“Nghiên cứu lựa chọn cống dẫn dòng thi công hợp lý cho công trình thủy điện Bản Chát”

Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn, phương pháp tính toán dẫn dòng thi công qua cống và qua đập xây dở từ các tài liệu thu thập, kết hợp tài liệu thực hiện mô hình t

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy với đề tài:

“Nghiên cứu lựa chọn cống dẫn dòng thi công hợp lý cho công trình thủy điện Bản Chát” là nghiên cứu của tác giả về giải pháp dẫn dòng thi công cho công trình

thủy điện Bản Chát, tỉnh Sơn La

Luận văn được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của Phòng Đào tạo đại học & Sau đại học, khoa Công trình, các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi Ban lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu thủy lực và các Phòng ban khác của Phòng thí

nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, cùng các bạn bè, đồng nghiệp trong và ngoài trường Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó để tác giả hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu của mình

Đặc biệt, Tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy:

PGS.TS Trần Quốc Thưởng đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp

các thông tin, tài liệu khoa học kỹ thuật cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn này

Cuối cùng, Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân đã quan tâm, động viên và sự khích lệ Tác giả để Luận văn sớm được hoàn thành Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thời gian cũng như trình độ chuyên môn nên Luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến chỉ bảo của các Thầy, các Cô, các bạn đồng nghiệp

Hà nội, ngày …… tháng …… năm.2012

Học viên

Trần Hồng Thanh

Tên tôi là: Tr ần Hồng Thanh

Thủy lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi./

Hà N ội, ngày tháng năm 2012

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

0T

MỞ ĐẦU0T 10T

1 Tính cấp thiết của đề tài:0T 1 0T

2 Mục đích của đề tài0T 2 0T

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu0T 2 0T

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC DẪN DÒNG QUA CỐNG VÀ QUA ĐẬP BÊ TÔNG XÂY DỞ0T 40T

1.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn phương án dẫn dòng0T 4 0T

1.1.1 Điều kiện địa hình0T 4

1.5 Phân tích lựa chọn cấp công trình, tần suất thiết kế và phương pháp dẫn dòng thi công0T 11 0T

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG QUA CỐNG VÀ QUA ĐẬP

BÊ TÔNG XÂY DỞ0T 180T

2.1 Tính toán dẫn dòng thi công qua công trình thủy lợi0T 18 0T

2.2 Dẫn dòng thi công qua lòng sông thu hẹp0T 19 0T

2.5 Kết luận chương 20T 26 0T

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT0T 280T

3.1 Giới thiệu chung về công trình thủy điện Bản Chát0T 28 0T

3.2 Lưu lượng dẫn dòng thi công0T 32 0T

3.3 Các giai đoạn dẫn dòng0T 33 0T

3.3.1 Phương án ban đầu:0T 33

3.5.1 Tính toán khả năng xả qua tràn xây dở tại cao trình 0T∇0T3650T 39

CHƯƠNG 4: SO SÁNH TÍNH TOÁN VỚI NGHIỆM MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT0T 500T

4.1 Nội dung nghiên cứu thí nghiệm mô hình công trình dẫn dòng0T 50 0T

4.2.1 Thiết kế và xây dựng mô hình cống dẫn dòng0T 52

4.3.1 Kết quả thí nghiệm mô hình của cống0T 55

I Những kết quả đã đạt được0T 85 0T

II Hạn chế và hướng nghiên cứu0T 86

Bảng 1.3 Lưu lượng mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ công tác dẫn dòng.0T 13 0T

Bảng 3.1 Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình theo TKKT giai đoạn 10T 29 0T

Bảng 3.2: Tần suất và lưu lượng tính toán lớn nhất trong mùa lũ0T 33 0T

Bảng 3.3: Tần suất và lưu lượng tính toán mùa kiệt0T 33 0T

Bảng 3.4: Các thông số dẫn dòng thi công0T 34 0T

Bảng 3.5: Tính toán dẫn dòng qua cống0T 37 0T

Bảng 3.6: Xác định khả năng xả qua tràn xây dở0T 40 0T

Bảng 3.7: Khả năng xả qua cống dẫn dòng0T 41 0T

Bảng 3.8: Xác định khả năng xả kết hợp0T 43 0T

Bảng 3.9: Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với Q = 1.300mP

3

P/s0T 44 0T

Bảng 3.10: Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với Q = 1.695mP

3

P/s0T 44

0T

Bảng 3.11: Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với Q = 3.200mP

3

P/s0T 45 0T

Bảng 3.12: Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với Q = 4.821mP

3

P/s0T 45 0T

Bảng 3.13: Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với Q = 5.000mP

3

P/s0T 46

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm xả lũ thi công qua cống dẫn dòng và tràn xây dựng0T 63 0T

Bảng 4.5a: Kết quả thí nghiệm xác định đường mặt nước hướng ngang trên mô hình dẫn dòng thi công qua tràn xây dở và cống dẫn dòng 2 khoang0T 64 0T

Tỷ lệ 1/80 (Phương án thiết kế); Q = 1.300 (mP

3

P/s)0T 64 0T

Bảng 4.5b: Kết quả thí nghiệm xác định đường mặt nước hướng ngang trên mô hình dẫn dòng thi công qua tràn xây dở và cống dẫn dòng 2 khoang0T 65

Tỷ lệ 1/80 (Phương án thiết kế); Q = 1.695 (mP

3

P/s)0T 65

0T

Bảng 4.5c: Kết quả thí nghiệm xác định đường mặt nước hướng ngang trên mô hình dẫn dòng thi công qua tràn xây dở và cống dẫn dòng 2 khoang0T 66 0T

Tỷ lệ 1/80 (Phương án thiết kế); Q = 3.200 (mP

3

P/s)0T 66 0T

Bảng 4.5d: Kết quả thí nghiệm xác định đường mặt nước hướng ngang trên mô hình dẫn dòng thi công qua tràn xây dở và cống dẫn dòng 2 khoang0T 67 0T

Tỷ lệ 1/80 (Phương án thiết kế); Q = 4.821 (mP

3

P/s)0T 67 0T

Bảng 4.5e: Kết quả thí nghiệm xác định đường mặt nước hướng ngang trên mô hình dẫn dòng thi công qua tràn xây dở và cống dẫn dòng 2 khoang0T 68 0T

Tỷ lệ 1/80 (Phương án thiết kế); Q = 5.000 (mP

3

P/s)0T 68 0T

Bảng 4.6 Độ sâu dòng chảy trên đỉnh đê quai thượng hạ lưu0T 70 0T

Bảng 4.7: Kết quả đo sóng hai bờ0T 70 0T

Bảng 4.8 Xác định gần đúng lưu lượng xả qua cống và tràn qua đê quai thượng0T 74 0T

Bảng 4.9 Giá trị mạch động áp suất ở các vị trí xung yếu(PATK)0T 76 0T

Bảng 4.10: So sánh giữa kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình0T 77 0T

Bảng 4.11: So sánh khả năng xả qua cống và tràn xây dở giữa kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình0T 78 0T

Bảng 4.12: So sánh mực nước thượng lưu theo tính toán và thí nghiệm mô hình0T 78 0T

Bảng 4.13: Trường hợp Q = 1.300 mP

3

P/s0T 79 0T

Bảng 4.14: Trường hợp Q = 1.695 mP

3

P/s0T 80

0T

Bảng 4.15: Trường hợp Q = 3.200 mP

3

P/s0T 81 0T

Bảng 4.16: Trường hợp Q = 4.821 mP

3

P/s0T 81

0T

Bảng 4.17: Trường hợp Q = 5.000 mP

3

P/s0T 82

DANH MỤC HÌNH VẼ

0T0T

Hình 1.1: Hình ảnh địa hình, địa chất khu vực tuyến đập thủy điện Bản Chát 5

Hình 1.2: Dẫn dòng qua kênh công trình thủy điện ĐăkSin 1 (Đăk Nông) 6

Hình 1.3: Dẫn dòng qua cống công trình thủy điện Đồng Nai 3 6

Hình 1.4: Dẫn dòng qua kênh và cống công trình thủy điện Lai Châu 7

Hình 1.5: Dẫn dòng qua tràn tạm công trình thủy điện Cửa Đạt 7

Hình 1.6: Chặn dòng công trình thủy điện Bản Chát 8

Hình 1.7: Mặt bằng sơ đồ dẫn dòng qua cống và đập xây dở 15

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán thủy lực của dòng chảy qua lòng sông thu hẹp 21

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán thủy lực qua cống đáy 22

Hình 2.3 Sơ đồ dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở 25

Hình 2.4 Sơ đồ dẫn dòng thi công qua cống và đập xây dở 26

Hình 3.1: Toàn cảnh thi công công trình thủy điện Bản Chát 29

Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ lưu lượng qua cống và mực nước thượng lưu 37

Hình 3.3: Dẫn dòng thi công qua đập tràn xây dở cao trình 365 và cống 38

Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ lưu lượng qua tràn và mực nước thượng lưu 40

Hình 3.5: Sơ đồ tính toán bể tiêu năng sau cống 47

Hình 4.1: Mô hình dẫn dòng thi công qua cống nhìn từ thượng lưu 53

Hình 4.2: Mô hình dẫn dòng thi công qua cống và tràn xây dở nhìn từ hạ lưu 55

Hình 4.3: Kết quả thí nghiệm quan hệ Q~f(Z hồ) – PATK mô hình cống dẫn dòng tỷ lệ 1/36 56

Hình 4.4: Kết quả thí nghiệm quan hệ µ~f(Q)- PATK mô hình cống dẫn dòng tỷ lệ 1/36 59

Hình 4.5: Kết quả thí nghiệm quan hệ m~f(Q)- PATK mô hình cống dẫn dòng tỷ lệ 1/36 59

Hình 4.6 Biểu đồ so sánh khả năng xả của cống theo kết quả tính toán so với kết quả thí nghiệm mô hình 77

Hình 4.7 Biểu đồ so sánh mực nước thượng lưu theo tính toán và thí nghiệm 79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Nước ta đang trong thời kỳ phát triển, nhu cầu năng lượng cần cho nền kinh tế quốc dân và cho sinh hoạt ngày càng gia tăng Trong khi hiện nay trên thế giới đang

sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt, than đá ngày càng cạn kiệt Vì vậy việc tìm kiếm, bổ sung nguồn cung cấp năng lượng cho nền kinh tế nước ta là rất quan trọng, khẩn thiết Trong đó, thủy điện vẫn là hướng được ưu tiên

do đây là nguồn năng lượng sạch, rất rẻ và không ô nhiễm môi trường

Khi xây dựng các công trình thủy điện, việc xây dựng các công trình phục vụ cho quá trình dẫn dòng thi công đóng một vai trò quan trọng Nó sẽ giúp quá trình thi công được liên tục và thuận lợi, hố móng luôn được khô ráo trong suốt quá trình thi công, tiến độ thi công nhanh, chất lượng công trình tốt, thi công an toàn, chi phí xây dựng công trình giảm Ngược lại, công tác dẫn dòng không tốt sẽ gây trở ngại cho công tác thi công, chậm tiến độ, thi công không an toàn, tăng giá thành, thậm chí gây hư hỏng, phá huỷ công trình, thiệt hại tài sản và tính mạng con người Muốn vậy chúng ta phải nghiên cứu, phân tích và đánh giá một cách khách quan, triệt để, toàn diện các yếu tố ảnh hưởng và những nguyên tắc để lựa chọn phương án dẫn dòng thi công phù hợp cụ thể là xác định được các thông số thủy lực trong quá trình lựa chọn giải pháp dẫn dòng

Đối với những công trình thủy điện xây dựng trên lòng sông hẹp, hai bên là núi đá dốc, mặt bằng thi công bị hạn chế nên không thể sử dụng được các công trình dẫn dòng kiểu hở mà thường dùng cống để dẫn dòng

Cống dẫn dòng là một trong những công trình dẫn dòng hiệu quả cao và tương đối an toàn Ngoài ra, đối với công trình thủy điện khai thác theo kiểu đường dẫn có công trình đầu mối là đập dâng thì thường có cột nước thấp, chế độ thủy lực trong cống dẫn dòng rất phức tạp, có thể xảy ra chế độ chuyển tiếp từ trạng thái chảy có áp sang bán áp và không áp, tùy thuộc vào sự thay đổi mực nước thượng và hạ lưu Khi tính toán thủy lực của cống loại này cần có sự nghiên cứu điều kiện chảy để phân biệt chế độ chảy trong cống nhằm xác định sơ đồ và công thức tính toán cho phù hợp

Trong luận văn này, học viên sẽ cố gắng nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thủy lực trong công trình dẫn dòng Vì vậy ngoài việc tính toán theo lý thuyết và kinh nghiệm, cần thí nghiệm trên mô hình thủy lực để so sánh

Công trình thủy điện Bản Chát – Lai Châu cũng là công trình thủy điện lớn,

công tác dẫn dòng phức tạp Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn cống dẫn dòng thi công hợp lý cho công trình thủy điện bản Chát” không những có ý nghĩa thực tiễn đối

với công trình thủy điện Bản Chát nói riêng mà còn phần nào giúp các nhà chuyên môn có những đánh giá xác thực và tính toán dẫn dòng thi công hợp lý trong thực tế xây dựng các công trình thủy lợi thủy điện

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận

Thu thập tài liệu về phương pháp dẫn dòng thi công qua đập xây dở như: đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ, đập đá đổ bê tông bản mặt, đập bê tông xây dở và cống dẫn dòng từ các công trình trong và ngoài nước

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn, phương pháp tính toán dẫn dòng thi công qua cống và qua đập xây dở từ các tài liệu thu thập, kết hợp tài liệu thực hiện mô hình thủy lực;

- Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở và cống, ứng dụng cho công trình thủy điện Bản Chát;

- Bằng những luận chứng và lý luận xác thực kiểm tra kết quả tính toán, so sánh với kết quả của thí nghiệm mô hình thủy lực và rút ra những kết luận cho phương án dẫn dòng

4 Kết quả dự kiến

- Nghiên cứu và đưa ra kết quả tính toán lý thuyết về chế độ chảy ở cống dẫn dòng thi công;

- Thiết kế mô hình thủy lực cống dẫn dòng thủy điện Bản Chát;

- Phân tích, kiểm chứng kết quả nghiên cứu giữa kết quả tính toán với kết quả thí nghiệm của công trình thủy điện Bản Chát, tạo cơ sở cho việc áp dụng đối với các công trình khác có điều kiện tương tự

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC DẪN DÒNG QUA CỐNG VÀ QUA ĐẬP BÊ TÔNG XÂY DỞ

Công trình thủy lợi, thủy điện có một đặc thù riêng là thường phải xây dựng trên các con sông, con suối, những nơi có địa hình thi công khó khăn, phức tạp Móng của công trình thường nằm sâu dưới mặt đất tự nhiên hay mực nước ngầm

Do đó quá trình thi công không tránh khỏi những ảnh hưởng bất lợi của dòng nước mặt, nước ngầm, mưa v.v…

Quá trình thi công luôn phải đảm bảo hố móng được khô ráo đồng thời phải đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp và duy trì dòng chảy ở hạ lưu tới mức cao nhất Xuất phát từ những đặc điểm ấy trong quá trình thi công người ta phải nghiên cứu

và biện pháp dẫn dòng thi công hợp lý, hiệu quả

Để có được phương án hợp lý chúng ta phải nghiên cứu, phân tích và đánh giá một cách khách quan, triệt để, toàn diện các nhân tố ảnh hưởng và những nguyên tắc để lựa chọn phương án dẫn dòng thi công Các nhân tố ảnh hưởng bao gồm: Điều kiện địa hình, điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn, điều kiện dân sinh kinh

tế, khả năng thi công và quy mô kích thước cũng như tầm quan trọng của công trình xây dựng

1.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn phương án dẫn dòng

1.1.1 Điều kiện địa hình

Địa hình lòng sông, hai bên bờ và các khu vực lân cận tuyến công trình có ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn quy mô kích thước công trình chính như: mực nước dâng bình thường, cột nước, dung tích lòng hồ, công suất, kích thước các công trình phụ trợ…Phương án, quy mô công trình dẫn dòng, từ đó ảnh hưởng đến tiến

độ thi công công trình Do vậy người thiết kế cần phải căn cứ vào điều kiện địa hình

cụ thể để lựa chọn phương án và quy mô công trình dẫn dòng cho công trình Thủy Lợi, Thủy Điện

1.1.2 Điều kiện địa chất

Điều kiện địa chất đóng một vai trò quan trọng cho việc lựa chọn phương án dẫn dòng thi công và đặc biệt kết cấu quy mô công trình chính Vì vậy cần phải có

sự khảo sát thăm dò, các đánh giá về địa chất của khu vực công trình một cách kỹ lưỡng và chính xác Với mỗi điều kiện địa chất của mỗi công trình khác nhau sẽ tương ứng với một phương án dẫn dòng hợp lý Tùy thuộc vào điều kiện địa chất để chọn được kết cấu, quy mô công trình chính, phương án, kết cấu công trình dẫn dòng cho phù hợp với điều kiện địa chất khu vực công trình

Hình 1.1: Hình ảnh địa hình, địa chất khu vực tuyến đập thủy điện Bản Chát

1.1.3 Điều kiện thủy văn dòng chảy

Với mỗi dòng sông thiên nhiên sẽ có một chế độ chảy khác nhau, dựa vào đặc trưng dòng chảy, để lựa chọn được quy mô kích thước công trình chính, từ đó lựa chọn được phương án dẫn dòng hợp lý Vì vậy từ số liệu thủy văn dòng chảy sẽ được tính toán để lựa chọn lưu lượng và tần suất dẫn dòng, từ đó sẽ lựa chọn được phương án, kết cấu cũng như trình tự của phương án dẫn dòng

1.1.4 Điều kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy

Trong quá trình dẫn dòng thi công nhu cầu dùng nước không những đủ về lượng mà còn phải đảm bảo về chất lượng cho phía hạ lưu để đáp ứng các nhu cầu như: nước sinh hoạt, lưu thông đường thủy, nước cung cấp cho các khu công nghiệp (nếu có) v.v…

Vì vậy dẫn dòng là biện pháp nhằm giải quyết tất cả những điều kiện đó trong suốt quá trình xây dựng công trình

Hình 1.2: Dẫn dòng qua kênh công trình thủy điện ĐăkSin 1 (Đăk Nông)

Hình 1.3: Dẫn dòng qua cống công trình thủy điện Đồng Nai 3

Hình 1.4: Dẫn dòng qua kênh và cống công trình thủy điện Lai Châu

Hình 1.5: Dẫn dòng qua tràn tạm công trình thủy điện Cửa Đạt

1.1.5 Điều kiện dân sinh kinh tế, môi trường và xã hội

Đối với công trình thủy lợi nói chung và công trình thủy điện nói riêng, thì lợi ích kinh tế mà bản thân công trình đem lại từ lúc công trình bắt đầu xây dựng cho tới khi công trình được đưa vào khai thác luôn là vấn đề trọng tâm

Hệ thống điện, đường, trường trạm được xây dựng, nó giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, tăng thu nhập, cải thiện đời sống nhân dân, nâng cao trình

độ dân trí

Khi dự án được đưa vào khai thác sẽ tạo nên những điểm du lịch, những khu vui chơi giải trí… Song bên cạnh đó cũng có những vấn đề cần được nghiên cứu một cách cẩn trọng như: Vấn đề môi trường, di dân tái định cư, các di tích lịch sử, các tài nguyên thiên nhiên trong phạm vi ảnh hưởng của công trình…

1.1.6 Cấu tạo và sự bố trí công trình thủy lợi, thủy điện

Giữa công trình đầu mối và phương án dẫn dòng thi công có mối quan hệ mật thiết Khi thiết kế các công trình thủy lợi trước hết phải thiết kế và lựa chọn phương

án dẫn dòng Ngược lại khi thiết kế tổ chức thi công phải thấy rõ và nắm chắc đặc điểm cấu tạo và sự bố trí công trình để có kế hoạch khai thác và lợi dụng chúng vào việc dẫn dòng Có như vậy thì bản thiết kế mới có khả năng thực hiện và đảm bảo

về mặt kinh tế lẫn điều kiện kỹ thuật

1.1.7 Điều kiện và khả năng thi công

Điều này thể hiện rõ ở những điểm như: Thời gian thi công, khả năng cung cấp thiết bị, nhân lực vật liệu, trình độ tổ chức sản xuất và quản lý thi công Kế hoạch tiến độ thi công phụ thuộc vào kế hoạch và biện pháp dẫn dòng Do vậy chọn được phương án dẫn dòng hợp lý sẽ tạo điều kiện cho thi công hoàn thành đúng hoặc vượt thời điểm mà tiến độ đề ra

Hình 1.6: Chặn dòng công trình thủy điện Bản Chát

1.2 Đặc điểm của thi công các công trình thủy lợi và nhiệm vụ dẫn dòng

Công tác dẫn dòng thi công là dẫn dòng chảy trong sông theo một phần của lòng sông thiên nhiên hoặc theo một đường dẫn nhân tạo khác, nhằm mục đích tạo

hố móng được cách ly với dòng chảy và luôn được khô ráo trong suốt quá trình thi công

Dẫn dòng thi công có thể được thực hiện bằng cách đắp đê quai ngăn dòng

một đợt để ngăn toàn bộ lòng sông, chuyển hướng dòng chảy đi qua một đường dẫn khác (kênh, cống, đập tràn, ) đã được chuẩn bị trước hoặc đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt và dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp Đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt thường ứng dụng với sông khu vực hạ du và khu vực trung du, nơi lòng sông tương đối rộng, thuận lợi nhất là nơi sông có bãi bồi, bãi nổi, đảo đá ngầm Chính vì vậy, việc lựa chọn phương án dẫn dòng thi công hợp lý còn cho phép sớm phát huy hiệu quả công trình ngay cả trong thời gian thi công

Cụ thể đối với mỗi công trình, quy mô và thời gian xây dựng khác nhau, điều kiện địa hình, địa chất từng công trình khác nhau, yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước khác nhau do đó phương án dẫn dòng thi công không giống nhau Tuy nhiên công tác dẫn dòng có chung những nội dung chính sau:

- Lựa chọn xác định phương án dẫn dòng

- Tính toán thiết kế các công trình dẫn dòng ( Cống, kênh, tuy nen, tràn, tạm )

- Thiết kế công trình ngăn dòng và đê quai bao quanh hố móng, đảm bảo hố móng thi công trong điều kiện khô ráo

Có nhiều trường hợp đặc biệt do điều kiện dẫn dòng thi công khó khăn nên phải thay đổi tuyến công trình để đơn giản hóa sơ đồ dẫn dòng, mặc dù điều này làm tăng khối lượng thi công công trình chính Ví dụ như công trình thủy điện Tam Hiệp – Trung Quốc, công trình thủy điện Sơn La, hồ chứa Nà Tấc trong thiết kế đã phải điều chỉnh tuyến công trình để đơn giản hóa phương án dẫn dòng

1.3 Các kết quả đã nghiên cứu ở trong nước và ngoài nước

Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả nước ngoài thì tỷ lệ giá thành của các công trình dẫn dòng thường chiếm (7÷20)% giá thành xây dưng đập (bảng 1.1):

Bảng 1.1 Tỷ lệ giá thành công trình dẫn dòng so với giá thành đập

TT Tên công trình

Lưu lượng dẫn dòng tính toán (mP

3

P/s)

Công trình dẫn dòng

Tỷ lệ giá thành công trình so với đập (%)

- Thi công được thuận lợi, liên tục, an toàn và chất lượng cao;

- Đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp phía hạ lưu tới mức cao nhất

Để đảm bảo được những nguyên tắc trên thì cần chú ý tới các vấn đề cụ thể nổi bật sau đây:

+ Triệt để lợi dụng điều kiện có lợi của tự nhiên và đặc điểm kết cấu công trình để giảm bớt khối lượng giá thành các công trình tạm;

+ Khai thác mọi khả năng và lực lượng tiên tiến về kỹ thuật, tổ chức và quản

lý như: máy móc có công suất lớn, phương pháp thi công hiện đại, biện pháp tổ chức thi công khoa học và hợp lý để tranh thủ thi công trong mùa khô với hiệu quả cao nhất;

+ Khi thiết kế các công trình tạm và chọn phương pháp thi công nên đơn giản,

dễ cho thi công và tiện lợi cho tháo dỡ, tạo điều kiện cho công trình chính thi công sớm và thuận lợi Đặc biệt là tạo điều kiện cho công trình sớm đi vào khai thác và phát huy hiệu quả của nó

1.5 Phân tích lựa chọn cấp công trình, tần suất thiết kế và phương pháp dẫn dòng thi công

1.5.1 Cấp thiết kế công trình dẫn dòng

Khái niệm: Tùy thuộc vào quy mô, địa điểm xây dựng công trình, năng lực phục vụ, mức độ ảnh hưởng tích cực của công trình đến nền kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng,…cũng như tác động tiêu cực của công trình đến tài nguyên thiên nhiên môi trường mà người ta chia ra các cấp công trình khác nhau Trong xây dựng nói chung và trong xây dựng công trình thủy lợi nói riêng thì cấp thiết kế công trình được chia làm 5 cấp khác nhau từ cấp I đến cấp V theo sự giảm dần tầm quan trọng của nó

Bảng 1.2 Quan hệ cấp thiết kế giữa công trình chủ yếu – công trình thứ yếu – công

trình tạm thời trong một công trình đầu mối hoặc hệ thống dẫn

Cấp thiết kế của công trình đầu mối hoặc hệ

Cấp thiết kế công trình chủ yếu I II III IV V Cấp thiết kế công trình thứ yếu III III IV V V Cấp thiết kế công trình tạm thời IV IV V V V Chú thích: Theo thời gian sử dụng, công trình thủy trong hệ thống công trình thủy lợi được chia thành công trình lâu dài và công trình tạm thời:

(1) Công trình lâu dài là công trình được sử dụng thường xuyên hoặc định kỳ trong suốt quá trình khai thác Tùy thuộc vào chức năng, công trình lâu dài được chia thành công trình chủ yếu và công trình thứ yếu:

a Công trình chủ yếu là công trình mà sự hư hỏng của chúng sẽ ảnh hường

trực tiếp đến sự làm việc bình thường của công trình đầu mối và hệ thống như: đập, cửa cống, công trình xả, công trình lấy nước, trạm bơm, trạm thủy điện , làm cho chúng không đảm nhận được nhiệm vụ như thiết kế đặt ra

b Công trình thứ yếu là công trình mà sự hư hỏng của chúng không ảnh

hưởng đến sự làm việc bình thường của công trình đầu mối và hệ thống như: tường chắn đất, tường hướng dòng, cầu công tác và công trình bảo vệ bờ Có thể phục hồi được trong một thời gian ngắn

(2) Công trình tạm thời là công trình chỉ sử dụng trong thời kỳ xây dựng hoặc

chỉ sử dụng để sửa chữa công trình lâu dài trong thời kỳ khai thác (đê quây, công trình dẫn, xả lưu lượng thi công, cầu tạm )

1.5.2 Chọn tần suất thiết kế

Quá trình thiết kế công trình dẫn dòng thi công cần chọn một hay nhiều giá trị lưu lượng để làm lưu lượng tính toán các thông số chủ yếu của các công trình dẫn dòng Trị số lưu lượng đó được gọi là lưu lượng thiết kế thi công hay lưu lượng thiết kế dẫn dòng ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng Q(mP

3

P/s)

Lưu lượng thiết kế thi công có một ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó ảnh hưởng tới quy mô, kích thước công trình dẫn dòng, tới an toàn thi công và chi phí xây dựng công trình

Việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng là rất quan trọng, nên cần phải xem xét đánh giá, tính toán một cách chính xác và kỹ lưỡng để sao cho công tác thi công là

an toàn và hiệu quả nhất

Tần suất dẫn dòng thi công công trình thủy lợi xác định theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285: 2002 (theo bảng 1.3)

Bảng 1.3 Lưu lượng mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ

công tác dẫn dòng

Cấp công trình

Tần suất lưu lượng mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ công tác dẫn dòng (%) Trong 1 mùa khô ≥ 2 mùa khô

Những công trình bê tông trọng lực có điều kiện nền tốt cho phép tràn qua thì

cơ quan thiết kế có thể kiến nghị hạ mức bảo đảm của công trình tạm thời để giảm vốn xây dựng

Tất cả các kiến nghị nâng hạ tần suất đều phải có luận chứng kinh tế kỹ thuật chắc chắn và phải được cơ quan phê duyệt chấp nhận

1.5 3 Chọn thời đoạn dẫn dòng và lưu lượng thiết kế (QRTKR)

Chọn thời đoạn thiết kế dẫn dòng là một vấn đề phức tạp đòi hỏi nghiên cứu

kỹ tổng hợp nhiều vấn đề liên quan như: đặc điểm khí tượng thủy văn, đặc điểm kết cấu, phương pháp dẫn dòng, điều kiện và khả năng thi công, khối lượng thi công công trình chính…để đề xuất và đưa ra được thời đoạn dẫn dòng hợp lý nhằm đảm bảo cho việc thi công an toàn chất lượng công trình tốt, chi phí xây dựng thấp

1.5.3.1 Những kinh nghiệm chung để chọn thời đoạn dẫn dòng

Đối với công trình đập đất, đá đổ nói chung là không cho nước tràn qua Khối lượng thi công lớn, khả năng và điều kiện thi công hạn chế vì vậy không thể thi công hoàn thành trong một mùa khô, mà phải thi công trong một thời gian dài thì thời đoạn thiết kế cũng phải dài tương ứng với thời gian thi công

Đối với công trình bằng bê tông, bê tông cốt thép có thể cho phép nước tràn qua nên trong quá trình thiết kế có thể chia ra làm nhiều thời đoạn Mỗi thời đoạn dẫn dòng ứng với một biện pháp dẫn dòng khác nhau Mùa kiệt đắp đê quai ngăn nước, dẫn nước về hạ lưu qua lòng sông thu hẹp hay qua công trình tháo nước tạm thời hoặc lâu dài Mùa lũ công trình được thi công theo phương pháp vượt lũ, một phần nước được giữ lại lòng hồ, phần khác được dẫn qua công trình tạm như khe răng lược, cống xả sâu…

Đối với công trình có quy mô kích thước cũng như khối lượng thi công nhỏ có thể thi công xong trong một mùa kiệt thì thời đoạn dẫn dòng là một mùa

1.5 3.2 Cơ sở lý luận để tính toán kinh tế kỹ thuật chọn QRTK

Đối với các công trình thủy lợi thi công trên các sông suối miền núi có địa hình dốc, chênh lệch lưu lượng giữa hai mùa lũ và mùa kiệt rất lớn Do vậy việc cho nước tràn qua các công trình bê tông và bê tông cốt thép là một ưu điểm nổi bật Nếu không cho nước tràn qua thì việc tính toán và thiết kế công trình dẫn dòng sẽ rất phức tạp và khó khăn: như đê quai rất cao, các công trình tháo nước sẽ lớn chi phí dẫn dòng sẽ tăng, mặt khác điều kiện kỹ thuật và an toàn trong thi công lại thấp,

sẽ ảnh hưởng tới tiến độ cũng như chi phí và chất lượng công trình

1.5.3.3 Trình tự tính toán kinh tế kỹ thuật chọn QRTK

Căn cứ vào đặc trưng thủy văn dòng chảy, giả định một số giá trị lưu lượng

có khả năng nhất từ đó tính ra được mực nước thượng hạ lưu

Dựa vào bình đồ khu vực xây dựng công trình tiến hành vẽ sơ lược các mặt cắt ngang sông, tra trên quan hệ bình đồ tìm ra được mực nước tương ứng với các giá trị lưu lượng

Dựa vào khối lượng công trình chính, để chia ra các thời đoạn tính toán dẫn dòng thi công từ đó chọn lấy một số lưu lượng tính toán

Thông qua tính toán thủy lực, tính toán cao trình mực nước thượng hạ lưu, cao trình đê quai, xác định được khối lượng và giá thành công trình xây dựng để chọn QR TK Rthích hợp

Tính toán tìm ra các chi phí gián tiếp và trực tiếp trong quá trình thi công Ứng với mỗi giá trị lưu lượng tìm được chi phí xây dựng khác nhau, tiến hành vẽ đường quan hệ giữa lưu lượng và chi phí, từ đó so sánh, phân tích so chọn lưu lượng thời đoạn dẫn dòng thi công cho công trình tương ứng

Như vậy lưu lượng thời đoạn tính toán dẫn dòng là rất quan trọng, không thể quy định hay áp dụng máy móc các kinh nghiệm sẵn có nào đó chọn lựa một giá trị bất kỳ nào để làm QR TK R, mà phải căn cứ vào các điều kiện liên quan, các số liệu cụ thể, những phương án tính toán so sánh và chọn lựa để đưa ra được giá trị QR TK R

Dựa vào kinh nghiệm thực tế cho thấy, ở các giai đoạn dẫn dòng khác nhau cần căn cứ vào hình thức, kết cấu, khối lượng, tiến độ dự kiến, tầm quan trọng của công trình chính để lựa chọn lưu lượng dẫn dòng phù hợp

Hình 1.7: Mặt bằng sơ đồ dẫn dòng qua cống và đập xây dở

Có rất nhiều phương án dẫn dòng thi công khác nhau như: dẫn dòng thi công qua hầm, qua kênh dẫn, qua cống dẫn dòng, qua lỗ hõm chừa lại trên thân đập…Trong những phương án thì phương án dẫn dòng qua cống và đập bê tông xây

dở là một giải pháp rất khả thi

Trong mùa kiệt, khi lưu lượng về nhỏ, toàn bộ lưu lượng được xả về hạ lưu qua cống Nhưng khi lũ về, một phần lưu lưu lượng được xả qua cống, một phần được xả qua đập xây dở tại một cao trình đã định Khi đó cống và đập làm việc kết hợp để tháo lũ thi công cho công trình

Dẫn dòng thi công qua cống kết hợp với đập bê tông xây dở thường được ứng dụng cho công trình bê tông, bê tông cốt thép, đập đá đổ, đá đổ bê tông bản mặt… Trong điều kiện địa hình lòng sông hẹp không thể bố trí được kênh dẫn dòng thì phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế cao

Trong trường hợp điều kiện địa hình đồi núi, địa chất là đá rắn chắc việc dẫn dòng qua hầm kết hợp với đập bê tông xây dở cũng là một biện pháp khả thi

Khi khối lượng thi công nhiều, thời gian thi công kéo dài, lưu lượng dẫn dòng thi công lớn, chênh lệch lưu lượng giữa hai mùa lũ và kiệt nhiều, quá trình thay đổi lưu lượng và cao trình mực nước trong mùa lũ dao động mạnh thì dẫn dòng thi công lớn, chênh lệch lưu lượng giữa hai mùa lũ và kiệt nhiều, quá trình thay đổi lưu lượng và cao trình mực nước trong mùa lũ giao động mạnh thì dẫn dòng thi công qua cống (hầm) và đập bê tông xây dở rất đáng được quan tâm

Với những điều kiện đó thì phương pháp dẫn dòng thi công qua cống (hầm) kết hợp với đập bê tông xây dở sẽ rất thuận lợi và hiệu quả

- Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp dẫn dòng thi công qua cống và đập

bê tông xây dở rất đơn giản và dễ dàng, kể cả trong tính toán thiết kế và trong thi công Có thể tháo lũ lớn một cách nhanh chóng, làm giảm nhanh mực nước thượng lưu, ít ảnh hưởng đến công trình chính

- Nhược điểm của phương pháp:

+ Lưu lượng tháo lũ lớn dẫn đến dễ gây xói lở lòng sông và bờ sông cũng như chân công trình phía hạ lưu đập, vì vậy phải xây dựng và gia cố hệ thống tiêu năng

phía hạ lưu công trình Tiến độ thi công công trình nhanh, phải đạt được cao trình thiết kế trước khi lũ về và cần có giải pháp gia cố bề mặt tràn Dẫn tới tăng chi phí

và giá thành công trình dẫn dòng cũng như chi phí chung cho công trình chính + Trong trường hợp phải đào hầm dẫn dòng, quá trình thi công hầm rất khó khăn và phức tạp, thời gian thi công chậm, công tác lấp bịt đường hầm (nếu hầm không được tận dụng làm công trình lâu dài) rất lâu Dẫn tới chi phí xây dựng cao

1.6 Kết luận chương 1

Có rất nhiều phương án dẫn dòng thi công khác nhau, trong đó phương án dẫn dòng thi công qua cống (hầm) kết hợp với đập bê tông xây dở là một phương án hiệu quả mang lại lợi ích kinh tế cao, được áp dụng rộng rãi

Dẫn dòng thi công qua cống hoặc hầm kết hợp với đập bê tông xây dở thường được ứng dụng cho công trình bê tông, bê tông cốt thép, đập đá đổ, đá đổ bê tông bản mặt…

Trong trường hợp điều kiện địa hình đồi núi, địa chất là đá rắn chắc việc dẫn dòng qua hầm kết hợp với đập bê tông xây dở cũng là một biện pháp khả thi

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG QUA CỐNG VÀ QUA ĐẬP BÊ TÔNG XÂY DỞ 2.1 Tính toán dẫn dòng thi công qua công trình thủy lợi

Sau khi so sánh, phân tích, lựa chọn và đưa ra được những phương án dẫn dòng thi công, dựa vào quy mô kích thước công trình chính, thời gian và tiến độ thi công, tài liệu thủy văn dòng chảy và các tài liệu liên quan để xác định được thời đoạn và tần suất tính toán dẫn dòng, tiến hành tính toán thủy lực để xác định khả năng tháo của công trình dẫn dòng trong mùa kiệt và trong mùa lũ, xác định khả năng thu hẹp của lòng sông, xác định được chiều cao đê quai của từng giai đoạn, kích thước và khả năng tháo nước của công trình Cuối cùng đưa ra được khối lượng và tiến độ cho công trình dẫn dòng, từ đó lựa chọn được phương án dẫn dòng tối ưu Đối với công trình thủy lợi, thủy điện hiện nay thời gian thi công thường kéo dài, không thể hoàn thành trong một mùa khô nên biện pháp dẫn dòng thi công thường chọn là biện pháp dẫn dòng thi công 2 đợt Đợt một dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, đợt hai dẫn dòng thi công qua công trình tháo đã được thi công trong giai đoạn 1 Trình tự tính toán được trình bày dưới đây:

- Tính toán và hiệu chỉnh tài liệu thủy văn dòng chảy để xác định các giá trị tần suất và lưu lượng tương ứng

- Từ tài liệu thủy văn dòng chảy, tiến hành tính toán các thông số thủy lực qua các công trình dẫn dòng như: lòng sông thu hẹp, cống ngầm (hầm), đập bê tông xây

dở, đập tràn…cho từng giai đoạn để xác định các giá trị: lưu lượng dẫn dòng Q(mP

3

P

/s), lưu tốc V(m/s), cột nước trên tràn HR tr R(m), cao trình mực nước thượng, hạ lưu ZR tl R(m), ZR hl R(m), cao trình mực nước tại cửa ra của cống (hầm) Zr, các hệ số lưu lượng µ, m và các hệ số tổn thất ξ…

- Với các thông số thủy lực, xác định kích thước và cao trình đê quai trong từng giai đoạn dẫn dòng thi công Kích thước và kết cấu công trình dẫn dòng

- Tính toán tiêu năng sau công trình tháo như: tiêu năng sau cống dẫn dòng, tiêu năng sau đập tràn để xác định được hình dạng và kích thước của các hố tiêu năng…

2.2 Dẫn dòng thi công qua lòng sông thu hẹp

Lưu lượng được tháo qua lòng sông đã bị thu hẹp một phần, lúc này trạng thái chảy của dòng sông ở thượng lưu và dọc theo đê quai dọc sẽ bị thay đổi, nước sẽ dâng lên do hố móng và đê quai chiếm chỗ Vì vậy cần xác định được kích thước cũng như cao trình đỉnh đê quai tương ứng với lưu lượng tính toán dẫn dòng một cách chính xác để quá trình thi công được an toàn, thuận lợi nhất Muốn vậy, cần xác định được mức độ thu hẹp lòng sông, độ dềnh cao của dòng chảy trong sông cũng bị thu hẹp cũng như khả năng thấm của đê quai trong quá trình thi công

Để xác định được độ dềnh cao của nước sông khi lòng sông bị thu hẹp thì có thể thể tính toán theo hai phương pháp sau

2.2.1 Phương pháp thứ nhất:

Phương pháp sai phân: Với tài liệu thủy văn dòng chảy, lưu lượng thời đoạn

ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng thi công đã được chọn, cùng với tài liệu địa hình, các quan hệ Q~f(Ztl), Q~f(ZR hl R) và Q~f(ZR tim R) đã được cung cấp Tiến hành vẽ đường mặt nước trong lòng sông đã bị thu hẹp một phần để từ đó xác định cao trình đỉnh

đê quây cần được xây dựng Trình tự như sau:

- Tại vị trí hạ lưu cuối đê quai dọc vẽ mặt cắt ngang lòng sông theo bình đồ địa hình, tra trên quan hệ Q~f(ZR hl R) ta được mực nước hạ lưu ở cao trình ZR 1 Rtương ứng với chiều sâu nước trong sông là hR 1 R

- Từ đây với cao trình mực nước ZR 1 Rvẽ đường mặt nước từ hạ lưu lên thượng lưu theo phương pháp thử dần cho tới vị trí đầu của đê quai thượng lưu

- Từ đó xác định được đê quai dọc tương ứng bằng cách, từ cao trình đường mặt nước trong lòng sông đã bị thu hẹp cộng thêm chiều cao an toàn Trong trường hợp lòng sông rộng, tốc độ gió lớn, mực nước sông thay đổi nhiều cao trình đỉnh đê quai cần cộng thêm độ dềnh của sóng để đảm bảo an toàn

Ưu điểm của phương pháp này là: Tính toán được một cách chính xác cao trình mực nước tại từng mặt cắt tương ứng khi thu hẹp lòng sông, từ đó có thể xác định chính xác các cao trình đê quai cho giai đoạn dẫn dòng

Nhược điểm của phương pháp: Tính toán tương đối phức tạp và tốn nhiều thời gian vì phải thử đi thử lại nhiều lần, phải vẽ nhiều mặt cắt ngang lòng sông

Ứng dụng của phương pháp: phương pháp này được ứng dụng cho những công trình lớn, lưu lượng dòng chảy thay đổi nhiều, cấp công trình quan trọng cần

Mức độ thu hẹp lòng sông

K = 0

2

1100

×ω

ωR 2 R - tiết diện ướt của lòng sông ứng với lưu lượng dẫn dòng, (mP

2

P)

Độ cao mực nước dâng tại mặt cắt bị co hẹp:

:

g

V g

V

22

∆Z: Độ dâng cao mực nước

ϕ : Hệ số lưu tốc Nếu bố trí mặt bằng đê quai theo dạng hình chữ nhật thì ϕ=0,75 ÷- 0,85 Nếu theo dạng hình thang thì ϕ=0,80 ÷ 0,85 Nếu có tường hướng dòng thì ϕ=0,85 ÷ 0,90

VR c R :Lưu tốc bình quân tại mặt cắt co hẹp

VR c R=

) (ω2 ω1

Q

vớiε - hệ số thu hẹp; ε = 0,95 (nếu thu hẹp một bên); ε = 0,90 nếu thu hẹp

cả hai bên

Q -lưu lượng dẫn dòng ứng với tần suất thiết kế (mP

3

P/s)

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán thủy lực của dòng chảy qua lòng sông thu hẹp

A, Mặt bằng B, Mặt cắt ngang C, Mặt cắt dọc

1 Đê quai dọc

2 Đê quai thượng lưu

3 Đê quai hạ lưu

4 Phạm vi xói lở

5 Cống đáy

6 Phần công trình đã thi công

Lưu ý rằng, khi tiến hành đắp đê quai thu hẹp lòng sông, thì vận tốc dòng chảy ở dòng sông thu hẹp không được vượt quá vận tốc cho phép không xói VR c R ≤ [VR c R]R kx R, điều này phụ thuộc vào điều kiện địa chất lòng sông, mức độ thu hẹp lòng sông và lưu lượng dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp Cần có các biện pháp chống xói cho lòng sông bị thu hẹp như: bố trí đê quai thuận chiều dòng chảy, làm tường hướng dòng, thu hẹp phạm vi hố móng và giảm diện tích mặt cắt đê quai dọc, nạo vét và mở rộng lòng sông để tăng diện tích ướt… Trong trường hợp cần thiết phải dùng đá để gia cố mái đê quai, lòng sông và bờ sông

Và với độ dềnh cao của mực nước khi thu hẹp lòng sông ta có thể xác định được cao trình đê quai sao cho an toàn và hiệu quả trong quá trình thi công

2.3 Dẫn dòng thi công qua cống dưới sâu

Cống dưới sâu là cống có độ cao trần cống tại cửa vào thấp hơn mực nước thượng lưu (H≥ 1.5h)

Trong đó:

H: Chiều sâu nước thượng lưu, tính đến ngưỡng cống, (m);

h: Chiều cao cống tại cuối đầu vào, (m);

Cống dưới sâu được xây dựng nhằm mục đích dẫn nước thi công trong giai đoạn sau của công tác dẫn dòng, khi công trình giai đoạn I đã xây dựng đến cao trình an toàn Lúc này cống có nhiệm vụ dẫn dòng thi công từ thượng lưu về hạ lưu đảm bảo cho hố móng cống luôn được khô ráo và an toàn

là nhỏ nhất và bản thân cống phải làm việc một cách triệt để vai trò của mình

Trong mùa lũ cống kết hợp với xả mặt, xả qua công trình chính được chừa lại

để xả hết lưu lượng lũ của từng năm thi công sao cho quá trình thi công được liên tục và an toàn

Khi công trình thi công xong, cống sẽ được lấp lại hoặc có thể được tận dụng

để sử dụng làm công trình dẫn nước lâu dài Cần xem xét và chia ra các chế độ chảy

khác nhau để tính toán nhằm đưa ra được kích thước cũng như kết cấu tối ưu cho cống

Trong giai đoạn dẫn dòng thi công, cống được tính toán nhằm xác định được chế độ chảy, mực nước thượng lưu và hạ lưu để từ đó xác định được cao trình đỉnh

đê quai thượng hạ lưu cho giai đoạn thi công sau Vì vậy cống phải dẫn được lưu lượng tương ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng thi công Để cống có thể phát huy hết công năng của nó, thì cống phải làm việc ở chế độ chảy có áp

Nhưng trong quá trình thi công, cũng có những thời điểm cống làm việc như một đập tràn đỉnh rộng chảy tự do không ngập, có thời điểm lại làm việc như một cống dưới sâu làm việc không áp và bán áp Và có thời điểm làm việc trong điều kiện có áp hoàn toàn (thường trong mùa lũ)

2.3.1 Trường hợp cống ngầm chảy không áp

Lưu lượng được xác định như đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập

Q=m.∑b 2.g H o3/2 (2.4) Trong đó: m=ϕ.k 1 −k , hệ số lưu lượng với k = h/HR o

h: độ sâu tại một mặt cắt đã thoả mãn điều kiện thay đổi dần trên đỉnh đập, (m);

ϕ: hệ số lưu tốc, phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của cửa vào; b: chiều rộng một cửa cống, (m);

g: gia tốc trọng trường, (m/sP

2

P)

HR o R: chiều cao cột nước trước tràn có kể tới lưu tốc tới gần, (m)

2.3.2.Trường hợp cống ngầm chảy bán áp

Lưu lượng qua cống được xác định như với cống lộ thiên:

Q=ϕ.h c∑b 2.g.(H o −h c) (2.5)

Trong đó:

ϕ: hệ số lưu tốc; hR c R: độ sâu tại mặt cắt co hẹp, (m)

b: chiều rộng một cửa cống, phụ thuộc vào lưu lượng dẫn dòng, (m)

HR o R: cột nước trước cống có kể tới lưu tốc tới gần tính đến ngưỡng cống, (m)

2.3 3.Trường hợp cống ngầm chảy có áp

Lưu lượng qua cống được xác định bởi công thức:

Q=µ.h.∑b 2g.∆Z (2.6) Trong đó:

µ: hệ số lưu lượng được xác định bởi công thức:

L g

2 1

∆Z: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống, (m)

Thông thường khi tính toán dẫn dòng thi công của công trình thuỷ lợi, chúng

ta thường chọn QR tk R ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng trước khi tính toán lựa chọn kích thước của cống, vì vậy chúng ta phải tính toán thử dần với nhiều kích thước cống khác nhau, sau đó tiến hành tính toán so chọn kích thước tối ưu sao cho vừa đảm bảo điều kiện kỹ thuật vừa đảm bảo điều kiện kinh tế

2.4 Tính toán dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở

Khi tiến hành xây dựng các công trình bê tông và bê tông cốt thép trong giai đoạn đầu phải xây dựng thành hệ thống dẫn dòng cho giai đoạn sau, như hệ thống khe răng lược, qua chỗ lõm chừa lại trên thân đập, ở các giai đoạn thi công khác nhau Chúng ta hãy cùng nghiên cứu, xem xét ứng dụng của từng trường hợp

2.4.1 Dẫn dòng thi công qua khe răng lược

Trong khuôn khổ nội dung luận văn không trình bày trường hợp này do không phù hợp khi sử dụng với đập bê tông đầm lăn như thủy điện Bản Chát

2.4.2 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở

Sơ đồ dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở

Hình 2.3 Sơ đồ dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở

Lưu lượng dẫn dòng qua đập bê tông xây dở được tính toán như với đập tràn đỉnh rộng

Q=m.b c.σn 2.g H o3/2 (2.8) Trong đó:

m: hệ số lưu lượng (tra trong tiêu chuẩn tính toán thuỷ lực đập tràn)

bR c R: chiều rộng đập được chừa lại, (m)

- Cột nước toàn phần trên đỉnh đập H: Cột nước tràn

2.4.3 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông xây dở kết hợp với cống

Trong mùa kiệt toàn bộ lưu lượng chảy tới tuyến đập được xả qua cống về hạ lưu Khi đó các thông số thuỷ lực được tính toán bởi công thức (2.9)

Trong mùa lũ, lưu lượng dẫn dòng lớn, bản thân cống không thể đảm nhận được toàn bộ lưu lượng chảy tới, vì vậy cống được kết hợp với đập xây dở để dẫn dòng thi công

Hình 2.4 Sơ đồ dẫn dòng thi công qua cống và đập xây dở

Khi đó lưu lượng và các thông số thuỷ lực được xác định bởi công thức kết hợp:

QR c R: Lưu lượng xả qua cống, (mP

3

P/s);

QR tr R: Lưu lượng xả qua đập xây dở, (mP

3

P/s);

Đây là phương pháp dẫn dòng thi công rất hiệu quả và mang tính khả thi rất cao, phương pháp này sẽ được trình bày và tính toán cụ thể trong phần sau của đề tài

2.5 Kết luận chương 2

Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công để đưa ra được những thông số kỹ thuật dựa trên những tài liệu đầu vào, những phương pháp tính toán, đưa ra được hình thức và kết cấu công trình, khối lượng, chi phí thi công cũng như tiến độ thi công

công trình dẫn dòng, đánh giá mức độ an toàn, điều kiện khả thi và đề xuất phương

án dẫn dòng cho công trình

Tính toán thủy lực dẫn dòng bao gồm:

- Tính toán và hiệu chỉnh tài liệu thủy văn dòng chảy sao cho chính xác và an toàn Điều này cần đến sự cung cấp thông tin từ những trạm quan trắc trong lưu vực hoặc lân cận lưu vực xây dựng công trình

- Tính toán dẫn dòng thi công qua lòng sông thu hẹp để xác định các thông

số thủy lực: cao trình đường mặt nước, lưu tốc dòng chảy từ đó đưa ra được kích thước và cao trình đê quai, kích thước của đất đá ngăn dòng, biện pháp chống xói lở cho lòng sông và đê quai trong giai đoạn thi công

- Tính toán kích thước, kết cấu và các thông số của cống dẫn dòng như: hệ số lưu lượng, vận tốc trong cống, khả năng tháo của cống trong từng mùa, cao trình mực nước thượng hạ lưu, cao trình mực nước cửa ra Chế độ chảy trong điều kiện làm việc độc lập hay kết hợp với các công trình khác

- Tính toán các thông số của đập tràn xây dở, chiều cao cột nước trên tràn, chế độ dòng chảy, loại đập tràn trong từng thời đoạn, hệ số lưu lượng, lưu tốc và đường mặt nước trên tràn

Trong trường hợp đập xây dở và cống kết hợp dẫn dòng thi công, các thông

số thủy lực được tính bởi các công thức như qua cống và đập xây dở Lưu lượng dẫn dòng chính bằng tổng lưu lượng qua cống và qua tràn

Sau khi tính toán các thông số thủy lực qua cống và qua tràn, cần xác định chế độ nối tiếp sau công trình tháo, đưa ra các biện pháp, kích thước và kết cấu công trình tiêu năng

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG

CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT

3.1 Giới thiệu chung về công trình thủy điện Bản Chát

Công trình thuỷ điện Bản Chát nằm trên sông Nậm Mu là nhánh cấp I phía tả ngạn của Sông Đà, có lưu vực tính đến cửa ra tại Sông Đà là 3200kmP

2

P, theo kết quả tính toán thuỷ văn tổng lượng dòng chảy sông Nậm Mu là 6.10P

Theo quyết định số 40/2003/QĐ-TTg ngày 21/3/2003 của Thủ tướng Chính phủ về việc hiệu chỉnh một số nội dung thuộc qui hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 ÷ 2010 có tính đến triển vọng của năm 2020 Theo đó công trình thủy điện Bản Chát với công suất lắp máy 220MW sẽ được đưa vào vận hành năm 2010 Vị trí công trình thuộc địa phận xã Mường Kim, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu Từ thị trấn Than Uyên đi vào công trình khoảng 7km

Diện tích lưu vực sông Nậm Mu đến tuyến công trình là 1929 kmP

2

P, chiếm 60% diện tích lưu vực của toàn bộ sông Nậm Mu Công trình thủy điện Bản Chát có nhiệm vụ chủ yếu là tạo nguồn điện cung cấp cho hệ thống điện Quốc gia với công suất lắp máy 220MW, điện lượng trung bình năm 1.088 triệu kWh/năm (trong đó phần tăng cho Sơn La và Hoà Bình là 342 triệu kWh/năm)

Ngoài nhiệm vụ phát điện công trình còn có vai trò bổ sung nước cho khu vực

hạ lưu vào mùa kiệt, giảm lũ cho các công trình ở hạ lưu như Huội Quảng, Sơn La

Hình 3.1: Toàn cảnh thi công công trình thủy điện Bản Chát

Dưới đây là thông số chỉ tiêu kỹ thuật

Bảng 3.1 Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình theo TKKT giai đoạn 1

TT Thông số Đơn vị Số lượng

III Công trình xả

3 Số lượng và kích thước cửa van n(B×H) 4(15×15)

V Cửa lấy nước

4 Kích thước lưới chắn rác (B×H) m 6,5×11,0

7 Kiểu van vận hành, sự cố - Phẳng - bánh xe

TT Thông số Đơn vị Số lượng

6 Cao trình tim ống tại cửa vào tuabin m 361,7

VII Nhà máy thủy điện

10P

6

PkWh 1158,1

VIII Kênh xả hạ lưu nhà máy

5 Đường dây ĐDK 220 kV đi Huội Quảng km 25

X Khối lượng công tác

TT Thông số Đơn vị Số lượng

XI Di dân tái định cư

- Số hộ phải di chuyển (2004) hộ 2.060

- Số dân phải di chuyển (2004) người 12.619

- Số hộ phải di chuyển (đến 2009) hộ 2.650

- Số dân phải di chuyển (đến 2009) người 15.536

XII Tổng dự toán sơ bộ

3.2 Lưu lượng dẫn dòng thi công

Công trình thuỷ điện Bản Chát là công trình cấp I Với các thông số về lưu lượng và tần suất tương ứng ở bảng (3-2) và (3-3)

Bảng 3.2: Tần suất và lưu lượng tính toán lớn nhất trong mùa lũ

3.3.1 Phương án ban đầu:

Toàn bộ các mùa kiệt và lũ sau khi lấp sông đều dẫn dòng qua cống 3 khoang với khẩu diện n*(b*h)= 3*(5*9)m, tổng chiều dài cống dẫn dòng L = 114,17m Tuy nhiên theo các kết quả nghiên cứu, thiết kế và tiến độ thi công với phương án này gặp khó khăn, nhược điểm như sau:

- Các kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực cho mùa lũ các năm xây dựng năm

2008 và năm 2009 tương ứng với tần suất lũ 5% cho thấy vận tốc dòng chảy dưới

hạ lưu rất lớn, từ v = 17m/s đến v = 19m/s, kèm theo đó là sự hình thành liên tiếp các đợt sóng to dữ dội, có đỉnh vượt trên mực nước hạ lưu (mực nước ứng với lưu lượng xả qua cống) từ 5 đến 8m Vì vậy hạ lưu cống sẽ bị tàn phá rất nặng nề, làm cho công việc thi công khó có thể triển khai được;

- Cường độ thi công rất căng thẳng, sau khi lấp sông vào cuối tháng 10 hoặc đầu tháng 11/2007 phải tiến hành rất nhiều công việc: hoàn thiện mặt cắt đê quai,

xử lý chống thấm cho đê quai, bơm nước hố móng; đào móng đập và đổ lớp bê tông đáy đập đoạn lòng sông; khoan phun gia cố; thi công bê tông đập RCC từ cao độ 353m đến cao độ 413m (đập cao khoảng 60m với khối lượng khoảng 650.000 mP

3

P) Với cường độ thi công rất cao, đặc biệt là mùa kiệt năm 2008 sau khi lấp sông, tham khảo quá trình thi công của công trình thuỷ điện Bản Vẽ (có chiều cao đập tương đương đập thuỷ điện Bản Chát) có thể thấy khó có khả năng đảm bảo về mặt tiến độ thi công sau lấp sông và chống lũ năm 2008