Vận Tốc Cho Phép Và Điều Kiện Vận Hành Kênh

Hình 12-3. Các kiểu vỏ áo chịu lực của đường hầm có áp

1- lỗ khoan phun xi măng gia cố; 2- ống để dổ xi măng; 3- cốt thép vòng; 4- cốt thép phân bố; 5- bêtông toàn khối; 6- vữa phun; 7- dăm sỏi; 8- ống tiêu nước; 9- vử xi măng; 10- khối bêtông;

11- thép tấm có đai; 12- thép xoắn chịu ép.

- Vỏ áo đường hầm áp lực làm bằng bêtông cốt thép lắp ghép (sơ đồ IV) thường được dùng với đường hầm dạng mặt cắt tròn kích thước nhỏ, các cấu kiện lắp ghép thường làm bằng bêtông, bêtông cốt thép, hãn hữu dùng kim loại (thép, gang). Để giảm độ nhám và nâng cao tính chống thấm, người ta tạo một lớp vữa phun dày 15 - 25 cm lên mặt trong của áo lắp ghép và mài nhẵn chúng. Ưu điểm chính của vỏ áo lắp ghép là nhanh chóng đưa vào sử dụng ngay sau khi lắp ghép xong và công nghiệp hoá khâu chế tạo cấu kiện áo. Nhược điểm của kiểu vỏ áo này là thấm nhiều qua các khớp nối dọc của đường hầm, do vậy cần đảm bảo độ kín nước của khớp nối.

- Vỏ áo tunel áp lực kiểu kết hợp. Để làm chặt các chỗ nối và nâng cao khả năng chịu lực của vỏ áo lắp ghép, người ta đặt thêm vòng đúc liền khối. Vỏ áo nhiều lớp được được hình thành bằng cách đặt một số lớp đúc liền khối, rồi đặt tiếp một số lớp lắp ghép ... cứ vậy nhận được kiểu vỏ áo kết hợp. Đối với kiểu này thường vòng ngoài của vỏ áo được ghép bằng các cấu kiện lắp ghép bê tông, nhờ vòng ngoài bảo vệ cho phép tiến hành thi công thuận lợi vòng đúc liền khối bên trong (sơ đồ V). Để đảm bảo sự kết hợp làm việc của các vòng trong và ngoài để nâng cao khả năng chịu lực của vỏ người ta sử dụng những giải pháp kết cấu khác nhau. Khi cột nước lớn có thể dùng ống thép đường kính lớn làm lớp vòng trong của kiểu vỏ áo này. Các đoạn ống này được chế tạo từng đoạn dài 5 - 10 m từ thép tấm dày từ 10 - 20 mm và dày hơn rồi hàn ghép tại chỗ.

Trong xây dựng đường hầm công tác phụt vữa xi măng quanh vỏ đường hầm được tiến hành nhằm để: tăng cường khả năng chịu lực của hầm, tạo vùng đệm rắn chắc giữa hầm và khối đá bao quanh, tăng khả năng chống thấm khi đá nứt nẻ, phân bố tải trọng đều, giảm biến dạng của khối đất đá. Vữa phụt chia ra hai loại là phụt vữa gia cố và phụt vữa lấp đầy. Phụt vữa lấp đầy nhằm mục đích lấp đầy khe hở giữa vỏ đường hầm và khối đá xung quanh. Việc phụt vữa lấp đầy tiến hành sau khi vỏ áo đã thi công xong, vữa được nén qua các ống có đường kính từ 40 - 60 mm đặt qua vỏ vào các khoảng trống giữa vỏ áo và đá núi. Phụt vữa gia cố tiến hành trong điều kiện đá xung quanh nứt nẻ nhiều và bằng cách phun phụt vào khối đá xung quanh theo các lỗ khoan đặt hướng bán kính.

Để bảo vệ vỏ hầm dưới tác động của nước ngầm xung quanh trong trường hợp áp lực nước ngầm lớn, người ta thường làm hệ thống thoát nước ngầm dọc theo đường

hầm với dạng ống sứ hoặc ống bêtông nhẹ và thoát nước ngang dưới dạng sỏi bọc xung quanh vỏ hầm (sơ đồ III và V, hình 12-3).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

XII. 2. 2. Tính toán kết cấu đường hầm dẫn nước của TTĐ

Tính toán kết cấu vỏ áo đường hầm nhằm mục đích kiểm tra độ bền của vỏ áo và kiểm tra trị số áp lực cho phép truyền lên đât đá xung quanh vỏ hầm. Sự kết hợp cùng chịu lực giữa chúng là đặc điểm làm việc của đường hầm. Khi địa chất bao quanh vỏ áo đủ chắc, giữa vỏ hầm và mặt đá đào không có khe hở thì chúng có khả năng tiếp nhận áp lực nước từ phía trong cùng với áo vỏ, trường hợp này kết cấu vỏ áo đường hầm nhẹ hơn. Vì vậy việc đánh gía đúng điều kiện phối hợp chịu lực của chúng sẽ tạo điều kiện chọn được kết cấu đường hầm kinh tế và sử dụng lâu dài.

Việc tính toán kết cấu và khả năng chịu tải của áo vỏ hầm theo phương pháp cơ học kết cấu theo tiêu chuẩn hiện hành với các tải trọng sau:

- Tải trọng cơ bản gồm có: áp lực đất đá, lực kháng của đất đá, trọng lượng riêng của áo vỏ, áp lực nước phân bố đều trong tunel, áp lực nén của vữa xi mămg từ sau vỏ áo, áp lực của nước ngầm khi dòng thấm ổn định, lực nhiệt độ phát sinh ở vùng băng giá

- Tải trọng tạm thời gồm: lực phát sinh do nhiệt độ thay đổi, do bêtông co ngót, áp lực nước ngầm khi kết cấu tiêu nước thấm bị hỏng, tải trọng do máy thi công truyền lên vỏ áo đường hầm khi thi công.

- Tải trọng đặc biệt gồm: lực động đất, khi kể đến lực này cần có lập luận chuyên môn riêng. Trị số của lực động đất tỷ lệ nghịch với độ sâu đặt tunel và kích thước mặt cắt ngang đường hầm.

Sơ đồ tính toán của vỏ aó đường hầm được xác định dựa vào cấu tạo và độ bền của khối đât đá bao quanh nó, có tính đến điều kiện làm việc thực tế của vỏ và phương pháp đào đường hầm. Các phương pháp tính toán vỏ áo đường hầm thuỷ công được trình bày trong các tài liệu chuyên môn. Theo chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế tunel, bề dày vỏ áo của tunel không áp và có áp không được nhỏ hơn những chỉ dẫn sau:

- Áo bằng bêtông cốt thép, khối bêtông lắp ghép thì bề dày:  = 0,12 m;

- Áo ở vòm, ở tường, ở vòm ngược đúc liền khối bằng bêtông

hoặc bêtông cốt thép một lớp:  = 0,20 m;

- Áo ở vòm, tường và vòm ngược bêtông cốt thép hai lớp cốt thép:  = 0,25 m;

- Vòng trong bằng bêtông cốt thép:  = 0,12 m;

- Áo trong bằng cốt thép phun xi măng và bêtông phun xi mămg  = 0,05 m.

Chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ cốt thép trong vỏ áo bêtông cốt thép đúc liền khối được xác định phụ thuộc vào chiều dày của vỏ áo và phụ thuộc vào tính xâm thực của nước, nhưng không lấy nhỏ hơn 3 - 5 cm.

XII. 3. KÊNH DẪN CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN

Mặc dù kênh dẫn là loại đường dẫn đơn giản, ngoài việc đảm bảo an toàn và ổn định, nó còn phải thoả mãn những yêu cầu về chống thấm, ổn định chống xói lở, chống hư hỏng dưới tác động của điều kiện bất lợi do khí hậu và tảo mộc gây ra ..v.v... Kênh dẫn của TTĐ là loại kênh động lực cho nên ngoài yêu cầu về khối lượng xây lắp nhỏ và đảm bảo an toàn cần phải xét đến hiệu quả về năng lượng của nó. Kênh dẫn được sử dụng rộng rãi trong TTĐ đường dẫn có mực nước thượng lưu giao động ít và được đặt trên địa hình tương đối bằng phẳng, khối lượng đào đắp ít.

XII. 3. 1. Chọn tuyến kênh và hình thức kênh

Việc chọn tuyến kênh có tính chất quyết định đến kết cấu và khối lượng đường dẫn cũng như thành phần công trình trên kênh. Việc lựa chọn tuyến kênh phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật của các phương án.

Nguyên tắc chọn tuyến kênh phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tuyến kênh phải ngắn để giảm khối lượng đào đắp công trình nhỏ, tránh đi qua đồi quá dốc để đỡ khối đào lớn. Vì vậy nên chọn tuyến kênh đi qua địa hình tương đối bằng phẳng như ở lượn theo các đường đồng mức của đồi;

- Địa chất tuyến kênh đi qua cần tránh nơi đất yếu, đất dễ sạt lở, tránh đặt nơi bị nước mưa từ sườn đồi tập trung đổ vào uy hiếp;

- Khi điều kiện thi công cơ giới nên chọn tuyến kênh đào hơn là kênh đắp;

- Côư gắng chọn tuyến không có hoặc ít phát sinh các công trình trên kênh (như cầu máng, cống luồn ...) để giảm khối lượng đường dẫn;

- Ở nơi tuyến kênh đổi hướng cần tránh tuyến thay đổi đột ngột bất lợi về chế độ

thuỷ lực trong kênh. Bán kính cong của trục tuyến kênh thoả mãn yêu cầu sau:



r 11 V 2

12

và phải r  5b (12-3)

(trong đó: r, V, b,  tương ứng là bán kính cong, vận tốc trung bình trong kênh, bề rộng đáy kênh, diện tích tiết diện ướt của kênh).

Hình dạng mặt cắt ngang kênh tuỳ thuộc vào địa hình, địa chất tuyến kênh đặt trên nó. Thông thường mặt cắt ngang kênh thường dùng là hình thang, trường hợp đất yếu kênh lại có yêu cầu đào sâu thì chúng có dạng đa giác, parabol hoặc dạng tròn. Kênh đào qua đá tốt thì có thể dùng kênh chữ nhật hoặc mái kênh dốc. Kinh nghiệm nếu mặt kênh được bảo vệ bằng lớp bêtông, bêtông cốt thép hay xây đá thì hệ số mái dốc mặt trong m  1,25; còn các trường hợp khác m  1,5.

Bố trí kênh trên mặt đất có thể có những hình thức sau (hình 12-4) sau:

Hình 12-4. Các hình thức bố trí kênh trên mặt đất.

- Sơ đồ I là kênh hoàn toàn đào trong đất. Kênh đào có nhiều ưu điểm là: ổn định tốt, khi đào trong đất tốt thì công nghệ thi công đơn giản, nhưng có nhược điểm là khối lượng công tác đất lớn.

- Sơ đồ IV là kênh hoàn toàn làm bằng đất đắp. Nhược điểm của kênh đắp là khối lượng đất đắp lớn, cần sử dụng kết cấu phức tạp để bảo vệ mái kênh ổn định và chống thấm. Do vậy hình thức kênh này ít gặp hoặc được dùng khi độ sâu lớp nước trong kênh nhỏ và địa hình bằng phẳng.

- Sơ đồ II và III là kênh vừa đào vừa đắp, sử dụng khối lượng đất đào lòng kênh đê đắp bờ kênh. Như vậy đở tốn công chở đất đổ đi và giảm khối lương đào, tuy vậy biến dạng mái đât của khối đắp và mái đất tự nhiên sẽ không đều, do vậy khả năng làm việc của kênh phức tạp, cần phải làm lớp áo bảo vệ mái của kênh.

- Sơ đồ V và VI là kênh dẫn đào trong đá núi. Lợi dụng khả năng chịu lực của đá núi tạo mặt cắt ngang kênh. Để chống thấm nước cần có lớp áo mỏng bảo vệ mái trong của kênh. Hình thức này có thể chọn mái đứng m = 0 hoặc dốc. Khi kênh đào sâu, trên đỉnh kênh cần làm cơ.

XII. 3. 2. Cấu tạo mặt cắt kênh

1. Bờ và đỉnh kênh

Đỉnh kênh là nơi đi lại và chỡ vật liệu tu sửa kênh trong giai đoạn khai thác và theo điều kiện ổn định thì bề rộng đỉnh kênh phải lấy không nhỏ hơn 2 mét, nếu có nhu cầu giao thông thì phải lấy theo tiêu chuẩn của giao thông. Để bảo vệ kênh không bị tràn nước thì cao trình đỉnh kênh phải cao hơn mực nước lớn nhất của dòng không ổn định trong kênh một đoạn là d = hS + e ( hS là chiều cao sóng gió so với mực nước tĩnh, e là độ vượt cao an toàn lấy theo cấp công trình và loại kênh).

Khi kênh đào sâu, để ngăn cách phần dưới nước với phần khô người ta làm cơ với bề rộng cơ chính không nhỏ hơn 1,5 m và đỉnh cơ nằm trên mực nước cao nhất cũng một đoạn bằng d (như công thức trên). Ngoài ra khi phần mái trên của kênh quá cao hơn cơ chính nhiều thì cần đặt cơ phụ với bề rộng không nhỏ hơn 1 m và kgoảng cách giữa các cơ nên lấy từ 6 - 8 mtheo chiều cao.

Đối với loại kênh đắp, cần làm hệ thống thoát nước (hình 15,a) để hạ thấp đường bão hoà thấm để tránh đường bảo hoà ra mái kênh.

Hình 12-5. Cấu tạo mái và lòng kênh.

2. Áo mái kênh và lòng kênh

Tiếp xúc giữa mái kênh với dòng nước được đặt lớp áo bằng bêtông, bêtông cốt thép hay đá xây láng vữa xi măng ..v..v.. nhằm giảm tổn thất thuỷ lực, chống xói lở lòng kênh, chống thấm nước. Đồng thời áo kênh còn cho phép tăng vận tốc trong kênh để giảm kích thước mặt cắt kênh và tăng ổn địnhmái kênh. Ao kênh bằng bêtông và bêtông cốt thép được ưa dùng trong kênh dẫn của trạm thuỷ điện (hình 12-5,b). Chiều dày áo bêtông gia cố lòng kênh có thể lấy từ 12 - 25 cm, gia cố mái dày trung bình từ 7 - 15cm. Dưới lớp áo là lớp đệm dễ thấm nước làm bằng cát, sói,hoặc cát hạt lớn dày 20 - 80 cm.

Áo bằng bêtông cốt thép được sử dụng khi địa chất tuyến kênh dễ biến dạng và biến dạng không đều hoặc ở nơi khí hậu thay đổi đột ngột. Tuy áo bêtông cốt thép có độ

bền cao và chịu biến dạng hơn bêtông nhưng đắt hơn. Chiều dày lớp áo bêtông cốt thép thường lấy từ 8 - 15 cm với hàm lượng cốt thép không quá 2%, đặt thép 8 - 12 mm kích thước lưới cốt thép từ 20 x 20 đến 30 x 30 cm. Áo bêttông cốt thép có thể liền khối không cần đặt khớp nhiệt độ, tuy nhiên vì để tiện thi công có thể phân khớp thi công với khoảng cách từ 10 - 20 m một.

Áo bằng gạch, đá lát không chít mạch được dùng để tăng ổn định kênh và chống xói, không có khả năng chống thấm.. Kênh còn được lót bằng đất dẻo để ch thấm, lớp này được được đầm kỹ dày từ 30 - 60 cm, bên trên được bảo vệ chống xói bằng lớp cát sỏi dày từ 30 - 100 cm.

3. Vận tốc cho phép và điều kiện vận hành kênh

Kênh dẫn nước phải đảm bảo không làm xói lở hoặc bồi lắng bùn cát lơ lửng trong kênh và cần có vận tốc sao cho cây cỏ và thực vật không mọc được trong lòng dẫn để tránh làm tăng hệ số nhám. Kinh nghiệm vận hành TTĐ cho thấy khi độ sâu nước lớn hơn 1,5 m thì vận tốc cho phép cỏ không mọc được là 0,6 m/s. Theo điều kiện bảo đảm điều kiện giao thông thuỷ thì vận tốc dòng chảy không vượt quá 1,5 m/s để đảm bảo tàu thuyền đi lại được. Để không lắng và không xói thì:

[ Vlang

] < V < [ V xoi ] (12-4)

Vận tốc cho phép không xói:

Vận tốc này tuỳ thuộc loại vật liệu làm kênh, mái kênh và kích thước kênh. Trị số vận tốc này phụ thuộc vào bán kính thuỷ lực (R) kênh dẫn và độ lớn các hạt tạo nên đáy và mái kênh nếu chúng là hạt rời (xem Quy phạm QP-TL-C-I-76). Đối với đất dính theo kinh nghiệm [ V xoi ] chọn không lớn hơn 1,8 m/s, phụ thuộc vào loại đất. Kênh có áo bêtông, bêtông cốt thép, đá xây thì vận tốc này rất lớn, do vậy không cần thiết phải kiểm tra xói, mà vận tốc trong kênh được quyết định theo điều kiện kinh tế từ 2 - 3 m/s.

Vận tốc cho phép không lắng:

Vận tốc này phụ thuộc vào độ lớn và số lượng hạt bùn cát, bán kính thuỷ lực, hệ số đọ nhám kênh và các yếu tố khác. Theo công thức kinh nghiệm của I.I. Levi:

Vlang

0,01

dtb

0,01

0.0225

(12-5)

Trong công thức:  là độ thô thuỷ lực (mm/s) của các hạt bùn cát có đường kính trung bình dtb ; R (m) là bán kính thuỷ lực của mặt cắt kênh; p (theo % trọng lượng) các hạt bùn cát lơ lửng có đường kính lớn hơn 0,25 mm vượt quá 0,01%; 0,0225/n là hệ số hiệu chỉnh độ nhám lòng kênh khi nó khác với độ nhám thông thường của kênh đất không có lớp áo (n = 0,0225).

XII. 3. 3. Kênh tự điều tiết và không tự điều tiết

Kênh dẫn được thiết kế với khả năng tháo được lưu lượng tính toán lớn nhất ở chế độ dòng ổn định đều trên toàn chiều dài kênh khi kênh cùng kiểu kết cấu, hoặc trên chiều dài từng đoạn kênh khi các đoạn có kết cấu khác nhau.

Khi lưu lượng của TTĐ nhỏ hơn lưu lượng tính toán lớn nhất, trong kênh không còn là dòng đều nữa. Khi chuyển động đều, mặt nước tự do trong kênh song song với đáy kênh và độ sâu trên cả chiều dài kênh không đổi.Trên (hình 12-6,a sơ đồ I) các đoạn có các độ dốc i1, i2, i3 theo dọc kênh không như nhau, nhưng tốc độ trung bình và độ sâu trên từng đoạn khi cùng lưu lượng lớn nhất Qmax thì không đổi. Khi giảm lưu lượng phát điện, lượng nước thừa làm dâng mực nước trong kênh và trong bể áp lực, để tránh nước tràn qua tường chắn của bể áp lực và đỉnh kênh thì cần phải làm công trình tháo nước thừa (thường là đập tràn) ở cuối kênh. Kích thước công trình tháo được xác định

để tháo được Qmax. Đồng thời với việc dùng đập tràn tháo nước thừa tránh để nước tràn qua

Hình 12-6. Sơ đồ thuỷ lực của kênh dẫn.

đỉnh kênh còn cần phải có biện pháp tiết kiệm nước, do vậy ở cửa lấy nước đầu kênh dẫn cần có cửa van để khống chế lưu lượng theo yêu cầu của TTĐ. Việc tháo nước bắt buộc qua tràn và dùng van điều tiết dẫn đến kênh có tên gọi là kênh không tự điều tiết. Kết quả của dùng van điều tiết lượng nước qua kênh theo lưu lượng TTĐ yêu cầu dẫn đến dòng chảy đều trong kênh có độ sâu mới tương ứng với lưu lượng tháo qua kênh nhỏ hơn lưu lượng Qmax. Như vậy việc giảm lưu lượng kéo theo giảm mực nước trong bể áp lực làm giảm cột nước của trạm thuỷ điện một lượng h" (hình 12-6,a sơ đồ II). Để khắc phục tổn thất cột nước và lưu lượng ngoài việc dùng van đầu kênh để điều tiết lưu lượng theo yêu cầu, cần phải tạo đường nước dâng ở đoạn cuối kênh, cố gắng dâng cao mực nước trong bể áp lực tương ứng với lưu lượng lớn nhất, giảm tổng tổn thất cột nước từ h" đến trị số h' (hình 12-6, sơ đồ II).

Hình (12-6, sơ đồ III) trình bày phương án kênh có cao trình đỉnh không đổi suốt chiều dài kênh, nằm cao hơn mực nước cao nhất trong kênh khi lưu lượng phát điện bằng không (Q = 0). Khi giảm lưu lượng phát điện, mực nước trong kênh và bể áp lực sẽ từ từ dâng lên và đến khi dừng phát điện thì mực nước sẽ nằm ngang trên toàn chiều dài kênh dẫn. Ở đây không cần có đập tràn ở bể áp lực để xả bỏ nước thừa vì nước này được trữ lại trong kênh và không cần cửa van điều tiết ở đầu kênh (đầu kênh chỉ đặt van sửa chữa), vì vậy kênh có tên gọi là kênh tự điều tiết. Trong kênh tự điều tiết, khi lưu lượng phát điện nhỏ hơn Qmax thì mặt thoáng của dòng chảy trong kênh là đường cong nước dâng, còn khi lưu lượng phát điện bằng Qmax thì là dòng chảy đều có đường mặt thoáng song song với đường đay kênh. Phần dung tích gạch chéo trên sơ đồ III có thể được sử dụng để điều tiết dòng chảy cho TTĐ. Tổn thất cột nước theo chiều dài kênh tự điều tiết h được tính toán tương ứng với lưu lượng cần tháo Q so với cao trình mực nước ở thượng lưu, và lớn nhất hmax khi tháo với Qmax.

So sánh hai loại kênh trên, kênh tự điều tiết có ưu điểm là tránh xả bỏ nước thừa trong mọi trường hợp và không cần van công tác đầu kênh, nhưng mặt cắt ngang kênh tăng dần theo tuyến, kênh càng dài thì khối lượng đào đắp kênh càng lớn. Do vậy kênh này nên dùng khi chiều dài kênh ngắn. Ngược lại, kênh không tự điều tiết tuy khối lượng đào đắp ít hơn, mặt cắt kênh thường như nhau trên toàn tuyến, nhưng lại phải xả

bỏ nước thừa khi lưu lượng phát điện nhỏ hơn Qmax, do vậy nó được dùng càng kinh tế khi kênh kéo dài. Trong thực tế loại kênh này được dùng rộng rải hơn.

XII. 4. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG DẪN

Việc tính toán thuỷ lực đường dẫn của TTĐ (bao gồm kênh dẫn và đường hầm dẫn nước) nhằm mục đích xác định kích thước tiết diện, độ dốc đường dẫn (đối với đường dẫn không áp) khi biết lưu lượng tính toán của chúng. Đồng thời tiến hành xác định tổn thất thuỷ lực và tổn thất năng lượng khi trạm thuỷ điện vận hành ở các chế độ khác nhau với kích thước đường dẫn đang xét để so sánh lựa chọn. Để xác định kích thước đường dẫn, người ta dựa vào chế độ ổn định tương ứng với lưu lượng tính toán. Tính toán chế độ làm việc không ổn định xảy ra trong các quá trình chuyển tiếp bình thường (như thay đổi phụ tải) và chế độ bất thường khi sự cố nhắm kiểm tra sự làm việc ổn định của hệ thống đường dẫ để có biện pháp bảo đảm an toàn cho đường dẫn. Phần này chỉ trình bày việc tính toán thuỷ lực với chế độ ổn định, còn tính toán ở chế độ không ổn định xem ở các phần liên quan khác sẽ đề cập trong các chương khác.

XII. 4. 1. Tính toán thuỷ lực đường dẫn không áp

Đường dẫn không áp bao gồm kênh dẫn và đường hầm không áp. Nhiệm vụ chung của tính toán thuỷ lực đường dẫn là căn cứ vào lưu lượng tính toán (lưu lượng lớn nhất) tháo qua đường dẫn ở chế độ dòng đều ổn định xác định ra kích thước mặt cắt ngang của nó. Để tính cho đường dẫn không áp ta dùng công thức của Sêdi ở dạng sau:

Q 2

i 2C 2 R

(12-6)

Trong đó: Q là lưu lượng tính toán, C - hệ số Sêdi, , R, i - tương ứng là: diện tích mặt cắt ướt, bán kính thuỷ lực và độ dốc đáy đường dẫn.

Ngoài lưu lượng tính toán, để giải bài toán thuỷ lực thường phải biết là hình dạng mặt cắt ngang và hệ số nhám n của thành đường dẫn (hệ số nhám lấy theo QP-TL- C-1-76 hoặc các bảng tra Thuỷ lưc). Hệ số Sêdi được xác định dựa vào kích thước, dạng và độ nhám thành dẫn. Trong đó có thể dùng công thức của Paplôpski:

C 1 Ry

với y 2,5

0,13 0.75(

0.1)

(12-7)

Tổn thất cột nước trường hợp dòng đều xác định theo độ dốc i và chiều dài đoạn đường dẫn, tính theo công thức: h = iL.

Khi xác định kích thước mặt cắt ngang của đường dẫn không áp cần bảo đảm tốc độ dòng chảy từ điều kiện tháo lưu lượng lớn nhất đến tháo lưu lượng nhỏ nhất phải không bồi lắng và xói lở lòng dẫn, đồng thời bảo đảm điều kiện diệt thảo mộc và đảm bảo giao thông thuỷ ..v.v... Từ điều kiện (12-6) ta thấy mặt cắt ướt của đường dẫn không áp được xác định theo độ dốc đáy của nó. Độ dốc càng lớn thì mặt cắt của nó càng nhỏ,nhưng tổn thất cột nước và năng lượng càng lớn. Do vậy cần phải thông qua tính toán so sánh kinh tế - năng lượng để chọn (xem phần tiếp theo XII. 5).

XII. 4. 2. Tính toán thuỷ lực đường dẫn có áp

Việc xác định mặt cắt ngang đường dẫn có áp (đường hầm có áp, đường ống) được tiến hành xuất phát từ tổn thất cột nước phát sinh khi tháo lưu lượng tính toán qua nó. Ở chế độ dòng chảy ổn định đều, khi biết kích thước và kết cấu đường dẫn thì tổn thất cột nước được xác định theo công thức sau:

hd

( 2gL

C 2 R

v 2

cb ) 2g Kd Q

(12-8)

Trong đó: cb là tổng các hệ số tổn thất cục bộ; L -tổng chiều dài đường dẫn, v -là vận tốc trung bình của dòng chảy; còn các ký hiệu khác như trên.

Hệ số Sêdi trong (12-8) phụ thuộc vào hệ số nhám của đường dẫn có áp. Hệ số nhám của đường hầm có áo bêtông theo kết quả thí nghiệm n = 0,011 - 0,012. Tuy nhiên trong tính toán có kể đến khả năng tăng nhám trong quá trình vận hành đề nghị lâya lớn hơn, chọn n = 0,013 - 0,017 đối với đường hầm có mặt nhẵn; và chọn n = 0,016

- 0,023 đối với đường hầm có bề mặt không nhẵn.

Trong đường dẫn có áp độ dốc dọc của tuyến đường dẫn không liên quan gì đến độ dốc thuỷ lực và có thể coi như không đổi hay thay đổi theo đường dẫn, nếu cần. Vị trí đường đo áp (theo chiều cao) phụ thuộc vào mực nước hồ và lưu lượng tháo qua đường dẫn và xác định trị số áp lực bên trong ở mặt cắt bất kỳ của đường dẫn.

Kích thước đường dẫn có áp được xác định trên cơ sở tổn thất năng lượng và khối lượng xây dựng (xem tiết XII - 5 ở sau).

XII. 4. 3. Tính toán tổn thất thuỷ lực và năng lượng đường dẫn TTĐ

Chế độ làm việc của TTĐ luôn thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu phụ tải mà nó

đảm nhận. Do đó tính tổn thất cột nước có liên quan với quá trình thay đổi lưu lượng.

1. Tính tổn thất cột nước trong đường dẫn

a- Tính toán tổn thất thuỷ lực đường dẫn không áp

Khi lưu lượng tháo qua đường dẫn không áp khác với lưu lượng tính toán khi đó dòng chảy trong nó là dòng biến đổi đều, đường mặt nước tương ứng là dòng nước dâng hoặc nước đổ. Có nhiều phương pháp để xác định đường mặt nước của dòng biến đổi đều đã trình bày trong các giáo trình Thuỷ lực (như phương pháp của B.A.Batmechép.). Trên cơ sở tính toán thuỷ lực ta xây dựng được đường mặt nước với nhiều lưu lượng khác nhau qua đường dẫn và xây dựng đường quan hệ mặt nước ở cuối đường dẫn với Q

(hình 12-7,a) Trên đồ thị: h1 là độ sâu nước đầu đoạn, h2- độ sâu mực nước cuối đoạn,

h - tổn thất cột nước trên đường dẫn được xác định h = iL + h1 + h2.

Đường h2 = f(Q) hạ khi tăng lưu lượng và khi tháo Qmax thì tương ứng với độ sâu giới hạn hK của đường dẫn; khí lưu lượng trong đường dẫn Q = 0 thì đường mực nước trong kênh là đường nằm ngang tương ứng với độ sâu cuối đường dẫn bằng h1 + iL. Khi lưu lượng trong đường dẫn là lưu lượng tính toán Q0 thì dòng chảy là dòng chảy đều với h2 = h1. Chênh lệch (Qmax - Q0) là khả năng vượt tải của đường dẫn không áp.

Hình 12-7. Quan hệ mực nước cuối đường dẫn không áp và lưu lượng.