Устройство и расчет дюкеров

Дюкеры устраиваются при пересечении водоотводящей сети с реками, оврагами, суходолами, с автомобильными и железными дорогами, расположенными в выемках и т.п.

Схема устройства дюкера через реку приведена на рис.22.

Рис.22

Схема устройства дюкера через реку: 1-шиберы; 2-задвижки

Дюкер – это напорный трубопровод, он работает полным сечением ( = 1). Дюкер состоит из верхней (ВДК) и нижней (НДК) дюкерных камер и не менее двух (n ≥ 2) ниток трубопроводов между ними (все нитки труб должны быть рабочими). Трубопроводы дюкера устраивают из стальных труб с усиленной антикоррозийной изоляцией, диаметром не менее 150 мм (d ≥ 150 мм). Скорость движения воды в трубах дюкера должна быть не менее 1м/с (v_д ≥ 1м/с). Из рис.22 видно, что трубопроводы дюкера имеют нисходящий, средний и восходящий участки; угол подъема восходящего участка дюкера β должен быть не более 20^о (β ≤ 20^о). Глубина заложения подводной части дюкера от дна реки до верха трубы должна быть не менее 0,5 м, а в пределах фарватера судоходных рек – не менее 1 м. Расстояние между трубами дюкера в плане должно быть не менее 0,7 – 1,5 м (в зависимости от напора в дюкере и др.особенностей устройства дюкера).

ВДК состоит из двух отделений – мокрого и сухого, отделенных друг от друга водонепроницаемой перегородкой. В мокром отделении ВДК подходящий к ней самотечный трубопровод заменен открытыми лотками, в конце которых перед трубами дюкера установлены плоские затворы – шиберы; в сухом отделении ВДК на трубах дюкера установлены задвижки.

НДК состоит из одного отделения, в котором трубы дюкера заменены открытыми лотками, в начале которых (за трубами дюкера) установлены плоские затворы – шиберы.

Задвижки и шиберы в камерах дюкера нужны для отключения труб дюкера в случае выхода их из строя.

По согласованию с органами, осуществляющими контроль за охраной и использованием водоемов, на дюкерах могут быть устроены аварийные выпуски в водоем; они могут прокладываться либо из ВДК, либо из ближайшего колодца перед ней.

Расчет дюкера производят на пропуск расчетного (максимально секундного) расхода сточных вод, притекающих к ВДК- q_расч.

Расчет ведут в следующей последовательности:

1) назначают число ниток труб дюкера n ≥ 2, все нитки рабочие;

лишь при небольших расходах допускается устройство дюкера с одной рабочей и одной резервной трубами.

2) определяют расход, проходящий по одной нитке дюкера, q, по формуле:

q (2.37)

3) по найденному расходу q с помощью расчетных таблиц [4.3] подбирают диаметр труб дюкера d ≥ 150 мм, определяют скорость движения воды в трубе v_д ≥ 1 м/с и гидравлический уклон i, т.е. потери напора на 1 м длины трубы дюкера.

Если расход q мал и при нем не удается обеспечить скорость v_д ≥ 1 м/с при d = 150 мм, то одну из ниток труб дюкера принимают резервной.

4) определяют потери напора Н в дюкере. Так как дюкер – короткий трубопровод, то потери напора в нем Н определяют не только с учетом потерь по длине труб, но и потерь на местные сопротивления, по формуле:

Н = h_l + ∑h_местн = il + ∑ξ , (2.38)

где h_l – потери напора по длине, м; определяются по формуле:

h_l = il ;

где l − длина труб дюкера (см.рис.22), м;

∑h_местн - сумма потерь напора на местные сопротивления, м; определяется по формуле:

∑h_местн = ∑ξ ;

где ξ − коэффициент местных сопротивлений.

Сумма потерь на местные сопротивления складывается из потерь на входе воды в трубу дюкера h_вх, потерь напора на поворотах труб дюкера h_пов (2 поворота с углом α и 2 с углом β (см.рис.22) и потерь напора на выходе из труб дюкера h_вых, т.е.

∑h_местн = h_вх + 4 h_пов + h_вых .

Величину местных потерь напора определяют по формулам:

h_вх = ∑ξ_вх ; где ξ_вх = 0,5;

∑h_пов = ∑ξ_пов = 2ξ₉₀ ;

h_вых = ξ_вых , где ξ_вых = 1, а v₁ − скорость в трубопроводе за дюкером; м/с.

Значения коэффициентов местных сопротивлений на повороте 90^о – ξ₉₀ приведено в таблице 2.5 в зависимости от диаметра трубы d

Таблица 2.5

d, мм
ξ90	0,37	0,385	0,4	0,45	0,45	0,42	0,42	0,46

5) найдя потери напора в дюкере Н, определяют отметку поверхности воды в НДК – z₂ по формуле:

z₂ = z₁ – H , (2.39)

где z₁ − отметка уровня воды в трубопроводе при подходе к ВДК, м;

принимается по результатам гидравлического расчета

водоотводящей сети.

Далее проверяют работу дюкера в условиях аварии на одной из его труб. В этом случае расход, проходящий по одной нитке дюкера, q_ав, определяют по формуле:

q_ав = (2.40)

По найденному q_ав и принятому ранее диаметру труб дюкера d с помощью расчетных таблиц определяют i_ав и v_ав и аналогично вышеизложенному подсчитывают величину потерь напора в дюкере в условиях аварии на одной из его ниток -Н_ав .

Найдя Н_ав, определяют отметку уровня воды в ВДК в условиях аварии, по формуле:

z_1ав = z₂ + H_ав (2.41)

Далее проверяют, не произойдет ли в этом случае излив воды из ВДК на поверхность или подтопление трубопроводов, расположенных выше ВДК, что недопустимо; в случае, если это условие не соблюдается, пересчитывают дюкер, принимая одну из его ниток резервной, или увеличивая (если это возможно по допустимым скоростям) диаметр труб дюкера.