Thiết kế xây dựng đoạn hầm dẫn nước công trình thuỷ điện Nậm Củn.

Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57
MỞ ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đòi hỏi nhu cầu tiêu thụ năng
lượng ngày càng lớn và sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng sẽ tạo tiền đề
cho các ngành công nghiệp khác phát triển.
Công trình thuỷ điện Nậm Củn ra đời sẽ góp phần không nhỏ vào công cuộc cải
thiện sự thiếu hụt điện năng trong một vài năm tới, tạo nguồn điện cung cấp cho phát
triển kinh tế và đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia, tạo nguồn nước bổ xung cho khu
vực hạ lưu vào mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy
mặn. Tham gia chống lũ tiểu mãn, giảm lũ đầu vụ cho vùng hạ lưu.
Được sự giúp đỡ của cơ sở thực tập là Công ty cổ phần Xây dựng Công trình
ngầm Vinavico cùng tập thể thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng Công Trình Ngầm và Mỏ,
đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo TS Đỗ Ngọc Anh, em đã hoàn thành bản
đồ án: Thiết kế xây dựng đoạn hầm dẫn nước công trình thuỷ điện Nậm Củn.
Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế cùng với kinh nghiệm còn non kém
nên trong bản đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được
sự chỉ bảo của các thầy và các ý kiến đóng góp của bạn để bản đồ án được hoàn thiện
hơn. Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô cùng với các bạn đồng nghiệp đã giúp
đỡ em hoàn thành đồ án này.
Đặc biệt là Thầy giáo TS Đỗ Ngọc Anh đã tận tình giúp đỡ em để em có thể hoàn
thành đồ án tốt nghiệp này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Sinh viên thực hiện
Trần Thanh Sơn

Trần Thanh Sơn

1


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57
PHẦN I: KHÁI QUÁT CHUNG

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN NẬM CỦN
1.1. Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải xây dựng hệ thống thủy
điên.
Công trình thủy điện Nậm củn nằm trên Suối Bo, thuộc địa phận xã Thanh Phú
huyện Sapa tỉnh Lào Cai, có toạ độ địa lý như sau:
-

Toạ độ địa lý tuyến đập: 104012'32" kinh độ Đông, 22006'43" vĩ độ Bắc.

-

Toạ độ địa lý nhà máy: 104013'13" kinh độ Đông, 22007'30" vĩ độ Bắc
Công trình thuỷ điện Nậm Củn có công suất lắp máy 40MW, phía thượng lưu là

công trình thuỷ điện Sử Pán 2 có công suất lắp máy là 37MW, phía hạ lưu là công trình
thuỷ điện Tà Thàng với công suất lắp máy là 60MW.
Những năm gần đây nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đời
sống nhân dân được cải thiện, nhu cầu con người cũng vì thế mà ngày càng tăng. Song,
một số vùng nhân dân vẫn còn khó khăn, thiếu thốn về nhiều mặt: điện, nước, giao thông.
Cùng với đó là thiên tai, hạn hán vẫn còn nhiều gây không biết bao nhiêu thiệt hại cho
con người. Do đó, đòi hỏi Đảng và nhà nước phải có những chính sách, dự án kịp thời để
đời sống nhân dân được cải thiện đồng đều, giảm bớt những thiệt hại do thiên tai, góp

phần xây dựng một nền kinh tế phát triển.
Dự án xây dựng thuỷ điện Nậm Củn là một trong nhiều dự án xây dựng thuỷ điện
nói riêng và xây dựng các ngành nghề nói chung. Nhiệm vụ Công trình thuỷ điện Nậm
Củn được xây dựng với nhiệm vụ khai thác dòng chảy trên Suối Bo, kết hợp dâng đập và
tận dụng cột nước địa hình để phát điện với công suất 40W và điện lượng trung bình
hàng năm Eo = 167KWh cùng với đó là tạo nguồn điện cung cấp cho phát triển kinh tế và
đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia, tạo nguồn nước bổ xung cho khu vực hạ lưu vào
mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy mạnh tham gia
chống lũ tiểu mãn, giảm lũ đầu vụ cho vùng hạ lưu.
Ngoài ra, việc đầu tư xây dựng thuỷ điện Nậm Củn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự
phát triển kinh tế xã hội của khu vực. Sau khi kết thúc xây dựng công trình, khu vực công
trình Nậm Củn với các cơ sở dân cư, văn hoá, xã hội sẽ trở thành một điểm tập trung dân
cư với cơ sở hạ tầng tương đối đầy đủ. Hệ thống giao thông phục vụ thi công vận hành
công trình sẽ tạo ra khả năng giao lưu về kinh tế và xã hội của khu vực xây dựng công
Trần Thanh Sơn

2


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

trình với các trung tâm kinh tế, xã hội của địa phương.
1.2. Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan
Các công trình chủ yếu của dự án thủy điện Nậm Củn được xác định bao gồm:
-

Hồ chứa

-

Công trình đầu mối gồm đập không tràn và đập tràn.

-

Đập chính: Tuyến đập 2, đập bê tông trọng lực kết hợp với đập tràn có cửa van đặt
tại lòng sông.

-

Tuyến năng lượng gồm: Cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước, tháp điều áp. Đường
ống áp lực và kênh xả.

-

Hầm phụ phục vụ công tác thi công hầm dẫn dòng

Trần Thanh Sơn

3


ỏn tt nghip

Lp Xõy dng CTN K57

Đ iểm nối 1

Cao độ (m)

ả
NC17

ả

ch27m

IV-5

Đ iểm nối 2

5 hàng neo v ợ t tr ớ c phần vòm, thép neo 32CIII
Lneo=5m, b ớ c neo 60cm, b ớ c dọc trục hầma=2.5m

V-9

Hầm phụ 1

IV-4

70



ps

NC21

V-8

NC16
HK3

chi?u 44m

IV-1
V-7

ch22m

45

8.0%

NCT27HK7 NCT29
ch15m ch8m ch36m

V-1
2

IV-3

V-5

35

ch32m

NCT26

V-10

ch 20m



30

ps

HK8

30 40 40

Bẫy đá

0.7%

chvg8m

60
IV-6

V-11

IV-2

V-6

21 vòmthép I200 K-2
B ớ c vòm a=0.5m

ps

2.5%

IV -7
IV -8



30

Cao độ tự nhiên (m)
Khoảng cách (m)
Cao độ tim hầmthiết kế(m)
50.00

Khoảng cách thiết kế(m)

224.16

176.00

152.72

194.16

152.77

334.68

228.04

214.02

285.54

50.00

150.00

50.00

477.78

325.74

55.00

114.88 25.93 37.08 100.00 10.00

Khoảng cách cộng dồn (m)
Kiểu mặt cắt
8.0%

Đ ộ dốc (%)

Sơhọa tuyến

H1Đ oạn 1
L =25m

Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

0.7%
H2
= 15426'6 ", R=30
T=11.34, L=22.31, b=1.27

0.7%

0.7%
Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

Đ oạn 2: Hầm không áo
L =3150.60m

Hỡnh 1.1 Mt ct dc ca cụng trỡnh

Trn Thanh Sn

4

2.5%

2.5%

H3
= 17533'29"

Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

H4

Đ oạ n 3: Hầm có áo Đ oạn 4 :Thép lót
= 12155'38", R=30 L =232.90m L =110.00m
T=16.65, L=30.41, b=4.31


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2 Mặt cắt ngang của toàn bộ công trình

Trần Thanh Sơn

5

Lớp Xây dựng CTN – K57


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

1.3. Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình
ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế

1.3.1. Điều kiện tự nhiên
1.3.1.1. Thổ nhưỡng và thảm thực vật
Bề mặt lưu vực với tầng phủ là đất sét pha lẫn dăm sạn màu nâu vàng hoặc xám
vàng dày có nguồn gốc phong hoá từ đá phiến thạch anh mica màu xám.
Chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa và phần lớn khí hậu ôn đới ở độ cao trên
1000m đã tạo ra trên khu vực một thảm thực vật đa dạng, rừng cây vùng nhiệt đới cõ
xen kẽ một số cây ôn đới như bạch dương, thông, sa mu, cùng với nhiều loài dược
thảo quý mọc ở tầng dưới. Hiện nay, tuy đã bị khai thác một phần nhưng rừng trong
lưu vực vẫn là nơi tồn trữ quỹ gen của các loại thực vật quý hiếm. Với địa hình đồi núi
cao, lượng mưa lớn cộng thêm thảm phủ tốt nên dòng chảy mùa kiệt của lưu vực Suối
Bo là khá tốt và điều hoà.
1.3.1.2. Nhiệt độ không khí
Chế độ nhiệt trong khu vực biến đổi theo mùa và theo độ cao địa hình một cách
rõ rệt. Tương tự như các vùng miền núi khác ở phía Bắc, mùa hè ở đây thường kéo dài
từ tháng IV tới tháng IX, và mùa Đông từ tháng X tới tháng III năm sau. Lưu vực
Nậm Củn nằm ở vùng thượng lưu nên có mùa đông khá lạnh, nhiệt độ có khi xuống
dưới 00C nhưng lại có mùa hè mát mẻ, nhiệt độ trung bình năm dao động từ (17 
20)0C.
1.3.1.3. Chế độ gió
Do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió thịnh hành cho toàn khu vực là hướng
Tây và Tây Nam. Trong năm có hai mùa gió phân biệt: Gió mùa Đông từ tháng XI đến
tháng IV năm sau với gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc mang không khí lạnh và
khô, gió mùa hè với hướng gió thình hành Tây Nam xuất hiện từ tháng V tới tháng X.
Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được tại các trạm trong khu vực như sau: Than Uyên
Vmax = 32 m/s, Mù Cang Chải Vmax = 30m/s, Sa Pa Vmax = 37m/s.
1.3.1.4. Độ ẩm không khí
Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi không nhiều giữa các vùng dao động
khoảng từ (85 87) %. Độ ẩm tương đối trung bình nhỏ nhất ở Sa Pa là 82% xuất hiện
vào tháng III, lớn nhất là 91 % vào tháng X.
Trần Thanh Sơn

6


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

1.3.1.5. Bốc hơi
Tương ứng với chế độ nhiệt ẩm, lượng bốc hơi khu vực cũng biến đổi rõ rệt theo
mùa và chịu ảnh hưởng của địa hình.
Lượng bốc hơi tiềm năng trên lưu vực thường được đánh giá qua số liệu đo bốc
hơi bằng ống Piche đặt ở các trạm khí tượng. Tại trạm khí tượng Than Uyên, trạm đại
biểu cho các đặc trưng khí hậu của khu vực lượng bốc hơi tương đối lớn, Lượng bốc
hơi trung bình tháng lớn nhất xuất hiện vào tháng III đo được tại Than Uyên là
101mm. Lượng bốc hơi trung bình tháng nhỏ nhất tại Than Uyên vào tháng VII là
58,6mm.
1.3.1.6. Mưa
Sự biến đổi của mưa theo thời gian và không gian trên khu vực phụ thuộc chặt
chẽ vào sự hoạt động của gió mùa và tác động của địa hình. Lưu vực Suối Bo nằm ở
sườn Đông Bắc của dãy Hoàng Liên Sơn có lượng mưa thay đổi mạnh theo độ cao của
địa hình và hướng gió, lượng mưa năm ở đây trung bình là 400mm.
Trong năm mưa phân ra làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng V và kết
thúc vào tháng IX, mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau. Lượng mưa trong mùa
mưa chiếm khoảng (77 ÷ 80)% lượng mưa năm. Mưa lớn thường xảy ra vào ba tháng
VI, VII, VIII chiếm từ (57 ÷ 60)% tổng lượng mưa năm. Lượng mưa trong 7 tháng
mùa khô chiếm (20÷23)% tổng lượng mưa năm, tháng có lượng mưa nhỏ nhất năm là
tháng XII, tháng I.
1.3.2. Điều kiện địa hình
Lưu vực thuộc loại điạ hình miền núi cao với độ dốc sườn núi và độ dốc lòng

sông khá lớn, điạ hình bị chia cắt mạnh. Lưu vực có dạng nan quạt, đường phân lưu ở
thượng nguồn đi qua các đỉnh có cao độ 1500m đến 2500m, độ cao thấp dần về hạ du.
Địa hình núi cao, bị chia cắt, cộng với lượng mưa dồi dào đã tạo nên mạng lưới sông
dày đặc trên lưu vực.

Trần Thanh Sơn

7


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

1.3.3. Điều kiện địa chất chung khu vực dự án
1.3.3.1. Đặc điểm địa hình – địa mạo
Khu vực của Dự án nằm ở ranh giới giữa vùng đông bắc và tây bắc của Việt
Nam, thuộc địa hình vùng núi cao trung bình. Ở khu vực lòng hồ, sườn núi hai bên
dốc đến rất dốc. Tại khu vực đầu mối, địa hình dốc đến rất dốc. Khu vực nhà máy và
đường ống áp lực, địa hình thoải hơn, đôi chỗ 15-200. Khu vực tuyến hầm dẫn nước có
điều kiện địa hình từ thoải đến dốc.
1.3.3.2. Cấu trúc địa chất
Vùng nghiên cứu nằm trong miền kiến tạo Tây Bắc Việt Nam, có lịch sử phát
triển địa chất lâu dài và phức tạp với nhiều thời kỳ và giai đoạn khác nhau và được
xác lập với tên gọi miền kiến trúc Tây Bắc Bộ Việt Nam và mang đặc trưng của kiến
tạo Tây Bắc Việt Nam. Nằm tiếp giáp giữa 3 đới cấu trúc, đó là đới cấu trúc Phan XiPăng ở phía Tây Bắc, ở phía Đông là đới trượt bằng Sông Hồng và phía Tây Nam là
đới Tú Lệ. Trong Kainozoi chịu một phần ảnh hưởng hoạt động của đới trượt bằng
Sông Hồng và một phần hoạt động của đới Tú Lệ.
1.3.3.3. Hoạt động động đất
Toàn bộ vùng công trình Nậm Củn nằm trong huyện Sapa, theo tiêu chuẩn thiết kế

chống động đất TCXDVN 375-2006 thì huyện Sapa có gia tốc động đất cực đại
a=0.0567g tức là có phông động đất cấp VI (theo thang MSK-64).
1.3.3.4. Tính chất cơ lý của đất đá
Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, kết quả khảo sát của giai đoạn trước và tham khảo
các tài liệu đã có trong vùng, đưa ra các chỉ tiêu kiến nghị tính toán cho đới dQ và đới
edQ+IA1 trong vùng theo bảng sau:

Trần Thanh Sơn

8


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57
Bảng 1.1 Giá trị kiến nghị tính toán của đất.
Mô đun

Dung trọng,

Cường độ kháng cắt ở trạng

Biến

t/m3

thái

dạng bão

Đới ĐCCT

Hệ số
thấm

hòa
Tự nhiên
Tự

Bão

nhiên

hòa

dQ

1.70

edQ+IA1

1.70

1.7
8
1.7
5

Bão hòa

C,

φ (độ)

MPa

C,

φ (độ)

14.5

0.020

14

17

0.025

16

MPa

MPa
0.01
5
0.02
0

cm/s

12

9x10-3

15

6x10-3

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, kết quả khảo sát của giai đoạn trước và tham khảo
các tài liệu đã có trong vùng, đưa ra các chỉ tiêu kiến nghị tính toán cho đới đá trong
vùng theo bảng sau:
Bảng 1.2 Giá trị kiến nghị tính toán chỉ tiêu cơ lý khối đá.
Đới IA2

Dung trọng tự nhiên, t/m3

1.8

2.64

2.67

2.67

Dung trọng bão hòa, t/m3

1.9

2.65

2.68

2.68

-

50

70

75

-

45

65

70

-

0.3

0.25

0.22

0.4 / 22

0.7/ 35

0.8/ 39

0.9/42

0.04

0.25

0.35

0.45

0.70/ 37

0.84/40

Cường độ kháng nén mẫu đá khô
gió, MPa
Cường độ kháng nén mẫu đá bão
hòa, MPa
Hệ số Poisson
Cường độ
kháng cắt
khối đá
Cường độ

tgφ /φ (độ)
Lực dính C (Mpa)

Trần Thanh Sơn

tgφ /φ (độ)

Đới IB

0.36 / 20 0.62/ 32

9

Đới IIA

Đới

Các chỉ tiêu

IIB


Đồ án tốt nghiệp
kháng cắt

0,03

0,20

0,30

0,40

Mô đun biến dạng, MPa

15

2.500

6.000

10.000

Mô đun đàn hồi, MPa

30

5.000

12.000

20.000

Cường độ kháng kéo, MPa

-

- 0,1

- 0,17

- 0,25

Hệ số kiên cố f

-

3

6

8

Hệ số kháng đơn vị K0, Mpa/cm

-

15

55

80

Bêtông- đá

Lực dính C (Mpa)

Lớp Xây dựng CTN – K57

Trần Thanh Sơn

10


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CÓ LÝ
TRÌNH TỪ KM 2 + 180 ĐẾN KM 2 + 480
2.1. Các đặc điểm về công dụng, vị trí, cần thiết phải thiết kế xây dựng hầm dẫn
nước
2.1.1. Vị trí của đoạn hầm
Đoạn hầm thiết kế xây dựng là đoạn từ lý trình KM 2+180 –KM 2+480 nằm
trong tuyến đường hầm dẫn nước của Thủy điện Nậm Củn. Đoạn đường hầm này là
đoạn đầu tiên hướng từ hầm phụ xuống hạ lưu với chiều dài 300m đi qua đất đá tương
đối ổn định có hệ số kiên cố đất đá f=8÷10
Đoạn đường hầm này có độ dốc nghiêng i=0,9%
2.1.2. Công dụng và sự cần thiết phải thiết kế xây dựng đường hầm
Hầm dẫn nước dùng để tạo áp lực chênh lệch cột nước từ đập thông qua Giếng
điều áp tới tuabin của tổ máy phát điện.
Tạo dòng chảy ổn định, chiếm ít diện tích đất mặt, giảm chiều dài tuyến năng
lượng, giảm tổn thất thủy lực mang lại lợi ích lớn cho nhà máy.
2.2. Mối liên hệ của đường hầm dẫn nước với các đường hầm khác và công trình
bề mặt liên quan.
Hầm dẫn nước nằm trong hệ thống các công trình cần xây dựng của Thủy điện
Nậm Củn.
Tuyến đầu mối

Tuyến năng lượng 1

(Đập tràn, đập không tràn)

(Cửa lấy nước, hầm dẫn
dòng, giếng điều áp,
đường ống áp lực)

Trần Thanh Sơn

11

Nhà máy thủy điện và
trạm phân phối điện


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

a) Tuyến đầu mối
- Đập không tràn:
Kết cấu đập chính bằng bê tông trọng lực. Mặt thượng lưu đập thẳng đứng, mái
hạ lưu đập xuất phát từ mặt thượng lưu tại cao trình đỉnh đập với hệ số mái dốc
m=0.8. Cao độ thiết kế 388,00m, chiều rộng đập không tràn là 7,5m để phục vụ việc
đi lại và đặt máy móc
- Đập tràn
Công trình tháo lũ kiểu đập tràn nằm trong khu vực lòng sông, với 3 khoang tràn
kích

thước

BxH=13,5x16,5m

đảm

bảo

tháo

được

lưu

lượng

tối

đa

Qmax=2281,89m3/s.. Công trình tràn bố trí 3 cửa van cung, được điều khiển bằng xi
lanh thủy lực. Nối tiếp sau đập tràn kiểu phun xa tiêu năng bằng hố xói.
b) Tuyến năng lượng 1
- Cửa lấy nước :
Cửa lấy nước bằng bê tông cốt thép bố trí bên bờ trái đập rộng 12m. Cửa lấy
nước thiết kế dạng khối bê tông, nền đặt trên lớp IIA. Cao trình ngưỡng cửa lấy nước
373.00m. Cao trình đỉnh cửa lấy nước lấy bằng cao trình đỉnh đập là 383,5m.
- Đường hầm dẫn dòng :
Phần cửa hầm dẫn nước có kích thước 2x4x6m đào qua đứt gãy, đất đá kém ổn
định. Phần thân hầm được đào qua đất đá ổn định có dạng hình móng ngựa có chiều
rộng 6m chiều cao 6m.

-

Tại cửa vào hầm dẫn nước từ Km0+00m đến Km0+10.00m: Khoan neo vượt
trước Ø32 CIII + treo lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm + vòm I200 bước dọc

-

tim hầm a=0.5m + Bê tông chèn vòm M200.
Hầm có chỉ số Q ≤ 0.01: áp dụng gia cố mặt cắt kiểu 1: Khoan neo vượt trước
Ø32CIII + treo lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm+ vòm I200 bước dọc tim

-

hầm a=0.5m + Bê tông chèn vòm M20.
Hầm có chỉ số 0.01 < Q ≤ 0.1 ; hoặc hầm đi qua đứt gãy bậc IV, bậc V: Treo
lưới B40 rồi phun bê tông dày 7cm + vòm I200 bước dọc tim hầm a=0.5m +

-

bê tông chèn vòm M200.
Chỉ số 0.1 < Q ≤ 3: Khoan neo Ø22CIII, a=2.0m, Lneo = 2m, bước dọc trục
hầm 2m + Phun cục bộ bê tông M30 dày 5cm.

Trần Thanh Sơn

12


Đồ án tốt nghiệp
-

Lớp Xây dựng CTN – K57

Chỉ số Q >3, hầm đi qua đới đá trung bình, đá tốt và rất tốt. Khoan neo Ø
22CIII cục bộ, Lneo = 2m, bước dọc trục hầm 1m + Phun cục bộ bê tông M300
dày 5cm.

- Giếng điều áp :
Giếng điều áp dạng kết cấu bê tông cốt thép đặt cuối đường hầm dẫn nước có toạ
độ tâm (X = 2447460.15; Y = 444865.19). Giếng điều áp có kết cấu hình trụ được chia
làm hai phần: Buồng dưới có nằm trong đá đường kính trong 5,1m chiều dày thành
giếng 0,5m, cao độ đáy 297,817m cao độ đỉnh 360,00m. Buồng trên nằm trong lớp đá
phong hoá mạnh và đất có đường kính 16m, chiều dày thành giếng 1.0m, cao độ đáy
360,0m, cao độ đỉnh 405,50m.
Công tác đào giếng được thực hiện tiên phong bằng máy khoan ROBBIN từ cao
độ 403,00m đến cao độ 302,916m được tiến hành sau khi đào xong phần hở Tháp điều
áp và hầm dẫn nước đến chân tháp. Trước tiên khoan dẫn hướng từ cao độ 403.00m
xuống cao độ 302,917m bằng lỗ khoan D=311mm sau đó khoan doa bằng lỗ khoan
mở rộng D=1400mm, đào mở rộng tháp theo thiết kế bằng khoan nổ, đá nổ mìn được
đẩy xuống đáy tháp cao độ 297,817m theo giếng tiên phong và được xúc chuyển bằng
tổ hợp máy xúc cào vơ kết hộ oto vận chuyển 12-15 tấn vận chuyển ra ngoài theo
hướng Tháp điều áp-Nhà máy. Công tác gia cố tạm được tiến hành song song với công
tác đào mở rộng
-Đường ống áp lực :
Tuyến đường ống áp lực bắt đầu từ sau giếng điều áp và tim ống có góc ngoặt so
với tim tuyến hầm một góc 56.2 o. Đường ống áp lực được chia làm 2 phần: phần ống
ngầm (hầm áp lực) tính từ giếng điều áp đến cửa ra hầm ở cao độ 300,367m, phần ống
hở từ cửa ra hầm đến nhà máy thuỷ điện. Đoạn hầm áp lực dài 114,18m nằm hoàn
toàn nằm trong lớp IIA của đá granit được bọc bê tông cốt thép dày 0.5m mặt trong
được lót thép có chiều dày 14mm.

c) Nhà máy thuỷ điện và trạm phân phối điện
- Nhà máy thuỷ điện :
Nhà máy thuỷ điện bằng bê tông cốt thép đặt trên nền đá cứng lớp IIA. Trong
nhà máy bố trí 2 tổ máy thuỷ lực với tuốc bin tâm trục Francis công suất mỗi tổ 9MW.

Trần Thanh Sơn

13


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

Kích thước tổng thể nhà máy (dài x rộng x cao) = 35.2x25.1x45.4m. Khoảng
cách giữa các tim tổ máy là 10.0m, chiều rộng gian máy 14.5m. Cao trình gian máy
278,00m. Cao trình sàn lắp máy 265,50.
Trong nhà máy bố trí cầu trục, sức nâng lớn nhất 45 tấn, sức nâng nhỏ nhất 25
tấn, tầm với xa nhất 40m, đặt tại cao trình 264.00m tại hạ lưu hố móng nhà máy
- Kênh dẫn ra :
Kênh dẫn ra có mặt cắt hình thang. Độ dốc đáy kênh i=0. Chiều rộng đáy kênh
15.0m, mái kênh đào trong lớp đất, cuội sỏi m=1.5.
- Trạm phân phối điện ngoài trời :
Trạm phân phối 110kV (TPP-110kV) NMTĐ Nậm Củn có nhiệm vụ truyền tải
công suất từ nhà máy vào HTĐ quốc gia. Trạm phân phối điện ngoài trời được bố trí
cạnh giếng điều áp. Cao trình đặt trạm 212.0m. Kích thước trạm BxL=36x50m.
d) Hầm phụ phục vụ quá trình thi công hầm dẫn dòng
Hầm phụ được thi công tại tọa độ HP1 X2465055.8075 : Y422432.4338, có
cao trình là 320.00m, bán kính hầm 5m chiều dài 160m
Cửa hầm có hình dạng vòm 1 tâm có chiều rộng 4m, cao 4,4, bán kính vòm 2m

được thi công qua lớp đất đá phong hóa nên được chống như sau:
Bước 1: Khoan neo vượt trước tại cửa vào;
Bước 2: Đào ngầm bằng khoan nổ mìn phù hợp với mặt cắt thiết kế. Chu kỳ cho mỗi
bước chống không quá 1m;
Bước 3: Lắp dựng vòm thép I180 và các thép giằng chống. Trình tự lắp dựng vòm
thép I180 như sau:
-

Khoan lỗ Ø56mm trên nền đá theo định vị của các vòm thép I180, chiều sâu

-

mỗi lỗ khoan L= 1,05m;
Đóng cốt thép neo Ø25CIII (Lneo =1m, vữa neo M300) vào vị trí chân vòm;
Hàn vòm thép I180 với cốt thép neo;
Sau khi hoàn thành công tác lắp dựng vòm I180 đầu tiên, tiếp tục lắp dựng vòm

-

I180 tiếp theo;
Các vòm liên kết với nhau bằng hệ thống bu lông và các thanh lưới thép.

Bước 4: Bơm bê tông M20 chèn toàn bộ vòm và vách hầm trong khu vực đã được đặt
vòm I180.

Trần Thanh Sơn

14

Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

Sau khi thi công hầm phụ đến tọa độ HP4 X=2464881.2200 : Y=422478.5700 tiến
hành xác định vị trí tim hầm dẫn nước và thi công song song về 2 hướng.

Hình 2.1 Mặt cắt dọc của hầm phụ phục vụ công tác thi công hầm dẫn dòng
2.3. Những đặc điểm và điều kiện xây dựng 1 đoạn hầm dẫn nước
Hầm dẫn nước nằm sâu dưới mặt đất và phần lớn nằm trong đới đá tương đối
nguyên khối IIA cứng chắc.
Đoạn hầm thiết kế xây dựng nằm hoàn toàn trong lớp đá IIA với chiều dài hầm
L=300m, độ dốc hầm i=0.9%. Mặt cắt hầm có bọc áo bê tông cốt thép, mặt cắt dạng
chữ U ngược, chiều rộng đáy 4.6m, chiều cao 4.6m, đường kính vòm hầm R=2.3m.
Mặt đá hầm được phun vẩy lớp bê tông dày 5cm gia cố tạm thời, khoan neo anke. Lớp
áo hầm bọc bê tông cốt thép dày 40cm.

Trần Thanh Sơn

15


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY HOẠCH HẦM DẪN NƯỚC
3.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước
3.1.1. Đánh giá khối đá, mức độ ổn đinh không chống phần thân đường hầm

3.1.1.1. Phương pháp phân loại khối đá theo Deere - Phương pháp RQD
RQD: là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dài của các thỏi lõi
khoan có chiều dài ≥ 100 mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗ khoan đó được
khoan bằng mũi kim cương.

∑l
Ta có:

RQD =

L

i

,% ;

(3.1) [ 2] [ 5]

Trong đó :
li – chiều dài của mỗi thỏi lõi khoan ≥ 100 mm
L – chiều dài lỗ khoan khảo sát, mm
Bảng 3.1. Phân loại khối đá theo RQD
Chỉ tiêu RQD (%)

Phân loại chất lượng

0 ÷ 25

Rất xấu

25 ÷ 50

Xấu

50 ÷ 75

Trung bình

75 ÷ 90

Tốt

90 ÷ 100

Rất tốt

3.1.1.2. Phương pháp phân loại khối đá theo Beiniawski qua chỉ tiêu RMR

Trần Thanh Sơn

16


Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

Theo Bieniawski phân loại khối đá nhằm xác định những thông số quan trọng
nhất đến việc xử lý khối đá, cung cấp cơ sở để hiểu rõ tính chất được chia với chất
lượng khác nhau, đồng thời cung cấp số liệu định lượng cho thiết kế kỹ thuật. Ngoài

ra việc phân loại khối đá còn nhằm kiến nghị hỗ trợ cho các hướng dẫn xây dựng các
đường hầm cung cấp cơ sở cho việc thông tin giữa kỹ sư và các nhà địa chất học và
liên hệ kinh nghiệm về các điều kiện của đất đá ở hiện trường này với đất đá ở hiện
trường khác.
Đánh giá chất lượng khối đá bao quanh đường hầm để phục vụ cho thiết kế và
các biện pháp gia cố, chống giữ ổn định là một phương pháp được sử dụng rộng rãi
trên thế giới hiện nay.
Ta có:
RMR = R σ n + RD + RC + RJ + RW + RP ;

(3.2) [ 2] [ 5]

Trong đó:
R σ n - chỉ tiêu bền nén đơn trục của khối đá
RD - chỉ tiêu chất lượng theo Deere
RC - chỉ tiêu các khoảng cách giữa các khe nứt
RJ - đặc điểm bề mặt nứt lẻ
RW - ảnh hưởng của nước ngầm khối đá
RP - ảnh hưởng của phương khe nứt đối với đường lò.
Mỗi tham số trong công thức trên biểu thị bằng một lượng điểm nhất định tuỳ
thuộc vào đặc thù riêng biệt của khối đá ở từng vị trí đường lò khi đã được tiêu chuẩn
hoá. Tổng lượng điểm của các tham số trên sẽ là lượng điểm chất lượng của cả khối
đá. Điểm chất lượng của khối đá sẽ nằm trong giới hạn từ 0 đến 100 và được chia
thành 6 cấp chất lượng tương ứng với những đặc điểm khác nhau của khối (xem bảng
3.2). Mỗi cấp chất lượng sẽ kiến nghị những giải pháp chống giữ tương ứng cho
đường lò.
Bảng 3.2. Bảng phân loại chất lượng khối đá theo chỉ số RMR
Trần Thanh Sơn

17

Đồ án tốt nghiệp
Lượng điểm theo RMR

Lớp Xây dựng CTN – K57
Chất lượng khối đá

Cấp phân loại

100 – 80

Rất tốt

I

80- 61

Tốt

II

60 – 41

Trung bình

III

40- 21

Xấu

IV

< 20

Rất xấu

V

Bieniawski đã lập mối tương quan giữa các giá trị RMR với “thời gian tồn tại
ổn định” và “khẩu độ chống” thể hiện trên hình vẽ ( hình 3.1)

Hình 3.1. Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống theo
Bieniawski
Phương pháp đánh giá theo RMR của Bieniawski được áp dụng rộng rãi tại nhiều nơi
trên thế giới và tỏ ra có hiệu quả với các ưu điểm sau:
- Cho phép đánh giá định lượng từng loại khối đá cụ thể phụ thuộc vào những điều
kiện địa chất chất khác nhau.
- Phương pháp trên đã xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: đặc điểm cấu trúc và
trạng thái của khối đá ở những điều kiện cụ thể, đặc biệt là ảnh hưởng của các đặc tính
nứt nẻ, nước ngầm, độ bền của khối đá, trong những điều kiện thực tế.
Dựa vào RMR nhóm tác giả Kendorski và Cunmmings lập ra biểu đồ để lựa chọn kết
cấu chống như trên hình vẽ (hình 3.2).

Trần Thanh Sơn

18

ỏn tt nghip
0

10

20

Lp Xõy dng CTN K57
30

40

50

60

70

80

90

100

Neo đơn chiếc
Neo vớ i b ớ c chống neo th a

Vù ng không ổ
n định
sụt lở mạnh

Neo trung bì
nh, l ớ i hoặ
c bản thép.

1

2

Neo vớ i b ớ c chống nhỏ (neo dày) và l ớ i thép
Neo vớ i b ớ c chống trung bì
nh và bê tông phun.

Neo vớ i b ớ c chống nhỏ. L ớ i thép, bê tông phun, vìchống
kim loại đ
ơn hoặ
c vìchống gỗ tha, kết cấu nhẹ.
Thanh chống kim loại kết cấu nhẹhoặ
c vìchống gỗ
trung bì
nh có giằng.

3
0

10

20

Thanh chống kim loại kết cấu trung bì

nh hoặ
c
vìchống gỗ vững chắ
c có kết cấu giằng kín.
Thanh chống kim loại kết cấu vững chắ
c, trong vù ng g ơng đ
ào
tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặ
c chè n cọc dày.

30

Vù ng an toàn ổ
n định.

40

1 - Vù ng giớ i hạn bởi đặ
c tính sụt lở
cục bộ (mức độ ổn đ
ịnh thấp nhất).

50

60

70

80

90

100

2 - Đ ờng cong giớ i hạn an toàn thấp cho khung vỏ chống
3 - Đ ờng cong giớ i hạn an toàn cao cho khung vỏ chống (ổn đ
ịnh)

Hỡnh 3.2. S la chn loi hỡnh chng gi hp lý cho cụng trỡnh ngm theo
CUMMINGS & KENDORSKI1982.
Do ng hm cú ỏp lc i qua nhiu lp t ỏ khỏc nhau, vi cỏc c im a
cht thu vn, a cht cụng trỡnh... khỏc nhau. Nờn cụng tỏc thit k k thut, thit k
thi cụng cú khi lng rt ln v do khuụn kh ca ỏn cng nh thi gian cú hn
nờn ỏn ch thit k thi cụng mt on thõn hm dn nc (an t KM2+180 n
KM 2+480 trờn b mt trc dc cụng trỡnh). Theo ti liu a cht cụng trỡnh thy
in Nm Cn v da trờn c s nghiờn cu cỏc ti liu a cht trờn, kt hp vi
kt qu kho sỏt ti hin trng, thit k xỏc nh cỏc ch tiờu ỏnh giỏ cht lng kh
ỏ theo phng phỏp RQD, RMR, on hm dn nc nm sõu di mt t v phn
ln nm trong i ỏ tng i nguyờn khi IIB tng i n nh cú iu kin a
cht thun li , ỏ cng chc n rt cng chc, tớnh thm nh, ớt nt n cú h s kiờn
c ca t ỏá f =8ữ10, RMR =80 ữ 100.

3.1.2. Nhng yờu cu c bn v thit k quy hoch ng hm
Trong cụng tỏc thit k h thng cụng trỡnh ngm, vic xỏc nh hỡnh dng
ng hm cú ý ngha rt ln vi nhng tiờn ớch m cụng trỡnh em li v quyt nh
ln ti quy mụ v giỏ thnh ca cụng trỡnh. Vỡ vy hỡnh dng ca cụng trỡnh c xỏc

Trn Thanh Sn

19

Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

định dựa trên các yêu cầu kỹ thuật về tiêu chuẩn thiết kế công trình và hiệu quả kinh
tế mà công trình đem lại.
Đường hầm được thiết kế với quy mô nghiên cứu các phương án công trình, cấp
công trình được xác định theo TCXD VN 285:2002.
Đoạn đường hầm thiết kế xây dựng cần đảm bảo cao độ và độ dốc phù hợp với
thiết kế dòng chảy, đảm bảo công tác thông gió và vận tải trong quá trình thi công.
3.2. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên bình đồ
Đoạn hầm dẫn nước lý trình từ km 2 + 180 đến km 2 + 480 dài 300m, độ dốc
hầm i = 0,9% đoạn hầm đi qua phải đào hai ngách quay xe số 3 và 4 tại km 2 + 230 và
km 2 + 380.

Hình3.3. Mặt bằng đoạn hầm dẫn nước lý trình từ km 2 + 180 đến km 2 + 480
3.3. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc
Trên mặt cắt dọc thể hiện trục dọc theo suốt chiều dài của công trình với các
thông số kỹ thuật sau:
-

Cao độ tự nhiên của từng hạng mục công trình và các lớp đất đá mà công
trình đi qua;

-

Phương pháp đào của từng công trình.
Khoảng cách tính từng đoạn.

Các loại mặt cắt của công trình.
Độ dốc thiết kế của toàn bộ công trình.
Độ dốc dọc trục hầm là i=0,9% đảm bảo tạo áp lực chênh cao cột nước.

Trần Thanh Sơn

20


ỏn tt nghip

Lp Xõy dng CTN K57

Đ iểm nối 1

Cao độ (m)

ả
NC17

ả

ch27m

IV-5

Đ iểm nối 2

5 hàng neo v ợ t tr ớ c phần vòm, thép neo 32CIII
Lneo=5m, b ớ c neo 60cm, b ớ c dọc trục hầma=2.5m

V-9

Hầm phụ 1

IV-4

70



ps

NC21

V-8

NC16
HK3

chi?u 44m

IV-1
V-7

ch15m ch8m ch36m

V-1
2

IV-3

V-5

35

NCT27HK7 NCT29

ch22m

45

8.0%

ch32m

NCT26

V-10

ch 20m



30

ps

HK8

30 40 40

Bẫy đá

0.7%

chvg8m

60
IV-6

V-11

IV-2

V-6

21 vòm thép I200 K-2
B ớ c vòm a=0.5m

ps

2.5%

IV -7
IV -8



30

Cao độ tự nhiên (m)
Khoảng cách (m)
Cao độ tim hầm thiết kế(m)
Khoảng cách thiết kế(m)

50.00

224.16

176.00

152.72

194.16

152.77

334.68

228.04

214.02

285.54

50.00

150.00

50.00

477.78

325.74

55.00

114.88 25.93 37.08 100.00 10.00

Khoảng cách cộng dồn (m)
Kiểu mặt cắt
8.0%

Đ ộ dốc (%)

Sơhọa tuyến

H1Đ oạn 1
L =25m

Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

0.7%
H2
= 15426'6", R=30
T=11.34, L=22.31, b=1.27

0.7%

0.7%
Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

= 17533'29"

Hỡnh 3.4. Mt ct dc on hm dn nc

Trn Thanh Sn

21

2.5%

2.5%
H3

Đ oạ n 2: Hầm không áo
L =3150.60m

H4

Đ oạn 3: Hầm có áo Đ oạ n 4 :Thép lót
= 12155'3 8", R=30 L =232.90m L =110.00m
T=16.65, L=30.41, b=4.31

Đồ án tốt nghiệp

Lớp Xây dựng CTN – K57

3.4. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt ngang
Dựa trên cơ sở tính toán của công ty tư vấn Đại Học Xây Dựng xưởng thiết kế thủy
lợi - thủy điện, trong đoạn lý trình km 2 + 180 đến km 2 + 480 thuộc loại mặt cắt ngang
khai đào dạng tường thẳng vòm bán nguyệt ưu điểm chịu được áp lực nóc lớn, tận dụng
được diện tích nền cao do vậy dễ thi công trong công tác khoan nổ mìn cũng như xúc bốc
dễ dàng do nền bằng phẳng, nhược điểm là chịu áp lực hông kém nhưng do đặt vào lớp
đất đá tương đối cứng vững nên áp lực hông tác dụng cũng nhỏ.
Các thông số của dạng mặt cắt loại 1: chiều rộng sử dụng B sd = 4.4 m, chiều cao
tường Ht =2,2m, bán kính sử dụng Rsd = 2,2m.

Hình 3.5. Mặt cắt ngang sử dụng

Trần Thanh Sơn

22


Đồ án tốt nghiệp

Lớp XDCTN – K57

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, TÍNH TOÁN KẾT CẤU
CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM
4.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế vật liệu, kết cấu chống giữ đoạn đường
hầm

- Chất lượng khối đá xung quanh công trình.
Như đã trình bày ở phần trên đoạn đường hầm nằm trong đới đá tương đối
nguyên khối IIB tương đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi , đá cứng chắc đến
rất cứng chắc, tính thấm nhỏ, ít nứt nẻ có hệ số kiên cố của đá f =8÷10, RMR =80 ÷
100. Vì vậy ta sẽ tính áp lực lên đường hầm tương ứng với loại đất đá có độ kiên cố f
nhỏ nhất f=8, hệ số RMR =80.
- Với lưu lượng thiết kế.
- Áp lực đất đá tác dụng lên công trình
- Chi phí xây dựng đường hầm, chi phí tổn thất công suất và chi phí tổn thất năng
lượng hàng năm
4.2. Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm
Để tính toán áp lực và chuyển vị của đườn hầm dẫn nước thủy điện Nậm Củn
đoạn có lý trình Km 2 +180 đến Km 2 +480, ta đề xuất sử dụng phương pháp số. Cụ
thể là ta sử dụng phần mềm RS2 (Rocscience).

Hình 4.3. Mô hình đường hầm dẫn nước mô phỏng trên RS2

Trần Thanh Sơn

23


Đồ án tốt nghiệp

Lớp XDCTN – K57

Em đã khảo sát và thử nghiệm nhiều kích thước mô hình để tính toán cho
đường hầm. Nên đưa ra đề xuất với bài toán của em thì chọn kích thước mô hình là
50x50m. Với kích thước này, điều kiện biên công trình không ảnh hưởng tới đường
hầm.

Hình 4.4. Mô hình đường hầm dẫn nước chịu áp lực nước từ trong ra
Sử dụng tiêu chuẩn bền của Hook Brown, nhập thông số đầu vào (hình 4.5)

Hình 4.5. Thông số đầu vào
Trần Thanh Sơn

24


Đồ án tốt nghiệp

Lớp XDCTN – K57

Các thông số trên đã được xử lý thông qua phần mềm Roclab sau đó mới được đưa
vào bài toán.

Hình 4.6. Các chỉ số nhập qua phần mềm Roclab
Sau khi nhập đầy đủ các thông số đầu vào cho bài toán, ta chuyển sang thiết lập
trường ứng suất.

Hình 4.7. Thiết lập trường ứng suất

Trần Thanh Sơn

25