nghiên cứu công nghệ top-down thi công móng các công trình thủy lợi

Đặc biệt tại các nước phát triển thì trong xây dựng dân dụng các công trình ngầm hay hạ tầng ngầm để phục vụ tiện ích cuộc sống như tầng hầm các nhà cao tầng, hầm gara ô tô,…Trong lĩnh v

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo dạy và làm việc trong Trường Đại Học Thuỷ Lợi đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả được học tập, trau dồi kiến thức, đạo đức trong suốt 5 năm học tại trường cũng như thời gian học cao học để tác giả có được ngày hôm nay

Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Vũ Quốc Vương đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ học viên từ lúc bắt đầu viết Đề cương đến lúc hoàn thành luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy cô giáo đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập Xin cảm ơn phòng Đạo tạo Đại học và sau Đại học, khoa Công trình đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn của tác giả

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Anh chị em đồng nghiệp nơi tác giả đang công tác đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả hoàn thành luận văn

Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, sự quan tâm chăm sóc của mọi người xung quanh, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp để tác giả có thêm nhiều niềm tin và nghị lực để hoàn thành tốt luận văn được giao

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy

cô giáo, của các quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn " Nghiên cứu công nghệ Top down thi công móng các công trình thủy lợi ” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi

Hà nội, tháng 12 năm 2012

Học viên

Bùi Trọng Bình

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

PHẦN MỞ ĐẦU 9

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 9

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 9

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

IV CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 10

V NỘI DUNG LUẬN VĂN : 10

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CÔNG 11

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 11

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐẶT NÔNG 11

1.1.1 Phương pháp thi công dào mở toàn bộ hố móng ( Open cut) 12

1.1.2 Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down) 12

1.1.3 Phương pháp thi công theo trình tự dưới lên ( Bottom up) 12

1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 13

1.2.1 Các phương pháp thi công đường hầm 13

1.2.1.1 Phương pháp khoan- nổ 13

1.2.1.2 Phương pháp NATM 15

1.2.1.3 Phương pháp cơ giới toàn bộ (TBM) 21

1.2.1.4 Phương pháp bằng khiên 22

1.2.1.6 Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm 25

1.2.1.7 Phương pháp kích ống 26

1.2.2 Các công đoạn thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện 28

1.3 THI CÔNG MÓNG TẦNG HẦM TRẠM BƠM ĐỨNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 31

1.3.1 Sàn lắp ráp và gian điều khiển của trạm bơm 31

1.3.2 Gian đặt máy bơm 33

1.3.3 Buồng đặt ống hút 33

1.3.4 Xử lý móng tầng hầm buồng đặt ống hút 36

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 38

CHƯƠNG 2 39

THI CÔNG XỬ LÝ MÓNG TRẠM BƠM ĐỨNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN 39

2.1 ĐẶC ĐIỂM TRẠM BƠM ĐỨNG 39

2.1.1 Mục đích xây dựng 39

2.1.2 Các kiểu trạm bơm đứng 40

2.2 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN XỬ LÝ MÓNG 42

TRẠM BƠM ĐỨNG 42

2.2.1 Khái niệm chung về các phương pháp thi công 42

2.2.2 Áp dụng phương pháp Top-down để thi công trạm bơm đứng 43

2.2 3 Trình tự thi công theo phương pháp top-down 44

2.2.4 Các hệ thống chống đỡ trong quá trình thi công trạm bơm đứng 49

2.2.5 Thi công bê tông 60

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 61

CHƯƠNG 3 62

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG 62

TỰ LÈN VÀO THÁP ĐIỀU ÁP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 62

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 62

3.2 ĐẶC TÍNH VÀ VẬT LIỆU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỰ LÈN 63

3.2.1 Khái niệm về bê tông tự lèn ( BTTL) 63

3.2.2 Đặc điểm của bê tông tự lèn 64

3.2.3.Vật liệu cho sản xuất bê tông tự lèn 65

3.3 QUY TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTTL 66

3.3.1 Quy trình thiết kế cấp phối BTTL 66

3.3.2 Nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông tự lèn 68

3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BTTL 68

3.4.1 Thiết kế thành phần BTTL theo phương pháp bê tông truyền thống: 68

3.4.2 Thiết kế thành phần BTTL của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) 70

3.4.3 Thiết kế thành phần BTTL bằng phương pháp của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) kết hợp với phương pháp thể tích tuyệt đối 72

3.5 LỰA CHỌN VẬT LIỆU 73

3.5.1 Xi măng 73

3.5.2.Cốt liệu 74

3.5.3 Đá dăm sử dụng 75

3.5.4 Phụ gia mịn 76

3.5.5 Phụ gia giảm nước 77

3.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL 77

3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BTTL 79

3.7.1 Phương pháp xác định độ linh động (độ chẩy xoè) của hỗn hợp BTTL 79 bằng rút côn 79

3.7.2 Phương pháp xác định khả năng tự đầm của hỗn hợp BTTL bằng khuôn hình L 80

3.8 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG BÊ TÔNG TỰ LÈN 81

3.8.1 Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu để sản xuất hỗn hợp BTTL 82

3.8.2 Cân đong vật liệu 83

3.8.3 Trộn hỗn hợp BTTL 83

3.8.4 Vận chuyển bê tông tự lèn 84

3.8.5 Đổ bê tông tự lèn 84

3.8.6 Bảo dưỡng BTTL 84

3.9 HIỆU QUẢ KỸ THUẬT- KINH TẾ - XÃ HỘI ĐEM LẠI 84

3.9.1 Hiệu quả kỹ thuật 84

3.9.2 Hiệu quả kinh tế 85

3.9.3 Hiệu quả xã hội 85

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 86

MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM KIỂM TRA TÍNH CHẤT CỦA HỖN

HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN 87

MỘT SỐ HÌNH ẢNH THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TỰ LÈN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NÓI CHUNG VÀ THỦY LỢI NÓI RIÊNG 88

CHƯƠNG 4 89

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL CHO TRẠM BƠM BẮC NAM HÀ 89

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 89

4.1.1 Vị trí công trình 89

4.1.2 Nhiệm vụ công trình 90

4.1.3 Các thông số kỹ thuật 91

4.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL TRẠM BƠM 91

4.2.1 Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông tự lèn và bê tông tự lèn91 4.2.2 Tính toán thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm 92

4.2.3 Một số tính chất của bê tông tự lèn M250 94

4.2.4 Lưu ý công tác sản xuất, vận chuyển và đổ bê tông 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 100

2 NHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ 101

3 KIẾN NGHỊ 101

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 104

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nông

Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân

Hình 1-3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hoàn thiện

Hình 1-4: Máy đào đường hầm TBM

Hình 1-5: Sơ đồ thi công bằng khiên

Hình 1-6: Lai dắt đốt hầm Thủ thiêm

Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy

Hình 1-8: Kích ống và giếng kích ống qua sông Sài gòn cho loại D3000mm Hình 1-9: Mặt cắt ngang đường hầm không áp

Hình 1-10 : Mặt cắt ngang đường hầm dẫn nước có áp

Hình 1-11: Bố trí các cụm thiết bị sữa chữa trên sàn lắp ráp và gian máy

Hình 1-12: Cắt dọc và bố trí gian động cơ, gian điều khiển

Hình 1-13: Bố trí buồng hút máy bơm

Hình 1-14: Biện pháp thi công xử lý móng buồng hút

Hình 2-1: Nhà máy bơm loại buồng ướt máy đặt chìm

Hình 2-2: Nhà máy bơm loại buồng khô

Hình 2-3: Trình tự các bước thi công

Hình 2-4: Sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốc

Hình 2- 5: Sử dụng ván thép để làm tường tầng hầm

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại máy rung

Hình 2-7: Bố trí hệ thanh chống ngang một nhip (a) hoặc nhiều nhịp (b)

Hình 2-8: Thép dầm chữ I

Hình 2-9: Tường thi công trong hào vữa sét

Hình 3-1: Thí nghiệm xác định độ chẩy xoè của hỗn hợp BTTL

Hình 3-2: Thiết bị thí nghiệm khả năng tự lèn của hỗn hợp BTTL

Hình 3-3: Rút côn kiểm tra độ linh động của hỗn hợp BTTL

Hình 3-4: Thí nghiệm độ chẩy xòe của hỗn hợp BTTL

Hình 3-5: Thí nghiệm kiểm tra khả năng tự lèn của HHBTTL bằng khuôn chữ U

Hình 3-6: Khuôn hình chữ U để kiểm tra khả năng tự lèn của HHBT

Hình 3-7: Thi công BTTL tại nút dầm– cột nhà 34 tầng – T34 Dự án Trung hòa Hình 3-8: Thi công đập xà lan di dộng bằng bê tông tự lèn tại bãi đúc

Hình 3-9: Bơm bê tông tự lèn vào bản đáy của đập xà lan

Hình 4-1: Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian của hỗn hợp bê tông tự lèn

Hình 4-2: Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL

Hình 4-3: Biểu đồ độ hút nước của BTTL

Hình 4-4: Biểu đồ sự phát triển cường độ nén theo thời gian

Bảng 3-7: Tính chất cơ lý Tro bay - Phả lại

Bảng 4-1: Kết quả thành phần cấp phối bê tông tự lèn cho trạm bơm

Bảng 4-2: Kết quả thí nghiệm sự tổn thất độ chẩy của hỗn hợp BTTL theo thời gian Bảng 4-3: Thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL

Bảng 4-4: Độ hút nước của BTTL

Bảng 4-5: Kết quả thí nghiệm cường độ nén của BTTL

Bảng 4-6: Kết quả thí nghiệm chống thấm nước của mẫu BTTL

PHẦN MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Từ lâu trên thế giới các công trình ngầm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải, thủy lợi - thuỷ điện và an ninh quốc phòng Đặc biệt tại các nước phát triển thì trong xây dựng dân dụng các công trình ngầm hay hạ tầng ngầm để phục vụ tiện ích cuộc sống như tầng hầm các nhà cao tầng, hầm gara ô tô,…Trong lĩnh vực giao thông dễ thấy nhất là xây dựng

hệ thống thông ngầm dưới lòng đất (Metro) trong đô thị, hầm để vượt núi, vượt sông, vượt biền để tránh các nguy cơ tai nạn và rút ngắn được tuyến đường Trong công nghiệp khai thác mỏ hầm ngầm được xây dựng phổ biến để khai thác các nguồn tài nguyên quí giá trong lòng đất Trong lĩnh vực an ninh quốc phòng công trình ngầm cất giữ vũ khí, quân lương đảm bảo bí mật và giảm thiểu thương vong Trong thuỷ lợi-thủy điện đường hầm được xây dựng để dẫn nước vào tổ máy turbin, xây dựng bể ngầm, xi phông…

Đặc điểm chung của các công trình thủy lợi là móng công trình chủ yếu đặt trên nền địa chất phức tạp Và công trình thi công trong điều kiện phức tạp về điều kiện địa chất thủy văn, tiến độ thi công đòi hỏi nhanh và cấp thiết để đáp ứng được bài toán kinh tế và kỹ thuật đặt ra

Hiện nay ở Việt Nam đang xây dựng, nâng cấp nhiều hệ thống thủy lợi nhằm phục vụ yêu cầu mới Trong đó có nhiều hạng mục công trình ngầm trong đất như các hầm dẫn nước, tháp điếu áp và đặc biệt là các trạm bơm đứng có quy mô lớn

Do vậy phải lựa chọn phương pháp thi công thích hợp khác với phương pháp thi công truyền thống để đạt được hiểu quả cao nhất Một trong những phương pháp thi công đang được áp dụng hiện nay là phương pháp “Top - down”

Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu công nghệ Top down thi công móng các công trình thủy lợi’’ là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong giai đoạn hiện nay

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu công nghệ Top –Down thi công móng các công trình thủy lợi

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a) Cách tiếp cận

Nghiên cứu thông qua việc thu thập các tài liệu có liên quan tới đề tài như : Các giáo trình về địa kỹ thuật, các giáo trình về thiết kế và thi công hầm thủy công, thủy điện, hầm giao thông và các bài giảng về xây dựng các công trình ngầm Đồng thời nghiên cứu và tiếp cận với các tài liệu về chuyên nghành vật liệu xây dựng đặc biệt là vật liệu bê tông Kết hợp với tham khảo các tài liệu chuyên ngành trong nước

và nước ngoài, trên báo và mạng internet

b) Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp tính toán Lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam

IV CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Đưa ra được tính ưu việt hơn so với các phương pháp thi công truyền thống

- Ứng dụng công nghệ Top-down cho thi công một công trình thủy lợi

- Đề xuất đưa vào ứng dụng vật liệu bê tông tự lèn vào thi công móng công trình thủy lợi theo phương pháp Top-down

- Đưa ra giải pháp vật liệu cũng như công nghệ sản xuất và thi công cho trạm bơm Bắc Nam Hà

V NỘI DUNG LUẬN VĂN :

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thi công công trình ngầm trong xây

dựng và thi công công trình thủy lợi

Chương 2: Thi công xử lý móng trạm bơm đứng bằng phương pháp Top - down Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào thi công móng các

công trình thủy lợi

Chương 4: Thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm Bắc Nam Hà

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CÔNG

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

1.1 CÁC PH ƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CÔNG

TRÌNH NGẦM ĐẶT NÔNG

Hầm và công trình ngầm đặt nông thông thường có chiều sâu không quá 20m Các loại hầm phổ biến trong đô thi như hầm cho xe cơ giới, nhà ga xe điện ngầm, đường hầm chuyển tiếp tại các vị trí giao nhau trong giao thông, hầm dành cho hệ thống thoát nước thải và các công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị khác

Còn trong thủy lợi đường hầm được dùng để thoát lũ hoặc dẫn nước vào nhà máy thủy điện …

Để thi công các dạng công trình này đòi hỏi phải có những phương pháp riêng phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật đặt ra Nhìn chung các hố móng cho các dạng công trình này chủ yếu là hố móng sâu thi công phức tạp

Với những đặc thù đó muốn thi công các hố móng sâu này hiện nay trong xây dựng các nhà thầu có thể thi công theo ba phương pháp khac nhau tùy thuộc vào đặc thù của hố móng Ba phương pháp đó là:

* Phương pháp 1: Phương pháp thi công đào mở toàn bộ hố móng (Open-cut)

* Phương pháp 2: Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down)

* Phương pháp 3: Phương pháp thi công theo trình tự từ dưới lên (Bottom-up)

Trong ba phương pháp đó thì hai phương pháp cuối thi công theo trình tự từ trên xuống hoặc từ dưới lên thích hợp cho thi công các hố móng sâu, với điều kiện địa tầng xấu, mực nước ngầm cao hoặc điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp xen trong

đô thị Còn phương pháp đào mở toàn bộ hố móng thường chỉ thích hợp khi hố móng không sâu (thường là dưới 5m) và tính ổn định của địa tầng xung quanh hố móng tương đối cao

Phương pháp công nghệ chính của các phương pháp thi công :

1.1.1 Phương pháp thi công đào mở toàn bộ hố móng ( Open cut)

Đây là phương pháp cổ điển được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, thiết bị thi công đơn giản Toàn bộ hố đào được đào đến độ sâu thiết kế (độ sâu đặt móng),

có thể dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào khối lượng đất cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực của công trình Sau khi đào xong, người ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tự bình thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công người ta dùng các biện pháp giữ vách đào theo các phương pháp truyền thống nghĩa là ta có thể đào theo mái dốc tự nhiên (theo góc ϕ của đất) Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ tường hố đào

1.1.2 Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down)

Công tác thi công theo phương pháp từ trên xuống (Top down) được tiến hành theo các bước chính như sau:

Bước1: Lắp tường kết cấu chống đỡ đất xung quanh hố móng bằng tường cừ thép,

tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ hay lắp ghép…

Bước2: Tiến hành hạ thấp mực nước ngầm xung quanh khối đào

Bước3: Đào đất trong hố móng đến cao trình của sàn trên cùng của kết cấu

Bước4: Thi công kết cấu sàn liên kết với hệ tường vây của hố móng

Bước5: San lấp trả lại mặt đất hiện trạng xung quanh để đảm bảo lưu thông

Bước6: Tiếp tục tiến hành đào đất ở sàn dưới của kết cấu bằng cơ giới và chuyển ra

ngoài thông qua lỗ chừa sẵn ở sàn

Bước7: Tiếp tục thi công kết cấu và trình tự thi công lặp đi lặp lại cho đến khi thi

công xong tấm đáy kết cấu công trình

Bước8: Khâu cuối cùng là hoàn thiện bên trong

1.1.3 Phương pháp thi công theo trình tự dưới lên ( Bottom up)

Phương pháp thi công theo trình tự từ dưới lên được áp dụng cho những hố đào sâu trên 10m và thường dùng hệ thống chống đỡ bằng hệ thống tường hào vây kết hợp với neo trong đất.Trình tự thi công theo phương pháp này khác với phương

pháp thi công ở trên xuống ở chỗ là phải đào đáy hố móng và thi công phần sàn đáy công trình trước tiên

hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Hòa Bình, Trị An,

1.2.1 Các phương pháp thi công đường hầm

Khi thi công hầm qua các vùng địa chất khác nhau người ta có những phương pháp đào khác nhau như:

W

Lk

1 5

lk: bước tiến của đường hầm hay chiều dài sau một chu kỳ khoan -nổ

α: góc nghiêng của lỗ mìn tạo rãnh

Trong gương đào của đường hầm, các lỗ mìn được nổ theo trình tự sau:

song cần tính toán nổ thử để quyết định Kinh nghiệm ở công trình Cửa Đạt (Lk <

4,5m) để giảm nứt nẻ đá xung quanh tuynen, đảm bảo chống thấm tốt cũng như giảm phụt vữa

1.2.1.1.2 Công tác nổ phá

Thuốc ammônít N0-1 là loại thuốc thường dùng trong việc đào đường hầm, nén từng thỏi 36 mm, dài 13,5 cm, trọng lượng 200 gram, khả năng phá vỡ mạnh, yếu hơn một chút là loại chứa 62% dinamit (hệ số hao hụt 1,07 so với loại ammônít N0-1) Ammônít N0-6 thường áp dụng cho những loại đá cứng trung bình

Nổ mìn tạo mặt phẳng: phần giữa mặt cắt của đường hầm được nổ sao cho khối lượng còn sót lại so với thiết kế theo chu vi là nhỏ Khối lượng còn lại này được nổ đợt 2 nhờ các lỗ mìn bổ sung có đường kính nhỏ hơn, khoan theo đường viền của mặt cắt, song song với trục đường hầm, khoảng cách giữa các lỗ là 20 cm Các lỗ mìn được nạp thuốc theo trình tự: một lỗ nạp thuốc, một lỗ không nạp thuốc, sau đó lặp lại như trên Loại thuốc có tính năng phá yếu hơn so với loại thuốc nổ đợt

1 Thuốc nổ nạp vào lỗ ước khoảng 120-150 gam/1m dài và cũng nạp theo phương pháp nạp thuốc cách quãng Với phương pháp này khối lượng đào sót lớn nhưng khi sửa lại đòi hỏi phải bổ sung thiết bị và gần như tăng gấp hai lần khối lượng vỏ bêtông đường hầm

Đối với đường hầm Cửa Đạt đã gây nổ bằng kíp nổ điện vi sai (nổ mìn tạo rãnh trước, sau đó nổ phá cuối cùng nổ mìn sửa)

- Trường hợp 3 cấp vi sai thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms

- Nếu cần 4 cấp (lỗ mìn phá nhiều, nổ 2 đợt) thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms, 50ms

Sử dụng lỗ mìn sửa theo chu vi mặt cắt đường hầm nhằm hạn chế tối đa nứt

nẻ do nổ mìn Qui mô một lần nổ (ứng cấp vi sai với khối lượng thuốc nổ lớn nhất) cần được thí nghiệm để tránh gây ảnh hưởng đến vật chống đỡ cũng như chất lượng

vỏ bêtông đường hầm đã thi công trước

1.2.1.2 Phương pháp NATM

Việc áp dụng các vì chống mềm bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép cho phép hạn chế được biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi

đào hầm và liên kết được các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho đất đá xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm

Trên lý thuyết này các kỹ sư người Áo đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (New Austrian Tunnelling Method) bắt đầu hình thành và phát triển thành một phương pháp xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới

*22 nguyên tắc cơ bản của phương pháp xây dựng hầm NATM:

- Kết cấu hầm là tổ hợp giữa đá núi và vỏ hầm Hầm được chống đỡ chủ yếu bằng khối đất đá xung quanh

Đây là khái niệm cơ bản của phương pháp NATM Kỹ sư hầm phải biết vận dụng khái niệm này vào công tác đào hầm Hệ thống chống đỡ hầm chỉ nên áp dụng hạn chế và mang tính hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định của khối đá

-Theo phương pháp NATM, điều quan trọng là phải duy trì cường độ nguyên thủy của khối đá Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Bê tông phải được phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu

Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ thống chống đỡ và khối đá Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thông qua các điểm tiếp xúc nên có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp đầy khoảng trống nói trên Sự rời rạc (biến dạng) của khối đá sẽ có xu hướng phát triển đến độ sâu h tính từ tường hầm Theo phương pháp NATM, sử dụng bêtông phun trực tiếp và bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm nên ngăn không cho khối đá biến dạng

- Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý vì việc khối đá rời rạc sẽ làm cho cường độ của nó bị giảm đi Cường độ của khối đá, phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát của mỗi phân khối đá, sẽ giảm xuống khi ma sát giảm Nguyên tắc này

áp dụng chủ yếu đối với đá cứng Đối với đá mềm, chẳng hạn như lớp đá trầm tích sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính của chúng sẽ phụ thuộc vào lực dính và góc nội ma sát

- Khối đá phải được giữ trong các điều kiện ứng suất nén ba trục Cường độ của khối đá chịu ứng suất nén đơn trục hoặc hai trục thì thấp hơn cường độ trong điều kiện ba trục

Cường độ chịu nén của khối đá ở điều kiện nén nhiều trục sẽ cao hơn khối đá trong điều kiện nén một trục Sau khi đào hầm, vách hầm sẽ ở trong trạng thái nở hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt Để duy trì trạng thái ứng suất nén

ba trục và sự ổn định của khối đá, vách hầm phải được phủ kín bằng bêtông phun

- Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý Phải thiết lập hệ thống chống đỡ để ngăn chặn sự giãn nở (tơi) hoặc nguy cơ đổ sập của khối đá Nếu hệ thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp thì chất lượng của việc đào hầm

sẽ tăng đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế

Nếu biến dạng cho phép vượt quá giới hạn, vùng biến dạng dẻo quanh hầm phát triển và khe nứt xuất hiện “Ngăn chặn sự biến dạng” nghĩa là giảm thiểu tối đa

sự biến dạng xung quanh hầm do những biến dạng xảy ra trong khi đào hầm là không thể tránh khỏi, ví dụ biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng do nổ mìn Vì thế, giới hạn biến dạng cho phép cần được đề ra ứng mỗi loại hệ thống chống đỡ và được cập nhật từ các kết quả đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật

- Hệ thống chống đỡ phải được lắp đặt kịp thời Lắp đặt các hệ thống chống

đỡ quá sớm hay quá muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi Hệ thống chống đỡ cũng không được quá mềm hay quá cứng Các hệ thống chống đỡ cần có một độ mềm dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá

Nếu hệ thống chống đỡ được lắp đặt quá sớm, áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ sẽ rất cao Mặt khác áp lực sẽ tiếp tục tăng lên khi lắp đặt hệ thống chống

đỡ chậm Hệ thống chống đỡ được lắp đặt đúng lúc có khả năng giảm tải trọng đến nhỏ nhất Nếu hệ thống chống đỡ quá cứng sẽ đắt, quá mềm thì khối đá biến dạng nhiều, tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ sẽ rất cao Tải trọng tác động lên hệ thống chống đỡ sẽ giảm đến nhỏ nhất khi hệ thống chống đỡ có độ mềm dẻo thích hợp

- Để đánh giá thời gian thích hợp khi lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần nghiên cứu khảo sát đặc tính biến dạng phụ thuộc thời gian của khối đá

- Không chỉ dựa vào công tác thí nghiệm trong phòng mà còn phải tiến hành

đo đạc biến dạng đường hầm để đánh giá thời gian thích hợp lắp đặt kết cấu chống

đỡ Thời gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ của sự biến dạng và loại đá là những nhân tố quan trọng để tính toán thời gian chống đỡ vách đào của khối đá Đối với phương pháp NATM, công việc không thể thiếu được là đo đạc quan trắc Những nhân tố được nhắc đến ở trên được xác định từ kết quả đo đạc quan trắc và những tính toán mang tính thống kê dựa trên kết quả của việc đo đạc quan trắc rất

có ích cho việc dự đoán được sự biến dạng ở bước đào hầm tiếp theo

- Nếu sự biến dạng hoặc sự tơi của khối đá được dự đoán là rất lớn, bề mặt hầm đã đào phải được phun bê tông kín như là màn che Kết cấu chống đỡ bằng gỗ

và thép chỉ tiếp xúc với bề mặt tường hầm ở các điểm chèn Vì thế, đất đá giữa các điểm tiếp xúc sẽ vẫn còn không được chống đỡ nên sự biến dạng hoặc tơi của khối

đá sẽ phát triển

- Vỏ hầm phải mỏng và có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mô men uốn và tránh được phá hoại do ứng suất uốn gây ra Không chỉ lớp vỏ hầm ban đầu (bêtông phun) mà cả lớp vỏ hầm hoàn thiện cũng cần phải mỏng

- Trong trường hợp hệ thống chống đỡ (ban đầu) cần phải gia cường, các thanh thép, khung chống thép và neo đá nên được sử dụng Không nên tăng chiều dày lớp bê tông vỏ hầm vì sẽ làm giảm diện tích tiết diện khai thác của hầm

- Thời gian và phương pháp thi công vỏ hầm được quyết định dựa trên kết quả quan trắc của thiết bị

Thông thường lớp bê tông vỏ hầm được thi công sau khi biến dạng của hầm

đã ổn định Nếu sự biến dạng có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân Trong trường hợp này, lớp bê tông vỏ hầm phải được thiết kế đủ cường độ chống lại

áp lực của khối đá tác dụng lên

- Về mặt lý thuyết, cấu trúc của hầm giống như một cái ống hình trụ dày gồm

hệ thống chống đỡ và vỏ hầm cùng với môi trường đất đá xung quanh Các cấu trúc này hợp lại với nhau làm cho hầm tự ổn định

Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm và trụ đỡ, khối đá xung quanh được xem như là tải trọng tác dụng lên hầm Theo lý thuyết NATM, hầm

được xem như là một cấu trúc hỗn hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầm

- Việc cấu tạo mặt cắt hầm kín bằng vòm ngược tạo nên đường ống hình trụ là cần thiết vì cấu trúc này có thể chịu ứng suất của đá cao hơn

- Hành vi (trạng thái) của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp đặt hệ thống chống đỡ cho đến khi kết cấu của hầm kín được hình thành Mômen uốn bất lợi xuất hiện tại khu vực tiếp giáp của phần trên vòm hầm và tường (bench) giống như kết cấu dầm hẫng khi khoảng cách giữa các bề mặt gương hầm của phần vòm và phần tường là quá dài

Ứng suất uốn như mô tả ở trên sẽ phát triển do lún tác động lên hệ thống chống đỡ lắp đặt ở phần trên vòm hầm, khi sức chịu tải của móng hệ thống chống

đỡ nhỏ hơn tải trọng tác động lên

- Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn mặt cắt tốt hơn các phương pháp khác Chia gương hầm thành nhiều gương nhỏ sẽ khiến cho chất lượng khối đá xung quanh hầm giảm đi nhanh

Tuỳ thuộc vào quá trình đào hầm, việc phân bố ứng suất của khối đá xung quanh sẽ xảy ra và cuối cùng đạt đến một trạng thái ứng suất mới Khối đá xung quanh hầm gặp phải tình trạng có tải và không tải lặp đi lặp lại trong suốt quá trình phân bố lại ứng suất Đôi khi trạng thái này lặp lại dẫn đến kết quả khối đá bị phá hoại Tuy nhiên, rất khó thực hiện phương pháp đào toàn mặt cắt ở những vùng đá xấu như đá phong hoá nặng hoặc đất Trong các trường hợp như vậy ta phải chia gương hầm thành những gương nhỏ và cần phải đo đạc kiểm tra tính ổn định của mỗi phần hầm đó

- Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ và trình tự đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian đóng kín vỏ hầm, Các nhân tố này cần được kiểm soát để tạo ra tổ hợp kết cấu cũng như thiết lập sự ổn định của đường hầm

- Mỗi bộ phận hầm phải duy trì hình dạng tròn nhằm tránh sự tập trung ứng suất bất lợi

3b 3a

2a

3b 3a

Bờtụng phun

4

5

Bờtụng phun Lớp đệm cho xe vận

chuyển qua

- Đối với hầm kết cấu vỏ đụi thỡ vỏ hầm bờn trong phải mỏng Bất kỳ lực cắt tỏc động vào đuờng biờn bờn ngoài hầm và khối đỏ sẽ khụng truyền sang bờ tụng vỏ hầm Chỉ cú lực hướng tõm truyền đến kết cấu vỏ đụi của hầm

- Kết cấu tổ hợp của khối đỏ và kết cấu chống đỡ bờn ngoài (ban đầu) phải hỡnh thành trước khi thi cụng lớp bờ tụng vỏ hầm bờn trong Lớp vỏ hầm bờn trong chỉ cú tỏc dụng làm tăng hệ số an toàn cho hầm Tuy nhiờn, độ ổn định của kết cấu hầm cần được xem xột bao gồm cả lớp bờ tụng vỏ hầm khi hầm gặp một lưu lượng lớn nước thấm vào hoặc dự bỏo sự ăn mũn của cỏc neo đỏ

- Thiết bị đo đạc, quan trắc đúng vai trũ quan trọng đối với cụng tỏc thiết kế và thi cụng hầm Việc đo ứng suất tỏc động lờn vỏ hầm và đo đạc sự dịch chuyển của vỏch hầm là đặc biệt cần thiết khi thi cụng hầm

- Giải phúng ỏp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối đỏ bằng hệ thống thoỏt nước Áp lực thủy tĩnh xung quanh đường hầm sẽ thay đổi tựy thuộc vào sự biến đổi mực nước ngầm Hệ thống thoỏt nước ngầm là cỏch làm giảm ỏp lực thủy tĩnh hữu hiệu nhất

Trỡnh tự đào phõn đoạn mặt cắt gương hầm theo phương phỏp NATM tại đường hầm Hải Võn như sau:

Hỡnh 1- 2: Trỡnh tự đào phõn đoạn đường hầm Hải Võn

Hình 1- 3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hoàn thiện 1.2.1.3 Phương pháp cơ giới toàn bộ (TBM)

Thi công hầm theo phương pháp khoan nổ cho đến nay vẫn phổ biến Tuy nhiên thi công theo phương pháp này phải sử dụng nhiều nhân lực, sử dụng một lượng lớn thuốc nổ độc hại và gây ô nhiễm môi trường Do vậy việc thi công hầm đang dần được cơ giới hoá, để thực hiện điều này, người ta đã nghiên cứu, phát minh và sử dụng các máy đào đường hầm chuyên dụng

TBM là thiết bị đào hầm hiện đại được sử dụng để đào các đường hầm có tiết diện tròn trong các điều kiện địa chất khác nhau Máy có thể được sử dụng để đào hầm ở vùng đá cứng, đất hoặc cát có lẫn các loại tạp chất Đường kính đào hầm bằng máy TBM có thể thay đổi từ 1m đến 15m TBM là tổ hợp máy đào hiện đại, toàn bộ các dây truyền công nghệ đều được cơ giới hoá từ khâu đào, xúc, vận chuyển đều được các thiết bị chuyên dùng thực hiện

Khi thi công bằng thiết bị này thực chất là quá trình vò nát, cắt rời đá bởi các đầu cắt bằng đĩa vừa quay vừa ấn vào mặt đá Máy sẽ trực tiếp đào đất bằng mũi khoan (lưỡi dao) được lắp phía đầu và chuyển đất đá ra ngoài bằng hệ thống băng tải, trong khi đó phần đuôi máy sẽ thực hiện việc lắp ghép các vỏ hầm bằng bê tông đúc sẵn được đưa từ ngoài vào

1.2.1.4 Phương pháp bằng khiên

Khiên là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa tầng lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng Đoạn đầu ống có thiết bị che chống

và đào đất, đoạn giữa của ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đuôi của ống

có thể lắp các ống bêtông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bêtông vỏ hầm Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa ximăng cát vào khe

hở đằng sau lưng các vòng bêtông để đề phòng hầm và mặt đất lún xuống Phản lực đẩy khiên tiến lên do vòng bêtông vỏ hầm chịu đựng Trước lúc thi công bằng khiên cần xây dựng một giếng đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá do khiên đào xong được đưa qua giếng đứng ra ngoài mặt đất

Hình 1-5 : Sơ đồ thi công bằng khiên

Mỗi loại khiên đào được dùng trong phạm vi nhất định của điều kiện địa chất

và có giới hạn sử dụng hiệu quả nhất Vì vậy để có thể lựa chọn được loại khiên đào phù hợp nhất cần phải làm sáng tỏ phạm vi sử dụng và sử dụng hiệu quả nhất của

nó kết hợp với kinh nghiệm thi công hầm bằng khiên đào trên thế giới

* K hiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào:

Khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào có thể là khiên đào cơ giới hoá, bán cơ giới hoặc không cơ giới Do đặc điểm của khiên đào loại này có mặt trước mở toàn phần hay một phần để đào đất nên không đảm bảo sự ổn định gương đào trong nền đất yếu Chúng có thể được sử dụng chỉ trong các loại đất mà không xuất hiện sự chuyển dịch tự do của đất vào phía trong khiên đào: đất sỏi chặt với cát

và sét cứng Tuy nhiên phạm vi sử dụng chúng có thể mở rộng khi kết hợp với các phương pháp đặc biệt khác: dùng khí nén, hạ mực nước ngầm nhân tạo, tăng cường đất Khiên đào bán cơ giới và khiên đào không cơ giới hoá chỉ được sử dụng hợp lý khi xây dựng hầm ngắn với mặt cắt ngang không lớn

* Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào:

Khi dùng áp lực cân bằng ở gương đào thì các khiên đào loại này đều là khiên đào cơ giới hoá Điều kiện làm việc hiệu quả của khiên đào lại này được xác định bằng khả năng đảm bảo trạng thái ổn định của gương đào do khi đào đất sẽ gây

ra sự phá huỷ trạng thái ứng suất tư nhiên của khối đất Điều đó đạt được bằng cách tạo ra áp lực chủ động ở buồng kín sát gương đào tác dụng vào bề mặt đất ở gương đào

Phạm vi sử dụng hiệu quả nhất của khiên đào dạng này trong đất sét hoặc bụi với độ ẩm cao với hàm lượng hạt cát không nhiều và khi tồn tại trong các loại đất

đó thành phần hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,05mm không nhỏ hơn 30%

1.2.1.5 Phương pháp đào hở - lấp lại

Thi công hở là tiến hành đào hào từ trên mặt đất, xây dựng công trình và cuối cùng lại phủ đất hay vật liệu lên trên kết cấu công trình ngầm Thông thường với phương pháp này kết cấu công trình ngầm có thể được xây dựng từ đáy hào (phương thức tường nền) hoặc trước tiên thi công tường và nóc của kết cấu công trình ngầm (phương thức tường nóc) và sau đó các công tác khác được tiến hành và hoàn thiện

Có thể nói rằng, trong những điều kiện thông thường, phương pháp hở được coi là phương pháp kinh tế nhất trong xây dựng các công trình ngầm cỡ lớn Tùy thuộc vào điều kiện mặt bằng thi công, hào để xây dựng kết cấu của công trình ngầm có thể được thi công với thành hào nghiêng hoặc thẳng đứng Nói chung trong thành phố phương án thành hào đứng thường là giải pháp tất yếu Việc bảo vệ

ổn định thành hào là rất quan trọng, liên quan đến ổn định của các công trình trên mặt đất cũng như đảm bảo các điều kiện thi công tiếp theo Cũng tùy thuộc vào điều kiện đất nền, vào các công trình kiến trúc trên mặt đất cần được bảo vệ mà các kết cấu bảo vệ thành hào cũng đã được áp dụng rất đa dạng Kết cấu bảo vệ thành hào

có thể được thu hồi sau khi thi công kết cấu công trình ngầm nhưng cũng có thể được giữ lại làm một bộ phận quan trọng của kết cấu công trình ngầm Chẳng hạn hình dáng các công trình có thể kiến trúc phù hợp với các yêu cầu của kỹ thuật giao thông, trong đó các giải pháp tối ưu về liên kết các hệ thống giao thông với đoạn đường chuyển giao ngắn, cũng như liên kết tốt giữa các điểm đi và đến Chênh lệch

về độ cao có thể bố trí ở mức nhỏ Phương pháp thi công hở còn cho phép xây dựng

các mặt bằng đi bộ rộng liên kết với các công trình thương mại, nhà hàng, công

trình văn hóa và liên kết hợp lý với phương tiện giao thông trên mặt đất Tuy nhiên để áp dụng phương pháp thi công hở cần chú ý các điều kiện sau:

- Để thi công cần thiết phải có mặt bằng tự do trên mặt đất vừa đủ, như tại các quảng trường, nút giao thông của các đường lớn, chẳng hạn một sân ga tàu điện ngầm có chiều dài khoảng 120m, tàu tốc hành khoảng 210m

- Do thời gian thi công lâu và diện tích sử dụng lớn, nên gây ảnh hưởng lớn đến giao thông đi lại trên mặt đất Do vậy nhất thiết phải chú ý đến các giải pháp giảm ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất

- Phương pháp xây dựng này cần loại trừ các mối nguy hiểm đối với các công trình kiến trúc lân cận, chẳng hạn do gây lún sụt, dịch chuyển đất Vì vậy khi độ sâu thi công lớn, chẳng hạn 25m, khoảng cách đến các công trình kiến trúc không xa thì nhất thiết phải áp dụng các biện pháp đặc biệt (tường cọc nhồi, tường hào nhồi -tường trong đất)

- Với phương pháp thi công hở thì các tác động xấu đến môi trường sống, như tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi Do vậy cần phải có các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này

- Trong nhiều trường hợp phải tính đến các điều kiện của công trình kiến trúc, nền đất và nước ngầm khi phải áp dụng lâu dài và trên diện rộng giải pháp hạ mực nước ngầm

- Phải tính đến các khả năng di dời, treo tạm các hệ thống cấp thoát nước, năng lượng… để đảm bảo hoạt động bình thường, lâu dài

1.2.1.6 Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm

Công nghệ thi công hầm dìm là biện pháp thi công hầm dưới nước (như hầm qua sông, qua biển ) Phần thân hầm được đúc sẵn trên cạn thành từng phân đoạn, các đoạn này được làm cho nổi lên, được kéo dắt ra rồi dìm xuống vị trí đã định

* Công nghệ hầm dìm được trình bày chi tiết hơn như sau:

- Nạo vét dưới đáy sông ( kênh, biển ) thành đường hào tại vị trí đặt hầm

- Các đốt hầm được thi công trên cạn, chẳng hạn như trong một bể đúc, một bãi đúc, trên một bệ có thể nâng hạ được

- Hai đầu của các đốt hầm được khép kín tạm bằng vách ngăn (tạo thành hộp kín, giúp chúng có thể nổi trong nước)

- Lần lượt mỗi đốt hầm được vận chuyển ra vị trí hầm, thông thường bằng lực nổi (nước được bơm vào bể đúc), đôi khi bằng xà lan hay có trợ giúp của cần cẩu

- Các đốt hầm được hạ xuống tới vị trí cuối cùng trên đáy của đường hào đã đào sẵn

- Đốt mới được xếp áp vào đốt trước đó ở vị trí dưới nước, sau đó nước được bơm ra khỏi khoang trống giữa các vách ngăn

- Áp lực nước trên mặt ngoài vách ngăn của đốt mới ép lên cao su gắn giữa

và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào hở không thích hợp Phương pháp kích đẩy- về bản chất, đó là “phương pháp hạ giếng ngang” Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là phương pháp “khiên đào mini” Bản chất phương pháp là vì chống tubin kín được lắp đặt vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách

xa gương hầm Cùng trong khoang đó, người ta thực hiện kích ép vì chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát vì chống với khối đất, không gian phía sau tubin được bơm vữa sét

Hình 1-7 : Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy

Trên cơ sở các phương pháp đã và đang phát triển đến nay cho thấy rằng khi tiết diện thi công nhỏ có thể sử dụng giải pháp nén ép đất (phương pháp nén xuyên qua) và khi tiết diện thi công lớn hơn phải sử dụng giải pháp tách bóc đất (phương pháp khoan qua hoặc đào qua)

Hình 1-8 : Kích ống và giếng kích ống qua sông Sài gòn cho loại D3000mm

1.2.2 Các công đoạn thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện

Khi thi công đường hầm dẫn nước cần căn cứ các điều kiện sau để đề ra các biện pháp thích hợp:

1.2.2.1 Tuyến đường hầm dẫn nước

Điều kiện địa hình, địa chất và điều kiện thi công quyết định đến việc lựa chọn tuyến đường hầm Trên thực tế, tuyến đường có thể gẫy khúc, các đoạn nối với nhau được lượn cong với bán kính không được nhỏ hơn 5 lần chiều rộng tiết diện của chúng và góc ngoặt không vượt quá 600

1.2.2.2 Tiết diện đường hầm

- Khi chế độ thuỷ lực trong đường hầm là chảy không áp: tiết diện đường hầm có thể là tròn, gần tròn nhưng vẫn phải đảm bảo tỷ số giữa chiều cao h và chiều rông b khoảng 1÷ 1,5 hoặc trường hợp cá biệt có thể lớn hơn Tiết diện hầm kiểu hình chữ nhật đáy bằng, trần vòm khi đường hầm xuyên qua vùng địa chất đá rắn chắc Trong trường hợp địa chất tuyến hầm không rắn chắc lắm, áp lực đất theo phương đứng không lớn và không có áp lực hông của đất lên vỏ hầm thì lại sử dụng tiết diện trần là nửa tròn

( a ) ( b )

( c ) ( d )

Hình 1-9 : Mặt cắt ngang đường hầm không áp

Hình 1-10 : Mặt cắt ngang đường hầm dẫn nước có áp

- Đường hầm dẫn nước có áp: tiết diện thường là tròn vì khi đó vỏ đường

hầm có khả năng chịu lực tốt cả về mọi phía, công tác đào với khối lượng ít, bêtông

đổ vỏ hầm ít, điều kiện thi công thuận lợi Tuy nhiên kích thước tối thiểu để đảm

bảo an toàn cho thi công là b ≥ 1,5m ; h ≥ 1,8m

1.2.2.3 Vỏ đường hầm

Vỏ đường hầm chịu tác dụng của các tải trọng : tải trọng thường xuyên, tải

trọng tức thời, tải trọng tạm thời, tải trọng đặc biệt Tuỳ thuộc vào khả năng chịu

lực và đặc điểm khối đất đá xung quanh tuyến hầm mà vỏ hầm có rất nhiều nhiệm

vụ :

- Vỏ hầm nhiệm vụ làm phẳng mặt trong của đường hầm để giảm tổn thất

thuỷ lực Trong trường hợp này vỏ hầm được làm bằng vữa bêtông phun dày từ 5

÷10cm khi đường hầm nằm trong khối đá rắn chắc không nứt nẻ

- Vỏ hầm có kết cấu làm nhiệm vụ chịu áp lực nước bên trong, áp lực đất và

áp lực nước ngầm từ bên ngoài, chống thấm, giảm ma sát khi khối đá xung quanh

không có khả năng đảm nhận tải trọng này và khi hầm đi qua tuyến có đá nứt nẻ

( c )

nhiều người ta có thể phụt vữa xung quanh đường hầm tạo nên một khối rắn chắc

cùng làm việc chung với vỏ hầm và làm cho tải trọng phân bố đều xung quanh

1.2.2.4 Các công đoạn thi công đường hầm

* Cửa nhận nước

Cửa nhận nước là cửa hầm bao gồm cả : lưới chắn rác, cửa van Công đoạn

để thi công cửa hầm gồm : bạt dốc, gia cố mái dốc và cửa hầm, đào cửa hầm, chống

đỡ

Dựa vào bản vẽ thiết kế về hình dạng cửa vào trước tiên bạt mái dốc sau đó bảo vệ cửa vào bằng cách dựng các chống đỡ tạm thời bằng khung vòm thép, phun bêtông và néo thép, tiếp tục gia tải phần nóc hầm

* Tháp điều áp

- Khi tháp điều áp nằm sâu trong lòng đất hàng trăm mét thì phải bắt đầu thi công từ đường hầm đã thi công trước thi công ngược lên bằng cách dựa các chiều cao một khối đào để đào giếng lò tiếp cận tầng đó

- Khi tháp điều áp nằm sát mặt đất lớp phủ mỏng thì coi đường hầm đặt nông khi thi công nó như thi công đào móng hố sâu từ mặt đất xuống đáy

1.3 THI CÔNG MÓNG TẦNG HẦM TRẠM BƠM ĐỨNG TRONG

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

1.3.1 Sàn lắp ráp và gian điều khiển của trạm bơm

1.3.1.1 Sàn lắp ráp trạm bơm

Sàn lắp ráp thường đặt phía đầu hồi của gian máy chính , gần đường chở vật liệu máy móc Yêu cầu diện tích của gian lắp ráp phải đủ để bố trí các cụm thiết bị để tiến hành lắp ráp , sữa chữa ( các cụm thiết bị gồm có : máy biến áp, các giá đỡ trên

và dưới của động cơ điện , rô to động cơ , trục, BXCT máy bơm , nắp máy bơm , ổ chịu lực ) Cũng có thể kết hợp bố trí một số cụm thiết bị cần sữa chữa trong gian máy chính khi sàn không đủ diện tích nếu bảo đảm việc sữa chữa không ảnh hưởng xấu đến độ an toàn của tổ máy đang vận hành Bề rộng sàn lắp ráp nên lấy bằng bề rộng gian máy để tận dụng cầu trục gian máy để nâng và chuyển các cụm thiết bị , việc bố trí vị trí các cụm máy cần bảo đảm tâm nâng nằm trong vùng hoạt động của các móc cầu trục Trên sàn gian máy chính cần bố trí các lỗ liên thông với tầng dưới

để thả móc cầu trục kéo van và một số thiết bị bên dưới lên để sữa chữa

Hình 1- 11: Bố trí các cụm thiết bị sữa chữa trên sàn lắp ráp và gian máy

Trong đó: 1,2- giá đỡ trên và dưới của động cơ; 3- vùng đặt MBA sữa chữa; 4- ổ chịu lực; 5- rôto động cơ điện; 6- trục; 7,8- BXCT và nắp máy bơm; 9,10- ranh giới vùng làm việc củamóc chính và móc phụ cầu trục; 11- trục dầm đỡ cầu trục; 12- lỗ

nâng van đĩa; 13,14,15 - động cơ điện

1.3.1.2 Gian điều khiển

Các gian thiết bị phụ phần điện thường được bố trí cùng tầng trên với gian máy , trong đó chứa các tủ điện điều khiển , các thiết bị phân phối cùng phía với trạm m áy biến áp để rút ngắn đường dây dẫn điện và dễ quản lý Nếu số lượng tủ điện quá nhiều thì thường các gian thiết bị điện xây ghé sát và thông với gian máy gian máy chính, nếu diện tích gian máy có đủ để bố trí cá c thiết bị điện thì đặt chúng luôn trong gian máy chính Trường hợp không thể bố trí các gian điện liền với gian máy chính thì mới bố trí chúng ở khu riêng tách khỏi nhà máy , cách bố trí này sẽ không lợi về quản lý Các gian đặt thiết bị điện phải đảm bảo khô ráo , thông gió tốt , an toàn điện, dùng vật liệu chống cháy để xây buồng

Hình 1- 12: Cắt dọc và bố trí gian động cơ, gian điều khiển

Trong đó: 1- động cơ điện; 2- máy bơm chính; 12- các tủ điện điều khiển; 14- ống tràn nước ;15- thiết bị phân phối điện; 16- các thùng dầu vận hành; 17- máy bơm tháo nước; giếng nước tháo; 13- đường hầm tập trung nước tháo và nước thấm; 11- cầu trục

1.3.2 Gian đặt máy bơm

Gian máy bơm chính là nơi đặt máy bơm chính , ống đẩy, thiết bị phụ và bệ đỡ động

cơ điện, yêu cầu phải khô ráo và sạch sẽ và đảm bảo đi lại vận hành Gian máy bơm

có thể n găn thành từng buồng cho từng tổ máy bơm , cũng có thể không xây ngăn

mà để thông giữa các tổ máy Việc xây ngăn hay không tùy thuộc vào độ cứng của tường nhà máy Khi chiều cao gian bơm lớn hơn 10 m người ta thường xây tường

ngăn để rút ngắn chiều dài nhịp dầm đỡ các dầm chính của động cơ chạy suốt dọc nhà máy, giảm khối lượng bê tông và thép dầm , nhưng cũng làm tăng chiều dài nhà máy tăng khối lượng bê tông của gian máy Ngược lại , trong kết cấu không có tường ngăn thì chiều dài nhà máy sẽ giảm , nhưng tường thượng hạ lưu nhà máy sẽ dầy hơn để đỡ dầm chính của động cơ Vì vậy loại không có tường ngăn thường dùng khi chiều cao gian máy bơm từ 5 đến 8 m Theo kinh nghiệm thường bề dày tường thượng hạ lưu lấy như sau : khi chiều cao tường 4 m thì lấy bằng 0,6m; khi chiều cao tường 6 m lấy bằng 0,8 m; cao 8 m lấy bằng 1,0 m

Để chống thấm nước vào giam máy bơm , khi xây dựng mặt ngoài tường ta trát lớp

xi măng chống thầm cao hơn mực nước cao nhất một đoạn 0,5 m, phía tường có đắp đất phải quét thêm hai hoặc ba lớp nhựa đường và phủ ngoài bằng bao tải , mặt trong tường quét vôi chống ẩm Từ gian bơm xuống ống hú t và đường hầm thường làm các cửa lên xuống và cầu thang ở vị trí thuận lợi Lỗ cửa có kích thước đủ cho người lên xuống , thường lấy đường kính 0,8 m, nếu lỗ vuông thì lấy 0,8 x 0,8 m Đậy lỗ bằng bằng thép tấm dày 1 đến 1,5 cm, để chồng nước rò lên sàn ta đặt tấm đệm cao su dưới tấm nắp cho kín nước

1.3.3 Buồng đặt ống hút

Buồng hút có kích thước định hình được tính theo các công thức kinh nghiệm Tuỳ loại kết cấu máy mà buồng hút có kết cấu khác nhau Buồng hút của các loại bơm có lưu lượng lớn phải được đặc biệt chú ý đến chất lượng thuỷ lực, nhất là loại

bơm kiểu treo, kiểu ngồi(kết cấu nhà máy bơm kiểu buồng ướt) Khi hoạt động, do

có nhớt nên lớp nước trước bánh công tác cũng có vận tốc vòng và quay theo chiều quay của cánh, kết hợp với dòng vào buồng hút không đối xứng nên tạo thành các loại xoáy mặt và xoáy ngầm Xoáy mặt chúng ta dễ dàng phát hiện bởi các phễu khí, riêng xoáy ngầm phải có kinh nghiệm nghe qua tiếng động bất thường về thuỷ

lực khi bơm vận hành Cả hai loại xoáy này đều gây rung động máy và làm cho máy chóng hỏng Người ta thường bố trí chóp dẫn dòng ở buồng hút hoặc các vách dẫn dòng ở phía cuối buồng hút để làm nhiệm vụ hướng dòng và tránh hiện tượng phát sinh xoáy Đây không phải là giải pháp phá xoáy mà là hướng dòng để không có xoáy Ngoài ra, do xoáy hai bên cánh gà nên buồng hút của hai máy hai đầu nhà máy thường bị bồi lắng, thiếu nước và gây xoáy làm bơm chóng hỏng

Với mỗi loại máy bơm lắp đặt ở nhà máy kiểu buồng ướt, các trị số h1,h2,B và Lmin đều được nhà máy chế tạo ghi trên bản vẽ bố trí máy bơm của cataloge giới thiệu sản phẩm Cán bộ tư vấn nên tham khảo cả các thông số tính toán theo các công thức trong sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi để lựa chọn thông số tốt nhất, không nên chỉ tính toán và lấy theo các công thức tính theo Dv, hoặc các trường hợp buồng hút chỉ tính theo chỉ dẫn của nhà thầu cung cấp máy

Thường các bơm lớn có lưu lượng trên 10.000m3/h tốt nhất là làm buồng hút

có ống hút cong được làm bằng bê tông hoặc thép gắn vào bê tông Trường hợp những bơm còn lại phải bố trí chóp dẫn dòng đồng thời với các giải pháp kết cấu buồng hút để dẫn dòng đảm bảo không sinh xoáy(Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi phần 2 tập 3, trang 252) Những kích thước được tính toán và cần thiết phải được kiểm tra chí ít cũng bằng mô hình toán để kiểm soát được dòng chảy vào bơm đảm bảo phân

bố đều và ổn định

Cũng phải lưu ý rằng kích thước Dv của các nhà chế tạo bơm không giống nhau khi có cùng một đường kính cánh Vì vậy công thức tính toán các kích thước dựa vào Dv sẽ không giống nhau khi so sánh các bơm có cùng một thông số Q, H của các công ty chế tạo bơm khác nhau Người thiết kế phải có kinh nghiệm và so

sánh với các buồng hút của các máy bơm có Q, H cùng loại đã được xây dựng trước đây có chế độ thuỷ lực buồng hút tốt mà quyết định thông số cho phù hợp

Cách bố trí mặt bằng buồng hút trạm bơm vừa và nhỏ thường dùng buồng hút hình chữ nhật Muốn cho các bơm có điều kiện thủy lực tốt thì tốt nhất mỗi bơm

có một buồng hút riêng biệt, nếu trạm có nhiều máy bơm thì giữa các bơm có tường ngăn Cố gắng nên bố trí dòng chảy vào máy cùng hướng với dòng chảy đoạn kênh nối tiếp với nó, nếu khác hướng phải làm tường hướng dòng để cho dòng chảy điều hòa, giảm đến mức tối đa ảnh hưởng của dòng xiên (Hình 1-13,c ) Để tránh cho khi

bơm nước không tạo thành xoáy và chảy quẩn , làm giảm hiệu suất bơm , bơm được đặt sát vào tường sau một khoảng là 0,75 đường kính miệng vào ống hút Dv , đối với buồng hút hình tròn và nửa tròn không được đặt bơm có trục vào đúng tâm vòng

tròn vì dễ tạo ra xoáy nước Một số cách bố trí không tốt như đã chỉ ra ở hình 1-13 :

Hình 1-13: Bố trí buồng hút máy bơm

1.3.4 Xử lý móng tầng hầm buồng đặt ống hút

Hình 1- 14: Biện pháp thi công xử lý móng buồng hút

Quá trình thi công theo phương pháp top-down xử lý móng tầng hầm trạm bơm

được tiến hành theo các bước sau:

Giai đoạn I : Thi công hệ cọc cừ vây xung quanh để bảo vệ hố đào theo phương

pháp top –down, đối với trạm bơm đứng ta có thể dùng:

- Phương án dùng cọc Bê tông đóng sát với tường của trạm bơm xong tiến hành

đào đất và thi công từ trên xuống

- Phương án dùng hệ cọc cừ thép đóng xuyên sâu quá đáy móng một khoảng nhất định, trường hợp này ta đóng cách xa tường hố móng trạm bơm một khoảng nhất định và tiến hành đào đất thi công từ trên xuống( Trên hình là dùng cọc cừ bảo vệ)

Giai đoạn II : Thi công tầng hầm thứ nhất

Giai đoạn III : Ta có thể thi công phần kết cấu ngay trên mặt đất

Giai đoạn này bao gồm các công đoạn sau :

- Ghép ván khuôn thi công tầng 1 Hệ ván khuôn cột chống được đặt trực tiếp lên hệ thống sàn tầng hầm thứ nhất

Giai đoạn IV: Thi công tầng hầm thứ hai

Gồm các công đoạn sau :

- Tháo ván khuôn chịu lực tầng ngầm thứ nhất

- Đào đất đến cốt mặt dưới của đáy kết cấu sâu nhất

Thi công cốt thép bê tông sàn tầng hầm thứ hai và hoàn thiện các điểm liên kết cũng như hoàn thiện bên trong

Trong công tác thi công xử lý móng trạm bơm ta cần chú ý thêm một số vấn đề :

Công tác đào đất được tiến hành từng đợt một chúng ta tận dụng các lỗ mở sàn bơm, cầu thang làm nơi vận chuyển đất lên mặt đất

Khi bê tông sàn tầng hầm cốt thứ nhất đã đạt yêu cầu về cường độ thiết kế thì công tác đào đất dưới cho tầng hầm tiếp theo mới được tiến hành

Trong khi tiến hành đào bố trí các hố gom nước và máy bơm kết hợp với ống kim lọc nếu cần thiết, đề phòng nước ngầm dâng cao ảnh hưởng đến quá trình thi công

Khi thi công phần ngầm trong giai đoạn này còn có thể gặp các mạch nước ngầm có áp nên ngoài việc bố trí các trạm bơm thoát nước còn chuẩn bị các phương

án vật liệu cần thiết để kịp thời dập tắt mạch nước

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

1 Để thi cụng múng cỏc cụng trỡnh ngầm đặt nụng trong đụ thị cũng như trong thủy lợi hiện nay thường ỏp dụng ba phương phỏp chớnh là phương phỏp đào

mở, thi cụng từ dưới lờn và thi cụng từ trờn xuống

2 Cú nhiều phương phỏp thi cụng đường hầm nhưng ỏp dụng phổ biến hiện nay ở Việt Nam là phương phỏp thi cụng bằng khoan - nổ

3 Việc thi cụng và xử lý múng cho một số cụng trỡnh thủy lợi núi chung và trạm bơm đứng cú một đến hai tầng hầm sõu trong đất núi riờng chỳng ta cú thể ỏp dụng biện phỏp thi cụng theo trỡnh tự từ trờn xuống

CHƯƠNG 2 THI CÔNG XỬ LÝ MÓNG TRẠM BƠM ĐỨNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN 2.1 ĐẶC ĐIỂM TRẠM BƠM ĐỨNG

2.1.1 Mục đích xây dựng

Nhà máy bơm kiểu buồng đứng là nhà máy có móng đúc liền và các tổ máy bơm chính và gi an máy nằm thấp hơn cao trình mặt bằng san ủi của khu nhà máy Nhà máy bơm kiểu buồng thường dùng cho trạm bơm vừa và lớn , lấy nước từ nguồn nước hở đặt trên bờ ổn định khi giao động mực nước vượt quá khả năng hút của máy bơm Nó thường được lắp máy bơm li tâm song hướng lớn và các loại bơm hướng trục và các bơm trục đứng Lưu lượng lớn nhất đạt được của kiểu nhà máy này có thể tới 10 m3

/s, thường dùng nhà máy kiểu buồng với lưu lượng máy bơm

Q < 2 m3/s

Hình 2- 1: Nhà máy bơm loại buồng ướt máy đặt chìm

2.1.2 Các kiểu trạm bơm đứng

Nhà máy bơm kiểu buồng về kết cấu chia ra hai loại như sau:

Nhà máy loại buồng khô : Máy bơm chính được đặt trong buồng kh ô ráo, liên hệ

với nguồn nước thông qua ống hút dài khi nhà máy và cửa lấy nước đứng tách riêng hoặc ngay từ phần cửa lấy nước của nhà máy loại kết hợp giữa nhà máy và cửa lấy nước Chiều cao hút nước có thể bất kỳ ( âm, dương hoặc bằng 0 ), do vậy được dùng rộng rãi

Nhà máy bơm buồng khô khác với loại buồng ướt là máy bơm không đặt trong nước mà đặt trong buồng kín nước và đảm bảo khô ráo Cũng như kiểu buồng nói chung loại này cũng ưa dùng với các loại máy bơm có lưu lượng nhỏ hơn 2 m3

/s Khi dùng máy bơm trục ngang thì nhà máy chỉ có một tầng nhưng phần dưới mặt đất được đúc bằng bê tông cốt thép để đủ cứng và chống thấm nước , cách bố trí nhà máy cũng giống nhà máy bơm móng tách trên mặt đất Khi dùng máy bơm trục đứng nhà máy sẽ có hai tầng: tầng trên đặt động cơ và thiết bị điện còn tầng khô bên dưới đặt máy bơm Nước từ buồng hút được dẫn đến máy bơm bằng các đường ống kim loại đặt trong buồng khô , buồng khô còn đặt đoạn ống đẩy và các van trên ống đẩy Thường đường ống lớn và thiết bị trên ống cồng kềnh ngăn trở việc đi lại trong buồng, do vậy cần xây cầu công tác t rên các đường ống để đảm bảo đi lại và vận hành Kích thước bồng khô xác định theo điều kiện bố trí các thiết bị và đường ống cũng như theo điều kiện cao trình đặt máy bơm Tấm đáy buồng khô phải bảo đảm không thấm nước và có bố trí rãnh để tiêu nước rò rỉ , bề dày tấm móng đủ bảo đảm nhà máy ổn định và không thấm nước