Стальные трубопроводы. Стальные деривационные трубопроводы вследствие их относительно высокой стоимости и сложности монтажа оказываются экономически приемлемыми при небольших диаметрах и небольшой длине. Стальные трубопроводы могут также составлять часть деривации с особо высокими напорами, например, при пересечении глубоких долин, ущелий и т. п. Конструкции стальных деривационных трубопроводов аналогичны конструкциям стальных турбинных трубопроводов (см. гл. 30).
Железобетонные трубопроводы. При небольших диаметрах (до 4 м) и относительно высоких напорах в практике гидроэнергетического строительства иногда применяются сборные железобетонные трубопроводы, выполняемые из отдельных звеньев в виде колец или кольцевых сегментов, объединяемых в целое кольцо в процессе сборки. При больших диаметрах (5 — 7 м) и невысоком внутреннем давлении чаще используются монолитные армированные конструкции.
Недостатками железобетонных трубопроводов являются их большая масса и значительные продольные температурные деформации. Для уменьшения массы трубопроводов, особенно сборных, широко применяются предварительно напряженные конструкции, а для уменьшения воздействия внешней температуры железобетонные трубопроводы выполняются, как правило, засыпными. В трубопроводах из сборных элементов большую сложность представляет обеспечение водонепроницаемости швов (рис. 28.11).
Рис. 28.11. Железобетонные деривационные трубопроводы Кубань-Калаусских ГЭС:
а — поперечный разрез; б — продольный разрез; в —деталь стыка труб; г — резиновая шпонка; 1 — железобетонное звено трубопровода; 2 — уплотненный естественный гравийно-песчаный грунт; 3 — засыпка грунтом с уплотнением; 4 — то же без уплотнения; 5 — продольный дренаж; 6 — отвод дренажных вод за пределы трубопровода; 7 — отсечка дренажных вод (глина); 8 — временная дорога для подвоза звеньев труб в период монтажа; 9 — резиновая шпонка; 10 — битумные маты; 11 — кольцевой паз для установки шпонки; 12 — рабочая кольцевая арматура; 13 — продольная арматура
Максимальное расчетное давление в трубопроводах, показанных на рис. 28.11, с учетом гидравлического удара составляет 0,8 МПа, общая длина трубопроводов 7,5 км. Трубопровод состоит из отдельных звеньев с внутренним диаметром 4 и длиной 3 м. В средней части звена стенка трубы имеет толщину 30 см, к торцам звена толщина увеличивается до 45 см. На наружной поверхности каждое звено имеет 11 кольцевых пазов-канавок, в которые навивается проволока для предварительного обжатия труб. В одном из торцов звена имеется кольцевой паз трапецеидального сечения. Другой торец снабжен трехкулачковой резиновой шпонкой, заделанной в бетон на половину своей ширины. При монтаже трубопровода свободный конец шпонки заводится в кольцевой лаз соседнего звена и омоноличивается цементно-песчаным раствором через отверстия, оставленные в стенках трубы при ее изготовлении на полигоне.
По трассе деривации трубопровод уложен на основание из естественного гравийно-песчаного грунта. Толщина слоя основания назначена из условия создания нормального опирания трубы (угол охвата 90°). В местах перелома рельефа на трассе трубопровода сооружены переходные участки из монолитного железобетона. Для создания постоянного температурного режима в стенках трубопровода и предотвращения их обмерзания в зимнее время трубопровод засыпан грунтом. Толщина слоя засыпки над верхней частью трубы 0,8 м.
Монолитные железобетонные трубопроводы, рассчитанные на работу при значительных напорах, также имеют круговое сечение.
Выбор трассы деривационного трубопровода. Трасса и продольный профиль деривационного трубопровода должны быть выбраны так, чтобы при любом режиме работы гидроагрегатов на всей длине трубопровода не было участков с внутренним давлением ниже атмосферного. На криволинейных участках ось трубопровода должна быть расположена в одной плоскости. Радиусы оси «криволинейных участков трубопровода в зависимости от его размеров должны быть не менее 50 — 100 D (D — диаметр трубопровода). При пересечении трассы трубопровода с железными и автомобильными дорогами нагрузки от них не должны передаваться на трубопровод.
Трубопроводы под плотинами из грунтовых материалов. Вследствие неравномерной осадки грунтов основания возможно образование трещин в стенках трубопроводов. Поэтому применение трубопроводов под грунтовыми плотинами возможно лишь при наличии недеформируемых грунтов в их основании.
Трубопроводы, прокладываемые под плотиной из грунтовых материалов, могут выполняться железобетонными в виде отдельных труб кругового сечения (рис. 28.12,а) или многоочковыми с поперечным сечением круговой или прямоугольной формы. В отдельных случаях используются стальные трубопроводы, свободно уложенные в железобетонных галереях большого сечения (рис. 28.12,б); такая конструкция является наиболее надежной, поскольку позволяет вести постоянное наблюдение за трубопроводами, проводить их ремонт и окраску, однако она требует больших капиталовложений.
Рис. 28.12. Конструкции трубопроводов, располагаемых под основанием плотин из грунтовых материалов: а — железобетонные трубопроводы; б — металлические трубопроводы, уложенные в многоочковой железобетонной галерее; 1 — монолитный железобетон; 2 — реборды; 3 — оклеенная гидроизоляция; 4 — металлические трубопроводы.
Сооружения на деривационных трубопроводах. По всей трассе деривационного трубопровода независимо от материала, из которого он выполнен, должен быть обеспечен отвод за пределы сооружения фильтрационных и поверхностных вод, а также отвод аварийного расхода в случае разрыва трубопровода. В сейсмических районах (7 баллов и выше) перед деривационным трубопроводом должен устанавливаться аварийный затвор с автоматическим закрытием.
За затворами, а также в повышенных точках трассы трубопровода должны быть предусмотрены воздухоподводящие трубы и клапаны для впуска или выпуска воздуха при опорожнении или наполнении трубопровода. В пониженных точках трассы трубопровода должны устанавливаться патрубки с задвижками для выпуска воды и осевших наносов и устройства для их отвода от трассы трубопровода. Для наполнения трубопровода водой должна быть предусмотрена специальная труба. Для внутренних периодических осмотров и ремонта трубопроводов должны устраиваться лазы, располагаемые не более чем через 1000 м.
