LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu, đến nay luận văn “ Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện” đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Với thành quả đạt được, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thức khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn. Tác giả xin cảm ơn Trung tâm nghiên cứu thủy lực đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả tham gia, thực hiện thí nghiệm mô hình thủy lực và hoàn thành luận văn. Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy TS.Nguyễn Đăng Giáp và PGS.TS.Trần Quốc Thưởng đã hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này. Cuối cùng, xin cảm tạ tấm lòng, sự hy sinh, hỗ trợ của những người thân đã động viên giúp đỡ tác giả luận văn trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn Trương Văn Đô LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Trương Văn Đô Học viên lớp: CH19C21 Đề tài luận văn cao học “ Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện” được Trường đại học Thủy lợi Hà Nội giao cho học viên Trương Văn Đô dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Đăng Giáp và PGS.TS Trần Quốc Thưởng đến nay đã hoàn thành. Tôi xin cam đoan với Khoa Công trình và Phòng Đào tạo đại học và sau đại hoc Trường đại học Thủy lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi./. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn Trương Văn Đô MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG 4 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DÒNG THI CÔNG 4 1.1.1. Dẫn dòng qua cống ngầm 4 1.1.2. Dẫn dòng qua tuy nen 5 1.1.3. Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt 7 1.2. TỔNG QUAN VỀ XẢ LŨ THI CÔNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG THI CÔNG (ĐẮP DỞ) Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 7 1.2.1. Trên thế giới 7 1.2.2. Ở Việt Nam 26 1.3. TÍNH TOÁN DẪN DÒNG 34 1.3.2. Công thức tính toán 34 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 38 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 41 2.1. LUẬT TƯƠNG TỰ CỦA MÔ HÌNH THỦY LỰC CÔNG TRÌNH 41 2.1.1. Khái niệm về tương tự cơ học 41 2.1.2. Định luật FRUT (Định luật Tương tự trọng lực) 45 2.1.3. Định luật REYNOL 48 2.2. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 52 2.2.1. Tỷ lệ mô hình 52 2.3. PHẠM VI MÔ HÌNH 53 2.4. BỐ TRÍ ĐO ĐẠC 53 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 55 2.6. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 55 2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59 3.1. KHÁI QUÁT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 59 3.2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP HỢP LÝ 60 3.2.1. Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 2.25m. 60 3.2.2. Xác định đường mặt nước dọc công trình 65 3.2.3. Xác định vận tốc dòng chảy 66 3.2.4. Chọn cao trình đỉnh đập hợp lý. 67 3.3. NGHIÊN CỨU CHIỀU DÀI BẬC 4M, CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 45M . 67 3.3.1. Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 68 3.3.2. Xác định vận tốc dòng chảy 70 3.4. KẾT QUẢ CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP VÀ CHIỀU DÀI BẬC NƯỚC 71 3.4.1. Chọn cao trình đỉnh đập 71 3.4.2. Chiều dài dòng phun trên bậc 74 3.4.3. Chọn hình thức công trình xả lũ thi công 74 3.4.4. Kết luận 75 3.4.5. Nghiên cứu chế độ thủy lực với cao trình đỉnh 45m và bậc dài 2.25m 75 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 83 3.5.1. Nhận xét chung 83 3.5.2. Những đóng góp của tác giả 84 3.5.3. Đề nghị 84 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 4.1. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 85 4.2. TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ 85 4.3. KIẾN NGHỊ 85 4.4. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP: 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lựa chọn bố trí công trình tháo trong công trình đầu mối. 13 Hình 1.2: Tính toán dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối. 15 Hình 1.3: Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ 16 Hình 1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ 17 Hình 1.5: Kết cấu gia cố và mặt cắt đập Liên Hoa vượt lũ năm 24 Hình 1.6: Sơ họa cắt dọc tuyến dẫn dòng phương án chọn 27 Hình 1.7: Cắt dọc thân đập đá đổ đắp dở 32 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình 56 Hình 2.2: Sơ đồ đo thông số thủy lực, bậc dài 2.25m 57 DANH MỤC ẢNH CHỤP Ảnh 1.1: Công trình thủy điện Tuyên Quang 28 Ảnh 1.2: Lũ chảy qua đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 29 Ảnh 1.3: Lũ chảy qua cống dẫn dòng và đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 29 Ảnh 1.4: Mô hình mặt cắt đập đá đổ dạng bậc nước nhiều cấp 32 Ảnh 1.5: Mô hình mặt cắt đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu 32 Ảnh 3.1: Mô hình mặt cắt - lòng cứng 59 Ảnh 3.2: Nước nhảy ở hạ lưu đập. 65 Ảnh 3.3: Mô hình nhìn từ hạ lưu 68 Ảnh 3.4: Mô hình mặt cắt- lòng cứng, bậc dài 4m 68 Ảnh 3.5: Dòng chảy vượt ngoài mũi bậc dài 4m, Q= 2000 m 3 /s 69 Ảnh 3.6: Mô tả đá hộc bảo vệ mặt đập 72 Ảnh 3.7: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 1000 m 3 /s, ∇45m. 78 Ảnh 3.8: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 4500 m 3 /s, ∇45m. 78 Ảnh 3.9: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇50m. 79 Ảnh 3.10: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m 3 /s, ∇50m. 79 Ảnh 3.11: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇48m. 80 Ảnh 3.12: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m 3 /s, ∇48m. 80 Ảnh 3.13: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 81 Ảnh 3.14: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 82 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng 4 Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới 6 Bảng 1.3: Phương thức dẫn dòng thi công vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và chọn tiêu chuẩn vượt lũ 20 Bảng 1.4: Thông số thủy lực của mặt đập tràn nước 23 Bảng 1.5: Thông số dẫn dòng 27 Bảng 1.6: Các thông số cơ bản 27 Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dòng thi công 31 Bảng 2.1: Tỷ lệ các đại lượng 52 Bảng 2.1a: Lưu lượng thực tế và mô hình 52 Bảng 3.1: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2,25 m của mái đập- mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 61 Bảng 3.2: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2,25 m của mái đập - mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 62 Kịch bản 2: Đập chính chịu lực là chính 62 Trường hợp 1: Cao trình đỉnh đập 48.0; mô hình lòng cứng 62 Bảng 3.3: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2.25 m của mái đập- mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 63 Bảng 3.4: Thông số nước nhảy sau đập chính 64 Bảng 3.5: Chênh lệch cột nước đầu và cuối đỉnh đập (m) 65 Bảng 3.6: Độ dốc đường mặt nước trên đỉnh đập (i) 66 Bảng 3.7: Vận tốc dòng chảy (m/s) với Q =4500 (m 3 /s) 66 Bảng 3.8: Vận tốc dòng chảy (m/s) với Q =6500 (m 3 /s) 67 Bảng 3.9: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 4 m của mái đập - mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 70 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Sau giai đoạn chặn dòng sông của những công trình thủy lợi, thủy điện lớn là giai đoạn xả lũ thi công. Sự thành bại của việc xả lũ thi công nhất là đối với các công trình đập chính là đá đổ có một ý nghĩa rất quan trọng. Trong giai đoạn phát triển hiện nay của đất nước, bên cạnh vấn đề kỹ thuật, vốn đầu tư cho công trình là một trong những tiêu chí hàng đầu để lựa chọn các giải pháp xây dựng, thi công công trình. Phương án xả lũ thi công hợp lý có liên quan mật thiết với việc thiết kế, bố trí tổng thể công trình đầu mối, hệ thống đê quai thượng, hạ lưu, tuynel dẫn dòng tạm thời, cống, tuynel thủy điện Quy mô các công trình này thường rất lớn, chi phí rất tốn kém, vấn đề xử lý kỹ thuật cũng gặp nhiều khó khăn. Ngày nay, các đập lớn, kiên cố xây dựng bằng vật liệu đá đổ, bê tông đầm lăn đang được áp dụng rộng rãi, mở ra một hướng phát triển cho giải pháp xả lũ thi công qua đập đắp dở, giúp giảm quy mô và chi phí cho công trình dẫn dòng thi công. Trong giai đoạn dẫn dòng này thường sử dụng tuynel dẫn dòng xả một phần lưu lượng lũ, lưu lượng còn lại được xả qua đập đá đổ đang đắp dở. Ở nước ta hiện nay có những công trình thủy lợi, thủy điện lớp áp dụng pgiải pháp dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đắp dở như : Công trình thủy điện Tuyên Quang (Na Hang) xả lũ thi công với lưu lượng thiết kế P5% khoảng 4400m 3 /s, công trình xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở Cửa Đạt với lưu lượng Q5% = 4500m 3 /s và sắp tới còn có nhiều công trình khác. Tuy vậy, sự hiểu biết, kinh nghiệm thiết kế cũng như các quy phạm, chỉ dẫn thiết kế về vấn đề này còn rất hạn chế cần được tiếp tục đi sâu nghiên cứu. Giữ ổn định cho đoạn đập đá đổ khi xả lũ thi công mỗi công trình dùng công nghệ khác nhau bằng các biện pháp gia cố là một vấn đề quan trọng. Do 2 đó, việc xác định các yếu tố gây mất ổn định cho đoạn đập đá đổ khi xả lũ thi công phải được làm rõ, tránh cho sự thất bại nếu gia cố không tốt, ngược lại nếu gia cố quá chắc lại gây lãng phí về vốn đầu tư. Vì vậy nghiên cứu sơ đồ giải pháp hợp lý khi dẫn dòng xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công có ý nghĩa thực tiễn và tính thời sự trong giai pđoạn nước ta đang có yêu cầu xây dựng nhiều công trình thủy lợi, thủy điện lớn, nhằm phục vụ cho dân sinh, kinh tế. Xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công thường theo 2 sơ đồ sau: • Sơ đồ 1 (kịch bản 1) Xả lũ thi công qua cống (tuynel) và đê quai thượng lưu chịu lực là chính, nghĩa là cao trình đỉnh đê quai thượng lưu cao hơn cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu. • Sơ đồ 2 (kịch bản 2) Xả lũ thi công qua cống (tuynel) và đoạn đập đá đổ đắp dở chịu lực là chính, nghĩa là cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở cao hơn cao trình đỉnh đê quai thượng lưu và đê quai hạ lưu. Luận văn nghiên cứu theo sơ đồ 2 (kịch bản 2). Để tạo phần nào giúp các nhà chuyên môn có những đánh giá xác thực và lựa chọn công nghệ dẫn dòng thi công hợp lý trong thực tế xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công, phục vụ cho xây dựng công trình thuỷ lợi, thuỷ điện” 2. Mục tiêu của Đề tài Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công (hay đắp dở). 3. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp tổng hợp phân tích công tác dẫn dòng thi công công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, các sơ đồ dẫn dòng thi công… 3 - Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết. - Sử dụng phương pháp mô hình vật lý. 4. Kết quả dự kiến đạt được - Xác định được cao trình đỉnh đập đá đổ để xả lũ thi công hợp lý. - Xác định hình thức dạng bậc nước để xả lũ với các lưu lượng xả lũ thi công khác nhau. [...]... thủy điện Tuyên Quang là công trình đá đổ bê tông bản mặt đầu tiên ở Việt Nam b) Các chỉ tiêu thi t kế chủ yếu: - Công trình: Cấp 1 - Tần suất lưu lượng lũ thi t k : 0,10% - Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: 0,02% - Tần suất lưu lượng dẫn dòng thi công: 5% c) Dẫn dòng thi công mùa lũ thủy điện Tuyên Quang: Xả lũ thi công qua cống và đê quai thượng lưu chịu lực là chính, nghĩa là cao trình đỉnh đê quai... công trình, trong đó đập đá đổ bản mặt 47 công trình, có 14 công trình là đập đá cát cuội sỏi bản mặt, đã xây với chiều cao 32m ∼ 95m, các công trình 18 đang xây dựng cao 35m ∼ 175m, trong đó về mặt dẫn dòng thi công và vượt lũ đã tích lũy nhiều kinh nghiệm Nhất là xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công b) Về phương án dẫn dòng và vượt lũ b1) Thực tiễn ở Trung Quốc đập đá đổ bản mặt thường dùng... phủ đá lòng sông cỡ lớn hình dạng sân sau chống xói Ngày 28/8/1997 lưu lượng vào hồ chỉ 400 m3/s, mực nước là 267,11m, dòng chảy từ mặt đập khe đá thấm an toàn chảy qua đập; mùa lũ 1988 thân đập ngăn nước vượt lũ 1.2.2 Ở Việt Nam Việt Nam có 2 công trình áp dụng thi công xả lũ thi công qua đập đá đổ đã thi công là Tuyên Quang và Cửa Đạt 1.2.2.1 Công trình thủy điện Tuyên Quang a) Mở đầu: Công trình thủy. .. bố trí công trình tháo trong công trình đầu mối 1-Đường hầm thi công tháo lũ; 1’- đường hầm thi công tháo nước mùa kiệt; 2 -Công trình tháo bên bờ (dốc nước); 3- công trình tháo lòng sông (có lỗ xả đáy); 4- đập đá đổ xây dở; 5- đập đã xây xong Khi thi t kế đập trên các sông có lũ lớn, kích thước của các đường hầm thi công tạm thời nhiều khi lớn đến mức cần phải xem xét phương án bố trí công trình tháo... pháp xả nước qua thân đập còn thấp để vượt lũ; rút ngắn thời gian thi công hạ thấp giá thành b2) Thân đập là đập đá đổ bản mặt, xả lũ qua có hai hình thức + Một loại là ngăn nước vượt lũ, thì thân đập đá đổ sau khi ngăn sông trước mùa lũ năm thứ nhất (chỉ lũ lớn), thì tranh thủ đắp đến cao trình thi t kế ngăn nước vượt lũ (đập đá đổ đa phần đắp theo mặt cắt kinh tế), dùng tuynen dẫn dòng xả lũ thi công. .. thấm khi xả lũ qua đập đá đổ với độ rỗng nhỏ Về phương diện kết cấu có thể dùng các loại sau đây: - Đá hộc đường kính lớn - Rọ đá có thép néo vào thân đập - Tấm bê tông cốt thép có đục lỗ thoát nước Dưới đây nêu kết quả nghiên cứu, ứng dụng xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công ở thế giới 1.2.1.1 Phần lan Ở Phần Lan đã xây dựng đập bằng đất đá, cao 15m nằm trên thượng lưu sông Kemb Phần tràn của đập. .. qua được nêu ra và áp dụng Kinh nghiệm thi t kế, thí nghiệm và xây dựng đập đá đổ đã khẳng định khả năng cho phép nước tràn qua đập đang thi công Tuy vậy phương pháp tháo nước thi công qua đập đá đổ xây dựng dở tương đối mới và chưa được đề cập nhiều Vấn đề về tốc độ xói cho phép do dòng mặt gây ra khi nước tràn qua đập đá đổ chưa được nêu lên một cách đầy đủ Những công thức hiện có tính toán chưa đầy... của đá, γ da =2.6-2.7 tấn/m3 γ n – Dung trọng của nước, γ n =1 tấn/m3 b) Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập đá đổ đang xây dựng ở Liên Xô b1) Mở đầu Khi thi t kế các đập cao tại các tuyến hẹp (hình 1), cần tính đến khả năng bố trí đường hầm 1 trong bờ đá nhằm dẫn nước đi tránh công trình đang xây dở Khi chưa hoàn thành xây dựng các đường hầm này (với mục đích tháo nước mùa kiệt và mùa lũ trong quá trình. .. lại trên mặt đập (bê tông hoặc đập đá đổ) đang thi công 1.1.3.1 Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp Đây là phương pháp được dùng rất phổ biến khi thi công các công trình vừa và nhỏ Đầu tiên, vào mùa khô, đắp đê quai thượng lưu, đê quai dọc và đê quai hạ lưu để thi công một phần công trình chính và công trình dẫn dòng cho đợt 2 (tất cả được gọi là công trình đợt 1) Mùa lũ dòng chảy được dẫn qua phần lòng... như công trình Chu Thụ Kiều tỉnh Hồ Nam, Hoa Sơn ở Quảng Đông và đập Đông Tân ở Giang Tây… + Loại thứ hai là xả nước qua đập để vượt lũ đập đá đổ sau khi chặn dòng mùa lũ năm thứ nhất, thân đập đá đổ thấp sau khi dùng biện pháp bảo vệ chống xói, thì do phần đỉnh đập đá đổ và tuynen dẫn dòng kết hợp tháo nước vượt lũ ; mùa lũ năm thứ hai lại dùng thân đập đá đổ sau khi đắp dâng cao để ngăn nước vượt lũ, . liệu và nghiên cứu, đến nay luận văn “ Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện đã hoàn thành và đáp ứng. cao học “ Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện được Trường đại học Thủy lợi Hà Nội giao cho học viên. Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công, phục vụ cho xây dựng công trình thuỷ lợi, thuỷ điện 2. Mục tiêu của Đề tài Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình khi