Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng địa chất yếu

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu và mục đích của đề tài 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG VÙNG ĐỊA
CHẤT YẾU 4
1.1. Đặc điểm thi công đường hầm 4
1.1.1. Chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện địa chất và địa chất thủy văn 4
1.1.2. Phương pháp thi công 5
1.1.3. Tổ chức thi công 6
1.2. Những sự cố thường gặp thi công đường hầm qua địa chất yếu 7
1.2.1. Sự cố đường hầm trên thế giới 9
1.2.2. Các sự cố đường hầm trong nước 11
1.3. Ảnh hưởng của biện pháp xử lý đến tiến độ thi công 17
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐỊA CHẤT YẾU TRONG ĐƯỜNG HẦM . 18
2.1. Các phương pháp đào đường hầm 18
2.1.1. Phương pháp khoan nổ truyền thống: 20
2.1.2. Phương pháp NATM. 21

2.2. Các biện pháp xử lý khi gặp vùng địa chất yếu. 23
2.2.1. Vì chống thép 25
2.2.2. Gia cố dạng treo 26
2.2.3. Gia cố trước 35
2.3. Phương pháp xác định thời thời gian cho các công đoạn đào hầm 41
2.3.1. Công đoạn đào 41
2.3.2. Công đoạn xúc chuyển 43
2.3.3. Chống đỡ tạm. 45
2.3.4. Công đoạn xây vỏ đường hầm 47
2.3.5. Tốc độ đào hầm. 49

CHƯƠNG 3. BIỆN PHP ĐY NHANH TIẾN Đ THI CÔNG ĐƯ ỜNG HẦM
KHI QUA VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 51
3.1. Phương pháp lập tiến độ thi công trong đào đường hầm 51
3.2. Các biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng địa chất
yếu 52
3.2.1. Khoan lỗ thăm dò 52
3.2.2. Lựa chọn biện pháp chống đỡ hợp lý. 53
3.2.3. Tăng chiều dài đường hầm trong một chu kỳ khoan nổ 54
3.2.4. Dự báo các sự cố có thể xảy ra khi gặp địa chất yếu và đề ra giải pháp 54
3.2.5. Công tác chuẩn bị 56
3.3. Bài toán về giải pháp chống đỡ. 57
3.3.1. Đặc trưng ổn định của các đường hầm đào trong khối đá yếu 57
3.3.2. Biểu hiện biến đổi theo thời gian của đá 69
3.3.3. Lựa chọn kết cấu chống đỡ 71
CHƯƠNG IV: P DỤNG CHO MT ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN 103
4.1. Giới thiệu về thủy điện Buôn Kuốp 103
4.2. Các phương pháp thi công 108
4.2.1. Công tác khoan nổ 108
4.2.2. Công tác bốc xúc gương hầm 108
4.2.3. Công tác gia cố hầm 109
4.3. Ứng dụng nghiên cứu trên đề ra giải pháp 110

4.3.1. Khoan thăm dò 110
4.3.2. Chọn giải pháp chống đỡ 110
4.3.3. Tăng chiều dài đường hầm trong một chu kỳ khoan nổ. 114
4.3.4. Công tác dự phòng 117
4.3.5.Công tác chuẩn bị 117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118
KẾT LUẬN 118
KIẾN NGHỊ 120

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Biểu đồ tỷ lệ các dạng phá hủy xảy ra trong đường hầm trên thế giới 8
Hình 1.2. Đường hầm thoát nước Hull, Anh,1999 9
Hình 1.3. Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000 11
Hình 1.4. Sạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 12
Hình 1.5. Sạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 12
Hình 1.6. Sạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 14
Hình 1.7. Sạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 14
Hình 1.8. Sạt sụt tại lý trình K0+5 hầm 2, thủy điện Buôn Kuốp 15
Hình 2.1. Các phương pháp thi công ngầm 18
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát phương pháp thi công ngầm 19
Hình 2.3. Phương pháp khoan nổ truyền thống 21
Hình 2.4. Trình tự thi công NATM 22
Hình 2.5. Vì chống thép 25
Hình 2.6. Máy phun bê tông 29
Hình 2.7. Neo gia cố trước 36
Hình 2.8. Sơ đồ bố trí ống thép 37
Hình 2.9. Thi công một ô(vòm) bảo vệ bằng ống thép 37
Hình 2.10. Ống thép vượt trước 39

Hình 2.11. Phụt vữa gia cố trước 40
Hình 3.3. Phân loại khối đá theo Bieniawski. 62
Hình 3.4. Phân loại khối đá theo Grimmstad và Barton 64
Hình 3.5. Biểu hiện biến dạng dòn, dẻo 68
Hình 3.6. Khối đá bị nén ép xung quanh đường hầm gây phá hủy khung chống 70
Hình 3.7.Các thành phần cơ bản của phương pháp đường đặc tính 75
Hình 3.8. Đường hầm tiết diện tròn đào trong khối đá tuân theo tiêu chuẩn bền
Mohr-Coulomb chịu trạng thái ứng suất thủy tĩnh và áp lực bên trong (Carranza-

Torres, 2003) 85
Hình 3.9. Hệ thống chống đỡ bằng vì thép hình và vỏ bê tông 90
Hình 3.10. Đường cong biến dạng tải trọng điển hình của neo xác định bằng thí
nghiệm kéo một thanh neo cơ học dài 2m, đường kính 2.5cm 91
Hình 3.11. Ảnh hưởng của kết cấu chống hỗn hợp 93
Hình 3.12. Quy trình xác định giải pháp đào và chống giữ đường hầm 94
Hình 3.13. Sơ đồ dự đoán biểu hiện mất ổn định của đường hầm, biến dạng biên
hầm dự kiến và loại hình kết cấu chống sử dụng 96
Hình 3.14. Phân loại mức độ biến dạng theo Hoek (2000) 97
Hình 3.15. Biểu đồ xác định trị số áp lực chống giữ yêu cầu tương ứng với các trị số
biến dạng khác nhau của đường hầm tiết diện trong trong trạng thái ứng suất thủy
tĩnh (Hoek, 1998) 100
Hình 3.16. Lựa chọn loại hình kết cấu chống theo trị số áp lực chống giữ yêu cầu
101
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Những sự cố thường gặp trong thi công hầm qua địa chất yếu 7
Bảng 2.1. Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá) 23
Bảng 2.2. Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm 24

Bảng 2.3. Tác dụng và hiệu quả của neo 27
Bảng 2.4. Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun 32
Bảng 2.5. Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun tăng cường sợi thép 35
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp một số sự cố 55
Bảng 3.2. Các hệ thống phân loại khối đá điển hình 59
Bảng 3.3. Các nhóm khối đá theo Barton, Lien và Lunde 64
Bảng 3.4. Trị số ứng suất vòng σz phụ thuộc vào trị số k0 67
Bảng 3.5. Dự kiến biểu hiện mất ổn định đường hầm và loại hình kết cấu chống
thích hợp . 99

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển chung của đất nước, năng lượng điện ngày càng trở thành
một nhu cầu cấp thiết cho xã hội. Trong điều kiện tự nhiên của Việt Nam là một
nước có hệ thống sông ngòi lớn và đa dạng, rất phù hợp với việc phát triển các công
trình thuỷ điện thì năng lượng từ thuỷ điện sẽ đóng một vai trò rất lớn trong hệ
thống chế tạo năng lượng điện của nước ta. Tổng kết các nghiên cứu về quy hoạch
thuỷ điện ở nước ta cho thấy tổng trữ năng lý thuyết của các con sông đựơc đánh
giá đạt 300 tỷ KWh/năm.
Tuy nhiên việc xây dựng các công trình thủy điện gặp những khó khăn nhất định,
bởi ở những nơi địa hình - địa chất tốt các công trình cũ đã được xây dựng, các công
trình mới đôi khi phải đặt ở những vùng có địa chất yếu, đặc biệt là với công trình
đường hầm thuỷ điện thường trải dài qua các vùng địa chất khác nhau.
Trong quá trình thi công xây dựng đường hầm thuỷ điện qua vùng có địa chất yếu
luôn gắn liền với nguy cơ xảy ra các sự cố dẫn tới thiệt hại về người, là nguyên
nhân chính làm chậm tiến độ thi công và tăng giá thành công trình. Vì vậy việc xử
lý địa chất yếu trong công trình hầm thuỷ điện là một vấn đề cấp bách hiện nay.
Xử lý địa chất yếu trong hầm thuỷ điện khác với các công trình hở truyền thống.
Khi đi qua vùng địa chất yếu cần đề ra biện pháp chống đỡ kịp thời.
Ứng với mỗi điều kiện địa chấ
t khác nhau cần đề ra những biện pháp thi công thích
hợp. Do hiện trường chật chội lại phải đồng thời tiến hành nhiều công đoạn nên việc
đẩy nhanh tiến độ là vô cùng khó khăn. Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu ra biện
pháp thi công khoa học bảo đảm dây chuyền công tác nhịp nhàng, chặt chẽ, đồng
bộ.
“Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua
vùng có địa chất yếu” trên cơ sở công nghệ thi công khắc phục vùng địa chất yếu
và biện pháp thi công khoa học là thiết thực và không thể thiếu trong giai đoạn hiện
nay.

2

2. Mục đích nghiên cứu và mục đích của đề tài
Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng có
địa chất yếu làm rõ các nội dung sau:
1. Tổng quan về giải pháp xử lý địa chất yếu trong thi công đường hầm.
2. Nghiên cứu về công nghệ thi công khi đào qua vùng địa chất yếu.
3. Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công.
4. Ứng dụng tính toán cụ thể cho một dự án trong thực tế.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đường hầm thủy điện.
Phạm vi nghiên cứu:
Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận:
Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu:
Hiện nay nhu cầu xây dựng đường hầm thủy điện ở nước ta là rất lớn. Nhiều công
trình phải đi qua vùng địa chất yếu cần xử lý kịp thời để tránh xảy ra sự cố gây thiệt
hại về người, vật chất và làm chậm tiến độ thi công.
Tiếp cận trên cở sở đảm bảo nhu cầu hiện hành:
Hiện nay Việt Nam chỉ có tiêu chuẩn thiết kế, thi công đường hầm theo quy phạm
của Liên Xô cũ, trong đó còn thiếu phần tiêu chuẩn cho đường hầm qua vùng địa
chất yếu.
Tiếp cận với thực tiễn công trình:
Trong thực tiễn xây dựng hiện nay các đường hầm qua vùng địa chất yếu đều bị
chậm tiến độ thi công do biện pháp xử lý hoặc do sự cố xảy ra. Do vậy đề tài sẽ giải
quyết các yêu cầu trên.
Phương pháp nghiên cứu:
3

Phương pháp thu thập thông tin:
Thu thập từ các đề tài, dự án liên quan đến xử lý địa chất yếu trong đường hầm.
Thu thập từ mạng internet và các nguồn khác.
Phương pháp đối chứng:
Sau khi thực hiện xong kết quả nghiên cứu, đem kết quả so sánh với thực tiễn công
trình.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG
VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU
1.1. Đặc điểm thi công đường hầm
Đường hầm là loại công trình được xây dựng ngầm dưới mặt đất, bản thân đường
hầm chỉ là một không gian dài, nằm ngang hoặc gần nằm ngang, tiếp xúc với mặt
đất ở hai đầu hầm. Do vậy thi công đường hầm có những đặc điểm khác so với thi
công các công trình trên mặt đất.
Thuật ngữ “Đường hầm thủy điện” nói chung là những đường hầm dùng để đưa
nước từ nguồn tự nhiên hoặc nhân tạo đến nhà máy và chuyển nước từ nhà máy ra.
Công trình đường hầm thủy điện thường được đào qua núi trên một tuyến dài nằm
ngang và đi qua nhiều khu vực địa chất khác nhau. Việc hầm phải đi qua một khu
vực địa chất yếu nào đó trên tuyến là khó tránh khỏi.
Do đó đường hầm thủy điện thường có những đặc điểm sau:
1.1.1. Chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện địa chất và địa chất thủy văn
Địa chất công trình có ý nghĩa quyết định đối với việc chọn tuyến và vị trí đặt công
trình ngầm và kết cấu của nó. Ngoài ra nó còn quyết định tới phương pháp thi công,
tiến độ thi công và giá thành công trình. Chi phí và tính khả thi của dự án bị chi
phối rất lớn bởi địa chất và địa chất thủy văn.
Trong thi công hở các hố khoan thăm dò được tiến hành trực tiếp trên móng công

trình. Còn trong thi công ngầm thì các hố khoan không trực tiếp vào gương đào mà
chỉ nằm trên nóc hầm. Mọi chỉ tiêu tính toán thiết kế đều suy từ các nõn khoan trên,
nên rất dễ dẫn đến sai lầm.
Công tác khoan thăm dò, xác định địa chất của tuyến hầm không thể dọc theo tuyến
và chỉ có tính chất điểm nên việc xác định chính xác các khu vực địa chất yếu gây
bất lợi cho công trình thường không đầy đủ.
Trong thi công đường hầm yêu cầu khảo sát địa chất nhiều hơn, chi tiết hơn so với
kỹ thuật nền móng trong thi công hở. Phải hiểu cả địa chất khu vực, kể cả địa mạo
thể hiện kiến tạo (nếp lồi và nếp lõm).
5

Khi nghiên cứu cấu trúc địa chất của vùng và điều kiện xây dựng công trình cần làm
rõ thành phần thạch học (khoáng vật và hóa học), các đặc điểm trầm tích (cấu trúc
và nguồn gốc), đặc điểm cấu tạo (thế nằm và phân bố của các phần), sự phổ biến, độ
lớn và thế nằm của các khối đá núi khác nhau, tính bảo tồn và mức độ phong hóa
của chúng. Sự tồn tại, đặc trưng và xu thế của cấu trúc uốn nếp và kiến tạo khác
nhau, vùng bị cà nát, các hang Karst, đặc trưng và xu thế của các hệ thống khe nứt
chính, khả năng trương nở của đá núi. Các điều kiện về chỉ tiêu kỹ thuật thay đổi ở
phạm vi rộng như thời gian, mùa, tốc độ và hướng chất tải đôi khi rất bất thường.
Sự tồn tại của các túi nước dưới đất, sự phân bố và tính ổn định của chúng, tính
thấm nước của đá núi (hệ số thấm), phân bố của áp lực nước ngầm theo tuyến
đường hầm, tính chất hóa học và tính xâm thực của nước, khả năng và hệ quả mối
liên hệ của nước ngầm và nước mặt trong thời gian xây dựng và khai thác công
trình ngầm. Nước ngầm là điều kiện khó khăn nhất, đặc biệt nước ngầm có áp rất
khó xử lý (thực tế đã gặp nước ngầm trên 100atm), dự báo nước ngầm trong quá
trình thi công là rất khó khăn.
Trong quá trình thi công phải yêu cầu kiểm tra địa chất, địa chất thủy văn trước khi
đào, trong quá trình đào, sau khi xây dựng vỏ hầm. Luôn đối chiếu sự phân tầng địa
chất, những điểm xuất hi
ện dòng nước ngầm (lượng và áp lực) và những điều kiện

thực tế gặp phải trong quá trình đào với các số liệu dự báo của đơn vị địa kỹ thuật
để điều chỉnh về thiết kế kết cấu, về phương pháp thi công.
Ngoài ra còn phải xem xét tới tính chứa khí của đá núi (khả năng thoát khí hay phụt
khí cùng với đất đá), các điều kiện địa nhiệt, tính cơ lý của đá núi của đá núi có xét
tính nứt nẻ, độ ẩm, phong hóa (độ bền, tính biến dạng, các thông số chống cắt…).
Trạng thái ứng suất - biến dạng của đá núi ở vùng có công trình (có xét đến ảnh
hưởng của hoạt động động đất của vùng xây dựng và hoạt động kiến tạo mới nhất).
1.1.2. Phương pháp thi công
Kỹ thuật đào ngầm luôn khác so với kỹ thuật đào hở do điều kiện các lực mới xuất
hiện phải chống đỡ. Khối lượng đào trong thi công công trình ngầm rất lớn: đào
thân hầm, hầm giao thông, hầm thông gió, xử lý tiếp cận cửa vào, mở thêm cửa
6

hầm, các giếng thăm dò.
Đường hầm thủy điện thường là đường hầm qua núi nên phương pháp thi công chủ
yếu là phương pháp khoan nổ. Trong một vài trường hợp có thể sử dụng máy đào.
Khi thi công đường hầm trong địa chất yếu khối đá yếu luôn đòi hỏi chống đỡ kịp
thời. Vì vậy vấn đề cần lưu ý nhất là phương phương pháp chống đỡ tạm. Phương
pháp chống đỡ tạm có ý nghĩa quyết định đến việc thành công của đào đường hầm.
Ứng với mỗi phương pháp đào, chống đỡ tạm đường hầm thì luôn đòi hỏi thiết bị
chuyên dụng riêng để thực hiện như: Máy khoan có nhiều mũi, có thể thay đổi cần
khoan theo chiều cao, dài, góc; Máy phun vữa bê tông dạng khô, dạng ướt; máy đào
trong đường hầm; máy xúc trong đường hầm
1.1.3. Tổ chức thi công
Công tác tổ chức thi công trong đường hầm bị hạn chế bởi bề mặt công tác. Đường
hầm chỉ có hai mặt công tác là cửa vào và cửa ra, mọi công việc phải tiến hành
trong đường hầm nên tốc độ thi công bị hạn chế. Việc liên hệ giữa đường hầm với
các xí nghiệp mặt đất chỉ qua hai cửa hầm, rất khó cho việc tăng thêm thiết bị, tăng
thêm người, tăng thêm vật tư vì không gian hẹp.
Khi thi công đường hầm qua vùng địa chất yếu việc tăng thêm thiết bị, nhân lực, vật

tư là điều khó tránh khỏi. Một vấn đề thường thấy khi thi công đường hầm qua địa
chất yếu đó là thiết bị, vật tư và nhân lực có khả năng để xử lý loại địa chất yếu
ngoài dự kiến thường thiếu hoặc chuẩn bị không đầy đủ. Hậu quả là tiến độ thi công
luôn bị kéo dài.
Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu thường có phương pháp thi công khác với
toàn tuyến. Dẫn đến việc tổ chức thi công phải thay đổi về bố trí hiện trường, tiến
độ kế hoạch thi công, quản lý kế hoạch, quản lý kỹ thuật Nếu công tác chuẩn bị
không đầy đủ có thể dẫn tới bị động trong quá trình tổ chức thi công.
Đối với các đường hầm trong thủy điện toàn bộ việc tổ chức thực hiện thi công
đường hầm sẽ phụ thuộc vào vào bảng thời gian thi công của cả hệ thống công trình
thủy điện. Nếu có một đập lớn, đường hầm sẽ được lập tiến độ hoàn thành trong
một đến hai năm trước khi xong đập, sao cho có khả năng tích nước càng nhanh
7

càng tốt, cũng có thể làm xong ngay trước khi đập được hoàn thành. Khi đó việc
kéo dài thời gian thi công khi đường hầm gặp địa chất yếu sẽ là một vấn đề bất lợi
lớn. Nó có thể sẽ làm ảnh hưởng đến tiến độ của toàn bộ hệ thống.
1.2. Những sự cố thường gặp thi công đường hầm qua địa chất yếu
Sự cố trong thi công đường hầm là những biểu hiện, sự kiện làm thay đổi thậm chí
phá vỡ hoàn toàn chức năng sử dụng của các hạng mục, kết cấu của đường hầm
cũng như làm thay đổi trình tự thi công các hạng mục đã được dự kiến trước đó.
Nguyên nhân chủ yếu của sự cố trong đường hầm qua địa chất yếu là khối đào đòi
hỏi chống đỡ vượt khả năng của kết cấu gia cố tạm hoặc gia cố vĩnh cửu.
Bảng 1.1. Những sự cố thường gặp trong thi công hầm qua địa chất yếu
Hiện tượng Hậu quả Sơ đồ
Tróc lở đất (đá bở rời)
Vùi lấp người,
máy móc

Mất ổn định gương đào

Vùi lấp người,
máy móc

Sập lở đến mặt đất
Gây gián đoạn thi
công, tác động
đến mặt đất

Lún mặt đất
Trên mặt đất:
xuất hiện vết nứt.
Nhà, tuy nen: nứt
nẻ, sập đổ

Chảy từ thấu kính cát -
hiện tượng cát chảy
Nguy hiểm cho
người, máy móc;
Gây mất ổn định
tiếp theo

8

Phá huỷ nền, hoặc phá
hủy phần nền khi đào
phần vòm
Gây sụt lún, tác
động bất lợi đến
các giai đoạn thi
công sau, sập vòm

Nén ép mạnh phía chân
nền
Nguy hiểm cho
người, máy móc;
gây mất ổn định
tiếp theo


Theo kết quả thống kê thì dạng sự cố phá hủy đến mặt đất là chiếm phần lớn trong
các dạng sự cố xảy ra trên thế giới. Tuy nhiên sự cố này thường kết hợp với hiện
tượng nước chảy vào công trình. Do đó, phần nước chảy vào công trình trong thực
tế lớn hơn.


Hình 1.1. Biểu đồ tỷ lệ các dạng phá hủy xảy ra trong đường hầm trên thế giới
(Sự cố kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm dự báo, phòng ngừa và khắc phục
– TS.Nguyễn Văn Quyển)
Từ biểu đồ có thể thấy rằng sụt đổ công trình ngầm và phá hủy đến bề mặt chiếm
đến 80% các sự cố xảy ra. Các hiện tượng này chủ yếu do khối đất đá yếu đòi hỏi
phải chống đỡ.
9

1.2.1. Sự cố đường hầm trên thế giới
Đường hầm thoát nước tại Hull, Anh, 1999:
Để thi công đường hầm thoát nước dài 10,5 km trong khu vực phía đông của Hull,
người ta sử dụng một máy khiên cân bằng áp lực đất, đường kính 3,85m. Vỏ chống
phía trong của đường hầm là bê tông cốt thép lắp ghép (tubin). Trong một chu trình
đào, gần ngay giếng khởi hành (giếng bắt đầu để đẩy máy khiên đào) vỏ hầm phía
nền đã bị biến dạng. Nước và cát đã chảy vào hầm qua khe hở của vỏ tubin. Để

tránh gây sập lở người ta đã làm ngập toàn bộ đoạn hầm. Do khối đất tụt lở vào
trong đường hầm nên đã gây ra lún sụt trên mặt đất, gây hư hỏng đáng kể các ngôi
nhà, đường phố và hệ thống cấp nước. Kết quả đo đạc cho thấy rằng tại vị trí xảy ra
sự cố các đường hầm đã lún sụt sâu đến 1,2m về phía máy khiên đào. Vì vậy máy
khiên đào cũng bị bỏ lại.
Công tác điều tra đã cho thấy rằng, khi đẩy đầu đào đã gây biến động cao độ của
mực nước ngầm. Điều này dẫn đến hiện tượng dịch chuyển đường hầm theo phương
thẳng đứng mà đã không được tính đến trước đó. Dịch chuyển này đã làm mở rộng
khe nối giữa các tấm tubin và đã khiến cho nước, cát chảy vào trong đường hầm.

Hình 1.2. Đường hầm thoát nước Hull, Anh,1999

10

Sự cố kỹ thuật tại đường hầm Zimmerberg
Đường hầm dài 700m đào trong đất mềm chủ yếu là băng tích, sỏi cuội nguồn gốc
song, trầm tích hồ, phía dưới là lớp đá gốc (đá bùn, đá cát kết) . Lớp đất cuội sỏi
sông có lẫn cuội tảng lớn nằm giữa gương và đất cắt của máy đào. Lớp đất này có
tính thấm lớn (hệ số thấm k =10
-3
m/s)trong khi lớp trầm tích hồ lại thể hiện tính
thấm rất thấp. Trong lớp đất băng tích, mực nước ngầm ngang với cao độ đỉnh hầm
và giảm xuống nằm phía dưới đỉnh hầm khoảng 4m tại khu vực Portal Lochergut.
Dọc theo toàn bộ chiều dài, đường hầm xây dựng phía dưới các công trình bề mặt.
Đặc biệt tòa nhà SSF nằm trực tiếp ngay trên nóc đường hầm . Tầng garage ngầm
của tòa nhà trong phạm vi mặt cắt ngang đường hầm dự kiến, đòi hỏi phải dỡ bỏ
tầng ngầm dưới cùng cũng như toàn bộ hệ thống cọc đỡ móng của tòa nhà.
Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000
Khi xây dựng tuyến tàu điện ngầm ở Taegu đã gặp phải tai nạn nghiêm trọng vào
ngày 22 tháng 1 năm 2000. Sự cố gây phá hủy một tường hào nhồi đã dẫn đến trượt

lở một phần hào thi công ga và đã vùi một xe buýt. Ba hành khách bị chết và lái xe
bị thương nặng, các ngôi nhà ở vùng lân cận bị hư hỏng nặng.
Nguyên nhân được phát hiện là khi thiết kế đã không chú ý đến một trường hợp tải
trọng, do không chú ý hết điều kiện của khối đất nền. Đó là biến động mạnh của
mực nước ngầm đã gây ra dịch chuyển của các lớp cát, cuội không được khảo sát.
Trường hợp tải trọng này đã không được tính đến khi thiết kế tường hào bê tông.

11


Hình 1.3. Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000
1.2.2. Các sự cố đường hầm trong nước
Đường hầm Buôn Kuốp:
Buôn Kuốp là dự án thủy điện lớn thuộc địa bàn tỉnh Đăk Lăk. Chủ đầu tư là tổng
công ty điện lực Việt Nam. Đơn vị thiết kế là công ty tư vấn xây dựng điện 2. Tổng
công ty cổ phần xuất nhập khẩu và xây dựng Việt Nam đảm nhận thi công tuyến
đường hầm của dự án với tổng chiều dài của hai đường hầm là 8600m, đường kính
đào trung bình là 4m.
Do đặc điểm địa chất khu vực này phức tạp, đá bột kết hệ tầng La Ngà với đặc điểm
là uốn nếp, góc dốc 40÷70
0
, tồn tại nhiều đứt gãy có góc cắm dốc đứng dọc theo
đường hầm.
Sạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1:
Sau khi đào được 35m đường hầm số 1 (hướng từ cửa lấy nước vào), công tác gia
cố bằng vì chống được tiến hành đến sát gương hầm. Sau 2 tháng tạm dừng thi công
hầm số 1 để thi công đào hầm 2. Ngày 06/01/2005, nhà thầu tiếp tục triển khai công
tác đào hầm tại hầm số 1. Sự cố xảy ra ngay khi tiến hành khoan gương, hai khối đá
có thể tích khoảng 5m
3

đã tách khỏi mặt gương bên trái rơi thẳng vào thiết bị khoan.
Sự cố xảy ra làm chết một người và hư hỏng một máy khoan.
12



Hình 1.4. Sạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp
Sạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1:
Tại lý trình K0+40 đường hầm số 1 do chiều dày lớp đá cứng 1B mỏng hơn so với
tài liệu thiết kế, đồng thời lớp đá IB bị cà nát vỡ vụn. Ngày 18/01/2005, khi tiến
hành cào mặt gương đất đá vỡ vụn đã sụt lở từ đỉnh vòm vào trong hầm. Quá trình
sụt lở phát triển hình thành lên một phễu sụt trên mặt cơ 430 cách đỉnh vòm 28m.
Do dấu hiệu đá bị bóc tách long rời, nên người và thiết bị đã di chuyển kịp thời vì
vậy không thiệt hại về người và thiết bị tuy nhiên đã mất 4 tháng để khắc phục sự
cố.

Hình 1.5. Sạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp
13

Sạt sụt tại lý trình K5+58 hầm số 1:
Ngày 16/06/2006 đường hầm số 1 đào đến lý trình K5+58(đây là vị trí chuyển tiếp
từ hầm ngang sang hầm nghiêng), công tác gia cố bằng vì chống đổ bê tông chèn
gia cố đến lý trình K5+54 (Gia cố cách mặt gương 4m).
Sau thời gian 3 tháng, đến ngày 16/09/2006 tại lý trình K5+58 đã xảy ra sụt nhỏ ở
nóc hầm với khối lượng 70m3 (khối lượng đào thiết kế là 212m3) và tiếp tục phát
triển.
Nguyên nhân chính được xác định do đất đá ở đây chủ yếu là bột kết xen kẹp ít cát
kết, đá nứt nẻ mạnh, tồn tại nhiều hệ thống khe nứt giao cắt tạo nêm, các khe nứt
trám canxit mà phần lớn bị phân hủy thành dạng bột sét nên lực dính kết của đá
kém(RMR37÷43, giá trị Q từ 3,7÷4,1). Ngoài ra còn do thời gian không chống kéo

dài quá lâu.
Sự cố xảy ra không gây thiệt hại về người và thiết bị, nhưng làm ảnh hưởng tới tiến
độ thi công và đặc biệt đã phải thay đổi phương án tuyến đường hầm chuyển từ hầm
nghiêng sang giếng đứng.
Sạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1:
Đây là vị trí có đứt gãy bậc 6 được dự báo trước trên tuyến hầm dẫn trong thiết kế.
Diễn biến địa chất các gương trước đó cũng báo hiệu tình hình địa chất xấu. Tuy
nhiên ngày 10/06/2007, sau khi nổ gương tại lý trình K7+24, đang tiến hành dựng
vì thép gia cố và chưa kịp đổ bê tông chèn thì khoảng 72m3 đá vỡ vụn từ vòm hầm
sụt lở vào trong hầm và trên đỉnh vòm đã gia cố. Sụt lở phát triển thành hàm ếch
trên đỉnh hầm.
Do có dự báo trước nên không gây thiệt hại về người và thiết bi. Tuy nhiên nhà thầu
đã phải thay đổi biện pháp thi công dẫn đến kéo dài thời gian làm chậm tiến độ.
14



Hình 1.6. Sạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp
Sạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1:
Vị trí xảy ra sự cố trùng với một đứt gãy bậc IV đã được dự báo trước. Do chiều
rộng đứt gãy lớn 30m, đá bị cà nát vỡ vụn. Nên ngay sau khi nổ, đang bốc xúc thì
đã có hiện tượng đá bóc tách trên vỏ hầm (sạt 2m3), quá trình sụt lở phát triển
nhanh, sau một thời gian ngắn sụt lở phát triển lên tới mặt đất tự nhiên (cách đỉnh
hầm 70m). Khối lượng đá sụt vào hầm khoảng 75m3 đã tạo nên một hang lớn lộ
thiên trên mặt đất. Sự cố trên đã mất 6 tháng để khắc phục đào vượt qua vị trí sự cố
làm kéo dài thời gian thi công


Hình 1.7. Sạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp
15

Sạt sụt tại lý trình K0+5 hầm 2:
K0+5 là vị trí mở cửa hầm số 2. Để gia cường đảm bảo an toàn, đỉnh hầm đã được
neo anke vượt trước. Nhưng do mái taluy có độ dốc lớn, đồng thời tồn tại hệ khe
nứt cắt vuông góc với mặt phân lớp. Nên khi tiến hành cào chân gương tại lý trình
trên, khối đá trên đỉnh và mặt gương bị mất chân trượt theo mặt phân lớp vào trong
hầm với khối lượng 30m3.
Sạt trượt làm phá hủy toàn bộ mặt mái taluy chính diện trên đỉnh hầm có cơ rộng
3m ở cao độ 415.5m. Đồng thời làm gián đoạn thi công và mất 2 tháng


Hình 1.8. Sạt sụt tại lý trình K0+5 hầm 2, thủy điện Buôn Kuốp
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 phun tạo ô cho
chu kỳ tiếp theo. Ngày 5/9/2001, sự cố xảy ra, một khối lượng đất tại đỉnh hầm bị sụt
lở kéo theo các ống tạo ô bị gục xuống. Nhà thầu đã tiến hành phun bê tông liên tục
vào vùng bị sụt lở nhưng hiện tượng sụt lở vẫn tiếp tục gia tăng và tạo thành hốc
rỗng trên đỉnh hầm. Đất khu vực này là đất phong hoá từ đá Granite có dạng cát sét,
16

đất tơi không đồng nhất bao gồm đất cát sét màu nâu vàng, xám trắng xen lẫn các dải
sét cát màu nâu sẫm. Nước ngầm tại khu vực này 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 và 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 9/9
do lượng mưa lớn kéo dài (ngày 8/9 là 60mm và 9/9 là 37mm) làm cho mực nước
ngầm tăng lên (quan sát qua lỗ khoan đo mực nước ngầm tại cơ số 3) và dẫn đến sạt
lở tiếp tục. Vật liệu thoát ra từ gương hầm là sét pha cát bão hoà nước
Sự cố bục nước tại đường hầm thông gió Bắc Hải Vân

Đường hầm thông gió thuộc gói thầu IA phần hầm phía Bắc dự án hầm Hải Vân đào
theo hướng dốc xuống dưới. Trong quá trình thi công đã xảy ra hiện tượng bục nước
với lưu lượng lớn gây ngập lụt trên chiều dài lớn của đường hầm làm gián đoạn quá
trình thi công. Nguyên nhân là trong khối đá trước gương tồn tại túi nước đã không
được khảo sát để phát hiện trước đó.
Sự cố bục nước tại mỏ than Mông Dương tháng 4 năm 2006
Tai nạn xảy ra vào ngày 31-3-2006 tại đường lò dọc vỉa, khu Vũ Môn, thuộc Công ty
than Mông Dương, cách cửa lò giếng chính gần 3km. Trong lúc công nhân tiến hành
nổ mìn để đào phễu thông gió thì bất ngờ bị bục nước. Một khối lượng lớn nước, đất,
đá đổ ập vào không gian đường lò, chảy dài theo đường lò trên 60m, vùi lấp toàn bộ
lò chợ số 1 (dài 216m). Sự cố xảy ra khi 37 công nhân đang làm việc, 16 người may
mắn chạy thoát còn 21 người bị kẹt lại. Kết quả 4 người đã thiệt mạng.
Nguyên nhân dẫn tới sự cố là do túi nước với khối lượng lớn tồn tại trên nóc lò
(khoảng 1000m) đã không được quan tâm xử lý khi tiến hành đào lò chạy qua bên
dưới mặc dù đơn vị thi công đã biết rất rõ sự tồn tại của túi nước này.
17

1.3. Ảnh hưởng của biện pháp xử lý đến tiến độ thi công
Công tác xử lý, khắc phục sự cố trong đường hầm luôn gặp nhiều khó khăn do đặc
tính đất đá vùng xảy ra sự cố đã bị pháp hủy nghiêm trọng.
Trước khi có thể tiến hành xử lý sự cố xảy ra đều phải có thời gian chờ để địa chất
khu đó ổn định rồi mới tiến hành giải pháp khắc phục sự cố.
Các biện pháp xử lý khu vực xảy ra sự cố luôn phức tạp trong cả tính toán lẫn thi
công. Chúng đòi hỏi phải tăng cường nhân lực, vật tư nhất là máy móc thiết bị hỗ trợ
thi công.
KẾT LUẬN:

1. Công tác khoan thăm dò xác định điều kiện địa chất, địa chất thủy văn trong xây
dựng đường hầm thường gặp nhiều khó khăn và không đầy đủ. Nhất là việc xác định
đầy đủ các khu vực địa chất yếu dọc tuyến đường hầm.

2. Các sự cố trong quá trình thi công đường hầm qua địa chất yếu thường xảy ra với
tần xuất xuất hiện lớn. Việc khắc phục các sự cố đó luôn làm tiến độ thi công chậm
đi rất nhiều và làm tăng kinh phí đào đường hầm.
3. Phương pháp chống đỡ tạm có ý nghĩa quyết định đến việc thành công của đào
đường hầm qua vùng địa chất yếu. Việc xác định phương pháp và thời gian chống đỡ
phù hợp sẽ khắc phục được các sự cố có thể xảy ra.
4. Thi công đường hầm qua địa chất yếu luôn đòi hỏi phải tăng cường nhân lực, vật
tư và máy móc thiết bị do phải tăng cường các biện pháp xử lý, gia cố, khắc phục sự
cố. Điều này dẫn đến việc tổ chức thi công gặp nhiều khó khăn và tiến độ thi công bị
kéo dài.
18

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐỊA CHẤT YẾU TRONG ĐƯỜNG
HẦM

2.1. Các phương pháp đào đường hầm
Để xây dựng các công trình ngầm bằng các phương pháp thi công ngầm đã có hàng
loạt các phương thức khác nhau được phát triển. Có thể chia thành hai dạng sau:
(1) Các phương pháp thông thường (hay thông dụng);
(2) Các phương pháp thi công bằng máy ( hay cơ giới hoá);

Hình 2.1. Các phương pháp thi công ngầm

máy khiên
đào SM

đào
toàn
gương

đào từng
phần
gương
Phương pháp thi công
thông thường

khoan-
nổ mìn

máy
đào xúc,
máy xới

máy
đào lò
RH

Phương pháp thi
công đặc biệt

máy khoan
hầm TBM

h
ở

có
khiên

Các phương pháp
thi công

19

Nói chung các phương pháp thi công ngầm rất đa dạng về loại hình, phương thức
phối hợp công nghệ cũng như những giải pháp riêng biệt theo kinh nghiệm của từng
đất nước, từng khu vực, tuỳ theo khả năng kinh tế và tiến bộ kỹ thuật. Trên hình 2.2
giới thiệu sơ đồ tổng quát về các phương thức thi công ngầm

Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát phương pháp thi công ngầm
20

Thông thường đường hầm đường hầm trong công trình thủy điện thường đào trong
nền địa chất đá. Phương pháp đào hầm trong nền địa chất đá thường sử dụng
phương pháp khoan - nổ. Phương pháp khoan nổ có thể tách ra làm hai dạng:
Phương pháp mỏ truyền thống, và phương pháp NATM. Ngoài ra một số trường
hợp còn sử máy đào.
2.1.1. Phương pháp khoan nổ truyền thống:
Phương pháp thi công khoan nổ truyền thống hay còn gọi là phương pháp mỏ được

sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm do khả năng áp
dụng cho nhiều loại công trình ngầm khác nhau như hầm giao thông, thuỷ điện, tầng
ngầm, … với những hình dạng và kích thước hình học phức tạp, và xây dựng trong
đất đá bất kỳ.
Phương pháp này gọi là phương pháp khoan nổ truyền thống là do phương pháp
chống đỡ tạm. Kết cấu chống đỡ tạm của phương pháp khoan nổ truyền thống là gia
cố chống như: Vì chống gỗ, vì chống thép . Sau đó sẽ được tháo dỡ để xây dựng lớp
vỏ hầm toàn khối.
Bản chất chất của phương pháp khoan nổ truyền thống là dựa trên "Lý luận tải trọng
long rời": Đất đá có khả năng tự ổn định, không pháp sinh tải trọng; đất đá không
ổn định có thể gây sụt lở môi chất cần phải có kết cấu để che chống. Đại diên cho
phương pháp này là Terzaghi và Protôdiacônôp.
Hiện nay phương pháp này dùng để đào đá cứng với mặt cắt hầm bất kỳ và kích
thước to nhỏ khác nhau. Phương pháp khoan nổ có thể sử dụng đào toàn mặt cắt
gương cũng như đào chia nhỏ mặt cắt gương.
Ưu, nhược điểm:
Phương pháp này có ưu điểm là cấu kiện hệ thống chống đỡ tạm thời dễ thấy, dễ
hiểu, công nghệ tương đối đơn giản, dễ tính toán và thao tác.
Phương pháp này không tận dụng được tối đa khả năng chịu lực của khối đất đá
xung quanh hầm và thường phát sinh những lực không thể kiểm soát được do khối
đất đá xung quanh hầm có thể bị phá vỡ. Kết cấu vỏ hầm thường rất lớn.Khi tháo hệ
thống chống đỡ tạm thì khá phức tạp và gặp nhiều khó khăn. Nếu không tháo được
sẽ gây lãng phí và làm điều kiện chịu lực của vỏ hầm không tốt

21


Hình 2.3. Phương pháp khoan nổ truyền thống
Điều kiện áp dụng:
Phương pháp này thường được áp dụng cho đá rất cứng và đá cứng vừa.

2.1.2. Phương pháp NATM.
Công nghệ NATM được giáo sư Ladislaus von Rabcewicz (người o) đề xuất từ
những năm 40 của thế kỷ 20 và được áp dụng đầu tiên vào các đường hầm thủy lợi
nhỏ tại o và những năm 50. Vào năm 1963, phương pháp NATM đã được giới
thiệu tại hội thảo về cơ học đá tổ chức tại Salzburg. Vào năm 1978, tiến sĩ L.Myller
đã tổng kết và đưa ra các khái niệm và nguyên tắc cơ bản về công nghệ NATM.
Trong công nghệ của mình, giáo sư Ladislaus von Rabcewicz đã nêu lên điều cốt lõi
trong nguyên tắc NATM là sử dụng kết cấu chống đỡ tạm có tính linh hoạt cao để
đạt được trạng thái cân bằng mới thay thế cho trạng thái cân bằng cũ đã bị phá vỡ.
Công việc này được thực hiện bằng công tác đo đạc và quan trắc hiện trường.
NATM có một quy trình quan sát địa chất chặt chẽ trong quá đào, dường như nó là
trung tâm của công nghệ này, nhằm đảm bảo kết cấu chống đỡ được dựng lắp là tin
tưởng. Nhận xét này thường bị bỏ qua.
Khác với các phương pháp chống giữ truyền thống trước đó, trong NATM không
còn tồn tại khái niệm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cố định. Tất cả các thành