Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu (Luận văn thạc sĩ)

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG HẦM VÀ CÁC SỰ CỐ HAY XẢY RA KHI ĐÀO HẦM 1.1 Tổng quan đường hầm Việt Nam 1.1.1 Khái niệm phân loại đường hầm thủy lợi, thủy điện 1.1.2 Hình thức mặt cắt ngang đường hầm 1.1.3 Các yếu tố định đến an toàn chất lượng đường hầm 1.2 Các cố hay xảy đào hầm 1.2.1 Một số ví dụ cố thi cơng đường hầm Việt Nam 1.2.2 Các cố hay xảy đào hầm 13 1.2.3 Ảnh hưởng cố đào hầm 14 1.3 Kết luận chương 15 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SẠT TRƯỢT VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI ĐÀO ĐƯỜNG HẦM 16 2.1 Nguyên nhân sạt trượt đào hầm 16 2.1.1 Địa chất cơng trình 16 2.1.2 Chất lượng hồ sơ khảo sát thiết kế 18 2.1.3 Tay nghề chất lượng nhà thầu thi công 18 2.1.4 Công tác quản lý giám sát 18 2.2 Lý thuyết giải pháp xử lý đào hầm qua vùng địa chất xấu 19 2.2.1 Áp lực đá lên hệ chống đỡ cơng trình ngầm 19 2.2.2 Phân tích quan hệ đá – hệ chống đỡ (Lời giải Ladanyi) 24 2.2.3 Các giải pháp gia cố chống đỡ theo phương pháp NATM 35 2.2.4 Phương pháp đánh giá chất lượng đá 38 2.2.5 Biến dạng ứng suất ban đầu đào hầm 43 2.3 Giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu 47 2.3.1 Các phương pháp thi công đào đường hầm 47 iii 2.3.2 Giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu 48 2.3.3 Giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu - hầm bị sạt 56 2.3.4 Giải pháp gia cố vĩnh cửu cho đoạn hầm qua vùng địa chất xấu 56 2.4 Kết luận chương 63 CHƯƠNG : GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA VÙNG ĐỊA CHẤT XẤU THỦY ĐIỆN BẢO LỘC 64 3.1 Giới thiệu cơng trình thủy điện Bảo Lộc 64 3.1.1 Vị trí nhiệm vụ cơng trình 64 3.1.2 Quy mơ hạng mục cơng trình 64 3.2 Giải pháp xử lý khối sạt đường hầm thủy điện Bảo Lộc 69 3.2.1 Đặt vấn đề 69 3.2.2 Giải pháp xử lý để đào khối sạt 71 3.2.3 Tính tốn kết cấu gia cố tạm giải pháp chi tiết để đào khối sạt 71 3.3 Giải pháp kết cấu vỏ hầm cho đoạn địa chất xấu 95 3.4 Kết luận chương 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC 107 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm không áp Hình 1.2 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm có áp Hình 1.3 Sạt gương hầm K0+16 thủy điện Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng 10 Hình 1.4 Sạt gương hầm K3+640 thủy điện Buôn Kuôp, tỉnh Đăk Lăk 10 Hình 1.5 Sạt gương hầm K0+56 thủy điện Sơng Giang 2, tỉnh Khánh Hịa 11 Hình 1.6 Sạt gương hầm K1+50 thủy điện Đồng Nai tỉnh Đăk Nông 11 Hình 1.7 Nước ngầm K1+50 thủy điện Sơng Bung tỉnh Quảng Nam 12 Hình 1.8 Nước ngầm hầm dẫn dịng thủy điện Sơng Bung tỉnh Quảng Nam 12 Hình 2.1 Quan hệ cường độ kháng nén khối đá ứng suất ban đầu 17 Hình 2.2 Trạng thái đơn trục 19 Hình 2.3 Biến dạng đỉnh vịm 20 Hình 2.4 Tập trung ứng suất 20 Hình 2.5 Trượt tường hầm 20 Hình 2.6 Vùng biến dạng đỉnh 21 Hình 2.7 Diễn biến trình Đào – Chống đỡ 23 Hình 2.8 Mối quan hệ đá hệ chống đỡ 23 Hình 2.9 Dạng hình học trạng thái ứng suất đường hầm tiết diện tròn 25 Hình 2.10 Tiêu chuẩn phá hủy khối đá nguyên dạng đá vùng phá hủy 25 Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất biến dạng đá quanh đường hầm 28 Hình 2.12 Nêm đá rơi trượt khỏi mặt gương đào 33 Hình 2.13 Neo gia cố ổn định vòm đá 35 Hình 2.14 Đường cong chuyển vị đá 36 Hình 2.15 Phản ứng hệ thống gia cố theo chuyển vị tường hầm 38 Hình 2.16 Biểu đồ phân loại đá theo phương pháp Lauffer 40 Hình 2.17 Quan hệ biến dạng ứng suất thân ban đầu đường hầm 44 Hình 2.18 Các biện pháp đào phá mặt gương 45 Hình 2.19 Hình thức gia cố hầm phun bê tông 50 v Hình 2.20 Hình thức gia cố hầm phun bê tông + neo đá 52 Hình 2.21 Hình thức gia cố hầm khung chống 55 Hình 2.22 Sơ đồ tính áp lực núi đá [1] 59 Hình 3.1: Cắt dọc đường hầm thủy điện Bảo Lộc 68 Hình 3.2: Cắt ngang đường hầm thủy điện Bảo Lộc 68 Hình 3.3 Cắt dọc khối sạt đường hầm 69 Hình 3.4 Chính diện khối sạt nhìn từ mặt gương 70 Hình 3.5 Khối sạt nhìn từ đỉnh mặt đất tự nhiên 70 Hình 3.6 Đường cong đặc tính chuyển vị khối đất đá sạt 73 Hình 3.7 Đường cong đặc tính khối đá áp lực chống đỡ 73 Hình 3.8 Cắt dọc xử lý bước 75 Hình 3.9 Mặt khối sạt sau xử lý bước 75 Hình 3.10 Cắt dọc bố trí khoan cứng hóa khối sạt bước 78 Hình 3.11 Khoan cứng hóa khối sạt từ đỉnh hầm 78 Hình 3.12 Mơ hình cắt ngang đường hầm 80 Hình 3.13 Ứng suất ban đầu khu vực hầm trước đào 80 Hình 3.14 Chuyển vị hầm đào toàn tiết diện 81 Hình 3.15 Ứng suất hầm gia cố khung chống thép hình 81 Hình 3.16 Các giai đoạn đào phá mặt gương 83 Hình 3.17 Chuyển vị hầm đào giai đoạn 83 Hình 3.18 Chuyển vị hầm đào giai đoạn U=3,85cm 84 Hình 3.19 Chuyển vị hầm đào giai đoạn U=3,0cm 84 Hình 3.20 Chuyển vị hầm đào giai đoạn 84 Hình 3.21 Ứng suất hầm đào giai đoạn 1/bước 85 Hình 3.22 Mơ hình thép neo vượt trước 87 Hình 3.23 Chuyển vị hầm có neo vượt trước 87 Hình 3.24 Mơ hình tính tốn neo vượt trước 89 Hình 3.25 Chuyển vị dọc hầm không gia cố, bước đào 1m 89 Hình 3.26 Chuyển vị dọc hầm có gia cố neo vượt trước bước đào 1m 90 Hình 3.27 Ứng suất thép neo vượt trước, bước đào 1m 90 vi Hình 3.28 Cắt dọc đào gia cố khối sạt 91 Hình 3.29 Mơ hình tính tốn khung chống thép hình H150, Bê tơng M200 dày 15cm 93 Hình 3.30 Kết chuyển vị hệ gia cố tạm 93 Hình 3.31 Kết ứng suất Smax, Smin khung chống thép hình 94 Hình 3.32 Kết ứng suất Smax, Smin bê tông chèn M200 dày 15cm 94 Hình 3.33 Mơ hình tính tốn vỏ hầm có xét đến gia cố tạm 96 Hình 3.34 Mơ hình tính tốn vỏ hầm không xét đến gia cố tạm 96 Hình 3.35 Mơ hình tính tốn vỏ hầm có xét đến gia cố tạm 97 Hình 3.36 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) 107 Hình 3.37 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 107 Hình 3.38 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) 108 Hình 3.39 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 108 Hình 3.40 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) 109 Hình 3.41 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 109 Hình 3.42 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) 110 Hình 3.43 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 110 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đường hầm thủy lợi - thủy điện xây dựng Việt Nam khoảng 20 năm trở lại Bảng 2.1 Phân loại nhóm đá theo Bieniawski 41 Bảng 2.2 Các khối đá phân loại theo phương pháp “Hệ thống Q” 43 Bảng 2.3 Hệ số lệch tải tính tốn lớp lót đường hầm [9] 57 Bảng 2.4 Hệ số kiến cố loại đất đá [9] 58 Bảng 2.5 Bảng tra trị số Ka [1] 60 Bảng 3.1 Các thông số cơng trình thủy điện Bảo Lộc 67 Bảng 3.2 Chỉ tiêu, đặc tính khối sạt trạng thi công sau: 71 Bảng 3.3 Chỉ tiêu lý vùng ảnh hưởng sau: 71 Bảng 3.4 Chỉ tiêu lý khối sạt trước sau khoan 77 Bảng 3.5 Chỉ tiêu lý khối đất đá sạt trước sau gia cố 91 Bảng 3.6 Trường hợp, tổ hợp lực tác dụng lên vỏ hầm tính tốn 97 Bảng 3.7 Kết tính tốn nội lực cốt thép vỏ hầm 99 Bảng 3.8 Bảng so sánh giải pháp xử lý đào hầm thực tế trước 101 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ĐHTL Đại học Thủy lợi LVThS Luận văn Thạc sĩ GS.TS Giáo sư Tiến sĩ NXB Nhà xuất TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCN Tiêu chuẩn ngành QCVN Quy chuẩn Việt Nam BTCT Bê tông cốt thép ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài Trong thời gian qua, với phát triển mạnh mẽ ngành thủy lợi - thủy điện, nước ta tiến hành xây dựng đưa vào khai thác nhiều loại đường hầm thủy công hệ thống thủy điện, thủy lợi, thủy nơng, cấp nước Trong thiết kế xây dựng đường hầm thủy cơng cập nhật áp dụng có kết nhiều kinh nghiệm công nghệ tiên tiến giới Đường hầm thủy công dạng cơng trình thủy đặc biệt xây dựng cách đào đất, đá núi dùng để dẫn nước, tháo nước phục vụ cho mục đích khác Việc thiết kế xây dựng đường hầm thủy cơng địi hỏi kiến thức cơng trình ngầm (đào gia cố vỏ hầm đất, đá) cơng trình thủy, tức cơng trình chịu tác dụng trực tiếp nước từ phía phía ngồi Tuy nhiên đường hầm nằm sâu đất nên cơng tác khảo sát thu thập bình đồ địa chất khu vực, khoan dọc tuyến đường hầm, địa vật lý không đánh giá hết điều kiện địa chất phức tạp đường hầm để có giải pháp thiết kế thi công phù hợp Mặt khác, trình độ thiết kế thi cơng hầm nước ta có bước tiến đáng kể so với trước kia, song việc đào hầm qua vùng địa chất xấu vấn đề cần quan tâm đặc biệt để tránh cố đáng tiếc dẫn đến tổn thất người tài sản Tồn lớn đơn vị thiết kế thi công thường chưa chủ động việc xác định vị trí vùng mà xảy cố dừng lại để đưa giải pháp khắc phục dẫn đến bị động đối phó chịu tổn thất khơng đáng có, làm chậm tiến độ thi cơng Xem xét trình tự khảo sát, thiết kế đường hầm phổ biến nước ta thấy: - Ở phần lớn đường hầm thường khoan khảo sát vị trí cửa vào, cửa cục tuyến đường hầm Các đới địa chất, đường mặt đá lập nối với dựa hố khoan địa chất Các vùng địa chất xấu đứt gẫy xác định dựa địa hình, địa mạo, khơng thể chuẩn xác vị trí, kích thước, tiêu lý - Đối với đường hầm có quy mơ lớn, giá trị đầu tư cao trước khoan thường tiến hành khảo sát địa vật lý, kết địa vật lý khơng mơ tả xác kích thước vùng địa chất xấu, hạn chế mặt tài số lỗ khoan phải giới hạn - Hiểu biết địa chất dọc tuyến hầm bị hạn chế kết khảo sát, giải pháp thiết kế để đào hầm qua vùng địa chất xấu lại phụ thuộc vào kết khảo sát Thơng thường, để tránh tụt nóc, sạt gương vách, đào hầm qua vùng địa chất xấu áp dụng biện pháp sử dụng neo vượt trước, dùng khung chống, khoan đơng cứng hóa mặt gương v.v Trường hợp khơng kịp gia cố để hầm bị sạt phải chặn chân khối sạt, chống đỡ để ổn định vách hầm sau áp dụng biện pháp để đào tiếp Nguyên lý chung vậy, áp dụng biện pháp cụ thể phải vào tình hình địa chất cụ thể, so sánh mặt kinh tế xem xét khả thi công thiết bị có nhà thầu Mục tiêu nghiên cứu Tổng kết, đánh giá cơng tác đào hầm, qua thấy hạn chế giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu Đưa giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu, giải pháp khắc phục đào tiếp xảy cố tụt nóc, sạt gương vách Các giải pháp gia cố cho hầm Đề xuất, chọn giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu đường hầm thủy điện Bảo Lộc Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận: - Tiếp cận tồn diện, hệ thống, thực tiễn tổng hợp: Có nhiều nhân tố tự nhiên, người, máy móc ảnh hưởng tới công tác thi công hầm cường độ đá, hệ thống chiều rộng khe nứt, tiêu lý đá, hệ thống lưu lượng nước ngầm, nằm đá, hệ số kiên cố đá, máy khoan đào, máy khoan gia cố, vật liệu gia cố v.v Do để đạt mục tiêu đề tài đòi hỏi phải xem xét tiếp cận vấn đề nghiên cứu cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn tổng hợp - Cách tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết: Xem xét nghiên cứu từ tổng thể đến giải pháp cụ thể áp dụng cho cơng trình - Cách tiếp cận kế thừa, chọn lọc kinh nghiệm tri thức có liên quan đến đề tài: Vấn đề nghiên cứu giải pháp thiết kế xử lý có nhiều nghiên cứu nước, luận văn kế thừa chọn lọc kinh nghiệm từ công trình nghiên cứu có 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu; - Phương pháp kế thừa chọn lọc nghiên cứu trước có liên quan đến đề tài; - Phương pháp tính tốn lý thuyết; - Phương pháp tham vấn chuyên gia 3.3 Dự kiến kết đạt - Đưa giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu - Đưa giải pháp khắc phục xảy cố tụt nóc, sạt gương vách đào tiếp - Áp dụng cụ thể cho đường hầm thủy điện Bảo Lộc Hình 3.33 Mơ hình tính tốn vỏ hầm có xét đến gia cố tạm (Mơ hình tính tốn có xét đến khung chống, bê tơng chèn M200, neo vượt trước) Hình 3.34 Mơ hình tính tốn vỏ hầm khơng xét đến gia cố tạm (Mơ hình tính tốn khơng xét đến khung chống, bê tông chèn M200, neo vượt trước) 96 Các lực tác dụng lên vỏ hầm hệ số lệch tải tính tốn Bảng 3.6 Trường hợp, tổ hợp lực tác dụng lên vỏ hầm tính tốn STT Trường hợp tính tốn Tổ hợp tính tốn Khung chống Bê tơng chèn M200 Áp lực đá núi Trọng lượng vỏ Áp lực nước ngầm Áp lực nước bên Tổ hợp 1.1 x x x(1,1;1,2) x(12) x(1,1) - Tổ hợp 1.2 - - x(1,1;1,2) x(1,2) x (1,1) - Tổ hợp 2.1 x x x(1,1;1,2) x(1,2) x(1,1) x(1,0) Tổ hợp 2.2 - - x(1,1;1,2) x(1,2) x (1,1) x(1,0) TH1 TH2 Vị trí mặt cắt lấy nội lực tính tốn cốt thép Hình 3.35 Mơ hình tính tốn vỏ hầm có xét đến gia cố tạm 97 Phương pháp, kết tính tốn nội lực cốt thép vỏ hầm: Vỏ hầm tính tốn theo cấu kiến chịu kéo lệch tâm cấu kiện chịu kéo lệch tâm tuỳ thuộc vào vị trí vỏ hầm với thơng số vật liệu, cơng trình tính tốn sau: - Hệ số tin cậy theo cấp cơng trình kn=1,15 - Cường độ tính toán cốt thép Ra=340000 kN/m2, hệ số làm việc cốt thép ma=1,1 - Bê tông M250, cường độ chịu nén tính tốn Rn=11000 kN/m2, hệ số làm việc bê tông mb=0,85, modun đàn hồi E=265000kN/m2, hệ số posion =0,2 - Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép a=5cm - Trên sở ứng suất tính lực dọc N mômen uốn M 1m dài vỏ áo mặt cắt tương ứng tính theo công thức: N 1   h  2 M  h 12 Trong đó: + h chiều dày vỏ áo, + 1, 2 ứng suất pháp mép mép ngồi vỏ áo bán kính Trên sở thông số vật liệu, trường hợp - tổ hợp tính tốn có kết tính tốn nội lực cốt thép bảng 3.7 Hàm lượng cốt thép cho vỏ hầm theo điều kiện cấu tạo 0,3%  Fa=Fa’=12(cm2) Kết tính tốn thấy rằng: Khi có khung chống cốt thép vỏ hầm u cầu nhỏ khoảng 20 % so với trường hợp không xét đến gia cố tạm khung chống thép hình 98 Bảng 3.7 Kết tính tốn nội lực cốt thép vỏ hầm STT Tổ hợp MC tính tốn (nội lực lớn nhất) MC 1-1 TH1.1 MC 3-3 MC 1-1 TH1.2 MC 3-3 MC 1-1 TH2.1 MC 3-3 10 MC 1-1 12 TH2.2 3029 Fatt (cm2) Fa’tt (cm2) 967,65 4,54 Cấu tạo Cấu tạo Cấu tạo Cấu tạo 872,70 1,80 4500 17,04 677,56 33,62 Cấu tạo Cấu tạo 1241,70 7,95 Cấu tạo Cấu tạo 5,52 Cấu tạo Cấu tạo 4669 3609 5100 1419,60 4299 13,31 646,85 32,14 Cấu tạo Cấu tạo 26,03 2,21 0,83 3,75 199,04 2,10 3,72 3,01 60,27 -233,8 -803,6 -523,3 367,20 7,33 7,45 4,97 201,09 4,18 4,12 2,71 -391,4 -949,2 219,92 3,42 cm2 Fa=a’=10,0 cm2 D14, a200 cm2 4,30 3,14 Fa=a’=10,0 cm2 -722,8 -2062,5 Fa=a’=7,5 D16, a200 -961,3 -504,8 D14, a200 Fa=a’=7,5 -735,5 -1712,5 Fa=Fa’ chọn (cm2) D16, a200 4364 MC 2-2 MC 3-3 M(kNm) 2789 MC 2-2 11 2923 MC 2-2 N(kN) 3528 MC 2-2 xx yy (kN/m2) (kN/m2) 417,80 10,05 8,77 5,37 Ghi chú: Tử số giá trị ứng suất điểm biên bên vỏ hầm, mẫu số giá trị ứng suất điểm biên bên vỏ hầm Dấu ứng suất theo quy định phần mềm phase 2: dấu + ứng suất chịu nén, dấu - ứng suất chịu kéo) 99 3.4 - Kết luận chương Với việc áp dụng giải pháp trên, công tác xử lý khối sạt hầm qua khu vực địa chất xấu đường hầm thủy điện Bảo Lộc trở nên bớt phức tạp Khối đất đá vỡ vụn nhàu nát khu vực địa chất xấu sau khoan vữa gia cố cứng hóa, kết hợp với công tác neo vượt trước, chia nhỏ tiết diện gương đào đã, đào đến đâu dựng khung chống thép hình đến làm cho cơng tác đào an tồn hiệu - Kết thí nghiệm giai đoạn xử lý trước cho thấy tiêu lý lớp đất đá sau khoan gia cố tăng cách rõ rệt, công tác neo vượt trước đảm bảo đất đá không bị sạt cục tổng thể trước đặt chống thép hình, đặt chống thép hình hầm đảm bảo an tồn q trình thi công trước đổ bê tông gia cố vĩnh cửu Khi đổ bê tông vĩnh cửu, hầm đảm bảo làm việc vận hành an toàn - Những điều cho thấy giải pháp xử lý tỏ phù hợp với điều kiện cụ thể cơng trình cơng trình có điều kiện địa chất tương tự - So với giải pháp xử lý thực tế thấy với việc phân tích chuyển vị làm sở để chia nhỏ tiết diện gương đào, tính tốn kết cấu vỏ hầm có kể đến gia cố tạm giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu hầm bị sạt đảm bảo tính an tồn, kinh tế, kỹ thuật 100 Bảng 3.8 Bảng so sánh giải pháp xử lý đào hầm thực tế trước TT Giải pháp trạng Giải pháp kiến nghị Đào hầm toàn tiết diện, bước đào theo tim hầm 2,0m Chia nhỏ tiết diện gương đào thành bốn bước, bước đào theo tim hầm 1,0m Khung chống thép hình H150, a=1,0m Khung chống thép hình H150, a=1,0m, chèn bê tơng M200, neo vượt trước d32, a=1,0m Bê tông vỏ hầm vĩnh cửu M250 dày 30cm, cốt thép D16, a200 (trong tính tốn khơng kể đến gia cố tạm) Bê tông vỏ hầm vĩnh cửu M250 dày 30cm, cốt thép D14, a200 (trong tính toán kể đến gia cố tạm khung chống thép hình H150) 101 Ghi Đào tồn tiết diện hầm bị sạt Giảm chi phí 20% cốt thép vỏ hầm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt luận văn Trong cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện vai trị đường hầm dẫn nước quan trọng, hạng mục cơng trình dẫn nước ngầm thường có chiều dài lớn nằm lịng đất nên công tác thi công, quản lý vận hành gặp nhiều khăn Trong q trình thi cơng cơng trình thi cơng đường hầm thường đường găng dự án rủi ro, nạn địa chất thường xảy làm tiến độ thi công hầm chậm, kéo theo tiến độ toàn dự án bị chậm Kinh nghiệm thi công hầm cho thấy thi công khơng cần chống đỡ trung bình tháng thi cơng đào 80-120m dài, có gia cố tạm chống đỡ tháng thi cơng 40-60md, trường hợp gặp địa chất xấu, nước ngầm dẫn đến hầm sạt cơng tác xử lý kéo dài từ hàng tuần đến hàng tháng, giải pháp xử lý hầm qua vùng địa chất xấu quan trọng nhằm đẩy nhanh tiến độ dự án, hạn chế rủi ro thi cơng cơng trình ngầm Kết đạt luận văn: - Cung cấp biểu đồ tra sẵn giải pháp chống đỡ hầm qua vùng địa chất xấu theo nhiều nhà nghiên cứu - Cung cấp nhiều quan điểm tính gia cố tính tốn thiết kế chống đỡ đào hầm - Tính tốn/ mơ trình tự giai đoạn thi công hầm, đợt đào hầm để làm sở đề xuất trình thự thi cơng theo phương ngang hầm, bước đào theo phương dọc hầm để đảm bảo điều kiện an toàn đào hầm q trình thi cơng - Làm rõ tiêu chí đánh giá ổn định khối đá quanh hầm biểu đồ kinh nghiệm, chuyển vị định tính u cầu chống đỡ tạm thơng qua phương pháp tính tốn giải tích - Làm rõ tính khả thi giải pháp xử lý chống đỡ tạm theo phương pháp giải tích đồng thời làm rõ cơng tác đào hầm qua vùng địa chất xấu thời điểm gia 102 cố tạm quan trọng, giải pháp xử lý đào hầm qua vùng địa chất xấu thời điểm, trình tự gia cố tạm khác khối đá quanh hầm có ứng xử khác - Tính tốn làm rõ công dụng công tác khoan gia cố khối đất đá bị sạt - Tính tốn chức nhiệm vụ phận gia cố tạm neo vượt trước, khung chống thép Hình, bê tơng chèn M200, lưới thép D12 nhằm làm rõ sở bố trí, thiết kế xử lý đào hầm qua vùng địa chất xấu - Tính tốn vỏ hầm có xét đến làm việc phận gia cố tạm tham gia chịu lực để tiết kiêm chi phí xử lý, kết cho thấy xét đến phận gia cố tạm tham gia chịu lực với vỏ hầm cốt thép yêu cầu giảm khoảng 20% so với khơng xét đến phận gia cố tạm làm việc với vỏ hầm - Luận văn tác giả đưa bước xử lý, nội dung tính tốn xử lý cho cơng trình thực tế thủy điện Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng, giải pháp xử lý hầm qua vùng địa chất xấu cơng trình thuỷ điện Bảo Lộc giải pháp mẫu để xem xét áp dụng/tham khảo cho cơng trình tương tự Một số vấn đề tồn - Chưa đưa phương án so sánh kinh tế xử lý khối sạt để đào tiếp phương án khác chuyển tuyến hầm, đào hở để đưa cửa lấy nước vào bên - Trong trình nghiên cứu, thời gian kiến thức hạn chế nên số lượng tính tốn cịn chưa thật chi tiết - Trong luận văn tác giả sử dụng phần mềm Phase để tính neo vượt trước vỏ hầm, áp dụng cho toán phẳng (planstrain) với b=1m nên tính chuẩn xác cịn hạn chế, để đạt kết chi tiết, xác cần mơ tốn khơng gian 3D - Khi tính tốn kết cấu gia cố tạm bao gồm khung chống thép hình, bê tơng chèn M200 tính tốn kết cấu vỏ hầm áp lực đất đá tính theo vịm phá huỷ nên chưa mơ tả xác trạng thái làm việc vỏ hầm 103 - Đề tài tính tốn chuyển vị tức thời đất đá, chưa đề cập đến vấn đề biến dạng khối đá đào hầm theo thời gian, điều cần thiết công tác thiết kế hầm Hướng tiếp tục nghiên cứu - Tiến hành nghiên cứu quan trắc trường đặc trưng áp lực đất đá (độ lớn, tốc độ phát triển) ứng với loại đất đá dạng đứt gãy khác nhằm phục vụ công tác thiết kế xử lý đào hầm đảm bảo an tồn kinh tế - Nghiên cứu tốn không gian để xác định ảnh hưởng bề rộng khu vực đứt gãy đến giải pháp kết cấu chịu lực lớp lót đường hầm - Nghiên cứu phân tích neo vượt trước tốn 3D để làm rõ ràng tác dụng neo vượt trước tính tốn thật chi tiết khoảng cách, đường kính, chiều dài neo vượt trước - Cần nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng giai đoạn đào hầm ảnh hưởng đến nội lực vỏ hầm - Cần nghiên cứu biến dạng, chuyển vị hầm theo thời gian bao gồm yếu tố từ biến đất đá 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1GS.TS Nguyễn Chiến: Thiết kế đường hầm thủy công, NXB xây dựng Hà Nội năm 2013; 2 Phan Đình Đại: Xây dựng cơng trình ngầm thủy điện Hịa Bình, NXB xây dựng Hà Nội năm 1999; 3 Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt: Tính tốn thiết kế cơng trình ngầm, NXB xây dựng Hà Nội năm 2002; 4 Nguyễn Quang Phích: Cơ học đá, NXB xây dựng Hà Nội năm 2007; 5 GS.TS Trần Mạnh Tuân, Kết cấu bê tông cốt thép, TS Nguyễn Hữu Lân ed., TS Nguyễn Hữu Thành, Ed Hà Nội: NXB Nông Nghiệp, 1995; 6 GS TS Phạm Ngọc Khánh, Sức bền vật liệu Hà Nội: NXB Xây Dựng, 2002; 7 GS TS Vũ Trọng Hồng, Thi công đường hầm thủy công Hà Nội: Bài giảng cao học-Đại học Thủy Lợi, 2004; 8 TCVN 5575-2012, Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế; 9 TCVN 4116-1985, Tiêu chuẩn thiết kế bê tơng cốt thép thủy cơng; 10 TCVN 9154:2012, Cơng trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật thiết kế đường hầm thủy lợi; 11 John A Franklin, Maurice B Dusseault, NXB giáo dục, dịch giả Nghiêm Hữu Hạnh, Cơ học đá cơng trình; [12] Evert Hoek (11-1998)Tunnel support in weak rock; [13] Evert Hoek (09-2001), Big tunnels in bad rock by; [14] Rocscience (2000), Rock Support -Tutorial Manual; 105 15 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Điện (PEEC2), Hồ sơ thiết kế kỹ thuật cơng trình thủy điện Bảo Lộc – Lâm Đồng, 2003 16 Phạm Xuân Diệu, Nguyễn Chiến, Đào Văn Hưng, Nghiên cứu tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời lâu dài đào hầm qua vùng đất yếu, áp dụng cho hầm thủy điện Văn Chấn- Tỉnh Yên Bái - LVThS – ĐHTL 2016 17 Nguyễn Trần Sơn, Nguyễn Văn Lệ, Tính toán kết cấu chống đỡ số giải pháp gia cố đường hầm qua vùng địa chất yếu - LVThS – ĐHTL 2005 106 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Biểu đồ ứng suất vỏ hầm trường hợp 1, tổ hợp 1.1 (trường hợp sửa chữa đường hầm, bên có nước ngầm, áp lực đá núi, bên khơng có nước) có xét đến gia cố tạm (khung chống thép hình H150@1m, bê tơng chèn M200 dày 15cm, neo vượt trước D32mm) Hình 3.36 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) Hình 3.37 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 107 PHỤ LỤC 2: Biểu đồ ứng suất vỏ hầm trường hợp 1, tổ hợp 1.2 (trường hợp sửa chữa, bên ngồi có nước, bên khơng có nước) khơng xét đến gia cố tạm (khung chống thép hình H150@1m, bê tơng chèn M200 dày 15cm, neo vượt trước D32mm) Hình 3.38 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) Hình 3.39 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 108 PHỤ LỤC 3: Biểu đồ ứng suất vỏ hầm trường hợp 2, tổ hợp 2.1 (trường hợp vận hành mực nước dâng bình thường có kể đến áp lực nước va dương, bên ngồi có nước ngầm, áp lực đá núi, bên có áp lực nước hầm vận hành) có xét đến gia cố tạm (khung chống thép hình H150@1m, bê tơng chèn M200 dày 15cm, neo vượt trước D32mm) Hình 3.40 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) Hình 3.41 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 109 PHỤ LỤC 4: Biểu đồ ứng suất vỏ hầm trường hợp 2, tổ hợp 2.2 (trường hợp vận hành mực nước dâng bình thường có kể đến áp lực nước va dương, bên ngồi có nước ngầm, áp lực đá núi, bên có áp lực nước hầm vận hành) khơng xét đến gia cố tạm (khung chống thép hình H150@1m, bê tơng chèn M200 dày 15cm, neo vượt trước D32mm) Hình 3.42 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) Hình 3.43 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) 110 ...2.3.2 Giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu 48 2.3.3 Giải pháp xử lý đào đường hầm qua vùng địa chất xấu - hầm bị sạt 56 2.3.4 Giải pháp gia cố vĩnh cửu cho đoạn hầm qua vùng địa. .. thầu Mục tiêu nghiên cứu Tổng kết, đánh giá cơng tác đào hầm, qua thấy hạn chế giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu Đưa giải pháp đào hầm qua vùng địa chất xấu, giải pháp khắc phục đào tiếp xảy... qua vùng địa chất xấu? ?? trường hợp: Đào qua vùng địa chất xấu đường hầm bị sạt, giải pháp xử lý khối sạt để đào hầm tiếp, giải pháp gia cố tạm, giải pháp gia cố vĩnh cửu 15 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU