Đồ án Thiết kế tổ chức thi công công trình thủy điện Sơn La

MỞ ĐẦU Trong quá trình xây dựng một công trình thủy lợi thì thi công là một phần tất yếu không thể thiếu để biến các công trình từ ước mơ thành hiện thực. Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật công nghệ, quy mô xây dựng các công trình ngày càng lớn, tốc độ ngày càng nhanh, công nghệ càng hiện đại. Con người đã nhận thức được các quy luật tự nhiên phản ánh trong quá trình xây dựng, tích lũy, đúc kết được những kinh nghiệm để từ đó phát triển lý luận khoa học xây dựng thành một môn khoa học riêng “ Kỹ thuật và tổ chức thi công công trình thủy lợi”. Thi công các công trình thủy lợi là môn khoa học nghiên cứu các quy luật, quá trình, phương pháp xây dựng các công trình thủy lợi - thủy điện, từ đó rút ra những lý luận và kinh nghiệm mới để bổ sung, hoàn thiện các phương pháp thi công hiện đại, tìm ra các biện pháp thi công mới với phương châm nâng cao năng suất - chất lượng, hiệu quả cao – giá thành hạ. So với các công trình xây dựng nói chung, thi công công trình thủy lợi có những đặc điểm riêng như gặp nhiều khó khăn do luôn bị ảnh hưởng bởi dòng chảy, phức tạp về kĩ thuật, phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên…, vì vậy đòi hỏi những cán bộ, công nhân kỹ thuật phải có kiến thức về tổ chức thi công cơ bản, nắm vững quy luật chủ yếu của tự nhiên, có trình độ chuyên môn vững vàng và tinh thần trách nhiệm cao. Trong những năm gần đây, rất nhiều các công trình thuỷ lợi đã được xây dựng trong đó công trình thủy điện Sơn La là công trình lớn của Đông nam á nói chung và của Việt Nam nói riêng, là một trong những công trình trọng điểm quốc gia có lợi ích lợi dụng tổng hợp nguồn nước nhằm cung cấp điện năng để phát triển kinh tế xã hội phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngoài ra còn nhiệm vụ chống lũ trong mùa mưa, và cấp nước về mùa kiệt cho đồng bằng bắc bộ (hạ lưu sông Đà), góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế văn hóa xã hội cho vùng Tây Bắc. Tại kỳ họp thứ 2, Quốc hội khóa XI, Quốc hội ra nghị quyết số 13/2002/ QH 2 quyết định xây dựng thủy điện Sơn La phù hợp với bậc thang thủy điện sông Đà, gồm 3 bậc: Hòa bình – Sơn La (Sơn La thấp) – Lai Châu. Và được thủ tướng chính phủ quyết định phê duyệt đầu tư tại căn bản số 92/QĐ – TTg ngày 15/01/2004. Công trình được xây dựng trên địa phận xã Ít Ong - huyện Mường La - tỉnh Sơn La. Kết cấu công trình hoàn toàn bằng đập bê tông trọng lực. Với khối lượng lớn, thủy điện Sơn La được xây dựng trong 9 năm. Theo mục tiêu của đảng và nhà nước thì công tác chuẩn bị tiến hành trong 2 năm 2004 và 2005, chính thức khởi công công trình năm 2005, đưa tổ máy số 1 vào hoạt động vào năm 2010 và hoàn thành công trình năm 2012. Đồ án tốt nghiệp là nội dung quan trọng trong chương trình học của tất cả các trường đại học nói chung và đại học Thủy lợi nói riêng. Nó giúp cho sinh viên hệ thống hóa, tổng hợp lại kiến thức đã học, là cầu nối giữa lý thuyết và thực tế thiết kế, thi công công trình, đồng thời có được sự chuẩn bị chu đáo cho quá trình công tác và làm việc sau này. Qua quá trình thực tập tốt nghiệp tại công trường công trình thủy điện Sơn La em đã có điều kiện tiếp xúc trực tiếp với các hạng mục của một công trình thủy điện, được tìm hiểu về quy trình công nghệ xây dựng các hạng mục trong thực tế và thông qua sự gợi ý của thầy giáo hướng dẫn em quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế tổ chức thi công công trình thủy điện Sơn La ” làm đồ án tốt nghiệp. Đồ án “ Thiết kế tổ chức thi công công trình thủy điện Sơn La ” gồm 6 chương, thời gian hoàn thành là 14 tuần. Chương 1. Giới thiệu chung Công trình thủy điện Sơn La Chương 2. Dẫn dòng thi công Chương 3. Thi công công trình chính Chương 4. Tiến độ thi công cống dẫn dòng Chương 5. Bố trí mặt bằng công trường Chương 6. Dự toán Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này, em đi sâu vào nghiên cứu tổ chức thi công công trình Cống dẫn dòng, phục vụ cho giai đoạn dẫn dòng thi công công trình. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Vị trí và nhiệm vụ của công trình 1.1.1. Vị trí địa lí công trình thủy điện Sơn La Công trình thủy điện Sơn La được xây dựng trên địa phận xã Ít Ong huyện Mường La - Tỉnh Sơn La.. Vị trí xây dựng tuyến đập thuộc phương án tuyến Pa Vinh II trên sông Đà, cách thị trấn Mường la khoảng 4km về phía tây nam. Cách đầu mối thủy điện hòa bình về phía thượng lưu khoảng 215 km. Có tọa độ: X: 2.377.100 – 2.379.000 Y: 498.600 – 501.000
Hình 1.1 Bản đồ vị trí xây dựng công trình Thuỷ điện Sơn La 1.1.2 Nhiệm vụ của công trình Công trình thủy điện Sơn La được xây dựng với các nhiệm vụ chính sau: Cung cấp nguồn điện năng để phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Sản lượng điện hằng năm 9.429 triệu KWh, đồng thời tăng thêm cho thủy điện Hòa Bình 710 triệu KWh. Góp phần chống lũ về mùa mưa và cung cấp nước về mùa kiệt cho đồng bằng bắc bộ. Khống chế lưu lượng xả qua đập Sơn La, để đảm bảo cho công trình xả của hồ Hòa Bình không vượt quá khả năng xả lớn nhất hiện có là 37.800 m3/s. Góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế văn hóa xã hội cho vùng Tây Bắc. Quá trình xây dựng và vận hành nhà máy, vùng Tây bắc được nhà nước đầu tư rất nhiều tiền của, công sức, mở ra rất nhiều cơ hội phát triển kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, đất nước phát triển. Với các nhiệm vụ to lớn đó, chúng ta có thể thấy được tầm quan trọng lớn của thủy điện Sơn La, do đó khi thiết kế cũng như tổ chức thi công công trình, chúng ta cần phải tính toán cụ thể chi tiết chính xác nhằm đảm bảo cho công trình hoạt động an toàn và hiệu quả nhất. 1.2. Quy mô của công trình và Các thông số kỹ thuật chính của công trình 1.2.1. Quy mô của công trình - Cấp công trình là cấp đặc biệt. - Các tiêu chuẩn thiết kế: Các tiêu chuẩn riêng cho thủy điện Sơn La, TCXDVN 285- 2002, TCXD 250 – 2001, TCXDVN 315 – 2004 và các tiêu chuẩn Nga, Mỹ được áp dụng. 1.2.2. Các thông số kỹ thuật chính: TT  Thông số  Đơn vị  Số lượng   1  Thông số hồ chứa      - Mực nước dâng bình thường (MNDBT) - Mực nước dâng gia cường - Mực nước chết (MNC) - Mực nước kiểm tra - Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế - Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra (PMF) - Dung tích toàn bộ hồ chứa (Vtb) - Dung tích hữu ích (Vhi) - Dung tích phòng lũ (Vpl) - Cột nước tính toán (Htt)  m m m m m3/s m3/s triệu m3 triệu m3 triệu m3 m  215,0 217,83 175,0 228,07 47.700 60.000 9.260 6.504 4.000 78,0   2  Thông số đập dâng      Loại đập dâng Cao trình đỉnh đập chiều cao lớn nhất  m m  đập bê tông trọng lực 228,1 138,1   3  Thông số công trình xả      Số cửa xả sâu Kích thước cửa xả sâu Cao trình ngưỡng xả sâu Số cửa xả mặt Kích thước cửa xả mặt Cao trình ngưỡng xả mặt  Cái m m cái m m  06 ( BxH ) = (6x10) 145 12 ( BxH ) = (15x13) 197,8   4  Nhà máy thủy điện      Số tổ máy Loại tuabin Cột nước Max Cột nước Min Cột nước tính toán Công suất lắp máy Trạm phân phối điện kín GIS  Cái m m m MW kV  06 Tâm trục 101,6 56,4 78,0 2400 550   1.3. Bố trí tổng thể công trình và giải pháp kết cấu chính Bố trí tông thể công trình theo phương án 3A, tuyến Pa Vinh II, tim đập bẻ về phía thượng lưu bên vai trái. Loại đập dâng: đập bê tông trọng lực, một phần áp dụng công nghệ thi công đầm lăn (RCC). Mặt cắt ngang đập: mặt cắt 1A Công trình xả lũ vận hành: Xả sâu n x (BxH) = 12 x (6x10) m Xả mặt n x (BxH) = 6 x (15x13) m Tuyến năng lượng: Bao gồm cửa lấy nước, đường ống dẫn nước áp lực tiết diện tròn, đường kính trong 10,5 m bố trí riêng cho từng tổ máy, nhà máy thủy điện sau đập tại lòng sông kiểu hở, tổ máy trục đứng. 1.4. Thiết bị công nghệ chính - Tuốc bin: loại Francis trục đứng công suất định mức 406,92 MW, cột nước trung bình 83,4 m, chiều cao hút 7,83 m. - Máy phát: Loại trục đứng, đồng bộ, kiểu dù. Công suất định mức 444,444 KVA, tần số định mức 50 Hz, điện áp máy phát 18 kV. - Thiết bị cơ khí thủy công: Cửa van tràn mặt: 06 cửa van cung nâng hạ bằng xi lanh thủy lực. Cửa van xả sâu: 12 cửa van cung nâng hạ bằng xi lanh thủy lực. Thiết bị cửa lấy nước: 06 cửa van sự cố - sửa chữa, nâng hạ bằng xi lanh thủy lực. 1.5. Tiến độ thi công: Khởi công công trình chính vào quý IV năm 2005 phát điện tổ máy số 1 vào năm 2010, hoàn thành toàn bộ công trình vào năm 2012. 1.6. Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng công trình 1.6.1. Điều kiện địa hình Vùng tuyến Pa Vinh II nằm trong khu vực thung lũng sông Đà với các đỉnh dạng vai, các bề mặt sườn với độ cao từ 100 – 450 m của các dãy núi trung bình và cao kéo dài chủ yếu theo hướng Tây bắc – Đông nam. Tuyến công trình đầu mối có vai bờ trái dốc đứng đạt cao độ 400 – 500 m, các bề mặt sườn có độ dốc trung bình 250 – 450. Vai bờ phải thoải hơn đạt cao độ khoảng 300m. Ven bờ phải có 1 đoạn thềm khá thoải dài khoảng 400 m có cao độ 115 – 125m. Đáy sông trong vùng tuyến có cao độ khoảng 108 – 111m, khoảng cách giữa hai bờ theo mép sông dao động từ 120 – 270m. - Với địa hình như vậy, chúng ta có thể bố trí kênh dẫn dòng và cống dẫn dòng thi công khá thuận lợi. Do đáy sông khá rộng nên chúng ta có thể dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp. 1.6.2. Điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn 1.6.2.1. Điều kiện địa chất Vùng các công trình chính kéo dài khoảng 200 m từ đoạn lòng sông thu hẹp, cách tuyến 150 m về phía thượng lưu, đến đoạn sông mở rộng phía dưới, nơi có lòng trũng và 1 cù lao chia lòng sông thành 2 phần gần bằng nhau. Cắt ngay theo tim tuyến thì hẻm núi ở ngang mực nước rộng hơn 200 m một chút, còn ở cao trình 270m thì tuyến rộng tới hơn 1300 m. Hơn nữa, bờ trái dốc hơn và lên đến cao trình 400 – 500m, còn bờ phải thoải hơn và mái dốc lên đến cao trình 180 – 280m, tiếp đó hạ thấp rồi lên đến cao trình 300m và cao hơn. Lớp mặt ở 2 bờ ở đỉnh dày cỡ 2,5 m là đất trầm tích đệ tứ và là sản phẩm phong hóa và biến chất của 1 phần đá gốc, gồm 2 loại: +. loại thứ nhất thuộc tầng trầm tích lục nguyên, là á sét có độ rỗng lớn, có tỷ trọng lớn và chứa nhiều thành phần sét. +. Loại thứ hai ở trên đá phun trào, chủ yếu là Bazanpoocfirit, là kết quả phong hóa biến chất của đá này và ngoài các hạt sét, nó còn chứa nhiều dằm sạn và đá tảng. Ở lòng sông nơi có công trình chính có trầm tích cuội tảng dày 1,5 – 8,6m. Trầm tích Proluvi và Deluvi ít phổ biến và có chiều dày 0,5 – 1,0m ở chân dốc và chỉ ở cửa suối Nậm Păm tại bờ trái ( Phía hạ lưu tuyến ) có chiều dày hơn 10m bao gồm đá tảng lớn lẫn dăm sạn cùng các loại vật liêu khác bồi lắng lại. Ở phần lòng sông, các công trình chính nằm trên khối Bazan Poocfirit, đê quai thượng lưu và đê quai hạ lưu nằm trên đá trầm tích lục nguyên. Ở đáy sông, trên đá gốc là lớp đá trầm tích đệ tứ dày 1 - 8,5m tại đoạn đập và dày tới 20 – 30m ở vùng cù lao. Lớp này là cuội tảng lẫn sỏi cát, bên trên phủ 1 lớp cát mịn mỏng. - Mức độ địa chấn của vùng là 8 độ theo thang MSK – 64. Trong vùng tuyến đập có hệ thống đứt gãy Tây bắc – Đông nam là chủ đạo và trong vùng tuyến đập Pa Vinh II gặp 2 đứt gãy bậc III, 8 đứt gãy bậc IV, và 10 khe nứt lớn bậc V. Các đứt gãy bậc IV và bậc V là những đứt gãy nhỏ, bề rộng đới phá hủy không lớn, mức độ ảnh hưởng nhỏ, hoàn toàn có thể xử lý trong quá trình thi công công trình. 1.6.2.2. Địa chất thủy văn: Ở vùng công trình chính đã phát hiện hai hệ thống nước ngầm: +. Tầng nước ngầm Aluvi. +. Hệ thống nước khe nứt và nước mặt Tầng Aluvi chứa nước phát triển ở vùng Aluvi lòng sông Đà và trong tầng cát giáp bờ nơi chỉ có nước ngầm lộ ra vào mùa kiệt. Nguồn nước của tầng này là nước thấm từ lòng sông và nước khe nứt giảm tải. Tầng chứa nước không áp, có nguồn từ nước mưa thấm xuống, nước thoats xuống sông đà qua các suối, khe, còn trong mùa kiệt qua tầng Aluvi ven bờ. Vào cuối mùa kiệt, mực nước ngầm hạ thấp gần tới mái đới đất đá không thấm và còn dày không quá vài mét. Trong mùa mưa, mặt nước ngầm nâng cao thêm 10 – 20m. Nước của tầng này chứa ít khoáng chất và không ăn mòn bê tông. 1.6.3. Điều kiện khí tượng, thuỷ văn vùng xây dựng công trình a. Điều kiện khí tượng Khí hậu vùng xây dựng công trình thuộc nhiệt đới gió mùa. Mùa đông lạnh và khô. Mùa hè nóng và mưa nhiều. Vùng công trình chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc vào mùa đông, kéo dài từ tháng XI đến tháng IV năm sau với thời tiết lạnh, khô và ít mưa, mùa hè gió mùa tây nam kéo dài từ tháng V đến tháng X, thời tiết nóng ẩm và mưa nhiều, gió bão lớn. Khí hậu đặc trưng vùng xây dựng thể hiện trong bảng 1.1 bảng 1.1 Nhiệt độ không khí trung bình tại tuyến công trình Tháng  I  II  III  IV  V  VI  VII  VIII  IX  X  XI  XII  TB   T0C  15,5  17  20,1  23,5  25,5  26,1  26  25,8  24,8  22,7  19,1  15,9    bảng 1.2 Nhiệt độ trung bình của nước sông Tháng  I  II  III  IV  V  VI  VII  VIII  IX  X  XI  XII  TB   T0C  19,3  20,3  22,5  25,2  26,9  26,3  25,7  25,7  25,4  24,2  22  19,9    +.Độ ẩm không khí Theo trạm khí tượng thủy văn Lai Châu và Sơn La, độ ẩm tương đối giao động từ 81% - 83%, độ ẩm lớn nhất có thể đạt tới 100%, nhỏ nhất có thể là 20%. +.Mưa Mưa trên lưu vực sông Đà phân bố không đều, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó đặc biệt là độ cao địa hình và hướng núi. Mưa có xu hướng giảm dần về phía thượng nguồn. Tổng lượng mưa trung bình nhiều năm của lưu vực tính đến công trình thủy điện Sơn La khoảng 1800 mm, trong đó lượng mưa trong mùa mưa ( V – IX )chiếm tới 80 – 85%. +. Gió : Trong thời kỳ mùa đông gió thường thịnh hành theo hướng Tây Bắc, thời kỳ mùa hè gió thường thịnh hành theo hướng tây và tây bắc. Tốc độ gió trên lưu vực sông Đà đạt khoảng 1 – 2 m/s.Để xác định các yếu tố song leo đối với MNDBT và MNDGC của hồ chứa thì theo thiết kế đã tính toán với tần suất thiết kế 2%, 4%, 50%, Hướng song nguy hiểm nhất là hướng Tây Bắc. bảng 1.3 Bảng tốc độ gió tính toán theo tần suất khác nhau Tần suất P%  Tốc độ gió (m/s)   2 % 4 % 50 %  40 35 20   b. Đặc trưng thuỷ văn sông Đà trong vùng xây dựng Chế độ nước của sông Đà chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa. Phù hợp với chê độ mưa vùng núi, chế độ sông chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa kiệt. Mùa lũ xảy ra đồng thời với tác động của gió mùa tây nam, bắt đầu vào tháng V, kết thúc vào tháng X, mùa kiệt xảy ra đồng thời với tác động của gió mùa đông bắc, bắt đầu từ tháng XI và kết thúc vào tháng V năm sau. Nước sông không ăn mòn bê tông. Độ đục của nước trong sông trong thời kỳ mùa lũ thong thường là 2,0 – 3,0 Kg/m3, đôi khi đạt 12,0 kg/m3. Lượng mưa và số ngày mưa của từng tháng trong năm có ảnh hưởng đáng kể đến thi công công trình. Số ngày mưa theo các lượng mưa khác nhau của từng tháng trong năm xem tại bảng 1.4 bảng 1.4: Số ngày mưa theo các lượng mưa của từng tháng trong năm. Lượng mưa(mm)  I  II  III  IV  V  VI  VII  VIII  IX  X  XI  XII   0-5  2,1  2,6  4,5  7,4  7,9  9,7  11,4  9,2  8,0  6,1  3,1  3,6   5-10  0,4  0,6  1,4  1,7  3,3  3,2  4,0  3,3  1,4  0,8  0,4  0,4   10-20  0,4  0,5  1,2  1,8  3,3  3,8  3,5  3,1  1,7  1,2  0,5  0,2   20-40  0,1  0,2  0,9  0,5  3,2  1,5  2,9  2,5  1,2  0,6  0,1  0,2   Lớn hơn 40  0,0  0,0  0,2  0,3  1,1  1,8  1,4  1,5  0,5  0,2  0,2  0,1   Bảng 1.5 :Bảng quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu tuyến PA Vinh II TT  Q(m/s2)  Z(m)  TT  Q(m/s2)  Z(m)  TT  Q(m/s2)  Z(m)   1  0  111,13  31  4250  118,95  61  20113  129,18   2  17  111,50  32  4500  119,21  62  21128  129,67   3  57  112,00  33  4750  119,44  63  22164  130,16   4  110  112,5  34  5000  119,68  64  23043  130,58   5  140  112,75  35  5250  119,9  65  24117  131,07   6  183  113  36  5500  120,12  66  25029  131,48   7  237  113,25  37  5750  120,32  67  26141  131,98   8  340  113,6  38  6000  120,53  68  27083  132,39   9  395  113,75  39  6250  120,73  69  28040  132,8   10  440  113,85  40  6500  120,94  70  29010  133,21   11  500  113,97  41  6750  121,13  71  30194  133,71   12  523  114  42  7000  121,33  72  31195  134,12   13  536  114,02  43  7250  121,51  73  32006  134,45   14  680  114,25  44  7500  121,71  74  33033  134,86   15  750  114,36  45  7750  121,9  75  34073  135,27   16  792  114,43  46  8000  122,08  76  35126  135,68   17  1000  114,75  47  8250  122,26  77  36193  136,1   18  1065  114,84  48  8500  122,44  78  37057  136,43   19  1250  115,12  49  8750  122,61  79  38149  136,84   20  1500  115,49  50  9000  122,78  80  39032  137,17   21  1750  115,85  51  10030  123,49  81  40147  137,58   22  2000  116,22  52  11270  124,31  82  41050  137,91   23  2250  116,56  53  12600  125,14  83  42189  138,32   24  2500  116,9  54  13300  125,55  84  43111  138,65   25  2750  117,22  55  14790  126,37  85  44041  138,98   26  3000  117,54  56  15620  126,79  86  45215  138,39   27  3250  117,84  57  16116  127,12      28  3500  118,14  58  17041  127,61      29  3750  118,41  59  17988  128,1      30  4000  118,69  60  19120  128,68      Đường quan hệ lưu lượng và mực nước :
Hình 1.2 - Đường quan hệ lưu lượng và mực nước trong sông bảng 1.6: Trị số lưu lượng ứng với tần suất theo các tháng trong năm (m3/s) Tháng  Qp%(m3/s)    0,5%  1%  3%  5%  10%  20%   I  2063  1795  1412  1257  1054  868   II  1942  1665  1260  1107  910  735   III  2786  2294  1627  1362  1051  768   IV  1962  1779  1490  1355  1164  964   V  8899  7930  6370  5625  4587  3510   VI  12404  11333  9667  8834  7714  6504   VII  18247  16796  14359  13198  11633  10035   VIII  21061  19046  15850  14402  12372  10310   IX  12412  11106  9094  8164  6969  5752   X  9543  8384  6646  5914  4939  3994   XI  9413  8096  6180  5356  4261  3215   XII  3949  3393  2599  2262  1829  1410   XI – V  9065  8638  7103  6400  5400  4378   XII – IV  3973  3541  2870  2568  2160  1741   bảng 1.7 Trị số lũ thiết kế 12 tháng thời đoạn 10 ngày (m3/s) Tháng  Thời đoạn(1-10)  Thời đoạn(11-20)  Thời đoạn(21-31)    5%  10%  20%  5%  10%  20%  5%  10%  20%   I  988  863  742  1038  869  717  719  656  586   II  949  781  630  726  647  568  753  631  523   III  861  700  553  793  654  527  697  584  483   IV  914  752  597  1040  880  716  1059  904  744   V  1441  1186  940  3913  2955  2050  4430  3535  2658   VI  5522  4452  3420  6685  5755  4756  7661  6417  5177   VII  10388  8729  7068  10893  9332  7743  11115  9609  8012   VIII  10642  9230  7725  11948  9962  7946  10296  8585  6848   IX  7547  6341  5134  5620  4766  3929  4048  3582  3091   X  3566  3193  2776  3847  3250  2657  4798  3792  2870   XI  3941  3121  2345