Приближенный технико-экономический расчет строительного водосброса
2. Приближенный технико – экономический расчет строительного водосброса.
Строительными водосбросами называют временные сооружения для пропуска расходов реки в период строительства гидроузла, до наполнения водохранилища и ввода в эксплуатацию постоянных водосбросных сооружений.
Для временных сооружений максимальные расчетные расходы необходимо принимать по основному расчетному случаю при ежегодной вероятности превышения, равной 5% .
Отвод расходов реки в строительный период осуществляется:
- строительными туннелями с частичным использованием их как водосбросных сооружений в эксплуатационный период ( Нурекский гидроузел, Чарвакский гидроузел );
- донными галереями и деривационными водоводами ( Мингечаурская ГЭС );
- открытым каналом , выполняющим иногда функции подвода воды к зданию ГЭС ( Вилюйская ГЭС ).
Сооружения гидроузла могут возводиться в одну или несколько очередей. Водохранилищные гидроузлы в горных условиях, как в нашем курсовом проекте, сооружаются обычно в одну очередь. При одноочередном строительстве работы начинаются с создания искусственного русла для отвода реки. Затем естественное русло перекрывается банкетом, возводятся перемычки и после осушения русла начинаются работы в котловане. Искусственное русло – береговой строительный водосброс может быть осуществлено в виде туннеля, трубы или канала на берегу.
Если плотина возводится из грунтовых материалов, то в канале сооружаются трубы (рис.2.1), длина которых соответствует ширине основания плотины. По окончании строительства трубы закрываются затворами и закладываются бетоном. Иногда эти строительные трубы бывает целесообразно использовать в качестве постоянного сооружения - как отводящие водоводы эксплуатационного водосброса, как трубопроводы, подводящие воду к турбинам гидростанции, и т.п. В этом случае трубы должны быть сопряжены с соответствующим головным сооружением башенного типа.
Рекомендуемые материалы
Рис.2.1. Строительный водосброс в грунтовой плотине – труба.
При невозможности разместить строительный канал или трубу на берегу отвод реки осуществляется туннелем, который, естественно, начинается и заканчивается каналами, сопрягающими его с руслом реки выше и ниже перемычек гидроузла.
Поскольку работы по гидроузлу начинаются со строительного водосброса, туннель, как и водосбросы других типов, предпочтительно располагать на том берегу, с которого легче начать освоение строительной площадки. При проектировании строительных водосбросов, как временных сооружений с коротким сроком службы, естественно стремление сделать размеры их отверстий возможно меньше, чтобы сооружение стоило дешевле. Однако это стремление сопряжено с необходимостью создания больших скоростей в отверстиях для пропуска расчетного для строительного периода максимального расхода, и следовательно, требует концентрации достаточно большого напора путем возведения высокой верховой перемычки, которая, в свою очередь, оказывается дорогостоящей. Оптимальным является решение, при котором суммарная стоимость строительного водосброса и верховой перемычки оказывается минимальной.
В настоящем курсовом проекте в качестве строительного водосброса принимается безнапорный туннель. Форма поперечного сечения строительного туннеля наиболее целесообразна корытообразная, поскольку упрощается производство работ по туннелю ( рис. 2.2 ).
Рис. 2.2. Целесообразные формы сечения безнапорных строительных туннелей.
Н/В = 1,0 - 1,5; r1/B = 0,5… 0,71; r2/B = 0,1 - 0,15.
Характерные конструкции монолитных бетонных обделок безнапорных туннелей показаны на рис. 2.3.
Рис.2.3. Примеры монолитных бетонных обделок.
а - туннелей больших сечений; б - туннелей малых сечений; 1 - свод; 2 - стены; 3 - лоток; 4 - строительные швы.
Для выполнения технико-экономического расчета строительного туннеля предварительно задаются следующими исходными данными:
- на плане в горизонталях намечают проектируемую грунтовую плотину, перемычки (верховую и низовую), ось туннеля и продолжение его порталов и определяют длину L туннеля ( рис.2.4 ).
Рис. 2.4. Схема пропуска строительных расходов с помощью туннеля.
1 - плотина; 2, 3 - верховая и низовая перемычки; 4 - ось туннеля;
5, 6 - входной и выходной порталы туннеля.
- назначают расчетные расходы : максимальный строительный Qmax и строительный при перекрытии русла Qmin.
- считают, что для створа реки, отвечающего низовому порталу, кривая связи 
УНБ = f(Q) задана ( рис.2.5 ).
Рис.2.5. Кривая связи расходов и уровней воды.
- пользуясь этой кривой, по расходу Qmax устанавливают соответствующую отметку УНБ, если она отсутствует в задании на проектирование;
- на плане выбирают местоположение верховой перемычки и строят разрез по ее оси ( рис. 2.6 );
Рис. 2.6. Поперечный разрез русла реки по оси верховой перемычки.
- строят поперечный профиль верховой перемычки, не включаемой в тело плотины ( рис.2.7 ), при этом расстояние L0 должно быть достаточным, чтобы между перемычкой и плотиной разместился откос котлована плотины и проезжая дорога.
Рис.2.7. Поперечный профиль верховой перемычки.
1 - ось плотины; 2 - ось перемычки; 3 - ось банкета.
- принимают, что при пропуске Qmax в туннеле имеет место равномерное безнапорное движение воды с глубиной наполнения
h0 = 0,7…0,75 h.
Размеры строительного туннеля определяют исходя из максимального расхода в период строительства Qmax и экономически целесообразного соотношения сечения туннеля и высоты верховой перемычки. Чем больше высота туннеля h, тем меньше скорость 
в туннеле, а следовательно, тем меньше уклон i и перепад zвх свободной поверхности при входе воды в туннель. При этом отметка уровня воды в верхнем бьефе понижается. Следовательно, понижается отметка гребня верховой перемычки и, значит, понижается и ее стоимость. В то же время с увеличением высоты h стоимость туннеля увеличивается.
Алгоритм расчета выглядит следующим образом:
- для различных значений высоты h сечения туннеля определяют геометрические и гидравлические характеристики туннеля и высоты HП верховой перемычки и подпора воды перед нею УВБ;
- вычисляют суммарные затраты на возведение туннеля и перемычки по каждому варианту;
- по минимуму суммарной стоимости находят экономически целесообразные высоту перемычки и габариты туннеля.
На рис. 2.8 показана расчетная схема туннеля.
Рис.2.8. Расчетная схема строительного туннеля.
Задача расчета, как уже было сказано выше, состоит в том, что необходимо найти такой размер туннеля, при котором сумма стоимостей туннеля и верховой перемычки будет минимальной.
Эту задачу обычно решают путем вычисления соответствующих значений в табличной форме ( табл. 2 ) и построения на основе результатов этих вычислений ряда кривых.
В этой таблице задаются рядом значений h и вычисляют соответствующие гидравлические и геометрические параметры туннеля и верховой перемычки.
Таблица 2
| № | Определяемые величины | ед.изм. | Высота туннеля h, м | Примечания | ||||
| 1 | Глубина наполнения h0=kh×h | м | kh=0,70…0,75 | |||||
| 2 | Ширина туннеля b=kb×h | м | kb=0,70…0,75 | |||||
| 3 | Живое сечение w=b× h0 | м2 | ||||||
| 4 | Смоченный периметр c=2h0+b | м | ||||||
| 5 | Гидравлический радиус R=w/c | м | ||||||
| 6 | Коэф.Шези C=R1/6/n | n=0,015 | ||||||
| 7 | Скоростьv=Qmax/w | м/с | Qmax=……м3/c | |||||
| 8 | Входной перепад Zвх=v2/2g×j2 | м | j=0,90 | |||||
| 9 | Уклон i = v2/C2×R | |||||||
| 10 | Потеря напора по длине hl=iL | м | L=……..м | |||||
| 11 | Разность уровней Z=Zвх+hl | м | ||||||
| 12 |
| м | УНБ=…… | |||||
| 13 |
| м | ||||||
| 14 |
| |||||||
| 15 |
| |||||||
| 14 |
| м | ||||||
| 15 |
| м | ||||||
| 16 | Отметка гребня верх. перем.
| м | ||||||
| 17 | Высота верховой перемычки Hп= | м |
| |||||
| 18 | Площадь сечения верх. перем. | м2 |
m1,m2 =2,5…3,0 | |||||
| 19 | Длина перемычки по гребню lп | м | По чертежу | |||||
| 20 | Объем перемычкиVп=2/3 Fп lп | т.м3 | ||||||
| 21 | Сечение туннелей Fт=b∙h nт | м2 | lт= …..м | |||||
| 22 | Объем туннелей Vт = Fт×lт | т.м3 | ||||||
| 23 | Объем перемычки в приведенном бетоне V¢п = 0,1× Vп | т.м3 | ||||||
| 24 | Объем туннелей в приведенном. бетоне V¢т = 2,5 ×VТ | т.м3 | ||||||
| 25 | V¢=å V¢i = V’п +V’т | т.м3 |
По данным таблицы строятся ( рис. 2.9,а ) кривые cтоимостей перемычки V
= f1 ( h ), туннеля V
= f2 ( h ) и суммарной стоимости V
= 
V
= f3 ( h ), а также ( рис. 29,б ) кривые 
УВБ = f4( h), УВ1 = f5( h), Пр = f6( h), В= f7( h).
Минимум кривой 
(см. точку А) дает нам искомое h. Найденное, таким образом значение h следует округлить до целого.
Установив таким образом экономически наивыгоднейшее значение h, далее по кривым на рис. 29,б находят соответствующие этому значению h отметку уровня верхнего бьефа УВБ, отметку уровня воды на входе в туннель УВ1, входного порога Пр, отметку верха туннеля (шелыга ) на входе В.
Рис. 2.9. Результаты расчетов в соответствии с табл. 1.
Полученную высоту hэк 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) Qmin.
Эту задачу решают следующим образом:
Предполагают, что входной портал строительного туннеля имеет прямоугольную форму шириной b = kbh 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 = (Qmin / m kbh 
)2/3, (1)
где коэффициент расхода m = 0,35
2. Для H определяем отметку 
3. По кривой связи ( рис.5 ), зная расход Qmin, определяют 
в створе низового портала, при этом считают, что в нижнем бьефе верховой перемычки при пропуске Qmin устанавливается уровень воды на отметке .
4. Вычисляют искомое значение Z': 
5. Если Z' окажется больше 3м, то приходится отказываться от найденной высоты туннеля 
, и принимая Z' = 2¸3м, поступают следующим образом:
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 5 Распад Великой Моравия и его последствия.
а)_Находят максимально допустимую отметку уровня верхнего бьефа при пропуске Qmin:
б) Определяют отметку порога при пропуске Qmin:
или 
(Qmin / m kbh )2/3 .
в) Задаваясь различными значениями h, можем вычислить по этой зависимости соответствующие им 
.
г) Далее наносят на рис.2.9 кривую 
Пр = f8 ( h ), которая пересечется с кривойПр = f8 ( h ) в точке С. При отмеченных выше предположениях параметры туннеля должны быть выбраны отвечающими вертикали, проведенной через точку С.
