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

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:

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 công trình ngầm và mỏ

BỘ MÔN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

cũng như giảm chi phí khi khai đào xây dựng các đường hầm giao thông hiện nay

ở Việt Nam được xem là vấn đề cấp thiết và có ý nghĩa thực tế cao

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Xem xét và đánh giá hiệu quả kỹ thuật khi thi công các đường hầm giao thông vận tải sử dụng biện pháp khai đào chia gương trong các lớp đất đá có hệ số độ kiên cố

f = 4 - 6

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: là các đường hầm giao thông vận tải sử dụng các biện pháp khai đào chia gương trong các lớp đất đá có hệ số độ kiên cố f = 4 - 6.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu: là các đường hầm giao thông vận tải tiết diện lớn sử dụng 2

sơ đồ khai đào chia gương là sơ đồ thi công hạ bậc và sơ đồ khai đào hầm dẫn từ bên hông, còn các sơ đồ chia gương khác xin được nghiên cứu sâu ở giai đoạn tiếp theo.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở

TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Vấn đề xây dựng công trình ngầm mặt cắt ngang lớn và các đường hầm giao thông khai đào chia gương trong quá khứ đã có nhiều các tác giả quan tâm, có thể kể đến như là các 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, các tác giả tiếng anh có thể kể đến như là: Hoek E, Brown E, Károly Széchy, Barton

N, Dimitrios Kolymbas, Brady Е, Bhawani Singh, Kovári, Nilsen B, Borch, Ở Việt Nam trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm nói chung cũng như xây dựng các đường hầm giao thông nói riêng cũng đã có những người nghiên cứu về vấn đề này có thể 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, và các nhà khoa học khác ở Việt Nam cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề này

Tuy nhiên, cho đến nay thì các tác giả nói trên thường giải quyết các bài toán trên cơ sở đất

đá đồng nhất đẳng hướng, ít quan tâm đến các yếu tố cấu trúc nứt nẻ của khối đá Đặc biệt,

họ thường quan tâm để giải các bài toán bằng cơ học cũng như thi công khi đường hầm được đào toàn tiết diện mà còn chưa hoặc ít chú ý tới biện pháp thi công các công trình ngầm, có thì cũng ở mức độ rất hạn chế Ngoài ra họ vẫn chưa chú ý đến việc tổng kết và đánh giá ảnh hưởng của các sơ đồ khai đào khác nhau đến trạng thái ứng suất - biến dạng xung quanh đường hầm với các sơ đồ chia gương khác nhau cũng như chưa có các nghiên cứu hiệu quả, chưa đưa ra các đánh giá hiệu quả của các sơ đồ khai đào với các đường hầm giao thông trong thực tế để từ đó có thể lựa chọn được sơ đồ khai đào tối ưu cũng như các thông số thi công khác nhằm mục đích nâng cao tốc độ khai đào và sự ổn định của đường hầm

Đường hầm qua eo biển Manc

TỔNG QUAN CÔNG TÁC XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG TRÊN THẾ GIỚI

Xây dựng các 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 2 đường hầm chính, chiều rộng mỗi đường hầm là 15,5m và cao 10,5m, với chiều dài của hầm thông gió dài 950m giữa hai hầm chính.

Tổ hợp thể thao ngầm ôlympic Govick (Na Uy)

Đường hầm Hải Vân giữa Thừa

Thiên Huế và Đà Nẵng hoàn

thành năm 2005, tổng chiều dài

6,435km; 2 đường hầm; 4 làn

xe, thi công sử dụng biện pháp

hạ bậc; 2 giếng gió; thi công

Đường hầm Đèo Cả nằm giữa Phú Yên và Khánh Hòa được xây dựng từ

18-11-2012 theo phê duyệt, dự kiến hoàn thành 2015 với tổng chiều dài 3,9km, 2 đường

xe mỗi hầm 4 làn xe.

Có thể sử dụng biện pháp chia

gương hạ bậc

Hầm Đèo Ngang nối giữa Thanh Hóa và Ninh Bình đã hoàn thành năm

2006, tổng chiều dài 800m, B = 13m, H = 9m, cho 4 làn xe Phương pháp khai đào - sử dụng khoan nổ mìn

Hầm đường bộ cao tốc - Đà Nẵng - Quang Ngãi

Sơ đồ đường tầu điện ngầm Hà Nội và ga (Tuyến số 1)

CÁC SƠ ĐỒ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG TIẾT DIỆN LỚN

- Phương pháp khai đào toàn gương;

- Phương pháp nóc tiến trước rồi hạ bậc;

- Phương pháp nhân đỡ

SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO VỚI HẦM DẪN BÊN HÔNG

Sơ đồ 2

Các đường hầm dẫn bên hông và ở giữa đường hầm thiết kế

Bậc dưới

bên phải

Phần trung tâm

SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO HẠ BẬC

SƠ ĐỒ THI CÔNG VỚI HẦM DẪN TRUNG TÂM

ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM KHAI ĐÀO TOÀN GƯƠNG

F.A Belaenko đối với các bài toán đối xứng phương trình này có dạng như sau:

Trong đó:

thái làm việc, m;

U(q)- chuyển vị ở biên ngoài kết cấu chống đến thời điểm thiết lập cân bằng tĩnh trong hệ “kết cấu chống-khối đá”

R E

q p q

n

p E U

1 (

2 1

2 4

3

2 1 1

0 0

2 (

2 1

2 4

3 )

q

p R

p E q U

Theo Kaztoria B.A thì các giá trị chuyển vị

được xác định là:

ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG XUNG QUANH ĐƯỜNG HẦM KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNG

Sơ đồ để tính toán chuyển vị biên hầm

khi khai đào đường hầm 2 gương: R1

-bán kính hầm dẫn trước; R2 - bán kính

hầm thiết kế; Rn - khoảng cách đến vùng

phân chia ranh giới (vùng biến dạng và

vùng không biến dạng) sau khi khai đào

đường hầm dẫn bán kính R1; U(q)

-chuyển vị biên hầm khi khai đào chúng

đến toàn tiết diện; U’(q) - chuyển vị biên

hầm khi khai đào gương làm 2 bước; UA

-chuyên vị biên hầm thiết kế sau khi xây

dựng hầm dẫn với bán kính R1

Kaztoria B.A vàPankratenko A.N

Để xác định tải trọng lên kết cấu chống chúng ta cân bằng các chuyển vị cùng nhau, m trên biên đất đá và biên kết cấu chống Trong trường hợp này nó có dạng

U(q) = UA + U0 + U(q)

2

3 pR 1,5p        1,5pq 

MÔ HÌNH PHÂN TÍCH SỐ 2 CHIỀU CHO ĐƯỜNG HẦM

Khi khai đào toàn gương

Bước 1 Bước 2 Khi khai đào toàn gương

a) Khi chia gương b) Đào toàn gương

So sánh kết quả có thể thấy rằng ứng suất thẳng đứng đào toàn gương có thể lớn hơn khi khai đào chia gương 1,25 lần

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ 2 SƠ ĐỒ THI CÔNG CHIA GƯƠNG VÀ TOÀN GƯƠNG

MÔ HÌNH PHÂN TÍCH SỐ 3 CHIỀU CHO ĐƯỜNG HẦM BẰNG PLAXIS 3D KHI THAY ĐỔI SƠ ĐỒ ĐÀO

KHAI ĐÀO ĐƯỜNG HẦM CHIA GƯƠNG

KHI KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNG HẠ BẬC

So sánh kết quả điển hình cơ bản trong hình có thể thấy rằng khi khai đào đường hầm trên bằng sơ đồ hạ

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KHAI ĐÀO HỢP LÝ

C)

ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI ĐÀO CHIA GƯƠNGĐánh giá các công việc cơ bản của chu kỳ khai đào và tính toán các tham số khi khai đào toàn gương

S, m 2

S, m 2

Тk, giờ

Sự phụ thuộc thời gian khoan gương với diện tích đường hầm S

và loại máy khoan với các chiều sâu khoan lk khác nhau [12]

txd, giờ МАЗ

S, м 2

S, м 2

Sự phụ thuộc của thời gian thu dọn xúc bốc đất

đá txd ở gương vào diện tích mặt cắt ngang hầm S và loại thiết bị xúc bốc-vận tải khi chiều sâu lỗ khoan l = 4m [12]

Sự phụ thuộc của thời gian chu kỳ (а) với các loại máy khoan (УБШ-533; ПНБ-4+ПД) (b) và diện tích mặt cắt ngang đường hầm khi chiều sâu lỗ khoan lk = 4m [12]

Đồ thị sự phụ thuộc của thời gian nạp các lỗ koan tnap (а), cạy om đưa gương vào trạng thái

an toàn t (b) và chống giữ gương đào t (c) (УБШ-532Д) với diện tích mặt cắt ngang

' '

"

ph tgio

nap btp

tg

k lap kn at

t t

t t t t

ph tgio

nap k

lt lap kn

btp lt tg at

t t t t

t t t t

' ' ''

''

' ' '

"

ph tgio

nap k

lt lap kn

btp lt tg at ph

tgio nap btp

tg

k lap kn at CK

t t

t t t t t

t t t t t

t t t

t

t t t t T

Thời gian chu kỳ sẽ nhỏ nhất khi hệ phương trình thứ 5 được hoàn thành, hay A và C phải tiến đến giá trị nhỏ nhất Để tạo

ra được điều này thì có thể tính toán đến sự thay đổi mối liên hệ giữa S’ và S”, l’ và l”, cũng như xem xét đến sự nâng cao khả năng sử dụng thiết bi ở gương ban đầu (S’ và S”, l’ và l” - liên quan đến diện tích và chiều sâu lỗ khoan ở gương dẫn trước và gương ban đầu)

' 2

1

3

) (

) ( )

( 1

, 1

1 , 1

1 , 1

1 , 1 )

(

) ( 1

, 1

1 , 1

1 , 1

1 , 1

)

(

ph tg OT đt

k k nc

đv k đt

k

a a kn

a a

nap nb

b btp

k k nc

đv k

MO xPNB Т

p a

MO xđ р xđ xđ

xđ p a

MO b р g k

ckx p a

a

р р k оb

k ph

tg OT đt

К k

MO xPNB Т

p a

MO xđ р xđ xđ

xđ p a

MO b р g k

ckx p a

a

р р k

đt b k

k k đt

k

a a a k a

оb

k

CK

t t t К

Sl N n

t l B P K

n

K t N P

l N

t r К P l B P n

t l B P

t К Р

K V

t К q

t K V

t К q

t K V

V

К Sl Р

l B P t t t К

l В Р

t К Р

K V

t К q

t K V

t К q

t K V

V

К Sl

К m P

Sl N K

n

K t N P

l N

3 2 1

V V L V V L V V L

V V V L

2

1

2VV

VV

VCP





V, m/tháng

ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI ĐÀO BẰNG ĐƯỜNG HẦM DẪN BÊN HÔNG

ĐÁNH GIÁ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHAI ĐÀO BẰNG ĐƯỜNG HẦM DẪN BÊN HÔNG

Từ các kết quả phân tích, tính toán thu được ở trong các bảng ở trên chúng ta có thể thu được những chỉ tiêu kỹ thuật sau:

- Khi khai đào đường hầm tiết diện lớn bằng sơ đồ chia gương thì giá trị ứng suất trên biên hầm sẽ giảm, hay là giá trị áp lực cuối cùng tác dụng lên kết cấu chống sẽ giảm đi so với quá trình khai đào đường hầm đó bằng sơ đồ khai đào toàn gương Giá trị ứng suất giảm bớt được nằm trong khoảng từ 10 - 30% so với giá trị tổng thể.

- Trường hợp đào 2 gương với hầm dẫn bên hông:

+ Lượng thuốc nổ sử dụng sẽ tiết kiệm được từ 9 - 13%;

+ Thời gian chu kỳ so với khai đào toàn gương rút ngắn được từ 25 - 60%; + Tốc độ khai đào sẽ nâng cao được 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 sẽ tiết kiệm được từ 12 - 15%;

+ Thời gian chu kỳ so với khai đào toàn gương rút ngắn được từ 40 - 50%; + Tốc độ khai đào sẽ nâng cao được từ 1,3 - 1,73 lần so với khai đào đường hầm đào toàn gương.

KẾT LUẬN

CÁC THAM SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KIẾN NGHỊ KHAI ĐÀO VÀ VIỆC LỰA

CHỌN CÁC THIẾT BỊ TƯƠNG ỨNG

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!