Nghiên cứu biện pháp thi công giềng nghiêng bằng phương pháp đào robin và cốp pha trượt

Đề tài “Nghiên cứu và đề suất biện pháp thi công giếng nghiêng ” là hoàn toàn cần thiết và có ứng dụng thực tế cao trong công tác thi công tuyến năng lượng của các công trình nhà máy th

PHẦN MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, khắp nơi trên thế giới đều nhận thức rõ ràng là các công trình thủy điện là nguồn cung cấp năng lượng vô cùng to lớn cho sự phát triển của mỗi quốc gia

Đối với đường hầm nhà máy thủy điện đi qua vùng có địa hình thay đổi đột ngột, địa chất phức tạp ta phải thi công giếng nghiêng

Tuy nhiên, công tác thi công giếng nghiêng lại hết sức khó khăn về lựa chọn biện pháp và thiết bị thi công do đặc thù về địa hình, địa chất xung quanh khu vực xây dựng công trình

Đề tài “Nghiên cứu và đề suất biện pháp thi công giếng nghiêng ” là hoàn

toàn cần thiết và có ứng dụng thực tế cao trong công tác thi công tuyến năng lượng của các công trình nhà máy thủy điện

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Đưa ra giải pháp thi công giếng nghiêng hợp lý nhằm giảm chi phí và đẩy

nhanh tiến độ thi công

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, đề suất biện pháp thi công giếng nghiêng của công trình thủy

điện Đakđrinh bằng phương pháp đào Robin và cốp pha trượt

IV CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ

2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu các biện pháp thi công các công trình ngầm

Nghiên cứu đặc điểm về địa hình, địa chất, tổ chức giao thông công trình thủy điện Đakđring

Đề suất biện pháp thi công giếng nghiêng bằng phương pháp khoan Robin

3 Kết quả dự kiến đạt được

Đưa ra được biện pháp thi công giếng nghiêng cụ thể áp dụng cho công trình thủy điện Đăkđring

V NỘI DUNG LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

1.1 Các phương pháp xây dựng đường hầm

1.1.1 Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ

1.1.2 Phương pháp đào hầm theo phương pháp NATM

1.1.3 Phương pháp đào hầm bằng khiên và máy TBM

1.2.2 Công tác khoan gương nổ mìn

1.2.3 Công tác thông gió

1.2.4 Công tác cấp điện, nước

1.2.5 Công tác bốc xúc vận chuyển đá sau khi nổ mìn

1.2.6 Gia cố hầm

1.2.7 Công tác thi công vỏ hầm

1.3 Kết luận

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

2.1 Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn công trình

2.1.1 Điều kiện địa chất công trình

2.1.2 Điều kiện địa chất thủy văn công trình

2.2 Các yêu cầu về môi trường xây dựng trong thi công đường hầm

2.2.1 Yêu cầu về nhiệt độ trong thi công

2.2.2 Yêu cầu về thoát nước trong thi công

2.2.3 Yêu cầu về thông gió và cấp khí trong thi công

2.3 Công tác an toàn lao động và vệ sinh môi trường trong thi công đường hầm

2.3.1 An toàn trong công tác khoan

2.3.2 An toàn trong công tác nổ mìn

2.3.3 An toàn thiết bị

2.3.4 An toàn trong công tác cốp pha, cốt thép

2.3.5 An toàn trong lắp đặt và sử dụng điện

2.3.6 An toàn trong công tác đào xúc vật liệu bằng thủ công

2.3.7 Biện pháp đảm bảo vệ sinh môi trường

2.4 Kết luận

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG GIẾNG NGHIÊNG BẰNG THIẾT BỊ

ĐÀO ROBIN VÀ CỐP PHA TRƯỢT

3.1 Các phương pháp thi công giếng nghiêng

3.1.1 Phương pháp đào từ trên xuống

3.1.2 Phương pháp đào từ dưới lên

3.1.3 Phương pháp hỗn hợp

3.2 Phương pháp đào bằng thiết bị Robin

3.2.1 Cấu tạo và chủng loại của thiết bị đào Robin

3.2.2 Các công thức tính toán và lựa chọn thiết bị

3.2.3 Các bước thi công chính trong phương pháp đào bằng Robin

3.3 Phương pháp thi công vỏ giếng nghiêng

3.3.1 Nguyên lý thi công vỏ giếng nghiêng

3.3.2 Thiết kế cốp pha

3.4 Kết luận

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐĂKĐRINH

4.1 Tổng quan về công trình thủy điện Đăkđrinh

4.1.1 Vị trí công trình

4.1.2 Nhiệm vụ công trình

4.1.3 Các thông số chính của tuyến năng lượng

4.2 Tổ chức thi công đào bằng thiết bị robin

4.2.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị đào dẫn hướng

4.2.2 Công tác đào mở rộng

4.2.3 Công tác gia cố sau khi đào

4.2.4 Công tác bốc xúc vận chuyển đất đá sau khi đào

4.3 Tổ chức thi công vỏ giếng nghiêng bằng cốp pha trượt

4.4.1 Công tác cốp pha

4.4.2 Công tác cốt thép

4.4.3 Công tác bê tông

4.5 Kết luận:

W

1 5

2 3

5 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

ĐƯỜNG HẦM

1.1 Các phương pháp xây dựng đường hầm

Khi thi công hầm qua các vùng địa chất khác nhau người ta có những phương pháp đào khác nhau như:

- Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ

- Phương pháp đào hầm theo phương pháp NATM

- Phương pháp đào hầm bằng khiên và máy TBM

- Phương pháp đánh chìm

- Phương pháp đào lấp

- Phương pháp kích ép

1.1.1 Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ

Trình tự thi công phương pháp này gồm nhiều công đoạn

1.1.1.1 Khoan lỗ mìn

Trong đào hầm thường dùng phương pháp nổ mìn lỗ nông Số lượng lỗ mìn được khoan phụ thuộc vào độ cứng và mức độ nứt nẻ của đất đá, chiều sâu lỗ mìn, loại thuốc nổ và trọng lượng bao thuốc Chiều sâu lỗ mìn lấy sâu hơn chiều sâu tiến

của khoang đào

Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nông

1- Lỗ mìn tạo mặt thoáng 3- Đáy lỗ mìn 5- Lỗ mìn phá 2- Phễu do lỗ mìn rãnh tạo ra 4 - Lỗ mìn sửa hoặc mìn viền

1.1.1.2 Công tác nổ phá

Thuốc ammônít N0-1 là loại thuốc thường dùng trong việc đào đường hầm, nén từng thỏi 36 mm, dài 13,5 cm, trọng lượng 200 gram, khả năng phá vỡ mạnh, yếu hơn một chút là loại chứa 62% dinamit (hệ số hao hụt 1,07 so với loại ammônít

N0-1) Ammônít N0-6 thường áp dụng cho những loại đá cứng trung bình

Nổ mìn tạo mặt phẳng: Phần giữa mặt cắt của đường hầm được nổ sao cho khối lượng còn sót lại so với thiết kế theo chu vi là nhỏ Khối lượng còn lại này

được nổ sau khi đã kích nổ mìn phá nhờ các lỗ mìn bổ sung có đường kính nhỏ hơn, khoan theo đường viền của mặt cắt, song song với trục đường hầm, khoảng cách giữa các lỗ là 20 cm Các lỗ mìn được nạp thuốc theo trình tự: Một lỗ nạp thuốc, một lỗ không nạp thuốc, sau đó lặp lại như trên Loại thuốc có tính năng phá yếu hơn so với loại thuốc nổ phá

Đối với đường hầm Cửa Đạt đã gây nổ bằng kíp nổ điện vi sai (nổ mìn tạo rãnh trước, sau đó nổ phá cuối cùng nổ mìn sửa)

Trường hợp 3 cấp vi sai thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms

Nếu cần 4 cấp (lỗ mìn phá nhiều, nổ 2 đợt) thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms, 50ms

Sử dụng lỗ mìn sửa theo chu vi mặt cắt đường hầm nhằm hạn chế tối đa nứt

nẻ do nổ mìn Quy mô một lần nổ (ứng cấp vi sai với khối lượng thuốc nổ lớn nhất) cần phải nhỏ hơn lượng thuốc nổ cho phép để vận tốc sóng xung kích bé hơn tốc độ lay động hạt đá, tránh gây ảnh hưởng đến vật chống đỡ cũng như chất lượng đá

xung quanh hầm

1.1.2 Phương pháp NATM

Việc áp dụng các vì chống bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép cho phép hạn chế được biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi đào hầm và liên kết được các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho đất đá xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm

Trên lý thuyết này các kỹ sư người Áo đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp xây dựng hầm mới của Áo NATM (New Austrian Tunnelling Method)

* Nguyên tắc cơ bản của phương pháp xây dựng hầm NATM:

Về lý thuyết kết cấu hầm là tổ hợp giữa đá núi và vỏ hầm, hầm được chống

đỡ chủ yếu bằng khối đất đá xung quanh

Đây là khái niệm cơ bản của phương pháp NATM Kỹ sư hầm phải biết vận dụng khái niệm này vào công tác đào hầm Hệ thống chống đỡ hầm chỉ nên áp dụng hạn chế và mang tính hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định của khối đá

Theo phương pháp NATM, điều quan trọng là phải duy trì cường độ nguyên thủy của khối đá Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Bê tông phải được phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu

Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ thống chống đỡ và khối đá Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thông qua các điểm tiếp xúc nên có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp đầy khoảng trống nói trên Sự rời rạc (biến dạng) của khối đá sẽ có xu hướng phát triển đến độ sâu h tính từ tường hầm Theo phương pháp NATM, sử dụng bêtông phun trực tiếp và bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm nên ngăn không cho khối đá biến dạng

Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý vì việc khối đá rời rạc sẽ làm cho cường độ của nó bị giảm đi Cường độ của khối đá, phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát của mỗi phân khối đá, sẽ giảm xuống khi ma sát giảm Nguyên tắc này

áp dụng chủ yếu đối với đá cứng Đối với đá mềm, chẳng hạn như lớp đá trầm tích sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính của chúng sẽ phụ thuộc vào lực dính và góc nội ma sát

Khối đá phải được giữ trong các điều kiện ứng suất nén ba trục Cường độ của khối đá chịu ứng suất nén đơn trục hoặc hai trục thì thấp hơn cường độ trong điều kiện ba trục

Cường độ chịu nén của khối đá ở điều kiện nén nhiều trục sẽ cao hơn khối đá trong điều kiện nén một trục Sau khi đào hầm, vách hầm sẽ ở trong trạng thái nở hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt Để duy trì trạng thái ứng suất nén

ba trục và sự ổn định của khối đá, vách hầm phải được phủ kín bằng bêtông phun Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý Phải thiết lập hệ thống chống đỡ để ngăn chặn sự giãn nở (tơi) hoặc nguy cơ đổ sập của khối đá Nếu hệ thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp thì chất lượng của việc đào hầm

sẽ tăng đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế

Nếu biến dạng cho phép vượt quá giới hạn, vùng biến dạng dẻo quanh hầm phát triển và khe nứt xuất hiện “Ngăn chặn sự biến dạng” nghĩa là giảm thiểu tối đa

sự biến dạng xung quanh hầm do những biến dạng xảy ra trong khi đào hầm là không thể tránh khỏi, ví dụ biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng do nổ mìn Vì thế, giới hạn biến dạng cho phép cần được đề ra ứng mỗi loại hệ thống chống đỡ và được cập nhật từ các kết quả đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật

Hệ thống chống đỡ phải được lắp đặt kịp thời Lắp đặt các hệ thống chống đỡ quá sớm hay quá muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi Hệ thống chống đỡ cũng không được quá mềm hay quá cứng Các hệ thống chống đỡ cần có một độ mềm dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá

Nếu hệ thống chống đỡ được lắp đặt quá sớm, áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ sẽ rất cao Mặt khác áp lực sẽ tiếp tục tăng lên khi lắp đặt hệ thống chống

đỡ chậm Hệ thống chống đỡ được lắp đặt đúng lúc có khả năng giảm tải trọng đến nhỏ nhất Nếu hệ thống chống đỡ quá cứng sẽ đắt, quá mềm thì khối đá biến dạng nhiều, tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ sẽ rất cao Tải trọng tác động lên hệ thống chống đỡ sẽ giảm đến nhỏ nhất khi hệ thống chống đỡ có độ mềm dẻo thích hợp

Để đánh giá thời gian thích hợp khi lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần nghiên cứu khảo sát đặc tính biến dạng phụ thuộc thời gian của khối đá

Không chỉ dựa vào công tác thí nghiệm trong phòng mà còn phải tiến hành

đo đạc biến dạng đường hầm để đánh giá thời gian thích hợp lắp đặt kết cấu chống

đỡ Thời gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ của sự biến dạng và loại đá là những nhân tố quan trọng để tính toán thời gian chống đỡ vách đào của khối đá

Đối với phương pháp NATM, công việc không thể thiếu được là đo đạc quan trắc, để đo sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm nhằm bổ sung kết cấu chống đỡ cần khoan sâu vào đá xung quanh gương hầm rồi đặt tensơ Còn kiểm tra kích thước gương hầm có đồng quy hay đo cần dùng máy trắc địa

Những nhân tố được nhắc đến ở trên được xác định từ kết quả đo đạc quan trắc và những tính toán mang tính thống kê dựa trên kết quả của việc đo đạc quan trắc rất có ích cho việc dự đoán được sự biến dạng ở bước đào hầm tiếp theo

Nếu sự biến dạng hoặc sự tơi của khối đá được dự đoán là rất lớn, bề mặt hầm đã đào phải được phun bê tông kín như là màn che Kết cấu chống đỡ bằng gỗ

và thép chỉ tiếp xúc với bề mặt tường hầm ở các điểm chèn Vì thế, đất đá giữa các điểm tiếp xúc sẽ vẫn còn không được chống đỡ nên sự biến dạng hoặc tơi của khối

đá sẽ phát triển

Trong trường hợp hệ thống chống đỡ (ban đầu) cần phải gia cường, các thanh thép, khung chống thép và neo đá nên được sử dụng Không nên tăng chiều dày lớp bê tông vỏ hầm vì sẽ làm giảm diện tích tiết diện khai thác của hầm

Thời gian và phương pháp thi công vỏ hầm được quyết định dựa trên kết quả quan trắc của thiết bị

Thông thường lớp bê tông vỏ hầm được thi công sau khi biến dạng của hầm

đã ổn định Nếu sự biến dạng có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân Trong trường hợp này, lớp bê tông vỏ hầm phải được thiết kế đủ cường độ chống lại

áp lực của khối đá tác dụng lên

Về mặt lý thuyết, cấu trúc của hầm giống như một cái ống hình trụ dày gồm

hệ thống chống đỡ và vỏ hầm cùng với môi trường đất đá xung quanh Các cấu trúc này hợp lại với nhau làm cho hầm tự ổn định

Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm và trụ đỡ, khối đá xung quanh được xem như là tải trọng tác dụng lên hầm Theo lý thuyết NATM, hầm được xem như là một cấu trúc hỗn hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầm

Việc cấu tạo mặt cắt hầm kín bằng vòm ngược tạo nên đường ống hình trụ là cần thiết vì cấu trúc này có thể chịu ứng suất của đá cao hơn

Hành vi (trạng thái) của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp đặt hệ thống chống đỡ cho đến khi kết cấu của hầm kín được hình thành Mômen uốn bất lợi xuất hiện tại khu vực tiếp giáp của phần trên vòm hầm và tường (bench)

16m 1

Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ và trình tự đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian đóng kín vỏ hầm, Các nhân tố này cần được kiểm soát để tạo ra tổ hợp kết cấu cũng như thiết lập sự ổn định của đường hầm

Mỗi bộ phận hầm phải duy trì hình dạng tròn nhằm tránh sự tập trung ứng suất bất lợi

Giải phóng áp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối đá bằng hệ thống thoát nước Áp lực thủy tĩnh xung quanh đường hầm sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự biến đổi mực nước ngầm Hệ thống thoát nước ngầm là cách làm giảm áp lực thủy tĩnh hữu hiệu nhất

Trình tự đào phân đoạn mặt cắt gương hầm theo phương pháp NATM tại đường hầm Hải Vân như sau:

Bêtông phun Bêtông phun

1 2b 2a

3b 3a

2a

3b 3a

Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân

Hình 1-3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hoàn thiện

1.1.3 Phương pháp đào hầm bằng khiên và máy TBM

1.1.3.1 Phương pháp đào hầm bằng khiên

Khiên là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa tầng lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng Đoạn đầu ống có thiết bị che chống

và đào đất, đoạn giữa của ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đuôi của ống

có thể lắp các ống bê tông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng sau lưng các vòng bê tông để đề phòng hầm và mặt đất lún xuống Phản lực đẩy khiên tiến lên do vòng bê tông vỏ hầm chịu đựng Trước lúc thi công bằng khiên cần xây dựng một giếng đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá

do khiên đào xong được đưa qua giếng đứng ra ngoài mặt đất Cũng có thể đào cửa hầm rồi đào buồng tháo, lắp khiên ngay bên vách hầm (Trường hợp hầm dài) tránh phải đưa ra ngoài tháo lắp khiên

Hình 1-4: Sơ đồ thi công bằng khiên

Mỗi loại khiên đào được dùng trong phạm vi nhất định của điều kiện địa chất

và có giới hạn sử dụng hiệu quả nhất Vì vậy để có thể lựa chọn được loại khiên đào

phù hợp nhất cần phải làm sáng tỏ phạm vi sử dụng và sử dụng hiệu quả nhất của

nó kết hợp với kinh nghiệm thi công hầm bằng khiên đào trên thế giới

* Khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào

Khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào có thể là khiên đào cơ giới hoá, bán cơ giới hoặc không cơ giới Do đặc điểm của khiên đào loại này có mặt trước mở toàn phần hay một phần để đào đất nên không đảm bảo sự ổn định gương đào trong nền đất yếu Chúng có thể được sử dụng chỉ trong các loại đất mà không xuất hiện sự chuyển dịch tự do của đất vào phía trong khiên đào: Đất sỏi chặt với cát và sét cứng Tuy nhiên phạm vi sử dụng chúng có thể mở rộng khi kết hợp với các phương pháp đặc biệt khác: Dùng khí nén, hạ mực nước ngầm nhân tạo, tăng cường độ đất Khiên đào bán cơ giới và khiên đào không cơ giới hoá chỉ được sử dụng hợp lý khi xây dựng hầm ngắn với mặt cắt ngang không lớn

* Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào

Khi dùng áp lực cân bằng ở gương đào thì các khiên đào loại này đều là khiên đào cơ giới hoá Điều kiện làm việc hiệu quả của khiên đào loại này được xác định bằng khả năng đảm bảo trạng thái ổn định của gương đào do khi đào đất sẽ gây

ra sự phá huỷ trạng thái ứng suất tự nhiên của khối đất Điều đó đạt được bằng cách tạo ra áp lực chủ động ở buồng kín sát gương đào tác dụng vào bề mặt đất ở gương đào

Phạm vi sử dụng hiệu quả nhất của khiên đào dạng này trong đất sét hoặc bụi với độ ẩm cao với hàm lượng hạt cát không nhiều và khi tồn tại trong các loại đất

đó thành phần hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,05mm không nhỏ hơn 30%

1.1.3.2 Phương pháp đào bằng máy TBM

Thi công hầm theo phương pháp khoan nổ cho đến nay vẫn phổ biến Tuy nhiên thi công theo phương pháp này phải sử dụng nhiều nhân lực, sử dụng một lượng lớn thuốc nổ độc hại và gây ô nhiễm môi trường Do vậy việc thi công hầm đang dần được cơ giới hoá, để thực hiện điều này, người ta đã nghiên cứu, phát minh và sử dụng các máy đào đường hầm chuyên dụng

TBM là thiết bị đào hầm hiện đại được sử dụng để đào các đường hầm có tiết diện tròn trong các điều kiện địa chất không tồn tại đứt gẫy Máy có thể được sử dụng để đào hầm ở vùng đá cứng, đất hoặc cát có lẫn các loại tạp chất Đường kính đào hầm bằng máy TBM có thể thay đổi từ 1m đến 15m TBM là tổ hợp máy đào hiện đại, toàn bộ các dây truyền công nghệ đều được cơ giới hoá từ khâu đào, xúc, vận chuyển đều được các thiết bị chuyên dùng thực hiện

Khi thi công bằng thiết bị này thực chất là quá trình vò nát, cắt rời đá bởi các đầu cắt bằng đĩa vừa quay vừa ấn vào mặt đá Máy sẽ trực tiếp đào đất bằng mũi khoan (lưỡi dao) được lắp phía đầu và chuyển đất đá ra ngoài bằng hệ thống băng tải, trong khi đó phần đuôi máy sẽ thực hiện việc lắp ghép các vỏ hầm bằng bê tông đúc sẵn được đưa từ ngoài vào

Hình 1-5: Máy đào đường hầm TBM

1.1.4 Phương pháp đánh chìm

Công nghệ thi công hầm dìm là biện pháp thi công hầm đặt dưới nước (như hầm qua sông, qua biển ) Phần thân hầm được đúc sẵn trên cạn thành từng phân đoạn, các đoạn này được làm cho nổi lên, được kéo dắt ra rồi dìm xuống vị trí đã định

* Công nghệ hầm dìm được trình bày chi tiết hơn như sau

Nạo vét dưới đáy sông ( kênh, biển ) thành đường hào tại vị trí đặt hầm

Các đốt hầm được thi công trên cạn, chẳng hạn như trong một bể đúc, một bãi đúc, trên một bệ có thể nâng hạ được

Hai đầu của các đốt hầm được khép kín tạm bằng vách ngăn (tạo thành hộp kín, giúp chúng có thể nổi trong nước)

Lần lượt mỗi đốt hầm được vận chuyển ra vị trí hầm, thông thường bằng lực nổi (nước được bơm vào bể đúc), đôi khi bằng xà lan hay có trợ giúp của cần cẩu

Các đốt hầm được hạ xuống tới vị trí cuối cùng trên đáy của đường hào đã đào sẵn

Đốt mới được xếp áp vào đốt trước đó ở vị trí dưới nước, sau đó nước được bơm ra khỏi khoang trống giữa các vách ngăn

Áp lực nước trên mặt ngoài vách ngăn của đốt mới ép lên cao su gắn giữa 2 đốt, khép kín mối nối

Vật liệu đắp được đắp 2 bên và trên hầm và lấp kín đường hào, chôn cố định đường hầm Chiều dày lớp vật liệu phủ lên thân hầm có thể tới 3m để tránh sự

va chạm của neo tầu hoặc gặp sự cố có tầu chìm xuống làm hỏng hầm

Hình 1-6: Lai dắt đốt hầm thủ thiêm

1.1.5 Phương pháp đào lấp

Đó là phương pháp thi công hở, trước tiên đòng cừ hoặc đào hào bê tông cốt thép làm kết cấu chống đỡ 2 bên vách hầm sau đó tiến hành thi công kết cấu hầm trong lúc trên đỉnh hầm vẫn đảm bảo giao thông Thông thường với phương pháp này kết cấu công trình ngầm trước tiên có thể được xây dựng từ đáy hào (phương thức tường nền – Bottom up) hoặc xây dựng từ trên xuống (phương thức tường nóc – Top down) và sau đó các công tác khác được tiến hành và hoàn thiện

Có thể nói rằng, trong những điều kiện thông thường, phương pháp hở được coi là phương pháp kinh tế nhất trong xây dựng các công trình ngầm cỡ lớn và ở gần mặt đất Việc bảo vệ ổn định thành hào là rất quan trọng, liên quan đến ổn định của các công trình trên mặt đất cũng như đảm bảo các điều kiện thi công tiếp theo Cũng tùy thuộc vào điều kiện đất nền, vào các công trình kiến trúc trên mặt đất cần được bảo vệ mà các kết cấu bảo vệ thành hào cũng đã được áp dụng rất đa dạng Kết cấu bảo vệ thành hào có thể được thu hồi sau khi thi công kết cấu công trình ngầm nhưng cũng có thể được giữ lại làm một bộ phận quan trọng của kết cấu công trình ngầm Chẳng hạn hình dáng các công trình có thể kiến trúc phù hợp với các yêu cầu của kỹ thuật giao thông, trong đó các giải pháp tối ưu về liên kết các hệ thống giao thông với đoạn đường chuyển giao ngắn, cũng như liên kết tốt giữa các điểm đi và đến Chênh lệch về độ cao có thể bố trí ở mức nhỏ

Phương pháp thi công hở còn cho phép xây dựng các mặt bằng đi bộ rộng liên kết với các công trình thương mại, nhà hàng, công trình văn hóa và liên kết hợp

lý với phương tiện giao thông trên mặt đất (Nút giao thông Ngã Tư Sở, hầm chui Kim Liên) Tuy nhiên để áp dụng phương pháp thi công hở cần chú ý các điều kiện sau:

- Để thi công cần thiết phải có mặt bằng tự do trên mặt đất vừa đủ, như tại các quảng trường, nút giao thông của các đường lớn, chẳng hạn một sân ga tàu điện ngầm có chiều dài khoảng 120m, tàu tốc hành khoảng 210m

- Do thời gian thi công lâu và diện tích sử dụng lớn, nên gây ảnh hưởng lớn đến giao thông đi lại trên mặt đất Do vậy nhất thiết phải chú ý đến các giải pháp giảm ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất

- Phương pháp xây dựng này cần loại trừ các mối nguy hiểm đối với các công trình kiến trúc lân cận, chẳng hạn do gây lún sụt, dịch chuyển đất (ảnh hưởng lún từ biến) Vì vậy khi độ sâu thi công lớn, chẳng hạn 25m, khoảng cách đến các công trình kiến trúc không xa thì nhất thiết phải áp dụng các biện pháp đặc biệt (tường cọc nhồi, tường hào nhồi - tường cừ có neo )

- Với phương pháp thi công hở thì các tác động xấu đến môi trường sống, như tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi Do vậy cần phải có các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này

- Trong nhiều trường hợp phải tính đến các điều kiện của công trình kiến trúc, nền đất và nước ngầm khi phải áp dụng lâu dài và trên diện rộng giải pháp hạ mực nước ngầm

- Phải tính đến các khả năng di dời, treo tạm các hệ thống cấp thoát nước, năng lượng… để đảm bảo hoạt động bình thường, lâu dài

1.1.6 Phương pháp kích ép

Phương pháp kích đẩy là một kĩ thuật đào ngầm được sử dụng cho các công trình ngầm chủ yếu loại đường ống kĩ thuật (Hầm cáp điện, cáp thông tin liên lạc ), thi công bằng cách đẩy các đoạn ống có chiều dài nhất định với đường kính giới hạn Phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào

hở không thích hợp Phương pháp kích đẩy- về bản chất, đó là “phương pháp hạ giếng ngang” Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là phương pháp “khiên đào mini” Bản chất phương pháp là vì chống tubin kín được lắp đặt vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách xa gương hầm Cùng trong khoang đó, người ta thực hiện kích ép vì chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát

vì chống với khối đất, không gian phía sau tubin được bơm vữa sét Để thi công,

phải đào 2 buồng ở 2 đầu: Một buồng lắp ống và kích ép, một buồng tiếp nhận đầu kích

Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy

Trên cơ sở các phương pháp đã và đang phát triển đến nay cho thấy rằng khi tiết diện thi công nhỏ có thể sử dụng giải pháp nén ép đất (phương pháp nén xuyên qua) và khi tiết diện thi công lớn hơn phải sử dụng giải pháp tách bóc đất (phương pháp khoan qua hoặc đào qua)

Hình 1-8: Kích ống và giếng kích ống qua sông Sài gòn cho loại D3000mm

1.2 C ác công tác chính trong thi công đường hầm bằng phương pháp

khoan nổ

1.2.1 Công tác trắc đạc

1.2.1.1 Khái quát chung

Nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa trong xây dựng đường hầm là bảo đảm đào thông hầm đối hướng với độ chính xác theo yêu cầu Ngoài ra còn phải đảm bảo xây dựng đường hầm, các công trình kiến trúc trong hầm đúng với hình dạng, kích thước thiết kế và còn phải quan trắc biến dạng công trình trong lúc thi công cũng như khi sử dụng đường hầm Để đảm bảo các yêu cầu đó, cần làm các việc sau:

- Xây dựng hệ thống khống chế mặt bằng trên mặt đất: Khống chế mặt bằng trên mặt đất có thể có thể thành lập dưới dạng tam giác đo góc, lưới đo cạnh, lưới

đo góc- cạnh hoặc hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) Các điểm chủ yếu của đường trục hầm phải được bao gồm trong lưới khống chế đó

- Định hướng cơ sở trắc địa trong hầm: được thực hiện qua cửa hầm, hầm bằng, giếng đứng, giếng nghiêng

- Thành lập khống chế mặt bằng trong hầm: Thành lập dưới dạng đường chuyền (đường chuyền tiệm cận để dẫn về đường hầm chính, đường chuyền thi công thường là cạnh ngắn để chỉ đạo đào hầm, đường chuyền cơ bản là trên cơ sở của đường chuyền thi công nhưng có cạnh dài hơn để bảo đảm độ chính xác về phương vị, đường chuyền chủ yếu là trên cơ sở đường chuyền cơ bản nhưng có cạnh dài hơn)

- Thành lập hệ thống khống chế cao độ Trục đường hầm và các kiến trúc trong hầm được xác định và bố trí trong không gian 3 chiều Để bảo đảm thông hầm tương đối, xây dựng các công trình kiến trúc, lắp đặt thiết bị trong hầm và đo lún, cần phải thành lập hệ thống khống chế cao độ, bao gồm: Khống chế cao độ trên mặt đất, chuyển độ cao từ mặt đất xuống hầm, khống chế cao độ trung tâm

1.2.1.2 Nội dung và phương pháp tiến hành

Trên cơ sở các mốc bàn giao, trắc đạc kiểm tra lại và xác định điểm mốc tại khu vực cửa hầm Các điểm mốc tại mỗi cửa hầm cần kiểm tra khép kín từ hai đầu hầm

Từ điểm mốc tại mỗi cửa hầm xác định tim hầm, đường springline tại mỗi cửa hầm từ đó vẽ được gương hầm chính xác để tiến hành mở cửa hầm

Trong quá trình đào hầm, trắc đạc thường xuyên dùng điểm mốc để xác định đường tim hầm, lắp định vị các máy chiếu Lazer dọc theo hai bên hầm tại hai đầu cuối của đường springline để kiểm tra

Sau mỗi lần nổ trắc đạc kiểm tra lại độ chính xác các đường chiếu của máy Lazer để chỉnh lại máy; kiểm tra nổ thiếu phần biên, phần đỉnh và phần chân để nổ tẩy; kiểm tra phần nổ lẹm để xác định khối lượng và nguyên nhân nổ lẹm đẻ khắc phục cho lần nổ tiếp theo, kiểm tra chiều dài hầm nổ được chia để đưa vào báo cáo tiến độ

Toàn bộ các gương hầm sau mỗi lần nổ đều được trắc đạc và đưa số liệu vào máy tính, vẽ và in ra bản vẽ gương hầm để sử dụng kiểm tra nổ thiếu, nổ lẹm và lưu trữ bổ xung cho hồ sơ địa chất hầm và phục vụ công tác đổ bê tông sau này

Global Positioning System để dẫn toạ độ vào

sát cửa hầm

1.2.2 Công tác khoan gương nổ mìn

tác nổ mìn, tiến độ thi công và hiệu quả kinh tế trong thi công Công tác khoan các

lỗ khoan hàng biên được đặc biệt lưu ý vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của khối đá xung quanh đường hầm và công tác lẹm khi đào hầm

Sử dụng máy khoan hiện đại tiên tiến có năng suất và độ chính xác cao tuy nhiên công tác khoan phải được đặc biệt lưu ý, không phó mặc công tác khoan cho máy tự hoạt động mà kỹ sư khoan nổ, ca trưởng (phối hợp cùng bộ phận kỹ thuật, thiết bị) phải phụ trách trực tiếp điều chỉnh hướng khoan, góc khoan để đúng chính xác theo hộ chiếu Một điều quan trọng khác của công tác khoan nổ là góc mở tối thiểu của cần khoan khi khoan biên Góc mở của cần khoan ảnh hưởng rất lớn đến

việc nổ lẹm (lẹm âm hoặc lẹm dương) dẫn đến phài bù bê tông hoặc phải đục tẩy thì

mới đạt được biên thiết kế

để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị vào làm các công tác tiếp theo

Mìn được nạp theo thứ tự số kíp dự định nổ cho từng hàng và được nạp từ trên xuống dưới bắt đầu từ các hàng lỗ biên trên cùng

Tuyệt đối không được tiến hành song song giữa công tác khoan và nạp mìn Công nhân nạp mìn phải có chứng chỉ nổ mìn được các cấp có thẩm quyền cấp về thi công trong lĩnh vực nổ mìn phá đá

Công nhân thực hiện công tác nạp mìn trên sàn công tác của máy khoan và trên giàn giáo xây dựng

Sau khi đã nạp đủ lượng thuốc vào trong lỗ mìn tiến hành công tác nạp bua, bua được làm bằng đất sét và được nặn trước ở ngoài thành từng thỏi có đường kính bằng đường kính của thỏi thuốc nổ và có chiều dài khoảng 15cm, bua đất được cho

vào trong túi ni lông phù hợp Chiều dài lấp bua trong lỗ mìn tối thiểu là 50cm và tối đa là lấp đầy phần còn lại của lỗ khoan

Mục đích của công tác này là làm tăng khả năng công phá của thuốc nổ đến đất đá xung quanh lỗ khoan dẫn đến tăng hiệu quả của công tác nổ

Sử dụng dao sắc cắt dây nổ, dùng gậy gỗ để nạp mìn, cấm dùng đá hay sắt chặt dây nổ hoặc dây kíp

Người và thiết bị phải di chuyển đến vị trí an toàn theo quy định bán kính an toàn của hộ chiếu R an toàn ≥ 500m

Các kíp điện phải luôn chập hai đầu dây với nhau trước khi tiến hành công tác đấu mạng

Chỉ huy nổ mìn là người cuối cùng kiểm tra các điều kiện an toàn và đấu nối mạng nổ

Sau khi đấu mạng nổ (các thiết bị lúc đó đã di chuyển đến khu vực an toàn)

các thiết bị điện, chiếu sáng, thông gió được tắt hết và người chỉ huy nổ mìn tiến hành điểm hoả nổ mìn

Nổ mìn xong chỉ huy nổ mìn vào kiểm tra gương nổ, thông gió, chiếu sáng và đưa các thiết bị vào bắt đầu dây chuyền chọc om, bốc xúc và vận chuyển

1.2.3 Công tác thông gió

Ngay sau khi nổ mìn, hệ thống chiếu sáng được hoạt động trở lại và bật quạt

để thông gió trong hầm Nếu hầm đào càng xa thì thời gian thông gió càng lâu có thể tới 30 phút

Công nhân tiến hành dùng gậy để chọc om Mục đích là làm rơi tất cả các hòn đá long rời bên ngoài để bảo đảm an toàn cho người và các phương tiện vào tiến hành các công việc tiếp theo Công nhân thực hiện công tác chọc om được trang

bị đầy đủ bảo hộ lao động, đội mũ bảo hiểm nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người trong quá trình chọc om

Sau khi bốc xúc xong dùng máy đào vào cào sạch mặt gương, xử lý tối đa đá

om trên mặt gương để tránh khi khoan cần khoan bị kẹt

1.2.4 Công tác cấp điện, nước

1.2.4.1 Cấp điện và chiếu sáng

Tùy theo trình độ cơ giới hóa thi công đường hầm được nâng cao, lượng điện cần cho thi công ngày càng lớn Đồng thời để đảm bảo chất lượng và an toàn thi công Yêu cầu cung ứng điện đảm bảo cho thi công đường hầm ngày càng cao, do

đó việc cung cấp điện cho thi công càng trọng yếu

Công thức tính điện động lực và chiếu sáng hiện trường thi công:

Trong đó: Stổng - Tổng lượng điện dùng cho thi công, KVA

K - Hệ số dự trữ, nói chung lấy bằng 1,05 ÷ 1,10

∑P1 - Tổng hợp công suất định mức của toàn bộ thiết bị động lực trên cả công trường, KW

∑P2 - Tổng hợp lượng điện dùng chiếu sáng trên toàn bộ công trường, KW

η - Hiệu suất bình quân của thiết bị động lực, dùng 0,83 ÷ 0,88, thông thường lấy 0,85 để tính toán

cosф – 0,5 ÷ 0,7

K1 - Hệ số sử dụng đồng thời của thiết bị động lực, xem bảng 1.1

K2 - Hệ số phụ tải động lực, chủ yếu xem xét tình hình các thiết bị khác nhau khi làm việc mang phụ tải không giống nhau, nói chung lấy 0,75 ÷ 1,0;

K3 - Hệ số sử dụng đồng thời các thiết bị chiếu sáng, nói chung có thể lấy 0,6

÷ 0,9

Bảng 1.1 Hệ số dùng điện đồng thời K 1

Hệ số dùng điện đồng

thời của máy thông gió

0,8 ÷ 0,9 Hệ số dùng điện đồng thời của

cơ giới thi công dùng điện

0,65÷ 0,75

Điện dùng để chiếu sáng so với điện động lực chỉ chiếm một tỷ lệ tương đối nhỏ, để đơn giản tính toán, ngoài điện động lực ra chỉ gia thêm 10% ÷ 20% sẽ được tổng lượng điện, tức:

Trong đó: Sđộng - Điện lượng cần thiết cho thiết bị động lực hiện trường Các

kí hiệu khác giống như trên, khi sử dụng thiết bị dùng điện loại lớn (như máy đào),

K1 có thể lấy bằng 1,0 để tiến hành tính toán

Cung cấp điện cho hiện trường thi công đường hầm có 2 phương thức: Công trường tự xây dựng trạm cung cấp điện, và dựa vào mạng lưới điện cung cấp điện của địa phương Bình thường nên tận dùng mạng lưới cung cấp điện của địa phương chỉ trừ trường hợp mạng lưới cung cấp điện của địa phương không đáp ứng được yêu cầu hoặc khi ở quá xa, mới xây dựng trạm phát điện riêng Ngoài ra công trường có thể tự phát điện để dự phòng, khi mạng lưới điện địa phương không ổn định, có một số công trường quan trọng lại bố trí hai mạng điện, để đảm bảo ổn định cho cung cấp điện

* Lựa chọn dây dẫn

Khi trong đường dây, có dòng điện, do dây dẫn có điện trở sẽ làm cho điện

áp giảm, làm cho điện thế cuối dây thấp hơn điện thế đầu dây Sai khác điện thế giữa đầu và cuối đường dây được gọi là tổn thất điện thế, ta thường gọi là điện thế giảm theo quy tắc quy định, mặt cắt đường dây phải được lựa chọn sao cho hạ thấp

điện thế cuối dây không được vượt quá 10% của điện thế định mức và của quy định

về độ chặt kinh tế dòng điện của Nhà nước Hạ thế trên đường dây được tính toán theo công thức sau: ΔU1 =

S1000

934

i

I LI

Trong đó: ΔU1 - Hạ điện thế tính toán theo đường dây một pha, V; ΔU3 - Hạ điện tính toán theo đường dây 3 pha, V; L - Cự ly Dẫn điện, m; I - Cường độ dòng điện qua dây, A; Ii - Độ chặt kinh tế của dòng điện, A/mm2; S - Mặt cắt dây dẫn,

mm2;

Dựa vào công thức trên có thể tính toán ra mặt cắt dây dẫn cần dùng, lựa chọn các loại dây dẫn quy cách khác nhau Nhưng nói chung không nên dùng cách tăng mặt cắt dây dẫn để giảm thiểu hạ thấp điện thế nhằm tăng được cự ly dây dẫn điện

* Bố trí đường dây cung cấp điện

Tại chỗ đã xây hầm xong dùng đường dây 400/230V, nói chung dùng dây nhôm bện bọc chất dẻo, hoặc dây nhôm nhiều sợi bọc cao su để mắc Chỗ đang đào, chưa xây vỏ và đèn pha nên dùng dây cáp ruột đồng có vỏ cao su cách điện Khi mắc đường dây cần chú ý các điểm sau:

- Đường dây dẫn điện chính hoặc đường dây dùng cho máy chạy điện, chiếu sáng cần lắp đặt cùng một phía và mắc theo tầng Nguyên tắc mắc dây là: Cao áp mắc trên, hạ áp mắc dưới; đường dây chính mức trên, đường dây chiếu sáng mắc dưới Chú ý đường ống gió, đường ống nước được lắp phía ngược lại

- Đường điện được lắp vào hầm có hai loại: cao áp và thấp áp Bình thường đường hầm dưới 1000m (một đầu đào vào), dùng điện hạ thế mắc vào, điện thế là 400V Biến thế đặt ngoài hầm Khi đường hầm dài trên 1000m thì dùng điện cao thế mắc vào hầm để bảo đảm điện thế cuối đường dây không đến nỗi quá thấp Điện cao thế trong hầm nói chung bằng 10kV Máy biến thế được đặt trong hầm

- Dựa vào đặc điểm thi công đường hầm, mắc dây điện tiến hành theo hai đợt Trong kỳ đầu vào hầm, trước tiên dùng cao áp điện bọc cao su để lắp đường

dây điện tạm thời, theo đà gương hầm tiến lên, tại chỗ đã xây xong vỏ hầm dùng dây điện bọc cao su mắc đường dây cố định thay hết cáp điện để đưa lên tiếp tục dùng cho phía trước

- Khi nối cáp điện cao áp trong hầm với cột đường dây cao áp ngoài hầm, cần lắp đặt một tổ van chống sét và thiết bị cầu dao cùng một điện thế Khi lắp dây

hạ thế vào hầm, thì trên cột điện tại miệng hầm, cũng cần lắp đặt một tổ van chống sét cho đường dây hạ áp

- Không cho phép đem cáp điện dư thừa đã có điện cuộn lại thành vòng chồng lên nhau, vì sẽ dẫn đến cáp điện quá nóng bốc cháy gây sự cố

- Phương thức mắc đường dây hạ áp có hai cách: Phương thức mắc nằm ngang và phương thức mắc thẳng đứng Mắc nằm ngang chiếm không gian lớn, ảnh hưởng đến việc đi qua của máy móc cho nên thường dùng cách mắc nối xếp đứng Khi dùng cách mắc nối xếp đứng cần dùng sứ cách điện cố định, giữa các đường dây cách nhau 0,02m, dây dẫn dưới cùng cách mặt đất không nhỏ hơn 3m, khoảng cách giá đỡ ngang thường 10m Dây cáp cao áp tiếp vào hầm nói chung dùng cách mắc trần Tùy theo điều kiện cụ thể dùng giá đỡ bằng kim loại, móc câu kim loại, tai gỗ, giải bằng vải bố, … để cố định Dây cáp phải cách mặt đấy không nhỏ hơn 3,5m khoảng cách ngang thường 3m ÷ 5m

- Đường dây điện khi cần phải chia nhánh thì chỗ phân nhánh đến thiết bị phải dùng cáp điện bọc cao su để nối và mỗi dây nối nhánh cần lắp cầu dao và cầu chì tại đầu dây nhánh đi vào mỗi máy Đường dây chiếu sáng chỉ lắp cầu dao và cầu chì tại chỗ nối đầu tổng phân nhánh Chỗ nối đầu phân nhánh cần phải lắp theo quy định và dùng vải nhựa cách ly bao gói lại

* Bố trí chiếu sáng: Dựa vào yêu cầu quy phạm thi công đường hầm như bảng 1.2:

Địa điểm công tác Khoảng cách

bóng đèn (m)

Độ cao treo bóng (m)

Công suất bóng đèn (W)

công suất lớn hơn)

1.2.4.2 Cấp nước thi công

Do khoan đá, phòng bụi, đổ bê tông vỏ hầm và dưỡng hộ bê tông, làm lạnh máy nén khí sinh hoạt của công nhân viên thi công, … cần dùng rất nhiều nước, vì thế phải bố trí hệ thống cung cấp nước tương ứng Cung cấp nước cho thi công chủ yếu cân nhắc các vấn đề: Yêu cầu về chất lượng nước, lượng nước lớn hay nhỏ, áp lực nước, hệ thống cung cấp nước Nước thiên nhiên trong sạch không có mùi hôi, không có hàm lượng khoáng vật độc hại, đều có thể dùng làm nước thi công, chất lượng nước dùng cho ăn uống càng phải tinh khiết trong lành Dù là nước dùng cho sinh hoạt hay là nước dùng cho thi công, đều phải làm tốt công tác hóa nghiệm chất

lượng nước Dựa theo tiêu chuẩn chất lượng nước của quốc gia, yêu cầu chất lượng nước dùng cho thi công, xem bảng 1.3

Phạm vi dùng nước Hạng mục chất lượng Trị số tối đa cho phép

Thi công bê tông

Hàm lượng sulphát (SO4) Không lớn hơn 1000mg/l

Tổng số khuẩn đại tràng Trong mỗi lít nước không

quá 3 con

Độ vẩn đục

Không lớn hơn 5mg/l, tình hình đặc biệt không lớn hơn 100mg/l

Bảng 1.3 Yêu cầu chất lượng nước dùng cho thi công

Tính toán độ cao chênh lệch H từ vị trí bể nước đến điểm dùng nước có thể tiến hành theo công thức sau:

H ≥ 1,2h + α.hf (m) Trong đó: h – Yêu cầu cột nước tại điểm dùng (m), biết áp lực nước cần cho khoan đá ướt là 0,3 Mpa, thì h = 30m;

α- Hệ số tổn thất cột nước (dựa tổn thất cột nước đường ống 5% ÷ 10% để tính toán) α = 1,05 ÷ 1,10;

hf - Tổn thất cột nước trong đường ống (m) sau khi đã xác định lượng nước cần dùng xong

Lựa chọn đường kính ống, theo tính toán thủy lực đường ống thép mà có Có thể tham khảo trong các bảng tính toán thủy lực đường ống thép đều có liệt kê

Lợi dụng núi cao, cung cấp nước tự chảy, nếu lưu lượng nguồn nước lớn hơn lưu lượng giờ cao điểm, nước chứa trong bể có thể được bổ sung kịp thời, khi đó dung tích bể chứa nói chung là 20m3

÷ 30m3 Nếu lưu lượng nguồn nước nhỏ hơn lượng nước dùng, thì phải dựa vào lưu lượng nước dùng tối đa cho một kíp mà cân nhắc tính toán dung tích bể nước cần tích trữ

V = 24 αC (Qc + Qs) , m3 Trong đó: V- Dung tích bể nước, m3

α - Hệ số điều tiết, thường dùng 1,10 ÷ 1,20

C- Hệ số trữ nước (là dung lượng bể chứa ngày đêm), nếu lượng nước dùng ngày đêm nhỏ hơn 1000m3, thì C = 1/4 ÷ 1/6 ; nếu lượng nước dùng ngày đêm trong phạm vi 1000 ÷ 2000m3

, thì C= 1/6 ÷ 1/8

Qc - Lượng nước dùng cho sản xuất, m3/giờ

Qs - Lượng nước dùng cho sinh hoạt, m3/giờ

* Chọn máy bơm và phòng máy bơm

- Tính toán chiều cao cột nước dâng:

H = h’ + αhf

Trong đó: h’ – Chênh lệch độ cao giữa nguồn nước và bể chứa, m; α và hf

giống như công thức trên

Dựa vào độ cao cột nước dâng và đường kính ống có thể lựa chọn bơm thích hợp Trước lúc sắp bơm cần dựa vào bản vẽ kiểm tra vị trí móng, kiểm tra kích thước các bộ phận và lỗ chứa sẵn cho đường ống có phù hợp yêu cầu không, sau khi

đã điều chỉnh vị trí đáy bơm xong, người ta có thể trát vữa xi măng cát và cố định

bu lông của chân bơm

án bể chứa hoặc phòng bơm tạm thời cấp nước

Đường ống cấp nước cần bố trí khác bên với đường dây điện, không được gây trở ngại vận chuyển và cho người qua lại và phải có người phụ trách kiểm tra và bảo dưỡng (có thể cùng với tổ chức đường ống khí nén là một kíp duy tu bảo dưỡng)

Cuối đường ống đến mặt đào, nói chung cần duy trì cự ly 30m dùng ống mềm cao áp đường kính 50mm lắp máy phân nước, ở giữa có lắp ổ 3 chạc đường kính khác nhau có thể nối thông với ống mềm đến các mặt công tác khác (đường kính 13mm) chiều dài đường ống này không nên vượt quá 50m

Nếu lợi dụng bể nước trên núi cao và khi cột nước tự nhiên vượt quá áp lực nước cần dùng, thì nói chung nên bố trí bể nước trung gian quá độ, cũng có thể trực tiếp lợi dụng van giảm áp để hạ thấp áp lực nước chảy trong đường ống

1.2.5 Công tác bốc xúc vận chuyển đá sau khi nổ mìn

Sau khi nổ mìn, thông gió, dùng tổ hợp xúc lật, ô tô tiến hành bốc xúc vận chuyển ra vị trí bãi thải quy định Trong trường hợp gương hầm bốc xúc quá xa vị trí bãi thải nhà thầu sẽ tính toán số thiết bị thi công hiện có cũng như các thông số khác để có thể sử dụng phương án bốc xúc ra vị trí tạm sau đó vận chuyển lần 2 ra

bãi thải để công tác giải phóng gương được nhanh chóng, đẩy nhanh tiến độ thi công

Các lỗ khoan được thực hiện với chiều sâu, vị trí và hướng như đã được chỉ

ra trong bản vẽ thi công hoặc theo chỉ dẫn trực tiếp

Thiết bị khoan lỗ neo gia cố được dùng bằng máy khoan hầm hiện có và khoan theo thiết kế quy định

Trước khi lắp đặt neo, hố khoan phải được làm sạch các bụi khoan và các mảnh vụn theo quy định bằng nước hoặc khí nén

Vật liệu làm neo phải đảm bảo không rỉ và không bị bám bụi bẩn Các cây neo anke trong hầm phải được để trên giá cao, tránh bị bẩn Trong trường hợp nếu

bị bẩn thì sử dụng nước để phụt rửa trước khi cắm neo Đầu các thanh anke đã tiện ren thì phải được quấn bằng băng keo tránh bị vữa xi măng dính vào, gây khó khăn cho công tác bắt mặt bích

Các thanh neo sẽ được đưa vào trong lỗ khoan sau khi vữa neo được bơm đầy vào lỗ khoan

Không để vữa chảy ra ngoài và không để cho neo dịch chuyển khỏi vị trí đã định quá mức cho phép

1.2.7 Công tác thi công bê tông vỏ hầm

1.2.7.1 Công tác đổ bê tông lót nền hầm

Sau khi nghiệm thu công tác vệ sinh đạt yêu cầu tiến hành đổ bê tông lót nền Bê tông lót được đổ bằng máy bơm bêtông bơm trực tiếp xuống nền, kết hợp

đầm dùi đến khi đạt yêu cầu Tiến hành làm phẳng bề mặt theo hệ thống cữ ống thép chạy dọc hai biên khối đổ Bảo dưỡng bê tông liên tục đến khi đạt cường độ R28

1.2.7.2 Đổ bê tông hầm

Sau khi tiến hành đổ xong bê tông lót, tiến hành đặt cốp pha có thể tháo lắp, dịch chuyển và giàn giáo lắp đặt cốt thép kết cấu Bê tông vỏ hầm tiến hành đổ từ theo phương pháp phân đoạn để đẩy nhanh tiến độ thi công

Chu kỳ công việc chính trong thi công đổ bê tông một đốt kết cấu vỏ hầm

Bước 1: Vệ sinh bề mặt khối đổ

Dùng các thiết bị cạy dọn sạch đá long rời trên bề mặt của khối đổ, sau đó dùng nước có áp lực và khí nén phun rửa sạch và làm khô bề mặt

Cốp pha bịt đầu của khối đổ trước đó được tháo ra sau đó vệ sinh sạch sẽ bề mặt và tạo nhám bề mặt

Bước 2: Lắp đặt thép kết cấu

Thép kết cấu được gia công hoàn thiện cho từng khối đổ tại xưởng cơ khí của đơn vị thi công, vận chuyển đến vị trí thi công bằng xe cẩu Công tác lắp đặt, định vị thép kết cấu được thực hiện bằng giá lắp thép Vị trí lắp dựng được kiểm tra

và chính xác hoá bằng máy toàn đạc điện tử

Bước 3: Di chuyển cốp pha tới vị trí đổ, lắp các lỗ chờ khoan phun

Sau khi khối đổ trước đảm bảo điều kiện cho phép tiến hành tháo dỡ, di chuyển cốp pha tới vị trí đổ, dùng kích thuỷ lực điều chỉnh, tăng đơ cố định cốp pha

để khi đổ bê tông cốp pha không bị dịch chuyển Chính xác bằng máy toàn đạc điện

tử

Sau khi căn chỉnh xong, tiến hành lắp đặt sẵn các ống chờ khoan phụt bù và khoan phụt gia cường (Sau khi vỏ bê tông đạt cường độ theo thiết kế)

Bước 4: Công tác bịt đầu đốc, lắp đặt tấm cách nước (nếu có)

Sau khi tiến hành di chuyển cốp pha tới khối đổ, dùng các tấm tôn cách nước lắp đặt vào vị trí đầu đốc khối đổ, tiến hành lắp đặt cốp pha lưới thép vào đầu đốc khối đổ

Bước 5: Công tác đổ bê tông

Bê tông vách hầm: Cấu tạo cốp pha có một hệ thống cửa sổ để tiến hành đầm

và làm cửa đưa đầu vòi bơm bê tông vào khối đổ Để đảm bảo cốp pha không bị méo lệch, xê dịch trong quá trình đổ bê tông, tiến hành đổ đều hai bên vách hầm theo từng lớp, chiều cao mỗi lớp sẽ tùy thuộc thực tế thi công, cụ thể: Cứ hết 1 lớp lại chuyển vòi bơm sang vách kia để đổ Trong quá trình bơm bê tông vào khối đổ tiến hành khởi động các đầm rung gắn liền với cốp pha để đầm bề mặt, dùng đầm dùi công suất 2,1kw đầm vào khối đổ qua các cửa sổ đầm của hệ thống cốp pha, đầm đến khi đạt yêu cầu, tránh đầm quá ít hay đầm quá kỹ làm phân tầng bê tông Khi bê tông còn cách cửa sổ đầm một khoảng nhất định tiến hành bịt cửa đầm và cửa đổ, di chuyển ống bê tông lên vị trí cao hơn, bê tông không để rơi tự do vào khối đổ ở độ cao không quá 1,5m để tránh phân cỡ cốt liệu

Bước 6: Công tác vệ sinh, bảo dưỡng, xử lý khuyết tật bê tông sau khi đổ

Đây là bê tông khối lớn nên có sự toả nhiệt cao vì vậy việc bảo dưỡng bê tông bằng cách tưới nước lên bề mặt bê tông sẽ được tiến hành ngay sau khi bề mặt

của bê tông đông kết và duy trì việc bảo dưỡng trong thời gian 7 ngày

Sau khi công tác đổ bê tông tiến hành xong thì việc vệ sinh phải làm kịp thời

để bê tông trong máy bơm và ống dẫn không kịp đóng rắn Dùng nước có áp phun rửa sạch máy bơm, hệ thống ống dẫn bê tông, cốp pha và nền hầm để chuẩn bị cho các khối đổ tiếp theo

Sau khi tháo dỡ cốp pha ra khỏi khối đổ mời tư vấn giám sát nghiệm thu bề

mặt khối đổ và chỉ rõ vị trí khuyết tật cần xử lý nếu có

Để tìm hiểu sâu hơn khi thi công công trình ngầm bằng phương pháp nổ mìn,

sẽ được giới thiệu ở chương sau

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

2.1 Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn công trình

2.1.1 Điều kiện địa chất công trình

Tính chất cơ - lý của đất đá gây ảnh hưởng lớn về khía cạnh này hay khía cạnh khác trong quá trình thiết kế và thi công công trình ngầm Nếu không hiểu rõ tính chất cơ - lí của đất đá sẽ không thể giải quyết được phương án thiết kế, phương pháp thi công (phá nổ, khoan đào, phòng chống đá lăn, sập vách và vòm,…) hợp lý

Tính chất cơ lý của đất đá thay đổi theo nguồn gốc, điều kiện thành tạo, các tác nhân nội và ngoại động lực của vỏ trái đất Đó là điều kiện hình thành, thành phần hóa học, tính chất vật lý của môi trường, trạng thái tồn tại, sự vận động kiến tạo của vỏ trái đất, sự biến đổi của điều kiện khí hậu, tác dụng của sinh vật,… Nguồn gốc tạo thành là đặc trưng cơ bản quyết định tính chất cơ lí của đất đá

Các đá mácma nguyên khối đặc sít, rắn chắc được tạo bởi các hạt khoáng liên kết bền vững thường có độ bền cơ học cao Các đá trầm tích được hình thành từ những dung dịch thật, dung dịch keo, đới vỡ vụn và các di tích hữu cơ,… có cường

độ khác nhau theo điều kiện và hoàn cảnh thành tạo Vì vậy, có thể phân loại đá trầm tích theo các trạng thái liên kết của thành phần hạt làm 3 loại:

- Đá trầm tích vụn cơ học: Các đá trầm tích gồm các mảnh vụn (các hạt) liên kết rất yếu hoặc không có lực liên kết như cát hoặc sỏi sạn

- Đá trầm tích sét: Các loại hạt đất có liên kết mềm dính giống đất sét

- Đá trầm tích gắn kết có liên kết gần giống tính chất cơ học của đá mácma Các đá trầm tích gắn kết như cát kết, dăm kết,… ngoài thành phần hạt vụn còn có xi măng gắn kết là các muối, hữu cơ, khoáng chất, can xi ooxxyt sắt, thạch cao, vật chất sét,… Những vật chất sét dưới tá dụng của trọng lực và các phản ứng hóa học không chỉ làm tăng độ đặc mà còn gây ra quá trình hóa lí, hóa keo trong đất

Đối với đá biến chất, cường độ của nó có thể tăng lên hoặc giảm đi tùy theo điều kiện tác dụng biến chất và đặc điểm của đá nguyên thủy

2.1.1.1 Cấu trúc của đất đá

Kiến trúc và cấu tạo của đất đá là một trong những đặc trưng quan trọng quyết định tính chất cơ lí của chúng, nó thể hiện trạng thái cấu thành của các khoáng vật tạo ra chất đá đó

Kiến trúc của đất đá được đặc trưng bởi trình độ kết tinh, hình dáng, kích thước của hạt khoáng vật, mối liên kết giữa chúng với nhau và giữa các hạt với lượng xi măng gắn kết (chất gắn kết) Đá có liên kết kết tinh (đá macsma, đá biến chất, trầm tích hóa học) thường có cường độ cao, độ bền liên kết lớn nhưng khi bị phá hoại thì không khôi phục lại được Đá có liên kết keo tụ có cường độ và độ bền tương đối thấp Đất thường có kiến trúc hạt rời rạc, xốp rời hoặc kiến trúc tổ ong, bông tuyết hay kiến trúc hỗn hợp có lực liên kết yếu

Cấu tạo của đất đá là đặc điểm về sự phân bố và sắp xếp của các hợp phần hay mức độ đồng nhất của các hợp phần tạo đất đá Đặc điểm cấu tạo của đất đá có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và tính biến dạng của chúng Đất đá khi có cấu tạo khối chúng có tính đồng nhất và khi có cấu tạo phân lớp chúng có tính dị hướng về

cơ học và tính chất đối với nước

2.1.1.2 Tính nứt nẻ (khe nứt) của đá

Mức độ phát triển và đặc điểm các khe nứt của đá có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tính ổn định và tính thấm nước của đá Có thể phân loại đá theo mức độ phát triển khe nứt thành 3 loại sau:

- Đá nứt nẻ thấp: Khe nứt không sâu, rộng dưới 1mm (hiếm có khe nứt 2mm) khoảng cách giữa các khe nứt từ 0,5 -:- 1,0m

- Đá nứt nẻ trung bình: Các khe nứt nhỏ phát triển nhiều hướng khác nhau xen lẫn khe nứt hẹp và khe nứt vừa, khoảng cách giữa các khe nứt từ 0,3-:-0,5m

- Đá nứt nẻ mạnh: Khe nứt sâu, phát triển nhiều hướng, ngoài khe nứt hẹp và khe nứt vừa hay gặp khe nứt rộng, khoảng cách giữa các khe nứt từ 0,1-:-0,3m

Các khe nứt trong đá có thể phát triển song song với mặt phân lớp, phân phiến hoặc cắt mặt phân lớp tùy theo tác dụng phong hóa vật lí, thành phần khoáng vật và ảnh hưởng của lực vận động kiến tạo,…

Đá càng nứt nẻ mạnh thì độ bền càng thấp, tính ổn định cũng thấp nhưng khả năng khai đào dễ dàng hơn, tính thấm nước tăng

2.1.1.3 Tính phong hóa của đá

Mức độ phong hóa của đá biến đổi (giảm dần) theo chiều sâu và được chia

ra thành các đới: Nứt nẻ, tảng khối, dăm sạn và vụn mịn

- Đới nứt nẻ: Đới sâu nhất của vỏ phong hóa, các khe nứt phát triển gây ảnh hưởng đến tính liền khối và lực liên kết giữa các thành phần khoáng vật trong đá

Đá đới nứt nẻ, vẻ bề ngoài khó phân biệt với đá gốc, bề mặt khe nứt thường có màu nâu sẫm do tác dụng với nước thấm từ mặt đất xuống Tại các khe nứt rộng có vạt chất sét lấp nhét Tính chất cơ lí hầu như giống đá gốc, cường độ chống cắt và chống nén giảm đôi chút

- Đới khối tảng: Phần đất đá có khe nứt phong hóa phát triển mạnh, phá hủy

đá thành các khối, tảng, các khe nứt nguyên sinh (khe nứt chẻ) to ra Tại đới này không có khoáng vật thứ sinh hoặc chỉ có chút ít ở bề mặt khe nứt Càng gần mặt đất tính chất của đá phong hóa càng khác xa đá gốc

- Đới dăm sạn: Bao gồm các mảnh dăm sạn thỉnh thoảng có cuội nhỏ hoặc hạt vụn mịn Khoáng vật nguyên sinh chiếm ưu thế nhưng đã chứa các khoáng vật thứ sinh rất đa dạng Đôi khi gặp đá cát kết bị phong hóa đã chuyển thành cát rời rạc

do các chất gắn kết đã bị hòa tan và rửa trôi

- Đới vụn mịn: Đới tạo bởi các khoáng vật thứ sinh có độ phân tán lớn, các khoáng vật nguyên sinh bị phân hủy mạnh mẽ lẫn trong các khoáng vật thứ sinh Độ bền chống cắt của chúng thấp

Như vậy, vỏ phóng hóa biến đổi theo độ sâu, càng gần mặt đất đá bị phong hóa càng mạnh Sự phong hóa của đá có ảnh hưởng nhất định đến công trình xây dựng trên mặt đất và các công trình ngầm

2.1.1.4 Tính lỗ rỗng

Bất kỳ loại đá nào cũng chứa lỗ rỗng hoặc khe nứt, chúng chỉ khác nhau về mức độ lớn và thể tích lỗ rỗng mà thôi Đá càng đặc sít (mật độ cao) độ rỗng càng

bé, ngược lại càng xốp rời độ rỗng càng tăng Theo nguồn gốc có thể phân chia lỗ rỗng của đá thành: Lỗ rỗng nguyên sinh và lỗ rỗng thứ sinh

Lỗ rỗng nguyên sinh (hoặc khe nứt nguyên sinh) được thành tạo đồng thời với quá trình hình thành đất đá: Quá trình tạo đá macsma, đá biến chất và đá trầm tích

Lỗ rỗng thứ sinh: Được hình thành do đá gốc bị tác dụng phong hóa, do vận động kiến tạo, do hiện tượng xâm thực,… diễn ra chậm chạp, lâu dài Nhìn chung, các lỗ rỗng hoặc khe nứt, trong chừng mực nào đó do hiện tượng thấm nước dưới đất, thường lấp nhét bởi các muối dễ hòa tan hay các oxit sắt, SiO2,… làm giảm tính

lỗ rỗng của đá

Tính lỗ rỗng của đất đá có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc nghiên cứu tính chất cơ – lí (cường độ, tính chứa nước, khối lượng thể tích đất tự nhiên, tính thấm nước, …) của đất đá

Tính lỗ rỗng của đất đá ảnh hưởng rất lớn đến công tác chống đỡ trong quá trình đào hầm

2.1.1.5 Tính hóa mềm và tính tan rã

1 Tính hóa mềm: Tính chất xảy ra khi đất đá bị ngấm nước làm cường độ

của nó bị giảm Tính hóa mềm của đất đá được biểu thị bằng hệ số hóa mềm (η)

Tính hóa mềm của đất đá phụ thuộc vào độ rỗng, thành phần khoáng vật và lực liên kết kiến trúc của nó Hệ số hóa mềm thay đổi trong phạm vi rộng η = 0 - 1

và được dùng để phân loại đất đá:

Đất đá không bị hóa mềm khi: η = 0,9 ÷ 1,0

Đất đá có tính hóa mềm trung bình: η = 0,75 ÷ 0,9

Đất đá có tính hóa mềm mạnh: η < 0,75

Sét kết, cát kết có η ≤ 0,15 – 0,5, granit tươi mới η ≈ 1,0 Các đá phiến sét, acgilit, đá vôi chứa sét và đá phấn, … là các đá dễ bị hóa mềm khi tiếp xúc với nước Các đá chứa sét hoặc chất gắn kết là các muối dễ hòa tan cũng thuộc loại đá

bị hóa mềm khi tiếp xúc với nước Hệ số hóa mềm là chỉ tiêu gián tiếp để đánh giá

sức chống phong hóa, tính ổn định của đất đá Hệ số hóa mềm càng bé sức chống phong hóa của đá càng thấp

2 Tính tan rã: Tính tan rã của đất đá do chất kết dính giữa các hạt đất bị trương nở hòa tan làm triệt tiêu lực liên kết kiến trúc trong đất đá Không chỉ đất loại sét mà ngay cả các đá trầm tích gắn kết bởi xi măng có tính hòa tan hoặc chứa chất sét (dăm kết, cát kết và bột kết, …) cũng có thể bị tan rã khi tiếp xúc lâu dài trong nước

Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính tan rã của đất đá:

- Thời gian tan rã: Khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc quá trình tan rã (khi khối đất bị phân rã thành các phân tố có kích thước khác nhau và mất tính dính kết)

- Đặc điểm tan rã: Phản ánh hình thức quá trình tan rã

- Độ ẩm kết thúc quá trình tan rã

Độ ẩm ban đầu có ảnh hưởng lớn đến tốc độ và đặc điểm tan rã của đất loại sét Hiện tượng tan rã và đặc biện gây khó khăn khi thi công đất nền, công trình ngầm, sự thay đổi mái dốc ven hồ chứa nước, tính ổn định của mái dốc thành hó móng và các công trình bằng đất Tùy theo mục đích công việc, tính tan rã của đất được xác định bằng mẫu nguyên dạng hay bằng mẫu xáo động hoặc mẫu chế bị

2.1.1.6 Tính hút nước, tính ngậm nước và tính nhả nước

1 Tính hút nước (hút ẩm): Tính chất của đá rắn hấp thụ nước, phụ thuộc vào

độ lớn và đặc tính lỗ rống, điều kiện hấp thụ của chúng Đất thường có khe nứt mở

và khe nứt kín, do đó, lượng nước hấp thụ bao giờ cũng nhỏ hơn thể tích lỗ rỗng Tốc độ hấp thụ nước khi có áp lực thường lớn hơn rất nhiều so với điều kiện bình thường

Độ hút nước biểu thị khả năng hấp thụ nước của đá trong điều kiện bình thường và nó là tỷ số giữa lượng nước hấp thụ và khối lượng đá ở trạng thái khô

Trong điều kiện áp lực đạt 150atm, hầu như toàn bộ thể tích khe nứt mở đều chứa đầy nước

2 Hệ số bão hòa: Là tỷ số giữa độ hút nước và độ bão hòa