RU2611718C1

RU2611718C1 - Pressure rounded tunnel for hydroelectric power plants

Info

Publication number: RU2611718C1
Application number: RU2015150354A
Authority: RU
Inventors: Фахраддин Гасан оглы Габибов; Александр Николаевич Богомолов; Оксана Александровна Богомолова; Азад Таир оглы Амрахов; Лейли Фахраддин кызы Габибова; Низами Расим оглы Юсифов; Шовги Курбан оглы Галандаров; Эльдар Авез оглы Аббасов; Ямен Магомед оглы Эминов
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-02-28

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: pressure rounded tunnel for hydroelectric power plants comprises the pit 3 with the angles and with the acquis in the tunnel rock and the tunnel lining 2 with expansion joints located opposite the corners in the form of longitudinal slots 5 with the seal 6 at the bottom of each slot. Bases of longitudinal slots 5 for joints are located in the outer layer of lining 2. The pit 3 lining and the surface of the concrete lining 2 contacting it with are made in cross section in the form of Reuleaux triangle with the corners 4, wherein one of corners 4 of Reuleaux triangle is oriented vertically upwards, forming a dome part of the pit 3. The expansion joints are located opposite all three corners 4 of Reuleaux triangle.

EFFECT: increase of strength, stability and reliability of performance of pressure tunnels of hydropower stations in critical geological and seismic conditions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для напорных туннелей гидроэлектростанций с обделкой.The invention relates to hydraulic engineering and is intended for pressure tunnels of hydropower plants with lining.

Известен напорный туннель округлой формы, включающий выработку во вмещающий туннель породе и бетонную обделку с деформационными швами в виде продольных прорезей с уплотнением в основании каждой прорези. Уплотнение продольного шва обделки выполнено в виде рифленой эластичной полосы с продольной прорезью. Уплотнение расположено с внутренней, напорной, стороны обделки туннеля на части толщины обделки, а эластичная полоса уплотнения со стороны противоположной прорези имеет заостренный край, причем острие выполнено симметрично относительно оси прорези (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1291659, МПК E02B 3/16, 1987 г.).A round-shaped pressure tunnel is known, including production of rock in the enclosing tunnel and concrete lining with expansion joints in the form of longitudinal slots with a seal at the base of each slot. The seal of the longitudinal seam of the lining is made in the form of a corrugated elastic strip with a longitudinal slot. The seal is located on the inner, pressure side of the lining of the tunnel at a part of the thickness of the lining, and the elastic strip of the seal on the side of the opposite slot has a pointed edge, and the tip is symmetrical about the axis of the slot (see USSR author's certificate for invention No. 1291959, IPC E02B 3/16 , 1987).

Недостатком известного напорного туннеля является ограниченная надежность работы в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях из-за ограниченной прочности (жесткости) и устойчивости выработки и бетонной обделки круглого сечения, особенно в его сводной части.A disadvantage of the known pressure tunnel is the limited reliability in difficult geotechnical and seismic conditions due to the limited strength (rigidity) and stability of the excavation and concrete lining of the circular cross section, especially in its integral part.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому (прототипом) является напорный туннель округлой формы, включающий выработку во вмещающий туннель породе, бетонную обделку с деформационными швами в виде продольных прорезей с уплотнением в основании каждой прорези. Выработка, в поперечном сечении, в верхней части выполнена в виде полукруга, а в нижней части выполнена прямоугольной формы, а деформационные швы расположены против углов в нижней части выработки, причем основания продольных прорезей под швы расположены в наружном слое обделки (см. авторское свидетельство СССР №1740540, МПК E02B 9/06, 1992 г.).Of the known technical solutions, the closest to the claimed (prototype) is a round-shaped pressure tunnel, including production of rock in the enclosing tunnel, concrete lining with expansion joints in the form of longitudinal slots with a seal at the base of each slot. The development, in cross section, in the upper part is made in the form of a semicircle, and in the lower part it is made rectangular, and the expansion joints are located against the corners in the lower part of the development, and the bases of the longitudinal slots for the seams are located in the outer layer of the lining (see USSR author's certificate No. 1740540, IPC E02B 9/06, 1992).

Основными недостатками напорного туннеля - прототипа являются неравнопрочность конструкции, относительно ограниченная надежность работы в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях из-за ограниченной устойчивости выработки и обделки сложного поперечного сечения.The main disadvantages of the pressure tunnel - the prototype are uneven construction, relatively limited reliability in difficult engineering, geological and seismic conditions due to the limited stability of the development and lining of a complex cross section.

Задачей изобретения является повышение прочности, устойчивости и надежности работы напорного туннеля гидроэлектростанций в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях.The objective of the invention is to increase the strength, stability and reliability of the pressure tunnel of hydroelectric power plants in difficult geotechnical and seismic conditions.

Для решения поставленной задачи в напорном туннеле гидроэлектростанций округлой формы, включающем выработку с углами и сводом во вмещающий туннель породе и бетонную обделку с расположенными напротив углов деформационными швами в виде продольных прорезей с уплотнением в основании каждой прорези, причем основания продольных прорезей под швы расположены в наружном слое обделки, выработка и контактирующая с ней поверхность бетонной обделки выполнены в поперечном сечении в виде треугольника Релло, при этом один из углов треугольника Релло направлен вертикально вверх, образуя сводную часть выработки, а деформационные швы расположены напротив всех трех углов треугольника Релло.To solve the problem in a pressure tunnel of round-shaped hydroelectric power plants, including excavation with corners and a vault in the rock containing the tunnel and concrete lining with expansion joints located opposite the corners in the form of longitudinal slots with a seal at the base of each slot, the bases of the longitudinal slots for the seams are located in the outer the lining layer, the excavation and the surface of the concrete lining in contact with it are made in cross section in the form of a Rellot triangle, while one of the corners of the Rell triangle o is directed vertically upward, forming the consolidated part of the working out, and expansion joints are located opposite all three corners of the Rello triangle.

Сущность изобретения заключается в том, что выработка во вмещающей туннель породе и контактирующая с ней поверхность бетонной обделки выполнены в поперечном сечении в виде треугольника Релло, при этом один из углов треугольника Релло направлен вертикально вверх, образуя сводную часть выработки, а деформационные швы расположены напротив всех трех углов треугольника Релло.The essence of the invention lies in the fact that the development in the rock enclosing the tunnel and the surface of the concrete lining in contact with it are made in cross section in the form of a Rello triangle, while one of the corners of the Rello triangle is directed vertically upward, forming a consolidated part of the excavation, and the expansion joints are opposite all the three corners of the Rello triangle.

Такой новый признак выполнения выработки и контактирующей с ней поверхности бетонной обделки в поперечном сечении в виде треугольника Релло позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что у выработки совместно с контактирующей с ней поверхностью бетонной обделки появляется оптимальная однородно устойчивая поверхность, свойственная оригинальным характеристикам циклоидных форм. Это придает напорному туннелю с бетонной обделкой более высокую устойчивость и прочность в сложных условиях эксплуатации. Второй новый признак, как направление одного из углов треугольника Релло вертикально вверх с образованием сводной части выработки, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что одна из наиболее жестких зон (угловая зона) треугольника Релло располагается в наиболее напряженной части напорного туннеля. Третий новый признак, заключающийся в расположении деформационных швов напротив всех трех углов треугольника Релло, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в образовании равноустойчивой и равносторонне деформируемой конструкции напорного туннеля при экстремальных статических и динамических нагрузках.Such a new sign of the development and the surface of the concrete lining in contact with it in cross section in the form of a Rello triangle allows the proposed technical solution to acquire a new property, namely that the development, together with the surface of the concrete lining in contact with it, has an optimal uniformly stable surface, characteristic of the original characteristics of cycloid forms. This gives the pressure tunnel with concrete lining higher stability and strength in difficult operating conditions. The second new feature, as the direction of one of the corners of the Rello triangle vertically upward with the formation of the consolidated part of the mine, allows the proposed technical solution to acquire a new property, namely, that one of the most rigid zones (corner zone) of the Rello triangle is located in the most stressed part of the pressure tunnel . The third new feature, which consists in the location of the expansion joints opposite all three corners of the Rello triangle, allows the proposed technical solution to acquire a new property, which consists in the formation of an equally stable and equilaterally deformable design of the pressure tunnel under extreme static and dynamic loads.

Вышеуказанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть положительного эффекта, заключающегося в повышении прочности, устойчивости и надежности работы напорного туннеля гидроэлектростанций в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях. Все это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".The above new features and properties are absent in the known technical solutions and allow the proposed technical solution to achieve a positive effect, which consists in increasing the strength, stability and reliability of the pressure tunnel of hydroelectric power plants in difficult geotechnical and seismic conditions. All this allows us to argue that the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 изображен напорный гидротехнический туннель округлой формы, поперечный разрез.In FIG. 1 shows a pressure hydraulic tunnel of a round shape, a cross section.

Напорный туннель в скальных грунтах 1 выполнен с бетонной (железобетонной) обделкой 2, имеющей круглое очертание внутренней поверхности и расположенной в выработке 3, имеющей в поперечном сечении форму в виде треугольника Релло с углами 4. Обделка 2 содержит три деформационных шва в виде продольных прорезей 5, расположенных в угловых наиболее жестких зонах обделки. Эти швы делят обделку на три равные части. Продольные прорези 5 пересекают внутренний и средний слои обделки 2 и в своем основании, расположенном в наружном слое обделки 2, содержат уплотнения 6.The pressure tunnel in the rocky soils 1 is made with concrete (reinforced concrete) lining 2, having a round outline of the inner surface and located in the excavation 3, having a cross-sectional shape in the form of a Rello triangle with corners 4. Lining 2 contains three expansion joints in the form of longitudinal slots 5 located in the corner most severe areas of the lining. These seams divide the lining into three equal parts. The longitudinal slots 5 intersect the inner and middle layers of the lining 2 and at their base, located in the outer layer of the lining 2, contain seals 6.

Напорный туннель гидроэлектростанций работает следующим образом.The pressure tunnel of hydroelectric power plants works as follows.

Внутреннее давление воды

действует на всю внутреннюю поверхность обделки 2. Одновременно раскрываются прорези 5, в них проникает вода и воздействует на обделку 2 силами P, которые имеют нормальное направление к боковым поверхностям прорезей 5 и на единицу длины туннеля каждая из них равнаInternal water pressure

acts on the entire inner surface of the lining 2. At the same time, slots 5 open, water penetrates into them and acts on the lining 2 by forces P, which have a normal direction to the side surfaces of the slots 5 and each of them is equal to the unit length of the tunnel

,

где h - глубина прорези 5.where h is the depth of the slot 5.

В результате три пары сил P равномерно сжимают три равные части обделки 2. Эти дополнительные силы совместно с упругим отпором породы полностью предотвращают появление растягивающих напряжений в обделке 2.As a result, three pairs of forces P uniformly compress three equal parts of the lining 2. These additional forces together with the elastic resistance of the rock completely prevent the appearance of tensile stresses in the lining 2.

Треугольник Релло представляет собой фигуру постоянной ширины, образованную пересечением трех дуг радиуса a, центры которого находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной a.The Rello triangle is a figure of constant width formed by the intersection of three arcs of radius a , the centers of which are at the vertices of an equilateral triangle with side a .

Из всех фигур заданной постоянной ширины треугольник Релло обладает наименьшей площадью. Если ширина его равна a, то его площадь равна

. Следовательно, при равных площадях, треугольник Релло имеет большую ширину по сравнению с кругом. По сравнению с сечением с полукруглым сводом и прямоугольным низом, выработка с сечением в виде треугольника Релло отличается равнопрочностью и более равным расположением жесткостных элементов. Как показали модельные исследования, свод выработки в виде угла треугольника Релло оказался на 15-25% устойчивее свода в виде полукруга или части круга.Of all the figures of a given constant width, the Rello triangle has the smallest area. If its width is a , then its area is

. Therefore, with equal areas, the Rello triangle has a larger width compared to the circle. Compared to a section with a semicircular vault and a rectangular bottom, a mine with a section in the form of a Rello triangle is characterized by equal strength and a more equal arrangement of stiffening elements. As model studies showed, the arch of the development in the form of the angle of the Triangle was 15-25% more stable than the arch in the form of a semicircle or part of a circle.

Углы при вершинах треугольника Релло равны 120°, т.е. сложности армирования угловых зон обделки не возникает.The angles at the vertices of the Rello triangle are 120 °, i.e. the complexity of reinforcing the corner zones of the lining does not arise.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, заключается в достижении равнопрочности по сечению напорного туннеля, в повышенной устойчивости сводной части выработки и бетонной обделки. Все это в целом позволяет повысить прочность, устойчивость и надежность работы напорного туннеля гидроэлектростанций в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях.The technical and economic efficiency of the proposed technical solution, in comparison with the prototype, is to achieve equal strength in the cross section of the pressure tunnel, in the increased stability of the consolidated part of the excavation and concrete lining. All this as a whole allows to increase the strength, stability and reliability of the pressure tunnel of hydroelectric power plants in complex engineering-geological and seismic conditions.

Claims

Round-shaped pressure tunnel for hydroelectric power plants, including excavation with corners and with a vault in the rock enclosing the tunnel and concrete lining with opposite expansion joints in the form of longitudinal slots with a seal at the base of each slot, and the bases of the longitudinal slots under the seams are located in the outer layer of the lining, characterized in that the excavation and the surface of the concrete lining in contact with it are made in cross section in the form of a Relo triangle, while one of the corners of the Relo triangle is directed flax vertically upward, forming the consolidated part of the working out, and expansion joints are located opposite all three corners of the Relo triangle.