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

- 120 _

Из фронтальных поверхностных водоприемников наибольшее распространение получили двухъярусные с криволинейными направ­ ляющими стенками, работающие"по принципу деления речного по­ тока на два слоя - поверхностного и донного. Поверхностны!'! слой поступает в водоприемник, а донный, насыщенный наносыми, сбрасывается в нижний бьеф.

lm горных и высокогорных участках рек, для которых харак­ терны резкие колебания расходов воды и большое содержание в потоке взвешенных к донных наносов, применяются донные решет­ чатые водоприемники. Они представлят собой невысокую плотину, в теле которой размешается водозаборная галерея, перекрывав-

- 121 -

мая сверху решеткой. Бода через решетку попадает в водоза­

борную галерею, а оттуда поступает в деривацию.

Безнапорные водоприемники так же, как и глубинные, обору­ дуются сороудермивающими решетками, затворами и подъомпотранспортнымн механизмами. Отпадает необходимость устройства в безнапорных водоприемниках аэрационных и обводных труб. Наполнение деривации осуществляется из-под захвсша.

Сравнение технико-экономических показателей различных вари­ антов дает возможность определить тип безнапорного водоприемника и его размеры. Обоснованное решение в этом случае может быть получено, если сравниваемые конструкции обеспечивают отвод одинаковых расходов воды, равноценную защиту водоприемников

эти условия различны, то эти расчеты носят несколько услов­ ный характер. Последовательность расчетов аналогична расчета/,i напорных водоприемников (см .рис. 29).

G. Отстойники, напорные бассейны и бассейны суточного регулирования

Отстойник служит для зашиты энергетических водоводов и сооружений от опасных фракций взвешенных наносов. Он пред­

ставляет собой бассейн (Камеру), со значительно увеличенными размерами, в который вода поступает через водоприемник, ка­ нал или безнапорный туннель. В пределах камеры отстойника во­ да движется с значительно уменьшенными скоростями, что и при­ входит к осаждению Тех фракций наносов, которые являются вред­ ными для эксплуатации. Осевшие наносы должны удаляться непре­ рывно или периодически по мере накопления.

Затраты на строительство отстойника иногда являются весь­ ма значительными, достигая 10-25$ капиталовложений л сооруже­ ния гидроэлектростанции. Поэтому для обоснования строительст­ ва отстойника нужно затраты на его устройство сопоставить с затратами на ремонт турбин и очистку сооружений от наносов,

(в случае кварцевых’ фракций размером более 0,25 мм) для тур­ бин фракций не ниже 0 ,2 кг/м3 .

Напорные бассейны служат для сопряжения безнапорной дери­ вации с турбинными напорными водоводами (см.рис. 2 ) . При этом должно быть обеспечено равномерное распределение расхо­ да воды между 'напорными водоводами и независимое включение и отключение любого из них. В напорных бассейнах должен быть предусмотрен сброс избытков поступающей воды при изменении

режима работы турбин и в аварийных случаях. Кроме того, должна быть обеспечена зашита напорных водоводов от проникновения в них сора, льда, наносов и недопустимого количества шуги.

Место расположения напорного бассейна выбирается в зави­ симости от условий компоновки сооружений, типа безнапорного деривационного водовода, а также топографических и геологиче­ ских условий и может быть самым разнообразным. При сложной схеме деривации, состоящей из безнапорного и напорного участ­ ков, напорный бассейн устраивается между ниш.

Если напорный бассейн входит в состав сооружений станцион­ ного узла, а деривация выполняется в виде безнапорного тунне­ ля, выходящего на коутой склон, он может быть размешен под землей (рис. 31, а ), а при прочном устойчивом склоне также и на поверхности поперек склона (рис. 31, б ).

При неустойчивом склоне, на котором возможны оползни и обрушения, Напорный бассейн следует отодвигать от начала кру­ того склона и принимать подземное расположение напорных водо­ водов (рис. 31, в ) . При устойчивом склоне напорный бассейн целесообразно располагать как можно ближе к его бровке (рис. 31,Г ). Это позволяет сократить длину дорогостоящих напорных водоводов.

Бассейн суточного регулирования (ВСР) (см .рис.2) представ­ ляет собой зодохранклише, позволяющее перераспределять естест­ венный суточный сток в соответствии с суточным графиком на­

- 123 -

грузки энергосистемы. Полезный объем БСР определяется водно­ энергетическими расчетами. При заданном рабочем объеме БСР соотношение между его .плошадью и глубиной призмы сработки определяется на основании технико-экономических расчетов с учетом природных условий района строительства и условий про­ ведения работ. Увеличение плошади зеркала и соответственно уменьшение колебаний уровня в бассейне приводит к уменьшению строительных объемов напорного бассейна, деривационного тун­ неля, дамб, к улучшению условий работы деривации, к увеличе­ нию выработки электроэнергии за счет увеличения среднесуточ­ ного напора гидроэлектростанции. Но вместе с тем это может привести к чрезмерно большим объемам работало БСР или к не­ возможности его осуществления в данных условиях. В постро­ енных -БСР.глубина призмы сработки изменяется от 0 ,3 -0 ,5

о

Рис. 31. Схема расположения напорных бассейнов

на местности:

О

а - под землей; б - на поверхности поперек склона; в - под землей при неустойчивом склоне; г - под землей

при устойчивом склоне

- 124 -

Величина мертвого объема БСР зависит от местных топографических условий. Она значительна при использовании естественных водоемов или понижений местности под БСР. При искусственном сооружении БСР мертвый объем ограничива­ ется минимальными размерами глубины около I м.'Для умень­

шения фильтрации воды из бассейна при необходимости внутрен­ няя поверхность его облицовывается. С этой целью используют­ ся дешевые покрытия на битумной основе, полиэтиленовые плен­ ки и другие материалы.

Г л а в а У

ГЦЦР0ТБХН1РГЕСКНЕ ТУШИЛИ

I . Схемы И типы гидротехнических туннелей

Гидротехническим туннелем называется горизонтальная или наклонная подземная выработка в системе гидротехнических со­ оружений, предназначенная для пропуска больших расходов воды По водохозяйственному назначению гидротехнические туннели де лятся на деривационные и транспортные. Деривационные туннели разделяются на подводящие, применяемые в качестве ороситель­ ных, гидроэнергетических и водоснабяенческих, и на отводящие используемые как водосбросные, строительные, канализацион­ ные, дренажные и гидроэнергетические. К транспортным отно­ сятся судоходные и лесосплавные туннели.

По гидравлическим условиям работы гидротехнические туннели делятся на напорные, в которых все внутреннее попе­ речное сечение заполнено водой, и безнапорные, в которых движение воды происходит при наличии свободной поверхности.

Гидротехнические тупнели в зависимости от условий их

•использования разделяются на постоянные и временные. К по­ стоянным относятся туннели, используемые при постоянной экс­ плуатации объекта. К временным относятся тунпели, использу-

- 125 -

емые п период строительства объекта или ремонта отдельных его сооружений.

Постоянные гидротехнические сооружения в зависимости от

К второстепенным гидротехническим сооружениям относятся отдельные сооружения и их части, прекращение работы которых не влечет за собой последствий, указанных для основных соору­ жений. К ним относятся гидротехнические туннели, предназнача­ емые для периодического использования (для опорожнения и про­ мыва водоемов и водоводов, водосбросные туннели). Однако их головной участок до -затворов классифицируется как основное сооружение.

В целях эффективного использования энергии водотока дери­ вационные туннели должны обеспечивать пропуск необходимого ко­ личества воды с наименьшими потерями при всех эксплуатационных уровнях воды в водохранилище. Вое сооружения деривационных тун­ нелей должны отвечать комплексу требований, предъявляемых к основным гидротехническим сооружениям соответствующего класса капитальности.

Деривационные водоводы могут быть безнапорными или напор­ ными. Безнапорные водоводы размещаются на более высоких отмет­ ках, близких к отметкам уровня верхнего бьефа, обычно мало изме­ няющегося в этих схемах. Напорные водоводы располагаются на бо­ лее низких отметках, иногда на несколько десятков метров нике наивысшего уровня верхнего бьефа, что позволяет значительно увеличить полезную (рабочую) емкость водохранилища. В-связи с этим в настоящее время при выборе схем деривационных гидро­ электростанций отдается предпочтение напорным водоводам.

В обеих схемах деривация может осуществляться как в виде водовода одного типа по всей длине (например, канала или тун-

■ Гидротехнические туннели, как правило, являются дорогими строительными сооружениями, но и наиболее надежными в отно­ шении подвода воды к сооружениям гидроэлектростанции. Они

долговечнее водоводов.,, расположенных на поверхности, не тре­ буют постоянного наблюдения и частыхремонтов, как каналы, лотки и трубопроводы. ' ■”

В массиве горных пород, окружающем туннель, колебания температуры незначительны, в нем не возникают ледовые затруд­ нения, с которыми неизбежно связана работа деривационных на­ земных водоводов в местностях с суровым климатом. Очевидные преимущества имеют туннели и в отношении недосягаемости для ■ различных сейсмических воздействий и других стихийных бедст­

Гидротехнические туннели составляют один из основных сложных элементов комплекса сооружений ЕЭС, поэтому они тре­ буют специального подхода к разрешению вопросов типа туннеля, трассы, прочности и водонепроницаемости обделки, состава бето­

на, методов проведения т работ и пр.

“Деривационные туннели применяют для подвода воды от водо­ хранилища к напорному водоводу станции в тех случаях, когда устройство других типов деривационных сооружений (открытого канала, трубы, лотка и др.) нецелесообразно или невозможно по топографическим, геологическим или технико-эковомическим условиям.

Применение деривационного туннеля обусловливается следу­ ющими факторами: наличием между водохранилищем и зданием ГЭС горного массива, сильно'Изрезанного рельефа или крутых скло­ нов; наличием, твердых и надежных скальных пород; технико-эко­

изгибам рельефа местности; большой устойчивостью и надежностью туннеля как сооружения по сравнению с открытым каналом, трубой или другими деривационными сооружениями в условиях крутых скло­ нов и сейсмических явлений района.

- 128 -

Выбор типа ттанеля - безнапорного или напорного - про- ■вводят г- .vhrtom обией компоновки гидроузла, назначения тун­

неля, гидгпг'‘Ч!ческого режима ого работы, глубины заложения, инженерно-геологических условий массива и способа проведения работ. Безнапорный туннель обычно применяют при достаточном

постоянстве и небольших колебаниях уровней водохранилища, когда забор воды можно проводить непосредственно из верхних его слоев. D этом случае водохранилище обычно не тлеет боль-

регулирующего значения.

Ррг ■'ночительних колебаниях уровня водохранилища, вызыва­ емых рпггпом реки или условиями работы водохранилища кок регулирующего бассейна, забор воды проводят с больших глубин. В этом случае все сечение туннеля заполнено водой и туннель работает под напором воды. При напоре, достигающем часто зна­ чительной Ее личины, необходимо применить особо прочную обдел­ ку, стоимость'которой существенно выше стоимости обделки без­ напорного туннеля. Глубокие водоприемники.напорных туннелей' также слезнее г дороже водоприемников безнапорных туннелей. Разница в стоимости напорного и безнапорного туннелей зави­ сит от горно-геологических условий трассы туннеля: прп слабых и сильно нарушенных породах она весьма значительна и уменьша­ ется при монолитных скальных породах.

Выбор между напорным и безнапорным туннелями производят в каждом отдельном случае с учетом схемы регулирования водно­ го режима, топографических, геологических, гидрогеологиче­ ских , экономических и прочих условий, играющих значительную

роль при решении этой задачи. Если по условиям работы туннель может приниматься напорным или безнапорным, то его тцп должен . быть выбран на основе технико-экономического сравнения вари­ антов.

Отводящие туннели гидроэлектростанций еле,дует принимать, пак правило, безнапорными. При значительных колебаниях уровня воды нижнего бьефа, когда для осуществления в отводящем тун­ неле безнапорного режима требуется большая высота его попе­ речного с е н т т , можно использовать неполный отводящий туннель

-129 -

суравнительным резервуаром в случае необходимости. Когда наполнение безнапорного отводящего туннеля по всему сечению

порному давлению води сил на обделку, складывающихся с оилямп горного давления, что может вызвать появление в обделке пере­ напряжений. В подобных случаях необходимо производить лабора­ торное исследование на модели для выявления «хапяктера пульсации

Водосбросные и строительные туннели иногда делают комбини­ рованными, имеющими наклонный и горизонтальный участки одновре­ менно. Для таких сооружений допускается строительство в наклон­

Форма поперечного сечения гидротехнического туннеля выби­ рается в зависимости от гидравлического режима работы туннеля, инженерно-геологических условий по тпассе, статической работы обделки, способа проходки и применяемого проходческого обору­ дован ия.

Напорные туннели, как правило, бывают кругового очертания (см. рис. 10, II, 33,а ). Такая простоя форма поперечного се­ чения позволяет применять механизированный способ проходки и бетонирования туннелей, требует минимального объема выемки по­ роды и бетонной обделки. По пропускной способности туннеля кру­ гового очертания характеризуются наилучшими гидравлическими показателями. В статическом отношении равномерное внутреннее давление вода хорошо воспринимается несущей обделкой, в виде

кольца. ■ в Напорные деривационные туннели могут иметь и другие очер­

тания. Практик!* проектирования гидротехнических туннелей пока­ зывает, что когда на обделку одновременно действуют напор и горное давление, более выгодны туннели овального очертания с