Nghiên cứu đề xuát một số giải pháp xử lý các sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT --- ĐỖ XUÂN HỘI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM TH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-

ĐỖ XUÂN HỘI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP

XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM

THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-ĐỖ XUÂN HỘI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP

XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM

THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60 58 02 04

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS Võ Trọng Hùng

Hà Nội - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các dữ liệu đã nêu trong luận văn có nguốn gốc rõ ràng, kết quả của luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà nội, ngày 05 tháng 04 năm 2015

Tác giả

Đỗ Xuân Hội

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ THƯƠNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 6

1.1 Tổng quan 6

1.2 Công tác xây dựng công trình ngầm thủy lợi, thủy điện trên thế giới 8

1.3 Công tác xây dựng công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam 11

1.4 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện 13

1.4.1 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện trên thế giới 13

1.4.2 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam 15

1.5 Đánh giá chung về các dạng sự cố xảy ra trong thi công xây dựng công trình ngầm thủy lợi thủy điện 21

1.5.1 Sập lở đất đá đến mặt mặt đất 22

1.5.2 Sập lở đất đá với trụt lở là thường không nhận thấy từ bên ngoài mà chỉ xảy ra trong nội bộ khối đá bao quanh đường hầm 23

1.5.3 Tróc lở cục bộ đất đá 23

1.5.4 Bục nước đột ngột hoặc bục hỗn hợp nước bùn cát 23

1.6 Phương pháp xử lý sự cố trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi thủy điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam 24

1.6.1 Phương pháp xử lý sự cố đường hầm thoát nước tại Hull 24

1.6.2 Phương pháp xử lý Sự cố dự án xử lý nước Wastewater Treatment Project Alpha 24

1.6.3 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đak Mi 4a- Quảng Nam 25

1.6.4 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đồng Nai 4 27

1.6.5 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện An Khê-Kanak, Gia Lai 29

1.6.6 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Ba Hạ, Phú Yên 30

1.6.7 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước công trình thủy

1.6.8 Phương pháp xử lý sự cố đới phá hủy kiến tạo-sạt trượt tại thủy điện Sử Pán 33

1.7 Nhận xét Chương 1 34 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CÁC SỰ

CỐ THƯỜNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 35 2.1 Tổng quan 35 2.2 Phân loại các dạng sự cố trong xây dựng công trình ngầm thủy lợi

và thủy điện ở Việt Nam 35

2.2.1 Phân loại các dạng sự cố trong xây dựng công trình ngầm thủy lợi

2.2.2 Phân loại các dạng sự cố trong xây dựng công trình ngầm thủy lợi

2.3 Nguyên nhân gây ra sự cố trong xây dựng một số công trình ngầm thủy lợi và thủy điện ở Việt Nam 38

2.3.1 Nguyên nhân gây ra sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đak Mi 4a- Quảng Nam 38

2.3.2 Nguyên nhân sự cố sụt tróc lở hầm dẫn nước nhà máy thủy điện

Đồng Nai 4 39

2.3.3 Nguyên nhân sự cố sụt lở hầm dẫn nước nhà máy thủy điện An Khê– Kanak Gia lai 39

2.3.4 Nguyên nhân sự cố sập lở hầm dẫn nước nhà máy thủy điện sông Ba Hạ Phú Yên 41

2.3.5 Nguyên nhân sự cố sập lở của hầm thủy điện Ngàn Tươi-CẩmTrang Hà Tĩnh 42

2.3.6 Nguyên nhân sự sập lở thủy điện Sử Pán 42

2.3.7 Nguyên nhân sự cố bục nước tại dự án Sông Bung 43

2.4 Tổng hợp các nguyên nhân gây ra sự cố thường xảy ra trong quá trình thi công các công trình thủy lợi và thủy điện ở Việt Nam 43

2.4.1 Các nguyên nhân liên quan tới các điều kiện tự nhiên 44

2.4.2 Các nguyên nhân chủ quan 45

2.4.3 Các nguyên nhân khách quan 46

2.4.4 Các nguyên nhân khác 47

2.5 Phương pháp khắc phục các dạng sự cố trong quá trình thi công các công trình ngầm thủy lợi thủy điện ở Việt Nam 48

2.5.1 Phương pháp khắc phục các dạng sự cố trong quá trình thi công các công trình ngầm thủy lợi thủy điện ở Việt Nam trong môi trường đá 49

2.5.2 Phương pháp khắc phục các dạng sự cố trong quá trình thi công các công trình ngầm thủy lợi thủy điện ở Việt Nam trong môi trường đất 50

2.6 Nhận xét Chương 2 51

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM 52

3.1 Tổng quan 52

3.2 Một số chủng loại sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng

các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam 52

3.3 Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp để xử lý một số các sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi và thủy điện ở Việt Nam 55

3.3.1 Giải pháp xử lý bằng phương pháp cược gương và nóc hầm (phương pháp cơ học) 56

3.3.2 Giải pháp xử lý bằng phương pháp ép vữa 56

3.3.3 Giải pháp xử lý bằng phương pháp chia gương hầm để đào 57

3.3.4 Giải pháp xử lý thoát nước và gia cố vùng phay phá chứa nước 58

3.3.5 Giải pháp xử lý bằng phương pháp sử dụng kết cấu chống 61

3.3.6 Giải pháp xử lý bằng phương pháp hỗ trợ quan trắc, đánh giá độ ổn định của công tình ngầm 68

3.4 Nhận xét Chương 3 72

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM THỦY ĐIỆN BẢN CỐC 73

4.1 Tổng quan 73

4.2 Cụm nhà máy thủy điện Bản Cốc 73

4.2.1 Nhà máy thủy điện 74

4.2.2 Tuyến đập tràn và các thông số 74

4.2.3 Tuyến đập không tràn và các thông số: 75

4.2.4 Cống xả cát 75

4.2.5 Tuyến năng lượng và các thông số 76

4.2.6 Cửa nhận nước 76

4.2.7 Kênh ra 77

4.2.8 Đường vận hành 78

4.2.9 Trạm biến áp 110kV 78

4.3 Một số thông tin cơ bản về quá trình xây dựng các công trình ngầm Thủy điện Bản Cốc 79

4.3.1 Giếng đứng 80

4.3.2 Hầm dẫn nước sau giếng đứng 80

4.4 Một số sự cố xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm Thủy điện Bản Cốc 80

4.5 Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp xử lý sự cố xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm Thủy điện Bản Cốc 82

4.5.1 Nguyên nhân của sự cố sập hầm thủy điện Bản Cốc 82

4.5.2 Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp để khắc phục sự cố hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Bản Cốc 84

4.5.3 Nghiên cứu sử dụng phương pháp dùng vì chống và neo vượt trước để tiến gương 85

4.5.4 Nghiên cứu sử dụng phương pháp dùng vì chống không neo vượt trước để tiến gương 88

4.5.5 Nghiên cứu sử dụng phương pháp cứng hóa khối đất khu vực hầm đi qua, dùng vì chống để tiến gương 91

4.5.6 Phương pháp xử lý cứng hóa khối đất khu vực hầm bằng các lỗ khoan có đường kính và chiều sâu lớn, kết hợp với vì chống để tiến gương 95

4.5.7 So sánh các phương án 100

4.6 Nhận xét chương 4 102

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các tai biến địa chất và khả năng phòng tránh sự cố 53

Bảng 3.2 Bảng tính chất cát sỏi, thành phần hạt và bán kính phễu nước 59

Bảng 3.3 Hệ số lọc của lớp đá K 60

Bảng 3.4 Các loại kết cấu chống sử dụng trong công trình ngầm 61

Bảng 4.1 Bảng so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp thi công 100

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đường hầm thoát nước ở Hull, sụt lún mặt đất, giếng thi công 14

Hình 1.2 Sự cố sụt lún lở hầm phát triển tới mặt đất tại thủy điện Đak Mi 4a, 2008 16

Hình 1.3 Sự cố tróc lở hầm nhà máy thủy điện đồng nai 4, Đồng Nai 17

Hình 1.4 Sự cố sập lở hầm nhà máy thủy điện An Khê- Knak, Gia Lai 18

Hình 1.5 Sự cố sập lở hầm nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ Phú Yên 19

Hình 1.6 Sự cố sập lở cửa hầm tuy nunel Ngàn Trươi-Cẩm Trang, Hà Tĩnh 20

Hình 4.1 Sự cố sập lở đến mặt đất tại công trình thủy điện Bản Cốc 82

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Từ xa xưa khi loài người còn trong thời kỳ tiền sử, họ đã biết tận dụng những hang động trên mặt đất làm nơi cư trú và chứa đựng lương thực thực phẩm sau đó cùng với sự tiến hóa và phát triển qua các thời kỳ với các thập

kỷ qua để trở thành loài người văn minh hiện đại như ngày nay Con người vẫn không ngừng tìm tòi và khám phá các khoảng không gian ngầm dưới mặt đất để phục vụ cho các nhu cầu của cuộc sống với các mục đích khác nhau

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu cầu của cuộc sống, ngày càng đặt ra những vấn đề lớn cho công tác nghiên cứu phương án xây dựng công trình ngầm trong lòng đất phục vụ các mục đích sống của con người Các hạng mục công trình ngầm rất phong phú và đa dạng có thể kể đến các công trình ngầm phục vụ công tác tài nguyên khoáng sản, công trình ngầm giao thông công cộng, công trình ngầm thủy điện thủy lợi, công trình ngầm phục vụ an ninh quốc phòng, và các công trình ngầm đặc biệt khác

Đặc điểm riêng biệt và phức tạp của việc xây dựng các công trình ngầm trong lòng đất là công trình ngầm và môi trường đất đá cùng làm việc với nhau Đặc điểm của môi trường đất đá thay đổi phức tạp, sự phức tạp của đất

đá (sự thay đổi tính chất) có thể diễn ra ngay ở trên cùng một diện tích gương đào, thành hố đào hay cùng một khu vực khai thác

Do sự thay đổi liên tục của địa chất như vậy lên phương pháp tác động

cơ học (tác động khai đào) để phá vỡ đất đá có thể được coi là các biển hiện của điều kiện địa chất phức tạp trong khối đất đá Nếu hiểu biết tỉ mỉ về khối

đá thì việc tác động cơ học vào khối đá cũng tránh nguy hiểm cho khối đá và con người hơn Mặt khác do tính phức tạp của các khối đá có ảnh hưởng trực tiếp đến các công trình ngầm trong quá trình thi công vì vậy trong từng điều

kiện địa chất cụ thể chúng ta sẽ có những biện pháp thi công phù hợp tránh những rủi ro Việc rủi ro trong quá trình thi công sẽ dẫn đến những tai nạn khó lường ảnh hưởng sâu sắc đến tính mạng tinh thần của những người tham gia trực tiếp thi công; đồng thời thiệt hại lớn về tài sản cũng như kinh tế Trong điều kiện địa chất phức tạp các công trình ngầm hiện nay đang gặp phải những vấn đề hết sức khó khăn mặc dù với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, con người đã và đang xử lý được triệt để các vấn đề dù phức tạp nhất của điều kiện địa chất Tuy nhiên trong thực tế các sự cố vẫn thường xuyên xảy ra Việc xảy ra các sự cố chính là sự biến đổi bất thường không lường trước được của điều kiện thi công như do điều kiện địa chất, địa chất thủy văn

Trong những năm gần đây kỹ thuật và công nghệ xây dựng công trình ngầm trên thế giới đã có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt khi thi công các công trình ngầm trong điều kiện địa chất phức tạp có nguy cơ sự cố rất cao Tuy nhiên rất nhiều các công trình ngầm đã được xây dựng thành công an toàn và hiệu quả, xong cũng không ít các sự cố để lại những hậu quả rất lớn Chính những hậu quả đặc biệt nghiêm trọng trong các sự cố kỹ thuật gây ra,

do đó việc phòng ngừa cũng như đưa ra các biện pháp xử lý các dạng sự cố này là hết sức cần thiết

Kết quả nghiên cứu khoa học cải tiến kỹ thuật có thể làm tăng hiểu biết chung giúp lý giải được các nguyên nhân dẫn đến các sự cố cho phép tìm những giải pháp phòng ngừa nhất định Tuy nhiên khối đá là vật thể địa chất phức tạp do đó đến nay kinh nghiệm thực tế đóng vai trò hết sức quan trọng Những người làm việc trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm phải triển khai công việc trên cơ sở các kinh nghiệm đã được tích lũy, từ những sự thất bại của các sự cố kỹ thuật đã xảy ra để làm bài học cho mình [19] [20]

Từ các cơ sở trên vấn đề nghiên cứu đề xuất một số giải pháp xử lý các

sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam trở nên cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mô tả về các sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện, nhằm mục đích nghiên cứu, tổng kết và đánh giá các dạng sự cố, nguyên nhân, cũng như các biện pháp khắc phục từ các công trình đã thi công trên thế giới và kết hợp với các công trình thi công ở Việt Nam Từ đó nghiên cứu đề xuất các biện pháp xử lý sự cố để giảm thiểu ảnh hưởng cũng như hạn chế tối thiểu tác hại của sự cố nhằm xây dựng các công trình ngầm đạt được hiệu quả và an toàn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Các công trình ngầm thủy lợi và thủy điện trên Thế giới và Việt Nam

đã và đang được thi công xảy ra sự cố từ đó đề xuất các biện pháp xử lý sự cố trong xây dựng công trình ngầm ở Việt Nam

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Từ các sự cố cụ thể trong quá trình thi công cũng như các giải pháp đã được áp dụng trong thực tiễn thi công chúng ta sẽ mạnh dạn đề xuất và nghiên cứu những giải pháp cụ thể trong quá trình xử lý các dạng sự cố Ngoài phần

mở đầu và kết luận-kiến nghị luận văn gồm có nội dung chính như sau:

- Tổng quan về các sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các

công trình ngầm thủy lợi, thủy điện bao gồm giới thiệu về quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện trên thế giới cũng như đã và đang xây dựng ở Việt Nam Từ đó nêu các dạng sự cố thường gặp trong quá trình thi công đồng thời giới thiệu một số các phương pháp xử lý sự cố trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi thủy điện trên thế giới cũng như tại Việt Nam

- Lý thuyết về các phương pháp xử lý sự cố các công trình ngầm thủy

lợi thủy điện, phân loại các loại sự cố, nguyên nhân các sự cố, từ đó tìm ra các phương pháp khắc phục trong quá trình thi công xây dựng

- Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp xử lý các sự cố thường xảy ra

trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam

Từ các dạng sự cố cụ thể trong quá trình thi công ta nghiên cứu đề xuất giải pháp cho từng loại sự cố

- Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp xử lý sự cố xảy ra trong quá

trình xây dựng các công trình ngầm Thủy điện Bản Cốc; từ những sự cố nêu trên để đề xuất áp dụng các giải pháp cụ thể trong quá trình thi công thủy điện Bản Cốc

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn sử dụng các phương pháp tổng hợp các tài liệu khoa học kỹ thuật, phương pháp phân tích, phương pháp so sánh, phương pháp thống kê các dạng sự cố cụ thể trong các điều kiện môi trường và địa chất khác nhau để từ đó tìm ra các giải pháp trong quá trình xử lý sự cố một cách

có hiệu quả

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài: đề tài đã tổng hợp các sự cố xảy ra trong

quá trình thi công và phân tích các nguyên nhân để từ đó đề xuất các giải pháp phòng chống cũng như xử lý các sự cố có thể xảy ra trên thực tế

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: đề tài góp phần rút kinh nghiệm và tìm

những giải pháp phù hợp để ngăn ngừa và hạn chế các sự cố trong quá trình thi công các công trình ngầm, công trình thủy lợi thủy điện có thể xảy ra trong tương lai

Trong xây dựng các công trình ngầm nguy cơ xảy ra các sự cố luôn luôn thường trực trong quá trình thi công, bởi những đặc điểm phức tạp của

khối đất đá cũng như những biến động hết sức khó lường theo thời gian Mặc

dù con người có thăm dò chi tiết đến bao nhiêu cũng không thể nhận định cũng như đánh giá một cách chính xác về khối đất đá Công tác xây dựng các công trình ngầm thủy lợi và thủy điện trên thế giới và ở Việt Nam đã xảy ra

rất nhiều các sự cố trong khi thi công Vì vậy, đề tài luận văn: “Nghiên cứu

đề xuất một số giải pháp xử lý các sự cố thường xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam” đã tổng

hợp các sự cố, phân tích các nguyên nhân, đề xuất các giải pháp phòng chống cũng như xử lý các sự cố nhằm đúc kết các bài học để rút kinh nghiệm và tìm những giải pháp phù hợp trên thực tế

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm 108 trang, 5 bảng biểu, 7 hình vẽ

Tác giả xin được bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến NGƯT.GS.TS Võ Trọng Hùng, người đã dành nhiều sự quan tâm giúp đỡ Tác giả trong quá trình học tập và viết luận văn tốt nghiệp Cao học Sự giúp đỡ tận tình của thầy

đã giúp Tác giả rất nhiều để hoàn thành luận văn này Ngoài ra, trong quá trình thực hiện đề tài, Tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn Xây dựng công trình Ngầm và Mỏ, sự giúp đỡ của các thầy cô giáo Phòng sau Đại học, sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp

Đồi núi chiếm tới 3/4 diện tích lãnh thổ nhưng chủ yếu là đồi núi thấp Địa hình thấp dưới 1.000 m chiếm tới 85% lãnh thổ Núi cao trên 2.000 m chỉ chiếm 1% Đồi núi Việt Nam tạo thành một cánh cung lớn hướng ra Biển Đông, chạy dài 1.400 km, từ Tây Bắc tới Đông Nam Bộ Những dãy núi đồ sộ nhất đều nằm ở phía Tây và Tây Bắc với đỉnh Phan-xi-phăng cao nhất bán đảo Đông Dương (3.143 m) Càng ra phía đông, các dãy núi thấp dần và thường kết thúc bằng một dải đất thấp ven biển Từ đèo Hải Vân vào Nam, địa hình đơn giản hơn Ở đây không có những dãy núi đá vôi dài mà có những khối đá hoa cương rộng lớn, thỉnh thoảng nhô lên thành đỉnh cao; còn lại là những cao nguyên liên tiếp hợp thành Tây Nguyên, rìa phía đông được nâng lên thành dãy Trường Sơn

Đồng bằng chỉ chiếm ¼ diện tích trên đất liền và bị đồi núi ngăn cách thành nhiều khu vực Ở hai đầu đất nước có hai đồng bằng rộng lớn, phì nhiêu

là đồng bằng Bắc Bộ (lưu vực sông Hồng, rộng 16.700 km2) và đồng bằng Nam Bộ (lưu vực sông Mê Công, rộng 40.000 km2) Nằm giữa hai châu thổ lớn đó là một chuỗi đồng bằng nhỏ hẹp, phân bố dọc theo duyên hải miền Trung, từ đồng bằng thuộc lưu vực sông Mã (Thanh Hóa) đến Phan Thiết với tổng diện tích 15.000 km2

Theo đánh giá của Liên hiệp quốc, trong thế kỷ 20 dân số thế giới tăng lên 3 lần trong khi tài nguyên nước được khai thác tăng lên 7 lần Với tốc độ tăng dân số như hiện nay, dân số thế giới được dự báo là 8 tỷ người năm 2020

và 10 tỷ vào năm 2050 Như vậy, nhu cầu về nước sẽ tăng 650% trong vòng

30 năm tới Đến năm 2025 sẽ có trên 3,5 tỷ người trên hành tinh sống trong điều kiện khan hiếm nước Nước ta có tài nguyên nước ở mức trung bình của thế giới Lượng nước phát sinh trên lãnh thổ bình quân đầu người khoảng 4.100 m3/năm vào năm 2000 Với tốc độ tăng dân số hiện nay, lượng nước bình quân đầu người tiếp tục giảm 18÷20% sau mỗi thập kỷ

Do chịu ảnh hưởng mạnh của địa hình và giao lưu giữa 2 hệ thống gió mùa đông bắc và tây nam, lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian Mùa mưa chiếm 75÷85% lượng mưa cả năm Trong khi mùa khô lương mưa rất nhỏ, nhiều tháng không mưa Về mặt không gian, có những vùng lượng mưa đạt 3.000÷5.000 mm/năm, trong khi có vùng dưới 1.000 mm/năm Sự chênh lệch từ 3÷5 lần; mưa phân bố không đều nên dòng chảy mặt là sản phẩm của mưa phân bố cũng không đều Những vùng mưa lớn có modul dòng chảy 60÷80 lít/s/km2 trong khi những vùng mưa nhỏ chỉ đạt 10 lít/s/km2 Trong mùa mưa lượng dòng chảy chiếm 70÷80% lượng dòng chảy năm, trong khi tháng có lượng dòng chảy nhỏ nhất chỉ chiếm 1÷2%

Tài nguyên nước dưới đất với trữ lượng động thiên nhiên trên toàn lãnh thổ (chưa kể phần hải đảo) khoảng 50÷60 tỷ m3 tương đương 1.513 m3/s nhưng cũng phân bố không đều trên các vùng địa chất thuỷ văn Sau nhiều năm đầu tư, với mục tiêu chủ yếu là đảm bảo an ninh lương thực quốc gia tiến tới xuất khẩu Đến nay, cả nước đã có 75 hệ thống thuỷ lợi vừa và lớn, rất nhiều hệ thống thuỷ lợi nhỏ với tổng giá trị tài sản cố định khoảng 60.000 tỷ đồng (chưa kể giá trị đất và công sức nhân dân đóng góp)

Các hệ thống thuỷ lợi năm 2000 đã đảm bảo tưới cho 3 triệu ha đất canh tác, tiêu 1,4 triệu ha đất tự nhiên ở các tỉnh bắc bộ, ngăn mặn 70 vạn ha, cải tạo 1,6 triệu ha đất chua phèn ở đồng bằng sông Cửu Long Năm 2000, diện tích lúa được tưới cả năm gần 7 triệu ha chiếm 84% diện tích lúa Các công trình thuỷ lợi còn tưới trên 1 triệu ha rau màu, cây công nghiệp và cây

ăn quả Lượng nước sử dụng cho nông nghiệp rất lớn Theo tính toán năm

1985 đã sử dụng 41 tỷ m3 chiếm 89,8% tổng lượng nước tiêu thụ, năm 1990

sử dụng 46,9 tỷ m3 chiếm 90% và năm 2000 khoảng trên 60 tỷ m3 Nhờ các biện pháp thuỷ lợi và các biện pháp nông nghiệp khác trong vòng 10 năm qua sản lượng lương thực tăng bình quân 1,1 triệu tấn/năm Tổng sản lượng lương thực năm 2000 đạt 34,5 triệu tấn, đưa bình quân lương thực đầu người 330 kg năm 1990 lên 444 kg năm 2000 Việt Nam từ chỗ thiếu lương thực đã trở thành nước xuất khẩu gạo lớn với mức gần 4 triệu tấn/năm [15]

Với mục tiêu đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa xây dựng nền kinh tế độc lập và tự chủ đưa đất nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020; thì sự ưu đãi của thiên nhiên đã tạo ra sự phát triển của các công trình thủy lợi thủy điện sẽ góp phần mang lại nhiều lợi ích như: thúc đẩy các khả năng kinh tế, phát triển nền nông nghiệp Việt Nam, bảo tồn các hệ sinh thái, cung cấp một nguồn năng lượng sạch, góp phần vào phát triển bền vững, sử dụng nước đa mục tiêu, phát triển cơ sở hạ tầng và cải thiện công bằng xã hội… Mặt khác do sự phát triển của nền kinh

tế nâng cao năng suất lao động thì nhu cầu xây dựng các công trình ngầm thủy lợi thủy điện ở Việt Nam ngày càng lớn Hệ thống đường hầm có giá trị đầu tư lớn, chiến tỉ trọng cao trong tổng giá trị đầu tư của công trình cấp nước, giao thông Một số công trình còn giữ nguyên được cho đến ngày nay

1.2 Công tác xây dựng công trình ngầm thủy lợi, thủy điện trên thế giới

Công trình ngầm được coi là lâu đời nhất trên thế giới là đường hầm xuyên qua sông Eupharate ở thành phố Babilon được xây dựng vào khoảng

Vào cuối thời kỳ Trung Cổ, việc mở rộng giao thương đã thúc đẩy phát triển các đường hầm giao thông Hầm đường thủy đầu tiên trên thế giới dài

160 m được xây dựng tại Pháp từ năm 1679 đến năm1681 Sự xuất hiện của đường sắt đã thúc đẩy phát triển hầm đường sắt, những hầm đường sắt đầu tiên dài 1.190 m được xây dựng trong những năm 1826÷1830 trên tuyến đường Liverpool-Manchester ở Anh

Cùng thời gian này người ta cũng đã xây dựng các hầm đường sắt ở Pháp

và các nước Châu Âu khác Công nghệ khai đào thời kỳ này chủ yếu là khoan tay

và thuốc nổ đen Việc phát minh ra thuốc nổ Dinamite (1866) cùng với áp dụng máy khoan đập xoay đã tạo bước ngoặt trong xây dựng công trình ngầm như xây dựng các đường hầm xuyên qua dãy Alpe nối Pháp, Ý và Thụy Sỹ

Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất, người ta đã xây dựng được 26 đường hầm giao thông có chiều dài lớn hơn 5 km, trong đó có hầm dài nhất thế giới là hầm Sinplon, dài 19.780 m

Vật liệu vỏ hầm chủ yếu là đá hộc vữa vôi hoặc vữa xi măng Mãi đến những năm 70 của thế kỷ 20 bê tông mới trở thành vật liệu chủ yếu trong xây dựng công trình ngầm Sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nhịp độ xây dựng hầm giảm đi vì hệ thống đường sắt đã tương đối hoàn chỉnh ở các nước châu Âu

Cùng với hầm xuyên núi, hầm dưới nước cũng được xây dựng với mục đích giao thông đường sắt và đường bộ Hầm dưới nước được xây dựng bằng

phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ hầm là các tấm lắp ghép bằng gang đúc sẵn (vì chống tu bin) Khiên hầm được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1825 trong xây dựng đường hầm qua sông Thames ở Anh Chỉ riêng

ở New York đã có 19 hầm lớn dưới nước Hầm dưới nước trên tuyến đường sắt đi dưới vịnh Simonosec, Nhật Bản (1936÷1941) dài 6.330 m Những năm gần đây, người ta đã xây dựng những đường hầm dưới nước xuyên biển dài

kỷ lục, như hầm qua vịnh Suga Nhật Bản dài 36,2 km, hầm qua eo biển Manche nối Anh và Pháp dài gần 40 km

Một phương pháp được sử dụng để thi công hầm dưới nước là phương pháp hạ chìm đoạn hầm đã được đúc sẵn vào hào ở dưới nước, sau đó lấp đất trở lại Phương pháp hạ chìm này đã khắc phục được việc sử dụng khí nén ảnh hưởng đến sức khỏe người thợ, hạ giá thành, rút ngắn thời gian thi công Tuyến đường tầu điện ngầm ở Luân Đôn, Anh vận hành năm 1853 là tuyến tầu điện ngầm đầu tiên trên thế giới, mở đầu thời kỳ xây dựng các hệ thống tầu điện ngầm trên các thành phố lớn của thế giới Đến nay đã có trên 100 hệ thống tầu điện ngầm ở trên 30 nước

Từ những năm cuối thế kỷ 20, hầm thủy lợi đã được phát triển với quy

mô lớn, đặc biệt là hầm thủy điện Trên thế giới đã có trên 350 nhà máy thủy điện và thủy tích điện ngầm với công suất trên 40 triệu kW Ở Liên Xô, Mỹ

và nhiều nước khác các gian máy thường có diện tích ngang từ 200 m2 đến

500 m2, chiều dài từ 40 m đến 200 m, chiều cao đến 40÷50 m Với điều kiện địa hình và địa chất thuật lợi Na Uy là một trong những cường quốc trên thế giới trong lĩnh vực phát triển thủy điện ngầm Trong số 500 nhà máy thủy điện ngầm trên thế giới có tới gần một nửa Khoảng 200 nhà máy được xây dựng ở Na Uy Tổng chiều dài các đường hầm dẫn nước ở Na Uy là hơn 4.000 km trung bình hàng năm từ 1960 đến năm 1990 mỗi năm đào khoảng

100 km hầm Nhiều kinh nghiệm quý giá đã tích lũy được trong quá trình

thiết kế, thi công và vận hành các hầm và nhà máy thủy điện ngầm ở Na Uy Những kinh nghiệm này rất quan trọng đối với sự phát triển công nghệ đào hầm nói chung Nhất là việc sử dụng không gian ngầm, những công nghệ và quan niệm thiết kế đặc biệt được ngành thủy điện Na Uy phát triển trong nhiều năm qua Đây cũng là một trong những điều kiện thuận lợi để ta có thể nhìn một cách rõ nét về các công trình ngầm thủy lợi và thủy điện trên thế giới

1.3 Công tác xây dựng công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa ở nước ta hiện nay nhu cầu điện năng là rất lớn và không ngừng tăng nhanh Việt Nam là nước có nguồn năng lượng đa dạng, trữ lượng có thể khai thác/tổng tiềm năng là: than 3,88/37 tỷ tấn; dầu mỏ 615÷957/2300 triệu tấn; khí đốt 600/1300 tỷ m3; thủy điện tiềm năng 80÷84 tỷ kWh/năm Đó là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển ngành công nghiệp năng lượng ở nước ta Đặc biệt với điều kiện địa hình địa chất và khí hậu thuận lợi, nguồn tài nguyên cho thủy điện là rất dồi dào Vì vậy rất thuận lợi cho

sự phát triển thủy lợi và thủy điện Trong thực tế trong nhiều năm qua thủy điện vẫn luôn là nguồn cung cấp năng lượng; phát triển nguồn điện nói chung và phát triển thủy điện nói riêng là căn cứ vào sự phát triển kinh tế xã hội đất nước

- Năm 1913, Laber một kỹ sư người Pháp nghiên cứu khai thác nguồn nước tự nhiên thác Trị An khoảng 3000 kW nhưng không được xét duyệt

- Năm 1943, đưa vào vận hành thủy điện Suối Vàng nhà máy thủy điện đầu tiên của Việt Nam với công suất 500 kW cung cấp điện cho thành phố Đà Lạt tỉnh Lâm Đồng

- Năm 1944, hoàn thành nhà máy thủy điện AnKroet (Xã Lát huyện Lạc Dương tỉnh Lâm Đồng) với công suất 2300 kW Từ đó đến trước năm

1954, Việt Nam xuất hiện các thủy điện nhỏ như Ta Sa (250 kW, Nà Ngầu

300 kW)

- Từ năm 1954 đến năm 1975 là thời kỳ đầu nghiên cứu toàn diện về các công trình thủy điện và bắt đầu xuất hiện thêm các nhà máy thủy điện có công suất lớn hơn như Đarricha 160 kW, Suối Vàng lên 3900 kW Thác Bà

180 kW, Cấm Sơn lên 3900 kW, Bàn Thạch 960 kW

- Từ năm 1975 đến năm 1980 giai đoạn sau khi thống nhất đất nước là thời kỳ khôi phục nền kinh tế Nhà máy thủy điện Hòa Bình được chính thức đưa vào thi công năm 1979 dưới sự giúp đỡ của Liên Xô mặc dù được chuẩn

bị từ năm 1970 đến năm 1994 thì nhà máy thủy điện Hòa Bình chính thức được khánh thành và đưa vào sử dụng với công suất 1.920 MW, gồm 8 tổ máy đây chính là nhà máy thủy điện ngầm lớn nhất Việt Nam tính đến thời điểm đó

- Từ năm 1981÷1985 thủy điện Hòa Bình, Trị An vẫn trong giai đoạn xây dựng lên nguồn cung cấp điện năng chủ yếu vẫn là Thác Bà-Đa Nhim

- Từ năm 1986÷1990 hai tổ máy nhà máy thủy điện Hòa Bình công suất

480 MW và Trị An 400 MW được đưa vào hoạt động làm nâng sản lượng điện của thủy điện lên 5368,7 GWH chiếm 61,86% tổng sản lượng điện của

cả nước Đây là một con số không nhỏ trong vai trò phát triển của các công trình thủy điện ở Việt Nam; từ năm 1991÷1994 hàng loạt các nhà máy thủy điện được đưa vào hoạt động như Hòa Bình đủ 8 tổ máy (1.920 MW) Trị An (400 MW), thác Mơ (150 MW), Vĩnh Sơn (66 MW), An Điểm (6 MW) Dray Linh (12 MW) làm nâng sản lượng điện của thủy năng lên 10581,8 GWH, chiếm 72,29% tổng sản lượng điện của cả nước Từ năm 1995÷2000 có sự tham gia thêm của 2 nhà máy thủy điện Yaly với 2 tổ máy (360 MW), Sông Hinh (70 MW) làm nâng sản lượng điện năng từ thủy điện Tuy nhiên do sự phát triển của các lĩnh vực sản xuất điện khác mà tỷ lệ điện năng từ thủy điện chỉ chiếm 58,35% tổng sản lượng điện của cả nước; từ năm 2001÷2005 một chương trình phát triển thủy điện đại quy mô được phát động; từ năm 2001

có thể nói đây là giai đoạn phát triển rực rỡ nhất của thủy điện Việt Nam

1.4 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện

1.4.1 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện trên thế giới

1.4.1.1 Sự cố thi công đường hầm thoát nước Hull tại nước Anh năm 1999 [23]

Để thi công đường hầm thoát nước dài 10,5 km trong khu vực phía đông của Hull, người ta sử dụng một máy khiên cân bằng áp lực đất, đường kính 3,85 m Vỏ chống phía trong của đường hầm là bê tông cốt thép lắp ghép (tubing) Trong một chu kỳ đào gần ngay giếng khởi hành (giếng khởi đầu để đẩy máy khiên đào); vỏ hầm phía nền bị biến dạng, nước và cát đã chảy vào hầm qua khe hở của vỏ tubing

Để tránh gâp sập lở người ta đã làm ngập ngay toàn bộ đoạn hầm; do khối lượng đất tụt lở vào trong đường hầm đã gây ra lún sụt trên mặt đất gây hư hỏng đáng kể các ngôi nhà, đường phố và hệ thống cấp nước Kết quả đo đạc cho thấy tại các vị trí sự cố các đường hầm đã lún sụt sâu 1,2 m, về phía máy khiên đào Vì vậy máy khiên đào cũng bị bỏ lại

Công tác điều tra cho thấy rằng khi đẩy đầu đào đã gây biến động cao

độ mực nước ngầm Điều này dẫn đến hiện tượng dịch chuyển đường hầm

theo phương thẳng đứng đã không được tính đến trước đó Dịch chuyển này

đã làm mở rộng khe nối giữa các tấm tubing và gây ụp nước, cát vào trong đường hầm

Hình 1.1 Đường hầm thoát nước ở Hull, sụt lún mặt đất, giếng thi công [23]

1.4.1.2 Sự cố dự án xử lý nước Wastewater Treatment Project Alpha [24]

Sự cố xảy ra vào năm 1999

- Đường hầm được thi công bằng máy khiên đào cân bằng áp lực đất;

kế hoạch dự kiến thi công là 3 năm;

- Điều kiện địa chất: địa tầng khu vực đường hầm đào qua chủ yếu gồm bốn loại đất;

- Lớp đất đắp dày 1m đến 2,5 m;

- Lớp đất trầm tích sống, chiều dày thay đổi từ 3 m đến 15 m;

1.4.2 Các sự cố đã xảy ra trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam

Trong những năm đất nước đổi mới là một nước có địa hình và thời tiết rất thuận lợi cho việc phát triển các công trình thủy lợi và thủy điện phục vụ cho nền nông nghiệp cũng như trong quá trình hiện đại hóa đất nước Hàng loạt các công trình thủy lợi và thủy điện được xây dựng Phương pháp, công nghệ, kỹ thuật thi công công trình ngầm đã có những tiến bộ vượt bậc song sự

cố các công trình ngầm thủy lợi thủy điện ở Việt Nam vẫn liên tiếp xảy ra

Sự cố là hiện tượng khó tránh khỏi tuyệt đối trong quá trình xây dựng nói chung và xây dựng công trình ngầm nói riêng Tuy nhiên nếu như trong chúng ta biệt tận dụng những kinh nghiệm thực tế, cũng như triển khai các phương án thi công một cách thận trọng không chủ quan thì sẽ hạn chế được tối thiểu các loại sự cố có thể xảy ra

1.4.2.1 Sự cố sụt lở tại cửa hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đak Mi 4a, Quảng Nam [4]

Mô tả sự cố: vào 23h ngày 17 tháng 12 năm 2008, khi đào đến lý trình

từ 0+137 đến lý trình 0+145 hầm dẫn nước tuyến năng lượng của nhà máy

thủy điện Đak Mi 4a, thì sự cố xảy ra, một khối lượng đất tại vòm trái hầm bị sụt lở, và tạo thành phễu sụt lên tới mặc đất, đoạn hầm đào qua đứt gãy bậc

IV phương vị hướng dốc và góc dốc 190<80, chiều rộng 3÷5 m, chất lấp nhét

là dăm sét; đá thuộc đới IIB và IIA tuổi Proterozoi sớm thuộc tầng Khâm đức IIA (PR3 kđ11); đá gneiss màu xám xanh, xám trắng cứng trắc nứt nẻ trung bình đến nứt nẻ mạnh; bề mặt đá ẩm ướt đến nhỏ giọt đôi chỗ xuất hiện dòng chảy lớn; ngoài ra còn có một vài khe nứt lộn xộn 230-260<40-70, 355<75; chất lượng đá xếp vào loại xấu tổng khối lượng đất đá khoảng 400m3 (xem hình 1.2)

Hình 1.2 Sự cố sụt lún lở hầm phát triển tới mặt đất

tại thủy điện Đak Mi 4a, 2008 [4]

1.4.2.2 Sự cố sụt lở tại của hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đồng Nai 4 4a, [5]

Mô tả sự cố: vào khoảng 3h đêm ngày 26 tháng 04 năm 2008; Nhà thầu đang tiến hành dán lưới thép B40 từ lý trình 0+85 đến lý trình 0+835 để gia

cố đoạn hầm dẫn nước tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện Đồng Nai 4 thì xảy ra sự cố, một khối lượng đất đá lớn tại vòm hầm bị tróc lở; đoạn hầm nằm trong vùng có nhiều đức gẫy bậc VI và bậc V giao cắt, thế nằm của đá và

hệ thống khe nứt có phương vị bất lợi, dốc ngược hướng đào hoặc theo hướng đào, giao cắt nhau tạo nêm ở nóc hầm; đá thuộc đới IIA (J2ln) hệ tầng La Ngà, đá cát-bột kết nứt nẻ mạnh đến rất mạnh, chất lấp nhét chủ yếu là can

xít, dăm vụn, đôi chỗ có lẫn ít sét; điều kiện địa chất thủy văn ẩm ướt đá thuộc loại rất xấu; tổng khối lượng đất đá khoảng 20m3 (Xem hình 1.3)

Hình 1.3 Sự cố tróc lở hầm nhà máy thủy điện Đồng Nai 4, Đồng Nai [5]

1.4.2.3 Sự cố sập lở hầm nhà máy thủy điện An Khê – Kanak Gia Lai [6]

Mô tả sự cố: theo biên bản hiện trường giữa Chủ đầu tư, Công ty tư vấn thiết kế và Nhà thầu thi công được mô tả như sau: Ngày 24 tháng 8 năm 2007, khi Nhà thầu đang tiến hành khoan cắm néo Anke từ lý trình 0+19 đến lý trình 0+30 để gia cố đoạn hầm dẫn nước tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện An Khê-Kanak thì xảy ra sự cố, một khối lượng đất đá lớn tại vách phải

và vòm hầm bị sập lở; đoạn hầm nằm trong vùng địa chất có phay phá, đứt gãy; đá phong hóa từ Grannite có dạng cát sét màu nâu vàng, xám trắng xen lẫn các dải sét cát màu nâu sẫm; tổng khối lượng đất đá sụt lở khoảng 200m3 Tuy nhiên trong hồ sơ mô tả sự cố trên là không đúng, là người trực tiếp thi công tại tuyến năng lượng này, Tác giả xin mô tả lại sự cố hầm dẫn nước nhà máy thủy điện An Khê-Kanak lại như sau

Mô tả sự cố: sự cố sập hầm thủy điện An Khê-Kanat (diện tích đào khoảng 53m2 chiều dài tuyến hầm 3.075 m); vị trí sập tại lý trình 0+19 phía cửa nhận nước, trong quá trình thi công tại lý trình 0+105, Đơn vị thi công thi

công tiến gương bằng phương pháp khoan nổ mìn thì tại lý trình 0+19 có xuất hiện hiện tượng đá rơi không nhiều; lúc đầu chỉ rơi những lớp đá rất mỏng, theo đánh giá của Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế thì nguyên nhân do quá trình tiến gương khoan nổ đó là lớp đá long rời do chọc om chưa kỹ; do đó để đảm bảo trong quá trình thi công được an toàn cho công nhân cũng như các thiết bị thi công trong hầm, Nhà thầu đã tiến hành khoan neo trải lưới thép, sau khi tiếp tục khoan nổ mìn tiến gương thì lượng đá rơi trên lưới thép ngày càng nhiều hơn, với thành phần cỡ đá ngày càng to, kết hợp với lớp đá bị phong hóa bị vò nhàu, tạo thành một hốc nhỏ; tuy nhiên khi nổ mìn tiến gương đến

lý trình 0+105 thì tại lý trình 0+19 nơi tạo thành hốc đã bị sập, toàn bộ lượng đất đá khoảng 300m3 sập xuống chặn tại lý trình 0+19 kéo dài đến lý trình 0+39; khi xử lý sự cố chiều dài phía nóc sập là 19 m kéo dài từ lý trình 0+19 đến lý trình 0+38 cao sụt lở là 16 m, (xem hình 1.4)

Hình 1.4 Sự cố sập lở hầm nhà máy thủy điện An Khê- Knak, Gia Lai [6]

1.4.2.4 Sự cố sập hầm Nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ tỉnh Phú Yên [7]

Mô tả sự cố: tháng 6 năm 2006, Nhà thầu đang tiến hành lắp dựng vì chống gia cố tạm từ lý trình 0+951,76 đến lý trình 0+961,76, đoạn hầm dẫn nước tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện Ba Hạ, thì xảy ra sự cố, một khối lượng đất và đá cuội tảng phía vách hầm sập lở và kéo theo cả phần trên nóc sập xuống; là người trực tiếp thi công tại công trình này, Tác giả xin trình bày và mô tả một cách trung thực, chi tiết về cách thức thi công cũng như giải thích rõ sự cố hầm thủy điện Ba Hạ như sau: sự cố sập hầm tại hầm dẫn nước

sông Ba Hạ (tại xã Suối trai huyện Sơn Hòa tỉnh Phú Yên Tháng 6 năm 2006, diện tích đào khoảng 64m2 chiều dài tuyến hầm 995 m);

Hình 1.5 Sự cố sập lở hầm nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ Phú Yên [7]

- Vị trí hầm sập tại lý trình 0+638 xảy ra vào tháng 06 năm 2006 về biện pháp thi công đây là hầm với diện tích lớn do đó biện pháp thi công là chia gương, diện tích thi công hầm nóc hầm và chân là 44m2 phần hạ nền là 20m2 tại lý trình 0+638 đây là vùng được đánh giá là địa chất yếu do đó biện pháp gia cố tạm là dựng vì chống I25 chiều dài dựng vì là 20 m; tại vị trí này sau khi tiến hành hạ nền để đảm bảo tiến độ, Đơn vị thi công không tiến hành nối chân vì ngay sau khi hạ nền; trong quá trình hạ nền khoảng 15 m thì tại lý trình 0+638, các vì chống có hiện tượng nứt các lớp bê tông, phía dưới của chân vì chống có hiện tượng đẩy chân vì; tuy nhiên do chủ quan và khi phát hiện Nhà thầu đã không nối chân vì chống cũng như có các biện pháp gia cố khu vực này thì sau 12 tiếng khi phát hiện ra các hiện tượng thì toàn bộ hầm của từ lý trình 0+638 đến lý trình 0+738 đã sập đổ với lượng đất đá sập số liệu sau khi hoàn công xúc bốc khoảng 6.400m3

1.4.2.5 Sự cố sập hầm thủy lợi Ngàn Trươi-Cẩm Trang Hà Tĩnh [2]

Mô tả sự cố: vào khoảng 11h ngày 22 tháng 9 năm 2010, Nhà thầu đang vào giờ nghỉ trưa; tại cửa hầm dẫn nước công trình thủy lợi Ngàn Trươi-Cẩm Trang, Hà Tĩnh xảy ra sự cố, một khối lượng lớn đất đá đổ sập xuống

ngay tại cửa hầm và kéo theo sập lở vào phía bên trong vòm hầm khoảng 30 m; đất đá khu vực này là đất đá phong hóa, tơi rời, dạng phiến nhỏ, vỉa, không đồng nhất bao gồm sét nâu vàng, xám đen, xen lẫn cái dải màu nâu sẫm tổng khối lượng đất đá khoảng 100 m3(xem hình 1.6)

Hình 1.6 Sự cố sập lở cửa hầm tuy nunel Ngàn Trươi-Cẩm Trang, Hà Tĩnh [2]

1.4.2.6 Sự cố đới phá hủy kiến tạo-sạt trượt hay sập lở tại thủy điện Sử Pán [22]

Mô tả sự cố: theo tài liệu, mô tả địa chất nền móng công trình thủy điện

Sử Pán 2, ngày 22 tháng 3 năm 2009, của đoạn cửa ra hầm dẫn nước lý trình 0+825 đến lý trình 0+815, có đới phá hủy kiến tạo bậc 3; chiều rộng đới cà nát từ 1 đến 3 m, chiều rộng đới ảnh hưởng dự kiến 10÷30 m; thành phần bao gồm dăm vụn của các mạch thạch anh, cát sạn, á sét màu xám trắng, xám nâu Đới phá hủy phát triển theo hướng đông bắc-tây nam, từ vách phải hầm cắt qua vách trái Thế nằm là 160÷170 ∠60÷80 Đá vách hầm thuộc đới phong hóa nhẹ IIA Đá granit biotit màu trắng đục, xám xanh, khe nứt hẹp; bề mặt khe nứt gồ ghề, lấp nhét là ô xít sắt màu nâu đỏ, nâu vàng Đoạn hầm đã

bị sạt lở do điều kiện địa chất yếu Theo biên bản kiểm tra hiện trường ngày 2 tháng 4 năm 2009, cho thấy điều kiện địa chất xuất hiện ở đây sai khác so với thiết kế Cụ thể theo hướng nhìn vào gương, thì đá phần nóc và vách phải vẫn thuộc loại 1, còn lại đá bên vách trái xen kẹp đất và đã bị sạt lở ngay sau khi đào Vùng sạt lở nghiêng về phía trái với góc cắm khoảng 60 đến 80 độ và sâu vào khoảng 8÷10 m

1.4.2.7.Sự cố Nước áp lực và bục nước tại dự án Sông Bung 2 [22]

Mô tả sự cố: vào lúc 23h30’ ngày 02/9/2011, khi Nhà thầu đang tiến hành bốc xúc đá nổ mìn tại lý trình 0+312 thì thấy xuất hiện nước ngầm chảy

ra chân gương, Nhà thầu quan sát thấy mực nước ngầm không lớn do đó bố trí máy bơm vào vị trí này để bơm tiêu thoát nước nhằm đảm bảo quá trình thi công được thực hiện bình thường

Tuy nhiên, đến 10h00 ngày 03/9/2011 thì diễn biến nước ngầm tại vị trí này có nhiều thay đổi, cụ thể lưu lượng nước ngầm chảy ra mỗi lúc một lớn, Nhà thầu huy động 04 máy bơm công suất từ 7kW đến 55kW để khẩn trương bơm nước ra khỏi cửa hầm nhưng lượng nước ngầm không giảm và đường hầm bắt đầu ngập nước một phần, Nhà thầu di chuyển con người và máy móc thiết bị ra khỏi phạm vi thi công để đảm bảo an toàn Đến 10h00 ngày 04/9/2011, nước trong hầm dâng cao và tự chảy ngược ra cửa hầm với lưu lượng lớn khoảng 0,3m3/s đến 0,5m3/s Tuy nhiên đây là vùng chứa túi nước không lớn nên sau khi thoát hết lượng nước đã ngừng chảy vào công trình

1.5 Đánh giá chung về các dạng sự cố xảy ra trong thi công xây dựng công trình ngầm thủy lợi thủy điện

Trong xây dựng công trình ngầm thủy lợi và thủy điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì có một loạt các vấn đề có thể xuất hiện, bởi vì sự thành công của công tác thi công phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng Yếu

tố quan trọng nhất và cũng khó điều khiển nhất chính là khối đất, đá với các điều kiện địa chất, địa chất thủy văn hết sức phức tạp Trong khối đá luôn tồn tại các đới phá hủy không xác định trước, gây tác động nguy hiểm đến công tác thi công Các đới phá hủy này thường đặc trưng bởi các khu vực hay vùng, trong đó điều kiện địa chất biến động mạnh hoặc chứa các lớp đá bất thường

Trước hết điều khác hẳn với các công tác thi công xây dựng khác là trong xây dựng công trình ngầm luôn tiềm ẩn các vấn đề ổn định khi đào chưa

được chống đỡ Vấn đề nguy hiểm sẽ xuất hiện khi đá phía nóc không đồng nhất và do vậy không ổn định Trong khi thi công đường hầm sẽ tạo ra khoảng trống, gương đào mới được bảo vệ, bằng các giải pháp khác nhau để chống lại khả năng tơi rời trong khối đá và cải thiện khả năng nhận tải của khối đá Vì thế phải luôn tính đến khả năng là khối đất đá có thể bị tách vỡ và sập vào khoảng trống phía sau khi đào, gây ra các vùng sập lở nhỏ, gây ách tắc cũng như các tai nạn khó lường trong quá trình thi công

Trên cơ sở các sự cố trong quá trình thi công các công trình ngầm thủy lợi và thủy điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã được trình bày ở trên chúng ta có thể đưa ra các dạng sự cố chủ yếu như sau:

và nước có thể sập trượt vào khoảng trống cho đến mặt đất

Nếu trụt lở xảy ra trong khu vực không có các công trình xây dựng thì

sự cố đòi hỏi thêm nhiều công việc để xử lý và khắc phục đương nhiên làm tăng chi phí thi công Nhưng trượt lở đến mặt đất xảy ra trong khu vực có các

công trình xây dựng trên mặt đất thì hậu quả có thể là rất nghiêm trọng sẽ gây thiệt hại lớn không chỉ về kinh tế mà còn là tính mạng của con người, (xem hình 1.1 và hình 1.2)

1.5.2 Sập lở đất đá với trụt lở là thường không nhận thấy từ bên ngoài mà chỉ xảy ra trong nội bộ khối đá bao quanh đường hầm

Sập lở với trụt lở là thường không nhận thấy từ bên ngoài mà chỉ xảy ra trong nội bộ khối đá Đặc trưng của hiện tượng sập lở là một phần đất đá trụt

từ phía nóc vào khoảng trống, cũng gây ách tắc đến quá trình thi công Mức

độ sập lở có thể khác nhau thông thường sập lở xảy ra trong phạm vi nhỏ Tuy nhiên sập cũng có thể là giai đoạn đầu của hiện tượng trụt lở cho đến mặt đất Sập lở thường xảy ra trong khối đá nứt nẻ mạnh, thể hiện bằng sự tách trượt, rơi các tảng đá vào khoảng trống Nếu như trụt lở có thể xảy ra vào các thời điểm khác nhau thì sập lở thường xảy ra ngày trong khi đào, (xem hình 1.3 hình và hình 1.5)

1.5.3 Tróc lở cục bộ đất đá

Tróc lở hay gọi là tróc vỡ các hiện tượng đá rơi, trượt vào khoảng trống phía sau khi đào Thường được xảy ra trong quá trình thi công ngầm, nếu khối

đá không được phun phủ hoặc chống tạm kịp thời (hình 1.4)

1.5.4 Bục nước đột ngột hoặc bục hỗn hợp nước bùn cát

Đây là hiện tượng nước chảy ụp vào khoảng không gian ngầm, sẽ gây khó khăn cho công tác thi công hầm Nước chảy vào hầm phụ thuộc vào các mạng khe nứt, đứt gẫy và các chất lấp nhét trong khe nứt

Khi nước ngầm chảy vào công trình có thể do các điều kiện địa chất Khi có nước ngầm sẽ ảnh hưởng đến quá trình thi công, độ ổn định của công trình môi trường và đặc biệt là có thể gây ra hiện tượng phá hủy tới mặt đất Nước chảy vào gương hầm có thể xảy ra ở phía trước gương có vùng chứa nước

Sự cố tại nạn bục nước đột ngột hoặc bục hỗn hợp nước bùn cát (đất tơi bão hòa nước có các tính chất chảy như cát chảy, bùn chảy…) là sự xâm nhập đột ngột của nước hoặc hỗn hợp bùn-cát-nước với cường độ rất mạnh vào phía trong công trình ngầm Sự cố này xảy ra do kết quả phá hủy tự nhiên hoặc phá hủy cưỡng bức của lớp đất đá cách nước, kết cấu vách ngăn đê quai, các loại đường ống áp lực Các vụ bục nước đột ngột sẽ dấn đến sự ngập lụt một phần hoặc toàn bộ công trình ngầm Sự kiện lấp đầy hỗn hợp bùn-nước- cát trên một khoảng chiều dài rất lớn, sự phá hủy các loại máy thiết bị thi công, gây thương tích và cái chết cho con người

1.6 Phương pháp xử lý sự cố trong quá trình xây dựng các công trình ngầm thủy lợi thủy điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam

1.6.1 Phương pháp xử lý sự cố đường hầm thoát nước tại Hull

Công tác điều tra cho thấy khi đẩy đầu đào đã gây biến động cao độ mực nước ngầm Điều này dẫn đến hiện tượng dịch chuyển đường hầm theo phương thẳng đứng đã không được tính đến trước đó Dịch chuyển này đã làm mở rộng khe nối giữa các tấm tubing và gây ra ụp nước, cát vào trong đường hầm Để khắc phục sự cố, người ta đã tiến hành đóng băng khối đất xung quanh đường hầm dưới sự bảo vệ của khí nén; tiếp đó đã thi công lại các đoạn hầm bằng phương pháp bê tông phun [23]

1.6.2 Phương pháp xử lý Sự cố dự án xử lý nước Wastewater Treatment Project Alpha

Về giải pháp thi công đó là lựa chọn giải pháp đóng băng nhận tạo làm đông cứng toàn bộ gương hầm Sau đó tiến hành chia gương đào thành 3 phần (vòm, nền và vòm ngược), thi công trong vùng đất đã đóng băng, bước tiến gương 1 m sử dụng bê tông phụ để chống giữ ngay sau khi đào Tại bề mặt tiếp xúc giữa đất và vỏ bê tông dùng một lớp vật liệu đặc biết để cách ly; tăng nhiệt độ khu vực lên, thi công vỏ chống cố định trên từng đoạn dài 20 m; sử

dụng máy khiên đào thứ 2 đưa vào qua một giếng thi công mới được xây dựng thêm để đào nốt phần hầm còn lại tới vị trí máy khiên đào đang bị kẹt [24]

1.6.3 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đak Mi 4a- Quảng Nam

Trên cơ sở xác định được nguyên nhân của hiện tượng sập hầm thủy điện Đak Mi là do vùng địa chất phía nóc của hầm bị phong hóa mạnh tuyến năng lượng đi qua vùng địa chất yếu, đất mỏng vò nhầu Do đó giải pháp của Chủ đầu tư, Tư vấn giám sát cũng năng lực của Nhà thầu các Đơn vị đã nghiên cứu các biện pháp để gia cường ổn định của khối đất đá phía nóc, đồng thời lấp toàn bộ gương hầm và xử lý vùng sạt lở, trên cơ sở sử dựng các phương pháp cơ học, kết hợp với quá trình đào bằng phương pháp chia gương, sử dụng vì chống linh hoạt về kích thước để gia cố vùng sạt lở, đồng thời sử dụng một số giải pháp như sau

a Giải pháp về biện pháp chống giữ

Sử dụng vì chống và neo vượt trước để gia cố khối đất đá; gia cường ổn định của khối đất đá phía nóc hầm bằng phương pháp cơ học (sử dụng vì neo vượt trước…)

Về trình tự công tác khoan, lắp dựng vì chống và neo vượt trước tại công trình thủy điện Đak Mi được thực hiện như sau:

+ Bước 1: tiến hành lấp bao tải cát toàn bộ gương hầm rải lưới thép phun bê tông gia cố tạm

+ Bước 2: tiến hành khoan tại các vị trí đã xác định đường kính lỗ khoan Ф42 chiều sâu 6 m theo dọc nóc hầm, lắp đặt hệ thống neo vượt trước bằng thép Ф25 chiều dài 6 m dọc theo chu vi của đường hầm Công tác khoan neo vượt trước đến đâu thì cắm neo đó bằng vữa neo M300 Sau khi gia

- Thứ hai trong khi tiến gương những vùng đất đá yếu sẽ sử dụng khoan tay hoặc máy khoan hầm để đục, những vùng không thể đục bằng khoan tay hoặc máy khoan; ta phải sử dụng biện pháp khoan nổ nhỏ, hoặc nổ ốp Việc khoan

nổ nhỏ hoặc nổ ốp với chiều dài từ 0,3 m sẽ làm giảm sóng nổ gây ảnh hưởng đến vùng đất đá bao quanh,tạo sự ổn định cho công trình ngầm

Sử dụng vì chống linh hoạt về kích thước đồng thời sau khi đào chia gương với bước chống 0,3 m:

+ Bước 1: tiến hành dựng vì chống với khoảng cách 0,3m, khoan neo vào 2 vách của hầm với chiều dài 1m định vị vì chống ổn định, tiến hành rải lưới thép phun bê tông gia cố vì chống

+ Bước 2: sau khi dựng xong vì chống phần nóc của hầm tiến hành đào bới 2 phía chân của vì chống, khoan hai lỗ khoan neo Ф42 trên nền đá theo định vị của các lỗ chờ trên tấm thép dẫn hướng chiều sâu mỗi lỗ khoan là 1,05

m Đặt tấm thép dẫn hướng vào vị trí thiết kế đóng cốt thép Ф22 CII L=1.1 m vữa neo M300, hàn tấm dẫn hướng vào cốt thép neo tiến hành nối chân vì chống và phun bê tông gia cố M200

+ Bước 3: tiến hành xúc bốc vận chuyển vùng đất đá từ phía tim hầm đến nền với chiều dài không quá 0,3 m

b Các giải pháp phụ trợ khác

- Phải thường xuyên sử dụng máy toàn đạc để liên tục quan trắc, cứ sau một chu kỳ dựng vì chống với bước chống 0,3 m thì lại phải quan trắc một lần, dựng vì chống đến đâu thì quan trắc đến đó để có thể dự báo cũng như phòng ngừa các biến dạng có thể xảy ra trong quá trình thi công

- Sau khi dựng vì chống đổ bê tông gia cố tạm ta tiến hành lắp ống và bơm lượng bê tông M200 lên phía nóc của hầm để bù lại phần đất đá sập lở

1.6.4 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đồng Nai 4

dùng thép neo Ф18CII đóng xuống nền để cố định chân vì Hàn nối chân vì với tấm thép dẫn hướng và vì chống nối hai chân vòm theo thiết kế Các vòm được dựng trong khu vực hầm qua đất được hàn nối với các vì chống đã được lắp dựng trong vùng đá mỏng bằng thép hình;

- Bước 2: khoan và cắm neo vượt trước, tiến hành khoan tại các vị trí

đã xác định đường kính lỗ khoan Ф42 chiều sâu 2,5 m theo dọc nóc hầm, lắp đặt hệ thống theo vượt trước bằng thép Ф25 chiều dài 2,5 m dọc theo chu vi của đường hầm Công tác khoan neo vượt trước đến đâu thì cắm neo đó bằng vữa neo M300

- Bước 3: tiếp tục đào và lắp dựng vì chống, lặp lại Bước 1 và Bước 2

- Sau khi dựng vì chống đổ bê tông gia cố tạm ta tiến hành lắp ống và bơm lượng bê tông M200 lên phía nóc của hầm để bù lại phần đất đá sập lở

1.6.5 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện

An Khê-Kanak, Gia Lai

Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy hầm thủy điện An Khê-Kanat bao gồm các bước như sau:

+ Bước 1: tiến hành cào dọn hai bên chân vách ngoài sạt lở để chuẩn bị dựng vì cơ sở, chú ý phải luôn giữ sự ổn định của đống đá bằng việc cào dọn nhỏ, cục bộ có thể sử dụng phun vẩy đống đá nếu cần thiết

+ Bước 2: đục phần tiết diện còn thiếu để dựng vì do không thể nổ mìn được do đó buộc phải dựng vì phù hợp với khả năng đục được bằng máy khoan hầm Dựng ba bộ vì cơ sở I25 bước 0,5 m giằng định vị giữ các vì chống bằng thép Ф25CIII chiều dài 1,8 m

+ Bước 3: tiến hành khoan đặt các ống thép Ф110 từ các vì cơ sở để tạo thành mái che an toàn giống như một giàn neo vượt trước Một đầu ống được hàn

cố định vào vì đầu ống còn lại được đặt trên đống đá sụt lở Ghép cốt pha cho khối

vì cơ sở bằng lưới thép D4 1,2 mm; bơm bê tông chèn vì M200

+ Bước 4: phủ lưới thép D4, 10x10 cm lên mái che các ống thép Ф110

để tạo không gian an toàn chống đá rơi kỹ thuật đứng dưới mái che an toàn, rọi đèn kiểm tra vùng sạt lở nếu có khoảng không khép kín (nghĩa là phía trong phía sạt lở khối đá được lấp đầy); hoặc nếu khoảng sạt lở không hở (nghĩa là phía trong khối sạt không được lấp đầy); tuy nhiên trường hợp sập của công trình thủy điện An Khê- Kanat thì toàn bộ đất đá được lấp đầy, vì thế thực hiện các bước tiếp theo như sau:

+ Bước 5: phun cát lấp nhét các lỗ hổng của đống đá sạt, tạo mặt bằng chống tổn thất khi bơm sạt bù, ghép cốt pha đầu đốc để đổ bù bê tông cho

mm quanh biên vì tiến dần qua sạt lở Cứ 4 m hầm tương đương 8 vì chống I25 thì tiến hành khoan ống thép Ф110 làm mái che an toàn

+ Bước 7: khi đào dựng vì vỏ tạm bằng thép qua vùng sạt lở, tiến hành bơm bê tông M200 lấp đầy khối sạt

1.6.6 Phương pháp xử lý sự cố sụt lở tại hầm dẫn nước nhà máy thủy điện

+ Bước 3: tiến hành khoan đặt các ống thép Ф110 từ các vì cơ sở để tạo thành mái che an toàn giống như một giàn neo vượt trước Một đầu ống được hàn

cố định vào vì đầu ống còn lại được đặt trên đống đá sụt lở Ghép cốt pha cho khối

vì cơ sở bằng lưới thép D4 1,2 mm Bơm bê tông chèn vì M200;