Nguyễn Đức Toản Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 7 năm 2001 TÓM TẮT: Một cuộc khảo sát địa chất tại dự án Hầm Trans-Koolau trên đảo Oahu, Hawaii đã được tiến hành.. M
Trang 1Page 1 of 4
Khảo sát hiện trường tại Hầm Trans-Koolau ở
Hawaii, Mỹ
An-Bin Huang Phòng Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Chiao Tung, Hsin-Chu, Đài Loan
Bob Y K Wong Geolabs-Hawaii, Honolulu, Hawaii, Hoa Kỳ
Biên dịch: KS CN Nguyễn Đức Toản
Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 7 năm 2001
TÓM TẮT:
Một cuộc khảo sát địa chất tại dự án Hầm
Trans-Koolau trên đảo Oahu, Hawaii đã được tiến hành Các
lỗ khoan được chỉ định tại những vùng thực vật sinh
trưởng dày đặc trên những sườn núi rất dốc Xe tải
không thể vào được công trường, và việc cung cấp
nước cho việc khoan rất bị hạn chế Thiết bị và nhân
lực được vận chuyển đến và đi khỏi hiện trường bằng
máy bay trực thăng Đã sử dụng một chất hỗn hợp tạo
khí/bọt làm chất lỏng rửa lỗ khoan để giảm thiểu sự
tiêu tốn nước Bài viết này mô tả kinh nghiệm về các
thao tác và kỹ thuật khoan đã sử dụng để vượt qua các
khó khăn do địa điểm xa xôi và địa hình dốc
1 GIỚI THIỆU
Hầm Trans-Koolau là một phần của Đường Liên
bang H-3 trên đảo Oahu, Hawaii Hình 1 thể hiện vị
trí tương đối của dự án Dự án được đồng tài trợ của
Bang Haoai và Phòng Giao thông Mỹ Dự án đường
bộ H-3 được phát triển nhằm xoá bỏ tình trạng kẹt
giao thông đang diễn ra tại các hành lang hiện nay là
Pali và Likelike Highways Những đường cao tốc này
nối Honolulu với phía có gió (phía biển) của đảo
Oahu qua Dãy Núi Koolau
Để hoàn thành công trình nối qua Dãy Núi
Koolau, dự án phải sử dụng tuyến hầm đôi Đường
hầm hướng vào trong đảo có chiều dài 4.890 ft (1.490
m - N.D), và đường hầm hướng ra biển dài 5.165 ft
(1.574 m) Ngoài đường hầm, một số tòa nhà cho sửa
chữa và kết cấu khác cũng được xây dựng tại khu vực
cổng hầm
Công ty tư vấn Parsons Brinckerhoff - Hirota Associates đảm nhận khảo sát địa chất tại các cổng hầm ở Thung lũng Halawa phía bắc và Thung lũng Haiku phía nam Chương trình khảo sát địa chất bao gồm các lỗ khoan thẳng đứng và xiên, lắp đặt các áp
kế, và tiến hành các thí nghiệm về độ thấm hiện trường Các công tác hiện trường được tiến hành tại vùng xa xôi dưới những điều kiện bất lợi và đôi khi nguy hiểm Bài viết này đề cập các khó khăn liên quan đến khảo sát ngầm và các kỹ thuật mới áp dụng
để đối phó với các khó khăn
2 MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT VÀ ĐIỀU KIỆN HIỆN TRƯỜNG
Quần đảo Hawaii tạo thành một vòng cung các đảo núi lửa hướng từ tây bắc xuống đông nam dài khoảng 1.491 dặm (~2.400 km) Đảo chính Hawaii nằm dọc một cung 404 dặm (650 km) tại đầu phía đông nam của quần đảo Oahu, đảo lớn thứ ba trong số 8 đảo lớn nhất của Quần đảo Hawaii, có diện tích khoảng 604 dặm vuông (1.564 km2) Đảo này được tạo thành từ hai ngọn núi lửa lớn hình cái khiên Hoạt động núi lửa vào cuối kỷ Pliocene (thời kỳ cuối của kỷ Đệ Tam trong lịch sử trái đất, cách đây khoảng 4 triệu năm, khi nhiều động vật có vú hiện đại xuất hiện - N.D), và tiền kỷ Pleistocene (đầu kỷ Đệ Tứ, cách nay khoảng 1,5 triệu năm - N.D) đã tạo ra hai vùng địa hình dạng vòm bazan kéo dài - Waianae ở bờ tây và Koolau ở
bờ đông của đảo Oahu Sự xói mòn đất sau phun trào
đã phân chia các vòm này thành những dãy núi lởm chởm
Địa điểm dự án Đường Liên bang H-3 được đặt trong phạm vi quận Honolulu và Koolaupoko, và cắt
Trang 2Page 2 of 4
ngang xương sống phía nam của Dãy Núi Koolau
(xem Hình 1)
Thành hệ đá cơ bản trên đảo Oahu bao gồm các
dòng dung nham bazan Hai loại dòng dung nham
được nhận biết là: "a'a" và "pahoehoe" A'a là một từ
ngữ của đảo Hawaii chỉ dòng dung nham đặc trưng
bởi bề mặt gồ ghề, lởm chởm, nhiều mỏm sắc, có tính
gắn kết mạnh Các dòng a'a bao gồm cả clanh-ke (các
mảnh bazan) và các thành phần bên trong đặc sít
Pahoehoe là thuật ngữ Hawaii chỉ dòng dung nham
bazan đặc trưng bởi bề mặt nhẵn, chồng chất dạng
sóng hay chất lượng kém Các dòng dung nham dày
trung bình 10 ft (~3,0 m) hay bé hơn, và cả khối đá
thể hiện một sự không đồng nhất về mặt thạch học
khá lớn (Wentworth, 1951)
Mặc dù các dòng dung nham pahoehoe và a'a là
chung cho Thành hệ Koolau, loại a'a vẫn chiếm phần
ưu thế ở các lớp sâu hơn của toàn khối Bề mặt nổi
của các dòng dung nham này đã phong hóa thành các
lớp đất trầm tích nhiệt đới nằm sâu Dọc theo các
sườn thung lũng, đá núi lửa gốc bị che phủ bởi các
lớp lở tích và bồi tích Hình 2 thể hiện một mặt cắt địa
chất điển hình gặp ở khu vực cổng hầm
Vào thời gian khảo sát hiện trường, khu vực cổng
thung lũng Halawa phía bắc nằm cách đường vào gần
nhất khoảng 7 dặm (~11 km) Về mặt đo vẽ địa hình,
khu vực cổng Bắc Halawa có cao độ bề mặt thay đổi
từ 1020 đến 1310 ft trên mực nước biển (310 - 400
m) Cổng hầm được đặt tại đầu của một thung lũng đã
xói mòi thành một vùng đỉnh tròn nguồn gốc núi lửa
tạo nên Dãy núi Koolau Vùng này có lượng mưa lớn
hơn 100 in hàng năm (~2540 mm) Đá bị phong hóa
thành đất lở tích và trầm tích nhiệt đới sâu; địa hình
rất dốc và dày đặc cây cối của rừng á nhiệt đới
Khu vực cổng Haiku, nằm ở thượng Thung lũng
Haiku dưới chân của hành lang Pali Koolau, là một
vách đá dốc đã bị xói mòn về phía biển của Dãy núi
Koolau Cao độ khu vực cổng này thay đổi từ 780 -
885 ft (240 - 270 m) trên mực nước biển Trong vùng
này, sự xói mòn đã cắt đá núi lửa thành các vách đá
gần như thẳng đứng và có nhiều lở tích Ngoài địa
hình dốc, địa điểm cổng hầm nằm dưới một đường
dây tải điện cao thế và gần một ăngten của hệ thống
giao thông thủy thuộc Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ
Chiếc ăngten này, là một phần của mạng lưới
"Omega", phát ra một trường điện từ mạnh, tần số rất
thấp Trường điện từ mạnh đến nỗi nó sinh ra điện
tích trên các vật liệu kim loại ở khu vực xung quanh
Hình 3 cho thấy mặt cắt ngang của dãy núi và tuyến
hầm dự định, khu vực cổng hầm, và các lỗ khoan
xiên
3 BỐ TRÍ CÔNG TRƯỜNG
Vào thời điểm khảo sát, chưa có đường vào các khu vực cổng hầm Không thể san ủi các đường mòn xuyên qua rừng nhiệt đới rậm rạp và qua địa hình dốc
để tạo đường vào cho thiết bị khoan lắp trên xe tải
Đã phải dùng trực thăng để huy động thiết bị và con người đến và đi khỏi công địa Các giá khoan được lắp trên bánh trượt theo từng môđun, gồm một máy Diedrich D-25 và một máy Christensen CMC-100, đã được sử dụng để tạo dễ dàng cho việc không vận tới công trường và giữa các lỗ khoan
Một khu vực tập kết cơ sở được lập ra tại mỗi công trường, và các đội hiện trường được luân chuyển hàng ngày vào/ra khỏi thung lũng, trong khoảng 40 ngày thăm dò địa chất Đã phải có một sự phối hợp và lập kế hoạch mang tính chiến lược để có thể đảm bảo rằng con người, thiết bị và vật tư được di chuyển một cách đúng hạn Một đội thực hiện công tác khoan và lấy mẫu, trong khi một đội khác chuẩn bị các địa điểm khoan mới và chế tạo các dàn chống để đỡ thiết bị khoan trên nền đất dốc và ướt
Hình 4 là ảnh chụp bố trí công trường
Tại công trường Haiku, thiết bị khoan thường xuyên bị nhiễm điện tĩnh, do cảm ứng của trường điện từ của ăngten Ômega Để tranh bị điện giật cho đội khoan, công nhân phải đi dày cao su và mang găng tay Cáp nối đất được treo từ khối thiết bị/vật liệu đang treo lơ lửng để giải phóng điện tích trước khi hạ xuống đất
Đã có các kế hoạch đối phó với sự cố bất ngờ để tiếp tế khẩn cấp về lều trại, thực phẩm, nước và vật dụng khác trong trường hợp các công nhân khoan lâm vào hoàn cảnh khó khăn/bị lạc trên hiện trường
4 TIẾN HÀNH KHOAN VÀ LẤY MẪU
Trong đất trầm tích, tiến hành khoan lỗ bằng mũi khoan cỡ 4 1/2 insơ (11,5 cm), theo sau bởi ống nối thẳng cỡ 'HW' Mẫu đất được lấy bằng cái lấy mẫu dạng ống xẻ 2 in (5 cm, Tiêu chuẩn ASTM D 1586)
và cái lấy mẫu California Sửa đổi 3 in Việc lấy mẫu
đá liên tục được thực hiện nhờ dùng hệ thống lấy mẫu
Trang 3Page 3 of 4
đá dạng dây ống kép ba HQ3 Longyear Hệ thống lấy
mẫu đá dạng đường dây được sử dụng để nhận được
các mẫu đá từ các khối dung nham bazan phong hóa
mạnh và từ hầu hết các lớp đá clanh-ke Hệ thống đã
rất thành công với việc lấy mẫu nguyên vẹn gần
100% trong đa số trường hợp Tuy nhiên, việc lấy
mẫu đã thỉnh thoảng gặp phải các lớp dễ vỡ vụn và
lớp hỗn hợp clanh-ke có bùn, do đó sự thu hồi lõi
khoan bị kém (nói chung thu hồi khoảng 40 - 50 % lõi
khoan)
Không có sẵn nước ở Thung lũng Halawa, và việc
lắp các đường dẫn nước tạm thời hay vận chuyển
nước tới hiện trường là không thực hiện được Do
vậy, một hợp chất có tính khí/bọt, nó gồm khí, nước
sạch, chất tạo bọt (AirQuick) và một chất vữa đồng
trùng hợp (Vữa Sạch), đã được sử dụng làm chất lỏng
rửa lỗ khoan Nói chung, một lít Anh (= 1,14 l = 1/4
galông) chất tạo bọt trộn với 150 galông nước (1
galông = 4,54l ở Anh hay 3,78l ở Mỹ) có thể đủ để
duy trì khoan từ 1 - 2 giờ Khí/bọt làm giảm mức tiêu
dùng nước sạch một cách đáng kể, với tỷ lệ khoảng 1
- 2 galông trong 1 phút (g/ph) so với phương pháp rửa
tuần hoàn thông thường - tiêu thụ tới 10-15 g/ph Kết
quả là, chỉ với nguồn nước tại các con suối hiếm hoi
trong thung lũng cũng khá đủ dùng Nguồn nước này
được bổ sung bằng nước không vận trong mùa khô
Để có thêm thông tin về hướng của trục tuyến
hầm, một số lỗ đã được khoan nghiêng Để tìm hiểu
chắc chắn vị trí của các khối đất và đá từ một lỗ
khoan nghiêng, người ta đã dùng một thiết bị khảo sát
lỗ khoan có tính định hướng "Pajari" Thiết bị Pajari
làm việc với một cơ cấu như bộ máy đồng hồ, nó
đồng thời khóa một quả dọi và một la bàn từ, để lần
lượt đưa ra kết quả về độ xiên (thế nằm) và góc
phương vị (hướng ngang) của lỗ khoan Bằng cách
thử tại một vài khoảng cách nhất định, sẽ cho phép
xây dựng được một sơ đồ về lỗ khoan, và bất kỳ phần
nào của lỗ khoan cũng có thể định vị được trong
không gian ba chiều
5 THẢO LUẬN
Công việc khảo sát địa chất đã hoàn tất đúng thời
hạn, và hầm đã được thiết kế nhờ sử dụng các kết quả
khảo sát này của chúng tôi Vào lúc đang viết bài này,
phần lớn đường hầm và kết cấu cổng hầm đã hoàn
thành Hình 5 là ảnh chụp Cổng Thung lũng Haiku và
kết cấu lối vào đang được thi công
Khảo sát địa chất cho dự án này đã cung cấp cho đội ngũ thiết kế những thông tin địa chất rất giá trị cho thiết kế và thi công Chất lỏng khoan dạng khí/bọt đã làm giảm đáng kể lượng nước cần cho vận hành khoan, nhờ vậy đã tiết kiệm được khá nhiều tiền Ngoài ra, hỗn hợp khí/bọt cũng làm giảm nguy
cơ xói mòn của đất saprolit (bùn thối) và mẫu đá, do
đó lấy được các mẫu có chất lượng cao
Các công tác khoan đã hoàn thành trong khung thời gian yêu cầu là 40 ngày Chúng tôi tin rằng việc
sử dụng hỗn hợp bọt/khí là chất lỏng để rửa lỗ khoan
đã góp phần rất lớn vào thành công của dự án này Chất lỏng rửa lỗ khoan tạo khí/bọt có thể được sử dụng một cách hiệu quả về mặt giá thành và rất tốt cho công tác khoan tại các vùng xa xôi khan hiếm nước./
Nguyễn Đức Toản
Dịch từ "Transportation Facilities through
Difficult Terrain "
Phần "Site exploration, planning, and roadway
design"
ĐC: Số 2, ngách 2/31, phố Nguyễn Chí Thanh, Ngọc Khánh, Ba Đình, Hà Nội Tel: 091-316245; Hoặc: 034-885267
Địa chỉ hiện nay: Viện KHCN GTVT
1252, Đường Láng, Hà Nội Email: ngdtoanhanoi@yahoo.com
Trang 4Page 4 of 4
Hình 2 - Mặt cắt Thể hiện Điều kiện Địa chất tại Địa điểm Cổng hầm phía Thung lũng Haiku
MẶT CẮT: CỔNG H-3, THUNG LŨNG HAIKU
Tỷ lệ: 1"=40', ngang và đứng
KÝ HIỆU:
BAZAN CLANH-KE ĐẤT SÉT
CÓ THỂ LÀ MỘT VÙNG BỒI LẤP MỀM, HANG HOẶC ỐNG DUNG NHAM
76
80
84
88
92
96
1000
Mặt đất tự nhiên
Cổng hướng
Lỗ khoan HV-3
Lỗ khoan
Lỗ khoan HV-8 (Dự kiến)
Lỗ khoan HV-7 (Dự kiến)
