Ứng dụng lý thuyết phân tích hệ thống tối ưu hóa khi thiết kế bố trí mặt bằng thi công các công trình thủy lợi thủy điện ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRỌNG HOAN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ THỐNG, TỐI ƯU HĨA KHI THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRỌNG HOAN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ THỐNG, TỐI ƯU HĨA KHI THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 62 - 58 - 40 - 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: NGND.GS.TS Lê Kim Truyền Hà Nội – 2010 MỤC LUC MỞ ĐẦU ………………………………… …………… …………….…………1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu Giá trị khoa học thực tiễn .4 Cấu trúc luận án Chương TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 1.1.1 Tầm quan trọng mặt công trường xây dựng (MBCTXD) tổ chức sản xuất xây dựng 1.1.2 Nội dung thiết kế bố trí mặt cơng trường xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện .10 1.1.3 Nguyên tắc thiết kế, bố trí MBCTXD cơng trình thủy lợi, thủy điện 20 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MBCTXD TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 21 1.2.1 Tình hình nghiên cứu MBCTXD giới 21 1.2.2 Tình hình nghiên cứu thiết kế MBCTXD Việt nam 28 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 43 Chương …………………………………………………………… ………………….44 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ THỐNG,TỐI ƯU HỐ VÀO THIẾT KẾ MẶT BẰNG VÀ CƠNG TÁC VẬN CHUYỂN TRÊN CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN ………… ………………………44 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ THỐNG (PTHT), TỐI ƯU HỐ ….44 2.1.1 Mục tiêu cần đạt ứng dụng PTHT, tối ưu hoá .44 2.1.2 Giới thiệu chung phương pháp phân tích hệ thống, tối ưu hoá 44 2.1.3 Các đặc điểm PTHT tối ưu hóa 46 2.1.4 Phương pháp phân tích hệ thống, tối ưu hố cơng tác vận chuyển cơng trường xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện 47 2.2 MƠ HÌNH HỐ CÁC BÀI TỐN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ XÍ NGHIỆP SẢN XUẤT PHỤ VÀ TỐI ƯU CƠNG TÁC VẬN CHUYỂN TRÊN CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN 50 2.2.1 Bài tốn tìm vị trí xí nghiệp sản xuất phụ cơng trường xây dựng .50 2.2.2 Bài tốn tìm phương án vận chuyển tối ưu MBCTXD cơng trình thủy lợi, thủy điện 61 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 Chương 68 LỰA CHỌN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ TÍNH TỐN CƯỚC PHÍ VẬN CHUYỂN TRÊN CƠNG TRƯỊNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 68 3.1 MỞ ĐẦU 68 3.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TÁC VẬN CHUUYỂN TRÊN CÔNG TRƯỜNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 69 3.2.1 Đặc điểm tự nhiên 69 3.2.2 Bố trí hạnh mục cơng trình cơng trình tạm .70 3.2.3 Đặc điểm mạng lưới giao thông công trường 70 3.2.4 Đặc điểm thời gian sử dụng khối lượng vận chuyển 71 3.3 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VẬN CHUYỂN VÀ THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN 72 3.3.1 Xác định khối lượng vật liệu vận chuyển tuyến đường công trường .72 3.3.2 Xác định thiết bị vận chuyển công trường .73 3.4 QUY HOẠCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TRÊN CÔNG TRƯỜNG 75 3.4.1 Các nguyên tắc để quy hoạch thiết kế đường vận chuyển 76 3.4.2 Xác định vị trí vận chuyển 76 3.4.3 Quy hoạch đường vận chuyển công trường 77 3.4.4 Xác định yêu cầu lực vận chuyển tuyến đường .79 3.4.5 Thiết kế hệ thống đường vận chuyển công trường xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện 80 3.5 GIÁ THÀNH VẬN CHUYỂN TUYẾN ĐƯỜNG TRÊN CÔNG TRƯỜNG 85 3.5.1 Chi phí xây dựng tuyến giao thông (Gi1) .85 3.5.2 Chi phí cho cơng tác vận chuyển (thiết bị vận chuyển) (Gi2:) 88 3.6 LỰA CHỌN TUYẾN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TRÊN CÔNG TRƯỜNG 90 3.6.1 Xây dựng hàm mục tiêu lựa chọn tuyến đường vận chuyển cơng trường 90 3.6.2 Trình tự bước lựa chọn tuyến đường vận chuyển 92 3.6.3 Nghiên cứu dạng tuyến đường thường gặp công trường 94 3.6.4 Sơ đồ hoá hệ thống đường vận chuyển MBCTXD cơng trình thủy lợi, thủy điện .97 3.7 KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP TÍNH CƯỚC PHÍ (ĐƠN GIÁ CƯỚC) VẬN CHUYỂN TRÊN CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 98 3.7.1 Quan điểm tính tốn .98 3.7.2 Tính tốn thành phần chi phí cước phí vận chuyển cơng trường 98 3.7.3 Tính tốn cước phí vận chuyển công trường 99 3.8 LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN “LỰA CHỌN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ TÍNH CƯỚC PHÍ VẬN CHUYỂN” TRÊN CƠNG TRƯỜNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN 100 3.8.1 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình C# 100 3.8.2 Lập chương trình 100 3.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG 102 Chương 103 VẬN DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ GIẢI QUYẾT NHỮNG BÀI TỐN THỰC TẾ TRÊN CƠNG TRƯỜNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT NHỮNG TIÊU CHÍ LỰA CHỌN MBCTXD 103 4.1 MỞ ĐẦU 103 4.2 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH CỬA ĐẠT – THANH HĨA 103 4.2.1 Vị trí, nhiệm vụ quy mơ cơng trình 103 4.2.2 Điều kiện tự nhiên 104 4.2.3 Những điều kiện ảnh hưởng tới việc thiết kế MBCTXD 105 4.2.4 Quy hoạch sử dụng vật liệu cát, đá, sỏi 107 4.2.5 Quy hoạch thiết kế đường giao thông 109 4.3 TÍNH TỐN LỰA CHỌN TUYẾN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN 110 4.3.1 Vị trí tuyến đường vận chuyển MBCTXD cơng trình Cửa Đạt 110 4.3.2 Xác định khối lượng vận chuyển tuyến đường 112 4.3.3 Thiết kế tuyến đường 112 4.3.4 Tính tốn lực vận chuyển tuyến đường 112 4.4 THỰC HIỆN TÍNH TỐN 112 4.4.1 Chương trình 112 4.4.2 Số liệu đầu vào 112 4.4.3 Kết tính tốn (Phụ lục 3) 116 4.4.4 Nhận xét 119 4.5 ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ SO SÁNH LỰA CHỌN MBCTXD CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 120 4.5.1 Mở đầu 120 4.5.2 Các nguyên tắc bố trí mặt cơng trường 120 4.5.3 Các tiêu đánh giá tổng mặt công trường 121 4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 127 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ TỒN TẠI 129 KẾT LUẬN 129 KIẾN NGHỊ 131 TỒN TẠI 131 CÁC TÀI LIỆU KHOA HỌC TÁC GIẢ LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC 137 PHỤ LỤC – CHƯƠNG TRÌNH PHỤ LỤC - SỐ LIỆU ĐẦU VÀO PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TỐN PHỤ LỤC - BẢN VẼ DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ CHỈ DẪN KÝ HIỆU MBCTXD Mặt công trường xây dựng MBTC Mặt thi công Gi G i1 R R PTHT Phân tích hệ thống G i11 QHTT Quy hoạch tuyến tính G i12 F Q V Hàm mục tiêu Khối lượng vận chuyển Cường độ vận chuyển Cước phí vận chuyển G i13 G i2 G cx c XD tb tđ v Đơn giá cước vận chuyển Chiều dài tuyến đường Thời gian chu kỳ vận chuyển xe Thời gian bốc xếp hàng lên xe Thời gian dỡ hàng xuống xe Vận tốc xe công trường t ch t ca m nx Thời gian ngừng chờ thay ca Thời gian ca Số chuyển xe ca Số xe tính toán ca v NL g NL q Loại xe ô tô (tải trọng) Số xe thực tế ca k vc Số ca xe Hệ số kể đến không tận dụng hết thời gian Hệ số kể đến không tận dụng hết trọng tải xe Hệ kể đến xe nằm xưởng sửa chữa, tu bảo dưỡng Thời gian vận chuyển (ca) Số ca xe định mức k tạm c C L t ck R R R R R R Nx R N cx R k x1 R k x2 R k x3 R T T ca R R R R R R z ij R R GX G TL R R Đ KH Đ SC ĐK R R R R R L LX G CT R R R G vc R Giá thành vận chuyển Chí phí xây dựng tuyến giao thơng Chi phí xây dựng đường vận chuyển Chi phí tu bảo dưỡng đường Chi phí khác đường Chi phí cơng tác vận chuyển Chi phí ca xe Khối lượng công tác xây lắp thứ j thuộc tuyến đường thứ i Đơn giá xây dựng Giá nguyên thủy xe ô tô Giá lý xe ô tô Định mức khấu hao Định mức sửa chữa Định mức chi phí khác xe ơtơ Khối lượng nhiên liệu Đơn giá nhiên liệu Lương tháng lái xe Chi phí xây dựng cơng trình Hệ số chi phí vận chuyển Chi phí vận chuyển G dd Hệ số chi phí cơng trình tạm Chi phí xây dựng cơng trình tạm Hệ số chi phí cơng trình dẫn dịng Chi phí cơng trình dẫn dịng k slmb Hệ số san lấp mặt R G tạm R k dd R R R G slmb Chi phí san lấp mặt R DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Mặt cơng trường xây dựng cơng trình Cửa Đạt .36 Hình 1.2 Mặt cơng trường xây dựng thuỷ điện Son La 37 Hình 2.1: Sơ đồ vận chuyển tổng quát công trường 52 Hình 2.2: Đồ thị hướng Građient .55 Hình 2.3: Đồ thị miền xác định điểm cấp tối ưu 56 Hình 2.4: Lưới vng miền xác định điểm cấp tối ưu 57 Hình 2.5: Sơ đồ vận chuyển từ điểm cấp đến nhiều điểm nhận .62 Hình 2.6: Sơ đồ vận chuyển từ điểm cấp đến điểm nhận 63 Hình 2.7: Sơ đồ vận chuyển từ số điểm cấp đến số điểm nhận 64 Hình 3.1: Sơ đồ tuyến đường vận chuyển cơng trường 78 Hình 3.2: Sơ đồ vận chuyển từ điểm cấp đến điểm nhận 90 Hình 3.3: Sơ đồ trình tự thực lựa chọn tuyến đường vận chuyển .93 Hình 3.4: Các dạng tuyến đường vận chuyển công trường 96 Hình 3.5: Sơ đồ hóa hệ thống đường vận chuyển cơng trường 97 Hình 3.6: Sơ đồ tính Lựa chọn tuyến đường tính cước phi vận chuyển 101 Hình 4.1: Sơ đồ hóa hệ thống đường vận chuyển phương án A 113 Hình 4.2: Sơ đồ hóa hệ thống đường vận chuyển phương án B 114 Hình 4.3: Sơ đồ hóa hệ thống đường vận chuyển phương án C 115 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng thống kê số cơng trình thủy lợi, thủy điện giới 24 Bảng 1.2: Bảng thống kê cơng trình xây dựng Việt Nam 32 Bảng 4.1: Bảng thống kê quy mô bãi thải trữ đất đá đào móng 107 Bảng 4.2: Bảng quy hoạch nguồn vật liệu 108 Bảng 4.3: Quy hoạch vị trí tuyến giao thơng công trường Cửa Đạt .111 Bảng 4.4: Kết phương án có A(I) .116 Bảng 4.5: Phương án chọn tuyến phương án A .117 Bảng 4.6: Phương án chọn tuyến phương án B 117 Bảng 4.7: Phương án chọn tuyến phương án C .118 Bảng 4.8: Bảng so sánh kết phương án 118 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện nước ta từ trước tới thời gian tới yêu cầu cấp thiết ngành xây dựng góp phần đáng kể thúc đẩy cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Những năm gần Chính phủ Bộ, Ngành phê duyệt nhiều dự án xây dựng thủy lợi, thủy điện với quy mô lớn, thu hút lượng vốn đầu tư lớn từ nguồn ngân sách nhà nước là: Hồ chứa nước Định Bình Bình Định, thủy điện Na Hang Tuyên Quang, Hồ chứa nước Cửa Đạt Thanh Hóa, Hà Động Quảng Ninh, thủy điện Sơn La, thủy điện Huội Quảng Sơn La, thủy điện Bản Chát Lai Châu, Đại Ninh Bình Thuận nhiều cơng trình khác Các dự án xây dựng thủy lợi, thủy điện với quy mơ lớn cơng tác vận chuyển nhiều, việc thiết kế bố trí mặt công trường xây dựng (MBCTXD) cần phải quan tâm mà đặc biệt hệ thống đường vận chuyển công trường nhằm phục vụ cho sản xuất cơng trường đáp ứng mục tiêu: cơng trình hồn thành tiến độ, chất lượng cao, an toàn giá thành thấp Tổ chức thi cơng cơng trình thủy lợi, thủy điện có đặc điểm riêng: - Khối lượng cơng trình lớn, nhiều hạng mục nên khối lượng vận chuyển cơng trường lớn như: cơng trình Cửa Đạt - Thanh Hóa, thuỷ điện Sơn La, Đại Ninh - Bình Thuận có khối lượng vận chuyển đất, đá bê tơng 20 triệu m3, chi phí cho cơng tác vận chuyển chiếm tỷ trọng cao P P tổng chi phí xây dựng cơng trình; - Thời gian thi cơng kéo dài, thường đến năm có đến 10 năm Tiến độ thi công bị khống chế theo năm xây dựng; - Phạm vi hoạt động rộng, nhiều đối tượng tham gia vào q trình thi cơng cơng trường; - Chịu chi phối trực tiếp điều kiện tự nhiên như: địa hình, địa chất, địa chất thuỷ văn, thủy văn khí tượng thủy văn; 122 thiết kế; Chưa trọng mức lập hồ sơ thiết kế ý đến lập hồ sơ mà chưa đầu tư nghiên cứu kỹ Người xét duyệt chưa có sở khoa học để đánh giá lựa chọn phương án bố trí MBCTXD Để có sở đánh giá, lựa chọn MBCTXD cần phải nghiên cứu đề xuất tiêu kính tế kỹ thuật cách khoa học Một hồ sơ thiết kế MBCTXD coi hợp pháp có tính khả thi cao, tổ chức có tư cách pháp nhân lập theo quy định, tiêu chuẩn hành, thẩm định cấp có thẩm quyền phê duyệt Khi xem xét đánh giá phương án thiết kế MBCTXD cần phải phải xem xét mặt sau: + Đánh giá kỹ thuậ; + Đánh giá kinh tế; + Đánh giá an tồn cơng trình an tồn lao động, vệ sinh môi trường; + Đánh giá quy hoạch, kiến trúc khả thực phương án; Đó nhóm tiêu cần phải phân tích dánh giá cách tồn diện cụ thể cơng trường xây dựng xem xét lựa chọn MBCTXD 4.5.3.1 Nhóm tiêu kỹ thuật MBCTXD hợp lý mặt kỹ thuật, đáp ứng mục tiêu đề q trình xây dựng cơng trình thể mặt sau: a) Đáp ứng cường độ thi công khống chế bảo đảm chất lượng sản phẩm Thi cơng cơng trình thủy lợi, thủy điện, yêu cầu bảo đảm cường độ khống chế quan trọng, không đạt cường độ u cầu đơi xảy tai họa khôn lường, vỡ đập, chậm tiến độ lại hàng năm khơng thể tích nước để chạy tổ máy Bố trí vị trí xí nghiệp phụ khoảng cách, chất lượng đường xá ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Ví dụ: Để bê tông không bị phân cỡ, đường vận chuyển phải phẳng, giảm số lần bốc dỡ; Để tăng khả khống chế trạm trộn bê tông không phát sinh khe lạnh đổ bê tông cần giảm chiều dài vận chuyển vữa bê tông 123 b) Bố trí xí nghiệp phụ, thuận lợi cho việc bốc xếp, tạo điều kiện cho việc giới hoá, đại hóa q trình sản xuất, phù hợp với công nghệ sản xuất sản xuất liên tục, đạt mục tiêu xây dựng cơng trình tiến độ, chất lượng cao, an toàn điều kiện c) Bố trí cơng trình tạm (đường xá, cầu cống, xí nghiệp ) thể giai đoạn dẫn dịng thi cơng, đến tiến độ xây dựng cơng trình thời hạn đưa cơng trình vào hoạt động (Thời hạn chạy máy số 1, máy nhà máy thuỷ điện, cung cấp nước tưới ) d) Khả thời gian thực phương án thiết kế MBCTXD 4.5.3.2 Nhóm tiêu kinh tế Các tiêu kinh tế thường dùng để đánh giá quan trọng để lựa chọn phương án MBCTXD, thường thể qua tiêu sau: a) So sánh chi phí vận chuyển công trường: Chỉ tiêu đề cập chi tiết chương 2,3 ứng dụng vào công trình cụ thể chương mục 4.3 bao gồm: - Chi phí làm đường, tu bảo dưỡng trì hoạt động đường; - Chi phí thiết bị vận chuyển phương án; - Tổng chi phí vận chuyển (chi phí xây dựng đường chi phí cho cơng tác vận chuyển); - Hệ số chi phí vận chuyển: so sánh tổng chi phí vận chuyển với chi phí xây dựng cơng trình n k vc = ∑ G vc G i =1 CT Trong đó: - k vc : hệ số chi phí vận chuyển so với cơng trình chính; - G vc : Chi phí vận chuyển R R R R Các tiêu chí phải đạt giá trị thấp b) So sánh khối lượng chi phí xây dựng nhà tạm (4-1) 124 - Khối lượng nhà tạm (diện tích sàn nhà tạm) - Chi phí xây dựng nhà tạm - Hệ số chi phí nhà tạm: so sánh chi phí nhà tạm với chi phí xây dựng cơng trình n k tam = ∑p G G i =1 i ( tam ) i (4-2) CT Trong đó: - k tạm : hệ số chi phí cơng trình tạm so với cơng trình chính, k tạm < bé R R R R tốt; - G (tạm)i : chi phí xây dựng cơng trình tạm thứ i để phục vụ cho xây dựng cơng R R trình chính; - P i : hệ số kể đến mức độ sử dụng cơng trình tạm cho thi cơng cơng trình R R Những hạng mục cơng trình tạm phục vụ cho xây dựng cơng trình lấy p i =100% (p i =1) Những hạng mục sử dụng cho thi cơng cơng trình R R R R sau kết thúc xây dựng cơng trình sử dụng phục vụ lâu dài cho quản lý khai thác cơng trình chuyển giao lại cho địa phương sử dụng lấy theo quy định khấu hao, p i