Tài liệu Quản lý chất lượng thi công bê tông đường hầm dẫn nước công trình thủy điện sông giang ii tỉnh khánh hòa

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo công tác trong Trường Đại học Thủy lợi, nhất là các cán bộ, giảng viên Khoa Công trình và Khoa Kinh tế & Quản lý, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này. Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn GS.TS. Lê Kim Truyền đã hết lòng ủng hộ và hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô trong Hội đồng khoa học đã đóng góp những ý kiến, những lời khuyên quý giá cho luận văn. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình, anh em và bạn bè đã quan tâm giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập thông tin, tài liệu trong quá trình học tập và thực hiện hoàn thành luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2015 TÁC GIẢ Đỗ Thế Hoàng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2015 TÁC GIẢ Đỗ Thế Hoàng MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƢỜNG HẦM VÀ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC ........................................... 3 1.1 Tổng quan đặc điểm qúa trình thi công đường hầm ......................................... 3 1.1.1 Phương pháp thi công đường hầm vùng núi ............................................... 4 1.1.2 Công tác đào hầm ........................................................................................ 6 1.1.3 Công tác che chống lần đầu ....................................................................... 15 1.2 Đặc điểm công tác thi công bê tông đường hầm dẫn nước ............................ 19 1.2.1 Các loại cốt pha toàn khối di động ............................................................ 20 1.2.2 Công tác chuẩn bị thi công vỏ hầm ........................................................... 21 1.2.3 Đổ bê tông dưỡng hộ và tháo dỡ cốp pha ................................................. 24 1.3 Khái niệm về chất lượng - quản lý chất lượng và chất lượng bê tông............ 26 1.3.1 Chất lượng - quản lý chất lượng ................................................................ 26 1.3.2 Yêu cầu cơ bản chất lượng bê tông ở 3 trạng thái ..................................... 31 1.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông......................................... 36 1.4.1 Thành phần của bê tông............................................................................. 36 1.4.2 Tính công tác ............................................................................................. 41 1.4.3 Cường độ chịu nén của bê tông ................................................................. 43 1.4.4 Các đặc tính kỹ thuật quan trọng khác của bê tông ................................... 46 1.4.5 Sản xuất và vận chuyển ............................................................................. 49 1.4.6 Thi công và đầm chặt ................................................................................ 50 1.4.7 Thi công bê tông trong thời tiết nóng ........................................................ 52 1.4.8 Bê tông bơm .............................................................................................. 53 1.4.9 Bảo dưỡng ................................................................................................. 54 1.4.10 Ảnh hưởng của ván khuôn ...................................................................... 55 1.5 Vai trò của tư vấn giám sát trong việc đảm bảo và nâng cao chất lượng bê tông ....................................................................................................................... 56 1.6 Xu hướng phát triển bê tông thế giới và ở Việt Nam ..................................... 59 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỂ KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG BÊ TÔNG VÀ NHỮNG BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA KHUYẾN TẬT BÊ TÔNG ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC .................................................................................. 62 2.1 Cơ sở lí luận về kỹ thuật để kiểm soát chất lượng bê tông ............................. 62 2.1.1 Tổng quan các hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng ........................ 62 2.1.2 Phân đợt phân khoảnh các khối đổ bê tông ............................................... 67 2.1.3 Phương pháp kiểm soát chất lượng bê tông .............................................. 68 2.1.3 Công tác nghiệm thu.................................................................................. 71 2.2 Cơ sở lí luận về tổ chức quản lý chất lượng thi công bê tông hầm dẫn nước ............ 72 2.2.1 Quản lý chất lượng trong giai đoạn thi công ............................................. 72 2.2.2 Tiến độ kế hoạch thi công ......................................................................... 73 2.2.3 Quản lý chất lượng toàn diện .................................................................... 75 2.3 Những nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa khuyết tật bê tông ................ 78 2.3.1 Hiện tượng phân tầng của bê tông ............................................................. 79 2.3.2 Hiện tượng nứt bê tông .............................................................................. 80 2.3.3 Hiện tượng cácbonát hóa và ăn mòn cốt thép ........................................... 84 2.3.4 Ăn mòn hóa học ........................................................................................ 86 2.3.5 Phản ứng kiềm cốt liệu .............................................................................. 87 CHƢƠNG III: QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG THI CÔNG BÊ TÔNG HẦM DẪN NƢỚC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG GIANG II – TỈNH KHÁNH HÒA88 3.1 Giới thiệu công trình ....................................................................................... 88 3.2 Các yêu cầu thi công bê tông đường hầm dẫn nước của công trình ............... 88 3.2.1 Bê tông ...................................................................................................... 88 3.2.2 Cốt liệu bê tông ......................................................................................... 90 3.2.3 Hỗn hợp bê tông ........................................................................................ 90 3.2.4 Xi măng ..................................................................................................... 91 3.2.5 Thí nghiệm sơ bộ trước khi thi công ......................................................... 91 3.2.6 Thí nghiệm chất lượng trong suốt quá trình thi công ................................ 91 3.2.7 Phụ gia bê tông .......................................................................................... 92 3.2.8 Máy trộn và vận chuyển ............................................................................ 92 3.2.9 Bảo dưỡng bê tông và bảo vệ .................................................................... 93 3.3 Tiêu chuẩn áp dụng về công tác thí nghiệm và kiểm tra chất lượng bê tông . 94 3.4 Thực trạng về công tác quản lý chất lượng thi công bê tông công trình thủy điện sông Giang II................................................................................................. 95 3.4.1 Yêu cầu và thực trạng công tác tổ chức quản lý chất lượng ..................... 95 3.4.2 Thực trạng chế độ quản lý về kỹ thuật ...................................................... 96 3.5 Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng thi công bê tông hầm dẫn dòng thủy điện ............................................................................................................... 98 3.5.1 Lựa chọn biện pháp thi công ..................................................................... 98 3.5.2 Lựa chọn cấp phối bê tông ...................................................................... 103 3.5.3 Ván khuôn và công tác chỗng đỡ ván khuôn .......................................... 108 3.5.4 Đề xuất quy trình tổ chức quản lý chất lượng thi công bê tông hầm ...... 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 116 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Trình tự thi công theo phương pháp Áo mới ............................................ 5 Hình 1.2 Dây truyền công nghệ phun khô, phun ẩm ............................................. 18 Hình 1.3 Dây truyền công nghệ phun ướt ............................................................. 19 Hình 1.4 Một trong các phương thức thoát nước ngược dốc ................................. 26 Hình 1.5 Quy tắc 4M ............................................................................................ 30 Hình 1.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến tính chất của bê tông ............................... 39 Hình 1.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến cường độ 28 ngày tuổi bê tông ............... 40 Hình 1.8 Hạt cốt liệu chỉ một kích thước, không lấp đầy khoảng chống ............... 41 Hình 1.9 Thiết bị xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông ......................................... 42 Hình 1.10 Xác định độ sụt theo tiêu chuẩn TCVN và EN ..................................... 43 Hình 1.11 Các dạng “sụt bê tông” đúng và sai ...................................................... 43 Hình 1.12 Mẫu lập phương và mẫu hình trụ ......................................................... 44 Hình 1.13 Mẫu nén đạt và mẫu nén không đạt ...................................................... 46 Hình 1.14 Bê tông bị phân tầng do chiều cao đổ quá cao ..................................... 51 Hình 1.15 Khoảng cách giữa các điểm đầm .......................................................... 52 Hình 1.16 Ảnh hưởng của khả năng giữ nước đến cường độ lớp bê tông bề mặt .. 54 Hình 1.17 Ván khuôn không kín ........................................................................... 55 Hình 2.1 Sơ đồ thi công một tuyến của đường hầm .............................................. 74 Hình 2.2 Liệt kê chất lượng vỏ hầm không tốt ...................................................... 77 Hình 2.3 Phương pháp vuông góc ......................................................................... 77 Hình 2.4 Bê tông bị rỗ........................................................................................... 79 Hình 2.5 Hướng xuất hiện của những vết nứt trên bê tông do ổn định dẻo ........... 81 Hình 2.6 Nứt bê tông do co ngót dẻo .................................................................... 82 Hình 2.7 Nứt rạn bề mặt bê tông ........................................................................... 83 Hình 2.8 Bê tông phủ hết cốt thép bị phá hủy do cacbonat hóa và rỉ sét ............... 85 Hình 3.1 Biện pháp thi công vỏ hầm phần đáy ................................................... 100 Hình 3.2 Biện pháp thi công vỏ hầm phần tường và vòm ................................... 102 Hình 3.3 Hình ảnh ván khuôn kép ...................................................................... 110 Hình 3.4 Hình ảnh ván khuôn tự hành ................................................................ 111 Hình 3.5 Hình ảnh ván khuôn hình sâu đo .......................................................... 112 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cơ lý TCVN 6260 : 2009 .................................................... 63 Bảng 2.2 Các chỉ tiêu hóa học TCVN 6260 : 2009 ............................................... 64 Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý TCVN 2682 : 2009 .................................................... 64 Bảng 2.4 Các chỉ tiêu hóa học TCVN 2682 : 2009 ............................................... 65 Bảng 2.5 Phân loại tính công tác TCXDVN 374:2006 ......................................... 65 Bảng 2.6 Độ lệch chuẩn cho phép TCXDVN 374:2006 ........................................ 65 Bảng 2.7 Tương quan giữa B và M ....................................................................... 66 Bảng 2.8 Đánh giá chất lượng 1 đoạn bê tông vỏ hầm .......................................... 76 Bảng 3.1 Thí nghiệm chất lượng trong quá trình thi công .................................... 92 Bảng 3.2 Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng kiểm tra chất lượng bê tông ..................... 95 Bảng 3.3 Cấp phối BTTL .................................................................................... 108 -1- MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, khi nước ta bắt đầu hội nhập kinh tế quốc tế, diện mạo đất nước ngày càng không ngừng đổi mới. Đời sống kinh tế của người dân ngày càng được cải thiện, nền kinh tế ngày càng tăng trưởng và phát triển. Cùng với sự phát triển và nâng cao không ngừng của các ngành nghề kinh tế, các lĩnh vực của đời sống đó là sự phát triển không ngừng về chất lượng công trình xây dựng. Nhiều công trình với nhiệm vụ phục vụ đa mục tiêu đã phát huy hiểu quả tích cực thúc đẩy kinh tế xã hội của nước ta phát triển và hội nhập. Đáp ứng nhu cầu của các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, thủy điện thì nhiều đường hầm bê tông đã được xây dựng lên. Tuy nhiên việc thi công xây dựng bê tông các đường hầm xây dựng nói chung và đường hầm dẫn dòng thủy điện nói riêng thường rất khó khăn, chi phí giá thành cao, cùng với việc sửa chữa vô cùng khó khăn. Mặt khác, bê tông hầm dẫn nước chịu áp lực cao đòi hỏi chúng ta cần có biện pháp nhằm đảm bảo chất lượng bê tông hầm. Chất lượng thi công bê tông hầm là sự an toàn cho bản thân công trình, là một phần quan trọng trong hiệu quả đầu tư phát triển kinh tế xã hội, cho nên cần có những giải pháp để nâng cao chất lượng cả trong thiết kế và thi công công trình. Do tính cấp thiết của các vấn đề nêu trên, tác giả chọn đề tài: “Quản lý chất lƣợng thi công bê tông đƣờng hầm dẫn nƣớc công trình thủy điện Sông Giang II – Tỉnh Khánh Hòa” để nghiên cứu góp phần mang lại chất lượng công trình và an toàn hơn cho những người dân trong vùng của dự án. II. Mục tiêu của đề tài - Tổng quan về thi công đường hầm và các phương pháp cơ bản thi công bê tông đường hầm dẫn nước. - Nắm được đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật về chất lượng bê tông khi thi công đường hầm dẫn nước. -2- - Đề xuất các giải pháp về kỹ thuật và tổ chức quản lý chất lượng thi công bê tông hầm dẫn nước phòng ngừa những sai sót có thể sảy ra làm giảm chất lượng công trình. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu : Công tác thi công bê tông đường hầm dẫn nước công trình thủy điện. - Phạm vi nghiên cứu: Bê tông trong các công trình đường hầm dẫn nước IV. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về thi công đường hầm - Thu thập thông tin, tổng hợp tài liệu, phân tích lựa chọn đưa ra giải pháp - Phương pháp quan sát thực tế thi công tìm giải pháp - Phương pháp chuyên gia V. Kết quả đạt đƣợc - Nắm vững các giải pháp thi công đường hầm cơ bản - Nắm được đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật về chất lượng bê tông khi thi công đường hầm dẫn nước - Đề xuất các giải pháp quản lý chất lượng thi công bê tông hầm dẫn nước và phòng ngừa những sai sót có thể xảy ra làm giảm chất lượng công trình. VI. Nội dung chính của luận văn Chương I: Tổng quan về đặc điểm thi công đường hầm và thi công bê tông đường hầm dẫn nước. Chương II: Cơ sở lý luận để kiểm soát chất lượng bê tông và những biện pháp phòng ngừa khuyến tật bê tông đường hầm dẫn nước. Chương III: Quản lý chất lượng thi công bê tông hầm dẫn nước công trình thủy điện sông Giang II – Tỉnh Khánh Hòa -3- CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƢỜNG HẦM VÀ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC Trong những năm gần đây, loài người yêu cầu không gian dưới đất ngày càng nhiều, do vậy công tác nghiên cứu công trình dưới đất đá cũng có những bước phát triển mạnh mẽ. Trong xây dựng thủy lợi người ta phân đường hầm thành: đường hầm tạm thời và đường hầm lâu dài. Đường hầm tạm thời dùng để dẫn dòng thi công, còn đường hầm lâu dài thường được dùng để tưới, để dẫn nước hoặc dùng dẫn nước cho nhà máy thủy điện… 1.1 Tổng quan đặc điểm qúa trình thi công đƣờng hầm Chịu ảnh hưởng nhiều của các điều kiện địa chất, địa chất thủy văn (nhất là dọc theo tuyến đường hầm). Các yếu tố này có tác dụng quyết định phương án đào, chống và gia cố… Do vậy việc thăm dò địa chất và địa chất thủy văn phải rất kỹ lưỡng; trong quá trình thi công cần thường xuyên quan sát tình hình địa chất thực tế để kịp thời có biện pháp xử lý thích đáng. Bị hạn chế bởi bề mặt công tác. Đường hầm chỉ có hai mặt công tác là cửa vào và cửa ra, nên mọi công việc phải tiến hành trong đường hầm nên tốc độ thi công bị hạn chế. Để khắc phục vấn đề này, khi đào các hầm tương đối dài thì khi thi công ta thường tìm thêm biện pháp tăng mặt công tác bằng cách đào thêm hầm phụ, nghách hoặc giếng khối lượng lớn mà điều kiện địa chất và địa hình cho phép. Do hiện trường chật hẹp lại phải tiến hành đồng thời nhiều công việc nên phải đảm bảo dây truyền công tác nhịp nhàng, chặt chẽ đồng bộ là biện pháp tích cực để tăng tốc độ thi công. Cần đặc biệt chú ý công tác an toàn, khi đường hầm đào sâu trong đất đá dễ lở, dễ sinh bụi trong khi khoan nổ mìn, hoặc có thể gặp khí độc có sẵn trong lòng đất hoặc hơi độc sau khi nổ… nên cần chú ý giải quyết vấn đề an toàn cho người và thiết bị làm việc trong hầm. -4- 1.1.1 Phƣơng pháp thi công đƣờng hầm vùng núi 1.1.1.1 Khái niệm cơ bản thi công đƣờng hầm Thi công đường hầm là thuật ngữ gọi chung cho phương pháp thi công xây dựng, kĩ thuật thi công và quản lí thi công các đường hầm và công trình ngầm. Lựa chọn phương pháp thi công chủ yếu phải dựa vào điều kiện địa chất và địa chất thủy văn, kết hợp với kích thước mặt cắt đường hầm chiều dài, kiểu vỏ, công năng sử dụng và trình độ kĩ thuật thi công cùng một số nhân tố khác nghiên cứu cân nhắc tổng hợp lại để quyết định. Dựa vào tình hình tầng đất mà đường hầm xuyên qua và sự phát triển phương pháp thi công đường hầm hiện nay, phương pháp thi công đường hầm có thể phân loại theo các phương thức sau đây: Phƣơng pháp thi công đƣờng hầm trên núi: - Phương pháp mỏ (Phương pháp khoan mổ): + Phương pháp mỏ truyền thống + Phương pháp Áo mới - Phương pháp dùng máy đào các loại Phƣơng pháp thi công đƣờng hầm nông và trong đất mềm: - Phương pháp dùng máy đào các loại - Phương pháp đào lộ thiên - Phương pháp tường liên tục dưới đất - Phương pháp đào dưới nắp - Phương pháp đào ngầm nông - Phương pháp khiên Phƣơng pháp thi công đƣờng hầm dƣới đáy nƣớc: - Phương pháp hạ chìm - Phương pháp khiên Kĩ thuật thi công đường hầm chủ yếu nghiên cứu giải quyết các phương án và biện pháp kĩ thuật cần thiết cho các loại phương pháp thi công đường hầm nói trên (như phương án và biện pháp thi công đào, tiến sâu, che chắn, xây vỏ); Biện pháp thi công khi đường hầm đi qua các vùng địa chất đặc biệt như: Đất trương -5- nở, hang động caxto, đất sụt, cát chảy, tầng đất các khí mêtan…; Phương pháp và phương thức thông gió, chống bụi, phòng khí độc, chiếu sang thông gió, cung cấp điện nước và phương pháp đo đạc giám sát, khống chế đối với các thấy đổi giới chất của hầm. Quản lý thi công đường hầm chủ yếu giải quyết thiết kế tổ chức thi công (như lựa chọn phương án thi công, biện pháp kĩ thuật thi công, bố trí hiện trường, khống chế tiến độ, cung ứng vật liệu, bố trí lao động, máy móc…) và một số vấn đề khác quản lý kĩ thuật, quản lý kế hoạch, quản lý chất lượng, quản lý kinh tế, quản lý an toàn… 1.1.1.2 Phƣơng pháp Áo mới – NATM Trình tự và nguyên tắc cơ bản thi công theo phương pháp Áo mới Trình tự thi công theo phương pháp Áo mới (Hình 1.1) Hình 1.1 Trình tự thi công theo phương pháp Áo mới Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới có thể quy nạp như sau: ít làm lay động, phun neo sớm, chăm chú đo đạc, nhanh chóng khép kín. - Ít làm lay động: Khi tiến hành đào mở đường hầm, cần hết sức giảm thiểu số lần lay động đất đá, cường độ lay động, phạm vi lay động và thời gian lay động -6- liên tục kéo dài. Vì thế nên dùng máy đào đất đá mà không dùng phương pháp khoan nổ để đào. Khi dùng phương pháp khoan nổ để đào, cần phải nghiêm khắc tiến hành khống chế nổ phá dùng cách đào tiết diện lớn; căn cứ loại đất đá, phương pháp đào, điều kiện che chống lựa chọn hợp lí chiều dài đào sâu một tuần hoàn; đối với đất đá tự ổn định kém chiều dài đào sâu tuần hoàn nên ngắn lại; việc che chống phải khẩn trưởng theo kịp mặt đào, rút ngắn thời gian để đất đá bị bong rời không che chống. - Phun neo sớm: Sau khi đào xong cần che chống phun neo thời kỳ đầu, làm cho ứng suất đất đá đi vào trạng thái khống chế ổn định. Làm như thế, một mặt là ta khống chế cho đất đá biến dạng quá độ mà sinh ra sụt lở mất ổn định; còn một mặt khác làm cho đất đá phát triển biến dạng vừa phải, để phát huy đầy đủ năng lực tự chịu tải của mình. Khi cần thiết có thể có biện pháp che chống trước. - Chăm chú đo đạc: Lấy phương pháp đo đạc bằng máy hoặc trực quan và số liệu đo đạc bảo đảm để đánh giá trạng thái ổn định của đất đá (hoặc đất đá đã được gia cố hoặc phán đoán xu thế phát triển động thái của chúng, nhằm điều chỉnh kịp thời hình thức che chống, phương pháp đào bới, bảo đảm thi công được tiến hành thuận lợi và an toàn. Đo đạc trắc địa là một tiêu chí quan trọng của lí luận hầm và công trình ngầm hiện đại, là biện pháp để nắm vững quá trình thay đổi động thái của đất đá và là căn cứ, số liệu để tiến hành thiết kế, thi công công trình. - Nhanh chóng khép kín: một mặt là chỉ phải dùng biện pháp che chống bằng phun bê tông ngay, tránh cho đất đá bị bóc trần dài ngày bị giảm sút cường độ và tính ổn định, nhất là đối với địa tầng mềm yếu dễ bị phong hóa, còn mặt khác trọng yếu hơn là nếu kịp che chống bịt kín thì không chỉ ngăn không cho đất đá biến dạng mà còn làm cho lớp che chống và tầng đất ở vào trạng thái cộng đồng hợp tác chịu lực tốt với nhau. 1.1.2 Công tác đào hầm Thi công đường hầm là phải đào lấy đi khối đất đá trong phạm vi lòng hầm và hết sức giữ độ ổn định đất đá trong đường hầm. Như vậy, công tác đào là quan trọng nhất trong thi công đường hầm và là công tác mấu chốt. Trong quá trình đào -7- đường hầm đất đá có ổn định hay không chủ yếu là do điều kiện địa chất công trình của bản thân đất đá, nhưng việc đào đất đá cũng có ảnh hưởng trực tiếp và trọng yếu đến trạng thái ổn định của đất đá xung quanh. Vì thế, nguyên tắc cơ bản của công tác đào hầm là: Trên cơ sở bảo đảm ổn định đất đá xung quanh hoặc giảm thiểu lay động đến đất đá vây quanh, lựa chọn phương pháp đào và phương thức tiến sâu, tìm mọi cách nâng cao tiến độ đào sâu. Mục này chủ yếu giới thiệu phương pháp thi công đào hầm, phương pháp đào tiến sâu và nguyên tắc lựa chọn chúng, cùng với việc giới thiệu tương đối chi tiết phương thức đào sâu bằng khoan lỗ nổ phá. 1.1.2.1 Phƣơng pháp đào hầm Trong thi công đường hầm, phương pháp đào là một trong những nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến đất đá vây quanh. Vì thế, khi lựa chọn phương pháp đào cần tiến hành phân tích tổng hợp các nhân tố có liên quan như: hình dạng mặt cắt đường hầm to hay nhỏ, điều kiện địa chất công trình của đất đá xung quanh, điều kiện che chống, yêu cầu về thời hạn, chiều dài công trường, năng lực cơ giới được trang bị, tính kinh tế… trên cơ sở phân tích đó lựa chọn để dùng phương pháp đào thích đáng. Nhất là điều kiện che chống thích ứng với nó. Phương pháp đào đường hầm thực tế là chỉ phương pháp đào hầm thành hình. Theo tình hình các bộ phận mặt cắt đường đào có thể chia ra làm: phương pháp đào toàn mặt cắt, phương pháp đào bậc thang, phương pháp đào từng bộ phận. Phƣơng pháp đào toàn mặt cắt Phương pháp đào toàn mặt cắt là chỉ cách theo thiết kế đào toàn mặt cắt để hình thành hầm. Ưu khuyết điểm của phương pháp đào toàn mặt cắt: a. Đào toàn mặt cắt có không gian công tác tương đối lớn thích hợp với thi công cơ giới hóa đồng bộ loại lớn, tốc độ thi công tương đối nhanh và do chỉ có một mặt công tác nên rất tiện cho việc tổ chức và quản lí thi công. Nói chung, nên tăng cường sử dụng phương pháp đào toàn mặt cắt. Nhưng mặt đào tương đối lớn, tính ổn định của đất đá giảm thấp và mỗi lượng tuần hoàn công tác tương đối lớn -8- vì vậy yêu cầu năng lực đào, năng lực xuất đất đá và năng lực che chống tương ứng tương đối mạnh. b. Sử dụng đào toàn mặt cắt sẽ có được tỉ số thước đào mặt cắt khá lớn (tức tỉ số giữa diện tích mặt cắt và số thước đào sâu) có thể đạt được hiệu quả nổ phá khá tốt, vả lại số lần chấn động đối với đất đá xung quanh tương đối ít, có lợi cho ổn định đất đá. Nhưng, cường độ mỗi lần chấn động khá mạnh, vì thế yêu cầu khống chế chặt chẽ thiết kế nổ phá, nhất là đối với vùng đất đá có tính ổn định tương đối kém. Dùng phương pháp đào toàn mặt cắt cần chú ý các việc sau: a. Điều tra rõ tình hình địa chất trước mặt đào, từng thời gian chuẩn bị tốt các biện pháp đối phó (bao gồm thay đổi phương pháp thi công) để bảo đảm thi công an toàn. Nhất là cần chú ý đến các điều kiện địa chất xấu đi phát sinh đột xuất như dòng bùn chảy, đá chảy ngầm. b. Máy móc thiết bị sử dụng cho mỗi dây chuyền công tác cần phải đồng bộ để phát huy đầy đủ hiệu suất sử dụng của máy móc thiết bị và dễ tiến hành phối hợp ăn khớp giữa các dây chuyền, với điều kiện đảm bảo an toàn và ổn định cho thi công đường hầm, nâng cao tốc độ thi công. c. Tại vùng đất đá mềm yếu nát vụn, khi sử dụng phương pháp đào toàn bộ mặt cắt, cần tăng cường công tác thiết kế và kiểm tra hoạt động các phương pháp đối với công tác bố trí thi công, cho đến cả công tác đo đạc và giám sát khống chế động thái đất đá sau khi đã được che chống. Phƣơng pháp đào theo bậc thang Phương pháp đào theo bậc thang là phương pháp đem chia mặt cắt thiết kế ra làm 2 nửa: nửa trên, nửa dưới và dùng hai lần đào để hình thành. Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp đào bậc thang: a. Phương pháp đào theo bậc thang có không gian công tác đầy đủ và có tốc độ thi công khá tốt. Nhưng khi thi công bộ phận trên thì bộ phận dưới có phần cản trở. -9- b. Đào theo bậc thang tuy tăng thêm số lần lay động đối với đất đá vây quanh, nhưng bậc thang có lợi về ổn định mặt đào, nhất là khi bộ phận trên được che chống sau khi đào xong thi công ở bộ phận dưới sẽ tương đối an toàn, nhưng cần chú ý khi đào ở bộ phận dưới tránh làm ảnh hưởng đến tính ổn định của bộ phận trên. Khi đào theo bậc thang cần chú ý các việc sau: - Chiều dài bậc thang cần thích đáng. Theo chiều dài bậc thang chia ra làm 3 loại: bậc dài, bậc ngắn, bậc nhẹ. Lựa chọn loại bậc thang nào cần căn cứ vào 2 điều kiện sau để xác định: Điều kiện thứ 1 – Yêu cần thời gian hình thành khép kín che chống thời kì đầu, đất đá càng ổn định kém, yêu cầu thời gian khép kín càng ngắn; Điều kiện thứ 2 – Khi thi công nửa mặt cắt trên, yêu cầu không gian lớn hay nhỏ cần cho máy móc thiết bị đào, che chống xuất đất đá. - Giải quyết vấn đề cản trở lẫn nhau giữa nửa trên và nửa dưới. Bậc thang nhỏ căn bản hợp với một mặt đào sâu được tiến hành đồng bộ; bậc thang dài về cơ bản thi công kéo rộng ra, vướng nhau ít; nhưng bậc thang ngắn cản trở nhau tương đối lớn, cần chú ý tổ chức lao động. Đối với các loại đường hầm ngắn có thể đào thông nửa mặt cắt trên xong mới tiến hành thi công nửa mặt cắt dưới. - Khi đào ở bộ phận dưới, cần chú ý ổn định cho bộ phận trên. Nếu đất đá có tính ổn định tốt thì có thể phân đoạn đào theo thứ tự; nếu đất đá có tính ổn định xấu thì cần rút ngắn số thước đào sâu theo tuần hoàn ở bộ phận dưới, nếu tính ổn định càng kém thì đào xen kẽ bên trái và bên phải hoặc trước tiên đào rãnh giữa tiếp sau đào hai bên cánh. Phƣơng pháp đào từng bộ phận Là phương pháp chia mặt cắt ra từng bộ phận và dần dần tạo thành đường hầm và đào trước một bộ phận nào đó cho nên cũng còn gọi là phương pháp đào trước một hào dẫn. Các phương pháp thường dùng là phương pháp đào dẫn trên và hào dẫn dưới; phương pháp đào trước hào dẫn trên; phương pháp đào trước hào dẫn bên vách đơn hoặc đôi. Ưu và khuyết điểm của phương pháp đào từng bộ phận: -10- - Đào từng bộ phận, do việc giảm nhỏ khẩu độ chiều rộng của một hào dẫn có thể làm tăng rõ rệt tính ổn định tương đối của đất đá vây quanh hào dẫn và tiến hành che chống cục bộ, vì vậy phương pháp này chủ yếu thích hợp với đường hầm có đất đá mềm yếu vụn nát hoặc đường hầm có mặt cắt thiết kế tương đối lớn. Đào từng bộ phận do mặt công tác tương đối nhiều, các dây chuyền cản trở nhau khá lớn và làm tăng số lần xáo động đất đá, nếu dùng phương pháp đào sâu bằng khoan nổ thì càng bất lợi cho tính ổn định của đất đá, khó khăn về tổ chức quản lí thi công càng nhiều. - Hào dẫn được đào vượt lên trước, có lợi cho việc thăm dò tình hình địa chất để xử lí kịp thời nhưng nếu dùng mặt cắt hào dẫn quá nhỏ thì tốc độ thi công sẽ khá chậm. Khi dùng phương pháp đào từng bộ phận cần chú ý các việc sau: - Do mặt công tác nhiều, cản trở lẫn nhau khá nhiều, cần chú ý tổ chức phối hợp, thực hiện thống nhất chỉ huy. - Do đào nhiều lần làm lay động đất đá mạnh không lợi cho tính ổn định của đất đá, cần đặc biệt tăng cường khống chế khi đào bằng khoan nổ. - Cần hết sức tìm tòi điều kiện giảm thiểu số lần chia nhỏ, tận dụng khả năng dùng đào theo mặt cắt lớn. - Khi đào phần dưới, đều phải chú ý độ ổn định các che chống hoặc vỏ xây, giảm thiểu lay động và phá hoại đối với vỏ xây đất đá và các che chống ở phần trên, nhất là khi đào bới bộ phận cánh bên của hầm. 1.1.2.2 Phƣơng thức đào sâu và phân cấp đá Phƣơng thức đào sâu Phương thức đào sâu trong thi công đường hầm là chỉ phương thức phá vụn và đào đất đá đi trong phạm vi đường hầm hào dẫn. Phương thức đào sâu có 3 loại: đào sâu bằng khoan nổ, đào sâu bằng máy đào một càng, đào sâu bằng công nhân. Nói chung, đường hầm trên núi thường dùng phương pháp đào sâu bằng khoan lỗ mìn và nổ phá. - Đào sâu bằng khoan lỗ mìn và nổ phá là dùng thuốc nổ phá vỡ nham thể trong phạm vi hào dẫn. Phương pháp này làm lay động và phá hoại đất đá tương -11- đối lớn, có khi do chấn động nổ phá làm cho đất đá sinh sụt lở, cho nên thích hợp với đường hầm trong đá. Nhưng do phát triển kĩ thuật khống chế nổ phá nên phạm vi ứng dụng phương pháp nổ phá này cũng dần dần mở rộng ra như: Dùng phương pháp này để nổ phá làm tơi đá mềm và đất rắn. Phương pháp này là phương thức dùng đào hầm trên núi. - Đào bằng máy đào một càng và đào sâu bằng nhân công: Đào sâu bằng máy đào một càng và đào bằng nhân công đều dùng phương thức cơ giới đào bới phá nát nham thể trong phạm vi đường hầm để đưa ra ngoài. Đào sâu bằng máy một càng sử dụng các đầu cắt gọt lắp trên giá máy có thể di động được để phá nát nham thể; đào sâu bằng nhân công là dùng búa khoan chữ thập, khoan gió và công cụ đơn giản khác để đào và đưa đất đá đi. Đào bằng máy đào một càng và đào bằng nhân công làm rung động và phá hoại đất đá vây quanh tương đối ít cho nên rất thích hợp với các đường hầm có đá mềm và các đường hầm đất nói chung với chỗ đất đá có tính ổn định tương đối kém. Khoan lỗ mìn nổ phá cần các thiết bị khoan lỗ chuyên dùng và tiêu hao nhiều thuốc nổ, và chỉ có thể phân ra từng đoạn để đào sâu. Máy đào sâu một càng có thể đào sâu liên tục nhưng chỉ thích hợp đường hầm có đá mềm và đất. Đào sâu bằng nhân lực tốc độ chậm, cường độ lao động lớn. Trong thi công đường hầm bằng phương thức đào sâu là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến độ ổn định của đất đá vây quanh. Vì vậy khi quyết định lựa chọn phương thức đào sâu cần căn cứ vào độ cứng rắn của đất đá cần đào trong phạm vi đường hầm và mức độ làm rung động của các phương thức đào sâu khác nhau đối với đất đá trong hầm, tính ổn định của đất đá, điều kiện che chống, năng lực thiết bị máy móc, tính kinh tế và một số nhân tố tương quan khác tiến hành tổng hợp phân tích, lựa chọn được phương thức đào sâu xác đáng. Khi lựa chọn phương thức khoan lỗ mìn nổ phá làm phương thức đào sâu, thì phải chú ý có biện pháp khống chế nổ phá để giảm thiểu rung động phá hoại đối với đất đá xung quanh và ảnh hưởng đến hệ thống che chống vừa mới lắp xong. Phân cấp đất đá -12- Khi lựa chọn phương thức đào sâu, không những cần xem xét tính ổn định của đất đá mà còn cần phải xem xét tính kiên cố tức là mức độ đào sâu khó hay dễ của đất đá trong đường hầm. Trong công trình đường hầm căn cứ vào mức khó hay dễ khi đào. 1.1.2.3 Khoan lỗ mìn nổ phá để đào sâu Máy móc công cụ khoan lỗ Máy khoan đá thường dùng trong công trình đường hầm gồm có máy khoan đá chạy bằng sức gió và máy khoan đá chạy bằng thủy lực. Ngoài ra còn máy khoan đá chạy điện và máy khoan đá chạy diesel nhưng tương đối ít sử dụng. Nguyên lí công tác của chúng đều là lợi dụng lưỡi khoan gắn vào đầu mũi khoan quay và xung kích lặp đi lặp lại phá nát vụn nham thạch tạo thành lỗ. Các loại máy có thể qua điều chỉnh lực xung kích to hay nhỏ và tốc độ chuyển động thích hợp với độ cứng của đất đá, để đạt được hiệu quả đục lỗ tốt nhất. Mũi khoan và cán khoan Mũi khoan được trực tiếp lắp vào đầu cán khoan (loại tháo lắp) hoặc được cố định vào đầu cánh khoan (loại cố định), đuôi cán khoan được lắp vào đầu máy khoan, đầu mũi khoan được hàn lưỡi khoan bằng thép hợp kim có độ cứng và chịu được mài mòn cao. Theo hình dạng của chúng, lưỡi khoan có thể phân ra làm 2 loại: Lưỡi khoan phiến liên tục và lưỡi khoan răng cột (không liên tục). Lưỡi hình dạng phiến liên tục lại được phân ra mấy loại: loại hình chữ - (chữ nhất); loại hình + (chữ thập); lưỡi răng cột phân ra: răng hình cầu, răng quả chùy, răng hình chêm… Lưỡi khoan liên tục hình phiến chữ nhất (-) chế tạo và tu sửa đơn giản, năng lực thích ứng với đá rất tốt, thích hợp với loại máy khoan chạy bằng sức gió công suất nhỏ, rất hợp với việc khoan lỗ mìn trong loại đá cứng vừa trở xuống, song tốc độ khoan rất chậm và trong loại đá có nhiều vết nứt thì dễ bị kẹt khoan. Lưỡi khoan hình phiến liên tục hình chữ thập (+) và lưỡi khoan răng cột chế tạo và tu sửa tương đối phức tạp, thích hợp với các máy khoan lớn chạy bằng sức gió hoặc thủy lực công suất và tần số tương đối cao dùng để khoan lỗ mìn trong -13- các nham thạch, nhất là trong các loại đá có độ cứng cao hoặc nhiều khe nứt, hiệu quả rất tốt và tốc độ cũng nhanh. Đường kính của mũi khoan thường dùng khoan lỗ mìn có: 38mm, 40mm, 42mm, 45mm, 48mm,… Mũi khoan dùng để khoan lỗ mìn còn có loại đường kính đạt đến 102mm, thậm chí còn lớn hơn. Mũi khoan và cán khoan đều có lỗ phun nước, nước có áp suất có thể thông qua lỗ đó để cuốn sạch bụi khoan. Tốc độ khoan lỗ mìn chịu ảnh hưởng của các nhân tố sau đây: tần số xung kích; công xung kích; hình thức mũi khoan; đường kính lỗ khoan; độ sâu lỗ khoan và chất lượng đá… Ngoài ra trình độ lắp ráp giữa mũi khoan và cán khoan, giữa đầu máy và cán khoan và chất lượng cán khoan to hay nhỏ cũng ảnh hưởng đến chuyền lực của công xung kích. Nếu lắp ráp không sít sao, đường trục cán khoan và đường trục đầu máy khoan không trùng hợp hoặc cán khoan có độ cứng nhỏ, cán khoan hơi to, đều có thể tổn hao công xung kích và làm giảm tốc độ khoan lỗ. Máy khoan chạy bằng sức gió Máy khoan chạy bằng sức gió thường gọi là máy khoan gió. Máy chạy bằng sức đẩy của khí nén. Máy có ưu điểm là kết cấu đơn giản, chế tạo và tu sửa cũng dễ dàng, thao tác tiện lợi, sử dụng an toàn. Nhưng việc cung ứng khí nén tương đối phức tạp, hiệu suất máy thấp, tiêu hao năng lượng lớn, tạp âm nhiều. So với máy chạy bằng thủy lực thì tốc độ chậm hơn. Máy khoan thủy lực Máy khoan đá thủy lực phải dùng sức điện chạy bơm cao áp dầu, thông qua cải biến đường dầu, khiến cho pít tông vận động qua lại thực hiện tác dụng xung kích. Vật liệu phá nổ Trong hầm gặp đá phải sử dụng phương pháp khoan lỗ mìn phá nổ. Nguyên lý của phương pháp là lợi dụng khi thuốc nổ trong lỗ mìn, sóng xung kích và vật do nổ phá sinh ra tạo nên công phá nát nham thể trong phạm vi hầm. Trong công trình đường hầm, nói chung khoan nổ phá nổ yêu cầu phải thỏa mãn các điều kiện sau: