BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN ĐÌNH DŨNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM
VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM

LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2012

TRẦN ĐÌNH DŨNG * LUẬN VĂN THẠC SĨ * HÀ NỘI - 2012

Hà Nội - 2012 0BLỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình
của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp
với đề tài
“NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM VÀ BIỆN PHÁP
XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM”
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – GS. TS Vũ
Trọng Hồng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công Trình
Thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt
kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu khoa Đào tạo
sau đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Công ty Cổ phần Xây
dựng và Thương mại Tây Nguyên nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về thời
gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối
tượng nghiên cứu là một công trình có điều kiện địa chất phức tạp nên nội dung của
luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
.
Hà Nội, tháng 11 năm 2012


18T 31
18T2.2.1. Phương pháp theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn .18T 32

18T2.2.2. Phương pháp theo lý thuyết cân bằng giới hạn thuần túy.18T 32
18T2.3. Lựa chọn phương pháp tính và các thông số cần thiết – sử dụng phần
mềm
18T 47
18TCHƯƠNG III18T 72
18TLỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐỂ GIẢM THIỂU SỰ CỐ
TRƯỢT Ở CỬA HẦM
18T 72
18T3.3. Gia cố bằng kè mái18T 76
18T3.3. Gia cố bằng phun vẩy18T 76
18T3.3. Gia cố bằng neo18T 76
18T3.4. Thi công khung bê tông18T 76
18TCHƯƠNG IV18T 90
18TỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM AN.18T
90
18T4.1. Giới thiệu về công trình thủy điện Nậm An.18T 90
18T4.1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Hà Giang.18T 90
18T4.1.2. Đặc điểm hình thành và nguồn gốc cấu tạo địa tầng.18T 93
18T4.1.3. Điều kiện địa chất công trình tuyến đường hầm.18T 96
18T4.2. Lựa chọn các thông số tính toán.18T 97
18T4.2.1. Tài liệu áp dụng:18T 97
18T4.2.2. Số liệu tính toán:18T 97
18T4.3. Lựa chọn phần mềm và phân tích bài toán.18T 98
18T4.3.1. Mặt cắt tính toán:18T 98
18T4.3.2. Kết quả tính toán:18T 98
18T4.3.3. Hình thức gia cố:18T 100
18T4.3.4. Trình tự thi công:18T 101

Hình 2.6: Đường cong quan hệ
()
gh gh
cf
ϕ
=
37

Hình 2.7: Sơ đồ tính toán ổn định theo phương pháp phân mảnh 39
Hình 2.8: Sơ đồ tính toán ổn định khi xem khối đất như vật rắn nguyên khối 40
Hình 2.9: Sơ đồ tính toán theo phương pháp của
14T K.Terzaghi14T 43
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop 44
Hình 2.11: Cửa sổ chính của chương trình geoslope 48
Hình 2.12: Các phương pháp chính trong Geoslope 49
Hình 2.13: Cửa sổ lặp tính ổn định mái dốc 50
Hình 2.14: Xem kết quả phân tích mặt trượt 51
Hình 2.15: Trường hợp mái dốc 2:1 từ cao trình 700 ÷ 710 m 52
Hình 2.16: Trường hợp hạ thấp mái dốc 1:1 53
Hình 2.17 – 2.19 (Sơ đồ tính toán TH1) 55-56
Hình 2.20 – 2.22 (Sơ đồ tính toán TH2) 57-58
Hình 2.23 – 2.26 (Sơ đồ tính toán TH3) 59-63
Hình 2.27 – 2.29 (Sơ đồ tính toán TH4) 64-65
Hình 2.30 – 2.32 (Sơ đồ tính toán TH5) 66-67
Hình 2.33 – 2.36 (Sơ đồ tính toán TH6) 68-70
Hình 3.1: Xử lý các bờ dốc xung quanh hào cửa Nam hầm Hải Vân 73
Hình 3.2: Phun vẩy gia cố mái 76
Hình 3.3: Các dạng neo gia cố 79
Hình 3.4: Neo điển hình trong đá 79
Hình 3.5: Neo điển hình trong đất 83

IV. Kết quả dự kiến đạt được
- Xác định được phạm vi trượt.
- Xậy dựng phương pháp gia cố để giảm thiểu sự cố trượt.
V. Nội dung của luận văn:

2
6BCHƯƠNG I
7BĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ YÊU CẦU VỀ SỰ ỔN ĐỊNH
CỦA CỬA VÀO
22B1.1. Tổng quan các phương pháp thi công đường hầm.
35B1.1.1. Phương pháp khoan nổ.
a) Đào hầm bằng phương pháp mỏ.
- Nội dung cơ bản của phương pháp mỏ là: sau khi đào hầm, để giữ ổn định
đất đá xung quanh hầm trước khi thi công kết cấu vỏ hầm sau cùng, người ta tiến
hành dựng các vì chống tạm (thường là bằng gỗ hoặc thép). Sau khi đào xong hầm
một khoảng thời gian, kết cấu vỏ hầm mới được thi công bằng biện pháp đổ bê tông
thông thường hoặc xây đá theo từng phân đoạn. Trước khi đổ bê tông, vỏ hầm
thường được xử lý chống thấm bằng một lớp bao tải tẩm nhựa đường hoặc bằng
giấy dầu (cũng có nhiều công trình không làm lớp chống thấm). Sau khi bê tông vỏ
hầm đạt cường độ cho phép, để tạo sự liên kết chặt chẽ giữa vỏ hầm và đất đá xung
quanh người ta phụt vữa bù hoặc phụt vữa gia cố ở sau vỏ. Trong trường hợp đào
lẹm quá lớn, để tiết kiệm vật liệu vữa bơm người ta có thể chèn thêm đá.
Phương pháp khoan nổ có thể sử dụng đào toàn mặt cắt gương hầm cũng như
đào chia nhỏ mặt cắt gương hầm. Chu kỳ đào hầm được chia nhỏ thành các công
đoạn gồm khoan gương hầm, nạp thuốc mìn, nổ mìn, thông gió, xúc chuyển ra bãi
thải, dựng kết cấu chống đỡ, thi công vỏ.
Kỹ thuật khoan nổ đào hầm cơ bản thể hiện ở những điểm sau:

- Nhược điểm:
Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ
thống chống đỡ và khố
i đá. Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thông qua các
điểm tiếp xúc nên vẫn có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp
đầy khoảng trống nói trên.
Đặc điểm của phương pháp nổ mìn đào hầm là các công đoạn phải theo
phương pháp tuần tự nên tốc độ đào chậm, mặt đào không đều và nhiều khuyết 4
điểm khác như: khi nổ phá địa tầng bị xáo động nhiều, an toàn kém, môi trường thi
công độc hại, lao động của công nhân căng thẳng. Ngoài ra đối với đường hầm dài,
L>1km, để đẩy nhanh tiến độ đào luôn phải mở các cửa hầm phụ để tăng thêm mặt
công tác, do đó tăng giá thành công trình.
b) Đào hầm bằng phương pháp NATM.
Khi khẩu độ hầm lớn hoặc đất đá xen kẹp lớp đất rời rạc thì áp dụng đào theo
NATM.
Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (NATM) là phương pháp xây dựng
hầm được hình thành trên cơ sở lý thuyết đúc kết từ thực tế xây dựng hầm trong
thời gian dài, bao gồm các trình tự, biện pháp thi công và xử lý khối đất đá trên vòm
hầm sao cho đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ. Do
đó, tự bản thân khối đất đá xung quanh sẽ trở thành một phần kết cấu chống đỡ
hầm.
NATM thực chất là phương pháp chia nhỏ gương hầm rồi mở rộng dần.
Trước tiên đào hầm dẫn trên hoặc dưới. Hầm dẫn được đào còn kết hợp đánh giá địa
chất khối đào. Trường hợp đất đá quá yếu, có nước ngầm thì đặt thêm các kết cấu
chống đỡ là các vòm thép hoặc bê tông.
Những dầm sắt đan thành lưới thường là một bộ phận kết cấu của NATM.
Những dầm này gồm 3 hoặc 4 thanh sắt được phủ bê tông cốt thép xếp thành hình

- Khả năng tự động hoá các công tác bị hạn chế.
36B1.1.2. Phương pháp đào bằng khiên và máy đào TBM
a) Phương pháp đào bằng khiên.
Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công bán cơ giới
dùng khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất. Khiên (Shield) là một loại kêt cấu
ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa tầng lại có thể hoạt động tiến lên
trong địa tầng.
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 (hoặc đổ tại chỗ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của 6
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. Trước lúc thi công bằng khiên cần xây dựng một giếng
đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá do khiên đào xong được đưa qua
giếng đứng ra ngoài mặt đất.

Hình 1.1: Dạng chung của khiên
1. Vòng gối; 2. Vòng lưỡi; 3. vách ngăn đứng; 4. sàn di động; 5. vách nằm
ngang; 6. kích sàn; 7. kích gương; 8. Bản đệm; 9. áo khiên; 10. kích khiên; 11. đế kê
của kích

Hình 1.2: Kết cấu khiên bán cơ giới hóa 7
* Ưu điểm:

mô tơ, vỏ chính, và những bộ đỡ ở phía trước, nối tiếp bởi những xilanh thủy lực
đối với khung ở đuôi và một bộ đỡ thứ hai. Trong một số máy bộ phận tỳ thủy lực
đặt xiên để chống lại lực quay.
- Ưu điểm: Tốc độ nhanh, thi công liên tục, trình độ cơ giới hóa cao, an toàn,
cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động, chất lượng che chắn bằng vỏ hầm
tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ.
-Nhược điểm: Phải vận chuyển từng bộ phận của máy vào trong hầm để lắp
ráp, thời gian lắp ráp lâu vì điều kiện phải ti
ến hành ở trong hầm. Thi công bằng
máy phụ thuộc vào điều kiện địa chất, mỗi khi đã quyết định dùng loại máy nào thì
không thể thay đổi kích thước mặt cắt và giá thành đầu tư một phần rất lớn.
37B1.1.3. Phương pháp dánh chìm.
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 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. Ở Việt Nam có đường hầm Thủ
Thiêm qua sông Sài Gòn được xây dựng bằng phương pháp này. 9
38B1.1.4. Phương pháp đào và lấp.
Theo phương pháp này kết cấu hầm được xây dựng bên trong khối đào và
khi thi công xong sẽ được lấp lại để trả lại mặt bằng ban đầu. Phương pháp này
được dùng khi đường viền hầm đặt nông và công đoạn đào từ mặt đất là khả thi và
kinh tế. Thường phương pháp này áp dụng cho đoạn đường cần chui xuống mặt đất,
những cửa vào hầm lò và các hầm đặt trên địa hình bằng phẳng ở đó việc đặt hầm
nông là ưu điểm. Hai phương pháp thi công được áp dụng cho xây dựng hầm theo
cách đào và lấp và bottom-up và Top-down. Đối với chiều sâu đặt hầm từ 30 đến 40

để dùng lại. Những trạm kích trung chuyển có thể yêu cầu về chiều dài và điều kiện
đất cứng. Để giảm ma sát cho ống khi ép vào đất có thể sử dụng vữa bentonite phụt
vào đất ở xung quanh ống.
Phương pháp thi công nhìn chung đi theo một chuỗi công đoạn lặp đi lặp lại
như đào đất ở gương hầm, ép ống vào trong khối đã đào và chuyển đất thải bằng
cách xúc lên xe ray đặt ở phía đáy ống.
Giai đoạn lắp ống quan trọng nhất là khi chiều dài của 2 ống trong 3 ống đầu
tiên tiến vào những tường của hố kích và đó là kết quả sau khi ống dẫn hướng và
khiên tiến vào và phá vỡ tường hố tiếp nhận. Khi ống dẫn hướng và khiên được ép
vào tường của hố kích, nó rời khỏi những ray đỡ và được chống đỡ bởi đất ở tường
hố kích. Đất kề bên hố kích thông thường bị xáo trộn bởi việc đào hố và cần thiết
phải gia cố bằng phụt vữa và chèn gỗ.
Khi ống dẫn hướng và khiên tiến vào hố tiếp nhận, áp lực thẳng đứng củ
a đất
giảm đi và việc kiểm soát tuyến theo chiều thẳng đứng trở nên quan trọng nhất.
Thông thường việc kiểm soát tuyến được trợ giúp bằng cách gắn vào mặt thẳng
đứng bịt kín ở hố tiếp nhận bằng những tấm gỗ hoặc cọc cừ và sẽ tháo đi khi vị trí
của khiên đối diện với mặt thẳng đứng.
Tuyến của đường ống liên tục được đo và điều chỉnh trong thời gian kích
bằng cách dựa vào ánh sáng laser chiếu từ hố kích đến mục tiêu gắn ở bên trong nóc
của ống dẫn hướng hoặc khiên. Liên tục tăng điều chỉnh để tránh quá tải những chỗ
nối tiếp của ống bê tông. 11
Nhìn chung, công đoạn kích ống được tiến hành 2 ca một ngày, mỗi ca gồm
8 đến 10h và chiều dài tiến đạt được còn phụ thuộc kích thước ống và điều kiện của
đất, rất khác nhau, có thể được 1 đến 6 ống một ca. Thông thường đòi hỏi nhân lực
2 người trên mặt đất ( thợ lái cần trục), và 3 người trong ống và hố kích, (2 người
đứng ở gương hầm và 1 người đứng ở hố kích). Đối với những dự án nhỏ hơn số

bảo yêu cầu chịu lực và đảm bảo đủ không gian của công trình ngầm. Hình dáng
của tiết diện chủ yếu phụ thuộc vào nhiệm vụ của công trình ngầm, tính chất, độ lớn
của áp lực đất, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn và phương pháp xây dựng công
trình ngầm.
Đối với đường hầm dẫn nước của nhà máy thủy điện cần đảm bảo độ dốc
cho nước có thể tự chảy trong hệ thống đường dẫn nước và gồm các bộ phận:
- Cửa nhận nước: Bao gồm cả cửa van, phai, lưới chắn rác.
- Đường dẫn nước vào có chức năng đưa nước từ nguồn nước như sông, hồ
vào buồng tuabin phát điện. Đường thải nước ra có nhiệm vụ dẫn thoát nước đã qua
tuabin phát điện ra ngoài.
- Tháp điều áp có nhiệm vụ khi nước ngừng chảy vào tuabin, xung lực của
nước sinh ra không tác dụng lên đường dẫn nước vào. Tháp điều áp có thể đặt trên 13
mặt đất hoặc trong lòng đất. Trường hợp đặt trong lòng đất thì cấu trúc của tháp
điều áp giống cấu tạo của hầm đứng. Tháp điều áp thường được bố trí ở vị trí tiếp
giáp giữa đường dẫn nước và đường ống áp lực.
- Tháp nhận nước có chức năng nhận nước ở các sông, hồ chứa nước. Tháp
nhận nước được bố trí ở cửa nhận nước của đường dẫn nước, nó có thể được bố trí
ngay trong nước hoặc trong lòng đất.
- Đường ống áp lực kết nối đường dẫn nước với tuabin phát điện có nhiệm
vụ trực tiếp cung cấp, đưa nước vào tuabin phát điện.
- Sau đường ống áp lực là gian đặt máy bao gồm tuabin, máy phát, máy điều
tốc và các thiết bị thủy công.

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đường ống dẫn nước nhà máy thủy điện
40Bb) Trong quá trình thi công để rút ngắn thời gian thông các hầm dẫn thường có
xu hướng tăng số lượng gương đào. Việc mở diện thi công đào hầm có thể tiến hành
trực tiếp từ đường đào trước cửa, từ giếng đứng, bố trí dọc tuyến hầm, hoặc qua các

- Hệ thống chiếu sáng: Tất cả các công trình ngầm trong quá trình thi công
đều phải chiếu sáng nhân tạo bằng điện. Việc chiếu sáng cục bộ trong gương, chỗ
làm việc cũng là bắt buộc. Ngoài hệ thống chiếu sáng cố định phải trang bị chiếu
sáng cá nhân như đèn ắc qui trong thời gian làm việc.
- Hệ thống cấp năng lượng: Khi thi công hầm ngầm bằng phương pháp mỏ (
khoan nổ mìn) mà dùng các thiết bị khí nén là chính thì không khí nén là nguồn 15
năng lượng cơ bản. Vì thế khi xây dựng các tổ hợp ngầm thường phải xây dựng
trạm cấp khí nén. Điện năng cấp cho các máy móc, thiết bị thi công hầm thường là
điện xoay chiều điện áp 380V qua biến thế riêng đặt ở gần cửa hầm.
24B1.3. Đặc điểm của cửa hầm.
43B1.3.1. Khái niệm
Cửa của công trình ngầm có tác dụng đảm bảo độ ổn định của tầng đất có
trên cửa hầm; ngăn chặn không cho nước mưa và đất đá bên trên có thể tràn vào
trong hầm, ngoài ra cửa công trình ngầm cũng đóng vai trò quan trọng trong vấn đề
mỹ quan của công trình. Chính vì vậy, cửa hầm thường cấu tạo phần tường chắn.
Tường chắn được bố trí vuông góc với trụ hầm, có thể cấu tạo thẳng đứng
hoặc xuyên theo mái của sườn núi nơi mà cửa hầm đi ra. Tường chắn của cửa vào
công trình ngầm thường làm bằng bê tông toàn khối hoặc lắp ghép từ những tấm bê
tông. Nhiều khi xây bằng đá tự nhiên. Cửa hầm thường làm nhô ra khoảng 1,5 m từ
mặt dốc địa tầng trên hầm và trên bề mặt của phần vỏ nhô ra thường lấp đất đầm
chặt và trên đó có bố trí rãnh thoát nước sang hai bên cửa hầm. Trường hợp đá
nguyên khối rất tốt, thì không cần xây vỏ cho mái, mà chủ yếu dùng bê tông phun
để gia cố.

Hình 1.6: Cửa hầm đèo Hải Vân
vòng; 4- Rãnh vòng đón dòng, tiêu năng và
lái dòng; 5- Kè (hoặc dầm giằng có neo gia
cường) bảo vệ bờ dốc; 6- Lỗ thoát nước giảm
áp và duy trì ổn định cho đấ
t đá xung quanh;
7- Rãnh dọc nền; 8- Bờ dốc hào thi công; 9-
Vành chắn mép ngoài đoạn vỏ hầ
m nhô ra
ngoài bờ dốc; 10- Bờ núi phía trên cửa hầm
đã gia cường và phủ thảm thực vật.
B)

Hình 1.8: Sơ đồ mặt cắt dọc
cửa hầm có tường mặt phản áp
1- Vỏ chống; 2- Tường mặt
cứng; 3- Hành lang vòng có liên kết
giằng với tường mặt; 4- Rãnh vòng
đón dòng, tiêu năng và lái dòng; 5-
Kè bảo vệ bờ dốc (hoặc hệ thống
dầm giằng có neo gia cường); 6-
Khối đắp đệm; 7- Thép liên kết; 8-
Hố ga và rãnh chân tường cánh gà;
9- Tường cánh hào cửa hầm; 10- Bờ

núi phía trên cửa hầm đã gia cường
và phủ thảm thực vật.