5711
.pdf11
ГНП = УНБ+ а
где hп , ∆h и а можно принимать по п.«г».
к) При пропуске расходов второй очереди через глубинные водосбросы ГЭС или
донные отверстия плотины отметку порога последних и отметку верхнего бьефа можно определять приближенно из формул их пропускной способности:
- при незатопленном выходе с нижнего бьефа:
|
|
Q = μω |
2gH |
|
(17) |
||||||
где |
Н – |
напор над центром выходного отверстия; |
|
||||||||
|
ω – |
площадь выходного отверстия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- при затопленном выходном отверстии: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Q = μω |
|
, |
|
|
|
||||
|
|
2gz |
(18) |
||||||||
где z |
– перепад между верхним и нижним бьефами; µ - коэффициент расхода, |
||||||||||
определяемый по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
μ = |
|
1 |
|
|
|
|
|
(19) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 + ξ |
+ |
|
2gL |
|
|
||||
|
|
c2 × R |
|
||||||||
|
|
|
|
вх |
|
||||||
где ξ - потери на входе, равные 0,2 ÷ 05 ; L – |
|
длина водосброса; с – |
коэффициент |
||||||||
Шези; R – |
гидравлический радиус; n – коэффициент шероховатости бетона. |
л) При пропуске расходов второй очереди через незаконченные турбинные блоки ГЭС пропускная способность их может быть определена:
- для случая свободного перелива через кратер турбинной шахты:
Q = mπD |
2g |
h3 / 2 |
(20) |
где h – напор над верхней кромкой турбинной шахты; m – |
коэффициент расхода, |
||
принимаемый равным 0,24. |
|
- для случая затопленной и выштрабленной отсасывающей трубы:
Q = μω2gz.
Коэффициент µ в зависимости от состояния турбинного блока изменяется в пределах от 0,35 до 0,76 и может приниматься по данным журнала [15, 16].
12
м) В случаях возведения гидроузлов более чем в две очереди, строительные рас-
ходы во вторую очередь нередко пропускают через часть свободного русла и гре-
бенку или донные водосбросы бетонных сооружений. Расчет в этом случае следу-
ет производить методом последовательных приближений:
-Задаться отметкой верхнего бьефа.
-Определить расход, проходящий через сжатую часть русла:
Q = μωV сж |
(21) |
|
V сж = V в + ϕ |
|
|
2gz |
(22) |
где µ - коэффициент, равный 0,9 при двухстороннем сжатии и 0,95 при односто-
роннем; ω – площадь живого сечения, м2; Vсж– скорость в сжатом русле, м/с; ϕ -
коэффициент скорости, зависящий от стеснения русла и типа перемычек, равный
0,8-0,85; Vв – скорость течения в естественном русле перед верховой перемычкой,
м/с.
-Определить расход через бетонные сооружения по соответствующим формулам гребенки или донных отверстий.
-Найти суммарный расход для принятой отметки верхнего бьефа.
-Задаваясь разными отметками ВБ и повторяя расчет, построить кривуюдля верхнего бьефа и по ней определить отметку, при которой могут быть
пропущены расходы QР.С и QР.П.
Найденные отметки ВБ позволяют определить перепад при перекрытии zмакс
и отметку гребня верховой перемычки.
2.2. Расчет пропуска строительных расходов по обводным тоннелям
Строительные тоннели могут быть: безнапорными – сечение их заполнено водой не полностью, напорными – они на всем своем протяжении имеют над сво-
дом давление воды (по нормам не менее 1,5 – 2,0 м).
Для отвода воды в строительный период используются преимущественно тоннели безнапорного типа. При длинных (более 1000 м) тоннелях и больших строительных расходах в целях облегчения условий перекрытия русла целесооб-
разно применять тоннели напорного типа.
I |
II |
III |
IV |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
1 |
R |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
4 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
H |
H |
3 |
|
R |
H |
|
R |
R |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|||
R |
|
|
|
|
|
|
|||
|
R |
|
|
|
|
R |
|
|
|
B |
B |
|
|
B |
|
|
B |
|
|
V
1 |
R |
H |
B |
Рис.1 - Типы сечений строительных тоннелей
Рекомендуемые размеры поперечных сечений тоннелей (в долях пролета):
13
|
а) При незначительных колебаниях |
|
|
|
б) При значительных колебаниях |
|
|
|||||||||
|
уровня воды в тоннеле |
|
|
|
|
|
уровня воды в тоннеле |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
|
Н/В |
r1/В |
|
r2/В |
r3/В |
r4/В |
|
Тип |
|
Н/В |
r1/В |
r2/В |
|
r3/В |
r4/В |
тоннеля |
|
|
тоннеля |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I |
|
1 |
1/√2 |
|
0,1-0,15 |
_ |
_ |
|
I |
|
1-1,5 |
1/√2 |
0,1-0,15 |
|
_ |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
II |
|
1 |
0,5 |
|
0,1-0,15 |
_ |
_ |
|
II |
|
1-1,5 |
0,5 |
0,1-0,15 |
|
_ |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III |
|
1 |
0,25 |
|
0,2-0,25 |
1 |
_ |
|
III |
|
1-1,5 |
0,25 |
0,2-0,25 |
|
1-2 |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IV |
|
1 |
0,5 |
|
0,1-0,15 |
1-1,5 |
1-1,5 |
|
IV |
|
1-1,5 |
0,5 |
0,1-0,15 |
|
1,5-2 |
1-1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
1 |
0,5 |
|
_ |
_ |
_ |
|
V |
|
1 |
0,5 |
_ |
|
_ |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
В гидростроительстве приняты пять типов сечений тоннелей. Размеры их рекомендуется принимать по таблице 1.
Для безнапорных тоннелей в зависимости от инженерно-геологических условий рекомендуется применять:
Тип I – в плотных и прочных скальных породах без горного давления;
Тип II – в породах с небольшим вертикальным давлением (fКР>3) при отсут-
ствии бокового давления;
Тип III – в породах с большим вертикальным и небольшим боковым горным давлением (fКР> 1,5÷3)
Тип IV – в породах с большим вертикальным и боковым давлениями (fКР< 1,5),
а также в породах с давлением снизу.
Безнапорные тоннели в монолитных, малотрещиноватых и устойчивых скальных породах следует выполнять без обделки. Напорные тоннели в анало-
гичных условиях допускается оставлять без обделки при залегании их ниже дневной поверхности не менее половины внутреннего напора воды.
Для напорных тоннелей рекомендуется принимать сечение круглой фор-
мы (тип V). При некруглой форме в породах с горным давлением предпочти-
тельнее тип IV. Некруглая форма может приниматься с применением тонко-
стенной обделки в сочетании с укрепительной цементацией.
2.2.1. Рекомендуемая последовательность расчета безнапорного тоннеля
а) Определить коэффициент крепости пород по Протодьяконову fКР и вы-
брать форму поперечного сечения тоннеля. Задать трассу и найти длину тонне-
ля.
б) Выбрать неразмывающую скорость пород или обделки тоннеля (по таблице 2) и назначить по ней предварительное сечение и его размеры:
∙ |
РС |
, |
(23) |
МАКС |
|||
HB≤(0,7÷0,85 )HТ. |
|
15
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Породы |
|
Средняя скорость м/с, при глубине, м |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
2,0 |
3,0 |
|
Конгломерат, мергель, сланцы |
|
2,0 |
|
|
3,0 |
3,5 |
|
Плотный конгломерат, известняк, известко- |
|
3,0 |
|
|
4,0 |
4,5 |
|
вый песчаник, доломитовый известняк |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Доломитовый песчаник, плотный не слои- |
|
|
|
|
|
|
|
стый известняк, кремнистый известняк, |
|
4,0 |
|
|
6,0 |
6,5 |
|
мрамор |
|
|
|
|
|
|
|
Граниты, диабазы, базальты, андезиты, |
|
1,5 |
|
|
2,0 |
2,2 |
|
кварциты, порфиры |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Бетон марок 100 и 200 |
|
10-13 |
|
13-19 |
15-20 |
|
|
в) Определить уклон тоннеля I по формуле: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
24 |
||
∙ ∙ |
|
|
|
||||
где Q – расчетный расход строительного периода; – |
живое сечение тоннеля; с |
– коэффициент Шези (может быть принят по [5] и [6]); R – гидравлический ра-
диус.
г) Выбрать высотное положение тоннеля.
Отметку порога верхового портала ПВП следует назначать возможно
низкой. Но она для безнапорного тоннеля не может быть ниже:
ПВП = УНБ + IL – h B, |
(25) |
ПНП = УНБ – hB , |
(26) |
где УНБ – отметка нижнего барьера при QР.С; hB = 0,85HТ – |
максимально допу- |
стимая глубина тоннеля. |
|
д) Проверить пропускную способность тоннеля при определенных расче- |
|
том параметрах по формуле: |
|
Q= √ |
(27) |
е) Определить перепад у входного портала |
|
z= в∙ |
(28) |
! |
|
16
где "в#– коэффициент потерь на входе, равный 0,2-0,5; V– скорость течения в тоннеле.
ж) Найти отметку верхнего бьефа УВБ
УВБ = УНБ + IL + z. |
(29) |
и) Назначить отметку гребня верховой перемычки ГВП и низовой пере-
мычки ГНП по формулам (16).
к) Подсчитать объемы работ и их стоимости по рассчитанному варианту тоннеля и соответствующей ему верховой перемычке.
л) Рассчитать еще несколько вариантов тоннелей при разных отметках верховой перемычки с определением их стоимостей. По этим данным постро-
ить график зависимости суммарной стоимости тоннеля и перемычки от площа-
ди тоннеля. Выбрать по графику оптимальный вариант [5].
м) Для принятого тоннеля необходимо определить максимальный пере-
пад бьефов при перекрытии русла. При пропуске расчетного расхода перекры-
тия тоннель с верхнего бьефа, как правило, не подтоплен и работает как водо-
слив с широким порогом. Поэтому напор на пороге верхового портала Н может быть найдет из формулы:
Н = $ |
|
( ,*/ |
(30) |
%&' ! |
где b– ширина тоннеля.
Отметка верхнего бьефа будет равна:
УВБ = ПВП + Н. |
(31) |
Максимальный перепад отметок верхнего и нижнего бьефов при пере-
крытии составит:
Zмакс = УВБ – УНБ. |
(32) |
17
Правильно выбранный тоннель должен обеспечивать возможность пере-
крытия русла реки при наибольшем перепаде, не превышающем рекомендуе-
мые значения [4] и [5].
2.2.2. Рекомендуемый порядок расчета напорного тоннеля
а) Выбрать согласно рекомендаций п. 2.2 трассу и сечение тоннеля,
назначить его размеры и длину, определить среднюю скорость течения воды:
VСР= -Р.С, м/с.
б) Определить смоченный периметр Р, гидравлический радиус Rи, необ-
ходимый уклон тоннеля. Предварительно надлежит принять решение облицо-
ванным или необлицованным будет тоннель, каков его коэффициент шерохова-
тости:
I = |
СР |
(33) |
|
с ∙/ |
|||
|
|
в) Найти напор, необходимый для создания расчетной скорости при входе в тоннель, z2 и общий напор в нем:
z = СР
2 0 ∙ !
z =z z = IL + СР
1 + 2 0 ∙ !
где 1 – коэффициент скорости, принимаемый от 0,8 до 0,9.
Тогда:
УВБ = УНБ + z
г) Определить коэффициенты сопротивления:
−на входе "в# = 0,2;
−по длине тоннеля:
"дл = λ∙ 3/2
(34)
(35)
(36)
(37)
18 |
|
|
|
|
|
− на выходе: |
|
||||
"вых= (1 - |
4 |
,2 |
(38) |
||
СР |
|||||
где λ = 0,02; V0 – скорость течения в реке. µ – общий коэффициент расхода си- |
|||||
стемы: |
|
||||
µ =5 |
|
|
|
||
|
. |
(39) |
|||
6 Ɛ |
д) Найти пропускную способность принятого тоннеля:
Q = µ ω'289
Тоннель может быть признан удовлетворяющим требованиям при рас-
хождении полученной пропускной способности с расчетным строительным расходом не более 5%.
е) Определить высотное положение тоннеля и его порталов. Отметку по-
рога верхового портала по условиям перекрытия русла целесообразно назна-
чать близкой к отметке дна реки. Отметка порога низового портала определится уклоном тоннеля:
ПНП = ПВП – IL |
(40) |
причем она не может быть выше, чем
ПНП = УНБ – Н – 1,5 м.
19
|
|
À |
|
|
|
ОСЬ СИММЕТРИИ |
|
|
ÐАЗРЕЗ ПО À-À |
|
|
|
|
4 |
À) |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
(МЕЖЕНЬ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
5 |
3 |
2 |
|
4 |
|
|
6 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
5 |
À |
5 |
ÐАЗРЕЗ ПО À-À |
|
|
(ПАВОДОК) |
|
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
1-Àÿ Î÷ЕРЕДЬ РАБОТ |
|
ÓÂ |
|
5 |
|
|
4 |
|
|
|
|
Á |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
6 |
3 |
|
|
|
|
|
5 |
|
ÐАЗРЕЗ ПО Á-Á |
|
|
|
|
Á) |
|
|
|
|
|
|
5 |
5 |
ÓÂ |
5 |
5 |
|
|
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Á |
|
|
ÐАЗРЕЗ ПО Â-Â |
|
|
|
|
(МЕЖЕНЬ) |
|
|
2-Àÿ Î÷ЕРЕДЬ РАБОТ |
|
6 |
5 |
||
|
|
||||
|
|
|
|||
|
 |
2 |
|
3 |
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
6 |
2 |
6 |
ÐАЗРЕЗ ПО Â-Â |
|
3 |
|
(ПАВОДОК) |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
5
ОСЬ СООРУЖЕНИЙ
1 |
5 |
|
|
|
|
2 |
6 |
3 |
1 |
|
|
|
 |
Рис. 2 – Комбинированные схемы пропуска строительных расходов с секционирова-
нием русла: А – схема с тоннелем, Б – схема с отверстием в устое; 1 – незатопляемый котлован ГЭС, 2 – затапливаемый в паводки котлован плотины, 3 – раздельный устой, 4 – тоннель на расход межени, 5 – незатопляемые перемычки, 6 – затопляемые в па-
водки не размываемые перемычки.
20
ж) Найти наибольший перепад между бьефами при перекрытии русла. Для это-
го построить кривую пропускной способности тоннеля при незатопленном режиме его работы, пользуясь формулой:
Q = mb'28 ∙ */ |
(41) |
где m = 0,35; b – ширина тоннеля.
Расчет следует свести в таблицу по форме 1.
|
|
|
Форма 1 |
|
|
|
|
|
|
Уровень верхнего |
Глубина перед |
|
|
|
входом в тоннель |
Н*/ |
Расход, м3/c |
|
|
бьефа, м |
|
|||
|
Н, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
По кривой найти напор Н, при котором может быть пропущен через тон-
нель расход QР.П, и определить максимальный перепад бьефов при перекрытии:
Zмакс = УВБ – УНБ = ПВП + Н – УНБ.
Сечение тоннеля и его высотное положение выбраны правильно, если
Zмакс близко по значению рекомендациям [4] и [5].
к) Проверить пропускную способность при назначенном уклоне и ширине при безнапорном движении потока.
Пропускная способность считается рассчитанной верно, если принятое сечение и уклон достаточны для прохождения расчетного расхода при глубине воды, не вызывающей подтопления или затопления входного отверстия. Для этого необходимо, чтобы глубина потока внутри тоннеля не превышала 2/3
глубины перед его входом.
Расчет ведут в следующем порядке:
−Принимают (по таблице) Н, соответствующее расходу перекрытия.
−Определяют глубину воды в тоннеле h = (2/3)Н.
−Находят для глубины h живое сечение потока, смоченный периметр, гид-
равлический радиус и коэффициент Шези.