Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ các công trình thủy điện tại Việt Nam, việc thi công đường hầm dẫn nước trở thành một phần không thể thiếu. Theo ước tính, các công trình thủy điện lớn như Sông Côn 2 (Quảng Nam), Hòa Bình, Yali, và nhiều dự án khác đã và đang xây dựng với hệ thống đường hầm dài hàng nghìn mét, đường kính từ 3,6 đến 8 mét. Quá trình thi công đường hầm thủy điện chủ yếu sử dụng phương pháp khoan nổ, tạo ra nhiều khí độc, bụi, nhiệt độ và độ ẩm cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và an toàn lao động của công nhân.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt trong quá trình thi công đường hầm thủy điện, nhằm đảm bảo môi trường làm việc an toàn, giảm thiểu khí độc và nhiệt độ cao trong hầm. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng phương pháp thiết kế hệ thống thông gió phù hợp, áp dụng cho công trình thủy điện Sông Côn 2, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tính toán lượng khí sạch cần thiết, lựa chọn thiết bị thông gió, bố trí hệ thống thông gió trong điều kiện thi công thực tế tại tỉnh Quảng Nam.

Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả thi công, bảo vệ sức khỏe người lao động, giảm thiểu rủi ro an toàn và góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng công trình thủy điện tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về:

  • Lý thuyết trao đổi nhiệt và động lực học chất khí: Giúp xác định lượng nhiệt tỏa ra từ con người và thiết bị, từ đó tính toán lượng khí cần thiết để làm mát và pha loãng khí độc.
  • Mô hình thông gió trong công trình ngầm: Bao gồm các phương thức thông gió kiểu thổi vào, hút ra, hỗn hợp và thoát dọc theo hầm, phù hợp với đặc điểm thi công đường hầm thủy điện.
  • Khái niệm về nồng độ khí độc và tiêu chuẩn vệ sinh không khí trong hầm: Nồng độ CO, NO2, bụi và các khí độc khác được kiểm soát theo tiêu chuẩn an toàn lao động, đảm bảo sức khỏe công nhân.
  • Khái niệm về lực cản không khí và tổn thất áp lực trong hệ thống ống dẫn khí: Hệ số lọt gió, lực cản ma sát và lực cản cục bộ được sử dụng để tính toán áp lực gió cần thiết cho máy quạt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các công trình thủy điện lớn tại Việt Nam, tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế và trong nước về thi công đường hầm và thông gió. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các số liệu thực tế về khí độc, nhiệt độ, độ ẩm, và công suất thiết bị tại công trình thủy điện Sông Côn 2.

Phương pháp phân tích sử dụng các công thức tính toán lượng khí sạch cần thiết dựa trên lượng thuốc nổ, khí thải từ máy Diesel, số lượng công nhân và nhiệt lượng tỏa ra trong hầm. Các hệ số tổn thất khí, lực cản ma sát và lực cản cục bộ được áp dụng để lựa chọn máy quạt và thiết kế hệ thống ống dẫn khí phù hợp.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2010, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích và thiết kế hệ thống thông gió, áp dụng thử nghiệm tại công trình thủy điện Sông Côn 2.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lượng khí sạch cần thiết để pha loãng khí độc: Tính toán dựa trên lượng thuốc nổ tối đa và khí thải Diesel cho thấy cần cung cấp khoảng 3.000 đến 5.000 m³ khí sạch mỗi phút để đảm bảo nồng độ CO và NO2 trong hầm không vượt quá giới hạn an toàn (CO < 0,0024%, NO2 < 0,00025%).

  2. Nhiệt độ và độ ẩm trong hầm: Nhiệt độ thích hợp cho công nhân là 15-20°C, độ ẩm 50-60%. Tuy nhiên, nhiệt độ tại mặt đào hầm có thể lên tới 28°C, đòi hỏi hệ thống thông gió phải có khả năng làm mát hiệu quả, với lượng khí cần thiết để khử nhiệt thừa khoảng 1.500-2.000 m³/giờ.

  3. Lực cản và tổn thất áp lực trong hệ thống ống dẫn khí: Hệ số lọt gió của ống PVC và kim loại dao động từ 1,04 đến 1,3 tùy chiều dài và chất liệu, lực cản ma sát và lực cản cục bộ chiếm khoảng 30-40% tổng áp lực gió, ảnh hưởng lớn đến công suất máy quạt cần thiết.

  4. Lựa chọn máy quạt và bố trí hệ thống thông gió: Máy quạt hướng trục với công suất từ 15 đến 25 kW được lựa chọn phù hợp với lưu lượng khí tính toán. Bố trí ống dẫn khí theo kiểu thổi vào kết hợp hút ra giúp tối ưu hiệu quả thông gió, giảm thiểu bụi và khí độc tại các gương đào.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tính toán lượng khí sạch và nhiệt lượng trao đổi dựa trên các tiêu chuẩn và số liệu thực tế là cần thiết để đảm bảo an toàn lao động trong thi công đường hầm thủy điện. So sánh với các nghiên cứu trong ngành xây dựng công trình ngầm, phương pháp thiết kế thông gió có xét đến trao đổi nhiệt giúp giảm thiểu rủi ro sức khỏe cho công nhân, đồng thời nâng cao năng suất lao động.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nồng độ khí CO và NO2 theo thời gian thi công, bảng tổng hợp lượng khí sạch cần thiết cho từng giai đoạn, và sơ đồ bố trí hệ thống thông gió minh họa các phương thức thổi vào, hút ra và hỗn hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết kế hệ thống thông gió theo phương thức hỗn hợp: Kết hợp thổi vào và hút ra để đảm bảo lượng khí sạch tối ưu, giảm thiểu khí độc và bụi trong hầm. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn thiết kế và thi công.

  2. Lựa chọn máy quạt hướng trục công suất phù hợp: Ưu tiên máy có công suất từ 15-25 kW, đảm bảo lưu lượng khí sạch theo tính toán, đồng thời có dự phòng tổn thất áp lực. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị thiết kế.

  3. Bố trí ống dẫn khí bằng vật liệu PVC chất lượng cao: Giảm tổn thất lọt gió dưới 2%, tăng hiệu quả thông gió. Thời gian thực hiện: trong quá trình thi công hệ thống thông gió.

  4. Theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm trong hầm liên tục: Sử dụng cảm biến để giám sát, điều chỉnh lưu lượng khí phù hợp nhằm đảm bảo điều kiện làm việc an toàn cho công nhân. Chủ thể thực hiện: ban quản lý dự án và đội thi công.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy điện và thủy lợi: Áp dụng phương pháp tính toán thông gió và trao đổi nhiệt để thiết kế hệ thống thông gió hiệu quả, đảm bảo an toàn lao động.

  2. Nhà thầu thi công đường hầm: Sử dụng các giải pháp thông gió phù hợp để giảm thiểu khí độc, bụi và nhiệt độ cao trong quá trình thi công.

  3. Chuyên gia an toàn lao động và môi trường: Tham khảo tiêu chuẩn và phương pháp kiểm soát khí độc, nhiệt độ, độ ẩm trong môi trường làm việc ngầm.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình ngầm: Nghiên cứu mô hình thông gió, trao đổi nhiệt và áp dụng thực tiễn trong các công trình thủy điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần thiết kế hệ thống thông gió trong thi công đường hầm thủy điện?
    Thông gió giúp pha loãng khí độc, giảm bụi và nhiệt độ cao, bảo vệ sức khỏe công nhân và đảm bảo an toàn lao động. Ví dụ, nồng độ CO có thể tăng cao sau nổ mìn nếu không thông gió kịp thời.

  2. Làm thế nào để tính lượng khí sạch cần thiết trong hầm?
    Dựa trên lượng thuốc nổ sử dụng, khí thải từ máy Diesel, số lượng công nhân và nhiệt lượng tỏa ra, áp dụng các công thức tính toán tiêu chuẩn để xác định lưu lượng khí phù hợp.

  3. Phương thức thông gió nào hiệu quả nhất cho đường hầm dài?
    Phương thức hỗn hợp kết hợp thổi vào và hút ra được đánh giá cao vì tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp, đảm bảo khí độc được loại bỏ nhanh chóng.

  4. Làm sao lựa chọn máy quạt phù hợp cho hệ thống thông gió?
    Dựa vào lưu lượng khí cần thiết và áp lực tổn thất trong hệ thống ống dẫn, chọn máy quạt hướng trục có công suất đủ lớn, thường có hệ số dự phòng khoảng 15%.

  5. Có thể áp dụng phương pháp này cho các công trình khác không?
    Phương pháp thiết kế thông gió có xét đến trao đổi nhiệt có thể áp dụng cho các công trình ngầm khác như đường hầm giao thông, khai thác mỏ, với điều chỉnh phù hợp theo đặc điểm công trình.

Kết luận

  • Phương pháp thông gió có xét đến trao đổi nhiệt là giải pháp thiết yếu để đảm bảo an toàn và sức khỏe cho công nhân thi công đường hầm thủy điện.
  • Lượng khí sạch cần thiết được xác định dựa trên lượng thuốc nổ, khí thải Diesel và nhiệt lượng tỏa ra, đảm bảo nồng độ khí độc trong hầm luôn dưới giới hạn cho phép.
  • Hệ thống thông gió hỗn hợp kết hợp thổi vào và hút ra giúp tối ưu hiệu quả làm sạch không khí và kiểm soát nhiệt độ.
  • Lựa chọn máy quạt hướng trục công suất từ 15-25 kW và vật liệu ống dẫn khí PVC chất lượng cao là phù hợp với điều kiện thi công thực tế.
  • Tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng phương pháp này cho các công trình thủy điện và công trình ngầm khác trong tương lai để nâng cao hiệu quả và an toàn thi công.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị thiết kế và thi công nên áp dụng phương pháp này trong các dự án mới, đồng thời theo dõi, đánh giá hiệu quả để điều chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế.