Các giải pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan robin tại các dự án thuỷ điện việt nam

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Bùi văn đức Các giảI pháp nâng cao hiệu thi công công trình ngầm thẳng đứng công nghệ khoan robin dự án thủy điện việt nam luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà nội - 2010 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Bùi văn đức Các giảI pháp nâng cao hiệu thi công công trình ngầm thẳng đứng công nghệ khoan robin dự án thủy điện việt nam Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ công trình đặc biệt MÃ số: 60.58.50 luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học PGS.TS đào văn canh Hµ néi - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn BÙI VĂN ĐỨC MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM THẲNG ĐỨNG……………………….…………….… 1.1 Tổng quan cơng trình ngầm thẳng đứng……………………….… … 1.1.1 Trong lĩnh vực mỏ………………………………… …… ………… 1.1.2 Trong lĩnh vực giao thông, thủy điện………………………………….12 1.1.2.1 Công dụng điều kiện xây dựng giếng điều áp……………………12 1.1.2.2 Nguyên lý làm việc giếng điều áp……………… …….……….14 1.1.2.3 Các kiểu giếng điều áp……………………………… …… ………15 1.2 Các phương pháp, cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm thẳng đứng.… 20 1.2.1 Nhóm phương pháp thơng thường…………………………… …… 21 1.2.1.1 Phương pháp khoan nổ mìn tồn tiết diện…………………… … 21 1.2.1.2 Phương pháp khoan sử dụng giếng dẫn kết hợp khoan nổ mìn… …25 1.2.2 Nhóm phương pháp đặc biệt……………………… …………… … 31 1.3 Cơng nghệ thi cơng trình ngầm thẳng đứng máy khoan Robbins 34 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN GIẾNG ĐỨNG BẰNG MÁY KHOAN ROBBINS TẠI CÁC DỰ ÁN THỦY ĐIỆN VIỆT NAM ………………………………………… …… ………….42 2.1 Tốc độ khoan…………………………………………… …… ………43 2.1.1 Thực trạng tốc độ khoan giếng…………………………… …… 43 2.1.2 Công tác điều chỉnh tốc độ khoan…………………… …………… 46 2.2 Công tác sử dụng mũi khoan, mũi doa……………….………………….50 2.3 Quy trình vận hành cơng nghệ……………………… …………… … 53 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG BẰNG MÁY KHOAN ROBBINS …56 3.1 Yếu tố địa chất………………………………………………… ………56 3.1.1 Giai đoạn khảo sát …………………………… …………… ………56 3.1.2 Giai đoạn tổ chức thi cơng………………………………… ………57 3.2 Yếu tố kỹ thuật cơng trình ……………………………… …………… 58 3.2.1 Đường kính giếng…………………………….……… ………………60 3.2.2 Độ sâu hay chiều cao giếng………………………… …….…………61 3.3 Công tác bảo dưỡng thay thiết bị……………… ……………… 62 3.3.1 Công tác bảo dưỡng thiết bị…………………………… ……………62 3.3.2 Công tác thay thiết bị…………………………… ………….…….63 3.4 Cơng tác bố trí mặt bằng, hệ thống phụ trợ thi công…………….………63 3.4.1 Mặt tổ chức thi công………………………………… … …….63 3.4.1.1 Giếng điều áp hở……………………………………… ………… 63 3.4.1.2 Giếng đứng thi công ngầm…………………………………… ….65 3.4.2 Hệ thống phụ trợ……………………………………………… …… 66 3.5 Công tác khoan nổ mở rộng……………………………………… ……67 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM THẲNG ĐỨNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN ROBBINS………….………………………………………… …70 4.1 Giai đoạn khảo sát, quy hoạch, thiết kế………………………………….70 4.2 Giai đoạn tổ chức thi công…………………………… …………….….73 4.2.1 Nâng cao công tác quản lý thi công……………………… ………….73 4.2.2 Điều chỉnh loại mũi khoan, lưỡi cắt phù hợp với điều kiện địa chất… 77 4.2.3 Hệ thống phụ trợ thi công……………………… ………….…… … 90 4.2.3.1 Giếng điều áp thi công hở………………………… …………… 90 4.2.3.2 Giếng đứng thi công ngầm…………………………… ……… ….90 4.2.4 Nâng cao hiệu công tác khoan nổ mở rộng…………… ……….92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………….… ………95 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………… ……… 98 DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1-1 Một số loại cổ giếng Bảng 1-2 Biểu đồ tổ chức chu kỳ đào lò ngược tổ hợp KPV-1B 30 Bảng 1-3 Đặc tính kỹ thuật hai tổ hợp đào KPV-1B KPV-4A 30 Bảng 1-4 Phạm vi ứng dụng phương pháp đặc biệt 32 Bảng 1-5 Chủng loại máy khoan Robbins 37 Bảng 1-6 Đánh giá tổng hợp phương pháp đào giếng đứng 41 Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật máy khoan Robbins 73RM-DC 44 Bảng 2-2 Thống kê kết tốc độ khoan Robbins thực tế số giếng đứng Việt Nam 45 Bảng 2-3 Bảng lựa chọn chủng loại mũi khoan dẫn hướng 52 Bảng 2-4 Đơn giá số thiết bị hệ thống khoan Robbins 53 Bảng 3-1 Một số loại máy khoan cầm tay Liên Xô (cũ) 60 Bảng 3-2 Chiều sâu khoan số loại máy khoan Robbins 62 Bảng 3-3 Thời gian bảo dưỡng thiết bị 62 Bảng 3-4 Kích thước số loại máy khoan Robbins model 73 64 Bảng 4-1 Các phương pháp thí nghiệm trường 79 Bảng 4-2 Các phương pháp thí nghiệm phịng 80 Bảng 4-3 Bảng phân cấp đặc điểm học đất đá 82 Bảng 4-4 Phương pháp thí nghiệm phòng trường 83 Bảng 4-5 Phân loại đá theo độ bền nén hội học đá quốc tế ISRM năm 1978 Bảng 4-6 Ví dụ tính tốn cung cấp điện thi cơng 89 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ, đồ thị TT Trang Hình 1-1 Mặt cắt dọc giếng đứng mỏ Hình 1-2 Sơ đồ đặt giếng điều áp 13 Hình 1-3 Sơ đồ dao động mực nước giếng điều áp 14 Hình 1-4 Các kiểu giếng điều áp 18 Hình 1-5 Các kiểu đặt giếng điều áp cấp nước giếng điều áp 19 Hình 1-6 Các sơ đồ thi cơng giếng đứng 24 Hình 1-7 Sơ đồ đào lị đứng thùng cũi treo 25 Hình 1-8 Máy khoan giếng toàn tiết diện từ xuống 26 Hình 1-9 Tổ hợp đào giếng tự hành 29 Hình 1-10 Hệ thống khoan Robbins 35 Hình 1-11 Các giai đoạn thi công giếng đứng công nghệ khoan Robbins 36 Hình 1-12 Quy trình thi cơng giếng đứng nghệ Robbins 37 Hình 2-1 Xu hướng lệch mũi khoan dẫn hướng 47 Hình 2-2 Sơ họa vị trí khoan dẫn hướng bị lệch 48 Hình 2-3 Ảnh mũi khoan dẫn hướng bị lệch 48 Hình 2-4 Hỏng cắt 48 Hình 2-5 Sơ đồ tính chiều sâu khoan thêm khoan dẫn hướng bị lệch 49 Hình 2-6 Các khối lượng phát sinh khoan lệch 49 Hình 2-7 Sơ đồ nguyên lý phá đá tác dụng đĩa cắt 51 Hình 2-8 Sơ đồ phá đá dao cắt dạng 51 Hình 2-9 Cấu tạo loại mũi khoan 52 Hình 2-10 Hình ảnh tụt mâm doa giếng đứng 1-dự án thủy điện A Lưới-T.Thừa Thiên Huế Hình 3-1 Kích thước chung máy khoan Robbins Model 73 55 64 Hình 3-2 Kích thước sơ đồ bố trí mặt tổ hợp khoan Robbins 65 Hình 4-1 Sơ đồ phân tích suất lợi dụng thời gian 73 Hình 4-2 Đường cong quan hệ chi phí lưỡi dao cắt lực đẩy, tốc độ đào (theo kinh nghiệm Trung Quốc) 75 Hình 4-3 Thể dao bị hư hao điều kiện phải thay 76 Hình 4-4 Búa nảy Schemidt 84 Hình 4-5 Biểu đồ điều chỉnh độ nảy theo hướng bắn búa loại N 85 Hình 4-6 Biểu đồ tính chuyển độ nảy độ bền nén đơn trục theo WOSZILO (1989) cho búa loại N 86 Hình 4-7 Dụng cụ sơ đồ nén điểm 87 Hình 4-8 Quan hệ độ bền nén đơn trục số nén điểm Is 88 Hình 4-9 Sơ đồ tính toán trang thiết bị hoạt động đồng thời 91 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong trình người tìm kiếm, nghiên cứu đưa vào sử dụng nguồn lượng phục vụ cho phát triển lồi người nguồn lượng truyền thống phát huy đóng vai trò tiên phong trong kinh tế xã hội không Việt Nam mà toàn giới Tại Việt Nam, nguồn lượng truyền thống lượng thủy điện coi nguồn lượng then chốt Do đó, nhiều dự án thủy điện đã, tiếp tục đầu tư xây dựng Trong xây dựng thủy điện hệ thống cơng trình ngầm chiếm tỷ lệ khối lượng thi công lớn, việc nâng cao hiệu thi cơng cơng trình ngầm lúc đóng vai trị quan trọng tới hiệu chung dự án Cùng với tăng lên số lượng dự án xây dựng công trình ngầm phát triển mạnh mẽ khoa học - cơng nghệ nhiều cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm nghiên cứu, áp dụng rộng rãi giới Tại Việt Nam, người thợ xây dựng cơng trình ngầm bước mạnh dạn tiếp cận áp dụng công nghệ thi công nhằm nâng cao hiệu xây dựng tiến tới khả chuyên nghiệp hóa lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm Trong lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm thẳng đứng cơng nghệ sử dụng “Cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm thẳng đứng máy khoan Robin” công nghệ thi cơng cơng trình ngầm thẳng đứng tiên tiến giới Mặc dù vậy, thực tế áp dụng công nghệ dự án thủy điện Việt Nam chưa phát huy hết hiệu quả, cụ thể như: sai lệch q trình khoan lớn; khó khăn cơng tác điều chỉnh tốc độ khoan; thiết bị 87 Trong trường hợp trên, phương pháp nén điểm coi khả cuối để xác định độ bền nén đá Mẫu đặt vào hai đầu đột hình dụng cụ thí nghiệm nhận tải bị phá hủy (hình 4-7) Chỉ số độ bền nén hay số nén điểm IS định nghĩa theo biểu thức [10]: IS = Fmax (4.3) D2 Trong D- đường kính hay kích thước mẫu đo khoảng cách hai đầu đột [mm]; Fmax- lực gây phá hủy mẫu [N]; IS- số nén điểm [N/mm2] HÌNH 4-7 DỤNG CỤ VÀ SƠ ĐỒ NÉN ĐIỂM [10] Từ kết đó, thơng qua hệ số tính chuyển nhận độ bền nén đơn trục đá Tuy nhiên, để có hệ số tính chuyển cần thiết 88 phải tiến hành đồng thời thí nghiệm nén đơn trục nén điểm giai đoạn nghiên cứu Trên hình 4-8 minh họa mối quan hệ số nén điểm độ bền nén trục từ kết nghiên cứu tác giả D’ANDREA (1965), BROCH FRANKLIN (1972), BIENIAWKI (1974) [11] Mối tương quan thể gần phương trình [10]: σ N∗ = 24.I S (4.4) HÌNH 4-8 QUAN HỆ GIỮA ĐỘ BỀN NÉN ĐƠN TRỤC VÀ CHỈ SỐ NÉN ĐIỂM IS Độ bền nén đá tiêu quan trọng phản ảnh biểu học sử dụng tiêu chuẩn thiết kế, phân loại khâu kỹ thuật khác xây dựng cơng trình ngầm khai thác khống sản Hiện nay, có nhiều đề xuất phân loại đá theo độ bền nén đơn trục phục vụ lựa chọn phương pháp, công cụ phá vỡ đá Năm 1978, hội học đá quốc tế đề xuất phân nhóm loại đá theo độ bền nén đơn trục Trong bảng 4-5 nhóm đá với mối tương quan với số xác định tương đối trường số nén điểm độ nẩy búa Schmidt loại 89 L Ngoài ra, sử dụng búa địa chất có nhận định gần độ bền đá Bảng 4-5 Phân loại đá theo độ bền nén Hội học đá quốc tế ISRM năm 1978 [10] Nhóm R5 Mơ tả Bị tróc vỡ mảnh nhỏ đập Đặc biệt cứng mạnh nhiều lần búa địa chất R4 Rất cứng R3 Cứng Chỉ số Độ nẩy R nén nén điểm loại búa Mpa IS Schmidt L >250 >10 50÷60 4÷10 40÷50 50÷100 2÷4 30÷40 25÷50 1÷2 15÷30 Bị vỡ dùng búa địa chất đập mạnh nhiều lần, phát tiếng 100÷250 đanh Vỡ dùng búa địa chất đập mạnh nhiều lần, phát tiếng đanh R2 Vỡ dùng búa đập mạnh Cứng trung lần, khơng thể vạch xước bình Độ bền dao nhíp Tạo vết lõm nơng dùng đầu R1 Mềm nhọn búa đập vào đá; vạch xước mũi dao nhíp; 5÷25 gọt dao; phát tiếng đục bị đập R0 Rất mềm Vỡ thành cục dùng đầu nhọn búa đập nhẹ; gọt 1÷5 dao nhíp Đặc biệt mềm Có thể vạch xước móng tay