nghiên cứu sự hình thành bụi trong quá trình đào hầm bằng phương pháp khoan - nổ mìn và biện pháp làm sạch không khí trong hầm

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu sự hình thành bụi trong quá trình đào hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn và biện pháp làm sạch không khí trong hầm” là đề tài do cá

Sau một thời gian dài tập trung nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao

Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã nuôi dưỡng, động viên

và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, những người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả để hoàn thành tốt luận văn này

Hà Nội, ngày 28 tháng 8 năm 2012

Nguyễn Ngọc Cương

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu sự hình thành bụi trong quá trình đào hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn và biện pháp làm sạch không khí trong hầm” là đề tài do cá nhân tôi thực hiện, dưới sự hướng

dẫn khoa học của GS.TS Vũ Trọng Hồng

Các số liệu sử dụng để tính toán là trung thực, những kết quả nghiên cứu trong đề tài luận văn chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào Tôi xin chịu trách nhiệm về đề tài luận văn của mình./

Học viên

Nguyễn Ngọc Cương

MỞ ĐẦU

I T ính cấp thiết của đề tài:

Ở Việt Nam đường hầm cũng chỉ được phát triển trong hơn một thập kỷ gần đây, và nhất là trong lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi – thủy điện, giải pháp đường hầm được sử dụng rất nhiều như: nhà máy thủy điện Hòa Bình, Nậm Chiến, Nậm Củn, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình, Đồng Nai và nhiều nhà máy thủy điện khác

Phương pháp đào đường hầm phổ biến là khoan – nổ, nhưng nhược điểm của phương pháp khoan – nổ là hình thành rất nhiều bụi trong quá trình thi công

Do vậy đề tài mang tính cấp thiết để nghiên cứu làm sạch không khí trong đường hầm khi có xét đến bụi

II Mục đích của đề tài:

Sự hình thành bụi trong quá trình đào hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn;

Thiết kế và bố trí hệ thống thông gió làm sạch bụi trong đường hầm và áp dụng cho công trình đường hầm nhà máy thủy điện Nậm Củn;

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tài liệu lý thuyết, thực nghiệm, thực tế nghiên cứu về sự hình thành bụi và biện pháp để làm sạch không khí

Áp dụng cho một công trình thực tế

IV Kết quả dự kiến đạt được:

Giới thiệu biện pháp nghiên cứu về sự hình thành bụi trong phương pháp khoan – nổ mìn đào hầm

Sử dụng biện pháp thông gió để làm sạch bụi trong hầm

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4 Kết quả dự kiến đạt được

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SỰ HÌNH THÀNH BỤI VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

1.1 Đặc điểm về đào đường hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn

1.2 Sự hình thành bụi trong quá trình khoan, nổ mìn, xúc chuyển khi thi công đường hầm

1.3 Các biện pháp sử lý bụi trong đường hầm

1.4 Kết luận chương 1

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH BỤI TRONG ĐƯỜNG HẦM BẰNG HỆ THỐNG THÔNG GIÓ

2.1 Nguyên lý về thông gió trong đường hầm

2.2 Xác định lượng không khí cần thồi vào hầm, bao gồm yêu cầu làm sạch bụi 2.3 Kết luận chương 2

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ

3.1 Thiết kế hệ thống thông gió để làm sạch bụi trong hầm

3.2 Bố trí hệ thống thông gió theo các gương hầm trong quá trình đào hầm 3.3 Kết luận chương 3

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG BỐ TRÍ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ BỤI KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM CỦN

4.1 Giới thiệu về công trình thủy điện Nậm Củn

4.2 Đặc điểm thi công đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Nậm Củn

4.3 Tính toán và bố trí hệ thống thông gió có xét đến yếu tố bụi phù hợp với công trình

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SỰ HÌNH THÀNH BỤI VÀ BIỆN PHÁP XỬ

LÝ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

1.1 Đặc điểm về đào đường hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn

1.1.1 Các phương pháp xây dựng đường hầm

1.1.1.2 Phân loại đường hầm:

- Dựa theo mục đích đường hầm được chia làm 2 nhóm chính:

+ Nhóm đường hầm giao thông:

 Đường hầm cho đường sắt;

 Đường hầm cho xe cơ giới;

 Đường hầm cho người đi bộ;

 Đường hầm cho vận tải thủy;

 Đường hầm cho xe điện ngầm

- Dựa trên vị trí xây dựng đường hầm được chia làm 3 loại chính:

+ Đường hầm qua đất mềm: Đây là loại đường hầm đặt nông, dùng vào mục đích đường xe điện ngầm, hệ thống cống nước và đường tiêu nước Do đất

là kết cấu trong khi đào phải chống đỡ nên phải dùng khiên để phục vụ cho đào hầm không cho đất tràn vào khối đào; Trong trường hợp qua đô thị còn được dùng phương pháp đào hở rồi lấp lại (Cut and Cover Tunnel Structures)

+ Đường hầm qua đá: Đường hầm này thường được dùng cho đường sắt

hoặc đường cho xe cơ giới xuyên qua núi Nhiều năm trước đây buộc phải dùng thuốc nổ để phá đá trong lòng núi (phương pháp nổ mìn) Ngày nay dựa vào những thiết bị nghiền đá khồng lồ gọi là máy đào hầm (Tunnel Boring Machine)

để đào hầm

+ Đường hầm dưới nước: Phương pháp này là một kỹ sảo đặc biệt để tiến hành thi công trong nước Trước đây người ta dùng phương pháp đào trong những khoang bịt kín (thùng chìm) có áp lực để ngăn cách nước ở ngoài không cho vào được Ngày nay đường hầm được chế tạo sẵn trên bờ từng đoạn rồi đưa đến vị trí hầm, được đánh chìm vào hào đã đào sẵn ở đáy sông hoặc ở vịnh, sau

đó ghép lại, bịt kín, bơm nước ra (Immersed tube Tunnels)

1.1.2 Ph ương pháp đào hầm bằng khoan nổ

1.1.2.1 Đặc điểm công tác nổ trong đào hầm:

Công tác này đã được sử dụng từ thời cổ xưa Hiện nay phương pháp này vẫn dùng rộng rãi để đào đất, đá cứng với mặt cắt hầm có hình dạng bất kỳ và kích thước to nhỏ khác nhau Trường hợp đào hầm có mặt cắt không tròn hoặc

có mặt cắt tròn nhưng chiều dài hầm quá ngắn, hoặc khi gặp phải cấu trúc địa chất nứt nẻ nhiều, có đứt gãy hoặc do những điều kiện cụ thể khác như mặt cắt gồm nhiều lớp địa chất khác nhau, đá vò nát, hoặc đá quá cứng (k > 9) thì phương pháp nổ mìn ưu việt hơn hẳn so với máy đào TBM

Phương pháp nổ mìn để thi công các công trình thuỷ lợi là phương pháp thi công tiên tiến, có thể tăng nhanh được tốc độ thi công, giảm nhẹ, tiết kiệm sức lao động, giảm bớt việc sử dụng máy móc, thiết bị, công cụ để thi công

Hình 1- 1: Đào đường hầm trên toàn bộ mặt cắt

Hình 1- 2: Sơ đồ đào từng phần (nửa trên và nửa dưới)

Ưu điểm:

- Hoàn thành được công việc nhanh chóng bất kỳ loại đất đá nào

- Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu, thời tiết nên có thể tiến thành trong bất kỳ thời gian nào

Nhược điểm:

- Đòi hỏi thợ có chuyên môn tay nghề cao

- Công tác an toàn phức tạp

1.1.2.2 Tác dụng các loại lỗ mìn và mạng gây nổ trong đào hầm:

- Lỗ mìn tạo rãnh : bố trí giữa gương hầm nhằm tạo mặt thoáng để hiệu quả nổ cao Có nhiều cách bố trí tùy thuộc hướng tạo mặt thoáng

- Lỗ mìn phá: bố trí trên toàn bộ gương hầm nhằm phá đá

- Lỗ mìn sửa hoặc lỗ mìn viền, bố trí ở chu vi gương hầm để đảm bảo hình dáng đường viền gương hầm phù hợp thiết kế

Sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai để đào hầm

tiên, nổ mình rãnh - nổ mìn phá cuối cùng

- Nếu bố trí nổ mìn sửa (khi đá cứng, ít nứt nẻ): nổ mìn rãnh trước tiên –

nổ mìn phá - nổ mìn sửa cuối cùng

1.1.2.3 Nổ mìn vi sai trong đào hầm:

Nổ mìn vi sai là quá trình nổ giữa các khối thuốc liên tiếp nhau cách nhau

1 khoảng thời gian nhất định (tính bằng ms) bảo đảm hiệu quả nổ theo yêu cầu xong không gây phá hoại lớp đất đá xung quanh hầm

Trình tự nổ như sau:

Hình 1- 5: Nổ mìn vi sai

Cường độ cực đại của dao động không vượt quá một cấp vi sai Vận tốc

do sóng nổ mìn gây ra v phải nhỏ hơn vận tốc lay động hòn đá

+ Đất đá ít nứt nẻ: k = 100 – 200

+ Đá rời bão hòa nước: k = 450 – 600 α: là hệ số phụ thuộc vào khoảng cách r

+ Gần điểm nổ r < 100 thì α = 2,5 + Xa điểm nổ r > 100 thì α = 1,5 [v]: tốc độ lay động hòn đá

+ Đá nứt nẻ: [v] = 20 cm/s + Đá ít nứt nẻ: [v] = 50 cm/s + Đá tốt: [v] = 100 cm/s Khi hệ thống có nhiều mạng nổ thì có nổ đơn và nổ kép, và giá trị [v] thay đổi theo cách nổ:

+ Gạch: [v] = 14 cm/s – nổ đơn

[v] = 3 cm/s – nổ kép + Bê tông: [v] = 130 cm/s – nổ đơn

Tuỳ theo kích thước gương đào, dùng các loại thiết bị sau đây:

1 Gương đào nhỏ: Dùng xe goòng nhỏ chạy trên đường ray và đất đá được xúc bởi máy xúc kích thước nhỏ cũng chạy trên đường ray, có loại xúc thẳng đất đá vào toa xe (hất qua thân máy), có loại xúc vào băng tải để truyền đến toa xe Loại thiết bị này hệ số đầy gầu rất thấp (0,35-0,4), nên năng suất kĩ thuật chỉ bằng 50% năng suất lí thuyết Năng suất thực tế lại còn thấp hơn nữa so với năng suất kĩ thuật

n thực tế = n kỹ thuật x K thời gian

K thời gian = tR n R / (tR n R + ∑tR i R)

tR n R- thời gian xúc thuần tuý cho một toa xe

∑tR i R; - tổng tiêu hao thời gian cho việc di chuyển toa xe vào và ra, di chuyển đầu máy kéo, kể cả thời gian tiến lùi của máy xúc

1 Xe chạy trên đường ray (có đầu máy kéo)

Trong những đường hầm có tiết diện nhỏ và trung bình (nhỏ hơn 6x6,5 m), máy đào gàu xúc không thể làm việc được, do vậy việc vận chuyển đá ra bãi thải và vận chuyển vật liệu, kết cấu vào gương đào, thường do các xe goòng loại

nhỏ, có đầu máy kéo bằng điện thực hiện, ứng với độ dốc tới 30%

Đường ray với các loại bánh xe 600, 700, và 900 mm; khi đường hầm có

vỏ với chiều rộng lớn hơn 3,5 m có thể làm đường đôi

Trong các đường hầm hẹp có một đường ray, để các đoàn tàu có thể tránh nhau được, thì cứ mỗi khoảng cách nhất định (300-400 m) lại có một chỗ mở rộng ra để chứa các toa xe Khoảng trống giữa các toa xe và đầu máy tránh nhau

ở giữa 2 đường không nên nhỏ hơn 0,2 m

Để chuyển các toa xe và các đầu máy từ đường này sang đường kia, người

ta phải làm đường rẽ cùng với thiết bị bẻ ghi

Năng suất của máy xúc đá phụ thuộc vào tốc độ chất tải vào vào toa xe Vì thế trong công tác tổ chức dọn đá phải đặc biệt chú ý đến khâu này Việc kéo dài thêm đường ray ở ngay tại gương đào để máy xúc có thể di chuyển qua lại và các toa xe vào sát tới tận gương đào được thực hiện bằng các đoạn ray cứng, di chuyển được, dài 5 m, được đặt trên các tà vẹt kim loại Khi xúc đá trực tiếp vào toa xe thì yêu cầu đầu tiên là các toa xe phải đưa sát vào máy xúc, và sau khi đầy tải thì phải nhanh chóng chuyển đi nơi khác Để thực hiện việc này phải dùng các thiết bị khác nhau Đối với đường đôi áp dụng các nhánh cắt nhau 1 và 2

(Hình 1-7), được hàn trên các tấm thép có thể di chuyển được Thiết bị này đảm bảo cho cả 2 máy xúc số 3 làm việc Đầu máy kéo chạy điện số 8 luôn đứng trong khoang đào, đẩy những toa không tải 4, 5 đang đứng trên đường bên phải theo đường nhánh 1 tiến sát máy xúc Đầu máy kéo chạy điện số 2 kéo những toa đầy tải số 6 thành một đoàn tàu chạy ra ngoài đường hầm theo đường bên trái Theo đường bên phải số 1 đoàn tàu không tải tiến đến, đầu máy kéo của đoàn tàu đó chuyển sang đường bên trái, đầu máy kéo 8 nhờ đường nhánh 2 trở thành đuôi của các toa xe không tải, tiếp tục đẩy những toa không tải vào sát máy xúc

Hình 1- 7: Sơ đồ các nhánh đường vận chuyển cắt nhau

Trong những đường hầm tiết diện nhỏ, chỉ có một máy xúc hoạt động thì việc chuyển chỗ của toa xe không tải và có tải được thực hiện nhờ một đường rẽ, lắp ráp trên một tấm thép di chuyển được (nếu chiều rộng đường hầm cho phép) Trường hợp chiều rộng đường hầm quá hẹp thì việc đổi chỗ cho các toa xe sẽ

tiến hành bằng hầm nhánh H (Hình 1-8)

Hình 1-8: Sơ đồ đổi chỗ các toa xe bằng hầm nhánh H

Để chất tải vào các toa xe người ta thường dùng các loại băng chuyền di

chuyển trên đường ray (Hình 1-9) Để dỡ tải, thông thường sử dụng loại toa xe

, khoảng cách bánh xe không nhỏ hơn 750mm, thành toa xe có thể tự mở ra,

đáy thùng xe có thể nâng lên được (Hình 1-10) Trên các bãi thải người ta còn

dùng loại xe không tự lật, mở và việc dỡ tải phải nhờ một thiết bị chuyên dùng

Để vận chuyển vữa bê tông vào khoang đào người ta sử dụng loại toa xe có dung

tích nhỏ; tự lật nghiêng, hoặc loại xe chuyên dùng, trên thùng xe đặt các thùng chứa vữa bê tông Những khối bê tông lắp ráp và vật liệu dùng để gia cố được chở trên xe chuyên dùng

Những đầu máy kéo chạy bằng cáp điện thì rẻ hơn nhiều so với bình ắc quy

Loại đầu máy này có công suất từ 12 đến 80KW, dòng điện một chiều, điện thế 250V, lực kéo 500, 1700 và 2400 kg ứng với trọng lượng 3,1 và 14T

Có những đầu máy chạy điện kích thước nhỏ, làm việc với điện thế 50v, lực kéo

220 kg Đường cáp điện cần phải treo ở độ cao không nhỏ hơn 2,2 m so với đầu của đường ray, và không nhỏ hơn 0,2m so với đáy kết cấu nằm ngang của vật chống nóc hầm Đầu máy chạy điện chỉ nên dùng ở những đoạn đường hầm đã hoàn thành, Thuận lợi nhất là dùng đầu máy chạy bằng điện và ắc quy, để có thể

chạy ở những đoạn không có dây cáp điện (giành cho người đi lại, đang thi công

bê tông, v.v ) Song loại này rất đắt và rất phức tạp

Tốc độ di chuyển của đầu máy chạy bằng ắc quy khoảng 6km/h, còn loại máy chạy bằng cáp điện từ 8-12km/h Đôi khi trong xây dựng đường hầm còn sử

dụng động cơ chạy bằng khí nén

Tính toán đối với đầu máy chạy điện:

Xác định trọng lượng tối đa của đoàn tàu Qc, trọng lượng đầu máy kéo

Pe, lực kéo F, trọng lượng bám dính Pc

5: Hệ số có xét gia tốc khi bắt đầu chuyển động;

ψ: Hệ số bám dính của các bánh xe với đường ray khi bắt đầu chuyển động, bằng 0,25

Trong những công thức trên tất cả trọng lượng và lực được tính bằng T Thời gian vận chuyển ra bãi thải TR 0 R, phút, được xác định theo chiều dài quãng đường L, m, tốc độ trung bình Vtb, m/s, có xét đến thời gian quay đầu máy, toa

xe ở khoang đào và bãi thải TR 1 R, phút, và tránh vào đường nhánh (khi đường vận chuyển một chiều) TR 2 R, phút:

TR 0 R = 2L/60Vtb + TR l R+TR 2

Sử dụng xe ô tô vận chuyển trong đường hầm là rất hiệu quả, bởi vì không cần công nhân đặt đường ray, các đường tránh, đường chéo, treo cáp điện, di chuyển các toa xe trong gương đào mất nhiều thời gian và phức tạp v.v Dung tích thùng xe càng lớn thì đảm bảo năng suất càng cao Tùy theo kích thước hầm,

sử dụng các loại xe có trọng tải từ 3-25T và xe tự đổ có dung tích thùng từ 1-6

Hình 1-11: Trợ giúp cho việc quay xe khi kích thước gương đào nhỏ

Việc tính toán năng suất xe vận chuyển khi thi công trong đường hầm, về nguyên tắc, không khác với việc tính toán khi thi công trên mặt đất

1.1.2.5 Công tác gia cố đất đá trong quá trình đào hầm:

a Đá cứng liền khối ít nứt nẻ:

Không gia cố hoặc phun vữa bê tông bảo vệ mặt đá

Bê tông phun lên mặt đá khi cần gia cố đá có 2 chức năng rõ rệt là làm cho lớp đá quanh khối đào được kết dính với nhau ngăn cản các hạt rơi ra và tạo một màng ngăn cách bên ngoài Thường phụt vào đá với áp lực cao để ép vữa

vào các lỗ rỗng giữa các hòn đá Chỉ trong một vài phút (lớp ban đầu chỉ tính trong một vài giây) tạo ra một màn có tác dụng ngăn cản những miếng đá cá biệt rời ra hoặc rơi xuống Như vậy loại bỏ áp lực tồn tại ở bề mặt đá và hướng sự dịch chuyển của các hạt đất đá ngược vào trong khối đá Cường độ nhanh chóng đạt được (thường 1050MPa trong 30 giây, 4900MPa trong 8 giờ), cho phép màn phun nhanh chóng thành một màn ngăn và tiếp theo tăng cường độ như một lớp

đá mới chống lại sự biến dạng nhằm tạo ra điều kiện cân bằng mới

Công nghệ phun bê tông dạng khô là chủ yếu, nhưng từ năm 1991, tại hội nghị về phun bê tông do hiệp hội đào hầm quốc tế tổ chức đã công bố những kết quả phun bê tông ướt thành công (Na Uy, Thụy Điển, Đức, Autralia) Công nghệ phun bê tông ướt là trộn hỗn hợp cốt liệu, xi măng và nước trước khi phun, còn công nghệ phun bê tông khô là hỗn hợp cốt liệu và xi măng trộn trước và được phun ra cùng lúc với nước từ một vòi phun khác tạo thành hỗn hợp bê tông ướt trước khi bắn vào mặt đá

Cả hai loại có những ưu và nhược điểm riêng Điểm nổi bật nhất của

phương pháp phun ướt là đảm bảo chính xác tỷ lệ cấp phối vật liệu, ngoài ra tỷ lệ hao hụt vật liệu ít và môi trường ít bụi Còn phương pháp phun khô thì độ bám dính của bê tông vào đá cao, do trộn khô nên chiều dài quãng đường vận chuyển không bị hạn chế, song khi phun thì tỷ lệ thất thoát vật liệu nhiều và đặc biệt môi trường ô nhiễm nặng vì bụi

Công thức tính chiều dày bê tông phun như sau :

Hk = 0,35.a.γ G / Kc.KR 1 R.R

Trong đó:

Hk chiều dầy bê tông phun ở vòm hầm

G áp lực tiêu chuẩn thẳng đứng của đá lên vỏ bê tông phun G = a.ρg / f k

a bước phun theo chiều dài vòm

ρg = γ đá

fR k R hệ số cứng của đá ( theo Protodiakonop )

Kc - Hệ số điều kiện làm việc

KR 1 R - hệ số theo tuổi bê tông

R - độ bền kéo của bê tông

b Đá nứt nẻ nhiều, bên trong có khối đá ổn định:

Gia cố bằng neo thép hoặc neo bê tông cốt thép

Đào hầm trong đá có nhiều khe nứt hoặc xếp lớp, một phần của khối đá (giới hạn trong một phạm vi nào đó), tùy theo tính chất của vết nứt và cấu tạo lớp, đá có xu hướng rơi ra từ phía đào Nếu như khối đá này được neo sâu vào vòm đá xung quanh thì sẽ không thể dịch chuyển Sự ổn định được tăng lên, nếu neo sau khi gắn vào vòm đá được kéo căng ra thì sẽ tạo cho khối đá xung quanh

khối đào nằm trong trạng thái ứng suất trước, nhờ đó khối đào tạo thành một vòm đá chịu tải

Hình 1- 12: Kết cấu bằng Neo (anke)

Tùy theo tính chất và thế nằm của đá để xác định vị trí sao cho neo không nằm dọc theo khe nứt của đá và cắt chéo qua các tầng đá Chiều dài và bước của neo (khoảng cách giữa các neo) được xác định bằng tính toán Trong điều kiện bình thường của đường hầm thì chiều dài của neo khoảng 1,5 - 3,5 m, bước của neo 1 -2 m Trong gian hầm của nhà máy thủy điện do độ rông và chiều cao lớn nên chiều dài của neo có thể lên đến 5-6 m hoặc lớn hơn nữa Cần thi công neo ngay sau khi phá nổ và thu dọn khoang đào Để gắn neo vào đá có thể dùng cách nêm hoặc phun bằng vữa xi măng mác cao và ninh kết nhanh

Hình 1- 13: Các loại Neo

- Neo có nêm bằng thép: Đường kính từ 22 đến 32 mm đoạn có nêm chẻ

ra dài khoảng 150 - 200 mm Nêm (1) đặt vào ngắn hơn đoạn chẻ khoảng 10 - 20

mm Thân neo (2) cùng nêm (1) được đưa vào lỗ khoan với đường kính lỗ khoan khoảng 30-45 mm và dùng búa hơi đóng neo vào Nêm sẽ đi vào đoạn chẻ của neo chèn chặt neo vào trong đá Khi đóng neo vào đá dùng mũ chụp khỏi làm hỏng đầu neo, sau đó bỏ mũ neo ra cho tấm đệm (3) và dùng mũ bu lông (4) siết chặt neo vào đá tạo ra lực căng

- Neo bê tông cốt thép: Sau khi khoan lỗ, đặt thép gai (1) vào lỗ khoan, gắn miệng lỗ khoan (5), sau đó phụt vữa ximăng mác cao qua ống phụt (4) vào lỗ khoan, không khí thoát ra ngoài qua lỗ thoát khí (3) Khi bê tông đã đông cứng đạt mác thiết kế thì gắn tấm đệm và xiết bu lông ở đầu thanh thép chốt (6) tạo ra lực căng

Công thức tính Neo như sau:

- Chiều dài neo áp dụng theo công thức :

H - Chiều sâu của khoang đào (Tính từ măt đất)

- Khoảng cách giữa các neo được xác định theo điều kiện của vòm đá trên gương đào:

Chiều dầy của vòm đá được xác định theo công thức :

La = L - a Lực ép của vòm đá được xác định theo công thức :

H =

'

' 8

' '

8

) ' (

1 1

2

b h

b q h

b

b’, h’ - khoảng trống và chiều cao của vòm đá

q - Tải trọng của đá tác dụng lên vòm

q = KR 1 R.γ.Ro

KR 1 Rdựa vào biểu đồ f(φ) - R/Ro

b’ = b + L

b’/h’=b/h Khi đó : H = q(b + L ) b/8hR 1Đại lượng [ ]σ - ứng suất nén giới hạn cho phép của đá, thì lực đẩy lớn nhất Hmax = [ ]σ La/2 do đó bước của neo bằng :

thực tế neo chịu được tải trọng trung bình 5 - 12 T

Trường hợp biết được trị số Q (Barton) của đá và đường kính tương đương của neo thì có thể dùng bảng tra khoảng cách neo, độ dày phun vữa bê tông

c Đất đá xen kẹp:

- Dùng khung chống bằng bê tông hoặc thép để gia cố Ưu điểm của kết cấu này là hình dạng của khung gần với hình dạng mặt cắt thiết kế, dễ dàng chống đỡ ở mọi điều kiện địa hình nên giảm nhẹ khối lượng gia cố Khi dùng xe vận chuyển lớn, kêt cấu bằng khung thép chữ I, No 22-30, tiếp nối bằng bu lông Vòm được tựa vào thanh thép dọc, vít vào bê tông đúc sẵn, khoảng cách khung

từ 0,7-1,5m Tiêu hao vật liệu thép khoảng1,3T cho 1m dài đường hầm Kết cấu kiểu vòm được tính toán theo áp lực đứng thẳng theo khối đá có khả năng rơi ra tác dụng lên, có xét tới lực đẩy của đá như trong trường hợp vỏ tính toán của vỏ đường hầm cố định

Hình 1- 14: Kết cấu khung kiểu vòm thép

d Đất yếu, xen kẹp khe nứt, tồn tại nước ngầm:

Khoan phun gia cố trước tạo thành một lớp vỏ bê tông quanh hầm rồi mới tiến hành đào

Đôi khi tuyến đường hầm gặp những đoạn cắt ngang qua những vùng kiến tạo bị đứt gãy lớn, lấp đầy chất nhét mềm yếu, điều này gây ra những khó khăn lớn cho công tác khoan nổ và đào đá vì phải thay toàn bộ công nghệ thi công, đặc biệt là khi gặp nước có áp, chảy tuần hoàn Thí dụ khi xây dựng đường hầm

có D = 4,8m từ đập Roselan tới nhà máy thủy điện Bachi (Pháp), chiều dài 12,6km, tại giữa tuyến là 1 vùng đứt gãy có chiều dài dọc theo trục đường hầm 75m, lấp đầy các vật liệu bọt xốp với áp lực đường hầm tới 19atm Để gia cố vùng đất đá này thì ở vùng đá cứng, ngay trước khu vực đứt gãy, tiến hành xây dựng một buồng làm việc có vỏ bê tông cốt thép và một bức tường chắn dài cũng bằng bê tông cốt thép Sau đó khoan những lỗ khoan sâu qua bức tường đó với góc nghiêng nhỏ so với trục đường hầm, tạo nên các phễu đồng tâm Chiều sâu

các lỗ khoan tới 45m và sau mỗi chiều dài khoan 2-5m thì tiến hành phụt ngay dung dịch silicat ninh kết nhanh với áp lực phụt 70amt, sau đó tiếp tục phụt vữa

xi măng có áp lực từ 80-150atm Tiến hành dỡ bỏ tường bê tông côt thép và tiếp tục khoan phụt tương tự để gia cố đoạn đứt gãy tiếp theo dài 44m

Tuy nhiên chiều dài khoan để gia cố đoạn nứt gãy gấp 30 lần (giá thành gấp 15 lần) chiều dài khoan qua đoạn đó nằm trong đá cứng

Hình 1-15: Khoan phụt gia cố trước

1.2 Sự hình thành bụi trong quá trình khoan, nổ mìn, xúc chuyển khi thi công đường hầm

Khi đào đường hầm bằng phưong pháp khoan nổ mìn thường xuất hiện rất nhiều bụi và khí độc hại thải ra Cụ thể:

- Nổ mìn: Thải ra COR 2 R CO, HR 2 RS, NO và các khí độc khác

- Khoan nổ: Tạo ra nhiều bụi silic, SiOR 2 Rrất nguy hiểm cho đường hô hấp

- Xúc chuyển: Bụi và khí độc hại được thải ra từ các xe vận chuyển, máy xây dựng, các động cơ đốt trong v.v

- Công nhân làm việc trong hầm hít OR 2 R trong không khí, đồng thời thải ra khí COR 2 R

- Ngoài ra trong một vài đoạn đường hầm có thể gặp khí từ trong đất (CO2 CO, H2S, mêtan gây nổ CH4)

Chính vì thế cần phải tiến hành thông gió ở khoang đào sau khi nổ mìn và thường xuyên kiểm tra các thành phần không khí, nồng độ khí độc và bụi

1.3 Các biện pháp sử lý bụi trong đường hầm

1.3.1 Sơ lược về bụi

Bụi là những phần tử vật chất có kích thước nhỏ bé khuếch tán trong môi trường không khí

Bụi là một trong các chất độc hại Tác hại của bụi phụ thuộc vào các yếu tố: Kích cỡ bụi, nồng độ bụi và nguồn gốc bụi

* Phân loại bụi

- Theo nguồn gốc của bụi:

+ Hữu cơ: Do các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm như thuốc

lá, bông vải, bụi gỗ, các sản phẩm nông sản, da, lông súc vật

+ Bụi vô cơ: Có nguồn gốc từ kim loại, khoáng chất, bụi vô cơ, đất, đá, ximăng, amiăng

- Theo kích c ỡ hạt bụi:

Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khả năng xâm nhập sâu, tồn tại trong không khí lâu và khó xử lý Theo kích cỡ bụi được phân thành các dạng chủ yếu sau:

+ Siêu mịn: Là những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 0,001µm

Loại bụi này là tác nhân gây mùi trong các không gian thông gió và điều hoà không khí

+ Rất mịn : 0,1 ÷ 1 µm + Mịn : 1 ÷ 10 µm + Thô : > 10 µm

- Theo hình dáng h ạt bụi

Theo hình dạng có thể phân thành các dạng bụi sau:

+ Dạng mảnh (dạng tấm mỏng) + Dạng sợi

+ Dạng khối

* Tác hại của bụi

- Bụi có nhiều tác hại đến sức khoẻ và chất lượng các sản phẩm

- Đối với sức khoẻ của con người bụi ảnh hưởng đến đường hô hấp, thị giác và ảnh hưởng đến cuộc sống sinh hoạt khác của con người Đặc biệt đối với đường hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hưởng của chúng càng lớn, với cỡ hạt 0,5

÷10µm chúng có thể thâm nhập sâu vào đường hô hấp nên còn gọi là bụi hô hấp Mức độ ảnh hưởng của bụi phụ thuộc nhiều vào nồng độ bụi trong không khí (mg/m3) Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào bản chất của bụi

và thường được đánh giá theo hàm lượng ôxit silic (SiO2)

- Nhiều sản phẩm đòi hỏi phải được sản xuất trong những môi trường hết sức trong sạch Ví dụ như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế tạo thiết bị

quang học, điện tử

- N ồng độ:

B ảng1-1: Nồng độ cho phép của bụi trong không khí

Cấp Những loại bụi Nồng độ bụi cho phép (mg/mP

3

P

) Bụi được hút Tổng lượng bụi

Hình 1-16 : Cấu tạo buồng lắng bụi đơn và kép

Ưu điểm: chi phí thiết bị và vận hành thấp, không có bộ phận chuyển động, không phải bảo trì thường xuyên, không có vật liệu dễ ăn mòn, có thể thêm thiết bị làm lạnh dòng khí

Nhược điểm: hiệu quả thu hồi kém, không xử lý được những hạt dính bám, chỉ thu hồi được bụi có kích thước lớn

Cyclon:

Hoạt động của xyclon dựa trên tác dụng của lực li tâm khi dòng khí chuyển động xoáy trong thiết bị Do tác dụng của lực này, các hạt bụi có trong khí bị văng về phía thành cyclon và tách ra khỏi dòng khí lắng xuống Khí sạch

đi ra phía trên của thiết bị

Hình 1-17 : Sơ đồ nguyên lý của thiết bị cyclon

Trong vòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác động của lực li tâm

sẽ va vào thành ống do đó mất động năng nên bị rơi xuống đáy phễu

Ưu điểm: không có phần chuyển động, có thể làm việc ở nhiệt độ cao và

áp suất cao, trở lực hầu như cố định và không lớn, chế tạo đơn giản, rẻ, năng suất cao

Nhược điểm: hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm, không thể thu hồi bụi kết dính

Hệ thống lọc túi vải:

Hệ thống này bao gồm những túi vải hoặc túi sợi đan lại, dòng khí có thể lẫn bụi được hút vào trong ống nhờ một lực hút của quạt ly tâm Những túi này được đan lại hoặc chế tạo cho kín một đầu Hỗn hợp khí bụi đi vào trong túi, kết quả là bụi được giữ lại trong túi

Hình 1-18 : Hệ thống lọc bụi túi vải

Bụi càng bám nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng Túi lọc phải được làm sạch theo định kỳ, tránh quá tải cho các quạt hút làm cho dòng khí có lẫn bụi không thể hút vào các túi lọc Để làm sạch túi có thể dùng biện pháp rũ túi để làm sạch bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm thanh truyền trong không khí hoặc rũ túi bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí, dùng áp lực hoặc ép từ từ

Một vài căn cứ để chọn túi lọc là nhiệt độ nung chảy, tính kháng axit hoặc kháng kiềm, tính chống mài mòn, chống co và năng suất lọc của từng loại vải Một vài loại sợi thường được dùng bao gồm sợi bông, sợi len, nylon, sợi amiăng, sợi silicon, sợi thuỷ tinh

Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại được Khi các hạt bụi thô hoàn toàn đã được tách ra thì lượng bụi giữ trong túi sẽ giảm đi Một vài ứng dụng của túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc

- Chuyển các ion bụi từ các bề mặt thu bụi bằng lực điện trường

- Trung hoà điện tích của các ion bụi lắng trên bề mặt thu

- Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu Các hạt bụi có thể được tách ra bởi một áp lực hay nhờ rửa sạch

Ưu điểm: hiệu quả thu hồi cao với những hạt có kích thước cực nhỏ (0,01µm) và nếu vận hành tốt có thể > 99,5%, tổn thất áp suất tương đối thấp, có thể xử lý lưu lượng lớn, lưu lượng dòng chảy vào thay đổi được, nồng độ bụi dao động 2,0- 250.000 mg/m3 , nhiệt độ khí thải cao 6500C

Nhược điểm: chất ô nhiễm thể khí và hơi không thể thu hồi và xử lý, chi phí bảo dưỡng cao, dễ cháy nổ, vận hành phức tạp, khí Ozon và Nox tạo ra ở điện cực âm

1.3.2.3 Phương pháp lọc bụi ướt:

Nguyên tắc của phương pháp lọc bụi ướt là người ta cho dòng không khí

có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường là nước) Quá trình tiếp xúc

có thể ở dạng hạt (khi nước được phun thành các hạt nước có kích thước nhỏ và mật độ cao), dạng bề mặt khi thiết bị có sử dụng lớp đệm (nước chảy trên các bề mặt vật liệu đệm), dạng bọt khí khi sử dụng tháp sủi bọt hay tháp mâm Các hạt bụi có thể kết dính lại với nhau và bị giữ lại trong dung môi nhờ cơ chế va đập, tiếp xúc và khuếch tán còn dòng không khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị

Ưu điểm: dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quả cao, có thể làm việc với khí nhiệt độ và độ ẩm cao, lọc được khí độc

Nhược điểm: phải xử lý cặn bùn, khí thoát mang theo hơi nước gây hen rỉ đường ống, khí thải có chứa chất ăn mòn…

Phương pháp thông gió để hút bụi:

Phun nước để bụi lơ lửng trong không khí rơi xuống sau đó dùng thông gió để hút bụi

Xác định các thông số của thông gió để hút bụi:

- Tính toán lựa chọn đường kính ống thông gió để hút bụi:

+ Vận tốc gió trong ống

2

15 D

Q V

π

V: Vận tốc gió trong ống, (m/s) D: đường kính ống thông gió, (m) Q: Lưu lượng thông khí cần hút ra trong ống, (mP

3

P

/phút) + Vận tốc lay động của hạt bụi

) (

4

D

d c

d g

laydong ρ

ρ ρ