Nghiên cứu biện pháp thoát nước trong thời gian thi công đường hầm

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ nông nghiệp và ptnt
Trờng đại học thuỷ lợi





LÊ NGọC ĐẩU





NGHIÊN CứU BIệN PHáP THOáT Nớc trong thời gian
thi công đờng hầm



Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 605840


luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Trọng Hồng

Hà nội - 2013

LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình
của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp
với đề tài
“NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP THOÁT NƯỚC TRONG THỜI GIAN THI
CÔNG ĐƯỜNG HẦM”
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – GS. TS Vũ
Trọng Hồng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công Trình
Thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt
kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu khoa Đào tạo
sau đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các cán bộ của công ty Tư vấn
thủy điện sông Đà, bạn bè, gia đình và cơ quan đã tạo điều kiện về thời gian và tinh
thần giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung của
luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
.
Hà Nội, tháng 8 năm 2013

BẢN CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kì công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./.
TÁC GIẢ


Lê Ngọc Đẩu
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU 01
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THOÁT NƯỚC TRONG
QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƯỜNG HẦM
03
1.1. Tổng quan về phương pháp đào hầm 03
1.2 Tổng quan về phương pháp thoát nước 14
1.3 Tổng quan về các trường hợp có thể xảy ra trong quá trình thi công mà
cần tiêu thoát nước
15
1.4 Mối quan hệ giữa việc tiêu thoát nước và việc cung cấp nước 15
1.5 Giới thiệu phần mềm tính toán 17
1.6 Kết luận Chương I 24

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC CẦN TIÊU THOÁT KHI
THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM, PHƯƠNG PHÁP CHỐNG SẠT TRƯỢT DO
CÁC YẾU TỐ TỪ NƯỚC GÂY RA
25
2.1 Phương pháp xác định lượng nước cần tiêu thoát 25
2.2 Phương pháp chống sạt trượt do các yếu tố từ nước gây ra 29
2.3 Ứng dụng phần mềm tính toán cho việc thoát nước 33
2.4 Kết luận Chương II 34
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ BIỆN
PHÁP BỐ TRÍ THOÁT NƯỚC
35
3.1 Yêu cầu bố trí hệ thống thoát nước 35
3.2 Lựa chọn các công cụ thoát nước 39
3.3 Phân tích kết quả tính toán 42
3.4 Kết luận Chương III 50
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CỤ THỂ CHO CÔNG TRÌNH THỦY
ĐIỆN ĐĂK ĐOA
51

4.1 Giới thiệu về công trình 51
4.2 Lựa chọn các thông số tính toán 58
4.3 Phân tích kết quả tính toán 72
4.4 Kết luận chương IV 85
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1. Các thông số chính của công trình 51
Bảng 4.2. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 58
Bảng 4.3. Bảng xuất kết quả tính toán của phần mềm 70
Bảng 4.4. Bảng quan hệ giữa L và Q 79
Bảng 4.5. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 81
Bảng 4.6. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 82
Bảng 4.7. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 84
Bảng 4.8. Kiến nghị đặc trưng thấm đất đá 85
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Khiên đào đường hầm từng được sử dụng để thi công tuyến đường
Xinyi trong hệ thống tàu điện ngầm ở Đài Bắc Đài Loan
9
Hình 1.2. TBM trong đá cứng ở Hầm thủy điện Đại Ninh 10
Hình 1.3. TBM trong đá cứng kiểu Roadheader 10
Hình 1.4. Mặt cắt thiết kế Hầm dìm Thủ Thiêm 13

Hình 1.5 Lai dắt các đốt hầm dìm bằng tàu công suất lớn 13
Hình 1.6. Mô hình hóa các lớp địa tầng đất đá bằng phương pháp PTHH 18
Hình 1.7. Kết quả phân tích thấm vào đường hầm bằng phương pháp PTHH18
Hình 1.8. Kết quả phân tích thấm vào hố móng công trình 19
Hình 1.9. Phân tích chuyển vị trường chắn bằng PPPTHH 19
Hình 1.10. Mô hình lưới PTHH 3D trong phân mềm Ansys V11 20
Hình 1.11. Mô hình lưới PTHH 3D trong phân mềm Ansys V11 20
Hình 1.12. Mô hình tính thấm đường hầm trong modun SEEP/W 21
Hình 1.13. Kết quả tính thấm đường hầm trong modun SEEP/W 22
Hình 3.1. Sơ đồ thoát nước tự chảy 36
Hình 3.2. Mặt cắt rãnh tính toán 36
Hình 3.3. Sơ đồ biện pháp thoát nước bằng bơm 38

Hình 3.4. Sơ đồ tính toán hố tập trung nước 40
Hình 3.5. Biện pháp chặn nước 43
Hình 3.6. Một trong những phương pháp thoát nước ngược dốc 46
Hình 3.7. Phương pháp thứ hai thoát nước ngược dốc 46
Hình 3.8. Rãnh ngầm bằng ống lò xo mềm thoát nước thấm cục bộ ra ngoài 48
Hình 3.9. Rãnh ngầm bằng vải lọc hội tụ nước thấm diện tích lớn thoát ra
ngoài
49
Hinh 4.1. Mặt cắt tính toán của đường hầm 59
Hình 4.2 Sơ đồ khối tính toán của phần mềm 60
Hình 4.3 Mô hình tính thấm đường hầm 71
Hình 4.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm 72
Hình 4.5 Biểu đồ phân bố cột nước H 73
Hình 4.6 Biểu đồ phân bố áp lực nước lỗ rỗng 74
Hình 4.7 Biểu đồ phân bố vectơ dòng thấm 75
Hình 4.8. Bố trí hệ thống thoát nước 77
Hình 4.9. Mặt cắt rãnh thoát nước 79

1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời gian thi công đường hầm thì lượng nước thấm qua các khe
nứt của đất đá, lượng nước thải sinh ra trong quá trình thi công, lượng nước
do mưa sẽ là yếu tố làm cản trở, gián đoạn và làm tăng thời gian thi công.
Để tránh và giảm thiểu các ảnh hưởng của lượng nước này gây ra, việc bố trí
các biện pháp tiêu thoát nước hợp lý là rất cần thiết và đáng được chú trọng.
Khi áp dụng vào thực tế sẽ giúp giảm thiểu một số nguy cơ rủi ro khi thi
công đường hầm, đảm bảo đúng tiến độ, tạo sự an toàn và an tâm trong khi
thi công xây dựng.
Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong bối cảnh
xây dựng các công trình ngầm của Việt nam hiện nay nhất là khi đang triển
khai các dự án thủy điện trên cả nước.
II. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu biện pháp tiêu thoát nước khi thi công đường hầm, từ đó đề ra
biện pháp đối với các trường hợp cụ thể trong quá trình thi công đường hầm.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là toàn bộ các đường hầm nhưng chỉ đi
sâu về đường hầm thủy điện, trường hợp cụ thể là áp dụng cho đường hầm thủy
điện Đăk Đoa.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong
và ngoài nước có liên quan đến đề tài này.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính toán, bài toán
tính toán.

2
- Phương pháp thống kê, phân tích, tổng hợp và hệ thống các yếu tố ảnh
hưởng từ đó xây dựng bài toán tính toán và đưa ra các biện pháp
V. Nội dung của luận văn


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THOÁT NƯỚC TRONG
QUÁ TRÌNH ĐÀO ĐƯỜNG HẦM
1.1. Tổng quan phương pháp đào hầm
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nhiều công trình
ngầm cũng đã được xây dựng để phục vụ tối đa các mục đích của con người.
Từ trước tới nay, nhiều đường hầm đã được thi công tại Việt Nam, tiêu
biểu như đường hầm đèo Hải Vân, đường hầm qua nút giao thông ngã tư Kim
Liên, hầm Thủ Thiêm qua sông Sài Gòn, đường hầm thủy điện của các nhà
máy thủy điện và các đường hầm phục vụ các mục đích khác. Các đường hầm
đã và đang thi công tại Việt Nam cũng sử dụng nhiều phương pháp, cụ thể
phân thành hai nhóm như sau:
+ Các phương pháp thi công thông thường: Cho phép tách phá đất đá tạo
nên một khoảng trống ngầm có tiết diện với kích thước và hình dạng bất kỳ có
các phương pháp thi công: phương pháp khoan nổ mìn, phương pháp đào xúc,
máy xới, phương pháp dùng máy đào lò RH.
+ Các phương pháp thi công bằng máy: Cho phép tạo nên các khoảng
trống ngầm với tiết diện có dạng xác định (chủ yếu là hình tròn), ít biến động
trong quá trình thi công có các phương pháp thi công: Phương pháp sử dụng
máy khoan hầm TBM (loại hở và có khiên), phương pháp dùng máy đào lò
RH, dùng máy xúc, máy xới, dùng máy khiên đào SM (có đào toàn gương và
đào từng phần gương), phương pháp kích ép ống (đào hầm nhỏ).[3]

Dựa theo chu kỳ đào, có 2 nhóm phương pháp:
+ Đào theo chu kỳ: Phương pháp khoan, nổ mìn, phương pháp máy đào xúc
+ Đào liên tục: Phương pháp sử dụng máy đào từng phần, sử dụng máy
đào toàn gương (máy khoan hầm TBM và máy khiên đào SM).[3]
Đường hầm đó là kết cấu công trình ngầm, phục vụ nhiều mục đích khác

4

nhau, được xây dựng bằng những phương pháp thi công công trình ngầm đặc
biệt, nhìn chung không làm xáo trộn mặt đất. Dựa trên vị trí xây dựng hầm, có
thể chia làm 3 loại chính:
- Đường hầm qua đất mềm: Thường loại đường hầm này đặt nông, dùng
vào mục đích đường xe điện ngầm, hệ thống cấp nước và đường tiêu nước.
Con người đã chế tạo khiên để phục vụ cho đào hầm để đảm bảo khi đào đất
(bằng dụng cụ thủ công, búa máy hoặc thiết bị cắt đất), phía gương hầm cũng
như nóc hầm được khiên hỗ trợ không cho đất tràn vào khối đào. Trong
trường hợp qua đô thị còn dùng phương pháp đào hở rồi lấp lại.
- Đường hầm qua đá: Thường dùng cho đường sắt, đường cho xe cơ giới
xuyên qua núi, hầm thủy điện… Có thể dùng thuốc nổ để phá đá trong lòng
núi (phương pháp nổ mìn) hoặc dựa vào máy đào hầm (TBM).
- Đường hầm dưới nước: Vỏ đường hầm chế tạo sẵn ở trên bờ từng đoạn
rồi đưa đến vị trí hầm, được đánh chìm vào hào đã đào sẵn ở đáy sông hoặc ở
vịnh, sau đó ghép lại, bịt kín và bơm nước ra.
Như vậy đường hầm có thể xây dựng bằng nhiều cách:[3]
- Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast)
- Phương pháp đào bằng khiên (Shield-có tấm bảo vệ, hoặc khí nén)
- Phương pháp đào bằng máy đào (Tunnell boring Machine TBM)
- Phương pháp đúc sẵn mặt cắt hầm rồi dùng kích ép vào đất (Jacking Pit)
(đường hầm tập trung nước thải dưới rãnh Nhiêu Lộc-Thị Nghè, thành
phố Hồ Chí Minh)

- Phương pháp đánh chìm hầm (Immersed tubes)
- Phương pháp đào hở và lấp lại (Cut and Cover)

5

Việc lựa chọn phương pháp thi công đường hầm chủ yếu 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 kỹ thuật thi công cùng với
một số nhân tố khác nghiên cứu cân nhắc tổng hợp lại để quyết định. Trong
phạm vi của luận văn tác giả xin được giới thiệu khái quát một số phương pháp thi
công hầm như sau:
Phương pháp đào hầm bằng khoan-nổ
Phương pháp này đã được sử dụng từ thời cổ xưa, hiện nay vẫn dùng
rộng rãi để đào đá cứng với mặt cắt hầm có hình dạng bất kỳ và kích thước to
nhỏ khác nhau. Trường hợp có máy đào hầm TBM thì trong một số trường
hợp máy không thể hoạt động được hoặc chi phí đắt nên vẫn dùng phương
pháp nổ mìn để đào, thí dụ đào hầm có mặt cắt không tròn hoặc cũng mặt cắt
hầm tròn nhưng có chiều dài hầm quá ngắn, hoặc khi gặp phải cấu trúc địa
chất nứt nẻ nhiều, có đứt gãy hoặc do những điều kiện cụ thể khác như mặt
cắt gồm nhiều lớp địa chất khác nhau, đá vò nát, hoặc đá quá cứng thì phương
pháp nổ mìn ưu việt hơn hẳn so với máy đào TBM.
So với các phương pháp khác thì phương pháp này có ưu điểm là áp
dụng cho bất kỳ độ cứng của đá, cho kích thước và hình dạng bất kỳ, áp dụng
mọi kết cấu chống đỡ khung chống, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là gây
nứt đất đá xung quanh.
Các công đoạn thi công hầm theo phương pháp nổ mìn bao gồm các
công đoạn sau:
- Công tác khoan: Dùng phương pháp nổ mìn lỗ nông, tức là chiều sâu khoan
nhỏ hơn 5m. Xác định chiều sâu lỗ mìn L chính là bước tiến của hầm sau một
chu kỳ nổ

6

+ Đảm bảo các thông số về đường kính, chiều sâu, góc nghiêng theo
thiết kế.
+ Đảm bảo đủ số lượng lỗ khoan tương ứng với loại thuốc dự định sẽ sử
dụng cũng như phương tiện nổ.
- Công tác nổ mìn:
+ Xác định chiều sâu lỗ mìn.
+ Bố trí lỗ mìn (lỗ mìn tạo rãnh, lỗ mìn phá, lỗ mìn viền hoặc lỗ mìn sửa).
+ Nạp thuốc hợp lý: Đối với việc đào đường hầm thường dùng loại thuốc
ammonít No-1, nén từng thỏi 36mm, dài 13,5cm, trọng lượng 200gr; loại
ammonít No-6 dạng bột, gồm 62% loại dinamit khó bị đóng băng [3]
+ Nổ mìn.
- Công tác thông gió.
- Công tác xúc.
- Công tác vận chuyển.
- Công tác dựng kết cấu chống đỡ tạm.
- Công tác thi công vỏ hầm.
Thi công hầm theo phương pháp nổ mìn tùy thuộc cách bố trí lỗ mìn và
trình tự nổ mìn mà có các ứng dụng thi công khác nhau, cụ thể:
- Theo cách bố trí lỗ mìn:
+ Bố trí lỗ mìn tạo rãnh: bố trí giữa gương hầm nhằm tạo mặt thoáng để
hiệu quả nổ cao. Có nhiều cách bố trí tùy thuộc hướng tạo mặt thoáng.
+ Bố trí lỗ mìn phá: bố trí trên toàn bộ gương hầm nhằm phá đá. Do khối
lượng thuốc nổ hạn chế để đảm bảo xung quanh không bị nứt, nên các hàng
mìn phá được bố trí kíp nổ vi sai.

7

+ Bố trí lỗ mìn sửa hoặc lỗ mìn viền, bố trí ở chu vi gương hầm để đảm
bảo hình dáng đường viền gương hầm phù hợp thiết kế.
-Theo trình tự nổ mìn
+ Nếu bố trí nổ mìn viền (khi đá quá yếu, nứt nẻ nhiều): nổ mìn viền trước
tiên, nổ mình rãnh-nổ mìn phá cuối cùng.
+ Nếu bố trí nổ mìn sửa: nổ mìn rãnh trước tiên – nổ mìn phá-nổ mìn sửa
cuối cùng.
Phương pháp đào hầm mới của Áo (NATM)
Phương pháp thi công đường hầm mới của Áo (New Austrian Tunneling
Method- NATM) do nhà bác học người Áo là Ladislaus von Rabcewicz đề
xuất ra đầu tiên vào những năm 40 của thế kỷ trước. Phương pháp này lấy
phun bê tông và neo làm biện pháp che chống chủ yếu, thông qua giám sát đo
đạc khống chế biến dạng giới chất, tiện cho việc phát huy phương pháp thi
công dùng năng lực tự chịu tải của đất đá.[5]
Cơ sở đào: chia mặt cắt hầm thành các đoạn cân đối dạng cong, đào hầm
dẫn đỉnh trước rồi mở rộng sang hai bên và xuống dưới. Quá trình thực hiện
các công đoạn theo yêu cầu: tiến hành đào theo các phân đoạn đồng thời đo
biến dạng đất đá để thiết kế chống đỡ, đo độ đồng quy mặt cắt hầm. Chống đỡ
ngang, bê tông phun, lưới thép, neo, khung sườn thép.
Phương pháp NATM được áp dụng nhiều trong thi công hầm ở Việt
Nam, đặc biệt trong những vùng xen lẫn địa chất xấu. Ngày nay, thiết bị, kết
cấu chống đỡ và các biện pháp phụ trợ đã có nhiều cải tiến và phát triển, các
nguyên tắc của phương pháp NATM đã được triển khai và áp dụng cả đối với
địa tầng biến dạng nhiều, đất yếu và các đoạn có hình dạng hình học phức tạp.

8

Phương pháp đào bằng Khiên
Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công cơ giới
dùng khiên đào đường hầm. Vỏ khiên (Shield) là ống thép dạng lồng có thể

trượt lên nhau. Đoạn đầu ống có thiết bị che chống và đào đất, đoạn giữa của
ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đuôi của ống có thể lắp các ống
bê tông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm. Mỗi lần
khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ lắp đặt một vòng vỏ hầm dưới sự che
chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng
sau lưng các vòng bê tông để đề phòng hầm và mặt cắt lún xuống. Phản lực
đẩy khiên tiến lên do vòng bê tông vỏ hầm chịu đựng.
- Công đoạn thi công hầm bằng khiên: Dùng khiên bảo vệ, đá được đào
bằng búa khoan hơi, đá đào được băng chuyền đưa ra xe vận chuyển đi, phụt
vữa gia cố, tiếp cho lắp ghép các khối bê tông đúc sẵn.


9


Hình 1.1. Khiên đào đường hầm từng được sử dụng để thi công tuyến đường
Xinyi trong hệ thống tàu điện ngầm ở Đài Bắc Đài Loan [11]
Phương pháp đào bằng TBM
TBM là một khối thiết bị khổng lồ, giá thành cao, có thân là một ống
hình trụ, đường kính bằng đường kính hầm, đủ chiều dài để bố trí các thiết bị
bên trong như người lái, băng chuyền, hệ thống thông gió, hệ thống điện, các
kích thủy lực…TBM không chỉ đào đá mà còn hỗ trợ chống đỡ vách hầm.
- Công đoạn thi công hầm bằng TBM: Cắt đất, chuyển đất đi, chống đỡ
ngay, lắp vỏ hầm liên tục.
- Điều kiện áp dụng:
+ Đào với đá cứng, liên tục.
+ Mặt cắt hầm dạng hình tròn.
+ Thi công cần tiến độ nhanh.

10

Hình 1.2. TBM trong đá cứng ở Hầm thủy điện Đại Ninh [10]

Hình 1.3. TBM trong đá cứng kiểu Roadheader [10]
Phương pháp đào-lấp [3]
Những đường hầm đặt nông, như đường hầm thoát nước lớn, đường hầm
cho xe cơ giới và những đường hầm chuyển qua chỗ có mật độ giao thông
đông, thường được thiết kế theo phương pháp đào hở rồi lấp lại. Việc thi công
đường hầm đặc trưng theo phương pháp đào-lấp là công trình được xây dựng
trong hào đã đào sẵn, được chống đỡ “đào” và cuối cùng sẽ được lấp lại “lấp”.
Có 2 phương pháp thi công là thi công từ dưới lên (bottom-up) và thi
công từ trên xuống (top-down). Đối với chiều sâu đặt hầm từ 30 đến 40 feet
(khoảng từ 10 đến 12m) thì phương pháp này kinh tế hơn và thực tế hơn so
với kiểu đào hầm lò hoặc dùng máy đào. Trong các khu đô thị, do không gian
cho phép là hạn chế, hầm được xây dựng trong một khối đào mà vách đất
được chống đỡ bởi hệ thống tường có kết cấu chống đỡ.
• Phương pháp Bottom-up
Bao gồm các bước sau:
- Lắp tường kết cấu để chống đỡ tạm cho khối đào xuống đến đáy hố

11

móng
- Hạ thấp mực nước ngầm trong khối đào.
- Đào và lắp những bộ phận chống đỡ tạm thời.
- Thi công sàn đáy hố móng.
- Tiếp tục thi công tường, mái, màng ngăn nước phía trên đáy
- Lấp lại và khôi phục mặt đất.
•

Phương pháp Top-down:
Bao gồm các bước sau:
- Tiêu thoát hạ thấp mực nước ngầm.
- Đào móng đến dầm đáy thứ nhất, quá trình đào có chống đỡ bằng
tường bên.
- Thi công kết cấu hầm.
- Khôi phục tạm thời mặt đất để phục vụ cho giao thông.
- Tiếp tục đào xuống dầm đáy hố móng.
- Xử lý nền, tiêu nước.
- Hoàn thiện mặt đất.
Một số hầm được thi công theo phương pháp đào-lấp: kết cấu đường
hầm xe điện ngầm, những nhà ga trên tuyến xe điện ngầm, kết cấu đường xe
cơ giới ngầm, kết cấu đường hầm tiêu nước.
Phương pháp đánh chìm [3]
Đường hầm dạng ống đánh chìm là loại hầm được xây dựng dưới đường
nước chảy. Dưới đáy sông hoặc đáy biển đào sẵn một hào, những đốt hầm
dạng bê tông cốt thép hoặc dạng ống thép được chế tạo sẵn trong ụ tàu của

12

nhà máy chế tạo tàu, hoặc trong một bãi đúc rồi cho nước vào và dùng tàu kéo
đến tuyến hầm, tiến hành đánh chìm vào hào. Sau đó bơm nước ra khỏi các
đốt hầm và lắp các đệm cao su ở đốt hầm nối tiếp với nhau đảm bảo kín nước.
Gồm 9 bước:
+ Đào một hào ở đáy của đường dẫn nước;
+ Những bộ phận kết cấu của hầm được chế tạo trên khô;
+ Những đầu của đốt hầm tạm thời bịt kín bằng những lắp;
+ Những đốt hầm thường được kéo nổi đến tuyến đường hầm, hoặc phao
đỡ hoặc xà lan có trợ giúp của cần trục;
+ Từng đốt hầm được hạ dần xuống vị trí cuối cùng ở đáy của hào;

+ Lần lượt các đốt hầm thả xuống nối lại với nhau rồi bơm nước ra;
+ Áp lực nước sẽ ép tấm đệm cao su giữa 2 đầu đốt hầm, mối nối được
khép kín;
+ Lấp hầm và hào.
Ưu điểm của phương pháp đánh chìm là: Kết cấu hầm được thi công trên
khô, giảm thiểu xáo trộn đối với sông, chống được hoạt động gây chấn động,
an toàn trong thi công. Nhược điểm của phương pháp này là phần của hầm bị
lộ ra trên sông/đáy biển dễ gặp rủi ro cho các tàu khác va vào hoặc bị quăng
neo tàu. Để đề phòng rủi ro trên người ta phải thi công lớp gia tải trên nóc
hầm có chiều dày tối thiểu 3m.
- Ý tưởng đầu tiên về công nghệ hầm dìm được đưa ra bởi Charles Wyatt và
John Hawkins (Anh) vào năm 1810, đến năm 1893 hầm dìm đầu tiên trên thế
giới được xây dựng tại Boston là hầm thoát nước dài 100m với đường kính
nhỏ hơn 3m.

13


Hình 1.4. Mặt cắt thiết kế Hầm dìm Thủ Thiêm [11]

Hình 1.5. Lai dắt các đốt hầm bằng tàu công suất lớn [12]

14

1.2. Tổng quan về phương pháp thoát nước
- Trong phạm vi luận văn này tác giả chỉ nghiên cứu phương pháp thoát nước
ứng với phương pháp đào hầm bằng nổ mìn.
- Trong quá trình thi công các đường hầm, việc thoát nước là công tác quan
trọng, tạo điều kiện cho công tác thi công công trình trong đường hầm được
thuận lợi.

- Tùy theo lưu lượng của nước vào hầm người ta chia ra: nước nhỏ giọt từ
vòm và vách hầm, chảy thành dòng dọc theo hầm (≤0.5 m
3
/h); Nguồn nước
cục bộ và vùng ngậm nước (>5 m
3
/h). Ngoài ra trong quá trình thi công, nước
sử dụng trong quá trình thi công cũng khá lớn (nước chống bụi, nước rửa
đá…) lưu lượng của chúng có thể tới 4,5-5 m
3
/h. Vì thế lượng nước tổng cộng
cần thoát trong một số trường hợp có thể đạt tới 20 m
3
/h hoặc hơn, điều đó
thường gây khó khăn cho công tác thi công. [4]
- Khi tổng lưu lượng nước theo tuyến công trình ≤ 30-40 m
3
/h và hầm có độ
dốc về phía cửa thì người ta làm rãnh tự chảy. Kích thước chiều rộng thường
từ 0,4 – 0,7m và chiều sâu lên tới 0,7 m. Thông thường sử dụng một rãnh đạt
ở một bên vách hang và đậy bằng tấm nắp để có thể làm sạch rãnh theo chu
kỳ trong thời gian sử dụng. Khi có độ dốc ngược thì người ta làm rãnh tự chảy
về phía gương sau đó đưa ra ngoài bằng bơm với việc sử dụng sơ đồ thoát
nước hai giai đoạn. Với sơ đồ này nước từ gương đưa về hố thu bằng các bơm
di chuyển theo gương, còn từ hố thu đưa ra ngoài theo đường ống bằng các
bơm đặt cố định ở trạm. Máy bơm thường dự trữ 100%. Trường hợp gặp khó
khăn nước ngầm khi đổ bê tông phải dùng giếng khoan sâu để hạ thấp mực
nước ngầm hoặc chuyển sang chỗ khác.

15

1.3. Tổng quan về các trường hợp có thể xảy ra trong quá trình thi công
mà cần tiêu thoát nước
a. Thoát nước thấm do mưa
Lượng nước mưa trên mặt đất sẽ thấm qua đất đá ở thân hầm.
b. Thoát nước ngầm
Nếu mực nước ngầm cao, trong quá trình thi công phải tìm cách tập
trung nước thấm để tiêu ra ngoài.
Cá biệt gặp các túi nước cục bộ cũng cần có biện pháp xử lý.
c. Thoát nước thải do quá trình thi công
Trong quá trình thi công đường hầm sẽ sinh ra lượng nước thải cần tiêu
thoát: Nước chống bụi, nước rửa nền và đá…
d. Thoát nước do sự cố
Khi có sự cố về cấp nước như đường ống cấp nước bị vỡ, bể chứa nước
rò rỉ sẽ sinh ra lượng nước cần tiêu thoát.
1.4. Mối quan hệ giữa việc tiêu thoát nước và việc cung cấp nước
1.4.1 Cấp nước
Trong công tác khoan sẽ sinh ra lượng bụi lớn, một trong những phương
pháp làm giảm lượng bụi này là phun nước, phần lớn lượng nước phun vào,
trừ một số bốc hơi, số còn lại đòi hỏi phải tiêu ra khỏi gương hầm. Lượng
nước cấp trong công tác khoan theo kinh nghiệm khoảng 100l/phút.
Theo kinh nghiệm thì lượng nước để rửa nền và vách đá khoảng
100l/phút (nhiều nhất là 200l/phút).[9]
Khi xe máy vận chuyển đất đá thải thì lượng nước thấm trong đất đá
cũng thoát ra, xong chiều dài vận chuyển ngắn <1km thì không đáng kể.
Trong quá trình thi công vỏ, lượng nước thoát qua vỏ rơi xuống gương

16

đào, nước thải sinh ra trong quá trình thi công vỏ cần phải thoát ngay để tạo ra
môi trường khô, sạch thuận lợi cho thi công, tăng sự ổn định cho vách đào.
Lượng nước dùng trong công tác thi công vỏ hầm tối đa khoảng 200l/phút.[9]
Trong thi công vỏ bê tông thì bao gồm những lượng nước cần phải cung
cấp gồm nước để rửa cốt pha, nước để rửa vết bẩn ở thành, vách hầm, nước để
dưỡng hộ bê tông…
Vậy xác định lượng nước cấp tối đa cho các công đoạn trên theo kinh
nghiệm nhiều công trình là 300l/phút.
1.4.2 Thoát nước
Trong quá trình thi công lượng nước thấm trong đường hầm phụ thuộc
nhiều vào mực nước ngầm, vào cấu tạo địa chất, vào diện tích của khối đào…
Đối với trường hợp đất đá mềm yếu thì lượng nước thấm đều xung
quanh hầm theo kinh nghiệm có thể tới 0,3 m
3
/phút/km.[9]
Đối với đá ít nứt nẻ thì nước thấm chủ yếu tập trung ở những túi cục bộ.
Nếu gặp nước ngầm có áp thì lượng nước thấm rất lớn có thể tới 200l/phút.
Đối với môi trường đá ít nứt nẻ, có túi nước cục bộ thì phải giảm áp lực
nước ngầm lên vách hầm. Dạng phổ biến của thoát nước lỗ là thoát nước cục
bộ, nó có kết cấu chung là thoát nước bằng các ống bố trí trong phần vòm
hầm và hai bên tường thậm chí ở cả dưới nền hầm, với khoảng cách 3x3m.
Theo các ống này sau khi phun bê tông gia cố vách hầm nhờ lỗ thoát nước mà
áp lực thấm bên trong vỏ hầm giảm hoàn toàn. Có trường hợp lượng nước
không lớn thì người ta phun bê tông lấp đầy.
Ngoài ra có những trường hợp người ta phải khoan sâu nếu phát hiện ra
những túi nước cục bộ lớn ở phía trước gương hầm, những túi nước này
thường có áp suất lớn.

17

Vì trong quá trình đào hầm thì đường vào cửa hầm thường dốc xuống và
để hở cho nên lượng mưa rơi xuống tập trung chảy vào cửa hầm, lượng mưa
này được tính theo cường độ mưa và diện tích của lưu vực.
1.4.3 Mối quan hệ giữa cấp nước và thoát nước
Việc cấp nước thường tính theo tiêu chuẩn đối với mỗi xe máy. Lượng
nước mà xe máy thải ra ít hơn, có thể lấy 70% lượng nước cấp.
Theo kinh nghiệm thì lượng nước cấp để rửa nền và vách đá khoảng
100l/phút (nhiều nhất là 200l/phút). Lượng nước thải ra tính bằng 90% giá trị
nước cấp.
Lượng nước thải ra do lượng nước để chống bụi sau khi nổ mìn có thể
ước tính khoảng 70% lượng nước cấp.
Đối với trường hợp nước mưa thì người ta phải làm các rãnh ngăn cách
trước cửa hầm và dẫn đến hố tập trung để bơm đi hoặc điều kiện địa hình cho
phép thì làm đường nước thải nước chảy tự nhiên theo rãnh.
1.5 Giới thiệu phần mềm tính toán
Những năm gần đây, có rất nhiều chương trình tính toán phân tích thấm
và ổn định dựa trên phương pháp số, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn
(PTHH) đã giúp cho việc giải các bài toán thấm trở nên chính xác, hiệu quả
và nhanh chóng hơn, nhất là đối với các công trình lớn. Có thể kể đến một số
chương trình như: Modun tính toán thấm SEEP/W trong bộ Geostudio
Version 2007, Ansys, Modflow, Phase….
Dưới đây là một số hình ảnh mô hình tính toán các bài toán thường gặp
trong thực tế:


18


Hình 1.6. Mô hình hóa các lớp địa tầng đất đá bằng phương pháp PTHH

Hình 1.7. Kết quả phân tích thấm vào đường hầm bằng phương pháp PTHH