51 Những vấn đề chung

2 5 1 1 Khỏi niệm về mụ hỡnh tiền định

Theo tài liệu [34], một mụ hỡnh mụ phỏng được gọi là tiền định/tất định khi nú khụng chứa bất kỳ thành phần xỏc suất (tức là ngẫu nhiờn) nào Trong cỏc mụ hỡnh tiền định, đầu ra là “tiền định” sau khi tập hợp cỏc đại lượng đầu vào và cỏc mối quan hệ trong mụ hỡnh đó được xỏc định; hay núi cỏch khỏc, mụ hỡnh tiền định cú một tập

hợp cỏc đầu vào đó biết, điều này sẽ dẫn đến một tập hợp cỏc đầu ra duy nhất Ngược lại, một mụ hỡnh mụ phỏng là ngẫu nhiờn khi cú một hoặc nhiều biến ngẫu nhiờn làm đầu vào Đầu vào ngẫu nhiờn dẫn đến đầu ra ngẫu nhiờn

Mụ hỡnh tiền định được phỏt triển để tớnh toỏn năng suất dạng tuyến tớnh m/h cho phương phỏp đào hầm bằng khoan nổ mỡn theo sơ đồ khai đào toàn gương và sử dụng xe vận tải bỏnh hơi Chiều dài L của đường hầm được chia thành nhiều đoạn Lj

(thường bằng nhau) để tạo điều kiện tớnh toỏn thời gian chu kỳ (xem hỡnh 2 5) Thời gian chu kỳ của mỗi đoạn sẽ khỏc nhau Thời gian chu trỡnh của quỏ trỡnh xử lý vật liệu sẽ tăng lờn với mỗi phần tiếp theo j của đường hầm được đào, do khoảng cỏch ngày càng tăng giữa gương đào và cửa đường hầm khi tiến hành đào Điều này dẫn đến thời gian vận chuyển dài hơn liờn quan đến quỏ trỡnh xỳc bốc, vận chuyển đất đỏ, chuyờn chở vật liệu dọc theo đường hầm

Hỡnh 2 5 Chia chiều dài đường hầm L thành cỏc đoạn Lj 2 5 1 2 Cỏc biến đầu vào của mụ hỡnh tiền định

Từ nội dung đó trỡnh bày ở cỏc phần trờn về quỏ trỡnh thi cụng đường hầm bằng khoan nổ mỡn, cỏc quy trỡnh chớnh và cỏc biến được sử dụng trong cỏc dự ỏn xõy dựng đường hầm được xỏc định Tổng quan về tất cả cỏc biến đầu vào (tài nguyờn và hoạt động) được sử dụng để phỏt triển phương trỡnh thời gian và năng suất Cỏc biến đầu vào của quỏ trỡnh thi cụng hầm bằng phương phỏp khoan nổ mỡn được phõn loại trong cỏc nhúm “Biến chung” và “Hệ thống vận chuyển bỏnh lốp” (bảng P 1 và bảng P 2 - Phụ lục 4) Trong nghiờn cứu này chỉ xột đến hầm giao thụng ngoài thành phố nờn khụng kể đến quỏ trỡnh vận chuyển trong cỏc giếng đứng

2 5 1 3 Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất xõy dựng hầm

Trong tớnh toỏn năng suất, cần xem xột cỏc yếu tố quan trọng liờn quan đến xõy dựng đường hầm Dựa trờn kết quả nghiờn cứu của cỏc chuyờn gia trong lĩnh vực xõy dựng hầm, cỏc yếu tố sẽ được đỏnh giỏ thụng qua cỏc hệ số f1 f7 như trỡnh bày

trong bảng 2 1 [70]

Bảng 2 1 Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất xõy dựng hầm

2 5 1 4 Cỏc hệ số hiệu quả

Bờn cạnh cỏc hệ số để đỏnh giỏ cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, cỏc hệ số hiệu quả cũng được xột đến trong phương trỡnh năng suất để tớnh toỏn tốc độ thi cụng của đường hầm Cỏc hệ số hiệu quả cho thấy lượng thời gian dừng cỏc hoạt động liờn quan đến quỏ trỡnh thi cụng, do cỏc tỡnh huống khụng lường trước được Vớ dụ hiệu quả 50% cho thấy rằng thời gian để thực hiện cỏc hoạt động nhất định phải tăng gấp đụi như dự kiến Cỏc yếu tố hiệu quả này bao gồm sự thay thế đối với cỏc biến đầu vào nhất định, chẳng hạn như “thời gian ngừng hệ thống”, “sự chậm trễ của mỏy”, “thời gian bảo trỡ” và “thời gian sửa chữa” Để trỏnh nhận định chủ quan thụng qua cỏc dữ liệu, cần thực hiện đỏnh giỏ tổng hợp bằng phương phỏp phỏng vấn cỏc chuyờn gia Cỏc hệ số hiệu quả được ỏp dụng liờn quan đến quỏ trỡnh nổ phỏ ( u1 ), quỏ trỡnh chống đỡ ban đầu ( u2 ), quỏ trỡnh xỳc bốc vận chuyển đất đỏ và vật liệu gia cố ( u3 ) và cỏc quỏ trỡnh nhỏ ( u4 ) với ui 1

Hệ số năng suất Nội dung Ký hiệu

Kinh nghiệm của nhà điều hành

Đường cong học tập: số năm kinh nghiệm, năng

lực kỹ thuật của nhõn viờn f1

Điều kiện đất đỏ/địa chất Loại đất đỏ, độ dẻo và độ ẩm f2 Điều kiện cụng việc và

quản lý

Vớ dụ: hệ thống thụng tin tốt, cú tớnh tổ chức,

nguồn lực sẵn cú, lao động cú tay nghề cao, v v f3 Điều kiện cụng trường Khả năng tiếp cận (gần hay xa đụ thị) f4

Tuyến hầm Hỡnh dạng tuyến hầm f5

Tỡnh trạng thiết bị Số lượng một hầm mà thiết bị đó thực hiện f6

2 5 2 Cỏc phương trỡnh thời gian chu kỳ và năng suất

2 5 2 1 Thời gian chu kỳ quỏ trỡnh nổ phỏ

Quỏ trỡnh đào theo phương phỏp khoan nổ mỡn bao gồm ba hoạt động chớnh: - Khoan lỗ mỡn trong đú sẽ đặt vật liệu nổ ( Tdr )

- Nạp thuốc nổ vào lỗ khoan trờn gương hầm ( Tle )

- Tiến hành nổ và thụng giú ( Tbv ) Sau khi thuốc nổ được kớch nổ, đường hầm được thụng giú để thoỏt khỏi bụi và khớ gõy ra bởi vụ nổ

- Chu kỳ thời gian của quỏ trỡnh đào:

 T T T (2 1)

Sau khi cỏc hoạt động này được thực hiện, vị trớ gương hầm bị nổ tung và được thụng giú làm sạch khụng khớ, một lượng đất đỏ nhất định đó sẵn sàng để vận chuyển ra ngồi đường hầm tới khu vực xử lý đất đỏ

2 5 2 2 Thời gian chu kỳ của quỏ trỡnh chống đỡ ban đầu

Chống tạm ban đầu cú thể bao gồm lắp đặt cỏc neo và lưới thộp trờn bề mặt biờn đường hầm, tựy thuộc vào điều kiện biờn hầm tại hiện trường Thời gian chu kỳ của quỏ trỡnh chống tạm ban đầu CTps được tớnh theo phương trỡnh (2 2), bằng cỏch chia chiều dài phần đường hầm được đào (mụ hỡnh húa bởi L j ) cho tốc độ chống đỡ ban đầu (B)

 L j   60

B (2 2)

Ở đõy: B là tốc độ thi cụng của quỏ trỡnh chống đỡ ban đầu (m/h); L j là chu kỳ tiến gương của đoạn đường hầm j (m)

2 5 2 3 Thời gian chu kỳ quỏ trỡnh xỳc bốc vận chuyển đất đỏ và vật liệu chống giữ

Thời gian chu kỳ ( CTtruck ) bao gồm hai thành phần, đú là thời gian để chuyển hết đất đỏ khỏi vị trớ gương hầm ( Pm ) và thời gian để vận chuyển đủ vật liệu gia cố vào vị trớ gương hầm ( Pl ) Với hệ thống vận chuyển bằng xe bỏnh lốp, việc xử lý đất đỏ bao gồm 5 quy trỡnh chớnh: đưa xe tải vào vị trớ tại gương hầm ( Tmt ), xỳc đất đỏ

CTexc dr le bv (phỳt)

CTps (phỳt)

vào xe tải ( Tlm ), vận chuyển đất đỏ từ gương hầm đến khu vực xử lý đất ( Ts ), đổ đất đỏ từ xe tải ( Tum ), và đưa xe tải khụng về phớa gương hầm ( Tsb ) Việc vận chuyển cỏc vật liệu chống đỡ từ cửa hầm tới vị trớ gương hầm bao gồm cỏc quỏ trỡnh sau: bốc xếp vật liệu lờn xe ( Tll ), vận chuyển vật liệu đến vị trớ gương hầm ( Tl ), dỡ vật liệu chống đỡ ( Tul ) và xe tải khụng trở lại vị trớ tập kết vật liệu chống đỡ ( Tlb )

Thời gian chu kỳ của hệ thống bốc xếp vận chuyển đất đỏ và vật liệu chống đỡ:

CTtruck Pm P (phỳt)

Thời gian quay vũng của 1 chuyến xe vận chuyển đất đỏ:

PmlTmt Tlm Ts Tum Tsb (phỳt)

(2 3)

(2 4)Thời gian quay vũng của 1 chuyến xe vận chuyển vật liệu chống đỡ ban đầu:Thời gian quay vũng của 1 chuyến xe vận chuyển vật liệu chống đỡ ban đầu: Thời gian quay vũng của 1 chuyến xe vận chuyển vật liệu chống đỡ ban đầu:

PllTll Tl Tul Tlb (phỳt) (2 5) Thời gian bốc xỳc đất đỏ lờn xe tải ( Tlm ) được tớnh bằng cỏch chia sức chứa

của xe tải (Vtruck - m3) cho năng suất của mỏy xỳc ( Ploader - m3/h), xỏc định theo phương trỡnh (2 6):

Tlm (phỳt)

 Ploader (2 6)

Số chuyến xe vận chuyển đất (n) và số chuyến xe vận chuyển vật liệu chống đỡ (m) được xỏc định như sau:

n  Vtruck m  M truck (2 7) (2 8)

trong đú: L j - chu kỳ tiến gương ở đoạn j; S - diện tớch mặt cắt ngang hầm; W - hệ số nở rời của đất; - hệ số thừa tiết diện; Vtruck - sức chứa của xe tải; M s - số lượng vật liệu chống cho mỗi chu kỳ; M truck - lượng vật liệu chống trờn mỗi chuyến xe

l

 Vtruck 60

 L j SW

Thời gian chạy của xe khi vận chuyển đất đỏ Ts , vận chuyển vật liệu chống Tl hoặc chạy khụng tải Tsb và Tlb khi thi cụng đào tại đoạn thứ k được tớnh như sau:

k  j1 vtruck _ s  k  L  j1 vtruck _ sb  (2 9a) (2 9b)  k  L  j1 vtruck _ l      (phỳt)   (2 9c)  k  L  j1 vtruck _ lb      (phỳt)   (2 9d)

Trong cỏc cụng thức (2 9a;b;c;d) trờn đõy, L j là chu kỳ tiến gương của đoạn

đường hầm thứ j (m); Lsdm là quóng đường tớnh từ cửa hầm đến bói chứa đất đỏ thải (m); Lsdl là quóng đường tớnh từ cửa hầm đến kho chứa vật liệu chống tạm (m); cỏc

vtruck _ s , vtruck _ sb , vtruck _ l , vtruck _ lb lần lượt là vận tốc xe chạy cú tải đất, khụng tải

đất, cú tải vật liệu và khụng tải vật liệu (m/phỳt)

Bõy giờ, xột đến cỏch tớnh thời lượng của Pm và Pl Đối với vận chuyển đất đỏ, cụng thức xỏc định Pm được xõy dựng phụ thuộc vào 2 yếu tố: cụng suất mỏy xỳc và số lượng xe tải Nếu cú ntruck xe tham gia vận chuyển, quỏ trỡnh bốc xỳc, chạy xe (cú tải hoặc khụng tải), đổ đất của cỏc xe diễn ra đan xen, gối tiếp nhau Ở đõy phải

  L j Lsdm Ts (phỳt)     L j sdm Tsb (phỳt)    L j sdl Tl     L j sdl Tlb   

sử dụng giả thiết đơn giản húa để xõy dựng mụ hỡnh tiền định Cho rằng đoàn xe sẽ tạo thành một hàng, vào vị trớ để nhận được chất đầy đất đỏ và quay ra theo hàng, tức là chỳng chạy theo vũng kớn và đường hầm cho phộp xe chạy hai chiều Sẽ cú hai tỡnh huống:

- KhiTlm Tmt ntruck Pml tức số xe tải đủ để mỏy xỳc phỏt huy hết cụng

suất, ta cú:

Pm PmlTlm Tmt n 1 (2 10a)

- KhiTlm Tmt ntruck Pml tức là giữa hai lần bốc xỳc cho đoàn xe sẽ cú

khoảng trễ (mỏy xỳc chờ xe), thời gian vận chuyển đất đỏ chung sẽ là:

 n  ntruck

(2 10b)

Trong phương trỡnh (2 10b), n

ntruck là số lượt quay vũng đoàn xe được làm

trũn số nguyờn (trũn lờn) khi n khụng phải là bội số của ntruck

Đối với vận chuyển vật liệu, với mtruck xe vận tải được sử dụng, cũng cú 2 trường hợp cần xột:

- Khi Tul mtruck Pll :

P Pll Tul m 1 - Khi Tul mtruck Pll :

 m  mtruck

(2 11a)

(2 11b)

d/ Chu kỳ thời gian của cỏc yếu tố thời gian nhỏ

Bờn cạnh cỏc hoạt động chớnh của thi cụng đường hầm như đào, xử lý vật liệu và lắp đặt chống đỡ ban đầu, cũng cú cỏc hoạt động "nhỏ" liờn quan đến việc xõy dựng đường hầm Cỏc yếu tố thời gian nhỏ cũng được tớnh đến trong phương trỡnh tớnh chu kỳ và phương trỡnh năng suất CTmin bao gồm cỏc yếu tố sau (tớnh bằng phỳt):

Pm ml lm mt PT T n 1 Pml lm mt truckT T n  1

Pl ll ul P T m 1 Pll ul truck T 1 m  1

- T pl : Thời gian để đặt khoan jumbo ở gương hầm

- Tdp : Thời gian để thay thế khoan Jumbo từ cửa đường hầm - Tsc : Thời gian để nạo vột (bằng tay và bằng cơ khớ) đường hầm - Tsv : Thời gian để khảo sỏt đường hầm

Vỡ vậy, thời gian chu kỳ của cỏc yếu tố thời gian nhỏ trong thi cụng bằng khoan nổ:

CTmin Tpl Tdp Tsc Tsv (phỳt) (2 12)

e/ Tớnh toỏn năng suất

Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất đào hầm (theo phần trăm) là f1 f7

(bảng 2 1) Trong tỡnh huống lý tưởng, khụng một yếu tố nào sẽ ảnh hưởng tiờu cực đến năng suất của dự ỏn xõy dựng đường hầm, cỏc yếu tố này sẽ nhận giỏ trị bằng 1 Tất cả cỏc yếu tố được giả định cú cựng trọng số tương đối so với nhau

Cỏc yếu tố hiệu quả (theo phần trăm) là: hiệu quả quỏ trỡnh đào hầm u1 , hiệu quả quỏ trỡnh gia cố u2 , hiệu quả quỏ trỡnh xỳc bốc vận chuyển đất đỏ và vật liệu gia cố u3 và hiệu quả cỏc quỏ trỡnh nhỏ u4

Từ những kết quả về cỏc chu kỳ thời gian của cỏc cụng đoạn nờu trờn, cụng thức tớnh tốc độ đào hầm vexc, j (m/h) được xõy dựng như sau:

vexc, j  7 1 1 1  1 2 3 4      (2 13)

2 6 Áp dụng mụ hỡnh tiền định phõn tớch tốc độ đào hầm của dự ỏn hầm Đốo Cả

2 6 1 Giới thiệu dự ỏn đường hầm Đốo Cả

Dự ỏn hầm đường bộ qua Đốo Cả được Chớnh phủ ưu tiờn đầu tư xõy dựng trong Quy hoạch phỏt triển giao thụng vận tải đường bộ Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 (Quyết định số 1327/QĐ-TTg, ngày 24/08/2009)

Hầm đường bộ qua đốo Cả thuộc huyện Đụng Hũa, tỉnh Phỳ Yờn và huyện Vạn Ninh, tỉnh Khỏnh Hũa

L j 60  fi

 1 CT

 u u u u CTminexc ps truck , j CT CT

i1

Hỡnh 2 6 Bỡnh đồ khu vực bố trớ dự ỏn hầm Đốo Cả

Hầm Đốo Cả thuộc phần đầu tư theo hỡnh thức BOT, chiều dài hầm thiết kế: L=4,125km, gồm hai hầm đơn cú chiều cao hầm 6,5m; Chiều rộng hầm 9,75 m mỗi hầm, tổ chức giao thụng 1 chiều ở mỗi hầm Khoảng cỏch giữa cỏc tim hầm đơn là 30m [7]

Về điều kiện địa chất khu vực xõy dựng hầm, theo tài liệu địa chất, đường hầm đào qua 6 loại đất đỏ như sau:

-Loại I: Điểm từ 81-100 theo thang điểm hệ thống RMR Đỏ cứng nứt nẻ nhẹ nhưng ổn định, cú thể rơi mảnh nhỏ nhưng khụng gõy tỏc hại cho tớnh ổn định của gương đào Loại đỏ cú tớnh tự ổn định cao và chỉ cần chống đỡ bằng bờ tụng phun, biến dạng hầm đào nhỏ và khụng đỏng kể

-Loại II: Điểm từ 61-80 theo thang điểm hệ thống RMR Đỏ cứng, nứt nẻ nhẹ nhưng ổn định Cú thể lỡ rơi từng mảnh nhỏ nhưng tớnh ổn định của gương đào vẫn cú thể duy trỡ được trong một vài ngày Tuy nhiờn, do sự nứt nẻ khụng đồng đều nờn việc xỏc định vựng ổn định hay khụng ổn định của phần đỉnh đào gặp khú khăn Để đảm bảo an toàn thỡ phần đỉnh vũm sẽ được chống đỡ, phần tường bờn cú thể chỉ cần chống đỡ từng phần Biến dạng hầm đào vẫn nằm trong giới hạn đàn hồi

-Loại III: Điểm từ 41-60 theo thang điểm hệ thống RMR Đỏ nứt nẻ nhiều và khụng ổn định Hầu hết lớp địa tầng cú cường độ yếu với cỏc vết nứt và khe nứt phỏt triển Nếu khụng cú hệ thống chống đỡ đầy đủ thỡ cỏc vết nứt trượt nhỏ, vết nứt trờn phần gần đỉnh vũm cú thể gõy ra khụng ổn định cho toàn bộ hầm Toàn bộ hầm đào

đều phải cú kết cấu chống đỡ Biến dạng hầm đào trong giới hạn đàn hồi nhưng cục bộ cú thể cú biến dạng vượt quỏ trị số cho phộp Kết cấu chống đỡ được tăng cường vỡ thộp nếu cần

-Loại IV: Điểm từ 31-40 theo thang điểm hệ thống RMR Đỏ cú mức độ nứt nẻ cao và khụng ổn định Cỏc điều kiện của đỏ tương tự với đỏ loại 3 nhưng cú thời gian tự ổn định ngắn hơn Toàn bộ hầm đào đều phải cú hệ thống chống đỡ Sự lỳn nhẹ và biến dạng đàn hồi cú thể xuất hiện nhưng đỏ cú xu hướng ổn định trong một vài ngày Cú thể lắp đặt thờm thiết bị đo ứng suất và biến dạng nếu cần Áp dụng kết cấu chống đỡ loại IV

- Loại V: Điểm từ 21-30 theo thang điểm hệ thống RMR Đỏ bị phong húa nặng đỏ cuội và cỏt rời, cường độ thấp chủ yếu là ở vựng nứt hoặc vựng trượt cú thể gõy ra sụt trượt khối đỏ Loại điều kiện địa chất này thường nằm trong tầng phủ thấp đến trung bỡnh, vựng phay cắt Sau một thời gian dài sự biến dạng dần dần của khối đỏ sẽ là nguyờn nhõn gõy ra lỳn và biến dạng lờn vỏ hầm Biến dạng hầm đào dễ chuyển sang giới hạn dẻo và phỏ hoại giũn Toàn bộ hầm đào đều phải chống đỡ

-Loại VI: Điểm từ 0-20 theo thang điểm hệ thống RMR Điều kiện đặc biệt, bao gồm đất đỏ phong húa nặng, vựng phay cắt đỏ vỡ vụn và phong húa nặng Cần phải cú sự quan tõm và chỳ ý đặc biệt trong quỏ trỡnh đào và chống đỡ Đất đỏ khụng cú khả năng tự ổn định, biến dạng cao cần phải kiểm soỏt thường xuyờn, liờn tục