So sánh lựa chọn phương pháp thi công cửa vào đường hầm nhà máy thủy điện trong điều kiện đá yếu

MỤC LỤC MỞ ĐẦU - T T CHƯƠNG - T T TỔNG QUAN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ THI CÔNG CỬA HẦM NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN QUA VÙNG ĐÁ YẾU - T T 1.1 Giới thiệu số đường hầm nhà máy thủy điện xây dựng Việt Nam- T T 1.1.1 Cơng trình Thủy điện A Lưới – Thừa Thiên Huế: - T T 1.1.2 Cơng trình Thủy điện Đắc Mi - T T 1.1.3 Cơng trình Thủy điện Yaly – Gia Lai - T T 1.1.4 Thủy điện Huội Quảng: - T T 1.2 Các phương pháp thi công đường hầm nhà máy thủy điện - T T 1.2.1 Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast) - T T 1.2.2 Phương pháp NATM (New Austrian Tunneling Method – NATM) - T T 1.2.3 Phương pháp đào hầm khiên (Shield method) - T T 1.2.4 Phương pháp đào máy đào (tunnel boring machine TBM) - 11 T T 1.3 Cấu tạo cửa hầm đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu - 13 T T 1.3.1 Cấu tạo nhiệm vụ cửa hầm - 13 T T 1.3.2 Đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu số địa chất bất lợi thi công hầm - 15 T T 1.3.3 Các ý thi công đoạn cửa hầm: - 20 T T 1.3.4 Các cố sạt cửa hầm Việt Nam - 20 T T 1.4 Đặc điểm thi công cửa vào đường hầm qua điều kiện đá yếu thủy điện Nho Quế 3- 26 T T 1.4.1 Vị trí cơng trình - 26 T T 1.4.2 Các thơng số cơng trình - 26 T T 1.4.3 Cụm cơng trình đầu mối tuyến lượng - 26 T T 1.4.4 Điều kiện địa chất tuyến hầm - 27 T T 1.4.5 Đặc điểm thi công cửa đường hầm qua vùng đá yếu thủy điện Nho Quế - 29 T T 1.5 Kết luận: - 31 T T CHƯƠNG - 32 T T CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG CỬA VÀO ĐƯỜNG HẦM QUA VÙNG ĐÁ YẾU - 32 T T 2.1 Các phương pháp thi công cửa hầm qua vùng đá yếu - 32 T T 2.2 Các biện pháp gia cố đường hầm - 37 T T 2.2.1 Vì chống vịm thép - 37 T T 2.2.2 Bê tông phun bề mặt - 40 T T 2.2.3 Neo - 44 T T 2.3 Các biện pháp gia cố trước đào - 48 T T 2.3.1 Giàn ống lớn - 48 T T 2.3.2 Neo vượt lên trước - 50 T T 2.3.3 Giàn ống nhỏ - 52 T T 2.3.4 Phun vữa tạo vây lỗ sâu vượt lên trước - 54 T T 2.4 Đề xuất phương án thi công đào cửa hầm thủy điện Nho Quế - 56 T T 2.4.1 Đào hở - 56 T T 2.4.2 Đào ngầm - 58 T T 2.4.3 Tính tốn thơng số khoan nổ - 62 T T 2.5 Kết luận - 70 T T CHƯƠNG - 71 T T PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHI PHÍ THI CƠNG VÀ TÍNH TỐN CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN - 71 T T 3.1 Các phương pháp xác định chi phí thi cơng xây dựng - 71 T T 3.2 Phương pháp xác định chi phí thi cơng cửa vào đường hầm nhà máy thuỷ điện Nho Quế - 72 T T 3.2.1 Phương pháp xác định chi phí thi cơng cửa vào đường hầm thủy điện Nho Quế - 72 T T 3.2.2 Cơ sở lập dự tốn chi phí thi cơng cửa vào đường hầm thủy điện Nho Quế - 75 T T 3.3 Tính tốn khối lượng chi phí thi công cửa vào đường hầm cho phương án đề đường hầm nhà máy thuỷ điện Nho Quế - 76 T T 3.3.1 Khối lượng chi phí phương án - 76 T T 3.3.2 Khối lượng chi phí phương án - 81 T T 3.4 Kết luận - 85 T T CHƯƠNG - 86 T T PHÂN TÍCH SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN - 86 T T 4.1 Các sở để lựa chon phương án - 86 T T 4.2 Phân tích phương án lựa chọn - 87 T T 4.2.1 Tính toán tiến độ cho phương án chọn - 87 T T 4.2.2 So sánh hai phương án chống - 90 T T 4.2.2 Lựa chọn phương án thi công hiệu cho cửa vào đường hầm nhà máy thủy điện Nho Quế - 91 T T 4.3 Kết Luận - 91 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 93 T T -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần dân số ngày tăng nhanh dẫn đến đời hàng loạt đô thị khu công nghiệp mới, nhu cầu nhà ở, mạng lưới giao thông sở hạ tầng để đảm bảo sống trở nên phức tạp khó giải khu đất lớn để xây dựng ngày khan Một giải pháp hiệu cho vấn đề khai thác khơng gian ngầm Khai thác khơng gian ngầm chìa khóa để giữ gìn mơi trường xung quanh cải thiện sống người Cùng với phát triển khoa học vũ bão kĩ thuật thi cơng hầm cơng trình ngầm địi hỏi ngày nâng cao Để đáp ứng u cầu hàng loạt phương pháp đào hầm đời NATM, TBM, Shied giúp cho người xây dựng ngầm đất vùng địa chất phức tạp khác nhau, làm cho q trình xây dựng hầm cơng trình ngầm an tồn, kinh tế tốc độ thi cơng nhanh Trong tiến trình hội nhập học hỏi kinh nghiệm nước giới Việt Nam có số thành tích bước đầu cơng tác thi công số đường hầm qua lớp đất đá có cấu trúc phức tạp nhà máy thủy điện Hịa Bình, Yaly xây dựng thành công thời gian trước việc đưa vào sử dụng khánh thành hầm Hải Vân, hầm Thủ thiên thành đáng tự hào Trước đường hầm chủ yếu xây dựng vùng địa chất tốt (đá cứng) vấn đề đào chống giải cách dễ đàng Tuy nhiên nhu cầu không gian ngầm ngày lớn, đặt vấn đề cần giải cơng trình qua khu vực địa chất mềm yếu phức tạp đặc biệt vị trí cửa vào đường hầm Đặc điểm địa chất cửa hầm thường qua vùng đá yếu sườn tích, đá phong hóa có đất đá phủ, lớp xen kẹp nên việc đào đường hầm thường ảnh hưởng đến đất đá tạo điều kiện đất đá không ổn định, sạt trượt làm cho việc thi cơng khó khăn ảnh hưởng đến chi phí thi cơng cơng trình Chính nên việc lựa chọn phương pháp thi công chống đỡ thích hợp cho cửa vào đường hầm qua vùng đá yếu để đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ vấn đề nghiên cứu cho cơng trình cụ thể Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu phương án thi công cho cửa đường hầm xác định chi phí thi cơng cho phương án dựa vào phương pháp đánh giá kinh tế dự án đầu tư để từ phân tích lựa chọn phương án thi công cửa hầm qua vùng đá yếu Tên đề tài: “So sánh lựa chọn -2- phương pháp thi công cho cửa vào đường hầm nhà máy thuỷ điện điều kiện đá yếu” Đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn, phù hợp để áp dụng vào cơng trình thủy điện tương tự Mục đích nghiên cứu - Đề biện pháp thi công chống đỡ cửa hầm qua vùng đá yếu -Lựa chọn phương án thi công cửa hầm sở giá thành tốc độ đào hầm Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu phương án thi công cho cửa vào đường hầm xác định chi phí thi công cho phương án - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương án thi công cho cửa vào đường hầm điều kiện đá yếu xác định chi phí thi cơng cửa vào đường hầm thủy điện Nho Quế Phương pháp nghiên cứu - Dựa vào giáo trình tài liệu cơng bố thi công đường hầm - Tập hợp kinh nghiệm thi công cửa hầm - Sử dụng phần mềm để xác định chi phí thi cơng cửa hầm -3- CHƯƠNG TỔNG QUAN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ THI CÔNG CỬA HẦM NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN QUA VÙNG ĐÁ YẾU 1.1 Giới thiệu số đường hầm nhà máy thủy điện xây dựng Việt Nam Trên giới tính đến thập kỷ 70 nhà máy thủy điện có đường hầm dẫn nước tính tới hàng nghìn, số nhà máy thủy điện ngầm 300, công suất 30 triệu KW Chỉ riêng Liên Xô xây dựng 30 nhà máy thủy điện, có nhà máy thủy điện ngầm Riêng nhà máy thủy điện ngầm Ingur có công suất 1,3 triệu KW Tổng chiều dài đường hầm thủy cơng xây dựng Liên Xơ tính đến thời kỳ 170km Những thơng số cơng trình ngầm thủy cơng lớn: Chiều dài đường hầm nhà máy thủy điện Tatev 18 km, đường hầm Arpa thuộc hồ Sevan 48km, đường kính đường hầm nhà máy thủy điện Ingur Nurec tương ứng 9,5m 11m, chiều dài đường hầm thủy điện Ingur 16km, kích thước gian máy dài 145m , cao 47m rộng 21m Sau số cơng trình thủy điện xây dựng Việt Nam có sử dụng đến đường hầm thủy cơng: 1.1.1 Cơng trình Thủy điện A Lưới – Thừa Thiên Huế: Cơng trình thủy điện A Lưới sông A Sáp thuộc địa phận xã Hồng Thái, huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiện Huế cách trung tâm thành phố Huế 70 Km theo quốc lộ 49 hướng tây, cách cửa Lao Bảo 90 Km hướng nam theo đường Trường Sơn Cơng trình Cơng ty cổ phần thủy điện Miền trung làm Chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế Công ty tư vấn Xây dựng điện I Tổng công suất lắp máy 170 MW/2 tổ máy, điện lượng bình qn ước tính 686.5 triệu KWh/ năm Mực nước dâng bình thường hồ chứa 553m, mực nước chết 549m, dung tích tồn hồ chứa 60,2 triệu m3 Cao trình ngưỡng tràn 538.5m P P Hạng mục hầm đào từ cửa nhận nước, hầm phụ có tổng chiều dài 7.712,6 m Trong hầm phụ số hướng nhận nước dài 3200m hướng hầm phụ 2000m, từ hầm phụ hướng nhà máy 1634.7m -4- Hình 1.1 Thi công đường hầm dẫn nước thủy điện A Lưới Trong hầm phần đào từ hầm phụ cửa nhận nước có dạng mặt cắt gia cố với thông số kỹ thuật sau: Mặt cắt dạng I II (áp dụng cho vùng địa chất đặc biệt yếu) + Tiết diện đường hầm 23.45 m2 (tính theo mặt cắt thiết kế); P P + Bán kính đào R=2.35m; + Kết cấu hầm: Khoan neo vượt trước phần vịm ống thép D54 L=6m, bước a=0.3x2m, phun bê tơng M200 dày 10cm Mặt cắt dạng III IV(áp dụng cho vùng địa chất không đứt gãy) + Tiết diện hầm 20.74m2 (tính theo mặt cắt thiết kế); P P + Bán kính đào R=2.35m; + Kết cấu hầm: khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.5x1.5m, phun bê tông M200 dày 12cm phần có lưới thép, phần chân phun vữa xi măng bảo vệ + Khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.5x1.5m Mặt cắt dạng V (đứt gãy cục bộ) + Tiết diện hầm 39.02m2 P + Bán kính đào R=3.25m + Kết cấu hầm: khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước neo/m dọc trục hầm, phun bê tơng M200 dày 10cm, bình qn 5m2/m dọc trục hầm P P -5- Mặt cắt dạng VI (áp dụng cho vùng địa chất có đứt gãy) + Tiết diện hầm 39.02m2 P + Bán kính đào R=3.25m + Kết cấu hầm: khoan cắt néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.3x1.3m, phun bê tông M200 dày 12 cm phần có lưới thép, phân chân phun vữa xi măng bảo vệ dày 12 cm Mặt cắt dạng VII (áp dụng cho vùng đất có đứt gẫy) + Tiết diện hầm 45.71m2 P + Bán kính đào R= 3.25m + Kết cấu hầm: Khoan neo vượt trước phần vòm ống thép D32 dày 3mm L=6m bước neo 30cm, bước dọc trục hầm 1.3m 1.1.2 Cơng trình Thủy điện Đắc Mi Cơng trình thủy điện Đak Mi nằm sông Đak Mi, thuộc huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam Cơng trình khai thác theo sơ đồ bậc: Bậc sử dụng nguồn nước sông Đăk Mi để tạo thành hồ sơng Đăk Mi phần chuyển nước sang sơng Thu bồn Tồn cơng trình đầu mối, lịng hồ, nhà máy bố trí địa phận xã: Phước Hiệp, Phước Chính, Phước Kim, Phước Xuân, Phước Đức thị trấn Khân Đức thuộc huyện Phước Sơn – tỉnh Quảng Nam Dự án thủy điện ĐaK Mi hội đồng quản trị IDICO định phê duyệt dự án với tổng mức đầu tư 5.630 tỷ đồng Mục tiêu dự án cung cấp cho lưới điện quốc gia công suất 220 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm tỷ KWh Dự án thủ tướng phủ cho phép khởi công vào ngày 21/04/2007 Đường hầm dẫn nước phận thuộc hạng mục tuyến lượng bậc cơng trình Nhà máy thủy điện Đak Mi 4, thiết kế có dạng hình móng ngựa, đường kính vịm 7,6m, chiều cao thơng thủy 7,6m, chiều rộng thông thủy 7,6m, chiều dài hầm 2.611m, độ dốc dọc 1,64%, kết cấu vỏ chống bê tông cốt thép cắm neo phun vẩy Đường hầm áp lực có nhiệm vụ dẫn nước với lưu lượng 128m3/s cung cấp cho tổ máy phát với tổng công suất 148MW T 1.1.3 Cơng trình Thủy điện Yaly – Gia Lai Cơng trình thuỷ điện Yaly thuộc hệ thống hầm dẫn mở rộng cho hết mặt cắt thủy điện sơng Sêsan.Với diện tích 20 km2, cơng trình Nhà máy thủy điện Yaly nằm giáp ranh huyện Chư păh tỉnh Gia Lai huyện Sa Thầy tỉnh Kon Tum Với tổng công suất lắp đặt 720 MW điện lượng bình quân nhiều năm P P -6- 3,68 tỉ KWh Diện tích bề mặt hồ rộng 64,5km² dung tích 1,03 tỷ m³ (ứng với mực nước dâng bình thường 515m) T + Chiều cao đập : 60 m + Số tổ máy : + Công suất thiết kế : 720 MW + Loại đập : Đá đổ, lõi sét + Thời gian thi công : năm Gian máy ngầm kể sàn lắp ráp có chiều dài 118,5 m, cao 55,08 m chiều rộng gian máy 22 m; Các đường hầm dẫn nước số số chạy song song, đường kính thơng thủy 7m, đường hầm chống đỡ kết cấu bê tông cốt thép Đường hầm dẫn nước vào tua bin: bao gồm đường hầm có đường kính D=4.5 m, chiều dài đường 124.04m, đường hầm dẫn vào tua bin có chống đỡ gồm vỏ thép có bê tơng lấp đầy phía sau thành ống, chiều dày chống đỡ bê tông 0.6 m Hầm dẫn ra: thiết kế kết cấu ghép đôi Nối tiếp với ống hút, hầm riêng biệt cho tổ máy với chiều dài tương ứng từ tổ máy đến tổ máy là: 82m; 86.07m; 48.37m; 52.44m Tiết diện hầm hình móng ngựa với với kích thước thơng thủy: 4.8x6.5m, với vịm trịn bán kính 2.4m Hầm có chống đỡ bê tơng cốt thép, chiều dày 50 cm, gia cố neo, khoan phun xi măng gia cố Hầm giao thông số dẫn vào nhà máy ngầm có chiều dài 330m, chiều rộng thông thủy đáy 8.3m, chiều cao tim 5.65 m Vịm hầm cung trịn, bán kính 4.6m với góc mở 128.89 độ Kết cấu chống đỡ vịm tường hầm giao thơng thiết kế kiểu bê tông phun kết hợp với neo chỗ đá cứng chắc, bê tơng liền khối với vịm đá yếu Hầm giao thông số vào gian biến có tổng chiều dài 175 m, chiều rộng thông thủy đáy 7,7m, chiều cao tim 6.77m Bán kính vịm 4m, chiều cao tường bên m, gia cố tường, vòm kết cấu mặt đường tương tự hầm giao thông số 1.1.4 Thủy điện Huội Quảng: Cơng trình thuỷ điện Huội Quảng hầm dẫn mở rộng cho hết mặt cắt thuỷ điện bậc sông Nậm Mu, nhánh cấp I hệ thống sông Đà, hầm dẫn mở rộng cho hết mặt cắt thuỷ điện Bản Chát có cơng suất lắp 220MW Cụm cơng trình đầu mối nằm xã Khoen On, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu Khu -7- vực nhà máy trạm phân phối điện trời thuộc địa phận xã Chiềng lao, huyện Mường La, Sơn La Nhiệm vụ dự án phát điện với cơng suất lắp máy 520MW, hàng năm cung cấp cho lưới điện Quốc gia 1,904 tỷ kWh Đường hầm dẫn nước gồm hầm dẫn số số có vỏ bê tông cốt thép đặt đá Trachite Rhyolite Bazan pocfirit dạng khối thuộc lớp IIA IIB cứng chắc, tiết diện đào hình móng ngựa đường kính D = 7,5m, tổng chiều dài hầm từ cửa lấy nước đến giếng nghiêng tương ứng L = 4052,06m, L = 4059,50m, độ dốc dọc tương ứng i =1,64% 0,57% i =1,63% 0,57% Đoạn đầu hầm dài 20m chuyển tiếp từ tiết diện hình chữ nhật kích thước B x H = 10 x7,5m sang trịn có đường kính D = 7,5m Hầm có kết cấu vỏ bê tông cốt thép dày 0,4m đá liền khối 0,65m đá phá huỷ R R R R R R R R Các cơng tác thi cơng hầm dẫn nước: + Đào đá gia cố tạm + Đổ bê tông kết cấu vỏ hầm + Khoan gia cố lấp đầy + Lắp đặt đường ống thép đổ bê tông chèn Thi công đào thực trước, công tác khoan neo, phun vẩy bê tông gia cố tạm tiến hành song song với q trình đào, cơng tác lắp đặt thiết bị, lắp đường ống thép, thi công bê tông khoan lấp đầy, khoan gia cố, khoan lấp đầy tiến hành sau kết thúc công tác đào Các công tác thi công phải bắt đầu thi công hầm dẫn nước số trước, hầm dẫn nước số bắt đầu thi công sau 1.2 Các phương pháp thi công đường hầm nhà máy thủy điện Sau giới thiệu số phương pháp thi công đường hầm áp dụng nhiều giới Việt Nam: 1.2.1 Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast) Đây phương pháp đời từ lâu, có lịch sử phát triển với lịch sử phát triển ngành khai thác mỏ Sau nổ mìn phá vỡ đất đá, để giữ ổn định đất đá xung quanh hầm người ta tiến hành dựng kết cấu chống tạm cấu kiện gỗ hay thép làm hệ che chống tạm thời Sau đào đoạn tiến hành thi công vỏ bê tông Khi bê tông vỏ hầm đạt cường độ cho phép, để tạo liên kết chặt chẽ vỏ hầm đất đá xung quanh người ta dùng máy bơm ép vữa vào phía sau vỏ Trong trường hợp đào lẹm lớn, để tiết kiệm vật liệu vữa bơm người ta chèn thêm đá vữa bê tông vào thi công vỏ bê tông chèn vào - 82 - BẢNG DỰ TỐN HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG TRÌNH : THỦY ĐIỆN NHO QUẾ HẠNG MỤC : CỬA VÀO ĐƯỜNG HẦM PA2 STT Mã số Đơn giá HM Tên công tác Đơn vị Khối lượng Đơn giá Vật liệu Nhân công Thành tiền Máy T.C Vật liệu Nhân công Máy thi công CỬA VÀO ĐƯỜNG HẦM PA2 cơng tác đào hố móng mở mái taluy AA.11214 Phát rừng tạo mặt bằng 100m2 giới, mật độ TC/100 m2: 20 m, máy đào 20 m, máy đào