Nghiên cứu lựa chọn các thông số của kết cấu chống tạm vì neo phù hợp khi đào mở rộng giếng điều áp trong điều kiện xây dựng thuỷ điện ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ********** ĐỖ XUÂN HOÀNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA KẾT CẤU CHỐNG TẠM VÌ NEO PHÙ HỢP KHI ĐÀO MỞ RỘNG GIẾNG ĐIỀU ÁP TRONG ĐIỀ

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

**********

ĐỖ XUÂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA KẾT CẤU CHỐNG TẠM VÌ NEO PHÙ HỢP KHI ĐÀO MỞ RỘNG GIẾNG ĐIỀU ÁP TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

**********

ĐỖ XUÂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA KẾT CẤU CHỐNG TẠM VÌ NEO PHÙ HỢP KHI ĐÀO MỞ RỘNG GIẾNG ĐIỀU ÁP TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ

và công trình đặc biệt

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐÀO VĂN CANH

HÀ NỘI - 2011

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2011

Tác giả luận văn

ĐỖ XUÂN HOÀNG

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG GIẾNG ĐIỀU ÁP NGẦM TIẾT DIỆN LỚN ĐÀO TRONG ĐÁ TƯƠNG ĐỐI VỮNG CHẮC Ở VIỆT NAM 12

1.1 Các vấn đề chung về giếng điều áp 12

1.1.1 Vai trò, công dụng giếng điều áp 12

1.1.2 Điều kiện và vị trí đặt giếng điều áp 12

1.1.3 Nguyên lý làm việc của tháp điều áp 13

1.1.4 Các loại hình tháp điều áp 14

1.2 Các phương pháp thi công giếng điều áp 18

1.2.1 Thi công giếng điều áp theo phương pháp mỏ 19

1.2.2 Thi công giếng điều áp bằng các tổ hợp khoan ngược KPV và ALIMAX 21

1.2.3.Thi công giếng điều áp bằng máy khoan ROBBINS 24

1.3 Kết cấu chống giếng điều áp 30

1.3.1 Kết cấu chống tạm 30

1.3.2 Kết cấu chống cố định 31

Nhận xét chương 1: 34

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG VỀ CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU CHỐNG TẠM BẰNG VÌ NEO KHI ĐÀO MỞ RỘNG GIẾNG ĐIỀU ÁP TRONG ĐÁ TƯƠNG ĐỐI VỮNG CHẮC 35

2.1 Thực trạng về thiết kế hộ chiếu chống tạm giếng điều áp bằng vì neo 35

2.1.1 Thiết kế vì neo dựa theo hướng dẫn thiết kế đường hầm thủy lợi HD.TC-C-77 35

2.1.2 Thiết kế dựa trên phương pháp chỉ tiêu chất lượng khối đá (phương pháp Q) do Viện địa kỹ thuật Na Uy đề xuất 37

2.2 Thực trạng chống tạm giếng điều áp bằng vì neo 39

2.3 Đánh giá chung 49

Nhận xét chương 2 49

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU CHỐNG TẠM VÌ NEO KHI THI CÔNG GIẾNG ĐIỀU ÁP ĐÀO TRONG ĐẤT ĐÁ VỮNG CHẮC 50

3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp xác định các thông số của kết cấu chống tạm 50

3.2 Tính toán các thông số vì neo bê tông cốt thép cho đoạn cổ giếng 52

3.3 Tính toán các thông số vì neo bê tông cốt thép cho phần thân giếng 55

3.3.1 Đánh giá độ ổn định của khối đá bao quanh giếng 55

3.3.1.1 Đánh giá độ ổn định của khối đá bao quanh giếng theo viện VNIMI(Liên Bang Nga) 55

3.3.1.2 Đánh giá độ ổn định của khối đá bao quanh giếng theo chỉ số Q (chỉ số chất lượng khối đá) 56

3.3.2 Tính toán các thông số vì neo bê tông cốt thép 60

3.4 Tính toán các thông số kết cấu vì neo BTCT và bê tông phun cho công trình giếng điều áp thủy điện Đắk Đrinh 67

3.4.1 Tính toán vì neo gia cố vùng cổ giếng 71

3.4.2 Tính toán các thông số kết cấu chống tạm vì neo và bê tông phun phần thân 72

3.4.3 Kiểm tra kết quả tính toán bằng phần mềm PHASE 2 6.0 78

Nhận xét chương 3: 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp đào KPV-1B và KPV-4A 22

Bảng 1.2 Chu kỳ đào giếng ngược bằng tổ hợp KPV-1B 23

Bảng 1.3 Các công trình đã và sẽ sử dụng tổ hợp khoan Robbins 25

Bảng 1.4 Đặc tính kỹ thuật một số loại máy khoan Robbins 27

Bảng 1.5 Phạm vi áp dụng của các phương pháp thi công giếng 29

Bảng 2.1 Chỉ tiêu độ bền khối đá tháp điều áp thủy điện A Vương 39

Bảng 2.2 Thông số kết cấu chống tạm tháp điều áp tại thủy điện AVương 39

Bảng 2.3 Chỉ tiêu độ bền khối đá tháp điều áp thủy điện Sekaman 3 41 Bảng 2.4 Thông số kết cấu chống tạm tháp điều áp tại thủy điện Sekaman 3 41

Bảng 2.5 Chỉ tiêu độ bền khối đá tháp điều áp thủy điện Nậm Chiến 43 Bảng 2.6 Thông số kết cấu chống tạm tháp điều áp tại thủy điện Nậm Chiến 43

Bảng 2.7 Chỉ tiêu độ bền khối đá tháp điều áp thủy điện Huội Quảng 45 Bảng 2.8 Thông số kết cấu chống tạm tháp điều áp TĐ Huội Quảng 45 Bảng 2.9 Chỉ tiêu độ bền khối đá tháp điều áp thủy điện Hủa Na 47

Bảng 2.10 Thông số kết cấu chống tạm tháp điều áp tại thủy điện Hủa Na 47

Bảng 3.1: Tải trọng trung bình lên tường giếng 56

Bảng 3.2 Trị số Qw 59

Bảng 3.3 Trị số chiều dày vùng biến dạng không đàn hồi bo [10] 63

Bảng 3.5 Thông số công trình và tháp điều áp thủy điện Đắk Đrinh 69

Bảng 3.6 Đặc trưng cơ lý tầng phủ IA2 70

Bảng 3.7 Các chỉ tiêu cơ lý của khối đá khu vực tháp điều áp 71

Bảng 3.8 Đặc trưng tính thấm của đá 71

Bảng 3.9 Thông số vì neo đoạn cổ giếng 72

Bảng 3.10 Thông số vì neo đoạn độ sâu 0-:-60m 74

Bảng 3.11 Thông số vì neo đoạn độ sâu 60-:-164m 75

Bảng 3.12 Tính toán hệ số m 76

Bảng 3.13 Chiều dài vì neo l 76

Bảng 3.14 Tính khối lượng đất đá P 77

Bảng 3.16 Thông số kiểu phân tích 78

Bảng 3.17 Định nghĩa vật liệu 79

Bảng 3.18 Tính chất vì neo 79

Bảng 3.19 Tính chất bê tông phun 79

Bảng 3.20 Giá trị vùng phá hủy với hệ số bền là 1,5 87

Bảng 3.21 Giá trị biến dạng khi không chống và khi có neo 88

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ đặt tháp điều áp 12

Hình 1.2 Sơ đồ dao động mực nước trong tháp điều áp 14

Hình 1.3 Các kiểu tháp điều áp 14

Hình 1.4 Các kiểu đặt thép và cấp nước tháp điều áp 18

Hình 1.5 Các phương pháp đào giếng 18

Hình 1.6 Các sơ đồ đào giếng 19

Hình 1.7 Thi công miệng giếng 20

Hình 1.8 Tổ hợp đào giếng tự hành kiểu KPV 21

Hình 1.9 Chu kỳ thi công đào giếng bằng tổ hợp khoan ngược 22

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ xây dựng giếng 24

Hình 1.11 Hệ thống khoan ROBBINS 26

Hình 1.12 Quy trình doa ngược 27

Hình 1.13 Quy trình thi công giếng bằng ROBBINS 73RM-DC 29

Hình 1.14 Đào đất đá tại giếng được chống bằng vỏ chống bê tông cốt thép lắp ghép 32

Hình 1.15 Đưa tấm bê tông cố thép chế tạo sẵn vào vị trí 32

Hình 1.16 Sơ đồ thi công bê tông tháp điều áp thủy điện A Vương 33

Hình 1.17 Cấu tạo cốp pha tháp điều áp thủy điện A Vương 33

Hình 2.1 Phương pháp Q đánh giá chất lượng khối đá 38

Hình 2.2 Các biện pháp gia cố công trình ngầm theo hệ thống Q 38

Hình 2.3 Mặt bằng tháp điều áp thủy điện A Vương 40

Hình 2.4 Mặt cắt dọc tháp điều áp thủy điện A Vương 40

Hình 2.5 Mặt bằng tháp điều áp thủy điện Sekaman 3 42

Hình 2.6 Mặt cắt dọc tháp điều áp thủy điện Sekaman 3 42

Hình 2.7 Mặt bằng tháp điều áp thủy điện Nậm Chiến 44

Hình 2.8 Mặt cắt dọc tháp điều áp thủy điện Nậm Chiến 44

Hình 2.9 Mặt bằng giếng điều áp thủy điện Huội Quảng 46

Hình 2.10 Mặt cắt dọc giếng điều áp thủy điện Huội Quảng 46

Hình 2.11 Mặt bằng tháp điều áp thủy điện Hủa Na 48

Hình 2.12 Mặt cắt dọc tháp điều áp thủy điện Hủa Na 48

Hình 3.1 Sơ đồ thi công điển hình tháp điều áp 51

Hình 3.2 Sơ họa vùng cổ giếng 52

Hình 3.3 Đường giới hạn không cần chống của tường giếng theo Barton [9] 58

Hình 3.4 Chỉ dẫn tính toán áp lực lên tường giếng (Golder Associates, 1976) [9] 59

Hình 3.5 Các biện pháp gia cố giếng đứng theo hệ thống Q 60

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán gia cố tạm vì neo giếng đứng 61

Hình 3.7 Sơ đồ để xác định hệ số m 64

Hình 3.8 Mặt bằng vị trí tháp điều áp thủy điện Đăk Đrinh 69

Hình 3.9 Phân bố các đới đá tại tháp điều áp thủy điện Đăk Đrinh 70

Hình 3.10 Mô hình phân tích đoạn cổ giếng, đường kính 15m 80

Hình 3.11 Mô hình phân tích đoạn thân giếng, đường kính 6,6m 80

Hình 3.12 Mô hình phân tích đoạn thân giếng, đường kính 4,6m 80

Hình 3.13 Đường hệ số bền đới đá IA2 khi không chống, đoạn giếng đường kính 15m 81

Hình 3.14 Đường hệ số bền đới đá IB khi không chống, đoạn giếng đường kính 6,6m 81

Hình 3.15 Đường hệ số bền đới đá IIA khi không chống, đoạn giếng đường kính 6,6m 81Hình 3.16 Đường hệ số bền đới đá IIB khi không chống, đoạn giếng đường kính 6,6m 82Hình 3.17 Đường hệ số bền đới đá IIB khi không chống, đoạn giếng đường kính 4,6m 82Hình 3.18 Chuyển vị không chống đới IA2, đoạn giếng đường kính 15m 82Hình 3.19 Chuyển vị không chống đới IB, đoạn giếng đường kính 6,6m 83Hình 3.20 Chuyển vị không chống đới IIA, đoạn giếng đường kính 6,6m 83Hình 3.21 Chuyển vị không chống đới IIB, đoạn giếng đường kính 6,6m 83Hình 3.22 Chuyển vị không chống đới IIB, đoạn giếng đường kính 4,6m 84Hình 3.23 Đường hệ số bền đới đá IA2 khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun, đoạn đường kính giếng 15m 84Hình 3.24 Đường hệ số bền đới đá IB khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun, đoạn đường kính giếng 6,6m 84Hình 3.25 Đường hệ số bền đới đá IIA khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun, đoạn giếng đường kính 6,6m 85Hình 3.26 Đường hệ số bền đới IIB khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun, đoạn giếng đường kính 6,6m 85Hình 3.27 Đường hệ số bền đới đá IIB khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun, đoạn giếng đường kính 4,6m 85Hình 3.28 Chuyển vị khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun đới IA2, đoạn giếng đường kính 15m 86Hình 3.29 Chuyển vị khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun đới IB, đoạn đường kính giếng 6,6m 86

Hình 3.30 Chuyển vị khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun đới IIA, đoạn giếng đường kính 6,6m 86Hình 3.31 Chuyển vị khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun đới IIB, đoạn giếng đường kính 6,6m 87Hình 3.32 Chuyển vị khi chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun đới IIB, đoạn giếng đường kính 4,6m 87

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vì neo được bắt đầu sử dụng từ đầu thế kỷ XX trong các mỏ hầm lò và đường hầm Đến nay, trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng công trình ngầm đến công trình giao thông, dân dụng đều xuất hiện các loại hình chống giữ bằng vì neo với các chủng loại từ neo cốt cứng đến neo cáp Ví dụ như gia cố tạm các đường hầm, các giếng đứng, giếng nghiêng; gia cố các mái dốc cửa hầm; gia cố các hố móng đào sâu v.v

Không những chỉ áp dụng như các kết cấu chống tạm, xu hướng sử dụng vì neo kết hợp với bê tông phun, lưới thép và các kết cấu gia cường khác làm vỏ chống cố định trong các công trình ngầm hiện nay đang được áp dụng

Lý thuyết tính toán vì neo hiện nay gồm nhiều phương pháp khác nhau: các phương pháp kinh nghiệm dựa vào các chỉ tiêu phân loại khối đá (RMR,

Q v.v ), các phương pháp phân tích dựa trên cơ sở các giả thuyết phá hủy, sụt

lở và xây dựng mô hình số mô tả tương tác giữa kết cấu chống và khối đá Mỗi loại phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng

Về nguyên lý, vì neo là một phương pháp gia cố chủ động, sử dụng khả năng mang tải của khối đá do đó có nhiều ưu điểm:

+ Là dạng kết cấu tích cực, chủ động

+ Giảm chi phí vật liệu

+ Giảm thiểu chi phí nhân công

+ Giảm tiết diện đào

+ Ngăn cản sự biến dạng vách đào bằng cách đặt vì neo ngay sau khi đào

+ Tăng cường khả năng thông gió do giảm thiểu những cản trở gây ra khi áp dụng các loại hình chống giữ khác như vòm chống

Lý thuyết tính toán vì neo trong mở rộng giếng điều áp còn nhiều quan điểm khác nhau Việc xác định các thông số của kết cấu vì neo đôi chỗ dựa

theo kinh nghiệm, tùy tiện Chính vì vậy, việc lựa chọn đưa ra một giải pháp tính toán phù hợp là việc cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là lựa chọn được phương pháp xác định các thông số của kết cấu chống tạm vì neo hợp lý khi đào mở rộng các giếng điều áp trong đất đá vững chắc tại các công trình xây dựng thủy điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Kết cấu chống tạm vì neo bê tông cốt thép cho giếng điều áp

Phạm vi nghiên cứu:

Kết cấu chống tạm của giếng điều áp thi công trong đất đá vững chắc tại các dự án thủy điện tại Việt Nam

4 Nội dung đề tài

Luận văn đề cập đến công nghệ thi công giếng điều áp trong xây dựng thủy điện ở Việt Nam Đánh giá tình trạng thiết kế chống tạm bằng vì neo cho giếng điều áp thường sử dụng tại các đơn vị thiết kế

Lựa chọn phương pháp tính áp lực lên tường giếng điều áp và phương pháp đánh giá độ ổn định của khối đá xung quanh giếng Trên cơ sở đó, đề xuất phương pháp tính toán các thông số vì neo bê tông cốt thép phù hợp khi thi công các giếng điều áp đào qua các lớp đất đá vững chắc

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp:

o Nghiên cứu lý thuyết

o Thu thập tài liệu, phân tích và tính toán

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

Lựa chọn được phương pháp tính toán kết cấu chống tạm vì neo phù hợp, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi đào mở rộng giếng điều áp trong đất đá vững chắc

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu đề tài là cơ sở giúp cho công tác thiết kế và thi công kết cấu chống tạm tháp điều áp bằng vì neo bê tông cốt thép trong xây dựng thủy điện

7 Cấu chúng của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận được trình bày trong 93 trang với 61 hình vẽ và 36 bảng

Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Xây dựng, bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ đã giúp đỡ và trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và làm luận văn tại trường Đại học Mỏ Địa chất

Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy PGS.TS Đào Văn Canh, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này./

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG GIẾNG ĐIỀU ÁP NGẦM TIẾT DIỆN LỚN ĐÀO TRONG ĐÁ TƯƠNG ĐỐI VỮNG CHẮC Ở VIỆT NAM

1.1 Các vấn đề chung về giếng điều áp

1.1.1 Vai trò, công dụng giếng điều áp

Đường ống dẫn nước vào turbin của trạm thủy điện, ngoài áp lực nước thông thường, còn phải chịu thêm áp lực nước va khi đóng mở turbin Nếu tạo

ra một mặt thoáng ở một vị trí nào đó trên đường ống, thì ở đó áp lực nước va được giải phóng và từ vị trí này trở lên thượng lưu đường ống sẽ không chịu

áp lực nước va nữa Tháp điều áp (TĐA) chính là một bộ phận tạo ra mặt thoáng nói trên Do đó, nó có tác dụng giữ cho đường hầm dẫn nước phía trước tháp khỏi bị áp lực nước va Ngoài ra, nó còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ống dẫn nước từ tháp vào turbin [1]

HÌNH 1.1 SƠ ĐỒ ĐẶT THÁP ĐIỀU ÁP

1- Tháp điều áp phía thượng lưu; 2- Tháp điều áp phía hạ lưu; 3- Nhà máy thủy điện; 4- Đường hầm dẫn nước; 5- Đường ống áp lực dẫn nước vào turbin

1.1.2 Điều kiện và vị trí đặt giếng điều áp

Có xây dựng tháp điều áp hay không phải căn cứ vào hiệu quả kinh tế; nếu thấy chi phí để xây tháp nhỏ hơn chi phí giảm bớt do đường hầm dẫn nước không phải chịu nước va, thì xây dựng tháp điều áp là hợp lý; trường hợp ngược lại, chi phí xây tháp lớn hơn chi phí giảm bớt của đường hầm dẫn nước do hiệu quả của tháp đem lại, thì không nên xây dựng tháp điều áp

Tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng tháp điều áp có thể căn cứ vào hằng số quán tính của đường ống [1]:

trong đó:

Tw : hằng số quán tính (thời gian đóng mở turbin);

Qmax : lưu lượng lớn nhất chảy trong ống;

Ho : cột nước tính toán;

li, Fi : tương ứng là chiều dài và diện tích tiết diện đoạn ống thứ i

Với tác dụng nêu trên, rõ ràng là vị trí của tháp càng gần nhà máy càng

có lợi Nhưng thông thường như vậy chiều cao của tháp càng phải tăng Dung hòa hai đặc điểm này tháp thường đặt ở chỗ bắt đầu chuyển sang độ dốc lớn của tuyến ống

Trong trường hợp đường hầm thoát nước từ turbin ra hạ lưu quá dài, có khi cũng phải đặt tháp điều áp cho đường thoát Khi đó tháp ở gần turbin là hợp lý

1.1.3 Nguyên lý làm việc của tháp điều áp

Trường hợp giảm tải:

Khi giảm tải đột ngột lưu lượng turbin từ Qo xuống Q1 Do quán tính của dòng chảy, lưu lượng vào đường hầm dẫn nước vẫn là Qo, như vậy sẽ có một trị số ΔQ=Qo-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, mực nước trong tháp không dừng ở mực nước tương ứng với lưu lượng Q1 trong đường hầm mà vẫn tiếp tục dâng lên thậm chí cao hơn cả mực nước thượng lưu Sau

đó, để cân bằng thủy lực nước phải chảy ngược trở lại về 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 Cứ như vậy, mực nước trong tháp dao động theo chu kỳ và tắt dần do ma sát Cuối cùng mực nước trong tháp dừng ở mực nước ổn định mới ứng với lưu lượng Q1 (hình 1.2)

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 tháp 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 cũng 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

HÌNH 1.2 SƠ ĐỒ DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC TRONG THÁP ĐIỀU ÁP

1.1.4 Các loại hình tháp điều áp

Chọn kiểu tháp điều áp phải xuất phát từ các nguyên tắc:

- Giá thành công trình thấp nhất;

- Bảo đảm các tổ máy làm việc ổn định;

- Triệt tiêu dao động nhanh

 Theo hình dạng cấu tạo thường gặp các kiểu tháp sau:

HÌNH 1.3 CÁC KIỂU THÁP ĐIỀU ÁP

a-Kiểu viên trụ; b- kiểu viên trụ có màng ngăn; c- kiểu hai ngăn; d- kiểu có máng tràn; e- kiểu có lõi trong; g- kiểu nén khí; h- kiểu nửa nén khí

1) Tháp điều áp kiểu viên trụ (hình 1.3a)

Tháp điều áp kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc nghiêng có tiết diện không thay đổi 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 thủy lực cục bộ ở chỗ nối tiếp đường hầm và đường ống với tháp điều áp có thể lớn, đồng thời dung tích tháp lớn, thời gian dao động kéo dài Tháp điều áp viên trụ được ứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước thấp, mực nước thượng lưu ít thay đổi

2) Tháp điều áp kiểu viên trụ có màng cản (hình 1.3b)

Thực chất là tháp điều áp kiểu viên trụ, nhưng có đặt một màng cản ở đáy để tăng thêm tổn thất thủy lực khi dòng chảy vào và ra khỏi tháp Màng cản có thể dưới dạng lỗ cản hoặc lưới cản làm tăng tổn thất thủy 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 tháp tắt nhanh Ngoài ra so với tháp điều áp viên trụ nó còn giảm được tổn thất thủy lực của dòng ổn định khi qua vị trí đặt tháp Tháp điều áp kiểu này được ứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước trung bình và mực nước thượng lưu ít thay đổi

3) Tháp điều áp kiểu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới) (hình 1.3c)

Tháp điều áp kiểu này gồm hai ngăn và một giếng đứng, ngăn trên và ngăn dưới có tiết diện lớn hơn nhiều so với giếng đứng 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 mực nước trong tháp thay đổi rất nhanh làm cho thời gian dao động giảm Nhưng nếu chỉ với tiết diện giếng đứng thì biên độ dao động sẽ rất lớn, vì vậy khi mực nước trong tháp 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 không tăng nhanh được Như vậy tháp điều áp loại này đã giảm được thời gian dao động mà lại hạn chế được biên độ dao động mực nước trong tháp

Với cấu trúc hợp lý như vậy, nên dung tích tháp kiểu này nhỏ hơn nhiều so với tháp điều áp kiểu viên trụ, nhưng nó có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, thường thích hợp với tháp ngầm trong đất

Tháp điều áp kiểu này cũng thích hợp với trường hợp cột nước cao, mực nước hồ chứa thay đổi lớn, khi đó chỉ việc kéo dài phần giếng đứng

4) Tháp điều áp kiểu có màng tràn (hình 1.3d)

Nguyên lý làm việc tương tự như trường hợp 3, nhưng ngăn trên có đường tràn nước Kiểu này có ưu điểm là hoàn toàn có thể khống chế mức nước cao nhất của tháp, nhưng có nhược điểm là mất một phần nước qua máng tràn

5) Giếng điều áp có kiểu lõi trong (còn gọi là kiểu kép hay kiểu sai phân) (hình 1.3e)

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 tùy theo sức chứa của ngăn ngoài

Tháp điều áp kiểu này thường được ứng dụng trong tất cả các trường hợp khi tháp để hở trên mặt đất

6) Tháp điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí (hình 1.3h và hình 1.3g)

Trong tháp điều áp kiểu nén khí, không khí trong tháp trên mặt thoáng được ngăn cách với không khí bên ngoài Trong quá trình dao động mực nước trong tháp, 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

Tháp 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 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 tháp 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 tháp điều áp kiểu nén khí thích hợp với vùng có động đất vì kích thước nhỏ nhẹ

Ngoài cách phân loại theo hình dạng cấu tạo nói trên còn có thể phân loại theo các cách sau:

 Phân loại 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 dưới) vì có thể dễ dàng

mở rộng tiết diện của các ngăn

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

 Phân loại theo cách đặt

- Đặt trên đường dẫn nước vào nhà máy

- Đặt trên đường dẫn nước từ nhà máy ra

- Hệ thống tháp điều áp đặt nối tiếp (hình 1.4a): Có trường hợp đặt một tháp điều áp thì biên độ sẽ quá lớn, có thể phải đặt hai hay nhiều tháp kế tiếp nhau

- Hệ thống tháp điều áp đặt song song (hình 1.4b): Trường hợp dẫn nước cùng một nguồn cung cấp cho hai nhà máy thì có thể đặt hai tháp riêng biệt trên hai nhánh đường dẫn

 Phân loại theo cấp cấp nước

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

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

HÌNH 1.4 CÁC KIỂU ĐẶT THÁP VÀ CẤP NƯỚC THÁP 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 ở phía trên; d- kiểu đường dẫn nước vào ở

cả phía trên và phía dưới

1.2 Các phương pháp thi công giếng điều áp

Việc thi công giếng điều áp có thể tiến hành bằng những phương pháp khác nhau: theo hướng từ trên xuống hoặc theo hướng từ dưới lên hoặc đào

mở rộng theo giếng dẫn (hình 1.5) [4]

HÌNH 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÀO GIẾNG

a-Đào toàn tiết diện từ trên xuống; b- đào toàn tiết diện từ dưới lên; c- đào giếng dẫn rồi mở rộng từ trên xuống

Việc chọn phương pháp thi công giếng phụ thuộc vào quy hoạch chung của tổ hợp công trình ngầm, điều kiện địa hình, thời gian xây dựng, địa chất công trình, kích thước và chiều sâu giếng

1.2.1 Thi công giếng điều áp theo phương pháp mỏ

Việc đào giếng theo hướng từ trên xuống Tùy thuộc vào trình tự thực hiện các công việc bốc đá và xây vỏ chống trong thực tế các sơ đồ công nghệ sau được sử dụng: sơ đồ nối tiếp, sơ đồ song song hoặc sơ đồ hỗn hợp (hình 1.6)

HÌNH 1.6 CÁC SƠ ĐỒ ĐÀO GIẾNG

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

Sơ đồ nối tiếp: Theo sơ đồ này, phân giếng ra thành từng bước công nghệ (20-:-30m) Trong mỗi đoạn bắt đầu từ trên xuống theo thứ tự đào đất

đá, bốc xúc đưa đất đá lên mặt đất, dựng vì chống tạm và sau đó đổ bê tông

vỏ chống cố định

Sơ đồ song song: Theo sơ đồ này, việc đào đất đá và xây vỏ chống đồng thời ở hai đoạn giếng liền nhau Với sơ đồ này, việc khoan, nổ mìn và thải đá được bắt đầu sau khi kết thúc xây vỏ chống ở bước đào trước

Sơ đồ hỗn hợp: Theo sơ đồ này, tất cả các công đoạn: khoan nổ, xúc đá, xây vỏ trong một chu trình đào thống nhất

Hai sơ đồ sau đảm bảo tiến độ xây dựng giếng nhanh hơn, nhất là các giếng sâu (từ 400m trở lên) nhưng đòi hỏi các thiết bị phức tạp và năng suất cao

Xây dựng giếng bắt đầu từ việc xây dựng miệng giếng có vỏ bê tông và

có một vòng giữ khỏe hơn để tiếp nhận áp lực thẳng đứng do trọng lượng tháp

và các ngoại tải khác

HÌNH 1.7 THI CÔNG MIỆNG GIẾNG

1-Cần cẩu ô tô; 2- Thùng trục; 3- Gầu ngoạm; 4- Ván khuôn; 5- Tời; 6- Máy xúc; 7- Khung che miệng giếng; 8- Ben (dạng phễu)

Trên hình 1.7 là một phương án xây miệng giếng bằng máy xúc (6) và cần cẩu ô tô (1) có trang bị gầu ngoạm (3) để thải đá Sau khi kết thúc việc xây miệng giếng, tiến hành lắp khu cơ sở (7) để che miệng giếng và để lắp các ống dẫn khác nhau, trong đó ống để cấp bê tông, để lắp ben (8) (dạng phễu), cáp, các ngăn để hạ các thùng chứa (2) v.v… Ván khuôn (4) được treo và dịch chuyển nhờ tời (5)

1.2.2 Thi công giếng điều áp bằng các tổ hợp khoan ngược KPV và

ALIMAX

Việc đào giếng theo hướng từ dưới lên áp dụng cho các giếng tiết diện trung bình và lớn, tiết diện giếng tiên phong từ 4-:-6m2 trong khi xây dựng các tổ hợp ngầm của các nhà máy thủy điện Đối với các giếng đường kính lớn thường áp dụng phương pháp liên hợp: Bắt đầu bằng việc đào các giếng dẫn từ dưới lên sử dụng tổ hợp khoan ngược KPV, ALIMAX hoặc máy khoan ROBBINS, sau đó mở rộng đến tiết diện thiết kế từ trên xuống

Việc đào các hang dẫn từ dưới lên có thể tiến hành nhờ các tổ hợp thiết

bị tự hành như kiểu KPV-1B, KPV-4A (Liên Xô cũ) hoặc Alimak (Thụy Điển)

HÌNH 1.8 TỔ HỢP ĐÀO GIẾNG TỰ HÀNH KIỂU KPV

1- Sàn công tác; 2- Khung của tổ hợp; 3- Động cơ điện hoặc khí nén; 4- Ray đơn; 5- Ống cấp khí nén; 6- Tời

Các tổ hợp đào tự hành (hình 1.8) là một sàn công tác (1) gắn trên một khung của tổ hợp (2) trên đó có bố trí động cơ điện hoặc khí nén (3) Việc di chuyển tổ hợp lên xuống theo đường một ray đơn (4) tổ hợp từng khâu một, mỗi khâu dài 1,5m Theo mức độ dịch chuyển của gương đường ray được kéo dài theo Đường ray được gắn lên vách hang bằng neo dài 1-:-1,5m Tổ hợp được trang bị điện thoại để liên lạc, cấp khí nén cho tổ hợp bằng ống cao su mềm (5) cuốn vào, tở ra bằng tời (6) Tiết diện hang đào bằng tổ hợp tự hành thường trong phạm vi 4-:-9m2

HÌNH 1.9 CHU KỲ THI CÔNG ĐÀO GIẾNG BẰNG TỔ HỢP KHOAN NGƯỢC

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp đào KPV-1B và KPV-4A

6 Diện tích mặt cắt ngang giếng thi

Bảng 1.2 giới thiệu một ví dụ về một chu kỳ đào giếng ngược bằng tổ hợp KPV-1B cho giếng có tiết diện 5,3m2 đào trong đá rắn chắc

Bảng 1.2 Chu kỳ đào giếng ngược bằng tổ hợp KPV-1B

Tên công việc

Thời gian, phút

có bố trí tất cả các thiết bị cần thiết Việc đổ bê tông được bắt đầu từ dưới sau khi kết thúc quá trình đào mở rộng Hỗn hợp bê tông được cấp vào bằng các thùng (9) đổ vào phễu nhận sau đó qua vòi voi (10) vào một máng xoay (11)

để đổ vào sau ván khuôn (12) Việc đầm bê tông bằng đầm dùi và tiến hành bằng tay (thủ công)

HÌNH 1.10 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIẾNG

a) Đào mở rộng giếng; b) Đổ bê tông vỏ giếng; 1- Cáp treo sàn công tác; 2- Thùng cấp vật liệu; 3- ống thông gió; 4- phễu cấp bê tông; 5- tổ hợp thiết bị phun bê tông; 6- máy khoan; 7- máy đào gầu ngược; 8- giếng định hướng; 9-thùng cấp bê tông; 10- vòi voi; 11- máng; 12- ván khuôn

1.2.3 Thi công giếng điều áp bằng máy khoan ROBBINS

Tổ hợp máy khoan Robbins đã sử dụng để thi công nhiều hạng mục công trình thủy điện tại Việt Nam cho thấy nhiều ưu việt về tiến độ, an toàn

và chất lượng trong thi công Bảng 1.3 dưới đây nêu ra các công trình đã và sẽ

sử dụng tổ hợp khoan Robbins

Bảng 1.3 Các công trình đã và sẽ sử dụng tổ hợp khoan Robbins

giếng, m

Đường kính giếng,

m

1

Thủy điện Yali

Tùy quy mô, kích thước công trình cụ thể mà có thể sử dụng các loại máy khoan Robbins cỡ nhỏ, cỡ trung và cỡ lớn Bảng 1.4 giới thiệu một số loại máy khoan Robbins của hãng Atlas Copco (Mỹ)

Hệ thống vận hành máy khoan Robbins gồm các bộ phận chính sau: 1 Tháp khoan; 2 Hệ thống điện; 3 Hệ thống thủy lực; 4 Hộp điều kiển

HÌNH 1.11 HỆ THỐNG KHOAN ROBBINS

Nguyên lý hoạt động của máy khoan:

Máy khoan Robbins có bộ phận cắt mạnh và có dạng côn tròn, xoay theo chiều kim đồng hồ tốc độ 14,5 vòng/phút trên đó có gắn các bộ phận cắt kết cấu khác nhau

Bộ phận điện điều kiển bơm thủy lực bơm dầu từ thùng dầu lên mô tơ thủy lực, mô tơ thủy lực tạo ra mô men quay quay hộp truyền chuyển động làm quay cần khoan, mâm doa lưỡi cắt

Hộp điều kiển, điều kiển quá trình nâng hạ thiết bị khoan (cần khoan, mâm doa, lưỡi cắt) và điều kiển áp suất kéo, nén trong quá trình khoan

Tháp khoan để lắp đặt thiết bị khoan và tay lắp cần khoan

Quy trình đào giếng đứng bằng máy khoan Robbins:

Trước khi sử dụng máy khoan cần đảm bảo các điều kiện: đã có mặt bằng lắp đặt máy, đường vận chuyển máy, nguồn cấp nước, nguồn cấp điện 0,6kV đến vị trí đặt máy, có đầy đủ thông tin về điều kiện địa chất công trình khu vực thi công, đã đào xong đường hầm ngang xuyên qua vị trí đáy giếng [7]

Quá trình thi công chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Dùng mũi khoan dẫn hướng, khoan dẫn hướng từ trên xuống đến hết chiều sâu giếng Sau đó, tháo bỏ mũi khoan dẫn hướng

Giai đoạn 2: Lắp đặt mâm doa, tiến hành doa ngược từ dưới lên

Giai đoạn 3: Dùng biện pháp khoan nổ mìn, đào mở rộng giếng từ trên xuống đến đường kính thiết kế

HÌNH 1.12 QUY TRÌNH DOA NGƯỢC

1-Drilling pilot hole down: Khoan lỗ khoan dẫn hướng từ trên xuống; 2- Attaching reamer: Lắp mâm doa; 3- Reaming up: Khoan ngược

Pilot bit: Mũi khoan dẫn hướng; Reamer: Mâm doa; Drill String: Cần khoan;

Bảng 1.4 Đặc tính kỹ thuật một số loại máy khoan Robbins

Đường kính doa tối đa, m

Độ sâu khoan tối

 Thi công bệ máy:

Bệ máy là một tấm bê tông cốt thép trên có các ống thép chờ để lắp đặt neo giữ máy khoan ổn định Bệ máy có tác dụng tạo mặt bằng và sự ổn định cho máy trong quá trình vận hành Do tác dụng của lực ép khi khoan, lực xoắn vặn gây ra bởi mô men quay của cần khoan trong quá trình khoan doa

mở rộng theo hướng từ dưới lên trên rất lớn, nên bệ máy thường được đặt trên

nền đá Nếu bệ máy được lắp đặt trên nền địa chất kém ổn định, cần tiến hành gia cố mặt nền hoặc đặt hệ thống dầm đỡ trước khi lắp đặt máy

 Khoan dẫn hướng:

Được thực hiện theo chiều từ trên xuống dưới, bắt đầu từ cao độ miệng giếng đến cao độ đỉnh hầm ngang đi qua đáy giếng Trong quá trình khoan, việc nối dài cần khoan được thực hiện nhờ cơ cấu tay nâng thủy lực Mạt khoan được ép ra ngoài nhờ hệ thống ép nước rửa mạt kiểu pít tông Sau khi kết thúc khoan dẫn hướng, tiến hành lắp đặt đầu cắt mở rộng tại đầu dưới của giếng nơi giao cắt với đường hầm ngang Trong quá trình lắp đặt, cần phối hợp nhịp nhàng giữa người điều kiển máy trên miệng giếng và người thao tác đặt đầu cắt mở rộng dưới đáy giếng Tại vị trí lắp đặt đầu cắt mở rộng cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện về thông gió, chiếu sáng, thông tin liên lạc hữu tuyến

 Khoan doa mở rộng:

Tiến hành theo chiều từ dưới lên Mỗi chu kỳ khoan từ 2-:-3m, sau đó dừng lại để xúc chuyển hết mạt khoan dưới đáy giếng, tránh tình trạng mạt khoan tập trung nhiều gây tắc giếng Mạt khoan được xúc bốc và vận chuyển

ra ngoài nhờ tổ hợp ô tô tự đổ và máy xúc lật hoặc ô tô tự đổ và máy cào vơ

Công tác khoan doa mở rộng được dừng lại khi đầu cắt mở rộng cách cao độ miệng giếng từ 4-:-5m Sau khi kết thúc công tác khoan doa mở rộng, xúc bốc hết mạt khoan tại đáy giếng, tiến hành hạ đầu cắt xuống đáy giếng để tháo dỡ và đưa ra ngoài Các cần khoan được nối dài nhờ cơ cấu lắp cần thủy lực Trong quá trình tháo dỡ cũng cần đảm bảo các yêu cầu về an toàn như trong quá trình lắp đặt

Lớp đá để lại 4-:-5m được đào bằng biện pháp khoan nổ mìn, chu kỳ đào từ 1,0-:-1,5m, không nổ quá dày để tránh hiện tượng tắc đá trong giếng

 Khoan nổ mìn mở rộng đến đường kính thiết kế:

Sau khi khoan doa mở rộng, tiến hành khoan nổ mìn mở rộng giếng đến đường kính thiết kế theo chiều từ trên xuống Do đã có giếng dẫn nên công tác thải đá thuận tiện hơn nhiều so với phương pháp mỏ (phương pháp đào toàn tiết diện từ trên xuống) Đối với giếng đường kính trung bình sử dụng khoan tay để khoan mở rộng Đối với giếng có đường kính lớn, có thể đưa máy khoan thủy lực cỡ nhỏ để đẩy nhanh tiến độ khoan

HÌNH 1.13 QUY TRÌNH THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG BẰNG ROBBINS 73RM-DC

Qua xem xét các phương án thường áp dụng để thi công các giếng đứng, có thể tổng kết phạm vi áp dụng của các phương pháp như sau:

Bảng 1.5 Phạm vi áp dụng của các phương pháp thi công giếng

1 Đào toàn tiết diện từ trên xuống Các giếng khai mỏ

2 Đào ngược bằng các tổ hợp

khoan ngược

Các giếng thông gió, lối thoát sự

cố và các giếng van của công trình thủy điện ngầm

3 Sử dụng máy khoan Robbins Các giếng điều áp của công trình

thủy điện

1.3 Kết cấu chống giếng điều áp

1.3.1 Kết cấu chống tạm

Kết cấu chống tạm dùng để chống vách giếng khỏi bị phá hoại trước khi xây dựng kết cấu chống cố định, để bảo vệ công nhân và thiết bị ở trong giếng khỏi nguy hiểm do lở đá Kết cấu chống tạm phổ biến trong xây dựng giếng đứng gồm:

1- Khung chống thép hình kết hợp bê tông phun

2- Vì neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun

3- Vì neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun và lưới thép [6]

Khung chống thép hình:

Sử dụng trong trường hợp đất đá yếu, thường độ cứng đất đá f ≤ 4 Khung chống thép hình có tác dụng ngăn cản sự dịch chuyển của đá trên chu vi giếng và do đó tiếp nhận tải trọng do đá biến dạng Khung chống

là hệ thống không gian từ các vòm hoặc khung chống đa giác chế tạo từ thép hình hoặc tiết diện chuyên dụng khác nối với nhau bằng bu lông căng và thanh giằng Khung chống phải có ván chèn và nêm chặt vào vách giếng

Ván chèn có thể là những tấm bê tông phun hoặc bê tông phun lên lưới thép Trường hợp phải chèn lấp sau ván thì phải dùng vật liệu không cháy, tính chất của chúng ít thay đổi theo thời gian như đá cục, khối bê tông

Khi dựng vì chống dạng khung hoặc vòm phải nêm chặt vào đá Trong trường hợp cần thiết khung chống kim loại có thể đổ bê tông hoặc phun bê tông lấp đi

Thành phần công việc khi dựng vì chống kim loại thường bao gồm các quá trình: Đưa các cấu kiện của vì chống vào giếng, dựng và lắp đặt chúng vào vị trí thiết kế, đặt các thanh giằng và thanh căng, dựng ván chèn, lấp đầy phía sau vì chống

Khung chống kim loại cần được kiểm tra định kỳ cùng với việc khôi phục lại lớp lấp đầy và ván chèn

Bê tông phun:

Việc phủ lên thành giếng một lớp bê tông phun là để mặt đá được toàn khối và bảo vệ nó khỏi bị phong hóa Bê tông phun có thể dùng độc lập hoặc

tổ hợp với vì neo hoặc khung chống thép hình

Trong trường hợp cần thiết có thể phun bê tông lên lưới thép Khi đó nên dùng lưới thép 10x10cm với đường kính sợi 4-:-6mm

Việc kiểm tra chất lượng của bê tông phun và công tác phun cần thực hiện ở phòng thí nghiệm bê tông của công trường và do cán bộ giám sát kỹ thuật hiện trường gồm: kiểm tra các vật liệu đưa vào cấp phối, công nghệ chế tạo vữa và việc phun bê tông

Độ bền của bê tông phun cần kiểm tra bằng cách thử các nhóm mẫu theo quy phạm Khi có yêu cầu đặc biệt thì phải thử thêm mẫu bê tông phun chịu kéo và lực dính bám với đá và cốt thép

Vì neo bê tông cốt thép:

Vì neo không chỉ khắc phục sụt lở mà còn cho phép đưa cả khối đá xung quang vào làm việc, biến thành giếng thành một kết cấu thống nhất có khả năng chịu tải lớn Sự ổn định của giếng khi dùng vì neo được đảm bảo nhờ tăng khả năng làm việc của đất đá bằng cách gia cố các lớp riêng rẽ hoặc vùng phá hoại của chúng Vì neo có thể sử dụng cho đá có độ cứng trong khoảng rất rộng f ≥ 4

Đầu neo phải đặt ra ngoài vùng phá hoại của khối đá quanh hầm để truyền tải trọng lên khối đá bền chắc Những cục đá nhỏ nằm giữa các neo được giữ bằng lưới thép để khỏi rơi lở vào giếng rồi phun phủ một lớp bê tông

Để chính xác lại các thông số trước khi áp dụng vì neo nên làm thử một đoạn có thí nghiệm độ bền, sức chịu tải của neo

1.3.2 Kết cấu chống cố định

Kết cấu chống cố định phổ biến trong xây dựng giếng đứng gồm:

1- Bê tông cốt thép đổ tại chỗ

2- Bê tông cốt thép lắp ghép

Vỏ chống bê tông cốt thép lắp ghép:

Sử dụng cho các giếng sâu đến 50m làm trạm bơm, kho chứa, lối lên xuống của đường hầm Kết cấu thường là lắp ghép từ những tấm bê tông cốt thép định hình chế tạo trước

Phương pháp thường sử dụng là phương pháp hỗn hợp (đào và chống đồng thời trong cùng một chu kỳ) Thiết bị thi công chủ yếu sử dụng cần cẩu

để nâng hạ các tấm bê tông định hình và vận chuyển đất đá

HÌNH 1.14 ĐÀO ĐẤT ĐÁ TẠI GIẾNG ĐƯỢC CHỐNG BẰNG VỎ CHỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LẮP GHÉP

HÌNH 1.15 ĐƯA TẤM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHẾ TẠO SẴN VÀO VỊ TRÍ

Vỏ chống bê tông cốt thép đổ tại chỗ:

Vỏ chống giếng đứng được thi công theo chiều từ dưới lên Đoạn tiếp giáp với đường hầm ngang phía đáy giếng trở lên khoảng 60-:-70m được cấp

bê tông bằng bơm, phần còn lại phía trên được cấp bê tông nhờ các ben nâng

hạ bằng tời hoặc cần trục

Quá trình công nghệ xây dựng vỏ giếng bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ gồm nhưng công tác sau: chuẩn bị khối đổ, lắp ráp cốt thép, lắp đặt và tháo dỡ cốp pha, chuyển bê tông đến khối đổ, đổ bê tông, đầm bê tông, gắn kết các mối nối, dưỡng hộ cho vỏ giếng đạt các yêu cầu kỹ thuật

HÌNH 1.16 SƠ ĐỒ THI CÔNG BÊ TÔNG THÁP ĐIỀU ÁP THỦY ĐIỆN A VƯƠNG

HÌNH 1.17 CẤU TẠO CỐP PHA THÁP ĐIỀU ÁP THỦY ĐIỆN A VƯƠNG

a-Vị trí khi đổ bê tông, b-Vị trí khi di chuyển

Nhận xét chương 1:

Chương 1 đã đề cập đến:

1 Tháp điều áp tạo ra mặt thoáng giảm áp có tác dụng bảo vệ cho đường hầm phía trước không chịu áp lực nước va Các tháp điều áp được bố trí ở những vị trí có đất đá tương đối vững chắc

2 Các phương pháp thi công tháp điều áp: Phương pháp đào toàn tiết diện từ trên xuống, phương pháp đào ngược sử dụng các tổ hợp khoan ngược và mở rộng từ trên xuống, phương pháp sử dụng máy khoan ROBBINS kết hợp khoan nổ mìn mở rộng Trong các điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi cho phương pháp khoan ROBBINS, các sơ đồ công nghệ đào ngược và đào toàn tiết diện sẽ được xem xét

3 Trong xây dựng thủy điện ở Việt Nam, tháp điều áp có đường kính

từ 3-:-15m tùy theo lượng nước và công suất của trạm thủy điện và

có độ sâu từ 50m đến hàng trăm mét

4 Kết cấu chống tháp điều áp: Đối với kết cấu chống tạm, sử dụng phổ biến là vì neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun và lưới thép Kết cấu chống cố định là bê tông cốt thép đổ tại chỗ

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG VỀ CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU CHỐNG TẠM BẰNG VÌ NEO KHI ĐÀO MỞ RỘNG GIẾNG ĐIỀU ÁP TRONG ĐÁ TƯƠNG ĐỐI VỮNG CHẮC

2.1 Thực trạng về thiết kế hộ chiếu chống tạm giếng điều áp bằng vì

neo

Công tác thiết kế hộ chiếu chống tạm giếng điều áp bằng vì neo tại các

cơ sở thiết kế hiện tại thường thực hiện theo hướng dẫn thiết kế đường hầm thủy lợi HD.TC-C-77 do Bộ thủy lợi cũ ban hành hoặc theo phương pháp kinh nghiệm dựa trên chỉ tiêu chất lượng khối đá Q do Viện địa kỹ thuật Na

o Hướng dẫn thiết kế đường hầm thủy lợi HD.TL-C-77

o Thiết kế vì chống tạm ở các tunnel thủy lợi BCH-49-86

o Tiêu chuẩn thiết kế các đường hầm thủy công SNHiP 2.06.09-84

o Tài liệu địa chất

o Các bản vẽ thiết kế giếng điều áp

Các thiết kế gia cố tạm giếng điều áp tại công trình thủy điện A Vương, Nậm Chiến, Sekaman 3 được thực hiện theo hướng này

Đối với vùng đất đá có hệ số kiên cố f<4, giá trị áp lực ngang phân bố đều dọc theo tường giếng tính theo công thức:

trong đó:

γσ: trọng lượng thể tích của đất đá hông, kN/m3

h: chiều sâu vùng đất đá có f<4, m

φ: góc ma sát trong, rad (hoặc độ)

Đối với vùng đất đá có hệ số kiên cố f≥4 thì trị số áp lực mỏ nằm ngang được xác định từ điều kiện cân bằng giới hạn của lăng trụ trượt đất đá Căn cứ hướng chủ đạo của hệ thống khe nứt của khối đá, xác định mức độ kém ổn định của khối đất đá phần tường giếng có khả năng sụt lở cục bộ Độ

ổn định của khối đất đá ở phần tường được tính toán xác định từ điều kiện cân

bằng giới hạn của hệ lực ma sát và hệ lực đẩy trượt tác động trong khối lăng trụ trượt đất đá cần gia cố tạm

Chiều dài neo la được xác định theo công thức [2]:

trong đó:

lk: chiều dài đoạn đuôi neo, nằm ngoài mặt lộ, thường lk=0,1-:-0,15m

Có thể xác định sơ bộ lk theo biểu thức:

l4: chiều dài đoạn đuôi neo nằm ngoài đai ốc (mút thừa) l4≥1-:-2cm

lz: chiều dài đoạn đầu neo (khóa neo) Ở thời điểm lắp đặt vì neo, đầu neo được bố trí bám chắn trong vùng đá đang biến dạng đàn hồi, đủ điều kiện thực hiện các biện pháp tạo lực căng neo cần thiết, thỏa mãn yêu cầu giữ đá xung quanh vì neo không chuyển sang trạng thái ứng suất và biến dạng nguy hiểm Chiều dài lz được xác định theo đặc tính cấu tạo của từng loại vì neo và khả năng bám dính của từng loại đầu neo với từng loại đá Sơ bộ có thể lấy

lz=0,3-:-0,5m tỷ lệ với mức năng lượng chấn động lan ra ngoài biên đào, khi phá vỡ đất đá trên gương và hệ số ma sát của đầu neo với đất đá xung quanh

lo: chiều dài đoạn thân neo phụ thuộc vào vị trí gia cố, xác định theo yêu cầu gia cố mặt lộ và yêu cầu thi công vì neo tại hiện trường

Khoảng cách giữa các neo trong cùng một vòng xác định theo biểu thức:

trong đó:

la: tổng chiều dài vì neo xác định theo công thức (2.2), m

Khoảng cách giữa các vòng neo theo chiều sâu giếng được lấy theo kinh nghiệm:

Đường kính thanh thép làm cốt neo: Lấy theo kinh nghiệm tùy thuộc vào điều kiện địa chất và kích thước của giếng:

Thông thường chọn ϕ=0,020m

2.1.2 Thiết kế dựa trên phương pháp chỉ tiêu chất lượng khối đá (phương

pháp Q) do Viện địa kỹ thuật Na Uy đề xuất

Các căn cứ để thiết kế gồm:

o Hướng dẫn cho điểm các thông số đầu vào của phương pháp Q

o Bảng phân loại kết cấu chống theo phương pháp Q

o Tài liệu địa chất

o Các bản vẽ thiết kế giếng điều áp

Các thiết kế gia cố tạm giếng điều áp tại công trình thủy điện Hủa Na, Huội Quảng được thực hiện theo hướng này

Nội dung phương pháp Q:

Q: gọi là chỉ tiêu chất lượng tuynen do Barton và các cộng sự của Viện địa kỹ thuật Nauy (NGI) đề xuất

Thông số đầu vào của phương pháp Q là 6 dữ liệu thu thập từ đá khối, bao gồm:

RQD: tỷ lệ nõn khoan dài hơn 10cm

Jn: số lượng các hệ khe nứt có trong khối đá

Jr: tính chất nhám của khe nứt

Ja: độ phong hóa của khe nứt

Jw: hệ số triết giảm do xuất lộ nước ngầm

SRF: hệ số triết giảm ứng suất

Sáu tham số được kết hợp thành ba cặp thừa số với ý nghĩa sau:

RQD/Jn: đặc trưng cho kích thước của các khối nứt,

Jr/Ja: đặc trưng cho độ bền cắt hay trượt giữa các khối nứt,

Jw/SRF: đặc trưng cho ứng suất hữu hiệu tác dụng vào khối đá

Đại lượng RQD thể hiện lượng thu hồi lõi khoan:

= ổ ℎ ề à á đ ạ õ ℎ ó ℎ ề à ℎơ 10

ℎ ề à à ộ ỗ ℎ đượ ℎả á

De: gọi là kích thước tương đương, nhận được bằng cách chia khẩu độ (theo Barton, Lien và Lunde), đường kính hoặc chiều cao của công trình ngầm cho đại lượng gọi là chỉ số chống giữ công trình ngầm

ℎỉ ố ℎố ữ ô ì ℎ ầ