L IC M

N

Sau m t th i gian thu th p tài li u và nghiên c u, đ n nay lu n v n “Nghiên
c u bi n pháp x lý và ch ng đ khi thi công đ
ch t y u công trình th y l i Ngàn Tr
và đáp ng đ

i – C m Trang - Hà T nh” đã hoàn thành

c các yêu c u đ ra.

V i thành qu đ t đ
quý th y cô Tr

ng h m d n dòng qua vùng đ a

ng

c, tác gi lu n v n xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n

i h c Th y l i trong th i gian qua đã truy n đ t ki n th c

khoa h c, kinh nghi m th c t cho tác gi lu n v n.
c bi t tác gi lu n v n xin đ
V Thanh Te đã h

c bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y GS.TS

ng d n tác gi hoàn thành lu n v n này.

Chuyên ngành: Xây d ng Công trình thu .
Tên đ tài lu n v n “Nghiên c u bi n pháp x lý và ch ng đ khi thi công
đ

ng h m d n dòng qua vùng đ a ch t y u công trình th y l i Ngàn Tr

i–

C m Trang - Hà T nh”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng cá nhân tôi. Nh ng
n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ
tr

c ai công b

c đây.
Hà N i, tháng 03 n m 2015
Tác gi lu n v n

Tr

ng V n

c


M CL C
M

U ....................................................................................................................1


Vi t Nam ...............................................................6

ng h m ........................................................................9
ng h m trong đá c ng .....................................................9

ng pháp thi công đ

ng h m tiên ti n trên th gi i ............................21

1.4.1. Ph

ng pháp thi công h m c a Na-uy (NMT) ...............................................21

1.4.2. Ph

ng pháp thi công h m c a Áo (NATM)..................................................22

1.5. M t s s c th

ng g p trong quá trình thi công đ

ng h m ..........................23

1.5.1. Nguyên nhân gây ra s c k thu t trong quá trình thi công đ

ng h m .......23

1.5.2. M t s d ng s c k thu t đã x y ra trong Xây d ng công trình ng m ........24
1.6. K t lu n ..............................................................................................................27


ng pháp d a

ng ch tiêu c a đá) .....................................................................44

2.2.1. Phân lo i kh i đá theo Deere – Ph

ng pháp RQD........................................45

2.2.2. Ph

ng pháp c a Lauffer ................................................................................46

2.2.3. Ph

ng pháp c a Bieniawski ..........................................................................47


2.2.4. Ph

ng pháp c a Barton, Lien, Lunde ...........................................................48

2.2.5. Ph

ng pháp Bulucchev .................................................................................50

2.3. Gi i thi u chung v Công trình th y l i Ngàn Tr

i ........................................51



I ..............60

ng pháp xây d ng h m NATM ............................60

3.2. Các lo i gia c t m trong xây d ng h m............................................................65
3.2.1. Ph

ng pháp Xi m ng hóa ..............................................................................65

3.2.2. Ph

ng pháp sét hóa .......................................................................................68

3.2.3. Ph

ng pháp Silicat hóa .................................................................................68

3.2.4. Ph

ng pháp đóng b ng nhân t o ...................................................................69

3.2.5. Ph

ng pháp Neo ...........................................................................................71

3.3. L a ch n gi i pháp, tính toán gia c t m cho đ
3.3.1. Tính toán chi u dài neo thép gia c cho đo n đ

ng h m .................................75


ng 3 ..............................................................................................82

K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................83
1. K t lu n .................................................................................................................83
2. K t qu đ t đ

c ...................................................................................................83

3. Nh ng h n ch t n t i trong quá trình làm lu n v n .............................................83
4. Nh ng ki n ngh và h

ng nghiên c u ti p ..........................................................84

TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................85


DANH M C CÁC HÌNH V
Hình 1.1: M Hannan, Kalgoorlie, Australia ..............................................................4
Hình 1.2: Thành ph ng m

Montreal, Canada .........................................................4

Hình 1.3: H m nguyên t Berlin,

c ........................................................................5

Hình 1.4:

ng h m qua eo bi n Manche ................................................................5


Hình 1.12: Th t đào h m b ng ph

ng pháp b c thang ........................................14

Hình 1.13: ào các b ph n khi thi công h m theo ph

ng pháp vòm tr

c ..........18

Hình 1.14: Th t đào h m theo ph

ng pháp nhân đ . ..........................................19

Hình 1.15: Th t đào h m theo ph

ng pháp phân m nh đào toàn ti t di n..........19

Hình 1.16: Khoan các l v
Hình 1.17: Bên trong đ
Hình 1.18:

t tr

c trên g

ng h m ...............................................21

ng h m th y đi n

ng pháp Bieniawski ........................48


Hình 2.9: Bi u đ phân lo i kh i đá theo ph

ng pháp h th ng Q ........................50

Hình 2.10: Ph i c nh công trình th y l i Ngàn Tr
Hình 2.11: M t c t sau khi đào đ
Hình 2.12: M t c t vòm cân b ng đ

i ..............................................52

ng h m TN2 ......................................................58
ng h m TN2 .................................................59

Hình 3.1: S đ tính đ xác đ nh thông s l khoan ph t. ........................................66
Hình 3.2: Trình t các công tác xi m ng hóa trong h m. .........................................67
Hình 3.3: S đ đóng b ng đ t. .................................................................................70
Hình 3.4: C u t o thanh thép neo vào đá gia c đ

ng h m ....................................76

Hình 3.5: Chi ti t c u t o thanh neo chêm ................................................................76
Hình 3.6: B trí neo theo theo vòm m t c t ngang đ

ng h m ................................78

Hình 3.7: M t c t ngang h m khi thi công neo b ng máy ........................................80
Hình 3.8: M t b ng, m t c t d c đ

B ng 2.9: Phân lo i nhóm đá theo theo Bieniawski .................................................47
B ng 2.10: Các nhóm kh i đá theo Barton, Lien, Lunde..........................................49
B ng 2.11: C p n đ nh c a đá đ

c xác đ nh theo ch s

n đ nh. .........................51

B ng 2.12: B ng k t qu tính toán vòm cân b ng c a TN2 .....................................58
B ng 3.1: H s K 1 theo m c đ n t n c a đá ........................................................72
B ng 3.2: L c dính k t c a c t thép v i v a ............................................................72
B ng 3.3: H s k B theo các hình d ng m t c t và h s đ c ng ............................73
B ng 3.4: C

ng đ tính toán và tiêu chu n c a bê tông phun và v a phun ...........74


1
M
1. Tính c p thi t c a

U

tài

Trên th gi i, công trình ng m đã đ

c phát tri n r t ph bi n và xây d ng

hi n đ i trong các l nh v c giao thông v n t i, khai thác khoáng s n, th y l i, th y


cs

c vào nhà máy th y đi n, thoát l khi c n thi t.

c ta nh ng n m g n đây, đã và đang xây d ng m t s công trình ng m

có quy mô nh Th y đi n Hòa Bình, Tr An, Yaly… và g n đây là h m đ
qua đèo H i Vân, đ
dòng h ch a n

ng h m v

cC a

t sông Sài Gòn h m Th Thiêm, đ

ng b

ng h m d n

t,….

Hi n nay, ph n l n các công trình ng m đ

c xây d ng h u h t có đ a ch t

n m trong l p đá c ng. Còn l i các công trình n m trong vùng đ a ch t y u, ph c
t p còn r t ít và khi thi công th




2
thi công phù h p nh m đ m b o an toàn đúng k thu t khi thi công đ
nen c a công trình th y l i Ngàn Tr

ng h m tuy

i nói riêng và các công trình khác trong t

ng

lai.
2. M c đích c a đ tài
D a vào c s lý thuy t và th c ti n đ xác đ nh ph m vi phá ho i và công
ngh x lý khi thi công đ
3.

it

ng h m qua vùng đ a ch t y u.

ng và ph m vi nghiên c u

Trong lu n v n này ch nghiên c u h ng m c đ
c a công trình th y l i Ngàn Tr

ng h m tuynel d n dòng

i sau đó tính toán cho m t đo n đ


ng h m

trong n

c và các n

c tiên ti n trên th gi i.


3
CH

NG 1

GI I THI U T NG QUAN V THI CÔNG

NG H M

1.1. S phát tri n thi công h m trên th gi i
Vi c phát tri n c a xây d ng đ
b và k thu t công ngh đ
đ

ng h m g n li n v i s phát tri n c a thi t

c áp d ng. Trình đ công ngh xây d ng h m t

ng



i ta xây d ng các h m đ

ng th y n i li n các đ

ng giao thông

ng n cách nhau b i các dãy núi b ng vi c dùng thu c n đ phá đá. H m đ
th y đ u tiên dài 160m đ

c xây d ng trên kênh Langedok

ng
ng

Pháp t n m 1679-

1681.
Vi c xu t hi n đ
h m sau này. H m đ
1930 t i Anh.

ng s t c ng là nguyên nhân thúc đ y s phát tri n c a
ng s t đ u tiên dài 1.190m đã đ

c xây d ng n m 1926-

ng h m càng phát tri n khi v n chuy n qua các ch

ng ng i v t


Anh.

Maxcova.

ng h m Mont-Cenis dài 12.850m đ

c xây d ng n i

c Pháp và Ý có đ chênh cao hai đ u c a là 132,28m.
- N m 1872-1882 đ

ng h m Sin-Goithord dài 14.984m n i li n Th y S và Ý.


4
- N m 1896-1906 đ

ng h m Sinplon I dài 19.780m đ

c coi là là dài nh t

th gi i th i b y gi .
- N m 1982

Nh t xây d ng xong đ

- N m 1991 đ

ng h m Dai-Shimizu dài 22km.

c xây

d ng nhi u song ch y u là h m đ n gi n, ng n ph c v cho quân s , làm kho tàng,
công s ,…Nh ng n m g n đây,

n

ph c t p nói chung và công trình đ

c ta đã b t đ u xây d ng các công trình ng m
ng h m nói riêng theo các tiêu chu n thi t k

và thi công c a Anh, Pháp, Nga, Trung Qu c, Áo v i s l

ng ngày càng t ng lên

nhanh chóng.
i v i h m giao thông: hi n nay Vi t Nam có kho ng 52 h m giao thông
đ

c xây d ng: Tiêu bi u là đ

H Chí Minh và đ

ng h m Th Thiêm n i qu n 1 v i qu n 2 c a TP

ng h m nút giao thông Kim Liên – Hà N i.

i v i xây d ng th y đi n, gi i pháp đ
nhà máy th y đi n nh : Hòa Bình, S n La, A V

su t 300MW và 175MW.
-

ng h m d n n

c vào nhà máy th y đi n Dak Mi 4 – Qu ng Nam v i

công su t 220MW.
-

ng h m d n n

c vào nhà máy th y đi n C a

t – Thanh Hóa v i công

su t 97MW.
-

ng h m b qua đèo H i Vân – đèo Ngang dài 6,7km.
i v i các h th ng th y l i có:

-

ng h m d n n

ct

i thu c tr m b m Nghi Xuân – t nh Hà T nh dài


i Ninh dài 11km, dài nh t

ông Nam Á hi n nay.

Hình 1.6: H m đ ng b H i Vân đ

c đ a vào s d ng t tháng 6/2005


8

Hình 1.7: H m Th Thiêm v

t sông Sài Gòn

Hình 1.8: H m Kim Liên – Hà N i


9

Hình 1.9: H m tuynel c a công trình th y l i C a
1.3. Các ph
1.3.1. Ph

ng pháp m đ
ng pháp m đ

t – Thanh Hóa

ng h m


ng pháp ch ng đ không duy trì đ

cđ

n đ nh c a h m cho

đ n khi thi công l p v h m cu i cùng, thì t c đ có th nh h n 50m/tháng.
u đi m c a ph

ng pháp là đào v i t c đ nhanh, ít xáo tr n đ n các kh i đá

xung quanh h m, đào đ n đâu chuy n t i đ t đá g n s ch đ n đó.
vi c đi l i đ m b o, g n g
khoan n .

i u ki n làm

ng h m s ch và sáng s a h n nhi u so v i ph

ng pháp


10
Nh

c đi m c a ph

ng pháp này là không đào đ



ng pháp đào toàn ti t di n

- ào toàn ti t di n không c n ch ng đ ho c ch ch ng đ n gi n


11
Tr

ng h p này ti n hành đào h m theo cách tu n t t c là khoan và th i đá

không đ ng th i. Trong nh ng kh i đá c ng, toàn kh i v i fk=15÷20 không c n
ph i ch ng đ . V i kh i đá n t n thì dùng các lo i vì ch ng nh nh neo k t h p
v il

i thép bê tông phun ho c t h p neo + bê tông phun.

Ph

ng pháp này cho phép t n d ng t i đa các thi t b thi công có công su t

l n, th c hi n thi công theo ti n đ và t c đ đào h m l n (150-200m/tháng đ i v i
h m ti t di n nh ; 100-150m/tháng đ i v i h m ti t di n trung bình, 80-120m/tháng
đ i v i h m ti t di n l n).
- ào toàn ti t di n v i vi c s d ng vì ch ng c ng
Khi có hi n t
công b ng ph

ng t ng áp l c đ a t ng và gi m đ



c tính toán, đ t cách nhau t 40-80cm đ n t n

ng h p này không đ

c l n h n 100m.

Vi c d ng vì ch ng b ng vòm kim lo i là m t khâu khó kh n và t n kém, đòi
h i chi phí kim lo i khá l n và không tháo ra đ
Cho nên lo i vì ch ng này nên dùng
trong đá không đ

c khi đ bê tông v h m v nh c u.

nh ng đo n h n ch c a tuy n h m khi đào

n đ nh.

- ào toàn ti t di n v i vi c s d ng vì ch ng liên h p
Trong các lo i đá n t n có fk=2÷3 th
bi n t
Ph

ng c a ph

ng x y ra s t l ng

i ta s d ng các

ng pháp đào toàn ti t di n v i vi c s d ng vì ch ng liên h p.

c bi t

th y đi n Nurek h m n m trong đá cát và đá alverolit fk=2÷3. Vì ch ng liên h p
đ

c s d ng v i trình t nh sau: l p bê tông phun đ u tiên phun tr c ti p lên đá

ngay sau khi n mìn và thông gió. Ti p theo đ t các neo bê tông c t thép theo
ph

ng pháp bán kính chi u dài 2,7m, b

10cm, phun
ng

c 1,5m. L p bê tông phun th 2 dày

đo n h m cách g

ng 10-12m. Khi có xu t hi n v t n t bê tông phun

i ta treo lên đ u neo m t l

i thép d=6mm và phun bê tông m t l n n a. Vi c

xây v h m v nh c u ti n hành

kho ng cách t i g

ng là 100m.


ng xuyên

theo dõi bi n d ng c a nóc và vách h m. Nh ng bi n d ng này có th x y ra trong
vòng 6 tháng ho c h n.
Ph

ng pháp này có th s d ng trong nh ng đi u ki n đ a ch t công trình đ c

bi t nh phi n sét, sét, đá bi n ch t ho c argilit d o, t c là các lo i đá có tính t
bi n t t d n, không xu t hi n t i tr ng m t phía, d làm gãy l p bê tông phun.
- ào toàn ti t di n v i vi c dùng ván khuôn d ng t m ghép di đ ng


13
Trong các lo i đá n t n m nh, d s t l có th áp l c đ a t ng
h m, h m có ti t di n ≤70m2, đôi khi ng

nóc và vách

i ta dùng công ngh đào h m đ c bi t có

s d ng ván khuôn d ng t m ghép di đ ng. Ph
lót mác th p làm vì ch ng t m. Bê tông này đ

ng pháp này th

c đ nh nh ng đ t ván khuôn ng n

di đ ng. Sau m i l n n mìn và th i đá ng

t l n và đôi khi ch t l

kh i đá nhô ra. Do đó th

ng c a l p bê tông lót không đ m b o do các

ng ch dùng đ thi công các đo n h m ng n.

Trong đá có đ c ng fk=1,5 và l n h n th

ng ch đào toàn ti t di n khi

trên

nóc h m có m t l p đá n đ nh và đ m b o an toàn khi dùng các b vì ch ng đ
s n, đ nh hình đ ch ng nóc, vách h m và g

ng cùng v i vi c s d ng các thi t b

đ l p ráp v h m l p ghép ngay sau khi t o g
công b ng ph

ng pháp này có th b ng khoan n mìn ho c b ng búa chèn cùng

v i vi c d ng vì ch ng t m
Ng

ng. Công tác đào đ t đá khi thi

nóc h m và c

ng h m trong các lo i đá c ng ho c đá sét n đ nh

nh các gi di d ng l p trên các thi t b ráp v h m ho c nh h ván đ t trên các
quang treo ch s n g n vào ph n trên c a v h m. Vì ch ng t m s d ng có th là
neo. Trong đá y u ho c m t g
l

ng đào không n đ nh có th ch ng b ng ván ho c

i thép trên các khung ép ch t vào b m t g

ng nh các ng di chuy n đ

(d ng xilanh) g n trên các thi t b l p ráp v h m. Áp d ng ph

c

ng pháp đào toàn


14
ti t di n có s d ng thi t b l p ráp v h m là khá khó kh n nên khi áp d ng ph i có
lu n c c n th n, ch t ch t
h m. T c đ đào c a ph
1.3.1.3. Ph
Ph

ng ng v i đi u ki n đ a ch t công trình c a tuy n

ng pháp này n u t ch c t t th

* Theo s đ I: Trong ph n d

i h m ti n hành đào h m d n trên su t chi u dài

h m. Ti p theo s d ng ph n h m d n này làm m t thoáng ti n hành đào ph n c
b n c a h m.
* Theo s đ II:
d
nh

u tiên đào ph n d

i h m trên su t chi u dài h m. T ph n

i ti n hành khoan r i làm s p ph n trên. Ph

ng pháp này khi áp d ng có nhi u

c đi m nên trong th c t ít dùng.

Hình 1.12: Th t đào h m b ng ph

ng pháp b c thang


15
a) Ph

ng pháp b c thang trên; b) Ph
c) Ph


ng pháp b c thang d

i: Vi c xây d ng h m đ

u tiên trên su t chi u dài h m ng

đ i v i ph

c th c hi n m t cách

i ra đào ph n trên c a ti t di n (nh

ng pháp đào h m toàn ti t di n). Sau đó đ bê tông ph n vòm

cách k t g

kho ng

ng là 250 – 300m. Khi chi u dài h m nh h n 300m thì có th đào

ph n trên và ch ng đ t m trên toàn h m r i m i xây v v nh c u (bê tông). Sau khi
đ bê tông vòm m i ti n hành đào b c d
ti n hành đào b c d

i. Cu i cùng (sau khi đ bê tông v ) m i

i. Cu i cùng ch ng 10m n u có thi t b đ đ bê tông c vòm

thì vi c xây d ng v h m có th ti n hành làm m t b


các b c d

i), gi m


16
giá thành công tác khoan m t cách đáng k , nh t là

b cd

i khi s d ng các l

khoan nghiêng và an toàn trong thi công khi đã có vòm bê tông.
Nh

c đi m c a ph

h m so v i ph
đ bê tông t

ng pháp b c thang d

i: Làm t ng th i h n thi công toàn

ng pháp đào toàn ti t di n. N u nh ký hi u t c đ đào b c d

i và

ng là v1, t c đ đào b c trên và đ bê tông là v2 thì t c đ xây d ng


ng pháp đào h m b ng máy đào chuyên d ng

ng pháp này g i là ph

ng pháp đào m t l n toàn b m t c t đ

ng h m.

Có th chia làm hai lo i tùy theo m c đ c gi i hóa c a vi c thi công: C gi i 1
ph n (g i t t là ph

ng pháp khiên) và c gi i toàn b máy đào (TBM):

Khiên là m t v thép, ti n v phía tr
t a lên đ u đo n v đ

ng h m đã thi công xong.

thu c vào t c đ đ bê tông đo n v h m d
ph

c theo chu k nh nh ng kích th y l c
dài c a chu k khiên ph

i s b o v c a khiên.

ng pháp này là không c n ch ng đ , đá đào ra đ

u đi m c a

ng h p 2:

ào trong đ t không n đ nh (ví d : cát bão hòa n

c u đ có th đào là phía trên t ng bão hòa n
G p ch sét m ng s d n t i b b c đ t, n
Tr

ng h p 3:

ào d

im cn

c ph i có t ng sét dày không th m.

c tràn vào.

c ng m. Dùng v a Betonite phun th m vào

trong đ t đ t ng đ c k t, đào đ t không b tr
g

c). Yêu

t. S đ này có tác d ng khi

ng đào không n đ nh, d b s t xu ng. S d ng đ u khiên kín, có l đ cho đ t

và v a ch y ra. C n l u ý ph i có thi t b tách v a Betonite ra kh i đ t.

ng pháp vòm tr

c

ng pháp này đ bê tông vòm tr

c sau đó m i đào đ bê tông t

ng và

ng h m. Áp d ng v i các lo i đ t đá n t n nhi u, đá m m có h s đ c ng

(fk
n đ nh h n. B t đ u thi công t vi c đào ph n trên (1), ch ng đ t m b ng vòm
kim lo i r i ti n hành đ bê tông ph n vòm c a v h m. D

i s b o v c a vòm bê