Гидротехнические сооружения проектируются в две стадии: тех. проект и рабочие чертежи, при этом гл. роль принадлежит внестадийному этапу – технико-экономическому обоснованию проекта.

На этапе внестадийного проектирования изучают условия режима реки на всем протяжении; на продольном профиле реки намечаются отдельные ступени каскада и определяются наивыгоднейшие подпорные отметки и в первом приближении основные параметры ГЭС: мощность и годовая выработка электроэнергии. Намечают приближенную компановку гидротехнических сооружений; определяют площади затопления и объемы водохранилищ, устанавливают размер компенсаций, возникающих при эвакуации промышленных и жилых объектов из зоны затоплений; опред. ориентировочную ст-ть и сроки строительства.

Для составления технического проекта выполняется наибольший объем инженерно-геодезических работ. Выбор оптимального створа и размещение сооружений гидроузла осуществляют на планах в М 1:2000-5000 с сечением рельефа горизонталями ч/з 0,5-1 м. На проектируемом участке каскада составляют подробный профиль реки по данным промеров глубин в М 1:25000-100000. По створам плотин каскада производится промер глубин реки и составляют профили по поперечникам. При составлении продольного профиля больших рек, падение на 1 км которых часто достигает 5-10 см, требует проложение вдоль них ходов нивелирования I-II классов. Производится комплекс ИГ работ по привязке инж.-геологич. выработок, по трассированию линейных сооружений, по съемке площадок под разработку карьеров строительных материалов, для размещения жилых поселков, производственных баз и др.

Для составл.рабочих чертежей здания ГЭС, головных узлов в деривационных установках, камер и голов судоходных шлюзов, участков примыкания плотин к берегам, насосных и водозаборных станций, подводящих и отводящих каналов, дюкеров, пристаней, детальной застройки жилых поселков и т.п. используют топосъемку в М 1:500-1000 с сечением рельефа ч/з 0,5-1 м. В этой же стадии проектирования выносят на местность запроектированный контур водохранилища, а также окончательные варианты трасс подъездных ж/д и автомобильных путей, линии электропередач и связи, подземных инженерных сетей и др. производят подробные технические изыскания линейных сооружений.

При вынесении проектов гидротех. сооруж. в натуру требуется строгое соблюдение проектных высот и уклонов объектов, расположенных на значительной территории и связанных м/у собой и с водотоками гидротехническими расчетами. Это вызывает необходимость построения на местности высокого класса нивелирной основы, уравненной в единой абсолютной системе высот.

Вопрос 32. Типы, элементы и основные характеристики водохранилищ. Плановое и высотное обоснование водохранилища. Вынос контура водохранилища в натуру сооружений.

Типы водохранилищ:

1. Низконапорные,

2. Приплотинные,

3. Деривационные.

(пояснения по каждой в В-31).

Плотина делит реку на две части – верхний и нижний бьефы, образует в верхнем бьефе водохранилище и создает напор Н как разность уровней верхнего и нижнего бьефа.

Основными эл-тами водохранилища являются: объем водохранилища (определение нормального подпорного уровня – НПУ), мощность ГЭС, годовая выработка электроэнергии.

В качестве плановой геодезической основы, используемой для съемки контура водохранилища и определения коорд. граничных знаков служат п-ты гос. триангуляции и полигонометрии 1,2,3 и 4 кл.

Высотная основа создается для обеспечения топосъемок на территории водохранилища, а также для пр-ва различного вида изысканий и проектирования инж. сооружений в виде полигонов нивелирования III и IV классов.

Точки контура водохранилища определяют со станций рабочего высотного хода, проложенного вблизи контура водохранилища методом тех. нивелирования или высотного тахеометрического хода. Частота точек контура водохранилища устанавливается в зависимости от сложности его очертания и экономической значимости территории.

Определение на местности точки контура водохранилища заключается в следующем. Допустим, от некоторой точки А высотного рабочего хода с отметкой Н_А требуется отыскать некоторую точку В с заданной отметкой НПУ (рисунок). Установив нивелир на некотором расстоянии от точки А, берут по рейке на репере отсчет а. Вычислив горизонт инструмента, находят с помощью его тот отсчет, который следует иметь по рейке, передвигаемой по склону до искомой точки водохранилища. Этот отсчет определяется по ф-ле: b=(H_A+a)-H_НПУ.

Контур водохранилища представляет собой границу зоны постоянного затопления и отбивается в натуре с учетом кривой подпора. Каждый отдельный участок водохранилища принимается горизонтальным.

Точность выносимого в натуру контура водохранилища устанавливается в зависимости от хозяйственного освоения территории. Так, на застроенных территориях контур водохранилища обозначается около каждого строения, а на землях с/х назначения – в зависимости от рельефа местности.

Вопрос 33. Основные оси сооружений гидроузла. Способы выноса основных осей в натуру. Плановое и высотное обоснование гидроузла в период строительства. Ступени создания планового обоснования.

В зависимости от типа гидроузла в состав его основных сооружений входят плотина, здание ГЭС, шлюзы, каналы, гидротехнические тоннели—водоводы, открытое распределительное устройство (ОРУ) и др. Все эти сооружения объединены между собой единой строго расчётной геометрической связью, которая должна быть выдержана во время строительно-монтажных работ и сохраняться в процессе эксплуатации.

Каждое гидросооружение имеет свою главную (исходную) ось, около которой компонуются все его геометрические формы и размеры. В зависимости от типа гидроузла может быть полное или частичное сочетание таких осей, как продольные оси водосливной бетонной, русловой и пойменной земляных плотин и дамб; продольная ось здания ГЭС; оси междупутья железнодорожных и автомобильных мостов, расположенных на плотине; оси камер шлюза, верхней и нижней голов; оси подводящих и отводящих каналов ГЭС; оси подходных к шлюзам судоходных каналов; внешние грани блоков плотины; оси бычков плотины и др.

Далее вычисляют координаты пикетов, расположенных на круговых кривых разбивочной оси, двумя независимыми путями: через координаты центра кривой по центральным углам и длинам радиусов и по длинам стягивающих хорд и углам между ними.

Для вычисления координат начала переходных кривых, расположенных на линиях тангенсов, определяют отрезки t₁=(l/2)+(l⁵/60C²) и для контроля – t₂=(l/2)-(l⁵/24C²), где l – длина переходной кривой, C – параметр (l и C берут из проектного чертежа).

Координаты начала переходных кривых вычисляют по дирекционным углам прямых отрезков трассы, величинам t и ранее вычисленным координатам начала и конца круговых кривых.

Координаты конца переходных кривых вычисляют двумя путями:

1. по углу =l²/2C

2. по величинам x_l и y_l

Далее вычисляют величины p=l⁴/24R и q=h(b/a), а также координаты всех пикетов, расположенных на оси пути и оси тоннеля, при величине радиусов R – p и R– p – q.

Раздел 7

Вопрос 31. Основные понятия о гидротехнических сооружениях. Типы гэс. Геодезические работы на разных стадиях проектирования гидротехнических сооружений.

Гидротехнические сооружения предназначаются для использования водных ресурсов с целью решения ряда народохозяйственных задач. Совокупность нескольких гидротехнических сооружений (энергетических, водоподъемных, водопропускных, транспортных и др.) для совместного решения комплексных задач называют гидроузлом.

Типы гидроузлов:

1. Низконапорные, состоящие обычно из плотин, здания ГЭС и шлюза. Такие гидроузлы строят на равнинных реках с плотинами высотой не более 25 м.

2. Приплотинные гидроузлы строят по той же схеме, что и низконапорные, но машинное отделение ГЭС вынесено в нижний бьеф за пределы напорного фронта. Вода к турбинам подводится с помощью турбинного трубопровода. Такие гидроузлы строят низконапорные, средненапорные и высоконапорные, а плотины для создания напора могут быть самых разнообразных типов.

3. Деривационные гидроузлы отличаются от первых двух схем тем, что плотины строят небольшой высоты ниже водозабора или совмещенной с ним. При избытке воды в реке возможен и бесплотинный водозабор. В качестве деривационных сооружений могут служить открытые водоводы в виде лотков и каналов, но в условиях горного рельефа устраивают тоннели.

Типы ГЭС:

1. напорная ГЭС. Использует энергию падующей воды. Основная хар-ка напор –разность верхнего и нижнего бьефа. Строятся на реках.

2. Приливные/ отливные ГЭС. Используют энергию прилива (отлива). Строятся на пологих морских берегах в тех местах, где высота прилива максимальна.

3. Аккумулирующие ГЭС. Предназначены для снижения нагрузки на электросети в пиковые часы (днём). Строятся на искусственных водохранилищах. Сущность: днём ГЭС работает как обычная, используя энергию падующей воды, а ночью, когда электросети мало загружены, с помощью электронасосов перекачивают обратно воду.

Разбивочная сеть строится в виде триангуляции, полигонометрии и линейно-угловых построений. На крупных гидроузлах длины сторон этой сети составляют 0,5—1,5 км, средняя квадратическая ошибка измерения углов 1,0—1,5”, относительная средняя квадратическая ошибка наиболее ответственных сторон 1/200000—1/150000. Ошибки взаимного положения пунктов сети не превышают в среднем 5—10 мм.

Сеть строится как локальная и вычисляется в строительной системе координат. Для увязки съёмочных и разбивочных работ она привязывается к пунктам изыскательской основы.

Пункты разбивочной сети обычно закрепляют трубчатыми знаками высотой 1, 2 м с приспособлениями для быстрого принудительного центрирования теодолитов и визирных целей.

Проект сети разрабатывают в соответствии с техническими требованиями строительства гидроузла в конкретных условиях. Оценку точности проекта производят параметрическим или коррелатным способом, используя координаты пунктов и углы, измеренные с графической точностью на плане сети.

Если оценка элементов сети превышает допустимую, то в проект вносят изменения, улучшая форму сети или уменьшая ошибку единицы веса.

Для детальной разбивки отдельных сооружений гидроузла основная сеть сгущается сетью пунктов второго порядка, размещаемых вблизи сооружений, на бортах котлована и перемычках, по возможности совмещая их с точками крепления продольных и поперечных разбивочных осей. Детальные сети развиваются с точностью разбивки соответствующих осей (для бетонных сооружений обычно 3—5 мм) путём ходов полигонометрии, сетей микротриангуляции или микротрилатерации.

Детальная разбивочная сеть периодически контролируется с пунктов основной сети для выявления возможных смещений пунктов.

Высотные сети. Высотное обоснование крупного гидроузла включает нивелирные сети:

а) для высотного обеспечения строительно-монтажных работ;

б) для наблюдений за осадками сооружений гидроузла.

Пункты разбивочных высотных сетей равномерно размещаются по площадке сооружений в виде грунтовых или скальных реперов с расстоянием между ними около 300—500 м, чтобы проектные высоты можно было передать на сооружение при 2—3 станциях нивелира. По точности сети должны обеспечить высотную разбивку бетонных сооружений со средней квадратической ошибкой не более 10 мм. Сети развиваются проложением ходов и полигонов нивелирования III и IV классов в прямом и обратном направлениях.

Плановую инженерно-геодезическую разбивочную сеть на строй площадке гидроузла создают в виде триангуляции, полигонометрии и линейно-угловых построений.

Разбивочная гидротехническая триангуляция создаётся в виде локальных свободных сетей, обслуживающих одно или несколько сооружений гидроузла. Такие сети, состоящие обычно из цепочки треугольников или центральных систем с дополнительными диагональными связями, строят в две или три ступени.

Первая ступень связывает исходные (глубинные) пункты реперов, расположенные на правом и левом берегах в устойчивых грунтах. Направление одной из сторон этой сети должно совпадать с продольной осью сооружения. . Пункты второй ступени размещают по возможности ближе к сооружению и так, чтобы они почти все закрепляли поперечные оси сооружения или параллельные им линии.

Дальнейшее сгущение разбивочной сети в районе, например, котлована производят обычно проложением полигонометрических ходов по точкам, закрепляющим различные оси конструктивных элементов плотины, здания ГЭС и др. Точность угловых и линейных измерений в сети третьей ступени рассчитывается в зависимости от заданных допусков точности выноса в натуру осей с учетом формы и длины ходов. Устойчивость пунктов второй и третьей ступеней периодически контролируется относительно наиболее стабильных пунктов первой ступени.

Оценку проекта высотной сети производят по формуле

m_S=_h(2n_Е),

где m_S—заданная средняя квадратическая ошибка определения осадки, _h—ошибка единицы веса _h= m_S/(2n_Е), n_Е—число эквивалентных станций до наиболее слабой точки сети Е

В-34 Общие сведенья о каналах. Состав топо-геодезических работ на различных стадиях проектирования каналов. Плановое геодезическое обоснование трассы канала. Расчёт точности создания высотного обоснования.

По своему назначению каналы разделяют на:

-судоходные;

-мелиоративные;

-деривационные;

-водопроводные;

-комплексные и др.

Судоходные каналы представляют собой сложные гидротехнические сооружения со шлюзами, регулирующими водохранили-щами, насосными станциями и др. Вода в канал поступает из источника самотёком или подаётся насосной станцией и далее двигается по уклону. Каналы имеют очень небольшие уклоны.

Для разработки технического проекта магистрального канала надо иметь:

а) топо планы в м-бе 1:10000 с сечением рельефа 1-2м полосы местности 1-2км; б)топо планы в м-бе 1:10000 с сечением рельефа через 1м территориальных водохранилищ;

в) топо планы в м-бе 1:2000 с сечением рельефа через 0.5-1.0м участков водопропускных сооружений и участков русел рек;

г) топо планы в м-бе 1:5000 или 1:2000 с сечением рельефа через 1м карьеров строительных материалов;

д) продольные и поперечные профили по запроектированным осям канала и сооружений;

е) материалы технических изысканий линейных сооружений (подъездных дорог, ЛЭП).

Изыскания в стадии рабочих чертежей канала включают следующие топо -геодезические работы:

а) построение планового и высотного обоснования канала;

б) полевое трассирование выбранного варианта канала. Съёмка поперечных профилей . закрепление основных точек трассы и сооружений;

в) топосъёмка в м-бе 1:1000-1:2000 с сечением рельефа, через 0.5-1м участков трассы с особо сложным рельефом. Площадок для сооружения на канале водозабора, плотины, шлюза, а также для участков строительства жилых посёлков и предприятий;

г) вынесение в натуру проектного контура водохранилищ, создаваемых для судоходства и водоснабжения;

д) окончательные изыскания трасс подъездных дорог и инж. сетей;

е) геодезическая привязка инженерно- геологических выработок. Геодезическое обоснование трассы канала создаётся для выполнения съёмочных и разбивочных работ.

Плановое обоснование развивается преимущественно методом светодальномерной полигонометрии. В зависимости от плотности пунктов гос. триангуляции в районе строительства канала прокладывают полигонометрию 4 класса с предельной длиной ходов до 30км или полигонометрию 1 разряда с длиной ходов до 15км. От пунктов полигонометрии проектные углы поворота трассы канала выносятся в натуру построением проектных полигонов с точностью теодолитных ходов. Для геодезического обеспечения строительства шлюзов и других сложных сооружений на канале создаются локальные линейно-угловые сети с длинами сторон 150-200м с ошибкой взаимного положения пунктов 2-3мм.

Высотное обоснование по своей точности и густоте расположения пунктов создаётся для обеспечения топо съёмок, вынесения проекта в натуру (проектного уклона дна и поперечных сечений) и обслуживания строительных работ. Выбор класса нивелирования зависит от расстояния между исходными реперами. При расстоянии между исходными реперами менее75км прокладывают нивелирные ходы III класса, а при расстоянии менее 25км- IV класса. Однако назначение класса нивелирования зависит и от запроектированного уклона дна канала. Чем больше уклон дна канала, тем с меньшей точностью потребуется создать высотное обоснование. Большие уклоны дна вызывают и большую скорость воды в канале, что обеспечивает незаиляемость русла взвешенными частицами и позволяет выбрать наиболее выгодное поперечное сечение канала. Однако выбранная скорость не должна размывать дно и склоны канала, согласовываясь с общим уклоном местности. Практически надо знать такую скорость, когда при малейшем её уменьшении канал начнёт заиляться, а при малейшем её увеличении- размываться. Для определения относительной ошибки перенесения в натуру проектного уклона дна канала можно применить формулу: .

При проектировании каналов с малыми уклонами скорость течения воды определяют с относительной СКО m_v/v=2.4%, а значение коэффициента шероховатости- с относительной ошибкой m_n/n=5%. Подставив в формулу получим m_i/i=0.11 или 11%. Для магистрального нивелирного хода, прокладываемого в некотором удалении от оси канала, получим m_h/h=0.11/2=0.055. Например для участка канала длиной в 1км с уклоном дна i=0.0000966 h=96.6мм. СКО на 1км нивелирования магистрального хода будет m_h=0.055*96.6=5.3мм. для обеспечения такой точности потребуется проложить магистральный ход IIIкласса.