КОМПОНОВКА ГИДРОУЗЛОВ С ГЭС РУСЛОВОГО ТИПА
Русловыми называются установки, в которых здание ГЭС наравне с плотиной участвует в создании напора. Имеется много примеров использования здания ГЭС для пропуска паводковых расходов воды. В таких случаях в здании ГЭС размещаются водосбросы (см. гл. 22).
Компоновка узла определяется параметрами плотины и здания ГЭС. Длину водосливного фронта Дв плотины определяют, исходя из расчетного максимального расхода данного водотока QB м3/с, и допустимого удельного расхода q, м3/с, на один метр длины водосливного фронта (СН и П II-54—77).
Компоновка сооружений гидроузла должна обеспечивать безопасный пропуск воды в период строительства и оптимальную очередность возведения сооружений. При определении размеров водопропускных отверстий в период строительства, высоты перемычек и отметок верха возводимых сооружений в качестве расчетного расхода принимается расход реки с вероятностью превышения 2—5 % для сооружений I и II класса и 10 % для сооружений III и IV класса капитальности, Исключения допускаются для районов с ливневыми паводками (например, для Дальнего Востока).
Существуют два основных типа компоновки сооружений гидроузла: пойменная и русловая. При пойменной компоновке все бетонные сооружения и часть земляной плотины возводятся на пойме одного или обоих (рис. 12-3) берегов. Создание двух бетонных хозяйств может оказаться целесообразным при очень больших объемах работ, требующих расширения строительного фронта. Пойменная компоновка позволяет уменьшить высоту перемычек котлована основных бетонных сооружений, а при высокой пойме может вообще исключить необходимость их возведения. Расход воды при этом идет по основному руслу, что значительно облегчает условия пропуска ледохода и паводковых расходов. После возведения первой очереди сооружений основное русло реки перекрывается обычно намывной плотиной. Намыв может производиться после перекрытия русла каменным банкетом. Пойменная компоновка сокращает сроки строительства гидроузла.
При русловой компоновке здание ГЭС и водосливная плотина располагаются в естественном русле реки (рис. 12-4). Производство работ по возведению сооружений и перекрытию русла ведется в СССР преимущественно методом секционирования (по очередям).
При возведении перемычек и перекрытия русла его ширина не должна быть очень мала, а скорости в меженный период даже при отсутствии судоходства не должны превышать 2,5—3 м/с. Следует также учитывать условия судоходства, лесосплава и ледохода через свободную часть русла, а после перекрытия—сброс воды и льда через недостроенную плотину. Для беспрепятственного пропуска льда, как показал опыт проектирования и строительства, необходимо оставлять не менее 30—40 % ширины русла и предусматривать в начале ледохода дробление льда на подходах к сооружению. Поэтому выбор наиболее узкого створа реки для строительства не всегда оправдан.
В тех случаях, когда характер русла реки и скорости потока не позволяют возводить секционные перемычки или строительство их является чрезмерно дорогим, сооружают строительный туннель или обходной канал, через которые отводят реку в обход строящейся плотины. Строительный канал может быть использован в эксплуатационный период для устройства водосбросов в обход гидроузла. Отечественная практика показывает, что на реках с нескальным основанием и тяжелыми условиями ледохода более целесообразной оказывается пойменная (или смешанная) компоновка гидроузла.
Пойменную компоновку имеют Волжские ГЭС имени В. И. Ленина и имени XXII съезда КПСС, которые являются крупнейшими гидроузлами с бетонными плотинами, возведенными на нескальном основании (высота сооруд<енцй доходит до. 40 м.). Указанные ГЭС совмещенного типа, а также-другие ГЭС Волжского и Камского каскадов имеют весьма сжатые водосливные фронты . (удельный расход за плотиной доходит до 50—57 м3/с), что оказалось возможным благодаря применению удачной конструктивной схемы крепления дна НБ (заглубление концевого участка рисбермы в виде ковша с засыпкой камнем).
Русловая компоновка сооружений целесообразна преимущественно при наличии скального основания. Наиболее типичным для русловых ГЭС на больших равнинных реках является соединение в речном узле четырех основных крупных сооружений — здания ГЭС, плотины, судоходного шлюза и повышающей подстанции. Их взаимное расположение определяется местными условиями, а также требованиями к ним в эксплуатации.
Здание ГЭС, как правило, располагается у берега. Схема расположения здания ГЭС должна обеспечить подвод воды гс турбинам с наименьшей потерей напора. Отвод воды от здания ГЭС в НБ должен производиться по кратчайшему пути и с условием, чтобы поток, пропускаемый через водосливной фронт, не создавал подпора в выходных сечениях отсасывающих труб. Возникновение сбойных течений в НБ может привести к понижению напора и мощности ГЭС, а также к неустойчивому режиму работы агрегатов.
Наиболее удобным по условиям эксплуатации и производства работ является расположение здания ГЭС по одной прямой линии с плотиной, направленной перпендикулярно к течению реки. Между зданием ГЭС и водосливной плотиной устраивается устой, выступающий в нижний и верхний бьеф. Устой в ВБ разделяет потоки воды, направляющиеся к плотине и зданию ГЭС; в НБ он отделяет участок бурного сопряжения бьефов за плотиной от участка с более спокойным течением воды, выходящей из отсасывающих труб ГЭС.
Водосливная плотина и здание ГЭС соединяются с берегом глухой (обычно земляной, реже бетонной) плотиной. Сопряжение земляной плотины с водосливной и со зданием ГЭС осуществляется при помощи железобетонного или бетонного устоя. При очень большом объеме и малой длине земляной плотины и большом объеме бетона сопрягающего устоя вместо этих сооружений может оказаться более экономичной постройка глухой бетонной плотины.
Распределительное устройство повышенного напряжения (повышающая подстанция) выполняется открытого (ОРУ) или закрытого (ЗРУ) типа и располагается вблизи здания ГЭС или в его пределах, в зависимости от типа ГЭС.
Повышающая подстанция, обычно открытого типа, располагается на берегу со стороны НБ здания станции (см. рис. 12-3 и 12-4).
При особо стесненных условиях створа ГЭС подстанцию располагают или на крыше ГЭС, или над отсасывающими трубами.
По отношению к зданию ГЭС возможны две основные схемы расположения шлюза: 1) у противоположного берега, 2) у одного берега вместе со зданием станции. Иногда шлюз располагается в русле реки между зданием и водосливной плотиной, что осложняет трассировку подъездных путей к шлюзу и зданию ГЭС, производство работ по основным сооружениям гидроузла и дамб подходных каналов к шлюзу.
Расположение здания электростанции и шлюза у различных берегов является наиболее удачным решением для эксплуатации ГЭС (см. рис. 12-3 и 12-4). Однако при этом возникает необходимость устройства двух бетонных хозяйств и строительных площадок, что при небольших объемах работ удорожает возведение гидроузла.
Расположение здания ГЭС и шлюза на одном берегу сопровождается известными неудобствами потому, что ГЭС оказывается отрезанной от берега шлюзом. Это вызывает необходимость устройства железнодорожного или автодорожного, а иногда и обоих мостов через шлюз для обеспечения транзитного сообщения через плотину. При близком расположении шлюза и здания ГЭС повышающая подстанция оказывается зажатой между шлюзом и ГЭС. Расширение площадки подстанции путем сдвига шлюза в сторону берега приводит к увеличению объема строительных работ. Перенесение повышающей подстанции на берег (за шлюз) усложняет электрическую связь со станцией.
Наличие в районе строительства поселков или подсобных предприятий может повлиять на компоновку гидроузла. Особенное значение имеет расположение бетонных заводов и других подсобных предприятий, связанных с производством бетонных работ. Подсобные предприятия и поселки целесообразно возводить так, чтобы они впоследствии могли быть использованы местными организациями. Если неизбежно строительство временных предприятий и временных поселков, то их целесообразно строить инвентарными, допускающими быструю разборку и использование на другом строительстве.
Ко всем сооружениям гидроузла как временным, так и постоянным, должны быть до начала основного строительства подведены подъездные пути, обеспечивающие доставку строительных материалов и оборудования, а в период эксплуатации — отправку оборудования в ремонт.