MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG HẦM VÀ CÁC SỰ CỐ HAY XẢY RA
KHI ĐÀO HẦM ......................................................................................................... 4
1.1

Tổng quan về đường hầm ở Việt Nam ............................................................ 4

1.1.1

Khái niệm và phân loại về đường hầm thủy lợi, thủy điện ........................ 4

1.1.2

Hình thức mặt cắt ngang của đường hầm ................................................. 7

1.1.3

Các yếu tố quyết định đến an toàn và chất lượng đường hầm ................... 9

1.2

Các sự cố hay xảy ra khi đào hầm ................................................................... 9

1.2.1

Một số ví dụ về sự cố khi thi cơng đường hầm ở Việt Nam ...................... 9


2.1.4

Công tác quản lý và giám sát.................................................................. 18

2.2

Lý thuyết về các giải pháp xử lý khi đào hầm qua vùng địa chất xấu ............ 19

2.2.1

Áp lực đá lên hệ chống đỡ cơng trình ngầm ........................................... 19

2.2.2

Phân tích quan hệ đá – hệ chống đỡ (Lời giải của Ladanyi) .................... 24

2.2.3

Các giải pháp gia cố và chống đỡ theo phương pháp NATM.................. 35

2.2.4

Phương pháp đánh giá chất lượng đá ...................................................... 38

2.2.5

Biến dạng và ứng suất ban đầu khi đào hầm ........................................... 43

2.3



3.1.1

Vị trí và nhiệm vụ cơng trình ................................................................. 64

3.1.2

Quy mơ các hạng mục cơng trình ........................................................... 64

3.2

Giải pháp xử lý khối sạt đường hầm thủy điện Bảo Lộc................................ 69

3.2.1

Đặt vấn đề .............................................................................................. 69

3.2.2

Giải pháp xử lý để đào khối sạt .............................................................. 71

3.2.3

Tính tốn kết cấu gia cố tạm và các giải pháp chi tiết để đào khối sạt..... 71

3.3

Giải pháp kết cấu vỏ hầm cho đoạn địa chất xấu ........................................... 95

3.4

Hình 2.12 Nêm đá rơi và trượt khỏi mặt gương đào ................................................... 33
Hình 2.13 Neo gia cố ổn định vịm đá ........................................................................ 35
Hình 2.14 Đường cong chuyển vị đá .......................................................................... 36
Hình 2.15 Phản ứng của hệ thống gia cố theo chuyển vị của tường hầm .................... 38
Hình 2.16 Biểu đồ phân loại đá theo phương pháp Lauffer ........................................ 40
Hình 2.17 Quan hệ giữa biến dạng và ứng suất bản thân ban đầu của đường hầm ...... 44
Hình 2.18 Các biện pháp đào phá mặt gương ............................................................. 45
Hình 2.19 Hình thức gia cố hầm bằng phun bê tông................................................... 50

v


Hình 2.20 Hình thức gia cố hầm bằng phun bê tơng + neo đá .................................... 52
Hình 2.21 Hình thức gia cố hầm bằng khung chống ................................................... 55
Hình 2.22 Sơ đồ tính áp lực núi đá [1] ....................................................................... 59
Hình 3.1: Cắt dọc đường hầm thủy điện Bảo Lộc ...................................................... 68
Hình 3.2: Cắt ngang đường hầm thủy điện Bảo Lộc................................................... 68
Hình 3.3 Cắt dọc khối sạt đường hầm ........................................................................ 69
Hình 3.4 Chính diện khối sạt nhìn từ mặt gương ........................................................ 70
Hình 3.5 Khối sạt nhìn từ đỉnh mặt đất tự nhiên ......................................................... 70
Hình 3.6 Đường cong đặc tính chuyển vị của khối đất đá sạt ..................................... 73
Hình 3.7 Đường cong đặc tính của khối đá và áp lực chống đỡ .................................. 73
Hình 3.8 Cắt dọc xử lý bước 1 ................................................................................... 75
Hình 3.9 Mặt khối sạt sau khi xử lý bước 1................................................................ 75
Hình 3.10 Cắt dọc bố trí khoan phụt cứng hóa khối sạt bước 2 .................................. 78
Hình 3.11 Khoan phụt cứng hóa khối sạt từ trên đỉnh hầm ......................................... 78
Hình 3.12 Mơ hình cắt ngang đường hầm .................................................................. 80
Hình 3.13 Ứng suất ban đầu khu vực hầm trước khi đào ............................................ 80
Hình 3.14 Chuyển vị hầm khi đào toàn tiết diện ........................................................ 81
Hình 3.15 Ứng suất hầm khi đã được gia cố khung chống thép hình .......................... 81

Hình 3.42 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) ..................................................... 110
Hình 3.43 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) ..................................................... 110

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các đường hầm thủy lợi - thủy điện đã xây dựng ở Việt Nam trong khoảng
20 năm trở lại đây ........................................................................................................ 6
Bảng 2.1 Phân loại nhóm đá theo Bieniawski ............................................................ 41
Bảng 2.2 Các khối đá được phân loại theo phương pháp “Hệ thống Q” ..................... 43
Bảng 2.3 Hệ số lệch tải khi tính tốn lớp lót đường hầm [9] ...................................... 57
Bảng 2.4 Hệ số kiến cố của các loại đất đá [9] ........................................................... 58
Bảng 2.5 Bảng tra trị số Ka [1] .................................................................................. 60
Bảng 3.1 Các thơng số cơng trình thủy điện Bảo Lộc................................................. 67
Bảng 3.2 Chỉ tiêu, đặc tính của khối sạt và hiện trạng thi công như sau: .................... 71
Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của vùng ảnh hưởng như sau:................................................ 71
Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý khối sạt trước và sau khoan phụt ........................................... 77
Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý của khối đất đá sạt trước và sau khi được gia cố.................... 91
Bảng 3.6 Trường hợp, tổ hợp và các lực tác dụng lên vỏ hầm trong tính tốn ............ 97
Bảng 3.7 Kết quả tính tốn nội lực và cốt thép vỏ hầm .............................................. 99
Bảng 3.8 Bảng so sánh giải pháp xử lý đào hầm thực tế trước đây ........................... 101

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
ĐHTL Đại học Thủy lợi
LVThS Luận văn Thạc sĩ
GS.TS Giáo sư Tiến sĩ

giải pháp khắc phục dẫn đến bị động đối phó và chịu những tổn thất khơng đáng có,
cũng như làm chậm tiến độ thi cơng.
Xem xét trình tự khảo sát, thiết kế các đường hầm phổ biến ở nước ta hiện nay có thể
thấy:
-

Ở phần lớn các đường hầm thường chỉ khoan khảo sát tại các vị trí cửa vào, cửa ra
và cục bộ trên tuyến đường hầm. Các đới địa chất, đường mặt đá được lập và nối

1


với nhau dựa trên các hố khoan địa chất. Các vùng địa chất xấu hoặc đứt gẫy được
xác định dựa trên địa hình, địa mạo, do đó khơng thể chuẩn xác về vị trí, kích
thước, chỉ tiêu cơ lý ...
-

Đối với các đường hầm có quy mơ lớn, giá trị đầu tư cao thì trước khi khoan
thường tiến hành khảo sát địa vật lý, tuy vậy kết quả địa vật lý cũng khơng mơ tả
chính xác kích thước của các vùng địa chất xấu, trong khi đó do hạn chế về mặt tài
chính số lỗ khoan cũng phải giới hạn.

-

Hiểu biết về địa chất dọc tuyến hầm bị hạn chế bởi kết quả khảo sát, trong khi đó
giải pháp thiết kế để đào hầm qua vùng địa chất xấu lại phụ thuộc vào kết quả khảo
sát.

Thông thường, để tránh tụt nóc, sạt gương hoặc vách, khi đào hầm qua các vùng địa
chất xấu có thể áp dụng các biện pháp như sử dụng neo vượt trước, dùng khung chống,

-

Cách tiếp cận kế thừa, chọn lọc kinh nghiệm tri thức đã có liên quan đến đề tài:
Vấn đề nghiên cứu các giải pháp thiết kế xử lý đã có nhiều nghiên cứu cả ở trong
và ngồi nước, luận văn sẽ kế thừa chọn lọc các kinh nghiệm từ các cơng trình
nghiên cứu đã có.

3.2 Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu;

-

Phương pháp kế thừa và chọn lọc các nghiên cứu trước đây có liên quan đến đề tài;

-

Phương pháp tính tốn lý thuyết;

-

Phương pháp tham vấn chuyên gia.

3.3 Dự kiến kết quả đạt được
-

Đưa ra giải pháp khi đào hầm qua vùng địa chất xấu

-

Phân loại đường hầm:
a. Phân theo mục đích sử dụng:
-

Cơng trình hầm giao thơng

-

Hầm thủy lợi

-

Hầm thủy điện

-

Hầm kĩ thuật đơ thị

-

Hầm mỏ

-

Hầm có mục đích đặc biệt: hầm phục vụ cho mục đích quân sự, nhà máy, kho tàng,
bể chứa ngầm

b. Phân theo địa hình và khu vực xây dựng cơng trình:
-


-

Hầm dìm

e. Phân loại theo chế độ chảy khi dẫn nước
-

Hầm có áp

-

Hầm khơng áp

1.1.1.3 Q trình xây dựng đường hầm ở Việt Nam
Cơng trình thủy điện Hịa Bình được khởi công năm 1979 với nhà máy ngầm đặt trong
đường hầm, là một trong những đường hầm được xây dựng đầu tiên của Việt Nam sau
ngày đất nước giải phóng. Trong thời gian qua, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành
thủy lợi - thủy điện, ở nước ta đã tiến hành xây dựng và đưa vào khai thác nhiều loại
đường hầm thủy công trên các hệ thống thủy lợi, thủy điện, cấp thoát nước ... Trong
thiết kế và xây dựng các đường hầm thủy công đã cập nhật và áp dụng có kết quả
nhiều kinh nghiệm cũng như công nghệ tiên tiến của thế giới.
Bảng thống kê các cơng trình đường hầm thủy lợi - thủy điện đã được xây dựng ở Việt
Nam trong khoảng 20 năm trở lại đây [1]:

5


Bảng 1.1 Các đường hầm thủy lợi - thủy điện đã xây dựng ở Việt Nam trong khoảng
20 năm trở lại đây
TT

Lâm Đồng

160

5,0

4,0

3

Yaly

Gia Lai

720

2x3,85

7,0

4

Thác Mơ

Bình Phước

75

0,8


Quảng Nam

210

5,3

5,2

8

Ea Krông

Phú Yên

64

1,9

4,5

9

Đại Ninh

Lâm Đồng

300

11,0


Đăk Lăk

220

2x0,6

8,0

13

Sông Tranh 2

Quảng Nam

190

1,8

8,5

14

Đăk Mi 1

Quảng Nam

250

10,0


Sơn La

16

2,5

2,5

18

Nậm Chiến

Sơn La

210

11,13

3,8

19

Trạm Tấu

Yên Bái

36

5,9


Nghệ An

180

4,0

7,0

23

Huội Quảng

Sơn La

540

4,0

7,0

24

Thượng Kon Tum

Kon Tum

250

12,0


Mặt cắt hình trịn có ưu điểm là chịu lực tốt, tổn thất thủy lực nhỏ, giá thành thấp
tuy nhiên khó thi cơng. Nó thường được áp dụng với những đường hầm lớn có
đường kính trong lớn hơn 5m

-

Mặt cắt hình chữ U ngược có ưu điểm là dễ thi cơng, dễ vận hành nhưng có nhược
điểm là tổn thất lớn. Nó thường được áp dụng với những đường hầm nhỏ mà khó
làm hình trịn được.

7


Hình 1.1 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm khơng áp

Hình 1.2 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm có áp

8


1.1.3

Các yếu tố quyết định đến an toàn và chất lượng đường hầm

Các yếu tố quyết định đến an toàn và chất lượng đường hầm:
-

Công tác khảo sát: Bao gồm khảo sát địa hình, khảo sát địa chất (khoan, đào, địa
vật lý ...). Công tác khảo sát rất quan trọng vì nếu khảo sát đánh giá sai về điều
kiện địa hình, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, các khu vực địa chất xấu, các

1.2.1

Một số ví dụ về sự cố khi thi công đường hầm ở Việt Nam

Có rất nhiều sự cố đã xảy ra khi đào hầm thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam phải dừng lại
để xử lý, làm chậm tiến độ thi công, tăng khối lượng và giá thành cơng trình, sau đây
là các ví dụ tiêu biểu:

9


Hình 1.3 Sạt gương hầm tại K0+16 thủy điện Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng

Hình 1.4 Sạt gương hầm tại K3+640 thủy điện Buôn Kuôp, tỉnh Đăk Lăk

10


.
Hình 1.5 Sạt gương hầm tại K0+56 thủy điện Sơng Giang 2, tỉnh Khánh Hịa

Hình 1.6 Sạt gương hầm tại K1+50 thủy điện Đồng Nai 3 tỉnh Đăk Nông

11


Hình 1.7 Nước ngầm tại K1+50 thủy điện Sơng Bung 2 tỉnh Quảng Nam

Hình 1.8 Nước ngầm tại hầm dẫn dịng thủy điện Sơng Bung 2 tỉnh Quảng Nam


Đối với các cơng trình thủy điện thì tiến độ thi cơng đường hầm có liên hệ mật thiết
với tiến độ thi cơng tồn hệ thống cơng trình thủy điện. Việc thi cơng đường hầm phải
được hồn thành cùng với xây dựng xong cơng trình đầu mối để làm sao việc tích
nước cho hồ chứa càng sớm càng tốt. Khi đó việc kéo dài thời gian thi công hầm do
gặp phải địa chất xấu là một bất lợi lớn và ảnh hưởng đến tồn cơng trình thủy điện.
13


Các sự cố thường xảy ra khi đào hầm qua vùng địa chất xấu:
-

Khi vừa đào hầm xong chưa kịp gia cố, đất đá ở vòm hầm và vách hầm sạt xuống
cục bộ hoặc toàn bộ lấp đầy mặt gương hầm, không thể tiếp tục thi công được nếu
chưa được xử lý và xúc bỏ khối sạt.

-

Khi hầm đã đào xong một thời gian dài, do ảnh hưởng của công tác nổ mìn hoặc đá
phiến sét khi tiếp xúc với khơng khí và nước sẽ giảm cường độ làm cho đất đá ở
vòm hầm và vách hầm sạt xuống cục bộ hoặc tồn bộ lấp đầy mặt gương hầm,
khơng thể tiếp tục thi công được nếu chưa được xử lý và xúc bỏ khối sạt.

-

Khi đào hầm và đã gia cố tạm xong, tuy nhiên do ảnh hưởng của thời tiết hoặc
công tác gia cố chưa đủ làm cho các hệ thống gia cố tạm bị phá hủy tạo, đất đá trên
đỉnh hầm rơi xuống.

-




Mặc dù công tác địa vật lý đã mô tả gần chính xác vùng địa chất xấu để có các giải
pháp phịng tránh sạt trượt khi thi cơng, tuy nhiên do ảnh hưởng của nổ mìn cũng như
tay nghề thi công của nhà thầu, giải pháp thiết kế, hoặc khi mở gương hầm thì ứng suất
sinh ra khi khai đào lớn hơn ứng suất cho phép của đá … cho nên khi đào đường hầm
vẫn xảy ra các sự cố sạt trượt. Nếu khơng có cơng tác xử lý các khối sạt kịp thời thì
hậu quả của nó xảy ra sẽ rất lớn, gây thiệt hại về người và thiết bị, làm chậm tiến độ
thi cơng, tăng chi phí đầu tư cơng trình. Do đó cơng tác xử lý khi đào hầm qua vùng
địa chất xấu, đặc biệt là các khối sạt đã xảy ra là hết sức cần thiết.
1.3

Kết luận chương 1

Có rất nhiều sự cố hay xảy ra khi đào hầm, tuy nhiên sự cố hay xảy ra nhất là đất đá
gương đào (đỉnh hầm, vách hầm, mặt gương) bị sạt trượt xuống. Đối với các sạt trượt
nhỏ như tụt nóc một phần, sạt mặt gương một phần, sạt vách một phần thì chỉ cần đào
xúc khối sạt, gia cố chắc chắn là có thể đào tiếp và đi qua được. Tuy nhiên đối với
những khối sạt lớn, liên thông tới mặt đất tự nhiên ở trên đỉnh hầm thì khơng thể đào
xúc rồi gia cố tạm được vì khi đào xúc khối sạt đến đâu, đất đá càng sạt xuống đến
đấy, do đó phải có các xử lý khối sạt để khi đào hầm tiếp đất đá không bị rơi xuống rồi
mới đưa các giải pháp gia cố tạm, đào gương hầm tiếp theo và gia cố vĩnh cửu.
Trong luận văn này tập trung nghiên cứu công tác “Giải pháp xử lý khi đào đường
hầm qua vùng địa chất xấu” đối với trường hợp: Đào qua vùng địa chất xấu khi đường
hầm đã bị sạt, các giải pháp xử lý khối sạt để đào hầm tiếp, các giải pháp gia cố tạm,
các giải pháp gia cố vĩnh cửu.

15



nước liên thơng với các mạch nước ngầm khác.

-

Nứt nẻ mạnh, sóng dọc thấp: Đá có nhiều khe nứt với độ rộng khe nứt khác nhau,
hướng nằm khác nhau, khi ta đào hầm gương hầm cắt các khe nứt này tạo thành
các nêm đá, làm cho đá có khả năng bị sạt xuống.

-

Đá bị phong hóa một phần/hồn tồn thành đất: Khu vực đá bị phong hóa mãnh
liệt, hoặc phong hóa hồn tồn thành đất, khi ta đào hầm ứng suất khai đào lớn hơn
cường độ kháng nén của đá là cho mặt gương bị sạt xuống.

-

Hang động cát tơ: Các hang động cát tơ có sẵn ở trong đá, khi ta đào hầm qua tạo
16


thành một hang động lớn hơn, làm cho đá bị sạt xuống.
2.1.1.2 Nguyên nhân sạt trượt do địa chất
Ổn định của hầm ở vùng địa chất xấu phụ thuộc vào tỷ số cường độ kháng nén của
khối đá (cm Rock mass strength) và ứng suất ban đầu của hầm (P0 in situ stress)
Tại các vùng địa chất xấu, chỉ tiêu cơ lý C (lực dính đơn vị),  (góc ma sát trong) của
đất đá quanh hầm nhỏ, do đó cường độ kháng nén khối đá (cm) nhỏ, cm=2cxcos/(1sin). Với 2000 bước tính tốn thì có quan hệ giữa chuyển vị của hầm và tỷ số cm/P0

Phân trăm = (Chuyển vị / đường kính hầm)x100

được thể hiện hình dưới đây [12].

song song với hướng khe nứt, dựng vì chống khơng sát vào mặt đá, thi công không đủ
khối lượng gia cố như thiết kế .v.v.
2.1.4

Công tác quản lý và giám sát

Do sức ép về tiến độ mà yêu cầu nhà thầu thi công nhanh khơng cần gia cố, đặc biệt là
dựng vì chống thép hình đối với các khu vực đặc biệt xấu, đưa ra các giải pháp xử lý
không phù hợp với thực tế, khơng kiểm sốt chất lượng thi cơng của nhà thầu ...
Như vậy: Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sạt trượt trong khi đào đường hầm: Do gặp
phải mạch nước ngầm; do gặp phải đứt gãy, đới phá hủy kiến tạo mà trong đó đất đá bị
vỡ vụn nhàu nát; gặp phải khu vực đá bị phong hóa hồn toàn; gặp phải các khe nứt
giao nhau tạo thành nêm; do ảnh hưởng chấn động của cơng tác nổ mìn; do công tác
khảo sát không phản ánh đúng điều kiện địa chất thực tế, không xác định được các đứt
gãy trong hầm; do chất lượng của công tác thiết kế đưa ra các giải pháp không phù hợp
với địa chất thực tế; do tay nghề của nhà thầu thi công, không thi công đúng với đồ án
thiết kế, do công tác quản lý và thi cơng cịn hạn chế .v.v.
Việc xác định nguyên nhân sạt trượt rất quan trọng trong quá trình xử lý đường hầm,
vì biết được nguyên nhân mới đưa ra được các giải pháp cụ thể để phù hợp với điều
kiện địa chất thực tế của công trình. Mặc dù có nhiều ngun nhân sạt trượt như đã
nêu ở trên, nhưng nguyên nhân sạt trượt phổ biến nhất là do “địa chất xấu”.

18