Bài gảng thiết kế đường hầm thủy công

trường đại học thủy lợi hà nội Bài giảng Thiết kế đường hầm thuỷ công gs.ts Nguyễn Chiến Tel: (04)8.530.293 ; Mobile: 098.909.7791 Email: chienct@wru.edu.vn Thiết kế đường hầm thuỷ công Chương I : Giới thiệu chung Chương II : Khảo sát nghiên cứu địa chất CT TKĐH Chương III : Bố trí phận đường hầm Chương IV : Tính toán thuỷ lực, xác định kích thước mặt cắt Chương V : Tính toán kết cấu ChƯơng I : giới thiệu chung Đ 1.1 khái niệm phân loại I Khái niệm : Công trình dẫn nước đục xuyên qua núi Sử dụng trường hợp: - Địa hình chật hẹp, bờ dốc núi đá - Dẫn tháo nước cho trạm TĐ ngầm - Tuyến dẫn nước qua rừng núi rậm rạp, hiểm trở - Tuyến dẫn nước qua sườn núi dễ sạt lở, đá lăn Đ 1.1 khái niệm phân loại II Phân loại : Theo nhiệm vụ: Lấy dẫn nước (phát điện, cấp nước) Tháo nước: Tháo lũ, dẫn dòng thi công (có thể kết hợp tháo lũ thi công lâu dài) b a Hình vẽ đường hầm dẫn dòng thi công tháo nước lâu dài Theo điều kiện thủy lực: Đường hầm có áp Đường hầm không áp Đ 1.1 (tiếp) III Tình hình xây dựng việt nam : Thủy nông: Đường hầm kênh trạm bơm Nghi Xuân (Hà Tĩnh): BxH = 1,8x2,2 m; L = 160m Đường hầm Truông Khấp (Nghệ An): D = 2,9 m; L =550m Thủy điện: Đã xây dựng: Hòa Bình (D = 8m); Yaly (D=7m); Hàm Thuận ĐaMi (BxH = 10x10m) Đang thi công: - Hầm dẫn dòng Cửa Đạt (D = 9m; L =908m) - Hầm thủy điện Rào Quán, AVương, Bản Vẽ Đang thiết kế: Nậm Chiến, Sông Bung 2,4; ĐaMBri Đ 1.1 (tiếp) Đ 1.1 (tiếp) Đ 1.1 (tiếp) Đ 1.1 (tiếp) Đ 5.1 (tiếp) Tính toán áp lực đá núi: Trường hợp fk : - áp lực đỉnh trọng lượng đất đá vùng bị phá hoại: p = đhp - Chiều cao vùng phá hoại: hp = KaB0 Ka = f(fk, Mq), Mq mô đun kẽ nứt fk Nứt nẻ Mq 1,5 Nứt nẻ trung bình 1,5 < Mq Nứt nẻ mạnh < Mq 30 0,20 0,25 0,30 5-9 0,10 0,20 0,25 10 0,05 0,10 0,15 Đ 5.1 (tiếp) Tính toán áp lực đá núi: Trường hợp fk : - áp lực ngang (2bên): H0 < : Thường không xét Ho : e - xác định theo điều kiện cân giới hạn trượt lăng thể đá - Khi đường hầm nằm sâu (H > 500): áp lực đá núi xác định phương pháp riêng Đ 5.1 (tiếp) Lực kháng đàn tính: Khái niệm: Là lực dạng bị động, xuất từ phía đá núi, có lực tác dụng từ phía đường hầm Thường xét với đường hầm có áp Chỉ xét có liên kết chặt chẽ lớp lót đường hầm đá núi xung quanh Trị số: p = K.u K hệ số lực kháng đàn tính (kG/cm3) u biến vị lớp lót Đ 5.1 (tiếp) Lực kháng đàn tính: Trị số K: Đường hầm mặt cắt tròn: 100 K o K= (kG/cm3) rn rn bán kính Ko (KG/cm ) 1600 1400 lớp lót (cm) Ko hệ số lực kháng đàn tính đơn vị (kG/cm ) Ko = f(fk) 1200 1000 800 600 400 200 10 12 14 fK Đ 5.1 (tiếp) Lực kháng đàn tính: Trị số K: Đường hầm mặt cắt tròn: 100 K o K= (kG/cm3) 0,5Bo B0 = B - 2t ; t chiều dày lớp lót Dưới đế lớp lót mở: 100 K Kd = 1,34(1 d )b àđ - hệ số Poatxông b chiều rộng đế (kG/cm3) Đ 5.1 (tiếp) Các lực khác: áp lực nước áp lực vữa ứng suất nhiệt Lực động đất Đ 5.2 tính toán kết cấu lớp lót đường hầm Mục đích: Xác định nội lực, ứng suất lớp lót - Kiểm tra điều kiện bền - Bố trí cốt thép Phương pháp: - Cơ học kết cấu - Cơ học vật rắn biến dạng - Các phương pháp số Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính toán vòm thấp: a) Vòm thấp đỉnh; b) Vòm công tác đỉnh Đối tượng tính toán: - Vòm thấp - Phần đỉnh vòm cao Sơ đồ: Vòm ngàm đàn hồi vào đá Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính toán vòm thấp: Tải trọng: áp lực đá núi, trọng lượng thân, áp lực vữa Không xét lực kháng đàn tính lực ma sát Có xét ảnh hưởng biến vị chân vòm Xác định biến vị chân vòm Mo gây ra: - ứng suất: Mo M o hn = = Jn 2J n hn / Jn momen quán tính mặt cắt chân vòm hn chiều cao mặt cắt Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính toán vòm thấp: Xác định biến vị chân vòm Mo: - Biến vị phương pháp tuyến: M0h n = K. = = K 2J n K - Góc xoay: = Mo = 0,5hn J n K - Giải theo phương pháp lực: Mo = Mp + X1 + X2yn = M p + X + X yn KJ n p = Mp KJ n = p + X 11 + X yn 1 = KJ n Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính toán vòm thấp: Xác định biến vị chân vòm No: - Biến vị phương vuông góc với mặt ngàm: N0 = Kh n - Chiếu lên phương ngang: N0 cos n Khn ? H = - Giải theo phương pháp lực: No = Np + X2cos Np Lực hướng trục chân vòm ngoại lực sinh - góc phương trục vòm (tại mặt cắt) phương ngang Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính vòm thấp: - Thay vào: H = p + X2 Với: p = N p cos n Khn = cos cos n Khn Phương trình tắc có xét biến vị chân vòm: X 11 + X 12 + 1p + = X 21 + X 22 + p X + y n + = Giải X1 , X2 Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: a) Tính vòm thấp: Mô men lực hướng trục mặt cắt: M = M p + X1 + X y, N = N p + X cos , Mp , Np momen lực hướng trục ngoại lực gây hệ ứng suất mặt cắt vòm: N M = F W Đ 5.2 (tiếp) Phương pháp học kết cấu: b) Tính vòm cao: (SGT) Thank you for your attention [...]... của đường hầm không áp Đ 1.2 (tiếp) 2 Đường hầm có áp: Thường dùng: Mặt cắt tròn Khi cột nước áp lực không vượt quá 3Ho: Có thể dùng các hình thức mặt cắt như đường hầm không áp Ho Chiều cao mặt cắt đường hầm Đ 1.3 Lớp lót đường hầm Tác dụng: - Thủy lực: Giảm nhám - Kết cấu: Chịu lực tác dụng từ trong và ngoài - Nối tiếp với môi trường xung quanh: Bảo vệ đá khỏi bị phong hóa 1 Lớp lót đường hầm. .. chất, thi công, sử dụng: Địa chất: Tránh khu vực đá xấu, sạt trượt, mực nước ngầm cao, áp lực nước ngầm lớn Địa hình: Độ chôn sâu của hầm hđ 3ht ht Chiều cao mặt cắt đường hầm Thi công: Dọc tuyến có các vị trí để bố trí hầm ngang, giếng đứng phục vụ vận chuyển đất đá Cắt dọc tuyến đường hầm 1 1 3 3 2 3 3 1 Các giếng đứng để vận chuyển đất đá 2 Hầm ngang 3 Các nhánh công tác khi đào đường hầm Đ... đào hầm (khảo sát) - Kiểm chứng: Trong thi công Đ 2.3 nghiên cứu các tính chất cơ lý của đá núi 1 Các đặc trưng cần xác định: Các đặc trưng vật lý: , n, G, W, I Các đặc chống cắt: tg, C Các đặc trưng biến dạng: E, à 2 Các phương pháp nghiên cứu: Thí nghiệm trong phòng Thí nghiệm hiện trường Đo đạc kiểm chứng trong thi công ChƯơng III : Bố trí các bộ phận của đường hầm Đ 3.1 Tuyến đường hầm. .. ghép: Đủ 3 chức năng Khả năng chịu lực không lớn Thi công nhanh Đ 1.3 (tiếp) Các hình thức lớp lót của đường hầm không áp b) b) a) 135 581 1.0 320 202 1.0 598 R 25 R3 2 86 a) 489 c) d) 35 100 695 320 230 340 15 713 35 a)Trát trơn; b)Gia cố chỉnh thể bằng BT; c)Gia cố chỉnh thể bằng BTCT; d) Gia cố ở đáy đường hầm Đ 1.3 (tiếp) 2 Lớp lót đường hầm có áp: a) Loại trát trơn chống thấm: Khi đá rắn chắc...Đ 1.2 hình thức mặt cắt ngang của đường hầm 1 Đường hầm không áp: Chữ nhật + Vòm thấp (khi đá rắn chắc, fk > 8) Chữ nhật + Vòm nửa tròn ( fk = 4 ữ 8) Vòm cao: ( fk = 2 ữ 4) Móng ngựa (Vòm cong theo 2 hướng): fk < 2 Tròn: Khi thớ đá nằm nghiêng, áp lực đá không đối xứng Khi áp lực nước ngầm rất lớn Đ 1.2 (tiếp) 1 Đường hầm không áp: H= b r= 283b r= 0.207b b R= 0.25b H 0 =1.4b... đất đá Cắt dọc tuyến đường hầm 1 1 3 3 2 3 3 1 Các giếng đứng để vận chuyển đất đá 2 Hầm ngang 3 Các nhánh công tác khi đào đường hầm Đ 3.2 Bố trí đường hầm dẫn tháo nước I Các bộ phận chính : 1 Bộ phận cửa vào 2 Đường 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 (tiếp) II Các hình thức cửa vào : 2 Kiểu mái nghiêng: 3 Hình thức tháp:... Mực nước trước lũ Dẫn dòng: Zđáy Zđáy sông hạ thấp MNTL giảm Hđê quai Có thể làm đường hầm có cửa vào ở các cao trình khác nhau Đ 3.2 (tiếp) IV Bố trí cửa van, ống thông khí : 1 Cửa van: Van chính (Van công tác) Van sửa chữa Sự cố Có thể kết hợp 1 van nhiều chức năng Có thể đặt van chính ở cửa ra chế độ thủy lực ổn định 1 2 2 IV Bố trí cửa van, ống thông khí : 2 ống thông khí: Mục đích:... đào): Tăng rất nhanh - Thời kỳ sau: ổn định dần Cần xác định thời gian ổn định, phục vụ công tác chống đỡ trong thi công Biện pháp xác định: Thí nghiệm hiện trường Đ 2.2 (tiếp) II áp lực đá núi 3 ảnh hưởng của sự trương nở: Trương nở: Làm tăng áp lực đá núi Nguyên nhân trương nở: - Hầm ở độ sâu lớn đá chảy dẻo - Hầm nông: Đá nở thể tích khi bớt tải Nhân tố ảnh hưởng: - Hàm lượng sét lớn - Độ ngậm... lớn lắm (H < 60m) Đá rắn chắc, chịu áp lực đá núi không lớn c) Lớp gia cố kép: Cấu tạo: - Vòng ngoài: BT,BTCT - Vòng trong: Xi măng lưới thép áp dụng:- Hầm có D lớn - áp lực đá núi và áp lực nước đều lớn Đ 1.3 (tiếp) Hình thức lớp lót của đường hầm có áp b) a) c) 0.40 e) d) f) 0.25 g) 4ỉ ỉ 39 394 Có thể dùng: Vòng ngoài: BT lắp ghép (ngay sau khi đào) Vòng trong: Đổ tại chỗ, hoặc XM lưới thép... cần làm rõ: 3 Các điều kiện địa chất thủy văn: Trữ lượng nước, phân bố áp lực nước Tính thấm nước của đá Tính xâm thực của nước 4 Tính chứa khí của đá (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 (Xét đến hoạt động động đất, kiến tạo) Đ 2.2 Nghiên cứu địa chất công trình I Sự phân vỉa và tính nứt ... Tháo lũ, dẫn dòng thi công (có thể kết hợp tháo lũ thi công lâu dài) b a Hình vẽ đường hầm dẫn dòng thi công tháo nước lâu dài Theo điều kiện thủy lực: Đường hầm có áp Đường hầm không áp Đ 1.1... đứng để vận chuyển đất đá Hầm ngang Các nhánh công tác đào đường hầm Đ 3.2 Bố trí đường hầm dẫn tháo nước I Các phận : Bộ phận cửa vào Đường hầm sau cửa vào Phần cửa (thiết bị tiêu năng, phụ... đường hầm không áp Đ 1.2 (tiếp) Đường hầm có áp: Thường dùng: Mặt cắt tròn Khi cột nước áp lực không vượt 3Ho: Có thể dùng hình thức mặt cắt đường hầm không áp Ho Chiều cao mặt cắt đường hầm