Công trình ngầm bài giảng môn họ

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT BÀI GIẢNG MƠN HỌC CƠNG TRÌNH NGẦM Biên soạn: PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh HÀ NỘI 2012 MỤC LỤC Mục 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 4.1 4.2 Chương Khái qt cơng trình ngầm Giới thiệu chung Sơ lược lịch sử xây dựng công trình ngầm Một số khái niệm Chương Tính tốn ổn định cơng trình ngầm Cơng tác khảo sát dự án Ổn định cơng trình ngầm đào phương pháp đào mở Ổn đinh cơng trình ngầm đào phương pháp đào kín Chương Một số phương pháp pháp thi cơng cơng trình ngầm Thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp đào mở Thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp đào kín Chương Quan trắc cơng trình ngầm Quan trắc hố đào cơng trình lân cận Quan trắc đánh giá đo đạc đường hầm Tài liệu tham khảo Trang 3 11 24 24 39 66 82 82 115 144 144 151 167 Chương Khái qt cơng trình ngầm 1.1 Giới thiệu chung Cơng trình ngầm cơng trình nằm lịng đất Theo mục đích sử dụng, phân chia sau: Cơng trình ngầm giao thông: hầm đường sắt, hầm đường ô tô xuyên núi, hầm cho người bộ, tầu điện ngầm, hầm vượt sơng Cơng trình thủy lợi ngầm: hầm cơng trình thủy điện, hầm dẫn nước tưới tiêu, hầm cấp thoát nước, hầm đường thủy Cơng trình ngầm thị: hầm giao thông đô thị (hầm nút giao thông, hầm cho người bộ, hầm tầu điện ngầm…) hầm cấp thoát nước, hầm cáp thông tin, lượng (collector), gara ngẩm, hầm nhà dân dụng, hầm nhà xưởng, gara ngầm, cơng trình cơng cơng (cửa hàng, nhà hát, phố ngầm…) Cơng trình ngầm khai khống: hầm chuẩn bị, hầm vận tải, hầm khai thác, hầm thong gió… Cơng trình đặc biệt: Hầm chứa máy bay, tầu thuyền, kho tàng, nhà máy… Theo kích thước, cơng trình ngầm chia thành: Cơng trình ngầm tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng l < 4m, Cơng trình ngầm tiết diện trung bình: bề ngang sử dụng 4m < l 10m Theo phương pháp thi cơng chia ra: Cơng trình ngầm thi cơng theo phương pháp đào mở, Cơng trình ngầm thi cơng theo phương pháp đào kín Cơng trình ngầm thi cơng theo phương pháp hạ chìm 1.2 Sơ lược lịch sử xây dựng cơng trình ngầm Từ lâu, trước cơng ngun, Babilon, Ai cập, Hy Lạp, La Mã cơng trình ngầm khai đào với mục đích khai khống, xây lăng mộ, nhà thờ, cấp nước, giao thông Một số cơng trình cịn giữ ngun ngày Cơng trình ngầm coi lâu đời giới đường hầm xuyên qua sông Eupharate thành phố Babilon xây dựng vào khoảng năm 2150 trước Công Nguyên Vào năm 700 trước Công Nguyên, đường hầm dẫn nước xây dựng đảo Samosaite, HyLạp Hầu hết hầm cổ xưa xây dựng đá cứng, có dạng vịm giống hang động tự nhiên, khơng cần vỏ chống Thi công hầm công cụ thô sơ choòng, xà beng phương pháp nhiệt đơn giản: đốt nóng gương hầm, sau làm lạnh nước Vào cuối thời kỳ Trung Cổ, việc mở rộng giao thương thúc đẩy phát triển đường hầm giao thông Hầm đường thủy giới dài 160m xây dựng Pháp từ năm 1679 đến năm1681 Sự xuất đường sắt thúc đẩy phát triển hầm đường sắt, hầm đường sắt dài 1190m xây dựng năm 1826- 1830 tuyến đường Liverpool – Manchester Anh Cùng thời gian người ta xây dựng hầm đường sắt Pháp nước Châu Âu khác Công nghệ khai đào thời kỳ chủ yếu khoan tay thuốc nổ đen Việc phát minh thuốc nổ Dinamite (1866) với áp dụng máy khoan đập xoay tạo nên bước ngoặt xây dựng cơng trình ngầm xây dựng đường hầm xuyên qua dãy Alpe nối Pháp, Ý Thụy Sỹ Trước chiến tranh giới lần thứ nhất, người ta xây dựng 26 đường hầm giao thơng có chiều dài lớn 5km, có hầm dài giới hầm Sinplon, dài 19780m Vật liệu vỏ hầm chủ yếu đá hộc vữa vôi vữa xi măng Mãi đến năm 70 kỷ 20 bê tông trở thành vật liệu chủ yếu xây dựng cơng trình ngầm Sau chiến tranh giới lần thứ nhất, nhịp độ xây dựng hầm giảm hệ thống đường sắt tương đối hoàn chỉnh nước châu Âu Cùng với hầm xuyên núi, hầm nước xây dựng với mục đích giao thơng đường sắt đường Hầm nước xây dựng băng phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ hầm lắp ghép gang đúc sẵn (vì chống chu bin) Khiên hầm sử dụng lần vào năm 1825 xây dựng đường hầm qua sông Thames Anh Chỉ riêng New York có 19 hầm lớn nước Hầm nước tuyến đường sắt vịnh Simonosec, Nhật Bản (1936-1941) dài 6330m Những năm gần đây, người ta xây dựng đường hầm nước xuyên biển dài kỷ lục, hầm qua vịnh Suga Nhật Bản dài 36,2km, hàm qua eo biển Manche nối Anh Pháp dài gần 40km Một phương pháp sử dụng để thi công hầm nước phương pháp hạ chìm đoạn hầm đúc sãn vào hào nước, sau lấp đất trở lại Phương pháp hạ chìm khắc phục việc sử dụng khí nén ảnh hưởng đến sức khỏe người thợ, hạ giá thanh, rút ngắn thời giant hi công Tuyến đường tầu điện ngầm Luân Đôn, Anh vận hành năm 1853 tuyến tầu điện ngầm giới, mở đầu thời ký xây dựng hệ thống tầu điện ngầm than phố lớn giới Đến có 100 hệ thống tầu điện ngầm 30 nước Từ năm cuối kỷ 20, hầm thủy lợi phát triển với quy mô lớn, đặc biệt hầm thủy điện Trên giới có 350 nàh máy thủy điện thủy tích điện ngầm với cơng suất 40 triệu kw Ở Liên Xô, Mỹ nhiều nước khác gian máy thường có diện tích ngang từ 200m2 đến 500m2, chiều dài từ 40m đến 200m, chiều cao đến 40m-50m Ở Việt Nam, hầm giao thơng thuỷ Rú Cóc xây dựng năm 1930 xã Nam Sơn, huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An, hầm ngầm xuyên qua núi giúp cho thuyền bè lại từ phía thượng lưu xuống hạ lưu sông Lam để tránh đập nước Đô Lương Một số hầm đường sắt xây dựng mà điển hình hầm đường sắt Phước Tượng đèo Hải Vân thuộc địa phận Thừa Thiên -Huế Trong năm chiến tranh, đào số hầm ngắn để làm kho quân trang, quân dụng hầm trú ẩn cho người hệ thống kỹ thuật Điển hình hệ thống hầm hào gồm đường hầm ngầm dài hàng km nằm lòng đất Vĩnh Mốc, Củ Chi Một loại hầm xây dựng phổ biến Việt Nam hầm lị để khai thác Than Khống sản Vào đầu kỷ 20 số đường hầm xây dựng tuyến đường sắt Bắc Nam hầm Dốc Xây Ninh Bình với chiều dài khoảng 100m giao thông đường sắt xây dựng 41 hầm với tổng chiều dài 11,900m Sự phát triển giao thông, thủy điện thúc đẩy việc xây dựng đường hầm nước ta thập kỷ gần Tháng năm 2002 hầm A Roàng I dài 453m đường Hồ Chí Minh hồn thành Tháng năm 2005 hầm đường Hải Vân có chiều dài 6290m đưa vào sử dụng rút ngắn đoạn đường đèo từ 21 km xuống 12km so với tuyến đường đèo cũ Từ dự án hầm đường Hải Vân, công nghệ tiên tiến xây dựng hầm Nhật Bản kỹ sư Việt Nam áp dụng để thiết kế, thi công 495m hầm đường Đèo Ngang rút ngắn tuyến đường đèo từ 7km xuống cịn 2,5km Hình 1.1 Hầm Hải Vân nhìn từ cửa hầm phía Bắc Trong năm gần đây, vấn đề xây dựng ngầm đô thị ý, đặc biệt Hà Nội TP Hồ Chí Minh - Tháng 11 năm 2006 Thủ tướng Chính phủ ký Nghị định Xây dựng ngầm đô thị Đây khung pháp lý cho quy hoạch, xây dựng, bảo trì, khai thác quản lý không gian ngầm đô thị - Bộ Xây dựng văn trình Thủ tướng Chính phủ việc bắt buộc phải có thiết kế tầng hầm cho nhà cao tầng Hà Nội Trong giai đoạn 1990-2000, phần lớn nhà cao tầng xây dựng khu vực Hà Nội xây dựng khơng có tầng ngầm với 1-2 tầng ngầm Các cơng trình khơng có tầng ngầm thường chung cư xây dựng khu đô thị nhà cao tầng xây chen khu vực đô thị cũ thường có tầng ngầm Trong giai đọan từ năm 2000 đến yêu cầu sử dụng tầng ngầm ngày tăng, chủ yếu để xe bánh cho văn phòng dân cư sống nhà cao tầng Điển hình số cơng trình có nhiều tầng ngầm tịa nhà Pacific Place 83B Lý Thường Kiệt với tầng ngầm thi công điều kiện xây chen nút giao thông ngầm Kim Liên Bảng 1.1 giới thiệu số cơng trình có tầng ngầm xây dựng Hà Nội thời gian gần Bảng 1.1 Danh mục số cơng trình xây dựng thời gian gần Hà Nội TT 10 11 12 13 Tên cơng trình Văn phịng chung cư 27 Láng Hạ Trụ sở kho bạc NN 32 Cát Linh Toà nhà 70-72 Bà Triệu Số tầng hầm VP Chung cư 47 Huỳnh Thúc Kháng Toà nhà Vincom 191 Bà Triệu Chung cư cao tầng 25 Láng hạ TT Viễn thơng VNPT 57 Huỳnh Thúc Kháng Tồ nhà tháp đơi HH4 Mỹ Đình Trụ sở văn phịng 59 Quang Trung Ocean Park số Đào Duy Anh Toà nhà Vietcombank Pacific Place 83 Lý Thường Kiệt M5 TOWER 2 2 2 2 2-5 14 Tháp BIDV 15 Hanoi Tower 16 Keangnam 17 Nút giao thông ngầm Kim Liên Cốt đáy móng:-13 m c im thi cụng tng hm - Tường barrette - Đào hở, chống dàn thép - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Không chống - Tường barrette - Đào hở, chống dàn thép - Tường barrette - Top – down - Tường bê tông thường - Cọc xi măng đất - Tường barrette - Neo đất - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down Tường barrette Văng chống thép - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Neo đất - Tường cừ Larsen - Văng chống thép Trong xây dựng thuỷ điện Việt Nam, giải pháp đường hầm sử dụng nhiều nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Sơn La, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình, Đồng Nai, Bn Kuốp nhiều nhà máy thuỷ điện khác Đặc biệt nhà máy thuỷ điện xây dựng miền Trung đường hầm coi giải pháp tối ưu để đảm bảo cho việc lựa chọn vị trí xây dựng đập dâng nhà máy Nhà máy thuỷ điện Hồ Bình khởi công xây dựng từ năm 1979 khánh thành năm 1984 với tổ máy có tổng cơng suất 1920MW, cơng trình thuỷ điện lớn Đơng Nam Á Tổ hợp cơng trình ngầm nhà máy thủy điện Hồ Bình dài 14 200m bố trí hình 1.4, gồm hệ thống: - Hầm gian máy với tổ máy, công suất tổ 240MW, có kích thước rộng 22m, cao 53m (tính đến đáy ống hút), dài 280m - Hầm máy biến cao 20m, rộng 15m bố trí máy biến áp đặt sông sông với gian máy - Hầm dẫn nước: gồm hầm với đường kính hầm D=8m, hầm xả nước tổ máy hệ thống hầm thơng gió, hầm cáp điện, hầm phục vụ thi cơng… Danh mực số cơng trình thủy điện có cơng trình ngầm nước ta nêu bảng 1.2 Hình 1.2 Sơ đồ tổ hợp ngầm nhà máy thủy điện Hồ Bình Bảng 1.2 Một số dự án thủy điện có xây dựng cơng trình ngầm nước ta Tỉnh Tên cơng trình Yaly Gia Lai Thượng Kon Tum Kontum Bản Vẽ Nghệ An An Khê -KaNak Gia Lai Cửa Đạt Thanh Hố Sơng Tranh Quảng Nam Quảng Trị Quảng Trị Sông Ba Hạ Phú Yên Sêrêpok Đắk Lắk ĐaMi Lâm Đồng Thác Mơ Bình Phước A Vương Quảng Nam Eakrơng Phú n Đại Ninh Lâm Đồng Buôn Kuốp Đắc Lắc Huội Quảng Sơn La Sêkaman3 Lào ZaHưng Quảng Nam Đăk Mi1 Quảng Nam Bắc Bình Bình Thuận Hủa Na Nghệ An Ayun thượng 1A Gia Lai Công suất (MW) Chiều dài hầm (km) Đường kính (m) 720 2x3.85 7.0 250 18 2.6 320 2x0.8 7.5 163 3.075 4.50 90 2x0.625 11.0 190 1.800 8.5 70 5.60 3.0 220 2x1.0 7.5 220 2x0.60 8.0 173 2.30 7.0 75 0.80 4.5 210 8.30 5.5 64 1.90 4.5 300 11.26 45 280 2x4.37 7.0 540 4.0 7.5 250 7.0 4.0 28 1.70 5.0 250 10.0 5.0 33 2.50 4.5 180 4.00 7.0 12 3.6 3.25 10 Khảo sát sơ Thiết kế sơ Thay đổi thiết kế Thực Lắp đặt thiết bị quan trắc Có Không Thay đổi thực Không An toàn & ổn định Có Không Tính kinh tế Có Dự án hoàn tất Không Có KẾT THÚC Hình V-2: Biểu đồ phát triển việc lắp đặt trang thiết bị Hình 4.8 Biểu đồ phát triển việc lắp đặt trang thiết bị 165 Hình 4.9 Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc trạm Thủy Điện IMAICHI Bảng 4.11 Việc lắp đặt thiết bị hầm Nhà Máy Thuỷ Điện Imachi Hạng mục Độ dịch chuyển khối đá xung quanh hầm Độ hội tụ (Tương đối) Độ hội tụ (Tuyệt đối) ứng suất trước neo Lượng nước áp suất chảy Khả thẩm thấu lượng nước chảy vào khe nứt Vận tốc địa chấn ứng suất bê tông ứng suất khối đá Số thiết bị đo mặt cắt, 49 mặt cắt, 31 Máy móc Giãn nở kế nhiều điểm L=20m đến 30m (4 đến điểm đo) L=5m (3 điểm đo) Đo độ hội tụ Máy kinh vĩ Dụng cụ đo tải trọng lỗ trung tâm (30 t, 120 t) Dụng cụ đo áp lực nước lỗ rỗng mặt cắt, /mặt cắt mặt cắt, điểm/mặt cắt 200 1lần/8 đến 10 neo lỗ khoan Thí nghiệm thấm Thí nghiệm TV lỗ khoan lỗ khoan Tổng cộng dài 180 m Máy đo sức căng (Thanh sắt), Nhiệt kế Máy đo sức căng đoạn , 93 m 22 điểm điểm Bảng 4.12 Khoảng thời gian đo độ hội tụ Khoảng thời gian đo đến lần ngày lần ngày lần ngày lần tuần Tốc độ dịch chuyển 10 mm ngày từ đến 10mm ngày từ đến 5mm ngày 1mm ngày Khoảng cách từ gương lò từ đến đường kính từ đến đường kính từ đến đường kính đường kính 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt Tính tốn thiết kế cơng trình ngầm NXB Xây Dựng, Hà Nội 2002 Nghiêm Hữu Hạnh Cơ học đá, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2004 Nghiêm Hữu Hạnh, nnk Báo cáo đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để hạn chế ảnh hưởng tới cơng trình lân cận xây dựng cơng trình ngầm phương pháp đào hở Hà Nội, Hà Nội 2010 Ivacnhuc V.A Thiết kế xây dựng công trình ngầm cơng trình đào sâu NXB Xây Dựng, Hà Nội 2004 Nguyễn Bá Kế Xây dựng công trình ngầm thị theo phương pháp đào mở Nhà xuất Xây dựng,Hà nội, 2006 Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng Thiết kế cơng trình hầm giao thơng, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2004 Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Đức Nguôn Tổ chức khai thác không gian ngầm, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 2006 Tập giảng lớp học chun đề: Cơng trình ngầm đô thị Viện Địa kỹ thuật, Hà Nội 2007 Japanese Standard for mountain tunneling Japan Society ò Civil Engineers The Fifth Edition, 1996 10 Hoek E Practical Rock Engineering (www Rocscience.com) 11 Reference Materials of Dr.Noppadol Phienwej’s Lectures on Tunneling 12 Булычов Н.С Механика подземных сооружений М., Недра 1982 13 Мостков В.М Подземные гидротехнические сооружения М Высшая школа 1996 14 Справочник ижинера шахтастроителя М., Недра 1983 167 ... Khái qt cơng trình ngầm Giới thiệu chung Sơ lược lịch sử xây dựng cơng trình ngầm Một số khái niệm Chương Tính tốn ổn định cơng trình ngầm Cơng tác khảo sát dự án Ổn định cơng trình ngầm đào phương... mở Ổn đinh cơng trình ngầm đào phương pháp đào kín Chương Một số phương pháp pháp thi cơng cơng trình ngầm Thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp đào mở Thi cơng cơng trình ngầm theo phương... gió… Cơng trình đặc biệt: Hầm chứa máy bay, tầu thuyền, kho tàng, nhà máy… Theo kích thước, cơng trình ngầm chia thành: Cơng trình ngầm tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng l < 4m, Cơng trình ngầm tiết