ĐỒ ÁN MÔN HỌC XÂY DỰNG GIẾNG ĐỨNG: hiết kế thi công đào mở rộng phần thân giếng điều áp nhà máy thuỷ điện theo hướng từ trên xuống dưới bằng phương pháp khoan nổ mìn

THIẾT KẾ GIẾNG ĐỨNG Đề số 07 02: Thiết kế thi công đào mở rộng phần thân giếng điều áp nhà máy thuỷ điện theo hướng từ trên xuống dưới bằng phương pháp khoan nổ mìn với các số liệu như sau: Đường kính đào = 12,0m: Gia cố tạm bằng neo bê tông cốt thép 22, dài L=3,2m, bố trí 16 thanh1 vòng so le nhau khoảng cách các vòng neo 2m kết hợp với bê tông phun lưới thép dày 10cm. Vỏ chống cố định bằng bê tông cố định dày 0,4m. Lượng nước chảy vào riếng trong thời gian đào: 3 h. Tại trung tâm giếng có khoan giếng dẫn đào trước bằng máy khoan Robbins với đường kính 2,4m. Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây: STT Tên lớp đất đá Dung trọng, , (Tm3) Hệ số kiên cố,(f) Chiều dầy lớp,(m) RMR Ghi chú 1 Cát Kết 2,75 5 35 58 Chứa nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC XÂY DỰNG GIẾNG ĐỨNG

Giáo viên hướng dẫn : Đặng Văn Kiên

Sinh viên thực hiện : Đinh Thế Mạnh

Lớp : XDCTN A – K58

MSSV : 1321070118

THIẾT KẾ GIẾNG ĐỨNG

Đề số 07- 02:

Thiết kế thi công đào mở rộng phần thân giếng điều áp nhà máy thuỷ điện theo hướng từ trên xuống dưới bằng phương pháp khoan nổ mìn với các số liệu như sau:

- Đường kính đào D g= 12,0m:

- Gia cố tạm bằng neo bê tông cốt thép 22, dài L=3,2m, bố trí 16 thanh/1 vòng so le nhau khoảng cách các vòng neo 2m kết hợp với bê tông phun lưới thép dày 10cm

- Vỏ chống cố định bằng bê tông cố định dày 0,4m

- Lượng nước chảy vào riếng trong thời gian đào: 3m3/h

- Tại trung tâm giếng có khoan giếng dẫn đào trước bằng máy khoan Robbins với đường kính 2,4m

Giếng đào qua các lớp đất đá sau đây:

ST

T

Tên lớp

đất đá

Dung trọng,

γ

, (T/m 3 )

Hệ số kiên cố, (f)

Chiều dầy

Ghi chú

nước

CHƯƠNG 1:

THIẾT KẾ KỸ THUẬT GIẾNG ĐỨNG

Trong quá trình khai thác các mỏ khoáng sản ở độ sâu lớn hay các công trình ngầm thì giếng là một trong những công trình quan trọng bậc nhất Giếng có nhiều công dụng khác nhau:

- Giếng chính mỏ than: chủ yếu dùng để vận chuyển than và đất đá dưới mỏ ra ngoài

- Giếng phụ: chủ yếu dùng để vận chuyển người, vật liệu và trang thiết bị từ mặt đất xuống dưới mỏ

- Giếng gió: chủ yếu để phục vụ cho việc công tác thông gió, nhằm đưa lượng gió sạch từ trên mặt đất xuống dưới mỏ cung cấp oxi cho con người và làm giảm lượng khí mêtan phòng ngừa cháy nổ

- Giếng cáp: dùng để dẫn đường cáp từ phần ngầm lên mặt đất Tùy theo công dụng

và đặc điểm địa chất, giếng có chiều sâu và đi qua các lớp đất đá khác nhau từ mềm yếu đến vững chắc, chứa nước hoặc không chứa nước

- Giếng điều áp: dùng để điều hòa áp suất của dòng nước chảy vào tuabin của nhà máy thủy điện để tránh hiện tượng mất cân bằng của áp lực nước của dòng chảy không đều gây hiện tượng các tuabin có thể quay nhanh chậm không đầy nhau và hao mòn tuabin

Với yêu cầu của đề bài,thiết kế thi công đào mở rộng phần thân giếng điều áp nhà máy thuỷ điện theo hướng từ trên xuống dưới bằng phương pháp khoan nổ mìn, có hệ số kiên cố f = 6 Lượng nước chảy vào giếng trong thời gian đào: 3m3/h Quy trình các bước thiết kế cụ thể như sau:

1.1 Những yêu cầu cơ bản thiết kế kỹ thuật giếng đứng.

Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế giếng đứng là:

- Đảm bảo về các yêu cầu kỹ thuật (thực hiện được chức năng của một giếng điều áp của nhà máy thủy điện)

- Đảm bảo tuân thủ đầy đủ các quy định an toàn của bộ xây dựng

- Đảo bảo về khả năng thi công và thực hiện cao

- Đảo bảo khả năng độ bền và tuổi thọ của công trình được ổn định trong công tác khai đào

- Đảm bảo về điều kiện kinh tế (tiết kiệm và sử dụng hợp lý nguồn vốn đầu tư).

- Giảm thiểu lãng phí sức lực nhân công vật tư đến mức tối đa

- Đảo bảo an toàn lao động trong khi thi công và cả toàn bộ thời gian thi công khi khai thác xong, tránh rủi ro thiệt hại đến mức thấp nhất về người và thiết bị máy móc

1.2 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang và kết cấu chống giữ giếng đứng.

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo, phương pháp xác định hình dạng kích thước mặt cắt ngang giếng.

1.2.1.1 Cấu tạo của giếng điều áp

Giếng điều áp thường có các dạng cấu tạo như sau:

a Giếng điều áp kiểu viên trụ :

Hình 1: Sơ đồ giếng điều áp kiểu viên trụ

Giếng điều áp kiểu viên trụ: là loại giếng đứng hoặc giếng nghiêng có tiết diện không thay đổi Cấu tạo đơn giản, dễ thi công, tính toán thi công cũng đơn giản Tổn thất thủy lực cục

bộ ở chỗ nối tiếp đường hầm có thể lớn đồng thời dung tích giếng lớn thời gian dao động kéo dài

 Áp dụng cho nhà máy thủy điện có cột nước thấp, mực nước thượng lưu thay đổi ít

b Giếng điều áp kiểu viên trụ có họng cản:

Hình 2: Sơ đồ giếng điều áp kiểu viên trụ có họng cản

Giếng điều áp kiểu viên trụ có họng cản: thực chất đây chính là giếng viên trụ nhưng có màng cản ở đáy giếng ( màng cản có thể là họng cản hoặc lưới cản) Họng cản làm tăng tổn thất thủy lực khi dòng chảy qua nó, do đó giảm được biên độ dao động dẫn đến làm giảm dung tích giếng

 Áp dụng cho nhà máy thủy điện có cột nước trung bình và mực nước thượng lưu ít thay đổi

c Giếng điều áp kiểu 2 ngăn :

Hình 3: Sơ đồ giếng điều áp kiểu 2 ngăn

Giếng điều áp kiểu 2 ngăn: gồm 2 buồng điều áp và 1 giếng đứng nối với nhau Buồng trên có tiết diện lớn hơn nhiều so với tiết diện giếng đứng Giếng này giảm thời gian dao động và hạn chế thời gian dao động mực nước Dung tích giếng nhỏ hơn so với giếng điều

áp kiểu viên trụ Giếng này phức tạp, thường thích hợp cho việc đặt ngầm trong đất

Áp dụng cho giếng có cột nước cao, mức nước hồ chứa thay đổi

d Giếng điều áp kiểu máng tràn:

Hình 4: Sơ đồ giếng điều áp kiểu máng tràn

Cũng giống giếng điều áp kiểu 2 ngăn nhưng giếng điều áp kiểu máng tràn thì có máng tràn nước phía bên trên Giếng điều áp kiểu máng tràn đã khống chế được hoàn toàn mực nước cao nhất của giếng Giếng ở dạng này sẽ bị mất đi 1 phần nước tràn đi

e Giếng điều áp có lõi trong (kiểu kép hoặc sai phân):

Hình 5: Sơ đồ giếng điều áp có lõi trong

Gồm 1 giếng đứng ở trong và ngăn giếng bên ngoài, ở đáy giếng đứng có các lỗ thông với ngăn ngoài nhưng các lỗ này nhỏ khi mực nước dao động nước không thoát ra ngoài kịp nên cột nước thay đổi nhanh tạo hiệu quả Mực nước khi cao lên khỏi miệng giếng đứng thì tràn ra ngăn ngoài dẫn đến khống chế được độ cao lớn nhất của mực nước

 Áp dụng cho tất cả các trường hợp khi giếng để hở trên mặt đất

f Giếng điều áp kiểu khí nén:

Hình 6: Sơ đồ giếng điều áp kiểu khí nén

Giếng kiểu này không khí trong buồng điều áp trong mặt thoáng được ngăn cách với không khí bên ngoài Giếng kiểu này có thể không cần làm giếng cao và giảm được nhiều dung tích giếng Trong quản lý phải bổ sung để duy trì thể tích không khí trong buồng điều

áp

h Giếng điều áp kiểu nửa khí nén:

Hình 7: Sơ đồ giếng điều áp kiểu nửa khí nén

Là loại vừa dùng dung tích buồng điều áp, vừa dùng không khí Giếng kiểu này không cần bổ sung không khí trong quá trình vận hành nhưng yêu cầu thể tích giếng phải lớn

 Như vậy qua kết cấu cơ bản của giếng đứng có thể thấy những đặc điểm chung về cấu tạo

 Không có cổ giếng hoặc nếu có thì kết cấu cổ giếng cũng rất đơn giản

 Không có đáy giếng.

 Phần quan trọng nhất của giếng điều áp là họng cản được thiết kế và thi công cẩn thận để đảm bảo chức năng điều áp

1.2.1.2 Xác định hình dáng mặt cắt ngang giếng đứng.

Tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, tính chất cơ lý của đấy đá mà giếng đào qua, thời gian tồn tại của giếng, chiều sâu và công dụng của giếng, tính chất vật liệu và kết cấu chống mà ta có thể xác định được mắt cắt của từng giếng cho phù hợp

Giếng đứng thường có tiết diện ngang hình tròn, hình chữ nhật cạnh thẳng, hình chữ nhật cạnh cong (dạng thang trống), hình elip tùy thuộc vào tính chất các lớp đất đá mà giếng phải đào qua Để thuận tiện cho công tác thi công giếng qua các lớp đất đá có hệ số kiên cố khác nhau ta chọn tiết diện hình tròn

Giếng có mặt cắt ngang hình tròn chịu áp lực của đát đá tốt hơn và hệ số mức cản động nhỏ hơn các giếng có tuổi thọ trên 15 năm Các giếng mỏ có mặt cắt ngang hình tròn Giếng có mặt cắt ngang hình chữ nhật áp dụng có lợi trong đất đá cứng trung bình và với tuổi thọ tối đa của giếng là 15 năm Các giếng thăm dò thường có mặt cắt ngang hình chữ nhật

 Vậy theo yêu cầu đề bài, ta chọn mặt cắt ngang giếng hình tròn với đường kính giếng

là 12m (Dg = 12m)

I.2.2 Lựa chọn kết cấu chống giữ giếng

- Vật liệu chống giếng được lựa chọn tùy thuộc vào hình dạng mặt cắt ngang của giếng, đặc tính cơ lý của đất đá xung quanh giếng, công dụng và tuổi thọ của giếng

- Khi mặt cắt ngang giếng hình tròn thì ta có thể chống bằng bê tông , bê tông cốt thép, bê tông cốt thép liền khối

- Loại kết cấu này thường được sử dụng cho các giếng có tuổi thọ cao (lớn hơn 20 năm), chịu áp lực lớn, vỏ bê tông có khả năng cách nước tốt Kết cấu chống loại này được

sử dụng với tỉ lệ rất ít trong các mỏ hầm lò bởi công tác thi công vỏ chống rất phức tạp, khó khăn, giá thành chống giữ đường lò lớn, nhưng được sử dụng nhiều trong các công

trình giao thông và thủy điện Vỏ chống dạng này có độ bền cao,vỏ chống và đất đá có độ liên kết tốt

0,4 m

- Trong quá trình thi công giếng điều áp, để đảm bảo sự an toàn cho con người, máy móc, thiết bị khỏi sự sụp lở và các yếu tố mất an toàn vì vậy ta sẽ gia cố tạm đất đá Ở đây, loại đất đá ở giếng điều áp này là bột kết, có hệ số kiên cố ƒ= 6, chỉ số chất lượng đất đá RMR= 60 nên đá có chất lượng thuộc loại đá trung bình, nên ta vẫn phải sử dụng neo bê tông cốt thép: Ф22, dài: L = 3,2m, bố trí 16 thanh/1 vòng so le nhau khoảng cách các vòng neo 2m, kết hợp với bê tông phun lưới thép dày 10cm để gia cố tạm trong quá trình thi công

Hình 8: Mô tả kết cấu chống giữ giếng điều áp

1.3 Lựa chọn cốt giếng

Khác với giếng đứng được xây dựng để mở vỉa khai thác khoáng sản có ích dưới sâu như vận chuyển khoáng sản có ích và đất đá lên trên mặt đất, đưa người và thiết bị

xuống mỏ, cung cấp vật liệu năng lượng và đưa gió sạch thoát gió bẩn Nên giếng đứng trong ngành công nghiệp khai thác cần có cốt giếng - Cốt giếng cứng: bao gồm xà ngang, đường trượt ngang thanh và ngăn đường ống Cốt cứng có thể làm bằng gỗ hoặc bê tông cốt thép - Cốt mền là hệ thống cốt giếng đơn giản nhất hay còn gọi là hệ thống không xà ngang Ở đây chỉ bao gồm những sợi cáp thép đóng vai trò dẫn hướng

* Nhưng đối với giếng điều áp có chức năng điều áp, điều hòa năng lượng nước khi đóng mở cửa van nhằm làm cho áp lực dòng nước tăng giảm từ từ tránh hiện tượng sôi thủy lực làm ăn mòn cánh tubin Như vậy giếng điều áp không có chức năng trục tải nên sẽ không có cốt giếng

1.4 Thiết kế mặt cắt ngang giếng đứng.

Tùy thuộc vào điều kiện địa chất, điều kiện địa chất thủy văn, tính chất cơ lý của các lớp đất đá mà giếng đào qua, thời gian tồn tại chiều sâu và công dụng của giếng, tính chất vật liệu và kết cấu chống, thì ta có thể thiết kế giếng có các hình dạng và kích thước khác nhau

Hình 9: Hình dạng mặt cắt ngang của giếng đứng