8155

11

под защитой скальных целиков проходят один или несколько обводных тонне-

лей, верховые порталы которых оборудуют затворами. По завершении строи-

тельства тоннеля скальные целики разбирают, а русло реки перекрывают бан-

кетом. Под защитой банкета сооружают верховую и низовую перемычки, пере-

гораживая ими всю реку и образуя общий котлован для возведения русловых сооружений гидроузла. Расходы реки в период работ в котловане проходят по обводному тоннелю. После возведения сооружений тоннель закрывают затво-

рами, под защитой которых на его верховом участке бетонируют пробку. В

нижний бьеф в этот период пропускается только «санитарный расход» через специальные водосбросы в теле плотины. Основной же расход реки аккумули-

руется в водохранилище.

Форму поперечного сечения тоннеля выбирают, руководствуясь коэффи-

циентом крепости пород. В крепких слаботрещиноватых породах тоннели мо-

гут быть без крепления стен и свода; в остальных случаях их выполняют либо с бетонной обделкой, либо с облицовкой шприц-бетоном (торкретом).

2.2.3. Пропуск расходов комбинированным способом

Пропуск строительных расходов комбинированным способом может осуществляться по одной из двух схем.

Первая схема используется для гидроузлов с высокими грунтовыми пло-

тинами на реках с большими расчетными паводками. Она предусматривает пропуск расходов межени по небольшому строительному тоннелю, а половодье

— по руслу реки через недостроенную плотину. Тоннель рассчитывают на рас-

ход, близкий к максимальному расходу межени. Гребень и откосы недостроен-

ной грунтовой плотины укрепляют от размыва при пропуске паводка.

Для защиты недостроенных грунтовых плотин от размыва паводками ис-

пользуют: крепление гребня и откосов крупным камнем или габионами;

устройство монолитного железобетонного крепления на откосах; крепление ни-

зового откоса сборными железобетонными плитами (чешуей); армирование ка-

12

менной наброски на откосе металлической сеткой; устройство ряжевого или бе-

тонного порога.

Вторая схема рекомендуется для возведения гидроузлов с бетонными плотинами в недостаточно широких для секционирования русла створах, а так-

же при больших паводковых расходах. Она предусматривает:

− проходку небольшого (на расход межени) строительного тоннеля пре-

имущественно без обделки; − перекрытие русла и сооружение в межень двух котлованов: незатопляе-

мого — для станционной плотины и здания ГЭС и ежегодно затопляемого па-

водками котлована водосливной плотины; − круглогодичное производство всех работ в котловане ГЭС и сезонное

(только в межень) — в котловане менее трудоемкой плотины с пропуском рас-

ходов межени через строительный тоннель, а паводков — дополнительно, через затапливаемый котлован и недостроенную водосливную плотину с донными отверстиями или «гребенкой».

2.2.4. Гидравлические расчеты при секционировании русла

При секционировании русла для каждой очереди работ определяют: ско-

рости и перепады в реке на участке створа, расположение и размеры водопро-

пускных отверстий, отметки гребня перемычек и условия перекрытия русла.

Расчет пропуска расходов через суженное русло. Начинают с опреде-

ления скорости потока в стесненном русле (рис. 2.1)

сж = р (2.1)

сж

При сж, большем размывающей скорости, для грунтов русла производят проверку стесненного русла на размыв [3].

Перед суженным руслом, образуется подпор Zрacч, влияющий на высоту верховой перемычки. Величину его определяют по формуле (2.2) методом под-

становок с построением графика [3].

13

Рисунок 2.1 – Схема к расчету пропуска расходов секционированием русла

где V0 – скорость в верхнем бьефе с учетом подпора; φ=0,8-0,85.

Отметки гребня перемычек первой очереди определяют по формулам

(2.3) и (2.4):

верховая перемычка

низовая перемычка

где УВб – уровень в реке при расчетном строительном расходе; d − превышение гребня с учетом нагона, наката волны и запаса; a – запас.

Расчет пропуска расходов второй очереди. Расходы второй очереди пропускают либо через постоянные водосбросы плотин и ГЭС, либо через недостроенную водосливную плотину по донным отверстиям или методом

«гребенки». В современном гидростроительстве наибольшее применение полу-

чил пропуск строительных расходов по временным донным отверстиям. Гид-

равлический расчет в этом случае ведут по следующей схеме.

14

В зависимости от конструкции сооружения и величины расчетного рас-

хода назначают число и размеры донных отверстий.

Определяют отметку порога донных отверстий из условия получения до-

пустимого перепада Zмакс на банкете при перекрытии русла. При незатопленном входе в донное отверстие расчет можно вести по формулам:

где п - глубина воды на пороге донного отверстия.

По формулам пропускной способности донных отверстий (2.5) и (2.6)

находят отметку УВБ при расчетном строительном расходе:

при незатопленном выходе

при затопленном выходе

1

= 2. (2.7)

1+ + 2

Здесь − коэффициент расхода; во − площадь выходного отверстия; −

перепад между УВБ и УНБ; L – длина водосброса; ξ – коэффициент сопротив-

ления на входе; С – коэффициент Шези; R – гидравлический радиус.

Обычно для определения УВБ строят графики пропускной способности донных отверстий при различных уровнях верхнего бьефа (УВБ(Q)).

При известном УВБ назначают отметки гребня перемычек второй очере-

ди.

15

2.2.5. Гидравлический расчет безнапорного тоннеля

Расчет начинают с выбора трассы, определения длины и формы попереч-

ного сечения тоннеля (рис. 2.2). Затем, задаваясь неразмывающей скоростью потока в тоннеле Vмакс, находят предварительное сечение его по формуле (2.8):

и назначают размеры из условия, при котором hв=(0,7-0,85)Н, а H/b=1,0 - 1,5.

По формуле (2.9) определяют уклон тоннеля I

2

= р (2.9)

2С2

и выбирают высотное положение его порталов. Отметка порога низового пор-

тала — ПНП для безнапорного тоннеля не может быть ниже, чем УНБ − в. То-

гда отметка порога верхового портала будет: ПВП = УНБ − в + .

После определения всех параметров тоннеля проверяют его пропускную способность и находят отметку верхнего бьефа

Рисунок. 2.2 − Схема к расчету безнапорного тоннеля

По отметкам верхнего и нижнего бьефов назначают отметки верховой и низовой перемычек.

17

VСР= Р, м/с.

Необходимый уклон тоннеля

Общий напор

2

z = IL + СР

2∙2

Уровень верхнего бьефа:

УВБ = УНБ + z.

Проверка пропускной способности тоннеля:

Q = µω√2.

Высотное положение тоннеля и его порталов. Отметку порога верхового портала по условиям перекрытия русла целесообразно назначать близкой к от-

метке дна реки. Отметка порога низового портала определится уклоном тонне-

ля:

ПНП = ПВП – IL

Назначение отметок гребня перемычек и выбор экономически оптималь-

ных размеров тоннеля производится аналогично безнапорным тоннелям.

2.2.7. Расчет пропуска строительных расходов комбинированным

способом

1 - подобрать параметры строительного тоннеля (сечение, уклон, длину,

отметки порогов порталов) и отметки гребня затопляемых паводками перемы-

чек при пропуске расхода межени, выбираемому по характерному гидрографу реки;

2 - определить уровни воды в ВБ и котловане водосливной плотины (вы-

ше низовой перемычки и выше недостроенной плотины) при пропуске через

18

котлован расчетного весеннего паводка (за минусом пропускаемого через стро-

ительный тоннель расхода);

3 - найти отметки гребня верховой перемычки незатопляемого котлована и раздельного устоя (продольной перемычки) по соответствующим уровням ре-

ки в ВБ и котловане водосливной плотины.

2.2.8. Обеспечение судоходства при строительстве гидроузла

Для сохранения возможности судоходства в створе строящегося гидроуз-

ла обычно предусматривают:

ограничение перепада при сужении русла реки перемычками до 0,8 м и ско-

рости течения на суженном участке до 3,0 м/с;

обеспечение ширины судового хода при встречном движении судов не менее

250 м, а при одностороннем — около 100 м;

перекрытие русла реки после окончания навигации;

ввод судоходных сооружений в эксплуатацию к началу очередной после пе-

рекрытия русла навигации.

При невозможности наполнения водохранилища к началу навигации или

вводе первых агрегатов ГЭС на пониженном напоре осуществляют одно из ни-

жеперечисленных мероприятий:

углубляют верхний подходной канал и временно понижают порог верхней головы шлюза до нужных для судоходства отметок;

при двухступенчатом шлюзе с каналом между ступенями последний времен-

но соединяют с верхним бьефом ГЭС .в обход верхней ступени шлюза и ис-

пользуют суда через нижнюю ступень;

в некоторых случаях организуют временное раздельное судоходство в верх-

нем и нижнем бьефах с перевалкой грузов.

19

2.3. Перекрытие русел рек

Перекрытие реки – это отвод ее из естественного русла в новое искус-

ственное русло для возведения части или всех напорных сооружений гидроуз-

ла.

Фронтальный способ. Перекрытие русла производится равномерной по всей ширине реки отсыпкой каменного банкета с наплавного или стационарно-

го моста автосамосвалами. По мере увеличения перепада на банкете и скоро-

стей потока в проране наряду с камнем отсыпают бетонные массивы, кубы или тетраэдры. В современном гидростроительстве фронтальное перекрытие при-

меняют на многоводных реках с размываемым ложем.

Пионерный способ. Предусматривает торцевую отсыпку камня в один или несколько банкетов до соединения их с противоположным берегом реки.

Этот метод прост и дешев, не требует специальных сооружений. Он широко применяется в современном гидростроительстве и рекомендуется для всех рек с трудно размываемым ложем и при расходах до 3000 м3/с при размываемом рус-

ле.

Безбанкетное перекрытие. Основано на подаче в проран земснарядами такого количества грунта, которое, превышает транспортирующую способность потока; поток перенасыщается грунтом и часть последнего оседает в проране,

создавая нужную преграду. Рекомендуется к применению при небольших (до

40 см) перепадах и расходах не более 2000 м3/с.

Перекрытие направленным взрывом. Выполняют путем обрушения направленным взрывом в реку большой массы скальных пород, заполняющих русло до незатопляемых отметок. Применяется преимущественно в узких уще-

льях горных рек. Отличительная черта этого способа — возможность перекры-

тия рек при значительно больших по сравнению с другими методами конечных перепадах уровня воды.

2.4. Выбор способа, схемы и времени перекрытия русл рек

20

В первую очередь рассматривают возможность выполнения работ без-

банкетным или пионерным способом. На горных реках сначала оценивают воз-

можность перекрытия массовым взрывом, а затем — пионерным способом.

Фронтальное перекрытие, как наиболее трудоемкое и дорогое, применяют лишь при невозможности использования других методов.

Время перекрытия, как правило, назначают на период наименьших расхо-

дов в реке, а при интенсивном судоходстве связывают с окончанием навигации.

Перекрытие нередко целесообразно выполнять в зимний период со льда.

Работы по перекрытию рекомендуется вести с обоих берегов, а проран при пионерном способе располагать на менее глубоком участке реки, что поз-

воляет уменьшить крупность отсыпаемого на заключительном этапе материала.

Для уменьшения перепада нередко отсыпают одновременно несколько парал-

лельных банкетов, перераспределяя перепад между ними.

2.5. Подготовка к перекрытию и закрытие прорана

Подготовка к перекрытию включает: расчистку водоотводящего тракта,

крепление дна в районе прорана (для размываемых русел), создание запасов материалов для отсыпки банкета, организацию проездов и освещения, предва-

рительное стеснение русла, сборку и наводку наплавного моста (при фронталь-

ном способе).

Предварительную разборку перемычек начинают сразу после спада па-

водка, а окончательно разбирают их после затопления котлована.

Перекрытие рек с ложем из мягких грунтов требует защиты дна прорана от размыва. Такая защита выполняется в виде каменного шлейфа толщиной 1— 2 м по всему прорану. При перекрытии реки в банкет отсыпают десятки тысяч кубометров камня и негабаритов. При этом стараются обеспечить удобные подъезды с двухсторонним или кольцевым движением большегрузного авто-

транспорта и широкий фронт для погрузки машин.

В случае перекрытия фронтальным способом к перечисленным работам добавляется сборка и наводка наплавного моста.