Tiêu chuẩn TCVN 9154:2012 Tính toán đường hầm thủy lợi

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9154:2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - QUY TRÌNH TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM THỦY LỢI

Hydraulic structures - Calculation Process of Hydraulic Tunnel

Lời nói đầu

TCVN 9154:2012 được chuyển đổi từ 14TCN 32 - 85 (HDTL-C-3-77) của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 01/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9154:2012 do Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo, Viện khoa học thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - QUY TRÌNH TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM THỦY LỢI

Hydraulic structures - Calculation Process of Hydraulic Tunnel

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này được dùng trong thiết kế mới và sửa chữa đường hầm các công trình thủy lợi, thủy điện.

Khi thiết kế các công trình ngầm khác có chức năng tương tự, cho phép sử dụng các yêu cầu của Tiêu chuẩn này nếu có luận chứng thích đáng.

Khi thiết kế đường hầm thủy lợi ở trong điều kiện đặc biệt (trong vùng có động đất) cần phải tuân thủ các yêu cầu bổ sung khác được qui định trong những tài liệu qui phạm tương ứng đặt ra cho các đường hầm này.

Khi thiết kế đường hầm dạng giếng, tháp điều áp và đoạn có các gương hầm giao nhau, hầm rẽ nhánh, đoạn hầm có độ dốc nghiêng lớn cần có những tính toán theo bài toán không gian phù hợp với sự làm việc của đá tại các vùng này.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn đã được sửa đổi, bổ sung hoặc thay thế thì áp dụng phiên bản mới nhất. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố và chưa chuyển đổi thì áp dụng phiên bản được nêu:

TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 4116:1985 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 4118:2012 Công trình thủy lợi - Hệ thống kênh tưới - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 8636:2011 Công trình thủy lợi - Đường ống áp lực bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và lắp đặt.

TCVN 9147:2012 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực đập tràn.

TCVN 9151:2012 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực cống dưới sâu.

3 Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau đây:

3.1 Đường hầm thủy lợi

Đường hầm dẫn nước, phục vụ cho các dự án thủy lợi, thủy điện được đào xuyên qua đá, đất không bao gồm ống chôn và ống đắp đất đá.

3.2 Đường hầm có áp

Đường hầm làm việc luôn có áp lực dư bên trong.

3.3 Đường hầm không áp

Đường hầm làm việc không có áp lực dư bên trong, dòng chảy trong hầm có mặt thoáng, áp suất tại mặt thoáng bằng áp suất không khí.

3.4 Áo đường hầm

Phần vỏ bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép thiết dựng bên trong đường hầm sau khi đào.

3.5 Gia cố tạm đường hầm

Gia cố trong quá trình thi công đào đường hầm nhằm đảm bảo an toàn từ khi đào hầm đến khi dựng vỏ chống cố định.

3.6 Gia cố vĩnh cửu hầm

Gia cố cuối cùng sau khi hoàn thiện hầm dẫn nước. Kết cấu này giữ ổn định đường hầm suốt thời gian tồn tại.

3.7 Đường kính đào đường hầm sử dụng

Đường kính tính đến mép biên đào của đường hầm.

3.8 Đường kính hầm sử dụng

Đường kính trong của đường hầm khi đã hoàn thiện vỏ hầm.

4 Phân loại

4.1 Phân loại theo chức năng: Các đường hầm thủy lợi có thể thuộc loại công trình chủ yếu, thứ yếu và tạm thời.

4.1.1 Loại công trình chủ yếu là những đường hầm được dùng để tháo nước thường xuyên trong quá trình khai thác các nhà máy thủy điện, hệ thống thủy lợi và hệ thống cấp nước.

4.1.2 Loại công trình thứ yếu là những đường hầm được dùng để tháo định kỳ (để tháo cạn và xói rửa hồ chứa, ống dẫn nước và đường hầm xả nước).

4.1.3 Loại công trình tạm thời là những đường hầm dùng để xả lưu lượng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa các công trình thủy lợi.

CHÚ THÍCH 1: Trong những trường hợp đặc biệt khi thiết kế những đầu mối công trình thủy lợi có thời gian thi công dài thì các đường hầm thi công cho phép liệt vào loại công trình thứ yếu. Khi đó cần được cấp có thẩm quyền đồng ý.

CHÚ THÍCH 2: Khi thiết kế các đường hầm chủ yếu hoặc thứ yếu cần phải xét đến khả năng sử dụng chúng để xả các lưu lượng thi công.

4.2 Phân loại theo chế độ thủy lực.

4.2.1 Đường hầm có áp, làm việc khi có áp lực dư bên trong.

4.2.2 Đường hầm không áp (tự điều chỉnh và không tự điều chỉnh) làm việc ở chế độ không chứa đầy nước.

5 Quy định chung

5.1 Đường hầm thủy lợi cho phép làm việc theo chế độ thay đổi khi bảo đảm chuyển dần từ chế độ không áp sang có áp và ngược lại, nhưng nhất thiết phải được luận chứng bằng những tài liệu nghiên cứu thí nghiệm về thủy lực và tính toán độ bền.

5.2 Việc phụt xi măng lấp đầy phía ngoài áo hầm cần phải xét trong tất cả mọi trường hợp trừ những đường hầm có áo là bê tông phun áp lực hoặc bê tông nén. Phải phụt xi măng gia cố cho đá bao quanh đường hầm cũng như phải bố trí thiết bị tiêu nước khi có luận chứng kinh tế kỹ thuật tương ứng.

5.3 Khi thiết kế những đường hầm thủy lợi chủ yếu từ cấp III trở lên cần bố trí thiết bị quan trắc để tiến hành quan trắc sự làm việc của công trình trong quá trình thi công, giai đoạn vận hành khai thác, để đánh giá hiện trạng của áo hầm và đá bao quanh hầm, của chế độ thủy lực, chế độ thấm.

Việc chọn kết cấu, số lượng thiết bị đo kiểm tra và bố trí chúng phải được tiến hành tùy thuộc vào cấp và kết cấu của đường hầm, các điều kiện địa chất và địa chất thủy văn, biện pháp thi công.

5.4 Tuyến đường hầm

5.4.1 Tuyến đường hầm nên chọn ở nơi tuyến ngắn, cấu tạo địa chất dọc tuyến đơn giản, khối đá ổn định, hoàn chỉnh, chiều dày lớp phủ phía trên tầng đá vừa phải, điều kiện địa chất thủy văn thuận lợi và thi công tiện lợi.

5.4.2 Khi chọn tuyến đường hầm thủy lợi, cần căn cứ vào công dụng của đường hầm, và các yếu tố: địa hình, địa chất, thủy lực, thi công, vận hành, công trình dọc tuyến, bố trí tổng thể đầu mối và ảnh hưởng môi trường xung quanh v.v... để chọn lựa thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án.

5.4.3 Tuyến đường hầm nên tránh nơi bị ảnh hưởng bất lợi của công trình lân cận; Khi đường hầm thủy lợi giao nhau hoặc xuyên qua, vượt qua các công trình khác khi phải phù hợp với quy định ở 5.5.9.

5.4.4 Bố trí tuyến đường hầm phải dựa vào đặc tính địa tầng và cấu tạo địa chất chủ yếu của tầng đá khu vực hầm để thỏa mãn yêu cầu sau đây:

5.4.4.1 Góc giao nhau giữa tuyến đường hầm với hướng dốc của tầng đá, mặt đứt gãy kiến tạo và có đới mềm yếu nên có góc tương đối lớn. Đối với khối đá có kết cấu địa khối hoàn chỉnh và tầng đá dày, dính kết chắc, đá cứng, góc giao nhau không nhỏ hơn 30⁰. Đối với khối đá có lớp mỏng, đặc biệt giữa tầng đá mỏng liên kết rời rạc, góc các lớp quá dốc thì góc kẹp không nên nhỏ hơn 45⁰.

5.4.4.2 Khi hầm đi qua đoạn có địa chất xấu (đứt gãy, nứt nẻ, cấu tạo mềm yếu, đới không hoàn chỉnh) thì bố trí tuyến đường hầm nên căn cứ vào mức độ ảnh hưởng cấu tạo địa chất bất lợi nêu trên đối với tính ổn định của đá bao quanh đường hầm, đồng thời xét đến các yếu tố thi công, vận hành, thời gian thi công, vốn đầu tư v.v... để quyết định.

5.4.4.3 Khi tuyến đường hầm chọn có các đoạn hầm xuất hiện khối đá cục bộ không ổn định, nên tiến hành phân tích, dự đoán để có giải pháp công trình, nhằm đảm bảo tính khả thi của tuyến đường hầm.

5.4.5 Dọc theo tuyến đường hầm, khi gặp phải địa chất xấu như: đứt gẫy, mặt cấu tạo bất lợi, đới mềm yếu, đới bị xâm thực, đá bị trương nở v.v... nên nghiên cứu kỹ về ảnh hưởng hoạt động nước ngầm, chú ý điều kiện ổn định của đá bao quanh đường hầm. Tuyến đường hầm nên tránh những nơi nước mặt chảy quá mạnh gây xói lở thành hố sâu.

5.4.6 Đối với khu vực ứng suất địa tầng lớn, thì hướng trục đường hầm thủy lợi với hướng ứng suất theo phương ngang của đá nên tạo thành góc kẹp nhỏ.

5.4.7 Khi chiều dày lớp phủ trên đỉnh và vách hầm quá mỏng, thì căn cứ vào điều kiện địa chất, hình dáng và kích thước mặt cắt hầm, điều kiện thi công, áp lực nước bên trong, hình thức chống đỡ, tính thấm nước của đá bao quanh hầm và các yêu cầu sau đây sẽ quyết định:

5.4.7.1 Đối với cửa ra, cửa vào của đường hầm (có áp, không áp) và thân đường hầm của đường hầm không áp, khi đã áp dụng phương pháp thi công và giải pháp công trình hợp lý, có thể bảo đảm thi công, và vận hành an toàn thì chiều dày lớp phủ nhỏ nhất trên đỉnh và ở vách hầm không cần có quy định cụ thể.

5.4.7.2 Chiều dày lớp phủ (không tính tầng phủ thực vật) trên đỉnh và ở vách của đường hầm có áp. Nếu đá bao quanh hầm hoàn chỉnh, không có mặt cắt bất lợi, và vỏ đường hầm bằng bê tông hoặc bằng bê tông cốt thép, thì có thể khống chế chiều dày lớp phủ không nhỏ hơn 0,4 lần cột nước áp lực bên trong. Nếu là đường hầm không vỏ, hoặc đường hầm phun vẩy thì khống chế chiều dày lớp phủ không nhỏ hơn 1 lần cột nước áp lực bên trong.

Khi có ảnh hưởng của vùng lõm, trũng của nước và mái dốc, thì có thể dùng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích, hoặc dùng công thức (1) để tính toán:

5.4.7.3 Chiều dày lớp phủ nhỏ nhất trên đỉnh đường hầm và vách hầm bị mất ổn định do thấm và đứt gãy bởi áp lực nước tác dụng. Đối với đường hầm có áp với cột nước cao, trong giai đoạn thiết kế cơ sở và thiết kế kỹ thuật, nên so sánh với công trình tương tự và phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn để quyết định. Tính thử dần chiều dày lớp phủ nhỏ nhất trên đỉnh và vách đường hầm để thỏa mãn yêu cầu không làm mất ổn định do nước thấm và đứt gẫy thủy lực do áp lực nước.

5.4.8 Chiều dày lớp đá ở giữa hai đường hầm cạnh nhau, phải căn cứ vào các yếu tố như nhu cầu bố trí, điều kiện địa chất, áp lực nước bên trong, áp lực bản thân đá bao quanh đường hầm, ứng suất và biến dạng của đá bao quanh đường hầm, kích thước, hình dạng mặt cắt ngang của đường hầm, phương pháp thi công và tình hình vận hành v.v.... để quyết định. Chiều dày lớp đá không nhỏ hơn 2 lần đường kính đào hầm (chiều rộng đào hầm). Khi gặp đá tốt, chiều dày lớp đá có thể giảm đi, song không nên nhỏ hơn 1 lần đường kính đào hầm và phải bảo đảm trong thời kỳ vận hành đá bao quanh đường hầm không phát sinh mất ổn định do nước thấm hay đứt gãy do lực nước tác dụng.

5.4.9 Trường hợp, đường hầm thủy lợi phải xuyên qua nền đập, vai đập, hoặc nền các công trình khác thì giữa đá bao quanh hầm với nền công trình phải có đủ chiều dày, thỏa mãn yêu cầu ứng suất, biến dạng, ổn định và thẩm thấu của nền móng công trình và đường hầm. Nếu không thỏa mãn, phải có giải pháp công trình, bảo đảm thi công, vận hành an toàn.

5.4.10 Khi tuyến đường hầm gặp phải suối, khe sâu, thì phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và thi công, tiến hành so sánh phương án kỹ thuật - thiết kế đi vòng qua suối hoặc vượt qua suối. Nếu dùng phương án vượt qua suối phải chọn vị trí suối hợp lý, các bộ phận liên kết công trình vượt suối với hầm, và mái gương hầm, phải có giải pháp gia cố an toàn.

5.4.11 Tuyến đường tim hầm nên là tuyến thẳng, khi cần phải có đoạn uốn cong thì phải phù hợp yêu cầu sau đây:

5.4.11.1 Đối với đường hầm không áp, vận tốc nhỏ hơn 20 m/s, bán kính cong không nên nhỏ hơn 5 lần đường kính hầm, góc lượn không lớn hơn 60⁰.

Đối với đường hầm có áp vận tốc nhỏ hơn 20 m/s, có thể hạ thấp yêu cầu song bán kính cong không nên nhỏ hơn 3 lần đường kính hầm góc lượn không nên lớn hơn 60⁰.

5.4.11.2 Đối với đường hầm không áp vận tốc lớn, không nên có đoạn cong. Đối với đường hầm có áp vận tốc lớn có đoạn cong thì bán kính cong và góc lượn nên thông qua thí nghiệm để xác định.

5.4.11.3 Ở phần đầu và cuối đoạn cong phải bố trí đoạn thẳng chuyển tiếp, chiều dài đoạn thẳng không nhỏ hơn 5 lần đường kính đường hầm.

5.4.12 Ở đoạn thân đường hầm bố trí đường cong theo chiều đứng. Đối với đường hầm vận tốc lớn (có áp hoặc không áp), thì kiểu dáng hầm và bán kính cong đứng, phải thông qua thí nghiệm để xác định. Bán kính đường cong đứng của đường hầm không áp vận tốc thấp, không nên nhỏ hơn 5 lần đường kính đường hầm (hoặc chiều rộng đường hầm). Đối với đường hầm có áp, vận tốc thấp, có thể hạ tháp yêu cầu một cách hợp lý.

5.4.13 Khi đường hầm thủy lợi bố trí đường cong theo chiều ngang hoặc chiều đứng thì bán kính cong phải xét đến yêu cầu của phương pháp thi công và thiết bị thi công.

5.4.14 Độ dốc dọc đường hầm nên căn cứ vào yêu cầu sử dụng, việc nối kết ở thượng và hạ lưu, cao trình đáy của công trình dọc tuyến đường hầm, và điều kiện thi công, sửa chữa để quyết định.

Độ dốc dọc tuyến đường hầm thủy lợi phải thỏa mãn yêu cầu vận tốc không lắng đọng phù sa. Độ dốc dọc tuyến không nên có nhiều thay đổi, không nên có đoạn bằng và đoạn dốc ngược. Độ dốc của đường hầm dẫn nước dài (hầm tưới tiêu, hầm cấp nước) nên xét đến yêu cầu dọc tuyến có bố trí kết cấu phân chia cấp lấy nước.

5.4.15 Với đường hầm xả cát trên sông có nhiều phù sa, đường cong theo chiều nằm ngang và chiều đứng, góc lượn, độ dốc dọc tuyến thân đường hầm đều phải thông qua thí nghiệm mô hình để xác định.

5.4.16 Đối với đường hầm dài, cần bố trí hầm phụ thi công. Số lượng và chiều dài hầm nhánh phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, phương pháp thi công, giao thông với bên ngoài và yêu cầu về cân bằng khối lượng giữa các đoạn đường hầm và thời gian thi công để xác định. Khi điều kiện địa chất xấu phải xem xét ảnh hưởng thi công hầm nhánh với đường hầm chính.

5.4.17 Khi bố trí đường hầm thủy lợi phải xét đến chiếm đất tạm thời và chiếm đất vĩnh viễn, thực vật bị hư hại, ô nhiễm trong quá trình thi công, ảnh hưởng do thay đổi mức nước ngầm trong thời kỳ vận hành đối với việc bảo vệ nguồn nước và đất canh tác.

5.4.18 Trong đường hầm có áp phải đảm bảo dự trữ áp lực dư không nhỏ hơn 0,02 mPa dưới đỉnh vòm trên suốt cả chiều dài đường hầm.

5.5 Bố trí cửa vào, cửa ra

5.5.1 Bố trí cửa vào, cửa ra phải căn cứ vào yêu cầu bố trí tổng thể đầu mối, điều kiện địa hình, địa chất, sao cho dòng nước chảy vào và ra êm thuận, thỏa mãn yêu cầu công năng sử dụng và vận hành an toàn, đồng thời bố trí các thiết bị làm sạch bùn cát của cửa van và lưới chắn rác, giao thông với bên ngoài v.v...

5.5.2 Cửa vào, cửa ra nên chọn ở nơi có cấu tạo địa chất đơn giản, khối đá hoàn chỉnh, tầng phủ phong hóa mỏng, tránh những nơi cấu tạo địa chất xấu và dễ phát sinh sạt lở, hố xói, vực sâu, trượt mái.

5.5.3 Bố trí cửa vào, cửa ra phải xem xét phù hợp với việc bố trí đường hầm thủy lợi. Đối với khu vực địa hình, địa chất phức tạp phải thông qua luận chứng kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án bố trí tối ưu.

5.5.4 Mái dốc gương hầm và mái dốc ở 2 vách cửa vào, cửa ra nên tránh nơi mái đào quá cao; nếu không thể tránh được, thì phải tiến hành phân tích tính ổn định mái đào để có giải pháp gia cố.

5.5.5 Ở cửa vào và cửa ra nên chừa lại mặt bằng để làm sạch mái đào, đồng thời có giải pháp công trình hợp lý, phòng tránh đất đá rơi của tầng phủ và vật còn bám ở mái đào ảnh hưởng đến vận hành hầm.

5.5.6 Cửa hầm đất nên chọn ở nơi mái núi ổn định, đất đá tốt, ổn định, không nên bố trí ở đới mềm yếu, xen kẹp dăm sạn. Mái đào của cửa hầm đất nên căn cứ vào đặc điểm của đất và chiều cao đào để xác định.

5.5.7 Chỗ tiếp nối cửa hầm đất với cầu máng dẫn nước và hầm đá nên bố trí khớp nối vĩnh cửu.

5.5.8 Thiết kế hình dáng đoạn hầm cửa ra của hầm xả nước có áp, phải phù hợp yêu cầu sau đây:

5.5.8.1 Nếu hình dáng dọc tuyến đường hầm không thay đổi nhiều, thì diện tích mặt cắt đoạn cửa vào nên thu hẹp từ 10% đến 15% so với mặt cắt thân hầm. Nếu hình dáng dọc tuyến đường hầm có nhiều thay đổi, điều kiện nước chảy trong đường hầm kém, thì diện tích thu hẹp từ 15% đến 20% so với mặt cắt thân hầm. Phương pháp thu hẹp nên dùng cách ép mái đỉnh hầm. Đối với công trình đường hầm quan trọng, phải tiến hành thí nghiệm mô hình để kiểm chứng.

5.5.8.2 Độ dốc đáy ở cửa ra đoạn hầm nên xuôi theo chiều mái hầm, hai bên vách mở rộng ra nên bằng phẳng, thuận chiều, nối tiếp với nước hạ lưu êm thuận; khi cửa ra mở rộng một cách đột ngột, hoặc ở đáy có độ dốc lớn, thì cần thông qua thí nghiệm mô hình để kiểm chứng. Khi cửa ra ở cạnh kề dòng sông chính, thì cần có giải pháp dẫn dòng hợp lý, đề phòng dòng nước xung đột va đập nhau.

5.5.9 Cửa ra hầm xả lũ nên căn cứ điều kiện địa hình, địa chất, thủy lực, phương thức vận hành, độ sâu và biên độ thay đổi của nước hạ lưu, khả năng chống xói mòn lòng sông hạ lưu, yêu cầu tiêu năng chống xói và ảnh hưởng cửa ra đối với công trình lân cận để lựa chọn giải pháp tiêu năng, chống xói hợp lý. Giải pháp tiêu năng chống xói nên tuân thủ theo quy định sau đây:

1) Tiêu chuẩn thiết kế chống lũ của công trình tiêu năng theo quy định hiện hành.

2) Bố trí công trình tiêu năng, hình thức kết cấu, tính toán thủy lực, và yêu cầu tiêu năng phải phù hợp qui định của tiêu chuẩn thiết kế đập tràn TCVN 9147:2012.

3) Cửa ra của đường hầm xả lũ nên dùng kiểu mũi phun hoặc tiêu năng đáy. Khi điều kiện cho phép cũng có thể dùng hình thức tiêu năng khác.

Khi dùng tiêu năng mũi phun cần chú ý giảm thiểu ảnh hưởng hàm khí, nước đục, nước phun rộng, ảnh hưởng đến các công trình khác.

5.5.10 Khi bố trí đường hầm xả nước, cần phải xét đến khả năng vận hành xả lũ có thể xuất hiện, vị trí cửa ra của đường hầm xả lũ, trạng thái dòng nước, phạm vi xói lở, và ảnh hưởng đối với công trình bên cạnh để so sánh lựa chọn hoặc thí nghiệm mô hình để chọn phương án hợp lý.

5.5.11 Đối với việc bổ sung khí khi xả nước và xả khí khi lấy nước vào của hầm có áp, thông hơi từ mặt nước hầm không áp trở lên và các đoạn đường hầm cần thông hơi, nên bố trí diện tích thông hơi và diện tích thông hơi dự phòng.

Diện tích ống thông hơi tính theo công thức sau:

                                                            (2)

trong đó:

Q là lưu lượng xả lấy bằng lưu lượng tính toán qua ống thông hơi, tính bằng m³/s;

C là hệ số lưu lượng của lỗ; lấy bằng 0,7 cho đường ống;

ΔP là chênh lệch áp lực cho phép giữa mặt ngoài và mặt trong của ống, tính bằng kg/cm² (0,1 mPa) tính theo công thức sau:

                                                            (3)

trong đó

d là chiều dày tính toán của vỏ ống tại chỗ có chân không, tính bằng cm;

K là hệ số dự trữ:

- Với ống thép lộ thiện,                          K = 10

- Với ống thép bọc bê tông cốt thép,     K = 5

E là mô đuyn đàn hồi của vật liệu làm ống, tính bằng kg/cm² (0,1 mPa);

D_o là đường kính trong của hầm tại chỗ có thể có chân không, tính bằng cm.

5.6 Trạng thái áp lực, hình thức và kích thước mặt cắt ngang hầm

5.6.1 Chọn trạng thái áp lực

5.6.1.1 Đường hầm dẫn nước phát điện nên dùng hầm có áp. Khi mực nước thượng lưu thay đổi không nhiều, lưu lượng sử dụng tương đối ổn định, thì có thể dùng hầm không áp.

Hầm dẫn ra của nhà máy nên dùng hầm không áp, khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều, hoặc cao trình lắp máy tương đối thấp thì có thể dùng hầm có áp. Khi hầm dẫn ra là hầm có áp, thì cần xem xét việc bố trí tháp điều áp ở hầm dẫn ra.

Hầm dẫn ra có áp kết hợp với tháp điều áp, phải thỏa mãn cầu sóng dềnh và vận hành ổn định.

5.6.1.2 Không vận hành hầm có áp thay đổi trạng thái liên tục giữa có áp và không áp. Trong điều kiện vận hành bất lợi nhất, thì từ đỉnh hầm trở lên nên có cột nước áp lực không nhỏ hơn 2m.

5.6.1.3 Đối với đường hầm xả nước có vận tốc cao không vận hành giao thoa nhau giữa không áp và có áp.

Đối với đường hầm xả nước vận tốc thấp, trong trường hợp bình thường vận hành theo hình thức chảy hở, thì khi mực nước ở mực nước lũ kiểm tra có thể vận hành cả trạng thái có áp và không áp.

Đoạn cửa ra đường hầm không áp, cho phép vào mùa lũ trong thời gian ngắn vận hành cả chảy hở và chảy tầng.

5.6.1.4 Đường hầm dẫn dòng thi công khi xả nước không gây hư hỏng thân hầm, thì có thể dùng trạng thái có áp và không áp nêu trên.

5.6.1.5 Hầm qua đất chỉ nên dùng đường hầm không áp, nếu hầm đất là đường hầm có áp thì phải căn cứ lực kháng của đất, áp lực nước bên trong, biến động do thấm v.v... để chọn hình thức vỏ bọc hầm hợp lý.

5.6.2 Hình dáng mặt cắt ngang

5.6.2.1 Hình dáng mặt cắt ngang của hầm, phải căn cứ vào các yếu tố như công dụng, thủy lực, địa chất công trình, địa chất thủy văn, điều kiện thi công vỏ hầm, ứng suất đá và phương pháp thi công v.v... để xác định.

5.6.2.2 Các hình dạng mặt cắt ngang của đường hầm không áp như ở Hình 1, được sử dụng tùy thuộc vào những điều kiện địa chất công trình trong các đá có hệ số cứng khác nhau:

- F_k ≥ 8 trường hợp không có áp lực đá lấy theo dạng số I.

- 8 > f_k > 4 trường hợp đá chỉ gây áp lực đá thẳng đứng lấy theo dạng số II.

- 4 ≥ f_k ≥ 2 trường hợp đá gây cả áp lực đá thẳng đứng và nằm ngang lấy theo dạng số III.

CHÚ THÍCH: Cho phép dùng những hình dạng mặt cắt ngang khác khi có luận chứng xác đáng.

Hình 1 - Mặt cắt ngang thông thủy của đường hầm

5.6.2.3 Mặt cắt ngang hình tròn dùng cho đường hầm không áp đi qua đá tạo nên áp lực mỏ không đối xứng so với trục thẳng đứng của mặt cắt, hoặc qua đất có tính trương nở, cũng như khi cột nước ngầm cao.

Khi áp lực nước ngầm lớn thì ngoài việc dùng dạng mặt cắt hình tròn còn cho phép dùng những dạng mặt cắt ngang từ I đến IV có kèm thêm những biện pháp cấu tạo bổ sung (khoan phụt xi măng, néo, tiêu nước v.v...)

5.6.2.4 Tỷ số giữa các kích thước của mặt cắt ngang lấy theo Bảng 1.

CHÚ THÍCH:

1) Tỷ số giữa các kích thước của mặt cắt ngang khi mực nước trong đường hầm dao động bé hơn hoặc lớn hơn 0,34 lấy tương ứng với dòng trên và dòng dưới của bảng.

2) Đối với dạng mặt cắt III những trị số bé hơn (lớn hơn) của  tương ứng với những trị số bé hơn (lớn hơn) của

3) Tỷ số, khi có lập luận thích đáng cho phép lấy lớn hơn 1,5. (Xem Bảng 1).

5.6.2.5 Đường hầm có áp nên dùng mặt cắt hình tròn. Khi tính ổn định của đá bao quanh hầm tốt, áp lực nước bên trong và bên ngoài không lớn, thì dùng các loại hình mặt cắt khác để thuận tiện cho thi công. Khi đường hầm không áp có điều kiện địa chất tốt, nên dùng mặt cắt dạng đỉnh hầm hình vòm tròn, hai bên là tường thẳng (hình cổng vòm). Góc ở tim vòm tròn là 90⁰ - 180⁰. Khi cần, có thể dùng góc ở tim vòm nhỏ hơn 90⁰, tỷ lệ giữa chiều cao với chiều rộng của mặt cắt, nên căn cứ vào điều kiện thủy lực, điều kiện địa chất để chọn, theo Bảng 1. Khi mực nước trong hầm thay đổi nhiều, thì dùng tỉ lệ H/B lớn.

Khi điều kiện địa chất của hầm không áp, xấu, có thể dùng mặt cắt hình tròn hoặc hình móng ngựa.

5.6.2.6 Các kích thước ngang thông thủy (đường kính D hay chiều rộng B) của đường hầm dẫn nước và tháo nước của trạm thủy điện phải lấy trong khoảng từ 2 m đến 6 m, cách 0,5 m, từ 6m đến 15 m, cách 1m.

CHÚ THÍCH:

1) Trong trường hợp nếu kích thước của mặt cắt ngang (D hay B) xác định theo tính toán nằm vào khoảng giữa những kích thước đã nêu ở trong điều kiện này thì phải lấy kích thước nào đảm bảo những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của đường hầm tốt hơn.

2) Kích thước mặt cắt ngang của các đường hầm thi công bằng phương pháp kích ép các tấm vỏ, hoặc bằng các máy liên hợp, phải quy định căn cứ vào kích thước của các thiết bị trên, trong trường hợp này ở một số trường hợp cá biệt. Khi có những luận chứng kinh tế kỹ thuật thích đáng, có thể lấy các kích thước này khác với những kích thước đã nêu ở trong điều này.

Bảng 1 - Tỷ số giữa các kích thước của mặt cắt theo dạng mặt cắt

5.6.2.7 Kích thước mặt cắt ngang của đường hầm thủy lợi, trong trường hợp chế độ thủy lực thay đổi, khi vận tốc chảy trong đường hầm lớn hơn 10 m/s, phải được xác định trên cơ sở những nghiên cứu thí nghiệm có xét đến kinh nghiệm quản lý của những đường hầm tương tự.

5.6.2.8 Chiều cao khoảng không khí trên mực nước trong đường hầm không áp khi có dòng chảy ổn định và với vận tốc tới 10 m/s phải lấy không nhỏ hơn 0,07 chiều cao thông thủy của đường hầm, nhưng không nhỏ hơn 40 cm.

Đối với đường hầm dài và đường hầm không vỏ, hoặc không phun vẩy, thì trị số nêu trên có thể tăng thêm.

Đường hầm có yêu cầu giao thông thủy thì bán kính cong và góc lượn chuyển tiếp, kích thước mặt cắt nước chảy qua, và khoảng không từ mặt nước trở lên phải phù hợp qui định của tiêu chuẩn có liên quan.

Khi vận tốc dòng chảy của đường hầm lớn hơn 10 m/s thì chiều cao khoảng không khí nói trên phải được luận chứng bằng những số liệu nghiên cứu thực nghiệm.

5.6.2.9 Kích thước bé nhất của mặt cắt ngang thông thủy đường hầm thủy lợi thi công bằng cơ giới được lấy theo Bảng 2.

Bảng 2 - Kích thước bé nhất của mặt cắt ngang thông thủy của đường hầm

CHÚ THÍCH: Kích thước của các đường hầm cho phép giảm bớt so với những kích thước trong Bảng 2 với điều kiện đảm bảo những yêu cầu và quy tắc an toàn khi xây dựng các công trình thủy lợi ngầm.

5.6.2.10 Đối với hầm dài, có thể sử dụng nhiều hình dạng mặt cắt và hình thức vỏ hầm, song không nên quá nhiều, quá dày, giữa các hình thái mặt cắt và giữa các hình thức vỏ khác nhau, nên có đoạn hầm chuyển tiếp. Ranh giới đoạn hầm chuyển tiếp nên dùng đường cong lượn theo một cách xuôi chiều, và thi công thuận tiện.

Góc hình chóp của đoạn chuyển tiếp hầm áp lực nên lấy từ 6⁰ đến 10⁰. Đối với đoạn chuyển tiếp có đường nước chảy 2 chiều, nên lấy góc nhỏ. Chiều dài đoạn chuyển tiếp không nên nhỏ hơn 1,5 lần đường kính hầm (hoặc chiều rộng hầm). Hình dạng đoạn hầm chuyển tiếp hầm không áp vận tốc lớn, phải thông qua thí nghiệm để chọn.

5.7 Vật liệu dùng cho kết cấu đường hầm

5.7.1 Bê tông và cốt thép dùng cho những kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của các đường hầm (áo, cửa hầm v.v...) phải thỏa mãn những yêu cầu của tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế, thi công kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công.

5.7.2 Mác bê tông thiết kế theo độ bền chịu nén đối với các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của các đường hầm phải xác định không thấp hơn quy định sau:

- Đối với các cấu kiện đổ liền khối: M20

- Đối với các cấu kiện lắp ghép: M30

CHÚ THÍCH: Cho phép sử dụng bê tông mác thấp hơn cũng như bê tông có chất phụ gia đặc biệt để cải thiện các tính chất của chúng khi có luận chứng thích đáng.

5.7.3 Mác của bê tông phun và vữa phun theo độ bền chịu nén phải không thấp hơn M30.

Cường độ tính toán và tiêu chuẩn của bê tông phun và vữa phun lấy theo Bảng 3.

Mô đun đàn hồi của bê tông phun và vữa phun đối với các mác thiết kế M30, M40 và M50 được lấy tương ứng bằng 2,4.10⁴ mPa (2,4.10⁵ kg/cm²), 2,7.10⁴ mPa (2,7.10⁵ kg/cm²), 3,0.10⁴ mPa (3,0.10⁵ kg/cm²)

Bảng 3 - Cường độ tính toán và tiêu chuẩn của bê tông phun và vữa phun

5.7.4 Những đặc trưng về độ bền và độ biến dạng của bê tông liền khối nén (nén ép trong khi thi công) phải được xác định theo những số liệu nghiên cứu thực nghiệm)

5.7.5 Mác của thép dùng cho kết cấu thép của các áo liên hợp (bê tông cốt thép và thép tấm) tham khảo tại Bảng 4.

CHÚ THÍCH:

1) Thép có cấp và số hiệu khác với quy định trong Bảng 4 cho phép dùng khi đáp ứng các yêu cầu về chiều dày và độ bền cơ học tương đương.

2) Thép các mác khác nhau đều phải thỏa mãn những yêu cầu về uốn cong ở trạng thái nguội theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế tương ứng.

5.7.6 Cường độ tính toán của phép cán tham khảo tại Bảng 5.

CHÚ THÍCH:

1) Những trị số cường độ tính toán đã nêu ở trong bảng được quy định đối với thép có chiều dày không vượt quá những trị số nêu trong Bảng 4.

2) Cường độ tính toán của thép với chiều dày vượt quá trong trị số nêu trong Bảng 4, cũng như đối với tất cả những mác thép khác thì lấy theo các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép như TCVN 5575:1991 hoặc tương đương.

Bảng 4 - Mác thép dùng cho kết cấu thép của áo đường hầm

Bảng 5 - Cường độ tính toán của thép cán

5.7.7 Để hàn các kết cấu thép phải dùng những vật liệu tương ứng với cấp thép được hàn, phù hợp với yêu cầu của quy phạm thiết kế các kết cấu thép.

5.7.8 Cường độ tính toán của mối hàn lấy theo Bảng 6.

CHÚ THÍCH:

1) Cường độ tính toán của các mối hàn đối đầu được quy định cho các mối hàn thực hiện bằng cách hàn hai phía hoặc một phía có hàn thêm ở chân mối hàn hoặc có hàn miếng đệm sẽ để lại tại mối hàn.

2) Những mỗi hàn nối loại I là tất cả những mối nối đối đầu dọc của vỏ ở những đoạn thẳng, tất cả những mối nối vỏ của những chi tiết có dạng hình (khuỷu, ống nối chữ T v.v...) và những mối nối đối đầu của những vòng tăng cứng.

Những mối hàn nối loại II là những mối nối đầu ngang của vỏ ở những đoạn thẳng.

3) Những mối hàn đủ theo chiều dày ở những mối ghép hình góc hoặc hình chữ T được tính như những mối hàn đối đầu.

4) Cấp I, II và III của việc kiểm tra chất lượng các mối hàn nối được nêu trong tiêu chuẩn chế tạo, lắp ráp và nghiệm thu các kết cấu thép.

Bảng 6 - Cường độ tính toán của các mối hàn trong kết cấu bằng thép

5.7.9 Trong những đường hầm thủy lợi lớp áo (hoặc lớp phủ mặt) cần độ bền chống khí thực và bào mòn cao cho phép thiết kế bằng loại bê tông mác cao với cấp phối được lựa chọn theo phương pháp đặc biệt, bằng những loại bê tông trộn bằng các chất dính kết polyme (epoxy, nhựa ...) cũng như bằng thép tấm.

5.8 Đường hầm không có lớp áo gia cố

5.8.1 Những đường hầm không áp, đi qua đá ít nứt nẻ liền khối, có độ bền cao với vận tốc nước chảy không  quá 10 m/s có thể thiết kế không áo. Để cải thiện chế độ thủy lực và điều kiện kiểm tra đường hầm không có áo, trong những trường hợp cá biệt nên thiết kế đáy phẳng của đường hầm bằng bê tông.

Khi vận tốc dòng chảy lớn hơn 10 m/s thì việc thiết kế đường hầm không áp không có áo phải được luận chứng bằng những tài liệu nghiên cứu thí nghiệm.

5.8.2 Những đường hầm có áp đi qua vùng có những điều kiện như đã đề cập tại 5.8.1, cho phép được thiết kế không có áo khi độ sâu đường hầm không quá ½ trị số cột nước bên trong tính bằng mét.

5.8.3 Đoạn đầu và đoạn cuối của đường hầm không áp và không có lớp áo phải thiết kế có áo trên một đoạn dài bằng chiều rộng thông thủy nhưng không ngắn hơn 6m; còn đối với đường hầm có áp thì những đoạn này phải thiết kế có áo phù hợp với những yêu cầu của 5.8.2.

5.8.4 Trong các thiết kế đường hầm không có áo phải áp dụng việc nổ mìn tạo biên mặt nhẵn để giảm bớt độ nhám của mặt đường hầm.

5.9 Đường hầm có lớp áo gia cố

5.9.1 Áo đường hầm thủy lợi có thể chia ra: áo làm nhẵn (không chịu lực) và áo chịu lực.

Loại áo làm nhẵn phải đảm bảo cải thiện được những đặc trưng thủy lực của các đường hầm, giảm bớt lượng mất nước do thấm qua đường hầm và ngăn ngừa đá bị phong hóa.

Loại áo chịu lực phải chịu được các loại tải trọng trong thời kỳ xây dựng và khai thác, đồng thời thỏa mãn được những yêu cầu của loại áo làm nhẵn.

5.9.2 Loại áo làm nhẵn phải dự kiến bố trí:

- Trong các loại đã nứt nẻ và phong hóa mạnh và không gây áp lực đá;

- Để làm cho mặt trong của đường hầm được nhẵn phẳng khi đường hầm đi qua các loại đá ổn định và nứt nẻ nhẹ.

Loại áo làm nhẵn phải thiết kế bằng bê tông liền khối hoặc bê tông phun và bố trí ở trong phạm vi của chu vi ướt.

Áo bằng bê tông phun không san và làm nhẵn mặt chỉ được áp dụng khi vận tốc nước chảy trong đường hầm không lớn hơn 10 m/s. Khi vận tốc lớn hơn, việc áp dụng loại áo này phải được luận chứng bằng các số liệu nghiên cứu thí nghiệm.

Khi áp dụng loại áo làm nhẵn trong những đường hầm có áp phải tuân theo yêu cầu của 5.8.2.

5.9.3 Các loại áo chịu lực của đường hầm có áp và không áp được nêu trong Bảng 7.

CHÚ THÍCH: Cho phép áp dụng các loại áo khác không nêu ở trong bảng này khi có luận chứng xác đáng về kinh tế kỹ thuật.

5.9.4 Những áo chịu lực của đường hầm cho phép thiết kế theo chịu nứt hoặc chịu nứt với độ mở rộng khe nứt cho phép. Áo chống nứt phải được thiết kế đối với cả đường hầm nằm trong các đá có thể bị xói ngầm, bị rửa lũa do mất chất kiềm, cũng như trong trường hợp nếu môi trường nước có độ kiềm hydrocacbonat ít hơn 0,25 mg đương lượng/lít.

Trong mọi trường hợp khi lượng mất nước do thấm từ đường hầm ra không làm giảm tuổi thọ của áp và ổn định của khối đá, và cũng như những điều kiện về kinh tế năng lượng cho phép, thì phải thiết kế loại vỏ bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép không cần chống nứt. Áo của những đường hầm không áp, theo nguyên tắc phải thiết kế theo điều kiện không chống nứt.

Bảng 7 - Các loại áo chịu lực của đường hầm

5.9.5 Chiều dày áo bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép của đường hầm có áp h_v không được lớn hơn 0,2 r_tr trong đó r_tr - bán kính trong của đường hầm. Trong trường hợp nếu theo điều kiện chống nứt mà h_v > 0,2 r_tr thì nên dùng loại áo bằng vật liệu có trị số mô đun đàn hồi bé hơn của bê tông nặng, hoặc nên cải thiện những đặc trưng biến dạng của đá bằng cách phun xi măng gia cố tùy thuộc vào những kết quả tính toán kinh tế kỹ thuật so sánh các phương án.

5.9.6 Những áo bằng bê tông đổ liền khối có tính chống nứt ở các đường hầm có áp phải được  áp dụng trong các loại đá có f_k ≥ 4. Những đường áo bằng bê tông đổ liền khối, không có tính chống nứt phải áp dụng trong các loại đá đồng chất, ít nứt nẻ cùng độ cứng như trên, cũng như trong các loại đá nứt nẻ mạnh với điều kiện có tiến hành phụt xi măng gia cố.

5.9.7 Những áo bằng bê tông phun nên được áp dụng trong những điều kiện địa chất công trình đã đề cập tại 5.9, khi các trị số lực dính kết với đá không nhỏ hơn 0,8 mPa (8 kg/cm²).

5.9.8 Những áo bằng bê tông cốt thép đổ liền khối ở những đường hầm có áp có thể áp dụng trong những điều kiện đá có độ cứng bất kỳ. Khi đó việc áp dụng chúng trong những điều kiện đá có f_k ≥ 4 đòi hỏi phải có những luận chứng về kinh tế kỹ thuật xác đáng.

5.9.9 Những áo bằng bê tông phun có cốt thép kết hợp với những néo bằng bê tông cốt thép cho phép dùng đối với những đường hầm được thiết kế trong các loại đá nứt nẻ nhẹ hoặc đá có phân lớp.

5.9.10 Những áo lắp ghép từ những khối riêng rẻ hoặc từ những đoạn ống nguyên nên được xét trong những điều kiện đào đường hầm theo toàn mặt cắt, và nên dùng những áo từ những đoạn ống nguyên (tròn và hình bầu dục) trong trường hợp đường hầm có chiều rộng tới 3 m.

5.9.11 Những áo kiểu liên hợp (hai lớp) có những đường hầm chịu áp lực cao, có vỏ thép ở trong chỉ cho phép dùng trong những trường hợp ngoại lệ khi cần đảm bảo chống thấm khi có luận chứng xác đáng về kinh tế, kỹ thuật.

Vòng ngoài của áo liên hợp theo nguyên tắc phải bằng bê tông có chiều dày tối thiểu và chỉ có tính chất thuần túy cấu tạo.

5.9.12 Những áo kiểu liên hợp (hai lớp) có vỏ là vữa phun có cốt thép ở trong và vòng ống bê tông đổ liền khối ở ngoài cho phép dự kiến xét trong các loại đá có f_k ≥ 4.

5.9.13 Khi thiết kế những áo đường hầm nằm trong đá nứt nẻ thì đá xung quanh đường hầm nên phun xi măng gia cố để tăng khả năng chống thấm và cải thiện các đặc trưng biến dạng của đá, còn để giảm nhẹ sự làm việc của kết cấu áo cho phép làm những thiết bị tiêu nước và néo áo vào đá.

6 Tính toán thủy lực hầm

6.1 Tính toán thủy lực đường hầm thủy lợi căn cứ công dụng và giai đoạn thiết kế khác nhau của hầm để chọn các nội dung sau đây:

-  Khả năng tháo của hầm.

- Nối tiếp thượng và hạ lưu

- Tổn thất cột nước.

- Đường đo áp

- Đường mặt nước

- Phương án lấy nước vào và xả nước ra và các hiện tượng thủy lợi khác.

6.2 Tổn thất cột nước dọc đường được tính toán theo quy định như sau:

6.2.1 Hệ số nhám n trong tính toán tổn thất cột nước dọc tuyến hầm nên căn cứ vào hình thức bọc vỏ hầm, phương pháp thi công và khả năng thay đổi sau khi vận hành, đồng thời tham khảo công trình đã có để phân tích và chọn hệ số n.

6.2.2 Hệ số sức cản cục bộ sử dụng trong tính toán cột nước tổn thất cục bộ, có thể tham khảo các tài liệu thủy lực để phân tích và quyết định. Nếu cần, có thể thông qua thí nghiệm để xác định.

6.2.3 Khả năng nước chảy qua thân hầm không áp: Đối với đường hầm dài thì tính theo dòng chảy đều. Đối với đường hầm ngắn, tính theo dòng chảy không đều.

6.3 Tính toán khả năng tháo của đường hầm thủy lợi phải phù hợp các quy trình sau đây:

6.3.1 Đường hầm có áp tính theo chảy qua ống.

6.3.2 Đường hầm không áp: đối với cửa vào dạng lộ thiên (hở) thì tính theo nước chảy qua đập tràn. Đối với cửa vào có dạng nằm sâu dưới nước, thì tính theo nước chảy qua ống.

6.4 Tính đường mặt nước hầm không áp: trước tiên dự kiến dạng đường mặt nước, sau đó chọn mặt cắt khống chế và chia đoạn để tính.

6.5 Đối với đường hầm thủy lợi vận tốc lớn, điều kiện dòng nước chảy phức tạp, nên tiến hành thí nghiệm mô hình cục bộ hoặc tổng thể, kiểm tra tính hợp lý của tính toán và việc bố trí công trình.

7 Yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế đường hầm thủy lợi

7.1 Tài liệu cơ bản

7.1.1 Thiết kế đường hầm thủy lợi cần phải căn cứ vào mục đích sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật của giai đoạn thiết kế khác nhau để thu thập các tài liệu cơ bản sau đây:

7.1.1.1 Quy hoạch lưu vực, nhiệm vụ công trình, bố trí đầu mối, mực nước đặc trưng của hồ chứa (sông), lưu lượng sử dụng của hầm, tiêu chuẩn thiết kế và lưu lượng tương ứng, chế độ vận hành hồ chứa v.v....

7.1.1.2 Tài liệu địa hình gồm hệ thống cao, tọa độ, bình đồ khu vực nghiên cứu với tỉ lệ thích hợp và các mặt cắt có gắn điều kiện địa chất.

7.1.1.3 Tài liệu địa chất khu vực, cường độ động đất, địa chất công trình, địa chất thủy văn cửa cửa vào, cửa ra hầm và dọc theo tuyến hầm.

7.1.1.4 Tài liệu có liên quan về thủy văn, khí tượng và kết quả thiết kế thủy văn, vật liệu xây dựng, và kết quả thiết kế tổ chức thi công, thiết bị cơ điện và thiết kế điều áp, giảm áp, ống thép áp lực, cửa van (van) v.v...

7.1.1.5 Yêu cầu bảo vệ môi trường khu vực hầm.

7.1.2 Đối với hầm áp lực cao, cần phải chọn đoạn đại diện tại hiện trường để tiến hành thí nghiệm.

7.1.3 Công tác khảo sát địa chất cửa vào, cửa ra, dọc tuyến hầm thủy công phải căn cứ vào mức độ phức tạp về địa hình, địa chất, cấp công trình, giai đoạn thiết kế và các quy phạm liên quan để đề ra yêu cầu khảo sát thăm dò để xác định các yếu tố sau 1:

7.1.3.1 Đặc tính vòm đá và cấu tạo địa chất, sự phân bố (mức độ phức tạp, yếu tố thế nằm của địa chất dọc tuyến hầm), ranh giới các lớp đất đá dọc tuyến hầm.

7.1.3.2 Tình hình địa chất thủy văn dọc tuyến đường hầm; đặc điểm nứt nẻ.

7.1.3.3 Tình hình ổn định mái dốc cửa hầm, gương hầm.

7.1.3.4 Hiện tượng địa chất ảnh hưởng tới an toàn thi công (hang hốc, khí độc, phóng xạ v.v...)

7.1.3.5 Ứng suất địa tầng, động đất v.v...

7.1.3.6 Tính hình nhiệt độ của đất, đá.

7.1.3.7 Khi tiến hành đánh giá và nêu phương án gia cố ban đầu, có thể tiến hành phân loại đất theo phương pháp RMR (rock mass rating) và phương pháp Q (rock tunelling quality index) là những phương pháp đánh giá khối đá tiên tiến nhất và cũng được ứng dụng rộng rãi nhất (Tham khảo hướng dẫn của ngành điện). Ngoài ra có thể tham khảo thêm các phương pháp phân loại khác khi có luận chứng so sánh.

7.2 Nguyên tắc thiết kế

Thiết kế đường hầm thủy lợi phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau:

1. Thiết kế tuy nen phải đảm bảo ổn định chung và độ bền;

2. Hạn chế khe nứt tại vỏ bọc;

3. Tránh không gây nên thông mạch thủy lực của khối đá (đứt gãy thủy lực);

4. Bảo đảm sự liền khối của kết cấu vỏ bọc dưới tác động của tải trọng trong và ngoài đường hầm;

5. Hạn chế lượng và ảnh hưởng của dòng thấm;

6. Hạn chế tổn thất nước và chi phí hợp lý;

7. Đối với thiết kế đường hầm thủy lợi, ngoài việc phải phù hợp với quy phạm này ra, còn phải phù hợp với các quy định của tiêu chuẩn nhà nước hiện hành có liên quan.

7.3 Tải trọng, lực tác dụng và tổ hợp của chúng

7.3.1 Tải trọng và lực tác dụng được chia ra loại cố định và tạm thời (lâu dài, tức thời và đặc biệt).

7.3.2 Tải trọng và lực tác dụng cố định bao gồm:

- Áp lực đá;

- Trọng lượng bản thân áo;

- Tác dụng của ứng suất trước (nếu có).

7.3.3 Tải trọng lâu dài tạm thời bao gồm:

- Áp lực nước trong đường hầm ứng với mức nước dâng bình thường trong hồ;

- Áp lực nước ngầm.

7.3.4 Tải trọng và lực tác dụng tác dụng tức thời bao gồm:

- Áp lực xung động của dòng nước;

- Áp lực nước trong đường hầm do nước va;

- Áp lực của vữa tác dụng vào áo (vỏ thép) đường hầm khi phụt xi măng;

- Áp lực tác dụng vào vỏ thép do bê tông vừa mới đổ;

- Áp lực của thiết bị cơ giới thi công.

7.3.5 Tải trọng và lực tác dụng đặc biệt bao gồm:

- Lực tác dụng của động đất và nổ mìn;

- Áp lực nước trong đường hầm ứng với mực nước gia cường hoặc do lực tác dụng nước va khi giảm (cắt) toàn bộ phụ tải;

- Ứng lực xuất hiện do sự thay đổi nhiệt độ co ngót và trương nở của bê tông, từ biến của đá.

7.3.6 Tải trọng và lực tác dụng nên lấy với những tổ hợp sau đây:

- Tổ hợp: chủ yếu bao gồm những tải trọng và lực tác dụng cố định, lâu dài, tạm thời và tức thời.

- Tổ hợp: Đặc biệt, bao gồm những tải trọng và lực tác dụng cố định, lâu dài tạm thời, một vài tải trọng và lực tác dụng tức thời và một trong những tải trọng và lực tác dụng đặc biệt.

7.3.7 Tải trọng và lực tác dụng phải lấy riêng với những tổ hợp bất lợi nhất có thể xảy ra cho từng trường hợp khai thác và xây dựng.

7.3.8 Các hệ số vượt tải đối với tải trọng khi tính toán áo đường hầm theo độ bền và ổn định (nhóm thứ nhất của các trạng thái giới hạn) được lấy theo Bảng 8.

Bảng 8 - Các hệ số vượt tải của tải trọng khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất

CHÚ THÍCH:

1. Những hệ số vượt tải để trong ngoặc là ứng với các trường hợp, khi việc sử dụng trị số bé nhất của các hệ số sẽ dẫn đến trường hợp, bất lợi của việc chất tải áo hầm.

2. Đối với những tải trọng được xác định theo những kết quả nghiên cứu ngoài hiện trường thì hệ số vượt tải nên lấy bằng 1.

3. Khi xác định áp lực đá nằm ngang, tính toán, ngoài hệ số vượt tải của áp lực đá nằm ngang còn phải xét đến hệ số vượt tải tương ứng của áp lực đá thẳng đứng.

7.3.9 Đối với những đường hầm không áp cấp I và những đường hầm có áp cấp I và II, trị số áp lực đá tác dụng vào áo hoặc vào khung chống của đường hầm phải được xác định bằng những nghiên cứu  ngoài hiện trường ở những đoạn có những điều kiện đặc trưng về mặt địa chất công trình. Đối với những cấp đường hầm còn lại cho phép xác định trị số áp lực đá theo những điều từ 7.3.10 đến 7.3.14 hoặc lấy theo tương tự.

CHÚ THÍCH: Đối với những đường hầm nằm sâu 500 m và lớn hơn trị số áp lực đá phải được xác định bằng những phương pháp đặc biệt, có xét đến những điều kiện nhất định đến trạng thái dẻo của đá, hiện tượng tách bóc của đá và những hiện tượng đặc biệt khác.

7.3.10 Trị số của áp lực đá trong các loại đá có f_k ≤ 4 phải lấy bằng trọng lượng của khối đá, giới hạn bởi vòm áp lực, nếu khoảng cách từ nóc hầm đào đến mặt đất lớn hơn hai lần chiều cao của vòm áp lực. Khi đường hầm nằm nông hơn trị số áp lực đá phải lấy bằng trọng lượng toàn bộ chiều dày lớp đá nằm trên nó.

(Mời xem tiếp trong file tải về)