Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Анализ вопросов эксплуатации туннелей магистральных каналов мелиоративного назначения. Научный обзор
.pdf
Рисунок 5 – Затворы входного портала
Рисунок 6 – Затворы входного портала
11
Рисунок 7 – Подъемный механизм
Рисунок 8 – Подъемный механизм
12
Рисунок 9 – Подъемный механизм
В каждом портале подъем и маневрирование рабочим и ремонтным
затворами осуществляется мостовым электрическим краном грузоподъемностью 15 т, установленном на подкрановых путях в здании портала.
Подъемная лебедка крана приводится в действие электромотором
мощностью 60 кВ, а передвижение крана осуществляется электромотором
мощностью 15,0 кВ.
Два туннеля с началом на ПК 306+60 расположены параллельно друг
другу с расстоянием между осями 40 м, имеют диаметр в свету левой нитки (первой) при тюбинговой обделке – 5,5 м и правой нитки (второй) при
железобетонной обделке по 55 м3/с. Глубина наполнения в обоих туннелях
составляет 85 % от диаметра, уклон туннелей – 0,00006.
Туннели имеют постоянную вентиляцию через трубы, выведенные
на поверхность земли в четырех точках на каждой нитке. Левая нитка туннеля располагается, в основном, в зоне контакта между скифскими глинами и подстилающими их ергенинскими песками таким образом, что верх-
13
няя половина сечения туннеля находится преимущественно в глинах и суглинках, а нижняя – в песках.
Гидрогеологические условия района трассы левой нитки туннеля
характеризуются наличием «верховодки», расположенной в толще делювиальных отложений и встречаются на высоких отметках водораздела. Уровень «верховодки» не спускается ниже отметки 55,0 м, так как
ближе к склонам грунтовые воды дренируются развитыми здесь балками
и оврагами.
«Верховодка» имеет незначительный дебит. Общий уклон поверхности верховых вод равен 0,00002 с направлением потока от северного к южному порталам.
Кроме «верховодки» трасса характеризуется наличием мощного и
постоянного водоносного горизонта, приуроченного к пескам ергенинских
отложений.
Этот водоносный горизонт залегает на всем протяжении трассы туннеля ниже его основания на 6,16 м у северного и на 2,7 м у южного порталов. Геологические и гидрогеологические данные по трассе правой нитки
туннеля те же, что и по левой трассе, за исключением увеличения мощи
песков различных фракций.
Воды верхнего горизонта слабо минерализованы, нижний горизонт
грунтовых вод имеет значительную минерализацию за счет сульфатов и
хлоридов.
Выходные (южные) порталы туннелей по конструкции аналогичны
северным порталам, но без щитов и зданий над порталами. Подъем и опускание ремонтных шандор предусмотрены автокраном (рисунок 10).
В отличие от северных, южные порталы имеют общую длину 28,75 м
или на 17,8 м короче.
14
Рисунок 10 – Выходной портал
Отметка выхода туннелей – 23,35 м или на 3,65 м ниже отметки
входного участка туннелей. Плита южного портала у шандор имеет отметку 22,8 м, а дно канала у южных порталов отметку – 22,72 м.
1.1 Поперечное сечение гидротехнических туннелей
Площадь поперечного сечения туннеля определяют гидравлическим
расчетом по обычным формулам гидравлики. При расчете деривационных
туннелей среднюю скорость в туннеле принимают на основе техникоэкономических расчетов. Обычно скорости принимают в пределах 1,5-4 м/с.
Возможно увеличение шероховатости внутренней поверхности бетона
в туннеле из-за наростов микроорганизмов и отложения солей со временем.
В основном применяют следующие формы сечения безнапорных
туннелей [3]:
- Ι – корытообразное (прямоугольное) сечение с пологим сводом;
- ΙΙ – корытообразное сечение с полуциркульным сводом;
- ΙΙΙ – коробовое сечение с уширенным основанием;
15
- ΙV – подковообразное сечение;
- V – круглое сечение.
При соответствующем технико-экономическом обосновании возможны отступления от этих форм сечений безнапорных туннелей.
В сложных инженерно-геологических условиях (высокое давление
подземных вод, которое нельзя снизить с помощью дренажа, или несимметричное горное давление относительно вертикальной оси туннеля) может применяться форма сечения, приближающаяся к овальной форме, или
круговое сечение безнапорного туннеля.
В производственном отношении круглая форма сечения туннелей
удобна только при щитовом способе проходки; при горных способах проходки наиболее удобно сечение с плоской подошвой и сводчатым перекрытием.
Минимальные размеры сечения туннелей в свету по условиям техники безопасности и размещения в них строительного оборудования и коммуникаций не должны быть менее 4 м2. Максимальные сечения туннелей
достигают 400 м2 и более. Соотношение размеров форм поперечных сечений туннеля приведено на рисунке 11.
По производственным условиям не применяют поперечные сечения
шириной меньше 1,5 м и высотой меньше 1,8 м.
Форму поперечного сечения туннеля принимают, исходя из инженерно-геологических, гидравлических условий и возможностей производства работ малой стоимости. Туннельная выработка изменяет напряженное
состояние окружающей породы и обусловливает возникновение в ней растягивающих напряжений, приводящих к деформации породы и при недостаточной ее прочности – к обрушению кровли выработки и выпучиванию
боковых стенок.
Для предотвращения указанных нежелательных явлений по контуру
выработки при проходке устраивают временную крепь, которая в дальнейшем заменяется обделкой, воспринимающей давление деформирующейся породы.
16
а б
в г
д
а – корытообразное с пологим сводом; б – с полуциркульным сводом;
в – коробовое с уширенным основанием; г – подковообразное; д – круглое сечение
Рисунок 11 – Поперечные сечения безнапорных туннелей
Конструктивные характеристики туннелей, в зависимости от геологических условий, определяются следующими факторами [3]:
- петрографический (минералогический и химический) состав, литологические (структура и генезис) и текстурные (расположение и распределение частей) особенности, распространение, мощность и условия залега-
17
ния основных разновидностей горных пород, их сохранность и степень
выветривания;
- наличие, характер и ориентировка складчатых и разрывных тектонических структур, зон дробления, карстовых полостей, характер и ориентировка основных систем трещин, горное давление на крепь и обделку,
возможность пучения горных пород;
- гидрогеологические условия – наличие водоносных горизонтов и
скоплений (линз) подземных вод, их распространение, водообильность,
водопроницаемость пород (коэффициенты фильтрации), распределение
напоров подземных вод по трассе, химический состав и агрессивность,
возможность и последствия связи подземных вод с поверхностными
во время строительства и эксплуатации подземного сооружения;
- газоносность горных пород (возможность выделения или выброса
газов и породы);
- геотермические условия, оценка состояния многолетнемерзлых
пород;
- физико-механические свойства горных пород в массиве с учетом их
трещиноватости, влажности, выветривания (прочностные, деформационные свойства, параметры сдвига и др.);
- напряженно-деформированное состояние горных пород в районе
сооружения (с учетом влияния сейсмоактивности района строительства и
новейшей тектоники).
В гидравлическом отношении туннели работают как напорные или
безнапорные трубы.
По водохозяйственному назначению гидротехнические туннели де-
лятся на:
- ирригационные и обводнительные, например, туннели на Невинномысском канале, на магистральном канале Мало-Кабардинской оросительной системы, на Донском магистральном канале и др.;
- гидроэнергетические, устраиваемые на деривационных каналах
18
гидроэлектростанций (например, на Зеленчукской ГЭС – ГАЭС в КЧР, Гизельдонской ГЭС в республике Северная Осетия-Алания, Юмагузинский
гидроузел в республике Башкортостан);
- водопроводные и канализационные, встречающиеся, как правило,
в крупных населенных пунктах;
- судоходные и лесосплавные, применяемые на реках и крупных каналах. По одному из многих проектных вариантов Волго-Донского соединения судоходный канал между Волгой и Доном был запроектирован
в форме туннеля.
В зависимости от положения оси и характера туннельной выработки
существуют различные наименования туннелей:
- туннели, когда оси их горизонтальны или слегка наклонны;
- штольни, если выработка сравнительно невелика в поперечном сечении или имеет вспомогательное назначение;
- штреки – короткие туннельные выработки служебного назначения;
- шахты, когда их оси вертикальны или круто наклонены.
В естественном состоянии на некоторой глубине от дневной поверхности грунт находится в напряженном состоянии вследствие того, что вышележащие породы своей тяжестью давят на нижние слои. При проведении туннельных работ существующее равновесное состояние нарушается.
При выработках на некоторой глубине, если грунт недостаточно
прочен, происходит обрушение части его и в первую очередь со стороны
кровли. Устраивая облицовку производственной выработки, нужно рассчитать ее так, чтобы она воспринимала горное давление, проявляющееся
со стороны окружающего ее грунта.
1.2 Горное давление
В зависимости от характерных случаев пересечения гидротехническими туннелями пластов и трещин, в горном массиве пород (рисунок 12)
19
определяются условия проходки и крепления туннелей в зависимости от
простирания пластов [3].
а – ось туннеля перпендикулярна простиранию пластов; б – ось туннеля параллельно
простиранию пластов, но пласты расположены вертикально; в – ось туннеля
параллельна простиранию горизонтальных пластов
Рисунок 12 – Характерные случаи пересечения
туннелем пластов и трещин в горном массиве
В случае «а» проходка и крепление выработки облегчаются.
В случае «б» проходка не представляет особых сложностей при условии сохранения пластами устойчивости (не превзойдены сдвиговые сопротивления между пластами).
В случае «в» затруднения возникают при тонких пластах и больших
пролетах выработок с пологим сводом.
Наименее благоприятными для устойчивости пород (т. е. их способности их сохранять равновесие без образования вывалов) при проходке
туннелей и камер являются системы трещин с параллельным простиранием по отношению к оси выработки, а также трещины с углами падения
40-70°, т. е. составляющие острый угол со сводом выработки. Сюда же
следует отнести наличие в трещинах глинистого заполнителя, зеркал
скольжения и т. п. Характерные примеры вывалов породы при проходке
выработки по простиранию пластов показаны на рисунке 13.
Количественная оценка трещиноватости горных пород производится
по модулю трещиноватости М (количество трещин на 1 м массива по направлению, перпендикулярному плоскости трещин) и по коэффициенту
трещинной пустотности
к (объем пустот или трещин в единице объема
т..п.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]