Tài liệu Nghiên cứu giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu​

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 công đường hầm ở Việt Nam ...................... 9 1.2.2 Các sự cố hay xảy ra khi đào hầm .......................................................... 13 1.2.3 Ảnh hưởng của sự cố khi đào hầm ......................................................... 14 1.3 Kết luận chương 1 ........................................................................................ 15 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SẠT TRƯỢT VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI ĐÀO ĐƯỜNG HẦM .......................................................................... 16 2.1 Nguyên nhân sạt trượt khi đào hầm .............................................................. 16 2.1.1 Địa chất công trình ................................................................................. 16 2.1.2 Chất lượng hồ sơ khảo sát thiết kế.......................................................... 18 2.1.3 Tay nghề và chất lượng của nhà thầu thi công ........................................ 18 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 công 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 Giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu ........................... 47 2.3.1 Các phương pháp thi công đào đường hầm............................................. 47 iii 2.3.2 Giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu..................... 48 2.3.3 Giải pháp xử lý khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu - hầm bị sạt . 56 2.3.4 Giải pháp gia cố vĩnh cửu cho đoạn hầm đi qua vùng địa chất xấu ......... 56 2.4 Kết luận chương 2 ........................................................................................ 63 CHƯƠNG 3 : GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA VÙNG ĐỊA CHẤT XẤU THỦY ĐIỆN BẢO LỘC .................................................................... 64 3.1 Giới thiệu về công trình thủy điện Bảo Lộc .................................................. 64 3.1.1 Vị trí và nhiệm vụ công trình ................................................................. 64 3.1.2 Quy mô các hạng mục công 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 toán 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 Kết luận chương 3 ...................................................................................... 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 105 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 107 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm không áp........................................ 8 Hình 1.2 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm có áp.............................................. 8 Hình 1.3 Sạt gương hầm tại K0+16 thủy điện Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng .................... 10 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 Sông Giang 2, tỉnh Khánh Hòa ........... 11 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 Sông Bung 2 tỉnh Quảng Nam ................. 12 Hình 1.8 Nước ngầm tại hầm dẫn dòng thủy điện Sông Bung 2 tỉnh Quảng Nam ...... 12 Hình 2.1 Quan hệ giữa cường độ kháng nén của khối đá và ứng suất ban đầu ............ 17 Hình 2.2 Trạng thái đơn trục ...................................................................................... 19 Hình 2.3 Biến dạng của đỉnh vòm .............................................................................. 20 Hình 2.4 Tập trung ứng suất ...................................................................................... 20 Hình 2.5 Trượt tường hầm ......................................................................................... 20 Hình 2.6 Vùng biến dạng trên đỉnh ............................................................................ 21 Hình 2.7 Diễn biến quá trình Đào – Chống đỡ ........................................................... 23 Hình 2.8 Mối quan hệ giữa đá và hệ chống đỡ ........................................................... 23 Hình 2.9 Dạng hình học và trạng thái ứng suất của đường hầm tiết diện tròn ............. 25 Hình 2.10 Tiêu chuẩn phá hủy của khối đá nguyên dạng và đá trong vùng phá hủy ... 25 Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất và biến dạng của đá quanh đường hầm ........................... 28 Hình 2.12 Nêm đá rơi và trượt khỏi mặt gương đào ................................................... 33 Hình 2.13 Neo gia cố ổn định vòm 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 tông + 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 Mô 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 3.16 Các giai đoạn đào phá một mặt gương ....................................................... 83 Hình 3.17 Chuyển vị hầm khi đào giai đoạn 1 ........................................................... 83 Hình 3.18 Chuyển vị hầm đào giai đoạn 2 U=3,85cm ................................................ 84 Hình 3.19 Chuyển vị hầm khi đào giai đoạn 3 U=3,0cm ............................................ 84 Hình 3.20 Chuyển vị hầm khi đào giai đoạn 4 ........................................................... 84 Hình 3.21 Ứng suất hầm khi đào giai đoạn 1/bước 1 .................................................. 85 Hình 3.22 Mô hình thép neo vượt trước ..................................................................... 87 Hình 3.23 Chuyển vị hầm khi có neo vượt trước ........................................................ 87 Hình 3.24 Mô hình tính toán neo vượt trước .............................................................. 89 Hình 3.25 Chuyển vị dọc hầm khi không gia cố, bước đào 1m .................................. 89 Hình 3.26 Chuyển vị dọc hầm khi có gia cố neo vượt trước bước đào 1m.................. 90 Hình 3.27 Ứng suất trong thép neo vượt trước, bước đào 1m. .................................... 90 vi Hình 3.28 Cắt dọc đào và gia cố khối sạt ................................................................... 91 Hình 3.29 Mô hình tính toán khung chống thép hình H150, Bê tông M200 dày 15cm 93 Hình 3.30 Kết quả chuyển vị của hệ gia cố tạm ......................................................... 93 Hình 3.31 Kết quả ứng suất Smax, Smin trong khung chống thép hình ...................... 94 Hình 3.32 Kết quả ứng suất Smax, Smin trong bê tông chèn M200 dày 15cm ........... 94 Hình 3.33 Mô hình tính toán vỏ hầm khi có xét đến gia cố tạm.................................. 96 Hình 3.34 Mô hình tính toán vỏ hầm khi không xét đến gia cố tạm............................ 96 Hình 3.35 Mô hình tính toán vỏ hầm khi có xét đến gia cố tạm.................................. 97 Hình 3.36 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) ..................................................... 107 Hình 3.37 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) ..................................................... 107 Hình 3.38 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) ..................................................... 108 Hình 3.39 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) ..................................................... 108 Hình 3.40 Ứng suất theo phương x –Sxx(kN/m2) ..................................................... 109 Hình 3.41 Ứng suất theo phương y –Syy(kN/m2) ..................................................... 109 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 toán 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 thông số công 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 toán ............ 97 Bảng 3.7 Kết quả tính toán 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 NXB Nhà xuất bản TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCN Tiêu chuẩn ngành QCVN Quy chuẩn Việt Nam BTCT Bê tông cốt thép ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài 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 điện, thủy lợi, thủy nông, 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. Đường hầm thủy công là một dạng công trình thủy đặc biệt được xây dựng bằng cách đào trong đất, đá núi và dùng để dẫn nước, tháo nước phục vụ cho những mục đích khác nhau. Việc thiết kế và xây dựng đường hầm thủy công đòi hỏi các kiến thức về công trình ngầm (đào và gia cố vỏ hầm trong đất, đá) và công trình thủy, tức công trình chịu tác dụng trực tiếp của nước từ cả phía trong và phía ngoài. Tuy nhiên do các đường hầm nằm sâu dưới đất nên công tác khảo sát như thu thập bình đồ địa chất khu vực, khoan dọc tuyến đường hầm, địa vật lý ... cũng không đánh giá hết được điều kiện địa chất phức tạp của đường hầm để có giải pháp thiết kế và thi công phù hợp. Mặt khác, trình độ thiết kế và thi công hầm ở nước ta tuy đã có bước tiến đáng kể so với trước kia, song việc đào hầm qua vùng địa chất xấu vẫn là vấn đề cần quan tâm đặc biệt để tránh những sự cố đáng tiếc dẫn đến tổn thất về người và tài sản. Tồn tại lớn nhất hiện nay là các đơn vị thiết kế và thi công thường chưa chủ động trong việc xác định vị trí của các vùng này mà chỉ khi xảy ra sự cố mới dừng lại để đưa ra các giải pháp khắc phục dẫn đến bị động đối phó và chịu những tổn thất không đáng có, cũng như làm chậm tiến độ thi công. 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 không thể chuẩn xác về vị trí, kích thước, chỉ tiêu cơ lý ... - Đối với các đường hầm có quy mô 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 không mô 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, khoan phụt đông cứng hóa mặt gương v.v. Trường hợp không kịp gia cố để hầm bị sạt thì phải chặn chân khối sạt, chống đỡ để ổn định nóc và vách hầm sau đó áp dụng các biện pháp như trên để đào tiếp. Nguyên lý chung thì như vậy, nhưng áp dụng biện pháp nào và cụ thể như thế nào thì phải căn cứ vào tình hình địa chất cụ thể, so sánh về mặt kinh tế và xem xét về khả năng thi công và thiết bị hiện có của nhà thầu. 2. Mục tiêu nghiên cứu Tổng kết, đánh giá công tác đào hầm, qua đó thấy được những hạn chế đối với các giải pháp khi đào hầm qua vùng địa chất xấu Đưa ra giải pháp khi đào hầm qua vùng địa chất xấu, giải pháp khắc phục và đào tiếp khi xảy ra sự cố tụt nóc, sạt gương hoặc vách. Các giải pháp gia cố cho hầm. Đề xuất, chọn giải pháp khi đào hầm qua vùng địa chất xấu của đường hầm thủy điện Bảo Lộc. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận: - Tiếp cận toàn diện, hệ thống, thực tiễn tổng hợp: Có rất nhiều nhân tố tự nhiên, con 2 người, máy móc ảnh hưởng tới công tác thi công hầm như cường độ của đá, hệ thống và chiều rộng khe nứt, chỉ tiêu cơ lý của đá, hệ thống và lưu lượng nước ngầm, thế nằm của đá, hệ số kiên cố của đá, máy khoan đào, máy khoan gia cố, vật liệu gia cố .v.v. Do vậy để đạt được mục tiêu của đề tài đòi hỏi phải xem xét tiếp cận các vấn đề nghiên cứu một cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn và tổng hợp. - Cách tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết: Xem xét nghiên cứu từ tổng thể đến các giải pháp cụ thể áp dụng cho công trình. - 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 ngoài nước, luận văn sẽ kế thừa chọn lọc các kinh nghiệm từ các công 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 toán 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 - Đưa ra giải pháp khắc phục khi xảy ra sự cố tụt nóc, sạt gương hoặc vách và đào tiếp - Áp dụng cụ thể cho đường hầm thủy điện Bảo Lộc. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG HẦM VÀ CÁC SỰ CỐ HAY XẢY RA KHI ĐÀO HẦM 1.1 Tổng quan về đường hầm ở Việt Nam 1.1.1 Khái niệm và phân loại về đường hầm thủy lợi, thủy điện 1.1.1.1 Công trình ngầm Định nghĩa: công trình ngầm là công trình nhân tạo, xây dựng dưới mặt đất nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau của con người. Phân loại: Công trình ngầm có các dạng: Thẳng đứng, nằm ngang, nằm xiên 1.1.1.2 Đường hầm Định nghĩa: Đường hầm là dạng phổ biến nhất của công trình ngầm được bố trí nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, có chiều dài lớn hơn nhiều so với các kích thước còn lại, được xây dựng nhằm mục đích giao thông, thủy lợi, thủy điện, cấp thoát nước, bố trí các mạng lưới hạ tầng kĩ thuật của thành phố Phân loại đường hầm: a. Phân theo mục đích sử dụng: - Công trình hầm giao thông - Hầm thủy lợi - Hầm thủy điện - Hầm kĩ thuật đô 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 công trình: - Hầm qua đồi, núi 4 - Hầm dưới nước - Hầm thành phố c. Phân loại theo độ sâu công trình - Hầm nằm nông: h<20m hoặc 2-3 lần bề rộng hầm - Hầm nằm sâu d. Phân loại theo phương pháp thi công - Đào hở - Đào kín - Hầm dìm e. Phân loại theo chế độ chảy khi dẫn nước - Hầm có áp - Hầm không áp 1.1.1.3 Quá trình xây dựng đường hầm ở Việt Nam Công trình thủy điện Hòa 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 công 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 Tên công trình Tỉnh Công suất lắp máy (MW) Chiều dài hầm (km) Đường kính trong hầm (m) 1 Hòa Bình Hòa Bình 1920 8x0,45 8,0 2 Đa Nhim Lâm Đồng 160 5,0 4,0 3 Yaly Gia Lai 720 2x3,85 7,0 4 Thác Mơ Bình Phước 75 0,8 4,5 5 Hàm Thuận Lâm Đồng 300 3,6 7,0 6 Đa Mi Lâm Đồng 173 2,3 7,0 7 A Vương 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 4,4 10 Quảng Trị Quảng Trị 70 5,6 3,0 11 Buôn Kuôp Đăk Lăk 280 2x4,7 7,0 12 Srê Pôk 3 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 5,0 15 Za Hưng Quảng Nam 28 1,7 5,0 16 Bắc Bình Bình Thuận 33 2,5 4,5 17 Nậm Chim 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 3,2 20 Cửa Đạt Thanh Hóa 90 0,82 9,0 21 Bản Vẽ Nghệ An 340 0,7 8,0 22 Hủa Na 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 3,6 25 Đăk đrinh Quảng Ngãi 125 10,58 4,0 6 1.1.2 Hình thức mặt cắt ngang của đường hầm Có rất nhiều dạng mặt cắt ngang của đường hầm, kích thước mặt cắt ngang phụ thuộc vào: Nhu cầu khai thác, điều kiện vận hành, điều kiện thi công, điều kiện địa chất và được lựa chọn dựa trên so sánh kinh tế kỹ thuật. Các đường hầm không áp thường sử dụng dạng chữ U ngược có thay đổi bán kính ở trên vòm để giảm khối lượng đào. Các đường hầm có áp ở Việt Nam chủ yếu sử dụng hai loại mặt cắt ngang chính là hình tròn (giai đoạn đào hình móng ngựa) và hình chữ U ngược. - Mặt cắt hình tròn có ưu điểm là chịu lực tốt, tổn thất thủy lực nhỏ, giá thành thấp tuy nhiên khó thi công. 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 công, 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 tròn được. 7 Hình 1.1 Các hình thức mặt cắt ngang đường hầm không 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 công trình, địa chất thủy văn, các khu vực địa chất xấu, các chỉ tiêu cơ lý của đất đá .v.v. sẽ dẫn tới công tác thiết kế không đúng với điều kiện thực tế. Do đó công tác khảo sát đường hầm cần phải đạt độ chính xác cao. - Công tác thiết kế: Nếu công tác khảo sát đúng mà các giải pháp thiết kế sai thì sẽ ảnh hưởng tới chất lượng đường hầm, do đó công tác thiết kế yêu cầu phải chuẩn xác, đặc biệt là có các giải pháp phù hợp với khu vực địa chất xấu. - Công tác thi công: Cần được thực hiện theo đúng hồ sơ thiết kế được duyệt. - Công tác giám sát: Công tác giám sát cần được giám sát để nhà thầu thực hiện công tác đào, gia cố theo đúng hồ sơ thiết kế, thi công theo đúng hộ chiếu nổ mìn và biện pháp thi công đã được phê duyệt. - Công tác duy tu bảo dưỡng: Công tác kiểm tra duy tu bảo dưỡng được thực hiện trong quá trình vận hành, theo định kỳ, phải tháo cạn nước để kiểm tra đường hầm, nếu thấy có hiện tượng đất đá bị sạt trượt thì phải đánh giá và có biện pháp xử lý khẩn trương. 1.2 Các sự cố hay xảy ra khi đào hầm 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 công 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 Sông Giang 2, tỉnh Khánh Hòa 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 Sông Bung 2 tỉnh Quảng Nam Hình 1.8 Nước ngầm tại hầm dẫn dòng thủy điện Sông Bung 2 tỉnh Quảng Nam 12 1.2.2 Các sự cố hay xảy ra khi đào hầm Các đường hầm thủy công thường được đào xuyên qua núi, đi qua nhiều vùng địa chất khác nhau. Địa chất công trình có ý nghĩa quan trọng quyết định đến việc chọn tuyến, vị trí đặt công trình và kết cấu của nó. Ngoài ra địa chất công trình còn quyết định tới biện pháp thi công, tiến độ thi công, giá thành công trình. Trong thực tế, công tác khoan thăm dò, xác định địa chất của tuyến hầm không thể dọc theo cả tuyến đường hầm mà chỉ khoan từng điểm, nên địa chất giữa hai hố khoan không thể xác định chính xác được, còn đối với công tác địa vật lý mặc dù xác định được vùng địa chất xấu nhưng không thể đúng 100% và cũng không đưa ra được các chỉ tiêu cơ lý để phục vụ công tác tính toán, còn công tác khoan ngang để lấy nõn kiểm tra địa tầng trước khi đào hầm thì ở Việt Nam chưa có. Chính vì vậy trong quá trình thi công đào đường hầm có thể gặp phải địa chất xấu ở những vị trí được đánh giá dự báo trước và cả những vị trí không được dự báo trước. Những vùng có địa chất xấu là do đứt gãy kiến tạo, sóng dọc thấp, nước ngầm nhiều, khe nứt lớn nhưng nhiều nhất vẫn là do đứt gãy kiến tạo. Tùy theo loại đứt gãy mà chiều rộng đới phá hủy, vùng ảnh hưởng sẽ khác nhau. Chính đới phá hủy này sẽ là nguyên nhân gây mất ổn định về lún, sạt trượt, thấm cho công trình. Đứt gãy kiến tạo gây rủi ro cho đường hầm trong quá trình thi công nhiều nhất và cũng gây tổn thất nhiều nhất về kinh tế, kể cả tính mạng của con người. Phương pháp thi công đào hầm chủ yếu là bằng phương pháp khoan nổ, đối với đường hầm nằm trong vùng có địa chất xấu thì có thể sử dụng đào bằng breaker. Ở những vị trí này khối đá yếu, đôi khi là đất thì khi thi công luôn đòi hỏi phải có biện pháp chống đỡ kịp thời, phương pháp chống đỡ tạm thời có ý nghĩa quyết định đến việc thành công của đào hầm. Đối với các công trình thủy điện thì tiến độ thi công đường hầm có liên hệ mật thiết với tiến độ thi công toàn hệ thống công trình thủy điện. Việc thi công đường hầm phải được hoàn thành cùng với xây dựng xong công 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 toàn công trình thủy điện. 13