Thiết kế hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện huội quảng

Các thông số của sơ đồ dẫn dòng thi công công trình đầumối thuỷ điện Huội Quảng đợc cho trong Bảng 2.1 2.4.2 Đăc điểm địa chất khu vực xây dựng hầm dẫn Đới đá nứt nẻ mạnh IIA : Có chiều

Lời nói đầu

Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển sang nền kinh tếthị trờng và hiện nay nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh

mẽ trên tất cả các lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, dịchvụ Thực trạng những năm vừa qua cho thấy nguồn năng lợngcho phát triển kinh tế đất nớc đặc biệt là điện năng đangthiếu hụt nghiêm trọng Để khắc phục tình trạng thiếu hụt

điện năng này, nhà nớc đã có chủ trơng đầu t xây dựngnhiều công trình thủy điện với công suất khác nhau trên khắpcả nớc Công trình thuỷ điện Huội Quảng là công trình thủy

điện lớn thứ t ở miền bắc với công suất lắp máy thiết kế 520

MW đợc xây dựng sẽ cung cấp sản lợng 1904 triệu kWh điệnmỗi năm cho lới điện quốc gia, góp phần không nhỏ vào côngcuộc cải thiện sự thiếu hụt điện năng nh hiện nay

Đợc sự đồng ý của Bộ môn XDCTN & Mỏ Trờng Đại Học Mỏ

-Địa Chất Hà Nội, em đợc cử về thực tập tại Công ty cổ phần

Sông Đà 10 và thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp: “ Thiết kế hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện Huội Quảng”

dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS.Nguyễn Văn Quyển Hầmdẫn dòng thi công là công trình phục vụ cho công tác xâydựng đập dâng trong hệ thống công trình thuỷ điện HuộiQuảng Chức năng của công trình là dẫn dòng sông Nậm Mutheo hớng vòng cung, đảm bảo mặt bằng thi công đập dâng,

đê quai hạ lu và đê quai thợng lu

Đợc sự giúp đỡ của cơ sở thực tập là Công ty cổ phần Sông

Đà 10 và các thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng Công TrìnhNgầm trờng Đại học Mỏ - Địa Chất, đặc biệt là sự hớng dẫn tậntình của thầy giáo Nguyễn Văn Quyển, em đã hoàn thành đồ

án tốt nghiệp của mình

Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránhkhỏi những thiếu sót, tôi rất mong đợc sự góp ít của các thầycô và các bạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn

Xin chân thành cám ơn!

Hà Nội 03 - 2011

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Hiệp

hình……… 4 1.1.3 mạng lới thuỷ

văn………4

hậu……… 4 1.1.5 Điều kiện dân c, kinh

tế……… …4 1.1.6 Giao thông vận

văn……… 6 1.2.3 Đặc điểm địa chất công

2.3.2 Đặc điểm địa chất khu vực xây dựng công

trình………… ……… 10 2.3.3 Tính chất cơ lý của đất đá hầm dẫn dòng thi công

đi qua ………12 2.3.4 Nhận xét sơ bộ……… ………

hầm……… …13 2.4.3 Quy hoạch tuyến hầm trên bình

đồ……… 14 2.4.4 Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt

định……… ……… 17 2.5.3 Chọn kết cấu chống hợp

lý……… …… 17

2.6 Xác định áp lực đất đá tác dụng lên công trình ngầm……… … 23

2.6.1 Xác định áp lực đất đá thân

hầm……… 23 2.6.2 Xác định áp lức đất đá đoạn chuyển tiếp cửa

98

CHƯƠNG 1 KHáI QUáT CHUNG Về nhà máy thủy điện huội quảng

1.1 Điều kiện tự nhiên và xã hội khu vực đặt nhà máy.

1.1.1 Vị trí địa lý.

Dự án thuỷ điện Huội Quảng có tổng diện tích khoảng

250 km2 trong đó 140 km2 thuộc địa phận huyện Than Uyêntình Lai Châu, còn lại 110 km2 thuộc địa phận huyện Mờng Latỉnh Sơn La

Vị trí tọa độ vùng theo hệ Gauss nh sau:

m bao gồm các dãy núi phơng Tây Bắc – Đông Nam phân bốdọc theo thung lũng sông Nậm Mu,các suối lớn Nậm Mở, NậmKim Các khối núi có đỉnh nhọn, sờn dốc

Thung lũng sông Nậm Mu có dạng chữ V, hai sờn bờ khádốc( 20o – 50o), nhiều đoạn là những vách đá dốc gần thẳng

đứng, lòng sông hẹp từ 30 – 50 m, lấp đầy cát cuội tảng đácứng

1.1.3 Mạng lới thủy văn.

Sông Nậm Mu là phụ lu chính( cấp 1) của Sông Đà chảytheo phơng Tây Bắc – Đông Nam Các suối nhánh đổ vàosông Nậm Mu phân bố khá đều ở cả 2 bên bờ, bờ phải chủ yếuchảy theo hớng Tây Nam – Đông Bắc, bờ trái chảy theo hớng

Đông Bắc – Tây Nam đáng kể nhất là suối Nậm Kim bản Mở,

có chiều dài 60 – 70 km bắt nguồn từ vùng núi cao Tú Lệ chảyvào sông Nậm Mu

Các sông suối về mùa khô ít nớc, toàn bộ lu lợng trung bìnhhàng năm của sông Nậm Mu chiếm 10% dòng chảy năm củasông Đà tuyến thủy điện Sơn La

1.1.4 Điều kiện khí hậu.

Vùng nghiên cứu thuộc chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa,

có hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3, mùa ma từtháng 4 đến tháng 9 hàng năm lợng ma trung bình hằng năm

từ 1400 -:- 2000 mm, trong đó mùa ma chiếm đến 90% lợng

m-a cả năm, tập trung vào tháng 6 và tháng 7 Nhiệt độ trung

phía Tây, mùa đông chịu ảnh hởng của gió mùa Đông Bắc.

1.1.5 Dân c, kinh tế.

Trong vùng nghiên cứu có nhiều dân tộc khác nhau: Thái,H’Mông, Xá, Kinh sinh sống, chủ yếu dọc theo thung lũng sông,suối lớn với mật độ tha thớt Các điểm tập trung dân lớn làhuyện lỵ Than Uyên và nông trờng Mờng Thanh Đời sống kinh

tế trong vùng thấp, dân c sống chủ yếu bằng nghề nông vàkhai thác lâm sản Đời sống văn hóa kém phát triển

1.1.6 Giao thông vận tải.

Cơ sở hạ tầng giao thông trong vùng kém phát triển, giaothông đi lại chủ yếu dựa vào các đờng dân sinh nhỏ và một sốtuyến đờng cũ đã h hỏng nhiều nh tuyến quốc lộ 32 chạy từSơn La qua Than Uyên, Mù Cang Chải đến Yên Bái, tuyến đờngquân sự 279 đợc thông xe nhng vẫn bị ách tắc vào mùa ma dosạt lở đờng Tuyến đờng giao thông liên xã từ Mờng La vàotrung tâm xã Chiềng Lao để vào khu vực nhà máy là đờng cấpphối đã h hỏng nặng, chỉ đi lại đợc vào mùa khô

1.2 Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, địa chất

công trình.

1.2.1 Điều kiện địa chất.

a Cấu trúc địa chất

Vùng nghiên cứu đợc xếp vào một phần của “ Võng sông Đà”

và “Máng chồng Tú Lệ” thuộc miền cấu trúc “Miền uốn nếpBắc Bộ”, bao gồm: tổ hợp đá lục nguyên, phiến sét và các bontriat sớm và giữa – Rift nội lực sông Đà có cấu trúc uốn nếp,phức tạp với nhiều thế hệ uốn nếp chồng chéo theo phơngTây Bắc - Đông Nam có chiều dày > 4000m

Dựa vào các đặc điểm tớng đá, tuổi địa chất, có thểphân biệt các phụ tổ hợp thạch học kiến tạo sau:

- Phụ tổ hợp đá sét và lục nguyên vụn thô: Gồm các trầmtích của điệp Tân Lạc

- Phụ tổ hợp lục nguyên, đá phiến sét, silic dạng á filíơ cóchiều dày 1,5 – 2,5 km, gồm các đá T2lmt3, với các trầm tích hạtmịn chiếm u thế ở phần dới, chuyển lên cao các hạt thô dần

- Phụ tổ hợp cacbonat: gồm trầm tích cacbonat của điệp

Đồng Giao phân hệ tầng giữa Mờng Trai

Tổ hợp các đá lục nguyên vụn thô đỏ sau rift Triat muộn –Suối Bàng: Gồm các trầm tích của điệp suối Bàng có độ dàykhông lớn, quy mô nhỏ, lấp đầy các hố sụt cục bộ kiểu dầm hồ

Tổ hợp các đá núi lửa, á núi lửa Mezozoi muộn – bồn trũngnúi lửa Tú Lệ: Bao gồm các đá của hệ tầng Suối Bé, hệ tầngVăn Chấn và các đá xâm nhập Phusaphìn tuổi Kreta

Tổ hợp các đá trầm tích nguồn gốc aluvi Đệ Tứ: Phân bốdọc các thung lũng sông suối dới dạng bậc thềm và bãi bồi.

đất đá, ảnh hởng xấu đến điều kiện ĐCCT của nền Đáng chú

ý nhất trong vùng là các đứt gãy sau:

- Đứt gãy Phong Thổ - Nậm Pìa (II-1): Đứt gãy chạy qua vùngnghiên cứu thuộc chấn đoạn Mờng La – Bắc Yên, khoảng cáchgần nhất tới tuyến đập Huội Quảng 6,5 km về phía Đông Cơchế hoạt động của đứt gãy là trợt bằng phải, mặt trợt của đứtgãy cắm về hớng Đông Bắc 60-70o

Đứt gãy Nậm Mu (III-1): Là đứt gãy nhánh của đứt gãy PhongThổ - Nậm Pìa, Phát triển theo hớng Tây Bắc - Đông Nam.Mặt trớc cắm về hớng Tây Nam góc dốc 70-80o, chiều rộng đớiphá hủy từ 5-10m đến hàng chục mét

- Các đứt gãy bậc IV: Bao gồm 3 hệ thống chính: Tây Bắc

-Đông Nam , -Đông Bắc – Tây Nam và hệ khinh tuyến

1.2.2 Điều kiện địa chất thủy văn.

miền thoát là sông suối và dao động theo mùa.

 Phức hệ chứa nớc trong các thành tạo đá trầm tích lục nguyên, hệ tầng Mờng Trai, điệp Suối Bàng.

Phân bố hầu khắp vùng nghiên cứu Nguồn cung cấp là nớcmặt và nớc của các tầng chứa nớc bên trên, miền thoát là hệthống sông suối trong vùng Mực nớc ngầm nằm ở độ sâu20-30m và dao động theo mùa Nớc của phức hệ thuộc loạinghèo, lu lợng xuất lộ nhỏ (0,01-0,1 l/s) thờng ở dạng thấmrỉ

 Phức hệ chứa nớc trong các thành tạo macma của

 Phức hệ chứa nớc trong đá cacbonat, phụ hệ tầng Mơng Trai giữa.

Phân bố theo các khối đá vôi từ bở phải tuyến đập đếnhạ lu nhà máy Nớc chứa và vận động trong khe nứt, cáchang hốc các tơ có khả năng liên thông với nhau Tầng cáchnớc là các lớp đá không bị các tơ hóa nằm xen kẹp Nguồncung cấp là nớc mặt Nớc xuất lộ với lu lợng 0,1 – 2 l/s chủyếu từ khe nứt, hang ngầm các tơ

 Nhìn chung nớc trong các phức hệ địa chất thủy văn trongvùng đều thuộc loại hình Bicacbonat có tính xâm thực yếu,

ít có khả năng ăn mòn bê tông PH=7,8, lu lợng từ 0,01 – 2 l/s

b Tính thấm của đất đá nền.

Theo TCVN 4253-86, đất đá vùng tuyến công trình đợcchia thành các đới có mức độ thấm nớc sau đây:

- Đới thấm nớc rất mạnh: Các thành tạo bồi lũ tích edQ+IA1

lòng sông

- Đới thấm nớc trung bình: Đới IA2, IB, IIA

- Đới thấm nớc trung bình đến mạnh: đới phá hủy kiến tạo

1.2.3 Điều kiện địa chất công trình (ĐCCT).

1 Điều kiện địa chất nền tuyến đập

Phạm vi nền móng tyến đập đều nằm trong vùng phân bốcủa các thành tạo đá granit, sienit cứng chắc của phức hệPhusaphìn, phần trên của vai phải là đá phun trào Traxit,octofia, riolit hệ tầng văn Chấn Khu vực nền đập có thunglũng sông hẹp, dạng chữ V, vai trái dốc 450, vai phải 45-500,

lòng sông rộng từ 30-60m Chiều dài đỉnh đập ở mực nớcdâng 370m-270m

2 Điều kiện ĐCCT hầm dẫn dòng thi công

Hầm dẫn dòng đợc bố trí nằm bên bờ phải và trong các đásienit porphia, sienit thạch anh, granosienit cứng chắc đến rấtcứng chắc, nứt nẻ trung bình đến yếu Các hố khoan hảo sát

vị trí cửa vào HQ58 và cửa ra đều có lớp phủ edQ=IA1 + IA2mỏng từ 0-3m Hầm hoàn toàn đào trong đới đá IIA và IIB,chất lợng đá thuộc loại khá đến tốt với Rn = 90-110 Mpa, Vp =4500-5800 m/s, tính thấm Lu = 1-4 Nhìn chung, với cao trìnhhầm dẫn từ 280-295m sẽ nằm trong đới IIA và IIB có điều kiện

ĐCCT đợc đánh giá thuận lợi cho thiết kế và thi công hầm dẫndòng

3 Điều kiện ĐCCT đê quây thi công

Vị trí đe quây thợng và hạ lu cũng tơng tự nh tuyến đập,

có mặt cắt địa chất công trình đợc thể hiện nh sau: hai bờsông tính đến cao độ 320m không có lớp phủ mà lộ đá thuộc

đới IB, lòng sông trầm đọng lớp paQ có thành phần tơng tự nhtuyến đập và dày từ 7-12m và có thể dày hơn Nh vậy, có thể

sẽ khó khăn cho công tác thi công tác thi công chống thấm nền

đê quây vì lòng sông khá hẹp và khi lớp paQ không đợc bóchết

4 Điều kiện ĐCCT tuyến hầm dẫn nớc vào nhà máy

Đoạn giữa tuyến đi qua vùng trũng thấp của các suốinhánh có cao độ mặt đất tự nhiên từ 325 – 400m

* Công trình hầm dẫn nớc: Tuyến hầm dẫn nớc bên bờ phảisông Nậm Mu, có tổng chiều dài tính từ cửa nhận nớc đếntháp điều áp khoảng 4,4 km và đào theo phơng vị chung

1600 Hầm đợc đào trong vùng đá cứng của hai khối đá có

đặc điểm ĐCCT không giống nhau: khoảng 3,0km đào trong

đới IIA,IIB cuẩ đá riolit, Trachit, ortophyr, hệ tầng Văn Chấn và1,4 km sẽ đào trong đá bazan porphyr có chứa các thấu kínhtuf mền yếu

Dọc theo hầm dẫn dự kiến gặp 11 đứt gẫy cắt qua.Trong các đứt gẫy cần chú ý đến hệ đứt gẫy có phơng vị đ-ờng phơng 130-1500 có góc cắm 70-800 chạy gần song song vớihơng đào hầm sẽ tạo nên các hệ khe nứt gây bất lợi đối với vấn

đề ổn định vòm và tờng hầm

* Công trình tháp điều áp: địa tầng chung gồm tầng phủphát triển rất không đều từ 10-43m, đới đá IA2 phát triển dàytrung bình 7-10m, dới IB dày từ 10-15m, IIA dày 30-40m bềmặt đới đá IIA nằm ở độ sâu 35-50m, tiếp phía dới là đá IIB

* ĐCCT nhà máy thủy điện: nhà máy thủy điện dự kiến

đặt trong địa hình tơng đối thoải từ 25-300có cao trình

giới hai khối đá trầm tích và phun trào nên khối đákhối đábazan ven rìa, thành phần thạch học khối đá bị phân dịmạnh, đặc điểm phong hóa nứt nẻ khá phức tạp, tính đồngnhất khối đá không cao.

1.3 Khái quát về nhà máy thủy điện Huội Quảng

1.3.1 Quy mô, quy hoạch công trình.

a Quy mô công trình.

Công trình thủy điện Huội Quảng đã đợc Thủ tớng Chínhphủ quyết định chủ trơng đầu t và đợc Tổng Công ty ĐiệnLực Việt Nam phê duyệt dự án đầu t Đây là một trong nhữngcông trình lớn thuộc qui hoạch bậc thang thủy điện trên hệthống sông Đà và là công trình thủy điện lớn thứ t trong cả nớcsau thủy điện Sơn La, thủy điện Hòa Bình và thủy điện LaiChâu Tổng công ty Điện lực VN (EVN) là chủ đầu t côngtrình này với các nội dung sau:

- Mục tiêu của dự án: Cung cấp nguồn điện năng phát triểnkinh tế xã hội phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa

b Quy hoach công trình

Quy hoạch công trình đợc thể hiện trên tổng đồ bố trí mặtbằng hình 1.1

  ChiÒu dµi theo mÆt b»ng m 4387,74

4 Nhµ m¸y thñy ®iÖn ngÇm  

Thiết kế kỹ thuật hầm dẫn dòng thi công

nhà máy thủy điện Huội Quảng

2.4 Khái quát về công trình hầm dẫn dòng thi công nhà

máy thủy điện Huội Quảng

2.4.1 Vị trí, vai trò công trình trong quy hoạch tổng

thể nhà máy.

Theo tiến độ thi công công trình phần bê tông thân đập

sẽ đợc thi công chủ yếu trong 2 năm là năm 2011 và năm 2012với tốc độ nâng chiều cao đập trong 2 năm này rất cao Việcdẫn dòng thi công qua thân đập bê tông về nguyên tắc chung

là có thể cho phép Dòng chảy sông Nậm Mu tại các tuyếnnghiên cứu có chế độ dòng chảy phân phối khác nhau theomùa, trong năm lũ không kéo dài nhng lu lợng lại rất lớn (tới 6100

m3/s), mùa kiệt dài và ít nớc Do vậy, sử dụng giải pháp sơ đồdẫn dòng mùa kiệt bằng hầm, còn mùa lũ xả qua đỉnh đậpxây dở hoặc các kết cấu xây dở trong thân đập

Phơng án dẫn dòng thi công kiến nghị là sơ đồ dẫn dòngmùa kiệt qua hầm dẫn dòng thi công bờ phải, mùa lũ xả đồngthời qua hầm dẫn dòng và 4 lỗ xả trong thân đập cao độ288,0m; kích thớc lỗ xả rôngxcao : bxh=5x6m

Các thông số của sơ đồ dẫn dòng thi công công trình đầumối thuỷ điện Huội Quảng đợc cho trong Bảng 2.1

2.4.2 Đăc điểm địa chất khu vực xây dựng hầm dẫn

Đới đá nứt nẻ mạnh IIA : Có chiều dày từ 8-50m trung bình25m, đá cứng chắc đến rất cứng chắc, nứt nẻ mạnh ở độ sâudới mặt đất từ 10-20 mét

Đới tơng đối nguyên vẹn IIB : gặp ở độ sâu trung bình từ20-40m, càng xuống sâu mức độ nguyên vẹn của đá càng tăng

Đá rất cứng chắc và nứt nẻ yếu đến trung bình

Bảng 2.1 Các thông số của sơ đồ dẫn dòng thi công công trình đầu mối thuỷ điện Huội Quảng

Mẫu đá Thông số khối đá Tiếp xúc bêtông - đáKhối lợng

thể tích bão hòa g/cm3

Cờng độ kháng nén 1 trục bão hòa mẫu đá

Mpa

Hệ số kiên

cố f

,

đ ộ

Lực dính kết C, Mpa

Mô đun

đàn hồi E.10 3 , Mpa

Hệ số kháng đàn hồi, Ko, Mpa

 đ,ộ

Lực dính kết C, Mpa

Sienit,

trachit,

octorphyr II-B 2,68 105 11 60 0,8 12,0-14,0 70 0,2 42 0,55

Hầm dẫn dòng thi công nằm trên bở phải và trong các đásienit, porphyr,sienit thạch anh, granosienit cứng chăc đến rấtcứng chắc, nứt nẻ trung bình đến yếu, vị trí cửa vào và cửa ra

đều có lớp phủ dày 0-3m Hầm hoàn toàn đào trong đới đá II-A

và II-B chất lợng đá thuộc loại khá đến tốt với Rn = 90-110 Mpa,tốc độ truyền sóng dọc Vp = 4500-5800 m/s, tính thấm Lu = 1-4m/ng-đêm

Khối đá nền đợc phân loại theo phơng pháp RMR và Q, giátrị đợc cho trong bảng sau:

Bảng 2.2: Giá trị RMR và Q của khối đá nền

Nhóm

vi thân đập trong quá trình xây dựng đập thủy điện và thicông hầm dẫn nớc Tới khi xây dựng xong đập và hầm dẫn nớc, hồchứa của nhà máy bắt đầu tích nớc để phát điện thì hầm đợclấp lại Thời gian tồn tại của hầm là 5 năm từ 2010 đến 2014

Để thực hiện công tác dẫn dòng thi công, tại lớp đá IIA và IIBnằm bên vai đập bờ phải sẽ xây dựng hầm dẫn dòng Cao trình

đáy cửa vào 286,0m, cao trình đáy cửa ra 285,0m Chiều dàithân hầm L = 243,18m, độ dốc hầm i = 0,044% với lu lợng tínhtoán lớn nhất xả qua hầm là Qmax = 915 m3/s Lu lợng xả lũ là 1507

m3/s

Nhình chung điều kiện địa chất công trình là thuận lợi chothiết kế và thi công hầm dẫn dòng

2.5 Xác định h ình dạng, kíc h th ớc mặt cắt ngang đ ờng

hầm và quy hoạch tuyến hầm.

2.5.1 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang đ ờng hầm.

Đờng hầm dẫn dòng thi côngnhà máy thủy điện Huội Quảngvới mục đích chính là tiêu thoát nớc trong mùa kiệt và xả lũ trongmùa lũ, do đó ta có thể sử dụng hầm tiết diện hình tròn, hìnhvòm bám nguyệt tờng thẳng hoặc hình chữ nhật…

Vì đờng hầm đào qua đất đá ổn định chọn tiết diệnvòm bán nguyệt tờng thẳng để thuận lợi cho thiết kế và thi cônghầm

2.5.2 Xác định kích th ớc mặt cắt ngang đ ờng hầm.

a Xác định kích thớc mặt cắt ngang hầm theo lu lợng dẫn dòng thiết kế.

- Kích thớc sử dụng của đờng hầm đợc xác định theo lu lợngdòng chảy qua hầm trong quá trình thi công Qtk = 915 m3/s vàkiểm tra theo lu lợng xả lũ là Qmax= 1507 m3/s

Vận tốc dòng chảy trong hầm thoả mãn kiều kiện: V = ≤ Vcp

(m/s)

Trong đó:

V_Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm, m/s

Q_Lu lợng dòng nớc đi qua, m3/s

Ssd _Diện tích mặt cắt ngang sử dụng của đờng hầm, m2

Vcp _Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm để đảm bảo mức độbào mòn cơ học là nhỏ nhất, với đờng hầm thuỷ lợi, Vcp= 8 -:- 12m/s [1]

để dễ tính toán và thi công ta lấy r = 5 (m) Ssd = 89,25 (m2)

b Kiểm tra tiết diện theo điều kiện thoát lũ.

- Để đờng hầm có khả năng thoát lũ trong mùa lũ thì vận tốcdòng nớc trong hầm ứng với lu lợng lớn nhất vào mùa lũ phải nhỏhơn vận tốc cho phép của dòng nớc chảy trong hầm

V = ≤ Vmax (m/s)

Trong đó:

2.5.3 Quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ.

Quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ đợc thể hiện trên Hình 2.3

2.5.4 Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt dọc.

Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt dọc đợc thể hiện trên Hình 2.4

Mặt cắt dọc tuyến hầm thể hiện đặc điểm địa chất cáclớp đất đá đờng hầm đi qua Trong tài liệu địa chất, khối đá

đã đợc phân loại theo hệ thống phân loại RMR (Rock MassRating) của Bieniawxki và bảng phân loại đất đá theo chỉ tiêu

“chất lợng đờng hầm” Q ( Tunnel Quality Index) của Viện Địa kỹthuật Na Uy, cụ thể nh sau:

Bảng 2.5: Giá trị RMR và Q của khối đá nền

PK 0+41,19 – PK2+39,17 II 61-72 18-26 Tốt-Rấttốt

2.8 Khái quát về kết cấu chống giữ công trình ngầm.

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặcbiệt là những kết quả, những hiểu biết mới trong lĩnh vực cơhọc đất, cơ học đá và các thành tựu của khoa học vật liệu, các

dựng công trình ngầm ngày càng phong phú và đa dạng Đồngthời chính những đòi hỏi về chất l−ợng cao và đảm bảo tínhkinh tế đã tạo cơ sở cho việc phát triển các loại kết cấu chốngmới

Có rất nhều phơng pháp phân loại kết cấu chống giữ côngtrình ngầm theo các dấu hiệu khác nhau nh:

+ Phân loại theo vật liệu: gỗ, thép, kim loại, đá, bê tông, vật liệutổng hợp

+ Phân loại theo chức năng nhiệm vụ: kết cấu gia cố tạm và kếtcấu chống cố định

+ Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: khung chống, vỏ chống,kết cấu tích hợp

vào khối đá

+ Phân loại theo hình dạng kết cấu: hình thang, chữ nhật, đagiác, hình vòm,

elíp

ở đây xin trình bày phơng pháp phân loại theo chức năng

và nhiệm vụ của kết cấu chống giữ công trình ngầm bao gồmkết cấu gia cố tạm và kết cấu chống cố định

2.8.1 Kết cấu gia cố tạm

- Kết cấu gia cố tạm có nhiệm vụ:

+ Chống giữ khoảng không gian ngầm từ sau khi khai đào

đến khi lắp dựng kết cấu chống cố định

+ Hạn chế biến dạng của đờng hầm và đất đá sập lở vàotrong khoảng trống công trình ngầm do chấn động trong quátrình khai đào bằng máy hay bằng khoan nổ mìn

+ Bảo vệ ngời và trang thiết bị thi công trong công trìnhngầm

- Kết cấu gia cố tạm có thể đợc lắp dựng trớc (kết cấugia cố trớc) hoặc sau khi khai đào khoảng trống công trìnhngầm

+ Kết cấu gia cố trớc: thờng đợc sử dụng trong điều kiện

đất, đá yếu có khả năng sập lở ngay sau khi đào công trìnhngầm, gơng đào không ổn định, lu lợng nớc ngầm chảy vàocông trình lớn Kết cấu gia cố trớc có nhiều dạng khác nhau từ

đơn giản đến phức tạp: đóng nhói, cọc gỗ, cọ thép, ván thép;ngoài ra còn sử dụng các biện pháp khoan ép gia cố, neo khoan

ép , ô ống bảo vệ, đóng băng nhân tạo

+ Kết cấu gia cố tạm lắp dựng sau khi khai đào thờng đợc ápdụng trong điều kiện đất đá từ trung bình đến tốt, công trình

ngầm có thời gian tồn tại không chống đủ cho việc lắp dựng kếtcấu gia cố tạm Các kết cấu gia cố tạm sau khi khai đào đờnghầm bao gồm: khung gỗ, khung thép, bê tông phun, neo, lới thép,lới chất dẻo, hay kết cấu hỗn hợp ( kết hợp nhiều kiểu kết cấu khácnhau).

- Xu hớng của xây dựng công trình ngầm hiện đại là sửdụng kết cấu bảo vệ trên cơ sở bê tông phun có thành phần gồm:+ Bê tông phun ( có thể có lới thép, sợi thép)

+ Neo

+ Khung thép hình hay khung thép tổ hợp

Bê tông phun cho phép tạo ra các kết cấu liên kết toàn phần vớikhối đá, không có khoảng rỗng, hở Bê tông phun còn có tác dụngliên kết các thành phần đất đá nứt nẻ tăng khả năng tự mang tảicủa khối đá

2.8.2 Kết cấu chống cố định.

- Kết cấu chống cố định có nhiệm vụ đảm bảo độ bền và độ

ổn định lâu dài cũng nh chức năng kỹ thuật của công trìnhngầm trong quá trình sử dụng công trình ngầm

- Đối với các công trình ngầm có thời gian tồn tại không lớn, kếtcấu gia cố tạm có khả năng đảm bảo độ bền và độ ổn địnhcho công trình trong thời gian sử dụng thì kết cấu gia cố tạm đó

đóng vai trò là kết cấu chống cố định Trong những trờng hợp

đó ít có sự phân biệt kết cấu gia cố tạm và kết cấu chống cố

+ Kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép: Vỏ chống bê tông cốtthép thờng đợc chế tạo trợc trong nhà máy ở dạng toàn khối hayphân chia thành các tấm nhỏ (tubing) đợc vận chuyển và lắpdựng vào đờng hầm sau khi khai đào Kết cấu này có u điểm là

có khả năng chịu lực ngay sau khi lắp dựng, chất lợng vỏ bê tôngcao và đồng đều do đợc chế tạo hàng loạt trong nhà máy Tuynhiên nhợc điểm là dễ phát sinh ứng suất cục bộ, thi công đòi hỏitính chính xác cao

tông phun đợc thiết kế với chiều dày lớn thờng phun có cốtthép( lới thép) hay sử dụng bê tông phun sợi thép Ưu điểm là thicông đơn giản, kích thớc vỏ chống nhỏ hơn so với bê tông liềnkhối, hiệu quả kinh tế lớn Tuy nhiên kết cấu này khó đánh giá đ-

ợc chất lợng vỏ chống, chất lợng thi công

2.8.3.1 Lựa chọn kết cấu gia cố tạm.

Theo mục 2.2.4, qua khảo sát địa chất khu vực hầm dẫndòng, hầm đợc đào qua các đá loại II và III theo bảng phân loại

đất đá của Bieniawski cũng theo Bieniawski thời gian tồn tạikhông chống của các công trình ngầm đợc xác định dựa vàochỉ số RMR theo đồ thị sau:

1 ngày 30

60 50

40 30 20

Hình 2.1 Phân loại khối đá theo Bieniawski

Hình 2.5: Thời gian tồn tại không chống của công trình ngầm

Hình 2.6 Sơ đồ lựa chọn loại hình chống giữ hợp lý cho công

trình ngầm theo Cummings – 1982

Hình 2.7 Các biện pháp gia cố công trình ngầm theo hệ thống

phân loại Q

Q

Ghi chú: (1) Không gia cố; (2) Neo rải rác (cục bộ); (3) Neo hệ thống; (4) Neo hệ thống và phun vảy bê tông dày 4-10cm; (5) Phun bê tông trộn sợi thép, dày 5-9cm và neo; (6) Phun bê tông trộn sợi thép, dày 9- 12cm và neo; (7) Phun bê tông trộn sợi thép, dày 12-15cm và neo; (8) Phun bê tông trộn sợi thép, dày > 15cm, vì thép và neo; (9) Đổ vòm

bê tông.

Theo quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ (hình 1.4) và bảng2.5 thì đờng hầm chủ yếu đào trong đất đá nhóm II, chỉ có20m hầm đào trong đá nhóm III do đó việc tính toán thiết kếkết cấu chống giữ tính cho đá nhóm II Tại các vị trí hầm đàotrong đá nhóm III sẽ có biện pháp gia cố thêm

Theo chỉ dẫn của Cummings (hình 2.4) với đờng hầm đàotrong đá nhóm II có RMR=60 -:-70 thì biện pháp gia cố là sửdụng neo tha

Theo chỉ dẫn các biện pháp gia cố công trình ngầm theo hệthống phân loại Q (hình 2.5) thì với đờng hầm có khẩu độ 10 -:-20m, đào trong đá loại II, thì biện pháp gia cố là neo hệ thống.Căn cứ vào các chỉ dẫn trên ta chọn kết cấu gia cố tạm đờnghầm nh sau:

+ Với đoạn hầm đào trong đá nhóm II, sử dụng kết cấu gia

cố tạm là neo dính kết bê tông cốt thép, bố trí theo mạng trênvòm hầm

+ Với đoạn hầm đào trong đá nhóm III và đoạn chuyển tiếpcửa vào sử dụng kết cấu gia cố tạm là neo dính kết bê tông cốtthép kết hợp với bê tông phun vảy dày 5 10cm

2.8.3.2 Lựa chọn kết cấu chống cố định.

- Với thời gian tồn tại của đờng hầm là 5-:-7 năm không phải là lớnnhng do điều kiện lu lợng nớc chảy qua hầm là rất lớn mùa khô tới915m3/s, mùa lũ tới 1507 m3/s đo đó áp lực nớc và mức độ bàomòn kết cấu vỏ chống là rất lớn Do đó cần lựa chọn kết cấuchống cố định là vỏ bê tông cốt thép liền khối

+ Xác định kích thớc tiết diện đào thân hầm.

- Chiều dày vỏ chống cố định : d (m)

d = (0,1 0,15).R = (0,1 0,15).5 = 0,5 (m)

Với R_bán kính tiết diện sử dụng vòm hầm

- Chiều dày nền hầm: do nền hầm đặt trên đá cứng vữngnên chọn chiều dày nền hầm dn = 0,3m

Vậy kích thớc đào phần thân hầm là : Sđ = + ht.Bđ

(m2)

Vậy diện tích tiết diện đào của thân hầm dẫn dòng

là S đ = 105,8 m 2

Hình 2.8 : Mặt cắt ngang thân hầm Tỷ lệ 1:100

+ Xác định kích thớc tiết diện đào đoạn chuyển tiếp cửa vào và cửa ra.

Đoạn chuyển tiếp cửa vào và cửa ra dự kiến đợc gia cố tạm bằngneo dính kết bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun dày 6cm.Chống cố định bằng vỏ chống bê tông cốt thép phần tờng, vòmdày 60 cm, nền 40 cm tăng khả năng chống trợt của đất đá bên

- áp lực đất đá nóc phần thân hầm xác định theo giả

thuyết hình thành vòm phá hủy (vòm áp lực) của Tximbarevich

- Các giá trị áp lực đất đá đợc tính trên 1 mét dài hầm

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán áp lực nóc theo Tximbarevich

 áp lực đất đá bên sờn: q’s= = (2b1 + Hđ).tg (

) (2.3)Thay số vào (2.3): q’s = (2.0,84 + 10,8)tg2(450- )

2.9.2 Xác định áp lực đất đá đoạn chuyển tiếp cửa hầm.

Đoạn chuyển tiếp cửa hầm đợc tính toán theo giả thiết áp lực của K.Terzaghi

Hình 2.11 : Sơ đồ tính toán áp lực đất đá theo K.Terzaghi.

+ Để xác định tải trọng cho đoạn chuyển tiếp cửa hầm ta lấy giátrị tính toán tại vị trí có Ho = 5B1 = 43,12 m Trên trắc dọctuyến hầm, vị trí có chiều cao nhỏ hơn 43,12 m cách cửa vào32,52 m và cách cửa ra 43,54m, do đó đoạn chuyển tiếp cửahầm đợc xác định trên trắc dọc:

+ Đoạn chuyển tiếp: từ PK0+00 đến PK32,52và từ PK2+19,61

đến PK2+43,52, tổng chiều dài 56,43 m

+ Đoạn thân hầm từ PK0+32,52 đến PK 2+19,61, chiều dài187,09 m

Theo K.Terzaghi:

B1 = b/2 + h tg(45o + /2)

Với Ho 5B1

Trong đó:

B1– chiều rộng vùng đất đá bị phá hủy

b – chiều rộng đào của công trình tại đoạn chuyển tiếp, b

Bảng 2.6 Đặc điểm các lớp đất đá phía trên đờng hầm

Lớp, đới Chiều dàyH

i, m

Trọng lợng thểtích , T/m3

T/m+ áp lực phân bố bên sờn.

T/m

2.10 Thiết kế kỹ thuật kết cấu chống giữ đ ờng hầm.

2.10.1 Thiết kế kết kỹ thuật kết cấu gia cố tạm.

2.10.1.1 Kết cấu gia cố tạm thân hầm.

Theo mục 2.3.3.1 kết cấu gia cố tạm cho thân hầm dự kiến là

neo bê tông cốt thép bố trí theo mạng trên nóc hầm Thép neo sử dụng thép neo là thép có gờ, CIII, bê tông dính kết mác

Tính toán các thông số của mạng neo.

Tính toán thiết kế mạng neo áp dụng theo nguyên lý treo Bảnchất của nguyên lý treo là vì neo làm nhiệm vụ gim và treo cáclớp đất đá trong vùng giảm ứng suất vào khối đá bền vững.Trình tự tính toán nh sau:

 Tính toán chiều dài neo:

Chiều dài neo đợc xác định từ điều kiện giữ đầu neo ởphía ngoài vùng phá huỷ (nh chiều cao vòm phá huỷ, vùng pháhuỷ, vùng sập lở cục bộ, lớp đất đá bị phá huỷ do nổ mìn)

Chiều dài neo đợc xác định theo công thức:

Ln = 1,5Lz + k.hfh + Lk (m) (4.2)Trong đó:

Lz - chiều dài khóa neo, Lz = 0,3 -:- 0,5 m

Lấy Lz = 0,5 m (thiên về an toàn)

hfh - chiều cao vòm phá huỷ, hfh = 0,84 m

k - hệ số an toàn, k = 1,5

Lk – chiều dài bu lông và bản đệm, Lk = 0,07 m

Thay số vào công thức (4.2) ta có:

Ln = 1,5.0,5 + 1,5.0,84 + 0,07 = 2,08 mVậy chiều dài neo lấy bằng 2,2m để thuận tiện cho thiết kế vàthi công hầm đảm bảo an toàn và thuận tiện

 Xác định khả năng mang tải của neo

Khả năng mang tải của neo đợc xác định bởi giá trị nhỏnhất từ các điều kiện độ bền cắt, độ bền chống trợt của neo với

bê tông phun, độ bền chống trợt của bê tông với đất đá

P = min( P 1 , P 2 , P 3 ) (2.4)Trong đó:

P1 – Độ bền của thanh cốt thép làm neo;

P2 – Độ bền của neo theo điều kiện bám dính bê tông và cốtthép;

P3 – Độ bền của neo theo điều kiện bám dính bê tông và đất

Lz – chiều dài khóa neo, Lz = 0,5 m

1- lực dính kết giữa thanh neo và bê tông, với bê tông mác 300,

P – khả năng mang tải của neo, P = 10,15 T

qn – tải trọng nóc, qn = 3,4 T/m

=>

Khoảng cách neo: Neo đợc bố trí theo mạng với kích thớc giữacác neo trong một hàng là a, giữa các hàng neo theo phơng dọctrục hầm là b Để thuận tiện cho thiết kế và thi công thờng chọn

Với đoạn chuyển tiếp cửa hầm trình tự tính toán tơng tự Kếtquả tính toán các thông số mạng neo cho thân hầm và đoạnchuyển tiếp cửa hầm đợc cho trong bảng sau:

Bảng 2.7 Các thông số mạng neo

Vị trí dài neoChiều

(m)

Sức chịutải của neo(T/neo)

TảitrọngnócT/m

Mật độneo(neo/m2

)

Khoảngcách neoa=b(m)

Số neotrong 1vòng neo(cái)Thân

hầm 2,2 10,15 3,4 0,33 1,72 10-:-11Cửa

hầm 2,5 12,19 19,35 1,59 0,881 22-:-23

Mặt cắt ngang đào và gia cố tạm đoạn thân hầm đợc thể hiện trong hình 2.8

2.10.1.2 Kết cấu gia cố tạm đoạn chuyển tiếp cửa vào.

Đoạn chuyển tiếp cửa vào dự kiến gia cố tạm bằng bê tôngphun 6cm, kết hợp với neo dính kết bê tông M300, cốt thép CIII,

25mm tơng tự nh phần thân hầm Chiều dài neo L=2,8m, trong

1 vòng neo bố trí từ 22-:-23 neo Neo đợc bố trí theo mạng so lenhau với khoảng cách axb=0,79x0,79 m

- Bê tông có u điểm là tạo nên mặt biên công trình ngầm trơnphẳng, chèn lấp đầy những lồi lõm trên mặt biên công trình nên

có tác dụng điều chỉnh và phân bố lại ứng suất tập trung trênbiên công trình, ta sử dụng bê tông phun cho cả phần tờng vàphần vòm đờng hầm

a) Tính toán lại chiều dày vỏ bê tông phun  :

Bê tông phun là một loại kết cấu nhẹ đợc sử dụng khá phổbiến hiện nay, nhất là trong việc gia cố, chống giữ biên các côngtrình ngầm Bê tông phun làm việc trong hệ tơng tác gần nh

đồng nhất giữa bê tông và đất đá Do đợc phun trên biên nên nó

có khả năng chống tách lớp, chống sụt lở, chống thấm, chốngphong hoá, v.v…

Một trong những nguyên tắc của bê tông phun là đảm bảotrạng thái ứng suất trong khối đá là tốt nhất Bê tông phun với u

điểm là tạo nên bề mặt biên công trình ngầm trơn phẳng, chènlấp đầy đủ những mặt lõm trên biên công trình ngầm nên cótác dụng điều chỉnh và phân bố lại ứng suất tập trung trên biêncông trình

Theo phơng pháp của Moskow, chiều dày vỏ bê tông phun tạivùng nóc công trình ngầm có thể tính gần đúng dựa trên lýthuyết uốn bản chữ nhật chịu tải trọng phân bố đều

 = k.a (m)

(2.9)

Trong đó:

 - chiều dày vỏ bê tông phun

k - hệ số phụ thuộc vào dạng gia cố hầm khi đào: k = 0,35khi chỉ dùng bê tông phun; k = 0,25 khi dùng bê tông phun

Mặt cắt ngang đào và gia cố tạm đoạn chuyển tiếp cửa hầm

đ-ợc thể hiện trong Hình 2.9

H×nh 2.8 KÕt cÊu gia cè t¹m ®o¹n chuyÓn tiÕp hÇm dÉn dßng( Tû lÖ 1:200)

2.10.2 Xác định nội lực phát sinh trong kết cấu chống cố

định

Nội lực phát sinh trong kết cấu chủ yếu do các ngoại lực sau:

 Tải trọng do đất đá gây ra

Tải trọng tác dụng lên vòm bao gồm:

+ Tải trọng tác dụng lên vỏ hầm do áp lực đất đá gây ra đã

đ-ợc xác định trong mục 2.4 gồm áp lực nóc qn, và áp lực sờn qs

+ Tải trọng do trọng lợng bản thân kết cấu gây ra đối với vòm hầm có thể xem là tải trọng phân bố hình thang có thể tính toán nh sau:

- Tại đỉnh vòm

(2.10)

- Tại chân vòm:

(2.11)Theo nguyên lý cộng tác dụng, tải trọng tổng hợp tác dụng lên kết cấu bao gồm: