Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất

Đàm khắc lĩnh

Nghiên cứu các giải pháp giảm đào lẹm khi thi công
các đờng hầm thủy công hiện nay

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hà Nội - năm 2010


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất

Đàm khắc lĩnh

Nghiên cứu các giải pháp giảm đào lẹm khi thi công
các đờng hầm thủy công hiện nay

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng CTN, Mỏ và công trình đặc biệt
Mã số: 60.58.50

Ngời hớng dẫn khoa học:

GS.TS. Nguyễn Quang Phích

Hà Nội - năm 2010

2.2.7 Nhận xét chung .........................................................................................43
2.3 Phơng hớng và biện pháp kiểm soát đào lẹm ..............................................43
2.3.1 Thiết kế hộ chiếu khoan nổ mìn tạo biên phù hợp...................................43
2.3..2 Điều chỉnh thông số khoan ......................................................................51
2.3.3 Sử dụng các kỹ thuật khoan nổ tiên tiến ..................................................51
2.3.4 Khắc phục nguyên nhân khách quan ........................................................61
2.4 Kết luận ...........................................................................................................61

Chơng 3 nghiên cứu hạn chế đào lẹm tại thuỷ điện nậm chiến.................... 63
3.1 Giới thiệu công trình.......................................................................................63
3.1. 1 Sơ lợc đặc điểm công trình.....................................................................63
3.1.2. Các thông số chính của công trình...........................................................63
3.1.3 Bố trí tổng thể công trình và các giải pháp kết cấu chính .........................64
3.1.4 Đặc điểm địa chất tuyến năng lợng.........................................................64


3.2 Hiện trạng công tác khoan nổ mìn tại thuỷ điện Nậm Chiến ..........................65
3.3 Đào lẹm và các nguyên nhân ảnh hởng đến lẹm tại thuỷ điện Nậm Chiến............80
3.3.1 Nguyên nhân đào lẹm do chủ quan..........................................................81
3.4 Các giải pháp áp dụng để hạn chế đào lẹm tại thuỷ điện Nậm Chiến .............85
3.4.1 Khắc phục nguyên nhân chủ quan ............................................................85
3.4.2 Khắc phục nguyên nhân khách quan ........................................................87
3.5 Đề xuất các hộ chiếu khoan nổ mìn thử nghiệm để hạn chế đào lẹm .............88
3.5.1 Hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M1..............................................................88
3.5.2 Hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M2..............................................................95

Kết luận và kiến nghị..................................................................................... 111


Lời cam đoan

Hình 3.17. Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu M2..........103
Bảng 3.12. Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo hộ chiếu mẫu M2 ..........................104
Bảng 3.13. Tính toán chi phí đào và gia cố (theo hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M1L=28,44m)...............................................................................................................105
Bảng 3.14. Tính toán chi phí đào và gia cố (theo hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M2L=31,63m)...............................................................................................................107


Danh mục các hình
Hình 1.1. Vùng nứt nẻ khi nổ với thuốc nổ thông thờng..........................................5
Hình 1.2. Vùng nứt nẻ khi nổ mìn tạo biên với Gurit 17x500mm (thỏi thuốc nhỏ của
thuốc nổ nhẹ với tốc độ nổ nhỏ) ..................................................................................5
Hình 1.3. Lẹm cấu trúc (hang hốc) .............................................................................9
Hình 1.4. Ví dụ kết quả đo vẽ hoàn công lẹm ...........................................................12
Hình 2.1. Các yếu tố ảnh hởng đến kết quả nổ mìn đờng hầm .............................19
Hình 2.2. Hệ số đào lẹm phụ thuộc vào hớng của khe nứt trong khối đá trên biên
...................................................................................................................................21
Hình 2.3. ảnh hởng của hớng khe nứt đến khả năng phá nổ đá ...........................22
Hình 2.4. Thống kê mức độ lẹm theo gõc dốc mặt phân cách khối đá [18] .............22
Hình 2.5. Sự khác biệt mức độ đào lẹm trên biên hầm do ảnh hởng của tính liên tục
của khe nứt (Muller, 1978) [17] ................................................................................24
Hình 2.6. Khoảng cách giữa các khe nứt trong (Muller, 1970)[15]..........................24
Hình 2.7. Hình dạng khối nứt....................................................................................25
Hình 2.8. Quy luật ảnh hởng của mật độ và mức độ liên tục của khe nứt đến độ bền
khối đá .......................................................................................................................26
Hình 2.9. Dự đoán mức độ đào lẹm theo yếu tố: khoảng cách trung bình khe nứt,
hình dạng khối nứt và mức độ liên tục của khe nứt [15] ...........................................26
Hình 2.10. ảnh hởng của hớng các thành phần ứng suất chính đến vị trí lẹm hình
thành trên biên đờng hầm: vị trí lẹm lớn nhất xuất hiện tại điểm giao giữa biên hầm
với đờng tiếp tuyến tại đó song song với thành phần ứng suất chính......................28
Hình 2.11. Tơng quan giữa mức độ đào lẹm và chất lợng khối đá (RMR) ...........29
Hình 2.12. Tổng kết những ảnh hởng của điều kiện khối đá đến hiện tợng đào lẹm

Hình 3.2. Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 2............................................................66
Hình 3.3. Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 3............................................................67
Hình 3.4 Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 4.............................................................67
Hình 3.5. Sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gơng hầm theo hộ chiếu đợc duyệt .................71
Hình 3.6. Sơ đồ bố trí kíp nổ theo hộ chiếu đợc duyệt ............................................71
Hình 3.7. Bản vẽ hoàn công gơng hầm đoạn km 1+333,85 đến km 1+370,04 .......77
Hình 3.8. Hình ảnh đất đá biên đờng hầm bị dập nát do nổ mìn không tốt ............79


Hình 3.9. Hình ảnh lẹm do định vị sai hớng lỗ khoan viền.....................................84
Hình 3.10. Sơ đồ bố trí lỗ mìn - Hộ chiếu thử nghiệm M1 .......................................89
Hình 3.11. Sơ đồ bố trí kíp nổ - Hộ chiếu thử nghiệm M1........................................89
Hình 3.12. Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu M1............94
Hình 3.13. Hình ảnh biên hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M1 .........94
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí lỗ khoan hộ chiếu thử nghiệm M2 .......................................97
Hình 3.15. Sơ đồ bố trí kíp nổ hộ chiếu thử nghiệm M2...........................................98
Hình 3.16. Hình ảnh biên hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M2 .........98


1

Mở đầu
Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với nhu cầu sử dụng điện năng tăng nhanh nhằm đáp ứng cho các
ngành công nghiệp sản xuất và phát triển đất nớc, nhiều dự án xây dựng nhà
máy thủy điện đ và đang đợc triển khai thi công trên khắp cả nớc. Yêu cầu
đặt ra đối các dự án là sớm hoàn thành dự án và cung cấp điện thơng phẩm ra
thị trờng, nhanh hoàn vốn đầu t, đồng thời phải đảm bảo chất lợng công
trình với chi phí hợp lý.
Qua thực tế triển khai tại một số dự án thủy điện cho thấy, vấn đề thanh

tại Việt Nam, luận văn cũng trình bày một số giải pháp giảm đào lẹm và kết
quả thực hiện trong điều kiện thi công đào hầm dẫn nớc công trình thủy điện
Nậm Chiến tỉnh Sơn La.
Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung chính của luận văn
bao gồm các phần sau:
Chơng 1: Hiện trạng thi công công trình ngầm thủy điện và vấn đề đào
lẹm ở Việt Nam và trên thế giới.
Chơng 2: Phân tích các yếu tố ảnh hởng đến lẹm khi đào hầm thủy
công và phơng hớng khắc phục.
Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp hạn chế đào lẹm ở công trình thủy
điện Nậm Chiến.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn Quang Phích,
ngời đ giành rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ Tác giả trong suốt quá trình
hớng dẫn Tác giả làm bản luận văn tốt nghiệp này.


3
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong bộ môn Xây
dựng công trình ngầm và Mỏ cũng nh các bạn đồng nghiệp đ giúp đỡ Tác
giả trong quá trình hoàn thành luận văn của mình. Do hiểu biết còn hạn chế và
trình độ còn có hạn nên chắc chắn trong bản luận văn sẽ còn có những thiết
sót, rất mong nhận đợc nhiều sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn
đồng nghiệp để cho bản luận văn đợc hoàn chỉnh hơn.


4
Chơng 1
Hiện trạng thi công hầm thủy điện và vấn đề đào lẹm
1.1 Khái niệm đào lẹm và các loại hình lẹm
1.1.1 Khái niệm đào lẹm

nhỏ)

- Hệ số lẹm là tỷ số giữa diện tích gơng đào thực tế với diện tích
gơng đào theo thiết kế. Nếu ta gọi KV là hệ số lẹm, giá trị của KV đợc xác
định theo biểu thức:
KV = Stt/Stk
ở đây:

Stt -diện tích gơng đào thực tế, m2;
Stk - diện tích gơng đào theo thiết kế, m2

Theo số liệu thống kê [11], hệ số đào lẹm tơng ứng với diện tích tiết diện
ngang gơng hầm nh sau:
- Khi 20m2 40m2 thì KV 1,14


6
Một nhợc điểm cơ bản của việc sử dụng hệ số lẹm KV là mới chỉ đơn
thuần cho chúng ta thấy tỷ lệ diện tích gơng đào bị phá thừa so với thiết kế
mà cha đánh giá đợc chính xác đợc giá lẹm trên từng điểm của đờng biên
thực tế.
Ngoài 2 phơng pháp đánh giá trên, giá trị đào lẹm còn có thể xác định
theo 2 cách:
+ Giá trị lẹm tơng đối (KV1) đợc tính theo tỷ lệ của diện tích đào lẹm
so với diện tích thiết kế tính bằng %
KV1 = ((Stt - Stk)/Stk)*100%
+ Giá trị lẹm tuyệt đối (KV2) đợc xác định bằng hiệu số giữa diện tích
đào thực tế với diện tích thiết kế, đây chính là giá trị đào vợt tính bằng m2.

Loại hình lẹm này hình thành do quá trình khai đào tạo ra khoảng không
gian công trình ngầm. Trong khối đá nguyên sinh ban đầu đ tồn tại sẵn các
hệ thống nứt nẻ, phân chia khối đá thành các khối riêng lẻ (rời rạc). Quá trình
đào hầm dẫn tới sự thay đổi trạng thái cân bằng ổn định của các khối đá tồn
tại trên biên công trình. Các khối đá riêng lẻ này dịch chuyển tách khỏi khối
đá xung quanh rơi vào không gian công trình ngầm. Quá trình này diễn ra gần
nh tức thời sau khi đào. Trong thực tế, ngoài hệ thống nứt nẻ nguyên sinh tồn
tại ban đầu, sau khi đào công trình ngầm bằng phơng pháp khoan nổ mìn còn
làm xuất hiện thêm hệ thống các nứt nẻ thứ sinh. Hệ thống nứt nẻ thứ sinh này
xuất hiện do tác động của sóng nổ mìn lan truyền trong môi trờng khối đá và
nó dẫn tới hình thành các khối đá riêng lẻ mới (cha đợc kể tới trong quá
trình khảo sát) có khả năng dịch chuyển, rơi hay trợt vào không gian CTN.
Điều này dẫn tới đòi hỏi khi phân tích, dự đoán lẹm và biện pháp giảm thiểu
chúng không chỉ dựa trên những số liệu về điều kiện địa chất thu đợc trong
giai đoạn khảo sát mà còn phải trên cơ sở những giải pháp thiết kế, công nghệ
thi công khoan nổ mìn.
Loại hình lẹm thực này có thể coi là không tránh khỏi ở chỗ chúng ta
không thể sử dụng các phơng pháp chống giữ sau khi đào để kiểm soát chúng
giống nh đối với lẹm thứ sinh đề cập dới đây. Hiện nay, một số ngời


8
quan niệm loại hình lẹm này là lẹm địa chất mang tính khách quan, hình
thành không phải do lỗi của ngời thi công. Điều này không hoàn toàn chính
xác vì trong số những nguyên nhân dẫn tới loại hình lẹm này còn có ảnh
hởng của yếu tố con ngời, ví dụ nh với cùng một môi trờng khối đá, khi
lựa chọn hớng đào khác nhau hoặc khi sử dụng kỹ thuật nổ mìn khác nhau
(nổ mìn tạo biên hoặc nổ mìn thông thờng), độ lẹm thu đợc cũng khác
nhau.
Vì những nguyên nhân nh vậy nên loại hình lẹm này thờng xảy ra

sớm sau khi đào.
1.1.2.4

Lẹm cấu trúc cave-in

Nếu nh lẹm thực và lẹm thứ sinh chỉ dẫn tới làm tăng một phần chi
phí xúc và chống giữ thì lẹm cấu trúc thờng đòi hỏi chi phí khắc phục rất
lớn và phải đợc ngăn chặn bằng mọi biện pháp có thể. Lẹm cấu trúc vẫn đôi
khi bị hiểu nhầm nằm trong loại hình lẹm thực và lẹm thứ sinh vì chúng cũng
thờng xảy ra ở khu vực gần gơng thi công [15]. Tuy nhiên, nguyên nhân
dẫn tới lẹm cấu trúc chủ yếu là do hiện tợng mất ổn định dọc theo các bề mặt
cấu trúc trong khối đá. Chính vì vậy, trong môi trờng khối đá cứng, ổn định
có mức độ nứt nẻ tha và thời gian ổn định không chống lớn hơn, lẹm cấu trúc
thờng xảy ra lớn hơn trong môi trờng khối đá yếu, kém ổn định với mức độ
nứt nẻ lớn và thời gian ổn định không chống nhỏ hơn.

I .Khối đá tốt;

II. Mặt sói mòn cổ

III Trầm tích vụn không cố kết

Hình 1.3. Lẹm cấu trúc (hang hốc)


10

1.1.2.5

Lẹm do nổ đá


11
Trong quá trình thi công các đờng hầm hiện nay, ngoại trừ dự án thủy
điện Đại Ninh có sử dụng máy đào hầm TBM trong quá trình thi công đờng
hầm, các nhà thầu thi công vẫn chủ yếu sử dụng phơng pháp khoan nổ mìn vì
đây là phơng pháp không đòi hỏi vốn đầu t lớn, có tính linh hoạt cao, có thể
dễ dàng sử dụng với nhiều điều kiện địa chất, kích thớc tiết diện ngang, sơ đồ
công nghệ thi công khác nhau, ...
Nói chung cùng với quá trình phát triển của lĩnh vực xây dựng công
trình ngầm, hiệu quả khoan nổ ngày càng đợc nâng cao nhờ sử dụng các
phơng tiện kỹ thuật hiện đại hơn, áp dụng đợc các thành tựu nghiên cứu
khoa học trong lĩnh vực này và một phần cũng do sức ép của kinh tế thị trờng
đòi hỏi phải nâng cao chất lợng thi công, đảm bảo khả năng cạnh tranh của
đơn vị thi công.
Tuy nhiên, nếu chú ý đến kinh nghiệm và năng lực thi công có thể nhận
thấy ngay rằng các đơn vị mới hình thành hầu hết đều thiếu các cán bộ chuyên
môn hoặc còn ít kinh nghiệm, nhng đ phải đảm nhận các trách nhiệm chỉ
huy thi công. Vấn đề chất lợng rất khó đợc đánh giá khách quan, cũng rất
khó kiểm soát. Các công trình đ đợc xây dựng đều đ đợc nghiệm thu.
Những công trình có quy mô nhỏ, nh các nhà máy thủy điện ngầm cũng
thờng ít đợc d luận chú ý. Điều đó không có nghĩa là chất lợng đều đợc
đảm bảo.
Trong thi công đào hầm bằng phơng pháp khoan nổ mìn đ và đang
tồn tại một vấn đề đợc những ngời quản lý và thi công của cả các chủ đầu t
và các đơn vị thi công quan tâm là vấn đề đào quá hay thừa tiết diện. Một vài
dữ liệu thống kê hiện tợng đào lẹm tại một số công trình thủy điện sau đây
cho thấy hiện trạng này tại Việt Nam.


12

Bungary

Tây

Các

Ban

nớc

Nha

khác

1,031,07
0,080,10

0,20

0,10,2

0,30

0,25

0,150,16


13
Công trình thuỷ điện Yaly

Hầm phụ số 1 ( B - 1)

25,18

1,134

2

Hầm phụ số 2 ( B - 2)

48,88

1,152

3

Hầm phụ số 3,4 ( B - 3,4)

59,4

1,173

4

Hầm DT -1 (tiết diện loại 1)

42,51

1,222



Công trình thủy điện Hàm Thuận.

Bảng 1.3 . Tổng hợp chỉ số nổ lẹm dự án Hàm Thuận [12]
Khối lợng
Thiết kế Thực tế
(m2)
(m2)

Hạng mục thi công

Nổ lẹm
Khối lợng Tỷ lệ
(m2)
%

Diversion tunnel
6,269

11,734

5,465

87%

12,863

19,566

6,703


939

53%

4,181

6,462

2,282

55%

3,178

4,633

1,455

46%

1,770

2,709

939

53%

1,263


HT2 - HT74
HT115 - HT125
HT96a - HT115a
HT75 - HT94
HT176 - HT186
HT187a - HT209a
HT75 - HT94
HT176 - HT186
Penstock tunnel
P64,65,66
P49,50,51

-

Surge tank
ST1 - ST41
Lower penstock
P67,68,69
P127,128,129
Tổng cộng

-

Ghi
chú


15



674

899

225

33%

DS
Kp 10615 - 9787

9115

12234

3119

34%

Kp 10770 - 10729

177

235

58

33%


Khoảng cách vợt diện tích trung bình R = 18,626 cm
Tuy nhiên do yêu cầu của tiến độ thi công, cho đến nay hiện tợng này
cha đợc chú ý cải thiện nhiều.
Rõ ràng là đào lẹm không nên chỉ đợc chú ý khi phải thanh quyết
toán do phát sinh thêm khối lợng thi công. Đào thừa và đào thiếu chắc chắn
sẽ có ảnh hởng lâu dài đến chất lợng của công trình, với các lý do sau:
- Thông thờng các công trình ngầm đợc đào qua các loại đá có độ bền
cao hơn bê tông, đào thừa nhiều có nghĩa là vừa thay thế vật liệu kém bền cho


16
vật liệu có độ bền cao vừa làm tăng khối lợng vật liệu sử dụng trong thi công
và các chi phí liên quan;
- Do trình độ kỹ thuật thi công của công nhân còn hạn chế (thậm chí
đợc đào tạo tại chỗ trong quá trình thi công), phơng tiện đo đạc, kiểm tra
không đầy đủ, không thích hợp, điều kiện làm việc thiếu ánh sáng, nên đào
thừa, thiếu ít nhiều ảnh hởng đến việc lắp dựng chính xác cốt thép, sẽ ảnh
hởng đến khả năng chịu tải của kết cấu chống;
- Đào thừa nghĩa là phá vỡ khối đá quá mức, có thể gây hủy hoại lớn hơn
khối đá vây quanh công trình ngầm, do vậy làm giảm khả năng mang tải của
khối đá, cũng gây ảnh hởng đến chất lợng của công trình.
Thừa tiết diện thờng kéo theo một loạt chi phí khác nhau cho công tác
thi công nh: thời gian xúc bốc thực tế sẽ dài hơn và lợng bêtông phải đổ sẽ
nhiều hơn. Chẳng hạn theo MAIDL [9] thời gian xúc bốc thực tế là:
t = ( 60 V k )/ nLt
trong đó V là thể tích lợng đá nổ trong một chu kỳ; k là hệ số thừa tiết diện;
là hệ số nở rời; n là số phơng tiện xúc bốc; Lt là năng suất kỹ thuật của
phơng tiện xúc bốc, Lt =Llt123, với Llt là năng suất lý thuyết và i là các
hệ sô ảnh hởng đến năng suất xúc bốc.
Hệ số thừa tiết diện theo kinh nghiệm phụ thuộc vào tiết diện thiết kế

1,10

1,09

1,08

1,06