S6300295 (2)

_?ąłł Przekrój poprzeczny sztolni. Kształt i wymiary przekroju poprzecznego sztolni energetycznej są uzależnione od:

—    charakteru geologicznego masywu skalnego, przez który przechodzi sztolnia,

—    warunków przepływu wody,

—    charakteru pracy i wielkości obciążeń,

—    systemu wykonywania robót.

Przekrój poprzeczny sztolni stanowi figurą typu pośredniego między kołem i prostokątem, przybierając kształty pokazane na rys. 3-148. Projektując sztolnię dobiera się zwykle jeden z podanych profilów, w zuleżności od istniejących warunków naturalnych oraz wielkości i przeznaczenia sztolni.

i+lr

Rys. 3-148. Charakterystyczne profile sztolni energetycznych

2r

Budowa geologiczna i topograficzna terenu decydują o ciśnieniu górotworu na przekrój sztolni i jej obudowę. Przy małych rozmiarach przekroju sztolni oraz przy małym ciśnieniu pionowym strop sztolni może być prawie płaski lub lekko łukowy. W przeciwnym przypadku bardziej racjonalny staje się strop o profilu zbliżonym do ostrołuku. Jeżeli przy tym istnieje duże ciśnienie boczne górotworu, to wówczas i boczne ściany muszą być wyokrąglone. Z tego względu przy dużych ciśnieniach górotworu najlepszy jest profil kołowy lub zblitony do kołowego.

Warunki hydrauliczne także mają istotny wpływ na wybór profilu. Z uwagi na wartość strat hydraulicznych pożądane jest, aby przekrój poprzeczny mini możliwie mały obwód w stosunku do swej powierzchni. Z tego względu w sztolniach ciśnieniowych najwłaściwsze są przekroje kołowe i do nich zbliżone.

Sztolnie bezciśnieniowe mogą być zaopatrzone w boczne przelewy służące do regulowania poziomu wody w sztolni. Jeżeli sztolnia bezciśnieniowa nie ma bocznego przelewu, wówczas wymiary jej powinny być tak dobrane, aby napełnianie przekroju nie przekraczało określonej granicy. Zwykle żąda się, aby swobodne zwierciadło wody w ruchu nieustalonym znajdowało się ok. 20+25 cm poniżej najwyższego poziomu stropu sztolni. Ta okoliczność wpływa niekiedy na wydłużenie profilu sztolni w kierunku pionowym.

Sztolnie ciśnieniowe, które przenoszą znaczne obciążenia wywołane parciem wody, muszą posiadać taki profil, aby naprężenia w obudowie były możliwie równomiernie rozłożone. Tym warunkom odnowiadają najlepiej przekroje zbli-

żonę do kołowego o łagodnych lukach. Przekroje zbliżone do prostokąta oraz przekroje o ostrych lukach są niezbyt korzystne, gdyż wywołują nierównomierny rozkład naprężeń i silną ich koncentrację w narożach.

Na kształt profilu sztolni wpływają również jej wymiary. Sztolnie o dużych rozmiarach mają z reguły kształt kołowy lub zbliżony do kołowego. Wynika to z faktu, że naprężenia rosną wraz z wielkością przekroju.

Z uwagi na wykonawstwo, organizację robót i koszt budowy bardziej ekonomiczne są sztolnie o przekroju zbliżonym do prostokątnego, natomiast ostre luki są trudne do zrealizowania. Ponadto system wykonywania robót może narzucać albo minimalną wysokość albo też minimalną szerokość sztolni. Sztolnie o wysokości mniejszej od 2,0 m są na ogól uciążliwe w budowie.

3.5.2.3. Obudowa sztolni. W przypadku prowadzenia sztolni przez skały bardzo zwarte i bez spękań, zwłaszcza gdy sztolnia Jest bezciśnieniowa, można nie wykonywać obudowy. Takie sztolnie w energetyce spotyka się rzadko, głównie dlatego, że straty hydrauliczne są w nich znaczne. Jest prawie regułą, że w energetycznych sztolniach ciśnieniowych wykonuje się obudowę, pomimo że koszt jej wynosi przeciętnie 30•/• całego kosztu budowy sztolni.

W praktyce stosuje się obecnie następujące typy obudowy: torkretową, betonową, żelbetową, torkretowo-żelbetową, betonową opancerzoną, tubingową oraz betonową sprężoną.

O wyborze typu obudowy decyduje wiele czynników, które podaje się niżej:

Straty hydrauliczne. Jeżeli nawet charakter i wytrzymałość skal nie wymaga obudowy, to o jej zastosowaniu może zdecydować wartość strat hydraulicznych. W ostatecznej postaci decydują o tym badania ekonomiczne. Należy tu jednak dodać, że straty hydrauliczne pociągają za sobą stałe straty w produkcji energii elektrycznej, wobec czego powszechnie dąży się do obniżenia Ich przez wykonanie gładkich ścian sztolni.

Szczelność masywu skalnego. Skały są zawsze poprzecinane siecią mniej lub bardziej zwartych mikroszczelin, szczelin i pęknięć. Różnorodność tych szczelin i skomplikowany układ sieci'powodują w konsekwencji, iż skały — nawet pozornie zwarte i ciągłe — są jednak przepuszczalne. Ponadto strata wody wzrasta proporcjonalnie do ciśnienia hydrostatycznego panującego w sztolni. Tak więc ze względu li tylko na szczelność sztolnie ciśnieniowe muszą być obudowane, a niekiedy jeszcze dodatkowo uszczelnione zastrzykami cementowymi.

Ochrona skal przed chemicznym działaniem wody. Jak wykazuje praktyka budowy i eksploatacji sztolni, w pewnych przypadkach skata mimo znacznej wytrzymałości ulega rozkładowi pod działaniem chemicznym wody. W przypadku skal krystalicznych woda może wywoływać dwojakiego rodzaju procesy:

—    przekształcenie się skały w masę plastyczną,

—    powolny rozkład skal i wyługowanie jej składników.

Ten drugi proces jest równie niebezpieczny jak pierwszy i co gorsze trudny do szczegółowego zbadania. Tak na przykład lupki anhydrytowe, mające doskonale właściwości mechaniczne w stanie suchym, ulegają pęcznieniu pod wpływem wilgoci i tracą wytrzymałość. Skały te wymagają specjalnej ochrony wodoszczelnej.

Właściwości mechaniczne skal Decydujący wpływ na wybór typu obudowy ma wartość ciśnienia wody w sztolni i właściwości mechaniczne górotworu. W każdym przypadku o doborze powinna decydować analiza wytrzymałościowa. Orientacyjne wskazówki w tym względzie są następujące: w skale bardzo zwartej i bez pęknięć, odpornej na działanie wody, można wykonać obudowę torkretową lub betonową; w skale średniej jakości z pęknięciami obudowa sztolni niskociśnieniowych i niewielkich rozmiarów może być betonowa lub żelbetowa; w skale średniej jakości, gdy obciążenie jest znaczne, stosuje się obudowę żelbetową, opancerzoną lub z betonu sprężonego; jeżeli sztolnia znajduje się U    w skale złej jakości lub gdy przykrycie skalą jest zbyt małe, konieczne jest

zakładanie obudowy tubingowej.