www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

59

;
)21)(1(01,0
)1(01,0
ob
ob
KE
KE
A


++
+
=

(15-26)
E
b
v - mômen biến dạng v hệ số poatxông của vật liệu lớp lót;
K
o
hệ số lực kháng đn tính đơn vị của đá núi (xem ò15-4).
Đờng hầm có áp đờng kính D<6m đo qua tầng đá tơng đối rắn chắc hệ số f
k
>6 thì
có thể chỉ cần tính toán cho trờng hợp đờng hầm chịu tác dụng của áp lực nớc phân bố đều
bên trong, lúc đó ứng suất mép trong lớp lót sẽ khống chế độ dy

của lớp lót đờng hầm.











+
== 1A
p
p
rrr
ntn

(15-27)
2. Tính toán lớp lót dới tác dụng của áp lực đá núi, trọng lợng bản thân lớp lót, áp lực
nớc phân bố không đều bên trong đờng hầm.
O.E. Bungaeva đề nghị dùng sơ đồ phân bố lực kháng đn tính của đa núi nh hình
(15-25). Giả thiết lực kháng đn tính tác dụng một phần lên trên lớp lót có góc trung tâm l
270
0
, phơng của lực kháng đn tính theo hớng đờng kính, trị số của lực biến đổi theo quy
luật:
- Khi 45
0

90
0
: p = K. = - K.
a
.cos (15-28)
- Khi 90
0
180
0
: p = K. = K.
a
sin
2
+ K.
b
cos
2
(15-29)
K.

a
v K.
b
lực kháng đn tính ở mặt cắt = 90
0
, = 180
0
.
Trị số biến vị


a
v
b
có liên quan đến tính chất của lực tác dụng, cờng độ đá v cờng
độ của lớp lót.
Tác giả giới thiệu phơng pháp tính nội lực hớng vòng của lớp lót sinh ra do tác dụng
của từng lực phân biệt nh: áp lực đá núi thẳng đứng, trọng lợng bản thân lớp lót, áp lực nớc
phân bố không đều (hình tam giác) bên trong đờng hầm, áp lực nớc bên ngoi đờng hầm
trong các trờng hợp có xét đến lực kháng đn tính v không xét đến lực kháng đn tính.










Hình 15-25. Sơ đồ tính toán lớp lót dới tác dụng
của áp lực đá núi thẳng đứng
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

60



Hình 15-26. Sơ đồ các lực tác dụng lên lớp lót hình tròn
a)áp lực đá núi thẳng đứng; b) áp lực đá núi bên; c) trọng lợng bản thân lớp lót;d) áp

lực nớc bên trong đờng hầm
Biến vị sinh ra của lớp lót do ảnh hởng của áp lực nớc phân bố đều ở phía ngoi theo
hớng vo trong nên khi tính toán không xét đến lực kháng đn tính. Giá trị của áp lực nớc
phía ngoi phân bố không đều có quan hệ với áp lực đá núi, trọng lợng bản thân của lớp lót ở
một giới hạn nhất định cũng không xét đến ảnh hởng của lực kháng đn tính.
Khi địa chất của tuyến đờng hầm không tốt thì không thể xét đến tác dụng của lực
kháng đn tính của đá núi m phải xét đến áp lực bên ngoi của đá núi. Đối với các loại lực
không tự cân bằng đợc nh áp lực đá núi thẳng đứng, trọng lợng bản thân lớp lót v trọng
lợng nớc bên trong đờng hầm v.v cần phải có một phản lực nhất định của đá núi để thoả
mãn điều kiện cân bằng lực. Một cách đơn giản v thờng dùng nhất l lực v phản lực có trị
số bằng nhau v phân bố đều (hình 15-26a, b, c, d).
IV. Tính toán lớp lót kép
Trong các đờng hầm có đờng kính lớn, cột nớc áp lực cao, cờng độ đá núi thấp
nếu dùng lớp lót đơn thì chiều dy lớp lót sẽ quá lớn. Lúc đó thờng dùng lớp lót kép. Vòng
ngoi có thể dùng bê tông hoặc bê tông cốt thép, vòng trong lm lới thép phun xi măng hoặc
bằng thép. Khi đờng hầm xuyên qua các lớp đá rất cứng còn có thể không cần lm vòng
ngoi bằng bê tông nữa, chỉ lm vòng trong bằng thép, khoảng cách giữa ống thép với đá núi
do yêu cầu của thi công (khi bịt lấp kẽ hở) quyết định.
Quá trình lm việc của lớp lót không chỉ có quan hệ giữa lớp lót với môi trờng đá m
còn có quan hệ tơng tác giữa các lớp với nhau. Trong tính toán lớp lót ngời ta thờng xét
trong hai thời kỳ: thi công v sử dụng đờng hầm.
V. Thiết kế mặt cắt của lớp lót
Dọc theo tuyến đờng hầm, điều kiện địa chất có thể không đồng nhất, hệ số kiên cố
v lực kháng đn tính không giống nhau, nên khi thiết kế lớp lót của đờng hầm phải xuất
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

61
phát từ điều kiện cụ thể phân đờng hầm ra từng đoạn để tính toán. Trong mỗi đoạn, xem các
điều kiện để tính toán l giống nhau. Số đoạn phân cng nhiều, mức độ chính xác cng cao.

Trớc khi tính các lực tác dụng vo lớp lót phải sơ bộ chọn chiều dy của nó. Chiều
dy nhỏ nhất đợc khống chế với lớp lót bằng bê tông v bê tông cốt thép đổ liền khối có một
hng cốt thép : 20cm, hai hng cốt thép : 25cm, bê tông lắp ghép: 12cm, bê tông phun chịu
lực: 10cm, trát trơn: 5cm, bằng vữa phun: 5cm.
Tiến hnh tính toán các lực tác dụng, ghép các tổ hợp lực trong các trờng hợp bất lợi
để tính lớp lót theo phơng pháp trạng thái giới hạn phù hợp với những yêu cầu của quy phạm
hiện hnh. Việc tính toán đợc tiến hnh theo 2 bi toán: 1) tính khả năng chịu lực v trong
những trờng hợp cần thiết có kiểm tra ổn định của kết cấu (nhóm thứ nhất của các trạng thái
giới hạn); 2) tính theo điều kiện chống nứt, khống chế vết nứt cũng nh lợng nớc thấm mất
đi của đờng hầm (nhóm thứ hai của các trạng thái giới hạn).
VI. Cấu tạo lớp lót của đờng hầm
1. Vật liệu xây dựng lớp lót
Lớp lót của đờng hầm đợc xây dựng bằng bê tông, bê tông cốt thép, ximăng lới
thép, bê tông phun, cấu kiện bê tông lắp ghép bằng thép, bằng gạch đá xây
Chất lợng của các loại vật liệu phải thoả mãn các yêu cầu của các tiêu chuẩn quy
phạm
Thiết kế, thi công lớp lót đờng hầm hiện hnh. Khi chọn vật liệu xây dựng phải chú ý
tới các điều kiện bo mòn, xâm thực của nớc.
Lớp lót xây bằng phơng pháp phun bê tông có những chỉ tiêu kỹ thuật rất cao nên độ
dy có thể giảm đi một nửa so với lớp lót xây bằng bê tông thờng. Có thể dùng bê tông phun
chống đỡ thay cho các gin chống tạm thời bằng bê tông hoặc cốp pha trong thi công. Sau khi
phun bê tông từ 2 đến 3 giờ, có thể nổ mìn ngay để đo tiếp đoạn sau v có thể cơ giới hoá thi
công ở mức độ cao. Bê tông phun có một vai trò quan trọng trong việc tăng nhanh tốc độ thi
công v đảm bảo an ton thi công.
2. Khe nối trong lớp lót
Trong lớp lót bê tông cốt thép cần bố trí các khe công tác ngang v dọc. Khoảng cách
giữa các khe ngang thờng chọn từ 6 đến 8m.
ở chỗ nối tiếp phải bố trí thêm các cốt thép móc
để bảo đảm thêm tính chỉnh thể của lớp lót. Để tránh nứt nẻ do bê tông co rút gây ra, có thể
dùng phơng pháp thi công cách đoạn.

Trong một số công trình, để bê tông khỏi nứt nẻ ngời ta còn bố trí các khe co giãn
ngang, trong khe có bố trí các tấm đồng chống thấm, khoảng cách các khe ny từ 4 đến 10m.
Nhng tác dụng của các khe co giãn hiện đang còn đợc tiếp tục nghiên cứu vì giữa lớp lót v
đá núi đã có một độ dính kết nhất định, nếu thi công không tốt thì khe co giãn sẽ trở thnh một
chỗ yếu, nớc dễ thấm qua. Thi công khe co giãn rất phiền phức, có thể lm kéo di tiến độ
thi công v tiêu hao một lợng thép v kim loại mu lớn. Một số công trình tuy đã có khe co
giãn nhng sau khi hon thnh một thời gian vẫn sinh vết nứt. Nguyên nhân cơ bản sinh ra vết
nứt l do bê tông bị co rút. ở chỗ tiếp giáp giữa 2 khối bê tông cũ v mới, tại những nơi đá núi
lồi lõm không bằng phẳng, độ dy lớp lót thay đổi đột ngột cũng dễ sinh ra nứt nẻ. Vì vậy, nếu
dùng ximăng toả nhiệt ít, dùng biện pháp lm lạnh cốt liệu trớc khi trộn bê tông v lm mặt
đá núi bằng phẳng nhẵn trơn, thì sẽ có thể tránh đợc nứt nẻ.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

62
3. Phụt vữa
Căn cứ vo mục đích của việc phụt vữa có thể phân lm 2 loại: phụt vữa lấp các khe
hổng v phụt vữa cố kết. Phụt vữa lấp các khe hổng l để lấp kín các khe hổng, các lỗ, tăng độ
chặt giữa lớp lót với vách đá. Phụt vữa cố kết l để gia cố các tầng của đá núi, tăng tính chỉnh
thể v chống thấm. Phụt vữa có tác dụng nh: giảm bớt áp lực đá núi, bảo đảm lực kháng đn
tính của đá núi, giảm hoặc lm mất áp lực nớc ngầm v chống thấm Đối với đờng hầm có
áp, phụt vữa rất cần thiết v quan trọng.
Lỗ phụt vữa để lấp các khe lỗ hổng sâu chừng 0,8 1,2m, lỗ phụt vữa cố kết sâu
chừng 3m, có khi sâu đến 6
ữ10m, độ sâu ny do tình hình, tính chất các tầng đá quyết định.
Nếu nớc ngầm có tác dụng xâm thực đối với bê tông thì ngoi việc bố trí các thiết bị
thoát nớc còn phải lm mng ngăn cách bằng cách phụt vữa bi tum hoặc xi măng.
4. Tháo nớc, biện pháp xử lý khi đờng hầm xuyên qua các tầng đá đứt gy
Khi mực nớc ngầm tơng đối cao, cần phải đặt các ống thoát nớc để giảm bớt áp lực
nớc bên ngoi. Thờng chỉ bố trí thoát nớc theo hớng dọc, thông về hạ lu.

ống thoát nớc
hớng dọc có thể lm bằng gạch hoặc bê tông nhẹ. Ngoi ra, cũng có công trình còn bố trí các
ống thoát nớc hớng ngang để tăng thêm hiệu quả của việc tiêu nớc ngầm.
ống tiêu nớc
hớng ngang có thể lm bằng gạch hoặc đá dăm.
Thiết kế đờng hầm phải dự kiến khả năng tháo cạn nớc trên suốt chiều di của nó để
kiểm tra v sửa chữa.
Khi đờng hầm bắt buộc phải xuyên qua các tầng đá nứt gãy, tại chỗ đó cần tăng chiều
dy của lớp lót v bố trí thêm cốt thép. Khi tầng gãy rất rộng, cần phải bố trí khe co giãn
hớng ngang (hình 15-27) để tránh nứt nẻ do lực không đều gây ra.
1
2
2

Hình 15-27. Xử lý khi đờng hầm xuyên qua các tầng gãy
1. Khe co giãn; 2. Tầng gẫy

Đ15.6. Cửa vo, cửa ra v cách chọn tuyến của đờng hầm
I. Các bộ phận chính của đờng hầm tháo dẫn nớc
Ngoi phần kênh dẫn vo thợng lu (có khi không cần kênh dẫn vo) v kênh dẫn ra
ở hạ lu, đờng hầm tháo, dẫn nớc chủ yếu do các bộ phận sau đây hợp thnh:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

63
1. Bộ phận cửa vào: thờng gồm lới chắn rác cửa van dùng khi sửa chữa, cửa van
chính (có trờng hợp cửa van ny đặt ở cửa ra) máy đóng mở, gin bệ đặt máy đóng mở, ống
cân bằng áp lực v lỗ thông hơi. Tuỳ theo hình thức kết cấu khác nhau, phần cửa vo có thể
phân thnh các hình thức: tháp, giếng đứng, mái nghiêng, tháp tựa bờ
2. Đờng hầm ở phía sau cửa vào: đáy đờng hầm phải có một độ dốc nhất định để

tiện tháo nớc thi công v tháo khô đờng hầm. Khi đờng hầm rất ngắn, có thể lm độ dốc i
= 0. Để tránh ứ đọng nớc trong hầm, ảnh hởng tới thi công, sửa chữa, đáy đờng hầm không
lm dốc ngợc.
3. Phần cửa ra: thờng bố trí bể tiêu năng v các kết cấu phụ trợ cho việc tiêu năng nh
tờng hớng dòng, mố, ngỡng tiêu năng v.v Có khi chỗ cửa ra còn đặt cửa van chính.
Cửa ra của đờng hầm dẫn nớc cho trạm thuỷ điện thờng nối với tháp điều áp trớc
khi phân nhánh dẫn đến buồng xoắn của tổ máy.
II. Các hình thức cửa vào
1. Hình thức giếng đứng
Hình thức ny đợc dùng ở những nơi có đá kiên cố, khi đo giếng, đá không bị sụt lở
(hình 15-28). Trớc miệng cửa vo đoạn tiết diện thay đổi trớc cửa van có đặt lới chắn rác.
Trong giếng đứng đặt cửa van thao tác v thiết bị đóng mở cửa van. Đoạn tiết diện thay đổi
sau cửa van dùng để nối tiếp đoạn vo với đờng hầm.
Ưu điểm của hình thức ny l kết cấu đơn giản, sửa chữa ít tốn kém, có thể đóng mở
với mọi mực nớc, lực đóng mở nhỏ, giá thnh rẻ. Khuyết điểm l thi công đo đá tơng đối
khó. Sửa chữa đoạn tiết diện thay đổi trớc cửa van chỉ tiến hnh đợc khi mực nớc thấp.
Lới chắn rác đặt ở sâu v xa giếng đứng nên kiểm tra, sửa chữa khó khăn.
A
A
x
2
2
a
2
2
+ = 1
b
y

A - a


www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

64


Hình 15-28. Cửa lấy nớc kiểu giếng đứng
2. Hình thức mái ngiêng (hình 15-29)
Loại ny đợc dùng ở nơi địa chất
tốt, đá rắn chắc v có mái nghiêng, cửa
van v lới chắn rác đợc di động trên
đờng ray lên xuống trên mái nghiêng.
Hình thức ny có u điểm l kết cấu
v thi công đơn giản, giá thnh rẻ
nhng có nhợc điểm do cửa vo mở
rộng nên cửa van phải lớn, lực đóng mở
cần lớn.


Hình 15-29. Cửa lấy nớc kiểu
Mái nghiêng
Do cửa van v các thiết bị đóng mở đặt trên mái nghiêng nếu đất đá mái không tốt gây lún
hoặc trợt sẽ ảnh hởng đến an ton cửa van
. Hình thức ny thờng dùng đối với công trình
nhỏ v vừa hoặc dùng đối với cửa van sửa chữa.
3. Hình thức tháp
ở
những đờng hầm có lớp phủ tơng đối dy hoặc đá xấu nếu dùng hai hình thức trên
sẽ không kinh tế, trờng hợp ny nên dùng hình thức kiểu tháp (hình 15-30). Kết cấu của nó l

bê tông cốt thép, gồm bốn bộ phận:


Hình 15-30. Tháp kín mặt cắt
hình chữ nhật
cửa vo có lới chắn rác v cửa van;
đoạn nối tiếp với đờng hầm hoặc
đờng ống phía sau; thân tháp; cầu công
tác nối liền tháp v bờ. Tháp có thể xây
dựng theo kiểu kín (hình 15-30). Mặt
cắt ngang của tháp có thể hình tròn,
hình chữ nhật hoặc đa giác. Mặt cắt
hình chữ nhật thi công đơn giản hơn.
Cửa van sửa chữa v cửa van chính đợc
bố trí gần nhau.

Theo hình thức tháp kín, việc sữa chữa, kiểm tra có thể đợc tiến hnh với mọi mực nớc
dễ dng, an ton nhng giá thnh đắt.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

65


Hình 15-31. Tháp kiểu giàn khung
1. Đờng hầm dẫn dòng; 2. Đờng hầm dẫn nớc; 3. Đá;
4. Mặt đất tự nhiên; 5. Đập đất; 6. Cửa nớc vào.
4. Hình thức tháp tựa bờ (hình 15-32)
Hình thức ny thờng đợc dùng ở những nơi có bờ tơng đối dốc, đá rắn chắc.

AA

A - a



Hình 15-32. Cửa lấy nớc kiểu tháp tựa bờ
Hình thức ny có đợc những u điểm của hình thức tháp v mái nghiêng. Thân của
tháp tựa vo bờ nên ổn định tốt, kiểm tra sửa chữa dễ dng, giá thnh rẻ.
III. Một số yêu cầu cấu tạo đoạn cửa vào
1. Cao trình cửa vào
Đối với đờng hầm có áp dẫn nớc đến trạm thuỷ điện, yêu cầu đỉnh của cửa vo phải
ngập dới mực nớc thấp nhất của hồ (khoảng 0,5
ữ 1,0m) để tránh không khí bị hút vo
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

66
đờng hầm, đồng thời đáy của đờng hầm phải đặt cao hơn cao trình lắng đọng bùn cát để
đảm bảo cho bùn cát không bị dẫn vo trạm thuỷ điện.
Các đờng hầm tháo lũ, cửa vo sẽ đặt ở dới dung tích phòng lũ của hồ, nhng nếu cần phải
tháo bùn cát thì vị trí cửa vo sẽ dựa vo yêu cầu ny m quyết định.
Vị trí đờng hầm tháo cạn nớc trong hồ chứa cần phải đặt dới mực nớc định tháo cạn.
Những đờng hầm dùng vo việc dẫn dòng thi công thì cao trình cửa vo cần chú ý đến điều
kiện thi công khi chặn dòng để tránh khi chặn dòng mực nớc chênh lệch thợng hạ lu qúa cao, gây
khó khăn cho công tác hạp long.
Đối với các đờng hầm có nhiều công dụng khác nhau, việc lựa chọn cao trình cửa vo cần
thoả mãn các mục đích sử dụng của đờng hầm, vì vậy cửa vo có thể đặt ở nhiều cao trình khác nhau.
Ví dụ: thời kỳ thi công có thể bố trí cửa vo ở cao trình thấp để dẫn dòng, sau khi thi công xong sẽ lấp
đi v sử dụng cửa vo ở cao trình cao hơn để tháo lũ hoặc dẫn nớc (xem hình 15-2).

Khi chọn cao trình cửa vo đờng hầm, còn phải căn cứ vo các điều kiện khác nh địa hình,
địa chất. Để giảm áp lực lên cửa van, nên bố trí cửa vo cao trong phạm vi có thể.
2. Cấu tạo đoạn tiết diện thay đổi
Nối tiếp giữa cửa vo với đờng hầm l đoạn có tiết diện thay đổi. Yêu cầu của đoạn ny l
dòng chảy vo phải thuận để giảm tổn thất đầu nớc, không có hiện tợng tách dòng, tránh sinh hiện
tợng chân không v khí thực dẫn tới chấn động v xâm thực ở phần cửa vo.
Cửa vo vuông góc (hình 15-33a) tuy kết cấu đơn giản nhng tổn thất cột nớc rất lớn nên ít
dùng. Trong thiết kế thờng sử dụng cửa vo dạng lợn tròn (hình 15-33b) hoặc e-líp (hình 15-33c).
Bán kính R của đờng tròn phải lớn hơn
2
D
, trong đó D l đờng kính của đờng hầm có mặt cắt
tròn hoặc chiều cao của đờng hầm có mặt cắt chữ nhật (vì hệ số tổn thất cửa vo phụ thuộc vo
D
R
,
khi
5,0<
D
R
thì
v
lớn).

R
x
y
a
b
+ = 1

2
2
2
2


Hình 15-33. Hình dạng cửa nớc vào
a- cửa vào vuông góc; b- cửa vào lợn tròn; c- cửa vào elíp.
Cửa vo có cột nớc lớn nên dùng loại elíp vì nó gần phù hợp với lu tuyến của dòng chảy. Theo
ti liệu thí nghiệm, cửa vo có mặt cắt ngang hình chữ nhật phơng trình elíp l:

1
).31,0(
2
2
2
2
=+
D
y
D
x

(15-30)
Khi cửa có mặt cắt ngang hình tròn phơng trình elíp ở cửa vo l:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

67
1

)15,0(
2
2
2
2
2
=+






D
y
D
x

(15-31)
Mặt cắt của đoạn cửa vo thờng có tiết diện chữ nhật, rồi thay đổi dần thnh tiết diện hình tròn ở
đoạn nối tiếp (hình 15-34).
ở các công trình trình quan trọng, đờng cong của tiết diện cửa vo phải thông qua thí nghiệm
mô hình để xác định.
2
2
L
x
b
y
2

+ = 1
2
L
l
L
l
iiiiii
iiiiii
i - i
ii - ii
iii - iii
rr a
R
R
a
d
b
c
a rr
b
rr
R
0
y
x
b
o


Hình 15-34. Đoạn có tiết diện thay đổi dần ở cửa vào

IV. Bố trí cửa van, lỗ thông hơi
1. Bố trí cửa van
Các công trình tháo nớc thờng sử dụng hai loại cửa van: cửa van chính (cửa van công tác) để
điều tiết lu lợng v cửa van sửa chữa dùng trong khi sửa chữa đờng hầm hoặc sửa chữa cửa van
chính.
Cửa van sửa chữa thờng đặt ở phần cửa vo, nếu cửa ra đặt thấp hơn mực nớc hạ lu cũng
cần bố trí cửa van sửa chữa. Cửa van chính thờng đặt ở cửa vo nhng cũng có trờng hợp đặt ở cửa
ra.
Khi cửa van chính bố trí ở cửa ra (hình 15-35), đờng hầm thờng xuyên chịu cột nớc áp lực
cao, lúc sửa chữa đờng hầm phải tháo cạn nớc, nên trạng thái chịu lực của lớp lót phải thay đổi
nhiều, mặt khác bố trí van chính v van sửa chữa ở hai đầu nh vậy nên phải dùng hai bộ thiết bị đóng
mở do đó vốn đầu t tăng. Nhng bố trí kiểu ny cũng có u điểm l dòng chảy trong đờng hầm ổn
định, ít sinh chân không. Trờng hợp dùng van đặc biệt (nh loại van hình nón v.v ), nhất thiết phải
đặt ở hạ lu.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

68
Khi cửa van chính bố trí ở cửa vo, dòng chảy trong đờng hầm có thể đặt l có áp hoặc không
áp. Ưu điểm của hình thức ny l cửa van chính v cửa van sửa chữa đều đặt ở cùng một chỗ nên chỉ
có thể dùng một bộ máy đóng mở, kiểm tra sửa chữa dễ dng. Các đờng hầm tháo nớc thờng dùng
hình thức bố trí ny.
Các đờng hầm dẫn nớc đến trạm thuỷ điện thờng phải bố trí các cửa van chính đóng mở
nhanh để sử dụng khi trạm thuỷ điện gặp sự cố. Khi cửa van đóng mở nhanh đặt ở cuối đờng hầm thì
cửa vo chỉ cần đặt cửa van sửa chữa. Khi tại các tổ máy tuốc bin có cửa van sự cố đóng mở nhanh thì
ở cửa vo đặt cửa van chính v cửa van sửa chữa bình thờng.
2
2
1


Hình 15-35. Các hình thức bố trí cửa van
1. Cửa van sửa chữa; 2. Cửa van chính
2. Lỗ thông hơi
Khi cửa van đóng mở với một độ mở nhất định, không khí sau cửa van bị dòng nớc cuốn đi
v sinh ra áp lực chân không. Khi áp lực chân không vợt quá 4 đến 5 m thì phải đặt ống thông hơi.
Lợng không khí đi qua ống thông hơi có thể tính theo công thức:

ck
a
ka
hgQ .2



= ,
(15-32)
trong đó:

k
hệ số lu lợng của ống dẫn khí; xác định theo các công thức tính toán thuỷ lực thông
thờng;
- diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn khí;
h
ck
- độ chân không trong ống dẫn khí biểu thị bằng chiều cao cột nớc;
,
a
- trọng lợng riêng của nớc v trọng lợng riêng của không khí phụ thuộc vo nhiệt độ
v áp suất.
Vận tốc trong ống dẫn khí khống chế không lớn hơn 60m/s. Kích thớc

của ống không
đợc nhỏ hơn

min
đợc xác định theo điều kiện:


k

min
=0,04,
(15-32)
trong đó:

- diện tích mặt cắt ngang của đờng hầm.
Các ký hiệu khác nh trên.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

69
Lỗ thông khí thờng đợc đặt ở đoạn cửa vo ở đầu đoạn không áp hoặc sau cửa van.
3. ống cân bằng áp lực
Khi có hai cửa van, có thể đặt ống để cân bằng áp lực trớc v sau cửa van, giảm bớt lực đóng
mở cho cửa van phía trớc. ống cân bằng áp lực có thể bố trí trong trụ pin, cũng có thể bố trí ngay trên
cửa van nhng khi lu lợng nớc tháo rất lớn bố trí ống cân bằng áp lực trên cửa van sẽ dễ gây ra
chấn động.
Đờng kính của ống cân bằng áp lực cần căn cứ vo thời gian tháo nớc vo đoạn đờng ống
phía sau cửa van thứ nhất để quyết định. Khi thiết kế cần chú ý khấu trừ lợng nớc rò rỉ qua cửa van
phía sau.
V. Chọn tuyến đờng hầm

Việc lựa chọn tuyến đờng hầm l một khâu rất quan trọng trong thiết kế. Vì vậy xác định
tuyến trên cơ sở so sánh phơng án, có liên hệ với sự bố trí của đầu mối công trình thuỷ lợi, điều kiện
địa chất công trình của tuyến, điều kiện lm việc về thuỷ lực v tĩnh lực của đờng hầm v biện pháp
thi công. Khi chọn tuyến cần đa ra nhiều phơng án rồi tiến hnh so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết
định.
Khi sơ bộ chọn tuyến cần căn cứ vo các nhân tố ảnh hởng trên, trong đó điều kiện địa hình,
địa chất l chủ yếu. Tuyến cần tránh những đoạn không có lợi cho việc đo đờng hầm nh áp lực đá
núi quá lớn, tầng nham thạch có cột nớc ngầm v lợng nớc thấm lớn. Cần tránh khu vực không ổn
định, có khả năng bị trụt, không nên bố trí đờng hầm gần sát mặt đất, đá thiên nhiên, cần chọn tuyến
có chiều di ngắn nhất để giảm bớt khối lợng công trình.
Do tốc độ dòng chảy trong đờng hầm lớn nên thờng dùng tuyến thẳng v phải đảm bảo có
một độ dốc nhất định. Khi vì điều kiện địa chất, địa hình v.v bắt buộc tuyến đờng hầm phải cong,
bán kính cong phải lớn hơn 5 lần bề rộng của đờng hầm, khi vận tốc dòng chảy tới 10m/s góc ngoặt
không đợc lấy lớn hơn 60
0
. ở đầu v cuối đoạn cong cần phải lm một đoạn thẳng với chiều di đoạn
đó bằng chiều rộng đờng hầm nhng không ngắn hơn 6m. Khi tốc độ dòng chảy trong đờng hầm
lớn hơn 10m/s, bán kính đoạn cong phải thông qua thí nghiệm quyết định.
Về mặt thi công, yêu cầu đờng hầm nên lm thẳng v cần có một khoảng cách nhất định với
các công trình khác để có thể đo bằng nổ mìn.
Đối với các đờng hầm di, tuyến đờng hầm đợc chọn cần phải thuận tiện cho việc mở rộng
diện công tác, tăng tốc độ thi công bằng cách dùng giếng đứng hoặc các nhánh ngang.
Về kết cấu, đờng hầm nên đặt ở sâu dới đá để lợi dụng lực kháng đn tính của
đá v giảm bớt ảnh hởng của động đất. Thờng yêu cầu chiều dy của tầng đá trên đỉnh
đờng hầm phải lớn hơn 2
ữ3 lần chiều rộng đờng hầm.
Đối với các công trình đầu mối có đập đất, cửa ra của đờng hầm tháo lũ cần bố trí cách
chân đập từ 200m trở lên để tránh nguy hiểm cho đập đất.

Đ15.7. Các loại cống ngầm

Cống ngầm l loại công trình đặt dới đê, đập vật liệu địa phơng, dùng vo việc tháo v
dẫn nớc. Cống thờng có các bộ phận chính: thân cống, bộ phận lấy nớc, cửa vo, cửa ra
(xem hình 15-1b).
Cống ngầm đợc phân thnh các loại sau:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

70
1. Theo vật liệu xây dựng: Có các loại cống ngầm bằng snh, bằng bêtông, bêtông cốt
thép v ống kim loại. Trong thực tế xây dựng sử dụng nhiều nhất l cống bằng bêtông cốt thép
v kim loại, chỉ trong trong trờng hợp cột nớc thấp, đờng kính ống nhỏ mới dùng ống snh,
ống bêtông.
2. Theo hình dạng kết cấu: cống tròn ( hình 15 36a), cống hộp (hình 15-36b), cống
vòm (hình 15-36c).
70 450 70
590
50 450 70
570
6.0
6
.
5
1
.
5
0
.
8
1.5 3.5
1.2

3.51.5
a
)
b
)
c
)


Hình 15-36. Các hình thức mặt cắt cống ngầm
3. Theo cách bố trí
: Cống ngầm đặt trực tiếp trên mặt nền (hình 15-36c), cống ngầm đặt
trong hnh lang bằng bêtông cốt thép (hình 15-37). Cách bố trí thứ nhất tơng đối kinh tế
nhng kiểm tra sửa chữa khó khăn nếu khớp nối giữa hai đoạn ống lm việc không tốt để nớc
rò rỉ sẽ ảnh hởng đến an ton của đập. Khi tháo nớc với lu lợng rất lớn, tại các chỗ nối
tiếp hoặc các kẽ nứt sẽ hình thnh chân không, có thể hút các hạt đất ở thân đập vo ống v
lm đập bị trụt lún. Vì vậy, chỉ trong trờng hợp nền đá tốt mới dùng v thờng đặt một phần
hoặc ton bộ đờng ống ở trong nền.



Hình 15-37. ống ngầm đặt trong hành lang

Cách bố trí thứ hai tơng đối an ton v bảo đảm kiểm tra sửa chữa dễ dng, nếu dùng hnh
lang để dẫn dòng thi công thì hình thức bố trí ny cng hợp lý. Trên nền không phải l đá, nền
xấu, đờng ống có áp thờng dùng hình thức ny.
4. Theo hình thức lấy nớc
a. Lấy nớc kiểu đặt van khống chế ở hạ lu
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


71
Hình thức lấy nớc ny đơn giản, cửa van chính đặt ở cửa ra, không phải lm cầu công
tác v bộ phận đầu vo có thể lm đơn giản, giảm đợc khối lợng công trình (hình 15-38a).
Hình thức ny có nhợc điểm l đờng ống thờng xuyên ở trong trạng thái có áp nên thân
cống cần phải lm bằng những vật liệu bền chắc nh bê tông cốt thép, ống thép hay thép bọc
bê tông cốt thép. Trong thời gian gần đây, hình thức ny đợc sử dụng khá nhiều đối với các
cống có lu lợng v cột nớc vừa v nhỏ.
3
22 22 2 2 2 2
3
2
2
2
2
2
2
2
4
5
4
5
R
a)
b)

Hình 15-38. Các loại ống ngầm lấy nớc
a. Có cửa van đặt ở hạ lu; b. ống đặt nghiêng trên mái đập hoặc sờn đồi;
1. ống nghiêng; 2. Lỗ lấy nớc; 3. Lỗ thông hơi; 4. Bể tiêu năng; 5. ẩng ngầm
.

b. Lấy nớc kiểu ống đặt nghiêng
Dùng một ống đặt nghiêng trên mái đập hoặc sờn đồi (hình 15-38b), trên ống bố trí
các lỗ ở các độ cao khác nhau để lấy nớc trong hồ. Nớc chảy qua lỗ vo ống nghiêng
đến bể tiêu năng rồi chảy vo ống ngầm. Hình thức ny thờng dùng cho những hồ chứa
loại nhỏ có cột nớc thấp, lu lợng tháo dẫn qua ống nhỏ (Q = 0.1
ữ0.4m
3
/s) loại ny tuy
kết cấu đơn giản, phơng tiện đóng mở đơn giản song quản lý phức tạp, hay bị rò rỉ nớc, khó
khống chế lu lợng.
c. Lấy nớc kiểu cửa kéo nghiêng (hình 15-39)
Thờng dùng khi cột nớc v lu lợng nhỏ. Ưu điểm l giảm nhẹ đợc khối lợng xây
dựng phần vo, thiết bị đóng mở đơn giản: dùng cửa van nắp xoay v đóng mở bằng tời, giá
thnh hạ. Nhợc điểm cơ bản của loại ny l cửa van v dây kéo luôn nằm dới nớc nên dễ
bị han rỉ h hỏng, kiểm tra sửa chữa khó khăn, khó khống chế chính xác lu lợng, khi cửa
mở một phần nớc chảy vo thờng gây rung động.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

72
4
1
3
2

Hình 15-39. Lấy nớc kiểu cửa kéo nghiêng
1. ống ngầm qua đập; 2. Lới chắn rác; 3. cửa van; 4. tời đóng mở
d. Lấy nớc kiểu tháp
Hình thức ny thờng đợc dùng nhiều, nhất l trong các hồ chứa loại vừa v lớn, có cột
nớc cao, lu lợng qua cống lớn. Dùng cửa van để điều chỉnh lu lợng. Tháp cũng có hai

loại: kiểu kín (hình 15-40) v kiểu hở (kiểu cầu cảng), (hình 15-41).

Hình 15-40. Các loại tháp lấy nớc
Tháp có thể đặt ở ba vị trí I, II, III (hình 15-42). Khi tháp đặt ở vị trí I cầu công tác di,
tháp dễ bị lún nhiều hơn so với các bộ phận khác, tháp chịu ảnh hởng lớn của sóng, gió, động
đất nhng có u điểm kiểm tra sửa chữa đờng ống dễ dng. Đặt ở vị trí III, tháp chịu áp lực
đất lớn, chiều di đoạn ống có áp khá lớn, thao tác lới chắn rác không thuận tiện, vì vậy nói
chung rất ít đặt ở vị trí ny. Nếu đặt tháp ở vị trí II sẽ khắc phục đợc những nhợc điểm của 2
vị trí trên.
Loại tháp có cửa van khống chế lu lợng ở dới sâu (hình 15-40) có nhợc điểm l khi
nớc trong hồ cao, dùng loại ny lấy nớc ở quá sâu nên nhiệt độ thấp không có lợi cho sinh
lý cây trồng. Mặt khác khi cửa van lm việc dới cột nớc cao, dòng nớc phía dới cửa van
rất xiết, dễ gây rung động sẽ lm ảnh hởng đến điều kiện lm việc ở cửa van v do lu tốc
dòng chảy sau cửa van lớn nên có thể gây xâm thực thân cống. Vì vậy có thể dùng hình thức
tháp nh hình 15-40b biểu thị. Loại ny có kết cấu phức tạp hơn vì có thêm một cửa van nữa ở
lng chừng tháp. Vị trí cửa van ny do yêu cầu thiết kế xác định. Về mùa kiệt lấy nớc bằng
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

73
cửa van phía dới, mùa nớc lớn dùng cửa van phía trên. Trong quá trình tháp lm việc, khi
mở cửa van trên yêu cầu nớc trong tháp phải có một độ sâu nhất định để tiêu năng. Độ sâu
ny phải khống chế trớc, sao cho vừa đảm bảo tiêu năng vừa đảm bảo tốc độ dòng chảy trong
ống sau tháp l không quá lớn. Do kết cấu v sử dụng loại ny tơng đối phức tạp nên thờng
ít đợc dùng.
Đối với những hồ chứa nhỏ chiều sâu lấy nớc nhỏ hơn 7m có thể dùng hình thức gin
kéo (cầu cảng) hình (15-41).


Hình 15-41. Lấy nớc kiểu cầu cảng

III
III

Hình 15-42. Bố trí vị trí tháp ở cống ngầm
5. Theo áp lực d trong cống:
Bao gồm cống có áp v cống không áp. Trong thực tế xây dựng, ở một cống có thể có
đoạn có áp, có đoạn không áp. Trên hình (15-40), đoạn trớc tháp van lm việc có áp. Đoạn
sau tháp van có thể l có áp hoặc không áp tuỳ theo yêu cầu thiết kế v vận hnh.

Đ15.8 . Tính toán thuỷ lực cống ngầm
Cũng nh ở đờng hầm, tính toán thuỷ lực ở cống ngầm nhằm tính toán khả năng tháo
nớc, xác định chế độ dòng chảy trong các bộ phận của cống, tính áp lực nớc lên thnh cống
v sự nối tiếp dòng chảy ở hạ lu công trình.
Trong tính toán thiết kế cống ngầm, hai bi toán cơ bản thờng đợc đề cập tới l:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

74
Bi toán thứ nhất: Thông qua việc xét khả năng tháo của cống để xác định khẩu diện
cống.
Bi toán thứ hai: Bi toán thiết kế tiêu năng.
Cả hai bi toán đều đợc tiến hnh trong những trờng hợp bất lợi tơng ứng của nó, tức
l đợc xét với những cặp lu lợng v mực nớc bất lợi cho từng trờng hợp lm việc cụ thể
của cống.
Sơ đồ v các công thức thuỷ lực cống ngầm không áp v có áp nói chung đợc trình by
tơng tự nh trong phần tính toán thuỷ lực đờng hầm (
Đ15.3) nhng với mỗi loại cửa lấy
nớc khác nhau sơ đồ tính toán có những nét riêng.
1. Cống ngầm lấy nớc theo kiểu ống nghiêng (hình 15-38b) hoặc cửa kéo nghiêng (hình
15-39).

Lu lợng chảy vo cống ngầm đợc tính theo công thức chảy qua lỗ:
Q =
gH2 ,
(15-34)
trong đó:
- hệ số lu lợng, đối với lỗ có thể lấy = 0.6 ữ 0.7;
H cột nớc tính toán từ trung tâm lỗ đến mặt thoáng;
- diện tích lỗ lấy nớc trên ống nghiêng (hình 15-38b) hoặc cửa vo cống (hình 15-39).
Dòng chảy trong ống nghiêng đợc xem nh dòng đều, do đó lu lợng đợc tính từ công
thức:
Q =
.C.
Ri
,
(15-35)

trong đó:
- diện tích mặt cắt ớt của dòng chảy trong ống nghiêng;
C hệ số Sezi;
R bán kính thuỷ lực;
i - độ dốc ống nghiêng, thờng lấy i = 1/5
ữ1/2 (do điều kiện địa hình v thi công quyết
định).
2. Cống ngầm lấy nớc kiểu tháp
a. Trờng hợp cống không áp:
Để hạ giá thnh xây dựng, đối với cống chỉ yêu cầu lấy nớc tới ngời ta thờng thiết kế
cống không áp.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


75

1
h
Z
Z
2
Z
L
h
1
2

Hình 15-43. Sơ đồ tính toán thuỷ lực cống ngầm không áp, trờng hợp cửa van mở hoàn
toàn.
Đối với loại cống ny, bi toán xác định khẩu diện đợc tính trong trờng hợp độ chênh
mực nớc thợng hạ lu của cống nhỏ với lu lợng tơng ứng bất lợi (với cống lấy nớc từ
hồ chứa thì thờng l mực nớc chết trong hồ). Lúc đó cửa van mở hon ton, dòng chảy tự do
qua cống. Trong tính toán ngời ta xem dòng chảy qua cống l dòng đều không áp.
Giả thiết khẩu diện cống tính ngợc từ hạ lu lên tìm tổng các tổn thất cục bộ
Z
i
v tổn
thất dọc đờng il. Điều kiện để khẩu diện đảm bảo chuyển lu lợng Q l:

Z
i
+ il [Z],
(15-36)
trong đó:

[Z] - độ chênh lệch mực nớc thợng hạ lu cho phép để thiết kế cống;
i - độ dốc của cống, đợc tính từ công thức dòng đều. Trong thực tế thiết kế, do điều kiện
địa hình khống chế nên thờng không thoả mãn bằng dộ dốc của dòng đều. Khi đó độ dốc đáy
i đợc chọn thoả mãn điều kiện:
i
k
> i > i
0
.
Căn cứ vo cấu tạo cụ thể của cống m tổng các tổn thất cục bộ
Zi của dòng chảy qua
cống có thể bao gồm tổn thất cửa vo, tổn thất qua lới chắn rác, qua khe van, qua các tiết
diện mở rộng hoặc thu hẹp, tổn thất cửa ra, tổn thất sau bể tiêu năng v.v Các tổn thất đợc
tính dần từ hạ lu về thợng lu.
Tổn thất cột nớc ở cửa ra v cửa vo cống đợc tính nh sau:
Z
2
=
g
V
bhg
Q
b
hn
2
)(2
2
2
2



;
(15-37)
Z
1
=
2
n
2
)(g2
Q

-
g
V
2
2
0
.
(15-38)
Các tổn thất cục bộ nh tổn thất qua khe van, khe phai, lới chắn rác, chỗ cong, đợc tính
bằng công thức:
Z
i
=
i
g
V
i
2

2
.
(15-39)
Trong các công thức (15-37) (15-39):
V
1
, V
b
lu tốc dòng chảy trớc khi vo cống v trớc khi vo kênh hạ lu;
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

76
V
i
lu tốc dòng chảy ở sau vị trí có hệ số tổn thất cục bộ
i
;
b, h
h
chiều rộng v chiều sâu của kênh hạ lu;
- diện tích mặt cắt ớt ngay sau cửa vo;
, - hệ số lu tốc v co hẹp bên ở cửa vo.
Tuỳ theo điều kiện địa hình, cao trình đáy cuối cống có thể chọn cao hơn hoặc bằng cao
trình đáy kênh hạ lu. Cao trình đáy cống tại cửa vo phải thoả mãn hai điều kiện sau đây:
CTĐT = CTĐH +il;
CTĐT = MNTK h
1
,
trong đó: CTĐT, CTĐH l cao trình đáy ở đầu v cuối cống, MNTK l mực nớc thiết kế ở

thợng lu cống; il, h
1
xem hình 15-43
H
h
a
h
h
c
2
h
d

Hình 15-44. Sơ đồ tính toán thuỷ lực khi dùng cửa van để khống chế lu lợng
Khi độ chênh lệch mực nớc thợng hạ lu lớn, để chuyển lu lợng qua cống phải dùng
cửa van khống chế. Khi đó dòng chảy sau cửa van l dòng chảy xiết. Bi toán tiêu năng đợc
xét trong trờng hợp ny. Kích thớc các thiết bị tiêu năng đợc tính toán với giá trị lu lợng
v độ chênh mực nớc thợng hạ lu tơng ứng có năng lợng thừa ở nơi nối tiếp với hạ lu l
lớn nhất (h
c
h
h
)max.
Lu lợng qua cống tơng ứng vớí các độ mở cửa van (hình 15-44) đợc tính từ công
thức:
Q =

)(2
0
aHg



,
(15-40)
trong đó:
Q lu lợng dẫn qua cống ngầm;
- diện tích nớc qua ở phía dới cửa van;
H
0
cột nớc trớc cửa van, có kể đến lu tốc tới gần;
, - hệ số co hẹp đứng v co hẹp bên;
- hệ số lu tốc, phụ thuộc vo hình dạng cửa vo;
a- độ mở cửa van.
Đờng mặt nớc từ sau mặt cắt co hẹp h
c
= a đợc vẽ bằng các phơng pháp thuỷ lực
thông thờng.
Để đảm bảo dòng chảy qua cống l không áp ổn định v cống lm việc đợc an ton,
trong thiết kế khống chế không có nớc nhảy trong cống. Để có nớc nhảy ngoi cống, độ sâu
dòng chảy cuối cống cần thoả mãn đồng thời hai điều kiện:
h
r
< h
k
;
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

77
h

r
< h
h
,
trong đó:
h
r
- độ sâu dòng chảy ở cuối cống;
h
k
độ sâu phân giới của dòng chảy trong cống
h
h
- độ sâu liên hiệp của dòng chảy ở hạ lu.
Trong thực tế do lu lợng qua cống thay đổi, ảnh hởng của mực nớc hạ lu có thể có
trờng hợp có nớc nhảy trong cống. Lúc đó phải xét ảnh hởng độ cao nớc nhảy tới độ lu
không trong cống, xét những tác hại khác nh độ rung động do nớc nhảy gây ra v.v Tuỳ
theo vị trí, kích thớc của nớc nhảy m có các biện pháp công trình để đa nớc nhảy ny ra
khỏi cống, tiêu năng ngay trong cống hoặc không cho nớc nhảy chạm trần cống. Các biện
pháp công trình thờng đợc đề cập đến l:
- Thay đổi độ dốc đáy cống
- Thay đổi vị trí đặt tháp van
- Tăng chiều cao trần cống
Để đảm bảo an ton cho kênh dẫn ở hạ lu, trong thiết kế thờng lm bậc thụt hoặc bể
tiêu năng tạo ra nớc nhảy ngập ngay sau cống ngầm:
h
h
+ d (1,05 ữ1,1)h
r
,

trong đó:
h
h
- độ sâu dòng chảy ở hạ lu
d - độ sâu đo bể
h
r
- độ sâu liên hiệp của h
r

b. Trờng hợp cống có áp
Đối với những cống lấy nớc vo trạm thuỷ điện hoặc các cống lấy nớc có van ở hạ lu,
dòng chảy qua cống l dòng chảy có áp ổn định.
Tính toán thiết kế khẩu diện cống với trờng hợp bất lợi (lu lợng tơng ứng với cột
nớc tác dụng nhỏ) đợc tiến hnh tơng tự nh tính toán đờng hầm có áp.
* Trờng hợp cống có cửa van thợng lu:
Khi cột nớc tác dụng lớn, dùng cửa van khống chế để lấy qua cống những cấp lu lợng
đã định. Do tác dụng của cột nớc cao, khi cửa van mở với một độ mở no đó có khả năng
xuất hiện chân không sau cửa van hoặc trớc nớc nhảy (hình 15-45). Vì vậy cần có ống
thông khí để phá chân không v duy trì chế độ dòng chảy có áp ổn định sau cửa van. Lu
lợng thông khí Q
k
, độ chân không h
ck
v vị trí nớc nhảy có liên quan mật thiết với nhau. Để
xác định các yếu tố đó tiến hnh giải các hệ phơng trình sau:

22
3
11

1
3
)(
)(




ck
k
ha
g
QQQ
y
g
Q
++
+
=+
(15-43)

w
r
kk
h
g
QQ
t
g
QQ

a +
+
+=
+
+
2
2
2
2
2
2
2
)(
'
2
)(


(15-44)
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

78
Q
k
= Q
k
+ Q
k


(15-45)
4004,0
'
1
=
r
k
F
Q
Q

(15-46)

4/1
1
)1(
''
=
r
k
F
Q
Q


(15-47)
v các phơng trình mặt nớc giữa mặt cắt C - C v mặt cắt I I.
Trong các biểu thức trên:

1

,
2
,
r
diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy tại các mặt cắt I I, II II v cửa
ra;
a
2
cột nớc đo áp tại trung tâm mặt cắt II II
y
1
cột nớc đo áp tại trung tâm dòng chảy mặt cắt I I
t chiều sâu nớc tại trung tâm mặt cắt ra;
h
c
, h
1
chiều sâu nớc tại mặt cắt co hẹp v mặt cắt trớc nớc nhảy (mặt cắt I I)
h
w
tổn thất cột nớc kể từ mặt cắt II II đến mặt cắt cửa ra;
Q
k
lu lợng không khí bị cuốn vo dòng chảy từ mặt thoáng;
Q
k
lu lợng không khí bị cuốn vo dòng chảy do nớc nhảy;
F
r1
trị số Frut đối với chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt trớc nớc nhảy,

1
2
1
1
gh
v
F
r
=
Q lu lợng nớc dới cửa van.
h
c
=

c
1
2
t
2
i
ii
c
c
i
ii
C
L
a

Hình 15-45. Dòng chảy sau cửa van

Từ kết quả giải hệ phơng trình ứng với độ chân không cho phép với trị số Q
k
tơng ứng
nếu chiều di đoạn nớc dâng l < 0 thì dòng chảy sau cửa van l có áp ổn định.
+ Trờng hợp cống có cửa van ở hạ lu. Dòng chảy trong cống luôn luôn l dòng chảy có
áp ổn định. Sơ đồ tính toán tơng tự nh hình 15-45, ứng với trờng hợp cửa van mở hon
ton, nớc chảy đầy cống, diện tích mặt cắt cửa ra phụ thuộc vo độ mở cửa van ở hạ lu. Tính
toán thuỷ lực loại cống ny tơng tự nh tính đờng hầm có áp.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

79
Để tiêu năng dòng chảy qua cống có áp có thể dùng các biện pháp công trình nh khuếch
tán bằng nớc nhảy, khuếch tán phóng xa, khuếch tán bằng áp lực, khuếch tán bằng bể.

Đ15.9. Tính toán kết cấu thân cống ngầm
I. Đặc điểm chịu lực của thân cống
Khác với những kết cấu trên mặt đất chỉ có móng chịu tác dụng tơng hỗ với đất nền,
cống ngầm lm việc trong điều kiện đất bao bọc xung quanh. Đất vừa l môi trờng nền ống
tựa lên, vừa l môi trờng áp lực của tải trọng (xe cộ) từ trên mặt đất truyền xuống. Môi
trờng ny biến dạng cùng với ống dẫn nên các áp lực từ đất đắp tác dụng vo cống phụ thuộc
vo chiều sâu cột đất tác dụng, tính chất cơ lý của đất, độ cứng của ống, cách tựa cũng nh
cách đặt ống trên nền. Vì vậy ống ngầm chịu tác dụng của trọng lợng bản thân, áp lực đất, áp
lực nớc trong v ngoi ống, các tải trọng từ trên mặt đất truyền xuống, các tác dụng nhiệt v
động đất v.v Các ngoại lực ny gây ra nội lực hớng vòng thnh ống. Đồng thời của sự phân
bố tải trọng không đều, sự đổi hớng của dòng chảy bên trong, sự co giãn, nhiệt độ v.v, theo
phơng dọc trục ống cũng gây ra nội lực.
II. Sơ đồ tính toán kết cấu theo phơng ngang
Tính toán theo phơng ngang cần phải xác định đợc giá trị của nội lực theo hớng vòng
của thnh ống. Giá trị ny phụ thuộc vo trờng hợp lm việc của cống (trờng hợp mới thi

công xong, trờng hợp lm việc bình thờng, trờng hợp sửa chữa v.v). Khi tính toán kết cấu
phải đề cập đến các trờng hợp lm việc, tính ngoại lực tác dụng v nội lực trong từng trờng
hợp, chọn ra trờng hợp bất lợi nhất, từ đó kiểm tra v xác định các kích thớc chịu lực hợp lý
của ống ngầm v bố trí cốt thép cho thân cống.
Nếu ống không có vnh đai cứng v đợc đặt lên nền liên tục hoặc lên móng băng, chịu
tác dụng của tải trọng phân bố đều theo chiều di của ống, ống ở trong điều kiện biến dạng
phẳng, khi tính toán ống ta có thể tách ra một đoạn ống có chiều di đơn vị rồi xét ngoại lực,
nội lực thuộc về đoạn ấy.
Các lực chủ yếu tác dụng lên cống ngầm gồm:
1. áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống ngầm
Xác định loại lực ny tơng đối phức tạp, nó chịu ảnh hởng của nhiều nhân tố nh tính
chất của đất, độ cứng của ống, phơng pháp chôn v chiều sâu đặt ống trong nền.
Khi ống đặt trong ho sâu (hình 15-46) do ảnh hởng của ma sát giữa thnh ho với đất
đắp lm giảm tác dụng khối đất đắp lên ống.
Trong trờng hợp ny giá trị áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống đợc tính theo công thức:
G
B
= K
T

d
H
2
10
DB
+
,
(15-48)
trong đó:


đ
- trọng lợng riêng của đất đắp;
K
T
hệ số tập trung của áp lực đất thẳng đứng, phụ thuộc vo tỷ số
B
H
lấy ở hình (15-
47);
D
1
- đờng kính ngoi của ống tròn hoặc chiều rộng lớn nhất của ống hộp.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

80
H/2H/2
Bo
B
Bo
H
D
1
D
1
B

Hình 15-46. ống chôn trong hào
0.1
0

0.5
0.4
0.3
0.2
1
0
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
t
K
2
3
2
65
4
d=0.3
3
1098
7
H
B
1
H
Ho
D
1



Hình 15-47. Đờng quan hệ KT

H/B Hình 15-48. ống đặt nổi.
1. Đất sét bão hoà; 2. Đất sét ẩm ớt;
3. Đất sét và đất cát không ẩm ớt lắm

Khi ống đặt ngay trên mặt nền hoặc một phần trong nền (hình 15-48) nếu nền tơng
đối tốt, độ cứng của ống lớn, ảnh hởng của lực ma sát giữa phần đất đắp ở hai bên lún nhiều
hơn phần trên ống đã lm tăng thêm áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống.
Theo đề nghị của N.M. Vinôgơrađốp, áp lực đất lên đỉnh cống tính theo công thức:
G
B
= K
H

đ
HD
1
,
(15-49)
trong đó:

đ
- trọng lợng riêng của đất đắp;
H chiều dy đất đắp lên đỉnh ống;
K
H
hệ số tập trung áp lực đất, phụ thuộc vo tính chất đất nền, phơng pháp đặt ống,
chiều sâu chôn ống trong nền v tỷ số

1
D
H
. Đối với ống cứng lấy theo bảng (15-4).
Bảng 15-4. Trị số của K
H

Loại đất nền Phơng pháp đặt ống K
H

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

81

1
D
H
=2
2
D
H
=12
Cát, đất thịt rời rạc v
đất sét nhão
Đặt trên nền đất
Đặt trên bệ cứng
1,00
1,15
1,05

1,20
Cát trung bình, đất
thịt chặt vừa, sét dẻo
Đặt trên nền đất
Đặt trên bệ cứng
1,25
1,30
1,35
1,45
Cát mịn chặt, cuội Đặt trên nền đất 1,40 1,70
Sét cứng Đặt trên bệ cứng 1,45 1,80
Đá 1,50 2,00
2. áp lực đất tác dụng lên hai bên cống ngầm
á
p lực đất tác dụng lên hai bên cống ngầm thờng phân ra thnh phần lực phân bố đều
v phân bố không đều (hình 15-49).
ZZ
1
2
PP
1 1
P
2
P
Z
1
Z
2
2
a)

b)


Hình 15-49. Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên thành cống
Các giá trị áp lực p
1
v p
2
đợc tính:
p
1
=
đ
Z
1
tg
2
(45
0
-
2

);
(15-50)
p
2
=
đ
Z
2

tg
2
(45
0
-
2

);
(15-51)
trong đó:
- góc ma sát trong của đất đắp.
3. áp lực nớc: Bao gồm áp lực nớc bên trong v áp lực nớc bên ngoi tác dụng lên thnh
ống.
a. áp lực nớc bên trong: phụ thuộc vo trạng thái dòng chảy của đoạn ống tính toán:
- Đờng ống có áp: gồm thnh phần tuyến tính v thnh phần phân bố đều.
Giá trị của thnh phần tuyến tính đợc tính bằng lực thuỷ tĩnh của chất lỏng chứa vừa vặn
đầy ống. Trong tính toán thờng phân ra thnh phần nằm ngang v thnh phần thẳng đứng.
Giá trị của thnh phần phân bố đều đợc tính bằng đầu nớc ở mép trên cùng của ống tại
mặt cắt tính toán.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

82
- ở đờng ống không áp chỉ có áp lực thuỷ tĩnh của phần nớc chứa không đầy ống.
b. áp lực nớc bên ngoài
ố
ng ngầm nằm dới mực nớc ngầm chịu ảnh hởng của áp lực nớc từ bên ngoi. Xét một
cách đầy đủ các lực tác dụng ở đây lên ống phải l phải xét đồng thời tác dụng của nớc trọng
lực gây đẩy nổi ống, đẩy nổi đất, giảm lực dính, sự tác dụng đồng thời của áp lực kẽ rỗng v
áp lực hữu hiệu của đất, áp lực hút mao dẫn. Nếu chỉ xét riêng thnh phần áp lực thuỷ tĩnh tác

dụng bên ngoi ống thì gồm có các thnh phần:
-
áp lực nớc phân bố không đều;
-
áp lực nớc phân bố đều;
- Trọng lợng nớc đè lên ống.
(Khi tính thnh phần ny phải xét đến quan hệ với việc tính áp lực đất tác dụng lên ống).
4. Trọng lợng bản thân cống
a. ống có tiết diện tròn
q =
b
.,
trong đó:

b
trọng lợng riêng của bê tông;
- chiều dy của ống;
q cờng độ của lực phân bố dọc theo chu vi của ống.
b. ống có tiết diện hình chữ nhật: Trọng lợng phân bố đều của tấm nắp vẫn tính theo
công thức trên. Trọng lợng hai thnh bên có thể đa về lực tập trung đặt ở hai đầu bản đáy.
Đối với bản đáy trong tính toán không xét đến trọng lợng bản thân vì lực ny sẽ cân bằng với
phản lực của nền tác dụng lên bản đáy.
5. Phản lực nền
Dới tác dụng của tải trọng thẳng đứng dới ống sẽ phát sinh các phản lực. Sự phân bố
phản lực ny phụ thuộc vo tính chất của nền, phơng pháp đặt ống (đặt trực tiếp trên mặt hay
trên bệ cứng). Nói chung thờng có dạng phân bố không đều (hình 15-50). Trong quá trình
tính toán thờng xem gần đúng nh l phân bố đều vẫn đảm bảo sai số cho phép.

Hình 15-50. Sự phân bố của phản lực nền
www.vncold.vn

www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

83
III. Nội lực và ứng suất dọc trục
Những ống có chiều di đủ lớn hoặc không có khe phân cách, dới tác dụng của các tải
trọng ngoi, trong ống phát sinh nội lực v ứng lực theo phơng dọc trục đợc xét do những
nguyên nhân:
a. Hậu quả của ứng suất hớng vòng trong ống thuộc trạng thái biến dạng phẳng.
b. Tác dụng của nhiệt độ
c.
áp lực của chất lỏng chứa đầy ống khi trục ống đổi hớng hoặc khi mặt cắt ngang thay
đổi (chẳng hạn nh chỗ ngoặt, chỗ phân nhánh, chỗ đờng kính biến đổi, chỗ đặt van hay chỗ
nút ống).
d. Đất đắp trên ống cao thấp khác nhau hoặc áp lực không đều dọc theo chiều di ống bắt
nguồn từ tải trọng cục bộ trên mặt đất.
e. Cống đặt trên nền không phải l rắn chắc hoặc độ cứng của nền thay đổi theo chiều di
ống.
g. Động đất
Các giá trị nội lực v ứng suất dọc trục do những nguyên nhân trên gây ra đợc xác định
từ những bi toán kết cấu riêng biệt. Thnh phần ứng suất dọc trục tìm ra, đợc xét đồng thời
với ứng suất hớng vòng để đánh giá độ bền của ống.
Khi tính toán kết cấu cống ngầm, tuỳ từng trờng hợp cụ thể m có hoặc không xét tới
thnh phần nội lực v ứng lực theo phơng dọc của ống.


Đ15.10. Cấu tạo của cống ngầm
I. Bộ phận cửa vào, cửa ra
Hai bộ phận ny có tác dụng nối tiếp thân cống với mái đập v hớng dòng chảy vo ra
đợc thuận.
Cửa vo của cống ngầm cũng sử dụng các hình thức thẳng, lợn cong dạng tròn hoặc elíp

(
Đ15-6) nh ở đờng hầm.
Để dòng chảy vo ra đợc thuận v sự phân bố lu tốc đều đặn ở cửa vo hoặc ra, thờng bố trí
tờng hớng dòng theo hình thức mở rộng dần (hình 15-51). Góc chụm của hai tờng hớng dòng ở
cửa vo thờng lấy khoảng 18
0
ữ23
0
, cũng có khi lớn hơn. Góc chụm ở cửa ra khoảng 8
0
ữ12
0
.
Đôi khi ống cống nhỏ ngời ta dùng hình thức tờng cánh kiểu hnh lang. Loại ny thờng chỉ
dùng với loại cống không bố trí cửa van điều tiết.
Cấu tạo cửa ra cần chú ý kết hợp với việc bố trí các thiết bị tiêu năng sau cống.
II. Bộ phận thân cống
Thân cống di, để tránh rạn nứt do lún không đều gây ra, phải bố trí khe nối chia thnh
từng đoạn. Chiều di mỗi đoạn phụ thuộc vo tình hình địa chất nền, chiều dy tầng đất đè lên cống.
Thờng lấy mỗi đoạn khoảng từ 10
ữ20m. Riêng đối với những đoạn ống đúc sẵn thì chiều di
mỗi đoạn khoảng 1 đến 2m để tiện việc chuyên chở, xây lắp. ở chỗ nối tiếp phải bố trí thiết bị