Bộ giáo dục và đào tạo Bộ nông nghiệp và ptnt
Trờng đại học thuỷ lợi
LÊ NGọC ĐẩU NGHIÊN CứU BIệN PHáP THOáT Nớc trong thời gian
thi công đờng hầm
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 605840 luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Trọng Hồng
BẢN CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kì công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./.
TÁC GIẢ Lê Ngọc Đẩu
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU 01
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THOÁT NƯỚC TRONG
QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƯỜNG HẦM
03
1.1. Tổng quan về phương pháp đào hầm 03
1.2 Tổng quan về phương pháp thoát nước 14
1.3 Tổng quan về các trường hợp có thể xảy ra trong quá trình thi công mà
cần tiêu thoát nước
15
1.4 Mối quan hệ giữa việc tiêu thoát nước và việc cung cấp nước 15
1.5 Giới thiệu phần mềm tính toán 17
1.6 Kết luận Chương I 24
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1. Các thông số chính của công trình 51
Bảng 4.2. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 58
Bảng 4.3. Bảng xuất kết quả tính toán của phần mềm 70
Bảng 4.4. Bảng quan hệ giữa L và Q 79
Bảng 4.5. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 81
Bảng 4.6. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 82
Bảng 4.7. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 84
Bảng 4.8. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 85
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Khiên đào đường hầm từng được sử dụng để thi công tuyến đường
Xinyi trong hệ thống tàu điện ngầm ở Đài Bắc Đài Loan
9
Hình 1.2. TBM trong đá cứng ở Hầm thủy điện Đại Ninh 10
Hình 1.3. TBM trong đá cứng kiểu Roadheader 10
Hình 1.4. Mặt cắt thiết kế Hầm dìm Thủ Thiêm 13 1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời gian thi công đường hầm thì lượng nước thấm qua các khe
nứt của đất đá, lượng nước thải sinh ra trong quá trình thi công, lượng nước
do mưa sẽ là yếu tố làm cản trở, gián đoạn và làm tăng thời gian thi công.
Để tránh và giảm thiểu các ảnh hưởng của lượng nước này gây ra, việc bố trí
các biện pháp tiêu thoát nước hợp lý là rất cần thiết và đáng được chú trọng.
Khi áp dụng vào thực tế sẽ giúp giảm thiểu một số nguy cơ rủi ro khi thi
công đường hầm, đảm bảo đúng tiến độ, tạo sự an toàn và an tâm trong khi
thi công xây dựng.
Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong bối cảnh
xây dựng các công trình ngầm của Việt nam hiện nay nhất là khi đang triển
khai các dự án thủy điện trên cả nước.
II. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu biện pháp tiêu thoát nước khi thi công đường hầm, từ đó đề ra
biện pháp đối với các trường hợp cụ thể trong quá trình thi công đường hầm.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là toàn bộ các đường hầm nhưng chỉ đi
sâu về đường hầm thủy điện, trường hợp cụ thể là áp dụng cho đường hầm thủy
điện Đăk Đoa.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong
và ngoài nước có liên quan đến đề tài này.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính toán, bài toán
tính toán.
Dựa theo chu kỳ đào, có 2 nhóm phương pháp:
+ Đào theo chu kỳ: Phương pháp khoan, nổ mìn, phương pháp máy đào xúc
+ Đào liên tục: Phương pháp sử dụng máy đào từng phần, sử dụng máy
đào toàn gương (máy khoan hầm TBM và máy khiên đào SM).[3]
Đường hầm đó là kết cấu công trình ngầm, phục vụ nhiều mục đích khác
4
nhau, được xây dựng bằng những phương pháp thi công công trình ngầm đặc
biệt, nhìn chung không làm xáo trộn mặt đất. Dựa trên vị trí xây dựng hầm, có
thể chia làm 3 loại chính:
- Đường hầm qua đất mềm: Thường loại đường hầm này đặt nông, dùng
vào mục đích đường xe điện ngầm, hệ thống cấp nước và đường tiêu nước.
Con người đã chế tạo khiên để phục vụ cho đào hầm để đảm bảo khi đào đất
(bằng dụng cụ thủ công, búa máy hoặc thiết bị cắt đất), phía gương hầm cũng
như nóc hầm được khiên hỗ trợ không cho đất tràn vào khối đào. Trong
trường hợp qua đô thị còn dùng phương pháp đào hở rồi lấp lại.
- Đường hầm qua đá: Thường dùng cho đường sắt, đường cho xe cơ giới
xuyên qua núi, hầm thủy điện… Có thể dùng thuốc nổ để phá đá trong lòng
núi (phương pháp nổ mìn) hoặc dựa vào máy đào hầm (TBM).
- Đường hầm dưới nước: Vỏ đường hầm chế tạo sẵn ở trên bờ từng đoạn
rồi đưa đến vị trí hầm, được đánh chìm vào hào đã đào sẵn ở đáy sông hoặc ở
vịnh, sau đó ghép lại, bịt kín và bơm nước ra.
Như vậy đường hầm có thể xây dựng bằng nhiều cách:[3]
- Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast)
- Phương pháp đào bằng khiên (Shield-có tấm bảo vệ, hoặc khí nén)
- Phương pháp đào bằng máy đào (Tunnell boring Machine TBM)
- Phương pháp đúc sẵn mặt cắt hầm rồi dùng kích ép vào đất (Jacking Pit)
(đường hầm tập trung nước thải dưới rãnh Nhiêu Lộc-Thị Nghè, thành
phố Hồ Chí Minh)
6
+ Đảm bảo các thông số về đường kính, chiều sâu, góc nghiêng theo
thiết kế.
+ Đảm bảo đủ số lượng lỗ khoan tương ứng với loại thuốc dự định sẽ sử
dụng cũng như phương tiện nổ.
- Công tác nổ mìn:
+ Xác định chiều sâu lỗ mìn.
+ Bố trí lỗ mìn (lỗ mìn tạo rãnh, lỗ mìn phá, lỗ mìn viền hoặc lỗ mìn sửa).
+ Nạp thuốc hợp lý: Đối với việc đào đường hầm thường dùng loại thuốc
ammonít No-1, nén từng thỏi 36mm, dài 13,5cm, trọng lượng 200gr; loại
ammonít No-6 dạng bột, gồm 62% loại dinamit khó bị đóng băng [3]
+ Nổ mìn.
- Công tác thông gió.
- Công tác xúc.
- Công tác vận chuyển.
- Công tác dựng kết cấu chống đỡ tạm.
- Công tác thi công vỏ hầm.
Thi công hầm theo phương pháp nổ mìn tùy thuộc cách bố trí lỗ mìn và
trình tự nổ mìn mà có các ứng dụng thi công khác nhau, cụ thể:
- Theo cách bố trí lỗ mìn:
+ Bố trí lỗ 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.
+ Bố trí lỗ mìn phá: bố trí trên toàn bộ gương hầm nhằm phá đá. Do khối
lượng thuốc nổ hạn chế để đảm bảo xung quanh không bị nứt, nên các hàng
mìn phá được bố trí kíp nổ vi sai.
7
trượt lên nhau. Đoạn đầu ống có thiết bị che chống và đào đất, đoạn giữa của
ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đuôi của ống có thể lắp các ống
bê tông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm. Mỗi lần
khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ lắp đặt một vòng vỏ hầm dưới sự che
chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng
sau lưng các vòng bê tông để đề phòng hầm và mặt cắt lún xuống. Phản lực
đẩy khiên tiến lên do vòng bê tông vỏ hầm chịu đựng.
- Công đoạn thi công hầm bằng khiên: Dùng khiên bảo vệ, đá được đào
bằng búa khoan hơi, đá đào được băng chuyền đưa ra xe vận chuyển đi, phụt
vữa gia cố, tiếp cho lắp ghép các khối bê tông đúc sẵn. 9 Hình 1.1. Khiên đào đường hầm từng được sử dụng để thi công tuyến đường
Xinyi trong hệ thống tàu điện ngầm ở Đài Bắc Đài Loan [11]
Phương pháp đào bằng TBM
TBM là một khối thiết bị khổng lồ, giá thành cao, có thân là một ống
hình trụ, đường kính bằng đường kính hầm, đủ chiều dài để bố trí các thiết bị
bên trong như người lái, băng chuyền, hệ thống thông gió, hệ thống điện, các
kích thủy lực…TBM không chỉ đào đá mà còn hỗ trợ chống đỡ vách hầm.
- Công đoạn thi công hầm bằng TBM: Cắt đất, chuyển đất đi, chống đỡ
ngay, lắp vỏ hầm liên tục.
- Điều kiện áp dụng:
+ Đào với đá cứng, liên tục.
+ Mặt cắt hầm dạng hình tròn.
+ Thi công cần tiến độ nhanh.
10
Phương pháp Top-down:
Bao gồm các bước sau:
- Tiêu thoát hạ thấp mực nước ngầm.
- Đào móng đến dầm đáy thứ nhất, quá trình đào có chống đỡ bằng
tường bên.
- Thi công kết cấu hầm.
- Khôi phục tạm thời mặt đất để phục vụ cho giao thông.
- Tiếp tục đào xuống dầm đáy hố móng.
- Xử lý nền, tiêu nước.
- Hoàn thiện mặt đất.
Một số hầm được thi công theo phương pháp đào-lấp: kết cấu đường
hầm xe điện ngầm, những nhà ga trên tuyến xe điện ngầm, kết cấu đường xe
cơ giới ngầm, kết cấu đường hầm tiêu nước.
Phương pháp đánh chìm [3]
Đường hầm dạng ống đánh chìm là loại hầm được xây dựng dưới đường
nước chảy. Dưới đáy sông hoặc đáy biển đào sẵn một hào, những đốt hầm
dạng bê tông cốt thép hoặc dạng ống thép được chế tạo sẵn trong ụ tàu của
12
nhà máy chế tạo tàu, hoặc trong một bãi đúc rồi cho nước vào và dùng tàu kéo
đến tuyến hầm, tiến hành đánh chìm vào hào. Sau đó bơm nước ra khỏi các
đốt hầm và lắp các đệm cao su ở đốt hầm nối tiếp với nhau đảm bảo kín nước.
Gồm 9 bước:
+ Đào một hào ở đáy của đường dẫn nước;
+ Những bộ phận kết cấu của hầm được chế tạo trên khô;
+ Những đầu của đốt hầm tạm thời bịt kín bằng những lắp;
+ Những đốt hầm thường được kéo nổi đến tuyến đường hầm, hoặc phao
đỡ hoặc xà lan có trợ giúp của cần trục;
+ Từng đốt hầm được hạ dần xuống vị trí cuối cùng ở đáy của hào;
- Tùy theo lưu lượng của nước vào hầm người ta chia ra: nước nhỏ giọt từ
vòm và vách hầm, chảy thành dòng dọc theo hầm (≤0.5 m
3
/h); Nguồn nước
cục bộ và vùng ngậm nước (>5 m
3
/h). Ngoài ra trong quá trình thi công, nước
sử dụng trong quá trình thi công cũng khá lớn (nước chống bụi, nước rửa
đá…) lưu lượng của chúng có thể tới 4,5-5 m
3
/h. Vì thế lượng nước tổng cộng
cần thoát trong một số trường hợp có thể đạt tới 20 m
3
/h hoặc hơn, điều đó
thường gây khó khăn cho công tác thi công. [4]
- Khi tổng lưu lượng nước theo tuyến công trình ≤ 30-40 m
3
/h và hầm có độ
dốc về phía cửa thì người ta làm rãnh tự chảy. Kích thước chiều rộng thường
từ 0,4 – 0,7m và chiều sâu lên tới 0,7 m. Thông thường sử dụng một rãnh đạt
ở một bên vách hang và đậy bằng tấm nắp để có thể làm sạch rãnh theo chu
kỳ trong thời gian sử dụng. Khi có độ dốc ngược thì người ta làm rãnh tự chảy
về phía gương sau đó đưa ra ngoài bằng bơm với việc sử dụng sơ đồ thoát
nước hai giai đoạn. Với sơ đồ này nước từ gương đưa về hố thu bằng các bơm
di chuyển theo gương, còn từ hố thu đưa ra ngoài theo đường ống bằng các
bơm đặt cố định ở trạm. Máy bơm thường dự trữ 100%. Trường hợp gặp khó
khăn nước ngầm khi đổ bê tông phải dùng giếng khoan sâu để hạ thấp mực
nước ngầm hoặc chuyển sang chỗ khác.
đào, nước thải sinh ra trong quá trình thi công vỏ cần phải thoát ngay để tạo ra
môi trường khô, sạch thuận lợi cho thi công, tăng sự ổn định cho vách đào.
Lượng nước dùng trong công tác thi công vỏ hầm tối đa khoảng 200l/phút.[9]
Trong thi công vỏ bê tông thì bao gồm những lượng nước cần phải cung
cấp gồm nước để rửa cốt pha, nước để rửa vết bẩn ở thành, vách hầm, nước để
dưỡng hộ bê tông…
Vậy xác định lượng nước cấp tối đa cho các công đoạn trên theo kinh
nghiệm nhiều công trình là 300l/phút.
1.4.2 Thoát nước
Trong quá trình thi công lượng nước thấm trong đường hầm phụ thuộc
nhiều vào mực nước ngầm, vào cấu tạo địa chất, vào diện tích của khối đào…
Đối với trường hợp đất đá mềm yếu thì lượng nước thấm đều xung
quanh hầm theo kinh nghiệm có thể tới 0,3 m
3
/phút/km.[9]
Đối với đá ít nứt nẻ thì nước thấm chủ yếu tập trung ở những túi cục bộ.
Nếu gặp nước ngầm có áp thì lượng nước thấm rất lớn có thể tới 200l/phút.
Đối với môi trường đá ít nứt nẻ, có túi nước cục bộ thì phải giảm áp lực
nước ngầm lên vách hầm. Dạng phổ biến của thoát nước lỗ là thoát nước cục
bộ, nó có kết cấu chung là thoát nước bằng các ống bố trí trong phần vòm
hầm và hai bên tường thậm chí ở cả dưới nền hầm, với khoảng cách 3x3m.
Theo các ống này sau khi phun bê tông gia cố vách hầm nhờ lỗ thoát nước mà
áp lực thấm bên trong vỏ hầm giảm hoàn toàn. Có trường hợp lượng nước
không lớn thì người ta phun bê tông lấp đầy.
Ngoài ra có những trường hợp người ta phải khoan sâu nếu phát hiện ra
những túi nước cục bộ lớn ở phía trước gương hầm, những túi nước này
thường có áp suất lớn.
17
Hình 1.7. Kết quả phân tích thấm vào đường hầm bằng phương pháp PTHH
Copyright: Tài liệu đại học ©