Bài giảng - Thủy điện 2- chương 11&12 docx

Biện pháp Ở TTĐ kiểu đập do có hồ chứa lớn nên các hạt bùn cát nguy hiểm đã được lắng đọng ở đáy hồ và do đó không cần phải có giải pháp chống tác động của bùn cát cho các công trình dẫn

140

Chương XI BỂ LẮNG CÁT CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN

ng chảy trung bình mang lượng phù sa lên tới 60 kg/m3 Cần phải lọc các hạt phù sa nầy ra khỏi dòng chảy để tránh làm mòn thành ống dẫn nước và các phần qua nước của thiết bị thuỷ lực nhằm khắc phục được sự

cố và nâng cao tuổi thọ đường ống và thiết bị, tránh giảm hiệu suất turbine Biện pháp

Ở TTĐ kiểu đập do có hồ chứa lớn nên các hạt bùn cát nguy hiểm đã được lắng đọng ở đáy hồ và do đó không cần phải có giải pháp chống tác động của bùn cát cho các công trình dẫn nước Ở các TTĐ đường dẫn với công trình đầu mối cột nước thấp, trong cửa lấy nước thường bố trí các bộ phận ngăn cản dòng bùn cát đáy xâm nhập vào công trình đường dẫn (xem chương X), còn các hạt bùn cát lơ lửng nguy hiểm được lắng

n cát cứng có

ỹ thuật các giải pháp công trình, ví dụ so sánh giữa việc xây dựng bể lắng với chi phí nạo vét bùn cát trong công trình hoặc chi phí sửa chữa turbine trong trường hợp không xây

bể v.v xem giải pháp nào lợi hơn để chọn

XI 1 2 Nguyên lý về cấu tạo bể lắng cát

Hình (11-1) trình bày ba bộ phận chính của bể lắng cát gồm: phần vào 2, phần thân (gồm đoạn chuyển tiếp 5 và đoạn công tác 4), phần cửa ra (gồm ngưỡng cửa ra 7

và đoạn nối tiếp với kênh dẫn 8):

- Phần vào là đoạn nối tiếp 2, nối với kênh dẫn ; đoạn này có tiết diện mở rộng dần trên mặt bằng từ kênh 1 đến ngưỡng vào 3, có tác dụng phân phối dòng chảy vào bể lắng Ngưỡng vào 3 có tác dụng và cấu tạo như một cửa lấy nước mặt Trên ngưỡng bố trí rãnh hướng cửa van 14 (để hé mở van khi tiến hành xói rữa cát trong thân bể, hoặc đóng van làm khô bể khi sửa chữa)

- Phần thân của bể gồm hai đoạn: đoạn chuyển tiếp có chiều dài l1, được đào sâu dần xuống theo dòng chảy theo độ dốc hợp lý để chảy thuận Đoạn thân chính 4 có chiều dài lK là đoạn công tác của bể, có độ dốc nhỏ để dễ chuyển bùn cát xuống Đây là nơi lắng đọng loại bùn cát nguy hiểm Các tường dọc 6 có tác dụng phân đều vận tốc

- Phần cửa ra của bể: đây là ngưỡng ra 7, bên trên bố trí khe van cửa ra 15, khe van sửa chữa 16 và khe van tháo cát 13 Van 15 đóng khi sửa chữa bể cùng với đóng van 14 Van 13 mở khi tiến hành xói rữa bùn cát qua hành lang xả cát 10 vào hành lang chung 11 dưới ngưỡng Đoạn nối tiếp ra nối với kênh dẫn được thu hẹp dần để dẫn nước vào kênh dẫn

XI 1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI BỂ LẮNG CÁT

XI 1 1 Công dụng và điều kiện xây dựng bể lắng cát

Các con sông trong quá trình chảy đều mang theo phù sa lơ lửng và dòng phù sa đáy, đặc biệt các sông miền núi, có sông với dò

công trình để lọc phù sa lơ lửng là xây dựng bể lắng cát trên đường dẫn

đọng và tháo khỏi bể lắng cát đặt ngay đầu đường dẫn, sát sau cửa lấy nước Trường hợp địa hình không cho phép bố trí trong thành phần đầu mối thì bể lắng cát được bố trí trên kênh dẫn cách đầu mối một đoạn, cũng có thể kết hợp lắng và tháo cát ở bể áp lực

Để lắng được bùn cát thì vận tốc dòng chảy trong bể phải giảm nhỏ, thường lấy

từ (0,1 - 0,5) m/s, do vậy mặt cắt ướt của bể lắng phải lớn hơn nhiều so với mặt cắt ướt của đường dẫn nước Giải pháp bể lắng cát được đặt ra khi hàm lượng bùn cát trong

3dòng chảy lớn hơn 0,5 kg/m hoặc hàm lượng hạt nguy hiểm (các hạt bù

đường kính d ≥ 0,25 mm hoặc hạt mềm hơn có d > 0,4 mm được coi là hạt nguy hiểm) lớn hơn 0,2 kg/m3 Do kinh phí xây dựng bể lắng cát rất lớn , chiếm từ 20 - 25 % vốn

đ công trình thuỷ điện, do vậy việc xây dựng n

Hình 11-1 Các bộ phận của bể lắng cát

XI 1 3 Các loại bể lắng cát

Có nhiều cách phân loại bể lắng cát Dựa theo số ngăn của bể phân ra bể lắng một ngăn hoặc bể lắng nhiều ngăn, dựa theo đặc tính làm việc của bể phân ra: bể tháo rữa định kỳ và bể tháo rữa liên tục Biện pháp tháo rữa bùn cát trong các bể có thể có

tục và khả năng

ó từ 2 - 6 ngăn Công việc tháo rửa bùn cát trong các ngăn tiến hành cách sau (hình 11-1): trước tiên đóng các cửa van 14, 15 ở đầu và cuối ngăn bể cần rửa; sau đó mở cửa van tháo cát

13 để tháo cạn nước trong ngăn; tiếp đến hé mở cửa van đầu ngăn 14 để tạo dòng chảy

xiết cuốn bùn cát vào các hành lang 10, 11 đưa bùn cát cần tháo về kênh tháo rửa 12

nhiều cách : dùng dòng nước tốc độ lớn để cuốn trôi bùn cát (gọi là biện pháp

lo theo đặc tính làm việc

1 Bể lắng cát tháo rữa định kỳ

Bể lắng cát xói rữa định kỳ có thể một ngăn hoặc nhiều ngăn K

được dùng nhiều hơn loại chỉ có một ngăn do tính chất cấp nước liên

phân phối đều vận tốc dòng chảy theo hướng ngang của nó, thường bể c

1- các ngăn; 2- đoạn nối tiếp với kênh dẫn; 3- kênh dẫn; 4- tường ngực; 5- rãnh van sửa chửa; 6- van công tác; 7- tời điện; 8- lưới phân phối; 12- hành lang thu cát; 13- kênh tháo cát; 16- đập tràn.

Hình 11-2 Sơ đồ bể lắng cát nhiều ngăn (của TTĐ Tritrick ở Liên xô cũ)

Để tăng hiệu quả xói rửa, đáy dốc được chọn i = (0,01 - 0,05), nếu bể có chiều rộng lớn người ta làm các tường gân dọc có đỉnh cao hơn mực nước cao nhất của bùn cát một ít để tăng vận tốc tháo nước

142

2 Bể lắng cát xói rửa liên tục

Hình 11-3 Sơ đồ một số loại bể lắng cát xói rửa liên tục

những lỗ hình khe dọc từ đáy bể lắng xuống Bùn cát liên tục được cuốn xuống và mang

về hạ lưu cùng với nước xói rửa Để bùn cát dễ lắng đọng và cuốn trôi thì đáy và từng ngăn được làm có độ dốc Hình (11-3,e) là loại bể có hành lang xói rửa dọc có khe

Bể lắng cát xói rửa liên tục có có cấu tạo như sau (hình 11-3,a): dọc đáy bể của mỗi ngăn người ta bố trí một hành lang tập trung bùn cát tiết diện nhỏ 8, bên trên hành lang này đặt lưới chắn rác 7 với các thanh 14 đặt theo phương nằm ngang Bùn cát đọng

sẽ qua lưới vào hành lang tập trung chảy có áp với lưu lượng tăng dần và qua hành lang

xả cát 13 nằm dưới ngưỡng trả bùn cát về lại sông Đối với bể lắng có bề rộng lớn người

ta xây các tường dọc (hình 11-3,b) và đặt một số hành lang tập trung bùn cát đáy riêng Hình (11-3,c) trình bày loại bể lắng cát xói rửa liên tục của I F Iarôsen, ở bể này ở đáy

có đặt nhiều hành lang đáy, các hành lang này chạy dọc theo chiều dài các ngăn và có

144

đứng, nước mang bùn cát qua các lỗ đáy 4 lên khe đứng và đi vào các máng xả cát 6

Loại này tháo bùn cát rãi đều trên tuyến và đỡ tắc rác hơn các sơ đồ a, b, c và e

Nhược điểm của bể lắng xói rửa liên tục là tốn nước liên tục trong quá trình vận hành (thường 10 - 15% lưu lượng qua bể lắng) và hành lang xói cát dễ bị tắc, khó dọn rác, do vậy mà trong mùa kiệt nó thường vận hành theo nguyên tắc xói rữa định kỳ để tiết kiệm nước Tuy nhiên nó có ưu điểm là khi xói rửa không nghỉ vận hành trạm

Việc tháo rửa bể lắng thường dùng chủ yếu là rửa bằng nước, tuy nhiên còn có thể dùng máy hút bùn để tháo rửa liên tục Ngoài ra còn có thể kết hợp tháo cát bằng thuỷ lực và cơ giới (hình 11-3,g) Ở phương pháp này bùn cát từ các ngăn 1 chảy vào

XI 2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC BỂ LẮNG CÁT

Tính toán thuỷ lực bể lắng cát bao gồm xác định các kích thước công tác của bể (chiều dài lK, chiều rộng B, chiều sâu h0 xem ký hiệu trong hình 11-1) và xác định thời gian tháo rửa bùn cát lắng đọng trong bể

Các kích thước B, h liên hệ nhau theo quan hệ B h = Q/V Trong đó V là vận

phần kích thước của bể

chọn kết quả cuối cùng theo thời gian làm đầy dung tích chết của bể Sau đây trình bày nội dung tính toán các thông số

XI 2 1 Xác định chiều dài công tác của bể lắng cát

Xét quỹ đạo chuyển động của một hạt bùn cát M trong dòng chảy ở thời điểm bất kỳ tại mặt cắt 1-1 (hình 11-1, ở đầu chương) Hạt M tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động theo phương nằm ngang với vận tốc trung bình

hành lang góp 2 rồi tập trung vào giếng 14, máy bơm bùn cát 8 sẽ bơm tháo xuống hạ

lưu sông

tốc trung bình trong bể theo phương ngang, thường lấy trong khoảng (0,2 - 0,5)m/s Khi giảm h0 thì chiều dài công tác lK sẽ giảm và B sẽ tăng lên (hay số khoang tăng lên), hoặc ngược lại Vì vậy phương án tối ưu phải là tối ưu cho các thành

Để chọn phương án, ta giả thiết một số phương án h0 (thường lấy h0 từ 3- 3,5) m, trường hợp lưu lượng lớn có thể lấy 6 - 8 m), rồi tính ra B và lK và số ngăn bể, tính toán khối lượng phương án để so sánh chọn phương án có lợi Đối với bể xói rửa định kỳ chiều cao tổng cộng của bể còn tính đến lớp bùn cát ứng với dung tích chết là hC (hình 11-1); thường lấy hC khoảng 20 - 25% chiều sâu toàn bộ của nước trong bể (đối với bể xói rửa liên tục thì hC = 0) và hC được

Nếu xem vận tốc phân bố đều theo chiều sâu và bỏ qua ảnh hưởng của dòng chảy rối thì quỹ đạo chuyển động của hạt M sẽ là đường thẳng nghiêng góc với phương ngang (đường AO hình 11-4,b) Thực tế vận tốc phân bố không đều theo chiều sâu dòng chảy, do đó quỹ đạo chuyển động của hạt là đường cong, tốc độ chảy càng lớn thì chiều dài để lắng hạt cát càng dài Mặt khác độ rối của dòng chảy làm cho phương chuyển động của hạt thay đổi thành đường dích dắc (hình 11-4,a) Mạch động theo phương đứng làm giảm tốc độ lắng chìm của hạt, làm tăng chiều dài lắng đọng l và chiều dài công tác lK của bể Độ rối dòng chảy phụ thuộc nhiều yếu tố trong đó có sự phân bố lưu tốc không đều theo chiều sâu và chiều ngang

Sau đây trình bày một số cách tính lK cho bể tháo rửa định kỳ:

1 Tính chiều dài công tác lK theo vận tốc trung bình và mạch động

Yêu cầu xác định chiều dài lK của bể lắng là chiều dài này đủ cho hạt bùn cát có kích thước nhỏ nhất nguy hiểm lắng đọng hết trong bể, nghĩa là hạt cát nằm ở mặt nước tại mặt cắt đầu phần công tác của bể kịp lắng đến mực nước chê trong phạm vi lK Phương pháp tính này lúc đầu tính thời gian để lắng chìm hạt cát có độ thô thuỷ lực W từ mặt nước đến đáy bể bỏ qua tác động của rối là

W

h V V T

0

= , sau đó đưa thêm vào công thức một hệ số k > 1

để tính đến ảnh hưởng của chảy rối ( kinh nghiệm lấy k = 1,3÷2,0) và có:

W

h.V.kV.T

r

n/VW

h.VV

V lấy lớn sẽ dẫn đến V/n = W thì → ∞, vì vậy phải chọn V rất nhỏ

2 Tính chiều dài công tác lK theo lý thuyết xác suất

Như phần trên đã mô tả quỹ đạo của hạt A (nhì 11-4,b) khi chưa xét tới dòng rối

là AO nghiêng với phương ngang một góc, khi kể đến mạch động dòng rôi thì quỹ đạo của hạt sẽ lệch khỏi quỹ đạo trung bình AO theo đường dích dắc theo hướng đứng (hình

Hình 11-4 Sơ đồ lắng của bùn cát trong bể lắng cát

146

D.Ia Xôcôlốp đề nghị áp dụng luật này cho việc phân bố các hạt lắng xuống của bể lắng

cát Độ lệch thẳng đứng so với quỹ đạo trung bình theo định luật phân bố thông thường,

tức tần suất và mật độ phân bố y của độ lệch thẳng đứng x theo công thức:

2

− 2 2 2

x

Trong đó σ - là độ lệch trung bình bậc hai Trên (hình 11-4,b) trình bày sơ đồ đại lượng

y có hình dạng đường cong, có giá trị cực đại tại Oy Theo thực nghiệm của X.F

Xavelep σ phụ thuộc chiều dài l và khoảng cách đến đáy h và được biểu diễn gần đúng

theo công thức sau:

Diện tích tích của các phần riêng trên biểu đồ y(x) đặc trưng cho xác suất đi qua của hạt

qua phần tương ứng của mặt cắt II Xác suất ph đi qua của các quỹ đạo của các hạt có độ

thô thuỷ lực thấp hơn điểm D, tức là xác suất rơi của chúng xuống đáy sẽ bằng diện tích

của phần gạch ngang trên đường cong, nằm dưới điểm D:

(11-5)

Để xác định tần suất rơi trên đáy của tất cả các hạt có độ thô thuỷ lực đã cho Wp đi qua mặt cắt đầu I, cần phải biết sự phân bố các hạt theo chiều sâu tại mặt căt

đầu (mặt cắt I) Việc tìm được sự phân bố này rất khó, thường để đơn giản người ta lấy

đều nhau suốt chiều sâu Lấy tích phân c

ho ⋅Whđối với toàn

ng sẽ lấy bùn cát càng xuống sâu càng tăng

đã vẽ được biểu đồ quan hệ giữa tần

điều kiện vận tốc phân bố đều theo mặt căt ngang Sử dụng biểu đồ này có thể nhanh

chóng xác định một loạt phương án có các kích thước bể khác nhau và chọn ra phương

lợi nhất và kinh tế

bộ độ sâu h0 của mặt căt đầu I có thể tìm được tần suất Wp Ở đây tần suất lắ

nhỏ chút ít vì thực tế hàm lượng

Dựa trên hàng loạt tính toán, A.F Degzda

suất lắng của hạt có độ thô thuỷ lực ω với các thông số h0 và lK : Wp = f(h0/lK) và các tỷ

số ω/V (hình 11-5), trong đó V lấy bằng vận tốc trung bình của nước trong ngăn trong

Hình 11-5 Biểu đồ Wp = f (h0 /lK) dùng tính toán bể lắng cát

Để dùng biểu đô trên, thường người ta tự cho tần suất lắng Wp của các thành

mm (tương ứng có ω = 0,027 m/s)

độ lắng của các thành phần hạt phù sa khác nhau Để thực hiện việc này theo biểu đồ

ười ta xác định tần suất lắng tương ứng Wi của hàng loạt thành phần hạt

vào bể lắng) Tổng số S = Σ (Wi.∆Si) đối i tất cả các thành phần hạt cho ta tổng số

hù sa lắng Trị số cuối cùng này cho phép ta xác định được thời gian lấp đầy dung tích

o rửa liên tục thì trị số trong phạm vi 1 lần/

hưa kể đến thực tế là vận tốc V thay đổi theo

độ sâu và theo chiều rộng dòng chảy trong các ngăn cũng như chưa xét đến sự phân bố không đều của phù sa có độ lớn khác nhau theo chiều sâu Hiện nay cũng đã có một số tác giả đưa ra phương pháp tính đến các yếu tố này

3 Tính toán thời gian lắng đầy và xói rửa bể lắng cát

Đối với bể lắng cát xói rửa chu kỳ, việc tính toán thời gian lắng đầy dung tích bể (W ) và thời gian xói rửa (T ) bể nhằm xác định chu kỳ tháo rữa và lựa chọn chính xác

phần hạt phù sa có hại đối với turbine hay đường dẫn (Quy phạm của Viện xây dựng Thuỷ năng Liên xô cũ thì tuỳ theo cấp công trình lấy Wp = 80 - 90 %) Hạt nguy hại đối vơi turbine được coi là hạt có đường kính d > 0,25

khi hàm lượng phù sa lơ lửng trong nước vượt quá 0,5 kg/m3 còn hàm lượng của các hạt nguy hiểm vượt quá 0,2 kg/m3 Khi hàm lượng phù sa nhỏ hơn không nhất thiết phải xây bể lắng cát Khi cột nước của TTĐ dưới 40 m thì kích thước có hại có thể lấy đến 0,4 mm (tương ứng có độ thô thuỷ lực ω = 0,043 m/s)

Khi xác định được các kích thước của bể lắng cát, người ta xác sẽ xác định mức (hình 11-5) ng

(c ý hiệu của thành phần hạt đem xét) Sau đó tìm được tích số Wi

ố phần trăm hàm lượng bùn cát của thành phần hạt đem xét ở tron

vớp

chết của bể lắng ứng với độ sâu hc bên dưới h0 Trong bể lắng thá

lấy

S dùng để tính lưu lượng để rửa bể Dung tích chết thường

ngày đêm hoặc 1 lần/tuần do vậy trị số dung tích chết cần lấy sao cho đảm bảo phạm vi này Nếu như với tần suất đã biết nếu cần một dung tích chết quá lớn thì chuyển qua dùng tháo rửa liên tục hoặc phải sử dụng tháo rửa cơ giới

Phương pháp tính vừa trình bày c

dung tích chết cũng như số ngăn của bể

a - Thời gian lắng đầy dung tích chết của bể

Khi tính toán thời gian lắng đầy dung tích chết thì ngoài phần dung tích bùn cát nguy hiểm còn cần phải tính toàn bộ lượng bùn cát thực tế có thể lắng đọng trong nó Thực tế chỉ cần phải tính đến các loại bùn cát có đường kính d ≥ 0,05 mm

Thời gian lâp đầy toàn bộ các ngăn công tác (s) được tính như sau:

Tth - Thời gian tiến hành tháo rửa mỗi ngăn bể, (s)

b - Thời gian tháo rửa bể lắng cát

Thời gian tháo rửa định kỳ mỗi ngăn bể lắng cát bao gồm: thời gian tháo bùn c lắng đọng (Ttc), thời gian đóng mở van, thời gian tháo cạn nước khỏi bể, thời gian cho nước trở lại bể và thời gian đưa bể trở lại hoạt động:

Tth = (1,5 - 2,0).Ttc và phải thoả mãn điều kiện (11-6) (11-7)

Qth là lưu lượng tính toán dùng cho tháo rửa, ta giả thiết , thường lấy 30 - 40% lưu lượng toàn bộ bể lắng cát và không quá lưu lượng công tác của một ngăn;

pth - hàm lượng bùn cát trong dòng tháo, (%):

ωTrong đó: Vth là vận tốc dòng tháo bùn cát: Vth = qth/hth, với:

+ lưu lượng tháo đơn vị qth = Q /B với B là chiều rộng phần tháo của ngăn; + chiều sâu dòng cát tháocát:

Nếu Tth tính được theo công thức (11-7) mà chưa thoả mãn điều kiện (11-6) thì

có thể tăng độ dốc i0 hoặc tăng Qth, nếu được, và tiến hành tính toán lại

75%

c - Kiểm tra điều kiện tháo rửa

Hình 11-6 Các sơ đồ tháo rửa bể lắng cát

a - tháo rửa định kỳ; b - tháo rửa liên tục

Để tháo rửa bằng phương pháp thuỷ lực, cần bảo đảm độ chênh mực nước:

* Đối với bể lắng xói rửa định kỳ thì do làm việc không áp, do vậy cần bảo đảm mực nước ở tiết diện cuối cùng của không được thấp hơn mực nước sông khi xả lưu lượng thiết kế Muốn vậy dộ chênh lệch mực nước thương hạ lưu của bể lắng phải thoả mãn:

h +h +i l ≤(Z − Z )+h − ∑h (11-8)

với ổng tổn thất cột nước trong các bộ phận tháo rửa

* Đối với bể lắng cát xói rửa liên tục thì yêu cầu chênh lệch mực nước trước và sau bể lắng cát phải lớn hơn tổng tỏn thất cột nước qua các bộ phân tháo rửa và tổn thất cửa vào:

150

II CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CỦA TTĐ

II 1 KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CỦA T.T.ĐIỆN

Công tình dẫn nước của TTĐ thường được bố trí ngay sau cửa lấy nước, nhiệm

vụ của chúng là dẫn nước về nhà máy và tháo nước từ ống xả về hạ lưu nhà máy Công

trình dẫn nước xét về nguyên lý thuỷ lực có thể chia hai loại: công trình dẫn nước có áp

và công trình dẫn nước không áp

Hình 12-1 trình bày khái quát qua một số mặt cắt ngang và bố trí của chúng

Chương X

X

Hình 12-1 Các loại đường dẫn của TTĐ

- Công trình dẫn nước có áp (hình 12-1 sơ đồ g, h, i) được dùng khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiều Loại này thường là ống thép, ống bêtông cốt thép, ống gỗ

và đường hầm (tunel) có áp với mặt cắt ướt đầy nước Đường ống thường đặt lộ thiên trên mặ

i máng d

cắt, địa chất ổn định vì dùng nó tương đối kinh tế Tuyến kênh bố trí chạy theo đường đồng mức cao độ với độ dốc kênh nhỏ để tận dụng cột nước địa hình

ất phức tạp thường sử dụng đường hầm hoặc ống áp lực Đường hầm tuy đắt và khó thi công, phức tạp hơn so với đường dẫn lộ thiên trên mặt đất nhưng ít chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, không phải theo dõi thường

a, hoặc làm ngăn chứa nước của buồng điều áp hai buồng, trong TTĐ ngầm

t đất hoặc trên sườn dốc tương đối ổn định, chúng đặt tựa trên mố đỡ hoăc trên giá đỡ, riêng ống bê tông cốt thép có bề dày tương đối lớn có thể chôn dưới đập làm bằng vật liệu địa phương, đường hầm được đào trong đá tốt và có thuyến ngắn

- Công trình dẫn nước không áp (hình 12-1 sơ đồ a, b, c, d, e) được dùng trong trường hợp mực nước thượng lưu ít thay đổi Loại này thường là kênh dẫn, các loạ

ẫn và đường hầm không áp, có mặt nước thoáng trong đường dẫn

Kênh dẫn hay được dùng khi địa hình tuyến tương đối bằng phẳng, ít bị chia

Khi địa hình thay đổi nhiều, địa ch

xuyên trong quá trình vận hành, tuổi thọ đường hầm cũng dài

XII 2 ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC CỦA TTĐ

Đường hầm (hay còn gọi là tunel) là công trình được đào trong đồi núi Đường hầm dẫn nước của TTĐ là loại đường hầm ướt, có áp hoặc không áp Ngoài nhiệm vụ dẫn nước phát điện, đường hầm còn dùng trong dẫn dòng thi công xây dựng đập, tháo lũ

từ hồ chứ

hầm khô còn làm đường vận chuyển và giếng thông và dẫn cáp điện g

i bên ngoài Sau đây ta xét cụ thể đường hầm c

- Tuyến đường hầm nên đặt vuông góc với hướng nứt của đất đá;

- Bán kính lượn của đường hầm (R) trên mặt bằng phải thoả mãn điều kiện:

Việc chọn tuyến đường hầm do điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công

(thiết bị thi công) quyết định:

- Chọn tuyến phải đảm bảo đảm bảo dễ thi công

Kết quả cuối cùng chọn tuyến tối ưu phải qua so sánh kinh tế - kỹ thuật một số phương án tuyến dự định

2 Hình dáng mặt cắt ngang của đường

Hình 12-2 Hình dạng mặt cắt ngang đường hầm

Hình dáng mặt cắt ngang đường hầm tuỳ thuộc vào chế độ thuỷ lực, điều kiện địa chất công trình tuyến, khả năng chịu lực của lớp áo hầm, phương pháp đào và trang thiết bị thi công đường hầm

Thông thường đường hầm có áp thường có hình dạng tròn (hình 12-2,a) vì chịu lực tốt, hình dạng đơn giản, dễ đào và đổ bê tông bằng cơ giới, khối lượng đào hầm và

đổ bêtông nhỏ, chế độ thuỷ lực tốt nhất, vỏ áo chịu lực đều Hình (12-2,b) có dạng ôvan

là dạng biến đổi của mặt cắt tròn, nó có thêm đoạn chữ nhật nằm ngang ở giải giữa tạo

ho lớp áo chịu áp lực nước và áp lực đá núi đều hơn

ải

c

không áp có nhiều dạng mặt cắt ngang hơn đường

ặt cắt tròn Khi đá cứng, đặc dường như không cósố

dụng lên đường hầm thì có thê dùng mặt cắt chữ nhật với vách đứng trần vòm tho(hình 12-2,c) Khi có áp lực áp lực đá phương đứng nhỏ, không có áp lực bên hông dùng mặt cắt đỉnh nửa tròn, vách đứng (hình 12-2,d) Khi có sự trương nở từ đáy hầm

và áp lực phương đứng lớn, áp lực bên hông không lớn sử dụng dạng (hình 12-2,e) Khi

152

Kích thước mặt cắt ngang và độ dốc đường hầm không áp được chọn sao cho đảm bảo tháo được lưu lượng tính toán, không để nước đầy mặt cắt và tạo áp lực dư trên đỉnh vòm ở mọi chế độ vận hành Do vậy mặt thoáng của nước ở chế độ ổn định phải thấp hơn trần hầm 0,15h và không nhỏ hơn 0,4 m Khi thiết kế đường hầm có áp với

đặt trong k

i đât đá xung quanh đường hầm không có khả năng đả

oặc khi áp lực

đá bằng

à độ nhám n

êtông cốt thép phức tạp, đặc biệt

hi khố

Kiểu tạo vỏ bằng vữa phun tạo cho áo hai lớp có độ bền và chống thấm cao hơn Khi cột nước cao hoặc đường kính đường hầm lớn thì vòng trong của áo hai lớp làm bằng bêtông cốt thép

áp lực theo phương đứng và ngang đều lớn thì dùng mặt cắt ngang dạng (hình 12-2,f) Hai loại sau nói chung ít được dùng trong thực tế

chiều dài lớn thì kích thước mặt cắt ngang và cao trình đặt đường hầm phải đảm bảo độ

dự trữ áp lực ở đỉnh hầm phải không nhỏ hơn 1,5 - 2 m cột nước trong mọi chế độ vận hành, kể cả ở chế độ không ổn định Để bảo đảm điều kiện thi công thì kích thước tối thiểu của mặt cắt ngang đường hầm b x h ≥ 1,9 x 2,7 m

3 Vỏ áo đường hầm

Nói chung đường hầm dẫn nước của TTĐ đều có vỏ áo Trường hợp hầm

hối đá vững chắc không có nứt nẻ thì vỏ áo thường được làm bằng cách phun vữa dày 5 - 10 cm để làm trơn bề mặt tiếp xúc với dòng chảy để giảm tổn thất thuỷ lực

mà không cần chịu lực Nếu khối đá có nhiều nứt nẻ thì lớp vữa đường hầm còn có tác dụng chống thấm Ngược lại khi khi khố

m nhận tải trọng của áp lực nước bên trong và áp lực đất đá bên ngoài thì vỏ áo phải có kết cấu chịu các tác dụng của áp lực nước bên trong và nước ngầm bên ngoài, đồng thời chống thấm và giảm ma sát Hình (12-3) sau đây là một số kết cấu vỏ áo chịu lực:

- Vỏ áo bêtông đúc liền khối của đường hầm áp lực (sơ đồ I) được dùng trong những điều kiện sau: đá chắc, có áp lực đá núi nhỏ cột nước H ≤ 60 m, h

không thì có thể dùng cho cột nước dến 100 m Khi áp lực đá núi lớn, cột nước

từ 30 - 60 đến 100 m thì có thể dùng sơ đồ (II) với một hoặc hai lớp cốt thép Cốt thép hai lớp dùng khi xuất hiện vết nứt trong bê tông dưới tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh Ưu điểm của hai loại trên là vỏ áo liên kết tĩnh với đá nú, có khả năng chống thấm v

hỏ Vỏ áo bêtông cốt thép chống kéo lớn hơn vỏ bêtông và vận hành an toàn hơn, mặt khác do chiều dày áo nhỏ hơn do đó giảm kích thước đào phá đá Tuy nhiên nhược điểm của áo bêtông cốt thép (II) là công tác b

k i đào qua đá chắc

- Để khắc phục nhược điểm của sơ đồ (II) người ta đưa ra loại vỏ áo bêtông toàn khối hai lớp (sơ đồ III) Vòng ngoài của áo loại này là bêtông, vòng trong tăng cường bằng cốt thép Số lượng cốt thép và chiều dày các vòng được xác định qua tính toán Vỏ

áo hai vòng có lợi thế dùng đối với đường hầm áp lực nhờ những điều kiện làm việc tĩnh khác nhau; trong giai đoạn xây dựng vòng bêtông ngoài gánh chịu áp lực đá núi và chiều dày của nó được xác định từ điều kiện này Công tác cốt thép và thi công vòng trong được tiến hành nhờ sự che chắn của vòng bêtông ngoài Cả hai vòng cùng liên kết chịu lực trong giai đoạn vận hành Vòng trong của vỏ hai lớp thường làm bằng hìnhthức vữa phun cốt thép với một dãy thép xoắn

Hình 12-3 Các kiểu vỏ áo chịu lực của đường hầm có áp 1- lỗ khoan phun xi măng gia cố; 2- ống để dổ xi măng; 3- cốt thép vòng; 4- cốt thép phân bố;

5- bêtông toàn khối; 6- vữa phun; 7- dăm sỏi; 8- ống tiêu nước; 9- vử xi măng; 10- khối bêtông;

11- thép tấm có đai; 12- thép xoắn chịu ép.

- Vỏ áo đường hầm áp lực làm bằng bêtông cốt thép lắp ghép (sơ đồ IV) thường ược d

ớp vữa phun dày 15 - 25 cm

n mặt trong của áo lắp ghép và mài nhẵn chúng Ưu điểm chính của vỏ áo lắp ghép là

ay sau khi lắp ghép xong và công nghiệp hoá khâu chế

ước của khớp nối

ăng

vòng ngoài của đúc liền khối bên trong (sơ đồ V) Để đảm bảo sự kết

tạo từng đoạn dài 5 - 10 m từ thép tấm dày từ 10 - 20 mm và dày hơn rồi hàn ghép tại chỗ

i đá nứt nẻ, phân bố tải ọng đ

vỏ áo đã thi công xong, vữa được nén qua các ống có đường kính từ 40 - 60 mm đặt qua vỏ vào các khoảng trống giữa vỏ áo và đá núi Phụt vữa gia cố tiến hành trong điều kiện đá xung quanh nứt nẻ nhiều và bằng cách phun phụt vào khối đá xung quanh theo các lỗ khoan đặt hướng bán kính

Để bảo vệ vỏ hầm dưới tác động của nước ngầm xung quanh trong trường hợp

áp lực nước ngầm lớn, người ta thường làm hệ thống thoát nước ngầm dọc theo đường

đ ùng với đường hầm dạng mặt cắt tròn kích thước nhỏ, các cấu kiện lắp ghép thường làm bằng bêtông, bêtông cốt thép, hãn hữu dùng kim loại (thép, gang) Để giảm

độ nhám và nâng cao tính chống thấm, người ta tạo một l

lê

nhanh chóng đưa vào sử dụng ng

tạo cấu kiện áo Nhược điểm của kiểu vỏ áo này là thấm nhiều qua các khớp nối dọc của đường hầm, do vậy cần đảm bảo độ kín n

- Vỏ áo tunel áp lực kiểu kết hợp Để làm chặt các chỗ nối và nâng cao khả n

c c của vỏ áo lắp ghép, người ta đặt thêm vòng đúc liền khối Vỏ áo nhiều lớđược được hình thành bằng cách đặt một số lớp đúc liền khối, rồi đặt tiếp một số lớp lắp ghép cứ vậy nhận được kiểu vỏ áo kết hợp Đối với kiểu này thường

vỏ áo được ghép bằng các cấu kiện lắp ghép bê tông, nhờ vòng ngoài bảo vệ cho phép tiến hành thi công thuận lợi vòng

hợp làm việc của các vòng trong và ngoài để nâng cao khả năng chịu lực của vỏ người

ta sử dụng những giải pháp kết cấu khác nhau Khi cột nước lớn có thể dùng ống thép đường kính lớn làm lớp vòng trong của kiểu vỏ áo này Các đoạn ống này được chế

Trong xây dựng đường hầm công tác phụt vữa xi măng quanh vỏ đường hầm được tiến hành nhằm để: tăng cường khả năng chịu lực của hầm, tạo vùng đệm rắn chắc giữa hầm và khối đá bao quanh, tăng khả năng chống thấm kh

tr ều, giảm biến dạng của khối đất đá Vữa phụt chia ra hai loại là phụt vữa gia cố

và phụt vữa lấp đầy Phụt vữa lấp đầy nhằm mục đích lấp đầy khe hở giữa vỏ đường hầm và khối đá xung quanh Việc phụt vữa lấp đầy tiến hành sau khi

hầm với dạng ống sứ hoặc ống bêtông nhẹ và thoát nước ngang dưới dạng sỏi bọc xung quanh vỏ hầm (sơ đồ III và V, hình 12-3)

XII 2 2 Tính toán kết cấu đường hầm dẫn nước của TTĐ

Tính toán kết cấu vỏ áo đường hầm nhằm mục đích kiểm tra độ bền của vỏ áo và kiểm tra trị số áp lực cho phép truyền lên đât đá xung quanh vỏ hầm Sự kết hợp cùng chịu lực giữa chúng là đặc điểm làm việc của đường hầm Khi địa chất bao quanh vỏ áo

đủ chắc, giữa vỏ hầm và mặt đá đào không có khe hở thì chúng có khả năng tiếp nhận

áp lực nước từ phía trong cùng với áo vỏ, trường hợp này kết cấu vỏ áo đường hầm nhẹ hơn Vì vậy việc đánh gía đúng điều kiện phối hợp chịu lực của chúng sẽ tạo điều kiện chọn được kết cấu đường hầm kinh tế và sử dụng lâu dài

Việc tính toán kết cấu và khả năng chịu tải của áo vỏ hầm theo phương pháp cơ học kết cấu theo tiêu chuẩn hiện hành với các tải trọng sau:

- Tải trọng cơ bản gồm có: áp lực đất đá, lực kháng của đất đá, trọng lượng riêng của áo vỏ, áp lực nước phân bố đều trong tunel, áp lực nén của vữa xi mămg từ sau vỏ

o, áp lực của nước ngầm khi dòng thấm ổn định, lực nhiệt độ phát sinh ở vùng băng giá

p lực

ịch với độ sâu đặt tunel và kích ước m

ược iết kế tunel, bề dày vỏ

o của tunel không áp và có áp không được nhỏ hơn những chỉ dẫn sau:

- Áo bằng bêtông cốt thép, khối bêtông lắp ghép thì bề dày: δ = 0,12 m;

- Áo

- Áo trong bằng cốt thép phun xi măng và bêtông phun xi mămg δ = 0,05 m Chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ cốt thép trong vỏ áo bêtông cốt thép

ỏ áo và phụ thuộc vào tính

ẪN CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN

Mặc dù kênh dẫn là loại đường dẫn đơn giản, ngoài việc đảm bảo an toàn và ổn

hư hỏng dưới tác động của điều kiện bất lợi do khí hậu và tảo mộc gây ra v.v Kênh

ọn tuyến kênh phải dựa trên

cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật của các phương án

á

hời gồm: lực phát sinh do nhiệt độ thay

á nước ngầm khi kết cấu tiêu nước thấm bị hỏng, tải trọng do máy thi công truyền lên vỏ áo đường hầm khi thi công

- Tải trọng đặc biệt gồm: lực động đất, khi kể đến lực này cần có lập luận chuyên môn riêng Trị số của lực động đất tỷ lệ ngh

th ặt cắt ngang đường hầm

Sơ đồ tính toán của vỏ aó đường hầm được xác định dựa vào cấu tạo và độ bền của khối đât đá bao quanh nó, có tính đến điều kiện làm việc thực tế của vỏ và phương pháp đào đường hầm Các phương pháp tính toán vỏ áo đường hầm thuỷ công đtrình bày trong các tài liệu chuyên môn Theo chỉ dẫn kỹ thuật th

đúc liền khối được xác định phụ thuộc vào chiều dày của v

xâm thực của nước, nhưng không lấy nhỏ hơn 3 - 5 cm

XII 3 KÊNH D

ả mãn những yêu cầu về chống thấm, ổn định

dẫn của TTĐ là loại kênh động lực cho nên ngoài yêu cầu về khối lượng xây lắp nhỏ và đảm bảo an toàn cần phải xét đến hiệu quả về năng lượng của nó Kênh dẫn được sử dụng rộng rãi trong TTĐ đường dẫn có mực nước thượng lưu giao động ít và được đặt trên địa hình tương đối bằng phẳng, khối lượng đào đắp ít

XII 3 1 Chọn tuyến kênh và hình thức kênh

Việc chọn tuyến kênh có tính chất quyết định đến kết cấu và khối lượng đường dẫn cũng như thành phần công trình trên kênh Việc lựa ch