Phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt trong quá trình thi công đường hầm thủy điện ứng dụng cho nhà máy thủy điện sông côn 2 tỉnh quảng nam

Lời cảm ơn Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn trong việc nghiên cứu tính toán phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt trong quá trình thi c

-

ĐỖ XUÂN NINH

PHƯƠNG PHÁP THÔNG GIÓ CÓ XÉT ĐẾN TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN ỨNG DỤNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

SÔNG CÔN 2 TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Mã số: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: Gs.Ts Vũ Trọng Hồng

Hà Nội - 2010

-

Đỗ Xuân Ninh

PHƯƠNG PHÁP THÔNG GIÓ CÓ XÉT ĐẾN TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN ỨNG DỤNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

SÔNG CÔN 2 TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010

Lời cảm ơn

Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn trong việc nghiên cứu tính toán phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt trong quá trình thi công đường hầm thủy điện, tác giả của luận văn hy vọng đóng góp một phần nhỏ bé phục vụ thực tế cho lĩnh vực nghiên cứu, thiết

kế và xây dựng các công trình Thủy lợi - Thủy điện đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta

Tác giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới Thầy giáo - GS TS Vũ Trọng Hồng đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tác giả trong quá trình học tập

và hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng, thủy công, Khoa Công trình - Trường Đại học Thủy lợi, Viện thuỷ điện và Năng lượng tái tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật và

đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè,

đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn

Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại, hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất

Tác giả

Đỗ Xuân Ninh

Tµi liÖu tham kh¶o2T 81

Danh môc b¶ng biÓu

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm gần đây sự phát triển các nhà máy thủy điện ở Việt Nam với tốc độ cao đã đòi hỏi phải xây dựng nhiều đường hầm dẫn nước với phương pháp đào phổ biến là phương pháp khoan nổ Những vấn đề liên quan

đến an toàn và sức khỏe của những người lao động trong đường hầm trở nên nghiêm trọng nếu không có hệ thống thông gió thích hợp

Vì vậy đề tài “Phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt trong

quá trình thi công đường hầm thủy điện ứng dụng cho thủy điện Sông Côn

2 tỉnh Quảng Nam“ là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực

tiễn

2 Mục tiêu của luận văn

Đề tài có ý nghĩa thiết thực cho việc thiết kế thi công đường hầm nhà máy thủy điện Sông Côn 2, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho các đường hầm khác

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên các tiêu chuẩn về thông gió cho đường hầm và đặc thù công trình

để xây dựng phương pháp tính toán lượng khí sạch cũng như vận tốc gió cần

đưa vào các gương hầm

4 Kết quả đạt được:

- Xây dựng phương pháp thiết kế thông gió cho đường hầm vừa đảm bảo

an toàn, vừa tạo điều kiện nâng cao cường độ lao động trong quá trình thi công

đường hầm

- áp dụng cụ thể vào công trình thủy điện Sông Côn 2

5 Nội dung của luận văn

Ngoài phần mở đầu, luận văn gồm 4 chương cụ thể như sau :

Mở đầu

1.2 Các công đoạn thi công bằng phương pháp khoan nổ mìn

1.3 Những vấn đề an toàn và sức khỏe trong quá trình thi công đường hầm

3.2 Xác định lượng nhiệt trao đổi đối với người thi công hầm

3.3 Lựa chọn máy quạt và ống dẫn khí vào đường hầm

3.4 Bố trí hệ thống thông gió trong quá trình đào hầm

4.4 Bè trÝ hÖ thèng th«ng giã

5.5 KÕt luËn

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Ch-ơng 1 Thi công đ-ờng hầm nhà máy thủy điện bằng ph-ơng

pháp khoan - nổ

1.1 Tổng quan về đường hầm và đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện

1.1.1 Tổng quan về đường hầm

Công trình ngầm là loại công trình được xây dựng ngầm dưới lòng đất

đá phục vụ cho các yêu cầu của xã hội loài người Công trình ngầm được sử dụng trong rất nhiều ngành kinh tế xã hội cũng như an ninh quốc phòng Trong giao thông, đường hầm chui qua núi đi ngầm trong lòng thành phố, vượt sông biển Trong thuỷ lợi, thuỷ điện đường hầm có nhiệm vụ dẫn nước tưới, phục vụ phát điện Trong quốc phòng, công trình ngầm được sử dụng để giữ an toàn và bảo đảm bí mật Trong công nghiệp khai thác mỏ, đường hầm làm đường vận chuyển, khai thác v.v… ở Việt Nam hầm đã và đang được xây dựng chủ yếu là trong giao thông và thủy điện Do đặc thù là công trình ngầm nên việc thi công rất kho khăn phức tạp, đòi hỏi phải có một sơ đồ thi công hợp lý ở tất cả các công đoạn để đảm bảo điều kiện kỹ thuật, kinh tế và an toàn cho người lao động

Trong quá trình thi công đường hầm, do đặc điểm của công trình ngầm ngăn cách với không gian trên mặt đất, do vậy nhu cầu cung cấp khí sạch bằng máy quạt đòi hỏi một lượng lớn nhằm pha loãng khí độc và cung cấp cho người lao động là không thể thiếu được Do mỗi một công trình hầm có các

đặc điểm, điều kiện địa hình, địa chất khác nhau nên việc thông gió trong quá trình thi công cũng như vận hành cho từng công trình là khác nhau Hiện nay

ở các công trình hầm việc tính toán thông gió cho các sơ đồ hầm phức tạp chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, không có lý luận và cơ sở tính toán Chính vì vậy việc thiết kế và thi công hệ thống thông gió đang trở thành một vấn đề cấp thiết cho tốc độ phát triển công trình ngầm hiện nay ở Việt Nam

1.1.1 Đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện

Thuật nhữ “đường hầm nhà máy thủy điện” nói chung là những đường hầm

được sử dụng để đưa nước từ nguồn tự nhiên (như hồ hoặc sông) hoặc nguồn nước do con người làm ra (như đập và hồ chứa ngăn sông) đến nhà máy, ở đó năng lượng nước nhờ máy tua bin chuyển thành năng lượng điện, và sau đó những đường hầm lại đưa nước đã lấy năng lượng để chảy vào những điểm mà chúng có thể là những hồ hoặc sông khác hoặc về lại sông cũ ở nơi thấp hơn Khi đường hầm đó vận hành trong điệu kiện hoàn toàn có áp lực nước thì được gọi là “đường hầm có áp”, còn khi mực nước không phủ kín mặt cắt hầm thì

được gọi là “đường hầm không áp chảy tự do”

Tuy nhiên một nhà máy thủy điện thường có thêm những loại đường hầm khác như đường hầm dẫn dòng dùng trong giai đoạn thi công, đường hầm xả

lũ, giếng (bể) điều áp, đường hầm có áp, những giếng ống thép, những hầm phụ , những đường hầm chứa cáp và những giếng thông gió

Đường hầm dẫn dòng như ở công trình thủy lợi – Thủy điện Cửa Đạt, đã

được lấp lại sau khi hoàn thành công trình

Những đường hầm xả lũ hoặc làm đường tràn có thể do yêu cầu phải bảo

vệ khi nước lũ vượt quá khả năng phối hợp của hồ chứa trữ nước và những tua bin sử dụng nước

Những giếng điều áp (đôi khi gọi là “bể điều áp” là tùy thuộc hình dạng,

vị trí của chúng và những chi tiết khác của xây dựng) thường cần thiết làm giảm sự thay đổi áp lực đột ngột trong đường hầm chính do sự thay đổi trong những điều kiện vận hành của tuốc bin

Những đường hầm phụ là những đường hầm trợ giúp được đào theo những mục đích khác nhau, thí dụ để tạo không gian mở ra nhiều gương hầm

và tạo điều kiện tốt hơn cho việc vận chuyển vật liệu xây dựng và phế thải đến

và đi từ các gương hầm, và tiếp theo có điều kiện để tiến hành bảo dưỡng và sửa chữa

Những đường hầm và giếng chứa cáp và thông gió có một chức năng rõ ràng trong những nhánh của một nhà máy thủy điện ngầm lớn

Việc xây dựng đường hầm thủy điện dài vượt qua núi không khác với xây dựng một đường hầm đường sắt dài với cửa hầm chính ở hai đầu Sự khác biệt chính liên quan đến độ dốc mà với những đường hầm thủy điện luôn luôn là dương

Việc xây dựng một đường hầm dài song song với thung lũng sẽ khác với việc đào đường hầm cho đường sắt, vì sẽ có nhiều hầm phụ và hầm chính Toàn bộ việc tổ chức đào hầm sẽ phụ thuộc vào bảng thời gian thi công của toàn hệ thống thủy điện Nếu có một đập lớn, đương hầm sẽ được lập tiến độ

để hoàn thành một đến hai năm trước khi xong đập, sao cho có khả năng tích nước lại càng nhanh càng tốt, cũng có thể làm xong ngay trước khi đập hoàn thành

Chính bảng thời gian đào hầm sẽ phụ thuộc vào số lượng các hầm phụ và cũng phụ thuộc vào đường dẫn vào hầm phụ, tại đó thiết bị đào hầm nặng sẽ

được vận chuyển qua

Phương pháp đào đường hầm: Để đào đường hầm thủy điện phương pháp khoan – nổ, phương pháp truyền thống vẫn đang được áp dụng Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam đã áp dụng máy đào đường hầm – TBM để đào đường hầm thủy điện Máy khoan được áp dụng rộng rãi là máy Jumbo có nhiều cần khoan cùng hoạt động ở những cao trình, hướng khác nhau đối với mặt cắt hầm có kích thước lớn hoặc nhỏ Thiết bị vận chuyển phế thải cũng được thiết

kế cho các đường hầm có hình dạng và kích thước khác nhau

Sau đây là các trạm thuỷ điện đã và đang xây dựng có sử dụng hệ thống

đường hầm thuỷ công tương đối lớn là :

1 Công trình thuỷ điện Hoà Bình (Hoà Bình)

Đây là công trình thuỷ điện lớn thứ hai Việt Nam (sau công trình thuỷ

điện Sơn La đang xây dựng), hệ thống công trình ngầm bao gồm :

- Nhà máy thuỷ điện ngầm có kích thước lớn, có vỏ bọc bê tông cốt thép (chiều cao 53m ; chiều rộng 22m ; chiều dài 280m)

Đường hầm dẫn nước vào tua bin có đường kính D=8m, đoạn đầu có kết cấu là vỏ bê tông cốt thép, đoạn vào tua bin có kết cấu bê tông cốt thép bọc vỏ thép

- Hầm xả mặt cắt hình chữ U ngược có đỉnh hầm là nửa đường tròn; R=4,5m; rộng B=9m ; cao H=9,75m ; có lớp áo lót bằng bê tông cốt thép

- Hầm thi công mặt cắt hình chữ nhật có đỉnh hầm là nửa đường tròn R=6m; B=12m ; cao H=11m có lớp áo lót bằng bê tông cốt thép

Công trình thuỷ điện Hoà Bình là công trình thuỷ điện ngầm lớn nhất Đông Nam á

2 Công trình thuỷ điện Yali (Gia Lai)

Đây là công trình thuỷ điện lớn thứ ba ở Việt Nam Hệ thống công trình ngầm bao gồm :

- Gian máy ngầm kể cả sàn lắp ráp có chiều dài 118,5m; cao 55,08m; chiều rộng gian máy là 22m;

- Các đường hầm dẫn nước số 1 và số 2 chạy song song với đường kính thông thuỷ là 7m; tổng chiều dài là 7,6km; Các đường hầm đều có chống đỡ bằng bê tông cốt thép (chiều dày chống đỡ là 40cm; và 50cm)

- Bể điều áp ngầm: kích thước trên mặt bằng là 55x 13m, diện tích mặt cắt đứng là 248,3m2 phần trên của tiết diện là nửa hình tròn, bán kính 6,5m; phần dưới là hình chữ nhật kích thước 13x14m Toàn bộ hệ thống điều áp có chống đỡ bằng bê tông cốt thép, chiều dày vỏ buồng trên là 50cm; vỏ buồng dưới và giếng nối là 65cm

- Đường hầm dẫn nước vào tua bin : bao gồm 4 đường hầm có đường kính D=4,5m; chiều dài của mỗi đường là 127,04m; các đường hầm dẫn vào tua bin có chống đỡ gồm vỏ thép có bê tông lấp đầy phía sau thành ống, chiều dày của chống đỡ bê tông là 0,6m

- Hầm dẫn ra: hầm dẫn ra được thiết kế kết cấu ghép đôi Nối tiếp với ống hút, đầu tiên là 4 hầm riêng biệt cho từng tổ máy với chiều dài tương ứng

từ tổ máy 1 đến tổ máy 4 là: 82m ; 86,07m ; 48,37m ; và 52,44m Tiết diện hầm hình móng ngựa kích thước thông thuỷ : 4,8x6,5m; với vòm tròn bán kính 2,4m Hầm có chống đỡ bằng bê tông cốt thép, chiều dày 50cm, được gia cố bằng neo, và khoan phun xi măng gia cố

- Hầm giao thông số 1 dẫn vào nhà máy ngầm có chiều dài 330m, chiều rộng thông thuỷ ở đáy là 8,3m, chiều cao tại tim là 5,65m Vòm hầm là cung tròn, bán kính 4,6m với góc mở 128,89P

o

P

Kết cấu chống đỡ vòm và tường hầm giao thông được thiết kế kiểu bê tông phun kết hợp với neo đối với chỗ đá cứng chắc, bê tông liền khối cùng với vòm đá yếu

- Hầm giao thông số 2 vào gian biến thế có tổng chiều dài là 175m, chiều rộng thông thuỷ ở đáy là 7,7m, chiều cao tại tim là 6,77m Bán kính vòm là 4m, chiều cao tường bên là 7m, gia cố tường, vòm và kết cấu mặt đường cũng tương tự như hầm giao thông số 1 Hầm này còn dùng là hầm liên lạc

- Hầm liên lạc: các hầm được thiết kế có hai tầng Kích thước tầng 1 của hầm dưới là 4,00x 4,5m được dùng để cấp không khí cho gian máy từ trung tâm thông gió đặt ở nhà hành lang chính sản xuất Tầng hai là tầng cho người

đi bộ có vòm tròn, bán kính 2m Chiều dài hầm là 180m Hầm trên (hầm số 2)

có kích thước là 6,2m x2,5m trong đó có ba hành lang( hành lang hai bên đặt cáp lực kiểm tra, hành lang giữa cho người đi bộ) Tầng hai dùng để cấp khí cho gian biến thế Tầng này có vòm tròn, bán kính 3,1m; và cao 2,7m Ngoài

ra, để thi công các hạng mục công trình nêu trên phải tiến hành mở thêm 14 hầm phụ với tổng chiều dài 4,556m

3 Công trinhg thuỷ điện Đại Ninh (Bình Thuận):

Đường hầm dẫn nước có đường kính D =4,5m; dài 11254m Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

4 Công trình thuỷ điện Bản Vẽ (Nghệ An) : Sử dụng 2 đường hầm dẫn

nước có đường kính D = 6,5m, tổng chiều dài 1290m (mỗi hầm dài 645m) Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

5 Công trình thuỷ điện A Vương (Quảng Nam): Đường hầm dẫn nước có

đường kính D = 6,2m, tổng chiều dài là 4851m trong đó đường hầm dẫn nước dài 4365m, đường hầm ngách thi công dài 486m Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

6 Công trình thuỷ điện Xêkaman 3 (đang xây dựng tại CHDCND Lào):

Đường hầm dẫn nước có đường kính D= 4m, tổng chiều dài 7360m

7 Công trình thuỷ điện Buôn Kuốp (Đăk Lắc) (đang xây dựng):

Hạng mục đường hầm dẫn nước gồm 2 tuyến đường hầm dẫn

nước-đường ống áp lực có chiều dài tổng cộng 9889m, trong đó hầm chính là 8741m (mỗi đường hầm dài 4370,5m) và 1148m hầm ngách và ngách thông hầm Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

Đây là đường hầm dẫn nước lớn nhất trong các dự án thủy điện đã thi công tại Việt Nam

8 Công trình thuỷ điện A Lưới (Thừa Thiên Huế) (đang xây dựng):

Đây là một trong những công trình thủy điện có đường hầm dẫn nước dài nhất VN với chiều dài gần 12km, đường kính từ 3,6-6m tùy đoạn Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

9 Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân – tỉnh Thừa Thiên Huế

Công trình hầm đường bộ qua đèo Hải Vân là một trong những đường hầm vào loại hiện đại trên thế giới Nằm trên tuyến quốc lộ 1A dài gần 7km với hai

đường hầm song song Công trình này đánh dấu sự tiến bộ của đội ngũ kỹ sư, công nhân Việt Nam trong công tác thi công công trình ngầm

10 Thuỷ điện Đakdrinh (Quảng Ngãi) (đang xây dựng):

Đường hầm dẫn nước có đường kính D= 3,9m, tổng chiều dài 10214m Kết cấu chống đỡ bằng bê tông cốt thép

Trong tương lai chắc chắn nước ta còn phải xây dựng nhiều công trình ngầm phục vụ cho sự nghiệp phát triển đất nước Vì vậy việc tiếp cận tiến tới làm chủ các công nghệ tiên tiến về thiết kế và thi công đường hầm là việc làm

có ý nghĩa rất to lớn, đặc biệt là điều kiện an toàn lao động cho người thi công Các công trình ngầm là do đào phá lòng đất tạo ra, vì vậy các nhân tố tác

động lên công trình ngầm phần lớn là do đào phá làm thay đổi tính chất cơ lý của đất đá xung quanh Ngoài ra tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà có thêm các tác nhân khác tác động lên công trình ngầm Việc tính toán thiết kế thi công công trình dựa trên các nguyên tắc trên kết hợp với các giả thiết khoa học có thể thực hiện được với mọi điều kiện tự nhiên

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là sử dụng các thiết bị hiện đại trong khảo sát thăm dò, kể cả trong quá trình thi công nên việc tính toán thiết kế và thi công công trình ngầm cũng thuận lợi hơn, độ chính xác cao, nhất là có thể tính toán cho nhiều phương án kỹ thuật để tìm ra phương án tối ưu về kinh tế kỹ thuật, an toàn trong thời gian ngắn

Như vậy, nắm được những nguyên lý cơ bản với những công cụ hiện đại, chúng ta hoàn toàn có thể làm chủ công tác thiết kế công trình ngầm với thời gian ngắn, chất lượng đảm bảo, an toàn và giá thành hợp lý nhất

Để công tác tính toán thiết kế đạt kết quả cao thì đòi hỏi người thiết kế không chỉ nắm vững những tiêu chuẩn thiết kế mà còn phải hiểu biết về quá trình thi công, vận hành cũng như quản lý công trình ngầm một cách thấu đáo Dưới đây là một số hình ảnh về công trình ngầm đã và đang được xây dựng

ở Việt Nam:

H×nh 1.1: §­êng hÇm thuû ®iÖn Bu«n Kuèp – tØnh §¨k L¾c

H×nh 1.2: §­êng hÇm thuû ®iÖn §¹i Ninh – tØnh L©m §ång

Hình 1.3: Đường hầm giao thông qua đèo Hải Vân - tỉnh Thừa Thiên Huế

Hình 1.4: Đường hầm thuỷ điện A Vương - tỉnh Quảng Nam

Hình 1.5: Đường hầm thuỷ điện Bản Vẽ - tỉnh Nghệ An

Hình 1.6: Đường hầm thuỷ điện A Lưới - tỉnh Thừa Thiên Huế

Hình 1.7: Đường hầm thuỷ điện Mường Hum - tỉnh Lào Cai

Hình 1.8: Đường hầm thuỷ điện Minh Lương - tỉnh Lào Cai

1.2 Các công đoạn thi công hầm bằng phương pháp khoan - nổ

Trong thi công đường hầm các công đoạn phải được thực hiện tuần tự từng việc cho đến hết một chu kỳ sau đó thực hiện chu kỳ tiếp theo

Chu kỳ thi công đường hầm bằng khoan nổ:

1 – Chuẩn bị khoan: Dùng máy định vị các vị trí khoan và đánh dấu các

6 – Kiểm tra an toàn sau khi nổ và đánh giá kết quả nổ

7 – Kiểm tra đánh giá tình hình địa chất hầm để đưa ra biện pháp xử lý nếu cần thiết

8 – Bốc xúc vận chuyển đất đá sau khi nổ

9 – Gia cố tạm vỏ hầm nếu cần thiết

10 – Cậy bẩy dọn sạch gương đào chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo

11 – Thi công vỏ hầm

1.3 Những vấn đề về an toàn sức khỏe trong quá trình thi công hầm

Trong quá trình thi công đường hầm bằng phương pháp nổ mìn có các công đoạn khoan, nổ, bốc xúc vận chuyển, phun bê tông gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động Những giải pháp thích hợp là tuyệt đối cần thiết

để đảm bảo an toàn và sức khỏe cho môi trường lao động Hệ thống thông gió

là phương pháp hiệu ích nhất để giải quyết vấn đề về bụi, khói và khí trong hầm

Những vấn đề sau đây làm cho môi trường lao động và sức khỏe con người thêm tồi tệ

- Bụi và khí do khoan, nổ mìn, bốc xúc vật liệu thải và phun bê tông

- Khí thải và khói do máy Diessel thải ra

- Khí độc do chất nổ hoặc chất độc phân hủy hữu cơ

- Khí độc, khí cháy hoặc khí thiếu OR 2 R trong đất

Bảng 1-2 Khối lượng khí độc sinh ra do đào hầm

Bảng 1-3 Nồng độ cho phép hàm lượng bụi trong không khí hầm

(mg/mP

3

P

) Bụi có hàm lượng SiOR 2 R tự do 10% trở lên (thạch anh,

đá thạch anh…)

2

Bột đá có hàm lượng SiOR 2 R tự do 10% trở xuống 4

Bụi xi măng có hàm lượng SiOR 2 R tự do 10% trở xuống 6

Hàm lượng SiOR 2 R tự do 10% trở xuống, không bao

gồm khoáng chất và động thực vật độc hại và các chất

bụi bẩn, bụi than khác

10

(Theo sổ tay thi công công trình thủy lợi, thủy điện – Trung Hoa)

Bảng 1-4 Tiêu chuẩn vệ sinh không khí trong hầm (an toàn cho người LĐ)

(Trong thời gian làm việc 1h, nồng độ CO cho phép có thể nới rộng lên 50mg/mP

3

P

Với điều kiện như vậy thời gian giãn cách giữa 2 lần làm việc liên tục là 2h trở lên)

(Theo sổ tay thi công công trình thủy lợi, thủy điện – Trung Hoa)

Bảng 1-5 Mối quan hệ giữa nồng độ của khí và sức khỏe con người

0

P

C Nói chung, độ ẩm không khí thấp hơn 30%, nước bốc hơi quá nhanh sẽ dẫn đến da bị khô nứt, độ ẩm tương ứng lớn hơn 80%, bốc hơi khó, làm cho người mệt mỏi Độ ẩm thích hợp là 50 – 60% Khi thi công công trình ngầm nếu nhiệt độ không khí và độ ẩm ở mức độ nhất định , khi tăng tốc

độ gió có thể tăng hiệu quả tản nhiệt Giữa nhiệt độ và tốc độ gió có mối quan

độc

Ch-ơng 2 Những yêu cầu về thông gió trong quá trình thi công

đ-ờng hầm

2.1 Những tác động xấu đến môi trường và con người lao động

Trong quá trình thi công đường hầm bằng phương pháp khoan - nổ có các công đoạn khoan, nổ, bốc xúc vận chuyển, phun bê tông gây ảnh hưởng

đến môi trường và sức khỏe của người lao động

Những vấn đề sau đây làm cho môi trường lao động và sức khỏe con người thêm tồi tệ

- Bụi và khí do khoan, nổ mìn, bốc xúc vật liệu thải và phun bê tông

- Khí thải và khói do máy Diessel thải ra

- Khí độc do chất nổ hoặc chất độc phân hủy hữu cơ

- Khí độc, khí cháy hoặc khí thiếu OR 2 R trong đất

- Ô nhiễm tiếng ồn do khoan nổ mìn và xe máy thi công

- Nhiệt độ và độ ẩm cao

Bảng 2 -1 Nồng độ bụi do đào hầm sinh ra

(Bài giảng cao học 2010 Vũ Trọng Hồng)

(theo tiêu chuẩn đào hầm của hội kỹ sư dân dụng nhật bản)

Bảng 2 - 3 Tiêu chuẩn vệ sinh không khí trong hầm (an toàn cho người LĐ)

(Theo sổ tay thi công công trình thủy lợi, thủy điện – Trung Quốc)

P

C Nói chung, độ ẩm không khí thấp hơn 30%, nước bốc hơi quá nhanh sẽ dẫn đến da bị khô nứt, độ ẩm tương ứng lớn hơn 80%, bốc hơi khó, làm cho người mệt mỏi Độ ẩm thích hợp là 50 – 60% Khi thi công công trình ngầm nếu nhiệt độ không khí và độ ẩm ở mức độ nhất định , khi tăng tốc

độ gió có thể tăng hiệu quả tản nhiệt Giữa nhiệt độ và tốc độ gió có mối quan

hệ với nhau

2.2 Phương pháp xác định lượng khí sạch cần thổi vào hầm

Sau khi xác định phương pháp thi công, loại và số lượng thiết bị thi công, số người thi công, sẽ tiến hành tính toán lượng khí sạch cần thổi vào hầm

Thông gió trong giai đoạn thi công phải căn cứ vào các công đoạn thi công, căn cứ vào nhu cầu hít thở bình thường của công nhân thi công, đảm bảo lượng khí độc hại sản sinh do nổ mìn và máy móc thi công trong hầm sinh ra, nằm trong phạm vi cho phép trên cơ sở đó thông gió cho từng công đoạn và chọn trị số thiết kế cho thiết bị thông gió

Nếu công trình cao hơn mực nước biển 1000m trở lên, phải xem xét đến

hệ số điều chỉnh cao trình của lượng gió

Căn cứ vào những nguyên tắc trên xác định lượng thông gió dùng cho thi công, ngoài việc phải thỏa mãn tốc độ gió nhỏ nhất cho phép trong hầm và giếng ra, còn phải chú ý không vượt quá tốc độ gió lớn nhất cho phép

Căn cứ vào lượng gió cần cho thi công đã được xác định, tiến hành tính toán chọn quạt gió và các thiết bị thông gió

2.2.1 Lượng khí sạch pha loãng khí độc

Để đảm bảo an toàn lao động và điều kiện thi công tốt nhất cho công nhân làm việc trong hầm thì cần phải cung cấp vào hầm không khí sạch để pha loãng lượng khí độc thải ra trong khi đào hầm Tính toán xác định lượng khí sạch pha loãng khí độc sẽ phụ thuộc vào phương pháp thi công, khí tài nổ phá, loại thuốc nổ, thiết bị thi công khác nhau Từ các yếu tố sản sinh ra khí

độc trong hầm nêu trên mà có các công thức xác định lượng khí sạch khác nhau Từ các công thức ấy, tính ra rồi lấy trị số lớn nhất, sau đó cân nhắc nhân

tố lọt gió, tiến hành điều chỉnh và gia thêm hệ số dự trữ rồi lấy đó làm số liệu

để lựa chọn máy thông gió

2.2.1.1 Xác định lượng khí sạch pha loãng khí độc dựa vào lượng thuốc nổ

Dựa vào lượng thuốc nổ tối đa nổ phá cùng một lúc để tính toán: Tùy vào phương thức thông gió khác nhau mà có các công thức tính toán khác nhau

2.2.1.2 Xác định lượng khí sạch pha loãng khí độc dựa vào yêu cầu làm loãng khí thải máy diesel để tính toán

Lượng khí sạch cần thiết để pha loãng khí độc do máy diesel thải ra

được xác định theo hai phương pháp

- Tính toán chỉ tiêu lượng gió cần thiết cho một đơn vị công suất máy

- Tính toán theo lượng hao dầu công suất bình quân

2.2.2 Lượng khí sạch cho công nhân

Nhu cầu khí sạch cho công nhân làm việc trong hầm thay đổi tùy thuộc vào không gian và số lượng người thi công Khí sạch chất lượng tốt phải được cung cấp đủ cho khu vực thi công và đặc biệt ở những chỗ gương đào không

được ngừng thi công hoặc tạm thời gián đoạn nhằm nâng cao sức khỏe, cải thiện điều kiện thi công, tăng năng suất và cũng nhằm tăng hiệu quả

Hiện tượng đau đầu và choáng váng sẽ phát triển khi lượng oxy giảm dưới 20% (trong khí sạch là 21%) Lượng oxy dưới 17% thì sau một thời gian

có thể gây ra ngất (lượng oxy của khí sạch gây phản ứng là 17%) Những số

liệu có thể tham khảo về nhu cầu khí sạch cho công nhân làm việc trong hầm như sau:

Tương ứng lượng oxy tối thiểu 20% thì có thể chịu đựng lượng tối đa

COR 2 R là 0,9% Lý do là với 4% hàm lượng COR 2 R của khí gây phản ứng thì lượng khí sạch nên được cung cấp để có thể chịu đựng được bằng 4:-:-5 lần (4/0,9 = 4-:-5) Yêu cầu này thường tăng 10 lần để không gây phản ứng và cũng là tốt hơn nhờ pha loãng Trong điều kiện bình thường mỗi công nhân cần 30 lít khí sạch trong 1 phút Tuy nhiên những trị số thiết kế trung bình khoảng 3,0m³/phút/người cho phép khi tồn tại khí có mùi và những ô nhiễm khác thải

ra từ đèn hơi Trong những đường hầm dài yêu cầu khí sạch còn nhiều hơn để làm mát, điều đó cũng được tính cho từng công nhân Theo kinh nghiệm thực

tế tổng lượng khí sạch tối thiểu 60m³/phút là tiêu chuẩn cung cấp khí sạch cho một đường hầm dài

Lượng khí sạch cho công nhân dựa vào số người nhiều nhất trong hầm cùng làm việc một lúc được xác định như sau:

Q = k.N.q Trong đó:

Q: là lượng khí sạch cần thiết, m³/phút;

k: là hệ số lượng gió dự phòng, thường lấy k = 1,1ữ1,15;

N: là số công nhân tối đa đồng thời làm việc trong hầm;

q: là lượng khí sạch cần cho mỗi người trong một phút, m³/phút

2.2.3 Những nhu cầu khác

2.2.3.1 Tính toán tổn thất lọt gió

Lượng khí sạch do mỗi máy thông gió cung ứng ngoài việc thỏa mãn

được các yêu cầu thông gió trên còn phải xét đến cả lượng gió cần tổn thất Lọt gió là một yếu tố gây tổn thất do đó cần phải xét đến trong tính toán Công thức tính toán có xét đến yếu tố lọt gió như sau:

QR máy R = P.Q

Trong đó:

QR máy R: là lượng khí của máy thông gió cung cấp

Q: là trị số tối đa từ kết quả tính toán theo các yêu cầu thông gió ở trên, gọi là lượng gió tính toán

P: là hệ số lọt gió, tùy vào vật liệu ống thông gió khác nhau có thể lần lượt tra trong các bảng 2 - 4, 2 - 5, 2 - 6 Khi thông gió bằng hào dẫn, lò dẫn

có thể dùng P = 1,2-:-1,3

Bảng 2.4 Hệ số lọt gió của cao su

Hệ số lọt gió khi mỗi đốt ống dài

3m và với đường kính ống sau (m)

Hệ số lọt gió khi mỗi đốt ống dài 4m và với đường kính ống sau (m)

1,09

1,01 1,04

1,01 1,03

1,02 1,06

1,01 1,03

1,008 1,02

1,27

1,05 1,16

1,03 1,16

1,06 1,19

1,02 1,11

1,02 1,06

1,51

1,09 1,29

1,06 1,18

1,10 1,37

1,06 1,22

1,04 1,12

1,82

1,15 1,46

1,10 1,32

1,16 1,61

1,10 1,34

1,06 1,23

2,25

1,21 1,62

1,14 1,45

1,25 1,88

1,14 1,51

1,08 1,32

2,76

1,28 1,95

1,19 1,57

1,27 2,22

1,18 1,66

1,12 1,45

3,44

1,36 2,20

1,27 1,79

1,48 2,60

1,28 1,85

1,16 1,56

800 1,45

2,63

1,33 2,05

1,30 2,13

1,22 1,74

2,89

1,36 2,25

1,39 2,28

1,25 1,87

3,42

1,50 2,62

1,46 2,62

1,28 2,07

Chú thích: Hàng số trên dùng bảng đệm cao su và đầu siết chặt; hàng

dưới nối đầu bằng cactông, dây gai và bu lông vặn chặt

Bảng 2.6 Hệ số lọt gió của ống chất dẻo PVC

R L D k

= η

5

D

L 5 , 6

Trong đó:

α: là hệ số sức cản không khí của ống

D: là đường kính ống (mm) η: là hệ số tổn thất khí trên đường ống

k: là hệ số nối ống đơn vị

Khi nối ống chất lượng: k = 0.0005

Khi nối ống đạt yêu cầu: k = 0.002

Khi nối ống không tốt: k = 0.005

Các giá trị của α và R đối với các loại ống gió phổ biến nhất như trong bảng 2.7

Bảng 2.7 Hệ số sức cản không khí của ống thông gió

Vật liệu ống gió và đường kính

của ống (mm), đặc điểm của hầm

Hệ số sức cản không khí của ống, α.10 P

-4

Sức cản không khí của 100m ống (R), kà Các loại ống

500

600

800

1000 Hầm ngầm

4,0 3,2 2,2 1,7

10,0 12,0 8,0 5,0

7,28 2,68 0,58 0,16 0,05

0,52 0,32 0,18 0,11

Để cung cấp gió cự ly dài, hiện nay thường dùng ống chất dẻo PVC,

đường ống là 1m Do việc dùng đốt ống dài (20m-:-50m) nên làm giảm thấp

lọt gió ở chỗ đầu nối, lọt gió chính xảy ra ở vách ống Nếu lựa chọn loại

đường ống tốt thì tỷ suất lọt gió có thể khống chế ở mức dưới 2%

Khi thông gió vùng cao, do áp suất không khí giảm theo chiều cao, lúc

đó lượng cung cấp gió cần điều chỉnh như sau:

T cao

QR cao R: là lượng thông gió trên cao sau khi đã điều chỉnh, m³/phút;

PR cao R: là áp suất không khí tại vùng núi cao (kPa) xem bảng 2.8

QR T R: là tổng lượng cung cấp gió trong điều kiện thông thường

Bảng 2.8 Quan hệ giữa độ cao nước biển và áp suất khí quyển (PRcaoR)

Lực cản của khí bao gồm: Lực cản ma sát và lực cản cục bộ (gồm lực cản do thay đổi mặt cắt, lực cản chia nhánh, lực cản ngoặt theo đường cong)

và lực cản mặt chính Tính toán áp lực gió sao cho áp lực gió của máy thông gió phải lớn hơn lực cản của khí Công thức tính toán áp lực gió như sau:

hR máy R # hR Σ cản

hR Σ cản R = ΣhR ma R + ΣhR cục R + ΣhR chính

Trong đó:

hR máy R: là áp lực gió của máy thông gió;

hR Σ cản R: là tổng số lực cản của dòng khí;

hR ma R: là lực cản ma sát sản sinh khi dòng khí đi qua các loại tiết diện

đường ống hoặc đường lò;

hR cục R: là lực cản sản sinh khi dòng khí lần lượt đi qua mặt cắt thay đổi ngoặt góc, phân nhánh v.v ;

hR chính R: là lực cản sản sinh khi gió đi qua bị xe vận chuyển nút bịt

1 Lực cản ma sát (hRmaR)

Lực cản ma sát là lực cản do vách đường ống (hoặc vách lò) và dòng khí sản sinh ma sát cũng như sự nhiễu động giữa các phân tử khí trong dòng không khí sản sinh ra ma sát Lực cản ma sát còn được gọi là lực cản dọc hành trình

Dựa vào công thức Darci của cơ học chất lỏng có thể suy ra công thức lực cản ma sát của thông gió:

γ λ

=

g d

V L h

2 ma

Đối với hình dạng bất kỳ:

h = λ γ

Nếu lưu lượng thông gió là Q (m³/giây) thì V = Q/S

3

2 ma

S

Q U L

Số Rây nôn (Re)

1 Q ì

Chú ý: Q: là lượng gió (m³/giây) D: là đường kính ống gió (m)

vòm, chưa đào tường

0,01 ữ 0,0012 Đoạn xong hào dẫn, đã

che chống song chưa có cột giữa

Ta tính toán phân tích lực cản cục bộ với một trường hợp điển hình là dòng khí đột nhiên mở rộng như sau:

Cho không khí từ mặt cắt nhỏ SR 1 R chuyển động đến mặt cắt to SR 2 R, tốc độ gió trong mặt cắt nhỏ là VR 1 R, đến mặt cắt to tốc độ gió hạ thấp là VR 2 R, năng lượng tổn thất lúc đấy có thể tính toán theo công thức:

γ

−

=

g 2

) V V ( h

2 2 1 lớn

V S

S 1 h

2 1 2

2 1 lớn

Đặt

2

2

1 lớn

g

V h

2 1 lớn lớn =

Năng lượng tổn thất ở trên chính là lực cản cục bộ Dùng V=Q/S thay thế VR 1 R, γ lấy bằng 12N/m³, được công thức xác định lực cản cục bộ là:

2

2 cục

S

Q 612 , 0

Từ miệng hầm đã xây xong tiến vào chỗ mở rộng

3 Lực cản chính diện (hRchínhR)

Lực cản chính diện là lực cản sinh ra khi dòng không khí vận chuyển trong hầm bị cản trở bởi xe vận chuyển đối diện Nói chung có thể dùng công thức sau để tính toán:

3 m

2 m chính

) S S (

Q S 612 , 0 h

− ϕ

2.3 Lượng trao đổi nhiệt trên cơ thể người trong quá trình thi công

đường hầm

2.3 1 Lượng nhiệt tỏa của con người

Lượng nhiệt toàn phần tỏa ra từ con người phụ thuộc cơ bản vào mức độ nặng nhọc của công việc hoàn thành

Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ trong hầm, tính chất của quần áo mặc Theo bảng (2 – 1) – Thông gió và kỹ thuật khí thải Nguyễn Duy Đông, nhà xuất bản giáo dục, 2005

Thí dụ nhiệt độ trong hầm là 28P

0

P

C thì nhiệt tỏa ra của một người là qR 1 R =

38 Kcal/giờ (159,6 KJ/giờ) Nừu có N người làm việc trong hầm thì lượng nhiệt tỏa ra do con người là: QR 1 R = N.qR 1

2.3.2 Lượng nhiệt tỏa ra từ các động cơ điện, các máy tiêu thụ điện

η : Hiệu suất của động cơ điện

2.3.3 Tổng lượng nhiệt thừa trong hầm

∆Q = QR 1 R + QR 2

2.3.4 Lượng khí cần thổi vào hầm để khử nhiệt thừa

) ( R V

C

Q G