Лекции - Водосбросные сооружения высоконапорных гидроузлов
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 2.9. Результаты расчетов в соответствии с табл. 1.
Полученную высоту h
эк
необходимо дополнительно проверить,
учитывая следующие соображения.
Довольно часто грунтовую верховую перемычку (рис. 2.7) возводят
следующим образом. Реку перекрывают банкетом путем наброски камня в
текущую воду. После создания такого банкета по его верховому откосу
отсыпают обратный фильтр, а затем начинают отсыпку самого тела земляной
перемычки. При этом ставят условие, чтобы в момент полного перекрытия реки
банкетом перепад на нем Z' не превышал 2,0…3,0м. При несоблюдении такого
условия перекрытие русла банкетом осуществить трудно. В связи с этим
возникает необходимость найти перепад Z' на банкете, который получается при
пропуске по туннелю меженного расхода (расхода перекрытия) Q
min
.
Эту задачу решают следующим образом:
Предполагают, что входной портал строительного туннеля имеет
прямоугольную форму шириной b = k
b
h и при пропуске Qmin работает как
неподтопленный водослив с широким порогом.
1. Определяют напор Н на входном пороге в момент замыкания
банкета по обычной водосливной формуле
H = (Q
min
/ m k
b
h
g2
)
2/3
, (1)
где коэффициент расхода m = 0,35
2. Для H определяем отметку
УВБ'
НПрУВБ '
3. По кривой связи ( рис.5 ), зная расход Q
min
, определяют
УНБ'
в
створе низового портала, при этом считают, что в нижнем бьефе верховой
перемычки при пропуске Q
min
устанавливается уровень воды на отметке
УНБ'
.
4. Вычисляют искомое значение Z':
УНБУВБZ '''
5. Если Z' окажется больше 3м, то приходится отказываться от
найденной высоты туннеля
эк
h
, и принимая Z' = 23м, поступают следующим
образом:
а)_Находят максимально допустимую отметку уровня верхнего
бьефа при пропуске Q
min
:
мУНБУВБ )32(''
б) Определяют отметку порога при пропуске Q
min
:
НУВБПр ''
или
УВБПр ''
(Q
min
/ m k
b
h
g2
)
2/3
.
11
в) Задаваясь различными значениями h, можем вычислить по этой
зависимости соответствующие им
Пр'
.
г) Далее наносят на рис.2.9 кривую
1
П
р
= f
8
( h ), которая
пересечется с кривой
П
р
= f
8
( h ) в точке С. При отмеченных выше
предположениях параметры туннеля должны быть выбраны отвечающими
вертикали, проведенной через точку С.
Лекция 3.
3. Проектирование входного портала безнапорного
строительного туннеля ( по Е.Д.Кадомскому ).
3.1. Схемы входного портала.
Е.Д.Кадомский предложил три схемы входного портала,
рассматриваемые ниже.
12
Рис. 3.1. Возможные схемы входного портала
строительного туннеля
1-ую схему ( рис. 3.1,а ) следует принимать в случае, когда уклон
движения воды в туннеле i меньше критического i
к
, или Z
вх
< 0,5 h
0
.
В данном случае подходная часть портала ( длиной l
0
≈ 2 h ) работает
как водослив с широким порогом с одним перепадом Z
вх
.
2-ую схему портала ( рис. 3. 1 ,б ) применяют, когда уклон туннеля
несколько больше критического, или Z
вх
0,5 h
0
. В этом случае в сечении 1-1
устраивают повышенный порог, с таким расчетом, чтобы в сечении 2-2
13
установилась сжатая глубина h
с
, равная h
0
. Высоту порога d
0
определяют по
зависимости:
d
0
= Z
вх
+ h
0
- 1,5 h
к
.
3-ю схему портала ( рис. 3.1,в ) применяют в случае очень большого
уклона туннеля, или когда Z
вх
> 0,5 h
0
. В этом случае высота порога получается
очень большой ( если применять 2-ую схему ), поэтому здесь рационально ( с
экономической точки зрения ) перейти к устройству к так называемой
забральной балке. При этом получается напорное истечение из отверстия в
безнапорный туннель. Такого рода схему целесообразно применять, когда Z
вх
=
1… 1,5 h
к
. Высота отверстия e под забралом может быть вычислена как e =
1
h
0
,
где
0,6 - коэффициент вертикального сжатия струи. На рис.3.2 показаны
примеры выполнения входного (а) и выходного (б ) порталов строительного
туннеля по первому типу. .
Рис.3.2.
3.2. Последовательность построения плана и разреза по оси
входного портала.
Исходные данные: Выбрана трасса туннеля, выполнен гидравлический
расчет и определены геометрические характеристики сечения туннеля.
Построение выполняем для входного портала, выполняемого по первой
схеме ( рис. 3.1,а ) в условиях скального массива без учета делювиального слоя
грунта.
1. Проводим на плане ось туннеля ( рис.3.3).
14
2. Согласно масштабу переносим горизонтали с планшета на чертеж.
Рис. 3.3. План входного портала.
3. Строим профиль поверхности земли вдоль трассы, используя
отметки горизонталей в точках их пересечения с осью туннеля (рис.3.4).
Рис. 3.4. Продольный разрез по оси входного портала.
4. Выбираем за точку отсчета высот отметку порога, полученную из
гидравлического расчета.
5. Находим превышения горизонталей над отметкой порога и
откладываем эти величины на соответствующих вертикалях от отметки порога
вверх.
6. Откладываем вверх от отметки порога высоту туннеля Н = h,
проводим линию, параллельно дну туннеля на высоте Н над отметкой порога.
Это линия – верх туннеля.
7. От верха туннеля на высоте 1,5… 2Н проводим линию, параллельно
туннелю до пересечения с естественной поверхностью земли.
15
8. Из точки пересечения, обозначенной точкой А, строим профиль
откоса с уклоном 5:1.
9.Откладываем толщины бетонной обделки туннеля (ориентировочно
равные 0,1Н).
10.Откладываем отметку верха портала, равную отметке гребня
перемычки (берём из гидравлического расчета).
11.Проводим линию ВС. ( Примерно на расстоянии 0,1 D от границы
скального массива ).
12.Массив бетона в области DE примыкает к пазу затвора. Линия DE
проходит на расстоянии 0,2 – 0,3м от ВС, чтобы избежать зацепления за бетон
боковых и верхних уплотнений при опускании затвора и обеспечить плотное
примыкание его в опущенном положении.
13.Проводим линии паза затвора. Затвор плоский, многоригельный.
Ширина паза примерно 0,1D .
14.Под порогом в месте опирания затвора делаем утолщение в
бетонной обделке.
15.От паза затвора откладываем примерно 1,5 – 2Н в сторону верхнего
бьефа. На этом расстоянии бетонируется дно и боковые подпорные стены.
16.Откладываем уровень воды, соответствующий глубине в туннеле и
уровень верхнего бьефа при пропуске расхода на входе перед подпорными
стенами. Соединяем два уровня плавной кривой спада (в случае отсутствия
забральной балки).
17. Выделяем жирной линией то, что относится к сечению по оси
туннеля. Боковые откосы строятся после построения плана входного портала.
18. Построение плана начинаем с изображения дна котлована:
откладываем от оси туннеля влево и вправо расстояния 0,5 D и толщины
подпорных стен в основании 0,1 Н и параллельные линии FF
/
и GG
/
.
19. Строим линии пересечения естественной поверхности земли и
поверхностей боковых откосов. Для этого находим несколько точек, лежащих
на этих линиях пересечения. Например, точку на пересечении горизонтали «n» с
поверхностью откоса. Для этого находим заложение откоса
S
1
=(
n -
Порога)·0,2,
где 0,2
– коэффициент заложения откоса.
20. Решаем вопрос, где будет проходить подъездная дорога, слева или
справа от оси, вдоль или поперек оси туннеля.
Пусть она проходит слева, вдоль трассы туннеля. Откладываем её
ширину ( 5м ) и проводим линию NN
/
.
21. Проводим линии, параллельно оси туннеля на расстоянии S
1
от
линий GG
/
и FF
/
. Точки пересечения Т и Т
/
проведенных линий с горизонталью
«n» будут искомые.
22. Точки пересечения боковых откосов с другими горизонталями
находятся аналогично.
23. Рисуем пазы для затвора и бетон, примыкающий к пазам.
24.Находим линию пересечения левого бокового откоса с естественной
поверхностью земли: (линия XY). Для этого используем формулу:
16
S
2
=(
m -
Порога)·0,2,
где m
– отметка соответствующей горизонтали. S
2
откладываем от
линии NN
/
находим точку Т
2
.
25. Линия КК
/
является линией пересечения поверхности торцевого
откоса с плоскостью на отметке портала. Для нахождения точки Т
3
используем
формулу
S
3
=(
р -
Порога)·0,2,
где р
– отметка соответствующей горизонтали.
26. Предварительно линию КК
/
пересечения торцевого откоса с
плоскостью портала переносим с разреза на рис.12.
27. Если горизонтали проведены очень редко, то следует наметить
дополнительные и с их помощью построить необходимое число точек.
28. На следующем этапе проводим линии пересечения плоскостей
боковых откосов с плоскостью торцевого откоса. Обычно эти плоскости
сопрягаются конусами.
29. Показываем линию, соответствующую началу бетонной облицовки
на дне.
30.Закругляем подпорные стенки в их начале.
31. Находим горизонталь, на которой заканчивается плоскость с
отметкой портала. Пусть это будет n – 1 горизонталь.
32. Строим подходные выемки (
*
) ( рис.3.4 ).
33. Намечаем трассу дороги слева (желательно в полувыемке-
полунасыпи), для чего разворачиваем начальную часть откоса и показываем
выемку (
**
) рис.3.4.
34. По окончательно выполненному плану завершим построение
поверхностей боковых откосов.
35. Стираем горизонтали, которые проходят через выемку, и рисуем на
откосах бергштрихи.
Для удобства монтажа затвора перед пазом размещаем мост (рис.3.3,
3.4).
3.3. Аксонометрические проекции входных порталов безнапорных
строительных туннелей.
На рис. 3.5 - 3.8 представлены проекции входного портала
безнапорного строительного туннеля. Продольные и поперечные разрезы
построены для различных туннелей.
Рис.3.5. Аксонометрическая проекция входного портала с разрезом по
оси. Входной перепад мал Z
ВХ
< 0,5h
0
.
Подъезд по дороге, проходящей в
глубокой выемке, слева от оси туннеля
Рис.3.6. Аксонометрическая проекция входного портала с разрезом по
оси. Входной перепад - большой Z
ВХ
> 0,5h
0
. Крутопадающий откос. На входе в
туннель – забральная балка.
Подъезд к порталу проходит в полувыемке-полунасыпи слева от оси
туннеля.
17
Рис.3.7. Аксонометрическая проекция входного портала с поперечным
разрезом перед пазом затвора.
Рис.3.8. То же, что и на рис.3.7, но разрез по пазу затвора.
Рис. 3.5. Рис.3.6.
18
Рис.3.7. Рис.3.8.
19
Лекция 4.
4. Аккумулирование ливневого паводка.
При большой площади зеркала ( поверхности ) водохранилища
подъем подпорного уровня до ФПУ сопровождается частичной аккумуляцией
поверочного приточного расхода с трансформацией гидрографа паводка -
заметным снижением его пика и увеличением продолжительности.
В общем случае процесс трансформации паводка происходит
следующим образом. Будем считать, для удобства пояснения, что паводок вызван
дождевыми (ливневыми) водами, а на пороге водослива затворы отсутствуют, т.е.
отметка гребня водослива равна отметке НПУ.
Так как время прохождения ливневого паводка предугадать
практически невозможно, то часто в запас считают, что в начале этого паводка
водохранилище наполнено, а следовательно, уровень воды в нем стоит на уровне
гребня водослива, т.е. на отметке НПУ, и расход водосброса равен нулю.
На рис. 4.1,а представлен продольный разрез водохранилища.
Объем водохранилища, заключенный между ФПУ и НПУ, называется
аккумулирующей, или резервной призмой:
W
акк
= 0,5(А
ФПУ
+ А
НПУ
)Н
mаx
,
где А
ФПУ
и А
НПУ
- площади зеркала водохранилища, отвечающие
соответственно ФПУ и НПУ; Н
mаx
= ФПУ - НПУ - максимальный напор на
гребне водослива.
На рис. 4.1,б приведен график ливневого паводка в виде кривой Q
п
= f(t). Расход паводка Q
п
вначале возрастает до максимального значения Q
п mаx
, а
затем снижается до нуля. По мере наполнения водохранилища уровень воды в
нем повышается и, следовательно, растет напор на гребне водослива и расход
через него Q
в
= f
1
(t).
На протяжении первого периода работы водослива (наполнение
водохранилища) Q
п
> Q
в
. В некоторый момент времени, когда напор Н и расход
Q
в
= f
1
(t) достигнут максимума, Q
п
= Q
в
. После этого начинается опорожнение
водохранилище, во время которого Q
п
< Q
в
. В момент, соответствующий точке 3,
паводок закончится, однако водослив будет продолжать работать до момента
времени, отвечающего точке В. Как видно продолжительность работы водослива
t
0
больше продолжительности паводка Т
0
. Таким образом, благодаря
аккумуляции воды в водохранилище получаем трансформацию (преобразование)
паводка: гидрограф притока О-1-2-А-3 с пиковым расходом Q
пmаx
трансформировался в гидрограф истечения паводка из водохранилища 0-А-В с
максимальным расходом Q
в mаx
, который должен быть принят как расчетный для
водосброса.
20