Вопрос 32. Основные понятия о гидротехнических сооружениях. Типы гэс. Геодезические работы на разных стадиях проектирования гидротехнических сооружений.

Вопрос 31. Геометрические элементы трассы тоннеля в плане и профиле. Способы выноса тоннелей в натуру. Переходная кривая, её назначение. Оси тоннеля на криволинейном участке. Порядок вычисления координат пикетов на прямолинейных и криволинейных участках трассы тоннеля.

В профиле трасса состоит из горизонтальных и наклонных прямых отрезков, сопрягаемых вертикальными круговыми кривыми. Проект продольного профиля трассы тоннеля составляют с учетом геологического разреза, гидрогеологических условий и ориентировочно установленной средней глубины заложения тоннеля. Проектный чертеж, определяющий положение тоннеля по высоте и в профиле, называют укладочной схемой, которую составляют в масштабе 1:2000 . В плане трассатуннеля состоит из прямых участков и круговых кривых. На рис. 1 показаны основные элементы круговых кривых. ВУ - вершина угла;НКК - начало круговой кривой;ККК - конец круговой кривой;Q - угол поворота трассы;К - длина кривой;R - радиус круговой кривой;Т - длина тангенса;ЦК - центр кривой. Указанные основные элемент круговой кривой находятся между собой в простой математической зависимости - длина линии тангенса определяется по формуле:T= К*tg(Q/2). Длина кривой находится по формуле: K=(RQ”)/p”. Ось, проходящая по круговой кривой, принимается за разбивочную ось. Точки, которые делят ось трассы на отрезки, равные 100 м, называются пикетами. Начало трассы- 0-ой пикет. Чтобы определить расположение круговой кривой на трассе, необходимо в проектных чертежах задать пикетаж начала круговой кривой, а для контроля - пикетаж ее конца. Тоннели метрополитена, строят однопутными. Для движения поездов в прямом и обратном направлениях сооружают двапараллельных тоннеля с расстоянием между осями 25,4 м (D). если двигаться по оси между тоннелями в направлении возрастания пикетажа, то тоннель, расположенный справа, называется правым, а другой - левым. Нулевые пикеты на правом и левом тоннелях располагают так, чтобы линия, их соединяющая, была перпендикулярна осям трассы. На кривых участках длины и радиусы круговых кривых проектируются на обоих путях одинаковыми. Это приводит к тому, что на внутреннем пути, проходящему по круговой кривой, уложится меньшее количество пикетов, вследствие чего на прямом участке, расположенном за кривой, одноименные пикеты правого и левого пути не будут располагаться на одном перпендикуляре к оси пути . Это вызывает значительные неудобства при строительстве и эксплуатации тоннелей. Устранение этих неудобств стало возможным при введении неправильных пикетов, длины которых могут быть больше или меньше 100 м. Вынесение по хордам. Вынесение трассы тоннеля в натуру на кривом участке осуществляется по ломаному контуру, состоящему из прямых линий и углов поворота. В качестве прямых линий выбирают или хорды, или секущие.При выборе длины хорды для разбивки круговой кривой за основу принимают величину максимально возможного отклонения точек кривой от хорды, т.е. величину стрелки прогиба в середине хорды.Для вынесения круговой кривой по хордам необходимо вычислить координаты концов хорд. Это возможно сделать двумя способами:кривую выносят в натуру равными хордами так, чтобы все хорды в пределах разбиваемой круговой кривой имели одинаковую длину с точностью до мм;ставят условие, чтобы длина хорды имела целое число метров; тогда в конце кривой длина хорды будет отличаться от принятой длины хорды для разбивки кривой.При условии равенства длин хорд в пределах всей круговой кривой приближенную длину их рассчитывают по формуле b_пр=(8 R f_max)^1/2, а затем, пользуясь приближенной длиной хорды, подсчитывают приближенное число хорд n’=K/b_пр (К – длина круговой кривой; b – длина кривой, которую стягивает хорда). Затем устанавливают количество хорд n, выражающееся целым числом. После этого подсчитывают длину кривой, соответствующую длине принятой хорды, по формуле k=K/n.Для вычисления координат концов хорд путем введения поправок переходят от длины кривой к длине хорды и по обычным формулам вычисляют центральные углы , стягивающие хорды. Координаты концов хорд вычисляют по ходу, составленному из хорд. Вынесение круговых кривых в натуру по секущим. Для уменьшения объема разбивочных работ целесообразно переносить в натуру круговые кривые по секущим. Длина секущей принимается такой, чтобы отклонение концов секущих от круговой кривой не превышало величины отклонения кривой от середины секущей. Вычисления выполняют в такой последовательности:а) вычисляют приближенную длину секущей c=4(f₀R)^1/2;б) определяют приближенное число всех секущих (полных и неполных) m’=K/c+0.3;в) устанавливают число секущих путем округления величины m’ до ближайшего целого числа;г) определяют длину дуги, соответствующей полной секущей k_C=K/(m-0.3);д) вычисляют длины дуг, соответствующих длине хорды и длине неполной секущей, k_b=0.7k_C  k_CH=0.85k_C вычисленные величины проверяют по формуле nk_C+2k_CH=K е) вычисляют центральные углы, соответствующие секущей, неполной секущей и хорде ’’_c=(k_C ’’)/R; ’’_cH=(k_CH ’’)/R=0.85’’_c; ’’_b=( k_b ’’)/R=0.7’’_c Вычисленные углы поверяют по формуле n_c+2_cH=, где  - угол поворота. Вынесение вертикальных кривых. Проектный чертеж профиля трассы именуется укладочной схемой и составляется в м-бе 1:2000. При движении на криволинейных участках дорожных трасс возникает центробежная сила, для уравновешивания действия которой на ж/д делают возвышения наружного рельса по отношению ко внутреннему; на автодорогах устраивают вираж, т.е. односкатный поперечный профиль с наклоном к центру кривой.Конечные точки круговых кривых сопрягают с прямыми при помощи так называемых переходных кривых, радиус которых непрерывно меняется от бесконечности (в начале переходной кривой) до радиуса круговой кривой (в точке сопряжения с последней), чем обеспечивается постепенное нарастание центробежного ускорения. Одновременно в пределах переходных кривых осуществляют «отведение возвышения» наружного рельса до отметки внутреннего, а на автодорогах – «отгон виража», т.е. переход от односкатного поперечного профиля к двускатному. Проверку данных, приведённых на геометрической схеме, начинают с вычисления длин тангенсов T=R*tg /2.Затем по длинам и дирекционным углам прямых отрезков трассы вычисляют координаты пикетов, расположенных на прямых участках, и координаты основных точек круговых кривых: НКК, ВУ, ККК.Далее вычисляют координаты пикетов, расположенных на круговых кривых разбивочной оси, двумя независимыми путями: через координаты центра кривой по центральным углам и длинам радиусов и по длинам стягивающих хорд и углам между ними.Для вычисления координат начала переходных кривых, расположенных на линиях тангенсов, определяют отрезки t₁=(l/2)+(l⁵/60C²) и для контроля – t₂=(l/2)-(l⁵/24C²), где l – длина переходной кривой, C – параметр (l и C берут из проектного чертежа). Координаты начала переходных кривых вычисляют по дирекционным углам прямых отрезков трассы, величинам t и ранее вычисленным координатам начала и конца круговых кривых. Координаты конца переходных кривых вычисляют двумя путями: по углу =l²/2C, по величинам x_l и y_l Далее вычисляют величины p=l⁴/24R и q=h(b/a), а также координаты всех пикетов, расположенных на оси пути и оси тоннеля, при величине радиусов R – p  и R– p – q. Переходная кривая. Для создания более плавного перехода от прямого участка пути к круговой кривой применяют переходные кривые, которые имеют переменный радиус, плавно изменяющийся от бесконечности (в начале) до величины радиуса оси пути (в конце) . Точки начала и конца круговых кривых располагаются на радиусах, проходящих через середины переходных кривых. Переходная кривая вписывается в трассу, смещая круговую кривую от запроектированного положения на величину Z в сторону центра кривой. Это смещение достигается уменьшением радиуса круговой кривой при сохранении положения центра круговой кривой в той же точке О. Смещенная круговая кривая является осью пути. Длина переходной кривой L вычисляется по формуле: L=C/R, где R - радиус круговой кривой; С - параметр переходной кривой, который зависит от R и скорости движения поезда и задается проектом. На закругленных участках существуют три оси трассы тоннеля 1 - разбивочная ось с радиусом R; 2 - ось пути с радиусом R - Z; 3 - ось тоннеля с радиусом R - Z - q. Ось пути на участке круговой кривой смещена к центру кривой от разбивочной оси на величину Z, а ось тоннеля смещена от разбивочной оси в ту же сторону на величину Z + q. Данные, определяющие положение запроектированной трассы туннеля в плане, указывают на проектном черчеже, называемом геометрической схемой трассы, который составляют в масштабе 1:1000 .Выч. Коорд. Пикетов на прямых участках трассы.Дирекционный угол первого прямого участка трассы от ПК11 до вершины угла ВУ является исходным. Дирекционные углы последующих прямых участков трассы вычисляются через левые углы поворота по формуле:α_i+1 = α_i + βлев – 180. Расстояния определяются по пикетажным значениям. Расстояние между ПК12 и НКК определяется как разность пикетажных значений точек НКК левого тоннеля и ПК12. Отрезки между НКК и ВУ, а также между ВУ и ККК, согласно разделу 1, равны элементу круговой кривой – тангенсу (Т). Выч. Коорд. Пикетов на кривых участках трассы.Расчеты выполняются двумя независимыми способами: по центральным углам и длинам радиусов; по стягивающим хордам и углам между ними. Центральные углы вычисляются по формулам:ɤ₁=k₁/R*p”; ɤ _нп= K_нп/R*p”; ɤ₂=K₂/R*p”. Длины дуг вычисляются по пикетажным значениям соответствующих точек. Длина неправильного пикета 100-(Поправка в длину а=2Dtg(Q/2)).Контрольные вычисления центральных углов производятся по формуле : ɤ₁ +ɤ _нп+ɤ₂=Q

 

Гидротехнические сооружения предназначаются для использования водных ресурсов с целью решения ряда народохозяйственных задач. Совокупность нескольких гидротехнических сооружений (энергетических, водоподъемных, водопропускных, транспортных и др.) для совместного решения комплексных задач называют гидроузлом.  Типы гидроузлов: Низконапорные, состоящие обычно из плотин, здания ГЭС и шлюза. Такие гидроузлы строят на равнинных реках с плотинами высотой не более 25 м. Приплотинные гидроузлы строят по той же схеме, что и низконапорные, но машинное отделение ГЭС вынесено в нижний бьеф за пределы напорного фронта. Вода к турбинам подводится с помощью турбинного трубопровода. Такие гидроузлы строят низконапорные, средненапорные и высоконапорные, а плотины для создания напора могут быть самых разнообразных типов. Деривационные гидроузлы отличаются от первых двух схем тем, что плотины строят небольшой высоты ниже водозабора или совмещенной с ним. При избытке воды в реке возможен и бесплотинный водозабор. В качестве деривационных сооружений могут служить открытые водоводы в виде лотков и каналов, но в условиях горного рельефа устраивают тоннели. Составными частями крупного гидроузла являются: 1) плотина железобетонная с водосливом и глухая земляная;2) гидроэлектростанция (ГЭС);3) сооружения для прохода судов (аванпорт, шлюзы или судоподъемники, судоходные каналы);4) сооружения для пропуска рыбы (рыбоподъемники, ступенчатые рыбоходы);5) водохранилище с водозаборами и магистральными каналами для орошения земель и водоснабжения.По возможности гидроузел используют как мостовой переход, проектируя по нему железную и автомобильную дороги.Плотина делит реку на две части - верхний и нижний бьефы, образует в верхнем бьефе водохранилище и создает напор Н как разность уровней верхнего и нижнего бьефа. На равнинных реках обычно строят массивные гравитационные плотины прямолинейного типа. На горных реках возводят арочные криволинейные плотины, работающие как система упругих арок, опирающихся на скальные берега. Типы ГЭС: 1. напорная ГЭС. Использует энергию падующей воды. Основная хар-ка напор –разность верхнего и нижнего бьефа. Строятся на реках. 2. Приливные/ отливные ГЭС. Используют энергию прилива (отлива). Строятся на пологих морских берегах в тех местах, где высота прилива максимальна. 3. Аккумулирующие ГЭС. Предназначены для снижения нагрузки на электросети в пиковые часы (днём). Строятся на искусственных водохранилищах. Сущность: днём ГЭС работает как обычная, используя энергию падующей воды, а ночью, когда электросети мало загружены, с помощью электронасосов перекачивают обратно воду. Гидротехнические сооружения проектируются в две стадии: тех. проект и рабочие чертежи, при этом гл. роль принадлежит внестадийному этапу – технико-экономическому обоснованию проекта. На этапе внестадийного проектирования изучают условия режима реки на всем протяжении; на продольном профиле реки намечаются отдельные ступени каскада и определяются наивыгоднейшие подпорные отметки и в первом приближении основные параметры ГЭС: мощность и годовая выработка электроэнергии. Намечают приближенную компановку гидротехнических сооружений; определяют площади затопления и объемы водохранилищ, устанавливают размер компенсаций, возникающих при эвакуации промышленных и жилых объектов из зоны затоплений; опред. ориентировочную ст-ть и сроки строительства. Для составления технического проекта выполняется наибольший объем инженерно-геодезических работ. Выбор оптимального створа и размещение сооружений гидроузла осуществляют на планах в М 1:2000-5000 с сечением рельефа горизонталями ч/з 0,5-1 м. На проектируемом участке каскада составляют подробный профиль реки по данным промеров глубин в М 1:25000-100000. По створам плотин каскада производится промер глубин реки и составляют профили по поперечникам. При составлении продольного профиля больших рек, падение на 1 км которых часто достигает 5-10 см, требует проложение вдоль них ходов нивелирования I-II классов. Производится комплекс ИГ работ по привязке инж.-геологич. выработок, по трассированию линейных сооружений, по съемке площадок под разработку карьеров строительных материалов, для размещения жилых поселков, производственных баз и др. Для составл.рабочих чертежей здания ГЭС, головных узлов в деривационных установках, камер и голов судоходных шлюзов, участков примыкания плотин к берегам, насосных и водозаборных станций, подводящих и отводящих каналов, дюкеров, пристаней, детальной застройки жилых поселков и т.п. используют топосъемку в М 1:500-1000 с сечением рельефа ч/з 0,5-1 м. В этой же стадии проектирования выносят на местность запроектированный контур водохранилища, а также окончательные варианты трасс подъездных ж/д и автомобильных путей, линии электропередач и связи, подземных инженерных сетей и др. производят подробные технические изыскания линейных сооружений. При вынесении проектов гидротех. сооруж. в натуру требуется строгое соблюдение проектных высот и уклонов объектов, расположенных на значительной территории и связанных м/у собой и с водотоками гидротехническими расчетами. Это вызывает необходимость построения на местности высокого класса нивелирной основы, уравненной в единой абсолютной системе высот