BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM XN DIỆU

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI
VÀ LÂU DÀI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU, ÁP DỤNG
CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- TỈNH YÊN BÁI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM XN DIỆU

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI
VÀ LÂU DÀI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU, ÁP DỤNG
CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- TỈNH YÊN BÁI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60580202

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

1. GS.TS NGUYỄN CHIẾN
2. TS. ĐÀO VĂN HƯNG

HÀ NỘI, NĂM 2016


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời và
lâu dài khi đào hầm qua vùng đất yếu, áp dụng cho hầm thủy điện Văn Chấn- Tỉnh
Yên Bái” của tác giả đã được Nhà trường giao nghiên cứu theo quyết định số 03/QĐĐHTL ngày 04 tháng 01 năm 2016 của Hiệu trưởng trường Đại học Thủy Lợi về việc
giao đề tài luận văn và người hướng dẫn cho học viên cao học tại Hà Nội đợt 1 năm
2016.
Tác giả xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Phạm Xuân Diệu

i



ii


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu tính tốn kết cấu
chống đỡ tạm thời và lâu dài khi đào hầm qua vùng đất yếu, áp dụng cho hầm thủy
điện Văn Chấn- Tỉnh Yên Bái” với mục đích đưa ra phương pháp tính tốn, biện
pháp thi cơng khi đào hầm qua vùng đất yếu…Luận văn cũng đưa ra ví dụ tính tốn
tham khảo cho hầm thủy điện Văn Chấn- tỉnh Yên Bái.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS. Nguyễn Chiến, TS. Đào
Văn Hưng đã dành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn và cung cấp thông tin cần
thiết giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Cơng trình
cùng các thầy cơ giáo tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện, giúp đỡ, truyền đạt kiến
thức trong suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học của trường Đại học
thủy lợi, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện,
giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và thực hiện luận văn này.
Do còn hạn chế về trình độ chun mơn, cũng như thời gian có hạn, nên trong q
trình thực hiện luận văn, tác giả khơng tránh khỏi những sai sót. Tác giả mong muốn
tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè đồng
nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!

iii



iv


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.................................................................................. xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM THỦY CƠNG............5
1.1 Tình hình xây dựng đường hầm thủy công ở Việt Nam. ......................................5
1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng đường hầm qua đoạn có địa chất xấu. ...........7
1.3 Các nghiên cứu tính tốn kết cấu, biện pháp gia cố, thi công đường hầm. ..........8
1.3.1 Các phương pháp thi công đào đường hầm. ..................................................8
1.3.2. Các phương pháp gia cố, chống đỡ tạm thời khi đào hầm gặp phải địa chất
yếu. ..........................................................................................................................9
1.3.2.1 Gia cố dạng treo: ....................................................................................9
1.3.2.2 Gia cố dạng chống. ...............................................................................10
1.3.2.3 Gia cố vượt trước..................................................................................11
1.3.3 Các nghiên cứu về tính tốn kết cấu lớp lót đường hầm. ............................14
1.3.3.1 Phương pháp cơ học kết cấu (tính tốn vịm kín). ...............................14
1.3.3.2 Phương pháp cơ học vật rắn biến dạng. ...............................................16
1.3.3.3 Phương pháp số trong tính tốn lớp lót đường hầm. ............................17
1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn. ......................................................................20
1.5 Kết luận Chương 1. .............................................................................................21
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THI CƠNG VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU
CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU. ........................23
2.1 Khái niệm vùng đất yếu trong thi công đường hầm............................................23
2.1.1 Hiện tượng Karst..........................................................................................23
2.1.2 Đứt gãy.........................................................................................................23
2.1.3 Đất sụt. .........................................................................................................24
v



2.2 Các giải pháp thi công đào hầm qua vùng đất yếu. ............................................ 24
2.2.1 Khoan lỗ thăm dò. ....................................................................................... 24
2.2.2 Lựa chọn biện pháp chống đỡ. .................................................................... 25
2.2.3 Dự báo các sự cố có thể xảy ra và đề ra giải pháp ...................................... 25
2.3 Tải trọng tác dụng lên đường hầm ...................................................................... 25
2.3.1 Các tải trọng và tổ hợp tải trọng .................................................................. 25
2.3.2 Áp lực núi đá ............................................................................................... 26
2.3.3 Lực kháng đàn tính của đá. .......................................................................... 30
2.3.4 Các lực khác ................................................................................................ 30
2.3.4.1 Áp lực nước: ......................................................................................... 30
2.3.4.2 Áp lực phụt vữa: ................................................................................... 30
2.3.4.3 Ứng suất nhiệt: ..................................................................................... 31
2.3.4.4 Lực động đất: ....................................................................................... 31
2.4 Tính tốn kết cấu sườn chống tạm thời. .............................................................. 31
2.4.1. Phương pháp tính tốn kết cấu. .................................................................. 31
2.4.1.1 Xác định ngoại lực trong phạm vi 1 vì chống (trường hợp thi cơng). . 32
2.4.1.2 Tính tốn nội lực trong vì chống .......................................................... 33
2.4.1.3 Lựa chọn mặt cắt của vì chống. ........................................................... 33
2.4.2. Nghiên cứu quan hệ giữa modun chống uốn của sườn chống với tải trọng
và kích thước hầm................................................................................................. 33
2.4.2.1 Các tài liệu nghiên cứu ......................................................................... 33
2.4.2.2 Tính tốn .............................................................................................. 34
2.5 Kết luận Chương 2. ............................................................................................. 43
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- YÊN BÁI ............ 45
3.1 Giới thiệu cơng trình. .......................................................................................... 45
3.1.1 Vị trí cơng trình [12].................................................................................... 45

vi



3.1.2 Các thơng số chính.......................................................................................45
3.1.3 Quy mơ các hạng mục cơng trình ................................................................47
3.2 Các thơng số tính tốn đường hầm......................................................................49
3.2.1 Các thơng số chính của hầm dẫn nước. [12]................................................50
3.2.2 Mơ tả địa chất khu vực đứt gãy.[11] ............................................................50
3.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý của đất đá khu vực đứt gãy .............................................55
3.3 Giải pháp đào hầm qua đoạn có địa chất xấu ......................................................55
3.3.1 Tính tốn sườn chống tạm thời ....................................................................55
3.3.2 Biện pháp đào hầm qua vùng đất yếu. .........................................................56
3.4. Tính tốn kết cấu lớp lót cho đoạn hầm có địa chất xấu ....................................59
3.4.1 Các trường hợp tính tốn .............................................................................59
3.4.2 Các lực tác dụng lên vỏ hầm tại khu vực đứt gãy........................................59
3.4.3 Sơ đồ lực tác dụng tại khu vực đứt gãy. ......................................................60
3.4.4 Các mơ hình tính tốn .................................................................................63
3.4.5 Phương pháp tính tốn. ................................................................................65
3.4.5.1 Tính nội lực trong lớp lót .....................................................................65
3.4.5.1 Tính tốn cốt thép .................................................................................65
3.4.6 Kết quả tính tốn ..........................................................................................66
3.5 Kết luận Chương 3. .............................................................................................67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................69
1. Các kết quả đạt được của Luận văn. .....................................................................69
2. Một số vấn đề tồn tại. ............................................................................................70
3. Hướng tiếp tục nghiên cứu ....................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
PHỤ LỤC TÍNH TỐN ...............................................................................................73

vii



viii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Gia cố dạng treo..............................................................................................10
Hình 1.2 Gia cố dạng chống ..........................................................................................11
Hình 1.3 Gia cố sử dụng neo vượt trước .......................................................................12
Hình 1.4 Gia cố sử dụng giàn ống .................................................................................13
Hình 1.5 Gia cố sử dụng ống thép phụt vữa xi măng vượt trước. .................................14
Hình 1.6 Sơ đồ vịm khép kín [6] ..................................................................................15
Hình 1.7 Sơ đồ tính tốn vịm khép kín [6] ..................................................................15
Hình 1.8 Sơ đồ lớp lót đường hầm mặt cắt trịn [6] ......................................................16
Hình 1.9 Sơ đồ biến dạng của vòng tròn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng phân
bố đều (a,b) và sơ đồ lực tác dụng vào vịng trịn (c).[6] ..............................................17
Hình 1.10 a) Mặt cắt đường hầm trong môi trường đá không đồng nhất ....................18
Hình 1.11 Sơ đồ miền tính tốn phương pháp phần tử biên..........................................20
Hình 2.1: Sơ đồ tính áp lực núi đá [6] ...........................................................................28
Hình 2.2 Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên vì chống. ................................................32
Hình 2.3 Vị trí nghiên cứu xuất nội lực .........................................................................35
Hình 2.4 Đường quan hệ giữa modun chống uốn của mặt cắt với tải trọng và kích
thước hầm ứng với L c =0,5m. ........................................................................................37
Hình 2.5 Đường quan hệ giữa modun chống uốn của mặt cắt với tải trọng và kích
thước hầm ứng với L c =0,7m. ........................................................................................39
Hình 2.6 Đường quan hệ giữa modun chống uốn của mặt cắt với tải trọng và kích
thước hầm ứng với L c =1,0m. ........................................................................................41
Hình 2.7 Quan hệ W x ̴ f k , B o khi L c =0,7m ...................................................................42

Hình 2.8 Quan hệ W x ̴ L c , B o khi f k =0,6m ...................................................................42
Hình 3.1 Biện pháp thi cơng đào hầm qua đứt gãy .......................................................57

Hình 3.2 Mặt cắt ngang hầm khi đào và gia cố nửa trên. ..............................................57

Hình 3.3 Mặt cắt ngang hầm khi hồn thiện gia cố. .....................................................58
Hình 3.4 Mặt cắt ngang hầm sau khi đổ bê tông áo hầm. .............................................58
Hình 3.5 Mơ hình mặt cắt ngang hầm khi khơng có sườn chống .................................64
Hình 3.6 Mơ hình mặt cắt ngang hầm khi khơng có sườn chống. ................................64
Hình 3.7 Vị trí xuất nội lực............................................................................................66

ix


x


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các nhà máy thủy điện đường dẫn. ..................................................................6
Bảng 2.2 Hệ số kiến cố của các loại đất đá [6] ............................................................27
Bảng 2.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất đá nghiên cứu.[6]................................................34
Bảng 2.5 Bảng tính quan hệ giữa modun chống uốn của sườn chống với tải trọng và
kích thước hầm ứng với các Lc=0,5m. ..........................................................................36
Bảng 2.6 Bảng tính quan hệ giữa modun chống uốn của sườn chống với tải trọng và
kích thước hầm ứng với các Lc=0,7m. ..........................................................................38
Bảng 2.7 Bảng tính quan hệ giữa modun chống uốn của sườn chống với tải trọng và
kích thước hầm ứng với các Lc=1,0m. ..........................................................................40
Bảng 3.1 Các thông số chính [12] .................................................................................46
Bảng 3.2 Quy mơ các hạng mục cơng trình [12]...........................................................48
Bảng 3.3 Bảng thống kê các đặc trưng khe nứt hầm chính Km1+140- Km1+300 [11].51
Bảng 3.4 Bảng tính giá trị RMR [11]. ...........................................................................52
Bảng 3.5 Bảng tính giá trị Q [11]. .................................................................................53
Bảng 3.6 Các chỉ tiêu cơ lý của đất đá tại khu vực đứt gãy [12]...................................55

Bảng 3.7 Thành phần lực tác dụng lên vỏ hầm. ...........................................................60
Bảng 3.8 Kết quả tính tốn kết cấu................................................................................67

xi


xii


MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong thời gian qua, xây dựng thuỷ lợi - thuỷ điện đã phát triển mạnh mẽ và mang lại
những thành quả to lớn trong sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước. Hàng
loạt dự án thuỷ lợi, thuỷ điện lớn nhỏ được thực hiện cho các mục đích phát điện, tưới
tiêu, cấp nước dân dụng, công nghiệp, cải tạo môi trường và phịng chống thiên tai...
góp phần phát triển đất nước và cải thiện đời sống nhân dân.
Đường hầm thủy công là một trong những hạng mục quan trọng của hệ thống cơng
trình thủy lợi, thủy điện. Nhiệm vụ của đường hầm chủ yếu là lấy nước, dẫn nước từ
hồ chứa, sơng ngịi cho mục đích tưới, phát điện, cấp nước dân dụng, cơng nghiệp.
Bên cạnh đó, đường hầm thủy cơng cịn có nhiệm vụ tháo lũ từ hồ chứa, dẫn dịng thi
cơng, tháo nước cho trạm thủy điện ngầm. Đường hầm thủy công thường được xây
dựng ngầm dưới đất nên chúng có đặc điểm chung là chịu tác dụng của áp lực đất đá,
nước ngầm từ phía ngồi, thường xun chịu tác động của nước từ phía trong.
Ở nước ta cũng như trên thế giới đã tiến hành xây dựng và đưa vào khai thác nhiều
đường hầm thủy công trên các hệ thống thủy điện, thủy nơng, cấp thốt nước. Việc
xây dựng đường hầm thủy công rất phức tạp, không phải đường hầm nào cũng được
xây dựng trên nền đá tốt, mà chúng cịn phải đi qua những vùng có địa chất xấu, vùng
đứt gãy có đới phá hủy lớn...Trong thực tế thi công đường hầm, nếu đào qua vùng đất
tốt và đồng nhất thì có thể hồn chỉnh cơng tác đào trước và xây dựng lớp lót hồn
chỉnh sau. Khi đó lớp lót là kết cấu chống đỡ lâu dài. Còn khi đào hầm gặp phải các

đới đá yếu thì bắt buộc phải có kết cấu chống đỡ tạm thời để hầm không bị sập và
công việc đào hầm được an toàn. Loại kết cấu chống đỡ tạm này thường là khung chịu
lực, chưa đảm nhiệm chức năng giảm độ nhám và cách nước để bảo vệ khối đá xung
quanh hầm. Sau khi đào xong một đoạn hầm có chiều dài nhất định mới xây dựng lớp
lót lâu dài với đủ các chức năng chống đỡ giảm độ nhám và ngăn cách môi trường
nước bên trong với khối đá bên ngồi. Lớp lót lâu dài được tính tốn với đầy đủ các
lực trong quá trình làm việc của hầm. Khi tính tốn chịu lực của lớp này cần phải xét
đến sự tham gia chịu lực của khung chống đỡ tạm thời đã dựng trong khi đào.
1


Nghiên cứu tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời và lâu dài khi đào hầm qua vùng đất
yếu là nhu cầu cấp thiết nhằm giảm thời gian thi công đào và gia cố đường hầm, an
tồn trong q trình thi cơng cũng như vận hành, tiết kiệm chi phí xây dựng cơng
trình.
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Xác định biện pháp đào hầm, chống đỡ tạm thời và tính tốn kết cấu chống đỡ tạm
thời để đảm bảo an toàn khi đào hầm qua vùng đất yếu.
Tính tốn kết cấu gia cố lâu dài đường hầm qua vùng đất yếu có xét đến sự làm việc
của kết cấu chống đỡ tạm thời.
Đưa ra biện pháp gia cố, biện pháp thi cơng khi xây dựng cơng trình.
Tính tốn áp dụng cho hầm thủy điện Văn Chấn- Tỉnh Yên Bái.
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Cách tiếp cận
Từ thực tế: Các đường hầm thực tế đã và đang thi cơng gặp phải đứt gãy có đới phá
hủy vừa và lớn.
Từ các điều kiện kỹ thuật: Cơng trình phải đảm bảo điều kiện bền, ổn định trong q
trình thi cơng và trong vận hành.
2. Phương pháp nghiên cứu
Kế thừa các nghiên cứu trước đó đã có.

Thu thập tài liệu từ cơng trình thực tế.
Bố trí, tính tốn kết cấu mặt cắt hầm điển hình từ đó đề ra giải pháp thi cơng trong q
trình xây dựng cơng trình.
Ứng dụng cho cơng trình thực tế.
IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Tổng quan về thiết kế và thi công đường hầm thủy công.

2


Nghiên cứu tổng quát về hình dạng kết cấu, biện pháp gia cố, biện pháp thi công
đường hầm thủy công khi gặp phải các đứt gãy địa chất lớn (xây dựng được biểu đồ
tổng hợp xác định môđun chống uốn của thép hình làm khung chống phụ thuộc vào
các yếu tố khác nhau).
Tính tốn cho đoạn hầm đi qua đứt gãy hầm thủy điện Văn Chấn- tỉnh Yên Bái, xác
định được biện pháp thi cơng đào hầm, tính tốn xác định kích thước khung chống và
kết cấu lớp lót lâu dài của đường hầm đảm bảo điều kiện an toàn và kinh tế.

3


4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM THỦY CƠNG
1.1 Tình hình xây dựng đường hầm thủy cơng ở Việt Nam.
Vào những năm 700 trước công nguyên một đường hầm dẫn nước đã được xây dựng ở
đảo Samosaite - Hy Lạp. Hầu hết các đường hầm cổ xưa được xây dựng trên nền đá
cứng, có dạng vịm như các hang động tự nhiên, không cần vỏ chống đỡ. Thi cơng
bằng cơng cụ thơ sơ như xà beng, chịong và phương pháp nhiệt đơn giản: đốt nóng

gương hầm, sau đó làm lạnh hầm bằng nước. Vào cuối thời Trung Cổ phương pháp thi
công đã được tiến bộ hơn bằng khoan tay và thuốc nổ. Việc phát minh ra thuốc nổ
Dinamite (1866) cùng với việc áp dụng máy khoan đập xoay đã tạo nên bước ngoặt
cho xây dựng cơng trình ngầm cũng như xây dựng các đường hầm thủy công. Vật liệu
vỏ hầm chủ yếu là đá hộc vữa vôi hoặc vữa xi măng. Mãi đến những năm 70 của thế
kỉ 20 bê tông mới trở thành vật liệu chủ yếu trong xây dựng cơng trình ngầm.
Trên thế giới tính đến thập kỉ 70 những nhà máy thủy điện có đường hầm dẫn nước có
thể kể đến hàng nghìn, chỉ tính riêng Liên Xô đã xây dựng hơn 30 nhà máy thủy điện.
Tổng chiều dài các đường hầm thủy công đã xây dựng ở Liên Xơ tính đến thời kì đó
trên 170km..
Ở Việt Nam, sự phát triển của thủy lợi, thủy điện đã thúc đẩy xây dựng đường hầm
trong hơn một thập kỉ gần đây, đặc biệt là các cơng trình thủy điện. Đối với các khu
vực miền núi có địa hình dốc hẹp, địa chất nền chủ yếu là đá gốc nên rất thuận lợi và
hợp lý khi bố trí đường hầm dẫn nước trên tuyến năng lượng để tạo cột nước áp lực
cao cho nhà máy.
Nhà máy thủy điện Hịa Bình được khởi cơng xây dựng 1979 khánh thành vào năm
1984 với 8 tổ máy, công suất 1920MW. Tổ hợp các cơng trình ngầm trong nhà máy
lên tới 14200m hầm dẫn nước gồm 8 đường hầm với đường kính D=8m, 3 hầm xả
nước tổ máy và hệ thống hầm thơng gió, hầm cáp điện, hầm phục vụ thi cơng…
Đến nay trên cả nước có rất nhiều các nhà máy thủy điện được xây dựng, trong số đó
nhiều nhà máy thủy điện được nêu trong Bảng 1.1 đã sử dụng đường hầm làm đường
hầmdẫn nước từ hồ chứa về nhà máy.
5


Bảng 1.1 Các nhà máy thủy điện đường dẫn.
TT

Tên công trình


Địa điểm
xây dựng

Cơng suất
(MW)

Chiều
dài (Km)

Đường kính
trong (m)

1

Yaly

Gia Lai

720

2x3.85

7.0

2

Thượng Kom tum

Komtum


250

18

2.6

3

Bản Vẽ

Nghệ An

320

2x0.8

7.5

4

An Khê-KaNak

Gia Lai

163

3.075

4.5


5

Cửa Đạt

Thanh Hóa

90

2x0.625

11.0

6

Sơng Tranh 2

Quảng Nam

190

1.8

8.5

7

Quảng Trị

Quảng Trị


70

5.6

3.0

8

Sơng Ba Hạ

Phú n

220

2x1.0

7.5

9

Sêrêpok

Đắk Lắk

220

2x0.6

8.0


10

ĐaMi

Lâm Đồng

173

2.3

7.0

11

Thác Mơ

Bình Phước

75

0.8

4.5

12

A Vương

Quảng Nam


210

8.3

5.5

13

Bn Kuốp

Đắk Lắk

280

2x4.37

7.0

14

Huội Quảng

Sơn La

540

4.2

7.5


15

Sông Bung 2

Quảng Nam

100

10

4.2

16

ZaHưng

Quảng Nam

28

1.70

5.0

17

Đăk Mi1

Quảng Nam


250

10.0

5.0

18

Bắc Bình

Bình Thuận

33

2.50

4.5

19

Hủa Na

Nghệ An

180

4.00

7.0


20

Văn Chấn

n Bái

57

3.5

5.0

21

Ngịi Phát

Lào Cai

72

9.1

4.0

22

Mường Hum

Lào Cai


32

2.5

4.0

23

Ngịi Hút 2

Yên Bái

48

11

3.6

…

6


Các cơng trình thùy lợi lớn ở nước ta cũng sử dụng đường hầm thủy công để dẫn nước
về hạ lưu, cơng trình dẫn dịng như cơng trình thủy lợi Cửa Đạt- Thanh Hóa, dự án
thủy lợi Ngàn Trươi- Hà Tĩnh (B=10m, dài L=240m).
1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng đường hầm qua đoạn có địa chất xấu.
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 cơng trình và kết cấu của nó. Ngồi ra địa chất cơng trình cịn quyết định tới

biện pháp thi công, tiến độ thi công, giá thành cơng trình. Trong thực tế, cơng tác thăm
dị, xác định địa chất của tuyến hầm không thể dọc theo cả tuyến đường hầm mà chỉ
có tính chất điểm. Bên cạnh đó việc đánh giá các chỉ tiêu tính tốn thiết kế chỉ dựa
trên các nõn khoan được các nhà địa chất khoan từ trên đỉnh hầm xuống do đó việc
xác định, đánh giá chính xác các khu vực có địa chất yếu gây bất lợi cho cơng trình là
khơng đầy đủ. Chính vì vậy trong q trình thi cơng 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 khơng được
dự báo trước.
Những vùng có địa chất xấu chủ yếu là do đứt gãy kiến tạo gây nên, tùy theo loại đứt
gãy mà chiều rộng đới phá hủy, mức độ phân vụn đá sẽ khác nhau. Chính đới phá hủy
này sẽ là nguyên nhân gây mất ổn định về lún, sạt trượt, thấm cho cơng trình. Đứt gãy
kiến tạo gây rủi ro cho đường hầm nhiều nhất và cũng gây tổn thất nhiều nhất, kể cả
tính mạng của con người. Do tiêu chuẩn khảo sát không yêu cầu phải xác định chính
xác vị trí, hướng và quy mơ của đứt gãy, vì vậy khi đào đường hầm đứt gãy có thể
được bắt gặp một cách bất ngờ mà khơng có giải pháp đối phó trước, khi đó sẽ xảy ra
sụt nóc đường hầm, các vụn đá cùng nước ập vào đường hầm đột ngột, công nhân
không phản ứng kịp có thể bị vùi lấp. Sự cố sụt nóc đường hầm của cơng trình thủy
điện Bn Kuốp đã xảy ra như vậy và đã làm chết 2 cơng nhân, cơng trình thủy điện
Đạ Dâng cũng đã làm 12 công nhân bị mắc kẹt. Hạng mục đường hầm của cơng trình
thủy điện Văn Chấn, Bản Cốc, Hương Sơn... cũng đã gây chậm tiến độ, chi phí để xử
lý đoạn đứt gãy là rất lớn…
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 máy đào, khoan tay…Ở những
7


vị trí này khối đá yếu, đơi khi là đất (hầm thủy điện Văn Chấn- n Bái) thì khi thi
cơng ln địi hỏi phải có biện pháp chống đỡ kịp thời, phương pháp chống đỡ tạm
thời có ý nghĩa quyết định đến việc thành cơng của đào hầm. Ngồi khơng gian thi
cơng đào hạn chế, chỉ có mặt cơng tác là cửa vào và cửa ra thì phương pháp đào hầm

qua vùng có địa chất xấu cần có những máy móc thiết bị chuyên nghiệp riêng như máy
khoan, máy phụt vữa xi măng, máy đào, máy xúc…Việc liên hệ giữa gương đào với
các xí nghiệp bên ngồi chỉ thơng qua cửa hầm, quãng đường dài nên rất khó tăng
thiết bị và nhân lực nên tiến độ thi công luôn bị kéo dài . Biện pháp thi công đào hầm
qua vùng đất yếu thường khác với đào toàn tuyến, dẫn đến việc tổ chức thi cơng phải
thay đổi về bố trí hiện trường, tiến độ, kế hoạch, quản lý kỹ thuật. Việc thi cơng qua
đoạn có địa chất xấu thường được phân ra thành từng khu, nên trước khi tiến hành xử
lý khu tiếp theo thì phải có thời gian chờ để địa chất khu đó ổn định nên sẽ mất nhiều
thời gian.
Đối với các cơng trình thủy điện thì tiến độ thi cơng đường hầm có liên hệ mật thiết
với tiến độ thi cơng tồn hệ thống cơng trình thủy điện. Việc thi cơng đường hầm phải
được hồn thành trước khi xây dựng xong cơng trình đầu mối để làm sao việc tích
nước cho hồ chứa càng sớm càng tốt. Khi đó việc kéo dài thời gian thi cơng hầm do
gặp phải địa chất xấu là một bất lợi lớn và ảnh hưởng đến tồn hệ thống cơng trình
thủy điện.
1.3 Các nghiên cứu tính tốn kết cấu, biện pháp gia cố, thi công đường hầm.
1.3.1 Các phương pháp thi công đào đường hầm.
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam có nhiều phương pháp thi cơng đào
đường hầm khác nhau bao gồm:
- Phương pháp khoan-nổ: sử dụng máy khoan để khoan các lỗ trên gương đào theo sơ
đồ thiết kế, sau đó nạp thuốc và kích nổ để phá đá. Phương pháp này thích hợp khi đào
hầm trong đá cứng.
- Phương pháp TBM (Tunnel Boring Machine): Chế tạo một máy đào hầm có dạng
như một mũi khoan có kích thước tương đương đường kính gương đào. Phía trước dây
chuyền là khiên đào, phía sau là các hệ thống thải vật liệu đào, chống đỡ vòm hầm, thi
8


cơng vịm hầm. Phương pháp này thích hợp khi thi cơng hầm có chiều dài lớn trong
đất đá có độ cứng vừa phải.

- Phương pháp đào trần: sử dụng máy đào để đào các hố móng hở, sau đó thi công
phần kết cấu hầm rồi tiến hành đắp trả. Đối với các hầm thủy điện thì ít sử dụng
phương pháp này vì các đường hầm thủy điện thường nằm sâu trong núi đá.
- Phương pháp đào bằng máy đào: áp dụng trong điều kiện địa chất mềm yếu. Sau khi
gia cố địa tầng bằng nhiều phương pháp, sử dụng máy đào để đào hầm.
1.3.2. Các phương pháp gia cố, chống đỡ tạm thời khi đào hầm gặp phải địa chất yếu.
Các phương pháp gia cố, chống đỡ tạm thời khi gặp địa chất yếu trong q trình thi
cơng nhằm nhanh chóng khống chế biến dạng, đưa khối đá về trạng thái ổn định ngay
sau khi đào. Các biện pháp chống đỡ tạm có thể chia thành các dạng sau:
1.3.2.1 Gia cố dạng treo:
Sử dụng các neo thép hướng kính kết hợp bê tông phun vảy.
- Neo: Sử dụng các loại neo có phương vng góc với với tim tuyến hầm nên thường
gọi là neo hướng kính. Tác dụng của neo là để nâng cao ma sát giữa các lớp đá với
nhau. Khi hầm đi qua vùng địa chất có các lớp đá nằm ngang hoặc hơi nghiêng, nhóm
neo này sẽ đi qua các lớp đá làm cho các lớp đá liên kết lại với nhau, tăng lực ma sát
giữa các lớp đá. Bên cạnh đó neo cịn có thể hạn chế biến dạng cho vùng đá xung
quanh mặt cắt hầm, ngăn sự suy giảm cường độ của vùng đá này. Đối với các khe hở,
khe nứt dưới tác dụng của thép neo các mặt nứt sẽ gắn kết lại với nhau như đá tồn
khối, hình thành vùng gia cố.
- Bê tông phun vảy: Bê tông phun vảy làm kết cấu chống đỡ hầm như một lớp da
mỏng nhưng có tác dụng tăng cường sức chống đỡ. Khoan cắm neo hướng kính kết
hợp treo lưới thép và phun vảy bê tơng là biện pháp truyền thống khi gia cố đường
hầm. Bê tông được phun lên vỏ hầm bằng máy bơm chuyên dụng chủ yếu bằng khí
nén. Chiều dày của lớp bê tông phun phụ thuộc vào nhà thiết kế và tiểu chuẩn về phun
bê tơng gia cố. Với hầm khơng có lớp lót gia cố chỉnh thể thì lớp bê tơng phun vảy
vừa có tác dụng gia cố vừa có tác dụng giảm độ nhám trong quá trình hầm làm việc.

9



Hình 1.1 Gia cố dạng treo
1.3.2.2 Gia cố dạng chống.
Sử dụng các vì thép chữ I tạo thành một khung ghép hoặc các loại thép hình chuyên
dụng khác được giằng lại với nhau để chống giữ nhằm đảm bảo ổn định cho gương
đào. Trong hình 1.2 là kết cấu phổ biến sử dụng thép hình chữ I, chúng có dạng cong
hoặc đa giác. Khoảng giữa các vì thép và vì thép với đá được lấp đầy bằng bê tông
hoặc phun vảy xi măng để gia cố tạm thời trong quá trình thi cơng.

10


Hình 1.2 Gia cố dạng chống
1.3.2.3 Gia cố vượt trước
Trong q trình đào hầm, có thể gặp những vùng có địa chất mềm yếu, nát vụn. Để
công tác đào hầm được an tồn thì phải áp dụng phương pháp gia cố vượt trước, gồm
phương pháp khoan cắm neo vượt trước, giàn ống, phun vữa gia cố trước.
- Neo vượt trước: Sử dụng các loại neo được bố trí dọc theo chu vi đào, hợp với
phương tuyến hầm một góc α, hình thành một vành neo chặt trước vùng đất đá yếu.
Phương pháp này chỉ áp dụng cho vùng đứt gãy có ít nước ngầm, địa tầng có tính
trương nở yếu, thích hợp với hầm thi cơng vừa và nhỏ.

11