Закрытый водосброс с наклонной шахтой
Закрытый водосброс с наклонной шахтой можно устраивать в скальном грунте при наличии соответствующих топографических условий, например когда шахтный водосброс оказывается неприемлемым. Разработка наклонного туннеля иногда более сложна, чем вертикального.
Рассматриваемый водосброс, как и шахтный, состоит из четырех основных частей: входной части, безнапорной наклонной шахтытуннеля (наклоненного под углом 45—55° к горизонту), отводящего туннеля и выходной (концевой) части. Две последние части водосброса проектируют, как и в случае шахтного водосброса.
Безнапорную наклонную шахту (наклонный туннель) проектируют также с учетом соображений, освещенных в § 10.8; в частности, площадь живого сечения потока в том или другом сечении наклонной шахты определяют по формуле (10.24), причем предельную степень наполнения шахты считают равной (без учета аэрации потока).
Ниже ограничимся описанием только входной части рассматриваемого водосброса. Различают два основных типа этой части: в виде водослива с боковым отводом воды (рис. 10.25), проектируемого, как пояснялось в § 10.7, а также с учетом соображений, приводимых в прилож. А, § А.З; в виде неподтопленного водослива с прямым отводом воды, имеющего порог в плане прямолинейный или криволинейный, образующий так называемую неполную кольцевую входную воронку. Такого рода водосливы можно устраивать с затворами на гребне или без затворов.
1. Водослив с прямым отводом воды — прямолинейный в плане (рис. 10.26). Подходная выемка водослива (несимметричная или симметричная) в плане суживается по течению; далее идет прямолинейный участок канала прямоугольного поперечного сечения постоянной ширины, в пределах которого располагают затворы (если таковые имеются); перед водосливом обычно устраивают порог высотой 0,5Н, где Н — напор на водосливе.
В продольном вертикальном разрезе водослив очерчивается кривой efg, строящейся по координатам безвакуумного профиля; эти координаты называют координатами Кригера — Офицерова.
Как известно, линия efg должна являться нижней границей струй, получающейся при переливе воды через водослив с тонкой стенкой.
За упомянутым выше участком канала постоянной ширины снова начинается его сужение до некоторой ширины Ь (в сечении 2—2), которая в пределах наклонной шахты выдерживается постоянной. При 6 = const радиус г опалубки свода шахты также оказывается постоянным, что облегчает устройство этого свода. Сохраняя 6 = const, начальный участок наклонной шахты между сечениями 2— 2 и 4—4 проектируют с уменьшающейся (по течению) высотой D (в соответствии с уменьшающейся по течению глубиной потока). В пределах между сечениями 3—3 и 2—2, где ширина, а также высота D туннеля уменьшаются по течению, свод туннеля делают постоянного радиуса (рис. 10.26,в), причем по течению ширины прямолинейной вставки туннельного водосброса постепенно уменьшают.
Входной портал наклонной шахты намечают с учетом следующего:
При меньшем размере а ведя взрывные работы по прокладке шахты, можно нарушить цельность вышележащего скального грунта; б) воздушная прослойка, имеющаяся над свободной поверхностью воды в шахте, должна через портал свободно сообщаться с наружным воздухом (свободно вентилироваться); причем скорость движения воздуха в пределах упомянутой воздушной прослойки почти равна скорости движения воды в шахте.
Ниже по течению точки f (см. рис. 10.26, а) наблюдается (при открытых затворах) бурный поток, поэтому при наличии сужения потока (с боков), начинающегося ниже уровня водослива, на поверхности потока возникают косые волны; чтобы эти волны не были слишком большими, сужение канала в плане нельзя осуществлять резко; только при этом условии можно не опасаться захлебывания входного портала шахты.
Допустимую степень упомянутого сужения туннеля, а также снижение его высоты на длине (см. рис. 10.26, а) можно назначать, руководствуясь следующими приближенными зависимостями: (В/b) max ~ 2,0...3,0; 6,0... 10,0. Окончательно этот вопрос должен решаться на основании опытов в лаборатории. Что касается коэффициента расхода т водослива, то он не зависит от упомянутых волн.
Устойчивость оголовка (порога входной части на участке между затворами и сечением 3—3) должна быть проверена на выпор противодавлением (при закрытых затворах). Здесь следует учитывать, что инъекционная завеса плотины пересекает трассу водосброса ниже по течению рассматриваемой его входной части и что дренаж бетонного входного порога часто не делают (опасаются его замерзания зимой).
2. Водослив (с прямым отводом воды) с неполной кольцевой входной воронкой отличается от рассматриваемого выше тем, что его гребень (с затворами или без затворов) имеет криволинейную (симметричную — рис. 10.27, а или несимметричную — рис. 10.27) форму в плане. При таком очертании гребня иногда легко запроектировать подходную выемку. Воронку, очерченную в плане линиями 1—2 и 1"—2", здесь проектируют в виде воронки с не подтопленными живыми сечениями. При этом поступают следующим образом: 1) зная ширину В водосливного фронта, намечают на плане местности в соответствии с имеющимися горизонталями боковые
Проектируя воронку с неподтопленными живыми сечениями, дно ее назначают с таким расчетом, чтобы в каждом вертикальном сечении потока устанавливалась критическая глубина (рис. 10.28). Глубину воды на гребне водослива (при открытых затворах или при их отсутствии) можно считать равной hK=2H/3.
Расчет отметок дна воронки в соответствии со сказанным выше выполняют, как описано в прилож. А, § А, 4. В остальном водосброс с неполной кольцевой воронкой проектируют, как и водосброс с прямолинейным (в плане) порогом. В заключение отметим, что диаметр D круглой наклонной шахты часто принимают равным диаметру отводящего туннеля. Если оказывается, что отношение (В/D) велико (см. рис. 10.27), например больше 3...5, то водослив с прямым отводом воды заменяют водосливом с боковым отводом (см. рис. 10.25).