ного типа. Так, в состав сооружений ГЭС-ГАЭС Кастейк (США) входит низконапорный туннель длиной около 16 км и шесть назе.мных высоконапорных турбинных водоводов длиной 730 м каждый (рис. 4-17). Диаметр туннеля 9,14 м, максимальный статический напор 120 м. Вблизи выходного портала туннеля имеется уравнительный резервуар диаметром 36,6 м. Однако такую большую длину подводящего тракта для ГАЭС можно рассматривать как исключение. На ГЭС-ГАЭС Кастейк она связана с тем, что водовод входит в Калифорнийскую гидротехническую систему, предназначенную для водо-

Рис. 4-17. Разрез по напорному тракту ГЭС-ГАЭС Кастейк (США).

i - водохранилище Пайрамид; 2-иизконапорный участок водовода; 3 - высоконапор-иый участок водовода; 4 - уравнительный резервуар; 5 -Здание ГАЭС; S - водохранилище Кастейк; 7 - нижний бассейн ГАЭС.

снабжения г. Лос-Анджелеса и прилегающих районов. Благодаря комплексному назначению этой системы часть стоимости сооружений ГАЭС отнесена к затратам на водоснабжение, что соответственно снизило затраты на энергетическую часть узла и повысило его экономическую эффективность [48].

Диаметры водоводов и определяемые ими скорости течения воды устанавливаются в проектах на основании технико-экономических расчетов по минимуму расчетных затрат сравниваемых вариантов. Для ГАЭС характерны более высокие скорости в низконапорных водоводах, чем в деривационных водоводах обычных гидроэлектростанций. Это связано с относительной кратковременностью работы ГАЭС в суточном графике нагрузки и низкой себестоимостью ночной энергии, используемой для закачки воды в верхний аккумулирующий бассейн (табл. 4-1).

В целях снижения гидравлического удара в водоводах выбирают оптимальный режим регулирования агрегатов, повы-

Таблица 4-1

Сопоставление параметров низконапорных подводящих водоводов ГАЭС и деривационных водоводов ГЭС

* Показатели по второй интке водовода.

шают временную неравномерность их хода или при экономической целесообразности сооружают уравнительные резервуары.

Необходимость установки уравнительных резервуаров на водоводах ГАЭС определяется условиями переходных режимов работы станции.

Исходя из условий регулирования агрегатов, в качестве ориентировочного критерия необходимости сооружения уравнительных резервуаров можно принимать зависимость

3 \ ill 12-16 с,

(4-2)

где Ту, - постоянная инерции напорного водовода; qmakc - наибольший расход при расчетном напоре; Яо - напор турбин; Li и Fi - длина и сечение участков водовода; п - количество участков.

Поскольку длина высоконапорных турбинных участков водоводов относительно невелика по сравнению с длиной низконапорных, то формула (4-2) может быть упрощена следующим образо.м:

tMBKcZ- 120160 м/с, Н

(4-3)

где L - длина участка водовода, м; имакс - макси.мальная скорость течения воды на этом участке, м/с; Н - статический напор ГАЭС, м.

Еще более упрощенная зависимость [18]:

макс>6000 М/С.

(4-4)

Сложность гидравлической системы ГАЭС требует на стадии технико-экономического обоснования строительства проведения тщательных расчетов переходных гидравлических режимов с учетом уточненных турбинных характеристик и других параметров, а в техническом проекте также и модельных исследований.

Имеется возможность снизить действующий напор на водоводах ГАЭС, расположив их на поверхности земли и частично на эстакаде. Если напор ГАЭС не превыщает 100 м, водовод может оканчиваться вертикальной шахтой, совмещающей функции уравнительного резервуара и подвода к спиральным камерам агрегатов. Такую конструкцию целесообразно расположить в центре круглого в плане здания ГАЭС.

Высокое относительно агрегатов расположение подводящих водоводов имеет также отрицательные стороны. Возникает опасность образования вакуума в случае мгновенной потери привода в насосном режиме. Последнее ограничение требует приближения здания ГАЭС к верхнему бассейну, что приводит к значительной глубине врезки подошвы здания ГАЭС в береговой склон, либо размещения водоприемных сооружений на бровке склона. Это влечет за собой увеличение высоты ограждающей дамбы и снижает надежность сооружения.

Расположение напорного железобетонного водовода частично на насыпном грунте, частично на высокой эстакаде может привести к неравномерным осадкам и нарушению водонепроницаемости конструкции.

Высоконапорные участки подводящих водоводов примыкают с одной стороны к агрегатам ГАЭС, а с другой -либо к низконапорным участкам, либо к водоприемным сооружениям в верхнем бассейне.

На конструктивном рещении водоводов сказывается их расположение: подземное или наземное.

Вертикальная трассировка подземных водоводов, т. е. определение уклонов различных участков, зависит в основном от генерального уклона трассы (отношения перепада высот к длине), условий производства подземных работ, геологического строения.

За рубежом в последние годы получили распространение туннелепроходческие комбайны, позволяющие проходить наклонные выработки в породах средней и высокой крепости. При этом оптимальный уклон выработок, обеспечивающий сброс породы под действием силы тяжести, составляет примерно 38-45°.

В настоящее время развитие технических решений ГАЭС идет в направлении повышения единичных мощностей агрегатов и присоединения нескольких агрегатов к одному водоводу. Это может быть связано с некоторыми неудобствами при эксплуатации, поскольку при необходимости ремонта магистрального или одного из подводящих водоводов требуется одновре-

менно останавливать несколько агрегатов. Однако принимаемые конструктивные решения подземного водопроводящего тракта выполняются обычно с высокой степенью надежности. Периодический осмотр водоводов может выполняться в течение суточных остановок ГАЭС либо в субботние и воскресные дни.

Укрупнение водоводов приводит к росту основного параметра, характеризующего усилие на облицовку водовода pD (р -максимальное давление воды в водоводе, p = pgH; D - диаметр водовода, м). Этот параметр для некоторых подземных водоводов ГАЭС имеет следующие значения:

Люнерзее (Австрия, 1958 г.)........ 2300

Вианден I (Люксембург, 1964 г.)...... 2000

Хорнберг (ФРГ, 1975 г.).......... 4900

Белмекен (Болгария, 1975 г.)........ 2900

На строительстве ГЭС в СССР (Нурекская и Ингурская ГЭС) параметр туннельных водоводов достигал 2400-2800.

Наиболее рациональные конструктивные решения обделок подземных высоконапорных водоводов достигаются за счет максимального использования прочностных свойств скального массива и передачи на него значительной части внутреннего давления воды.

Для максимального сохранения упругих и прочностных свойств породы большое значение имеет метод производства проходческих работ. Так, по исследованиям отдела подземных сооружений НИС Гидропроекта коэффициент упругого отпора при механизированной проходке возрастает в среднем на 30% по сравнению с буро-взрывной.

Для повышения геомеханических показателей породы рационально применение глубокой укрепительной цементации.

Технико-экономические показатели обделки с глубокой укрепительной цементацией более благоприятны, чем показатели обделок традиционных типов. Такая обделка деривационного туннеля Ингурской ГЭС оказалась на 26 млн. руб. дешевле обделки с металлической рубашкой и на 31 млн. руб. дешевле железобетонной обделки [10].

На основании отечественных и зарубежных исследований молено привести следующие ориентировочные значения коэффициента увеличения упругого отпора в зависимости от состояния породы и глубины цементации при давлении 2 МПа [10]:

Состояние породы Глубина цементации

5,0 м 8,0 м

Слаботрещиноватая...... 1,5 2,0

Трещиноватая......... 1,8 2,5

Сильнотрещиноватая...... 2,0 3,0

Помимо экономической эффективности глубокая цементация значительно снижает фильтрационные потери воды, обеспечивает сохранность обделки и неразмываемость породы. В опытном

штреке ГАЭС Фестиньог (Великобритания), пройденном в плотных алевролитах, цементация под давлением 3,5 МПа уменьшила расход фильтрации более чем в 10 раз.

Ограниченное распространение имеют напряженно-армированные обделки, отличающиеся высокой трудоемкостью и сложностью изготовления, однако их применение обеспечивает значительную экономию металла.

Представляют интерес монолитные железобетонные обделки высоконапорных туннелей с применением низкомодульных бетонов (латексбетон и пемзобетон). При одинаковых марках низкомодульного и обычного бетона толщина обделки из низкомодульного бетона может быть уменьшена на 30-50%. Широкому внедрению латексбетона пока препятствует его высокая стоимость (в 1,5-2 раза выше стоимости обычного бетона).

Устройство железобетонных обделок напорных туннелей связано с некоторыми технологическими трудностями и не исключает возможности фильтрационных потерь из туннелей. Поэтому значительная часть высоконапорных водоводов зарубежных ГАЭС имеет участки большей или меньшей протяженности, облицованные металлом. Толщина стальной облицовки устанавливается из условия совместной статической работы всей конструкции (сталь - бетон - скала) на внутреннее давление и изолированной работы самой облицовки с учетом ребер и анкеров на возможное наружное давление.

На ГАЭС Рэккун Маунтин (США) высоконапорный подземный водовод выполнен однониточным с разветвлением на четыре нитки (см. рис. 3-7). Скальные породы, в которых расположены подземные сооружения, представлены известняками различной крепости. Диаметр шахтного и горизонтального участков магистрального водовода 10,6 м, диаметр подводящих участков водоводов 5,3 м (скорость потока 6,9 м/с). На примыкании к машинному залу диаметры подводящих водоводов снижаются до 3 м. При этом скорость потока (в турбинном режиме) возрастает до 21,5 м/с. Только последние участки иа длине 36 м облицованы металлом.

Трасса водовода ГАЭС Родунд 11 (Австрия) проходит почти параллельно склону в известняках и мергелях [50]. Водовод диаметром 4,15 м облицован металлом толщиной от 10 до 20 мм по всей длине. На участках водовода, на которых наружное гидростатическое давление превышает 70 м, стальная облицовка заанкерена в бетон (рис. 4-18).

На ГАЭС Окутатараги (Япония) две нитки наклонных высоконапорных подводящих водоводов протрассированы в прочных липаритах с модулем деформации от 4000 до 10 000 МПа. Внутренний диаметр водоводов 4,9 м, длина 645 м, максимальный расчетный напор 630 м (статический напор 465 м). Максимальная толщина стальной облицовки, рассчитанной с учетом отпора скальной породы, 50 мм. В пределах наклонной части водоводов затрубное пространство вокруг облицовки заполнено бетоном на расширяющемся цементе.

Данные контрольно-измерительной аппаратуры подтвердили наличие предварительного обжатия облицовки водовода и передачи от 0,57 до 0,88 efivr-реипего давления на породу [83].

Важное значение при проектировании подземных водоводов со стальной облицовкой имеет минимально допустимый зазор между контуром выработки и облицовкой. В отечественной

практике это расстояние принимается в зависимости от условий выполнения сварочных работ при монтаже облицовки: при сварке изнутри 0,4 м (Нурекская ГЭС), при двусторонней сварке 0,8 м (Ингурская ГЭС). На проектируемой в Венгрии ГАЭС Предикалосек зазор между облицовкой и породой принят 0,35-0,5 м. В ФРГ рекомендуется зазор принимать не более 0,3 м. При этом пространство между облицовкой и породой заполняется специально подобранным высокопластичным бетоном, обладающим минимальной усадкой [39]. В СССР на Ну-

Рис. 4-18. Разрез по напорному тракту ГАЭС Родунд II (Австрия).

/ - нарулсное гидростатическое давление; 2-участок водовода с предварительным напряжением обделки; 3 - аллювий; 4 - трещины бортового отпора.

рекской ГЭС и других объектах для заполнения затрубного пространства применяют литой бетон с присадкой бентонита [16].

Водовод ГАЭС Вальдек II (ФРГ) ,ча начальном участке длиной 100 м (см. рис. 3-6) построен открытым способом в виде железобетонной трубы диаметром в свету 5,75 м со стальной облицовкой толщиной 18 мм. Ниже этого участка толщина облицовки увеличивается до 44 мм. Облицовка рассчитана на внутреннее давление воды при совместной статической работе с массивом породы, представленной песчаниками и сланцами. При расчете учитывались возможные зазоры между облицовкой и бетоном до 2 мм U осредпеииый модуль упругости скалы 4500 МПа. Был выполнен также поверочный расчет по пределу текучести с допущением k=\,\ в предположении изолированной работы облицовки без учета окружающего массива. Колена облицовки закреплены в скале прсднапряжеипыми анкерами с глубиной заделки 20 м.

При проектировании водовода ГАЭС Вальдек II не учитывалось внешнее давление воды, поскольку проведенные изыскания показали, что порода прак-