Bộ giáo dục và đào tạo Bộ nông nghiệp và ptnt
Trờng đại học thuỷ lợi


Nguyễn ngọc cơng NGHIÊN CứU Sự HìNH THàNH BụI TRONG QUá TRìNH Đào hầm
bằng phơng pháp khoan nổ mìn và biện pháp
làm sạch không khí trong hầm
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 60.58.40 luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Trọng Hồng
dẫn khoa học của GS.TS Vũ Trọng Hồng.
Các số liệu sử dụng để tính toán là trung thực, những kết quả nghiên cứu
trong đề tài luận văn chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về đề tài luận văn của mình./. Học viên
Nguyễn Ngọc Cương

MỤC LỤC
38TI. Tính cấp thiết của đề tài:38T 1
38TII. Mục đích của đề tài:38T 1
38TIII. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:38T 1
38TIV. Kết quả dự kiến đạt được:38T 1
38TV. Nội dung của luận văn:38T 2
38TCHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SỰ HÌNH THÀNH BỤI VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ
TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG.
38T 4
38T1.1. Đặc điểm về đào đường hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn.38T 4
38T1.1.1. Các phương pháp xây dựng đường hầm38T 4
38T1.1.1.1. Định nghĩa đường hầm:38T 4
38T1.1.1.2. Phân loại đường hầm:38T 4
38T1.1.2. Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ38T 5
38T1.1.2.1. Đặc điểm công tác nổ trong đào hầm:38T 5
38T1.1.2.2. Tác dụng các loại lỗ mìn và mạng gây nổ trong đào hầm:38T 7
38T1.1.2.3. Nổ mìn vi sai trong đào hầm:38T 8
38T1.1.2.4. Công tác xúc, chuyển:38T 9

nổ.
38T 36
38T2.2.2.3. Xác định lượng khí sạch pha loãng khí độc dựa vào yêu cầu làm
loãng khí thải máy diesel tính toán.
38T 37
38T2.2.3. Công thức tính toán lượng khí cần hút ra khỏi đường hầm.38T 38
38T2.2.3.1. Xác định lượng khí cần hút.38T 38
38T2.2.3.2. Phương pháp chọn Q để thiết kế hệ thống thông gió:38T 38
38T2.3. Kết luận chương 2.38T 39
38TCHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG
THÔNG GIÓ.
38T 40
38T3.1. Thiết kế hệ thống thông gió để làm sạch bụi trong hầm.38T 40
38T3.1.1. Xác định tổng lượng không khí cần thổi vào hầm38T 40
38T3.1.2. Xác định kích thước ống thông gió38T 40
38T3.1.3. Tính tổn thất áp lực trong ống38T 41
38T3.1.4. Tổn thất áp lực cửa ra và cửa vào38T 42
38T3.1.5. Tỷ lệ rò rỉ không khí38T 42
38T3.1.6. Tính khối lượng không khí và áp lực mà quạt cung cấp.38T 42
38T3.1.6.1. Xác định công suất của máy thông gió.38T 42
38T3.1.6.2. Xác định áp lực của máy thông gió.38T 43
38T3.1.6.3. Xác định công suất động cơ điện để kéo quạt.38T 44
38T3.1.6.4. Chọn quạt máy thông gió.38T 44
38T3.2. Bố trí hệ thống thông gió theo các gương hầm trong quá trình đào
hầm.
38T 46
38T3.2.1. Đặc thù phương pháp đào hầm và yêu cầu thông gió38T 46
38T3.2.2. Sơ đồ hệ thống quạt theo các gương hầm, bố trí số lượng quạt máy.38T
50
38T3.2.3. Bố trí đường ống và các phụ kiện khác.38T 51

38T4.3.2.5. Tổn thất áp lực cửa ra, cửa vào:38T 64
38T4.3.2.6. Tỷ lệ rò rỉ của không khí:38T 64
38T4.3.2.7. Tính khối lượng không khí và áp lực mà quạt cung cấp:38T 65
38T4.4. Kết luận chương 4.38T 66
38TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ38T 67
38T1.38T 38TKết luận.38T 67
38T2.38T 38TKiến Nghị.38T 69
38TTÀI LIỆU THAM KHẢO38T 70

DANH MỤC HÌNH VẼ
38TUHình 1-1: Đào đường hầm trên toàn bộ mặt cắtU38T 6
38TUHình 1-2: Sơ đồ đào từng phần (nửa trên và nửa dưới)U38T 6
38TUHình 1-3: Các dạng lỗ mìn của nổ mìn lỗ nôngU38T 7
38TUHình 1-4: Các dạng bố trí lỗ mìn tạo rãnhU38T 7
38TUHình 1-5: Nổ mìn vi saiU38T 8
38TUHình 1-6: Kíp nổ vi sai trong thi công đào hầmU38T 9
38TUHình 1-7: Sơ đồ các nhánh đường vận chuyển cắt nhauU38T 12
38TUHình 1-8: Sơ đồ đổi chỗ các toa xe bằng hầm nhánh HU38T 12
38TUHình 1-9U38T 38TU Hình 1-10U38T 13
38TUHình 1-11: Trợ giúp cho việc quay xe khi kích thước gương đào nhỏU38T 15
38TUHình 1-12: Kết cấu bằng Neo (anke)U38T 18
38TUHình 1-13: Các loại NeoU38T 19
38TUHình 1-14: Kết cấu khung kiểu vòm thépU38T 22
38TUHình 1-15: Khoan phụt gia cố trướcU38T 23
1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Ở Việt Nam đường hầm cũng chỉ được phát triển trong hơn một thập kỷ
gần đây, và nhất là trong lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi – thủy điện,
giải pháp đường hầm được sử dụng rất nhiều như: nhà máy thủy điện Hòa Bình,
Nậm Chiến, Nậm Củn, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình, Đồng Nai và
nhiều nhà máy thủy điện khác.
Phương pháp đào đường hầm phổ biến là khoan – nổ, nhưng nhược điểm
của phương pháp khoan – nổ là hình thành rất nhiều bụi trong quá trình thi công.
Do vậy đề tài mang tính cấp thiết để nghiên cứu làm sạch không khí trong
đường hầm khi có xét đến bụi.
II. Mục đích của đề tài:
Sự hình thành bụi trong quá trình đào hầm bằng phương pháp khoan – nổ
mìn;
Thiết kế và bố trí hệ thống thông gió làm sạch bụi trong đường hầm và áp
dụng cho công trình đường hầm nhà máy thủy điện Nậm Củn;
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tài liệu lý thuyết, thực
nghiệm, thực tế nghiên cứu về sự hình thành bụi và biện pháp để làm sạch không
khí.
Áp dụng cho một công trình thực tế.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
Giới thiệu biện pháp nghiên cứu về sự hình thành bụi trong phương pháp
khoan – nổ mìn đào hầm.

YẾU TỐ BỤI KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM
CỦN
4.1. Giới thiệu về công trình thủy điện Nậm Củn.
4.2. Đặc điểm thi công đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Nậm Củn.
4.3. Tính toán và bố trí hệ thống thông gió có xét đến yếu tố bụi phù hợp với
công trình.
4.4. Kết luận chương 4.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận.
2. Kiến nghị.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
4
CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SỰ HÌNH THÀNH BỤI VÀ BIỆN PHÁP XỬ
LÝ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG.
1.1. Đặc điểm về đào đường hầm bằng phương pháp khoan – nổ mìn.
1.1.1. Các phương pháp xây dựng đường hầm
1.1.1.1. Định nghĩa đường hầm:
Đường hầm là kết cấu công trình ngầm, phục vụ những mục đích như bảo
đảm vận chuyển trực tiếp hành khách hoặc hàng hóa vượt qua những trở ngại sẵn
có; làm đường sắt, đường xe cơ giới, đường đi bộ, hoặc đường thủy, đường
chuyển nước, đường chứa cáp điện, đường đặt ống khí đốt, đường tiêu
nước.v.v hoặc để tạo ra vận chuyển bên trong các nhà máy công nghiệp; được
xây dựng bằng những phương pháp thi công công trình ngầm không làm xáo

Công tác này đã được sử dụng từ thời cổ xưa. Hiện nay phương pháp này
vẫn dùng rộng rãi để đào đất, đá cứng với mặt cắt hầm có hình dạng bất kỳ và
kích thước to nhỏ khác nhau. Trường hợp đào hầm có mặt cắt không tròn hoặc
có mặt cắt tròn nhưng chiều dài hầm quá ngắn, hoặc khi gặp phải cấu trúc địa
chất nứt nẻ nhiều, có đứt gãy hoặc do những điều kiện cụ thể khác như mặt cắt
gồm nhiều lớp địa chất khác nhau, đá vò nát, hoặc đá quá cứng (k > 9) thì
phương pháp nổ mìn ưu việt hơn hẳn so với máy đào TBM.
Phương pháp nổ mìn để thi công các công trình thuỷ lợi là phương pháp
thi công tiên tiến, có thể tăng nhanh được tốc độ thi công, giảm nhẹ, tiết kiệm
sức lao động, giảm bớt việc sử dụng máy móc, thiết bị, công cụ để thi công.

6

Hình 1-1: Đào đường hầm trên toàn bộ mặt cắt

Hình 1-2: Sơ đồ đào từng phần (nửa trên và nửa dưới)
Ưu điểm:
- Hoàn thành được công việc nhanh chóng bất kỳ loại đất đá nào.
- Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu, thời tiết nên có thể tiến
thành trong bất kỳ thời gian nào.
Nhược điểm:
- Đòi hỏi thợ có chuyên môn tay nghề cao.
- Công tác an toàn phức tạp. 7
1.1.2.2. Tác dụng các loại lỗ mìn và mạng gây nổ trong đào hầm:
- L mìn tạo rãnh : bố trí giữa gương hầm nhằm tạo mặt thoáng để hiệu
quả nổ cao. Có nhiều cách bố trí tùy thuộc hướng tạo mặt thoáng.
- L mìn phá: bố trí trên toàn bộ gương hầm nhằm phá đá.




r
Q
m
(cm/s)
Trong đó:
Q
R
m
R: là lượng thuốc nổ lớn nhất ứng với 1 cấp vi sai (kg)
r: là khoảng cách từ phần tử đất đá đến l mìn (m)
k: là hệ số phụ thuộc vào điều kiện đất đá
+ Đất đá ít nứt nẻ: k = 100 – 200

9
+ Đá rời bão hòa nước: k = 450 – 600
α: là hệ số phụ thuộc vào khoảng cách r
+ Gần điểm nổ r < 100 thì α = 2,5
+ Xa điểm nổ r > 100 thì α = 1,5
[v]: tốc độ lay động hòn đá
+ Đá nứt nẻ: [v] = 20 cm/s
+ Đá ít nứt nẻ: [v] = 50 cm/s
+ Đá tốt: [v] = 100 cm/s
Khi hệ thống có nhiều mạng nổ thì có nổ đơn và nổ kép, và giá trị [v] thay
đổi theo cách nổ:
+ Gạch: [v] = 14 cm/s – nổ đơn
[v] = 3 cm/s – nổ kép
+ Bê tông: [v] = 130 cm/s – nổ đơn

R; - tổng tiêu hao thời gian cho việc di chuyển toa xe vào và ra, di
chuyển đầu máy kéo, kể cả thời gian tiến lùi của máy xúc.
Thực tế, K thời gian = 0,4-0,6.
Như vậy năng suất thực tế của loại máy trên không vượt quá 40% năng
suất ghi trong lý lịch của máy. Sau này đã cải tiến loại máy di chuyển trên xích,
có thể xúc đưa vào băng tải hoặc xúc cho cả xe tự đổ, năng suất lý thuyết 180
m
P
3
P/giờ, năng suất thực tế 40 mP
3
P/giờ (loại chạy trên đường ray năng suất thực tế
khoảng 6-9 m
P
3
P/giờ). Đường hầm có tiết diện quá nhỏ phải thi công bằng thủ
công.
2. Gương đào lớn (kích thước lớn hơn 6x6,5m), thường dùng máy xúc gàu
ngửa và xe tự đổ. Năng suất lý thuyết gàu ngửa tới 90m
P
3
P/giờ, làm việc trong
gương đào có diện tích 40m
P
2
P, D = 7m; loại lớn hơn có năng suất lý thuyết
180m
P
3
P/giờ, làm việc trong gương đào có đường kính D = 10m.

đoàn tàu đó chuyển sang đường bên trái, đầu máy kéo 8 nhờ đường nhánh 2 trở
thành đuôi của các toa xe không tải, tiếp tục đẩy những toa không tải vào sát
máy xúc.

12

Hình 1-7: Sơ đồ các nhánh đường vận chuyển cắt nhau
Trong những đường hầm tiết diện nhỏ, chỉ có một máy xúc hoạt động thì
việc chuyển ch của toa xe không tải và có tải được thực hiện nhờ một đường rẽ,
lắp ráp trên một tấm thép di chuyển được (nếu chiều rộng đường hầm cho phép).
Trường hợp chiều rộng đường hầm quá hẹp thì việc đổi ch cho các toa xe sẽ
tiến hành bằng hầm nhánh H (Hình 1-8).

Hình 1-8: Sơ đồ đổi chỗ các toa xe bằng hầm nhánh H
Để chất tải vào các toa xe người ta thường dùng các loại băng chuyền di
chuyển trên đường ray (Hình 1-9). Để dỡ tải, thông thường sử dụng loại toa xe
có dung từ 0,75-1,1 m
P
3
P, tự lật nghiêng bên sườn xe và loại xe có dung tích 2,5
m
P
3
P, khoảng cách bánh xe không nhỏ hơn 750mm, thành toa xe có thể tự mở ra,
đáy thùng xe có thể nâng lên được (Hình 1-10). Trên các bãi thải người ta còn
dùng loại xe không tự lật, mở và việc dỡ tải phải nhờ một thiết bị chuyên dùng.
Để vận chuyển vữa bê tông vào khoang đào người ta sử dụng loại toa xe có dung

13
tích nhỏ; tự lật nghiêng, hoặc loại xe chuyên dùng, trên thùng xe đặt các thùng

Pe, lực kéo F, trọng lượng bám dính Pc.
Và Pe + Qc ≤ F/ω
R
c
R+i
Pe + Qc ≤ 1000 ψ.pc/ω
R
p
R + i+5
ω
R
c
R: hệ số ma sát của các toa xe khi chuyển động trên đường nằm ngang,
đường bẩn, các toa xe đầy tải, lấy trung bình 0,0125;
i: Độ dốc của đường;
ω
R
p
R: Hệ số ma sát của các toa xe đầy tải khi bắt đầu chuyển động, đường
bẩn, lấy trung bình 0,017;
5: Hệ số có xét gia tốc khi bắt đầu chuyển động;
ψ: Hệ số bám dính của các bánh xe với đường ray khi bắt đầu chuyển
động, bằng 0,25.
Trong những công thức trên tất cả trọng lượng và lực được tính bằng T
Thời gian vận chuyển ra bãi thải T
R
0
R, phút, được xác định theo chiều dài quãng
đường L, m, tốc độ trung bình Vtb, m/s, có xét đến thời gian quay đầu máy, toa
xe ở khoang đào và bãi thải T

dày 15-20 cm và tời 3T để trợ giúp cho việc quay xe (Hình1-11).

Hình 1-11: Trợ giúp cho việc quay xe khi kích thước gương đào nhỏ
Việc tính toán năng suất xe vận chuyển khi thi công trong đường hầm, về
nguyên tắc, không khác với việc tính toán khi thi công trên mặt đất.
1.1.2.5. Công tác gia cố đất đá trong quá trình đào hầm:
a. Đá cứng liền khối ít nứt nẻ:
Không gia cố hoặc phun vữa bê tông bảo vệ mặt đá.
Bê tông phun lên mặt đá khi cần gia cố đá có 2 chức năng rõ rệt là làm
cho lớp đá quanh khối đào được kết dính với nhau ngăn cản các hạt rơi ra và tạo
một màng ngăn cách bên ngoài. Thường phụt vào đá với áp lực cao để ép vữa

16
vào các l rng giữa các hòn đá. Chỉ trong một vài phút (lớp ban đầu chỉ tính
trong một vài giây) tạo ra một màn có tác dụng ngăn cản những miếng đá cá biệt
rời ra hoặc rơi xuống. Như vậy loại bỏ áp lực tồn tại ở bề mặt đá và hướng sự
dịch chuyển của các hạt đất đá ngược vào trong khối đá. Cường độ nhanh chóng
đạt được (thường 1050MPa trong 30 giây, 4900MPa trong 8 giờ), cho phép màn
phun nhanh chóng thành một màn ngăn và tiếp theo tăng cường độ như một lớp
đá mới chống lại sự biến dạng nhằm tạo ra điều kiện cân bằng mới.
Công nghệ phun bê tông dạng khô là chủ yếu, nhưng từ năm 1991, tại hội
nghị về phun bê tông do hiệp hội đào hầm quốc tế tổ chức đã công bố những kết
quả phun bê tông ướt thành công (Na Uy, Thụy Điển, Đức, Autralia). Công nghệ
phun bê tông ướt là trộn hn hợp cốt liệu, xi măng và nước trước khi phun, còn
công nghệ phun bê tông khô là hn hợp cốt liệu và xi măng trộn trước và được
phun ra cùng lúc với nước từ một vòi phun khác tạo thành hn hợp bê tông ướt
trước khi bắn vào mặt đá.

Cả hai loại có những ưu và nhược điểm riêng. Điểm nổi bật nhất của