ĐỀ TÀI KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT KHI THI CÔNG XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG SỬ DỤNG BIỆN PHÁP KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT KHI THI CÔNG XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG SỬ DỤNG BIỆN PHÁP KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNG Mã số: 07 Chủ nhiệm đề tài: Ts Trần Tuấn Minh Bộ môn: Xây dựng cơng trình ngầm mỏ Hà Nội, năm 2015 TÍNH CẤP THIẾT Việc xây dựng cơng trình ngầm phục vụ giao thông vận tải, đường hầm giao thông xuyên núi, hệ thống tầu điện ngầm đô thị ngày quan tâm sử dụng nhiều Việt Nam Đặc biệt thời gian tới hệ thống tầu điện ngầm đô thị Hà Nội Hồ Chí Minh triển khai phải xây dựng nhiều hạng mục cơng trình ngầm đường hầm nối, gian hầm, nhà ga ngầm có mặt cắt ngang lớn, Một biện pháp sử dụng nhiều thi cơng xây dựng cơng trình ngầm có mặt cắt ngang lớn nói chung đường hầm giao thơng vận tải nói riêng sử dụng biện pháp khai đào chia gương để tăng tính ổn định khối đá xung quanh đường hầm tốc độ khai đào đường hầm Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu kỹ thuật, kinh tế biện pháp chia gương sơ đồ chia gương thi công đường hầm giao thông Việt Nam có hạn chế quan tâm Chính mà việc nghiên cứu, đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật thi cơng đường hầm giao thơng có tiết diện lớn biện pháp chia gương thiết lập kiến nghị để tăng tốc độ khai đào giảm chi phí khai đào xây dựng đường hầm giao thông Việt Nam xem vấn đề cấp thiết có ý nghĩa thực tế cao MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xem xét đánh giá hiệu kỹ thuật thi công đường hầm giao thông vận tải sử dụng biện pháp khai đào chia gương lớp đất đá có hệ số độ kiên cố f = - ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: đường hầm giao thông vận tải sử dụng biện pháp khai đào chia gương lớp đất đá có hệ số độ kiên cố f = - PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu: đường hầm giao thông vận tải tiết diện lớn sử dụng sơ đồ khai đào chia gương sơ đồ thi công hạ bậc sơ đồ khai đào hầm dẫn từ bên hơng, sơ đồ chia gương khác xin nghiên cứu sâu giai đoạn TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Vấn đề xây dựng cơng trình ngầm mặt cắt ngang lớn đường hầm giao thông khai đào chia gương khứ có nhiều tác giả quan tâm, kể đến tác giả tiếng nga N.M Pokrovski, V.M Mostkov, V.P Volkov, K.V Rupeneyt, I.V Baklashop, K.P Bezrodni, F.A Belaenko, M.N Belkin, B.A Kaztoria, A.N Pankratenko, V.E Bolikov, A.V Pankratov, tác giả tiếng anh kể đến là: Hoek E, Brown E, Károly Széchy, Barton N, Dimitrios Kolymbas, Brady Е, Bhawani Singh, Kovári, Nilsen B, Borch, Ở Việt Nam lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm nói chung xây dựng đường hầm giao thơng nói riêng có người nghiên cứu vấn đề kể đến như: Gs.Ts Nguyễn Quang Phích, Gs.Ts Võ Trọng Hùng, PGs.Ts Nguyễn Xuân Mãn, PGs.Ts Đào Văn Canh, Gs.Ts Nuyễn Đức Nguôn, Gs.Ts Đỗ Như Tráng, PGs Ts Nghiêm Hữu Hạnh, nhà khoa học khác Việt Nam quan tâm đến vấn đề Tuy nhiên, tác giả nói thường giải toán sở đất đá đồng đẳng hướng, quan tâm đến yếu tố cấu trúc nứt nẻ khối đá Đặc biệt, họ thường quan tâm để giải toán học thi cơng đường hầm đào tồn tiết diện mà chưa ý tới biện pháp thi cơng cơng trình ngầm, có mức độ hạn chế Ngoài họ chưa ý đến việc tổng kết đánh giá ảnh hưởng sơ đồ khai đào khác đến trạng thái ứng suất - biến dạng xung quanh đường hầm với sơ đồ chia gương khác chưa có nghiên cứu hiệu quả, chưa đưa đánh giá hiệu sơ đồ khai đào với đường hầm giao thông thực tế để từ lựa chọn sơ đồ khai đào tối ưu thông số thi cơng khác nhằm mục đích nâng cao tốc độ khai đào ổn định đường hầm TỔNG QUAN CÔNG TÁC XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG TRÊN THẾ GIỚI Đường hầm qua eo biển Manc Nhà ga tầu điện ngầm Nga X©y dựng đườn hầm sử dụng phương pháp khoan nổ mìn Đường dẫn vào đến cửa hầm cho 3,7km đường hầm Tai Lam Tai Lam bao gồm đường hầm chính, chiều rộng đường hầm 15,5m cao 10,5m, với chiều dài hầm thông gió dài 950m hai hầm T hp th thao ngm ôlympic Govick (Na Uy) Kết cấu gara ô tô ngầm quảng trường Cách Mạng thủ đố Moscow bê tơng cốt thép Ví dụ sơ đồ tổ hợp nhà máy thủy điện Kolumskoi (Liên Bang Nga) 1- đường hầm dẫn nước; – đường hầm khiên đào; – đường hầm vận tải; – đường hầm dẫn tạm; – đường hầm áp lực; – đường lò nước; – gian máy; – đường ống áp lực; – máy biến áp; 10 – giếng điều áp Ví dụ cơng trình ngầm bố trí ụ pháo 120mm trạm đa lòng núi phục vụ cơng tác qn TỔNG QUAN CƠNG TÁC XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG Ở VIỆT NAM Hầm Hải Vân Đường hầm Hải Vân Thừa Thiên Huế Đà Nẵng hoàn thành năm 2005, tổng chiều dài 6,435km; đường hầm; xe, thi cơng sử dụng biện pháp hạ bậc; giếng gió; thi cơng khoan nổ mìn Giếng gió Giữa Huế Đà Nằng 10 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO HỢP LÝ A) B) C) 26 Sau phân tích Plaxis 3D rằng, sơ đồ khai đào sơ đồ khai đào tối ưu Trong trường hợp biến dạng lớn đường hầm thiết kế nhỏ xy = 7,76.10-3m, sơ đồ - xy = 6,93.10-3m, sau khai đào sơ đồ - xy = 7,76.10-3m 27 ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNG Đánh giá công việc chu kỳ khai đào tính tốn tham số khai đào toàn gương TCk  t k  t nap  t tgio  t at  t xd  t ch   t ph Т k, Т k, lk = 3m lk = 4m S, m2 Т k, lk = 5m Т k, S, m2 lk = 6m S, m2 S, m2 Sự phụ thuộc thời gian khoan gương với diện tích đường hầm S loại máy khoan với chiều sâu khoan lk khác [12] 28 txd, МАЗ txd, S, м2 МоАЗ S, м2 Sự phụ thuộc thời gian thu dọn xúc bốc đất đá txd gương vào diện tích mặt cắt ngang hầm S loại thiết bị xúc bốc-vận tải chiều sâu lỗ khoan lk = 4m [12] 29 Sự phụ thuộc thời gian chu kỳ (а) với loại máy khoan (УБШ-533; ПНБ-4+ПД) (b) diện tích mặt cắt ngang đường hầm chiều sâu lỗ khoan lk = 4m [12] 30 Đồ thị phụ thuộc thời gian nạp lỗ koan tnap (а), cạy om đưa gương vào trạng thái an toàn tat (b) chống giữ gương đào tch (c) (УБШ-532Д) với diện tích mặt cắt ngang gương hầm S chiều sâu lỗ khoan lk,m [12] 31 ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI ĐÀO BẰNG ĐƯỜNG HẦM DẪN BÊN HÔNG ' tkn   tlap  t k'  ' ' ' TI  t   ''  t  t  t   nap tgio ph '' ttg  tbtp  " at ' t at'  ttg'  tlt'  tbtp  '' '' TII   "   t "ph   t nap  ttgio " " " t kn  tlap  tlt  t k  ТCK = ТI + TII, TCK ' t kn'  tlap  t k'  ' '  t   ''    t nap  t tgio '' ttg  tbtp  t ' ph " at ' t at'  t tg'  t lt'  tbtp  '' ''  "   t "ph   t nap  ttgio " " " t kn  t lap  t lt  t k  Thời gian chu kỳ nhỏ hệ phương trình thứ hoàn thành, hay A C phải tiến đến giá trị nhỏ Để tạo điều tính tốn đến thay đổi mối liên hệ S’ S”, l’ l”, xem xét đến nâng cao khả sử dụng thiết bi gương ban đầu (S’ S”, l’ l” - liên quan đến diện tích chiều sâu lỗ khoan gương dẫn 32 trước gương ban đầu) TCK N k Sl k  N ala N a t a K a   P  n K Pk mb К đt k đt  k  1,1Va K p t ckx   t MO     q  К ( P  B )lk   k g р b     ( Р  В )l   Sl k р К р  1,1Va K p t xđ Роb k К    t MO    1,1Va Рbtp К b rnb  xđ q xđ  р К xđ       1,1Va K p  t  MO   РТ К xPNB    N k SK M l k   Р n К  t ОТ    t tg   t 'ph   n n đt  QK M   P n К  t OT   nm nm đt               Tốc độ khai đào hầm khai đào đường hầm sử dụng gương: VCP    1,1Va K p t ckx   t MO        k q g  р К b   ( P  B )l  Sl  К  1,1V K t   ( P  B )l  t ( P  B ) l   k р р a p xđ k k đv k k     t MO     t nap   Роb 1,1Va nnc Pbtp К b rnb   xđ q xđ  р К xđ      , V K a p      t MO    РТ К xPNB     N a la N a t a K a ( P  B )l k t đv N k Sl k     P  n K  nnc Pk mb K đt k đt  kn  2V1 V2 V1  V2 Tốc độ khai đào hầm khai đào đường hầm sử dụng gương: Vham  LhamV1V2V3 L1V2V3  L2V1V3  L3V1V2  N k SK M l k   Р n К  t ОТ  n n đt   t tg"   t "ph   QK M   P n К  t OT   nm nm đt  V, m/tháng S, m2 Đồ thị phụ thuộc tốc độ khai đào đường hầm phụ thuộc vào diện tích mặt cắt ngang gương hầm với sơ đồ công nghệ khai đào khác chiều sâu lỗ khoan lk = 4m [12] 33 ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHAI ĐÀO BẰNG ĐƯỜNG HẦM DẪN BÊN HÔNG 34 35 ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHAI ĐÀO BẰNG ĐƯỜNG HẦM DẪN BÊN HÔNG 36 37 KẾT LUẬN Từ kết phân tích, tính toán thu bảng thu tiêu kỹ thuật sau: - Khi khai đào đường hầm tiết diện lớn sơ đồ chia gương giá trị ứng suất biên hầm giảm, giá trị áp lực cuối tác dụng lên kết cấu chống giảm so với trình khai đào đường hầm sơ đồ khai đào tồn gương Giá trị ứng suất giảm bớt nằm khoảng từ 10 - 30% so với giá trị tổng thể - Trường hợp đào gương với hầm dẫn bên hông: + Lượng thuốc nổ sử dụng tiết kiệm từ - 13%; + Thời gian chu kỳ so với khai đào toàn gương rút ngắn từ 25 - 60%; + Tốc độ khai đào nâng cao từ 1,3 - 1,75 lần so với khai đào đường hầm đào toàn gương - Trường hợp khai đào chia gương hạ bậc (trên - dưới): + Lượng thuốc nổ sử dụng tiết kiệm từ 12 - 15%; + Thời gian chu kỳ so với khai đào toàn gương rút ngắn từ 40 - 50%; + Tốc độ khai đào nâng cao từ 1,3 - 1,73 lần so với khai đào đường hầm đào toàn gương 38 CÁC THAM SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KIẾN NGHỊ KHAI ĐÀO VÀ VIỆC LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TƯƠNG ỨNG 39 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! 40