Nghiên cứu lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)

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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số: 9 58 02 02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG
2. PGS.TS LÊ VĂN HÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của tác giả. Các kết quả nghiên cứu
và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào và dưới
bất kỳ hình thức nào. Nguồn tài liệu tham khảo được trích dẫn theo đúng quy định.
Tác giả luận án

Mai Lâm Tuấn

i


LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận án, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình
của tập thể hướng dẫn, các nhà khoa học, luận án tiến sĩ “Nghiên cứu lựa chọn quy mô
công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam”
được hoàn thành.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Quang Cường; PGS.TS. Lê
Văn Hùng đã dành nhiều công sức giúp đỡ và tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành
luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ của Trường Đại học Thủy
Lợi, đặc biệt là Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Khoa Công trình, Phòng Đào
tạo đại học và sau đại học, các nhà khoa học từ các đơn vị trong và ngoài trường Đại
học Thủy Lợi có nhiều đóng góp quý báu và đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện
để tác giả hoàn thành luận án này.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ ............. viii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN .....................................................................6
1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công .................................................... 6
1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng ..................8
1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công .................................................................. 8
1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công ..........................................................................10
1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng ........................................................................... 11
1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm .............................................................12
1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống ........................................................................... 12
1.3.2 Dẫn dòng thi công qua đường hầm.................................................................15
1.4 Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng ..........................................................17
1.4.1 Dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đang xây dựng ..........................................17
1.4.2 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông đang xây dựng .......................................22
1.4.3 Dẫn dòng thi công qua đập đất đang xây dựng .............................................. 24
1.4.4 Dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống, đường hầm .. 25
1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................................. 27
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN

DÒNG THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG .................................29
2.1 Phân tích lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................29
2.1.1 Cơ sở lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................29
2.1.2 Cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng ....................30
2.2 Xác định thời đoạn dẫn dòng thi công .................................................................. 33
2.2.1 Nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công .................... 33
2.2.2 Điều kiện khí hậu và dòng chảy các vùng của Việt Nam ...............................34
2.3 Cơ sở lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng ........................................................37
2.3.1 Dẫn dòng qua công trình độc lập .................................................................... 37
2.3.2 Dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng .................................... 40
2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ .................... 41
2.4.1 Tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng .................................................... 41
2.4.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống ........................................................... 44
2.4.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng đồng thời qua hai hoặc nhiều công trình dẫn dòng
...................................................................................................................... 47
iii


2.4.4 Điều tiết lũ trong dẫn dòng thi công ............................................................... 47
2.5 Tính toán lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng ..48
2.6 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 51
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỢP LÝ QUY MÔ CÔNG
TRÌNH DẪN DÒNG THI CÔNG .................................................................................52
3.1 Nghiên cứu lựa chọn tần suất lưu lượng và thời đoạn thiết kế dẫn dòng .............52
3.1.1 Chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn các quốc gia ......52
3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng trong điều kiện khí hậu Việt Nam .................. 55
3.1.3 Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công .............................................. 58
3.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ ................59
3.2.1 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua cống .................. 59

3.2.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang
xây dựng và cống ......................................................................................................64
3.2.3 Lập chương trình tính toán điều tiết lũ ........................................................... 65
3.2.4 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực ....................................................69
3.3 Lựa chọn các thông số khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng ....................70
3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công trình đến lưu tốc lớn nhất ............70
3.3.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ............................... 82
3.4 Kết luận chương 3 ................................................................................................. 83
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO MỘT SỐ CÔNG
TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM ....................................................... 85
4.1 Phân tích việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ...............................................85
4.1.1 Giới thiệu công trình .......................................................................................85
4.1.2 Sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công .............................................90
4.1.3 Sử dụng công trình chính tham gia dẫn dòng .................................................91
4.1.4 Đề xuất chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................... 92
4.2 Lựa chọn thông số dẫn dòng qua đập xây dựng dở cho công trình hồ chứa nước
Cửa Đạt .......................................................................................................................... 93
4.2.1 Số liệu đầu vào................................................................................................ 93
4.2.2 Tính cường độ thi công và chi phí gia cố ....................................................... 95
4.2.3 Kết quả tính toán.............................................................................................97
4.2.4 Phân tích lựa chọn thông số dẫn dòng ..........................................................100
4.2.5 Kiểm chứng bằng phương pháp số tính thủy lực..........................................102
4.3 Kết luận chương 4 ...............................................................................................109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................110
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114
PHỤ LỤC

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng ..........................14
Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công
.......................................................................................................................................14
Hình 1.3. Công trình thủy điện Bình Điền - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng thi công .......14
Hình 1.4. Công trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dòng TN2 ......................................... 15
Hình 1.5. Công trình thủy điện Huội Quảng - Mặt cắt dọc hầm dẫn dòng thi công ..... 16
Hình 1.6. Hồ chứa Mao Gia Thôn - Bố trí kết hợp đường hầm dẫn dòng, đường hầm
tháo lũ và đường hầm tháo nước ...................................................................................16
Hình 1.7. Công trình Toktogunskia - Tháo lũ tràn qua đê quai giai đoạn 1..................18
Hình 1.8. Công trình Ust-Khantaiska - Sơ đồ dẫn dòng tràn qua đê quai giai đoạn 1 và
hố móng; tràn qua đập đá đổ đang xây dựng.................................................................18
Hình 1.9. Công trình Braunla - Mặt cắt ngang đập .......................................................19
Hình 1.10. Đập Ord - Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng và phương án gia cố .. 20
Hình 1.11. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Đê quai thượng lưu được phủ bê tông
cốt thép để cho lũ tràn qua trong quá trình thi công ......................................................21
Hình 1.12. Công trình thủy điện Hòa Bình - Mặt cắt đập ở vùng kênh thi công trong giai
đoạn tháo lũ 1986 .......................................................................................................... 21
Hình 1.13. Công trình Cửa Đạt - Dẫn dòng qua đập đang xây dựng năm 2007 ........... 22
Hình 1.14. Công trình thủy điện Sơn La - Dẫn dòng qua cống và đập đang xây dựng mùa
lũ 2009............................................................................................................................23
Hình 1.15. Công trình Sê San 4 - Chuẩn bị tháo lũ qua đập đang xây dựng 5/2007 .... 23
Hình 1.16. Gia cố đập đất khi cho nước tràn qua ..........................................................24
Hình 2.1. Tương quan chi phí với kích thước công trình dẫn dòng ..............................38
Hình 2.2. Các thông số thủy lực của đập tràn ...............................................................41
Hình 2.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập và chảy ngập ...................................... 43
Hình 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống ....................44
Hình 2.5. Sơ đồ các chế độ chảy qua cống ....................................................................44

Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng qua kênh .................................................45
Hình 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy có áp .....................................................................46
Hình 2.8. Biến thiên năng lượng dòng chảy ổn định khi viết phương trình Bernoulli .49
Hình 2.9. Sơ đồ tính toán thủy lực qua đập đá đổ đang xây dựng ................................50
Hình 3.1. Đường quá trình mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dòng .......57
Hình 3.2. Đắp đập chính theo mặt cắt kinh tế ............................................................... 57
Hình 3.3. Tương quan Q~H khi chuyển tiếp chảy ngập sang chảy không ngập ...........59
Hình 3.4. Tương quan Q~H0 khi chuyển tiếp chảy không áp sang chảy có áp ............. 60
Hình 3.5. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua cống ................................................. 63
Hình 3.6. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua đập đang xây dựng và cống ............66
Hình 3.7. Sơ đồ khối tính điều tiết lũ ............................................................................68
v


Hình 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng
khi dẫn dòng ..................................................................................................................71
Hình 3.9. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH1..............................74
Hình 3.10. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH2............................ 75
Hình 3.11. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH3............................ 75
Hình 3.12. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp L = 150m, H2 = 0m .....................................76
Hình 3.13. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, H2 = 0m ...........................................77
Hình 3.14. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, L = 150m .........................................78
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thông số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất .................................. 79
Hình 3.16. Ảnh hưởng của thông số L, H2 đến lưu tốc lớn nhất ................................... 80
Hình 3.17. Lựa chọn thông số đập đá đổ đang xây dựng phục vụ dẫn dòng ................ 81
Hình 3.18. Bố trí gia cố dốc nước bằng tấm bê tông..................................................... 82
Hình 3.19. Xác định chiều dày trung bình của tấm bê tông .......................................... 82
Hình 3.20. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đá đổ đang xây dựng........................83
Hình 4.1. Mặt cắt ngang đập đắp đập vượt lũ giai đoạn 2 ............................................ 95
Hình 4.2. Mặt cắt ngang đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 .....................95

Hình 4.3. Mặt cắt dọc đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 ......................... 96
Hình 4.4. Lưu tốc lớn nhất các phương án ..................................................................100
Hình 4.5. Chi phí vật liệu gia cố đập cho các phương án............................................100
Hình 4.6. Khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án ..................101
Hình 4.7. Cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án ....................101
Hình 4.8. Mô hình tính toán dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng 2 chiều .......103
Hình 4.9. Kết quả tính toán 2 chiều dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng ........103
Hình 4.10. Cao trình mực nước thượng lưu tại TT1 ...................................................104
Hình 4.11. Lưu tốc dòng chảy tại TT1 ........................................................................104
Hình 4.12. Lưu tốc dòng chảy tại TT2 ........................................................................104
Hình 4.13. Lưu tốc dòng chảy tại TT3 ........................................................................104
Hình 4.14. Mô hình dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm .......................105
Hình 4.15. Điều kiện ban đầu dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm ........105
Hình 4.16. Kết quả phân bố dòng chảy qua đập đang xây dựng và đường hầm .........106
Hình 4.17. Kết quả phân bố dòng chảy cắt qua tim đường hầm .................................106
Hình 4.18. Lưu tốc dòng chảy tại cửa vào đường hầm ...............................................107
Hình 4.19. Lưu tốc dòng chảy tại cửa ra đường hầm ..................................................107
Hình 4.20. Lưu tốc dòng chảy tại TT4 ........................................................................107
Hình 4.21. Lưu tốc dòng chảy tại TT7 ........................................................................107
Hình 4.22. Lưu tốc dòng chảy tại TT5 ........................................................................108
Hình 4.23. Lưu tốc dòng chảy tại TT8 ........................................................................108
Hình 4.24. Lưu tốc dòng chảy tại TT6 ........................................................................108
Hình 4.25. Lưu tốc dòng chảy tại TT9 ........................................................................108

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Phân chia mùa kiệt và mùa lũ 5 vùng của Việt Nam ....................................36
Bảng 3.1. Tần suất lưu lượng thiết kế của công trình dẫn dòng.................................... 52

Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
.......................................................................................................................................52
Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công khi công trình chính tham gia phục vụ dẫn
dòng thi công .................................................................................................................53
Bảng 3.4. Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời
phục vụ công tác dẫn dòng thi công .............................................................................. 54
Bảng 3.5. Bảng tính toán điều tiết lũ ............................................................................. 67
Bảng 3.6. Dẫn dòng thi công qua cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính
toán bằng chương trình ..................................................................................................69
Bảng 3.7. Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và cống - So sánh kết quả thí
nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình .........................................................70
Bảng 3.8. Thông số đầu vào tính toán Vmax...................................................................71
Bảng 3.9. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn
dòng ...............................................................................................................................72
Bảng 3.10. Các trường hợp tính kiểm định chương trình..............................................74
Bảng 3.11. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m ...................76
Bảng 3.12. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m ..........................77
Bảng 3.13. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m ....................... 78
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của công trình thủy điện Tuyên Quang ........................... 85
Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật công trình Cửa Đạt ....................................................87
Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Sơn La ......................................88
Bảng 4.4. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Lai Châu...................................89
Bảng 4.5. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ................90
Bảng 4.6. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi công trình chính tham gia dẫn dòng ............91
Bảng 4.7. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
.......................................................................................................................................93
Bảng 4.8. Thông số đập đá đổ xây dựng dở ..................................................................94
Bảng 4.9. Kết quả tính toán thủy lực dẫn dòng kết hợp đập đang xây dựng (tràn) và
đường hầm .....................................................................................................................98
Bảng 4.10. Kết quả tính toán cường độ thi công và chi phí gia cố các phương án .......99

vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
1.

Danh mục các từ viết tắt

CFRD
LSTH
LSTN
MNHL
MNTL
QCVN
RCC
TCVN
TNMH
QP%
Qtk
2.

Đập đá đổ bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD)
Lòng sông thu hẹp
Lòng sông tự nhiên
Mực nước hạ lưu
Mực nước thượng lưu
Quy chuẩn Quốc gia Việt Nam
Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete – RCC)
Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam

Thí nghiệm mô hình
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng
Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng

Giải thích các thuật ngữ

Công trình dẫn dòng: Gồm công trình dẫn nước và công trình ngăn nước. Công trình
dẫn nước có thể là kênh, cống, đường hầm, đập đang xây dựng, tràn đang xây dựng, tràn
xả lũ... có nhiệm vụ dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu. Công trình ngăn nước có thể là
đê quai, đập tạm, đập chính đang xây dưng, đập chính... có nhiệm vụ chắn nước bảo vệ
hố móng, hướng dòng chảy theo công trình dẫn nước về hạ lưu.
Tần suất thiết kế dẫn dòng: Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các
công trình phục vụ dẫn dòng thi công.
Thời đoạn dẫn dòng: Khi thiết kế dẫn dòng, người ta chia quá trình dẫn dòng ra một
hoặc nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có thể chia ra một hoặc nhiều thời đoạn trong toàn
bộ thời hạn xây dựng. Một thời đoạn có thể là một vài tháng hay một mùa, một năm
hoặc nhiều năm. Khi thiết kế, ở mỗi thời đoạn dẫn dòng thì tần suất thiết kế phải phù
hợp tương ứng đối với công trình dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng (QP%): Lưu lượng dòng chảy lớn nhất trong thời đoạn
dẫn dòng ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng (Qtk): Lưu lượng dòng chảy qua công trình
dẫn dòng để thiết kế công trình dẫn nước. Lưu lượng này dùng để thiết kế cho hạng mục
công trình dẫn dòng được xác định trên cơ sở lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán
cân bằng nước.

viii


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của luận án

Hầu hết các công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên sông, suối đều phải dẫn dòng
thi công. Trong quá trình xây dựng, nhiều công trình do lựa chọn qui mô công trình dẫn
dòng chưa hợp lý dẫn đến sự cố như đê quai hoặc đập chính bị vỡ... gây thiệt hại nhiều
mặt, thời hạn thi công bị kéo dài.
Công tác dẫn dòng thi công là một trong những nội dung quan trọng có tính chất quyết
định thành công trong xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện. Ở Việt Nam
đã thực hiện xây dựng thành công nhiều công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện lớn nhỏ
khác nhau. Trong đó, có những công trình điển hình như Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên
Quang, Cửa Đạt, Sơn La, Bản Chát, Nậm Chiến… Các phương án dẫn dòng và các
thông số của công trình dẫn dòng đã được lựa chọn và thiết kế hợp lý góp phần xây dựng
công trình đầu mối đúng tiến độ, an toàn và tiết kiệm chi phí.
Việc lựa chọn phương án và quy mô của công trình dẫn dòng gắn liền với các bước thiết
kế. Công tác dẫn dòng có tính chất quyết định đến lựa chọn kết cấu các hạng mục công
trình trong hệ thống, đến trình tự xây dựng, tiến độ, an toàn và chi phí xây dựng. Thông
thường, khi thiết kế cần đề xuất một số phương án và khi lựa chọn phương án hợp lý
phải thông qua phân tích kinh tế - kỹ thuật, trong đó có việc lựa chọn sơ đồ dẫn dòng,
chủng loại và qui mô công trình dẫn dòng thông qua các bước như: chọn lưu lượng thiết
kế, tính toán thủy lực và thí nghiệm mô hình, xác định các thông số cơ bản của công
trình dẫn dòng, tính toán ổn định, thiết kế gia cố…
Quy mô của công trình dẫn dòng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chi phí xây dựng
công trình dẫn dòng và tiêu năng ở hạ lưu, chi phí đắp đê quai, trình tự và tiến độ thi
công, khối lượng thi công công trình chính và công trình tạm trong các giai đoạn, chi
phí ngập lụt, phòng tránh hay chấp nhận rủi ro... Để có thể xác định quy mô công trình
dẫn dòng và đánh giá hiệu quả công tác dẫn dòng, người thiết kế phải đủ năng lực cũng
như phải tính toán công phu với khối lượng công việc tính toán rất lớn.
1

Việc xác định thông số thủy lực công trình dẫn dòng là một trong những nội dung tốn
nhiều công sức và trí tuệ của kỹ sư thiết kế. Vấn đề đặt ra là làm sao tính toán thủy lực
dẫn dòng thi công được nhanh và thuận tiện giúp cho việc sơ bộ xác định phương án
dẫn dòng hợp lý cùng với quy mô của công trình dẫn dòng trước khi thiết kế chi tiết.
Những bài toán cơ bản về tính toán thủy lực dẫn dòng thi công cũng đã được nhiều tác
giả hoặc tài liệu, hồ sơ thiết kế đề cập nhưng chưa khái quát hóa việc ứng dụng cũng
như quy trình tính toán cụ thể nhằm giúp những người thiết kế sau này thực hiện hiệu
quả hơn.
Ở Việt Nam và trên thế giới đã xây dựng thành công rất nhiều công trình đầu mối thủy
lợi, thủy điện, nhưng công tác tổng kết đúc rút kinh nghiệm cũng như quy trình tính toán
được công bố đối với mỗi công trình cũng chưa thật đầy đủ và toàn diện. Việc xác định
sơ đồ tính và thiết lập chương trình tính toán thủy lực ứng với từng sơ đồ một cách khoa
học lại càng cần thiết.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng, đặc biệt là lũ thiết
kế khi công trình chính tham gia dẫn dòng còn nhiều vấn đề cần bàn luận. Mặc dù tiêu
chuẩn của Việt Nam và các nước cũng đề cập khá kỹ, nhưng các qui định hiện tại của
chúng ta vẫn cần phải nghiên cứu làm rõ thêm trong luận án.
Dẫn dòng qua đập đang xây dựng giúp tiết kiệm chi phí cho công trình dẫn dòng vào
mùa lũ, lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng như thế nào, gia cố đập đang xây dựng
như thế nào cần phải có cơ sở tính toán các phương án khác nhau, từ đó lựa chọn ra
phương án có hiệu quả nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng
công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam” là rất cần thiết, có ý nghĩa lớn đối với việc
thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, thủy điện.
2.

Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng quan các phương án dẫn dòng khi xây dựng công trình đầu mối thủy lợi, thủy

điện, xác định những vấn đề còn tồn tại chưa được nghiên cứu thấu đáo khi lựa chọn qui
mô công trình dẫn dòng xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện;

2


- Bổ sung và hoàn thiện phương pháp lựa chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng
trên cơ sở tổng hợp và phân tích có tính kế thừa và cập nhật những thành tựu xây dựng
công trình thủy lợi, thủy điện những năm gần đây ở Việt Nam và trên thế giới;
- Phân tích các yếu tố công trình phục vụ lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng
qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng;
- Hoàn thiện phương pháp tính toán và thuật toán phục vụ thiết kế và lựa chọn quy mô
của công trình dẫn dòng.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là công tác dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện và trọng tâm là nội dung xác định qui mô công trình dẫn dòng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Công tác dẫn dòng thi công trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện có ứng
dụng nhiều công trình cùng đồng thời tham gia dẫn dòng;
- Phương pháp chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng, tính toán thủy lực dẫn dòng thi công
và lựa chọn quy mô các công trình dẫn dòng. Trong đó, không đi sâu nghiên cứu ảnh
hưởng của thấm rối, mạch động và tiêu năng hạ lưu.
4.

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về công tác dẫn dòng thi công các công trình đầu mối thủy lợi,
thủy điện. Phân tích các sơ đồ dẫn dòng, sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng của những
công trình tiêu biểu trên thế giới và Việt Nam;
- Cơ sở khoa học và thực tiễn về lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng;
- Lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng qua đập đá đổ đang đang xây dựng.

3


5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.1. Cách tiếp cận
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả sử dụng cách tiếp cận lý thuyết cơ bản về thủy lực
công trình và tiếp cận các ứng dụng thực tế trên thế giới và Việt Nam về phương pháp
dẫn dòng thi công, tiếp cận có chọn lọc kinh nghiệm thực tiễn về thành công và thất bại
trong nước và thế giới.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp dẫn dòng thi công cho công trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện trên thế giới và Việt Nam;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực công trình ứng dụng trong dẫn dòng thi công;
- Nghiên cứu kế thừa và thực tiễn về chọn lưu lượng lớn nhất thiết kế dẫn dòng thi công;
- Phương pháp thu thập tài liệu và phân tích tổng hợp;
- Ứng dụng tiến bộ về tin học ứng dụng trong tính toán và phân tích.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1. Ý nghĩa khoa học
- Tổng hợp được phương pháp phân tích và tính toán thủy lực cho các phương án dẫn
dòng thi công;
- Đóng góp vào cơ sở khoa học để lựa chọn hợp lý quy mô của công trình dẫn dòng
trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công phù hợp với điều kiện làm việc của công
trình.
- Đề xuất trình tự tính toán và lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng thi công, xác định
quy mô công trình dẫn dòng hợp lý về kinh tế và kỹ thuật.

4


7.

Cấu trúc luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án bao gồm:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy
lợi, thủy điện
Chương 2: Cơ sở khoa học lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công và tính toán thủy
lực dẫn dòng
Chương 3: Nghiên cứu phân tích lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng thi công
Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho một số công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt
Nam

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN
1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công
Khi xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện phải có những giải pháp để dẫn
nước từ thượng lưu về hạ lưu công trình, đảm bảo hố móng khô ráo để thi công công
trình, được gọi là dẫn dòng thi công [1]. Dẫn dòng thi công nhằm hai mục đích cơ bản
sau đây:
- Ngăn chặn những ảnh hưởng bất lợi của dòng chảy trong quá trình thi công, làm cho
công tác thi công được tiến hành trong môi trường khô ráo một cách thuận lợi.
- Dẫn dòng chảy về hạ lưu để đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp dòng nước trong quá
trình thi công như tưới ruộng, phát điện, nuôi cá, vận tải, nước dùng trong công nghiệp
và sinh hoạt v.v...
Công tác dẫn dòng chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như thủy văn, địa hình, địa
chất, đặc điểm kết cấu và sự bố trí công trình thủy công, điều kiện lợi dụng dòng nước
và điều kiện thi công... Phương án dẫn dòng thi công hợp lý liên quan mật thiết với tiến
độ thi công toàn bộ công trình, thức kết cấu và bố trí công trình thủy công, bố trí mặt
bằng công trường, chi phí xây dựng, an toàn lao động v.v... Thực tiễn xây dựng thủy lợi,
thủy điện của nhiều nước đã cho thấy rằng khi không giải quyết đúng đắn vấn đề dẫn
dòng thi công đã gây nên tình trạng nửa chừng phải thay đổi phương pháp thi công, đảo
lộn thứ tự xây dựng công trình, kéo dài thời gian thi công và tăng chi phí xây dựng.
Thậm chí, gây hư hỏng nghiêm trọng đối với công trình và tăng chi phí rất lớn như công
trình Mammoth [2], đập Short Creek ở Mỹ ; công trình đập Köprü ở Thổ Nhĩ Kỳ [3];
công trình Cửa Đạt [4], Sông Mực, IaKrêl 2 ở Việt Nam.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công thường phải thông qua phân tích và lựa chọn sơ bộ một
số phương án dẫn dòng. Sau đó, thông qua tính toán thiết kế định lượng và tìm ra phương
án phù hợp nhất. Thiết kế dẫn dòng thi công gắn liền với nội dung thiết kế ở các bước
thiết kế, từ bước thiết kế cơ sở đến bản vẽ thi công. Thiết kế dẫn dòng thi công phải đảm
bảo các nguyên tắc cơ bản [5] [6]:

6

-

Tiến độ thi công toàn bộ hệ thống công trình với thời gian ngắn, giá thành hạ; rút
ngắn thời gian đầu tư ban đầu, phát huy nhanh hiệu quả đầu tư.

-

Thi công công trình chính an toàn, cân bằng cường độ thi công, tránh chồng chéo,
bảo đảm tính chủ động trong thi công.

-

Công trình dẫn dòng đơn giản, khối lượng công trình nhỏ, giá thành hạ, thi công
thuận tiện, tốc độ nhanh.

-

Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế.

Khi chọn phương án dẫn dòng thi công phải xem xét toàn diện tới các điều kiện thủy
văn, khí tượng, địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế của vùng xây dựng, sử dụng tổng hợp
dòng sông của các ngành kinh tế khác và hình thức kết cấu, bố trí không gian và khối
lượng công trình xây dựng, năng lực thi công [1], [7], [8]. Nội dung chính của thiết kế
dẫn dòng thi công:
-

Chọn được phương pháp dẫn dòng thích hợp trong từng giai đoạn thi công;

-

Chọn được tần suất thiết kế và thời đoạn dẫn dòng thi công phù hợp. Từ đó xác
định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;

-

Tính toán thủy lực và điều tiết dòng chảy, xác định được quy mô công trình tháo
nước và ngăn nước cho phương án dẫn dòng;

-

Xác định trình tự thi công các hạng mục công trình và tiến độ khống chế theo
phương án dẫn dòng đã chọn, đáp ứng đúng thời hạn xây dựng.

Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công sẽ ảnh hưởng đến tiến độ thi công, thời gian
ngăn sông, đắp đập vượt lũ. Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công hợp lý sẽ giúp tiết
kiệm chi phí, giảm thời gian thi công mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình.
Cho đến nay, việc xây dựng đập lớn trên thế giới rất phát triển, nhiều đập cao với hình
thức kết cấu khác nhau đã được xây dựng. Điển hình như đập vòm bê tông Kim Bình I của Trung Quốc là đập cao nhất thế giới với chiều cao 305m [9], đập Nurek ở Tat-gikis-tan là đập đất đá cao thứ hai thế giới (cao 300m), đập Grande Dixence ở Thụy sĩ là
đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới, với chiều cao 285m [10]. Ngoài ra còn có nhiều
đập cao điển hình khác ở trên thế giới được trình bày trong Phụ lục 1-1. Trong quá trình
7


xây dựng, công tác dẫn dòng thi công được ứng dụng rất đa dạng, sử dụng nhiều dạng
công trình dẫn dòng khác nhau gồm cống, đường hầm, kênh, lòng sông thu hẹp, đập
đang xây dựng, tràn đang xây dựng, tràn xả lũ. Công trình dẫn dòng thi công ở các giai
đoạn của một số công trình tiêu biểu trên thế giới được trình bày ở Phụ lục 1-2 và Phụ
lục 1-3.

Khi thiết kế dẫn dòng thi công, cần phải phân tích các điều kiện cụ thể và đề xuất một
số phương án khả thi nhất, thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật của từng phương án và
so sánh lựa chọn phương án tối ưu nhất.
1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng
1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
Tần suất thiết kế dẫn dòng là thông số đầu tiên cần quan tâm khi giải quyết bài toán thủy
lực dẫn dòng thi công nhằm xác định quy mô của công trình dẫn dòng. Nếu lựa chọn
được tần suất phù hợp, không những đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình thi
công mà còn giúp giảm nhỏ quy mô công trình dẫn dòng, tiết kiệm chi phí cho công tác
dẫn dòng thi công.
Ở Việt Nam cũng có nhiều công trình lớn, thời gian thi công dài như thủy điện Hòa
Bình, thủy điện Tuyên Quang, thủy lợi thủy điện Cửa Đạt, thủy điện Sơn La, thủy điện
Lai Châu, thủy lợi thủy điện Tả Trạch... Phương án dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn
dòng cho các giai đoạn của những công trình này được trình bày trong Phụ lục 2-1 đến
Phụ lục 2-6. Tần suất thiết kế dẫn dòng của các công trình này được lấy khác nhau tùy
từng loại hình công trình dẫn dòng, số năm sử dụng công trình dẫn dòng và thay đổi
theo trình tự xây dựng công trình.
Ở Trung Quốc sử dụng khá nhiều loại hình đập đá đổ chống thấm bằng tường lõi hoặc
chống thấm bằng bản mặt bê tông. Đập đá đổ có khả năng chống xói khi cho nước tràn
qua trong thời kỳ thi công để tiết kiệm thời gian và chi phí cho công trình dẫn dòng nên
đã được ứng dụng khá nhiều.
Đập đá đổ bản mặt bê tông nhà máy thủy điện Thiên Sinh Kiều có chiều cao 178m, sử
dụng đường hầm dẫn dòng về mùa kiệt tần suất 5%, mùa lũ dẫn dòng với tần suất 3,3%

8


với lưu lượng Q = 10.800 m3/s. Năm 1995 tháo lũ qua đê quai, thân đập chưa đắp, lưu
lượng lớn nhất 4.750 m3/s. Năm 1996 mặt đập chừa lại rộng 120m để xả lũ qua đập đang
xây dựng, lưu lượng xả lớn nhất 3.790 m3/s. Năm 1997 sử dụng tần suất 0,33%, năm

1998 sử dụng tần suất 0,2% để thiết kế dẫn dòng.
Phụ lục 2-7 đến Phụ lục 2-9 giới thiệu tần suất dẫn dòng thi công đập đá đổ bản mặt bê
tông công trình hồ Sách Khê có chiều cao đập 132,5m và Bạch Khê có chiều cao đập
124,4m, thủy điện Thủy Bố Á có chiều cao 233m [11]. Ngoài ra còn có các công trình
khác ở Trung Quốc sử dụng hình thức dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng với tần
suất và lưu lượng như Phụ lục 2-10 [11]. Bênh cạnh đó, tần suất lũ thi công của một số
đập đã xây dựng khác ở Trung Quốc được trình bày trong Phụ lục 2-11 [12]. Đặc điểm
chung của các công trình này khi dẫn dòng là sử dụng tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
khác nhau cho các giai đoạn thi công khác nhau, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của
công trình chính, chiều cao công trình chắn nước và dung tích lòng hồ tại thời điểm dẫn
dòng thi công.
Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT [13] và TCVN
9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14] để lựa
chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công. Tuy nhiên các tiêu chuẩn này chưa phản ánh
đúng và đầy đủ tình trạng làm việc của công trình chính khi tham gia vào công tác dẫn
dòng, chưa quy định lựa chọn tần suất dẫn dòng cụ thể như thế nào khi công trình chính
tham gia dẫn dòng (chắn nước) hoặc khi sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công
cho nước tràn qua.
Trong các tài liệu, quy chuẩn, giáo trình, việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng chỉ phụ
thuộc vào cấp công trình, chưa đề cập cụ thể đến chiều cao cột nước, dung tích lòng hồ
khi đang dẫn dòng, nếu xảy ra sự cố thì việc ngập lụt hạ lưu bị ảnh hưởng như thế nào,
thiệt hại về kinh tế sẽ diễn ra như thế nào, việc kiến nghị nâng hạ cấp tần suất là chưa
có cơ sở khoa học rõ ràng.
Khi công trình chính tham gia vào công tác dẫn dòng, đặc biệt là khi cho nước tràn qua
đập đang xây dựng thì chưa có quy định cụ thể. Điều này gây ra khó khăn cho người
thiết kế và phê duyệt thiết kế, chưa xác định đúng tần suất thiết kế dẫn dòng.
9


Trong thực tế dẫn dòng, trường hợp có nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng đồng

thời thì quy mô của từng công trình như thế nào để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật
là bài toán thường gặp đối với những công trình có lưu lượng dẫn dòng lớn và thi công
trong nhiều năm.
Như vậy việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ở Việt Nam cần điều chỉnh bổ sung
cho rõ ràng hơn, phù hợp với thực tế thi công. Vấn đề đầu tiên luận án cần nghiên cứu
là công tác lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công, đề xuất điều chỉnh bổ sung vào
tiêu chuẩn của Việt Nam về lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công.
1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công
Việt nam là nước có đặc điểm địa lý khí tượng thay đổi mạnh theo các miền. Các đặc
trưng lưu lượng theo mùa kiệt và mùa lũ rất rõ rệt, thời gian diễn ra của các mùa cũng
thay đổi dọc theo các miền và phụ thuộc vào vĩ độ. Khi vận dụng khoa học kỹ thuật của
thế giới vào Việt Nam cũng cần phải phân tích kỹ yếu tố thời gian diễn ra của mùa cũng
như đặc điểm dòng chảy trong các tháng của từng mùa ở từng miền Bắc, Trung, Nam
để chọn được phương án dẫn dòng cũng như thiết kế các thông số cụ thể của công trình
dẫn dòng phù hợp nhất.
Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng và thời đoạn dẫn dòng quyết định đến lưu lượng
thiết kế dẫn dòng, ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô công trình dẫn dòng thi công. Các
công trình ở Việt Nam và trên thế giới mới đưa ra kiến nghị mà chưa lý giải một cách
đầy đủ và toàn diện cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng thi
công. Đây là một trong nhưng nội dung đặt ra cần nghiên cứu để có cơ sở khi áp dụng
vào Việt Nam. Trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay, việc lựa chọn thời đoạn dẫn
dòng sao cho phù hợp với từng khu vực, từng lưu vực sông ở nước ta là những nội dung
trong thực tế đang đặt ra cần được giải quyết.
Luận án tổng hợp các đặc điểm khí tượng thủy văn từng vùng miền của Việt Nam, phân
tích các đặc điểm dòng chảy liên quan đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công, đồng
thời đưa ra biện pháp xử lý các trường hợp đặc biệt liên quan đến dòng chảy các vùng
miền ở Việt Nam.

10

1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng
Trong các bước thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn phương án dẫn dòng, thời đoạn
dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng thi công liên quan mật thiết với nhau. Kết quả
của việc lựa chọn này là xác định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công. Từ đó, tính
toán thủy lực và tính toán điều tiết dòng chảy để xác định mực nước thượng lưu và lưu
tốc dòng chảy qua công trình dẫn dòng.
Karen Fisher và David Ramsbottom hướng dẫn các bước để tính toán dẫn dòng thi công
qua kênh gồm tính toán lưu lượng, lựa chọn và tính toán kết cấu kênh dẫn [15], các nghiên
cứu này chỉ áp dụng cho các công trình nhỏ, chiều cao đập không lớn. Sổ tay tính toán
thủy lực của Nga [16] cũng hướng dẫn tính toán thủy lực qua nhiều dạng công trình khác
nhau, là một tài liệu có giá trị trong tính toán thủy lực dẫn dòng. Tuy nhiên sổ tay này chỉ
hướng dẫn tính toán đối với công trình dẫn dòng độc lập, chưa đề cập cụ thể đến việc tính
toán thủy lực dẫn dòng khi sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều công trình dẫn dòng.
TCVN 9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14]
đề cập đến tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp, kênh dẫn, đường hầm và cống, cửa
tràn răng lược, đập đá đổ đang xây dựng. Nhược điểm của tiêu chuẩn này là chưa đề cập
đến phương pháp tính toán thủy lực khi kết hợp dẫn dòng đồng thời qua nhiều công trình
tháo khác nhau mà thực tế xây dựng rất hay gặp như: Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp
đồng thời với dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua đập đang xây dựng đồng thời với
dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua tràn đồng thời với dẫn qua cống/đường hầm…
Hiện nay có các mô hình tính toán thủy lực động lực sông, hệ thống kênh, vận chuyển bùn
cát trên thế giới và Việt Nam như MIKE, HEC-RAS, TELEMAC, VRSAP... tuy nhiên việc
sử dụng các mô hình này khá phức tạp. Bên cạnh đó nội dung thủy lực công trình trong tính
toán dẫn dòng xây dựng dựa trên cơ sở dòng chảy ổn định với 3 phương trình có bản là
phương trình động lượng, phương trình liên tục, phương trình Bernoully, trong khi các phần
mềm kể trên sử dụng hệ phương trình vi phân cơ bản là hệ phương trình Saint Venant gồm
phương trình liên tục và phương trình động lực của dòng chảy một chiều. Các phần mềm
này không phù hợp cho tính toán thủy lực dẫn dòng.

11


Phần mềm tính toán thủy lực Flow 3D tính toán và mô phỏng rất chi tiết chế độ dòng chảy
qua các dạng công trình, để sử dụng phần mềm này cần đưa vào nhiều dữ liệu về điều kiện
biên, yêu cầu cấu hình máy tính cao, mỗi lần tính cho một trường hợp mất nhiều thời gian,
không thực sự phù hợp với việc tính toán để lựa chọn phương án. Phần mềm Flow 3D phù
hợp với việc dùng phương pháp số kiểm chứng lại kết quả tính toán lý thuyết.
Bên cạnh đó có phần mềm tính toán thủy lực Hydraulic Calculator của công ty Bentley
Systems, phần mềm Tính toán thủy lực công trình EHPro của Vũ Đại Nguyên, tuy nhiên
các phần mềm này tính cho công trình độc lập, chưa tính toán thủy lực đồng thời qua
đập đang xây dựng và cống, chưa kết hợp tính toán điều tiết lũ để phục vụ tính toán thủy
lực dẫn dòng. Ngoài ra chương trình tính toán thủy lực qua cống chưa có xử lý chuyển
tiếp giữa chế độ chảy ngập sang không ngập, chảy không áp sang có áp, làm cho kết quả
tính toán có bước nhảy về số học, chưa phù hợp với bài toán tính thử dần khi xả kết hợp
cống và đập đang xây dựng để xả lũ.
Những phân tích trên đặt ra cho luận án cần phải nghiên cứu lập chương trình tính toán
thủy lực dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng, xây dựng biểu đồ diễn
biến lưu tốc dọc theo chiều dài dòng chảy qua công trình đập đang xây dựng. Nghiên
cứu của luận án sẽ giúp các kỹ sư tính toán thủy lực nhanh và hiệu quả nhất làm cơ sở
xác định quy mô công trình dẫn dòng và biện pháp gia cố công trình dẫn dòng qua đập
đang xây dựng.
1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm
Sử dụng cống và đường hầm để dẫn dòng có ưu điểm nổi bật là giao thông được hai bờ,
vừa dẫn dòng vừa thi công được phần đập lòng sông, có khả năng thi công với cường
độ cao, đảm bảo tiến độ thi công.
1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống
Trường hợp phổ biến nhất là lợi dụng cống lâu dài để tháo nước thi công, khi đó công
tác thi công công trình dẫn dòng sẽ đơn giản đi nhiều, tránh được những khó khăn, phức
tạp trong công tác hoành triệt cống, đồng thời giảm bớt được các phí tổn về dẫn dòng

như công trình Núi Cốc (1973), Kẻ Gỗ (1976), Yên Lập (1977), Đầm Hà Động (2005)...

12


Cống dẫn dòng được sử dụng tháo lũ hàng trăm m3/s, trong điều kiện cột nước hàng vài
chục mét như các công trình Sơn La, Lai Châu, Tuyên Quang [17], [18], [19]. Để giảm
bớt khó khăn khi hoành triệt cống và cải thiện điều kiện chịu lực của cống, thường dùng
cống có mặt cắt chữ nhật và các góc lượn cong, đồng thời bố trí cống ở các độ cao khác
nhau. Khi hoành triệt cống thì tiến hành đối với các cống theo trình tự từ thấp lên cao
để giảm bớt khó khăn do cột nước dâng cao ở thượng lưu đập.
Phương pháp dẫn dòng qua cống không cản trở quá trình thi công các hạng mục khác, đặc
biệt đối với việc xây dựng đập cao mà có cống lâu dài thì càng có lợi cả về kỹ thuật và
kinh tế. Dẫn dòng qua cống có khuyết điểm là hoành triệt cống khó khăn, ít nhiều có ảnh
hưởng đến tính hoàn chỉnh của công trình, khi tháo nước dễ bị vật nổi chắn ngang cống.
Công trình thủy điện Sơn La (Hình 1.1) dùng cống kích thước nxbxh = 2x12mx12m,
cao trình đáy cống +108,0m. Cống dẫn dòng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp với
kênh dẫn dòng thi công chiều rộng đáy B = 90m, cao trình đáy kênh +110,0m trong năm
thi công thứ 3, 4, 5 với lưu lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 14.642 m3/s; dẫn dòng
kết hợp với đập đang xây dựng dở vào mùa lũ năm thi công thứ 6 với lưu lượng thiết kế
dẫn dòng là 16.044 m3/s; dẫn dòng độc lập vào mùa kiệt năm thi công thứ 6 và năm thi
công thứ 7 với lưu lượng dẫn dòng thiết kế là 2.568 m3/s. Công tác dẫn dòng thi công
qua cống của công trình này đã diễn ra an toàn.
Công trình thủy điện Lai Châu sử dụng cống dẫn dòng kích thước nxbxh = 2x10mx16m,
cao độ cửa vào +199,0m. Cũng tương tự như công trình thủy điện Sơn La, cống dẫn
dòng công trình thủy điện Lai Châu được sử dụng dẫn dòng kết hợp với kênh dẫn dòng
thi công có chiều rộng đáy B = 35m, cao trình đáy +200,0m ở năm thứ 3, 4, 5 với lưu
lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 10.388 m3/s; dẫn dòng độc lập qua cống dẫn dòng
với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.837 m3/s. Thực tế dẫn dòng thi công, lưu lượng đến
lớn nhất trong giai đoạn cống làm việc độc lập là 924 m3/s, dẫn dòng qua cống trong

giai đoạn thi công an toàn.
Công trình thủy điện Bắc Hà sử dụng cống dẫn dòng với kích thước nxbxh = 3x5mx9m
với tần suất 5%, lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.134 m3/s vào mùa kiệt năm 2006 và
2007. Cống dẫn dòng này cũng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp vào mùa lũ năm 2006
13


với tần suất 5% với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 2.530 m3/s. Quá trình dẫn dòng diễn
ra đúng với tính toán thiết kế, dẫn dòng thi công công trình an toàn, hiệu quả.
Ngoài ra còn nhiều công trình khác ở Việt Nam dùng hình thức cống dẫn dòng như
Tuyên Quang (Hình 1.2), Bình Điền (Hình 1.3 [20]), Bản Chát, Bản Vẽ. Ở Trung Quốc
có trạm thủy điện Giá Lâm, Bạch Liên Hà [6].

Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng

Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công
11.00

3.50
3.50

2.70 1.002.00

1.00

®o¹n 3
11.00

18.50

®o¹n 1

20.00

®o¹n 2

®Æt s½n L100x50x8

20.00

®o¹n 4

1.00
6.50

4.50

3.50

15.00

20.00

11.00

58.50

Hình 1.3. Công trình thủy điện Bình Điền - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng thi công
14

1.3.2 Dẫn dòng thi công qua đường hầm
Luận án tiến sĩ của Nguyễn Danh Oanh (2003) nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế độ thuỷ
lực ở cửa vào đường hầm dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ
điện. Luận án đã xây dựng được mô hình lý thuyết để giải bài toán động - động lực học
ở cửa vào đường hầm, tính được các đặc trưng thủy động lực học ở cửa vào đường hầm
với bài toán phẳng. Luận án cũng lập được công thức gần đúng tính hệ số giảm áp dọc
theo trần cửa vào không gian, từ đó đề xuất biện pháp công trình cửa vào có trụ nhô để
giảm chân không trên trần cửa vào đường hầm [21]. Nghiên cứu này góp phần hoàn chỉnh
tính toán thủy lực đường hầm, giúp cho việc dẫn dòng qua đường hầm được ứng dụng rộng
rãi hơn trong thực tế.
Đường hầm dẫn dòng có thể sử dụng để dẫn dòng trong cả mùa lũ và mùa kiệt như công
trình Hòa Bình [22], Cửa Đạt [4]. Trung Quốc có công trình trạm thủy điện Long Dương
Hiệp, Ô Giang Độ, Đông Giang, ở Ấn Độ có công trình Si-li-sa-lam, ở Mỹ có công trình
Devosik, Paoerth (Phụ lục 1-4) [6]. Các đường hầm này có kích thước lớn, với diện tích
mặt cắt từ 28,3 m2 đến 254 m2, dẫn lưu lượng 196 m3/s đến 3.340 m3/s.
Công trình Cửa Đạt dùng đường hầm TN2 dẫn dòng có đường kính trung bình 9m, dài
820m, đáy cửa vào ở cao trình +30,0m (Hình 1.4) để dẫn dòng vào mùa kiệt với lưu
lượng thiết kế dẫn dòng là 1.250 m3/s, đường hầm này cũng dùng để dẫn dòng đồng thời
với đập đang xây dựng vào mùa lũ năm thi công thứ 3, dẫn dòng đồng thời với tràn vào
mùa lũ năm thi công thứ 4. Đường hầm TN2 được hoành triệt sau khi xây dựng xong
đập chính.
tim ®Ëp chÝnh
4a
5a
4b
6

6

5a

5a

7
7

8

5b

6

9

5b
7
9

8

6

8

5a
6

9

8

8

7

8

4/1/04

9

9

453.983 m

9

366.017 m
820.00 m

Hình 1.4. Công trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dòng TN2
Công trình thủy điện Huội Quảng sử dụng hầm dẫn dòng thi công tiết diện móng ngựa BxH
= (10x10)m, cao độ đáy +286,0m, chiều dài hầm khoảng 250m, kết cấu bê tông cốt thép
15