расчет каналов и сооружений. Расчет каналов и тоннелей.. Расчет каналов и тоннелей

• Название: Расчет каналов и тоннелей
• Анкор: расчет каналов и сооружений
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 422.83 Kb.
• Имя файла: Расчет каналов и тоннелей..docx
• Тип: Самостоятельная работа; #747111

Министерство образования и науки РК.

Международная образовательная корпорация


Самостоятельная работа №1

На тему: « Расчет каналов и тоннелей. »
Выполнила:ст-т гр. РПЗС-19(21) ВО(Д)

Жанатова Д.О

Проверил: Имамбаева Р.С.
Алматы 2022

Содержание

• 
  Общая информация
  
• 
  Виды каналов
  
• 
  История
  
  • 
    Каналы в древности
    
  • 
    XIX век
    
• 
  Характеристики каналов
  
• 
  Расчёт каналов
  
  • 
    Учёт русловых процессов
    
• 
  Сооружения на каналах
  
  • 
    Водопроводящие сооружения
    
  • 
    Литература
    

Водныйканал (лат. canalis — труба, жёлоб) — искусственная водная арт ерия, предназначенная для сокращения водных маршрутов или для перенаправления потока воды.
Существует два основных назначения канала:

• 
  ирригационное, канал используется для доставки или отвода воды
  
• 
  каналы, осуществляющие транспортные функции, например для доставки грузов или людей
  

Зачастую каналы совмещают в себе обе функции.

Цель создания судоходного канала — соединение бассейнов двух водоёмов в случае отсутствия такового, сокращение пути между двумя водоёмами, обеспечение гарантированного судоходства, решение проблемы транспортной доступности по водным путям пунктов назначения, создание экономически выгодных путей транспортировки.

Общая информация

Каналы относятся к водопроводящим сооружениям (водоводам) — искусственным руслам, с помощью которых осуществляется подача воды из одного пункта в другой. Наряду с каналами, к водопроводящим сооружениям относятся лотки, трубопроводы, гидротехнические тоннели. От лотков каналы отличает то, что они располагаются в земле, тогда как лотки — на земле или над землёй. В отличие от трубопроводов и гидротехнических тоннелей русла каналов открыты.

Виды каналов

«Королевский канал» в Ирландии
В зависимости от предназначения каналы делятся на несколько видов.

С древнейших времён важную роль в сельском хозяйстве играли мелиоративные каналы, которые, в свою очередь, делятся на ирригационные (оросительные) и дренажные (осушительные). Первые из них доставляют воду на поля и распределяют её там, поэтому чаще всего их можно встретить в пустынях и полупустынях Азии и Африки, а также на территориях, где ведётся интенсивное земледелие — например, в Калифорнии и Средиземноморье. Вторые, наоборот, отводят воду из заболоченной местности.

Водопроводные каналы подают воду к месту её потребления, причём условия эксплуатации и санитарные требования часто вынуждают делать такие сооружения закрытыми. Их главная цель — подавать воду в безводные и засушливые районы из мест, где постоянно ощущается избыток воды.

Ещё один вид каналов — энергетические. Они подводят из рек воду к турбинам гидроэлектростанции, а затем отводят прошедшую через турбины воду за пределы ГЭС.

Профиль Беломорско-Балтийского канала

Судоходные каналы — пресноводные и морские, — которые соединяют реки, озёра и моря, рассчитаны, как правило, на всевозможный водный транспорт — от маленьких лодок до огромных сухогрузов. Судоходные каналы подразделяются на открытые и шлюзованные. Первые из них соединяют водные пути с одинаковым уровнем воды, вторые — водоёмы с разными уровнями. Из открытых каналов можно назвать крупные Суэцкий канал и Коринфский, однако подавляющее большинство подобных сооружений — второго типа: их шлюзовые системы позволяют судам подниматься из низких участков канала на более высокие, и наоборот. Самые знаменитые шлюзовые каналы — Панамский и Кильский. В свою очередь, пресноводные каналы делятся на транзитные (соединяют несколько водоёмов), водораздельные (связывают бассейны двух рек), обходные (обводные) или спрямляющие (огибают порожистые или бурные участки, а также сокращают путь между двумя пунктами извилистого русла) и соединяющие (их прокладывают от водных путей к крупным промышленным центрам).

Также различают лесосплавные каналы, предназначенные для транспортирования по воде древесины.

По способу подачи воды каналы разделяются на самотечные, в который вода течёт под действием силы тяжести, и с механическим подъёмом воды, для чего используются насосные станции.

История

Каналы в древности

Первые оросительные каналы появились в конце VI тысячелетия до н. э. в Месопотамии. Примерно тогда же, по-видимому, начали возводить ирригационные системы и в Древнем Египте, так что к рубежу ΙΙΙ и ΙΙ тысячелетий в обеих странах была создана широкая сеть оросительных каналов, забота о которых легла на плечи верховной власти. Не исключено, что в Древнем Египте появился и первый в мире судоходный канал, который соединил Красное море с одним из притоков Нила — реки, впадавшей в Средиземное море; благодаря этому пути корабли могли путешествовать из одного моря в другое. Строительство данной водной артерии было начато около 600 года до н. э. и продолжалось до 518 года до н. э., когда страну захватили персы. К сожалению, со временем канал был погребён под песками пустыни и о нем забыли.

XIX век

Коринфский канал.

Августовский канал, соединяющий бассейны Вислы и Немана, — уникальный памятник инженерного искусства первой половины ΧΙΧ века. Находящееся на территории Польши (80 км) и Белоруссии (22 км), это гидротехническое сооружение — яркий пример замкнутого канала, вдоль которого построено 18 шлюзов. Строительство канала было начато в 1824 году и длилось 15 лет, а главным проектировщиком стал инженер Игнаций Пронджинский. Сохранившись до наших дней почти в первозданном виде, сегодня этот водный путь обслуживает в основном туристов: его русло проходит среди живописных ландшафтов Августовской пущи и Бебжанской низменности, соединяя озера Нецка, Белое и реку Черная Ганча. Сегодня Августовский канал является одной из достопримечательностей, которую, возможно, ждёт включение во Всемирный список культурного и природного наследия ЮНЕСКО.

В 1893 был открыт Коринфский канал — канал в Греции, соединяющий Саронический залив Эгейского и Коринфский залив Ионического морей. Прорыт через Коринфский перешеек, отделяющий полуостров Пелопоннес от материка. Любопытно, что первое упоминание о подобном канале относится к VII веку до н. э., когда коринфский тиран Периандр, причисляемый к семи мудрецам древней Греции, попытался прорыть водный путь, но потом остановил работы.

Характеристики каналов

Главными характеристиками канала является форма и размер его живого сечения, то есть поперечного сечения потока. Форма каналов может быть разнообразной. Часто применяются каналы трапецеидального и полигонального очертания. Также сечение может быть прямоугольным, полукруглым, параболическим, очерченным более сложной кривой или составным.

Поперечные сечения каналов

Заложение откоса m, равное



зависит от грунта, в котором проходит канал. Если для скальных грунтов заложение откоса приближается к нулю, то, например, для пылеватых песков оно может достигать 3-3,5. Укрепление откосов позволяет назначать заложение требуемой величины.

В отличие от естественных русел существует возможность придать сечению канала гидравлически наивыгоднейшее сечение (то есть подобрать соответствующие величины ширины канала по дну и глубины потока). При таком сечении при заданной шероховатости русла обеспечивается максимальная пропускная способность при минимальной площади сечения. Однако для диапазона наиболее распространённых заложений откосов получается, что такие каналы имеют большую глубину и малую ширину по дну, что часто нецелесообразно по технологии устройства и стоимости работ. В придачу к этому происходит увеличение размывающей скорости потока. Поэтому ширину каналов по дну увеличивают по сравнению с гидравлически наивыгоднейшей.

Расчёт каналов

В общем случае небольшие каналы рассчитываются в предположении равномерного движения воды. Для определения скорости и расхода используют формулы Шези:


где

V — средняя скорость потока, м/с;

C — коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), м^0,5/с, являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления;

R — гидравлический радиус, м;

I — гидравлический уклон, который при равномерном движении потока со свободной поверхностью равен уклону дна и свободной поверхности.

ω — площадь живого сечения, м².
Расход воды в канале определяется водохозяйственными расчётами. Задача сводится к определению сечения канала и его размеров при сравнительно узком диапазоне возможной скорости потока. Узость диапазона скорости диктуется тем, что русло с одной стороны не должно размываться, а с другой — не должно заиливаться. Расчёт предельных скоростей по заилению и размыванию является сложной задачей и решается приближёнными методами. Для большинства материалов размывающие скорости определены и приводятся в соответствующих таблицах в зависимости от глубины потока.



Тоннели из лотковых элементов конструктивно решены аналогично каналам из верхних и нижних лотковых элементов, соединяемых с помощью швеллеров, которые привариваются к закладным деталям, устанавливаемым в стенке нижних лотков. Однако в тоннелях установка лотковых элементов выполняется с перевязкой вертикальных швов. Сочетания высот нижних и верхних лотков принимают в зависимости от вида и условий монтажа коммуникаций. Многосекционные тоннели образуются из параллельно устанавливаемых односекционных тоннелей с засыпкой «пазухи» между стенками сухим песком.



Размеры лотков по ширине приняты 420...4000 мм включительно, по высоте — 360...1700 мм включительно. При ширине лотков до 2400 мм и массе до 9,3 т длина лотков равна 5970 мм, в остальных случаях — 2970 мм. Плоские плиты перекрытий и днища имеют длину 2990 мм, за исключением плит для каналов шириной 300 и 450 мм, длина которых 740 мм. Для перекрытия полуподземных каналов разработаны трехслойные утепленные плиты, в которых в качестве утеплителя используют ячеистый бетон.

В подземных каналах и тоннелях не реже чем через 50 м устраивают деформационные швы. В полуподземных каналах расстояние между деформационными швами не должно превышать 30 м. Деформационные швы обычно устраивают в местах примыкания каналов к камерам и компенсаторным нишам или на границах участков с резко различающимися сечениями, нагрузками и т. д. В тоннелях, кроме того, всегда предусматривают выходы и монтажные проемы Расстояния между выходами в шинных и кабельных тоннелях не должны превышать 150 м, при прокладке паропроводов — 100 м и при прокладке водяных тепловых сетей — 200 м.

Каналы и тоннели рассчитывают на следующие виды нагрузок (рис. 12.27, а): а) постоянная нагрузка от собственного веса конструкции перекрытия канала и слоя грунта над перекрытием канала; б) временная распределенная вертикальная нагрузка от транспортных средств, в) горизонтальное давление грунта от засыпки; г) горизонтальное давление грунта от нагрузки, передающейся с транспортных средств, д) горизонтальные и вертикальные нагрузки от трубопроводов; последние обычно мало влияют на напряженное состояние конструкций каналов и тоннелей и при расчете не учитываются.

Вид расчетной схемы канала (тоннеля) принимается в зависимости от конструкции сооружения. Для конструкций каналов, изображенных на рис 12.24, а, 12.25, а, расчетная схема показана на рис. 12.27, б. Изгибающие моменты в стенке для этой схемы определяются от горизонтальных нагрузок, как в консольной балке, защемленной в уровне днища. Расчет плиты перекрытия производят как балки на двух опорах. Для остальных каналов и тоннелей шириной более 1,5 м расчетная схема показана на рис. 12.27, в. Изгибающие моменты, продольные и поперечные силы определяются, как в П-образной шарнирной раме на упругом основании; для каналов меньшей ширины отпор грунта на днище принимают по линейной эпюре. Расчет стенки и днища производят на внецентренное сжатие. При выборе расчетной схемы следует иметь в виду, что в процессе строительства канала возможна его работа со снятым покрытием. Поэтому в большинстве случаев (за исключением монолитных замкнутых каналов) при расчете должен быть рассмотрен вариант схемы загружения с консольными стенками (рис. 12.27, б).

Учёт русловых процессов

Многие крупные каналы по своей сути представляют собой искусственные реки. Часто они не имеют укрепления дна и откосов, что обуславливает протекание русловых процессов, свойственных обычным рекам. Это ещё более очевидно при использовании при строительстве каналов русел естественных водотоков. Большая протяжённость каналов, большие расходы воды, влияние стока с прилегающего бассейна, — всё это делает расчёт каналов сложнейшей гидротехнической задачей. Её решение в большинстве случаев возможно только с применением моделирования.

Сооружения на каналах

Строительство каналов почти всегда требует устройства дополнительных сооружений, которые можно разделить на несколько категорий:

• 
  водопроводящие сооружения;
  
• 
  сопрягающие сооружения;
  
• 
  сооружения, регулирующие общий режим канала.
  

Водопроводящие сооружения

Водопроводящими сооружениями могут заменяться отдельные участки каналов как по экономическим, так и техническим причинам. К таким сооружениям относятся лотки, трубы, туннели, акведуки, дюкеры, селеспуски и пр.

В тех случаях, когда грунтовые условия не позволяют устроить надежное русло канала или рельеф местности, где проходит участок трассы канала, слишком сложный (сильно пересеченная местность, горные склоны и т. п.) целесообразно использование лотков. Лотки также представляют собой искусственные русла, однако они располагаются на поверхности земли или же устраиваются над землёй на опорах. Могут выполняться из дерева, железобетона, металла и прочих материалов. Движение воды в лотках безнапорное. Иногда лотки сверху защищают каким-либо покрытием, что приближает их по своей сути к трубам. Площадь сечения лотка обычно меньше, чем канала. В связи с этим им придают больших уклон. Пропускная способность лотка рассчитывается из рассмотрения его как водослива с широким порогом в канал.

Акведуки устраивают в местах пересечения каналом какого-либо препятствия: реки, оврага, дороги и т. п. От лотка на опорах акведук отличает капитальность. В этом плане акведуки ближе к мостам, при этом непосредственно лоток может выполнять функции пролётного строения.

Трубопроводы позволяют пропустить воду канала под каким-либо препятствием, а также используются при неблагоприятных климатических условиях участка прохождения канала. Трубопроводы могут располагаться как под землёй, так и быть открытого типа с возможностью непосредственного доступа. Режим движения воды в трубопроводах обычно напорный.

Если необходимо пропустить под каналом какой-либо водоток, возможно устройство водопропускных труб. Конструкция и расчеты подобных труб аналогичны трубам, применяемым при пересечении водотоков насыпями автомобильных и железных дорог.

Литература

• 
  Гришин М. М. «Гидротехнические сооружения» — Учебник, части 2, 1979.
  

• 
  Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987