5711

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:

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.

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:

15

– 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:

16

где "в#– коэффициент потерь на входе, равный 0,2-0,5; V– скорость течения в тоннеле.

ж) Найти отметку верхнего бьефа УВБ

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:

где b– ширина тоннеля.

Отметка верхнего бьефа будет равна:

Максимальный перепад отметок верхнего и нижнего бьефов при пере-

крытии составит:

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:

причем она не может быть выше, чем

ПНП = УНБ – Н – 1,5 м.

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:

где m = 0,35; b – ширина тоннеля.

Расчет следует свести в таблицу по форме 1.

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.