Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng đường hầm thủy công tại Lào Cai

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng trong đường hầm thủy công bằng phương pháp phần tử hữu hạn tại Nậm Toóng, Lào Cai.

• Tác giả: Tống Xuân Phương
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu ứng suất biến dạng trong đường hầm thủy công bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG HẦM THỦY CÔNG
• 1.1. Tình hình xây dựng đường hầm thủy công tại Việt Nam
• 1.2. Điều kiện làm việc của đường hầm thủy công. Phạm vi nghiên cứu của luận văn
• 1.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM THỦY CÔNG
• 2.1. Phương pháp giải tích
• 2.2. Phương pháp cơ học kết cấu
• 2.3. Phương pháp cơ học vật rắn biến dạng
• 2.4. Phương pháp số
• 2.4.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.4.2. Phương pháp phần tử biên
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 3.1. Nguyên tắc và trình tự giải bài toán kết cấu đường hầm theo phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.2. Lựa chọn các hàm nội suy
• 3.3. Xác định tính chất của các phần tử
• 3.4. Lắp ráp hệ các phần tử
• 3.5. Giải hệ phương trình
• 3.6. Các dạng tính toán bổ sung
• 3.7. Xác định ma trận độ cứng của phần tử vỏ
• 3.8. Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.9. Giới thiệu phần mềm SAP2000
• 3.10. Tính năng của phần mềm SAP2000
• 3.11. Cách tính toán kết cấu đường hầm với SAP2000
• 3.12. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐƯỜNG HẦM DỰ ÁN THỦY ĐIỆN NAM TOÓNG
• 4.1. Giới thiệu công trình
• 4.2. Các thông số tính toán trạng thái ứng suất biến dạng, các trường hợp tính toán và sơ đồ tính
• 4.3. Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng đường hầm thủy công thủy điện Nam Toóng
• 4.4. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Đường hầm thủy công là một phần quan trọng trong hệ thống thủy điện, đóng vai trò quyết định trong việc dẫn nước từ nguồn đến nhà máy phát điện. Theo báo cáo của Viện Năng lượng, thủy điện cung cấp khoảng 40% điện năng cho Việt Nam, cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và phát triển các công trình này. Việc xây dựng đường hầm thủy công không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất phát điện mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Thực tế cho thấy, nhiều công trình thủy điện hiện nay chưa khai thác hết tiềm năng của nguồn nước, do đó việc nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong đường hầm là cần thiết để cải thiện thiết kế và thi công, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước.

1.1. Nhu cầu nghiên cứu

Việc nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong đường hầm thủy công giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền và ổn định của công trình. Các số liệu thu thập được từ các công trình thực tế sẽ cung cấp thông tin quý giá để điều chỉnh thiết kế, từ đó giảm thiểu rủi ro và tổn thất trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán sẽ giúp dự đoán chính xác hơn các tình huống có thể xảy ra trong thực tế, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

II. Các phương pháp tính toán kết cấu đường hầm thủy công

Trong nghiên cứu này, các phương pháp tính toán được chia thành hai nhóm chính: phương pháp giải tích và phương pháp số. Phương pháp giải tích thường được sử dụng cho các bài toán đơn giản, trong khi đó, phương pháp số, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn, cho phép giải quyết các bài toán phức tạp hơn với nhiều điều kiện biên khác nhau. Phương pháp này giúp mô hình hóa chính xác trạng thái ứng suất và biến dạng trong các kết cấu, từ đó đưa ra những dự đoán về hành vi của chúng dưới tác động của tải trọng. Việc sử dụng phần mềm như SAP2000 để thực hiện các tính toán này cũng mang lại lợi ích lớn trong việc phân tích và đánh giá kết quả.

2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất hiện nay trong phân tích kết cấu. Bằng cách chia nhỏ cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn, phương pháp này cho phép tính toán ứng suất và biến dạng một cách chi tiết và chính xác. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình thủy công, nơi mà áp lực nước và tải trọng đất đá có thể thay đổi liên tục. Phân tích kết quả từ phương pháp này không chỉ giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế mà còn cung cấp thông tin để cải thiện quy trình thi công và bảo trì công trình.

III. Ứng dụng tính toán cho đường hầm thủy điện Nam Toóng

Dự án thủy điện Nam Toóng tại tỉnh Lào Cai là một trong những công trình tiêu biểu được nghiên cứu trong luận văn. Đường hầm dẫn nước của dự án có chiều dài khoảng 4500m và cột nước lớn nhất hơn 418m. Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán ứng suất và biến dạng trong đường hầm này đã cho thấy rõ ràng các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền và ổn định của công trình. Kết quả tính toán cho thấy rằng, nếu không có các biện pháp gia cố hợp lý, đường hầm có thể gặp phải những vấn đề nghiêm trọng trong quá trình vận hành.

3.1. Phân tích kết quả tính toán

Kết quả tính toán từ phương pháp phần tử hữu hạn đã chỉ ra rằng, các ứng suất trong đường hầm thủy điện Nam Toóng có sự phân bố không đều, phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của đường hầm. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế chính xác và lựa chọn vật liệu phù hợp. Các thông số như áp lực nước, tải trọng đất đá cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn cho công trình. Việc so sánh kết quả tính toán với hồ sơ thiết kế cũng giúp đánh giá tính hợp lý và hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo năm 2011 của Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, thủy điện đóng góp khoảng 40% tổng sản lượng điện năng tại Việt Nam, với tổng công suất lắp đặt khoảng 27.000 MW. Trong đó, thủy điện vừa và nhỏ (công suất dưới 30 MW) đã phát lên lưới điện quốc gia khoảng 190 nhà máy với tổng công suất khoảng 1.500 MW, còn các nhà máy thủy điện lớn chiếm tổng công suất 11.600 MW, là nguồn điện chủ đạo đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Việt Nam có tiềm năng thủy điện lớn với diện tích tự nhiên 329.200 km², trong đó 34% là rừng và đồi núi, cùng hơn 2.360 sông suối có chiều dài từ 10 km trở lên. Tuy nhiên, công suất thủy điện hiện tại mới chỉ khai thác khoảng 50% tiềm năng, đặc biệt thủy điện vừa và nhỏ mới đạt khoảng 20%.

Đường hầm thủy công là công trình quan trọng trong các nhà máy thủy điện, chịu tác động phức tạp của áp lực nước và đất đá. Việc nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đường hầm thủy công giúp đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu quả vận hành công trình. Luận văn tập trung nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng đường hầm thủy công bằng phương pháp phần tử hữu hạn, áp dụng cho đường hầm thủy điện Nậm Toóng, tỉnh Lào Cai. Công trình có chiều dài đường hầm khoảng 4.500 m, cột nước lớn nhất hơn 418 m, lưu lượng thiết kế 10,2 m³/s, công suất lắp máy 30 MW.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định nội lực, phân bố ứng suất và biến dạng trong kết cấu đường hầm thủy công, từ đó đánh giá khả năng chịu lực và đề xuất giải pháp gia cố phù hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai trường hợp tính toán ứng suất biến dạng tại mặt cắt đường hầm đi qua khu vực địa chất bất lợi nhất (đứt gãy bậc IV), bao gồm giai đoạn thi công và vận hành. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc nâng cao độ bền, độ ổn định và hiệu quả khai thác các công trình thủy điện tại vùng núi phía Bắc Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn sử dụng hai khung lý thuyết chính để phân tích kết cấu đường hầm thủy công:

1. Lý thuyết cơ học kết cấu: Bao gồm các phương pháp tính toán vòm thấp, vòm cao và vòm khép kín để xác định nội lực, mô men, lực hướng trục và ứng suất trong các phần tử kết cấu. Các khái niệm chính gồm chuyển vị chân vòm, lực kháng đàn hồi của đá núi, lực ma sát giữa đá và lớp lót, cũng như phân bố áp lực nước và đất đá tác động lên kết cấu.

2. Lý thuyết cơ học vật rắn biến dạng: Áp dụng các giải pháp của lý thuyết đàn hồi và biến dạng để mô tả ứng suất và biến dạng trong lớp lót đường hầm, đặc biệt là quanh các lỗ khoét hình tròn hoặc phức tạp. Phương pháp này dựa trên các công thức giải tích như công thức B. Galerkin và nguyên lý thể năng cực tiểu để xác định phân bố ứng suất và chuyển vị.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: ứng suất dư, biến dạng đàn hồi, ma trận độ cứng phần tử vỏ, hệ số Poisson, mô đun đàn hồi, áp lực thủy tĩnh, và các dạng phần tử hữu hạn (phần tử thanh, phần tử tấm vỏ, phần tử ba chiều).

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) để mô hình hóa và phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của đường hầm thủy công. Phương pháp này cho phép chia miền tính toán thành các phần tử nhỏ, mô phỏng chính xác các điều kiện biên, vật liệu và tải trọng phức tạp.

• Nguồn dữ liệu: Thu thập các thông số kỹ thuật của nhà máy thủy điện Nậm Toóng (cột nước, lưu lượng, công suất), dữ liệu địa hình, địa chất (kết quả khoan thăm dò, báo cáo địa chất công trình), và các tài liệu thiết kế kỹ thuật.

• Phần mềm sử dụng: SAP2000 phiên bản V14, một công cụ mạnh mẽ trong phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn, hỗ trợ mô hình hóa đa dạng kết cấu, vật liệu và tải trọng.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình kết cấu đường hầm với lưới phần tử phù hợp, khai báo vật liệu, điều kiện biên, tải trọng (áp lực nước, áp lực đất đá, trọng lượng bản thân). Thực hiện phân tích tĩnh để xác định ứng suất, biến dạng và nội lực tại các mặt cắt quan trọng.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình số học được chia thành hàng nghìn phần tử nhỏ để đảm bảo độ chính xác cao. Các mặt cắt được chọn tại khu vực địa chất bất lợi nhất để phân tích chi tiết.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu và xây dựng mô hình (3 tháng), phân tích và đánh giá kết quả (4 tháng), so sánh với hồ sơ thiết kế và đề xuất giải pháp (2 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân bố ứng suất trong lớp lót đường hầm: Kết quả phân tích cho thấy ứng suất lớn nhất tập trung tại các vị trí tiếp giáp với đứt gãy bậc IV, với giá trị ứng suất dọc trục đạt khoảng 12 MPa, vượt nhẹ so với thiết kế ban đầu (khoảng 10 MPa). Ứng suất ngang và mô men uốn cũng tăng cao tại các điểm này, chiếm khoảng 70% giá trị ứng suất dọc trục.

2. Biến dạng đường hầm: Biến dạng lớn nhất xuất hiện tại vòm trên và tường bên, với độ biến dạng dọc trục khoảng 0,5 mm/m, cao hơn 20% so với vùng địa chất ổn định. Biến dạng ngang và xoắn cũng được ghi nhận nhưng ở mức thấp hơn, dưới 0,3 mm/m.

3. Ảnh hưởng của áp lực nước và đất đá: Trong giai đoạn vận hành, áp lực thủy tĩnh bên trong đường hầm chiếm khoảng 60% tổng tải trọng tác dụng lên kết cấu, trong khi áp lực đất đá chiếm 40%. Áp lực nước làm tăng ứng suất kéo tại các vị trí tiếp xúc giữa lớp lót và đá nền, đòi hỏi gia cố đặc biệt.

4. So sánh với hồ sơ thiết kế: Kết quả tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy sự chênh lệch ứng suất và biến dạng so với thiết kế trong khoảng 10-15%, nằm trong giới hạn an toàn cho phép. Điều này khẳng định tính khả thi và độ tin cậy của phương pháp nghiên cứu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng ứng suất và biến dạng tại khu vực đứt gãy là do điều kiện địa chất không đồng nhất, áp lực nước thủy tĩnh cao và tải trọng đất đá phức tạp. So với các nghiên cứu trước đây về đường hầm thủy công tại các nhà máy thủy điện khác, kết quả này tương đồng về xu hướng phân bố ứng suất nhưng có giá trị lớn hơn do đặc thù địa chất vùng núi Tây Bắc.

Việc sử dụng phần mềm SAP2000 và phương pháp phần tử hữu hạn đã giúp mô phỏng chính xác các điều kiện làm việc thực tế, cho phép đánh giá chi tiết nội lực và biến dạng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố ứng suất dọc theo mặt cắt, bảng so sánh ứng suất thiết kế và thực tế, cũng như đồ thị biến dạng theo chiều dài đường hầm.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và gia cố đường hầm thủy công, giúp nâng cao độ bền, ổn định và tuổi thọ công trình, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường gia cố khu vực đứt gãy: Áp dụng biện pháp gia cố bằng bê tông cốt thép có cường độ cao tại các vị trí có ứng suất vượt ngưỡng, nhằm giảm biến dạng và tăng khả năng chịu lực. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do chủ đầu tư phối hợp với đơn vị thi công.

2. Lắp đặt hệ thống giám sát ứng suất và biến dạng tự động: Sử dụng cảm biến áp suất và biến dạng để theo dõi liên tục trạng thái kết cấu đường hầm, phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường. Mục tiêu giảm thiểu rủi ro vận hành, triển khai trong 12 tháng, do đơn vị quản lý vận hành thực hiện.

3. Cập nhật và tối ưu hóa mô hình tính toán: Nâng cấp mô hình phần tử hữu hạn với dữ liệu địa chất mới nhất và các điều kiện tải trọng thực tế, nhằm nâng cao độ chính xác phân tích. Thời gian nghiên cứu bổ sung 3 tháng, do nhóm nghiên cứu kỹ thuật đảm nhiệm.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về phân tích kết cấu và sử dụng phần mềm SAP2000, giúp cán bộ vận hành hiểu rõ hơn về trạng thái kết cấu và xử lý kịp thời các tình huống. Thời gian đào tạo 2 tháng, do nhà trường và đơn vị tư vấn phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy điện: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán ứng suất - biến dạng đường hầm thủy công, hỗ trợ lựa chọn kết cấu và vật liệu phù hợp.

2. Chuyên gia quản lý vận hành nhà máy thủy điện: Giúp hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền và ổn định của đường hầm, từ đó xây dựng kế hoạch bảo trì và giám sát hiệu quả.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng thủy lợi, thủy điện: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích kết cấu phức tạp, đồng thời cập nhật kiến thức về công nghệ phần mềm SAP2000.

4. Chủ đầu tư và đơn vị thi công công trình thủy điện: Hỗ trợ đánh giá rủi ro kỹ thuật, lập kế hoạch thi công và gia cố hợp lý, đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phần tử hữu hạn có ưu điểm gì trong nghiên cứu đường hầm thủy công?
   Phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô hình hóa chi tiết kết cấu phức tạp, xử lý các điều kiện biên và tải trọng đa dạng, từ đó cho kết quả phân tích chính xác hơn so với phương pháp giải tích truyền thống. Ví dụ, trong luận văn, SAP2000 đã giúp xác định chính xác ứng suất và biến dạng tại các vị trí địa chất bất lợi.

2. Tại sao cần nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của đường hầm thủy công?
   Việc nghiên cứu giúp đảm bảo kết cấu đường hầm chịu được áp lực nước và đất đá trong quá trình vận hành, tránh nguy cơ hư hỏng, sụt lún hoặc vỡ kết cấu, từ đó nâng cao độ an toàn và tuổi thọ công trình.

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến trạng thái ứng suất trong đường hầm?
   Áp lực thủy tĩnh bên trong đường hầm, áp lực đất đá xung quanh, điều kiện địa chất (như đứt gãy, đá yếu), và tải trọng trọng lượng bản thân là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng suất và biến dạng.

4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các công trình thủy điện khác không?
   Có, phương pháp và kết quả phân tích có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các công trình thủy điện có điều kiện địa chất và thiết kế tương tự, giúp nâng cao hiệu quả thiết kế và vận hành.

5. Làm thế nào để kiểm tra độ chính xác của mô hình phần tử hữu hạn?
   Độ chính xác được kiểm tra bằng cách so sánh kết quả tính toán với dữ liệu thực tế, hồ sơ thiết kế và các phương pháp tính toán khác. Trong luận văn, sự chênh lệch dưới 15% được coi là chấp nhận được và đảm bảo độ tin cậy.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công trạng thái ứng suất - biến dạng đường hầm thủy công nhà máy thủy điện Nậm Toóng bằng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm SAP2000.
• Kết quả phân tích cho thấy ứng suất và biến dạng tập trung tại khu vực địa chất bất lợi, vượt nhẹ so với thiết kế nhưng vẫn trong giới hạn an toàn.
• Phương pháp phần tử hữu hạn được khẳng định là công cụ hiệu quả, chính xác trong phân tích kết cấu phức tạp của đường hầm thủy công.
• Đề xuất các giải pháp gia cố, giám sát và đào tạo nhằm nâng cao độ bền và ổn định công trình trong quá trình vận hành.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp kỹ thuật, cập nhật mô hình tính toán và mở rộng nghiên cứu cho các công trình thủy điện khác.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị liên quan nên áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa thiết kế và vận hành đường hầm thủy công, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao độ chính xác và hiệu quả của phương pháp phần tử hữu hạn trong lĩnh vực thủy điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về xây dựng đường him thủy công, 1. Tinh hình xây đựng đường hằm thủy công ở Việt Nam: 1. Điều kiện làm việc của đường him thủy công Phạm vi nghiên cứu của luận văn. Kết luận Chương L Chương 2: Các phương pháp tính toán kết cấu đường him thủy công 2.

Phương pháp giải tích, 2.2, Phương pháp sé.3, Kết luận Chương 2. Chương 3: Lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 34. G hiệu chung về phương pháp phần từ hữu hạn 3. Giới thiệu phần mềm áp dung tinh toán rong luận văn: Sap 2000.

3⁄4, Kết luận Chương 3. Chương 4: Ap dụng tính toán đường him thấy Nậm Tosng 4.1, Giới thiệu công trình. Các thông số tỉnh toán trạng thi ứng suắt biển dang, sơ đồ tính 4.3, Nghiên cứu trang thải ứng suất biến dạng đường him thủy công thủy điện Nam Toông 4. Kết luận Chương 4.

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 1, Các kết quả đạt được của Luận văn 3. Một số vẫn đề tổn tại 3. Kiến nghị “Tài liệu tham khảo. Phy lực tính toán CHUONG 1.

TONG QUAN VE DUONG HAM THỦY CÔNG 1. Tình hình xây dựng đường hằm thủy công tại Việt Nam Từ lâu, trước Công Nguyên ở Babilon, Ai Cập, Hy Lạp , La Mã các công trình ngằm đã được sử dụng với nhiễu mục đ fh khác nhau: khai khoảng, ấp nước, giao thông, lãng mộ, nhà thờ. Một số công trình còn được gi nguyên cho đến ngày nay. Công trình ngằm được coi là lâu đời nhất trên thé giới là đường him xuyên qua sông Eupharate ở thành phổ Babilon được xây dựng vào khoảng năm 2150 trước Công Nguyên.

Vào những năm 700 trước công nguyên một đường dẫn nước đã được xây dựng ở dio Samosaite - Hy Lạp. Hầu hết các đường sổ xưa được xây đụng trên nén đá cứng, có dạng vom như cúc hang động tự nhiên, không cần vỏ chống đỡ. Thi công bằng công cụ thô sơ như xà beng, chdong và phương pháp nhiệt dom giản: đốt nóng gương him, sau đó làm lạnh him bằng nước, Vào cuỗi thời Trung Cổ phương pháp thi công đã được tiến bộ. hơn bằng khoan tay và thuốc nd.

Việc phát minh ra thuốc nỗ Dinamite (1866) cùng với việc áp dụng máy khoan đập xoay đã tạo nên bước ngoặt cho xây dựng sông trình ngằm cũng như xây dựng các đường him thủy công. Vật liga vỏ him chủ yếu là đã hộc vữa vôi hoặc vữa xi măng. Mãi đến những năm 70 cửa th ki 20 bê tông mới trở thành vật iệu chủ yêu trong xây dựng công trình ngim, “rên thé giới tính đến thập kỉ 70 những nhà máy thủy điện có đường him dẫn nước có thé ké đến hàng nghìn, chỉ tính riêng Liên Xô đã xây dựng hơn 30 nhà máy thay điện. Tổng chiễu dai các đường him thủy công đã xây dựng ở Liên Xô tính đến thời kì đó trên 170km, 6 Việt Nam đường him thủy công được ứng dung rộng rồi trong các công trình thủy điện, thủy lợi.

Đường him thủy công sử dụng trong trường hợp địa hình thay đổi nhiễu, địa chất thuận lợi cho việc đảo him, Can cứ vào chế độ thủy lực bên trong đường him mà chúng cổ thé phân thành ha loại cơ ban: đường him dẫn nước không áp và đường him dẫn nước có áp. Đường him không ấp được {img dụng trong các trường hợp khi mục nước trong chúng ít thay đổi. Khi lựa chọn tuyển đường him phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công. Về mat kinh tế, yêu cầu tuyển đường him phải ngắn nhất “rong thực té, do điều kign địa hình, địa chất và điều kiện thi công.

tuyển đường him có thể có dạng gly khúc, các đoạn nối với nhau được lượn cong với bản kính không nhỏ hơn 5 lẫn chiều rộng tiết điện của chúng và góc ngoặt không vượt quả 60”. Tuyến đường him dẫn nước thủ điện có thể dã tới hàng chục ki- lô-mét Hình đạng tết diện đường hằm phụ thuộc vào chế độ thủ lực trong ó. điều kiện địa hình, địa chất và chế độ thủy công, Đường hầm dẫn nước không áp: cô nhiều it điện khác nhau tùy theo điều kiện địa ct mã tuyển di qua. Đường him dẫn nước có tỷ lệ ỉ cao h và chiều tông b khoảng heb =1:1,5, néu mực nước trong đường him dao động nhi thì số này cố thé lấy ln, kích thước cña nó phải đảm bảo chế độ chủy không áp trong mọi điều kiện kể cá các chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện.

Khí đường hằm xuyên qua ving địa chit là đã rin chắc có thể sử dụng tiết điện hình chữ nhật day bằng, trin vim. Khi địa chất không rin chắc lắm, áp lực đất theo phương đứng không lớn và không có áp lục hông của đt lên vỏ him thi có thể sử dụng tiết điện với tn là nữa hình tồn vs Hình 1. Đường hằm không áp đặt ở đầu tuyển năng lượng "Đường him dẫn nước có áp: vé nguyễn tắc thường có tt điện hình trên. VO ‘ea nó có khả năng chịu ấp lực từ các phía, về thủy lực nó có nhiều ưu điểm.

hơn so với các dang it điện khác, Ngoài a, khi sử dụng it điện trên, khối lượng công tác đảo và bêtông v6 him cũng ít hon so với các tiết diện khác. Đối với đường him có áp có chitu di lớn, kích thước tết diện và vị tr đường him cin phải chọn sao cho ấp su bên trong nó không nhỏ hơn 0,02Mpa, Kích thước tối thiểu của đường him phải đảm bảo điều. ign an toàn thi công b> I,#m. Đường him áp lực dẫn vào nhà máy thủy diện 6 Vigt Nam, trong thời gian gin đây đã xây đựng một số đường him thủy công có quy mô nhỏ đến vừa như: đường him dẫn nước thuộc trạm bơm Nghỉ Xuân.

Hiện tại có nhiều công trình thủy lợi, thủy điện đang thiết kế và xây dựng đường him thủy công như: Dự ấn Nhà máy thủy điện Nam Toóng được xây dựng tại Huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai, Dường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Nậm Toóng: ham ngang từ Cửa. nhận nước đến Nhà máy đài 4. Tiết diện him BxH = 3x3,5 m trong đồ chiều cao tường 2 m, chiều cao vom 1,5 m, bán kính vòm R = 1,5 m. Dự án Nhà máy thủy điện A Lin BI được xây dựng tại huyện Phong Đi và A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế.

Đường him dẫn nước nhà máy thủy điện A Lin BI có chiều dải 4.500m tiết điện ham, BxH = 4,1 m x 4,7 m trong đó chiều cao tường 2,65 m, chiều cao vom 2,05 m, bán kính vòm R = 2,05m 10 Hình 1-4 Hình ảnh đường him nhà máy Thùy điện A Lin - Huế Dự án nhà máy thủy điện sông Tranh 2 được xây dựng trên sông Tranh, thuộc. bậc thang hệ thẳng Sông Vu Gia - Thu Bên nằm trên địa bản huyện Bắc Tri My, tinh Quảng Nam. Đường him dẫn nước nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 có chiều dai 1.700m tiết điện ham, BxH = 6,8 m x 9,9 m. Dv án thủy điện Sông Bung 2 được xây dựng tại Huyện Nam Giang, tinh Quảng Nam, Him ngang dẫn dòng dai 389,9m, Tiết diện him BxH = 14 m x 14.8 m trong độ chiễu cao tường 7.

Hình ảnh đường him nhà máy thùy điện Sông Bung 2 Dự án nhà máy thủy điện Hui Quảng được xây đựng ti huyện Mường La, tỉnh Son La, Đường him din nước nhà máy thủy điện Huội Quảng có chiều di diện himBxH =9 mx 99m 12 Ngoài ra còn nhiều công trình khác sử dụng đường him thủy công.2, Điều kiện ầm việc của đường hằm thủy công Hiện nay chưa có một định nghĩa chính thức về đường him, Nhìn chung, đường. hầm là loại công trình dưới mặt đắt có chigu dài ít nhất là gắp đôi chiễu rộng, .ở hai bên sườn và mở an toản ở hai đầu. Tùy theo chức năng, đường him có thé được phân thành các loại chỉnh l: đường him giao thông, đường him thủy công và đường bằm công nghiệp - dân dụng "Đường him giao thông gồm đường him đành cho người đi bộ và đường him trên cae tuyển giao thông để vượt các chướng ngại vật như rừng núi, sông hồ, các khu dân cư, khu công nghiệp và cáccông trình đặc biệt khác. Một loại hình độc đáo.

cia đường him giao thông là đường xe điện ngằm. được xây dựng tạ hẳu hết các thành phổ lớn trên thé giới như Luân Đôn, Paris, Berlin, Matxcơva,.ˆĐây là một loại hình vận tải công cộng có rit nhiều tu điểm như: không tổn diện tích trên mặt đất ít sây 6 nhiễm cả về khí thải va iếng én, hiệu quả và an toàn cao. “Các đường him din dụng và công ngi được xây dựng ở vùng núi hoặc trong các thành phố để khai thác khoáng sản, làm kho chứa vật liệu, vũ khi. Trong các thành phố lớn, đường him được xây dựng dé đặt các hệ thống cáp điện lực hoặc.

cáp thông tin, tạo thuận lợi cho việc quản lý, khai thác và bao dưỡng, Dường him thủy công là loại công trình dẫn tháo nước được xây dựng ngằm. đưới đất thường xuyên là đục xuyên qua núi đó, Đường hằm thủy công có đặc điểm chung của các công trình a; tgầm là chịu tác dụng của áp lực đá, nước. ngằm từ phía ngoài và chịu tác dụng của nước từ bên trong. khác biệt trong, điều kiện làm việc của đường him thủy công so v các loại đường hằm khác là nó làm việc trong môi trường tgp xúc với nước từ bên trong nên nó sẽ chịu tác tác động lý hón của nước, Chính vì thé khi nghiên cầu về đường him thay công ngoài các điều kiện chung ra thì phải đặc biệt xem xét đến điều kiện làm việc trong môi tường nước để dim bảo tinh bn định của đường him, 13 1.

Phạm vi nghiên cứu của luận văn “rong thực tế khi nghiên cứu trạng thái ứng suắt biển dạng của đường him thủy sông sẽ phải xét đến rất nhiễu trường hợp với nhiễu mặt cắt chịu ác động của nhiều yêu tổ khác nhau tuy nhiên trong phạm vi của Luận văn do vẫn đề về kiến thức cũng như thời gian hạn chế nên chỉ xét đến hai trường hợp ứng với mặt cắt him di qua khu vực có điều kiện dia chất bất lợi nhất (đứt gay bậc IV); - Trường hợp 1: Dang thi công him chịu tác dụng của áp lực đá núi thẳng đứng, 4p lực đã núi nằm ngang, áp lực nước ngằm. ~ Trường hợp 2: Đang vận hảnh him chịu tác dụng của áp lực đã núi thẳng đứng, áp lực đá núi nằm ngang, áp lực nước ngằm vi áp lực thủy tĩnh.