Đề tài đ−ợc thực hiện nhằm mục đích xem xét các yếu tố ảnh h−ởng đến đào lẹm hầm khi thi công các công trình ngầm nói chung và các đ−ờng hầm thủy công nói riêng. Đồng thời đề tài cũng đưa ra các giải pháp giảm đào lẹm đb và đang đựợc áp dụng ở Việt Nam và trên thế giới. Trên cơ sở điều kiện thực tế ở Việt Nam, đề tài nghiên cứu một số nguyên nhân gây ra đào lẹm khi thi công đừờng hầm dẫn nứớc – công trình thủy điện Nậm Chiến (tỉnh Sơn La) và đề xuất, kiến nghị một số giải pháp nhằm hạn chế đào lẹm tại các hạng mục hầm tương tự trên công trường. Ngoài phần mở đầu, kết luận – kiến nghị, nội dung chính của luận văn bao gồm các phần sau: Chương 1: Hiện trạng thi công công trình ngầm thủy điện và vấn đề đào lẹm ở Việt Nam và trên thế giới. Chương 2: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lẹm khi đào hầm thủy công và phương hướng khắc phục. Chương 3: Nghiên cứu giải pháp hạn chế đào lẹm ở công trình thủy điện Nậm Chiến.
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Đàm khắc lĩnh Nghiên cứu giải pháp giảm đào lẹm thi công đờng hầm thủy công Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà Nội - năm 2010 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Đàm khắc lĩnh Nghiên cứu giải pháp giảm đào lẹm thi công đờng hầm thủy công Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng CTN, Mỏ công trình đặc biệt Mã số: 60.58.50 Ngời h−íng dÉn khoa häc: GS.TS Ngun Quang PhÝch Hµ Néi - năm 2010 Mục lục Chơng Hiện trạng thi công hầm thủy điện vấn đề đào lẹm 1.1 Khái niệm đào lẹm loại hình lẹm 1.1.1 Khái niệm đào lẹm 1.1.2 Các loại hình lẹm đào hầm 1.2 Hiện trạng đào lẹm thi công hầm thủy điện Việt Nam 10 Chơng Phân tích yếu tố ảnh hởng đến lẹm đào hầm thủy công phơng hớng khắc phục 18 2.1 Kh¸i qu¸t chung .18 2.2 C¸c yÕu tố ảnh hởng tới đào lẹm 19 2.2.1 Đặc điểm khối đá 20 2.2.2 Đặc điểm vật liệu phụ kiện nổ 32 2.2.3 ThiÕt kế thi công nổ mìn .37 2.2.4 ảnh hởng yêu cầu tiến độ 42 2.2.5 Quá trình thi công .42 2.2.6 YÕu tè ng−êi .42 2.2.7 NhËn xÐt chung 43 2.3 Phơng hớng biện pháp kiểm soát đào lẹm 43 2.3.1 ThiÕt kÕ chiÕu khoan nổ mìn tạo biên phù hợp 43 2.3 Điều chỉnh thông số khoan 51 2.3.3 Sö dụng kỹ thuật khoan nổ tiên tiến 51 2.3.4 Khắc phục nguyên nhân kh¸ch quan 61 2.4 KÕt luËn 61 Chơng nghiên cứu hạn chế đào lẹm thuỷ điện nậm chiến 63 3.1 Giới thiệu công trình .63 3.1 Sơ lợc đặc điểm công trình 63 3.1.2 Các thông số công trình 63 3.1.3 Bố trí tổng thể công trình giải pháp kết cấu 64 3.1.4 Đặc điểm địa chất tuyến lợng .64 3.2 Hiện trạng công tác khoan nổ mìn thuỷ điện Nậm Chiến 65 3.3 Đào lẹm nguyên nhân ảnh hởng đến lẹm thuỷ điện Nậm Chiến 80 3.3.1 Nguyên nhân đào lẹm chủ quan 81 3.4 Các giải pháp áp dụng để hạn chế đào lẹm thuỷ điện Nậm Chiến .85 3.4.1 Khắc phục nguyên nhân chủ quan 85 3.4.2 Khắc phục nguyên nhân khách quan 87 3.5 Đề xuất hộ chiếu khoan nổ mìn thử nghiệm để hạn chế đào lẹm .88 3.5.1 Hé chiÕu nỉ m×n thư nghiƯm M1 88 3.5.2 Hé chiÕu nỉ m×n thư nghiƯm M2 95 Kết luận kiến nghị 111 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực cha đợc công bố công trình khác Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2010 Tác giả Đàm Khắc Lĩnh danh mục bảng Bảng 1.1 Hệ số đào lẹm hầm thủy điện Hòa Bình số nớc giới 12 Bảng 1.2 Thống kê hệ số đào thừa tiết diện dự án thủy điện Yaly [1], [11] 13 Bảng 1.3 Tổng hợp số nổ lẹm dự án Hàm Thuận [12] 14 Bảng 1.4 Tổng hợp số nổ lẹm dự án thủy điện Đại Ninh [2] 15 Bảng 1.5 Mối quan hệ hệ số thừa tiết diện tiết diện đào thiết kế .16 Bảng 2.1 Đặc tính thuốc nổ 48 Bảng 2.2 Bảng so sánh thời gian khoan theo chiều dài lỗ khoan 56 phơng pháp tạo r nh 56 Bảng 2.3 Bảng so sánh độ lẹm 60 B¶ng 3.1 Bảng đặc tích kỹ thuật máy khoan BOOMER 352 68 Bảng 3.2 Bảng đặc tích kỹ tht cđa kÝp nỉ vi sai phi ®iƯn 69 Bảng 3.3 : Bảng đặc tính kỹ tht cđa thc nỉ P113 69 Bảng 3.4 Bảng đặc tính lỗ khoan nạp mìn theo hộ chiếu đợc duyệt 72 Bảng 3.5 Bảng tiêu nổ mìn theo hộ chiếu đợc dut 73 B¶ng 3.6 Tỉng hợp giá trị lẹm đoạn từ Km 1+333,85 -:- Km 1+370,04 .78 Bảng 3.7 Bảng đặc tính khoan nạp m×n – Hé chiÕu thư nghiƯm M1 90 Bảng 3.8 Bảng tiêu nổ mìn theo hộ chiếu thư nghiƯm M1 91 B¶ng 3.9 Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo hộ chiếu mẫu M1 96 Bảng 3.10 Các thông số lỗ mìn hộ chiếu thử nghiệm M2 99 Bảng 3.11 Bảng tiêu nổ m×n chiÕu mÉu M2 100 Hình 3.17 Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau nỉ m×n theo chiÕu M2 103 Bảng 3.12 Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo chiÕu mÉu M2 104 B¶ng 3.13 Tính toán chi phí đào gia cố (theo hộ chiÕu nỉ m×n thư nghiƯm M1L=28,44m) .105 Bảng 3.14 Tính toán chi phí đào gia cố (theo chiÕu nỉ m×n thư nghiƯm M2L=31,63m) .107 Danh mục hình Hình 1.1 Vùng nứt nẻ nổ với thuốc nổ thông thờng Hình 1.2 Vùng nứt nẻ nổ mìn tạo biên với Gurit 17x500mm (thỏi thuốc nhỏ cđa thc nỉ nhĐ víi tèc ®é nỉ nhá) H×nh 1.3 LĐm cÊu tróc (hang hèc) .9 H×nh 1.4 VÝ dụ kết đo vẽ hoàn công lẹm 12 Hình 2.1 Các yếu tố ảnh hởng đến kết nổ mìn đờng hầm .19 Hình 2.2 Hệ số đào lẹm phụ thuộc vào hớng khe nứt khối đá trªn biªn 21 H×nh 2.3 ảnh hởng hớng khe nứt đến khả phá nổ đá 22 Hình 2.4 Thống kê mức độ lẹm theo gõc dốc mặt phân cách khối đá [18] .22 Hình 2.5 Sự khác biệt mức độ đào lẹm biên hầm ảnh hởng cđa tÝnh liªn tơc cđa khe nøt (Muller, 1978) [17] 24 Hình 2.6 Khoảng cách khe nứt (Muller, 1970)[15] 24 Hình 2.7 Hình dạng khèi nøt 25 Hình 2.8 Quy luật ảnh hởng mật độ mức độ liên tục khe nứt ®Õn ®é bỊn khèi ®¸ .26 Hình 2.9 Dự đoán mức độ đào lẹm theo yếu tố: khoảng cách trung bình khe nứt, hình dạng khối nứt mức độ liên tục khe nứt [15] 26 Hình 2.10 ảnh hởng hớng thành phần ứng suất đến vị trí lẹm hình thành biên đờng hầm: vị trí lẹm lớn xuất điểm giao biên hầm với đờng tiếp tuyến song song với thành phần ứng suất 28 Hình 2.11 Tơng quan mức độ đào lẹm chất lợng khối đá (RMR) 29 Hình 2.12 Tổng kết ảnh hởng điều kiện khối đá đến tợng ®µo lĐm (Terzaghi (1946), Stini (1950), Muller (1976), Wahlstrom (1973), Bouvard (1988)) 31 H×nh 2.13 Tơng quan áp lực sóng nổ số phá hủy nổ mìn .32 Hình 2.14 Tơng quan áp lực sóng nổ phạm vi (chiều sâu) vùng phá hủy 33 Hình 2.15 Tơng quan tốc độ truyền nổ thuốc nổ kích thớc đào lẹm .34 Hình 2.16 Tơng quan lợng thuốc nổ đơn vị nhóm lỗ mìn biên với hệ số ®µo lĐm 35 H×nh 2.17 Tơng quan lợng thuốc nổ đơn vị nhóm lỗ mìn biên với hệ số đào lẹm gian hÇm chøa ë Singapore 35 Hình 2.18 Tỷ lệ vết khoan lại biên tơng ứng với loại thuốc nổ kh¸c 36 H×nh 2.19 Cấu tạo mũi khoan phần đệm đầu khoan 38 Hình 2.20 Sơ đồ định hớng lỗ khoan biên 38 Hình 2.21 ảnh hởng đến đào lẹm khoan thêm 39 Hình 2.22 Sai lệch vị trí miệng lỗ khoan bề mặt biên đào không phẳng 40 Hình 2.23 Đánh dấu vị trí lỗ khoan gơng trớc khoan .41 Hình 2.24 Các phơng pháp nổ tạo biên 45 Hình 2.26 ảnh hởng thiết bị khoan tới độ lẹm biên đào 51 Hình 2.27 Nguyên lý nổ tạo biên tách trớc lỗ khoan tạo r nh [14] .52 Hình 2.28 Sự thay đổi áp lực tách chẻ yêu cầu theo chiều sâu r nh (Dally Fourney (1977)) [14] .53 Hình 2.29 Thiết bị khoan tạo r nh trớc kiểu cò 54 H×nh 2.30 Thiết bị khoan tạo r nh trớc kiểu 55 Hình 2.31 Thông số hình học thiết bị tạo r nh 57 Hình 2.32 ảnh hởng chiều sâu r nh đến vận tốc khoan 57 Hình 2.33 Thiết bị khoan tạo r nh thư nghiƯm 58 H×nh 2.35 Hé chiÕu nỉ m×n thư nghiƯm 59 H×nh 3.1 Mặt cắt ngang đào gia cố loại 66 Hình 3.2 Mặt cắt ngang đào gia cố loại 66 Hình 3.3 Mặt cắt ngang đào gia cố loại 67 Hình 3.4 Mặt cắt ngang đào gia cố loại 67 Hình 3.5 Sơ đồ bố trí lỗ mìn gơng hầm theo hộ chiếu đợc duyệt 71 Hình 3.6 Sơ đồ bố trí kíp nổ theo hộ chiếu đợc duyệt 71 Hình 3.7 Bản vẽ hoàn công gơng hầm đoạn km 1+333,85 đến km 1+370,04 .77 Hình 3.8 Hình ảnh đất đá biên đờng hầm bị dập nát nổ mìn không tốt 79 Hình 3.9 Hình ảnh lẹm định vị sai hớng lỗ khoan viền 84 Hình 3.10 Sơ đồ bố trí lỗ mìn - Hộ chiếu thử nghiệm M1 .89 Hình 3.11 Sơ đồ bố trí kíp nỉ - Hé chiÕu thư nghiƯm M1 89 Hình 3.12 Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau nỉ m×n theo chiÕu M1 94 Hình 3.13 Hình ảnh biên hầm sau nổ mìn theo chiÕu thư nghiƯm M1 94 H×nh 3.14 Sơ đồ bố trí lỗ khoan hộ chiếu thử nghiệm M2 .97 Hình 3.15 Sơ đồ bè trÝ kÝp nỉ chiÕu thư nghiƯm M2 98 Hình 3.16 Hình ảnh biên hầm sau nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M2 98 Mở đầu Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Với nhu cầu sử dụng điện tăng nhanh nhằm đáp ứng cho ngành công nghiệp sản xuất phát triển đất nớc, nhiều dự án xây dựng nhà máy thủy điện đ đợc triển khai thi công khắp nớc Yêu cầu đặt đối dự án sớm hoàn thành dự án cung cấp điện thơng phẩm thị trờng, nhanh hoàn vốn đầu t, đồng thời phải đảm bảo chất lợng công trình với chi phí hợp lý Qua thực tế triển khai số dự án thủy điện cho thấy, vấn đề toán hạng mục hầm thi công, hầm dẫn nớc thờng kéo dài làm ảnh hởng tới nguồn vốn nhà thầu thi công xây lắp Một nguyên nhân lớn chủ đầu t nhà thầu thi công không thống nhìn nhận không đầy đủ vấn đề lẹm, từ có quan niệm đánh giá khác giá trị lẹm cho phép Chính bên không thống đợc khối lợng khoan đào khối lợng bê tông đổ bù lẹm gây dẫn đến không thống đợc giá trị toán công trình Đây vấn đề lan giải, phức tạp đ đợc đề cập công trình nghiên cứu kh¸c ë ViƯt Nam [1], [2], [3], [4], [5], [6],[9] mục tiêu góc độ khác Song vấn đề xác định nguyên nhân gây lẹm triển khai biển pháp để hạn chế lẹm chỗ vấn đề cần nghiên cứu tổng hợp Mục đích nghiên cứu đề tài Đề tài đợc thực nhằm mục đích xem xét yếu tố ảnh hởng đến đào lẹm hầm thi công công trình ngầm nói chung đờng hầm thủy công nói riêng Đồng thời đề tài đa giải pháp giảm đào lẹm đ đợc áp dụng Việt Nam giới 100 Bảng 3.11 Bảng tiêu nổ mìn hộ chiếu mẫu M2 STT Tên tiêu Lợng đá sau nổ mìn Cấp đá Tổng số mét dài khoan Đơn vị Số lợng m3 57,55 Ghi I m 313,70 Trong - Lỗ khoan D102 m 12,00 - Lỗ khoan D45 m 302 Tổng số lỗ khoan lỗ 80 Trong - Lỗ khoan D102 lỗ - Lỗ khoan D45 lỗ 77 Tỉng sè thc nỉ sư dơng - D¹ng thái D32mm kg 137,80 Tæng sè kÝp vi sai phi điện 77 Tổng số kíp điện số Chi phí thuốc nổ đơn vị kg/m3 2,39 Chi phí khoan đơn vị md/m3 5,45 Sau chu kỳ khoan nổ, phận trắc địa đo vẽ hoàn công làm sở đánh giá hiệu nổ mìn nói chung chất lợng khoan nổ viền Hoàn công đo vẽ gơng hầm đợc thể hình 3.17 101 102 103 Hình 3.17 Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau nổ mìn theo hộ chiếu M2 Ưu điểm: - Hiệu sử dụng lỗ mìn cao > 0,9; - Chất lợng đờng viền tốt: vết lỗ khoan lại biên > 70%, giá trị lẹm tơng đối đồng (hình 3.16) - Kích thớc đống đá tơng đối đồng thuận lợi cho công tác xúc bốc vận chuyển đá thải sau nổ mìn Nhợc điểm: - Chi phí mét dài khoan cho 1m3 đá nguyên khai hầm lớn (5,45md/m3), làm tăng thêm chi phí cho công tác khoan nổ mìn; - Thời gian chu kỳ đào hầm tăng tăng khối lợng khoan tạo biên làm ảnh hởng tới tiến độ đào gia cố hầm 104 Bảng 3.12 Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo hộ chiếu mẫu M2 TT Lý trình gơng hầm Chiều dài chu tế (m) 2+997,12 Lợng S thiÕt thc nỉ sư S lĐm kÕ (m2) (m2) dơng (kg) 18,3 141,9 1,55 3,47 3+000,59 18,3 141,9 3+004,05 18,3 141,9 3+007,57 18,3 137,8 3+011,12 18,3 138,0 3+014,65 18,3 141,9 3+018,13 18,3 137,8 3+021,69 18,3 136,2 3+025,17 18,3 137,6 3+028,75 Giá trị trung bình 18,3 3,51 136,6 8,06 1,50 8,20 1,43 7,81 1,27 6,94 1,22 6,67 1,39 7,57 1,34 3,58 10 1,48 1,1 3,48 7,49 1,44 3,56 1,37 1,42 3,48 8,33 1,58 3,53 1,53 1,37 3,55 8,83 1,37 3,52 1,62 1,68 3,46 S lĐm % trung LĐm Ghi chó b×nh theo S (m2) 1,43 6,92 105 Bảng 3.13 Tính toán chi phí đào gia cố (theo hộ chiếu nổ mìn thử nghiƯm M1- L=28,44m) TT Néi dung c«ng việc Công tác khoan nổ mìn Khoan tạo lỗ D45 Khoan tạo lỗ D102 Nạp nổ mìn thuốc nổ P113 Kíp nổ phi điện Kíp điện K8 Dây nổ Công tác xúc bốc, vận chuyển Bốc xúc vận chuyển đá nổ mìn hầm tổ hợp máy xúc lật, xe goòng 3T cự ly TB