Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng bảo đảm thi công công trình thuỷ điện

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng bảo đảm thi công công trình thuỷ điện" nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng bảo đảm thi công công trình thuỷ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HÀ NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG BẢO ĐẢM THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HÀ NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG BẢO ĐẢM THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN KHÁNH HÀ NỘI - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hà
ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i MỤC LỤC ............................................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................................ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................................viii Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THUỶ ĐIỆN............................................................................................................ 6 1.1. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện .................................................................... 6 1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện .............. 11 1.3. Thiết bị trắc địa để thực hiện đo đạc trong thi công thuỷ điện ............................. 14 1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn xây dựng lưới khống chế thi công thủy điện ....................................................................................................... 15 1.5. Đánh giá chung về công tác xây dựng lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện và hướng nghiên cứu trong luận án ...................................................................... 222 Chương 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG THI CÔNG THUỶ ĐIỆN ................................................ 24 2.1. Yêu cầu chung đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện .................. 24 2.2. Xác lập hệ quy chiếu đối với mạng lưới mặt bằng thi công thủy điện ............... 30 2.3. Phân tích các phương pháp thành lập lưới khống chế mặt bằng ......................... 35 2.4. Khảo sát một số dạng đồ hình đặc trưng của lưới thi công thuỷ điện ................. 39 2.5. Ước tính độ chính xác lưới mặt bằng thi công thủy điện ..................................... 46 2.6. Tối ưu hoá bản thiết kế lưới ..................................................................................... 49 2.7. Kết luận chương 2 ...................................................................................................... 53 Chương 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI MẶT BẰNG THI CÔNG THỦY ĐIỆN .................................................................................... 54 3.1. Yêu cầu chung đối với công tác xử lý số liệu lưới khống chế thi công thuỷ điện ...................................................................................................................................... 54
iii 3.2. Khảo sát ứng dụng phương pháp bình sai tự do để xử lý số liệu lưới khống chế thi công thủy điện .............................................................................................................. 55 3.3. Bình sai lưới thi công thành lập bằng phương pháp đo đạc mặt đất ................... 60 3.4. Bình sai lưới thi công thành lập bằng phương pháp GPS ..................................... 64 3.5. Tính chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình .................................................. 67 3.6. Kết luận chương 3 ...................................................................................................... 70 Chương 4. THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI MẶT BẰNG THI CÔNG THUỶ ĐIỆN ................................................................................................. 71 4.1. Nội dung thực nghiệm ............................................................................................... 71 4.2. Thực nghiệm xác lập hệ tọa độ công trình ............................................................. 72 4.3. Thực nghiệm thiết kế lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương pháp đo đạc mặt đất................................................................................................................................. 77 4.4. Thực nghiệm tính toán thiết kế lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương pháp kết hợp GPS- mặt đất............................................................................................... 81 4.5. Thực nghiệm tối ưu hóa bản thiết kế lưới ............................................................... 83 4.6. Thực nghiệm bình sai lưới mặt đất .......................................................................... 86 4.7. Thực nghiệm xử lý số liệu lưới thi công thủy điện thành lập bằng phương pháp GPS ..................................................................................................................................... 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................... 95 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN .............................................................................. 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 98 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 102 Phụ lục 1. Kết quả tính toán thiết kế lưới mặt bằng công trình thủy điện Sơn La (Phương án có đo cạnh biên) ........................................................................................................... 103 Phụ lục 2. Kết quả tính toán thiết kế lưới mặt bằng công trình thủy điện Sơn La (Phương án không đo cạnh biên) .................................................................................................... 108 Phụ lục 3. Ước tính độ chính xác lưới kết hợp GPS- mặt đất ....................................... 112
iv DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Phân cấp công trình thuỷ điện 11 Quy định độ chính xác bố trí công trình thủy 2 Bảng 1.2 13 điện 3 Bảng 1.3 Thiết bị đo đạc điện tử mặt đất 14 4 Bảng 1.4 Thiết bị đo đạc vệ tinh 15 Yêu cầu độ chính xác đối với lưới thi công thủy 5 Bảng 2.1 25 điện Sự phụ thuộc giữa số cải chính chiều dài cạnh 6 Bảng 2.2 32 và hoành độ trung bình cạnh đo 7 Bảng 2.3 Kết quả tính số cải chính chiều dài cạnh 35 Kết quả tính sai số hướng ngang điểm đào 8 Bảng 2.4 43 thông Quan hệ giữa sai số điểm cuối và số lượng, sai 9 Bảng 2.5 45 số phương vị đo Thống kê tọa độ và độ cao các mốc tam giác 10 Bảng 4.1 73 thuỷ công 11 Bảng 4.2 Các tham số lưới( phương án 1) 73 12 Bảng 4.3 Kết quả tính chuyển tọa độ (pa 1) 74 Kết quả tọa độ tính chuyển về kinh tuyến trung 13 Bảng 4.4 75 bình Kết quả tọa độ tính chuyển lên mặt phẳng trung 14 Bảng 4.5 75 bình So sánh chiều dài cạnh giữa 2 phương án chọn 15 Bảng 4.6 76 hệ tọa độ
v So sánh chiều dài cạnh với kết quả đo trực tiếp 16 Bảng 4.7 77 bảng máy TĐĐT 17 Bảng 4.8 Thông số lưới 79 18 Bảng 4.9 Kết quả ước tính sai số vị trí điểm 80 19 Bảng 4.10 Tham số đặc trưng độ chính xác lưới 80 20 Bảng 4.11 Thông số lưới thi công thủy điện Sông Ba Hạ 82 21 Bảng 4.12 Kết quả ước tính sai số vị trí điểm 82 Kết quả thực nghiệm thiết kế tối ưu theo độ 22 Bảng 4.13 84 chính xác 23 Bảng 4.14 Thông số của mạng lưới 86 24 Bảng 4.15 Tọa độ các điểm khởi tính chuẩn 86 25 Bảng 4.16 Kết quả đo góc hi) 87 26 Bảng 4.17 Kết quả đo cạnh 87 27 Bảng 4.18 Kết quả tọa độ bình sai 88 28 Bảng 4.19 Tham số đặc trưng của lưới 88 Kết quả bình sai trong hệ tọa độ phẳng ở chế 29 Bảng 4.20 90 độ FIX 1 điểm gốc tế) 30 Bảng 4.21 Tính toán độ lệch tọa độ điểm khởi tính ểt) 90 31 Bảng 4.22 Tọa độ bình sai điều chỉnh 91 Tính chuyển tọa độ qua múi chiếu và dâng lên 32 Bảng 4.23 92 độ cao trung bình 33 Bảng 4.24 Tọa độ các điểm song trùng 93 Kết quả tọa độ tính chuyển về hệ tọa độ công 34 Bảng 4.25 93 trình
vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình vẽ Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Mặt bằng công trình thuỷ điện sau đập 7 Sơ đồ mặt bằng phân bố công trình thủy điện 2 Hình 1.2 7 dạng đường dẫn 3 Hình 1.3 Tuyến đập và hồ chứa công trình thuỷ điện 9 4 Hình 1.4 Đường hầm dẫn nước 9 5 Hình 1.5 Đường ống áp lực 9 6 Hình 1.6 Nhà máy thủy điện 10 Thiết bị đo đạc điện tử ứng dụng trong thi công 7 Hình 1.7 16 lưới (a,b,c) Hình ảnh mốc lưới thi công tại một số công trình 8 Hình 1.8 18 thủy điện (a,b) Lưới khống chế thi công tại công trình thủy điện 9 Hình 1.9 18 (a,b) Lưới khống chế thi đường hầm tại dự án 10 Hình 1.10 19 Trerpukhop 11 Hình 1.11 Lưới khống chế thi công thủy điện Sơn La 20 12 Hình 1.12 Lưới khống chế thi công thủy điện A Lưới 21 13 Hình 1.13 Sơ đồ lưới thi công-Thủy điện Sông Ba Hạ 22 14 Hình 2.1 Sơ đồ lưới thi công tuyến đập 28 15 Hình 2.2 Sơ đồ lưới thi công tuyến năng lượng 28 16 Hình 2.3 Sơ đồ lưới thi công khu vực nhà máy 29 17 Hình 2.4 Bản vẽ thiết kế mốc tam giác thủy công 29 18 Hình 2.5 Chiếu cạnh đo lên mặt phẳng tọa độ 30
vii 19 Hình 2.6 Sơ đồ lưới đa giác thực nghiệm 34 20 Hình 2.7 Sơ đồ lưới GPS 37 21 Hình 2.8 Sơ đồ một mạng lưới kết hợp GPS- Mặt đất 38 22 Hình 2.9 Sơ đồ lưới tứ giác không đo cạnh biên 39 23 Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống lưới thi công hầm 40 24 Hình 2.11 Sơ đồ lưới đường chuyền trong hầm 41 25 Hình 2.12 Sơ đồ đường chuyền đo phương vị 42 Sơ đồ đường chuyền dẫn nước thủy điện Thượng 26 Hình 2.13 43 Kon Tum Đường chuyền trong hầm có đo thêm phương vị 27 Hình 2.14 44 cạnh Biểu đồ quan hệ giữa sai số điểm cuối và số 28 Hình 2.15 45 lượng phương vị đo 29 Hình 2.16 Sơ đồ tính toán thiết kế tối ưu độ chính xác 52 30 Hình 3.1 Mối quan hệ giữa 2 hệ tọa độ phẳng 61 31 Hình 3.2 Định vị lưới mặt bằng tự do 62 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập lưới bằng 32 Hình 3.3 65 công nghệ GPS Lưới khống chế thi công thủy điện Thượng Kon 33 Hình 4.1 72 Tum 34 Hình 4.2 Toàn cảnh nhà máy thủy điện Sơn La 78 Sơ đồ lưới thi công thủy điện Sơn La (2 phương 35 Hình 4.3 78 án a, b) 36 Hình 4.4 Sơ đồ lưới thi công-Thủy điện Sông Ba Hạ 81 37 Hình 4.5 Sơ đồ lưới thi công thủy điện Sơn La 83 38 Hình 4.6 Sơ đồ lưới thi công thủy điện A lưới 89
viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 TĐĐT Toàn đạc điện tử 2 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 3 GPS Global Positioning System (hệ thống định vị toàn cầu) Global Navigation Satellite System (hệ thống vệ tinh 4 GNSS dẫn đường toàn cầu) 5 TBC Trimble Business Center (phần mềm của Trimble)
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thuỷ điện là nguồn tài nguyên năng lượng lớn, ở nước ta nguồn năng lượng này đã và đang được tập trung khai thác trên quy mô rộng khắp. Hiện nay, ở Việt Nam có hơn 500 công trình thuỷ điện lớn nhỏ đã và đang được xây dựng. Điển hình là những công trình thuỷ điện như: Hoà Bình, Sơn La, Yaly, Sông Hinh, Trị An, thuỷ điện Tuyên Quang…Hoạt động của các nhà thủy điện đã góp phần quan trọng trong việc phát triển hệ thống năng lượng cũng như duy trì độ ổn định và tin cậy của hệ thống điện quốc gia. Ngoài ra, các công trình thủy điện còn có tác dụng cải tạo môi trường, phục vụ du lịch… Tuy nhiên, nếu các công trình thủy điện không được xây dựng theo một quy trình nghiêm ngặt, việc khảo sát về địa hình, địa chất thủy văn không được chính xác, chất lượng xây dựng công trình kém … có thể dẫn đến hậu quả tiêu cực, gây thiệt hại về người và của cải cho một vùng rộng lớn. Ở Việt Nam, tuy chưa có những thảm họa liên quan tới thủy điện nhưng các hiện tượng lún, sụt biến dạng các công trình thủy điện cũng đã gây nhiều tốn kém trong công tác xử lý như đập thủy điện Sông Tranh 2 hiện nay, gây tâm lý hoang mang lo ngại trong việc quản lý, sử dụng các công trình thủy điện… Lưới khống chế thi công công trình thủy điện được thành lập trong giai đoạn xây dựng công trình và là cơ sở trắc địa cho công tác bố trí tổng thể, bố trí chi tiết và đo vẽ hoàn công công trình. Yêu cầu độ chính xác và đồ hình lưới được tính toán, lựa chọn trên cơ sở đáp ứng các chỉ tiêu của công tác bố trí công trình và đo vẽ hoàn công. Thông thường, lưới thi công công trình là hệ thống lưới nhiều bậc, yêu cầu độ chính xác đối với mỗi bậc lưới tăng dần và phải được thành lập trong cùng hệ tọa độ, độ cao thống nhất đã được lựa chọn đối với từng công trình.
2 Lưới khống chế thi công thủy điện có vai trò quan trong trong quá trình thi công xây dựng công trình, mạng lưới này cần được xây dựng tuân theo một quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Tất cả các bậc lưới thi công cần phải được tính tọa độ (độ cao) trong một hệ thống thống nhất, được lựa chọn trong giai đoạn khảo sát công trình. Hiện nay, ở Việt nam các mạng lưới thi công thủy điện đều được đo nối với hệ thống tọa độ Quốc gia (HN-72 hoặc VN-2000). Về mặt hình học, lưới khống chế thi công thủy điện cần được xây dựng sao cho kích thước của lưới ít bị biến dạng nhất so với thực địa, đồng thời lưới được định vị trong cùng hệ tọa độ đã được sử dụng để thiết kế công trình. Việc nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu quả và hoàn thiện quy trình thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện có ý nghĩa trong giai đoạn hiện nay, nhất là khi nhiều dự án thủy điện ở nước ta đang được triển khai xây dựng một cách rộng rãi. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm góp phần phát triển và hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện. - Đối tượng nghiên cứu là phương pháp thiết kế và xử lý số liệu các dạng lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện ở Việt Nam. - Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Nghiên cứu các phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng nhằm nâng cao chất lượng và đảm bảo hiệu quả thi công các công trình thủy điện. 3. Nội dung nghiên cứu 1- Nghiên cứu lựa chọn hệ quy chiếu phù hợp với đặc điểm cấu trúc và yêu cầu bố trí các công trình thuỷ điện ở Việt Nam. 2- Nghiên cứu thiết kế lưới mặt bằng thi công thủy điện với các nội dung:
3 Khảo sát đồ hình lưới phù hợp với các hạng mục công trình thủy điện, tối ưu hóa bản thiết kế lưới. 3- Nghiên cứu quy trình và phương pháp xử lý số liệu lưới khống chế thi công mặt bằng thành lập bằng công nghệ đo đạc mặt đất, công nghệ GNSS và lưới kết hợp GPS- mặt đất. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng internet và các thư viện. - Phương pháp phân tích: Nghiên cứu lý thuyết về thành lập lưới khống chế thi công thủy điện, khảo sát một số đồ hình phù hợp với cấu trúc công trình thủy điện, thành lập thuật toán xử lý số liệu đo đạc ngoại nghiệp. - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm với các công trình ở thực tế để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và đi đến kết luận. - Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp. - Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, định lý toán học để chứng minh các công thức phục vụ cho việc tính toán và lập chương trình máy tính. - Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng thuật toán xử lý số liệu với định hướng lập chương trình tính toán trên máy tính. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần hoàn thiện lý thuyết và quy trình thành lập lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện, hỗ trợ công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực trắc địa công trình. Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để xây dựng lưới khống chế mặt bằng đảm bảo thi công các công trình thủy điện ở thực tế sản xuất.
4 6. Các luận điểm bảo vệ - Luận điểm thứ nhất: Cần phải lựa chọn hệ tọa độ và độ cao mặt chiếu phù hợp với lưới thi công thủy điện được thành lập trong các hệ quy chiếu khác nhau để đảm bảo kích thước lưới ít biến dạng nhất so với thực địa. - Luận điểm thứ hai: Cần áp dụng các giải pháp nâng cao hiệu quả thiết kế lưới thi công thủy điện: áp dụng một số đồ hình và công nghệ đo đạc phù hợp với đặc điểm các hạng mục công trình, sử dụng thuật toán thích hợp trong tính toán thiết kế và xác định phương án tối ưu thành lập lưới. - Luận điểm thứ ba: Cần xây dựng hệ thống thuật toán và quy trình xử lý số liệu hợp lý đối với các dạng lưới khống chế thi công thủy điện. 7. Các điểm mới của luận án 1. Đề xuất phương án mới xác lập hệ tọa độ và độ cao mặt chiếu đối với lưới mặt bằng thi công thủy điện thành lập trong hệ quy chiếu VN-2000. 2. Đề xuất áp dụng lưới tứ giác không cạnh biên, đường chuyền đo bổ sung phương vị cạnh trong thành lập lưới khống chế thi công thủy điện. Sử dụng thuật toán truy hồi trong quá trình tính toán thiết kế lưới. 3. Áp dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do để xử lý số liệu lưới khống chế thi công thủy điện. Đề xuất thuật toán và quy trình xử lý số liệu lưới thi công thành lập bằng phương pháp định vị vệ tinh (GNSS). 8. Cấu trúc và nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, phương pháp, nội dung nghiên cứu của luận án, đồng thời đưa ra các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án. Phần nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Tổng quan về công tác thành lập lưới khống chế thi công thủy điện.
5 Chương 2: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả thiết kế lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện. Chương 3: Nghiên cứu giải pháp tính toán xử lý số liệu lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện. Chương 4: Thực nghiệm thiết kế và xử lý số liệu lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện. Phần kết luận: Tổng hợp lại những vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa ra những nhận xét, đánh giá các giải pháp nâng cao hiệu quả của công tác thành lập lưới khống chế mặt bằng thi công các công trình thủy điện cũng như định hướng cho phát triển trong tương lai. 9. Lời cảm ơn Trước hết, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Khánh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn thành các nội dung của luận án. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Trắc địa – Bản đồ và Quản lý đất đai Trường Đại học Mỏ -Địa chất, các đồng nghiệp trong ngành Trắc địa và đặc biệt là các Thầy, Cô trong Bộ môn Trắc địa công trình đã giúp đỡ và có những ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả hoàn thiện nội dung của luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó.
6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THUỶ ĐIỆN 1.1. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện 1.1.1. Phân loại công trình thuỷ điện Công trình thuỷ điện được xây dựng để sử dụng tài nguyên thuỷ năng và nguồn dự trữ nước vào việc cung cấp điện năng cho đất nước và góp phần điều hoà nguồn nước, ngoài ra còn phục vụ cho việc du lịch, bảo tồn sinh thái, điều hòa khí hậu cho một khu vực lãnh thổ. Do vậy, các công trình thuỷ điện thường thuộc loại công trình trọng điểm của quốc gia, thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục có kết cấu phức tạp, đa dạng. Công trình thuỷ điện là loại công trình làm việc trong môi trường nước, chịu tác dụng của các loại lực do nước gây nên như lực thuỷ tĩnh, thuỷ động, áp lực cột sóng, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi. Ngoài ra công trình thuỷ điện còn chịu tác dụng của các loại lực khác như áp lực gió, áp lực đất, áp lực do động đá, áp lực do bùn cát… Công trình thuỷ điện ngoài chức năng phát điện còn có thể kết hợp với việc điều tiết nguồn nước để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của nền kinh tế quốc dân. Phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa nhà máy phát điện và tuyến đập chính, các công trình thủy điện được chia thành 2 loại là thủy điện sau đập và đường dẫn. Đối với thủy điện sau đập, các hạng mục chủ yếu của công trình được bố trí gần nhau tạo thành cụm đầu mối (thủy điện Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu…). Đối với thủy điện đường dẫn, nước trong hồ chứa được đưa xuống nhà máy thông qua tuyến đường hầm hoặc kênh dẫn, vì vậy các hạng mục công trình của loại thủy điện này thường phân bố cách xa nhau (thủy điện Yaly, Huội Quảng…).
7 Trên hình 1.1 đưa ra bản vẽ tổng thể mặt bằng của một công trình thủy điện sau đập, trên hình 1.2 đưa ra bản vẽ mặt bằng của thủy điện đường dẫn. Hình 1.1. Mặt bằng công trình thuỷ điện sau đập Hình 1.2. Sơ đồ mặt bằng phân bố công trình thuỷ điện đường dẫn 1.1.2. Các hạng mục chủ yếu của công trình thuỷ điện 1.1.2.1. Tuyến áp lực và hồ chứa nước Đập dâng gồm nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tuỳ theo từng điều kiện cụ thể của công trình, bao gồm:
8 - Đập đất: Vật liệu đắp đập là đất (sét, cát, cuội sỏi). Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng thi công cơ giới hoá cao và rẻ tiền. Phía thượng lưu của đập là hồ chứa nên có sóng tác động, sẽ làm hư hỏng mái dốc thượng lưu. Ở Việt nam loại đập đất được xây dựng tại công trình thủy điện Sông Ba Hạ, Sông Hinh .. . - Đập đất đá: là một loại đập được cấu tạo bằng đất đá mà không cần chất kết dính, là một trong những loại công trình dâng nước kinh tế nhất khi xây dựng ở những vùng có sẵn đá, giao thông không thuận lợi. Ở Việt nam loại đập đất đá được xây dựng tại công trình thủy điện Hòa Bình, Yaly,.. . - Đập bê tông: bao gồm bê tông đầm lăn, bê tông bản mặt và bê tông trọng lực. Đập bê tông trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của đập. Ở Việt nam loại đập bê tông được xây dựng tại công trình thủy điện Sơn La, Lai châu… Đập tràn thường có kết cấu bê tông, có tác dụng xả nước khi cần thiết để điều tiết lượng nước trong hồ chứa, số lương khoang tràn được tính toán, thiết kế phù hợp với từng công trình cụ thể. Các thông số của hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường. Khi thiết kế hồ phải giải quyết những nhiệm vụ cơ bản sau: - Xác định biên giới ngập nước của hồ chứa ứng với độ cao mực nước thiết kế. Xác định biên giới lòng hồ và thể tích hồ chứa. - Đề xuất bản thiết kế phòng ngập cho các thành phố, các điểm dân cư, xí nghiệp công nghiệp, những vùng đất canh tác có giá trị cũng như bản thiết kế các công tác gia cố bờ hồ. Trên hình 1.3 đưa ra ví dụ về hình ảnh của tuyến đập và hồ chứa công trình thủy điện.
9 Hình 1.3. Tuyến đập và hồ chứa công trình thuỷ điện 1.1.2.2. Tuyến năng lượng Tuyến năng lượng bao gồm các hạng mục: cửa nhận nước, đường hầm hoặc kênh dẫn, tháp điều áp và đường ống áp lực. Tuyến năng lượng có chức năng dẫn nước từ hồ chứa đến các tuốc bin phát điện, thông thường các hạng mục công trình tuyến năng lượng có kết cấu bằng vật liệu bê tông, riêng đường ống áp lực có kết cấu thép. Trên hình 1.4 đưa ra hình ảnh của đường hầm dẫn nước, hình 1.5 đưa ra hình ảnh tháp điều áp, đường ống áp lực và gian máy của công trình thủy điện dạng sau đập. Hình 1.4. Đường hầm dẫn nước Hình 1.5. Đường ống áp lực
10 1.1.2.3. Nhà máy phát điện Về kiểu nhà máy thuỷ điện, thông thường có hai loại nhà máy thuỷ điện hở (Sơn la, Lai Châu), và nhà máy thuỷ điện ngầm (Hòa Bình, Yaly). Trên hình 1.6 đưa ra hình ảnh của gian máy và các tổ máy phát thủy điện. Hình 1.6. Nhà máy thủy điện 1.1.3. Nhận xét về đặc điểm cấu trúc của công trình thuỷ điện Qua thực tế tìm hiểu các công trình thủy điện Việt Nam có thể nhận thấy những đặc điểm cấu trúc nổi bật như sau: - Tổ hợp đầu mối thủy điện là những công trình có quy mô lớn bao gồm nhiều hạng mục có đặc điểm kết cấu phức tạp và đa dạng. - Khu vực xây dựng thủy điện thường là vùng núi có địa hình phức tạp, không thuận lợi cho việc thi công xây dựng, trong đó bao gồm cả công tác trắc địa. - Các hạng mục công trình thủy điện được phân bố ở các độ cao khác nhau, chênh lệch độ cao giữa nhà máy và đỉnh tuyến đập có thể dao động trong khoảng từ hàng chục đến hàng nghìn mét.