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

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, công trình thủy điện được công nhận là nguồn năng lượng quan trọng cho sự phát triển quốc gia Đặc biệt, việc thi công giếng nghiêng là cần thiết cho các nhà máy thủy điện nằm trong khu vực có địa hình phức tạp và thay đổi đột ngột.

Công tác thi công giếng nghiêng gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn biện pháp và thiết bị, do đặc thù địa hình và địa chất của khu vực xây dựng Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất biện pháp thi công giếng nghiêng là cần thiết và có ứng dụng thực tiễn cao trong thi công tuyến năng lượng cho các nhà máy thủy điện.

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

CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

Qua các môn học trong chương trình đào tạo Cao học của Trường đại học Thủy Lợi

Dựa trên các tài liệu thiết kế và thi công của những công trình ngầm tiêu biểu tại Việt Nam cũng như các quốc gia khác, cùng với kinh nghiệm thực tế mà học viên đã tích lũy trong quá trình thi công, chúng tôi đã tổng hợp những kiến thức quý giá để nâng cao hiệu quả trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu các biện pháp thi công các công trình ngầm

Nghiên cứu đặc điểm địa hình và địa chất của công trình thủy điện Đakđring, đồng thời phân tích tổ chức giao thông trong khu vực Đề xuất biện pháp thi công giếng nghiêng hiệu quả bằng phương pháp khoan Robin nhằm tối ưu hóa quá trình thi công.

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.

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

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

Các công tác chính trong thi công đường hầm bằng phương pháp

1.2.2 Công tác khoan gương nổ mìn

1.2.4 Công tác cấp điện, nước

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

1.2.7 Công tác thi công vỏ hầm

ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

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

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

2.3.4 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

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG GIẾNG NGHIÊNG BẰNG THIẾT BỊ ĐÀO ROBIN VÀ CỐP PHA TRƯỢT

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

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

Phương pháp thi công vỏ giếng nghiêng

3.3.1 Nguyên lý thi công vỏ giếng nghiêng

ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐAKĐRINH

Tổng quan về công trình thủy điện Đakđrinh

4.1.3 Các thông số chính của tuyến năng lượng

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

Tổ chức thi công vỏ giếng nghiêng bằng cốp pha di chuyển

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

1.1.1 Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ

Trình tự thi công phương pháp này gồm nhiều công đoạn

Trong quá trình đào hầm, phương pháp nổ mìn lỗ nông được sử dụng phổ biến Số lượng lỗ mìn khoan phụ thuộc vào độ cứng và mức độ nứt nẻ của đất đá, cũng như chiều sâu lỗ mìn, loại thuốc nổ và trọng lượng bao thuốc Chiều sâu của lỗ mìn thường được khoan sâu hơn chiều sâu tiến của khoang đào để đảm bảo hiệu quả nổ.

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

L k : Bước tiến của đường hầm hay chiều dài sau một chu kỳ khoan -nổ α: Góc nghiêng của lỗ mìn tạo rãnh

Trong gương đào của đường hầm, các lỗ mìn được nổ theo trình tự sau:

* Trường hợp nổ mìn sửa:

- Nổ lỗ mìn tạo rãnh (1) trước

- Sau khi tạo phễu (2) tiến hành nổ 5,4

* Trường hợp nổ mìn viền:

Hiện nay, thiết bị khoan trong đường hầm chủ yếu sử dụng máy khoan tự di chuyển hoặc gắn trên xe, như máy khoan xoay đập tại công trình đường hầm dẫn dòng Cửa Đạt Loại máy khoan này có khả năng khoan toàn bộ mặt gương đào với đường kính 9m, ví dụ như máy Boomer của Thụy Điển với ba cần khoan Ngoài việc khoan, máy còn hỗ trợ cậy đá, rửa đá, và đặt đinh thép hoặc neo đá vào gương đào Chiều sâu khoan nổ tối đa lý thuyết bằng bán kính Tuynen cần được tính toán kỹ lưỡng qua thử nghiệm nổ Tại công trình Cửa Đạt, với khoảng cách Lk < 4,5m, việc này giúp giảm nứt nẻ đá xung quanh tuynen, đảm bảo chống thấm hiệu quả và giảm thiểu hiện tượng phụt vữa.

Thuốc ammônít N0-1 là loại thuốc nổ phổ biến trong ngành đào đường hầm, được sản xuất dưới dạng thỏi có kích thước 36 mm, dài 13,5 cm và trọng lượng 200 gram Với khả năng phá vỡ mạnh mẽ, loại thuốc này có hiệu suất hơi yếu hơn một chút so với loại chứa 62% dinamit, với hệ số hao hụt là 1,07 so với ammônít.

N 0 -1) Ammônít N 0 -6 thường áp dụng cho những loại đá cứng trung bình

Nổ mìn tạo mặt phẳng trong đường hầm yêu cầu khối lượng còn sót lại phải nhỏ hơn thiết kế theo chu vi Khối lượng này được nổ sau khi kích nổ mìn chính thông qua các lỗ mìn bổ sung có đường kính nhỏ hơn, được khoan song song với trục đường hầm và cách nhau 20 cm Quy trình nạp thuốc diễn ra theo thứ tự: một lỗ nạp thuốc, một lỗ không nạp thuốc, và lặp lại Loại thuốc sử dụng có tính năng phá yếu hơn so với thuốc nổ chính Tại đường hầm Cửa Đạt, quá trình nổ được thực hiện bằng kíp nổ điện vi sai, với các bước nổ mìn tạo rãnh trước, sau đó nổ phá và cuối cùng là 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 giúp giảm thiểu nứt nẻ do nổ mìn Quy mô của mỗi lần nổ cần nhỏ hơn lượng thuốc nổ cho phép, đảm bảo vận tốc sóng xung kích thấp hơn tốc độ lay động của hạt đá Điều này giúp tránh ảnh hưởng đến vật chống đỡ và duy trì chất lượng đá xung quanh hầm.

Việc sử dụng các vì chống bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép giúp hạn chế biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi đào, đồng thời liên kết hiệu quả các khối đá lại với nhau Điều này làm cho đất đá xung quanh hầm trở thành một phần quan trọng trong 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 :

Kết cấu hầm bao gồm sự kết hợp giữa đá núi và vỏ hầm, với hầm được chống đỡ chủ yếu bằng khối đất đá xung quanh, đây là khái niệm cốt lõi của phương pháp NATM Kỹ sư hầm cần áp dụng khái niệm này trong quá trình đào hầm Hệ thống chống đỡ hầm nên được sử dụng một cách hạn chế, nhằm hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định của khối đá.

Theo phương pháp NATM, việc duy trì cường độ nguyên thủy của khối đá là rất quan trọng Các phương pháp chống đỡ truyền thống như gỗ hoặc vòm thép không đủ hiệu quả trong việc ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Do đó, bê tông cần được phun ngay sau khi đào để đảm bảo ngăn chặn sự biến dạng của khối đá một cách hiệu quả.

Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, giữa hệ thống chống đỡ và khối đá luôn tồn tại một khoảng trống, khiến khối đá xung quanh có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm Sự biến dạng này sẽ phát triển đến một độ sâu nhất định từ tường hầm Ngược lại, phương pháp NATM áp dụng bêtông phun trực tiếp, giúp bám chặt vào bề mặt khối đá quanh đường hầm, từ đó ngăn chặn hiện tượng biến dạng của khối đá.

Việc ngăn chặn biến dạng của khối đá là cần thiết để duy trì cường độ của nó, vì khối đá rời rạc sẽ làm giảm sức mạnh Cường độ của khối đá chủ yếu phụ thuộc vào lực ma sát giữa các phân khối, và khi ma sát giảm, cường độ cũng sẽ giảm theo Nguyên tắc này đặc biệt quan trọng đối với đá cứng Đối với đá mềm, như lớp đá trầm tích từ Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính của chúng lại phụ thuộc vào lực dính và góc nội ma sát.

Khối đá cần được duy trì trong điều kiện ứng suất nén ba trục để đạt được cường độ tối ưu Cường độ của khối đá khi chịu ứng suất nén đơn trục hoặc hai trục thường thấp hơn so với khi ở trong điều kiện ba trục.

Cường độ chịu nén của khối đá trong điều kiện nén nhiều trục vượt trội hơn so với điều kiện nén một trục Sau khi hoàn thành đào hầm, vách hầm sẽ ở trạng thái nở hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt Để đảm bảo duy trì ứng suất nén ba trục và ổn định cho khối đá, việc phủ kín vách hầm bằng bêtông phun là cần thiết.

Để đảm bảo chất lượng đào hầm và hiệu quả kinh tế, việc ngăn chặn biến dạng của khối đá là rất quan trọng Cần thiết lập hệ thống chống đỡ hợp lý để ngăn chặn sự giãn nở và nguy cơ đổ sập của khối đá Khi hệ thống này được triển khai đúng cách, sẽ nâng cao chất lượng công trình đào hầm.

Biến dạng vượt quá giới hạn có thể dẫn đến sự phát triển của vùng biến dạng dẻo quanh hầm và xuất hiện khe nứt "Ngăn chặn sự biến dạng" có nghĩa là giảm thiểu tối đa biến dạng xung quanh hầm, mặc dù biến dạng do quá trình đào hầm là không thể tránh khỏi, chẳng hạn như biến dạng đàn hồi hoặc do nổ mìn Do đó, cần thiết phải xác định giới hạn biến dạng cho phép cho từng loại hệ thống chống đỡ và cập nhật dựa trên các kết quả đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật.

Hệ thống chống đỡ cần được lắp đặt đúng thời điểm để đạt hiệu quả tối ưu Việc lắp đặt quá sớm hoặc quá muộn có thể gây ra hậu quả tiêu cực Độ cứng và độ mềm của hệ thống chống đỡ cũng rất quan trọng; nó không nên quá mềm hoặc quá cứng Cần đảm bảo rằng hệ thống có độ mềm dẻo phù hợp để duy trì cường độ của khối đá.

Kết luận

Nhà máy thủy điện Đakđrinh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho miền Trung và toàn quốc Để tăng tốc độ thi công, tác giả đã áp dụng công nghệ đào giếng nghiêng bằng thiết bị Robin và phương pháp thi công vỏ bê tông giếng nghiêng bằng cốp pha di chuyển Để đảm bảo chất lượng, tiến độ và an toàn lao động, cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật, thực hiện đúng trình tự thi công, lựa chọn máy móc phù hợp và bố trí hợp lý nhân lực cùng thiết bị Đặc biệt, trong tổ chức thi công, cần linh hoạt theo năng lực đơn vị và tận dụng tối đa lợi thế địa phương như địa hình, địa chất và nguồn lực.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Những kết quả đạt được của luận văn

Luận văn "Nghiên cứu biện pháp thi công giếng nghiêng bằng phương pháp đào Robin và cốp pha trượt" đã tổng hợp các phương pháp đào hầm, trình bày các bước chính trong công tác đào hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn Bên cạnh đó, luận văn cũng nêu rõ các biện pháp an toàn lao động và vệ sinh môi trường, đặc biệt nhấn mạnh các bước quan trọng trong quá trình đào giếng nghiêng bằng thiết bị đào.

Robbin đã thực hiện thi công bê tông vỏ giếng nghiêng bằng phương pháp cốp pha di chuyển, đồng thời tiến hành tính toán và lựa chọn một số thiết bị chủ đạo phục vụ cho quá trình thi công.

Bài viết này sử dụng thủy điện Đakring làm ví dụ điển hình, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà thiết kế hệ thống thi công giếng nghiêng và giếng đứng.

Những tồn tại và hạn chế

Nội dung nghiên cứu chỉ hạn chế cho một công trình nên kết quả chỉ giới hạn áp dụng trong phạm vi hẹp.