Các giải pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan robin tại các dự án thuỷ điện việt nam

Bùi văn đức Các giảI pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan robin tại các dự án thủy điện việt nam Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm

Bùi văn đức

Các giảI pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan robin tại các dự án thủy điện việt nam

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2010

Bùi văn đức

Các giảI pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan robin tại các dự án thủy điện việt nam

Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ và công trình đặc biệt Mã số: 60.58.50

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

người hướng dẫn khoa học PGS.TS đào văn canh

Hà nội - 2010

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2010

Tác giả luận văn

BÙI VĂN ĐỨC

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

CÔNG TRÌNH NGẦM THẲNG ĐỨNG……….……….… 5

1.1 Tổng quan về công trình ngầm thẳng đứng……….… … 5

1.1.1 Trong lĩnh vực mỏ……… …… ………… 6

1.1.2 Trong lĩnh vực giao thông, thủy điện……….12

1.1.2.1 Công dụng và điều kiện xây dựng giếng điều áp………12

1.1.2.2 Nguyên lý làm việc của giếng điều áp……… …….……….14

1.1.2.3 Các kiểu giếng điều áp……… …… ………15

1.2 Các phương pháp, công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng.… 20

1.2.1 Nhóm phương pháp thông thường……… …… 21

1.2.1.1 Phương pháp khoan nổ mìn toàn tiết diện……… … 21

1.2.1.2 Phương pháp khoan sử dụng giếng dẫn kết hợp khoan nổ mìn… …25

1.2.2 Nhóm phương pháp đặc biệt……… ……… … 31

1.3 Công nghệ thi công trình ngầm thẳng đứng bằng máy khoan Robbins 34

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN GIẾNG ĐỨNG BẰNG MÁY KHOAN ROBBINS TẠI CÁC DỰ ÁN THỦY ĐIỆN VIỆT NAM ……… …… ………….42

2.1 Tốc độ khoan……… …… ………43

2.1.1 Thực trạng về tốc độ khoan giếng……… …… 43

2.1.2 Công tác điều chỉnh tốc độ khoan……… ……… 46

2.2 Công tác sử dụng mũi khoan, mũi doa……….……….50

2.3 Quy trình vận hành công nghệ……… ……… … 53

3.1 Yếu tố địa chất……… ………56

3.1.1 Giai đoạn khảo sát ……… ……… ………56

3.1.2 Giai đoạn tổ chức thi công……… ………57

3.2 Yếu tố kỹ thuật công trình ……… ……… 58

3.2.1 Đường kính giếng……….……… ………60

3.2.2 Độ sâu hay chiều cao giếng……… …….…………61

3.3 Công tác bảo dưỡng và thay thế thiết bị……… ……… 62

3.3.1 Công tác bảo dưỡng thiết bị……… ………62

3.3.2 Công tác thay thế thiết bị……… ………….…….63

3.4 Công tác bố trí mặt bằng, hệ thống phụ trợ thi công……….………63

3.4.1 Mặt bằng tổ chức thi công……… … …….63

3.4.1.1 Giếng điều áp hở……… ………… 63

3.4.1.2 Giếng đứng thi công ngầm……… ….65

3.4.2 Hệ thống phụ trợ……… …… 66

3.5 Công tác khoan nổ mở rộng……… ……67

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THẲNG ĐỨNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN ROBBINS………….……… …70

4.1 Giai đoạn khảo sát, quy hoạch, thiết kế……….70

4.2 Giai đoạn tổ chức thi công……… ……….….73

4.2.1 Nâng cao công tác quản lý thi công……… ………….73

4.2.2 Điều chỉnh loại mũi khoan, lưỡi cắt phù hợp với điều kiện địa chất… 77

4.2.3 Hệ thống phụ trợ thi công……… ………….…… … 90

4.2.3.1 Giếng điều áp thi công hở……… ……… 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……….… ………95 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……… 98

Bảng 1-1 Một số loại cổ giếng 8 Bảng 1-2 Biểu đồ tổ chức chu kỳ đào lò ngược bằng tổ hợp KPV-1B 30 Bảng 1-3 Đặc tính kỹ thuật của hai tổ hợp đào KPV-1B và KPV-4A 30 Bảng 1-4 Phạm vi ứng dụng các phương pháp đặc biệt 32 Bảng 1-5 Chủng loại máy khoan Robbins 37 Bảng 1-6 Đánh giá tổng hợp các phương pháp đào giếng đứng 41 Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật của máy khoan Robbins 73RM-DC 44 Bảng 2-2 Thống kê kết quả tốc độ khoan Robbins thực tế tại một số

giếng đứng ở Việt Nam 45 Bảng 2-3 Bảng lựa chọn chủng loại mũi khoan dẫn hướng 52 Bảng 2-4 Đơn giá một số thiết bị hệ thống khoan Robbins 53 Bảng 3-1 Một số loại máy khoan cầm tay của Liên Xô (cũ) 60 Bảng 3-2 Chiều sâu khoan của một số loại máy khoan Robbins 62 Bảng 3-3 Thời gian bảo dưỡng thiết bị 62 Bảng 3-4 Kích thước một số loại máy khoan Robbins model 73 64

Bảng 4-1 Các phương pháp thí nghiệm tại hiện trường 79 Bảng 4-2 Các phương pháp thí nghiệm trong phòng 80 Bảng 4-3 Bảng phân cấp và đặc điểm cơ học của đất đá 82 Bảng 4-4 Phương pháp thí nghiệm trong phòng và tại hiện trường 83 Bảng 4-5 Phân loại đá theo độ bền nén của hội cơ học đá quốc tế

Bảng 4-6 Ví dụ tính toán cung cấp điện thi công 92

Hình 1-1 Mặt cắt dọc giếng đứng trong mỏ 7 Hình 1-2 Sơ đồ đặt giếng điều áp 13 Hình 1-3 Sơ đồ dao động mực nước trong giếng điều áp 14 Hình 1-4 Các kiểu giếng điều áp 18 Hình 1-5 Các kiểu đặt giếng điều áp và cấp nước giếng điều áp 19 Hình 1-6 Các sơ đồ thi công giếng đứng 24 Hình 1-7 Sơ đồ đào lò đứng bằng thùng cũi treo 25 Hình 1-8 Máy khoan giếng toàn tiết diện từ trên xuống 26 Hình 1-9 Tổ hợp đào giếng tự hành 29 Hình 1-10 Hệ thống khoan Robbins 35 Hình 1-11 Các giai đoạn thi công giếng đứng bằng công nghệ khoan

Hình 1-12 Quy trình thi công giếng đứng bằng côn nghệ Robbins 37 Hình 2-1 Xu hướng lệch mũi khoan dẫn hướng 47 Hình 2-2 Sơ họa vị trí khoan dẫn hướng bị lệch 48 Hình 2-3 Ảnh mũi khoan dẫn hướng bị lệch 48

Lưới-T.Thừa Thiên Huế 55 Hình 3-1 Kích thước chung của máy khoan Robbins Model 73 64

tốc độ đào (theo kinh nghiệm của Trung Quốc) 75 Hình 4-3 Thể hiện dao bị hư hao và điều kiện phải thay mới 76 Hình 4-4 Búa nảy Schemidt 84 Hình 4-5 Biểu đồ điều chỉnh độ nảy theo hướng bắn búa loại N 85 Hình 4-6 Biểu đồ tính chuyển độ nảy và độ bền nén đơn trục theo

WOSZILO (1989) cho búa loại N 86 Hình 4-7 Dụng cụ và sơ đồ nén điểm 87 Hình 4-8 Quan hệ giữa độ bền nén đơn trục và chỉ số nén điểm Is 88 Hình 4-9 Sơ đồ tính toán trang thiết bị hoạt động đồng thời 91

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình con người tìm kiếm, nghiên cứu và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới phục vụ cho sự phát triển của loài người thì các nguồn năng lượng truyền thống vẫn đang phát huy và đóng vai trò tiên phong trong trong nền kinh tế xã hội không chỉ tại Việt Nam mà cũng như trên toàn thế giới

Tại Việt Nam, trong các nguồn năng lượng truyền thống thì năng lượng thủy điện hiện được coi là nguồn năng lượng then chốt nhất Do đó, rất nhiều các dự án thủy điện đã, đang và sẽ tiếp tục được đầu tư xây dựng Trong xây dựng thủy điện thì hệ thống các công trình ngầm chiếm một tỷ lệ khối lượng thi công rất lớn, việc nâng cao hiệu quả thi công công trình ngầm lúc này đóng một vai trò rất quan trọng tới hiệu quả chung của dự án

Cùng với sự tăng lên về số lượng các dự án xây dựng công trình ngầm

và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học - công nghệ thì rất nhiều các công nghệ thi công công trình ngầm đã được nghiên cứu, áp dụng rộng rãi trên thế giới Tại Việt Nam, các người thợ xây dựng công trình ngầm đã từng bước mạnh dạn tiếp cận và áp dụng các công nghệ thi công mới nhằm nâng cao hiệu quả xây dựng cũng như tiến tới khả năng chuyên nghiệp hóa trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm thẳng đứng thì một trong những công nghệ đã và đang được sử dụng đó là

“Công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng máy khoan Robin” -

đây là một trong những công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay

Mặc dù vậy, thực tế khi áp dụng công nghệ này tại các dự án thủy điện

ở Việt Nam thì nó chưa phát huy được hết hiệu quả, cụ thể như: sai lệch trong quá trình khoan lớn; khó khăn trong công tác điều chỉnh tốc độ khoan; thiết bị

công nghệ bị hỏng hóc nhiều; quy trình vận hành công nghệ chưa đảm bảo với tính năng của hệ thống…

Xuất phát từ nhận thức đó, luận văn với đề tài nghiên cứu “Các giải pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan Robin tại các dự án thủy điện Việt Nam” là hết sức cần

thiết

Thực tế hiện nay có một số cách gọi khác nhau về công nghệ khoan Robbins, như tại các công trường xây dựng thì được Việt hóa và gọi bằng Robin hay Robbin; tuy nhiên theo các tài liệu khoa học [1], [6], [17] tên gọi của công nghệ được lấy theo tên của máy khoan trong công nghệ đó là máy khoan Robbins (tên đầy đủ bằng tiếng Anh [17]) Vì vậy, để thống nhất trong luận văn này tác giả sử dụng tên của công nghệ là công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng máy khoan Robbins

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích đánh giá, phân tích các yếu tổ ảnh hưởng đến công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan Robbins tại các dự án thủy điện ở Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống vận hành công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng máy khoan Robbins;

- Phạm vi nghiên cứu: Các công trình ngầm thẳng đứng thi công bằng công nghệ khoan Robbins tại các dự án thủy điện Việt Nam

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm thu thập các số liệu về kết quả thi công công trình ngầm thẳng đứng, giếng đứng bằng công nghệ khoan Robbins

tại Việt Nam Thu thập và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thi công công trình ngầm thẳng đứng Trên cơ sở kiến thức đã được học tập, nghiên cứu tại trường, cùng với các nguồn thức thức khác và những kinh nghiệm bản thân trong quá trình công tác, tác giả nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan Robbins trong điều kiện Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu

Do nội dung yêu cầu của đề tài luận văn, tác giả sử dụng phương pháp

nghiên cứu phân tích - tổng hợp

- Thu thập tài liệu (kết quả thi công thực tế, điều kiện tổ chức thi công )

- Đánh giá, phân tích và đề xuất các giải pháp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoan học: Đưa ra được các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm thẳng đứng có sử dụng máy khoan Robbins

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở lý luận để các chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế, đơn vị thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng máy khoan Robbins vận dụng vào thực tế sản xuất nhằm giảm thiểu rủi ro, kiểm soát và vận hành công nghệ phù hợp với điều kiện thi công các công trình ngầm tại Việt Nam Từ đó, nâng cao được hiệu quả thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan Robbins

7 Cấu trúc của đề tài

Luận văn gồm phần mở đầu, 04 chương, kết luận và kiến nghị Được trình bày trong 99 trang khổ A4 với 20 bảng biểu và 33 hình vẽ

Chương 1: Tổng quan về công nghệ, phương pháp thi công công trình ngầm thẳng đứng

Chương 2: Đánh giá hiệu quả áp dụng công nghệ khoan giếng đứng bằng máy khoan Robbins tại các dự án thủy điện Việt Nam

Chương 3: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thi công giếng đứng bằng máy khoan Robbins

Chương 4: Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả thi công công trình ngầm thẳng đứng bằng công nghệ khoan Robbins

Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Xây dựng, khoa Mỏ, bộ môn xây dựng công trình ngầm và mỏ, phòng đại học và sau đại học đã giúp đỡ và trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới phòng kỹ thuật Công ty CP Sông Đà 10; phòng kế hoạch kỹ thuật công ty CP Cavico xây dựng cầu hầm đã tạo điều kiện và trợ giúp tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và xin được trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đào Văn Canh, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Với năng lực và khả năng của mình, tác giải tự nhận thấy sẽ không tránh được những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô cũng như các bạn đồng nghiệp để bản Luận văn được hoàn chỉnh hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, PHƯƠNG PHÁP

THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THẲNG ĐỨNG

1.1 Tổng quan về công trình ngầm thẳng đứng

Công trình ngầm thẳng đứng hay giếng đứng là những công trình ngầm

có chiều theo phương thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng thủy chuẩn và kích thước theo phương thẳng đứng thường lớn hơn nhiều so với kích thước theo phương mặt phẳng thủy chuẩn

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

Công trình ngầm thẳng đứng (giếng đứng) được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau: thăm dò và khai thác khoáng sản, thả vật liệu, điều áp trong xây dựng thủy điện ngầm, thông gió cho các đường hầm giao thông có chiều dài lớn… Tùy thuộc vào công trình, chức năng nhiệm vụ mà chiều sâu của giếng đứng có thể từ vài chục mét đến hàng trăm mét

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

sẽ trở thành một bộ phận, một hạng mục để khai thác công trình như giếng thông gió, giếng cáp, giếng dẫn nước vào nhà máy, giếng xả tràn, bể điều áp…

Cấu tạo của giếng đứng phụ thuộc vào công dụng và chức năng của chúng, ví dụ như giếng đứng trong dự án thủy điện sẽ có cấu tạo khác so với một giếng mỏ và giếng thăm dò, hoặc ngay trong một giếng mỏ thì giếng chính sẽ có cấu tạo khác giếng phụ…

1.1.1 Trong lĩnh vực mỏ

Trong lĩnh vực mỏ, giếng đứng được xây dựng nhằm mục đích để mở vỉa khai thác khoáng sản có ích dưới sâu như vận chuyển khoáng sản, đất đá thải từ dưới ngầm lên mặt đất; đưa người, thiết bị lên xuống mỏ; cung cấp năng lượng, gió sạch, thoát gió bẩn…

Một cách tổng quan, dọc theo chiều sâu của giếng thì giếng đứng được chia làm các phần (đoạn) cơ bản sau: Cổ giếng; thân giếng; đáy giếng và phần

lò nối giữa giếng với lò bằng [14];

Trong đó:

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

được thi công trong lớp đất đá phong hóa, bở rời (trừ trường hợp giếng được thi công từ đường hầm ngang xuống) Thông thường cổ giếng được thiết kế

và xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

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

- Cao hơn mức lũ lớn nhất trong lịch sử ở địa phương ít nhất 50cm (tần xuất 100 năm)

- Thành trên của cổ giếng luôn luôn được thi công cao hơn mặt đất (mức ±0) để đảm bảo ngăn ngừa nước, vật liệu rời trên mặt tràn xuống giếng

- Đế dưới cùng của cổ giếng phải đảm bảo 2 yêu cầu cơ bản:

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

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

Kích thước mặt cắt ngang sử dụng của cổ giếng phụ thuộc vào phương pháp đào giếng Khi đào giếng bằng các phương pháp đặc biệt (vỏ chìm, đóng cọc ép, dùng khí nén với buồng làm việc di động, khoan) kích thước mặt cắt ngang bên trong cổ giếng lớn hơn kích thước mặt cắt ngang bên trong thân

giếng một độ lớn bằng hai lần chiều dày vỏ chống thân giếng cộng với hai lần

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

1- Rãnh gió 2- Đáy giếng 3- Lò nối 4- Hầm bơm nước trung gian 5- Vành đế đỡ

6- Vỏ chống cố định vỏ giếng 7- Cổ giếng

HÌNH 1-1 MẶT CẮT DỌC GIẾNG ĐỨNG TRONG MỎ

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

cổ giếng được phân ra làm bốn nhóm chính như sau: cổ giếng loại bậc; cổ giếng loại vành; cổ giếng loại vành bậc và loại đặc biệt Sơ đồ kết cấu và điều kiện áp dụng của mỗi loại cổ giếng tham khảo bảng 1-1

cổ giếng, khi đáy cổ giếng không nằm sâu quá 3÷5m dưới mặt đất và khi diện tích tiết diện ngang tương đối nhỏ (đường kính bên trong khoảng 5,5÷6m); Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cổ giếng lớn trung bình; khi các lớp đất cứng chắc nằm sát mặt đất; khi không có các cửa máng trong vỏ chống cổ giếng; khi đáy dưới cùng của cổ giếng không nằm sâu quá 3,5÷5m kể từ mặt đất và khi diện tích tiết diện ngang giếng tương

đối nhỏ

Cũng trong điều kiện áp dụng như đối với các đáy phẳng và dạng mặt nón và khi đất đá phân lớp mỏng với các đặc tính khác nhau trong đó một số cho phép tạo thành mặt trước

vỏ chống cổ giếng; khi có các lớp đất đá bền vững nằm ở độ sâu 6÷15m kể từ mặt đất và khi có khả năng đặt đáy của vành đế trong các lớp kể trên

Khi các tải trọng thẳng đứng tương đối nhỏ và trung bình; khi đường kính giếng bất kỳ; khi có các cửa máng trong vỏ cổ giếng; và khi xây dựng cổ giếng trong

đất đá không có khả năng mang tải lớn

lắm

cổ giếng và khi xây dựng cổ giếng trong

đá mềm yếu

Cũng trong các điều kiện như các cổ giếng nhóm 2, khi đào bằng phương pháp đóng băng nhân tạo

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

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

- Chịu được áp lực đất đá và nước ngầm xung quanh

- Làm chỗ tựa cho các kết cấu, trang bị bên trong giếng

Các kết cấu trong giếng phải kể đến hai kết cấu cơ bản: vỏ chống và hệ thống cốt giếng Thân giếng thường có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ nhật

* Đáy giếng: là đoạn dưới cùng của giếng nằm thấp hơn mức công tác thấp

nhất (mức khai thác thấp nhất) Tại đây phải bố trí một số trang thiết bị để hãm thùng trục, tiếp nhận hàng rơi vãi, cuộn cáp cân bằng của trục tải, ngoài

ra đáy giếng cũng là nơi thu nước để dẫn vào cụm hầm bơm

1.1.2 Trong lĩnh vực giao thông, thủy điện

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

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

1.1.2.1 Công dụng và điều kiện xây dựng giếng điều áp

Giếng điều áp cùng với hệ thống công trình ngầm nằm ngang tạo thành tuyến năng lượng trong lĩnh vực xây dựng thủy điện Giếng điều áp là bộ phận tạo ra mặt thoáng trên trên đường ống áp lực, giải phóng áp lực nước va

Do đó, giếng điều áp có tác dụng giữ cho đường hầm dẫn nước trước nó không phải chịu áp lực nước va (khi đóng mở turbin thì lưu lượng và lưu tốc trong ống dẫn nước vào turbin sẽ thay đổi Sự biến đổi quá nhanh lưu tốc sẽ gây ra hiện tượng gia cường áp lực hoặc giảm thấp áp lực gọi là hiện tượng nước va) Ngoài ra, giếng điều áp còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ống dẫn nước từ giếng vào turbin [5]

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

HÌNH 1-2 SƠ ĐỒ ĐẶT THÁP ĐIỀU ÁP

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

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

3- Nhà máy thủy điện

Theo đó, tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng giếng điều áp căn

cứ vào hằng số quán tính của đường ống [5]:

T1=

i i 0

max

W

L H g

Q

Trong đó:

H0 – là cột nước tĩnh của trạm thủy điện;

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

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

áp

1.1.2.2 Nguyên lý làm việc của giếng điều áp

HÌNH 1-3 SƠ ĐỒ DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC TRONG GIẾNG ĐIỀU ÁP

* Trường hợp giảm tải

Khi giảm tải đột ngột ngột lưu lượng turbin từ Q0 xuống Q1 Do quán tính của dòng chảy, lưu lượng vào đường hầm dẫn nước vẫn là Q0, như vậy sẽ

có một vị trí lưu lượng ∆Q = Q0 - Q1 chảy vào tháp, làm cho mực nước trong tháp dâng lên dần, từ đó độ chênh lệch mực nước giữa thượng lưu (trong hồ chứa) và trong tháp giảm dần, dẫn đến vận tốc dòng chảy giảm dần, do đó lưu lượng trong đường hầm giảm dần Nhưng cũng do quán tính của dòng chảy, mức nước trong tháp không dừng ở mực nước tương ứng với lưu lượng Q1 trong đường hầm mà vẫn tiếp tục dâng nên thậm chí cao hơn cả mực nước thượng lưu Sau đó, để cân bằng thuỷ lực nước phải chảy ngược trở lại về phía thượng lưu, mực nước trong tháp hạ xuống Nhưng cũng do lực quán tính nó lại hạ xuống quá mực nước cân bằng và dòng chảy lại phải chảy vào tháp [5] Cứ như vậy, mực nước trong tháp dừng ở mực nước ổn định mới ứng với lưu lượng Q1 (hình 1-3)

Trường hợp này trong thiết kế thường tính với mực nước thượng lưu cao nhất và cắt tải lớn nhất (thường là cắt toàn bộ công suất lớn nhất của nhà máy) để xác định mực nước cao nhất của giếng điều áp turbin (Zmax)

* Trường hợp tăng tải

Khi lưu lượng qua turbin tăng đột ngột mực nước trong tháp hạ xuống đến trị số Zmin và dao động theo chu kỳ và tắt dần ngược lại với trường hợp trên Trong thiết kế thường tính với mực nước thấp nhất ở thượng lưu và mức tăng tải lớn nhất có thể xảy ra trong vận hành để xác định mực nước thấp nhất của tháp (Zmin)

1.1.2.3 Các kiểu giếng điều áp

* Theo hình dạng cấu tạo

Theo hình dạng cấu tạo giếng điều áp có các kiểu: kiểu viên trụ; kiểu viên trụ có màng cản; giếng điều áp kiểu hai ngăn; giếng điều áp kiểu máng tràn; giếng điều áp kiểu có lõi trong; giếng điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí [5]

Giếng điều áp kiểu viên trụ

Giếng điều áp kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc nghiêng có tiết diện

không thay đổi (hình 1-4a) Kiểu này có kết cấu đơn giản, dễ thi công, tính

toán thiết kế cũng đơn giản Nhưng có nhược điểm cơ bản nhất là ở chế độ ổn định khi dòng chảy qua tháp tổn thất thuỷ lực cục bộ ở chỗ nối tiếp đường hầm và đường ống với tháp có thể lớn, đồng thời dung tích tháp lớn, thời gian dao động kéo dài Giếng điều áp viên trụ được ứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước thấp, mực nước thượng lưu ít thay đổi

Giếng điều áp kiểu viên trụ có màng cản

Thực chất là giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có đặt một màng cản ở đáy giếng để tăng thêm tổn thất thuỷ lực khi dòng chảy vào và ra khỏi giếng

(hình 1-4b) Màng cản có thể dưới dạng lỗ cản hoặc lưới cản… làm tăng tổn

thất thuỷ lực khi nước chảy qua nó và do đó giảm được biên độ dao động dẫn đến giảm được dung tích tháp và làm cho dao động mực nước trong giếng tắt nhanh Ngoài ra so với giếng điều áp viên trụ nó còn giảm được tổn thất thuỷ lực của dòng ổn định khi qua vị trí đặt giếng Giếng điều áp kiểu này được ứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước trung bình và mực nước thượng lưu ít thay đổi

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

Giếng điều áp kiểu này gồm hai ngăn và một giếng đứng, ngăn trên và

ngăn dưới có tiết lớn hơn nhiều so với giếng đứng (hình 1-4c) Nguyên lý làm

việc như sau:

Khi thay đổi phụ tải, mực nước trong tháp dao động, nhưng vì tiết diện giếng đứng nhỏ, nên mức nước trong giếng thay đổi rất nhanh làm cho thời gian dao động giảm Nhưng nếu chỉ với tiết diện giếng đứng thì biên độ giao động sẽ rất lớn, vì vậy khi mực nước trong giếng dao động đến cao độ nhất định, do tiết diện được mở rộng rất nhiều ở ngăn trên hoặc ngăn dưới nên biên

độ dao động sẽ tăng nhanh được Như vậy giếng điều áp loại này đã giảm được thời gian dao động mà lại hạn chế được biên độ dao động mực nước trong giếng Với cấu tạo hợp lý như vậy, nên dung tích giếng kiểu này nhỏ hơn nhiều so với giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, thường thích hợp với giếng ngầm trong đá Giếng điều áp kiểu này cũng thích hợp với trường hợp cột nước cao, mực nước hồ chứa thay đổi lớn, khi đó chỉ kéo dài phần giếng đứng

Giếng điều áp kiểu có máng tràn

Nguyên lý làm việc tượng tự như trường hợp kiểu hai ngăn, nhưng ngăn trên có đường tràn nước Kiểu này có ưu điểm là hoàn toàn có thể khống chế mực nước cao nhất của tháp, nhưng có nhược điểm là mất một phần nước

qua máng tràn (hình 1-4d)

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

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

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

ra ngăn ngoài Do đó mà khống chế được độ cao lớn nhất của mực nước tuỳ theo sức chứa của ngăn ngoài Giếng điều áp kiểu này thường được ứng dụng

trong tất cả các trường hợp khi tháp để hở trên mặt đất (hình 1-4e)

Giếng điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí

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

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

không khí không thoát ra ngoài (hình 1-4h, g)

HÌNH 1-4 CÁC KIỂU GIẾNG ĐIỀU ÁP

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

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

c- Kiểu hai ngăn; h- Kiểu nửa nén khí

d- Kiểu có máng tràn;

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

* Theo cách xây dựng

Kiểu nổi hoàn toàn

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

Kiểu đặt ngầm

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

Kiểu hỗn hợp nửa chìm nửa nổi: Kiểu này thường dùng khi không đặt ngầm được hoàn toàn

* Theo cách đặt

- Đặt trên đường dẫn nước vào nhà máy

- Đặt trên đường dẫn nước từ nhà máy ra

- Hệ thống giếng điều áp đặt nối tiếp (hình 1-5a): Có trường hợp đặt một tháp điều áp thì biên độ sẽ quá lớn, có thể phải đặt hai hay nhiều tháp kế tiếp nhau

- Hệ thống giếng điều áp đặt song song (hình 1-5b): Trường hợp dẫn nước cùng một nguồn cung cấp cho hai nhà máy thì có thể đặt hai tháp riêng biệt trên hai nhánh đường dẫn

HÌNH 1-5 CÁC KIỂU ĐẶT GIẾNG ĐIỀU ÁP VÀ CẤP NƯỚC GIẾNG ĐIỀU ÁP

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

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

* Theo cách cấp nước

- Kiểu đường dẫn nước vào ở phía trên (hình 1-5c)

- Kiểu đường dẫn nước vào ở cả phía trên và phía dưới (hình 1-5d) Việc chọn lựa kiểu giếng điều áp căn cứ vào nhiều các yếu tố khác nhau nhưng theo nguyên tắc sau:

- Giá thành công trình thấp nhất;

- Đảm bảo các tổ máy làm việc ổn định;

- Triệt tiêu dao động nhanh;

1.2 Các phương pháp, công nghệ thi công công trình ngầm thẳng đứng

Với nhu cầu xây dựng công trình ngầm nói chung và công trình ngầm thẳng đứng nói riêng, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất, môi trường khác nhau

Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm, trong đó có công trình ngầm thẳng đứng rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi đã hình thành và phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹ thuật phổ biến và nhiều khi còn là do thói quen [1]

Việc lựa chọn phương pháp thi công giếng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: quy hoạch chung của tổ hợp công trình ngầm, điều kiện địa hình, địa chất, thời gian xây dựng công trình, kích thước và chiều sâu giếng, trình độ tổ chức thi công và năng lực máy móc thiết bị… Trong các yếu tố đó, thì yếu tố nước ngầm và tính chất cơ lý của đất đá đóng vai trò quyết định rất

lớn đến việc lựa chọn phương pháp xây dựng Trên cơ sở hai yếu tố đó, người

ta chia ra thành hai nhóm để xây dựng giếng là nhóm phương pháp thông thường và nhóm phương pháp đặc biệt

Nhóm phương pháp thông thường được áp dụng khi đào qua các đất đá

ổn định, ít ngậm nước, lưu lượng nước chảy vào gương không quá lớn q<8m3/h, khi mặt lộ thành giếng tồn tại ổn định với diện tích lớn và không bị phá hủy đến khi xây dựng vỏ chống cố định theo sơ đồ công nghệ đào giếng

Các phương pháp xây dựng giếng đặc biệt được áp dụng trong đất đá

tơi vụn, không ổn định hoặc cát chảy cũng như khi đào qua đất đá kiên cố nhưng nứt nẻ, ngậm nước với lưu lượng nước ngầm chảy vào giếng lớn hơn 8m3/h [3]

Các công tác xây dựng giếng đứng thường được chia ra 3 nhóm:

- Nhóm công tác sản xuất chủ yếu: bao gồm đào đất đá, xây dựng vỏ chống (tạm thời và cố định), đặt cốt giếng

- Nhóm công tác sản xuất thứ yếu: bao gồm trục tải, thoát nước, thông gió, chiếu sáng và thông tin liên lạc

- Nhóm công tác phụ phục vụ: vận chuyển vật liệu, kho bãi, sữa chữa

cơ khí, cung cấp năng lượng, cấp thoát nước, dịch vụ sinh hoạt

1.2.1 Nhóm phương pháp thông thường

Các phương pháp đang được sử dụng trong giai đoạn hiện nay bao gồm: phương pháp đào giếng bằng khoan nổ mìn toàn tiết diện, và phương pháp khoan sử dụng giếng định hướng kết hợp khoan nổ mìn

1.2.1.1 Phương pháp khoan nổ mìn toàn tiết diện

Phương pháp đào giếng truyền thống bằng khoan nổ mìn toàn tiết diện thường được đào theo hướng từ trên xuống dưới So với khi thi công các

đường lò bằng, thì thi công giếng đứng theo phương pháp khoan nổ mìn gặp nhiều khó khăn hơn:

- Các công việc diễn ra trong một diện tích nhỏ, tiếng ồn và độ ẩm cao

- Khó khăn trong công tác di chuyển người và thiết bị theo phương thẳng đứng

- Tiến độ đào giếng thường thấp hơn do các công tác khoan, xúc bốc trục tải thực hiện khó khăn hơn

Đối với giếng có diện tích tiết diện lớn thì thường phải tiến hành đào chia gương

- Mức độ đầu tư ban đầu thấp

- Vị trí xây dựng giếng không thuận lợi với phương pháp cơ giới hóa như sử dụng máy khoan toàn tiết diện…

* Các bước tiến hành: Để tiến hành thi công giếng đứng bằng phương

pháp khoan nổ mìn, trước tiên phải tính toán các thông số để lập hộ chiếu khoan nổ mìn Hộ chiếu khoan nổ mìn được lập căn cứ vào điều kiện địa chất, kích thước tiết diện ngang của giếng đứng và năng lực trang thiết bị thi công Tùy theo tiết diện gương nổ, có thể tiến hành nổ theo ba phương pháp khác nhau:

- Phương pháp nổ chia bậc: áp dụng hiệu quả với giếng có tiết diện

ngang hình vuông, hình chữ nhật và diện tích mặt cắt ngang gương nổ lớn hoặc đất đá yếu

- Phương pháp nổ hình xoắn ốc: phương pháp này phù hợp khi đào

theo hướng từ trên xuống dưới với dạng một hình xoắn ốc, chiều cao của bậc phụ thuộc vào đường kính của giếng và khối lượng đất đá dự kiến nổ ra

- Phương pháp nổ toàn gương: đây là phương pháp được sử dụng rất

phổ biến trong công tác đào giếng, không chỉ phù hợp với giếng có mặt cắt ngang tiết diện hình vuông, hình chữ nhật mà còn phù hợp với giếng có mặt cắt ngang hình tròn Tuy nhiên phương pháp nổ toàn gương thường áp dụng với gương có tiết diện nhỏ và trung bình

Các công tác chính trong một chu kỳ thi công giếng bằng phương pháp khoan nổ mìn bao gồm:

- Đưa người lên xuống;

- Kiểm tra và bơm thoát nước gương giếng;

- Khoan lỗ mìn trên gương;

- Nạp thuốc nổ, nổ mìn;

- Thông gió và đưa gương vào trạng thái an toàn;

- Bốc xúc và trục tải đất đá trên gương;

- Chống giữ (tạm thời và chống cố định);

- Công tác phụ trợ

Riêng đối với giếng mỏ sau khi thi công hoặc trong quá trình thi công

vỏ chống cố định cần có thêm công tác lắp đặt cốt giếng

* Sơ đồ thi công giếng đứng:

Để tiến hành tổ chức thi công công trình ngầm thẳng đứng (giếng đứng) theo phương pháp đặc biệt hay theo phương pháp thông thường có thể sử dụng các sơ đồ thi công sau: Sơ đồ thi công nối tiếp, sơ đồ thi công song song

và sơ đồ thi công hỗn hợp (hình 1-6 Các sơ đồ thi công giếng đứng) Việc lựa chọn sơ đồ thi công phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đó các yếu

tố cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn sơ đồ là điều kiện địa chất, địa chất thủy văn; năng lực tổ chức thi công và năng lực trang thiết bị thi công

Sơ đồ thi công nối tiếp: Dọc theo chiều sâu của giếng đứng, tiến hành

phân chia giếng ra thành từng bước (đoạn) công nghệ Trong mỗi đoạn tiến hành thi công theo thứ tự đào đất đá, bốc xúc đất đá, gia cố, thi công vỏ giếng Sau khi kết thúc toàn bộ các công tác thi công trên một bước (đoạn) công nghệ mới tiến hành chuyển sang thi công bước (đoạn) kế tiếp

HÌNH 1-6 CÁC SƠ ĐỒ THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG

a- Sơ đồ đào nối tiếp; b- Sơ đồ đào song song; c- Sơ đồ đào hỗn hợp

Sơ đồ thi công song song: Theo sơ đồ này, công tác đào đất đá và xây

dựng vỏ chống đồng thời được thi công ở hai bước đào liền nhau Nghĩa là công tác khoan, nổ mìn và thải đá được bắt đầu sau khi kết thúc công tác thi công vỏ chống cố định ở bước đào trước đó

Sơ đồ hỗn hợp: Trong sơ đồ này tất cả các công đoạn như thải đá, xây

vỏ trong một chu trình đào thống nhất

Sơ đồ thi công song song và sơ đồ thi công hỗn hợp đảm bảo tiến độ thi công giếng nhanh hơn, đặc biệt là các giếng sâu nhưng đòi hỏi thiết bị phức tạp và năng suất cao hơn

1.2.1.2 Phương pháp khoan sử dụng giếng dẫn kết hợp khoan nổ mìn

Để thực hiện theo phương pháp này thì bắt buộc phải có một đường lò khai thông ở mức dưới - vị trí dự kiến tổ chức thi công Các phương pháp đào

giếng sử dụng giếng dẫn bao gồm: phương pháp thùng cũi treo, phương pháp

sử dụng các tổ hợp khoan ngược, phương pháp khoan giếng dẫn sử dụng máy

khoan đường kính lớn

* Phương pháp sử dụng thùng cũi treo:

Theo sơ đồ này, từ phía tầng dưới (hoặc tầng trên) tiến hành khoan một

lỗ khoan thông (giếng dẫn) Tại tầng trên bố trí tời trục (2) dùng để treo thùng cũi (3) Từ thùng cũi này, người công nhân tiến hành khoan lỗ mìn trên gương

lò ngược

1- Lỗ khoan để luồn cáp trục và thông gió

2- Tời trục tải

3- Thùng cũi treo

HÌNH 1-7 SƠ ĐỒ ĐÀO LÒ ĐỨNG NGƯỢC BẰNG THÙNG CŨI TREO

Ngoài ra, thùng cũi còn được sử dụng để vận chuyển vật liệu, thiết bị lên gương lò ngược Trong quá trình nổ phá đá, thùng cũi treo phải được hạ xuống và di chuyển vào vị trí an toàn

Điều kiện áp dụng: Sơ đồ đào lò đứng ngược sử dụng thùng cũi treo

được sử dụng để đào các đường lò đứng ngược có diện tích tiết diện ngang nhỏ hơn hoặc bằng 4m2; đất đá đặc chắc fk≥4, ít hoặc không bị nứt nẻ Với đất

đá nứt nẻ hoặc phân lớp nguy cơ mất an toàn rất cao

*Phương pháp khoan giếng dẫn sử dụng máy khoan đường kính lớn

Theo phương pháp này có thể tiến hành đào giếng theo hai hướng từ trên xuống dưới và từ dưới lên trên

- Khoan giếng theo hướng từ trên xuống dưới được thực hiện bằng cách

khoan giếng toàn tiết diện mặt cắt ngang với mô hình mở rộng dần theo dạng chữ V, hoặc mô hình khoan toàn mặt cắt ngang được thiết kế tương tự như các loại máy khoan TBM (hình số 1-8)

HÌNH 1-8 MÁY KHOAN GIẾNG TOÀN TIẾT DIỆN TỪ TRÊN XUỐNG DƯỚI

Trong quá trình khoan, đất đá thải dạng bụi được hút ra từ lỗ khoan tới một thùng chứa phía ngoài chứa vật liệu thô và một bơm hút các vật liệu hạt mịn Tốc độ cắt trung bình của máy khoan là 0,45m/h; tốc độ cắt lớn nhất có thể đạt 1,1m/h Độ lệch tâm trung bình từ khi đào giếng đến khi kết thúc khoảng 5mm và độ lệch tâm lớn nhất là 13mm Đường kính giếng trung bình thay đổi từ 1,757m đến 1,762m phụ thuộc vào hình dạng, loại đầu cắt cũng như đặc điểm kỹ thuật của máy [17]

* Phương pháp khoan giếng một giai đoạn:

Với các giếng nông, giếng mù có chiều sâu nhỏ thì từ đường lò mức dưới sử dụng các máy khoan ngược để khoan giếng toàn mặt cắt ngang từ dưới lên Phương pháp này chỉ áp dụng với các giếng ngắn đào trong đất đá không quá rắn cứng

* Phương pháp khoan giếng theo hai giai đoạn:

Khi tiến hành đào giếng theo phương pháp khoan giếng theo hai giai đoạn, một lỗ khoan tiên phong (lỗ dẫn hướng) được khoan theo phương thẳng đứng tới đỉnh của đường hầm nằm ngang tại đáy giếng Từ lỗ khoan dẫn hướng tiến hành khoan mở rộng nhờ một đầu cắt mở rộng theo phương từ dưới lên trên Nếu đường kính của giếng lớn hơn đường kính lỗ khoan mở rộng, khi đó giếng tiếp tục được mở rộng bằng phương pháp khoan nổ mìn theo hướng từ trên xuống dưới (từ đỉnh giếng xuống đáy giếng đứng) Công nghệ thi công theo phương pháp này phổ biến hiện nay là công nghệ khoan Robbins - chi tiết xem tại mục 1.3 của Luận văn này

* Phương pháp đào giếng sử dụng các tổ hợp khoan ngược tạo giếng dẫn

Thiết bị chính sử dụng trong phương pháp đào ngược là các tổ hợp thiết

bị đào giếng có sàn tự hành theo chiều từ dưới lên trên như tổ hợp KPV-1B; KPV-4A của Liên Xô (cũ) hay tổ hợp Alimak của Thụy Điển (hình số 1-9)

Cơ cấu cũng như nguyên lý vận hành chung của các tổ hợp bao gồm một sàn công tác (1) được gắn trên một khung của tổ hợp (2) trên đó bố trí động cơ điện hoặc khí nén (3) Quá trình di chuyển tổ hợp lên xuống theo một đường ray đơn (4) tổ hợp từng khâu một, chiều dài mỗi khâu theo chiều dài tiến gương, thường mỗi khâu dài 1,5m Đường ray được gắn cố định lên vách giếng đứng bằng hệ thống neo đá Cấp khí nén cho tổ hợp bằng ống cao su mềm (5) [6] Toàn bộ công tác khoan, nạp thuốc nổ được thực hiện trên sàn công tác Với tổ hợp này, việc thông gió sau khi nổ mìn ngoài việc sử dụng máy thông gió thường được tăng cường thêm biện pháp phun sương, tưới nước để đẩy nhanh quá trình thông gió cũng như giải phóng được khí độc và bụi nổ sinh ra trong quá trình nổ mìn

Chu kỳ đào lò ngược bằng tổ hợp KPV-1B; KPV-4A được bắt đầu bằng công tác xem xét và chuẩn bị đưa tổ hợp vào trạng thái làm việc Công tác tiếp theo là sử dụng ca-bin để kiểm tra và đưa gương vào trạng thái an toàn bằng phương pháp kiểm tra, chọc om trên gương lò cũng như hai bên vách giếng đứng Giai đoạn tiếp theo, tiến hành kiểm tra các giá trị kích thước tiết diện ngang của lò ngược, chiều dài tiến gương và các hướng thải đất đá Đồng thời với quá trình đó phải tiến hành chuẩn bị các thiết bị khoan, các cấu kiện, chi tiết cho công tác nối dài ray đơn và khoan nổ mìn

Sau khi kiểm tra, đưa gương vào trạng thái an toàn, ca-bin được hạ xuống để đưa các thiết bị, vật liệu cần thiết để nối ray đơn và khoan lỗ mìn Tiến hành nâng ca-bin lên vị trí cần thiết tại gương để tiến hành thực hiện các công tác tiếp theo của một chu kỳ

1- cáp treo sàn công tác; 2- khung của tổ hợp;

3- động cơ điện; 4- ray di chuyển; 5- ống cao

toàn

Bảng 1-2, giới thiệu một ví dụ của biểu đồ tổ chức chu kỳ đào - chống giữ lò ngược bằng tổ hợp KPV-1B cho đường lò có tiết diện 5,3m2 được đào trong khối đá có hệ số kiên cố f=14÷16 [6]

Bảng 1-2 Biểu đồ tổ chức chức chu kỳ đào lò ngược bằng tổ hợp KPV-1B

Kiểm tra và chuẩn bị KPV-1B 40

Kiểm tra và chọc om gương 20

Tên của công việc trong một

chu kỳ

Giờ trong mỗi ca

Bảng 1-3 Đặc tính kỹ thuật của hai tổ hợp đào KPV-1B và KPV-4A

KPV-1B KPV-4A

2 Tốc độ chuyển dịch sàn treo theo ray đơn, m/phút:

6 Diện tích mặt cắt ngang giếng thi công, m2 4 ÷10 4 ÷10

Tổ hợp Chỉ tiêu của tổ hợp

1.2.2 Nhóm phương pháp đặc biệt

Nhóm phương pháp đặc biệt bao gồm các phương pháp gia cố nhân tạo khối đất đá như xi măng hóa, sét hóa, silicát hóa và phương pháp đóng băng nhân tạo Phương pháp đặc biệt thường áp dụng khi công trình thi công trong những điều kiện địa chất công trình đặc biệt Điều kiện đặc biệt là các điều kiện mà nó xuất hiện trong các quá trình thi công vượt ngưỡng giới hạn bình thường, đất đá bao quanh công trình ngầm tạo thành vùng sụt lở hay vùng biến dạng dẻo không tắt dần

Để giữ vững ổn định công trình khi thi công trong điều kiện đặc biệt đã

có nhiều phương pháp khác nhau và trong từng điều kiện cụ thể, có thể lựa chọn các phương pháp sau [3]:

 Phương pháp tích cực (phương pháp chủ động): Bản chất của các phương pháp này là khống chế ngay từ đầu trạng thái ứng suất và biến dạng của đất đá

 Các phương pháp thụ động: là tập hợp các biện pháp nhằm giữ vững, ổn định công trình ngầm nhưng không làm thay đổi ứng suất và biến dạng của đất đá

 Các phương pháp hỗn hợp: là tập hợp các phương pháp chủ động và thụ động

Phạm vi áp dụng các phương pháp đặc biệt tham khảo bảng 1-4