§ 154. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ч. 1)

Водозабор тоннельного типа. При напорной деривации тоннельный водозабор размещают возможно глубже, но несколько выше дна водохранилища так, чтобы входное отверстие водозабора было выше расчетного уровня отложения насосов.

Водозабор (рис. 559) состоит из раструбного водоприемника 3, плавно переходящего к нормальному сечению подводящего водовода; водоприемника, огражденного шандорами 1 и решеткой 2, и камеры затворов 7. С целью использования обычных дисковых затворов водовод перед камерой разделен на два рукава 8 меньшего сечения. Камера затворов объединяет узел, к которому сверху примыкает ствол шахты 4, используемый при строительстве и эксплуатации узла. В стволе шахты размещен воздухопровод 5, который проходит в верхней части напорного подводящего тоннеля и служит для предотвращения образования вакуума в водоводе при спуске воды и воздушных пробок при его наполнении. Со стороны, противоположной водозабору, к камере примыкает подводящий тоннель 6.

Схема водозабора тоннельного типа
Рис. 559. Схема водозабора тоннельного типа

Размеры водоприемника определяют из расчета на пропуск через него воды с небольшой скоростью течения (0,8—1,6 м/с), что приводит к минимуму потери напора в водоприемнике. Конструктивную форму головного узла и его расположение устанавливают экспериментально на моделях. Это позволяет принимать лучшие гидравлические режимы и оптимальные формы конструкции.

Материалом для строительных конструкций водозабора служит монолитный бетон и железобетон. Для сооружения ствола шахты, кроме перечисленных материалов, может быть использован сборный железобетон.

Безнапорные тоннели используются обычно для отводящего водовода и реже — для подводящего. Пропускная способность таких тоннелей в основном определяется площадью их поперечного сечения и продольным уклоном, от которого зависит скорость течения. Формы внутреннего очертания, рекомендуемые для безнапорных тоннелей указаниями СН 238-63 (рис. 560), преимущественно очерчиваются коробовыми кривыми. Форма I — для крепких нетрещиноватых скальных пород, в которых горное давление не проявляется. Форма II — для пород средней крепости с коэффициентом крепости f > 3 при отсутствии бокового давления. Форма III — для пород с коэффициентом крепости f = 1,5÷3 при большом вертикальном и незначительном горизонтальном горном давлении. Форма IV — для слабых пород (при f < 1,5) с большим всесторонним горным давлением.

Формы внутреннего очертания безнапорных тоннелей
Рис. 560. Формы внутреннего очертания безнапорных тоннелей

Практикой проектирования и строительства безнапорных гидротехнических тоннелей выработаны определенные соотношения между размерами их поперечных сечений. Так, независимо от формы поперечного сечения при незначительных колебаниях уровня воды рекомендуется проектировать их с одинаковыми размерами в свету по высоте Н и ширине В. Если колебания уровня воды в тоннеле значительны, то рекомендуется соотношение Н = 1,5В. Такое же соотношение принимают для участков тоннелей, имеющих переменную высоту.

Сечение безнапорного тоннеля при максимальном его заполнении водой в верхней части должно оставаться свободным; минимальная высота воздушного пространства над поверхностью воды должна составлять 0,15Н и не менее 40 см.

Для других геометрических параметров, обозначенных на рис. 560, рекомендуются следующие соотношения:

форма I r1 = 0,75B; r2 = (0,1—0,15)В;
форма II r1 = 0,5В; r2 = (0,1—0,15)В;
форма III r1 = 0,25B; r2 = (0,2—0,25)В; r3 = (1—2)B;
форма IV r1 = 0,5B; r2 = (0,1—0,15)В; r3 = (1—2)В; r4 = (1—1,5)B

Размеры поперечного сечения безнапорного тоннеля определяют технико-экономическим расчетом (см. СН 238-63, приложение). Предварительно выбирают форму поперечного сечения (см. рис. 560). Затем вычисляют гидравлический радиус R наивыгоднейшего сечения в зависимости от различных расходов воды и факторов сопротивления ее движению, длины тоннеля, показателей гидроагрегата, турбины и генератора, расчетных издержек и амортизационные отчислений.

Размеры поперечного сечения в свету определяют:

а) для корытообразной формы II по формуле В = Н = 3,28 R;

б) для коробовой формы IV по формуле В = Н = 3,26 R. Минимальные размеры сечений безнапорных тоннелей ограничиваются условиями безопасности и удобства производства работ. Для тоннелей без обделки наименьшая высота H = 2,5 м и ширина при форме I В = 2 м, а при форме II В = 2,5 м. Для тоннелей с обделкой — Н = 2,1 м, ширина при форме I B = 1,9 м, а при форме II В = 2,1 м. Наименьший диаметр тоннеля круговой очертания без обделки D = 2,7 м, с обделкой D = 2,3 м. Для максимальных размеров тоннелей ограничений нет.

Круговое очертание поперечных сечений безнапорных тоннелей применяют значительно реже, чем формы, показанные на рис. 560. Оно рационально при проходке в слабых породах и в случае значительного внешнего гидростатического давления на обделку тоннеля.

В крепких неразмываемых и невыветривающихся скальных породах допускается оставлять безнапорные тоннели без обделок. Однако для уменьшение шероховатости и снижения гидравлических потерь от трения рекомендуется покрывать внутреннюю поверхность выработок в таких тоннелях выравнивающим слоем бетона при помощи торкретирования или набрызга. В качестве материала конструкций безнапорных тоннелей обычно применяют монолитный бетон.

Конструкции тоннельных обделок из монолитного бетона применительно к рассмотренным формам показаны на рис.561. Конструкции I и II выполняют роль выравнивающей облицовки. Поэтому в крепких породах обделка I в верхней части не замкнута, стены толщиной 20—30 см доведены только до максимального расчетного горизонта воды в тоннеле.

Конструкции обделок безнапорных тоннелей
Рис. 561. Конструкции обделок безнапорных тоннелей

Обделки III и IV — несущие, рассчитанные на восприятие как вертикального, так и горизонтального горного давления. Толщину элементов таких конструкций определяют статическим и прочностным расчетом. Она зависит от размеров выработки и физико-механических свойств горных пород, в которых проходит тоннель.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены