so sánh lựa chọn phương pháp thi công cửa vào đường hầm nhà máy thủy điện trong điều kiện đá yếu

MỤC LỤC
5TMỞ ĐẦU5T - 1 -
5TCHƯƠNG 15T - 3 -
5TTỔNG QUAN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ THI CÔNG CỬA HẦM NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN QUA VÙNG ĐÁ YẾU5T - 3 -
5T1.1. Giới thiệu một số đường hầm nhà máy thủy điện đã được xây dựng tại Việt Nam5T - 3 -
5T1.1.1. Công trình Thủy điện A Lưới – Thừa Thiên Huế:5T - 3 -
5T1.1.2. Công trình Thủy điện Đắc Mi 45T - 5 -
5T1.1.3. Công trình Thủy điện Yaly – Gia Lai5T - 5 -
5T1.1.4. Thủy điện Huội Quảng:5T - 6 -
5T1.2. Các phương pháp thi công đường hầm nhà máy thủy điện5T - 7 -
5T1.2.1. Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast)5T - 7 -
5T1.2.2. Phương pháp NATM (New Austrian Tunneling Method – NATM)5T - 8 -
5T1.2.3. Phương pháp đào hầm bằng khiên (Shield method)5T - 9 -
5T1.2.4. Phương pháp đào bằng máy đào (tunnel boring machine TBM)5T - 11 -
5T1.3. Cấu tạo cửa hầm và đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu5T - 13 -
5T1.3.1. Cấu tạo và nhiệm vụ cửa hầm5T - 13 -
5T1.3.2. Đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu và một số địa chất bất lợi khi thi công
hầm5T - 15 -
5T1.3.3. Các chú ý khi thi công đoạn cửa hầm:5T - 20 -
5T1.3.4. Các sự cố sạt cửa hầm ở Việt Nam5T - 20 -
5T1.4. Đặc điểm thi công cửa vào đường hầm qua điều kiện đá yếu ở thủy điện Nho Quế 35T- 26 -
5T1.4.1. Vị trí công trình.5T - 26 -
5T1.4.2. Các thông số chính của công trình5T - 26 -
5T1.4.3. Cụm công trình đầu mối và tuyến năng lượng.5T - 26 -
5T1.4.4. Điều kiện địa chất tuyến hầm5T - 27 -
5T1.4.5. Đặc điểm thi công cửa đường hầm qua vùng đá yếu thủy điện Nho Quế 35T - 29 -
5T1.5. Kết luận:5T - 31 -
5TCHƯƠNG 25T - 32 -

5TCÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG CỬA VÀO ĐƯỜNG HẦM QUA VÙNG ĐÁ YẾU5T - 32 -
5T2.1. Các phương pháp thi công cửa hầm qua vùng đá yếu5T - 32 -
5T2.2. Các biện pháp gia cố đường hầm5T - 37 -
5T2.2.1. Vì chống vòm thép5T - 37 -
5T2.2.2. Bê tông phun bề mặt5T - 40 -


5T2.2.3. Neo5T - 44 -
5T2.3. Các biện pháp gia cố trước khi đào5T - 48 -
5T2.3.1. Giàn ống lớn.5T - 48 -
5T2.3.2. Neo vượt lên trước5T - 50 -
5T2.3.3. Giàn ống nhỏ5T - 52 -
5T2.3.4. Phun vữa tạo màn vây bằng lỗ sâu vượt lên trước5T - 54 -
5T2.4. Đề xuất phương án thi công đào cửa hầm ở thủy điện Nho Quế 3.5T - 56 -
5T2.4.1 Đào hở5T - 56 -
5T2.4.2. Đào ngầm.5T - 58 -
5T2.4.3. Tính toán thông số khoan nổ.5T - 62 -
5T2.5. Kết luận.5T - 70 -
5TCHƯƠNG 35T - 71 -
5TPHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHI PHÍ THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN CHO TỪNG
PHƯƠNG ÁN.5T - 71 -
5T3.1 Các phương pháp xác định chi phí thi công trong xây dựng.5T - 71 -
5T3.2. Phương pháp xác định chi phí thi công cửa vào đường hầm nhà máy thuỷ điện Nho
Quế 3.5T - 72 -
5T3.2.1 Phương pháp xác định chi phí thi công cửa vào đường hầm thủy điện Nho Quế 35T . - 72 -
5T3.2.2. Cơ sở lập dự toán chi phí thi công cửa vào đường hầm thủy điện Nho Quế 35T - 75 -
5T3.3. Tính toán khối lượng và chi phí thi công cửa vào đường hầm cho từng phương án
đã đề đường hầm nhà máy thuỷ điện Nho Quế 3.5T - 76 -
5T3.3.1. Khối lượng và chi phí phương án 15T - 76 -
5T3.3.2 Khối lượng và chi phí phương án 25T - 81 -

5T3.4. Kết luận5T - 85 -
5TCHƯƠNG 45T - 86 -
5TPHÂN TÍCH SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.5T - 86 -
5T4.1. Các cơ sở để lựa chon phương án.5T - 86 -
5T4.2. Phân tích các phương án đã lựa chọn.5T - 87 -
5T4.2.1 Tính toán tiến độ cho 2 phương án đã chọn5T - 87 -
5T4.2.2. So sánh hai phương án chống5T - 90 -
5T4.2.2. Lựa chọn phương án thi công hiệu quả nhất cho cửa vào đường hầm nhà máy thủy
điện Nho Quế 3.5T - 91 -
5T4.3. Kết Luận5T - 91 -
5TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ5T - 93 -



- 1 -


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây dân số ngày một tăng nhanh dẫn đến sự ra đời hàng
loạt các đô thị và khu công nghiệp mới, các nhu cầu về nhà ở, mạng lưới giao thông
và cơ sở hạ tầng để đảm bảo cuộc sống trở nên phức tạp khó giải quyết bởi những
khu đất lớn để xây dựng ngày một khan hiếm. Một trong những giải pháp hiệu quả
nhất cho các vấn đề đó là khai thác không gian ngầm. Khai thác không gian ngầm là
chìa khóa để giữ gìn môi trường xung quanh và cải thiện cuộc sống con người.
Cùng với sự phát triển khoa học như vũ bão thì kĩ thuật thi công hầm và công
trình ngầm đòi hỏi ngày càng nâng cao. Để đáp ứng yêu cầu đó thì hàng loạt các
phương pháp đào hầm mới được ra đời như NATM, TBM, Shied giúp cho con
người có thể xây dựng ngầm dưới đất ở các vùng địa chất phức tạp khác nhau, làm
cho quá trình xây dựng hầm và công trình ngầm an toàn, kinh tế và tốc độ thi công

nhanh hơn.
Trong tiến trình hội nhập học hỏi kinh nghiệm các nước trên thế giới thì Việt
Nam cũng đã có một số thành tích bước đầu trong công tác thi công một số đường
hầm qua các lớp đất đá có cấu trúc phức tạp như nhà máy thủy điện Hòa Bình, Yaly
đã được xây dựng thành công trong thời gian trước đây và hiện nay việc đưa vào sử
dụng khánh thành hầm Hải Vân, hầm Thủ thiên là những thành quả đáng tự hào của
chúng ta.
Trước đây đường hầm chủ yếu được xây dựng trong vùng địa chất tốt (đá
cứng) thì vấn đề đào và chống được giải quyết một cách dễ đàng. Tuy nhiên do nhu
cầu về không gian ngầm ngày càng lớn, đặt ra các vấn đề cần giải quyết khi những
công trình này đi qua khu vực địa chất mềm yếu và phức tạp đặc biệt là tại vị trí cửa
vào đường hầm. Đặc điểm địa chất tại cửa hầm thường đi qua vùng đá yếu như
sườn tích, đá phong hóa có ít đất đá phủ, hoặc các lớp xen kẹp nên việc đào đường
hầm thường ảnh hưởng đến đất đá và tạo ra những điều kiện đất đá không ổn định,
sạt trượt làm cho việc thi công rất khó khăn và ảnh hưởng đến chi phí thi công công
trình. Chính vì vậy nên việc lựa chọn phương pháp thi công và chống đỡ thích hợp
cho cửa vào đường hầm qua vùng đá yếu để đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ là
một vấn đề luôn được nghiên cứu cho từng công trình cụ thể.
Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu các phương án thi
công cho cửa đường hầm và xác định được chi phí thi công cho từng phương án dựa
vào những phương pháp đánh giá kinh tế dự án đầu tư để từ đó phân tích lựa chọn
phương án thi công cửa hầm qua vùng đá yếu. Tên đề tài: “So sánh lựa chọn
- 2 -


phương pháp thi công cho cửa vào đường hầm nhà máy thuỷ điện trong điều
kiện đá yếu”. Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phù hợp để áp dụng vào
những công trình thủy điện tương tự.
2. Mục đích nghiên cứu
- Đề ra các biện pháp thi công và chống đỡ cửa hầm qua vùng đá yếu.

-Lựa chọn được phương án thi công cửa hầm trên cơ sở giá thành và tốc độ đào
hầm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các phương án thi công cho cửa vào đường
hầm và xác định được chi phí thi công cho từng phương án.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương án thi công cho cửa vào đường hầm
trong điều kiện đá yếu và xác định được chi phí thi công cửa vào đường hầm thủy
điện Nho Quế 3.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Dựa vào các giáo trình các tài liệu công bố về thi công đường hầm.
- Tập hợp kinh nghiệm về thi công cửa hầm.
- Sử dụng phần mềm để xác định chi phí thi công cửa hầm.


- 3 -


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ THI CÔNG CỬA HẦM
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN QUA VÙNG ĐÁ YẾU
1.1. Giới thiệu một số đường hầm nhà máy thủy điện đã được xây dựng tại Việt
Nam
Trên thế giới tính đến thập kỷ 70 những nhà máy thủy điện có đường hầm dẫn
nước có thể tính tới hàng nghìn, trong đó số nhà máy thủy điện ngầm trên 300, công
suất trên 30 triệu KW. Chỉ riêng Liên Xô đã xây dựng hơn 30 nhà máy thủy điện,
trong đó có 7 nhà máy thủy điện ngầm. Riêng nhà máy thủy điện ngầm Ingur có
công suất 1,3 triệu KW. Tổng chiều dài các đường hầm thủy công đã xây dựng ở
Liên Xô tính đến thời kỳ đó trên 170km. Những thông số của các công trình ngầm
thủy công là rất lớn: Chiều dài đường hầm của nhà máy thủy điện Tatev 18 km,
đường hầm Arpa thuộc hồ Sevan là 48km, đường kính đường hầm nhà máy thủy

điện Ingur và Nurec tương ứng là 9,5m và 11m, chiều dài đường hầm thủy điện
Ingur là 16km, kích thước gian máy dài 145m , cao 47m và rộng 21m.
Sau đây là một số công trình thủy điện đã và đang xây dựng ở Việt Nam có sử
dụng đến đường hầm thủy công:
1.1.1. Công trình Thủy điện A Lưới – Thừa Thiên Huế:
Công trình thủy điện A Lưới trên sông A Sáp thuộc địa phận xã Hồng Thái,
huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiện Huế cách trung tâm thành phố Huế 70 Km theo
quốc lộ 49 về hướng tây, cách cửa khẩu Lao Bảo 90 Km về hướng nam theo đường
Trường Sơn. Công trình do Công ty cổ phần thủy điện Miền trung làm Chủ đầu tư,
đơn vị tư vấn thiết kế là Công ty tư vấn Xây dựng điện I. Tổng công suất lắp máy
170 MW/2 tổ máy, điện lượng bình quân ước tính là 686.5 triệu KWh/ năm.
Mực nước dâng bình thường của hồ chứa 553m, mực nước chết 549m, dung
tích toàn bộ hồ chứa 60,2 triệu m
P
3
P. Cao trình ngưỡng tràn 538.5m
Hạng mục hầm chính được đào từ cửa nhận nước, hầm phụ 1 và 2 có tổng chiều
dài 7.712,6 m. Trong đó hầm phụ số 1 hướng về của nhận nước dài 3200m và về
hướng hầm phụ 2 là 2000m, từ hầm phụ 2 hướng về nhà máy là 1634.7m.
- 4 -



Hình 1.1 Thi công đường hầm dẫn nước thủy điện A Lưới
Trong hầm chính phần đào từ hầm phụ và cửa nhận nước có 7 dạng mặt cắt gia
cố với các thông số kỹ thuật sau:
Mặt cắt dạng I và II (áp dụng cho vùng địa chất đặc biệt yếu)
+ Tiết diện đường hầm 23.45 m
P
2

P(tính theo mặt cắt thiết kế);
+ Bán kính đào R=2.35m;
+ Kết cấu hầm: Khoan neo vượt trước phần vòm ống thép D54 L=6m, bước
a=0.3x2m, phun bê tông M200 dày 10cm.
Mặt cắt dạng III và IV(áp dụng cho vùng địa chất không đứt gãy)
+ Tiết diện hầm 20.74m
P
2
P (tính theo mặt cắt thiết kế);
+ Bán kính đào R=2.35m;
+ Kết cấu hầm: khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.5x1.5m, phun bê
tông M200 dày 7 và 12cm phần trên có lưới thép, phần chân phun vữa xi măng bảo
vệ.
+ Khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.5x1.5m.
Mặt cắt dạng V (đứt gãy cục bộ)
+ Tiết diện hầm 39.02m
P
2

+ Bán kính đào R=3.25m
+ Kết cấu hầm: khoan cắm néo anke f25 L=2.2m, bước 4 neo/m dọc trục hầm,
phun bê tông M200 dày 10cm, bình quân 5m
P
2
P/m dọc trục hầm.
- 5 -


Mặt cắt dạng VI (áp dụng cho vùng địa chất có đứt gãy)
+ Tiết diện hầm 39.02m

P
2

+ Bán kính đào R=3.25m
+ Kết cấu hầm: khoan cắt néo anke f25 L=2.2m, bước a=1.3x1.3m, phun bê
tông M200 dày 12 cm phần trên có lưới thép, phân chân phun vữa xi măng bảo vệ
dày 12 cm.
Mặt cắt dạng VII (áp dụng cho vùng đất có đứt gẫy)
+ Tiết diện hầm 45.71m
P
2

+ Bán kính đào R= 3.25m
+ Kết cấu hầm: Khoan neo vượt trước phần vòm ống thép D32 dày 3mm L=6m
bước neo 30cm, bước dọc trục hầm 1.3m
1.1.2. Công trình Thủy điện Đắc Mi 4
Công trình thủy điện Đak Mi 4 nằm trên sông Đak Mi, thuộc huyện Phước Sơn,
tỉnh Quảng Nam. Công trình được khai thác theo sơ đồ 2 bậc: Bậc trên sử dụng
nguồn nước của sông Đăk Mi để tạo thành hồ chính của sông Đăk Mi và một phần
chuyển nước sang sông Thu bồn. Toàn bộ công trình đầu mối, lòng hồ, nhà máy
được bố trí trên địa phận các xã: Phước Hiệp, Phước Chính, Phước Kim, Phước
Xuân, Phước Đức và thị trấn Khân Đức thuộc huyện Phước Sơn – tỉnh Quảng Nam.
Dự án thủy điện ĐaK Mi được hội đồng quản trị IDICO quyết định phê duyệt dự án
với tổng mức đầu tư 5.630 tỷ đồng.
Mục tiêu của dự án cung cấp cho lưới điện quốc gia công suất 220 MW, sản
lượng điện trung bình hàng năm 1 tỷ KWh. Dự án được thủ tướng chính phủ cho
phép khởi công vào ngày 21/04/2007.
Đường hầm dẫn nước là một bộ phận thuộc hạng mục tuyến năng lượng bậc
trên của công trình Nhà máy thủy điện Đak Mi 4, được thiết kế có dạng hình móng
ngựa, đường kính vòm 7,6m, chiều cao thông thủy 7,6m, chiều rộng thông thủy

7,6m, chiều dài hầm 2.611m, độ dốc dọc 1,64%, kết cấu vỏ chống bằng bê tông cốt
thép và cắm neo phun vẩy. Đường hầm áp lực có nhiệm vụ dẫn nước với lưu lượng
128m3/s cung cấp cho 2 tổ máy phát với tổng công suất 148MW.0T
1.1.3. Công trình Thủy điện Yaly – Gia Lai
Công trình thuỷ điện Yaly thuộc hệ thống hầm dẫn và mở rộng cho hết mặt cắt
thủy điện trên sông Sêsan.Với diện tích trên 20 kmP
2
P, công trình Nhà máy thủy điện
Yaly nằm giáp ranh giữa 2 huyện Chư păh tỉnh Gia Lai và huyện Sa Thầy tỉnh Kon
Tum. Với tổng công suất lắp đặt 720 MW và điện lượng bình quân nhiều năm là
- 6 -


3,68 tỉ KWh. Diện tích bề mặt hồ rộng 64,5km² và dung tích 1,03 tỷ m³ (ứng với
mực nước dâng bình thường 515m).0T
+ Chiều cao đập : 60 m
+ Số tổ máy : 4
+ Công suất thiết kế : 720 MW
+ Loại đập : Đá đổ, lõi sét
+ Thời gian thi công : 9 năm
Gian máy ngầm kể cả sàn lắp ráp có chiều dài 118,5 m, cao 55,08 m chiều rộng
gian máy là 22 m;
Các đường hầm dẫn nước số 1 và số 2 chạy song song, đường kính thông thủy
là 7m, các đường hầm đều chống đỡ bằng kết cấu bê tông cốt thép.
Đường hầm dẫn nước vào tua bin: bao gồm 4 đường hầm có đường kính D=4.5
m, chiều dài mỗi đường là 124.04m, các đường hầm dẫn vào tua bin có chống đỡ
gồm vỏ thép có bê tông lấp đầy phía sau thành ống, chiều dày của chống đỡ bê tông
là 0.6 m.
Hầm dẫn ra: được thiết kế kết cấu ghép đôi. Nối tiếp với ống hút, đầu tiên là 4
hầm riêng biệt cho từng tổ máy với chiều dài tương ứng từ tổ máy 1 đến tổ máy 4

là: 82m; 86.07m; 48.37m; 52.44m. Tiết diện hầm hình móng ngựa với với kích
thước thông thủy: 4.8x6.5m, với vòm tròn bán kính 2.4m. Hầm có chống đỡ bằng
bê tông cốt thép, chiều dày 50 cm, được gia cố bằng neo, và khoan phun xi măng
gia cố.
Hầm giao thông số 1 dẫn vào nhà máy ngầm có chiều dài 330m, chiều rộng
thông thủy ở đáy là 8.3m, chiều cao tại tim là 5.65 m. Vòm hầm là cung tròn, bán
kính 4.6m với góc mở 128.89 độ. Kết cấu chống đỡ vòm và tường hầm giao thông
được thiết kế kiểu bê tông phun kết hợp với neo đối với chỗ đá cứng chắc, bê tông
liền khối cùng với vòm đá yếu.
Hầm giao thông số 2 vào gian biến thế có tổng chiều dài là 175 m, chiều rộng
thông thủy ở đáy là 7,7m, chiều cao tại tim là 6.77m. Bán kính vòm là 4m, chiều
cao tường bên là 7 m, gia cố tường, vòm và kết cấu mặt đường cũng tương tự như
hầm giao thông số 1.
1.1.4. Thủy điện Huội Quảng:
Công trình thuỷ điện Huội Quảng là hầm dẫn và mở rộng cho hết mặt cắt thuỷ
điện bậc dưới trên sông Nậm Mu, là nhánh cấp I của hệ thống sông Đà, hầm dẫn và
mở rộng cho hết mặt cắt trên là thuỷ điện Bản Chát có công suất lắp 220MW. Cụm
công trình đầu mối nằm tại xã Khoen On, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu. Khu
- 7 -


vực nhà máy và trạm phân phối điện ngoài trời thuộc địa phận xã Chiềng lao, huyện
Mường La, Sơn La. Nhiệm vụ chính của dự án là phát điện với công suất lắp máy
520MW, hàng năm cung cấp cho lưới điện Quốc gia 1,904 tỷ kWh.
Đường hầm dẫn nước gồm 2 hầm dẫn số 1 và số 2 có vỏ bằng bê tông cốt thép
được đặt trong đá Trachite Rhyolite và Bazan pocfirit dạng khối thuộc lớp IIA và
IIB cứng chắc, tiết diện đào hình móng ngựa đường kính trong D = 7,5m, tổng
chiều dài hầm từ cửa lấy nước đến giếng nghiêng tương ứng là L
R
1

R = 4052,06m, LR
2
R=
4059,50m, các độ dốc dọc tương ứng là i
R
1
R=1,64% và 0,57% iR
2
R=1,63% và 0,57%.
Đoạn đầu hầm dài 20m chuyển tiếp từ tiết diện hình chữ nhật kích thước B x H = 10
x7,5m sang tròn có đường kính trong D = 7,5m. Hầm có kết cấu vỏ bê tông cốt thép
dày 0,4m trong đá liền khối và 0,65m trong đá phá huỷ.
Các công tác chính thi công hầm dẫn nước:
+ Đào đá và gia cố tạm.
+ Đổ bê tông kết cấu vỏ hầm.
+ Khoan phụt gia cố và lấp đầy.
+ Lắp đặt đường ống thép và đổ bê tông chèn.
Thi công đào được thực hiện trước, các công tác khoan neo, phun vẩy bê tông
gia cố tạm tiến hành song song với quá trình đào, công tác lắp đặt thiết bị, lắp
đường ống thép, thi công bê tông và khoan phụt lấp đầy, khoan phụt gia cố, khoan
phụt lấp đầy được tiến hành sau khi kết thúc công tác đào. Các công tác thi công
đều phải được bắt đầu thi công hầm dẫn nước số 1 trước, hầm dẫn nước số 2 được
bắt đầu thi công sau.
1.2. Các phương pháp thi công đường hầm nhà máy thủy điện
Sau đây giới thiệu một số phương pháp thi công đường hầm được áp dụng
nhiều trên thế giới và Việt Nam
:
1.2.1. Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast)
Đây là phương pháp ra đời từ rất lâu, có lịch sử phát triển cùng với lịch sử phát
triển của ngành khai thác mỏ. Sau khi nổ mìn phá vỡ đất đá, để giữ ổn định đất đá

xung quanh hầm người ta tiến hành dựng các kết cấu chống tạm bằng cấu kiện gỗ
hay thép làm hệ che chống tạm thời. Sau khi đào một đoạn sẽ tiến hành thi công vỏ
bê tông. Khi bê tông vỏ hầm đạt cường độ cho phép, để tạo sự liên kết chặt chẽ giữa
vỏ hầm và đất đá xung quanh người ta dùng máy bơm ép vữa vào phía sau vỏ.
Trong trường hợp đào lẹm quá lớn, để tiết kiệm vật liệu vữa bơm người ta có thể
chèn thêm đá rồi phụt vữa bê tông vào hoặc thi công vỏ bê tông chèn vào.
- 8 -


Ưu điểm: Phương pháp này có thể thi công với mọi loại đất đá; với các dạng
mặt cắt hầm khác nhau; với các chiều dài hầm khác nhau.
Nhược điểm: Mặt cắt gương đào còn lượng đào sót lớn, gây nứt khối đất đá
xung quanh phải thường xuyên kiểm tra an toàn nổ phá, tiếng ồn nhiều, yêu cầu
thông gió tốt.
1.2.2. Phương pháp NATM (New Austrian Tunneling Method – NATM)
Đây là phương pháp đào hầm mới của Áo được ra đời vào những năm 60 của
thế kỉ XX và nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm và
công trình ngầm của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Ở việt Nam phương pháp
này hiện nay được dùng rất nhiều đặc biệt là những vùng địa chất xấu.
NATM Thực chất là phương pháp phân đoạn mặt cắt trong trường hợp mặt cắt
gương hầm lớn, đất đá thuộc loại yếu và sử dụng kết cấu chống đỡ là neo và bê tông
phun.
Trình tự thi công theo phương pháp NATM bao gồm các công đoạn sau:
1- Khoan nổ hầm dẫn trước ở đỉnh hầm (hoặc ở đáy hầm).
2- Chống đỡ bằng phun bê tông và neo.
3- Tiếp tục mở sang hai bên và mở xuống phía dưới.
4- Đào khối đất ở giữa.
5- Đào bậc đáy cuối cùng.
6- Đổ bê tông vỏ hầm
UChú ý: U Trong quá trình đào đặt ống đo biến dạng đất đá để điều chỉnh mặt cắt đào

cũng như biện pháp gia cố.

Hình 1.2 Sơ đồ thi công theo NATM
- 9 -


Khi thi công theo phương pháp NATM đảm bảo nguyên tắc “ ít làm lay
động, Phun neo sớm, thường xuyên đo đạc” :
+ 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 liên
tục kéo dài, vì thế căn cứ vào loại đất đá, phương pháp đào, điều kiện che chống mà
chọn chiều sâu đào sao cho hợp lý. Đối với đất đá tự ổn định kém thì chiều dài đào
trong một chu kì nên ngắn lại, việc che chống phải khẩn trương theo kịp mặt đào,
rút ngắn thời gian để đất đá không kịp bong rời.
+ Phun neo sớm: sau khi đào song phải tiến hành phun neo, không để cho đất
đá do bị long rời mà phát sinh không ổn.
+ Thường xuyên đo đạc: Dựa vào phương pháp đo đạc bằng máy hoặc trực
quan và số liệu đo đạc bảo đảm để đánh giá độ đồng đều của mặt cắt gương hầm.
Ngoài ra còn đặt các ống đo ứng suất, biến dạng đất đá xung quanh vỏ hầm để điều
chỉnh kết cấu chống đỡ.
1.2.3. Phương pháp đào hầm bằng khiên (Shield method)
Khiên là một vỏ thép, tiến về phía trước theo chu kỳ (độ dài chu kỳ phụ thuộc
tốc độ đổ bê tông đoạn vỏ đường hầm dưới sự bảo vệ của khiên) nhờ những kích
thủy lực tựa lên đầu đoạn vỏ đường hầm đã thi công xong.
Khiên di chuyển như sau: khi bê tông của đầu vỏ đường hầm đủ cường độ, đầu
cần của pittong của kích được tỳ lên đó và dàn áp lực được bơm vào xi lanh, pittong
sẽ dịch chuyển trong xi lanh đẩy khiên tiến lên phía trước. Gương đào cần được đào
sơ bộ 1 đoạn mà khiên có thể dịch chuyển được. Chiều dài đó phụ thuộc vào loại
đất đá, chiều dài đoạn vỏ đường hầm và khiên.
Dưới sự bảo vệ của khiên, đá được đào bằng búa khoan hơi, khi gặp đá cứng

thì phải nổ mìn tơi bằng các lỗ mìn nông. Những vòm đá lơ lửng, dễ rơi ra trên
đường di chuyển của khiên, sẽ được ép chặt nhờ tấm chắn gắn ở đầu khiên. Dàn
công tác di chuyển, bảo vệ an toàn cho công nhân làm việc ở các tầng dưới. Đá đào
ra được xúc bằng tay, đưa vào phễu và rơi xuống băng chuyền đưa ra xe vận
chuyển.
- 10 -



Hình 1.3 Sơ đồ thi công bằng khiên
* Điều kiện áp dụng: Phương pháp này có thể thi công trong nhiều loại địa chất
khác nhau, khi thi công trong các điều kiện địa tầng xấu, đất đá không tự ổn định
được thì tính ưu việt của máy càng rõ rệt. Thường chỉ áp dụng cho đường hầm có
tiết diện tròn.
* Ưu điểm:
1. Dưới sự che chống cửa khiêm có thể đào và xây vỏ một cách an toàn.
2. Tốc độ thi công nhanh, nhờ có nhiều công đoạn thi công song song với
nhau như như khâu xúc chuyển và lắp ghép vỏ đồng thời
3. Khi thi công, không ảnh hưởng giao thông và công trình trên mặt đất,
xuyên qua sông không ảnh hưởng đến giao thông thủy.
4. Trong thi công không ảnh hưởng đến thời tiết, mưa gió, khí hậu.
5. Trong thi công không gây tiếng ồn và chấn động, không cản trở môi
trường xung quanh.
6. Phương pháp thi công bằng khiên thích hợp nhất là xây dựng hầm trong
địa tầng rời rạc, mềm yếu có nước, xây dựng đường hầm dưới đáy sông, trong thành
phố và các loại công trình đô thị khác. VD ở Thái Lan dùng khiên đào đường hầm
dưới đáy sông.
* Nhược điểm:
1. Phương pháp thi công bằng khiêm thích hợp với đường hầm dài, bởi vì
khiêm là một loại cơ giới rất đắt có tính chuyên dụng rất cao, mỗi loại thích hợp với

- 11 -


điều kiện thủy văn, địa chất, kích thước mặt kết cấu riêng đã được thiết kế chế tạo
đặc biệt, nhìn chung không thể thay đổi sử dụng một cách giản đơn vào công trình
đường hầm khác.
2. Nếu đường hầm có bán kính cong quá nhỏ hoặc lớp đất phủ trên hầm quá
nông thì gặp rất nhiều khó khăn. Đường hầm dưới đáy sông nếu gặp lớp đất phủ quá
nông thi công sẽ không an toàn. Khi thi công bằng khiên rất khó để tránh lún trong
lớp đất phía trên, đặc biệt là chỗ tầng đất yếu lại có nước, khi lắp vỏ hầm phải phải
yêu cầu rất cao về phun vữa vào sau lưng vỏ hầm.
3. Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện nói chung là làm việc ở trạng
thái có áp, do vậy yêu cầu vỏ bê tông phải đổ liền khối (không lắp ghép). Theo
phương pháp này thì vỏ đường hầm được lắp ráp bằng các khối đúc sẵn chính vì thế
mà nó không thích hợp với đường hầm của nhà máy thủy điện.
1.2.4. Phương pháp đào bằng máy đào (tunnel boring machine TBM)
TBM (Tunnel Boring Machine) là thiết bị đào hầm hiện đại sử dụng để đào
đường hầm có tiết diện tròn trong các điều kiện địa chất khác nhau. Đây là thiết bị
đào làm đường hầm bằng phương pháp nghiền nát đá, hoàn toàn không dùng khoan
nổ. Đường kính đào hầm của máy TBM có thể thay đổi từ 1-15m. Dùng máy này
không làm xáo trộn các cấu trúc của các lớp đất đá xung quanh hầm rất thuận tiện
cho gia công thành hầm giảm đáng kể kinh phí gia cố kết cấu vỏ hầm.
Máy sẽ trực tiếp nghiền nát đất đá bằng các núm thép được lắp đặt phía đầu;
trong khi phần đuôi máy sẽ thực hiện việc lắp ghép các vỏ hầm bằng bê tông đúc
sẵn được đưa từ ngoài vào. Toàn bộ công việc được tiến hành đồng bộ, việc điều
khiển máy được thực hiện tự động qua hệ thống máy móc hiện đại ở phía trong máy
và mỗi kíp làm việc bên trong máy lên đến vài chục giờ.
a. Cấu tạoTBM: Nó là một khối thiết bị rất lớn, có thân là một ống hình trụ, đường
kính bằng đường kính hầm, bên trong được bố trí chỗ cho người lái, băng chuyền,
hệ thống thông gió, hệ thống điện, các kích thủy lực, Ở đầu khay thép có thể điều

khiển quay, trên khay được bố trí nhiều mũi thép hình cái đục giống như những
răng cưa, hoặc những đĩa thép răng cưa, hoặc kết hợp cả hai.

- 12 -



Hình 1.4. Cấu tạo phần đầu máy TBM có khiên đào.

Hình 1.5. Mâm dao và mặt cắt máy TBM.
b. Các công đoạn thi công:
Khi khay tròn quay chậm, những răng thép được ép chặt vào trong đá, vò nát đá
cho đến khi rơi ra, chui qua những hốc trên mặt khay chảy vào một hệ thống băng
chuyền. Hệ thống băng chuyền tiếp tục chuyển đá vụn ra đuôi của TBM để xe vận
chuyển đưa ra ngoài hầm. Những kích thủy lực được gắn trên các xương sống của
TBM để đẩy TBM tiến lên phía trước, mỗi lần dịch chuyển được vài feet, tùy thuộc
khối đá đào ở trước TBM.
TBM không chỉ đào đá mà còn hỗ trợ chống đỡ vách hầm. Khi máy đang quay
để đào, hai máy khoan đứng ngay sau đầu cắt tiến hành khoan vào đá, sau đó những
công nhân bơm vữa vào lỗ đó rồi đặt neo giữ cho đất đá không rơi ra tạm thời cho
đến khi lắp xong vỏ hầm.
Trường hợp vách hầm là đá yếu dễ sạt lở thì khi TBM đào được một đoạn, máy
sẽ lùi ra để công nhân phun bê tông gia cố tạm thời, sau đó TBM lại tiếp tục đào và
phía sau TBM người ta tiến hành thi công vỏ hầm.
c. Thi công vỏ hầm bằng TBM :
Vỏ hầm bằng BTCT có hai loại : Lắp ghép và đổ tại chỗ.
UVỏ hầm lắp ghép :U được lắp từ các mảnh hầm đúc sẵn, vỏ mỏng có nhiều sườn
tăng cường. Mỗi vành hầm là một đốt hầm có chiều dài là b thường bằng khoảng từ
- 13 -

(50 – 100)cm, đốt hầm nối với nhau bằng mối nối gang. Theo chu vi mỗi vành hầm
lại được chia làm thành một số mảnh và ghép lại với nhau bằng mối nối dọc thẳng
theo các bán kính hướng tâm. Về nguyên tắc có thể chia đều chu vi đường hầm
thành các đoạn bằng nhau để đúc các mảnh hầm cùng loại nhưng như vậy không lắp
được mảnh cuối cùng khép kín vành hầm, để khép kín cần một mảnh đặc biệt hình
nêm lắp vào từ phía trước hoặc ép từ bên trong, mảnh ghép cuối cùng gọi là mảnh
khóa K. Vị trí của các mảnh ghép trong các đốt sau lắp ghép lệch đi so với đốt trước
để tạo các mối nối so le nhau như mạch vữa xây bằng cách thay đổi vị trí các mảnh
khóa.
Nếu giữa các mối nối hầm các mối nối ngang được liên kết bằng bulông thì
mảnh ghép được gọi là các bản tubing, kết cấu vỏ hầm làm việc như một đường ống
còn các mối nối dọc liên kết với nhau băng bulong hoặc liên kết chốt.
Nếu những đốt hầm liên kết với nhau bằng mối nối chốt hoặc chỉ là ép sít lại với
nhau thì không gọi là tubing mà chỉ gọi là các bản cong, bản cong có sườn và gọi
chung là nhưng vỉ ghép hầm.
UVỏ hầm đổ tại chỗ:U Được áp dụng khi địa chất tốt, sau khi đào đất đá trong hầm
song, TBM được đưa ra ngoài sau đó tiến hành thi công vỏ bê tông như trong trường
hợp nổ mìn đào hầm
1.3. Cấu tạo cửa hầm và đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu
1.3.1. Cấu tạo và nhiệm vụ cửa hầm
- Cửa vào đường hầm là một trong những phần rất đặc biệt của đường hầm dẫn
nước nhà máy thủy điện. Đây là công trình bán lộ thiên của đường hầm, nằm tại
sườn núi và luôn chịu áp lực đất đá, nước chảy từ phía ngoài trong cả thời gian thi
công lẫn khi đưa vào sử dụng.
- Cửa hầm có chức năng quan trọng nhất về mặt kết cấu nhằm:
+ Bảo vệ và chống đỡ cho lối vào, lối ra và các đường dẫn tới cửa hầm dưới
tác dụng của những khối đá lớn.
+ Ngăn ngừa và tạo cho nước ở mặt ngoài hầm chảy xuống dưới để không vào
hầm

+ Tạo dáng cho cửa hầm bằng những chi tiết kiến trúc
- Từ quan điểm kết cấu trên, cửa hầm được chia làm 3 loại:
+ Loại cửa hầm nằm trong đất đá chắc, ổn định không cần làm vỏ cho toàn bộ
bề mặt cửa hầm.
+ Loại cửa hầm có khả năng bị đá trượt lở, hoặc nước từ mặt ngoài thấm vào
thì cần xây dựng tường mặt cho toàn bộ cửa hầm.
- 14 -


+ Loại cửa hầm có khả năng bị áp lực đất đá đẩy vào thì bề mặt cửa hầm phải
thiết kế theo dạng tường chắn.
Trong thực tế, cửa hầm nằm ở nếp lõm của địa tầng nên địa chất yếu, do các lớp
trầm tích tạo nên. Để tăng khả năng chịu lực của các khối đất đá xung quanh cửa
hầm, thì nên đào bỏ lớp đất đá ngoài cửa hầm và chọn tầng phủ ở đỉnh cửa hầm có
chiều dày ít nhất 1,5D với D là đường kính đường hầm.
- Công trình cửa đường hầm chủ yếu bao gồm: Khối đất đá mái dốc biên, khối
đất đá mái dốc đỉnh, xây tường cuối, xây tường gà, và khối xây cửa hầm, xây vỏ
hầm tại đoạn miệng. Thi công công trình cửa hầm nói chung được làm sau khi đã
vào hầm và cần làm tốt che chống mái dốc biên và mái dốc đỉnh trước, nhằm mục
đích giảm thiểu cản trở đối với thi công thân hầm khi đang thi công cửa hầm.
- Hào cửa hầm xuyên núi là phần bờ núi được đào đi với một số mục đích khác
nhau trong đó cơ bản là:
+ Để lộ ra bề mặt của gương ngầm ngoài cùng của hầm.
+ Mở không gian xây dựng cửa hầm, tạo mặt bằng xây dựng sân công tác và
các công trình phụ trợ của hầm.
+ Xử lý sườn núi cận kề cửa hầm để đảm bảo an toàn cho người và các thiết bị
khi thi công.
- Bờ dốc xung quanh cửa hầm xuyên núi có rất nhiều hình thái khác nhau
Thông thường, có thể chia các bờ dốc xung quanh cửa hầm xuyên núi, theo hướng
nhìn từ ngoài vào cửa hầm thành 3 phần: Một bờ dốc trên nóc cửa hầm và hai bờ

dốc cánh bên cửa hầm. Tuy rằng khi bố trí cửa hầm, nhà thiết kế đã cố gắng chọn
địa điểm bờ dốc có lợi nhất, nhưng bên cạnh việc thiết kế công trình cho phù hợp
với điều kiện xung quanh, vẫn có thể còn phải xử lý cả địa hình, địa vật và môi
trường bờ dốc ở đây nữa.
Đối với cửa hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện còn có các thiết bị như cửa
van, máy đóng mở, các hàng phai, lưới chắn rác nên việc đào hầm phải kết hợp với
việc lắp ráp các thiết bị một cách nhịp nhàng, thời gian đòi hỏi lâu. Nhiều đường
hầm dẫn vào nhà máy do quá dài nên phải mở thêm cửa hầm phụ nhằm vừa đào đất
đá vừa tạo đường cho xe máy thi công, trong lúc cửa hầm chính đang còn phải lắp
ráp thiết bị.
- 15 -



Hình 1.6 Sơ đồ thi công cửa hầm phụ
1.3.2. Đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu và một số địa chất bất lợi khi
thi công hầm
a. Đặc điểm thi công cửa hầm qua vùng đá yếu
- Cửa hầm qua vùng đá yếu ở đây được hiểu là các lớp đất đá bị phong hóa
mạnh, những đứt gãy, những lớp đá xen kẹp đất mềm yếu, những lớp đá có hiện
tượng ngậm nước lớn… Khi chưa đào hầm thì địa chất ở trên trạng thái cân bằng
nén. Sau khi đào hầm khối đất đá mất cân bằng nên tạo sự dịch chuyển để tìm lại sự
cân bằng mới. Mặt khác trong quá trình đào chưa kịp chống đỡ nên đất đá mỏi. Từ
hiện tượng đó nên sinh ra các lực “chùng ứng suất”, “từ biến”, và khi vượt quá khả
năng chịu của đất đá, sẽ sinh ra hiện tượng sạt lở, sụt hầm, đòi hỏi phải sử lý rất tốn
kém, ảnh hưởng đến tiến độ thi công.
- Thi công đoạn miệng hầm qua vùng địa chất yếu thì trình tự mấu chốt nhất là
đào để tiến vào hầm và lựa chọn lựa biện pháp chống trong khi đào. Trước khi tiến
vào hầm cần xem xét sự ổn định mái dốc cửa hầm, sức mang tải của đất đá, mối
quan hệ giữa trục đường hầm và mái dốc của đường hầm, mà tiến hành phòng hộ

hoặc gia cố mái dốc hai bên, mái dốc đỉnh cho thỏa đáng, cùng làm tốt hệ thống
thoát nước. Xác định phương pháp thi công miệng hầm phải căn cứ nhiều nhân tố
như tình hình máy móc thiết bị thi công, địa chất công trình, địa chất thủy văn và
điều kiện địa hình, tiến độ thi công, an toàn và chất lượng, kết cấu chống đỡ.
Khi mái dốc của cửa hầm không ổn định thì việc định vị cửa hầm hơi tiến về
phía trước phối hợp với neo cắm sâu vào đất đá và đổ vật liệu đối trọng (khối đắp
phản áp) thường tạo ra điều kiện thuận lợi.
- 16 -



Hình 1.7 Sơ đồ mặt cắt dọc cửa hầm có khối đắp phản áp
1- Vỏ chống; 2Khối đắp phản áp; 3- Hành lang vòng; 4- Rãnh vòng; 5- Kè bào vệ bờ
dốc; 6- Lỗ thoát nước; 7- Rãnh dọc nền; 8- Bờ dốc hào thi công; 9- Vành chắn; 10- Bờ núi
đã xử lý.
- Tại các vùng cửa hầm lớp phủ mỏng, đất thường rời rạc, nên áp lực địa tầng
lên kết cấu chống đỡ lớn hơn nhiều so với áp lực tác dụng lên hầm. Chính vì vậy bê
tông vỏ hầm cần phải được gia cố với bê tông vòm ngược và cốt thép. Phải áp dụng
việc thoát nước và chống thấm nước khi thấy cần thiết để bảo dưỡng vì sự rò rỉ
nước dễ xảy ra trong vùng cửa hầm. Phải nghiên cứu tác động của động đất trong
điều kiện đất yếu vì động đất gây tác động bất lợi cho vùng gần cửa hầm.
Cần phải nghiên cứu tổng hợp các vấn đề có thể xảy ra trong khi xây dựng
đường hầm như trượt lở, đất đá không đủ khả năng chịu tải, áp lực không đối xứng,
lún đất mặt, lũ gây xói lở. Sau đó phải thiết kế những biện pháp hiệu chỉnh tương
ứng.
c. Một số loại địa chất bất lợi gặp phải khi thi công đường hầm
Khi thi công đường hầm thường gặp một số vùng địa chất đặc biệt bất lợi cho
việc thi công: như vùng hang động, vùng đất sụt, vùng địa tầng rời rạc… trong quá
trình đào, che chống và xây vỏ do ảnh hưởng của nhiều loại nhân tố có thể phát sinh
sụt lở đất đá, hầm đào bị biến dạng làm hỏng che chống, kết cẩu vỏ hầm bị nứt vỡ.

Sau đây là một số loại địa chất yếu hay gặp phải ở vị trí cửa hầm.
*
UHiện tượng Karst
Đây là hiện tượng đá bị hòa tan tạo thành những hang động. Nham thạch bị hòa
tan gồm có: đá vôi, đá hoa, thạch cao, đá muối v.v… bị tác dụng cơ giới, hóa học
của nước sinh ra vết nứt, thời gian lâu dài dẫn tới hình thành hang động, mặt đất đá
phát sinh hầm hố, đất trũng và một số hiện tượng lồi lõm khác. Miền Bắc và miền
Trung nước ta có diện phân bố đá vôi rất rộng, thường hay gặp hang động. Vì thế
- 17 -


xây dựng hầm phải hết sức chú ý, bởi vì khối lượng bê tông để lấp hang karst là rất
lớn. Ví dụ: Đường hầm dẫn nước của thủy điện Nho Quế 3 đã xử lý một hang Karst
mất hàng chục tấn xi măng.
Khi đường hầm xuyên qua tầng đá hòa tan, có nơi chất đá hang động đã vụn
nát, rất dễ phát sinh sụt lở. Có nơi hang động nằm dưới đáy hầm, vật chất lấp lại
mềm dễ rời và rất dày, làm cho việc xử lý đáy hầm rất khó khăn. Có nơi đã gặp ngòi
rãnh đá bị vật chất bão hòa nước lấp đầy, khi đào đường hầm đến mép của chúng,
vật lấp chứa nhiều nước sẽ đổ xô không ngừng vào hầm dẫn đến rất khó ngăn chặn,
thậm chí làm cho mặt đất nứt vỡ lún sụt, áp lực khối đất đá trên núi tăng đột ngột.
Có khi đã gặp túi nước lớn hoặc sông ngầm, nước cộng với nham thạch hòa tan
hoặc nước lẫn bùn cát ồ ạt đổ vào đường hầm không gì ngăn cản nổi (như đã từng
xẩy ra tại hầm đường bộ số 1 đèo Hải Vân). Có nơi sông ngầm uốn lượn quanh co
trở đi trở lại rất phức tạp, xử lý rất khó khăn.
*
UHiện tượng phong hóa
Phong hóa là quá trình biến đổi đất đá và các khoáng vật chứa trong đó khi tiếp
xúc trực tiếp với môi trường không khí. Phong hóa được chia làm hai loại: phong
hóa vật lý và phong hóa hóa học, ngoài ra còn có thêm phong hóa sinh học thực
chất nó là quá trình phong hóa hóa học dưới tác nhân các chất do sinh vật tiết ra gây

nên. Khi đất đá bị phong hóa thì cấu trúc đá thay đổi làm mất cấu trúc kết tinh của
đá thành liên kết keo rời rạc cường độ và lực dính của chúng bị giảm đi. Trong các
tầng phong hóa đá trở nên rời rạc xen lẫn đất bùn, đá mồ côi do đó khi đào hầm dễ
sụt lở áp lực địa tầng lớn.
Khi thi công hầm trong lớp đá phong hóa cần giải quyết tốt vì chống và xử lý
nước ngầm. Trước khi xây dựng có thể bóc toàn bộ một hoặc một phân đất đá
phong hóa, hoặc che phủ vật liệu chống phong hóa, cải tạo tầng phong hóa bằng
cách phụt vữa. Đối với hầm nằm trong đá chắc tuy áp lực địa tầng nhỏ có thể không
phải cần xây vỏ nhưng để đảm không bị phong hóa thường phải trát xi măng.
*
UTầng đất rời rạc hoặc các lớp xen kẹp nằm nghiêng
Các loại này gồm: đá đã phong hóa; tầng đất lẫn sỏi cuội nổi, đất lẫn đá hạt, lẫn
cát, và đất cát xen lẫn đất sét cho đến các loại cát khô không dính kết rời rạc v.v…
Loại đất này có kết cấu địa tầng rời rạc, tính gắn kết yếu, tính ổn định kém, các lớp
đá nghiêng thường có độ kiên cố khác nhau, sự kết dính các lớp không chặt chẽ dẫn
đến áp lực địa tầng lớn, áp lực phân bố lên vỏ đường hầm không đều và không đối
xứng. Khi đó đường hầm đi qua vùng địa chất này dễ phát sinh hiện tượng sạt lở,
kết cấu vỏ rất phức tạp. Nếu khu vực xây dựng có nước ngầm thì nước ngầm sẽ theo
các lớp chảy vào đường hầm gây khó khăn trong thi công. Đường hầm đi qua loại
- 18 -


địa tầng trên cần hết sức tránh làm xáo động. Nói chung nên dùng nguyên tắc che
chống trước sau mới đào, che chống kín mít vừa đào vừa bịt kín, khi cần thiết có thể
dùng biện pháp vượt lên trước phun vữa cải thiện tầng đất và biện pháp khống chế
nước ngầm.
U* Đất sụt
Khi đào đường hầm, nguyên nhân dẫn đến đất sụt có nhiều loại, khái quát lại có
thể quy thành: Thứ nhất là do hiện tượng từ biến, hiện tượng lún do tiêu nước ngầm
v.v… Thứ hai là do nhân tố con người, có nghĩa là do thiết kế không thỏa đáng,

hoặc phương pháp thi công không thỏa đáng. Ở các vùng núi phía Bắc, miền Trung,
miền Nam, Tây Nguyên cũng như tại đường Hồ Chí Minh hiện nay đất sụt trong
mùa mưa lũ là một hiểm họa cho giao thông và tính mạng con người. Đất sụt, đứt
mạch máu giao thông hàng tuần có khi hàng tháng sau mới khôi phục được, gây ra
thiệt hại rất lớn. Đất sụt với thi công còn gây ra nhiều điều bế tắc và tổn thất kinh tế
nặng nề.
Một số nguyên nhân dẫn tới sụt đất:
- Đoạn hầm đi qua đoạn tầng, dải vụn nát hoặc nếp cong, nếp uốn nhỏ phát triển
của tầng nham thể mỏng, mỗi khi đào gây hiện tượng chùng ứng suất, đất đá xung
quanh hầm mất ổn định, nếu nhỏ thì làm cho đá rời từng cục sụt lở, lớn thì gây đất
sụt. Khi đi qua các loại bồi tích, do kết cấu rời rạc, giữa các hạt không dính kết hoặc
dính kết yếu, sau khi đào xong cũng gây ra sụt lở. Ở nơi mặt đất kết cấu mềm yếu
phát triển hoặc vật lấp là bùn quá nhiều, đều sản sinh sụt lở lớn.
- Đường hầm đi qua lớp phủ mỏng, nếu ở dọc sông, hoặc ở vùng áp suất lệch,
hầm mặt nông ở chỗ trũng của hẻm núi và nằm nông ở sườn dốc thường rất dễ phát
sinh sụt lở.
- Nước là một trong những nhân tố trọng yếu tạo thành sụt lở. Tác dụng làm
mềm hóa xâm thực, xói mòn, hòa tan của nước ngầm càng làm gia tăng khối đất đá
mất ổn định và sụt lở. Giữa đá mềm rắn xen kẽ nhau hoặc nham thạch có kẹp tầng
mềm yếu, dưới tác dụng của nước ngầm, cường độ của mặt mềm yếu giảm xuống
rất nhanh, do đó mà phát sinh trượt đất đá.
U* Đứt gãy
- Đứt gãy là sản phẩm của sự phá hủy kiến tạo có sự dịch chuyển của đất đá trong
vỏ trái đất do chuyển động kiến tạo gây ra. Đứt gãy có các yếu tố chính:
+ Mặt đứt gãy là mặt phá hủy, theo đó đất đá ở hai bên mặt sẽ dịch chuyển
tương đối.
- 19 -


+ Đường đứt gãy là giao tuyến của mặt đứt gãy với mặt địa hình, là đường thể

hiền đứt gãy trên bản đồ địa chất.
+ Góc của mặt đứt gãy là góc hợp thành của mặt đứt gãy với mặt phẳng nằm
ngang.
+ Hướng dịch chuyển của đứt gãy.
+ Biên độ dịch chuyển của đứt gãy là khoảng cách xê dịch của lớp đá.
- Căn cứ theo hướng dịch chuyển tương đối của hai cánh phân chia ra các loại
đứt gãy chính: đứt gãy thuận, đứt gãy nghịch, đứt gãy bằng. Ngoài ra còn căn cứ
theo mối tương quan với các cấu trúc địa chất khác nhau theo độ sâu trên vỏ trái đất
để phân chia nhiều loại đứt gãy như đứt gãy dọc, đứt gãy cắt chéo, đứt gãy sâu, đứt
gãy rìa Đối với đứt gãy bằng, còn phân biệt đứt gãy bằng quay phải và đứt gãy
bằng quay trái. Nếu nhìn từ trên xuống, thấy hướng dịch chuyển theo chiều thuận
kim đồng hồ, thì đó là đứt gãy quay phải và nếu ngược chiều kim đồng hồ thì đó là
đứt gãy quay trái.
- Quy mô của đứt gãy thay đổi từ vài mét tới hàng chục hàng trăm ngàn Km.
Biên độ dịch chuyển của cá lớp đá ngay trong một đứt gãy cũng có thể thay đổi từ
vài chục cm tới mấy ngàn mét theo chiều thẳng đứng và dịch chuyển ngang có thể
từ mấy chục Km tới hàng trăm Km. Do ảnh hưởng của sự dịch chuyển, đất đá trong
phạm vi đứt gãy bị chèn ép, thậm chí bị nát vụn và bị phong hóa bở rời. Đa số các
nghiên cứu đều cho thấy trong vùng đứt gãy, đất đá mang các tính chất của đất
mềm, thường có cấu trúc xen kẹp, có sức chịu tải thấp, có tính biến dạng lớn, hầu
như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, mô dun tổng biến dạng
thấp, hệ số sực kháng cắt không đáng kể.
- Rất nhiều công trình thủy lợi, thủy điện đều nằm trên tuyến đứt gãy. Đường
hầm núi chung và đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện nói riêng có chiều
dài hàng nghìn mét, nên tuyến công trình xuyên qua đứt gãy là không tránh khỏi.
Trường hợp tuyến hầm dẫn nước thủy điện Buôn Kuốp gặp đứt gãy lớn phải chuyển
tuyến.
- Như vậy đối với một tuyến đường hầm, bao giờ cũng tồn tại hai dạng môi
trường đất đá khác nhau, môi trường đá cứng và đá mềm rời. Vì vậy xác định vị trí
xây dựng công trình hầm ở hai dạng môi trường đất đá khác nhau thì có những vấn

đề chuyên môn khác nhau. Ở khu vực môi trường đá tốt, nếu gặp điều kiện cấu tạo
địa chất tốt, ứng suất địa tĩnh không lớn, địa tầng gồm các đá có bề dày lớn và có
cường độ cao, trong trường hợp như vậy công trình đường hầm có thể được thiết kế
không có kết cấu khung vỏ bảo vệ giữ ổn định, hoặc nếu cần thì chỉ cần thiết kế kết
cấu nhẹ. Nhưng nếu gặp trường hợp cấu tạo địa tầng kém, có nhiều đứt gãy đi qua,
- 20 -


nhiều hệ thống khe nứt và đới võ vụn, ứng suất tĩnh địa rất lớn, đá trầm tích với các
lớp đá có bề dày nhỏ, đá bị phong hóa nghiêm trọng, chứa nhiều nước Trong
trường hợp như vậy, kết cấu khung vỏ chống đỡ của công trình hầm sẽ chịu áp lực
đất đá vây quanh rất lớn, nếu qua trình khảo sát không phát hiện ra thì quá trình này
trong quá trình thi công sẽ không có biện pháp ứng phó thích hợp, lúc đó kết cẩu vỏ
chống đỡ yếu sẽ có thể xảy ra các sự cố nghiêm trọng như sạt lở, biến dạng mất ổn
định hoàn toàn.
1.3.3. Các chú ý khi thi công đoạn cửa hầm:
1. Trước tiên phải đánh giá ổn định mái dốc tự nhiên ở cửa hầm để có biện pháp
xử lý.
2. Thi công miềng hầm nên tránh mùa mưa. Khi tiến hành công trình đào đất đá
tại miệng hầm không được dùng nổ phá lỗ sâu hoặc nổ phá bao thuốc tập trung để
tránh ảnh hưởng ổn định hai bên dốc và mái dốc đỉnh. Cầm dựa theo yêu cầu thiết
kế cắm tuyến mái dốc bên, mái dốc đỉnh, phải tiến hành đào theo đoạn từ trên
xuống dưới, không được đào từ đáy hoặc vừa đào trên vừa đào dưới.
3. Cần phải đào hót hết lớp bùn ngấm nước và các tạp chất thật sạch. Đối với
chỗ đất đá cường độ kém có thể kết hợp với điều kiện cụ thể dùng cách mở rộng
móng, đóng cọc, phun vữa để gia cố móng.
4. Tường vòm cửa hầm phải thi công đồng thời với tường vòm vỏ hầm gần đó
liên kết thành một thể thống nhất, đảm bảo tường vòm nối với nhau thật tốt. Đổ bê
tông và đắp lại tường cuối cửa hầm cần tiến hành đồng thời hai bên, đề phòng sản
sinh áp lực lệch đối với vỏ hầm.

5. Sau khi hoàn thành song cửa hầm, nếu chân dốc đỉnh hầm bị hư hỏng, cần xử
lý kịp thời, ví dụ như tầng đất trên mái dốc bị vụn nát long rời nên dùng đá hộc chít
vữa hoặc đặt các khung bê tông bên trong trồng cỏ.
1.3.4. Các sự cố sạt cửa hầm ở Việt Nam
Sự cố kĩ thuật khi xây dựng đường hầm qua đất đá mềm đặc biệt nghiêm trọng
và có tần suất xảy ra lớn hơn nhiều so với các loại công trình xây dựng khác. Trong
quá trình thi công đường hầm Việt Nam đã gặp phải rất nhiều sự cố kĩ thuật khác
nhau. Mỗi sự cố kĩ thuật xảy ra đểu là bài học hữu ích đối với những người xây
dựng.
Mặc dù có rất nhiều nguyên nhân gây ra sự cố kĩ thuật khi đào đường hầm
nhưng kết quả thống kê cho thấy hầu hết rủi ro xảy ra trong các trường hợp thi công
đường hầm qua đất mềm do điều kiện đất đá kém ổn định (đất đá bị phá hủy mạnh
trung vùng đứt gãy, đất đá ở trước gương đào không ổn định, không dự báo trước
- 21 -


được vùng đứt gãy, có lớp đất sét trương nở…) do điều kiện đất đá thay đổi (các lớp
đất đá xen kẽ nhau từ tốt đến xấu và không dự báo đươc điều kiện đất đá) hoặc ảnh
hưởng của nước ngầm. Sau đây là bảng 1.1 liệt kê các vấn đề hay xảy ra đối với cửa
đường hầm:
Bảng 1.1. Các hiện tượng xảy ra hay xảy ra đối với cửa đường hầm
Hiện tượng Nguyên nhân
Mất chân mái
dốc hoặc trượt
lở
Việc xây dựng ở vùng cửa hầm đôi khi làm mất chân mái dốc
hoặc trượt lở. Điều này là do xáo trộn đất đá quanh đường hầm
hoặc cắt phần mái dốc do xây dựng cửa hầm. Khi có khả năng mất
chân mái dốc hoặc trượt lở do đào đường hầm thì phải thực hiện
những biện pháp bảo vệ mái dốc trước khi đào hầm.

Áp lực không
đối xứng
Áp lực không đối xứng có thể tác dụng lên mặt cắt cửa đường
hầm và có thể xuất hiện ứng suất lớn trong đường hầm tùy theo vị
trí của mái dốc và hầm. Nếu không làm cho đường hầm ổn định
thì phải có biện pháp cân đối áp lực của đất bằng cách đổ vật liệu
đối trọng hoặc cắt để ổn định mái dốc.
Đất đá không
đủ khả năng
chịu tải
Tại vùng cửa hầm lớp đất đá phủ có chiều dày nhỏ, thường là
trầm tích nên tổng tải trọng lớp phủ ở trên đường hầm đôi khi có
thể tác dụng lên đường hầm. Đất đá ở vùng cửa hầm gồm các trầm
tích không bền vững hoặc nằm trong vùng phong hóa, vì vậy vùng
đáy thường bị lún hoặc biến dạng do đất đá không đủ khả năng
mang tải. Phải thực hiện việc thiết kế không chỉ cửa hầm mà cả
phương pháp xây dựng để cho đất đá có thể đạt được khả năng
mang tải.
Sập gương
Ở vùng cửa hầm đất thường yếu và cố kết kém. Ngay cả khi
đất đá chứa các loại đá cứng, các đứt gãy và vùng nứt nẻ có thể
làm cho các nứt nẻ phát triển. Trong nhiều trường hợp gương có
thời gian đứng vững ngắn. Khi gương không thể đứng vững lâu
dài thì cần phải nghiên cứu áp dụng một phương pháp khai đào
hay phương pháp phụ để bảo vệ gương không bị sập.
Lún đất mặt
Tại vùng cửa hầm đất đá phủ ít, đất đá thiếu khả năng mang tải
và gương có thời gian đứng vững ngắn chắc chắn gây ra tác động
lún truyền cho đất đá trên mặt. Đối với các công trình trên mặt đất
phải hạn chế lún cần đưa ra những biện pháp phù hợp để đề phòng

- 22 -


Hiện tượng Nguyên nhân
bất kỳ vấn đề nào và áp dụng một phương pháp phụ khi cần.
Đá rơi
Phải thiết kế vùng cửa hầm để cho cửa hầm ở một vị trí không
có đá rơi, mảnh đá trôi. Khi không thể định vị cửa hầm như vậy thì
phải đưa ra những biện pháp phù hợp chống lại tai họa có thể xảy
ra.
Các công trình
lân cận
Cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của việc xây dựng đường hầm
đến các công trình hiện có trong vùng lân cận như nhà, tháp bằng
thép, đường bộ và đường sắt, và tác động của tiếng ồn và khí thải
sau khi đường hầm đi vào phục vụ.
Một số ví dụ về sự cố sạt cửa hầm ở các công trình Việt Nam.
a. Sự cố sụt lở tại cửa hầm phía nam hầm đường bộ qua đèo Hải Vân.
Khi đào đến lý trình 0+27 hầm chính, nhà thầu đã tiến hành khoan phụt tạo ô
cho chu kì tiếp theo. Ngày 5/09/2001 sự cố kĩ thuật sảy ra, một khối lượng đất đá tại
đỉnh hầm bị sụt lở kéo theo các khung tạo ô bị gục xuống. Nhà thầu đã tiến hành
phun bê tông liên tục vào vùng sụt lở nhưng hiện tượng sụt lở vẫn tiếp tục tăng và
tạo thành hốc rỗng trên đỉnh hầm. Đất trong khu vực này là đất phong hóa Granite
có dạng cát sét, đất tơi không đồng nhất bao gồm đất cát sét màu nâu vàng, xám
trắng xen lẫn các dải sét cát màu nâu sầm, nước ngầm tại khu vực này chảy nhiều,
luôn nhỏ giọt từ trên đỉnh hầm xuống và chảy ra từ các lỗ khoan thoát nước trên
gương hầm. Khi hiện tượng sụt lở vẫn tiếp tục gia tăng thì nhà thầu đã lấp lại gương
hầm bằng đá, đồng thời dùng thiết bị nâng đưa lưới thép CQS6 vào phun bê tông.
Tuy nhiên biện pháp này chỉ ngăn được tạm thời trong ngày 06 và ngày 07/9/2001.
Đến ngày 08/9 và 09/9 do lượng mưa lớn kéo dài làm cho mực nước ngầm tăng lên

và dẫn đến sạt lở tiếp tục. Vật liệu thoát ra từ gương hầm là sét pha cát bão hòa
nước (dạng bùn) với tổng khối lượng khoảng 300m
P
3
P.