L IC M N Sau m t th i gian thu th p tài li u nghiên c u, đ n lu n v n “Nghiên c u bi n pháp x lý ch ng đ thi cơng đ ch t y u cơng trình th y l i Ngàn Tr đáp ng đ i – C m Trang - Hà T nh” hoàn thành c yêu c u đ V i thành qu đ t đ quý th y cô Tr ng h m d n dòng qua vùng đ a ng c, tác gi lu n v n xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n i h c Th y l i th i gian qua truy n đ t ki n th c khoa h c, kinh nghi m th c t cho tác gi lu n v n c bi t tác gi lu n v n xin đ V Thanh Te h c bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y GS.TS ng d n tác gi hoàn thành lu n v n Tác gi xin chân thành c m n b n bè, đ ng nghi p t o u ki n thu n l i cho su t trình h c t p t i tr ng c ng nh trình th c hi n lu n v n Cu i cùng, xin c m t t m lòng, s hy sinh, h tr c a nh ng ng i thân đ ng viên giúp đ tác gi lu n v n su t trình h c t p hoàn thành lu n v n Hà N i, tháng 03 n m 2015 Tác gi lu n v n Tr ng V n c B N CAM K T H tên h c viên: Tr ng V n c Chun ngành: Xây d ng Cơng trình thu Tên đ tài lu n v n “Nghiên c u bi n pháp x lý ch ng đ thi cơng đ ng h m d n dịng qua vùng đ a ch t y u cơng trình th y l i Ngàn Tr i– C m Trang - Hà T nh” Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng cá nhân Nh ng n i dung k t qu trình bày lu n v n trung th c ch a đ tr c công b c Hà N i, tháng 03 n m 2015 Tác gi lu n v n Tr ng V n c M CL C M U 1 Tính c p thi t c a tài M c đích c a đ tài it ng ph m vi nghiên c u Cách ti p c n ph CH ng pháp nghiên c u .2 NG 1: GI I THI U T NG QUAN V THI CÔNG NG H M .3 1.1 S phát tri n thi công h m th gi i .3 1.2 S phát tri n thi công h m 1.3 Các ph 1.3.1 Ph ng pháp m đ ng pháp m đ 1.4 Các ph Vi t Nam .6 ng h m ng h m đá c ng .9 ng pháp thi công đ ng h m tiên ti n th gi i 21 1.4.1 Ph ng pháp thi công h m c a Na-uy (NMT) .21 1.4.2 Ph ng pháp thi công h m c a Áo (NATM) 22 1.5 M t s s c th ng g p q trình thi cơng đ ng h m 23 1.5.1 Nguyên nhân gây s c k thu t q trình thi cơng đ ng h m .23 1.5.2 M t s d ng s c k thu t x y Xây d ng cơng trình ng m 24 1.6 K t lu n 27 CH NG 2: TÍNH TỐN XÁC 2.1 Ph NH VỊM PHÁ HO I NG H M 28 ng pháp d a quan sát th c t gi thi t vòm áp l c (ph d a đánh giá ch t l ng pháp ng đá) .29 2.1.1 Vòm áp l c đ nh h m có d ng Parabol hay Elip .30 2.1.2 Áp l c đ t đá đ 2.1.2.3 Ph 2.2 Ph c xét cho t ng lo i đá 39 ng pháp Stini 42 ng pháp phân lo i đá đ xác đ nh áp l c đá (còn g i ph đánh giá s l ng pháp d a ng ch tiêu c a đá) .44 2.2.1 Phân lo i kh i đá theo Deere – Ph ng pháp RQD 45 2.2.2 Ph ng pháp c a Lauffer 46 2.2.3 Ph ng pháp c a Bieniawski 47 2.2.4 Ph ng pháp c a Barton, Lien, Lunde 48 2.2.5 Ph ng pháp Bulucchev 50 2.3 Gi i thi u chung v Cơng trình th y l i Ngàn Tr i 51 2.3.1 V trí đ a lý 52 2.3.2 Khí h u th m th c v t 52 2.3.3 Giao thông .53 2.3.4 Nhi m v d án: 53 2.3.5 V trí, nhi m v , thông s k thu t c a tuynen TN1, TN2 c a cơng trình th y l i Ngàn Tr 2.3.6 i 54 c m đ a ch t đ a ch t th y v n c a tuynen s .55 2.4 Áp d ng tính tốn vịm cân b ng c a đ ng h m th y l i Ngàn Tr i 58 2.5 K t lu n 59 CH NG 3: NGHIÊN C U GI I PHÁP GIA C TUY N T M TRONG THI CÔNG NG H M CƠNG TRÌNH TH Y L I NGÀN TR 3.1 Nguyên t c c b n c a ph I 60 ng pháp xây d ng h m NATM 60 3.2 Các lo i gia c t m xây d ng h m 65 3.2.1 Ph ng pháp Xi m ng hóa 65 3.2.2 Ph ng pháp sét hóa .68 3.2.3 Ph ng pháp Silicat hóa 68 3.2.4 Ph ng pháp đóng b ng nhân t o 69 3.2.5 Ph ng pháp Neo 71 3.3 L a ch n gi i pháp, tính tốn gia c t m cho đ 3.3.1 Tính tốn chi u dài neo thép gia c cho đo n đ ng h m 75 ng h m 75 3.3.2 Tính tốn kh n ng ch u l c c a neo 76 3.3.3 Tính tốn kh n ng ch u l c c a đ u neo 77 3.3.4 Tính tốn kho ng cách neo gia c cho đ ng h m 77 3.3.5 Tính tốn chi u dày bê tơng phun gia c cho đo n đ 3.4 Quy trình, ph ng h m .78 ng pháp thi công neo thép, phun bê tông gia c cho đ 3.4.1 Quy trình, ph ng pháp thi cơng neo thép gia c cho đ ng h m 79 ng h m 79 3.4.2 Quy trình, ph 3.5 K t lu n ch ng pháp thi công phun bê tông gia c cho đ ng h m 81 ng 82 K T LU N VÀ KI N NGH 83 K t lu n 83 K t qu đ t đ c 83 Nh ng h n ch t n t i trình làm lu n v n .83 Nh ng ki n ngh h ng nghiên c u ti p 84 TÀI LI U THAM KH O 85 DANH M C CÁC HÌNH V Hình 1.1: M Hannan, Kalgoorlie, Australia Hình 1.2: Thành ph ng m Montreal, Canada Hình 1.3: H m nguyên t Berlin, c Hình 1.4: ng h m qua eo bi n Manche Hình 1.5: ng h m d n n c cơng trình th y n i Ninh dài 11km, .7 dài nh t ông Nam Á hi n Hình 1.6: H m đ ng b H i Vân đ Hình 1.7: H m Th Thiêm v c đ a vào s d ng t tháng 6/2005 .7 t sơng Sài Gịn Hình 1.8: H m Kim Liên – Hà N i .8 Hình 1.9: H m tuynel c a cơng trình th y l i C a Hình 1.10: Máy đào đ Hình 1.11: Ph t – Thanh Hóa ng h m TBM 10 ng pháp đào toàn ti t di n .10 Hình 1.12: Th t đào h m b ng ph ng pháp b c thang 14 Hình 1.13: b ph n thi công h m theo ph ng pháp vịm tr c 18 Hình 1.14: Th t đào h m theo ph ng pháp nhân đ 19 Hình 1.15: Th t đào h m theo ph ng pháp phân m nh đào tồn ti t di n 19 Hình 1.16: Khoan l v Hình 1.17: Bên đ Hình 1.18: t tr c g ng h m .21 ng h m th y n ng h m th y n Dâng 26 Dâng sau b s p .27 Hình 2.1: Mơ hình tính áp l c đ t đá c a V.Ritter 31 Hình 2.2: S đ cân b ng l c c a t ng bên 33 Hình 2.3: Mơ hình tính vịm đá áp l c theo ph Hình 2.4: Ph ng pháp c a Kommerell 34 ng pháp c a Kommerell đ i v i đ t đá b vò nát 35 Hình 2.5 : Mơ hình tính áp l c đá theo M.M Protodiakonov .36 Hình 2.6: ng h m đá có l p 40 Hình 2.7: B ng tra theo ph ng pháp RQD 46 Hình 2.8: Bi u đ phân lo i kh i đá theo ph ng pháp Bieniawski 48 Hình 2.9: Bi u đ phân lo i kh i đá theo ph ng pháp h th ng Q 50 Hình 2.10: Ph i c nh cơng trình th y l i Ngàn Tr Hình 2.11: M t c t sau đào đ Hình 2.12: M t c t vòm cân b ng đ i 52 ng h m TN2 58 ng h m TN2 59 Hình 3.1: S đ tính đ xác đ nh thông s l khoan ph t 66 Hình 3.2: Trình t cơng tác xi m ng hóa h m .67 Hình 3.3: S đ đóng b ng đ t .70 Hình 3.4: C u t o thép neo vào đá gia c đ ng h m 76 Hình 3.5: Chi ti t c u t o neo chêm 76 Hình 3.6: B trí neo theo theo vịm m t c t ngang đ ng h m 78 Hình 3.7: M t c t ngang h m thi công neo b ng máy 80 Hình 3.8: M t b ng, m t c t d c đ ng h m thi cơng neo 80 Hình 3.9: Thi t b đ phun bê tông 81 Hình 3.10: Quy trình b trí thi t b đ phun bê tơng 82 DANH M C B NG BI U B ng 2.1: Tiêu chu n n đ nh t ng bên th ng đ ng ph thu c vào l c dính C góc ma sát φ 32 B ng 2.2: Kh i l nghi m hi n tr B ng 2.3: ng đ t đá d sau đ m l i so v i kh i đào ban đ u (thí ng) 34 c ng c a lo i đá theo ph ng pháp M.M Protodiakonov 37 B ng 2.4: B ng tra tr s K a 39 B ng 2.5: Phân c p đ a t ng theo Terzaghi v áp l c đá .40 B ng 2.6: Áp l c đá v t ch ng đ theo Bierbaumer .42 B ng 2.7: Phân c p đ a t ng theo Stini 43 B ng 2.8: Phân lo i kh i đá theo Deere 45 B ng 2.9: Phân lo i nhóm đá theo theo Bieniawski 47 B ng 2.10: Các nhóm kh i đá theo Barton, Lien, Lunde 49 B ng 2.11: C p n đ nh c a đá đ c xác đ nh theo ch s n đ nh .51 B ng 2.12: B ng k t qu tính tốn vịm cân b ng c a TN2 .58 B ng 3.1: H s K theo m c đ n t n c a đá 72 B ng 3.2: L c dính k t c a c t thép v i v a 72 B ng 3.3: H s k B theo hình d ng m t c t h s đ c ng 73 B ng 3.4: C ng đ tính tốn tiêu chu n c a bê tông phun v a phun 74 M Tính c p thi t c a U tài Trên th gi i, cơng trình ng m đ c phát tri n r t ph bi n xây d ng hi n đ i l nh v c giao thơng v n t i, khai thác khống s n, th y l i, th y n công trình cho m c đích an ninh qu c phịng… l nđ v c s d ng vào m c đích giao thơng nh h m đ t sơng, v c bi t cơng trình ng s t, h m đ ng ôtô đ t núi đáp ng t i u v yêu c u kinh t - k thu t đ ng th i rút ng n chi u dài n đ ng gi m th i gian l i V i thành ph l n cơng trình ng m, h m ng m đ c xây d ng đ gi i quy t v n đ ách t c giao thông, làm nhà , gara đ xe m t s m c đích quan tr ng khác Trong l nh v c Th y l i, th y n đ ng h m đóng vai trị h t s c quan tr ng nh đ d ng đ d n dịng thi cơng, d n n n cs c vào nhà máy th y n, thoát l c n thi t c ta nh ng n m g n đây, xây d ng m t s cơng trình ng m có quy mơ nh Th y n Hịa Bình, Tr An, Yaly… g n h m đ qua đèo H i Vân, đ dòng h ch a n ng h m v cC a t sông Sài Gòn h m Th Thiêm, đ ng b ng h m d n t,… Hi n nay, ph n l n cơng trình ng m đ c xây d ng h u h t có đ a ch t n m l p đá c ng Còn l i cơng trình n m vùng đ a ch t y u, ph c t p r t thi cơng th ng x y s c n đ n v g p khó kh n vi c tìm l a ch n gi i pháp thích h p đ thi cơng Do kéo dài th i gian thi công so v i ti n đ đ gây thi t h i cho Ch đ u t , đ n v thi công tr c ti p làm nh h ng đ n hi u qu đ u t c a d án i v i cơng trình th y l i Ngàn Tr i có đ ng h m tuynel g p đ a ch t y u, ph c t p làm s t l m t an toàn gây thi t h i v kinh t c ng nh làm ch m ti n đ thi cơng c a c cơng trình S c x y t i tuynel s cơng trình th y l i Ngàn Tr i khơng ph i chuy n hi m g p thi cơng cơng trình th y n, th y l i c n c th i gian qua Vi c “Nghiên c u bi n pháp x lý ch ng đ thi công đ Ngàn Tr ng h m d n dòng qua vùng đ a ch t y u cơng trình th y l i i – C m Trang – Hà T nh” vơ c p thi t đ tìm bi n pháp thi công phù h p nh m đ m b o an toàn k thu t thi công đ nen c a cơng trình th y l i Ngàn Tr ng h m i nói riêng cơng trình khác t ng lai M c đích c a đ tài D a vào c s lý thuy t th c ti n đ xác đ nh ph m vi phá ho i công ngh x lý thi công đ it ng h m qua vùng đ a ch t y u ng ph m vi nghiên c u Trong lu n v n ch nghiên c u h ng m c đ c a cơng trình th y l i Ngàn Tr ng h m tuynel d n dịng i sau tính tốn cho m t đo n đ ng h m c th Cách ti p c n ph ng pháp nghiên c u 4.1 Cách ti p c n đ tài: Thu th p, phân tích tài li u kh o sát đ a hình, đ a ch t thi t k đ c a cơng trình th y l i Ngàn Tr thi cơng n i, tài li u thi công công trình đ c th gi i, đ c bi t đ ng h m ng h m ng h m qua vùng có đ a ch t x u ph c t p 4.2 Ph ng pháp nghiên c u K th a, thu th p phân tích nghiên c u thi cơng cơng trình đ ng h m n c n c tiên ti n th gi i 71 X lý n n Nh c ng m t t, thu n l i cho vi c thi công, r t hi u qu cho đ t có ch a c t 30÷40% c m Ph ng pháp giá thành cao, xét v u ki n khí h u nhi t đ i Nam, đ ng th i u ki n kinh t nên ch a áp d ng thi công đ ph Vi t ng h m theo ng pháp t i Vi t Nam L uý Áp d ng đào đo n đ ng h m n m nh ng u ki n đ a ch t cơng trình đ a ch t th y v n ph c t p 3.2.5 Ph ng pháp Neo Gi i thi u ph Ph ng pháp ng pháp neo có tác d ng ch ng s t l ngồi cịn có tác d ng đ a c kh i đá bao quanh h m vào làm vi c, bi n vách h m thành m t k t c u th ng nh t có kh n ng ch u t i l n Các neo đ c gia c phía ngồi vùng s t l , gi vách h m t phía kh i đá, chúng khơng chi m khơng gian c a h m Ph ng pháp neo có th áp d ng cho đá c ng v i f k ≥ 3.2.5.1 Tính tốn chi u dài c a neo Chi u dài c a neo tính b ng m cho ph n vòm c a đ 9154:2012), ph i đ ng h m đào (TCVN c xác đ nh theo công th c: la ≥ hH + l3 (m) (3.7) Trong đó: h H chi u sâu c a vùng b phá h y xác đ nh theo tài li u nghiên c u t i hi n tr ng, đ i v i tính tốn s b cho phép xác đ nh h H theo công th c: h H = k B o (m) (3.8) k h s l y theo B ng 3.1 B o chi u r ng h m đào, tính b ng m; l đ sâu chôn néo ph m vi c a vùng b phá h y, tính b ng m - i v i neo b ng thép: l = 0,5 h H (m) (3.9) 72 - i v i neo b ng bê tông c t thép: = l3 Ra d a ≥ 0,5m 400π a (3.10) Trong đó: R a c ng đ ch u kéo tính tốn c a néo, tính b ng kg/cm2 (0,1 mPa); d a đ ng kính c a néo, tính b ng cm; τ a l c dính k t tính tốn c a néo, kg/cm2 (0,1 mPa) v i v a xi m ng - cát đ chèn vào l néo, đ i v i tính tốn s b τa l y theo B ng 3.1 B ng 3.1: H s K theo m c đ n t n c a đá H s đ c ng f k H s k theo đ n t n c a đá N t n nh N t n trung bình N t n nhi u 0,2 0,3 0,4 T 5đ n9 0,1 0,2 0,3 10 l n h n 0,05 0,1 0,15 B ng 3.2: L c dính k t c a c t thép v i v a Lo i c t thép cán nóng L c dính k t c a c t thép v i v a τ a mác thi t k ch u nén c a v a b ng mPa (kg/cm2) Thép tròn (tr n) Thép gai 20 (200) 30 (300) 1,5 (15) 2,5 (25) 2,5 (25) 3,5 (35) 3.2.5.2 Tính tốn kho ng cách gi a neo Kho ng cách a gi a neo tính b ng m theo h ng ngang h ng d c, đ i v i ph n vòm c a h m đào ph i l y theo tr s nh nh t (nh ng không nh h n m) xác đ nh theo nh ng u ki n: a) T o thành vịm đá (TCVN 9154:2012) theo cơng th c: k B q −a = la + (la c B0 ) (m) (3.11) 73 Trong đó: k B h s l y theo B ng 3.1; q tr s tính tốn c a áp l c đá th ng đ ng T/m2; c tr s l c k t dính c a đá vùng b phá h y, tính b ng T/m2, l y theo nh ng s li u nghiên c u t i hi n tr ng i v i tính tốn s b cho phép l y c = f k B ng 3.3: H s k B theo hình d ng m t c t h s đ c ng H s k B v i hình d ng c a m t c t h m đào theo H s đ c ng f K Hình I II - IV d ng hình trịn đ n5 0,20 0,25 l nh n5 0,25 0,3 b) Kho ng cách gi a neo tính theo đ n đ nh c a đá gi a chúng (TCVN 9154:2012) theo công th c: a= la c q (m) c) Kho ng cách gi a neo tính theo đ (3.12) b n g n ch t neo (TCVN 9154:2012) theo công th c: a= Na γ d hH (m) (3.13) Trong đó: N a kh n ng ch u l c c a neo tính b ng t n, đ nghiên c u t i hi n tr - i v i tính tốn s b cho phép l y: i v i neo b ng thép đá có f k = đ n 10, N a = đ n 10 T, tr - ng c xác đ nh theo s li u ng h p khác N a = đ n T i v i nh ng neo b ng bê tơng c t thép Na l y b ng đ b n ch u đ t c a néo γ đ kh i l ng th tích c a đá tính b ng T/m3 d) Chi u dày l p ph b ng bê tơng phun tính b ng m đ i v i ph n vòm c a h m đào (TCVN 9154:2012) đ c xác đ nh theo công th c 74 d = k a1 q mRq (m) (3.14) Trong đó: k h s ph thu c vào cách gia c h m đào gia c b ng bê tông phun (ho c bê tông phun v i khung ch ng ki u vòm) l y b ng 0,35; gia c b ng bê tông phun k t h p v i neo b ng 0,25 a kho ng cách gi a neo tính b ng m có neo l y a = a; nh ng tr ng h p l i a = Bo nh ng không nh h n m (B o chi u r ng h m đào) R p c ng đ tính tốn ch u nén d c tr c c a bê tông phun, l y theo B ng 3.4 m h s u ki n làm vi c: đ i v i l p ph có đ t c t thép l y = 1; đ i v i l p ph không đ t c t thép l y = 0,75 B ng 3.4: C C Tr ng thái ng K tc u su t Có c t tr c thép ng Khơng đ l ng có c t tr ) thép ng đ bê tông phun v a phun, mPa (kg/cm2) Tiêu chu n Thí nghi m Nén d c (c ng đ tính tốn tiêu chu n c a bê tông phun v a phun tc R lg tru Tính tốn Mác thi t k 30 21 40 28 Thí 50 35 nghi m u n có c t thép 40 50 13 17 20 R lg tru (210) (280) (350) 11,5 15 18 (115) (150) (180) 16 thép Không 30 (130) (170) (200) Có c t Nén Mác thi t k R utc 26 35 41 (260) (350) (410) 21 25 (160) (210) (250) Ru 14 18 22 (140) (180) (220) 75 C Tr ng thái K tc u ng su t ng đ bê tông phun v a phun, mPa (kg/cm2) Tiêu chu n Thí nghi m Tính tốn Mác thi t k 30 Mác thi t k Thí 40 nghi m 50 30 40 50 1,2 1,4 1,6 (12) (14) (16) 1,2 1,4 (10) (12) (14) Có c t Kéo d c tr c thép Không tc R keo có c t 2,5 3,0 3,5 (25) (30) (35) R keo thép * - u m c a neo thép: a c kh i đá bao quanh h m vào làm vi c, bi n vách h m thành m t k t c u th ng nh t có kh n ng ch u t i l n - Không chi m không gian c a h m * Nh c m c a neo thép, neo bê tông c t thép: - Neo thép: Ph ng pháp khơng phịng đ vùng có u ki n khí h u nhi t đ i nh c g cho thép neo (nh t Vi t Nam) - Neo bê tông c t thép ch làm vi c v a neo đ t đ b n c n thi t (thép neo đ c đóng vào l chêm đ y v a có t i tr ng tính tốn t 80 đ n 120 kN) 3.3 L a ch n gi i pháp, tính tốn gia c t m cho đ Trong lu n v n này, tác gi l a ch n c ng l y n ng h m c s (Tuynen 2) l a ch n m t c t h m đ tính toán T tài li u đ a ch t c a Cơng ty t v n HEC 12 TN2 qua vùng đá phong hóa hồn tồn có fk = có ch tiêu RMR = 26 Q = 0.012, tra b ng b ng h ng d n đào ch ng nen cho kích th theo Bieniawski - 1989 (đánh giá theo ch tiêu RMR) c h m