nghiên cứu kết cấu hợp lý đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện mường kim ii - lai châu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI




Nguyễn Hải Đăng


NGHIÊN CỨU KẾT CẤU HỢP LÝ ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MƯỜNG KIM II – LAI CHÂU





LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ
PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI




Nguyễn Hải Đăng


NGHIÊN CỨU KẾT CẤU HỢP LÝ ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN MƯỜNG KIM II – LAI CHÂU

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60-58-40


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS Ngô Trí Viềng

Hà Nội – 2013







Mẫu gáy bìa luận văn:


TÁC GIẢ LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 20

CÁC VĂN BẢN CẦN NỘP KHI NỘP LUẬN VĂN:


- 07 quyển luận văn theo đúng mẫu quy định chung;
- 02 đĩa CD đã có nội dung của luận văn;
- Bản nhận xét của giáo viên hướng dẫn;
- Lý lịch khoa học của học viên (có ký tên và đóng dấu của cơ quan hoặc địa phương);
- Phiếu hết nợ hoặc phiếu đóng tiền học phí của Phòng tài vụ;
- Chứng chỉ tiếng Anh theo quy định của Quy chế đào tạo trình độ Thạc sĩ.

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Giới tính:
Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:
Quê quán: Dân tộc:
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:


Chỗ ở hiện nay hoặc địa chỉ liên lạc:

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng:
Fax: Email: Di động:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian từ: / đến /
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Thời gian từ: / đến /
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:

Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Người hướng dẫn:

3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Thời gian từ: / đến /
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
Tên luận văn:

Ngày và nơi bảo vệ :
Người hướng dẫn:

4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ):




Ảnh 4x6


5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày cấp và nơi
cấp:

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

VI. KHEN THƯỞNG VÀ KỶ LUẬT TRONG QUÁ TRÌNH HỌC CAO HỌC:




V. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:







XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày tháng Năm 20
(Ký tên, đóng dấu) Người khai ký tên


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ và tên: Nguyễn Hải Đăng Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1986 Nơi sinh: Vĩnh Phúc
Quê quán: Tam Dương, Vĩnh Phúc Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập: Nghiên cứu viên – Viện Thuỷ điện và

năng lượng tái tạo – Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam.
Chỗ ở hiện nay hoặc địa chỉ liên lạc: Định Công, Hoàng Mai, Hà Nội
Điện thoại cơ quan: 04 35642333 Điện thoại nhà riêng:
Fax: 0435637412 Email:
Di động: 0975 772 074

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:`
Hệ đào tạo: Thời gian từ: / đến /
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian từ: 09/2004 đến 06/2009
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Thủy Lợi (Hà Nội)
Ngành học: Công trình thủy điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy thủy điện Sê San 4.
Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 05/2009-Đại học Thủy Lợi

3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian từ: 04/2011 đến 04/2013
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Thủy Lợi – Hà Nội
Ngành học: Xây dựng công trình thủy
Tên luận văn: Nghiên cứu kết cấu hợp lý đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện
Mường Kim II – Lai Châu.
Ngày và nơi bảo vệ: 06/2013- Trường Đại Học Thủy Lợi (Hà Nội)
Người hướng dẫn: GS.TS Ngô Trí Viềng
4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn – trình độ B1

Ảnh 4x6

5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày cấp và nơi
cấp:





III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
1/2010-
12/2012
Viện Thuỷ điện và năng lượng tái tạo – Viện
Khoa học Thủy Lợi Việt Nam
Nghiên cứu viên
1/2013 - nay
Công ty cổ phần đầu tư phát triển Bắc Sông
Hồng
Thiết kế viên

VI. KHEN THƯỞNG VÀ KỶ LUẬT TRONG QUÁ TRÌNH HỌC CAO HỌC:

Không

V. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

Ngày 25 tháng 4 năm 2013
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN
TỔNG GIÁM ĐỐC





ĐỖ ĐĂNG DẦN

Người khai ký tên





NGUYỄN HẢI ĐĂNG

1
LỜI CAM ĐOAN
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu hợp lý đường hầm dẫn nước vào
nhà máy thủy điện Mường Kim II – Lai Châu”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung
và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất
kỳ công trình khoa học nào. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu
bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường.


Học viên

Nguyễn Hải Đăng



















2
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu và làm luận văn, được sự nhiệt tình giúp
đỡ của các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Thuỷ lợi, các cán bộ Trung tâm Quy
hoạch và quản lý khai thác công trình thủy điện – Viện thủy điện và năng lượng tái
tạo và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, đến nay đề tài “ Nghiên cứu kết cấu hợp lý
đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Mường Kim II – Lai Châu” đã được
hoàn thành.
Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về việc nghiên cứu xác

định kết cấu đường hầm dẫn nước của thủy điện Mường Kim II. Do thời gian và
kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sỹ kỹ thuật còn tồn tại
một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tác giả mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo
của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Ngô Trí Viềng
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết
trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi,
Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, các cán bộ Trung tâm Quy hoạch và quản lý
khai thác công trình thủy điện; Viện thuỷ điện và năng lượng tái tạo – Viện Khoa
học Thuỷ lợi Việt Nam, công ty cổ phần đầu tư phát triển Bắc Sông Hồng đã tạo
điều kiện giúp đỡ tác giả về tài liệu, thông tin và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho
bài luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2013.


Học viên


Nguyễn Hải Đăng





3
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 6

1. Tính cấp thiết của đề tài 6
2. Mục đích yêu cầu. 7
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. 8
4. Những kết quả đạt được của luận văn 8
5. Bố cục của luận văn 8
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN 9

I.1. Các loại nhà máy thủy điện 9
I.1.1. Nhà máy thủy điện ngang đập 9
I.1.2. Nhà máy thủy điện sau đập 10
I.1.3. Nhà máy thủy điện đường dẫn 11
I.2. Các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện. 12
I.2.1. Kênh dẫn nước vào nhà máy thủy điện 12
I.2.2. Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện 15
I.2.3. Đường ống áp lực dẫn nước vào nhà máy thủy điện 17
I.3. Phân tích ưu nhược điểm các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện. . 18
I.3.1. Kênh dẫn nước vào nhà máy thủy điện 18
I.3.2. Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện 18
I.3.3. Đường ống áp lực dẫn nước vào nhà máy thủy điện 19
I.4. Kết luận chương I. 19
CHƯƠNG II. KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 20
II.1. Các dạng kết cấu đường hầm. 20
II.1.1. Mặt cắt đường hầm không áp 20
II.1.2. Mặt cắt đường hầm có áp 21
II.2. Phương pháp tính toán. 22
II.2.1. Cơ sở lý thuyết xác định áp lực lên vỏ đường hầm 22
II.2.2. Lực tác dụng lên lớp lót đường hầm 22
II.3. Các phương pháp tính toán kết cấu lớp lót đường hầm 29
II.3.1. Phương pháp cơ học kết cấu 30

II.3.2. Phương pháp cơ học vật rắn biến dạng 39
II.3.3. Áp dụng các phương pháp số trong tính toán đường hầm 44
II.4. Các nguyên tắc thiết kế mặt cắt lớp lót 47
II.5. Kết luận chương II. 48

4
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM CỦA THỦY ĐIỆN
MƯỜNG KIM II 49

III.1. Giới thiệu công trình. 49
III.1.1. Vị trí công trình 49
III.1.2. Nhiệm vụ công trình 49
III.1.3. Thông số công trình 50
III.2. Bố trí mặt bằng của đường hầm. 53
III.3. Lựa chọn kết cấu đường hầm cho công trình thủy điện Mường Kim II. 54
III.4. Tính toán kết cấu 54
III.4.1. Các tài liệu đầu vào cho tính toán 54
III.4.2. Các trường hợp tính toán 63
III.4.3. Tính toán kết cấu 64
III.5. Phân tích kết quả tính toán. 72
III.6. Kết luận chương III. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75
I. Những kết quả đạt được của luận văn 75
II. Những vấn đề còn tồn tại, kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 80

DANH MỤC HÌNH VẼ
25THình 1.1: nhà máy thủy điện ngang đập25T 10
25THình 1.2: nhà máy thủy điện sau đập25T 11

25THình 1.3: nhà máy thủy điện đường dẫn25T 12
25THình 1.4: kênh tự điều tiết25T 13
25THình 1.5: kênh không tự điều tiết25T 14
25THình 1.6: các hình thức mặt cắt kênh25T 15
25THình 1.7: đường hầm không áp đặt ở đầu tuyến năng lượng25T 16
25THình 1.8: đường hầm áp lực dẫn nước vào nhà máy thủy điện25T 17
25THình 1.9: đường ống áp lực dẫn nước vào nhà máy25T 17
25THình 2.1: các dạng kết cấu mặt cắt của đường hầm không áp.25T 20
25THình 2.2: các dạng kết cấu mặt cắt của đường hầm có áp.25T 22
25THình 2.3: sơ đồ tính áp lực đá núi25T 24
25THình 2.4: quan hệ giữa KR
0
R và fR
k
Rcủa đá nứt nẻ25T 27
25THình 2.5: vòm thấp và vòm công tác ở đỉnh25T 30
25THình 2.6: sơ đồ tính toán vòm thấp25T 31

5
25THình 2.7: sơ đồ tính toán vòm cao25T 33
25THình 2.8: tính toán vòm cao25T 34
25THình 2.9: sơ đồ vòm khép kín25T 35
25THình 2.10: sơ đồ tính toán vòm khép kín25T 35
25THình 2.11: các lực tác dụng lên tường bên25T 37
25THình 2.12: tường bên cứng25T 38
25THình 2.13: tường bên đàn hồi25T 39
25THình 2.14: sơ đồ lớp lót đường hầm mặt cắt tròn25T 40
25THình 2.15: sơ đồ biến dạng của vòng tròn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng
phân bố đều (a,b) và sơ đồ lực tác dụng vào vòng tròn (c).
25T 41

25THình 2.16: phân bố ứng suất trong khối đá có lỗ khoét tròn khi 25T
xy
λσσ
=
43
25THình 2.17: sơ đồ tác dụng của tải trọng lên khối đá bao quanh lớp lót đường hầm25T . 43
25THình 2.18: phương pháp phần tử hữu hạn25T 45
25THình 2.19: Sơ đồ miền tính toán phương pháp phần tử biên25T 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU
25TBảng 2-1: Hệ số lệch tải khi tính toán lớp lót đường hầm25T 23
25TBảng 2-2: Trị số KR
a
R ứng với các loại đá25T 25
25TBảng 3.1: Bảng các thông số chính của công trình.25T 50
25TBảng 3.2: Bảng quy mô các hạng mục công trình.25T 51
25TBảng 3.3: Tổng hợp đặc điểm các nguồn nước thủy điện Mường Kim II.25T 59
25TBảng 3.4: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các đới theo số liệu phân tích thí nghiệm
trên nền đá trachit phức hệ núi lửa Nậm Kim.
25T 60
25TBảng 3.5: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các đới theo số liệu phân tích thí nghiệm
trên nền đá trầm tích hệ tầng Mường Trai.
25T 61
25TBảng 3.6: Các thông số để tính trị số RMR và GSI theo tiêu chuẩn Hoek-Brown
trên các đới trên nền đá phun trào trachit phức hệ Nậm Kim.
25T 62
25TBảng 3.7: Các thông số để tính trị số RMR và GSI theo tiêu chuẩn Hoek-Brown
trên các đới trên nền đá trầm tích hệ tầng Mường Trai.
25T 62
25TBảng 3.8: Chỉ tiêu cơ lý của đá tuyến đường hầm thủy điện Mường Kim II.25T 63

25TBảng 3.9: Kích thước hình học của các mặt cắt25T 63
25TBảng 3.10: Thống kê kết quả tính lực tác dụng lên đường hầm25T 70
25TBảng 3.11: Thống kê kết quả tính nội lực trong đường hầm25T 71




6
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo báo cáo năm 2011 của viện Năng lượng - Bộ công thương thì năm
2011, ở Việt Nam chúng ta thủy điện cung cấp gần 40% điện năng, gần 50% công
suất cho toàn hệ thống với tổng công suất khoảng 27 nghìn MW; phần còn lại là
nhiệt điện than – khí – dầu và năng lượng tái tạo. Đến quý III/2012, thủy điện vừa
và nhỏ (N
≤
30MW) đã phát lên lưới điện quốc gia khoảng 190 nhà máy với tổng
công suất khoảng 1500 MW; còn 49 nhà máy thủy điện lớn với tổng công suất
11.600 MW là nguồn điện chủ đạo đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia (tổng
công suất thủy điện hơn 13 nghìn MW).
Nước ta có diện tích tự nhiên 329.200 km2, nhưng ¾ lãnh thổ là rừng và đồi
núi, với tổng cộng 2.360 sông suối có chiều dài từ 10km trở lên (trong đó có nhiều
sông lớn bắt nguồn từ nước ngoài, nên diện tích hứng nước lớn hơn nhiều diện tích
lãnh thổ của nước ta), vì vậy trữ năng lý thuyết đạt tới khoảng 310 tỷ KWh/năm.
(trong đó trữ năng kinh tế kỹ thuật có thể đạt tới 90 tỷ KWh/năm, tổng công suất lắp
máy thủy điện đạt tới khoảng 25 nghìn MW, chưa kể thủy điện tích năng).
Như vậy, hiện nay công suất thủy điện trong hệ thống điện quốc gia mới chỉ
phát huy khoảng 50% so với tiềm năng. Nếu chỉ xét thủy điện vừa và nhỏ thì công
suất hiện hữu mới chỉ đạt được khoảng 20%, còn lại 80% trong thời gian tới cần
được phát huy hiệu quả.

Hiện nay đã xây dựng được một số lớn nhà máy thủy điện. Theo kế hoạch
Thủy điện đến 2020 số công trình nhà máy thủy điện sẽ được tăng lên đáng kể. Khai
thác nguồn thủy điện là dạng năng lượng sạch, tái tạo và có hiệu quả kinh tế tổng
hợp, thân thiện với môi trường và phù hợp với một nước giàu tiềm năng thủy điện
như ở nước ta.
Việc sử dụng đường hầm áp lực tạo chênh lệch cột nước cho các nhà máy
thủy điện ở nước ta là khá phổ biến, điển hình có thể kể như: Thủy điện Hòa Bình
(1920MW) có đường hầm dẫn nước đường kính D=8m; Thủy điện Nậm Chiến
(200MW) có đường hầm áp lực dài 10km; Thủy điện Huội Quảng (520MW) có

7
đường hầm dài hơn 4km; Thủy điện Yaly (720MW) có đường hầm dài hơn 7km,
D=7m…
Trên thế giới tính đến thập kỷ 70 những nhà máy thủy điện có đường hầm
dẫn nước có thể kể đến hàng nghìn, chỉ tính riêng Liên Xô đã xây đựng hơn 30 nhà
máy thủy điện. Tổng chiều dài các đường hầm thủy công đã xây dựng ở Liên Xô
tính đến thời kỳ đó trên 170km [4].
Ở nước ta các công trình thủy điện nhỏ thường được xây dựng ở miền núi có
địa hình vùng tuyến hẹp và dốc, địa chất nền là đá gốc nên có nhiều thuận lợi và
hợp lý khi bố trí đường hầm dẫn nước trên tuyến năng lượng tạo cột nước áp lực
cao cho nhà máy. Việc sử dụng đường hầm áp lực có những ưu điểm hơn so với
phương án dẫn nước bằng kênh hở như: diện tích chiếm đất mặt ít, vận hành ổn
định, chiều dài tuyến ngắn, tạo đường dẫn có áp nên chế độ chảy ổn định tuy nhiên
việc lựa chọn kết cấu mặt cắt hầm cũng như phương án gia cố đường hầm có vai trò
quan trọng đối với sự làm việc ổn định, khả năng chịu áp lực nước và áp lực đất đá
cũng như giảm tổn thất thủy lực mang lại lợi ích lớn cho nhà máy có vai trò rất quan
trọng.
Nhà máy Thủy điện Mường Kim II thuộc huyện Than Uyên - tỉnh Lai Châu
có đường hầm dẫn nước khoảng 1600m, cột nước lớn nhất hơn 50m, lưu lượng thiết
kế Q

R
tt
R=27,11m3/s, công suất lắp máy 10,5MW, điện lượng bình quân năm
41,87.10
P
6
Pkwh. Có kết cấu đường hầm tương đối phức tạp, Đề tài “Nghiên cứu kết
cấu hợp lý đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Mường Kim II – Lai Châu”
có ý nghĩa kinh tế và khoa học.
2. Mục đích yêu cầu.
Dựa trên các tài liệu thu thập được về các thông số kỹ thuật của nhà máy
thủy điện Mường Kim II (cột nước, lưu lượng, công suất, thiết bị ) và các tài liệu
về địa hình, địa chất (kết quả khoan thăm dò địa chất, báo cáo địa chất công trình )
yêu cầu luận văn cần đạt được như sau:
- Nghiên cứu hình thức và kết cấu đường hầm.
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất của đường hầm.

8
- Lựa chọn kết cấu hợp lý.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Sử dụng phương pháp tổng hợp. Thống kê các tài liệu, đi sâu nghiên cứu
các dạng đường hầm.
- Sử dụng phương pháp tính và phần mềm tính toán hiện đại.
4. Những kết quả đạt được của luận văn
- Xác định hình thức và mặt cắt hợp lý của đường hầm.
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và tìm được các lời giải tối ưu.
5. Bố cục của luận văn
Chương I: Tổng quan các công trình dẫn nước vào nhà máy thủy điện.
I.1. Các loại nhà máy thủy điện
I.2. Các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện.

I.3. Phân tích ưu nhược điểm các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện.
I.4. Kết luận chương 1.
Chương II: Kết cấu đường hầm và phương pháp tính toán
II.1. Các dạng kết cấu đường hầm.
II.2. Phương pháp tính toán.
II.3. Các phương pháp tính toán kết cấu lớp lót đường hầm.
II.4. Các nguyên tắc thiết kế mặt cắt lớp lót
II.5. Kết luận chương II.
Chương III: Ứng dụng tính toán đường hầm của thủy điện Mường Kim II.
III.1. Giới thiệu công trình.
III.2. Bố trí mặt bằng của đường hầm.
III.3. Lựa chọn kết cấu đường hầm cho công trình thủy điện Mường Kim II.
III.4. Tính toán kết cấu.
III.5. Phân tích kết quả tính toán.
III.6. Kết luận chương III.
Kết luận và kiến nghị
I. Những kết quả đạt được của luận văn.
II. Những vấn đề còn tồn tại, kiến nghị.
Tài liệu tham khảo
Phụ lục tính toán

9
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC VÀO NHÀ
MÁY THỦY ĐIỆN
I.1. Các loại nhà máy thủy điện
Nhà máy là công trình chủ yếu của Trạm thủy điện, trong đó bố trí các thiết
bị động lực: Tuabin, máy phát và các hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho sự làm việc
bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cấp cho các hộ
dùng điện. Loại và kết cấu nhà máy phải đảm bảo sự làm việc an toàn của thiết bị
và thuận lợi trong vận hành.

Nhà máy thủy điện thông thường được chia thành 3 loại cơ bản: Nhà máy
thủy điện ngang đập, nhà máy thủy điện sau đập, nhà máy thủy điện đường dẫn.
Ngoài ra các loại nhà máy đặc biệt: nhà máy ngầm, nhà máy kiểu nửa ngầm,
nhà máy kết hợp xả lũ, nhà máy trong thân đập v.v
I.1.1. Nhà máy thủy điện ngang đập
Nhà máy thủy điện ngang đập được xây dựng với cột nước không quá
35÷40m. Ở đây toàn bộ hệ thống công trình tập trung trên một tuyến. Bản thân nhà
máy là một phần của công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng chịu
áp lực nước thượng lưu. Cửa lấy nước cũng là thành phần của bản thân nhà máy.
Một đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế đối với nhà máy thủy điện ngang đập là
về mùa lũ cột nước công tác thường giảm, dẫn đến công suất tổ máy giảm, trong
một số trường hợp nhà máy có thể ngừng làm việc. Để tăng công suất nhà máy
trong thời kỳ mùa lũ đồng thời giảm đập tràn, hiện nay trên thế giới người ta thiết
kế nhà máy thủy điện ngang đập, kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy. Lợi dụng dòng xiết
của lũ sau khi tháo qua nhà máy làm hạ mực nước hạ lưu, tăng cột nước làm việc
của trạm thủy điện. Tuy nhiên theo tìm hiểu của tác giả thì ở Việt Nam hiện nay
chưa có nhà máy dạng này. Đây là một hướng mới phát triển các thủy điện cột nước
thấp ở hạ du các sông lớn [3].
Nhà máy thủy điện ngang đập ở nước ta điển hình là nhà máy thủy điện Thác
Bà (120MW), thủy điện Chiêm Hóa (48MW).

10

Hình 1.1: nhà máy thủy điện ngang đập
I.1.2. Nhà máy thủy điện sau đập
Nhà máy thủy điện sau đập thường dùng với cột nước từ 30÷45m ≤ H ≤
250÷300m và có thể lớn hơn nữa. Nhà máy được bố trí ngay sau đập dâng nước.
Nhà máy không chịu áp lực nước phía thượng lưu, do đó kết cấu phần dưới nước và
biện pháp chống thấm đỡ phức tạp hơn nhà máy ngang đập dâng. Nếu đập dâng
nước là đập bêtông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫn nước, tuabin được

bố trí trong thân đập bêtông. Khoảng cách giữa đập và nhà máy thường đủ để bố trí
các phòng và máy biến thế [3].
Trong một số trường hợp nếu không ảnh hưởng nhiều đến ứng suất hạ lưu
đập để giảm khối lượng bêtông và chiều dài đường ống dẫn nước vào tuabin người
ta đặt lấn nhà máy vào thân đập.
Tùy thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thủy điện sau đập thường dùng
Tuabin tâm trục, Tuabin cánh quay cột nước cao hoặc tuabin cánh chéo. Ở nhà máy
thủy điện sau đập phần điện thường được bố trí phía thượng lưu giữa đập và nhà
máy; còn hệ thống dầu nước thì bố trí phía hạ lưu. Dạng nhà máy sau đập ở nước ta

11
có thể kể tới điển hình như: Sơn La (2400MW), Bản Chát (210MW), Tuyên Quang
(342MW), Pleikrong (100MW), Sesan 4 (360MW), Trị An (400MW),

Hình 1.2: nhà máy thủy điện sau đập
I.1.3. Nhà máy thủy điện đường dẫn
Nhà máy thủy điện đường dẫn phạm vi sử dụng cột nước rất rộng từ 2÷3m
đến 1700÷2000m [3].
Trong sơ đồ khai thác thủy năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thủy
điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối. cửa lấy nước đặt cách xa nhà
máy. Trong trường hợp công trình dẫn nước là không áp thì cửa lấy nước nằm trong
thành phần của bể áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường hầm có áp
thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm; tuy nhiên trên thực tế có rất nhiều cách bố
trí khác nhau, tùy thuộc vào từng công trình. Đường dẫn nước thường là đường ống
áp lực.
Nhà máy thủy điện đường dẫn có nhiều hạng mục công trình và nằm tập
trung theo hai khu vực; khu công trình đầu mối gồm công trình ngăn dòng, công

12
trình xả lũ, công trình lấy nước và khu nhà máy nối tiếp hạ lưu bằng đường dẫn có

áp hoặc không áp.
Ở nước ta kiểu nhà máy thủy điện đường dẫn rất phổ biến, hầu hết các nhà
máy nhỏ đều sử dụng đường dẫn. Các nhà máy lớn có thể kể đến như: Huội Quảng
(520MW), Bản Vẽ (320MW), A Vương (210MW), Sông Hinh (70MW)

Hình 1.3: nhà máy thủy điện đường dẫn
I.2. Các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện.
Công trình dẫn nước của trạm thủy điện có thể là công trình không áp (kênh
dẫn, đường hầm không áp) hoặc loại có áp (đường hầm có áp, đường ống áp lực).
Các công trình dẫn nước không áp được bố trí ở các cao trình gần với mực nước
thượng lưu khi mực nước này ít thay đổi. Các công trình dẫn nước có áp được bố trí
ở cao trình sâu hơn khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiều. Sử dụng các công
trình này cho phép tăng độ sâu công tác của hồ chứa và do đó tăng dung tích hiệu
dụng của hồ.
I.2.1. Kênh dẫn nước vào nhà máy thủy điện
Khi địa hình tương đối bằng phẳng, tuyến đường dẫn ít bị chia cắt, địa chất
ổn định, về mặt kinh tế nên sử dụng kênh dẫn nước. Kênh dẫn được ứng dụng rộng
rãi ở trạm thủy điện đường dẫn khi mực nước thượng lưu thay đổi không nhiều.

13
Trong thực tế người ta chia làm 2 loại: kênh tự điều tiết và kênh không tự
điều tiết.
* Kênh tự điều tiết: là kiểu đường dẫn hở mà độ sâu cuối có thể đạt đến mức:
độ dốc đường mặt nước trong đường dẫn bằng không, thường dùng đường dẫn là
kênh với mặt cắt hình thang. Khi thiết kế chọn độ dốc đáy kênh i theo trạng thái
chảy đều, ứng với lưu lượng thiết kế qua nhà máy. Cao trình đỉnh bờ kênh là nằm
ngang suốt chiều dài kênh.
Khi trạm thủy điện làm việc với lưu lượng thiết kế, dòng chảy trong kênh ổn
định với dòng chảy đều. Khi lưu lượng qua trạm nhỏ, mực nước cuối kênh tăng lên.
đến lưu lượng bằng không, mực nước trong kênh nằm ngang. Do vậy mà kênh tự

điều tiết được lưu lượng, không cần cửa điều tiết ở đầu kênh và không cần bố trí
tràn xả thừa ở cuối kênh.
Ưu điểm: Do không phải xả tràn nên tiết kiệm được lượng nước. Mực nước
cuối kênh cũng tăng khi lưu lượng nhỏ, nên giảm được tổn thất cột nước. Từ đó mà
giảm được tổn thất năng lượng.
Nhược điểm: Khối lượng đào đắp lớn, cho nên thường chỉ ứng dụng với
tuyến kênh ngắn, độ dốc tương đối nhỏ.

Hình 1.4: kênh tự điều tiết
a) mặt cắt dọc; b) Quan hệ mực nước và độ sâu dòng chảy trong kênh
h
R
1
R- độ sâu mực nước đầu kênh; hR
2
R - độ sâu mực nước cuối kênh;
h
R
0
R - độ sâu chảy đều; hk – đô sâu giới hạn.

14
* Kênh không tự điều tiết: Thiết kế dòng chảy trong kênh là dòng đều, ứng
với lưu lượng thiết kế của trạm. Độ dốc đỉnh bờ kênh bằng với độ dốc đáy. Do đó
khi lưu lượng dùng nhỏ hơn lưu lượng thiết kế, mực nước cuối kênh tăng lên, dòng
chảy tràn qua tràn xả thừa. Chính vì thế mà phải thiết kế tràn xả thừa ở cuối kênh và
thường đặt ở bể áp lực. Đầu kênh phải đặt cửa van điều tiết dòng chảy.
Ưu điểm: Vì mặt cắt kênh không thay đổi theo chiều dài nên khối lượng đào
- đắp nhỏ, thường dùng cho công trình có tuyến dẫn nước dài.
Nhược điểm: Phải có tràn xả thừa nên bớt mất một phần lưu lượng qua tràn.

Tổn thất cột nước lớn hơn so với kênh tự điều tiết.

Hình 1.5: kênh không tự điều tiết
a) Mặt cắt dọc; b) quan hệ giữa lưu lượng và các độ sâu trong kênh.
Kênh dẫn của trạm thủy điện thường chạy trên sườn dốc nên hay gặp trường
hợp một bên đào, một bên đắp. Cần chú ý rằng mái kênh phía đỉnh núi có thể sinh
trượt đất, còn mái về phía chân núi dễ thấm nước, vì vậy phải đầm nện kỹ. Vì kênh
đặt trên sườn dốc, nên có trường hợp khối lượng đào rất lớn. Chọn tuyến kênh phải
sao cho khối lượng đào nhỏ nhất, kênh đi qua vùng địa chất ổn định, ít thấm nước
và không cắt qua chỗ quá dốc. Tại một vài vị trí phải làm các công trình đưa nước
như: xi phông, cầu máng, ống dẫn ngược v.v những đoạn kênh mà mái dễ sạt trượt
người ta phải làm nắp đậy. Trên thực tế hiện nay các công trình thủy điện nhỏ phổ
biến dùng kênh bêtông cốt thép mặt cắt hình thang.
Về nguyên tắc khi lựa chọn tuyến kênh phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Để giảm khối lượng công trình yêu cầu tuyến kênh phải ngắn, khối lượng
đào đắp phải nhỏ. Cố gắng chọn tuyến kênh sao cho đi qua những nơi địa hình ít

15
thay đổi và khối lượng đào đắp tương đương nhau, tránh những nơi sườn đồi quá
dốc.
Kênh không đi qua nơi địa chất quá yếu có khả năng sụt lở.
vốn đầu tư vào việc xây dựng các công trình trên kênh ít
Những nơi phải uốn cong thì bán kính cong không vượt quá bán kính cong
giới hạn theo điều kiện tổn thất thủy lực.

Hình 1.6: các hình thức mặt cắt kênh
a) Đào; b) Vừa đào vừa đắp; c) Bên đào bên đắp; d) Đắp;
e) kênh chữ nhật bằng bêtông
I.2.2. Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện
Đường hầm dẫn nước còn gọi là tuynen dẫn nước. Căn cứ vào chế độ thủy

lực bên trong đường hầm mà chúng có thể phân thành hai loại cơ bản: đường hầm
dẫn nước không áp và đường hàm dẫn nước có áp. Đường hầm không áp được ứng
dụng trong các trường hợp khi mực nước trong chúng ít thay đổi.
Khi lựa chọn tuyến đường hầm phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất
và điều kiện thi công. Về măt kinh tế, yêu cầu tuyến đường hầm phải ngắn nhất.
Trong thực tế, do điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công, tuyến đường
hầm có thể có dạng gãy khúc, các đoạn nối với nhau được lượn cong với bán kính

16
không nhỏ hơn 5 lần chiều rộng tiết diện của chúng và góc ngoặt không vượt quá
60
P
o
P. Tuyến đường hầm dẫn nước thủy điện có thể dài tới hàng chục ki-lô-mét.
Hình dạng tiết diện đường hầm phụ thuộc vào chế độ thủy lực trong nó. điều
kiện địa hình, địa chất và chế độ thủy công.
Đường hầm dẫn nước không áp [3]: có nhiều tiết diện khác nhau tùy theo
điều kiện địa chất mà tuyến đi qua. Đường hầm dẫn nước có tỷ lệ chiều cao h và
chiều rộng b khoảng h:b =1:1,5, nếu mực nước trong đường hầm dao động nhiều thì
tỷ số này có thể lấy lớn, kích thước của nó phải đảm bảo chế độ chảy không áp
trong mọi điều kiện kể cả các chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện. Khi đường
hầm xuyên qua vùng địa chất là đá rắn chắc có thể sử dụng tiết diện hình chữ nhật
đáy bằng, trần vòm . Khi địa chất không rắn chắc lắm, áp lực đất theo phương đứng
không lớn và không có áp lực hông của đất lên vỏ hầm thì có thể sử dụng tiết diện
với trần là nửa hình tròn .v.v


Hình 1.7: đường hầm không áp đặt ở đầu tuyến năng lượng
Đường hầm dẫn nước có áp: về nguyên tắc thường có tiết diện hình tròn.
Vỏ của nó có khả năng chịu áp lực tốt từ các phía, về thủy lực nó có nhiều ưu điểm

hơn so với các dạng tiết diện khác. Ngoài ra, khi sử dụng tiết diện tròn, khối lượng
công tác đào và bêtông vỏ hầm cũng ít hơn so với các tiết diện khác. Đối với đường
hầm có áp có chiều dài lớn, kích thước tiết diện và vị trí đường hầm cần phải chọn
sao cho áp suất bên trong nó không nhỏ hơn 0,02Mpa. Kích thước tối thiểu của
đường hầm phải đảm bảo điều kiện an toàn thi công b≥ 1,8m [3].