Lý thuyết công trình tháo nước và thiết kế đường hầm

CƠNG TRÌNH THÁO NƯỚC VÀ THIẾT KẾ DƯỜNG HẦM * * * * MỤC LỤC MỤC LỤC I : TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THÁO (LÝ THUYẾT) Câu 1: Vẽ sơ đồ (mặt bằng, cắt dọc) nêu đặc điểm bố trí, ưu nhược điểm, trường hợp sử dụng loại công trình tháo lũ: đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xiphông, giếng, gáo Câu 2: Trình bày chức tràn chính, tràn phụ, tràn cố công trình đầu mối Khi cần bố trí tràn phụ, tràn cố? Câu 3: Trình bày công thức tính khả tháo nước loại đập tràn Phân tích ảnh hưởng yếu tố khác đến khả tháo Trong trường hợp phải nghiên cứu khả tháo thí nghiệm mô hình? Câu 4: Trình bày công thức tính khả tháo nước CTTN kiểu kín (xiphông, giếng) Phân tích khả chịu tải lưu lượng loại CTTN Câu 5: Trình bày công thức chung để kiểm tra khả khí hóa phận CTTN; cách xác định trị số Kpg K phận Câu 6: Trình bày phương pháp kiểm tra khả xâm thực bề mặt lòng dẫn có ghồ ghề cục Câu 7: Nêu giải thích giải pháp công trình để phòng chống khí thực CTTN 10 Câu 8: Vì phải bố trí kết cấu điều khiển dòng xiết (ĐKDX) CTTN? Nêu tượng thủy lực bất lợi bố trí kết cấu ĐKDX không hợp lý .11 Câu 9: Nêu dạng đường biên đoạn thu hẹp đáy phẳng, ưu nhược điểm điều kiện áp dụng dạng .12 Câu 10: Trình bày mục đích tính toán tiêu sau CTTN; cách xác định lưu lượng tính toán dạng tiêu dòng đáy, dòng mặt, dòng phóng xa; cách xác định mực nước hạ lưu tính toán tiêu 13 Câu 11: Vẽ sơ đồ, nêu nguyên lý, đặc điểm công tác, ưu nhược điểm trường hợp áp dụng hình thức tiêu đáy, dòng mặt, dòng phóng xa .13 II:THIẾT KẾ ĐƯỜNG HẦM THỦY CÔNG 16 Câu 1: Đường hầm thủy công xây dựng trường hợp nào? Khi chọn chế độ thủy lực đường hầm có áp, không áp? 16 Câu 2: Sự phân vỉa tính nứt nẻ đá núi có ảnh hưởng đến việc xây dựng đường hầm? 16 Caâu 3: Trong việc chọn tuyến đường hầm cần trọng xem xét điều kiện gì? 18 Câu 4:Vẽ sơ đồ trình bày cách bố trí phận đường hầm tháo dẫn nước, đường hầm trạm thủy điện kiểu đường dẫn 18 Câu 5: Vẽ sơ đồ trình bày phương pháp tính toán thuỷ lực xác định khả tháo nước đường hầm có áp không áp .20 Câu 6: Trình bày nguyên tắc trình tự tính toán để xác định kích thước mặt cắt đường hầm dẫn nước trạm thủy điện .21 Câu 7: Tính toán áp lực đá núi tác dụng lên áo đường hầm theo phương pháp Protiacanốp 22 Câu 8: Trong thiết kế đường hầm, xét đến lực kháng đàn tính đá? Lực kháng đàn tính tính toán nào? 22 Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Câu 9: Trình bày nội dung tính toán vòm thấp theo phương pháp học kết cấu 23 Câu 10: Trình bày nội dung thiết kế đường hầm theo hệ thống phân loại chất lượng khối đá (phương pháp Terzaghi, Barton, Bieniawxki) Hãy nói rõ vai trò kỹ sư địa chất trình khảo sát, thiết kế thi công hầm 24 Câu 11: Nêu ưu nhược điểm, điều kiện ứng dụng nội dung thiết kế đường hầm thủy công không bọc áo .26 I : TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THÁO (LÝ THUYẾT) (Tham khảo) Câu 1: Vẽ sơ đồ (mặt bằng, cắt dọc) nêu đặc điểm bố trí, ưu nhược điểm, trường hợp sử dụng loại công trình tháo lũ: đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xiphông, giếng, gáo Trả lời: - Đập tràn: + Vẽ sơ đồ: A 10 11 11 12 12 13 105 115 11 120 125 130 a) 135 +Đặc điểm bố trí: Trực tiếp nằm thân đập lòng sông bãi gần sông Cần bố trí trực tiếp đá Cần tạo cho điều kiện thiên nhiên lòng sông không vị phá hoại Phải phù hợp với điều kiện tháo lưu lượng thi công phương pháp thi công + Ưu điểm: Vừa đập dâng nước vừa tháo nước nên làm thêm công trình tháo nước thân đập Có khả tháo nước lớn Việc bố trí đóng mở cửa van thuận tiện nên chủ động điều tiết nức theo nhu cầu + Nhược điểm: Khối lượng thi công lớn, khó bố trí mặt thi công công trình dẫn dòng, phải xử lí công trình có địa chất phức tạp Công trình tiêu sau tràn lớn + Trường hợp sử dụng: Dùng cho công trình có mặt rộng lưu lượng tháo lũ lớn - Đường tràn dọc : + Vẽ sơ đồ: B b) A B C C c) A B C Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm + Đặc điểm bố trí: Đường tràn dọc thường nằm bờ hồ chứa nước (Có thể bố trí bên vai đập tuỳ theo điều kiện địa hình kinh tế công trình) + Ưu điểm: Thi công quản lý đơn giản, xây dựng nhiều điều kiện địa hình khác nhau, yêu cầu địa chất không cao, an toàn tháo lũ … + Nhược điểm: Sau ngưỡng tràn dốc nước chảy xiết xãy tượng sóng truyền vượt độ cao an toàn bờ dốc, gây áp lực động lên đáy, ảnh hưởng đến làm việc bể tiêu kênh tháo sau bể tiêu + Trường hợp sử dụng: Thường gặp đầu mối công trình có đập không tràn vật liệu chỗ chỗ đập có trụ chống - Đường tràn ngang: + Vẽ sơ đồ: II I I II II - II I - I 1 + Đặc điểm bố trí: Đường tràn ngang thường nằm bờ hồ chứa nước + Ưu điểm: Trong điều kiện địa hình dốc, sườn núi đá làm đường tràn ngang có nhiều ưu điểm bố trí ngưỡng tràn theo đường đồng mức sườn núi, chiều dài ngưỡng tràn đảm bảo tháo hết lưu lượng lũ cần thiết với cột nước ngưỡng thấp mà khối lượng đào đất đá hợp lý Độ dốc kênh tháo tương đối lớn nên mặt cắt kênh giảm nhỏ, khối lượng công trình giảm Cột nước ngưỡng tràn thấp nên giảm độ cao đập giảm tổn thất ngập lụt thượng lưu + Nhược điểm: Dòng chảy máng bên dòng biến lượng, xoắn ốc phức tạp + Trường hợp sử dụng: Trường hợp đầu mối công trình vị trí thích hợp để làm đường tràn dọc, lúc địa hình dốc hẹp nên làm đường tràn ngang Dùng cho tất loại công trình lớn, vừa nhỏ - Xi phông: + Vẽ sơ đồ: Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm I-I I b) I + Đặc điểm bố trí:Có thể bố trí đập bê tông, đập đất không lớn + Ưu điểm:Tự động tháo nước Rẻ tiền Không cần có cửa van thiết bị đóng mở, không cần nhân viên phục vụ + Nhược điểm:độ chân không lớn, dễ gây xâm thực, tháo lũ sinh chấn động ảnh hưởng tới ổn định công trình, cấu tạo tương đối phức tạp + Trường hợp sử dụng: Xi phông ứng dụng rộng rãi nơi nước lũ nhanh có mưa, việc ứng dụng xiphông tháo lũ có tác dụng lớn tự làm việc đảm bảo tháo lũ nhanh chóng - Giếng: + Sơ đồ: b) a) A B c) B H C H1 H1 A C + Đặc điểm bố trí: Thường xây dựng thân đập, nằm ven bờ hồ chứa đầu mối công trình có đập dâng vật liệu địa phương, có trường hợp đập dâng đập vòm hay chống phải tháo lũ thi công đường hầm Ngoài bố trí xây dựng thân đập đất + Ưu điểm:có khả tháo lưu lượng lớn với cột nước thấp + Nhược điểm:Có chế độ thuỷ lực phức tạp + Trường hợp sử dụng:Khi bờ hồ đá, có địa hình dốc hẹp không thuận lợi để bố trí công trình tháo lũ khác Bản thân đường hầm tháo lũ đường hầm dẫn dòng thi công - Gáo: + Sơ đồ: Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm a) b) II 3 I I II c) I -I I I -I I H 6 + Đặc điểm bố trí:Có thể đặt bờ sông hay thân đập + Ưu điểm: + Nhược điểm:côt nước đỉnh tràn nhỏ nên chiều dài ngưỡng lớn + Trường hợp sử dụng: Chỉ sử dụng công trình loại nhỏ vừa Câu 2: Trình bày chức tràn chính, tràn phụ, tràn cố công trình đầu mối Khi cần bố trí tràn phụ, tràn cố? Trả lời: - Chức tràn chính: Tràn có nhiệm vụ tháo lưu lượng lũ thiết kế Khi tràn có cửa tràn có nhiệm vụ kết hợp dung tích phòng lũ với dung tích hữu ích hồ - Chức tràn phụ: Tràn phụ có nhiệm vụ tháo phần lưu lượng lũ thiết kế lũ vượt thiết kế Khi tràn không đảo bảo tháo lũ Tràn phụ tính toán đặt cao trình - Chức tràn cố: Tràn cố có nhiệm vụ tháo lưu lượng lũ thiết kế lý tràn không làm việc - Khi cần bố trí tràn phụ, tràn cố: Khi tràn chịu tải giếng tháo lũ giai đoạn chảy có áp cần có tràn phụ tràn cố để phối hợp tháo lũ hay tràn gặp cố cửa van không làm việc Câu 3: Trình bày công thức tính khả tháo nước loại đập tràn Phân tích ảnh hưởng yếu tố khác đến khả tháo Trong trường hợp phải nghiên cứu khả tháo thí nghiệm mô hình? Trả lời: * Trình bày công thức tính khả tháo nước loại đập tràn Q = σ n m ε B 2g H 3/0 Trong đó: Q: Lưu lượng tháo nước σn: hệ số ngập Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm m: hệ số lưu lượng, m = m σ σ tc Φ H mtc: hệ số lưu lượng xác định theo đập tiêu chuẩn σ Φ: hệ số sửa chữa thay đổi hình dạng, cấu tạo khác với đập tiêu chuẩn σ H: hệ số sửa chữa cột nước H khác với cột nước thiết kế Htk σ = f ( H/ HTK) : B¶ng tra Theo tài liệu Liên Xô: H Theo tài liệu phơng Tây: H = f ( H/ HTK)0,16 B: bề rộng tràn g: gia tốc trọng trường α v20 H0: cột nước có kể đến lưu tốc tới gần, H0 = H + 2g H: cột nước tràn * Phân tích ảnh hưởng yếu tố khác đến khả tháo: - Đập tràn không cửa van: + Hình dạng mặt cắt đập: Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy việc xác định bán kính cong điều chỉnh đường cong hợp lý đỉnh đập, chân đập kết hợp với mái thượng lưu góp phần thỏa mãn điều kiện kinh tế kỹ thuật + Hệ số lưu lượng đập tràn Creager: Ảnh hưởng h/htk: tọa độ mặt tràn thiết kế với cột nước h tk xác định • tương ứng với hệ số lưu lượng m Khi vận hành đập làm việc với cột nước h ≠ htk, hệ số lưu lượng thay đổi m ≠ m0 Ảnh hưởng hình dạng đập: Hình dạng mặt đập nhân • tố ảnh hưởng đến lưu lượng thông qua nghiên cứu thực nghiệm Tổ hợp ảnh hưởng h/htk hình dạng đập với tượng trộn khí: • Ảnh hưởng chân không: • Ảnh hưởng tuyến đập mặt bằng: • Một số vấn đề sử dụng đập tràn chân không • - Đập tràn có cửa van: + Vị trí cửa van: Khi thiết kế đập tràn có cửa van, kích thước cửa van khối lượng xây dựng đập có quan hệ với định tính kinh tế xây dựng Vị trí đặt cửa van có ảnh hưởng tới dòng chảy sau cửa van Do yêu cầu cấu tạo vị trí đặt cửa van đường cong đập tràn có thay đổi làm ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng đẫn đến ảnh hưởng khả tháo đập tràn + Hệ số lưu lượng qua đỉnh tràn có cửa van: Do chịu ảnh hưởng hình dạng cửa van hình dạng cửa vào nên hệ số lưu lượng qua đập tràn có cửa van khác so với hệ số lưu lượng chảy qua đập tràn cửa van * Trong trường hợp phải nghiên cứu khả tháo thí nghiệm mô hình Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Câu 4: Trình bày công thức tính khả tháo nước CTTN kiểu kín (xiphông, giếng) Phân tích khả chịu tải lưu lượng loại CTTN Trả lời: * Công thức tính khả tháo nước CTTN kiểu kín: - Xiphông: Q = µ ϖ 2g H t Trong đó: + µ: hệ số lưu lượng tính theo công thức • Trường hợp cửa không ngập ω µ = + ∑ ξ K với Ki = ω i i i Ht: chênh mực nước thượng lưu trung tâm mặt cắt cửa Trường hợp cửa ngập ω ω µ= , K 2 với Ki = h = ωi ωh Kh + ∑ ξ Ki • i Ht: chênh lệch cột nước thượng hạ lưu + ∑ ξ i : tổng hệ số tổn thất từ mặt cắt cửa vào đến mặt cắt cửa xiphông - Giếng: + ϖ: diện tích mặt cắt cửa H H Ht a) Chế độ đập tràn c) Chảy có áp đến cửa H c H b a Hd b).ChÕ ®é chảy qua ống ngắn Q d) Quan h Q H c CTTL kiểu giếng * Phân tích khả chịu tải lưu lượng loại CTTN Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Câu 5: Trình bày công thức chung để kiểm tra khả khí hóa phận CTTN; cách xác định trị số Kpg K phận Trả lời: - Công thức chung để kiểm tra khả khí hóa phaän CTTN: K= H DT v -H DT pg ≤ K pg g Trong đó: K: Hệ số khí hóa công trình hay phận công trình HĐT: cột nước áp lực toàn phần đặc trưng dòng chảy bao quanh công trình hay phận xét vĐT: Lưu tốc trung bình thời gian đặc trưng dòng chảy phận công trình xét g: Gia tốc trọng trường Kpg: hệ số khí hóa phân giới đặc trưng cho vật chảy bao - Cách xác định trị số Kpg K phận: Việc xác định Kpg phụ thuộc vào phận khác Để tìm K xác định HĐT vĐT phận có Hpg giống phụ thuộc vào nhiệt độ + Cửa vào cống có áp: HĐT = Z + Ha vĐT = vT với: Z: chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu cao độ trần cống tháo sau cửa vào vT: lưu tốc trung bình mặt cắt, sau cửa vào Ha: cột nước áp lực khí trời phụ thuộc cao độ điểm xét Kpg = Cpmax Với: Cpmax = C pmax + δmax C pmax xác định cho cửa vào dạng tròn elíp thí nghiệm tác giả khác (Tríchvasvili, Orlôra Rôzanốp Đubintrích, Borđanốp ) δmax: hệ số mạch động áp lực lớn nhất, δmax = K0 δ δ tiêu chuẩn mạch động áp lực Khi thiết kế cửa vào theo điều kiện không cho phép sinh khí thực lấy K0 =4 Trị số δmax Tríchvasvili xác định cho cửa vào dạng tròn Rôzanốp Nguyễn Chiến xác định quan hệ δ = f(Ks, Kr, H/hT) cho loạt cửa vào elíp khác đường xả đáy có áp điều kiện toán phẳng + Các mố tiêu năng, tường mố phân dòng: Kpg xác định thông qua thí nghiệm mô hình Khi có xét đến ảnh hưởng nước nhảy ngập (Kpg)σ = Kpg - α.(σn - 1) Với α hệ số thực nghiệm: α = 0,7 mố hình quân cờ vuông α = 0,52 mố hình quân cờ hình thoi α = 0,64 mố hình quân cờ hình tháp HĐT = Ha +h Với h: chiều cao cột nước mố Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm co hẹp Mố đặt cuối bể: h = h h - hmố VĐT = Vc, với Vc: lưu tốc mặt cắt Mố không đặt cuối bể lấy theo thí nghiệm lấy h = (0,75-0,85)(hh - hm) với x/ln = 0,25, x: khoảng cách tính từ mặt cắt co hẹp, l n: chiều dài nước nhảy Câu 6: Trình bày phương pháp kiểm tra khả xâm thực bề mặt lòng dẫn có ghồ ghề cục Trả lời: - Công thức chung để kiểm tra khả khí hóa phận CTTN: K= H DT v -H DT pg ≤ K pg g Trong đó: K: Hệ số khí hóa công trình hay phận công trình HĐT: cột nước áp lực toàn phần đặc trưng dòng chảy vĐT: Lưu tốc trung bình thời gian đặc trưng dòng chảy g: Gia tốc trọng trường Kpg: hệ số khí hóa phân giới đặc trưng cho vật chảy bao Kpg mấu ghồ ghề thí nghiệm mô hình xác định được, nhiệm vụ phải xác định HĐT vđt theo dòng chảy với vĐT lưu tốc cục mấu ghồ ghề xác định theo lưu tốc bình quân - Xác định VĐT : Dòng chảy chia dạng đặc trưng sau: + Dạng 1: gọi giai đoạn đầu dòng chảy, nơi dòng chảy có biến dạng đột ngột thay đổi hình dạng lòng dẫn; gồm vùng co hẹp dòng chảy cửa vào CTTN, vùng co hẹp chảy cửa van, dòng chảy mặt bên đầu trụ pin, dòng chảy sau khe van, bậc thụt, ngưỡng đáy Các phận đặc trưng thay đổi đột ngột áp lực lưu tốc chiều dài không lớn, gia tốc dòng chảy gần bề mặt lớn, chiều dày lớp biên δ nho, bậc với chiều cao có mấu ghồ ghề • Dòng chảy cửa vào hay cửa van: VĐT = VC, với VC lưu tốc trung bình mặt cắt co hẹp sau cửa vào hay sau cửa van • Dòng chảy đập tràn hay đoạn cong lòng dẫn: V ĐT = VCB, với VCB lưu tốc bình quân cục gần bề mặt lòng dẫn, không kể đến lớp biên + Dạng 2: Là đoạn có lớp biên phát triển dần, phân bố lưu tốc mặt cắt ngang thay đổi theo chiều dòng chảy; gồm phần đường tháo nước có áp có hình dạng diện tích mặt cắt ngang không đổi thay đổi theo chiều dài bề mặt đập tràn, dốc nước, phần đường tháo nước sau cửa van Quy ước lấy VĐT = Vy • Trong đó: Vy lưu tốc cục vị trí cách mặt bề mặt lòng dẫn khoảng y Tùy thuộc vào dạng mấu ghồ ghề mà y = Zm + ∆ hay y = δ + ∆ Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm ∆: Chiều cao nhám tương đương bề mặt phụ thuộc vào loại vật liệu chất lượng thi công Zm: chiều cao mấu ghồ ghề cục δ: chiều dày lớp biên mặt cắt xeùt V ξ ξ , m/s Vy = ϕ TB V ξ1, ξ2 phụ thuộc vào tỷ số δ/∆ y/∆ tra đồ thị lập sẵn VTB: lưu tốc trung bình mặt cắt m/s ϕV: hệ số biểu thị quan hệ lưu tốc trung bình lưu tốc lớn dòng chảy chiều dày lớp biên vàdạng mặt cắt ngang dòng chảy cho, xác định sau:  Với dòng chảy không áp mặt cắt ngang chữ nhật có bề rộng B độ sâu nước h:    δ2  B + 2.h  δ δ   ϕv = ( h − δ ) ( B − 2.δ ) +   ln + ÷− 2.ln - 5  δ B.h  δ ∆  ∆    ln +  ∆  Với đường tháo có áp, mặt cắt hình tròn bán kính r:     δ  4r δ δ    ϕv = ( r − δ ) +   ln + ÷− 2.ln -   r  ln δ +  δ  ∆ ∆    ∆  + Dạng 3: Là đoạn có lớp biên phát triển đạt đến ổn định, phân bố lưu tốc mặt cắt không đổi dọc theo chiều dài; gồm dòng chảy đường tháo nước có áp hay không áp, cự ly cách xa mặt cắt đầu đoạn > 40A, với A kích thước mặt cắt ướt theo phương pháp tuyến với mặt đáy VĐT xác định dạng với chiều dày lớp biên không đổi • - Xác định cột nước áp lực đặc trưng HĐT: HĐT = Ha + hd Trong đó: Ha: cột nước áp lực khí trời hd: cột nước áp lực dư, xác định sau  Đối với dòng chảy không áp: hd = h cos Ψ h: chiều sâu dòng chảy mặt cắt tính toán Ψ: góc nghiêng đáy lòng dẫn so với phương ngang  Đối với dòng cháy có áp: hd = Z - hW Z: chênh lệch cao độ từ MNTL đến trần mặt cắt xét hW: cột nước tổn thất tính từ mặt cắt trước cửa vào đến mặt cắt xét Câu 7: Nêu giải thích giải pháp công trình để phòng chống khí thực CTTN Trả lời: Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm * Giới hạn khí hóa dòng chảy giai đoạn đầu: Ở giai đoạn đầu trình khí hóa, khả xâm thực nhỏ thường không nguy hiểm Vì vậy, thiết kế CTTN phận (cửa vào, khe van, dốc nước, mố tiêu năng…) thay cho việc khống chế K>Kpg chấp nhận điều kiện K>Kpgx Trị số Kpgx thường lấy gần 0,85 Kpg * Lựa chọn vật liệu theo độ bền khí thực: Tăng mac bê tông, gia cường khu vực dự báo có khí thực cách sử dụng vật liệu bền: thép, chất dẻo, cao su….Những vật liệu cho ta vhk hình thành nước nhảy xiên Câu 9: Nêu dạng đường biên đoạn thu hẹp đáy phẳng, ưu nhược điểm điều kiện áp dụng dạng Trình bày nội dung tính toán thông số thủy lực đoạn thu hẹp chảy xiết có đáy phẳng tường bên gãy khúc Trả lời: * Nêu dạng đường biên đoạn thu hẹp đáy phẳng, ưu nhược điểm điều kiện áp dụng dạng: - Tường bên gãy khúc + Ưu điểm: Nối tiếp phổ biến Đơn giản, dễ thi công Dễ kiểm soát thông số thủy lực đề + Nhược điểm: Khi thu hẹp mạnh nhanh sóng vọt khỏi tường, thu hẹp nhanh làm lưu lượng đơn vị tăng lên dòng nước dễ chuyển từ chảy xiết sang chảy êm sinh bước nhảy xiên gây bất lợi cho nối tiếp phía sau, làm rối loạn tiêu sau + Điều kiện áp dụng: Khi thiết kế đường tràn không lớn - Tường bên dạng cong liên hợp: + Ưu điểm: Khi có sóng xiên vấp vào bờ nhờ độ cong hợp lý dòng chảy trơn thuận mà hóa giải sóng có phản xạ phản xạ + Nhược điểm:Vẫn sóng không thúc vào bờ đối diện Khó thi công Khó kiểm soát thông số thủy lực + Điều kiện áp dụng: - Tường bên dạng đường cong không nhiễu + Ưu điểm: Khi sóng nhiễu thúc vào bờ tự hóa giải + Nhược điểm: Bán kính cong phải tính toán theo bán kính R1, R2 Khó thi công Khó kiểm soát thông số thủy lực + Điều kiện áp dụng: - Dạng thu hẹp hướng tâm (khi đập tràn tuyến cong) + Ưu điểm: Không có sóng phản xạ + Nhược điểm:Chỉ áp dụng điều kiện địa hình cho phép Khó thi công Khó kiểm soát thông số thủy lực + Điều kiện áp dụng: áp dụng đập tràn tuyến cong * Trình bày nội dung tính toán thông số thủy lực đoạn thu hẹp chảy xiết có đáy phẳng tường bên gãy khúc: Yêu cầu tính toán chiều dài đoạn chuyển tiếp L ct để đảm bảo chế độ chảy ổn định nối tiếp chảy xiết biết B1, B2, Q, h1 độ đốc đoạn chuyển tiếp i - Giả thiết Lct - Vẽ đường mặt nước đoạn chuyển tiếp, xuất phát từ h + Nếu mặt cắt có h h k giả thiết lại Lct theo hướng tăng tiến hành làm lại khí mặt cắt có h < hk h2 ~ hk Xác định vị trí sóng dâng cao sát tường X0 = f(Fr1 , θ) với θ góc - Khi độ dốc đoạn thu hẹp i = 0: Theo đồ thị Satalốp h1 ngoặt vào tường - Khi i > 0: Xb = X0 (1 + 0,7 i) - Chiều sâu nước vị trí dâng cao sát tường: hs = h1 (2,25 (Fr1 sin2θ)0,63 + 1) Câu 10: Trình bày mục đích tính toán tiêu sau CTTN; cách xác định lưu lượng tính toán dạng tiêu dòng đáy, dòng mặt, dòng phóng xa; cách xác định mực nước hạ lưu tính toán tiêu Trả lời: * Mục đích tính toán tiêu sau CTTN: Khi xây dựng công trình sông, kênh mực nước phía trước công trình dâng lên nghóa dòng nước tăng lên Khi dòng chảy đổ từ thượng lưu hạ lưu, chuyển thành động năng, phần động phục hồi thành mực nước hạ lưu, phần lại gọi lượng thừa giải pháp tiêu hao hữu hiệu gây xói lỡ nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình Dòng chảy hạ lưu có lưu tốc lớn lại phân bố không mặt cắt ngang, mực nước hạ lưu lại thường thay đổi luôn; mạch động áp lực mạch động áp suất dòng chảy xãy với mức độ cao phải sau đoạn dài trở trạng thái bình thường; có nhiều khả xuất dòng chảy ngoằn nghèo, dòng xiên, nước nhảy sóng… làm xói cục bộ, mài mòn, xâm thực… Vì cần phải tìm biện pháp tiêu hủy toàn lượng thừa, điều chỉnh lại phân bố lưu tốc làm giảm mạch động, dòng chảy trở trạng thái tự nhiên đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố hạ lưu * Cách xác định lưu lượng tính toán: - Đối với dạng tiêu dòng đáy: Thay đổi cấp lưu lượng từ ÷ Q max xác định (hc” – hh) Cấp lưu lượng cho (hc” – hh)max Q để tính toán tiêu - Đối với tiêu dòng mặt, dòng phóng xa: Thay đổi cấp lưu lượng từ ÷ Q max, ứng với cấp lưu lượng xác định chiều dài hố xói chiều sâu hố xói Từ ta vẽ đường bao hố xói * Cách xác định mực nước hạ lưu tính toán tiêu năng: Khi CTTN sát sông hạ lưu (L kênh hạ lưu nhỏ) lấy Q ~ Zh để tính tiêu Khi CTTN xa sông hạ lưu (L kênh hạ lưu dài) phải tính chuyền mực nước hạ lưu sông đến vị trí CTTN Câu 11: Vẽ sơ đồ, nêu nguyên lý, đặc điểm công tác, ưu nhược điểm trường hợp áp dụng hình thức tiêu đáy, dòng mặt, dòng phóng xa Trả lời: * Tiêu đáy: Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm - Vẽ sơ đồ: (xem gt nôi tiếp tiêu hạ lưu CTTN) - Nguyên lý: Dùng nước nhảy để ma sát nội tiêu hao lượng - Đặc điểm công tác: cần tạo nước nhảy ngập hình thức đào bể, xây tường bể tường kết hợp - Ưu điểm: + tiêu tốt + làm việc ổn định + dòng chảy sau bể dao động - Nhược điểm: + Khi cột nước cao dẫn đến quy mô bể lớn + Không có lợi có nhiều vật + Kết cấu bể kiên cố - Phạm vi ứng dụng: + cột nước không cao + hạ lưu phải đá * Tiêu dòng mặt: - Vẽ sơ đồ: (xem gt nôi tiếp tiêu hạ lưu CTTN) - Nguyên lý: Dùng ma sát nội để tiêu hao lượng - Đặc điểm công tác: cần tạo bậc chân công trình - Ưu điểm: + Không cần làm đáy dày, bảo vệ đáy nhẹ nhàng + tháo vật trôi tốt - Nhược điểm: + Mặt nước hạ lưu sóng dập dềnh đoạn dài ảnh hưởng đến hạ lưu, đặc biệt ảnh hưởng đến tàu thuyền + Mực nước hạ lưu thay đổi nhiều dể chuyển đổi từ hình thức sang hình thức khác - Phạm vi ứng dụng: + mực nước hạ lưu thay đổi + hạ lưu công trình không gần với đường giao thông thủy + hạ lưu phải đá * Tiêu dòng phóng xa: - Vẽ sơ đồ: - Nguyên lý: Sử dụng ma sát dòng chảy không khí để tiêu hao lượng, phần lại ma sát lớp nước nước hạ lưu - Đặc điểm công tác: cần tạo mũi phun để đưa dòng chảy xa công trình cần có hố xói để không ảnh hưởng đến chân công trình - Ưu điểm: + không cần bảo vệ sau hạ lưu đá tốt hố xói không ăn lan vào chân công trình - Nhược điểm: + Địa chất hạ lưu công trình không tốt làm hố xói mở rộng ăn lan vào chân công trình gây ổn định cho công trình + Cần đào sẵn chiều sâu hố xói để không bị tượng xung vỗ làm ảnh hưởng đến công trình Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm + Hố xói dòng phun tạo hạ thấp mực nước hạ lưu làm ảnh hưởng đến yêu cầu dùng nước phía hạ lưu công trình + Ở mũi phun xãy khí thực + Dòng phun tạo sương mù ảnh hưởng đến giao thông môi trường sống nói chung - Phạm vi ứng dụng: + Dùng cho công trình có cột nước trung bình lớn + Nền công trình đá, đặt mềm với cột nước vừa nhỏ + Đỉnh mũi phun phải cao mực nước hạ lưu, chiều cao cột nước trước đập đủ lớn để tạo dòng phun phóng xa không ảnh hưởng bất lợi đến công trình, cột nước hạ lưu đủ lớn để chiều sâu hố xói không lớn Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm II:THIẾT KẾ ĐƯỜNG HẦM THỦY CƠNG (Tham khảo) Câu 1: Đường hầm thủy công xây dựng trường hợp nào? Khi chọn chế độ thủy lực đường hầm có áp, không áp? Trả lời: * Đường hầm thủy công xây dựng trường hợp nào: - Khi địa hình khu công trình đầu mối chật hẹp, bờ dốc, núi đá, vị trí thích hợp để bố trí công trình dẫn, tháo nước hở - Khi phải dẫn nước, tháo nước cho trạm thủy điện ngầm - Khi tuyến dẫn nước qua vùng rừng núi rậm rạp, địa hình phức tạp - Khi tuyến dẫn nước qua sườn núi dễ bị sạt lỡ, đá lăn Nói chung việc xây dựng đường hầm thủy công cần luận chứng sở so sánh kinh tế – kỹ thuật với phương án dẫn, tháo nước kiểu hở * Khi chọn chế độ thủy lực đường hầm có áp, không áp: - Đường hầm có áp: + Khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiều + Khi yêu cầu dòng chảy phải có áp (đường hầm dẫn nước nối thẳng với tổ máy thủy điện) + Khi so sánh kinh tế – kỹ thuật cho thấy đường hầm có áp lợi - Đường hầm không áp: + Mực nước thượng lưu lưu lượng qua đường hầm thay đổi + Yêu cầu dòng chảy phải không áp (khi đường hầm có kết hợp giao thông thủy) + Khi so sánh kinh tế – kỹ thuật cho thấy đường hầm không áp có lợi Câu 2: Sự phân vỉa tính nứt nẻ đá núi có ảnh hưởng đến việc xây dựng đường hầm? Trả lời: Để xác định đặc trưng mức độ nứt nẻ đá núi phải kiểu khe nứt nguyên sinh (theo nguyên nhân hình thành), mức độ dày đặc, độ rộng, độ dài khe nứt, độ nhám bề mặt, thành phần tính chất chất lấp nhét Khi đo vẽ địa chất công trình cần phải thông tin yếu tố nằm khối đá hệ thống khe nứt, điều cần thiết cho tính toán thiết kế Việc đào gia cố đường hầm giảm nhẹ trục đường hầm vuông góc với đường phương vỉa Khi trục đường hầm song song với đường phương mặt vỉa thẳng đứng, việc đào hầm đặc biệt phức tạp chừng độ bền trượt vỉa chưa bị phá vỡ Nếu trục đường hầm song song với đường phương mặt vỉa nằm ngang phát sinh khó khăn vỉa mỏng, nhịp đào lớn có vòm cong Bất lợi ổn định khối đá hệ thống khe nứt có vỉa song song với tuyến đào khe nứt có góc đổ 40 – 700, nghóa tạo thành góc nhọn với mặt Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm vòm khe nứt có chất lấp nhét loại sét, có mặt trượt…Khi đào hầm theo phương vỉa hình thành khối đá sụt lỡ chủ yếu từ phía vỉa bị hẫng Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Câu 3: Trong việc chọn tuyến đường hầm cần trọng xem xét điều kiện gì? Trả lời: Việc lựa chọn tuyến khâu quan trọng thiết kế đường hầm Yếu tố quan trọng việc chọn tuyến phải phân tích kỹ điều kiện địa hình địa chất, khả thi công điều kiện sử dụng - Điều kiện địa chất: Đường hầm cần đào qua khu vực đá tốt đồng nhất, tránh qua khu vực có đá xấu, có khả tự sạt trượt, mực nước ngầm cao lượng nước thấm lớn - Về địa hình khả thi công: + Không bố trí đường hầm gần sát mặt đá thiên nhiên mà phải đảm bảo độ chôn sâu định: hd >= 3ht, đó: hd: chiều dày lớp đất đá đỉnh hầm ht: chiều cao mặt cắt đường hầm + Dọc tuyến đường hầm có vị trí bố trí giếng đứng hay hầm ngang để vận chuyển đất đá, tăng diện công tác thi công đào hầm + Tuyến đường hầm cần đặt cách xa công trình khác khoảng định để bố trí đào nổ mìn Ghi hình vẽ: Các giếng đứng đế vận chuyển đất đa Hầm ngang Các nhánh công tác đào đường hầm 1 3 3 - Về điều kiện sử dụng: + Khi điều kiện địa hình, địa chất cho phép nên chọn tuyến đường hầm thẳng + Khi buộc phải làm tuyến cong cần khống chế R≥5B, R bán kính cong, B bề rộng mặt cắt đường hầm Khi lưu tốc v≤ 10m/s, cần khống chế góc ngoặt α ≤ 600 Khi v>10m/s, bán kính R cần xác định thông qua thí nghiệm Câu 4:Vẽ sơ đồ trình bày cách bố trí phận đường hầm tháo dẫn nước, đường hầm trạm thủy điện kiểu đường dẫn Trả lời: * Vẽ sơ đồ trình bày cách bố trí phận đường hầm tháo dẫn nước: Ngoài kênh dẫn vào thượng lưu (có không cần dẫn kênh vào) kênh dẫn hạ lưu, đường hầm tháo, dẫn nước chủ yếu phận sau hợp thành: - Bộ phận cửa vào: gồm lưới chắn rác, cửa van, dùng sửa chữa, cửa van chính, máy đóng mở, giàn bệ đặt máy đóng mở, ống cân áp lực lỗ thông Tùy theo hình thức kết cấu khác nhau,phần cửa vào phân thành hình thức tháp, giếng đứng, mái nghiêng, tháp tựa vào bờ - Đường hầm phần sau cửa vào thường có độ dốc > 1% đáy không làm dốc ngược - Phần cửa ra: thường bố trí bể tiêu kêt cấu phụ trợ - Các hình thức cửa vào: (xem hình vẽ gt) Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Hình thức giếng đứng: dùng nơi đá kiên cố Trước miệng cửa vào đoạn tiết diện thay đổi trước cửa van có đặt lưới chắn rác Trong giếng đứng đặt cửa van thao tác thiết bị đóng mở cửa van • Hình thức mái nghiêng: Dùng nơi có địa chất tốt, đá rắn có mái nghiêng, cửa van lưới chắn rác di động đường ray đặt mái nghiêng • Hình thức tháp: Dùng nơi đường hầm có lớp phủ tương đối dày đá xấu • Hình thức tháp tựa bờ: Dùng nơi có bờ tương đối dốc, đá rắn - Bố trí cửa van, ống thông khí: • Bố trí cửa van (xem hình vẽ gt): Các công trình tháo nước thường sử dụng cửa van cửa van sửa chữa Cửa van sửa chữa thường đặt phần cửa vào, cửa đặt thấp mực nước hạ lưu cần bố trí cửa van sửa chữa Cửa van thường đặt cửa vào có đặt cửa • Bố trí ống thông khí:  ống thông khí chính: trực tiếp thông với khí trời, đặt cao độ mực nước gia cường thượng lưu (đối với loại tháp) hay cao mặt đất (đối với giếng đứng) có lưới bảo vệ chống đất đá, rác lọt vào Cửa ống thông khí đặt trần đường hầm, mặt cắt sau cửa van  ống thông khí trực tiếp đến vị trí tách dòng: Các ống bố trí bên tường bên trụ pin, nối từ khoảng không sau buồng van đến vị trí cần tiếp khí Với ống tiếp khí ngưỡng đáy cần chọn độ dốc thuận để tránh nước đọng làm cản trở việc thông khí • Ống cân áp lực: Khi có hai cửa van, đặt ống để cân áp lực trước sau cửa van Ống cân áp lực bố trí trụ pin, có thề đặt cửa van * Đường hầm nhà máy thủy điện: (xem hình 3-10, 3-11 gt) - Cửa lấy nước: • cửa sâu: đoạn hầm có mặt cắt thay đổi có cửa vào đặt mái nghiêng bờ hồ, phía đầu đoạn có lưới chắn rác, cuối đoạn có cửa van phận nối với đường hầm phía sau • cửa lấy nước mặt: độ sâu công tác hồ nhỏ Ngay sau cửa dẫn nước đường hầm dẫn nước có áp không áp Cửa lấy nước mặt công trình đầu mối có cột nước thấp thường kết hợp với ngưỡng bể lắng cát đường hầm dẫn nước bên bờ bắt đầu phía sau bể lắng cát - Đường hầm dẫn nước: Đường dẫn từ tuabin nhà máy thủy điện làm theo kiểu đường hầm dẫn nước không áp có áp tùy thuộc vào dao động mực nước hạ lưu - Đường ống áp lực: bố trí làm việc với cột nước áp lực cao tăng dần đến gần tới tổ máy - Tháp điều áp: Đặt đường hầm dẫn nước trước sau nhà máy - Giếng thông khí: Bộ phận dùng để tiếp không khí vào đường dẫn Ở cửa lấy nước sâu, bên cạnh giếng van sửa chữa- cố cần đặt giếng thông khí để đảm bảo tiếp không khí vào đường hầm dẫn nước van đóng - Các công trình ngầm không tiếp xúc với nước: • Gian máy ngầm: Trong gian đặt thiết bị tổ máy, máy biến áp Máy biến áp đặt gian máy đặt gian ngầm riêng sát với gian máy • Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm • • Buồng máy biến áp: Buồng cần đặt gần với gian máy nối đường hầm hay giếng cáp Buồng van: Đặt sau cửa lấy nước sâu, tháp điều áp, đường ống dẫn nước áp lực trước gian máy sau gian máy để đóng đường ống xả buồng van nối thông với mặt đất để chuyển thiết bị nhân viên vận hành Câu 5: Vẽ sơ đồ trình bày phương pháp tính toán thuỷ lực xác định khả tháo nước đường hầm có áp không áp *) Đối vơi đường hầm có áp : - Khả tháo nước đường hầm có áp xác định theo công thức ống có áp nói chung : Q = µ.ωr 2gZ sau : Trong : ωr : Diện tích mặt cắt ngang tính toán (thường lấy cửa ra) đường hầm (m 2) µ : Hệ số lưu lượng cống xác định theo công thức thuỷ lực µ= K 2h + ∑ ξ i K 2i Trong : Kh : Tỷ số diện tích mặt cắt cửa đường hầm diện tích mặt cắt dòng chảy sau cửa Kh = ωr/ωh cửa không ngập lấy ωr = ωh, cửa bị ngập ωh diện tích cắt ngang dòng chảy bể tiêu ∑ξi : Tổng tổn thất qua cống bao gồm tổn thất cửa vào, tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường tổn tất cửa ∑ξi = ξcv + ξcbộ + ξdđường + ξcr Ki = ωr/ωi (Với ωi : Diện tích mặt cắt ngang vị trí xét) Z0 : Cột nước công tác toàn phần đường hầm xác định sau : α.V02 Z0 = Z + 2g Trong : V0 : Lưu tốc đến gần (m/s) α : Hệ số sửa chữa lưu tốc Z : Cột nước công tác (m) + Trường hợp cửa đường hầm không ngập : Z chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu tâm mặt cắt cửa đường hầm + Trường hợp cửa ngập mực nước hạ lưu: Z chênh lệch cao độ mực nước thượng hạ lưu *) Đối vơi đường hầm không áp : - Khi cửa vào ngập, lưu lượng tháo qua đường hầm tính theo công thức chảy qua lỗ: Q = µ ϖ 2g (H - ε h h) đó: µ: hệ số lưu lượng, phụ thuộc vào hình dạng mức độ thu hẹp cửa vào ϖ: diện tích mặt cắt ngang cuối đoạn cửa vào h: độ cao mặt cắt ngang cuối đoạn cửa vào H: độ sâu nước trước cửa vào Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm εh: hệ số co hẹp theo phương đứng - Khi cửa vào không ngập, lưu lượng tháo qua đường hầm tính tháo qua đập traøn: Q = m σn b 2g H 3/2 đó: m: hệ số lưu lượng ngưỡng tràn b: bề rộng cuối đoạn cửa vào σn: hệ số ngập H0: cột nước toàn phần ngưỡng tràn, H0 = H+V02/2g V0: lưu tốc tới gần Câu 6: Trình bày nguyên tắc trình tự tính toán để xác định kích thước mặt cắt đường hầm dẫn nước trạm thủy điện Trả lời: Kích thước mặt cắt đường hầm phải thỏa mãn điều kiện sử dụng, kinh tế thi công - Về điều kiện sử dụng: • Tháo đủ lưu lượng cần thiết, với tổn thất C A cột nước cho phép B • Đường hầm vận tải thủy: có đủ khoảng không cho tàu thuyền C • Đường hầm bên có đặt ống B thép cần thỏa mãn yêu cầu vận A chuyển, lắp ráp sửa chữa - Về điều kiện kinh tế: Điều hòa mâu thuẩn • Kinh phí đào xây lớp lót • Kinh phí bù đắp tổn thất cột nước - Về điều kiện thi công: • Đường hầm dẫn dòng thi công phải xét đồng thời hai mặt: giá thành đê quai thượng hạ lưu cường độ thi công cho phép công trình • Thi công thủ công cần BxH > (1,5x1,8) m thi công giới BxH>(2,5X2,5)m Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm d Câu 7: Tính toán áp lực đá núi tác dụng lên áo đường hầm theo phương pháp Protiacanốp Trả lời: * Trường hợp đá núi có fk < 4: - Nhịp vòm: L = B0 +2H0.tg(450 - ϕ/2) + B0: bề rộng đường hầm + H0: chiều cao đường hầm + ϕ: góc ma sát đất đá vòm - Chiều cao vòm: h = L/ (2.fk) - Áp lực đứng đỉnh: p = β γđ h + h: chiều cao vòm + γđ: trọng lượng riêng đá núi + β: hệ số, phụ thuộc vào bề rộng đường hần • B0 ≤ 5,5 m β = 0,7 • B0 ≥ 7,5 m β = 1,0 • B0 khoảng giá trị xác định nội suy - Áp lực ngang hai bên: + Tại vị trí đỉnh: e' = p tg2 (450 - ϕ/2) + Tại vị trí đáy: e" = (p+γđ H0) tg2 (450 - ϕ/2) + Khi tính toán coi phân bố đều: e = (p+γđ.H0/2) tg2 (450 - ϕ/2) * Trường hợp đá núi có fk ≥ 4: - Chỉ có áp lực thẳng đứng p = β γđ hp + hp = Ka B0 + B0: chiều rộng đường hầm + Ka: hệ số, phụ thuộc vào hệ số kiên cố fk mức độ nứt nẻ tra bảng + β, γđ: Câu 8: Trong thiết kế đường hầm, xét đến lực kháng đàn tính đá? Lực kháng đàn tính tính toán nào? Trả lời: * Trong thiết kế đường hầm, xét đến lực kháng đàn tính đá? - thường xét với đường hầm có áp - Chỉ xét có liên kết chặt chẽ lớp lót đường hầm đá núi xung quanh * Lực kháng đàn tính tính toán nào? Trị số lực kháng đàn tính coi gần tỷ lệ thuận với biến vị theo phương pháp tuyến với bề mặt lớp lót: p = K.u đó: p - lực kháng đàn tính phân bố u - biến vị lớp lót K - hệ số lực kháng đàn tính + Mặt cắt hầm hình tròn: K=(100K0)/rn (KG/cm3) • Rn: bán kính lớp lót, cm Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm • K0: hệ số lực kháng đơn vị, KG/cm2, phụ thuôc vào fk + Mặt cắt không tròn: K = (100K0)/(0,5B0) (KG/cm3) • B0 = B - 2t • B: bề rộng mặt cắt đào (cm) • t: chiều dày lớp lót (cm) + Dửụựi ủeỏ cuỷa lụựp loựt mụỷ: Kủ = 100K0/(1,34(1-àd)b) ã md: hệ số Poatxông • b: chiều rộng đế (cm) Câu 9: Trình bày nội dung tính toán vòm thấp theo phương pháp học kết cấu Trả lời: - Sơ đồ tính: Đối với mặt cắt (xem hình 5-3/37 – BG thiết kế đường hầm thủy công), vòm thấp đỉnh kết cấu chịu lực, tính toán xem chân vòm ngàm cứng đàn hồi vào đá Tải trọng lực tác dụng lên vòm chủ yếu: áp lực đá núi, trọng lượng thân, áp lực vữa, không xét đến lực kháng đàn tính lực ma sát Do chân vòm ngàm chặt đàn hồi với đá núi nên tính toán phải xét đến ảnh hưởng biến vị chân vòm (biến vị góc biến vị theo đường thẳng) Sơ đồ tính (hình 5-4 trang 38) - Chọn hệ bản: - Phương trình tắc vòm có xét đến biến vị chân vòm có dạng: X1 δ11 + X2 δ12 + ∆1P + β = X1 δ12 + X2 δ22 + ∆2P + β yn + ∆H= X1, X2: ẩn lực cần tìm δ11, δ12, δ21, δ22: xác định phương pháp nhân biểu đồ X = X2 = gây ∆1P, ∆2P: xác định phương pháp nhân biểu đồ tải trọng gây β = βP + X1 β1 + X2 yn β1; góc quay mặt cắt MP βP = K J n β1 = K J n K: heä số lực kháng đàn tính đá núi chân vòm Jn: mômen quán tính mặt cắt chân vòm MP: mômen chân vòm ngoại lực gây yn: khoảng cách từ tâm đàn hồi đến điểm chân vòm theo phương thẳng đứng N0 N + X2 cosϕ cosϕn = P cos ϕn = ∆P + X ∆ ∆H = K h n K h n NP: lực hướng trục chân vòm ngoại lực sinh - Giải hệ X1, X2 Từ xác định mômen lực hướng trục mặt cắt vòm theo công thức: M = MP + X1 + X2 y N = NP + X2 cosϕ MP, NP: mômen lực hướng trục ngoại lực gây hệ tónh định y: khoảng cách theo phương thẳng đứng từ đỉnh vòm đến mặt cắt xét Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm ϕ: góc phương trục vòm (tại mặt cắt xét) phương ngang x - Ứng suất mặt cắt vòm xác định theo công thức nén lệch tâm: N M σ= ± F W Từ kiểm tra điều kiện bền bố trí cốt thép Câu 10: Trình bày nội dung thiết kế đường hầm theo hệ thống phân loại chất lượng khối đá (phương pháp Terzaghi, Barton, Bieniawxki) Hãy nói rõ vai trò kỹ sư địa chất trình khảo sát, thiết kế thi công hầm Trả lời: * Phương pháp Terzaghi (Phương pháp tải trọng cho trước): Theo phương pháp chia khối đá thành loại Khi tải trọng đá ước tính theo tiêu chí Terzaghi: Điều kiện đá Tải trọng đá HP Cứng nguyên phần Không Cứng, phân tầng phân phiến (0-0,5)B Nguyên khối, nứt vừa (0 - 0,25) B Khối vừa có mạch nối 0,25 B - 0,35 (B+Ht) Khối lớn có mạch nối (0,35 - 1,1) (B+Ht) Vỡ vụn hoàn toàn nguyên vẹn hóa tính 1,1 (B+Ht) Đá bị ép, độ sâu trung bình (1,1 - 2,1) (B+Ht) Đá bị ép, độ sâu lớn (2,1 - 4,5) (B+Ht) Đá trương nở Đến 76 m, không tính (B+Ht) * Phương pháp Bieniawxki (RMR): Phương pháp đánh giá chất lượng khối đá theo tiêu chí: - Cường độ vật liệu đá nguyên vẹn - Chất lượng nõn khoan - Bước đứt đoạn - Điều kiện đứt đoạn - Điều kiện nước ngầm - Thế nằm khe nứt Từ tiêu chi khôí đá chấm điểm tra theo điểm phân loại khối đá Từ có phương pháp xử lý khối đá * Phương pháp Barton (Q): Phương pháp đánh giá chất lượng khối đá thông qua: - RQD (%) : tiêu chất lượng đá, lấy thỏi nõn khoan có chiều dài ≥10cm - Jn: Số lượng hệ thống khe nứt - Jr: số độ nhám khe nứt - Ja: số phong hóa khe nứt - JW: hệ số rút nước khe nứt - SRF: hệ số giảm ứng suất Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Từ khối đá có số điểm có cấp tương ứng Ngoài phương pháp bổ sung thêm thông số đường kính tương đương đào D c Để từ đưa biện pháp xử lý khối đá Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm Câu 11: Nêu ưu nhược điểm, điều kiện ứng dụng nội dung thiết kế đường hầm thủy công không bọc áo * Ưu điểm: - Chi phí thấp (rẻ phương án có áo khoảng 35 đến 45%) - Thi công nhanh - Phần đào lẹm ít, đổ bù bê tông phần đào đá lẹm - Tháp điều áp làm nhỏ - Tiết diện mặt cắt ngang hầm lớn * Nhược điểm: - Thông thường chất lượng công trình thấp - Yêu cầu địa chất tốt - Hệ số nhám lớn - Rủi ro kỹ thuật cao cho chủ đầu tư - Yêu cầu có hố thu đá - Nhiều khó khăn thi công + Do nước ngầm: • Đường hầm nông: ảnh hưởng nước mưa • Đường hầm sâu: áp lực nước ngầm lớn nên xử lý phức tạp + Do ứng suất: • Ứng suất kéo: Với đá không nguyên khối dễ bị nứt nẻ chịu ứng suất kéo làm đá rơi Với hầm có áp lực lớn chịu ứng suất kéo hình thành khe nứt làm tăng lượng nước • Ứng suất nén: Khi ứng suất nén lớn làm phá hủy đá theo chiều song song với đường viền dẫn đến đá nổ * Điều kiện ứng dụng: Việc gia cố vỏ hầm, chống đỡ thi công hầm phụ thuộc nhiều vào chất lượng khối đá Khi chất lượng khối đá tốt (đánh giá theo Terzaghi, Barton, Bieniawxki…) thiết kế đường hầm không bọc áo * Các nội dung thiết kế đường hầm thủy công không bọc áo: - Chế độ thủy lực đường hầm không áo: + Mặt cắt điển hình: (xem hình vẽ tập photo) • Hình dạng tối ưu: n = H/R = • Tính diện tích tối ưu: cần xét đến đào lẹm ∆A=0,5 A với A diện tích lý thuyết • Xét đến đào lẹm theo cách:  Dùng diện tích lý thuyết hệ số Manning tương đương  Dùng diện tích mặt cắt có kể đào lẹm hệ số Manning thực + Tính dòng có áp: với tổn thất dọc đường h1 xác định theo công thức Q   L A h =   4/3 M R M = 1/n: hệ số Manning n: hệ số nhám R: bán kính thủy lực Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm + Tính dòng không áp: Khi tích nước theo hạt bụi vụn đá tính kênh hở + Vận chuyển bùn cát: xác định đường kính giới hạn không xói hạt cát d gh • Chảy có áp: γW v2 dgh = γ s - γ W C A 1/6 • γs: Dung trọng bùn cát γW: Dung trọng nước A: Diện tích mặt cắt đường hầm (m2) C: Hệ số thay đổi khoảng 115 – 140, lấy sơ C = 130 Chảy không áp: τ0 dgh = (γ s - γ W ) C τ0: ứng suất cắt biên C: hệ số lấy 0,05 - Thiết kế theo áp lực bên ngoài: Sử dụng cách phân loại khối đá Terzaghi, Bienawski (RMR) Barton (Q) để chọn biện pháp gia cố - Thiết kế theo áp lực bên trong: + Tính chịu nước đá: Đối với loại đá chịu nước (dễ tan, dễ xói mòn, trương nở ) cần gia cố bọc bê tông phun vẩy + Cao trình mực nước ngầm: Khi MNN cao đường đo áp không cần xử lý đặc biệt để chống rò Còn MMN thấp đường đo áp cần có biện pháp xử lý chống rò + Ứng suất tự nhiên đá: ứng suất phái đủ lớn để chống đứt gãy thủy lực Khi không thỏa mãn phải thiết kế lớp lót để kiểm soát tổn thất nước • Kiểm tra theo “Tiêu chuẩn thiết kế Na Uy”: γr h cosα > H γW γr L cosβ > H γW L: khoảng cách ngắn từ mặt đất tới điểm tính toán • Kiểm tra theo Don Deere h > ξ H với ξ hệ số Hầm có áo BTCT ξ = 0,8 Hầm có có áo BT không cốt thép ξ = 1,3 + Gia cố chống thấm: Khi đá có tính thấm nước lớn, MNN thấp đường đo áp, ứng suất tự nhiên không đủ lớn, dễ bị thấm nước cần gia cố chống thấm đổ bê tông, phun vẩy có cốt thép, phun vữa gia cố, lớp lót thép - Thiết kế hố thu đá: + Vị trí đặt: Phía trước đoạn ống có lớp lót thép + Thể tích hố: Theo kinh nghiệm Na Uy W = 0,01 Ω (m3) Ω : diện tích bề mặt hầm không bọc phía thượng lưu hố Khi có vật thải rời tồn cần tăng W hố + Bố trí phận: • Lưới chắn đáy: để tạo mặt phân cách hố với dòng chảy hầm với kích thước ô lưới đủ lớn để đá lọt vào Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm • Phương án tháo nước khỏi hố tự chảy dùng máy bơm Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm ... hầm với kích thước ô lưới đủ lớn để đá lọt vào Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm • Phương án tháo nước khỏi hố tự chảy dùng máy bơm Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm. .. lợi đến công trình, cột nước hạ lưu đủ lớn để chiều sâu hố xói không lớn Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm II:THIẾT KẾ ĐƯỜNG HẦM THỦY CƠNG (Tham khảo) Câu 1: Đường hầm thủy công xây... không thuận lợi để bố trí công trình tháo lũ khác Bản thân đường hầm tháo lũ đường hầm dẫn dòng thi công - Gáo: + Sơ đồ: Lý thuyết: cơng trình tháo & thiết kế đường hầm a) b) II 3 I I II c) I