NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI ĐÀO GIẾNG TRONG MỐI TRƯỜNG ĐẤT YẾU

Từ đầu thế kỷ 19 đến nay, song song với việc đô thị hóa, khối lượng xây dựng nhà ở và công trình công cộng ngày càng tăng, sự liên tục phát triển mạng lưới giao thông đường bộ, sự hình thành các công trình và cụm công trình công nghiệp mới, các xí nghiệp... đang yêu cầu đô thị dành riêng cho những khu đất lớn. Những khu đất đó, đặc biệt tại những khu trung tâm đô thị ngày càng khan hiếm. Việc phát triển và sử dụng các không gian trên cao và không gian ngầm nhằm tăng quỹ không gian đô thị, nâng cao năng lực lưu thông và vận chuyển hàng hóa, hành khách... là một tất yếu khách quan. Để kết nối các công trình ngầm với mặt đất thì việc xây dựng giếng trong hầm đường bộ, đường sắt, Metro... là cần thiết.

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI

ĐÀO GIẾNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT YẾU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI

ĐÀO GIẾNG TRONG MỐI TRƯỜNG ĐẤT YẾU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60 58 50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2015

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàntrung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ vàpháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

Trang phụ bìa

Bản cam đoan

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục các ký hiệu

Danh mục các bảng

Danh mục hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẾNG ĐỨNG 1.1 Tổng quan về giếng đứng 4

1.2 Hình dạng mặt cắt ngang và kết cấu chống giữ 26

1.3 Kết luận chương 1 31

Chương 2 CÔNG NGHỆ ĐÀO GIẾNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ GIỚI 2.1 Phương pháp cơ giới hóa thi công giếng đứng 33

2.1.1 Tổ hợp thiết bị cơ giới hóa PĐ-2 thi công giếng đứng 34

2.1.2 Tổ hợp thiết bị cơ giới hóa thi công giếng đứng VSM8000 38

2.2 Khái quát về phương pháp mỏ truyền thống 46

2.3 Công nghệ thi công giếng đứng bằng máy khoan Robbins 49

2.4 Kết luận chương 2 55

Chương 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ GIẾNG 3.1 Đặc điểm cấu tạo của kết cấu vỏ giếng nhiều lớp 56

3.2 Khái quát chung về các phương pháp tính toán kết cấu vỏ giếng 59

3.2.2 Các phương pháp xét kết cấu và môi trường cùng làm việc đồng

thời 65

3.3 Cơ sở lý thuyết và đề xuất các mô hình tính toán 67

3.3.1 Cơ sở lý thuyết 67

3.3.2 Tính toán kết cấu vỏ giếng tiết diện hình tròn 72

3.4 Kết quả tính toán kết cấu vỏ giếng trong giai đoạn khai thác 85

3.4.1 Tính toán kết cấu giếng theo phương pháp thông thường 86

3.4.2 Tính toán vỏ giếng theo phương pháp phần tử hữu hạn 88

3.5 Kết luận chương 3 104

KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

Họ và tên học viên: Phạm Ngọc Trường

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Khoá: 24

Cán bộ hướng dẫn chính: GS TS Đỗ Như Tráng;

Cán bộ hướng dẫn phụ: TS Lê Văn Công

Tên đề tài: Nghiên cứu áp dụng công nghệ thi công cơ giới đào giếngtrong môi trường đất yếu

Tóm tắt:

Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, tính năng công dụng, các công nghệphương pháp thi công và các lĩnh vực áp dụng; Đi sâu nghiên cứu về cácphương pháp và công nghệ thi công giếng đứng trong môi trường đất yếubằng công nghệ thi công cơ giới mà đặc biệt là công nghệ đào giếng đứngbằng tổ hợp cơ giới VSM8000; Nghiên cứu vận dụng các phương pháp tínhkết cấu vỏ giếng theo các mô hình phẳng và không gian, theo các dạng mặtcắt giếng đến việc phát sinh nội lực và chuyển vị trong điều kiện đất nền củakhu vực Hà Nội

Chương 1:

Bảng 1.1: Một số loại cổ giếng 7

Chương 2: Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp PĐ-2 .37

Chương 3: Bảng 3.1: Địa chất tại khu vực Hà Nội .90

Bảng 3.2: Kết quả nội lực theo Plaxis3D cho mặt cắt giếng hình tròn 94

Bảng 3.3: Kết quả chuyển vị theo Plaxis3D cho mặt cắt giếng hình tròn 95

Bảng 3.4: Kết quả nội lực theo mô hình Plaxis2D 98

Bảng 3.5: Kết quả chuyển vị theo mô hình Plaxis2D 98

Bảng 3.6: Kết quả nội lực theo Plaxis3D cho mặt cắt giếng hình vuông 102

Bảng 3.7: Kết quả chuyển vị theo Plaxis3D cho mặt cắt giếng hình vuông 102 Bảng 3.8: Tổng hợp nội lực và chuyển vị lớn nhất cho mặt cắt giếng tròn .103 Bảng 3.9: Tổng hợp nội lực và chuyển vị lớn nhất tính theo Plaxis2D 103

Bảng 3.10: Tổng hợp nội lực và chuyển vị lớn nhất cho giếng hình vuông 103 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Chương 1: Hình 1.1: Mặt cắt dọc giếng đứng trong mỏ 6

Hình 1.2: Sơ đồ đặt tháp điều áp 11

Hình 1.3: Các kiểu giếng điều áp 14

Hình 1.4: Các kiểu đặt giếng điều áp và cấp nước giếng điều áp 16

Hình 1.5: Mặt cắt giếng hình chữ nhật 27

Hình 1.6: Mặt cắt ngang giếng hình tròn 28

Hình 2.1: Tổ hợp cơ giới hóa thi công giếng đứng PĐ-2 36

Hình 2.2: Tổ hợp cơ giới hóa thi công giếng đứng VSM8000 .39

Hình 2.3: Bộ phận khai đào giếng được gá vào cơ cấu dẫn tiến .40

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí công trường tại khu vực khởi công công trình 41

Hình 2.5: Hạ đốt giếng đầu tiên .42

Hình 2.6: Lắp dựng bộ phận khoan đào giếng 43

Hình 2.7: Lắp dựng bộ phận hạ chìm giếng 43

Hình 2.8: Khai đào giếng trong nước 44

Hình 2.9: Cần cắt xoay 190° theo cả hai hướng 44

Hình 2.10: Vận chuyển sản phẩm đào trong VSM8000 .45

Hình 2.11: Hạ đốt giếng tiếp theo .46

Hình 2.12: Quy trình thi công CTN theo phương pháp mỏ truyền thống .47

Hình 2.13: Hệ thống khoan Robbins .50

Hình 2.14: Các giai đoạn thi công giếng đứng bằng công nghệ khoan Robbins .52

Hình 2.15: Quy trình thi công giếng đứng bằng công nghệ khoan Robbins .53 Chương 3: Hình 3.1: Kết cấu loại 1 .57

Hình 3.2: Kết cấu loại 2 .58

Hình 3.3: Kết cấu loại 3 .58

Hình 3.4: Mô hình tính toán kết cấu công trình ngầm một vòng tròn liên tục có kể tới sự tương tác của kết cấu với môi trường .62

Hình 3.5: Mô hình đa khớp tính toán kết cấu công trình ngầm .64

Hình 3.6: Mô hình liên tục của Craig and Muir Wood với ứng suất ở vô cực (1975) .66

Hình 3.7: Ký hiệu ứng suất trong hệ tọa độ cực .69

Hình 3.8: Sơ đồ tính vành tròn .73

Hình 3.10: Mô hình tính kết cấu giếng thông thường .87

Hình 3.11: Mô hình tương tác đàn dẻo kết cấu vỏ giếng với môi trường đất đá .88

Hình 3.12: Sơ đồ mặt phẳng đàn hồi 89

Hình 3.13: Trụ địa chất 90

Hình 3.14: Thông số thành giếng 91

Hình 3.15: Kích thước thành giếng 91

Hình 3.16: Kích thước đáy giếng .92

Hình 3.17: Mô hình không gian .92

Hình 3.18: Mô hình bán không gian .93

Hình 3.19: Mô hình vỏ giếng .93

Hình 3.20: Nội lực thành giếng .94

Hình 3.21: Thông số thành giếng theo mô hình Plaxis2D .95

Hình 3.22: Mô hình giếng và đất nền bằng Plaxis2D .96

Hình 3.23: Thông số đáy giếng theo mô hình Plaxis2D .96

Hình 3.24: Chuyển vị của thành giếng theo mô hình Plaxis2D .97

Hình 3.25: Mô men của thành giếng theo mô hình Plaxis2D 97

Hình 3.26: Thông số thành giếng mặt cắt hình vuông 99

Hình 3.27: Kích thước thành giếng mặt cắt hình vuông 99

Hình 3.28: Thông số đáy giếng mặt cắt hình vuông 100

Hình 3.29: Mô hình bán không gian giếng mặt cắt hình vuông 100

Hình 3.30: Mô hình vỏ giếng mặt cắt hình vuông 101

Hình 3.31: Nội lực thành giếng mặt cắt hình vuông 101

MỞ ĐẦU

Từ đầu thế kỷ 19 đến nay, song song với việc đô thị hóa, khối lượngxây dựng nhà ở và công trình công cộng ngày càng tăng, sự liên tục phát triểnmạng lưới giao thông đường bộ, sự hình thành các công trình và cụm côngtrình công nghiệp mới, các xí nghiệp đang yêu cầu đô thị dành riêng chonhững khu đất lớn Những khu đất đó, đặc biệt tại những khu trung tâm đô thịngày càng khan hiếm Việc phát triển và sử dụng các không gian trên cao vàkhông gian ngầm nhằm tăng quỹ không gian đô thị, nâng cao năng lực lưuthông và vận chuyển hàng hóa, hành khách là một tất yếu khách quan

Để kết nối các công trình ngầm với mặt đất thì việc xây dựng giếngtrong hầm đường bộ, đường sắt, Metro là cần thiết

Việc xây dựng giếng đứng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất

và địa hình của khu vực Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8năm 2008, thành phố Hà Nội có diện tích 3.324,92 km2 và dân số là 6.936.900người Mật độ dân số của thành phố là 2.087 người/km2 Thông thường thànhphố từ 1 triệu dân trở lên là đã yêu cầu cần có giao thông ngầm Với quy môthành phố như hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao thông ngầm nói chung

và giếng đứng nói riêng là thực sự cần thiết và cấp bách Địa chất tại khu vựcthành phố Hà Nội là địa chất yếu có chiều dày khá lớn, ngoài ra còn có đặcđiểm địa hình, nền móng công trình đặc thù Do đó việc nghiên cứu để cóphương pháp tính toán và biện pháp thi công cơ giới đào giếng trong môitrường đất yếu là việc làm hết sức cần thiết, đáp ứng thực tiễn sản xuất ngay

từ bây giờ nhằm tiếp cận các công nghệ thi công tiên tiến, nâng cao hiệu quả,tiết kiệm chi phí và giảm giá thành thi công giếng đứng

Mục tiêu của đề tài: Đề tài: " Nghiên cứu áp dụng công nghệ thi công

cơ giới đào giếng trong môi trường đất yếu" nghiên cứu và ứng dụng công

nghệ thi công giếng đứng theo phương pháp cơ giới; Hướng tới áp dụng vàothực tiễn xây dựng giếng đứng trong các lĩnh vực giao thông đô thị

Phương pháp nghiên cứu: Thu thập và tổng hợp số liệu từ thực tiễn

thi công giếng đứng trong và ngoài nước; Nghiên cứu áp dụng công nghệ vàcác lý thuyết tính toán trong xây dựng giếng theo phương pháp cơ giới

Nội dung phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về phương pháp thi công

và công nghệ thi công kết cấu giếng đứng trong môi trường đất yếu; Lấy thực

tế hiện trạng các dự án công trình có thiết kế xây dựng dạng kết cấu giếngđứng kết hợp với các tài liệu nghiên cứu và tính toán chuyên ngành tiến hànhnghiên cứu việc áp dụng công nghệ đào giếng đứng theo phương pháp cơgiới; Khảo sát tính toán kết cấu giếng đứng trong môi trường đất đá làm cơ sởcho các nghiên cứu tiếp theo

Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần mở đầu, kết luận và ba chương;Nội dung của các chương cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về giếng đứng

Chương này trình bày khái quát về giếng đứng, hình dạng cấu tạo giếngđứng, công dụng và lĩnh vực áp dụng

Chương 2: Công nghệ đào giếng trong môi trường đất yếu bằngphương pháp cơ giới

Trong chương 2, tác giả khái quát về phương pháp thi công công trìnhngầm ; Các phương pháp và công nghệ thi công giếng đứng và đi sâu vào nộidung phương pháp và công nghệ thi công giếng đứng bằng tổ hợp đào giếngVSM8000

Chương 3: Nghiên cứu tính toán kết cấu vỏ giếng.

Chương này, tác giả trình bày khái quát về lý thuyết và cơ sở tính toánkết cấu công trình ngầm; Nghiên cứu áp dụng lý thuyết tính toán kết cấugiếng đứng trong điều kiện đất nền tại khu vực thành phố Hà Nội thi côngtheo tổ hợp cơ giới hóa đào giếng VSM8000

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Giáo sư, tiến sỹ Đỗ Như Tráng Viện kỹ thuật công trình đặc biệt, Học viện KTQS; thầy tiến sỹ Lê Văn Công

Viện khoa học công nghệ mỏ VINACOMIN, tác giả đã hoàn thành luận văn.Nhưng do kinh nghiệm, trình độ của bản thân còn hạn chế, chắc chắn luậnvăn còn nhiều thiếu sót Tác giả rất chân thành mong muốn được sự thôngcảm, chỉ dạy của các thầy, ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIẾNG ĐỨNG

1.1 Tổng quan về giếng đứng

Giếng đứng là công trình ngầm có chiều theo phương thẳng đứngvuông góc với mặt thủy chuẩn và kích thước theo phương thẳng đứng thườnglớn hơn rất nhiều so với kích thước theo phương mặt phẳng thủy chuẩn

Tùy thuộc vào vị trí xây dựng, chức năng của giếng đứng mà giếng cóthể có cửa thông với mặt đất hoặc nằm hoàn toàn trong lòng đất;

Giếng đứng được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau như: Thăm

dò và khai thác khoáng sản, thông gió cho công trình ngầm đường hầm giaothông có chiều dài lớn, Vận chuyển vật liệu, điều áp trong xây dựng thủy điệnngầm,

Tùy thuộc vào công trình, chức năng nhiệm vụ mà chiều sâu của giếng có thể

từ vài chục mét tới hàng nghìn mét

Theo thời gian sử dụng, giếng có thể là giếng tạm thời hay giếng vĩnhcửu Giếng tạm là những giếng để phục vụ thi công công trình chính, thờigian phục vụ là thời gian thi công công trình chính Giếng vĩnh cửu là giếng

sẽ trở thành một bộ phận, một hạng mục để khai thác công trình như giếngthông gió, giếng cáp vận chuyển người và phương tiện, giếng dẫn nước vàonhà máy, giếng xả tràn, giếng điều áp,

Hình dạng cấu tạo của giếng đứng phụ thuộc vào công dụng và chứcnăng của chúng, ví dụ như giếng trong dự án thủy điện sẽ có cấu tạo khác sovới giếng khai thác mỏ và giếng thăm dò, hoặc ngay trong một công trình

khai thác mỏ thì giếng chính cũng sẽ có cấu tạo khác so với giếng phụ, Sauđây tác giả trình bày đi sâu vào từng lĩnh vực cụ thể.

1.1.1 Trong lĩnh vực khai thác mỏ

Trong lĩnh vực khai thác mỏ, giếng đứng được xây dựng nhằm mụcđích để mở vỉa khai thác khoáng sản có ích dưới sâu như vận chuyển khoángsản, đất đá thải từ dưới ngầm lên mặt đất; Đưa người và thiết bị lên xuốngmỏ; cung cấp năng lượng, thông gió cho công trình,

Một cách tổng quan, dọc theo chiều sâu của giếng thì giếng đứng đượcchia thành các phần(đoạn) cơ bản sau: Cổ giếng; Thân giếng; Đáy, sân giếng

và phần lò nối giữa giếng với lò bằng[7]; Trong đó:

* Cổ giếng: Là phần trên cùng lộ ra trên mặt đất của giếng đứng và thường

được thi công trong lớp đất phong hóa, bở rời địa chất kém(trừ trường hợpgiếng được thi công từ đường hầm ngang xuống); Phần cổ giếng được cấu tạo

từ trên mặt đất cho tới vùng địa chất đất đá cứng và ổn định Thông thường cổgiếng được thiết kế và xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu sau;

- Chức năng của giếng và điều kiện địa chất xung quanh cổ giếng;

- Phần trên cổ giếng cao hơn mức lũ lớn nhất trong lịch sử địa phương

ít nhất là 50cm(Tần xuất 100 năm);

- Thành trên của cổ giếng luôn được thi công cao hơn mặt đất(mức

±0,0) để đảm bảo ngăn ngừa nước, vật liệu rơi từ trên mặt đất xuống giếng;

- Đế dưới cùng của cổ giếng phải đảm bảo hai yêu cầu cơ bản:

+/ Vành đế đỡ cuối cùng của cổ giếng nằm trong tầng đá gốc ổn định ít nhất là 3m;

+/ Bảo đảm bố trí được các rãnh gió, rãnh cáp, trong phạm vi cổ giếng.

Kích thước mặt cắt ngang sử dụng của cổ giếng phụ thuộc vào phươngpháp đào giếng; Khi đào giếng bằng các phương pháp đặc biệt( vỏ chìm, đóngcọc ép, dùng khí nén với buồng làm việc di động, khoan) kích thước mặt cắtngang bên trong cổ giếng lớn hơn kích thước mặt cắt ngang bên trong thângiếng một độ lớn bằng hai lần chiều dày vỏ chống thân giếng cộng với hai lần

độ lớn khe hở giữa vỏ chống cổ giếng và hệ chống cổ giếng Thực tế ngày nayhầu hết các công trình ngầm thẳng đứng trong lĩnh vực xây dựng mỏ, khaithác mỏ hay trong các dự án xây dựng thủy điện, giao thông thì cổ giếng cũngđược xây dựng theo mặt cắt ngang của thân giếng

1- Rãnh gió 2- Đáy, sân giếng 3- Lò nối

4- Hầm bơm nước trung gian 5- Vành đế đỡ

6- Vỏ giếng cố định 7- Cổ giếng

Hình 1.1: Mặt cắt dọc giếng đứng trong mỏ [7]

Kết cấu cổ giếng được lựa chọn trên dựa trên những yếu tố chính nhưchức năng của giếng; tải trọng đứng của tháp giếng lên cố giếng; áp lực đất đávới tải trọng phụ của nhà giếng và phương tiện vận tải chuyển động gần cổgiếng, tác dụng theo phương nằm ngang lên cổ giếng Thông thường cấu tạo

cổ giếng được phân ra làm bốn nhóm chính như sau: cổ giếng loại bậc; cổgiếng loại vành; cổ giếng loại vành bậc và loại đặc biệt Sơ đồ kết cấu và điềukiện áp dụng của mỗi loại cổ giếng tham khảo bảng 1.1

Khi tải trọng thẳng đứng tác dụnglên cổ giếng lớn trung bình; khi cáclớp đất cứng chắc nằm sát mặt đất;khi không có các cửa máng trong vỏchống cổ giếng đứng; khi đáy dướicùng của cổ giếng không nằm sâuquá 3,5-5m kể từ mặt đất và khi diệntích tiết diện ngang tương đối nhỏ.Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng

lên cổ giếng khá lớn, khi có các lớpđất yếu nằm sát mặt đất; khi không

có các cửa máng trong vỏ chống cổgiếng; khi đáy dưới cùng của cổgiếng không nằm sâu quá 5-6 m kể

từ mặt đất và khi diện tích tiết diệnngang tương đối nhỏ

Cũng trong điều kiện áp dụng nhưđối với các đáy phẳng và dạng mặtnón; khi đất đá phân lớp mỏng vớicác đặc tính khác nhau trong đó một

số cho phép tạo thành mặt nước

đế trong các lớp đất kể trên

Khi các tải trọng thẳng đứng tươngđối nhỏ và trung bình; khi đườngkính giếng bất kỳ; khi có các cửamáng trong vỏ cổ giếng và khi xâydựng cổ giếng trong đất đá không cókhả năng mang tải lớn lắm

* Thân giếng: Thân giếng là một hoặc một số đoạn giếng cơ bản nối cổ

giếng với đáy giếng hoặc nối các tầng công tác với nhau Để đảm bảo chứcnăng hoạt động thì thân giếng phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ bản:

+/ Chịu được áp lực đất đá và nước ngầm xung quanh;

+ / Làm chỗ tựa cho các kết cấu, trang bị bên trong giếng.

Các kết cấu trong giếng phải kể đến hai kết cấu cơ bản: Vỏ chống và hệthống cốt giếng Thân giếng thường có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữnhật

* Miền đáy giếng: Là đoạn dưới cùng của giếng nằm thấp hơn mức công tác

thấp nhất( Mức khai thác thấp nhất) Tại đây phải bố trí một số trang thiết bị

để hãm thùng trục, tiếp nhận hàng rơi vãi, cuộn cáp cân bằng của trục tải,ngoài ra đáy giếng cũng là nơi thu nước để dẫn vào cụm hầm bơm

1.1.2 Trong lĩnh vực xây dựng thủy điện

Trong lĩnh vực thủy điện giếng đứng được xây dựng nhằm mục đíchđiều áp, điều hòa năng lượng nước khi đóng mở cửa van nhằm làm cho áp lựcdòng nước tăng giảm từ từ tránh hiện tượng sôi thủy lực làm hư mòn cánhtuarbin hoặc va đập gãy cánh tuarbin của máy phát điện

a Công Dụng của giếng điều áp

Giếng điều áp cùng với hệ thống công trình ngầm nằm ngang tạo thành

tuyến năng lượng trong lĩnh vực xây dựng thủy điện Giếng điều áp là bộphận tạo ra mặt thoáng trên trên đường ống áp lực, giải phóng áp lực nước va.

Do đó, giếng điều áp có tác dụng giữ cho đường hầm dẫn nước trước nókhông phải chịu áp lực nước va (khi đóng mở turbin thì lưu lượng và lưu tốctrong ống dẫn nước vào turbin sẽ thay đổi Sự biến đổi quá nhanh lưu tốc sẽgây ra hiện tượng gia cường áp lực hoặc giảm thấp áp lực gọi là hiện tượngnước va) Ngoài ra, giếng điều áp còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ốngdẫn nước từ giếng vào turbin

b Điều kiện xây dựng giếng điều áp

Việc lựa chọn điều kiện xây dựng giếng điều áp trong tuyến năng lượngtại các dự án thủy điện là sự tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đóchỉ tiêu kinh tế hay chi phí giữa việc xây dựng giếng điều áp và chi phí đểgiảm bớt áp lực nước va cho đường hầm dẫn nước đóng vai trò quyết định

Hình 1.2: Sơ đồ đặt tháp điều áp

1 - Giếng điều áp phía thượng lưu 4- Đường hầm dẫn nước

2- Giếng điều áp phía hạ lưu 5- Đường ống áp lực

3- Nhà máy thủy điện.

Theo đó, tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng giếng điều áp căn cứ vào hằng số quán tính của đường ống [4]:

T 1= Qmax

g H0∑w L i

i

Trong đó:

H0 - là cột nước tĩnh của trạm thủy điện;

L; Wi - lần lượt là độ dài và diện tích mặt cắt ngang của đoạn ống dẫn

Ở đây, nếu thông số quán tính tính toán được lớn hơn thông số quán tính chophép (từ 3 ^ 6s - thời gian đóng mở turbin), thì cần phải xây dựng giếng điềuáp

c Các kiểu giếng điều áp

* Theo hình dạng cấu tạo

- Giếng điều áp kiểu viên trụ

Giếng điều áp kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc nghiêng có tiết diệnkhông thay đối (hình 1.3a) Kiểu này có kết cấu đơn giản, dễ thi công, tínhtoán thiết kế cũng đơn giản Nhưng có nhược điểm cơ bản nhất là ở chế độ ốnđịnh khi dòng chảy qua tháp tổn thất thuỷ lực cục bộ ở chỗ nối tiếp đườnghầm và đường ống với tháp có thể lớn, đồng thời dung tích tháp lớn, thời giandao động kéo dài Giếng điều áp viên trụ được ứng dụng ở các trạm thủy điệncột nước thấp, mực nước thượng lưu ít thay đối

- Giếng điều áp kiểu viên trụ có màng cản

Thực chất là giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có đặt một màng cản ởđáy giếng để tăng thêm tổn thất thuỷ lực khi dòng chảy vào và ra khỏi giếng(hình 1.3b) Màng cản có thể dưới dạng lỗ cản hoặc lưới cản làm tăng tổnthất thuỷ lực khi nước chảy qua nó và do đó giảm được biên độ dao động dẫnđến giảm được dung tích tháp và làm cho dao động mực nước trong giếng tắtnhanh Ngoài ra so với giếng điều áp viên trụ nó còn giảm được tổn thất thuỷ

lực của dòng ổn định khi qua vị trí đặt giếng Giếng điều áp kiểu này đượcứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước trung bình và mực nước thượng lưu

ít thay đổi

- Giếng điều áp kiểu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới)

Giếng điều áp kiểu này gồm hai ngăn và một giếng đứng, ngăn trên vàngăn dưới có tiết lớn hơn nhiều so với giếng đứng (hình 1.3c) Nguyên lý làmviệc như sau:

Khi thay đổi phụ tải, mực nước trong tháp dao động, nhưng vì tiết diệngiếng đứng nhỏ, nên mức nước trong giếng thay đổi rất nhanh làm cho thờigian dao động giảm Nhưng nếu chỉ với tiết diện giếng đứng thì biên độ giaođộng sẽ rất lớn, vì vậy khi mực nước trong giếng dao động đến cao độ nhấtđịnh, do tiết diện được mở rộng rất nhiều ở ngăn trên hoặc ngăn dưới nênbiên độ dao động sẽ tăng nhanh được Như vậy giếng điều áp loại này đãgiảm được thời gian dao động mà lại hạn chế được biên độ dao động mựcnước trong giếng Với cấu tạo hợp lý như vậy, nên dung tích giếng kiểu nàynhỏ hơn nhiều so với giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có nhược điểm làcấu tạo phức tạp, thường thích hợp với giếng ngầm trong đá Giếng điều ápkiểu này cũng thích hợp với trường hợp cột nước cao, mực nước hồ chứa thayđổi lớn, khi đó chỉ kéo dài phần giếng đứng

- Giếng điều áp kiểu có máng tràn

Nguyên lý làm việc tượng tự như trường hợp kiểu hai ngăn, nhưngngăn trên có đường tràn nước Kiểu này có ưu điểm là hoàn toàn có thểkhống chế mực nước cao nhất của tháp, nhưng có nhược điểm là mất mộtphần nước qua máng tràn (hình 1.3d)

- Giếng điều áp có kiểu lõi trong (còn gọi là kiểu kép hay kiểu sai phân)

Kiểu này gồm có giếng đứng ở trong và ngăn ngoài, ở đáy giếng đứng

có các lỗ thông với ngăn ngoài, nhưng các lỗ này nhỏ, khi mực nước daođộng, nước không thoát từ giếng đứng ra ngoài kịp (vì các lỗ thông nhỏ) nênthay đổi mực nước nhanh, tạo ra hiệu quả giống như kiểu hai ngăn, sau đónước mới chảy dần qua lỗ thông để cho mực nước trong giếng và ngăn ngoàibằng nhau Ở kiểu này khi mực nước lên cao khỏi miệng giếng đứng thì tràn

ra ngăn ngoài Do đó mà khống chế được độ cao lớn nhất của mực nước tuỳtheo sức chứa của ngăn ngoài Giếng điều áp kiểu này thường được ứng dụngtrong tất cả các trường hợp khi tháp để hở trên mặt đất (hình 1.3e)

- Giếng điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí

Trong giếng điều áp kiểu nén khí, không khí trong giếng trên mặtthoáng được ngăn cách với không khí bên ngoài Trong quá trình dao độngmực nước trong giếng, áp suất không khí sẽ thay đổi theo hướng cản trở lại

Do đó khi dao động mực nước sẽ bị áp lực không khí làm cho biên độ giảm.Kiểu này có thể không cần làm tháp cao và giảm nhỏ được dung tích tháp rấtnhiều Nhược điểm là trong quản lý phải bổ sung để duy trì thể tích không khítrong tháp bị hao hụt do cuốn theo nước trong quá trình vận hành, kết cấutháp phải bền vững chịu được áp lực thay đổi của không khí và phải rất kín

để không khí không thoát ra ngoài (hình 1.3h, g)

Hình 1.3: các kiểu giếng điều áp

a- Kiểu viên trụ; e- Kiểu có lõi trong;

b- Kiểu viên trụ có màng cản; g- Kiểu nén khí;

c- Kiểu hai ngăn; h- Kiể u nửa nén khí.

d- Kiểu có máng tràn;

Giếng điều áp kiểu nửa nén khí vừa dùng dung tích tháp vừa dùng áplực không khí trong khi làm việc Không khí trong tháp được nối với khôngkhí bên ngoài bằng đường ống tiết diện nhỏ, áp lực không khí trong tháp bằngtổn thất khi không khí di chuyển trong ống nối Và như vậy có tác dụng giảmbiên độ dao động của mực nước trong tháp nhưng hiệu quả không bằng giếngđiều áp kiểu nén khí hoàn toàn Ưu điểm là không cần bổ sung không khítrong quá trình vận hành nhưng thể tích tháp đòi hỏi lớn hơn Các loại giếngđiều áp kiểu nén khí thích hợp với vùng có động đất vì kích thước nhỏ nhẹ

* Theo cách xây dựng

- Kiểu nổi hoàn toàn

Toàn bộ tháp đặt nổi trên nền, kiểu này thường khối lượng xây dựnglớn, nên không lợi về kinh tế nhưng dễ kiểm tra sửa chữa

- Kiểu đặt ngầm

Toàn bộ tháp đặt ngầm dưới mặt đất, khi này thường dùng kiểu cóngăn trên là có lợi (hoặc cả ngăn trên và ngăn dưới) vì có thể dễ dàng mởrộng thiết diện của các ngăn

- Kiểu hỗn hợp nửa chìm nửa nổi: Kiểu này thường dùng khi không đặt

ngầm được hoàn toàn

* Theo cách đặt

- Đặt trên đường dẫn nước vào nhà máy.

- Đặt trên đường dẫn nước từ nhà máy ra.

- Hệ thống giếng điều áp đặt nối tiếp (hình 1.4a): Có trường hợp đặt

một tháp điều áp thì biên độ sẽ quá lớn, có thể phải đặt hai hay nhiều tháp kếtiếp nhau

- Hệ thống giếng điều áp đặt song song (hình 1.4b): Trường hợp dẫn

nước cùng một nguồn cung cấp cho hai nhà máy thì có thể đặt hai tháp riêngbiệt trên hai nhánh đường dẫn

Hình 1.4: Các kiểu đặt giếng điều áp và cấp nước giếng điều áp

a- Hệ thống tháp điều áp đặt nối tiếp; b- Hệ thống tháp điều áp đặt song song;

c- Kiểu đường dẫn nước vào phía trên; d- Kiểu đường dẫn nước vào ở cả phía trên và phía dưới.

* Theo cách cấp nước

- Kiểu đường dẫn nước vào ở phía trên (hình 1.4c)

- Kiểu đường dẫn nước vào ở cả phía trên và phía dưới (hình 1.4d).

Việc chọn lựa kiểu giếng điều áp căn cứ vào nhiều các yếu tố khác

nhau nhưng theo nguyên tắc sau:

- Giá thành công trình thấp nhất;

- Đảm bảo các tổ máy làm việc ổn định;

- Triệt tiêu dao động nhanh;

1.1.3 Trong lĩnh vực giao thông

Trong lĩnh vực xây dựng các đường hầm giao thông có chiều dài lớn,giếng đứng được xây dựng để phục vụ công tác thông gió theo sơ đồ thônggió dọc trung tâm

Đường hầm đường sắt: Đường hầm đường sắt đầu tiên trên thế giới

với chiều dài bằng 1,19 km được xây dựng vào những năm 1826-1830 trêntuyến đường sắt “Liverpool-Manchester” (Anh) Xu thế xây dựng các đườnghầm đường sắt được phát triển rộng rãi tại các nước chủ yếu có địa hình đồinúi Tại Trung Quốc, người ta đã xây dựng 4.500 đường hầm đường sắt vớitổng chiều dài khoảng 2.200 km

Cùng với sự phát triển số lượng xây dựng các dường hầm đường sắt,Trên thực tế chiều dài các đường hầm đường sắt ngày càng tăng lên Hiệnnay, trên thế giới một số lượng lớn các đường hầm đường sắt có chiều dài lớn

10 km đã được xây dựng Chiều dài của một số đường hầm đường sắt đã đạttới giá trị 20-22 km Tại Việt Nam đã có một số đường hầm đường sắt trêncác tuyến Hà Nội-Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội-Lạng Sơn

Một trong những nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự phát triển về sốlượng, khối lượng xây dựng và chiều dài các đường hầm đường sắt chính làcác yếu tố sau đây:

- Sự hoàn thiện công nghệ xây dựng ngầm;

- Sự gia tăng mức độ cơ giới hoá xây dựng ngầm;

- Sự hoàn thiện các thiết bị kỹ thuật xây dựng đảm bảo hiệu quả, antoàn cho quá trình thi công trong những điều kiện cơ địa mỏ [2].

Hầm đường bộ: Trong các tuyến đường ôtô đi qua vùng đồi núi cần

phải thiết kế xây dựng các đường hầm ô tô xuyên núi để loại trừ các ảnhhưởng bất lợi như sau:

- Cần xây dựng nhiều đoạn đường, cua cong, vòng vèo, ngoặt gấp vớibán kính cong nhỏ;

- Cần xây dựng các công trình kỹ thuật phức tạp, đa dạng để bảo vệtuyến đường khỏi các hiện tượng đất đá sụt lở, xói mòn, cây cối đổ trôi xuốngđường, chống lại dòng nước mưa, dòng lũ

Trong những điều kiện phức tạp như vậy khó có thể đảm bảo an toàncho quá trình khai thác, sử dụng tuyến đường ôtô lộ thiên trong suốt thời gian

cả năm Ngoài ra, trong những điều kiện địa hình đồi núi rất phức tạp, cácđiều kiện khí hậu thuỷ văn khắc nghiệt, bên cạnh phương án xây dựng đườnghầm ôtô nằm trên sườn đồi núi cần phải xem xét cả phương án xây dựngđường hầm ôtô tại chân núi đèo [2] Tại Việt Nam đã có một số đường hầmôtô xuyên núi đã được xây dựng như: đường hầm Hải Vân, đường hầm ĐèoNgang, các đường hầm dọc theo tuyến đường Trường Sơn

Trong hệ thống đường hầm đường sắt và đường hầm ôtô, giếng đứng thườngđược sử dụng với các công dụng sau đây:

- Dùng để mở gương thi công cho các đường hầm có chiều dài lớn;

- Dùng để thông gió, vận tải, lắp đặt các đường ống, đường cáp dẫn cácloại; ,

Đường hầm giao thông dưới sông biển: Đường hầm giao thông dưới

sông, biển đầu tiên trên thế giới được xây dựng dưới sông Thêm, thủ đô Luân

Đôn (nước Anh) vào năm 1842 Đường hầm giao thông dưới sông, biển được

sử dụng một cách rộng rãi tại các thành phố lớn để khắc phục các chướngngại vật đường thuỷ như sông, kênh dẫn nước và vịnh biển

So với phương án xây dựng cầu vượt sông, phương án xây dựng đường hầmgiao thông dưới sông, biển có những ưu điểm chủ yếu như sau:

- Không gây nên những cản trở cho hoạt động bình thường của dòngsông, kênh và vịnh biển;

- Không gây khó khăn, cản trở cho tàu, thuyền qua lại trên tuyến, khuvực giao thông đường thuỷ;

- Không ảnh hưởng tới công việc, sự vận hành của các công trình giaothông hai bên bờ và những công trình xây dựng, kiến trúc tại khu vực gần haibên bờ sông

Ngoài mục đích sử dụng như một công trình giao thông vận tải, trên thực tếđuờng hầm giao thông dưới sông, biển còn có thể được sử dụng như các ga raôtô ngầm, các đường hầm kỹ thuật, các bể chứa dưới nước để chứa các sảnphẩm khác nhau

Những ưu điểm của phương án xây dựng đường hầm giao thông dưới sông,biển sẽ gia tăng ở mức độ lớn hơn trong những điều kiện sau đây:

- Bờ dòng chảy (sông, vịnh biển) bằng phẳng;

- Lưu lượng lớn tàu thuyền lưu thông, qua lại trong khu vực vận tảiđường thuỷ

Đặc biệt, phương án thiết kế xây dựng đường hầm giao thông dướisông, biển sẽ có rất nhiều ưu điểm trong trường hợp, khi dọc theo tuyếnđường thuỷ có nhiều tàu, thuyền trọng tải lớn qua lại Trong trường hợp này,nếu thiết kế cầu vượt sông, người thiết kế phải sử dụng phương án cầu cắt-

nâng-mở ở phần giữa, cầu xoay rất phức tạp hoặc phải thiết kế cầu có độcao, chiều dài rất lớn, trụ cầu phải có kích thước lớn Kết quả sẽ làm gia tăngchi phí đầu tư cơ bản để xây dụng cầu vượt sông.

Ngoài ra, tại đây còn cần phải xét tới yếu tố: công tác xây dựng những trụ cầu

có nền móng đặt tại độ sâu lớn sẽ là một bài toán kỹ thuật rất phức tạp (đặcbiệt khi tồn tại môi trường đất đá yếu, không ổn định nằm ngay phía dướidòng sông)

Kết quả lựa chọn phương án xây dựng cầu vượt sông hoặc đường hầm giaothông dưới sông-biển cần phải được tiến hành trên cơ sở so sánh tổ hợp cácyếu tố kỹ thuật, sử dụng và kinh tế

Trong hệ thống các đường hầm giao thông dưới sông, biển; giếng đứng được

sử dụng nhằm thoả mãn các công dụng sau đây [2]:

- Các giếng đứng thông gió cho toàn bộ hệ thống đường hầm (thôngthường hai bên bờ dòng chảy tiến hành xây dựng hai giếng đứng thông gióchủ yếu để thông gió cho phần đường hầm ngầm dưới sông biển; ngoài ra tạicác đoạn đường hầm hai bên bờ dòng chảy có thể xây dựng một số giếngđứng (thông gió khác tuỳ theo nhu cầu thực tế);

- Giếng đứng làm đường nối vận tải cho xe ô tô chạy từ hai bờ xuốngđường hầm ngầm dưới sông biển (thay cho phương án xây dựng đường hầmdẫn nối nằm nghiêng);

- Giếng đứng dùng để vận tải, lắp đặt các đường ống, đường cáp dẫncác loại phục vụ cho quá trình xây dựng, sử dụng hệ thống các đường hầmdưới sông, biển

1.1.4 Trong hệ thống tàu điện ngầm thành phố

Diện tích của các thành phố lớn thông thường có thể đạt tới giá trị hàng

trăm ki lô mét vuông Sự gia tăng dân số, lưu lượng hành khách và việc phảiđảm bảo mối liên hệ cần thiết giữa các khu vực dân cư trong thành phố đòihỏi phải có một số lượng lớn các thiết bị vận tải Thực tế cho thấy, các dạngvận tải lộ thiên thông thường dọc theo các đường phố như ôtô, tầu điện, ôtôbánh hơi, tắcxi và các phương tiện giao thông cá nhân không thể đảm bảogiải quyết một cách thoả đáng bài toán vận tải trong thành phố Do đó, hiệnnay tại các thành phố hiện đại xuất hiện sự cần thiết phải phát triển và đa dạnghoá hệ thống giao thông thành phố Ngoài hệ thống giao thông trên bề mặt,người ta phải từng bước nghiên cứu chuyển đổi sang việc sử dụng các dạngvận tải khác nằm ở mức cao hơn hoặc thấp hơn mặt đất thành phố Trong đó,quan trọng nhất là hệ thống tầu điện ngầm thành phố.

Lịch sử phát triển các công trình giao thông ngầm được bắt đầu vàonhững năm cuối thế kỷ 19 Từ 1860 đến 1863 tại nước Anh người ta đã thôngqua dự án xây dựng tuyến đường hầm đường sắt dài 6,5 km bằng phươngpháp thi công lộ thiên ở thành phố Luân Đôn Phát minh đầu tàu điện củaWemer von Siemens (“Patent 520.274” công nhận ngày 22 tháng 5 năm 1879tại Hoa Kỳ) đã cho phép xây dựng các tuyến đường tầu điện ngầm ở những

độ sâu lớn hơn (theo http://en.wikipedia.org/wiki/Emst_Wemer_von_Siemens).Ngày 18-12-1890 tại Luân Đôn đã khánh thành tuyến đường tàu điện ngầm

“City and South London Railway” đầu tiên trên thế giới nối các ga Station và Stockwell

City-Hệ thống tầu điện ngầm gọi là mạng lưới đường sắt thành phố nằm ngoài giớihạn đường phố thông thường Tại nhiều thành phố trên thế giới, phần lớn cáccông trình giao thông trong hệ thống tầu điện ngầm được xây dựng trong lòngđất Trong đó, chỉ một số lượng nhỏ công trình giao thông được xây dựng lộthiên ở những điều kiện xây dựng, địa hình đặc biệt thuận lợi Tại Việt Nam

đã có dự án xây dựng hệ thống tàu điện ngầm cho Thủ đô Hà Nội và Thànhphố Hồ Chí Minh.

Trong hệ thống tàu điện ngầm thành phố, giếng đứng thường được sửdụng với các công dụng sau đây [2]:

- Phục vụ cho quá trình thi công các công trình trong hệ thống tàu diệnngầm thành phố (vận tải, thông gió, thoát nước, cung cấp năng lượng, khínén );

- Thông gió cho ga tàu điện ngầm thành phố, cho các đường hầm nốigiữa các ga và toàn bộ hệ thống tàu điện ngầm thành phố;

- Vận chuyển hành khách giữa các tầng trong cùng một ga tàu điệnngầm thành phố và nối ga tàu điện ngầm thành phố với mặt đất;

- Lắp đặt các đường ống, đường cáp dẫn các loại phục vụ cho quátrình xây dựng, sử dụng hệ thống tàu điện ngầm thành phố

1.1.5 Trong hệ thống công trình ngầm thành phố

Kinh nghiệm thiết kế và xây dựng thành phố tại nhiều nước trên thếgiới cho thấy, nhiều vấn đề kinh tế xã hội, quy hoạch kiến trúc, vệ sinh kỹthuật của thành phố chỉ có thể được giải quyết một cách triệt để và hiệu quảthông qua phương pháp tổ hợp sử dụng hợp lý khoảng không gian ngầmthành phố

Quá trình sử dụng không gian ngầm thành phố sẽ tạo nên những điềukiện thuận lợi để:

- Cải thiên đáng kể cấu trúc quy hoạch kiến trúc thành phố;

- Giải phóng mặt đất khỏi một loạt các công trình xây dựng mang ýnghĩa phụ trợ;

- Sử dụng hợp lý diện tích bề mặt thành phố để xây dựng nhà ở, cáccông trình phúc lợi công cộng ;

- Cải thiện đáng kể trạng thái vệ sinh kỹ thuật đô thị;

- Bảo tồn các di tích lịch sử, các công trình kiến trúc văn hoá, tượngđài, của thành phố;

- Bố trí, lắp đặt hiệu quả các hạng mục công trình thiết bị kỹ thuật;

- Trong những trường hợp cần thiết, các loại công trình ngầm có thểcòn được sử dụng cho mục đích quốc phòng

Các công trình ngầm xây dựng trong khoảng không gian ngầm thànhphố có thể được phân loại thành các nhóm sau đây:

- Các công trình ngầm giao thông;

- Các công trình ngầm văn hoá sinh hoạt;

- Các công trình ngầm sử dụng cho các thiết bị kỹ thuật;

- Các công trình ngầm kho chứa, bể chứa

Đặc tính hiệu quả và mức độ sử dụng khoảng không gian ngầm thànhphố được xác định trên cơ sở các điều kiện địa chất, địa chất thủy văn khuvực xây dựng Trong các dự án sử dụng khoảng không gian ngầm thành phốcần phải xem xét những yêu cầu chủ yếu sau đây:

- Khả năng phá hoại một cách ít nhất dòng chuyển động và vận tảitrong thành phố;

- Khối lượng nhỏ nhất để chuyển đổi mạng lưới kỹ thuật thành phố;

- Chi phí và khối lượng nhỏ nhất để chuyển dịch, sơ tán các công trìnhkiến trúc, xây dựng thành phố

Theo nguyên tắc, để xây dụng công trình ngầm cần phải sử dụng các

phương pháp thi công lộ thiên đơn giản nhất với sự xem xét khả năng thựchiện các giải pháp thiết kế theo từng bước, theo từng giai đoạn Trong nhữngtrường hợp không thể sử dụng phương pháp xây dựng lộ thiên người thiết kếmới chuyển sang nghiên cứu sử dụng phương pháp xây dựng ngầm.

Tại Việt Nam, hệ thống công trình ngầm thành phố đã bắt đầu đượcchú ý phát triển Một số đường hầm ôtô thành phố (đường hầm ôtô Kim Liên

- Đại Cồ Việt, đường hầm ôtô phía trước Trung tâm Hội nghị Quốc gia MỹĐình ), đường hầm cho người đi bộ đã được xây dựng Ngoài ra phương ánxây dựng các đường hầm dẫn, thải nước cho thành phố đã bắt đầu được ápdụng tại Việt Nam

Trong hệ thống công trình ngầm thành phố, giếng đứng được sử dụngvới các công dụng sau đây [2]:

- Phục vụ cho quá trình thi công hệ thống công trình ngầm chung vàtừng công trình ngầm riêng lẻ, đặc chủng của thành phố (vận tải, thông gió,thoát nước, cung cấp năng lượng );

- Giếng đứng thông gió cho toàn bộ hệ thống và cho từng công trìnhngầm riêng lẻ;

- Giếng đứng nối giữa các tầng kiến trúc, công trình ngầm trong lòngđất và nối toàn bộ hệ thống công trình ngầm thành phố với mặt đất;

- Giếng đứng kỹ thuật nối với các đường hầm kỹ thuật thành phố;

- Giếng đứng dùng để lắp đặt các đưòng ống, đường cáp dẫn cácloại phục vụ cho quá trình xây dựng và sử dụng hệ thống công trình ngầmthành phố

1.1.6 Trong hệ thống công trình ngầm đặc biệt và quân sự

Phương pháp xây dựng ngầm được sử dụng rộng rãi để xây dựng các

công trình có công dụng đặc biệt đặt trong khoảng không gian ngầm: các bểchứa, hầm chứa ngầm lưu giữ các sản phẩm dầu mỏ, khí đốt; kho tàng, khochứa ngầm; kho lạnh ngầm; nhà máy ngầm Sự phát triển của xu thế xâydựng công trình ngầm hiện nay là kết quả của những ưu điểm nổi bật trongphương án xây dựng công trình ngầm so với phương án xây dựng công trình

lộ thiên có chức năng tương đương

Phương án xây dựng các công trình ngầm đặc biệt nên thực hiện trongmôi trường đất đá rắn cứng, ổn định, đồng nhất Nghĩa là, phương án xâydựng này chỉ nên thực hiện trong những điều kiện không đòi hỏi phải sử dụngnhững kết cấu chống giữ phức tạp để giảm đáng kể chi phí chống giữ chúng

Nhìn chung, chi phí đầu tư cơ bản để xây dựng công trình ngầm lớnhơn khoảng 15-30% so với những chi phí tương tự để xây dựng các côngtrình xây dựng tương đương đặt trên mặt đất Tuy nhiên, nếu xem xét cả cácchi phí sử dụng thường xuyên thì sự khác biệt giữa phương án xây dựng côngtrình ngầm và phương án xây dựng công trình lộ thiên sẽ trở nên không đángkể

Ngoài ra, công trình ngầm còn được sử dụng rộng rãi để phục vụ chocác mục đích quân sự, bảo vệ đất nước Các công trình ngầm quân sự đã được

sử dụng từ thời xưa Trên thực tế, vai trò, giá trị và quy mô sử dụng công trìnhngầm quân sự biến đổi theo thời gian tuỳ theo mức độ thay đổi của phươngpháp tiến hành chiến tranh và trang thiết bị quân sự

Tuy nhiên, dù cho đặc tính của chiến tranh, mức độ trang thiết bị quân

sự thay đổi theo thời gian, nhưng các loại công trình ngầm quân sự vẫn tiếptục là thành phần cấu thành, không thể thay thế trong tổ hợp các biện phápđảm bảo hiệu quả cho các hoạt động quân sự tấn công hay phòng thủ

Về lý thuyết có thể phân chia các công trình ngầm quân sự theo mức độ

phát triển và thời gian theo ba giai đoạn sau đây: giai đoạn trước khi xuất hiệncác vũ khí sử dụng thuốc nổ; giai đoạn sử dụng các loại vũ khí có thuốc nổ;giai đoạn hiện nay.

Việt Nam đã sử dụng công trình ngầm quân sự từ khá lâu Trong chiếndịch Điện Biên Phủ, bộ đội Việt Nam đã sử dụng đường hầm đặt thuốc nổdưới đồi AI; Các hệ thống địa đạo Củ Chi, Vĩnh Mốc, đã có ý nghĩa quantrọng trong cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước

Trong hệ thống công trình ngầm đặc biệt và công trình ngầm quân sự,giếng đứng sử dụng với các công dụng sau đây:

- Phục vụ cho quá trình thi công hệ thống công trình ngầm (vận tải,thông gió, thoát nước cung cấp năng lượng );

- Giếng đứng thông gió cho hệ thống và từng công trình ngầm riênglẻ;

- Giếng đứng nối giữa các tầng kiến trúc, công trình ngầm trong lòngđất và nối toàn bộ hệ thống công trình ngầm đặc biệt với mặt đất;

- Giếng đứng dùng để lắp đặt các đường ống, đường cáp dẫn các loạiphục vụ cho quá trình xây dựng và sử dụng hệ thống công trình ngầm đặcbiệt bể chứa ngầm [2]

Tuy nhiên cho đến nay giếng đứng trong lĩnh vực quân sự ở nước tachưa được vận dụng nhiều trong xây dựng công trình ngầm, đặc biệt là cácgiếng đứng có khẩu độ lớn

1.2 Hình dạng mặt cắt ngang và kết cấu chống giữ

1.2.1 Mặt cắt ngang giếng đứng

Hình dạng mặt cắt ngang giếng đứng phụ thuộc vào một loạt các yếu tốkhác nhau Trong số đó chủ yếu là các yếu tố sau đây:

- Thời gian phục vụ giếng đứng;

- Lưu lượng nước ngầm dự báo trong quá trình xây dựng giếng đứng;

- Tính chất của vật Liệu, kết cấu chống giữ giếng đứng;

- Tính chất cơ lý của các lớp đất đá mà giếng đứng phải đào qua;

- Công suất khai thác của mỏ hoặc tổ hợp công trình ngầm giếng đứngphải phục vụ [2]

Mặt cắt ngang giếng đứng thường được thiết kế theo các dạng chủ yếusau đây; hình chữ nhật; hình chữ nhật có bốn cạnh lồi; hình eliv; hình tròn

Mặt cắt ngang giếng đứng hình chữ nhật có nhiều ưu điểm:

- Khả năng hợp lý sử dụng mặt cắt ngang để bố trí thiết bị;

- Giá thành chống giữ không lớn

Tuy nhiên, mặt cắt này cũng có những nhược điểm:

- Độ bền vững của kết cấu chống giữ thấp;

- Tác động xấu của các yếu tố môi trường sẽ làm cho các kết cấuchống, vật liệu chống chóng bị phá huỷ;

- Có khả năng dễ cháy và chi phí sửa chữa kết cấu chống giữ cao ,

nhật gần như không được sử dụng trong các mỏ khai thác tài nguyên khoángsản và các tổ hợp công trình ngầm khác.

Kết quả nghiên cứu lý thuyết cho thấy, giá trị đại lượng ứng suất néntrong các kết cấu chống giữ xuất hiện một cách đầy đủ hơn khi mặt cắt ngangcủa giếng có hình dạng cong, vòng Vì vậy, trên thực tế nên sử dụng mặt cắtngang của giếng đứng với hình dạng cong, vòng Mặt cắt ngang giếng đứnghình tròn có độ bền vững, độ ổn định cao nhất so với các dạng mặt cắt nganghình cong, vòng khác của giếng đứng Hiện nay, mặt cắt giếng đứng hình trònđược sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm

Mặt cắt ngang giếng đứng hình tròn có những ưu điểm như sau:

- Có độ bển vững cao ngay cả trong các lớp đất đá rất mềm yếu;

- Không đòi hỏi chi phí sửa chữa kết cấu chống giữ ngay cả trongtrường hợp thời gian tồn tại lâu dài của mỏ;

- Đảm bảo giá trị sức cản khí động học nhỏ đối với luồng không khíthông gió chuyển động trong giếng đứng

Hình 1.6: Mặt cắt ngang giếng hình tròn

Ngoài mặt cắt ngang hình tròn, trên thực tế còn tồn tại giếng đứng với mặt cắtngang có hình dạng cong, vòng khác như: hình eliv, hình chữ nhật có bốncạnh lồi

Những hình dạng mặt cắt ngang giếng đứng trên đây thường được tạothành từ quá trình cải tạo, khôi phục, chống xén lại giếng đứng có mặt cắtngang hình chữ nhật Các loại giếng đứng với mặt cắt ngang hình chữ nhật cóbốn cạnh lồi, mặt cắt ngang hình e-liv hiện nay gần như không được sử dụngtrên thực tế.

1.2.2 Kết cấu chống giữ giếng đứng

Hiện nay khi xây dựng giếng đứng trong những điều kiện cơ địa mỏbình thường (trong đất đá ổn định có lưu lượng nước ngầm hạn chế), người tathường sử dụng bê tông liền khối làm vật liệu để chống giữ giếng đứng Theo

các số liệu thống kê thực tế, vỏ chống bê tông liền khối được sử dụng để

chống giữ 97-98% số giếng đứng trong ngành khai thác than, 95% số giếng

đứng trong ngành khai thác quặng và 60% số giếng đứng trong ngành khai

thác các loại quặng hóa chất [2]

Kết cấu bê tông liền khối chống giữ giếng đứng có những ưu điểm chủ yếu

như sau:

- Có đặc tính liền khối, nguyên khối;

- Bảo đảm đặc tính liên kết khít chặt với đất đá bao quanh giếng đứng,cho nên không cần sử dụng vành để đỡ khi thi công;

- Có khả năng cơ giới hoá cao các công tác thi công kết cấu chống giữgiếng (công tác vận chuyển và đổ bê tông);

- Cho phép sử dụng kết cấu cốp pha di động, cho nên không cầnchống tạm thời;

- Có khả năng đạt được đặc tính không thấm nước và độ bền chốngnước xâm thực cao cho kết cấu chống giữ;

- Có khả năng sử dụng hiệu quả các phương pháp gia cố, phương

pháp phun vữa xi măng lấp đầy;

- Có khả năng làm giảm đáng kẻ sức cản khí động học trong thônggió (so với vỏ chống tubin bê tông cốt thép, vỏ chống bê tông liền khối chophép giảm sức càn khí động học xuống 3 đến 4 lần) [2]

Các loại vỏ chống lắp ghép bằng tubin bê tông cốt thép, gạch nung và gạch bêtông do có nhiều nhược điểm cho nên hiện nay gần như không được sửdụng để chống giữ giếng đứng

Khi xây dựng giếng đứng trong đất đá ổn định với lưu lượng nướcngầm hạn chế, người ta có thể sử dụng bê tông phun để tạo nên kết cấu chốngcách ly Kết cấu chống giữ này có thể tiếp nhận áp lực tác động từ khối đá baoquanh; bảo vệ, ngăn ngừa đất đá khỏi sự tác động xấu của yếu tố không khí,

vi khí hậu (nước ngầm, sự chênh lệch nhiệt độ ) Khi áp lực ngầm lớn, có thể

áp dụng tổ hợp kết cấu chống giữ bê tông phun kết hợp với lưới thép và vìneo [2],

Trong khu vực đất đá yếu và lưu lượng nước ngầm lớn, người ta có thể

sử dụng kết cấu chống giữ tubin gang hoặc vỏ chống thép với quy trình phun

ép vữa lấp đầy vào khoảng trống phía sau kết cấu chống giữ

Chiều dày của kết cấu chống giữ giếng đứng được xác định tuỳ thuộc vào cácyếu tố sau đây:

- Các điều kiện cơ địa mỏ;

- Các tính chất của các lớp đất đá mà giếng đứng phải đào qua;

- Chiều sâu và kích thước mặt cắt ngang giếng đứng

Giá trị chiều dày vỏ chống bê tông (thay đổi trong giới hạn 200-300mm) có thể được lựa chọn (không phải tính toán) tại những đoạn giếng dàituỳ thuộc vào độ sâu giếng đứng khi tồn tại những điều kiện sau: