Nội dung

www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── lò v−ît thiÕt kÕ vµ c«ng tr×nh trµn x¶ lò sù cè TS. Ph¹m V¨n Quèc1, PGS.TS. Ph¹m Ngäc Quý2 Tãm t¾t: C«ng tr×nh th¸o lò cña hå chøa ®−îc thiÕt kÕ víi m« h×nh lò thiÕt kÕ vµ m« h×nh lò kiÓm tra ®· x¸c ®Þnh. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, nhiÒu tr−êng hîp ®· x¶y ra lò ®Õn v−ît qu¸ møc theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ. Nghiªn cøu lò v−ît qu¸ tiªu chuÈn thiÕt kÕ vµ c«ng tr×nh trµn x¶ lò sù cè ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho ®Ëp vµ h¹ du lµ nhiÖm vô kh«ng thÓ thiÕu ®−îc, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c hå chøa lín. Th«ng qua tæng kÕt t×nh h×nh thùc tÕ ë ViÖt Nam, tham kh¶o tµi liÖu vµ kinh nghiÖm cña n−íc ngoµi, c¸c t¸c gi¶ tr×nh bµy t×nh h×nh, nguyªn nh©n lò v−ît qu¸ tiªu chuÈn thiÕt kÕ vµ mét sè gi¶i ph¸p c«ng tr×nh trµn th¸o lò v−ît thiÕt kÕ, ®¶m b¶o an toµn cho ®Ëp ch¾n, hå chøa vµ h¹ du. 1. T×nh h×nh vµ nguyªn nh©n lò v−ît qu¸ thiÕt kÕ ChØ tÝnh riªng hai ®ît m−a lò cuèi n¨m 1999, nhiÒu hå chøa, ®Ëp d©ng ë miÒn Trung ®· x¶y ra mùc n−íc v−ît qu¸ thiÕt kÕ, uy hiÕp nghiªm träng ®Õn an toµn ®Ëp, nh− nªu ë B¶ng 1. B¶ng 1. Mùc n−íc lò ë c¸c hå chøa miÒn Trung th¸ng 11 vµ 12-1999 TT 3 4 6 7 8 9 10 12 13 16 17 18 Tªn hå chøa Mùc n−íc lò v−ît thiÕt kÕ §ît lò tõ ngµy 02÷10 th¸ng 11-1999 Tiªn Lang- Qu¶ng B×nh V−ît T.kÕ 0,4m La Ngµ-Qu¶ngTrÞ V−ît T.kÕ 0,7m Kinh M«n-Qu¶ng TrÞ V−ît T.kÕ 0,84m Ch©u S¬n-Thõa Thiªn-HuÕ V−ît T.kÕ 2,05m Phó Bµi- Thõa Thiªn-HuÕ V−ît T.kÕ 1,9m §ång NghÖ-§µ N½ng V−ît T.kÕ 2,36m Hoµ Trung-§µ N½ng V−ît T.kÕ 1,46m VÜnh Trinh-Qu¶ng Nam V−ît T.kÕ 1,77m LiÖt S¬n-Qu¶ng Ng·i V−ît T.kÕ 0,2m Héi S¬nV−ît T.kÕ 0,1m §ît lò tõ ngµy 02 ®Õn 06 th¸ng 12-1999 Cao Ng¹n-Qu¶ng Nam V−ît T.kÕ 1,5m Ph−íc Hµ-Qu¶ng Nam V−ît T.kÕ 1,6m ________________ 1, 2. §¹i häc Thuû lîi. 257 www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── 2. Mét sè yªu cÇu ®èi víi c«ng tr×nh th¸o lò v−ît thiÕt kÕ - KÕt cÊu kh«ng phøc t¹p. - Më cöa kÞp thêi khi mùc n−íc hå cã nguy c¬ v−ît qu¸ mùc n−íc lò kiÓm tra ®Ó th¸o n−íc lò khÈn cÊp nh»m ®¶m b¶o an toµn ®Ëp ch¾n. - Th¸o n−íc tù ®éng, hoÆc dÔ vËn hµnh. - Kh«ng g©y ra sãng ®e do¹ ®Õn an toµn ®Ëp ch¾n, ®¶m b¶o an toµn cho h¹ du. - Chi phÝ ®Çu t− vµ chi phÝ vËn hµnh thÊp nhÊt cã thÓ. - Cã thÓ ph¶i chÊp nhËn b¶n th©n c«ng tr×nh th¸o lò v−ît qu¸ thiÕt kÕ bÞ h− háng mét phÇn mçi khi ho¹t ®éng. 3. Mét sè kiÓu ®Ëp trµn sù cè th¸o lò v−ît qu¸ thiÕt kÕ 3.1. Trµn tù do Trµn tù do lµ lo¹i kªnh trµn ®µo trong nÒn ®Êt, ®¸ tù nhiªn, cao tr×nh ng−ìng trµn b»ng hoÆc gÇn b»ng cao tr×nh mùc n−íc lò thiÕt kÕ. KÕt cÊu trµn tù do lµ mét kªnh hë, ®Çu kªnh cã gia cè mét ®o¹n ng−ìng trµn ®Ønh réng ®Ó khèng chÕ l−u l−îng, cao tr×nh ng−ìng trµn th−êng b»ng hoÆc thÊp h¬n mùc n−íc lò thiÕt kÕ. KiÓu nµy cã thÓ ¸p dông cho c¸c hå chøa nhá, lò kiÓm tra hoÆc lò qua trµn sù cè chªnh kh«ng nhiÒu so víi lò thiÕt kÕ vµ ë nh÷ng n¬i cã ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa chÊt thuËn lîi, nh− cã yªn ngùa thÊp, réng vµ dµi; ®Êt nÒn cã kh¶ n¨ng chèng xãi tèt ®Ó gi¶m khèi l−îng gia cè. 3.2. Trµn sù cè ®Ëp ®Êt tù vì 3.2.1. KiÓu gia t¶i b»ng n−íc §Ëp ®−îc thiÕt kÕ ë phÝa h¹ l−u ®Ønh ®Ëp cã t−êng ch¾n n−íc, ë ®¸y cã líp kÑp c¸t t¹o mÆt tr−ît trªn nÒn ®Ëp víi hÖ sè æn ®Þnh thÊp, khi mùc n−íc hå ®¹t mùc n−íc lò thiÕt kÕ, n−íc ch¶y theo xi ph«ng d©ng dÇn trªn mÆt ®Ëp ®Ó gia t¶i g©y vì ®Ëp, khi ®Ëp ®¹t vµ v−ît qua tr¹ng th¸i c©n b»ng cùc h¹n th× ®Ëp tù vì. §Ëp tù vì kiÓu gia t¶i b»ng n−íc khi n−íc trµn qua xi ph«ng cÇn ph¶i cã thêi gian ®Ó vì dÇn vµ vì hÕt, v× thÕ kiÓu ®Ëp trµn nµy tham gia th¸o lò chËm h¬n khi cÇn th¸o n−íc khÈn cÊp. Khi cã sù cè x¶y ra th× khèi l−îng trµn hÇu hÕt bÞ ph¸ ho¹i, do vËy ph¶i ®¾p l¹i ®Ëp sau mçi lÇn th¸o lò. 3.2.2. KiÓu dÉn xãi Cã nhiÒu h×nh thøc dÉn n−íc vÒ m¸i h¹ l−u g©y xãi, vÝ dô dïng xi ph«ng ®Æt d−íi ®Ønh ®Ëp, miÖng cöa vµo ngang mùc n−íc khèng chÕ ë th−îng l−u. Dïng ®Êt dÔ bÞ xãi tr«i nªn dïng c¸t hoÆc ®Êt cã tÝnh tan r· lín ®Ó lµm khèi g©y vì ®Ëp. Qu¸ tr×nh xãi g©y vì ®Ëp cÇn ph¶i cã thêi gian ®Ó vì vµ vì hÕt nªn trµn tham gia th¸o lò chËm. Khi cã sù cè x¶y ra th× toµn bé khèi l−îng x©y dùng trµn hÇu hÕt bÞ ph¸ ho¹i, khèi l−îng x©y dùng l¹i kh¸ lín vµ khã ®¸p øng ®−îc nhiÖm vô ®ãn con lò tiÕp sau kÞp thêi khi sù cè diÔn ra ®Çu mïa lò. 258 www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── 3.2.3. KiÓu trµn qua ®Ønh Víi kiÓu nµy ®Ønh ®Ëp ®Êt tù vì thÊp h¬n cao tr×nh mùc n−íc lò cÇn khèng chÕ th−îng l−u nh−ng nÕu qua nhiÒu n¨m kh«ng cã lò v−ît thiÕt kÕ, m¸i h¹ l−u nÐn chÆt, cá c©y mäc nhiÒu, th× nhiÒu khi cÇn ®Êt khã bÞ xãi ®Ó tù vì ®Ëp. 3.3. §Ëp trµn cã ng−ìng trµn zÝch gi¾c (Labyrinth Weir) C¸c ®Ëp trµn bª t«ng träng lùc cã thÓ dïng h×nh thøc ng−ìng trµn zÝch gi¾c kiÓu phÝm ®µn Pian« ®Ó t¨ng chiÒu dµi thùc tÕ trµn n−íc, do ®ã t¨ng ®−îc l−u l−îng th¸o n−íc, gi¶m ®−îc mùc n−íc lò trong hå. 3.4. Trµn sù cè cã cöa van tù ®éng lËt trôc ngang Cöa van tù ®éng lËt gåm mét tÊm ph¼ng quay quanh trôc n»m ngang. Trµn sù cè Ýt lµm viÖc, víi yªu cÇu gia x¶ lò nhanh khi cÇn thiÕt, th× cöa van tù ®éng lËt rÊt thÝch hîp. Nh−îc ®iÓm lín nhÊt lµ th−êng x¶y ra hiÖn t−îng va ®Ëp khi cöa ®ãng, më vµ rung ®éng khi cöa lËt n»m trong dßng ch¶y dÉn ®Õn h− háng cöa. MÆt kh¸c, cÇn chó ý ®Õn c¸c t¸c ®éng bÊt lîi khi th¸o lò ®ét ngét víi l−u l−îng lín ®èi víi hå chøa, còng nh− ®èi víi phÝa h¹ l−u. 3.5. §Ëp trµn cã cöa më nhanh - Flash Board Trªn ng−ìng ®Ëp ®Æt hÖ thèng c¸c tÊm ph¼ng ch¾n n−íc cã chiÒu cao trªn d−íi 1 mÐt. Khi mùc n−íc lò trong hå chøa v−ît qu¸ mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh, hÖ thèng b¶n vµ cét ®ì bÞ gËp nhanh xuèng vµ bÞ ph¸ ho¹i toµn bé, nhê ®ã th¸o lò khÈn cÊp cho hå chøa. 3.6. §Ëp trµn cã bé phËn cÇu ch× §èi víi c¸c ®Ëp bª t«ng träng lùc lín, dïng h×nh thøc khèi cÇu ch× b»ng bª t«ng ®Ó th¸o lò khÈn cÊp lµ rÊt kh¶ thi (H×nh 1). D−íi ®¸y khèi cÇu ch× lµ khe hë, ®ång thêi lµm vËt ®Öm ch¾n n−íc khÝt ë cuèi ch©n ®Õ ®Ó lîi dông ¸p lùc ®Èy næi cña n−íc. Khi mùc n−íc lò trong hå chøa v−ît qu¸ mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh, khèi cÇu ch× bÞ lËt nhanh xuèng, nhê ®ã th¸o lò khÈn cÊp cho hå chøa. Sau mçi lÇn ho¹t ®éng, cÇn ph¶i kh«i phôc l¹i khèi cÇu ch×. C¸c khèi cÇu ch× cã thÓ cã kÝch th−íc nh− nhau hoÆc kh¸c nhau, c¸c tÊm nhá lËt tr−íc, c¸c tÊm lín lËt sau. C¸c tÊm dÔ lµm, dÔ kiÓm tra. Cã hai kiÓu: kiÓu b¶n ph¼ng vµ kiÓu ®Ëp zÝch gi¾c. C¸c cöa van nµy ®−îc gi÷ trªn mÆt ®Ëp bëi c¸c khèi gia t¶i. Mçi cöa van ®−îc cÊu t¹o bëi ba bé phËn: mét phÔu chøa n−íc ®−îc lµm b»ng kim lo¹i hoÆc bª t«ng cèt thÐp, mét b¶n ®¸y vµ mét èng thu n−íc ®−îc nèi víi khoang (buång) th¸o n−íc ë d−íi ®¸y. §Ó gi¶m sù tÝch n−íc vµo trong khoang, mçi khoang bè trÝ hai r·nh tho¸t n−íc. Khíp nèi gi÷a hai cöa van liÒn kÒ nhau ®−îc bÞt kÝn b»ng miÕng ®Öm cao su ph¼ng dÑt. 259 www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── Khoang chøa n−íc èng thu n−íc §Ønh èng thu n−íc §Öm cao su Thanh chèng Thanh gi»ng Thanh gi»ng ngang (cøng) Gèi §−êng trµn B¶n ®¸y MiÕng ®Öm khÝt n−íc H×nh 1. C¸c bé phËn cña cÇu ch× ë Ph¸p, cöa van lËt ®−îc cung cÊp víi ba lo¹i h×nh d¹ng tiªu chuÈn: NHL, WLH vµ WHH dùa trªn c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña Phßng thÝ nghiÖm thuû lùc quèc gia (NHL) ë Chauton, Phßng thÝ nghiÖm ë Norris Tennessee (TVA). BÒ réng mçi cöa cÇu ch× tõ 1,5 m ®Õn 6 m. 4. C¸c biÖn ph¸p kh¸c ®Ó phßng chèng lò v−ît thiÕt kÕ 4.1. §¾p con tr¹ch n©ng cao thªm ®Ønh ®Ëp N©ng cao thªm ®Ønh ®Ëp tõ 0,5 ®Õn 1 mÐt b»ng con tr¹ch ®¾p ®Êt, t−êng bª t«ng, ®¸ x©y, hoÆc rä ®¸ cã chèng thÊm. §ång thêi cã thÓ cÇn n©ng cao thªm t−êng bªn ®Ëp trµn. BiÖn ph¸p nµy t¨ng thªm ®−îc dung tÝch hå chøa, do vËy gi¶m ®−îc nguy c¬ n−íc lò trµn ®Ønh ®Ëp. Tuy nhiªn, cÇn kiÓm tra l¹i an toµn, æn ®Þnh cña ®Ëp khi thùc hiÖn biÖn ph¸p nµy. 4.2. Gia cè ®Ønh, m¸i dèc vµ ch©n ®Ëp h¹ l−u Trång cá hoÆc c¸c gia cè b»ng biÖn ph¸p kh¸c ®Ó b¶o vÖ ®Ønh, m¸i dèc vµ ch©n ®Ëp h¹ l−u sÏ cho phÐp n−íc lò trong hå chøa trµn qua ®Ønh víi mét møc ®é nhÊt ®Þnh. BiÖn ph¸p nµy thÝch hîp víi c¸c hå, ®Ëp nhá. 4.3. Gi¶i ph¸p phèi hîp - Cã thÓ võa n©ng cao ®Ëp võa ®Ëp trµn cÇu ch×, ®Ëp trµn zÝch gi¾c. - HoÆc võa gia cè ®Ønh, m¸i ®Ëp, ch©n h¹ l−u võa më réng trµn... 5. Mét sè nhËn xÐt vµ kiÕn nghÞ - Tõ c¸c nguyªn nh©n g©y ra lò v−ît thiÕt kÕ nªu trªn, chóng ta cã thÓ xem xÐt kh¾c phôc 260 www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── tõng vÊn ®Ò ®Ó h¹n chÕ vµ phßng chèng mùc n−íc lò v−ît qu¸ møc thiÕt kÕ, ®e do¹ an toµn ®Ëp ch¾n vµ c¸c c«ng tr×nh ®Çu mèi. - Mçi lo¹i h×nh thøc th¸o lò v−ît thiÕt kÕ ®Òu cã −u, nh−îc ®iÓm vµ ®iÒu kiÖn sö dông nhÊt ®Þnh. ViÖc lùa chän h×nh thøc nµo ph¶i dùa trªn ®Æc ®iÓm riªng cô thÓ cña tõng hå chøa. - Mét sè h×nh thøc c«ng tr×nh ®Ó th¸o lò v−ît thiÕt kÕ nªu trªn ®· ®−îc ¸p dông cã hiÖu qu¶ ë nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi nh−: ®Ëp trµn cã bé phËn cÇu ch×, ®Ëp trµn cã ng−ìng zÝch gi¾c kiÓu phÝm ®µn Pian«, tÊm gËp nhanh. - §èi víi n−íc ta míi b−íc ®Çu ¸p dông c«ng tr×nh th¸o lò v−ît thiÕt kÕ, v× thÕ cßn nhiÒu vÊn ®Ò cÇn tiÕp tôc nghiªn cøu vµ th¶o luËn. - Cho ®Õn nay, chóng ta ®· x©y dùng gÇn 5.000 hå chøa. CÇn x¸c ®Þnh l¹i n¨ng lùc cña c«ng tr×nh th¸o lò cho c¸c hå chøa ®· x©y dùng. MÆt kh¸c, ph¶i xem xÐt c¸c gi¶i ph¸p ®Ó phßng chèng lò v−ît qu¸ møc thiÕt kÕ. - §èi víi c¸c hå chøa ®ang trong qu¸ tr×nh x©y dùng cÇn tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh th¸o lò theo tiªu chuÈn phßng chèng lò TCVN 285-2002, ®ång thêi còng cÇn ph¶i xem xÐt c¸c gi¶i ph¸p ®Ó phßng chèng lò v−ît qu¸ møc thiÕt kÕ ngay tõ c¸c b−íc chuÈn bÞ ®Çu t−. Tµi liÖu tham kh¶o [1] Ph¹m Ngäc Quý, Ph¹m V¨n Quèc vµ nnk: “Nghiªn cøu tæng quan lò v−ît thiÕt kÕ ë c¸c hå chøa n−íc vµ ®Ò xuÊt gi¶i ph¸p trµn sù sè thÝch hîp cho an toµn c«ng tr×nh ®Çu mèi”, B¸o c¸o khoa häc ®Ò tµi cÊp Bé, 2003. [2] ViÖn N¨ng l−îng: "B¸o c¸o kÕt qu¶ nghiªn cøu trµn sù cè s«ng Hinh", 2000. [3] Côc qu¶n lý n−íc vµ C«ng tr×nh Thuû lîi - Bé N«ng nghiÖp vµ Ph¸t triÓn n«ng th«n. "T×nh h×nh ®¶m b¶o an toµn c¸c hå chøa cña c¸c tØnh tõ Qu¶ng B×nh ®Õn B×nh §Þnh", T¹p chÝ Thuû lîi, sè 331, th¸ng 12-1999. [4] Hå s¬ thiÕt kÕ trµn x¶ lò sù cè s«ng Hinh - C«ng ty T− vÊn X©y dùng §iÖn I. [5] Hå s¬ thiÕt kÕ trµn x¶ lò sù cè hå chøa n−íc KÎ Gç - C«ng ty T− vÊn X©y dùng Thuû lîi I. [6] Hå s¬ thiÕt kÕ trµn x¶ lò sù cè hå chøa n−íc An M· - C«ng ty T− v©n X©y dùng Thuû lîi tØnh Qu¶ng B×nh. [7] The Design Flood Guidelines: International Commission on Large Dams, 12-1990. [8] Henry T. Falvey, Member, ASCE, and Philippe Treille: "C¸c vÊn ®Ò vÒ thuû lùc vµ thiÕt kÕ cöa sù cè ", T¹p chÝ Journal of hydraulic engineering, 7-1995. Summary Spillways are usually designed with the determined flood models for releasing the excceding water to ensure the safety of dams, reservoirs and downstream regions. However, in the fact, there are may cases, in which the coming floods are bigger than the designed flood models. 261 www.vncold.vn Trang tin điện tử Hội Đập lớn Việt Nam ─────────────────────────────────────────────── Study of the over designed floods and emergency spillways for ensuring safety of the dams, reservoirs and downstream is our indispensable duty, especially for the large reservoirs. Based on the technical investigation of practical existing conditions in Vietnam, references on the documents and experiences of foreign countries, the authors present the practical situation, reason of the over designed floods and the structure solutions discharging the over designed floods to ensure the safety of dams, reservoirs and downstream regions. 262