Tài liệu Nghiên cứu công nghệ top-down thi công móng các công trình thủy lợi

  • Số trang: 104 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 69 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

Luận văn thạc sĩ -1- LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo dạy và làm việc trong Trường Đại Học Thuỷ Lợi đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả được học tập, trau dồi kiến thức, đạo đức trong suốt 5 năm học tại trường cũng như thời gian học cao học để tác giả có được ngày hôm nay. Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Vũ Quốc Vương đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ học viên từ lúc bắt đầu viết Đề cương đến lúc hoàn thành luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy cô giáo đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập. Xin cảm ơn phòng Đạo tạo Đại học và sau Đại học, khoa Công trình đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn của tác giả. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Anh chị em đồng nghiệp nơi tác giả đang công tác đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả hoàn thành luận văn. Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, sự quan tâm chăm sóc của mọi người xung quanh, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp để tác giả có thêm nhiều niềm tin và nghị lực để hoàn thành tốt luận văn được giao. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn " Nghiên cứu công nghệ Top down thi công móng các công trình thủy lợi ” được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi. Hà nội, tháng 12 năm 2012 Học viên Bùi Trọng Bình Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -2- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 1 MỤC LỤC .................................................................................................................. 2 PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 9 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 9 II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI............................................................................................... 9 III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 10 IV. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ..................................................................................... 10 V. NỘI DUNG LUẬN VĂN : ............................................................................................. 10 CHƯƠNG 1.............................................................................................................. 11 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CÔNG ................................................................. 11 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI .................................................................................... 11 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐẶT NÔNG ............................................................................................................. 11 1.1.1 Phương pháp thi công dào mở toàn bộ hố móng ( Open cut). ................. 12 1.1.2 Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down). ............. 12 1.1.3 Phương pháp thi công theo trình tự dưới lên ( Bottom up). ...................... 12 1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ..... 13 1.2.1 Các phương pháp thi công đường hầm. ...................................................... 13 1.2.1.1 Phương pháp khoan- nổ ............................................................................. 13 1.2.1.2. Phương pháp NATM.................................................................................. 15 1.2.1.3. Phương pháp cơ giới toàn bộ (TBM) ....................................................... 21 1.2.1.4 Phương pháp bằng khiên. .......................................................................... 22 1.2.1.6. Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm................................................ 25 1.2.1.7. Phương pháp kích ống . ............................................................................. 26 1.2.2 Các công đoạn thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện ... 28 1.3 THI CÔNG MÓNG TẦNG HẦM TRẠM BƠM ĐỨNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI .............................................................................................................. 31 Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -3- 1.3.1. Sàn lắp ráp và gian điều khiển của trạm bơm ............................................ 31 1.3.2. Gian đặt máy bơm .......................................................................................... 33 1.3.3. Buồng đặt ống hút ......................................................................................... 33 1.3.4. Xử lý móng tầng hầm buồng đặt ống hút ................................................... 36 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................ 38 CHƯƠNG 2.............................................................................................................. 39 THI CÔNG XỬ LÝ MÓNG TRẠM BƠM ĐỨNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN ............................................................................................................ 39 2.1 ĐẶC ĐIỂM TRẠM BƠM ĐỨNG ............................................................................. 39 2.1.1 Mục đích xây dựng ........................................................................................ 39 2.1.2 Các kiểu trạm bơm đứng............................................................................... 40 2.2 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN XỬ LÝ MÓNG......................... 42 TRẠM BƠM ĐỨNG ............................................................................................................ 42 2.2.1 Khái niệm chung về các phương pháp thi công ......................................... 42 2.2.2 Áp dụng phương pháp Top-down để thi công trạm bơm đứng ................ 43 2.2.3 Trình tự thi công theo phương pháp top-down ......................................... 44 2.2.4 Các hệ thống chống đỡ trong quá trình thi công trạm bơm đứng. ......... 49 2.2.5 Thi công bê tông............................................................................................. 60 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 61 CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 62 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG..................................... 62 TỰ LÈN VÀO THÁP ĐIỀU ÁP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ................................ 62 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................. 62 3.2 ĐẶC TÍNH VÀ VẬT LIỆU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỰ LÈN............................ 63 3.2.1. Khái niệm về bê tông tự lèn ( BTTL) ........................................................... 63 3.2.2.Đặc điểm của bê tông tự lèn .......................................................................... 64 3.2.3.Vật liệu cho sản xuất bê tông tự lèn. ............................................................ 65 3.3 QUY TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTTL .................... 66 3.3.1. Quy trình thiết kế cấp phối BTTL ................................................................ 66 3.3.2. Nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông tự lèn ................................................ 68 Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -4- 3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BTTL................................ 68 3.4.1. Thiết kế thành phần BTTL theo phương pháp bê tông truyền thống: ... 68 3.4.2.. Thiết kế thành phần BTTL của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) ..... 70 3.4.3. Thiết kế thành phần BTTL bằng phương pháp của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) kết hợp với phương pháp thể tích tuyệt đối..................................... 72 3.5 LỰA CHỌN VẬT LIỆU ............................................................................................... 73 3.5.1. Xi măng ........................................................................................................... 73 3.5.2.Cốt liệu ............................................................................................................. 74 3.5.3.. Đá dăm sử dụng. ........................................................................................... 75 3.5.4. Phụ gia mịn .................................................................................................... 76 3.5.5. Phụ gia giảm nước ........................................................................................ 77 3.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL ............................. 77 3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BTTL ................................. 79 3.7.1 Phương pháp xác định độ linh động (độ chẩy xoè) của hỗn hợp BTTL . 79 bằng rút côn .............................................................................................................. 79 3.7.2 Phương pháp xác định khả năng tự đầm của hỗn hợp BTTL bằng khuôn hình L.................................................................................................................................. 80 3.8 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG BÊ TÔNG TỰ LÈN ..................... 81 3.8.1 Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu để sản xuất hỗn hợp BTTL ...................... 82 3.8.2 Cân đong vật liệu ........................................................................................... 83 3.8.3 Trộn hỗn hợp BTTL ...................................................................................... 83 3.8.4 Vận chuyển bê tông tự lèn ............................................................................ 84 3.8.5 Đổ bê tông tự lèn ........................................................................................... 84 3.8.6 Bảo dưỡng BTTL ........................................................................................... 84 3.9. HIỆU QUẢ KỸ THUẬT- KINH TẾ - XÃ HỘI ĐEM LẠI................................. 84 3.9.1 Hiệu quả kỹ thuật............................................................................................ 84 3.9.2 Hiệu quả kinh tế.............................................................................................. 85 3.9.3 Hiệu quả xã hội ............................................................................................... 85 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................ 86 Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -5- MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM KIỂM TRA TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN ....................................................................................... 87 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TỰ LÈN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NÓI CHUNG VÀ THỦY LỢI NÓI RIÊNG ...................................................................................................................... 88 CHƯƠNG 4.............................................................................................................. 89 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL CHO TRẠM BƠM BẮC NAM HÀ ............................................................................................................................. 89 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH............................................................. 89 4.1.1 Vị trí công trình ............................................................................................... 89 4.1.2 Nhiệm vụ công trình ....................................................................................... 90 4.1.3 Các thông số kỹ thuật ..................................................................................... 91 4.2. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL TRẠM BƠM ........................... 91 4.2.1. Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông tự lèn và bê tông tự lèn91 4.2.2. Tính toán thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm. ................ 92 4.2.3. Một số tính chất của bê tông tự lèn M250 .................................................. 94 4.2.4. Lưu ý công tác sản xuất, vận chuyển và đổ bê tông .................................. 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 100 1. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN ............................................ 100 2. NHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ ........................................................................... 101 3. KIẾN NGHỊ ..................................................................................................................... 101 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 102 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ....................................................................................... 104 Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -6- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nông. Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân Hình 1-3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hoàn thiện Hình 1-4: Máy đào đường hầm TBM. Hình 1-5: Sơ đồ thi công bằng khiên Hình 1-6: Lai dắt đốt hầm Thủ thiêm. Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy Hình 1-8: Kích ống và giếng kích ống qua sông Sài gòn cho loại D3000mm. Hình 1-9: Mặt cắt ngang đường hầm không áp Hình 1-10 : Mặt cắt ngang đường hầm dẫn nước có áp Hình 1-11: Bố trí các cụm thiết bị sữa chữa trên sàn lắp ráp và gian máy Hình 1-12: Cắt dọc và bố trí gian động cơ, gian điều khiển Hình 1-13: Bố trí buồng hút máy bơm Hình 1-14: Biện pháp thi công xử lý móng buồng hút Hình 2-1: Nhà máy bơm loại buồng ướt máy đặt chìm Hình 2-2: Nhà máy bơm loại buồng khô Hình 2-3: Trình tự các bước thi công Hình 2-4: Sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốc Hình 2- 5: Sử dụng ván thép để làm tường tầng hầm Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại máy rung Hình 2-7: Bố trí hệ thanh chống ngang một nhip (a) hoặc nhiều nhịp (b) Hình 2-8: Thép dầm chữ I. Hình 2-9: Tường thi công trong hào vữa sét Hình 3-1: Thí nghiệm xác định độ chẩy xoè của hỗn hợp BTTL Hình 3-2: Thiết bị thí nghiệm khả năng tự lèn của hỗn hợp BTTL. Hình 3-3: Rút côn kiểm tra độ linh động của hỗn hợp BTTL Hình 3-4: Thí nghiệm độ chẩy xòe của hỗn hợp BTTL Hình 3-5: Thí nghiệm kiểm tra khả năng tự lèn của HHBTTL bằng khuôn chữ U Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -7- Hình 3-6: Khuôn hình chữ U để kiểm tra khả năng tự lèn của HHBT Hình 3-7: Thi công BTTL tại nút dầm– cột nhà 34 tầng – T34 Dự án Trung hòa Hình 3-8: Thi công đập xà lan di dộng bằng bê tông tự lèn tại bãi đúc Hình 3-9: Bơm bê tông tự lèn vào bản đáy của đập xà lan Hình 4-1: Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian của hỗn hợp bê tông tự lèn. Hình 4-2: Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL Hình 4-3: Biểu đồ độ hút nước của BTTL Hình 4-4: Biểu đồ sự phát triển cường độ nén theo thời gian DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Tính chất vật lý của xi măng PCB40 Hà Tiên I. Bảng 3-2: Các chỉ tiêu tính chất của cát Bảng 3-3: Thành phần hạt của cát Bảng 3-4. Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm sau khi đã sơ tuyển Bảng 3-5. Thành phần hạt của đá dăm 10 – 20 Bảng 3-6. Thành phần hạt của đá dăm 5 – 10 Bảng 3-7: Tính chất cơ lý Tro bay - Phả lại Bảng 4-1: Kết quả thành phần cấp phối bê tông tự lèn cho trạm bơm Bảng 4-2: Kết quả thí nghiệm sự tổn thất độ chẩy của hỗn hợp BTTL theo thời gian. Bảng 4-3: Thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL Bảng 4-4: Độ hút nước của BTTL Bảng 4-5: Kết quả thí nghiệm cường độ nén của BTTL Bảng 4-6: Kết quả thí nghiệm chống thấm nước của mẫu BTTL Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -8- DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT BTTL : Bê tông tự lèn C : Cát CLL : Cốt liệu lớn CKD : Chất kết dính Đ : Đá N : Nước X, XM : Xi măng PG : Phụ gia T : Tro bay TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ -9- PHẦN MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Từ lâu trên thế giới các công trình ngầm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải, thủy lợi - thuỷ điện và an ninh quốc phòng. Đặc biệt tại các nước phát triển thì trong xây dựng dân dụng các công trình ngầm hay hạ tầng ngầm để phục vụ tiện ích cuộc sống như tầng hầm các nhà cao tầng, hầm gara ô tô,…Trong lĩnh vực giao thông dễ thấy nhất là xây dựng hệ thống thông ngầm dưới lòng đất (Metro) trong đô thị, hầm để vượt núi, vượt sông, vượt biền để tránh các nguy cơ tai nạn và rút ngắn được tuyến đường. Trong công nghiệp khai thác mỏ hầm ngầm được xây dựng phổ biến để khai thác các nguồn tài nguyên quí giá trong lòng đất. Trong lĩnh vực an ninh quốc phòng công trình ngầm cất giữ vũ khí, quân lương đảm bảo bí mật và giảm thiểu thương vong. Trong thuỷ lợi-thủy điện đường hầm được xây dựng để dẫn nước vào tổ máy turbin, xây dựng bể ngầm, xi phông… Đặc điểm chung của các công trình thủy lợi là móng công trình chủ yếu đặt trên nền địa chất phức tạp. Và công trình thi công trong điều kiện phức tạp về điều kiện địa chất thủy văn, tiến độ thi công đòi hỏi nhanh và cấp thiết để đáp ứng được bài toán kinh tế và kỹ thuật đặt ra. Hiện nay ở Việt Nam đang xây dựng, nâng cấp nhiều hệ thống thủy lợi nhằm phục vụ yêu cầu mới. Trong đó có nhiều hạng mục công trình ngầm trong đất như các hầm dẫn nước, tháp điếu áp...và đặc biệt là các trạm bơm đứng có quy mô lớn. Do vậy phải lựa chọn phương pháp thi công thích hợp khác với phương pháp thi công truyền thống để đạt được hiểu quả cao nhất. Một trong những phương pháp thi công đang được áp dụng hiện nay là phương pháp “Top - down”. Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu công nghệ Top down thi công móng các công trình thủy lợi’’ là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong giai đoạn hiện nay. II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu công nghệ Top –Down thi công móng các công trình thủy lợi. Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 10 - III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a) Cách tiếp cận Nghiên cứu thông qua việc thu thập các tài liệu có liên quan tới đề tài như : Các giáo trình về địa kỹ thuật, các giáo trình về thiết kế và thi công hầm thủy công, thủy điện, hầm giao thông và các bài giảng về xây dựng các công trình ngầm .Đồng thời nghiên cứu và tiếp cận với các tài liệu về chuyên nghành vật liệu xây dựng đặc biệt là vật liệu bê tông. Kết hợp với tham khảo các tài liệu chuyên ngành trong nước và nước ngoài, trên báo và mạng internet... b) Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp tính toán. Lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam. IV. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Đưa ra được tính ưu việt hơn so với các phương pháp thi công truyền thống. - Ứng dụng công nghệ Top-down cho thi công một công trình thủy lợi. - Đề xuất đưa vào ứng dụng vật liệu bê tông tự lèn vào thi công móng công trình thủy lợi theo phương pháp Top-down. - Đưa ra giải pháp vật liệu cũng như công nghệ sản xuất và thi công cho trạm bơm Bắc Nam Hà. V. NỘI DUNG LUẬN VĂN : Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thi công công trình ngầm trong xây dựng và thi công công trình thủy lợi. Chương 2: Thi công xử lý móng trạm bơm đứng bằng phương pháp Top - down Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào thi công móng các công trình thủy lợi. Chương 4: Thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm Bắc Nam Hà. Kết luận và kiến nghị Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 11 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐẶT NÔNG Hầm và công trình ngầm đặt nông thông thường có chiều sâu không quá 20m. Các loại hầm phổ biến trong đô thi như hầm cho xe cơ giới, nhà ga xe điện ngầm, đường hầm chuyển tiếp tại các vị trí giao nhau trong giao thông, hầm dành cho hệ thống thoát nước thải và các công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị khác. Còn trong thủy lợi đường hầm được dùng để thoát lũ hoặc dẫn nước vào nhà máy thủy điện … Để thi công các dạng công trình này đòi hỏi phải có những phương pháp riêng phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật đặt ra. Nhìn chung các hố móng cho các dạng công trình này chủ yếu là hố móng sâu thi công phức tạp. Với những đặc thù đó muốn thi công các hố móng sâu này hiện nay trong xây dựng các nhà thầu có thể thi công theo ba phương pháp khac nhau tùy thuộc vào đặc thù của hố móng. Ba phương pháp đó là: * Phương pháp 1: Phương pháp thi công đào mở toàn bộ hố móng (Open-cut) * Phương pháp 2: Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down) * Phương pháp 3: Phương pháp thi công theo trình tự từ dưới lên (Bottom-up) Trong ba phương pháp đó thì hai phương pháp cuối thi công theo trình tự từ trên xuống hoặc từ dưới lên thích hợp cho thi công các hố móng sâu, với điều kiện địa tầng xấu, mực nước ngầm cao hoặc điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp xen trong đô thị. Còn phương pháp đào mở toàn bộ hố móng thường chỉ thích hợp khi hố móng không sâu (thường là dưới 5m) và tính ổn định của địa tầng xung quanh hố móng tương đối cao. Phương pháp công nghệ chính của các phương pháp thi công : Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 12 - 1.1.1 Phương pháp thi công đào mở toàn bộ hố móng ( Open cut). Đây là phương pháp cổ điển được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, thiết bị thi công đơn giản. Toàn bộ hố đào được đào đến độ sâu thiết kế (độ sâu đặt móng), có thể dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào khối lượng đất cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực của công trình. Sau khi đào xong, người ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tự bình thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái. Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công người ta dùng các biện pháp giữ vách đào theo các phương pháp truyền thống nghĩa là ta có thể đào theo mái dốc tự nhiên (theo góc ϕ của đất). Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ tường hố đào. 1.1.2 Phương pháp thi công theo trình tự từ trên xuống ( Top-down). Công tác thi công theo phương pháp từ trên xuống (Top down) được tiến hành theo các bước chính như sau: Bước1: Lắp tường kết cấu chống đỡ đất xung quanh hố móng bằng tường cừ thép, tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ hay lắp ghép… Bước2: Tiến hành hạ thấp mực nước ngầm xung quanh khối đào Bước3: Đào đất trong hố móng đến cao trình của sàn trên cùng của kết cấu. Bước4: Thi công kết cấu sàn liên kết với hệ tường vây của hố móng. Bước5: San lấp trả lại mặt đất hiện trạng xung quanh để đảm bảo lưu thông. Bước6: Tiếp tục tiến hành đào đất ở sàn dưới của kết cấu bằng cơ giới và chuyển ra ngoài thông qua lỗ chừa sẵn ở sàn. Bước7: Tiếp tục thi công kết cấu và trình tự thi công lặp đi lặp lại cho đến khi thi công xong tấm đáy kết cấu công trình. Bước8: Khâu cuối cùng là hoàn thiện bên trong. 1.1.3 Phương pháp thi công theo trình tự dưới lên ( Bottom up). Phương pháp thi công theo trình tự từ dưới lên được áp dụng cho những hố đào sâu trên 10m và thường dùng hệ thống chống đỡ bằng hệ thống tường hào vây kết hợp với neo trong đất.Trình tự thi công theo phương pháp này khác với phương Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 13 - pháp thi công ở trên xuống ở chỗ là phải đào đáy hố móng và thi công phần sàn đáy công trình trước tiên. 1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Hầm là công trình nhân tạo trong lòng đất, được sử dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân , đặc biệt là ở các nước phát triển . Đa số các công trình ngầm , đặc biệt là những hầm lớn , là dùng vào mục đích giao thông như hầm đường sắt , ôtô, hầm đường thủy – một số công trình loại này còn sử dụng hỗn hợp cho cả đường sắt và ôtô. Trong thủy lợi đường hầm được sử dụng để thoát nước hoặc dẫn nước vào nhà máy thủy điện ,… một số công trình như: đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Hòa Bình, Trị An, .. 1.2.1 Các phương pháp thi công đường hầm. Khi thi công hầm qua các vùng địa chất khác nhau người ta có những phương pháp đào khác nhau như: - Phương pháp khoan - nổ. - Phương pháp NATM - Phương pháp đào bằng máy (TBM) - Phương pháp bằng khiên. - Phương pháp đào hở - lấp lại. - Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm. - Phương pháp kích ống 1.2.1.1 Phương pháp khoan- nổ Trình tự thi công phương pháp này gồm nhiều công đoạn 1.2.1.1.1. Khoan lỗ mìn. Trong đào hầm thường dùng phương pháp nổ mìn lỗ nông. Số lượng lỗ mìn được khoan phụ thuộc vào độ cứng và mức độ nứt nẻ của đất đá, chiều sâu lỗ mìn, loại thuốc nổ và trọng lượng bao thuốc. Chiều sâu lỗ mìn lấy sâu hơn chiều sâu tiến của khoang đào. Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 14 - 5 1 α 2 3 5 W Lk 4 Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nông. 1- Lỗ mìn tạo mặt thoáng 3- Đáy lỗ mìn 5- Lỗ mìn phá 2- Phễu do lỗ mìn rãnh tạo ra 4 - Lỗ mìn sửa hoặc mìn viền Trong đó: W: đường cản ngắn nhất lk: bước tiến của đường hầm hay chiều dài sau một chu kỳ khoan -nổ. α: góc nghiêng của lỗ mìn tạo rãnh. Trong gương đào của đường hầm, các lỗ mìn được nổ theo trình tự sau: * Trường hợp nổ mìn sửa: - Nổ lỗ mìn tạo rãnh (1) trước - Sau khi tạo phễu (2) tiến hành nổ 5,4. * Trường hợp nổ mìn viền: - Nổ (4) trước - Sau đó nổ (1) và (5). Thiết bị khoan trong đường hầm hiện nay thường dùng loại máy khoan có thể tự di chuyển hoặc được đặt trên xe. Ví dụ như khi thi công đường hầm dẫn dòng Cửa Đạt sử dụng loại khoan xoay đập, có thể khoan trên toàn mặt gương đào (D = 9m), thí dụ loại Booner (Thụy Điển) gồm ba cần khoan một lần. Máy khoan này còn dùng hỗ trợ công tác cậy đá long rời, rửa đá, đặt đinh thép hoặc neo đá vào gương đào. Chiều sâu khoan nổ tối đa để nổ theo lý thuyết bằng bán kính Tuynen Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 15 - song cần tính toán nổ thử để quyết định. Kinh nghiệm ở công trình Cửa Đạt (Lk < 4,5m) để giảm nứt nẻ đá xung quanh tuynen, đảm bảo chống thấm tốt cũng như giảm phụt vữa 1.2.1.1.2. Công tác nổ phá Thuốc ammônít N0-1 là loại thuốc thường dùng trong việc đào đường hầm, nén từng thỏi 36 mm, dài 13,5 cm, trọng lượng 200 gram, khả năng phá vỡ mạnh, yếu hơn một chút là loại chứa 62% dinamit (hệ số hao hụt 1,07 so với loại ammônít N0-1). Ammônít N0-6 thường áp dụng cho những loại đá cứng trung bình. Nổ mìn tạo mặt phẳng: phần giữa mặt cắt của đường hầm được nổ sao cho khối lượng còn sót lại so với thiết kế theo chu vi là nhỏ. Khối lượng còn lại này được nổ đợt 2 nhờ các lỗ mìn bổ sung có đường kính nhỏ hơn, khoan theo đường viền của mặt cắt, song song với trục đường hầm, khoảng cách giữa các lỗ là 20 cm. Các lỗ mìn được nạp thuốc theo trình tự: một lỗ nạp thuốc, một lỗ không nạp thuốc, sau đó lặp lại như trên. Loại thuốc có tính năng phá yếu hơn so với loại thuốc nổ đợt 1. Thuốc nổ nạp vào lỗ ước khoảng 120-150 gam/1m dài và cũng nạp theo phương pháp nạp thuốc cách quãng. Với phương pháp này khối lượng đào sót lớn nhưng khi sửa lại đòi hỏi phải bổ sung thiết bị và gần như tăng gấp hai lần khối lượng vỏ bêtông đường hầm. Đối với đường hầm Cửa Đạt đã gây nổ bằng kíp nổ điện vi sai (nổ mìn tạo rãnh trước, sau đó nổ phá cuối cùng nổ mìn sửa). - Trường hợp 3 cấp vi sai thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms. - Nếu cần 4 cấp (lỗ mìn phá nhiều, nổ 2 đợt) thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms, 50ms. Sử dụng lỗ mìn sửa theo chu vi mặt cắt đường hầm nhằm hạn chế tối đa nứt nẻ do nổ mìn. Qui mô một lần nổ (ứng cấp vi sai với khối lượng thuốc nổ lớn nhất) cần được thí nghiệm để tránh gây ảnh hưởng đến vật chống đỡ cũng như chất lượng vỏ bêtông đường hầm đã thi công trước. 1.2.1.2. Phương pháp NATM Việc áp dụng các vì chống mềm bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép cho phép hạn chế được biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 16 - đào hầm và liên kết được các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho đất đá xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm. Trên lý thuyết này các kỹ sư người Áo đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (New Austrian Tunnelling Method) bắt đầu hình thành và phát triển thành một phương pháp xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới. *22 nguyên tắc cơ bản của phương pháp xây dựng hầm NATM: - Kết cấu hầm là tổ hợp giữa đá núi và vỏ hầm. Hầm được chống đỡ chủ yếu bằng khối đất đá xung quanh Đây là khái niệm cơ bản của phương pháp NATM. Kỹ sư hầm phải biết vận dụng khái niệm này vào công tác đào hầm. Hệ thống chống đỡ hầm chỉ nên áp dụng hạn chế và mang tính hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định của khối đá. -Theo phương pháp NATM, điều quan trọng là phải duy trì cường độ nguyên thủy của khối đá. Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm. Bê tông phải được phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu. Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ thống chống đỡ và khối đá. Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thông qua các điểm tiếp xúc nên có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp đầy khoảng trống nói trên. Sự rời rạc (biến dạng) của khối đá sẽ có xu hướng phát triển đến độ sâu h tính từ tường hầm. Theo phương pháp NATM, sử dụng bêtông phun trực tiếp và bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm nên ngăn không cho khối đá biến dạng. - Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý vì việc khối đá rời rạc sẽ làm cho cường độ của nó bị giảm đi. Cường độ của khối đá, phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát của mỗi phân khối đá, sẽ giảm xuống khi ma sát giảm. Nguyên tắc này áp dụng chủ yếu đối với đá cứng. Đối với đá mềm, chẳng hạn như lớp đá trầm tích sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính của chúng sẽ phụ thuộc vào lực dính và góc nội ma sát. Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 17 - - Khối đá phải được giữ trong các điều kiện ứng suất nén ba trục. Cường độ của khối đá chịu ứng suất nén đơn trục hoặc hai trục thì thấp hơn cường độ trong điều kiện ba trục. Cường độ chịu nén của khối đá ở điều kiện nén nhiều trục sẽ cao hơn khối đá trong điều kiện nén một trục. Sau khi đào hầm, vách hầm sẽ ở trong trạng thái nở hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt. Để duy trì trạng thái ứng suất nén ba trục và sự ổn định của khối đá, vách hầm phải được phủ kín bằng bêtông phun. - Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý. Phải thiết lập hệ thống chống đỡ để ngăn chặn sự giãn nở (tơi) hoặc nguy cơ đổ sập của khối đá. Nếu hệ thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp thì chất lượng của việc đào hầm sẽ tăng đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế. Nếu biến dạng cho phép vượt quá giới hạn, vùng biến dạng dẻo quanh hầm phát triển và khe nứt xuất hiện. “Ngăn chặn sự biến dạng” nghĩa là giảm thiểu tối đa sự biến dạng xung quanh hầm do những biến dạng xảy ra trong khi đào hầm là không thể tránh khỏi, ví dụ biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng do nổ mìn. Vì thế, giới hạn biến dạng cho phép cần được đề ra ứng mỗi loại hệ thống chống đỡ và được cập nhật từ các kết quả đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật. - Hệ thống chống đỡ phải được lắp đặt kịp thời. Lắp đặt các hệ thống chống đỡ quá sớm hay quá muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi. Hệ thống chống đỡ cũng không được quá mềm hay quá cứng. Các hệ thống chống đỡ cần có một độ mềm dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá. Nếu hệ thống chống đỡ được lắp đặt quá sớm, áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ sẽ rất cao. Mặt khác áp lực sẽ tiếp tục tăng lên khi lắp đặt hệ thống chống đỡ chậm. Hệ thống chống đỡ được lắp đặt đúng lúc có khả năng giảm tải trọng đến nhỏ nhất. Nếu hệ thống chống đỡ quá cứng sẽ đắt, quá mềm thì khối đá biến dạng nhiều, tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ sẽ rất cao. Tải trọng tác động lên hệ thống chống đỡ sẽ giảm đến nhỏ nhất khi hệ thống chống đỡ có độ mềm dẻo thích hợp. - Để đánh giá thời gian thích hợp khi lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần nghiên cứu khảo sát đặc tính biến dạng phụ thuộc thời gian của khối đá. Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 18 - - Không chỉ dựa vào công tác thí nghiệm trong phòng mà còn phải tiến hành đo đạc biến dạng đường hầm để đánh giá thời gian thích hợp lắp đặt kết cấu chống đỡ. Thời gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ của sự biến dạng và loại đá là những nhân tố quan trọng để tính toán thời gian chống đỡ vách đào của khối đá. Đối với phương pháp NATM, công việc không thể thiếu được là đo đạc quan trắc. Những nhân tố được nhắc đến ở trên được xác định từ kết quả đo đạc quan trắc và những tính toán mang tính thống kê dựa trên kết quả của việc đo đạc quan trắc rất có ích cho việc dự đoán được sự biến dạng ở bước đào hầm tiếp theo. - Nếu sự biến dạng hoặc sự tơi của khối đá được dự đoán là rất lớn, bề mặt hầm đã đào phải được phun bê tông kín như là màn che. Kết cấu chống đỡ bằng gỗ và thép chỉ tiếp xúc với bề mặt tường hầm ở các điểm chèn. Vì thế, đất đá giữa các điểm tiếp xúc sẽ vẫn còn không được chống đỡ nên sự biến dạng hoặc tơi của khối đá sẽ phát triển. - Vỏ hầm phải mỏng và có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mô men uốn và tránh được phá hoại do ứng suất uốn gây ra. Không chỉ lớp vỏ hầm ban đầu (bêtông phun) mà cả lớp vỏ hầm hoàn thiện cũng cần phải mỏng. - Trong trường hợp hệ thống chống đỡ (ban đầu) cần phải gia cường, các thanh thép, khung chống thép và neo đá nên được sử dụng. Không nên tăng chiều dày lớp bê tông vỏ hầm vì sẽ làm giảm diện tích tiết diện khai thác của hầm. - Thời gian và phương pháp thi công vỏ hầm được quyết định dựa trên kết quả quan trắc của thiết bị. Thông thường lớp bê tông vỏ hầm được thi công sau khi biến dạng của hầm đã ổn định. Nếu sự biến dạng có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân. Trong trường hợp này, lớp bê tông vỏ hầm phải được thiết kế đủ cường độ chống lại áp lực của khối đá tác dụng lên. - Về mặt lý thuyết, cấu trúc của hầm giống như một cái ống hình trụ dày gồm hệ thống chống đỡ và vỏ hầm cùng với môi trường đất đá xung quanh. Các cấu trúc này hợp lại với nhau làm cho hầm tự ổn định. Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm và trụ đỡ, khối đá xung quanh được xem như là tải trọng tác dụng lên hầm. Theo lý thuyết NATM, hầm Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 19 - được xem như là một cấu trúc hỗn hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầm. - Việc cấu tạo mặt cắt hầm kín bằng vòm ngược tạo nên đường ống hình trụ là cần thiết vì cấu trúc này có thể chịu ứng suất của đá cao hơn. - Hành vi (trạng thái) của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp đặt hệ thống chống đỡ cho đến khi kết cấu của hầm kín được hình thành. Mômen uốn bất lợi xuất hiện tại khu vực tiếp giáp của phần trên vòm hầm và tường (bench) giống như kết cấu dầm hẫng khi khoảng cách giữa các bề mặt gương hầm của phần vòm và phần tường là quá dài. Ứng suất uốn như mô tả ở trên sẽ phát triển do lún tác động lên hệ thống chống đỡ lắp đặt ở phần trên vòm hầm, khi sức chịu tải của móng hệ thống chống đỡ nhỏ hơn tải trọng tác động lên. - Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn mặt cắt tốt hơn các phương pháp khác. Chia gương hầm thành nhiều gương nhỏ sẽ khiến cho chất lượng khối đá xung quanh hầm giảm đi nhanh . Tuỳ thuộc vào quá trình đào hầm, việc phân bố ứng suất của khối đá xung quanh sẽ xảy ra và cuối cùng đạt đến một trạng thái ứng suất mới. Khối đá xung quanh hầm gặp phải tình trạng có tải và không tải lặp đi lặp lại trong suốt quá trình phân bố lại ứng suất. Đôi khi trạng thái này lặp lại dẫn đến kết quả khối đá bị phá hoại. Tuy nhiên, rất khó thực hiện phương pháp đào toàn mặt cắt ở những vùng đá xấu như đá phong hoá nặng hoặc đất. Trong các trường hợp như vậy ta phải chia gương hầm thành những gương nhỏ và cần phải đo đạc kiểm tra tính ổn định của mỗi phần hầm đó. - Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ và trình tự đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian đóng kín vỏ hầm, ... Các nhân tố này cần được kiểm soát để tạo ra tổ hợp kết cấu cũng như thiết lập sự ổn định của đường hầm. - Mỗi bộ phận hầm phải duy trì hình dạng tròn nhằm tránh sự tập trung ứng suất bất lợi. Học viên: Bùi Trọng Bình Luận văn thạc sĩ - 20 - - Đối với hầm kết cấu vỏ đôi thì vỏ hầm bên trong phải mỏng. Bất kỳ lực cắt tác động vào đuờng biên bên ngoài hầm và khối đá sẽ không truyền sang bê tông vỏ hầm. Chỉ có lực hướng tâm truyền đến kết cấu vỏ đôi của hầm. - Kết cấu tổ hợp của khối đá và kết cấu chống đỡ bên ngoài (ban đầu) phải hình thành trước khi thi công lớp bê tông vỏ hầm bên trong. Lớp vỏ hầm bên trong chỉ có tác dụng làm tăng hệ số an toàn cho hầm. Tuy nhiên, độ ổn định của kết cấu hầm cần được xem xét bao gồm cả lớp bê tông vỏ hầm khi hầm gặp một lưu lượng lớn nước thấm vào hoặc dự báo sự ăn mòn của các neo đá. - Thiết bị đo đạc, quan trắc đóng vai trò quan trọng đối với công tác thiết kế và thi công hầm. Việc đo ứng suất tác động lên vỏ hầm và đo đạc sự dịch chuyển của vách hầm là đặc biệt cần thiết khi thi công hầm. - Giải phóng áp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối đá bằng hệ thống thoát nước. Áp lực thủy tĩnh xung quanh đường hầm sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự biến đổi mực nước ngầm. Hệ thống thoát nước ngầm là cách làm giảm áp lực thủy tĩnh hữu hiệu nhất. Trình tự đào phân đoạn mặt cắt gương hầm theo phương pháp NATM tại đường hầm Hải Vân như sau: Bêtông phun Neo Bêtông phun 1 1 2b 16m 2a 19m Bêtông phun 2a 1 3a 2b 3b Bêtông phun 2a 3a 1 4 2b 3b 5 Bêtông phun Líp ®Öm cho xe vËn chuyÓn qua Bêtông phun Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân Học viên: Bùi Trọng Bình
- Xem thêm -