Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng địa chất yếu

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 1.1 Đặc điểm thi công đường hầm .4 1.1.1 Chịu ảnh hưởng lớn điều kiện địa chất địa chất thủy văn .4 1.1.2 Phương pháp thi công 1.1.3 Tổ chức thi công 1.2 Những cố thường gặp thi công đường hầm qua địa chất yếu 1.2.1 Sự cố đường hầm giới 1.2.2 Các cố đường hầm nước 11 1.3 Ảnh hưởng biện pháp xử lý đến tiến độ thi công 17 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐỊA CHẤT YẾU TRONG ĐƯỜNG HẦM 18 2.1 Các phương pháp đào đường hầm .18 2.1.1 Phương pháp khoan nổ truyền thống: 20 2.1.2 Phương pháp NATM 21 2.2 Các biện pháp xử lý gặp vùng địa chất yếu 23 2.2.1 Vì chống thép 25 2.2.2 Gia cố dạng treo .26 2.2.3 Gia cố trước 35 2.3 Phương pháp xác định thời thời gian cho công đoạn đào hầm 41 2.3.1 Công đoạn đào 41 2.3.2 Công đoạn xúc chuyển .43 2.3.3 Chống đỡ tạm 45 2.3.4 Công đoạn xây vỏ đường hầm 47 2.3.5 Tốc độ đào hầm 49 CHƯƠNG BIỆN PHÁP ĐẨY NHANH TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐƯ ỜNG HẦM KHI QUA VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 51 3.1 Phương pháp lập tiến độ thi công đào đường hầm 51 3.2 Các biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công đào đường hầm qua vùng địa chất yếu .52 3.2.1 Khoan lỗ thăm dò .52 3.2.2 Lựa chọn biện pháp chống đỡ hợp lý 53 3.2.3 Tăng chiều dài đường hầm chu kỳ khoan nổ 54 3.2.4 Dự báo cố xảy gặp địa chất yếu đề giải pháp 54 3.2.5 Công tác chuẩn bị .56 3.3 Bài toán giải pháp chống đỡ .57 3.3.1 Đặc trưng ổn định đường hầm đào khối đá yếu .57 3.3.2 Biểu biến đổi theo thời gian đá 69 3.3.3 Lựa chọn kết cấu chống đỡ 71 CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG CHO MỘT ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN 103 4.1 Giới thiệu thủy điện Buôn Kuốp 103 4.2 Các phương pháp thi công .108 4.2.1 Công tác khoan nổ 108 4.2.2 Công tác bốc xúc gương hầm 108 4.2.3 Công tác gia cố hầm .109 4.3 Ứng dụng nghiên cứu đề giải pháp .110 4.3.1 Khoan thăm dò .110 4.3.2 Chọn giải pháp chống đỡ 110 4.3.3 Tăng chiều dài đường hầm chu kỳ khoan nổ 114 4.3.4 Cơng tác dự phịng 117 4.3.5.Công tác chuẩn bị 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 KẾT LUẬN .118 KIẾN NGHỊ 120 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ dạng phá hủy xảy đường hầm giới Hình 1.2 Đường hầm nước Hull, Anh,1999 Hình 1.3 Tàu điện ngầm Taegu, Hàn Quốc, 2000 11 Hình 1.4 Sạt lở vách hầm lý trình K0+35 hầm số 1, thủy điện Bn Kuốp .12 Hình 1.5 Sạt sụt lý trình K0+40 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 12 Hình 1.6 Sạt sụt lý trình K7+24 hầm số 1, thủy điện Bn Kuốp 14 Hình 1.7 Sạt sụt lý trình K34+60 hầm số 1, thủy điện Bn Kuốp 14 Hình 1.8 Sạt sụt lý trình K0+5 hầm 2, thủy điện Bn Kuốp 15 Hình 2.1 Các phương pháp thi công ngầm .18 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát phương pháp thi cơng ngầm 19 Hình 2.3 Phương pháp khoan nổ truyền thống 21 Hình 2.4 Trình tự thi cơng NATM 22 Hình 2.5 Vì chống thép 25 Hình 2.6 Máy phun bê tông 29 Hình 2.7 Neo gia cố trước 36 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí ống thép 37 Hình 2.9 Thi cơng ơ(vịm) bảo vệ ống thép .37 Hình 2.10 Ống thép vượt trước 39 Hình 2.11 Phụt vữa gia cố trước 40 Hình 3.3 Phân loại khối đá theo Bieniawski .62 Hình 3.4 Phân loại khối đá theo Grimmstad Barton 64 Hình 3.5 Biểu biến dạng dòn, dẻo 68 Hình 3.6 Khối đá bị nén ép xung quanh đường hầm gây phá hủy khung chống .70 Hình 3.7.Các thành phần phương pháp đường đặc tính 75 Hình 3.8 Đường hầm tiết diện tròn đào khối đá tuân theo tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb chịu trạng thái ứng suất thủy tĩnh áp lực bên (CarranzaTorres, 2003) .85 Hình 3.9 Hệ thống chống đỡ thép hình vỏ bê tơng 90 Hình 3.10 Đường cong biến dạng tải trọng điển hình neo xác định thí nghiệm kéo neo học dài 2m, đường kính 2.5cm 91 Hình 3.11 Ảnh hưởng kết cấu chống hỗn hợp 93 Hình 3.12 Quy trình xác định giải pháp đào chống giữ đường hầm 94 Hình 3.13 Sơ đồ dự đoán biểu ổn định đường hầm, biến dạng biên hầm dự kiến loại hình kết cấu chống sử dụng 96 Hình 3.14 Phân loại mức độ biến dạng theo Hoek (2000) .97 Hình 3.15 Biểu đồ xác định trị số áp lực chống giữ yêu cầu tương ứng với trị số biến dạng khác đường hầm tiết diện trong trạng thái ứng suất thủy tĩnh (Hoek, 1998) 100 Hình 3.16 Lựa chọn loại hình kết cấu chống theo trị số áp lực chống giữ yêu cầu 101 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Những cố thường gặp thi công hầm qua địa chất yếu Bảng 2.1 Các phương pháp thi cơng đào hầm (tách bóc đất/đá) .23 Bảng 2.2 Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm 24 Bảng 2.3 Tác dụng hiệu neo 27 Bảng 2.4 Tác dụng hiệu bê tông phun 32 Bảng 2.5 Tác dụng hiệu bê tông phun tăng cường sợi thép 35 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp số cố .55 Bảng 3.2 Các hệ thống phân loại khối đá điển hình 59 Bảng 3.3 Các nhóm khối đá theo Barton, Lien Lunde 64 Bảng 3.4 Trị số ứng suất vòng σz phụ thuộc vào trị số k0 67 Bảng 3.5 Dự kiến biểu ổn định đường hầm loại hình kết cấu chống thích hợp 99 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển chung đất nước, lượng điện ngày trở thành nhu cầu cấp thiết cho xã hội Trong điều kiện tự nhiên Việt Nam nước có hệ thống sơng ngòi lớn đa dạng, phù hợp với việc phát triển cơng trình thuỷ điện lượng từ thuỷ điện đóng vai trị lớn hệ thống chế tạo lượng điện nước ta Tổng kết nghiên cứu quy hoạch thuỷ điện nước ta cho thấy tổng trữ lý thuyết sông đựơc đánh giá đạt 300 tỷ KWh/năm Tuy nhiên việc xây dựng cơng trình thủy điện gặp khó khăn định, nơi địa hình - địa chất tốt cơng trình cũ xây dựng, cơng trình đơi phải đặt vùng có địa chất yếu, đặc biệt với cơng trình đường hầm thuỷ điện thường trải dài qua vùng địa chất khác Trong q trình thi cơng xây dựng đường hầm thuỷ điện qua vùng có địa chất yếu ln gắn liền với nguy xảy cố dẫn tới thiệt hại người, nguyên nhân làm chậm tiến độ thi công tăng giá thành công trình Vì việc xử lý địa chất yếu cơng trình hầm thuỷ điện vấn đề cấp bách Xử lý địa chất yếu hầm thuỷ điện khác với cơng trình hở truyền thống Khi qua vùng địa chất yếu cần đề biện pháp chống đỡ kịp thời Ứng với điều kiện địa chất khác cần đề biện pháp thi cơng thích hợp Do trường chật chội lại phải đồng thời tiến hành nhiều công đoạn nên việc đẩy nhanh tiến độ vơ khó khăn Vì phải nghiên cứu biện pháp thi công khoa học bảo đảm dây chuyền công tác nhịp nhàng, chặt chẽ, đồng “Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công đào đường hầm qua vùng có địa chất yếu” sở cơng nghệ thi công khắc phục vùng địa chất yếu biện pháp thi công khoa học thiết thực thiếu giai đoạn 2 Mục đích nghiên cứu mục đích đề tài Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi cơng đào đường hầm qua vùng có địa chất yếu làm rõ nội dung sau: Tổng quan giải pháp xử lý địa chất yếu thi công đường hầm Nghiên cứu công nghệ thi công đào qua vùng địa chất yếu Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công Ứng dụng tính tốn cụ thể cho dự án thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đường hầm thủy điện Phạm vi nghiên cứu: Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: Tiếp cận sở đánh giá nhu cầu: Hiện nhu cầu xây dựng đường hầm thủy điện nước ta lớn Nhiều công trình phải qua vùng địa chất yếu cần xử lý kịp thời để tránh xảy cố gây thiệt hại người, vật chất làm chậm tiến độ thi công Tiếp cận cở sở đảm bảo nhu cầu hành: Hiện Việt Nam có tiêu chuẩn thiết kế, thi công đường hầm theo quy phạm Liên Xơ cũ, cịn thiếu phần tiêu chuẩn cho đường hầm qua vùng địa chất yếu Tiếp cận với thực tiễn cơng trình: Trong thực tiễn xây dựng đường hầm qua vùng địa chất yếu bị chậm tiến độ thi công biện pháp xử lý cố xảy Do đề tài giải yêu cầu Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập thông tin: Thu thập từ đề tài, dự án liên quan đến xử lý địa chất yếu đường hầm Thu thập từ mạng internet nguồn khác Phương pháp đối chứng: Sau thực xong kết nghiên cứu, đem kết so sánh với thực tiễn cơng trình CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 1.1 Đặc điểm thi công đường hầm Đường hầm loại cơng trình xây dựng ngầm mặt đất, thân đường hầm không gian dài, nằm ngang gần nằm ngang, tiếp xúc với mặt đất hai đầu hầm Do thi công đường hầm có đặc điểm khác so với thi cơng cơng trình mặt đất Thuật ngữ “Đường hầm thủy điện” nói chung đường hầm dùng để đưa nước từ nguồn tự nhiên nhân tạo đến nhà máy chuyển nước từ nhà máy Cơng trình đường hầm thủy điện thường đào qua núi tuyến dài nằm ngang qua nhiều khu vực địa chất khác Việc hầm phải qua khu vực địa chất yếu tuyến khó tránh khỏi Do đường hầm thủy điện thường có đặc điểm sau: 1.1.1 Chịu ảnh hưởng lớn điều kiện địa chất địa chất thủy văn Địa chất cơng trình có ý nghĩa định việc chọn tuyến vị trí đặt cơng trình ngầm kết cấu Ngồi cịn định tới phương pháp thi cơng, tiến độ thi cơng giá thành cơng trình Chi phí tính khả thi dự án bị chi phối lớn địa chất địa chất thủy văn Trong thi cơng hở hố khoan thăm dị tiến hành trực tiếp móng cơng trình Cịn thi cơng ngầm hố khoan khơng trực tiếp vào gương đào mà nằm hầm Mọi tiêu tính tốn thiết kế suy từ nõn khoan trên, nên dễ dẫn đến sai lầm Công tác khoan thăm dò, xác định địa chất tuyến hầm khơng thể dọc theo tuyến có tính chất điểm nên việc xác định xác khu vực địa chất yếu gây bất lợi cho cơng trình thường không đầy đủ Trong thi công đường hầm yêu cầu khảo sát địa chất nhiều hơn, chi tiết so với kỹ thuật móng thi cơng hở Phải hiểu địa chất khu vực, kể địa mạo thể kiến tạo (nếp lồi nếp lõm) Khi nghiên cứu cấu trúc địa chất vùng điều kiện xây dựng cơng trình cần làm rõ thành phần thạch học (khống vật hóa học), đặc điểm trầm tích (cấu trúc nguồn gốc), đặc điểm cấu tạo (thế nằm phân bố phần), phổ biến, độ lớn nằm khối đá núi khác nhau, tính bảo tồn mức độ phong hóa chúng Sự tồn tại, đặc trưng xu cấu trúc uốn nếp kiến tạo khác nhau, vùng bị cà nát, hang Karst, đặc trưng xu hệ thống khe nứt chính, khả trương nở đá núi Các điều kiện tiêu kỹ thuật thay đổi phạm vi rộng thời gian, mùa, tốc độ hướng chất tải bất thường Sự tồn túi nước đất, phân bố tính ổn định chúng, tính thấm nước đá núi (hệ số thấm), phân bố áp lực nước ngầm theo tuyến đường hầm, tính chất hóa học tính xâm thực nước, khả hệ mối liên hệ nước ngầm nước mặt thời gian xây dựng khai thác cơng trình ngầm Nước ngầm điều kiện khó khăn nhất, đặc biệt nước ngầm có áp khó xử lý (thực tế gặp nước ngầm 100atm), dự báo nước ngầm q trình thi cơng khó khăn Trong q trình thi cơng phải u cầu kiểm tra địa chất, địa chất thủy văn trước đào, trình đào, sau xây dựng vỏ hầm Luôn đối chiếu phân tầng địa chất, điểm xuất dòng nước ngầm (lượng áp lực) điều kiện thực tế gặp phải trình đào với số liệu dự báo đơn vị địa kỹ thuật để điều chỉnh thiết kế kết cấu, phương pháp thi cơng Ngồi cịn phải xem xét tới tính chứa khí đá núi (khả khí hay khí với đất đá), điều kiện địa nhiệt, tính lý đá núi đá núi có xét tính nứt nẻ, độ ẩm, phong hóa (độ bền, tính biến dạng, thông số chống cắt…) Trạng thái ứng suất - biến dạng đá núi vùng có cơng trình (có xét đến ảnh hưởng hoạt động động đất vùng xây dựng hoạt động kiến tạo nhất) 1.1.2 Phương pháp thi công Kỹ thuật đào ngầm khác so với kỹ thuật đào hở điều kiện lực xuất phải chống đỡ Khối lượng đào thi cơng cơng trình ngầm lớn: đào thân hầm, hầm giao thơng, hầm thơng gió, xử lý tiếp cận cửa vào, mở thêm cửa hầm, giếng thăm dò Đường hầm thủy điện thường đường hầm qua núi nên phương pháp thi công chủ yếu phương pháp khoan nổ Trong vài trường hợp sử dụng máy đào Khi thi cơng đường hầm địa chất yếu khối đá yếu ln địi hỏi chống đỡ kịp thời Vì vấn đề cần lưu ý phương phương pháp chống đỡ tạm Phương pháp chống đỡ tạm có ý nghĩa định đến việc thành công đào đường hầm Ứng với phương pháp đào, chống đỡ tạm đường hầm ln địi hỏi thiết bị chun dụng riêng để thực như: Máy khoan có nhiều mũi, thay đổi cần khoan theo chiều cao, dài, góc; Máy phun vữa bê tông dạng khô, dạng ướt; máy đào đường hầm; máy xúc đường hầm 1.1.3 Tổ chức thi công Công tác tổ chức thi công đường hầm bị hạn chế bề mặt công tác Đường hầm có hai mặt cơng tác cửa vào cửa ra, công việc phải tiến hành đường hầm nên tốc độ thi công bị hạn chế Việc liên hệ đường hầm với xí nghiệp mặt đất qua hai cửa hầm, khó cho việc tăng thêm thiết bị, tăng thêm người, tăng thêm vật tư khơng gian hẹp Khi thi cơng đường hầm qua vùng địa chất yếu việc tăng thêm thiết bị, nhân lực, vật tư điều khó tránh khỏi Một vấn đề thường thấy thi công đường hầm qua địa chất yếu thiết bị, vật tư nhân lực có khả để xử lý loại địa chất yếu dự kiến thường thiếu chuẩn bị không đầy đủ Hậu tiến độ thi công bị kéo dài Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu thường có phương pháp thi cơng khác với toàn tuyến Dẫn đến việc tổ chức thi cơng phải thay đổi bố trí trường, tiến độ kế hoạch thi công, quản lý kế hoạch, quản lý kỹ thuật Nếu công tác chuẩn bị không đầy đủ dẫn tới bị động trình tổ chức thi cơng Đối với đường hầm thủy điện toàn việc tổ chức thực thi công đường hầm phụ thuộc vào vào bảng thời gian thi cơng hệ thống cơng trình thủy điện Nếu có đập lớn, đường hầm lập tiến độ hoàn thành đến hai năm trước xong đập, cho có khả tích nước nhanh 108 4.2 Các phương pháp thi công 4.2.1 Công tác khoan nổ Phương án lập hộ chiếu khoan nổ Các dạng hộ chiếu nổ mìn tương ứng với dạng kích thước hầm Số lượng lỗ khoan dạng hộ chiếu thay đổi tuỳ thuộc vào địa chất cụ thể sau lần nổ định lập hộ chiếu theo phương án nổ đột phá hay nổ nêm Theo địa chất thiết kế hộ chiếu khoan nổ thiết kế với cường độ đá F=4 Phương án khoan Sau trắc địa vẽ xong lỗ khoan theo hộ chiếu thiết kế lên gương hầm, tiến hành công tác khoan Công tác khoan thực máy khoan chuyên dụng Tamrock AXERAT80 hai cần, khoan cỡ mũi khoan 45 mm Chiều sâu khoan lỗ theo hộ chiếu khoan nổ 4.2.2 Công tác bốc xúc gương hầm Phương án bốc xúc hầm dùng 01 xúc lật hầm chuyên dụng 2,3 m3 bốc xúc lên xe hầm chuyên dụng xe Nisan 15 m3 vận chuyển bãi thải quy định Tuỳ theo tiến độ ta vận chuyển bãi thải tạm hầm sau vận chuyển tiếp bãi thải quy định Ơ tơ vận chuyển theo ngách hầm thi công cuối, ô tô di chuyển từ ngồi vào tới vị trí thiết kế ngách tránh xe ngách thơng hầm quay đầu xe lùi vào vị trí bốc xúc Sau khối lượng hết, dùng máy đào bánh lốp 0.7m3 cào gương chọc om làm lại đường thi công bốc xúc nốt khối lượng lại (xem vẽ) Để thuận lợi cho công tác vận chuyển bốc xúc, dùng đá 1-2 cm bê tơng M100 rải lót đường hầm để phù hợp với kích thước thiết bị bốc xúc làm tăng hiệu kinh tế vận chuyển đẩy nhanh tiến độ thi công 109 Để đẩy nhanh công tác vận chuyển, tăng tiến độ đào hầm nhà thầu bố trí thêm ngách tránh, quay đầu xe vị trí ngách thơng hầm 4.2.3 Công tác gia cố hầm Công tác gia cố hầm phải tiến hành theo hồ sơ thiết kế quy định thi công sau công tác khoan nổ bốc xúc kết thúc, nhằm đảm bảo ổn định địa chất, tránh biến dạng đường hầm đảo bảo an tồn thi cơng Trong thực tế, địa chất cơng trình phức tạp độ nứt nẻ nhiều, cường độ đá thấp, xuất nhiều vị trí phát sinh phải gia cố so với hồ sơ thiết kế Vì để đáp ứng tiến độ thi cơng nhà thầu chuẩn bị chống vòm dự phòng Biện pháp khoan neo gia cố hầm Công tác khoan neo gia cố hầm thực sau công tác khoan nổ kết thúc Thiết bị khoan neo sử dụng máy khoan hầm chuyên dụng AXERA T08-290 Khoan neo theo hồ sơ thiết kế quy định, ngồi phát sinh thêm đoạn có địa chất yếu phải tư vấn xác nhận Sau khoan xong ta tiến hành bơm, ép vữa đầy vào lỗ khoan, sau tiến hành cắm neo Phương pháp phun gia cố rải lưới thép: Công tác phun bê tông rải lưới thép tiến hành sau công tác khoan nổ bốc xúc xong để đảm bảo cơng tác an tồn thi cơng Công tác rải lưới thép: Trước rải lưới thép phải chọc hết đá om cịn dính vịm hầm dọn vệ sinh vật liệu đoạn chuẩn bị phun bê tông gia cố Lưới thép sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế quy định Lưới thép rải lên vòm hầm theo chiều dài thiết kế, định vị đinh gim chữ T thép f12 dài 30cm Rải lưới nhân công kết hợp với xe nâng chuyên dụng sàn công tác máy khoan 110 Công tác phun bê tông: Phun bê tông ướt áp dụng cho toàn đường hầm Thiết bị phun dùng máy phun chuyên dụng Nomec Vữa bê tông trộn theo tỷ lệ thiết kế trạm trộn xe bom chuyên dụng cấp vào hầm cho máy phun chuyên dụng Nomec Phương pháp phun sau: Tuỳ thuộc vào địa chất, cường độ đá thực tế gương hầm mà cơng tác phun bê tơng sau vài chu kỳ khoan nổ tiến hành phun gia cố Dọn vệ sinh vật liệu đoạn phun bê tông gia cố Khoảng cách vòi phun bề mặt đá vách hầm trì khoảng 1m Vịi phun ln giữ vuông với mặt đá tiết diện phun nhằm đảm bảo khoảng cách vòi phun bề mặt đá vách hầm trì với tiêu chuẩn kỹ thuật Vịi phun ln giữ vng với mặt đá tiết diện phun nhằm đảm bảo độ dính kết giảm bong bật 4.3 Ứng dụng nghiên cứu đề giải pháp 4.3.1 Khoan thăm dò Khi bắt đầu đào đường hầm qua vùng địa chất yếu dự kiến theo tài liệu khảo sát địa chất ta nên khoan lỗ thăm dị có độ sâu 10m tiến trước gương hầm để biết trước chất lượng khối đá tiêu nước ngầm có Trong thủy điện Buôn Kuốp tiến hành khoan thăm dò 4.3.2 Chọn giải pháp chống đỡ Sau tổng hợp trường hợp xảy cố q trình thi cơng đường hầm nói cơng trình thủy điện Bn Kuốp, tác giả áp dụng quy trình thiết kế lựa chọn Kết cấu chống đưa phần luận văn để lựa chọn, tính tốn loại Kết cấu chống hợp lý cho vị trí xảy cố Sử dụng phần 111 mềm Rock Lap phần mềm Rock Support hãng Rock Science, tác giả luận văn thu kết sau: Vị trí cố K0+35 hầm 1: Tính chất địa chất theo khảo sát Rock lap: - Đá chủ yếu bột kết xen kẹp cát kết, nằm đá cắm phía hướng đào với góc dốc 650 - Đá nứt nẻ, tồn hai hệ thống khe nứt giao cắt tạo nêm, khe nứt trám canxit - Điều kiện khe nứt: Nhám - Hướng khe nứt: Khơng thuận - Khoảng cách trung bình khe nứt: 40-60cm - Chỉ số: RDQ=40%; RMR=32;Q=2,5 - Xuất lộ nước: Nhỏ giọt Trị số ứng suất nguyên sinh thẳng đứng Mpa, E = 1335 Mpa, tỷ số trường ứng suất nguyên sinh nằm ngang thẳng đứng k = 0,5 Mặt cắt: Chiều rộng: 8,2m Chiều cao: 8,2m Bán kính: 4,1m Mặt cắt tương đương hình trịn có S = 93,63 m2, bán kính R= 5,46 m Biến dạng theo Rock support theo dõi quan trắc thực tế: Độ dịch chuyển lớn biên đường hầm xác định 68cm Đây độ biến dạng lớn (nằm khoảng từ % đến 10 % đường kính đường hầm) Biện pháp gia cố: Biết tỷ lệ độ bền nén trục khối đá ( 0,9 MPa) trị số ứng suất nguyên sinh (6MPa) 0,15, dựa vào hình 3.18 cho thấy biến dạng đường hầm nằm khoảng 5% đến 10 % đường kính đường hầm tương ứng với mức độ nén ép mạnh Khuyến cỏo sử dụng phương pháp gia cố trước sử dụng kết cấu chống thộp neo, bờ tụng phun giữ ổn định gương Sử dụng sơ đồ hình 3.19 xác định tỷ lệ áp lực chống giữ yêu cầu/ứng suất nguyên sinh 0,3 từ xác định áp lực chống giữ yêu cầu 1,8 MPa Sử dụng cơng thức tính tốn kích thước kết cấu chống thép biết áp lực 112 chống giữ yêu cầu (hoặc sử dụng biểu đồ H3.19), xác định kích thước kết cấu chống thép sử dụng thép 12W65với bước chống L = 1,0 m, kết hợp với neo đường kính 20 mm, chiều dài 1,5 m, bê tông phun lớp dày 10 cm, cường độ 15 Mpa So sánh với dạng kết cấu chống thực thực tế là: - Gia cố thép H150, đổ bê tơng chèn, sử dụng neo đường kính 25mm, chiều dài 2m, bê tông phun cường độ 15 Mpa, dày 10 cm kết hợp với việc gia cố sát mặt gương Vị trí cố K7+24 hầm 1: Tính chất địa chất theo khảo sát Rocklap: Đá chủ yếu bột kết xen kẹp cát kết, nằm đá cắm phía hướng đào với góc dốc 45o Đá bị vò nhàu, vỡ vụn, khe nứt trám canxit phần lớn bị phân hủy thành dạng bột sét nên lực dính kết đá - Điều kiện khe nứt: Nhám - Hướng khe nứt: Khơng thuận - Khoảng cách trung bình khe nứt: 40-60cm - Chỉ số: RDQ=40%; RMR=32;Q=2,5 - Xuất lộ nước: Nhỏ giọt Trị số ứng suất nguyên sinh thẳng đứng Mpa, E = 1285 Mpa, tỷ số trường ứng suất nguyên sinh nằm ngang thẳng đứng k = 0,5 Mặt cắt: Chiều rộng: 8,2m Chiều cao: 8,2m Bán kính: 4,1m Mặt cắt tương đương hình trịn có S = 93,63 m2, bán kính R= 5,46m Biến dạng theo Rock support theo dõi quan trắc thực tế: Độ dịch chuyển lớn biên đường hầm xác định 59 cm Đây độ biến dạng lớn (nằm khoảng từ % đến 10 % đường kính đường hầm) Biện pháp gia cố: 113 Biết tỷ lệ độ bền nén trục khối đá ( 0,8 MPa) trị số ứng suất nguyên sinh (6MPa) 0,13, dựa vào hình 3.18 cho thấy biến dạng đường hầm nằm khoảng 5% đến 10 % đường kính đường hầm tương ứng với mức độ nén ép mạnh Khuyến cáo sử dụng phương pháp gia cố trước sử dụng kết cấu chống thép neo, bê tông phun giữ ổn định gương Sử dụng sơ đồ hình 3.19 xác định tỷ lệ áp lực chống giữ yêucầu/ứng suất nguyên sinh 0,4 từ xác định áp lực chống giữ yêu cầu 2,4 MPa Sử dụng cơng thức tính tốn kích thước kết cấu chống thép biết áp lực chống giữ yêu cầu (hoặc sử dụng biểu đồ H3.19), xác định kích thước kết cấu chống thép sử dụng thép 12W65 với bước chống L = 1,0 m, kết hợp với neo đường kính 25 mm, chiều dài 1,5 m, bê tông phun lớp dày 05 cm, cường độ 15 Mpa So sánh với dạng kết cấu chống thực thực tế là: - Gia cố thép H150, đổ bê tơng chèn, sử dụng neo đường kính 25mm, chiều dài m, bê tông phun cường độ 15 Mpa, dày 05 cm kết hợp với việc gia cố sát mặt gương Như vậy, từ kết so sánh trên, rút số nhận xét sau đây: Kinh phí thời gian để khắc phục cố xảy thi công đường hầm lớn Với việc sử dụng quy trình tính tốn, lựa chọn kết cấu chống(Kết cấu chống) hợp lý cho đường hầm mà tác giả luận văn trình bày phần trên, kết lựa chọn tính tốn lý thuyết gần xác với phương án Kết cấu chống sử dụng thực tế công trường thi công đường hầm Điều xác nhận quy trình lựa chọn Kết cấu chống hợp lý mà tác giả lập luận nội dung luận án xác Từ kết này, giúp cho nhà thiết kế nhà thầu thi cơng tính tốn, lựa chọn Kết cấu chống hợp lý cho đường hầm, tránh cố xảy thi công trình sử dụng, làm tăng tiến độ thi cơng, giảm giá thành xây dựng cơng trình làm tăng chất lượng cho cơng trình đường hầm thủy điện nói riêng cơng trình ngầm nói chung 114 4.3.3 Tăng chiều dài đường hầm chu kỳ khoan nổ Tại vị trí K7+24, theo phương pháp đường đặc tính(CCM) khuyến cáo nên sử dụng phương pháp gia cố trước để đảm bảo thi công Khi không sử dụng phương pháp gia cố trước chiều dài đường hầm chu kỳ đào 1,5 m Phương pháp gia cố là: bê tông phun, neo, lưới thép Khi sử dụng phương pháp gia cố trước khối đá yếu tăng cường khả tự chống đỡ, chiều dài đường hầm chu kỳ khoan nổ 3,5m khối đào gia cố Phương pháp gia cố là: gia cố trước, bê tông phun, lưới thép Sau luận văn đưa hai phương án để so sánh: Phương án 1: Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu lý trình K7+24 với bước đào chu kỳ khoan nổ 1,5m Phương pháp gia cố là: Bê tơng phun, neo gia cố, vịm thép Phương án 2: Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu lý trình K7+24 với bước đào chu kỳ khoan nổ 3,5m Phương pháp gia cố là: Gia cố trước(neo vượt trước), bê tông phun, lưới thép Do hạn chế luận văn tác giả không đưa chi tiết tính tốn phương pháp neo gia cố trước chưa thể so sánh giá thành chi phí phương án trên(yêu cầu toán kinh tế kỹ thuật đầy đủ) Kết luận: Từ tính tốn bảng 4.2 bảng 4.3 ta thấy sử dụng phương pháp gia cố trước vào thi công đường hầm qua vùng địa chât đường hầm Bn Kuốp tốc độ thi cơng khơng tăng lên mà cịn tăng tính an tồn thi công đường hầm địa chất yếu 115 Bảng 4.2 Tốc độ đào hầm không gia cố trước Diện tích đào Chiều dài khoan Chiều dài nổ chu kỳ Chiều dài phun BT chu kỳ Chiều dày BT phun Số neo mặt cắt hầm Mật độ lỗ khoan nổ m2 Công suất khoan Khối lượng bốc xúc x với hệ số 1.5 Cơng suất thực tế máy xúc Diện tích phun BT chu kỳ Khối lượng phun bê tông Công suất thực tế máy phun Số neo chu kỳ Chiều dài neo Thời gian thi công neo Công suất dải lưới thép Chuẩn bị Trắc địa định tâm hầm Công tác khoan Tổng Thông gió Bốc xúc Dọn trường Tổng Chuẩn bị Khoan, phun, lắp đặt Vệ sinh Tổng Chuẩn bị Rải lưới Tổng Chuẩn bị Phun bê tông Vệ sinh Tổng Tổng thời gian thi công chu kỳ Thời gian làm việc ca Số ca ngày Bước tiến hầm Số ngày làm việc tháng Tốc độ đào hầm m2 m m m m lỗ/m2 m/phút m3 m3/h m2 m3 Tấn/h m phút/neo phút/m2 Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút ca m ngày m Khoan nổ Đ/vị Công tác đào Hạng mục công việc K/lượng Neo Rải lưới Phun bê thép tông Gia cố hầm 65,95 1,60 1,50 21,20 0,10 12,00 2,40 0,70 148,39 30,00 31,80 3,18 5,00 12,00 2,00 6,00 2,00 20 30 181 231 40 297 30 367 15 72 20 107 20 64 84 20 92 40 152 940 7,00 3,00 1,50 25,00 50,26 Ký hiệu Diễn giải, ghi F Lk Lck Lp Hp N A Kk M xúc K xúc Sp Mp K phun M neo M neo K neo K dải Mặt cắt IV tính nổ lẹm Khoan vượt trước 0,1 m Máy khoan Tamrock cần M xúc = F x Lck x 1,5 Sp = Lp x Lck Mp = Sp x Hp Máy phun Nomec Máy khoan AXERAT08-290 Tk = (FxAxLk)/(Kkx2) Tx = (Mx x 60) / Kx Tn Tn = Mn x Kn Tck Tc C Lk M V V = (LkxTcx60xCxN)/Tck 116 Bảng 4.3 Tốc độ đào hầm gia cố trước Hạng mục cơng việc Diện tích đào Chiều dài khoan Chiều dài nổ chu kỳ Chiều dài phun BT chu kỳ Chiều dày BT phun Mật độ lỗ khoan nổ m2 Công suất khoan Khối lượng bốc xúc x với hệ số 1.5 Cơng suất thực tế máy xúc Diện tích phun bê tông chu kỳ Khối lượng phun bê tông chu kỳ Công suất thực tế máy phun Số neo gia cố trước chu kỳ Neo vượt trước Gia cố trước Thời gian thi công neo Công suất dải lưới thép Chuẩn bị Khoan, phun, lắp đặt bu lông Vệ sinh Tổng Chuẩn bị Trắc địa định tâm hầm Công tác khoan Tổng Nổ mìn, thơng gió Bốc xúc Dọn trường Tổng Chuẩn bị Rải lưới Khoan nổ Công tác đào Rải lưới thép Gia cố Tổng Phun bê tông Chuẩn bị Phun bê tông Vệ sinh Tổng Tổng thời gian thi công chu kỳ Thời gian làm việc ca Số ca ngày Bước tiến hầm Số ngày làm việc tháng Tốc độ đào hầm Đ/vị K/lượng Ký hiệu Diễn giải, ghi m2 m m m m lỗ/m2 m/phút m3 m3/h m2 m3 65,95 3,60 3,50 21,20 0,05 2,40 0,70 F Lk Lck Lp Hp A Kk Mặt cắt IV tính nổ lẹm Khoan vượt trước 0,1 m 346,24 30,00 74,20 3,71 Mx Kx Sp Mp M xúc = F x Lck x 1,5 Tấn/h 5,00 Kp 20,00 Mn phút/neo 10,00 Kn phút/m2 Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút Phút ca m ngày m 2,00 15 200 20 235 20 30 407 457 40 692 30 762 20 148 168 20 107 40 167 1789 7,00 3,00 3,50 25,00 61,62 Kt Tn Máy khoan Tamrock cần Sp = Lp x Lck Mp = Sp x Hp Máy phun chuyên dụng Nomec Máy khoan neo AXERA T08290 Tn = Mn x Kn Tk = (FxAxLk)/(Kkx2) Tx = (Mx x 60) / Kx Tt Tt = Lck x Lp x Kt Tp Tp = (Mp x 2,4 x 60)/Kp Tck Tc C Lk M V V = (LkxTcx60xCxN)/Tck 117 4.3.4 Cơng tác dự phịng Dự báo khả địa chất yếu xảy đề giải pháp: Căn tài liệu khảo sát đặc điểm địa chất khu vực phức tạp, đá bột kết hệ tầng La Ngà với đặc điểm uốn nếp, góc dốc 40÷700, tồn nhiều đứt gãy có góc cắm dốc đứng dọc theo đường hầm Các lỗ khoan thăm dị dọc theo đường hầm có giá trị RQD trung bình 65÷75%, phân loại theo hệ thống Q giá trị thay đổi từ 3,8÷10, theo RMR thay đổi từ 41÷52, cá biệt có vị trí RMR từ 25÷35 nên q trình thi cơng xảy nhiều cố sạt lở hầm Có thể thấy địa chất tuyến đường hầm Buôn Kuốp yếu có nhiều vị trí đứt gãy, đá yếu cục khảo sát Công tác xây dựng u cầu q trình thi cơng phải khảo sát bổ sung, kèm Dự phòng biện pháp chống đỡ: Căn tính tốn kết cấu chống, khuyến nghị phải dự phòng giải pháp gia cố trước điều kiện đá yếu, không kịp chống đỡ Biện pháp gia cố ln u cầu phải có máy móc chun dụng, khơng có chuẩn bị tiến độ thi công bị chậm lại khâu chuẩn bị vật tư, thiết bị Dự phòng cố: Với đặc điểm địa chất đường hầm Buôn Kuốp ta phải chuẩn bị tất biện pháp dự phòng cố: sụt lở gương đào, sụt lở gương đào kèm theo nước, phá hủy lên tới bề mặt Thực tế cơng trình xảy cố 4.3.5.Cơng tác chuẩn bị Chuẩn bị tồn vật tư, nhân cơng, máy móc thiết bị cho giải pháp đề lựa chọn giải pháp chống đỡ cơng tác dự phịng để đảm bảo tiến độ thi công không bị chậm lại thay đổi phương pháp chống đỡ hay cố xảy 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Những kết đạt được: Công tác khoan thăm dò xác định điều kiện địa chất, địa chất thủy văn xây dựng đường hầm thường gặp nhiều khó khăn khơng đầy đủ Nhất việc xác định đầy đủ khu vực địa chất yếu dọc tuyến đường hầm Các cố trình thi cơng đường hầm qua địa chất yếu thường xảy với tần xuất xuất lớn Việc khắc phục cố ln làm tiến độ thi cơng chậm nhiều làm tăng kinh phí đào đường hầm Phương pháp chống đỡ tạm(gia cố) có ý nghĩa định đến việc thành cơng đào đường hầm qua vùng địa chất yếu Việc xác định phương pháp thời gian chống đỡ phù hợp khắc phục cố xảy Thi công đường hầm qua địa chất yếu ln địi hỏi phải tăng cường nhân lực, vật tư máy móc thiết bị phải tăng cường biện pháp xử lý, gia cố, khắc phục cố Điều dẫn đến việc tổ chức thi công gặp nhiều khó khăn tiến độ thi cơng bị kéo dài Trong đường hầm thủy điện thường đào vùng địa chất đá nên phương pháp đào chủ yếu phương pháp khoan nổ Phương pháp khoan nổ thường chia làm hai dạng: Khoan nổ truyền thống khoan nổ theo NATM Biện pháp khoan nổ theo NATM khuyến nghị sử dụng việc thi công đường hầm thủy điện qua địa chất yếu Gia cố cơng tác quan trọng nhất, có ý nghĩa định đến thành công đào đường hầm qua vùng địa chất yếu Những cố kỹ thuật đường hầm chủ yếu kết cấu gia cố không đủ khả chống giữ Đây nguyên nhân làm cho tiến độ thi cơng đào đường hầm qua địa chất yếu khơng đảm bảo Có nhiều phương pháp gia cố tác giả chia phương pháp gia cố theo tính chất chống đỡ thành ba nhóm: Gia cố chống, gia cố treo gia cố trước Mỗi biện pháp gia cố 119 có điều kiện áp dụng thích hợp Trong đào đường hầm qua vùng địa chất yếu người ta thường dùng lúc nhiều biện pháp gia cố bổ trợ cho Căn vào cơng thức tính tốc độ đào hầm yếu tố quan trọng chiều dài chu kỳ khoan nổ Để tăng chiều dài chu kỳ khoan nổ cần phải tăng khả chịu tải khối đá yếu đường hầm nhằm kéo dài thời gian tự chống đỡ Phương pháp gia cố trước có khả đảm bảo cho nhiệm vụ Nhưng tính tốn xác gia cố trước chưa đầy đủ phổ biến Để đẩy nhanh tiến độ thi công đường hầm qua vùng địa chất yếu tác giả đề xuất năm giải pháp: Khoan lỗ thăm dò, lựa chọn biện pháp chống đỡ hợp lý, dự phịng cố xảy ra, tăng chiều dài chu kỳ khoan nổ phương pháp gia cố trước, công tác chuẩn bị Khi đào đường hầm qua địa chất yếu việc lựa chọn biện pháp chống đỡ tạm hợp lý yếu tố định đến tiến độ thi công đào đường hầm Kết cấu chống đỡ phải tương ứng với phương pháp đào loại địa chất yếu 10 Sử dụng phương pháp đường đặc tính (CCM) thi cơng có ưu điểm dễ tính tốn, sát với thực tế thi cơng, dễ dàng đưa giải pháp tình gặp địa chất yếu khơng có thiết kế Với thiết kế ta xây dựng bảng sau q trình thi cơng dùng bảng tra kết hợp với đo đạc xác định điều kiện địa chất thực tế(khoan thăm dò xác định điều kiện địa chất) từ chọn đươc giải pháp gia cố hợp lý cho đường hầm Những tồn trình thực luận văn: Nội dung luận văn chủ yếu quan tâm đến công tác lựa chọn kết cấu chống giữ đường hầm hợp lý Tuy nhiên, cần lưu ý, giải pháp chống giữ tách rời phương pháp, sơ đồ đào đường hầm Phương pháp gia cố trước phương pháp hữu ích có hiệu lớn đồng thời có khả trực tiếp đầy nhanh tiến độ thi công khuôn khổ luận văn chưa tính tốn cách đầy đủ xác 120 Cơng tác dự phịng chưa tính tốn chi tiết để đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật thi công đường hầm KIẾN NGHỊ Đề nghị bổ sung phương pháp xác định kết cấu chống đỡ theo phương pháp đường đặc tính CCM vào thiết kế thi cơng đường hầm Nghiên cứu tiếp giải pháp chống đỡ mà luận văn chưa đề cập đến đặc biệt giải pháp gia cố trước Phương pháp đường đặc tính(CCM) tiếp tục nghiên cứu thi công đường hầm qua vùng địa chất khác nhiều vùng, từ đưa khuyến cáo loại kết cấu chống đỡ thích hợp vùng địa chất 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Công ty Vinaconex(2004-2005), Biện pháp tổ chức thi công đào gia cố hầm thủy điện Bn Kuốp Cơng ty tư vấn điện (2007), Mô tả địa chất đường hầm cơng trình thủy điện Bn Kuốp Phan Đình Đại(1999), Xây dựng cơng trình ngầm thủy điện Hịa Bình Võ Trọng Hùng, Phùng Mạnh Đắc (2005), Cơ học đá ứng dụng xây dựng CTN khai thác mỏ, NXB KHKT, Hà Nội Võ Trọng Hùng(2001), Công nghệ đào chống lò tiên tiến, giảng cao học ngành Xây dựng Cơng trình ngầm Mỏ, Hà Nội Vũ Trọng Hồng, Thi công đường hầm thủy công, Bài giảng cao học, Đại học Thủy Lợi Hà Nội Nguyễn Xn Mãn (1998), Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt, Bài giảng cao học ngành Xây dựng CTN &Mỏ, Hà Nội Vũ Trọng Hồng, Thi công đường hầm thủy công, Bài giảng cao học, Đại học Thủy Lợi Hà Nội Nguyễn Xuân Trọng (2004), Thi cơng hầm cơng trình ngầm 10.Lê Thế Toản (2008), Phương pháp đánh giá độ an toàn khối đào q trình thi cơng đường hầm qua vùng địa chất phức tạp, Luận văn thạc sĩ 11.Nguyễn Chí Thành, Lựa chọn kết cấu chống hợp lý cho đường hầm dẫn nước tiết diện lớn qua vùng đá yếu, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Tiếng Anh: 12.AFTES (2001), The convergence-confinement method, Tunnelling and underground space 122 13.Barla, G (1995), Squeezing rocks in tunnels, ISRM News Journal, 3/4, pp 44-49 14.C Carranza Torres, C Feirhurst (2000), Application of the convergence – confinent method of tunnel design to rock mass that satisfy the Hoek Brown failure criterion, Tunnelling and underground space 15.C Carranza Torres, E Alonso (2001), Elasto-plastic analysis of deep tunnels in brittle rock using a scaled form of the Mohr-Coulomb failure criterion, Tunnelling and underground space 16.E Hoek (2000), Rock engineering 17.E Hoek, E and Marinos (2000), Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses, Tunnels and Tunnelling International, part one-November, 2000, pp 45-51; part two -December, 2000, p 33-36 18.E Hoek, E.T.Brown (1980), Underground Excavations in rock, London 19.E Hoek, Support of Underground Excavations in Hard Rock 20 E Hoek, 1998, Tunneling in weak rock 21.E Hoek, 2000, Big Tunnels in bad rock 22.Eric Leca , Yann Leblais and Karl Kuhnhenn, Underground works in soil and soft rock tunneling ... pháp đẩy nhanh tiến độ thi công đào đường hầm qua vùng có địa chất yếu làm rõ nội dung sau: Tổng quan giải pháp xử lý địa chất yếu thi công đường hầm Nghiên cứu công nghệ thi công đào qua vùng địa. .. hầm qua vùng có địa chất yếu? ?? sở cơng nghệ thi công khắc phục vùng địa chất yếu biện pháp thi công khoa học thi? ??t thực thi? ??u giai đoạn 2 Mục đích nghiên cứu mục đích đề tài Nghiên cứu biện pháp. .. ĐẨY NHANH TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐƯ ỜNG HẦM KHI QUA VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 51 3.1 Phương pháp lập tiến độ thi công đào đường hầm 51 3.2 Các biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công đào đường