B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

B

NÔNG NGHI P VÀ PTNT

I H C THU L I

PH M XUÂN DI U

NGHIÊN C U TÍNH TOÁN K T C U CH NG
VÀ LÂU DÀI KHI ÀO H M QUA VÙNG

T M TH I

T Y U, ÁP D NG

CHO H M TH Y I N V N CH N- T NH YÊN BÁI

LU N V N TH C S

HÀ N I, N M 2016


B



1. GS.TS NGUY N CHI N
2. TS. ÀO V N H NG

HÀ N I, N M 2016


L I CAM OAN
tài lu n v n th c s k thu t “Nghiên c u tính toán k t c u ch ng đ t m th i và
lâu dài khi đào h m qua vùng đ t y u, áp d ng cho h m th y đi n V n Ch n- T nh
Yên Bái” c a tác gi đã đ

c Nhà tr

ng giao nghiên c u theo quy t đ nh s 03/Q -

HTL ngày 04 tháng 01 n m 2016 c a Hi u tr
giao đ tài lu n v n và ng

ih

ng tr

ng

i h c Th y L i v vi c

ng d n cho h c viên cao h c t i Hà N i đ t 1 n m

2016.

chuyên ngành xây d ng công trình th y v i đ tài: “Nghiên c u tính toán k t c u
ch ng đ t m th i và lâu dài khi đào h m qua vùng đ t y u, áp d ng cho h m th y
đi n V n Ch n- T nh Yên Bái” v i m c đích đ a ra ph

ng pháp tính toán, bi n

pháp thi công khi đào h m qua vùng đ t y u…Lu n v n c ng đ a ra ví d tính toán
tham kh o cho h m th y đi n V n Ch n- t nh Yên Bái.
Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo GS.TS. Nguy n Chi n, TS.
V n H ng đã dành nhi u th i gian, tâm huy t h

ào

ng d n và cung c p thông tin c n

thi t giúp tác gi hoàn thành lu n v n t t nghi p.
Tác gi xin chân thành c m n phòng ào t o đ i h c và sau đ i h c, khoa Công trình
cùng các th y cô giáo tham gia gi ng d y đã t o đi u ki n, giúp đ , truy n đ t ki n
th c trong su t th i gian tác gi h c t p ch

ng trình Cao h c c a tr

ng

ih c

th y l i, c ng nh trong quá trình th c hi n lu n v n này.
Tác gi xin chân thành c m n ban lãnh đ o Vi n Th y đi n và n ng l

ng tái t o -


ng h m th y công

1.2 Các v n đ g p ph i khi xây d ng đ

NG H M TH Y CÔNG............5
Vi t Nam. ......................................5

ng h m qua đo n có đ a ch t x u. ...........7

1.3 Các nghiên c u tính toán k t c u, bi n pháp gia c , thi công đ
1.3.1 Các ph

ng pháp thi công đào đ

ng h m. ..........8

ng h m. ..................................................8

1.3.2. Các ph ng pháp gia c , ch ng đ t m th i khi đào h m g p ph i đ a ch t
y u. ..........................................................................................................................9
1.3.2.1 Gia c d ng treo: ....................................................................................9
1.3.2.2 Gia c d ng ch ng. ...............................................................................10
1.3.2.3 Gia c v

t tr

c..................................................................................11

1.3.3 Các nghiên c u v tính toán k t c u l p lót đ


ng Karst..........................................................................................23

2.1.2

t gãy.........................................................................................................23

2.1.3

t s t. .........................................................................................................24
v


2.2 Các gi i pháp thi công đào h m qua vùng đ t y u. ............................................ 24
2.2.1 Khoan l th m dò. ....................................................................................... 24
2.2.2 L a ch n bi n pháp ch ng đ . .................................................................... 25
2.2.3 D báo các s c có th x y ra và đ ra gi i pháp ...................................... 25
2.3 T i tr ng tác d ng lên đ

ng h m ...................................................................... 25

2.3.1 Các t i tr ng và t h p t i tr ng .................................................................. 25
2.3.2 Áp l c núi đá ............................................................................................... 26
2.3.3 L c kháng đàn tính c a đá. .......................................................................... 30
2.3.4 Các l c khác ................................................................................................ 30
2.3.4.1 Áp l c n

c: ......................................................................................... 30

2.3.4.2 Áp l c ph t v a: ................................................................................... 30

3.1.1 V trí công trình [12].................................................................................... 45

vi


3.1.2 Các thông s chính.......................................................................................45
3.1.3 Quy mô các h ng m c công trình ................................................................47
3.2 Các thông s tính toán đ

ng h m......................................................................49

3.2.1 Các thông s chính c a h m d n n

c. [12]................................................50

3.2.2 Mô t đ a ch t khu v c đ t gãy.[11] ............................................................50
3.2.3 Các ch tiêu c lý c a đ t đá khu v c đ t gãy .............................................55
3.3 Gi i pháp đào h m qua đo n có đ a ch t x u ......................................................55
3.3.1 Tính toán s

n ch ng t m th i ....................................................................55

3.3.2 Bi n pháp đào h m qua vùng đ t y u. .........................................................56
3.4. Tính toán k t c u l p lót cho đo n h m có đ a ch t x u ....................................59
3.4.1 Các tr

ng h p tính toán .............................................................................59

3.4.2 Các l c tác d ng lên v h m t i khu v c đ t gãy........................................59
3.4.3 S đ l c tác d ng t i khu v c đ t gãy. ......................................................60


DANH M C CÁC HÌNH NH
Hình 1.1 Gia c d ng treo..............................................................................................10
Hình 1.2 Gia c d ng ch ng ..........................................................................................11
Hình 1.3 Gia c s d ng neo v

t tr

c .......................................................................12

Hình 1.4 Gia c s d ng giàn ng .................................................................................13
Hình 1.5 Gia c s d ng ng thép ph t v a xi m ng v

t tr

c. .................................14

Hình 1.6 S đ vòm khép kín [6] ..................................................................................15
Hình 1.7 S đ tính toán vòm khép kín [6] ..................................................................15
Hình 1.8 S đ l p lót đ

ng h m m t c t tròn [6] ......................................................16

Hình 1.9 S đ bi n d ng c a vòng tròn d i tác d ng c a t i tr ng th ng đ ng phân
b đ u (a,b) và s đ l c tác d ng vào vòng tròn (c).[6] ..............................................17
Hình 1.10 a) M t c t đ

ng h m trong môi tr

Hình 1.11 S đ mi n tính toán ph


Hình 3.7 V trí xu t n i l c............................................................................................66

ix


x


DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 1.1 Các nhà máy th y đi n đ

ng d n. ..................................................................6

B ng 2.2 H s ki n c c a các lo i đ t đá [6] ............................................................27
B ng 2.4 B ng ch tiêu c lý c a đ t đá nghiên c u.[6]................................................34
B ng 2.5 B ng tính quan h gi a modun ch ng u n c a s n ch ng v i t i tr ng và
kích th c h m ng v i các Lc=0,5m. ..........................................................................36
B ng 2.6 B ng tính quan h gi a modun ch ng u n c a s n ch ng v i t i tr ng và
kích th c h m ng v i các Lc=0,7m. ..........................................................................38
B ng 2.7 B ng tính quan h gi a modun ch ng u n c a s n ch ng v i t i tr ng và
kích th c h m ng v i các Lc=1,0m. ..........................................................................40
B ng 3.1 Các thông s chính [12] .................................................................................46
B ng 3.2 Quy mô các h ng m c công trình [12]...........................................................48
B ng 3.3 B ng th ng kê các đ c tr ng khe n t h m chính Km1+140- Km1+300 [11].51
B ng 3.4 B ng tính giá tr RMR [11]. ...........................................................................52
B ng 3.5 B ng tính giá tr Q [11]. .................................................................................53
B ng 3.6 Các ch tiêu c lý c a đ t đá t i khu v c đ t gãy [12]...................................55
B ng 3.7 Thành ph n l c tác d ng lên v h m. ...........................................................60
B ng 3.8 K t qu tính toán k t c u................................................................................67

c và c i thi n đ i s ng nhân dân.

ng h m th y công là m t trong nh ng h ng m c quan tr ng c a h th ng công
trình th y l i, th y đi n. Nhi m v c a đ
h ch a, sông ngòi cho m c đích t
Bên c nh đó, đ

ng h m ch y u là l y n

i, phát đi n, c p n

c, d n n

ct

c dân d ng, công nghi p.

ng h m th y công còn có nhi m v tháo l t h ch a, d n dòng thi

công, tháo n

c cho tr m th y đi n ng m.

d ng ng m d

i đ t nên chúng có đ c đi m chung là ch u tác d ng c a áp l c đ t đá,

n

c ng m t phía ngoài, th

ng h m, n u đào qua vùng đ t

t t và đ ng nh t thì có th hoàn ch nh công tác đào tr

c và xây d ng l p lót hoàn

ch nh sau. Khi đó l p lót là k t c u ch ng đ lâu dài. Còn khi đào h m g p ph i các
đ i đá y u thì b t bu c ph i có k t c u ch ng đ t m th i đ h m không b s p và
công vi c đào h m đ

c an toàn. Lo i k t c u ch ng đ t m này th

l c, ch a đ m nhi m ch c n ng gi m đ nhám và cách n

ng là khung ch u

c đ b o v kh i đá xung

quanh h m. Sau khi đào xong m t đo n h m có chi u dài nh t đ nh m i xây d ng l p
lót lâu dài v i đ các ch c n ng ch ng đ gi m đ nhám và ng n cách môi tr
n

c bên trong v i kh i đá bên ngoài. L p lót lâu dài đ

ng

c tính toán v i đ y đ các

l c trong quá trình làm vi c c a h m. Khi tính toán ch u l c c a l p này c n ph i xét
đ n s tham gia ch u l c c a khung ch ng đ t m th i đã d ng trong khi đào.

ng h m th c t đã và đang thi công g p ph i đ t gãy có đ i phá

h y v a và l n.
T các đi u ki n k thu t: Công trình ph i đ m b o đi u ki n b n, n đ nh trong quá
trình thi công và trong v n hành.
2. Ph

ng pháp nghiên c u

K th a các nghiên c u tr

c đó đã có.

Thu th p tài li u t công trình th c t .
B trí, tính toán k t c u m t c t h m đi n hình t đó đ ra gi i pháp thi công trong quá
trình xây d ng công trình.
ng d ng cho công trình th c t .
IV. K T QU

T

C

T ng quan v thi t k và thi công đ

ng h m th y công.

2



1.1 Tình hình xây d ng đ
Vào nh ng n m 700 tr

ng h m th y công

c công nguyên m t đ

đ o Samosaite - Hy L p. H u h t các đ

NG H M TH Y CÔNG

Vi t Nam.
ng h m d n n

ng h m c x a đ

c đã đ

c xây d ng

c xây d ng trên n n đá

c ng, có d ng vòm nh các hang đ ng t nhiên, không c n v ch ng đ . Thi công
b ng công c thô s nh xà beng, chòong và ph
g

ng h m, sau đó làm l nh h m b ng n

công đã đ


trên 170km..
Vi t Nam, s phát tri n c a th y l i, th y đi n đã thúc đ y xây d ng đ
trong h n m t th p k g n đây, đ c bi t là các công trình th y đi n.

ng h m

i v i các khu

v c mi n núi có đ a hình d c h p, đ a ch t n n ch y u là đá g c nên r t thu n l i và
h p lý khi b trí đ

ng h m d n n

c trên tuy n n ng l

ng đ t o c t n

c áp l c

cao cho nhà máy.
Nhà máy th y đi n Hòa Bình đ

c kh i công xây d ng 1979 khánh thành vào n m

1984 v i 8 t máy, công su t 1920MW. T h p các công trình ng m trong nhà máy
lên t i 14200m h m d n n
n

cg m8đ


xây d ng

ng d n.

Công su t
(MW)

Chi u
dài (Km)

ng kính
trong (m)

Gia Lai

720

2x3.85

7.0

Komtum

250

18

2.6

1


5

C a

Thanh Hóa

90

2x0.625

11.0

6

Sông Tranh 2

Qu ng Nam

190

1.8

8.5

7

Qu ng Tr

Qu ng Tr


10

aMi

173

2.3

7.0

11

Thác M

Bình Ph

c

75

0.8

4.5

12

AV

Qu ng Nam


15

Sông Bung 2

Qu ng Nam

100

10

4.2

16

ZaH ng

Qu ng Nam

28

1.70

5.0

17

k Mi1

Qu ng Nam


20

V n Ch n

Yên Bái

57

3.5

5.0

21

Ngòi Phát

Lào Cai

72

9.1

4.0

22

M

Lào Cai

…

6


Các công trình thùy l i l n

n

c ta c ng s d ng đ

ng h m th y công đ d n n

v h l u, công trình d n dòng nh công trình th y l i C a
th y l i Ngàn Tr

ng h m th y công th

khác nhau.

t- Thanh Hóa, d án

i- Hà T nh (B=10m, dài L=240m).

1.2 Các v n đ g p ph i khi xây d ng đ
Các đ

c

ng đ


c

c.

Nh ng vùng có đ a ch t x u ch y u là do đ t gãy ki n t o gây nên, tùy theo lo i đ t
gãy mà chi u r ng đ i phá h y, m c đ phân v n đá s khác nhau. Chính đ i phá h y
này s là nguyên nhân gây m t n đ nh v lún, s t tr
ki n t o gây r i ro cho đ
tính m ng c a con ng
xác v trí, h
đ

t, th m cho công trình.

ng h m nhi u nh t và c ng gây t n th t nhi u nh t, k c

i. Do tiêu chu n kh o sát không yêu c u ph i xác đ nh chính

ng và quy mô c a đ t gãy, vì v y khi đào đ

ng h m đ t gãy có th

c b t g p m t cách b t ng mà không có gi i pháp đ i phó tr

s t nóc đ

t gãy

ng h m, các v n đá cùng n


v trí này kh i đá y u, đôi khi là đ t (h m th y đi n V n Ch n- Yên Bái) thì khi thi
công luôn đòi h i ph i có bi n pháp ch ng đ k p th i, ph

ng pháp ch ng đ t m

th i có ý ngh a quy t đ nh đ n vi c thành công c a đào h m. Ngoài không gian thi
công đào h n ch , ch có m t công tác là c a vào và c a ra thì ph

ng pháp đào h m

qua vùng có đ a ch t x u c n có nh ng máy móc thi t b chuyên nghi p riêng nh máy
khoan, máy ph t v a xi m ng, máy đào, máy xúc…Vi c liên h gi a g
các xí nghi p bên ngoài ch thông qua c a h m, quãng đ

ng đào v i

ng dài nên r t khó t ng

thi t b và nhân l c nên ti n đ thi công luôn b kéo dài . Bi n pháp thi công đào h m
qua vùng đ t y u th

ng khác v i đào toàn tuy n, d n đ n vi c t ch c thi công ph i

thay đ i v b trí hi n tr
đo n có đ a ch t x u th

ng, ti n đ , k ho ch, qu n lý k thu t. Vi c thi công qua
ng đ


1.3.1 Các ph

ng pháp thi công đào đ

Hi n nay trên th gi i c ng nh
đ

ng h m.

ng h m.

Vi t Nam có nhi u ph

ng pháp thi công đào

ng h m khác nhau bao g m:

- Ph

ng pháp khoan-n : s d ng máy khoan đ khoan các l trên g

đ thi t k , sau đó n p thu c và kích n đ phá đá. Ph

ng đào theo s

ng pháp này thích h p khi đào

h m trong đá c ng.
- Ph


ph
- Ph

ng pháp này vì các đ

i v i các h m th y đi n thì ít s d ng

ng h m th y đi n th

ng n m sâu trong núi đá.

ng pháp đào b ng máy đào: áp d ng trong đi u ki n đ a ch t m m y u. Sau khi

gia c đ a t ng b ng nhi u ph
1.3.2. Các ph
Các ph

ng pháp, s d ng máy đào đ đào h m.

ng pháp gia c , ch ng đ t m th i khi đào h m g p ph i đ a ch t y u.

ng pháp gia c , ch ng đ t m th i khi g p đ a ch t y u trong quá trình thi

công nh m nhanh chóng kh ng ch bi n d ng, đ a kh i đá v tr ng thái n đ nh ngay
sau khi đào. Các bi n pháp ch ng đ t m có th chia thành các d ng sau:
1.3.2.1 Gia c d ng treo:
S d ng các neo thép h

ng kính k t h p bê tông phun v y.


i thép và phun v y bê tông là bi n pháp truy n th ng khi gia c đ

h m. Bê tông đ

ng

c phun lên v h m b ng máy b m chuyên d ng ch y u b ng khí

nén. Chi u dày c a l p bê tông phun ph thu c vào nhà thi t k và ti u chu n v phun
bê tông gia c . V i h m không có l p lót gia c ch nh th thì l p bê tông phun v y
v a có tác d ng gia c v a có tác d ng gi m đ nhám trong quá trình h m làm vi c.

9


Hình 1.1 Gia c d ng treo
1.3.2.2 Gia c d ng ch ng.
S d ng các vì thép ch I t o thành m t khung ghép ho c các lo i thép hình chuyên
d ng khác đ

c gi ng l i v i nhau đ ch ng gi nh m đ m b o n đ nh cho g

ng

đào. Trong hình 1.2 là k t c u ph bi n s d ng thép hình ch I, chúng có d ng cong
ho c đa giác. Kho ng gi a các vì thép và vì thép v i đá đ

c l p đ y b ng bê tông

ho c phun v y xi m ng đ gia c t m th i trong quá trình thi công.


c, g m

c.

c b trí d c theo chu vi đào, h p v i

ph

ng tuy n h m m t góc , hình thành m t vành neo ch t tr

Ph

ng pháp này ch áp d ng cho vùng đ t gãy có ít n

tr

t tr

ng n y u, thích h p v i h m thi công v a và nh .

11

c vùng đ t đá y u.

c ng m, đ a t ng có tính