Bài gảng thiết kế đường hầm thủy công

Ch ơng II : Khảo sát và nghiên cứu địa chất CT trong TKĐH.. Ch ơng III : Bố trí các bộ phận của đ ờng hầm.. Ch ơng IV : Tính toán thuỷ lực, xác định kích th ớc mặt cắt...  Đặc điểm cấ

Bµi gi¶ng

ThiÕt kÕ ® êng hÇm

thuû c«nggs.ts NguyÔn ChiÕn

Tel: (04)8.530.293 ; Mobile: 098.909.7791 Email: chienct@wru.edu.vn

Thiết kế đ ờng hầm thuỷ

công

Ch ơng I : Giới thiệu chung.

Ch ơng II : Khảo sát và nghiên cứu

địa chất CT trong TKĐH.

Ch ơng III : Bố trí các bộ phận của đ ờng hầm.

Ch ơng IV : Tính toán thuỷ lực, xác

định kích th ớc mặt cắt.

Ch ơng V : Tính toán kết cấu lớp lót đ ờng hầm.

I Khái niệm :

 Công trình dẫn n ớc đục xuyên qua núi.

 Sử dụng trong các tr ờng hợp:

- Địa hình chật hẹp, bờ dốc núi đá.

ChƯơng I : giới thiệu chung

Đ 1.1 khái niệm và phân loại

II Ph©n lo¹i :

1 Theo nhiÖm vô:

 LÊy vµ dÉn n íc (ph¸t ®iÖn, cÊp n íc…).

 Th¸o n íc: Th¸o lò, dÉn dßng thi c«ng.

(cã thÓ kÕt hîp th¸o lò thi c«ng vµ l©u dµi)

§ 1.1 kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i

III T×nh h×nh x©y dùng ë viÖt nam :

§ 1.1 (tiÕp)

§ 1.1 (tiÕp)

Đập đá đổ BT bản mặt

E a9

h g4 D a2 a8 hg3

BM4

sông c hu

a11 a5 a10 H K a12

đập chính

b

s ch

BM11

Đ3 BM13

TN1-5 TN1-4

đất đá

đê quai th ợng l u

10 110

B i tập kết vật li êuãi thải

TN1-6

BM5 BM6

BM8

BM9

BM10

28 20

§ 1.1 (tiÕp)

H 0 =

c) b

C¸c h×nh thøc mÆt c¾t cña ® êng hÇm kh«ng ¸p

2 § êng hÇm cã ¸p:

 Th êng dïng: MÆt c¾t trßn.

 Khi cét n íc ¸p lùc kh«ng v ît qu¸ 3Ho: Cã thÓ

dïng c¸c h×nh thøc mÆt c¾t nh ® êng hÇm kh«ng ¸p.

Ho ChiÒu cao mÆt c¾t ® êng hÇm.– ChiÒu cao mÆt c¾t ®­êng hÇm.

§ 1.2 (tiÕp)

 Tác dụng:

- Thủy lực: Giảm nhám.

- Kết cấu: Chịu lực tác dụng từ trong và ngoài.

- Nối tiếp với môi tr ờng xung quanh: Bảo vệ đá

khỏi bị phong hóa.

a)Trát trơn; b)Gia cố chỉnh thể bằng BT; c)Gia cố chỉnh thể

bằng BTCT; d) Gia cố ở đáy đ ờng hầm.

H×nh thøc líp lãt cña ® êng hÇm cã ¸p

§ 1.3 (tiÕp)

e) c)

 Các yếu tố cần làm rõ:

1 Thành phần thạch học (khoáng vật, hóa học):

 Đặc điểm trầm tích (cấu trúc, nguồn gốc).

 Đặc điểm cấu tạo (thế nằm, phân bố các đơn

ChƯơng II : Khảo sát và nghiên cứu

địa chất CT trong TKĐH

Đ 2.1 nghiên cứu cấu trúc địa chất

của đá núi

(khả năng thoát khí + phụt khí cùng với đá).

5 Các điều kiện địa nhiệt.

6 Tính chất cơ lý của đá núi.

7 Trạng thái ứng suất biến dạng của đá núi.– Chiều cao mặt cắt đường hầm.

(Xét đến hoạt động động đất, kiến tạo).

Đ 2.1(tiếp)

I Sự phân vỉa và tính nứt nẻ của đá núi

1 Sự phân vỉa, thế nằm của đá núi:

 ảnh h ởng đến tình hình chịu lực của vỏ hầm.

Đ 2.2 Nghiên cứu địa chất công trình

I Sự phân vỉa và tính nứt nẻ của đá núi

1 Sự phân vỉa, thế nằm của đá núi:

Đ 2.2 (tiếp)

II áp lực đá núi

2 Các đặc tr ng:

 Thay đổi theo thời gian:

- Thời kỳ đầu (sau khi đào): Tăng rất nhanh.

II áp lực đá núi

4 Xác định áp lực đá núi:

 Tính toán: Theo ph ơng pháp Prôtôđiacanốp.

Phân biệt với các loại đá:

- Cứng: fk > 8.

- Cứng trung bình: fk = 4  8.

- Yếu: fk < 4.

 Thí nghiệm hiện tr ờng:

- Bố trí khung chống và đo lúc đào hầm

(khảo sát).

- Kiểm chứng: Trong thi công.

Đ 2.2 (tiếp)

 Thí nghiệm hiện tr ờng.

 Đo đạc kiểm chứng trong thi công.

Đ 2.3 nghiên cứu các tính chất cơ lý

của đá núi

Phụ thuộc điều kiện địa hình, địa chất, thi công, sử

dụng:

ớc ngầm cao, áp lực n ớc ngầm lớn.

h t Chiều cao m– Chiều cao mặt cắt đường hầm. ặt cắt đ ờng hầm.

I Các bộ phận chính :

1 Bộ phận cửa vào.

2 Đ ờng hầm sau cửa vào.

3 Phần cửa ra (thiết bị tiêu năng, phụ trợ).

II Các hình thức cửa vào :

1 Giếng đứng:

Đ 3.2 Bố trí đ ờng hầm dẫn tháo n ớc

II C¸c h×nh thøc cöa vµo :

2 KiÓu m¸i nghiªng:

§ 3.2 (tiÕp)

3 H×nh thøc th¸p:

 Th¸p kÝn.

II Các hình thức cửa vào :

1.ĐH dẫn dòng; 2.ĐH dẫn n ớc;

3.Đá;4.Mặt đất tự nhiên; 5.Đập đất;

6.Cửa vào.

III Cao trình cửa vào :

 hạ thấp MNTL  giảm H đê quai

 Có thể làm đ ờng hầm có cửa vào ở các cao

trình khác nhau.

Đ 3.2 (tiếp)

IV Bè trÝ cöa van, èng th«ng khÝ :

IV Bè trÝ cöa van, èng th«ng khÝ :

I đặc điểm bố trí : (NMTĐ kiểu đ ờng dẫn).

II Các bộ phậnchính :

3 Đ ờng ống áp lực:

Làm việc với cột n ớc cao và tăng dần khi đến gần

tổ máy.

4 Tháp điều áp: Có thể đặt tr ớc hoặc sau nhà máy.

5 Giếng thông khí: tiếp không khí vào đ ờng dẫn.

i i

2 Điều kiện chảy có áp ổn định:

V V

K K

Z Z









 Các biện pháp đảm bảo chảy có áp:

- Đặt van công tác ở cửa ra.

- Cửa vào thuận, ngập d ới MNTL.

- Thu hẹp cửa ra, hoặc đặt cửa ra ngập d

ới MNHL.

3 TÝnh to¸n thñy lùc cöa vµo ® êng hÇm:

a) H×nh d¹ng cöa vµo:

 Cöa vµo vu«ng gãc: - Tæn thÊt cét n íc lín.

- DÔ sinh khÝ thùc.

 Cöa vµo d¹ng elip (bao gåm c¶ d¹ng trßn):

- §é tho¶i cña elip: K s = a / b

a – ChiÒu cao mÆt c¾t ®­êng hÇm. b¸n trôc theo h íng // dßng ch¶y.

b – b¸n trôc theo h íng  dßng ch¶y.

- §é thu hÑp t¹i cöa vµo:

K r = h v / h t = 1 + b / h t

3 TÝnh to¸n thñy lùc cöa vµo ® êng hÇm:

b) HÖ sè tæn thÊt cét n íc t¹i cöa vµo:

1.0 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 K r

0.6 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

K =3 s

K =1 s

K =2 s

3 TÝnh to¸n thñy lùc cöa vµo ® êng hÇm:

c) KiÓm tra khÝ hãa t¹i cöa vµo:

§iÒu kiÖn kh«ng cã khÝ hãa:

K > Kpg

g 2 / v

Q     h

 - hệ số l u l ợng.

 - Mặt cắt cuối đoạn cửa vào.

h - độ cao mặt cắt cuối cửa vào.

h hệ số co hẹp đứng.– Chiều cao mặt cắt đường hầm.

1

h

h

1 Cöa vµo:

b) Cöa vµo kh«ng ngËp: TÝnh nh ®Ëp trµn

§ 4.2 (tiÕp)

2 / 3

a) Cöa vµo ngËp: b) Cöa vµo kh«ng ngËp

1

h

2 Thân đ ờng hầm:

a) Khi tính khẩu diện:

Khống chế dòng đều trong đ ờng hầm:

1 0,11

H h

f

H n

C  c o

0.35

0.70 0.30 0.25

0.50 0.60

0.40 0.45 f R

0.80 0.90 f 0.80

0.80

0.40 0.20

b)

0.75 0.70

O

0.60 0.30 0.40 0.50

0.80 0.70 0.90

1

fR

0.10 0.05 0

0.30 0.20

0

0.10

0.10 0.15 0.20

R f

0.5 H 0.70 0.60 0.40 0.50

C f

0.45 0.40

C

R

f 0.90

0.05

0.30 0.20 0.10

0 0.90

H 0.70 0.75

0.90 0.40

2 Thân đ ờng hầm:

b) Đối với các tr ờng hợp khác:

Khi có dòng không đều  tiến hành vẽ đ ờng mặt n

ớc.

c

I h

h N

3 Tính toán thông khí đ ờng hầm:

b) Tính toán ti ế t diện ống dẫn khí:

Đ 4.2 (tiếp)

a aK

a

4 Tính toán thủy lực cửa ra đ ờng hầm:

 Sơ đồ tiêu năng: Đáy, mặt, phóng xa.

 Tính toán tiêu năng: Xem thủy lực.

- Th ờng khống chế: Va < 50 m/s.

 Yªu cÇu: Tháa m n ®iÒu kiÖn sö dông, kinh tÕ, thi c«ng.· x©y dùng:

 §iÒu kiÖn sö dông:

phÐp.

thuyÒn.

 §iÒu kiÖn kinh tÕ: §iÒu hßa m©u thuÉn gi÷a:

d

C

C B A

áp lực

đá

núi

Dài hạn (áp lực

n ớc bên trong)

Ngắn hạn (áp lực

n ớc va

…)

Đặc biệt (Động đất Nhiệt độ

…)

Đ 5.1 (tiếp)

 Chú ý:

- Trong thiết kế cần tính với nhiều tổ hợp tải

trọng khác nhau.

- Hệ số lệch tải (n) tính riêng cho từng lực, chọn

theo giá trị nào bất lợi nhất cho công trình.

2 Tổ hợp tải trọng– lưu lượng khí bị cuốn vào do ma sát.

Thi công(nc=0,95)

Đặc biệt(nc=0,9)Cơ bản

(nc=1)

Đ 5.1 (tiếp)

3 Tính toán áp lực đá núi:

 Ph ơng pháp tính toán: Theo Prôtôđiacanốp.

Đá núi đ ợc đặc tr ng bởi hệ số kiên cố f k (Coi đá ở thể rời quy ớc).

Đ 5.1 (tiếp)

4 Lực kháng đàn tính:

Khái niệm:

 Là lực ở dạng bị động, xuất hiện từ phía đá

núi, khi có lực tác dụng từ phía trong đ ờng hầm.

 Th ờng chỉ xét với đ ờng hầm có áp.

 Chỉ xét khi có sự liên kết chặt chẽ giữa lớp lót

đ ờng hầm và đá núi xung quanh.

Trị số: p = K.u

K hệ số lực kháng đàn tính (kG/cm3).– Chiều cao mặt cắt đường hầm.

u – biến vị của lớp lót.

800 1000 1200 1400

(KG/cm )

2

Ko 1600

5 , 0

d

d

) 1

( 34 , 1

Đ 5.2 tính toán kết cấu lớp lót

đ ờng hầm

 Mục đích:

Xác định nội lực, ứng suất trong lớp lót 

- Kiểm tra điều kiện bền.

n n

o

J

h M h

J

M

2 2

M

n 0

M

o n



 5 , 0

1 1

2 1

y X

X KJ

y X X

1



ί

X X

0 X

X

n p

2 22

2 21

1

p 1 12

2 11

1

X

N N

, y X X

M M

2 p

2 1

N







§ 5.2 (tiÕp)

1 Ph ¬ng ph¸p c¬ häc kÕt cÊu:

b) TÝnh vßm cao: ( SGT)

Thank you for your attention