией, защищенной футеровкой.

2. Скорость движения сточной жидкости в дюкере не должна быть менее 1 м/с и менее скорости в подводящем коллекторе. При этом диаметр дюкера определяется по зависимости

, мм,

(32)

где: Q – расчетный расход сточных вод, транспортируемых по дюкеру, м³/с;

n – число ниток дюкера;

– скорость движения сточной жидкости в дюкере, м/с.

При расходах сточных вод, не обеспечивающих минимальные расчетные скорости, одну из двух линий дюкера следует принимать резервной.

3. Расстояние между нитками дюкера в свету зависит от диаметра ниток d и принимается не менее:

   • 0,7 м при d = 300 мм;

   • 1,0 при d = 400 – 1000 мм;

   • 1,5 м при d > 1000 мм.

4. Расстояние по вертикали от возможного размыва дна реки до верха трубы должно составлять не менее 1 м в судоходных реках и не менее 0,5 м в несудоходных.

5. Угол наклона восходящей части дюкера не должен превышать 20º.

6. Входная камера дюкера имеет два отделения, выходная – одно.

Гидравлический расчет дюкера сводится к определению диаметра труб по формуле (32) и величины сопротивления при прохождении сточной воды через дюкер с использованием зависимости

, м,

(33)

где: i – гидравлический уклон (выбирается по таблицам [4]);

l – длина дюкера, м;

– сумма потерь напора на местные сопротивления (на вход в трубу, на четыре поворота и на выход из трубы), принимается по [4].

Величина общих сопротивлений вычисляется с целью определения отметки воды в выходной камере как разности между отметкой воды во входной камере и общими сопротивлениями.

Расчеты по формуле (33) производятся:

• при пропуске по одной трубе расчетного расхода, приходящегося на одну нитку (при двух рабочих нитках – половина общего расчетного расхода);

• на случай аварии на одной нитке – при пропуске всего расчетного расхода по оставшимся рабочим ниткам.

При аварии (второй расчетный случай) допускается подпор в сети в пределах, исключающих излив сточных вод на поверхность. В пояснительной записке приводится схема построения пьезометрической линии над подтопленным участком до диктующей точки (наиболее удаленной и низко расположенной). Гидравлический уклон на участках пьезометрической линии определяется по зависимости

,

(34)

где: – расчетный расход сточных вод на рассматриваемом участке, л/с;

– расход, пропускаемый трубой заданного диаметра при полном заполнении и уклоне i_п, л/с;

i_п – уклон участка (по материалам гидравлического расчета).

При расчетах участков канализационной сети на подтопление заполняется ведомость по форме, представленной в таблице 9 (см. пример расчета)

По результатам выполненных расчетов разрабатывается чертеж безнапорного канализационного дюкера [7].

В том случае, когда по условиям задания запроектирован напорный дюкер (идущий непосредственно от насосной станции), расчеты ограничиваются определением его диаметра и общих потерь напора.

Пример гидравлического расчета дюкера.

Исходные данные:

• схема расположения дюкера соответствует принятой на рис.2;

• длина дюкера 70 м;

• расчетный расход сточных вод Q = 38,55 л/с (графа 2 таблицы 8).

Принимаем две рабочие нитки. По формуле (32) определяем диаметр труб дюкера

.

Принимаем d = 150 мм.

По данным таблиц [4] значения скорости , гидравлического уклона I, местных потерь на входе h_вх, выходе h_вых и четырех поворотах под углом 20º составляют:

= 1,09 м/с; I = 0,013; h_вх = 0,034 м;

h_вых = 0,0035 м; h_пов = 0,0018 м.

Полное сопротивление в дюкере определяется по формуле (33)

H = 0,013·70 + 0,034 + 0,0035 + 4·0,0018 = 0,955 м.

При пропуске по одной нитке всего расхода (38,55 л/с) в случае аварии скорость в дюкере возрастает в 2 раза, а общие потери увеличиваются приблизительно в четыре раза и составят

H_авар = 4·0,955 = 3,820 м.

Во входной камере образуется подпор, равный

h = 3,820 – 0,955 = 2,865 м.

Отметка уровня воды во входной камере (в точке Д₁) составит (см. таблицу 8 графа 13)

.

Отметка поверхности земли в этой точке = 14,0 м, поэтому излива сточных вод в данной точке не будет.

Проверка условий работы в напорном режиме вышерасположенных участков правобережного коллектора производится путем заполнения таблицы 9 с использованием формулы (34).

Таблица 9

Потери напора при аварии на дюкере

№ участка	Расчетный расход, л/с	Длина участка, м	Диаметр, мм	Гидравли-ческий уклон	Потери напора по длине
27 – Д1	38,55	20	300	0,0018	0,036
26 – 27	38,55	430	300	0,0018	0,774
25 – 26	32,14	430	300	0,0012	0,516
24 – 25	26,40	510	300	0,0008	0,408
= 1,734 м

Гидравлический уклон на участке 27 – Д₁ составляет

.

На остальных участках гидравлический уклон I определяется аналогично.

Общие потери напора от точки Д₁ до точки 24 с учетом местных сопротивлений составляют

H_Д1–24 = 1,1·1,374 = 1,907 м.

Отметка поверхности воды в точке 24 равна

.

Отметка земли в точке 24 – 16,20, м. Выхода сточных вод на поверхность не произойдет.