Thiết kế hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện huội quảng

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Lời nói đầu
Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển sang nền kinh tế thị trờng và hiện
nay nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ trên tất cả các lĩnh vực: công
nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ Thực trạng những năm vừa qua cho thấy nguồn
năng lợng cho phát triển kinh tế đất nớc đặc biệt là điện năng đang thiếu hụt
nghiêm trọng. Để khắc phục tình trạng thiếu hụt điện năng này, nhà nớc đã có
chủ trơng đầu t xây dựng nhiều công trình thủy điện với công suất khác nhau
trên khắp cả nớc. Công trình thuỷ điện Huội Quảng là công trình thủy điện lớn
thứ t ở miền bắc với công suất lắp máy thiết kế 520 MW đợc xây dựng sẽ cung
cấp sản lợng 1904 triệu kWh điện mỗi năm cho lới điện quốc gia, góp phần
không nhỏ vào công cuộc cải thiện sự thiếu hụt điện năng nh hiện nay.
Đợc sự đồng ý của Bộ môn XDCTN & Mỏ - Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Hà Nội, em đợc cử về thực tập tại Công ty cổ phần Sông Đà 10 và thực hiện đề
tài đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện
Huội Quảng dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS.Nguyễn Văn Quyển. Hầm dẫn
dòng thi công là công trình phục vụ cho công tác xây dựng đập dâng trong hệ
thống công trình thuỷ điện Huội Quảng. Chức năng của công trình là dẫn dòng
sông Nậm Mu theo hớng vòng cung, đảm bảo mặt bằng thi công đập dâng, đê
quai hạ lu và đê quai thợng lu.
Đợc sự giúp đỡ của cơ sở thực tập là Công ty cổ phần Sông Đà 10 và các
thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng Công Trình Ngầm trờng Đại học Mỏ - Địa
Chất, đặc biệt là sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Quyển, em đã
hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu
sót, tôi rất mong đợc sự góp ít của các thầy cô và các bạn để bản đồ án đợc hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cám ơn!
Hà Nội 03 - 2011
Sinh viên thực hiện
Phạm Văn Hiệp

SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
1
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Mục lục
Mục Trang
LờI NóI ĐầU ..1
Chơng I. KHáI QUáT Về CÔNG TRìNH THủY ĐIệN HUộI QUảNG Và
CÔNG TRìNH HầM DẫN DòNG THI CÔNG2
1.1 Điều kiện tự nhiên và xã hội khu vực đặt nhà máy 4
1.1.1. Vị trí địa lý 4
1.1.2. Đặc điểm địa hình 4
1.1.3. mạng lới thuỷ văn4
1.1.4. Điều kiện khí hậu. 4
1.1.5. Điều kiện dân c, kinh tế 4
1.1.6. Giao thông vận tải.5
1.2. Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình 5
1.2.1. Đặc điểm địa chất 5
1.2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn .6
1.2.3. Đặc điểm địa chất công trình .6
1.3. Khái quát về nhà máy thủy điện Huội Quảng7
1.3.1. Quy mô, quy hoạch công trình . . 7
1.3.2. Khối lợng các công trình cần thi công.9
Chơng II. THIếT Kế Kỹ THUậT 10
2.3. Khái quát về hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện Huội
Quảng 10
2.3.1. Vị trí, vai trò công trình trong quy hoạch tổng thể nhà máy 10
2.3.2. Đặc điểm địa chất khu vực xây dựng công trình 10
2.3.3. Tính chất cơ lý của đất đá hầm dẫn dòng thi công đi qua 12
2.3.4. Nhận xét sơ bộ . .12
2.4. Xác định hình dạng, kích thớc mặt cắt ngang đờng hầm và quy

hoạch tuyến hầm 12
2.4.1. Hình dạng mặt cắt ngang đờng hầm 12
2.4.2. Kích thớc mặt cắt ngang đờng hầm 13
2.4.3. Quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ 14
2.4.4. Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt dọc 15
2.5. Khái quát về kết cấu chống giữ công trình ngầm 16
2.5.1. Kết cấu gia cố tạm 16
2.5.2. Kết cấu chống cố định 17
2.5.3. Chọn kết cấu chống hợp lý 17
2.6. Xác định áp lực đất đá tác dụng lên công trình ngầm 23
2.6.1. Xác định áp lực đất đá thân hầm 23
2.6.2. Xác định áp lức đất đá đoạn chuyển tiếp cửa hầm . . 24
2.7. Thiết kế kỹ thuật kết cấu chống giữ đờng hầm25
2.7.1. Thiết kế kết kỹ thuật kết cấu gia cố tạm 25
2.7.2. Thiết kế kỹ thuật kết cấu chống cố định 31
Chơng III. THIếT Kế THI cÔNG . 47
3.1 Lựa chọn thiết bị thi công, vật liệu nổ 47
3.2 Lựa chọn sơ đồ đào, sơ đồ thi công 48
3.3 Thiết kế thi công gơng trên hầm dẫn dòng .50
3.4 Thiết kế thi công gơng dới hầm dẫn dòng . 66
3.5 Thiết kế thi công kết cấu chống cố định .77
Chơng IV. Tổ CHứC THI CÔNG84
4.1. Tổ chức chu kỳ đào và gia cố tạm gơng trên hầm dẫn dòng 84
4.2.Tổ chức chu kỳ đào gơng dới hầm dẫn dòng .87
4.3 Tổ chức chu kỳ chống cố định 88
4.3. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 93
KếT LUậN.97
TàI LIệU THAM KHảO 98
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
2

§å ¸n tèt nghiÖp ngµnh XDCTN & Má
SV: Ph¹m V¨n HiÖp Líp XDCTN & Má K51
3
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
CHƯƠNG 1
KHáI QUáT CHUNG Về
nhà máy thủy điện huội quảng
1.1 Điều kiện tự nhiên và xã hội khu vực đặt nhà máy.
1.1.1 Vị trí địa lý.
Dự án thuỷ điện Huội Quảng có tổng diện tích khoảng 250 km
2
trong đó
140 km
2
thuộc địa phận huyện Than Uyên tình Lai Châu, còn lại 110 km
2
thuộc
địa phận huyện Mờng La tỉnh Sơn La.
Vị trí tọa độ vùng theo hệ Gauss nh sau:
X:
183
57
183
70; Y:
23
92 -
24
02
Vị trí theo kinh độ và vĩ độ
Toạ độ: 2133'11" vĩ độ Bắc 10355'21"kinh độ Đông

1.1.2 Đặc điểm địa hình.
Vùng hồ và vùng tuyến nằm trong thung lũng sông Nậm Mu, thuộc vùng
núi Tây Bắc Bắc Bộ có địa hình hiểm trở, là vùng núi thấp đến trung bình, có độ
cao tuyệt đối từ 300 1200 m bao gồm các dãy núi phơng Tây Bắc Đông
Nam phân bố dọc theo thung lũng sông Nậm Mu,các suối lớn Nậm Mở, Nậm
Kim. Các khối núi có đỉnh nhọn, sờn dốc.
Thung lũng sông Nậm Mu có dạng chữ V, hai sờn bờ khá dốc( 20
o
50
o
),
nhiều đoạn là những vách đá dốc gần thẳng đứng, lòng sông hẹp từ 30 50 m,
lấp đầy cát cuội tảng đá cứng.
1.1.3 Mạng lới thủy văn.
Sông Nậm Mu là phụ lu chính( cấp 1) của Sông Đà chảy theo phơng Tây
Bắc Đông Nam. Các suối nhánh đổ vào sông Nậm Mu phân bố khá đều ở cả 2
bên bờ, bờ phải chủ yếu chảy theo hớng Tây Nam Đông Bắc, bờ trái chảy
theo hớng Đông Bắc Tây Nam đáng kể nhất là suối Nậm Kim bản Mở, có
chiều dài 60 70 km bắt nguồn từ vùng núi cao Tú Lệ chảy vào sông Nậm Mu.
Các sông suối về mùa khô ít nớc, toàn bộ lu lợng trung bình hàng năm của
sông Nậm Mu chiếm 10% dòng chảy năm của sông Đà tuyến thủy điện Sơn La.
1.1.4 Điều kiện khí hậu.
Vùng nghiên cứu thuộc chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa, có hai mùa rõ rệt:
mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3, mùa ma từ tháng 4 đến tháng 9 hàng năm lợng
ma trung bình hằng năm từ 1400 -:- 2000 mm, trong đó mùa ma chiếm đến 90%
lợng ma cả năm, tập trung vào tháng 6 và tháng 7. Nhiệt độ trung bình hàng năm
từ 17 22
o
C với biên độ dao động nhiệt độ trung bình năm là 10,5
o

C, mùa hè
chịu ảnh hởng của gió nóng phía Tây, mùa đông chịu ảnh hởng của gió mùa
Đông Bắc.
1.1.5 Dân c, kinh tế.
Trong vùng nghiên cứu có nhiều dân tộc khác nhau: Thái, HMông, Xá,
Kinh sinh sống, chủ yếu dọc theo thung lũng sông, suối lớn với mật độ tha thớt.
Các điểm tập trung dân lớn là huyện lỵ Than Uyên và nông trờng Mờng Thanh.
Đời sống kinh tế trong vùng thấp, dân c sống chủ yếu bằng nghề nông và khai
thác lâm sản. Đời sống văn hóa kém phát triển.
1.1.6 Giao thông vận tải.
Cơ sở hạ tầng giao thông trong vùng kém phát triển, giao thông đi lại chủ
yếu dựa vào các đờng dân sinh nhỏ và một số tuyến đờng cũ đã h hỏng nhiều nh
tuyến quốc lộ 32 chạy từ Sơn La qua Than Uyên, Mù Cang Chải đến Yên Bái,
tuyến đờng quân sự 279 đợc thông xe nhng vẫn bị ách tắc vào mùa ma do sạt lở
đờng. Tuyến đờng giao thông liên xã từ Mờng La vào trung tâm xã Chiềng Lao
để vào khu vực nhà máy là đờng cấp phối đã h hỏng nặng, chỉ đi lại đợc vào mùa
khô.
1.2 Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình.
1.2.1 Điều kiện địa chất.
a. Cấu trúc địa chất
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
4
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Vùng nghiên cứu đợc xếp vào một phần của Võng sông Đà và Máng
chồng Tú Lệ thuộc miền cấu trúc Miền uốn nếp Bắc Bộ, bao gồm: tổ hợp đá
lục nguyên, phiến sét và các bon triat sớm và giữa Rift nội lực sông Đà có cấu
trúc uốn nếp, phức tạp với nhiều thế hệ uốn nếp chồng chéo theo phơng Tây Bắc
- Đông Nam có chiều dày > 4000m.
Dựa vào các đặc điểm tớng đá, tuổi địa chất, có thể phân biệt các phụ tổ
hợp thạch học kiến tạo sau:

- Phụ tổ hợp đá sét và lục nguyên vụn thô: Gồm các trầm tích của điệp Tân
Lạc.
- Phụ tổ hợp lục nguyên, đá phiến sét, silic dạng á filíơ có chiều dày 1,5
2,5 km, gồm các đá T
2
lmt
3
, với các trầm tích hạt mịn chiếm u thế ở phần dới,
chuyển lên cao các hạt thô dần.
- Phụ tổ hợp cacbonat: gồm trầm tích cacbonat của điệp Đồng Giao phân hệ
tầng giữa Mờng Trai.
Tổ hợp các đá lục nguyên vụn thô đỏ sau rift Triat muộn Suối Bàng:
Gồm các trầm tích của điệp suối Bàng có độ dày không lớn, quy mô nhỏ, lấp đầy
các hố sụt cục bộ kiểu dầm hồ.
Tổ hợp các đá núi lửa, á núi lửa Mezozoi muộn bồn trũng núi lửa Tú Lệ:
Bao gồm các đá của hệ tầng Suối Bé, hệ tầng Văn Chấn và các đá xâm nhập
Phusaphìn tuổi Kreta.
Tổ hợp các đá trầm tích nguồn gốc aluvi Đệ Tứ: Phân bố dọc các thung
lũng sông suối dới dạng bậc thềm và bãi bồi.
b. Đứt gãy và khe nứt.
Đứt gãy.
Vùng xây dựng công trình phát triển mạnh mẽ theo 3 hệ thống chính: Tây
Bắc - Đông Nam , Đông Bắc Tây Nam và hệ á kinh tuyến có quy mô tù bậc II
đến bậc V. hoạt động của chúng hình thành các đới đập vỡ, milonit hóa làm biến
đổi đất đá, ảnh hởng xấu đến điều kiện ĐCCT của nền. Đáng chú ý nhất trong
vùng là các đứt gãy sau:
- Đứt gãy Phong Thổ - Nậm Pìa (II-1): Đứt gãy chạy qua vùng nghiên cứu
thuộc chấn đoạn Mờng La Bắc Yên, khoảng cách gần nhất tới tuyến đập Huội
Quảng 6,5 km về phía Đông. Cơ chế hoạt động của đứt gãy là trợt bằng phải, mặt
trợt của đứt gãy cắm về hớng Đông Bắc 60-70

o
.
Đứt gãy Nậm Mu (III-1): Là đứt gãy nhánh của đứt gãy Phong Thổ - Nậm Pìa,
Phát triển theo hớng Tây Bắc - Đông Nam. Mặt trớc cắm về hớng Tây Nam góc
dốc 70-80
o
, chiều rộng đới phá hủy từ 5-10m đến hàng chục mét.
- Các đứt gãy bậc IV: Bao gồm 3 hệ thống chính: Tây Bắc - Đông Nam ,
Đông Bắc Tây Nam và hệ khinh tuyến.
Các hệ thống khe nứt chính.
Trong phạm vi khu vực khối đá nền đập và 2km đầu hầm dẫn nớc phát triển
các hệ khe nứt chính nh sau:
320-360
o
50-75
o
; 60-95
o
70-85
o
140-190
o
30-70
o
; 220-240
o
40-50
o
; 30-40
o

30-40
o
Khối đá Bazan khu vực nhà máy-tháp điều áp có hệ thống khe nứt chính nh
sau:
180-230

70-85
0
; 330-10

60-80
0
110-130
0

70-80
0
; 290-310
0

30-80
0
; 60-80
0

70-80
0
Ngoài các hệ khe nứt chính còn phát triển một số hệ khe nứt có nguồn gốc
nguyên sinh trong quá trình đông nguội của khối đá bazan thờng bị lấp đầy các
khoáng vật thứ sinh, khe nứt phong hóa, giảm tải sờn dốc phát triển trong khu

vực không theo quy luật hệ.
1.2.2 Điều kiện địa chất thủy văn.
a. Các phân vị địa tầng ĐCTV.
Tâng chứa nớc trong các thành tạo aluvi-proluvi(aQ-paQ)
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
5
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Phân bố dọc theo thung lũng sông Nậm Mu và các suối nhánh, nớc chứa và
vận động trong các lỗ rỗng của cát cuội sỏi với chế độ thủy lực có quan hệ
trực tiếp với nợc mặt, miền thoát là sông suối và dao động theo mùa.
Phức hệ chứa nớc trong các thành tạo đá trầm tích lục nguyên, hệ
tầng Mờng Trai, điệp Suối Bàng.
Phân bố hầu khắp vùng nghiên cứu. Nguồn cung cấp là nớc mặt và nớc của
các tầng chứa nớc bên trên, miền thoát là hệ thống sông suối trong vùng.
Mực nớc ngầm nằm ở độ sâu 20-30m và dao động theo mùa. Nớc của phức
hệ thuộc loại nghèo, lu lợng xuất lộ nhỏ (0,01-0,1 l/s) thờng ở dạng thấm rỉ.
Phức hệ chứa nớc trong các thành tạo macma của hệ tầng Suối Bé,
hệ tầng Văn Chấn, phức hệ Phù sa Phìn
Phân bố chủ yếu ở vùng tuyến Huội Quảng. Nớc chứa trong khe nứt đới
phong hóa nứt nẻ. Tầng cách nớc là đá gốc tơng đối nguyên khối, nguồn
cung cấp là nớc mặt, miền thoát là thung lũng các sông suối. Nớc nghèo, lu
lợng <0,1 l/s, thờng ở dạng thấm rỉ.
Phức hệ chứa nớc trong đá cacbonat, phụ hệ tầng Mơng Trai giữa.
Phân bố theo các khối đá vôi từ bở phải tuyến đập đến hạ lu nhà máy. Nớc
chứa và vận động trong khe nứt, các hang hốc các tơ có khả năng liên thông
với nhau. Tầng cách nớc là các lớp đá không bị các tơ hóa nằm xen kẹp.
Nguồn cung cấp là nớc mặt. Nớc xuất lộ với lu lợng 0,1 2 l/s chủ yếu từ
khe nứt, hang ngầm các tơ.
Nhìn chung nớc trong các phức hệ địa chất thủy văn trong vùng đều thuộc
loại hình Bicacbonat có tính xâm thực yếu, ít có khả năng ăn mòn bê tông.

PH=7,8, lu lợng từ 0,01 2 l/s
b. Tính thấm của đất đá nền.
Theo TCVN 4253-86, đất đá vùng tuyến công trình đợc chia thành các đới
có mức độ thấm nớc sau đây:
- Đới thấm nớc rất mạnh: Các thành tạo bồi lũ tích edQ+IA
1
lòng sông.
- Đới thấm nớc trung bình: Đới IA
2
, IB, IIA.
- Đới thấm nớc trung bình đến mạnh: đới phá hủy kiến tạo.
1.2.3 Điều kiện địa chất công trình (ĐCCT).
1. Điều kiện địa chất nền tuyến đập
Phạm vi nền móng tyến đập đều nằm trong vùng phân bố của các thành tạo
đá granit, sienit cứng chắc của phức hệ Phusaphìn, phần trên của vai phải là đá
phun trào Traxit, octofia, riolit hệ tầng văn Chấn. Khu vực nền đập có thung lũng
sông hẹp, dạng chữ V, vai trái dốc 45
0
, vai phải 45-50
0
, lòng sông rộng từ 30-
60m. Chiều dài đỉnh đập ở mực nớc dâng 370m-270m.
2. Điều kiện ĐCCT hầm dẫn dòng thi công
Hầm dẫn dòng đợc bố trí nằm bên bờ phải và trong các đá sienit porphia,
sienit thạch anh, granosienit cứng chắc đến rất cứng chắc, nứt nẻ trung bình đến
yếu. Các hố khoan hảo sát vị trí cửa vào HQ58 và cửa ra đều có lớp phủ
edQ=IA1 + IA2 mỏng từ 0-3m. Hầm hoàn toàn đào trong đới đá IIA và IIB, chất
lợng đá thuộc loại khá đến tốt với Rn = 90-110 Mpa, Vp = 4500-5800 m/s, tính
thấm Lu = 1-4. Nhìn chung, với cao trình hầm dẫn từ 280-295m sẽ nằm trong
đới IIA và IIB có điều kiện ĐCCT đợc đánh giá thuận lợi cho thiết kế và thi công

hầm dẫn dòng.
3. Điều kiện ĐCCT đê quây thi công
Vị trí đe quây thợng và hạ lu cũng tơng tự nh tuyến đập, có mặt cắt địa chất
công trình đợc thể hiện nh sau: hai bờ sông tính đến cao độ 320m không có lớp
phủ mà lộ đá thuộc đới IB, lòng sông trầm đọng lớp paQ có thành phần tơng tự
nh tuyến đập và dày từ 7-12m và có thể dày hơn. Nh vậy, có thể sẽ khó khăn cho
công tác thi công tác thi công chống thấm nền đê quây vì lòng sông khá hẹp và
khi lớp paQ không đợc bóc hết.
4. Điều kiện ĐCCT tuyến hầm dẫn nớc vào nhà máy
. Đoạn giữa tuyến đi qua vùng trũng thấp của các suối nhánh có cao độ mặt
đất tự nhiên từ 325 400m.
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
6
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
* Công trình hầm dẫn nớc: Tuyến hầm dẫn nớc bên bờ phải sông Nậm Mu,
có tổng chiều dài tính từ cửa nhận nớc đến tháp điều áp khoảng 4,4 km và đào
theo phơng vị chung 160
0
. Hầm đợc đào trong vùng đá cứng của hai khối đá có
đặc điểm ĐCCT không giống nhau: khoảng 3,0km đào trong đới IIA,IIB cuẩ đá
riolit, Trachit, ortophyr, hệ tầng Văn Chấn và 1,4 km sẽ đào trong đá bazan
porphyr có chứa các thấu kính tuf mền yếu.
Dọc theo hầm dẫn dự kiến gặp 11 đứt gẫy cắt qua. Trong các đứt gẫy cần
chú ý đến hệ đứt gẫy có phơng vị đờng phơng 130-150
0
có góc cắm 70-80
0
chạy
gần song song với hơng đào hầm sẽ tạo nên các hệ khe nứt gây bất lợi đối với
vấn đề ổn định vòm và tờng hầm.

* Công trình tháp điều áp: địa tầng chung gồm tầng phủ phát triển rất
không đều từ 10-43m, đới đá IA
2
phát triển dày trung bình 7-10m, dới IB dày từ
10-15m, IIA dày 30-40m bề mặt đới đá IIA nằm ở độ sâu 35-50m, tiếp phía dới
là đá IIB.
* ĐCCT nhà máy thủy điện: nhà máy thủy điện dự kiến đặt trong địa hình t-
ơng đối thoải từ 25-30
0
có cao trình mặt đấttừ 200-260m, gần mép sông. Đặt tại
phạm vi gần ranh giới hai khối đá trầm tích và phun trào nên khối đákhối đá
bazan ven rìa, thành phần thạch học khối đá bị phân dị mạnh, đặc điểm phong
hóa nứt nẻ khá phức tạp, tính đồng nhất khối đá không cao.
1.3 Khái quát về nhà máy thủy điện Huội Quảng
1.3.1 Quy mô, quy hoạch công trình.
a. Quy mô công trình.
Công trình thủy điện Huội Quảng đã đợc Thủ tớng Chính phủ quyết định
chủ trơng đầu t và đợc Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam phê duyệt dự án đầu t.
Đây là một trong những công trình lớn thuộc qui hoạch bậc thang thủy điện trên
hệ thống sông Đà và là công trình thủy điện lớn thứ t trong cả nớc sau thủy điện
Sơn La, thủy điện Hòa Bình và thủy điện Lai Châu. Tổng công ty Điện lực VN
(EVN) là chủ đầu t công trình này với các nội dung sau:
- Mục tiêu của dự án: Cung cấp nguồn điện năng phát triển kinh tế xã hội
phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nớc
- Tiến độ xây dựng:
+ Năm 2005 chuẩn bị xây dựng, khởi công công trình vào cuối năm 2005.
+ Phát điện tổ máy 1 vào năm 2011
+ Hoàn thành công trình vào năm 2012.
Trong quá trình thi công công trình đã bị chậm tiến độ trong hai năm 2007 và
2008 do thiếu vốn. Dự án đợc tái khởi động năm 2009 và dự kiến hoàn thành vào

1014.
b Quy hoach công trình
Quy hoạch công trình đợc thể hiện trên tổng đồ bố trí mặt bằng hình 1.1
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
7
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
1.3.2 Khối l ợng các công trình cần thi công.
Bảng 1.1: Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình thủy điện Huội Quảng
TT Thông số Đơn vị Trị số
(1) (2) (3) (4)
I Thông số hồ chứa
1 Diện tích lu vực m
2
2824
2 Lu lợng trung bình năm Qo m
3
/s 157,4
3 Diện tích mặt hồ m
2
8,7
4 Mực nớc dâng bình thờng m 370
5 Mực nớc chết m 368
6 Dung tích toàn bộ m
3
184,2
7 Dung tích chết m
3
167,92
8 Dung tích hữu ích 16,28
II Công trình chính

1 Đập dâng
Loại
Bê tông trọng lực
đầm lăn
Cao trình đỉnh m 374
(1) (2) (3) (4)
Chiều cao lớn nhất m 99
2 Công trình xả lũ
Chiều dài hầm dẫn dòng thi công m 243,18
Số lợng và kích thớc cửa xả cửa 6x(15x15)
3 Tuyến năng lợng
Số lợng hầm 2
Chiều dài theo mặt bằng m 4387,74
4 Nhà máy thủy điện ngầm
Công suất lắp máy MW 520
Điện lợng trung bình năm 10
6
kWh 1868
Loại nhà máy Ngầm
Số tổ máy tổ máy 2
III Tổng thời gian xây dựng năm 7,5
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
8
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Ch ơng 2
Thiết kế kỹ thuật hầm dẫn dòng thi công
nhà máy thủy điện Huội Quảng
2.4 Khái quát về công trình hầm dẫn dòng thi công nhà máy thủy điện
Huội Quảng
2.4.1 Vị trí, vai trò công trình trong quy hoạch tổng thể nhà máy.

Theo tiến độ thi công công trình phần bê tông thân đập sẽ đợc thi công
chủ yếu trong 2 năm là năm 2011 và năm 2012 với tốc độ nâng chiều cao đập
trong 2 năm này rất cao. Việc dẫn dòng thi công qua thân đập bê tông về nguyên
tắc chung là có thể cho phép. Dòng chảy sông Nậm Mu tại các tuyến nghiên cứu
có chế độ dòng chảy phân phối khác nhau theo mùa, trong năm lũ không kéo dài
nhng lu lợng lại rất lớn (tới 6100 m
3
/s), mùa kiệt dài và ít nớc. Do vậy, sử dụng
giải pháp sơ đồ dẫn dòng mùa kiệt bằng hầm, còn mùa lũ xả qua đỉnh đập xây
dở hoặc các kết cấu xây dở trong thân đập.
Phơng án dẫn dòng thi công kiến nghị là sơ đồ dẫn dòng mùa kiệt qua hầm
dẫn dòng thi công bờ phải, mùa lũ xả đồng thời qua hầm dẫn dòng và 4 lỗ xả
trong thân đập cao độ 288,0m; kích thớc lỗ xả rôngxcao : bxh=5x6m.
Các thông số của sơ đồ dẫn dòng thi công công trình đầu mối thuỷ điện
Huội Quảng đợc cho trong Bảng 2.1
2.4.2 Đăc điểm địa chất khu vực xây dựng hầm dẫn dòng thi công.
Lớp sờn lũ tích phân bố đoạn đầu kênh dẫn vào từ cao trình 285-290m có
thành phần tảng cục lẫn ít sét sạn có hệ số thấm lớn K=3-5m/nđ.
Lớp đất phủ edQ+IA
1
chỉ phát triển từ cao trình 310-315m trở lên với chiều
dày không lớn từ 1-8m.
Đới đá phong hóa mạnh IA
2
có chiều dày trung bình 2-4m. Chiều sâu đáy
đới thờng nằm ở độ sâu từ 1-8.5m và ít khi đến 12m tính từ mặt đất.
Đới đá phong hóa IB có chiều dày trung bình 5m nằm ở độ sâu từ 3-12.5m
tính từ mặt đất và có thể sâu hơn tại khu vực ảnh hởng của các đứt gẫy bậc IV.
Đới đá nứt nẻ mạnh IIA : Có chiều dày từ 8-50m trung bình 25m, đá cứng
chắc đến rất cứng chắc, nứt nẻ mạnh ở độ sâu dới mặt đất từ 10-20 mét.

Đới tơng đối nguyên vẹn IIB : gặp ở độ sâu trung bình từ 20-40m, càng xuống
sâu mức độ nguyên vẹn của đá càng tăng. Đá rất cứng chắc và nứt nẻ yếu đến trung
bình.
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
9
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Bảng 2.1. Các thông số của sơ đồ dẫn dòng thi công công trình đầu mối thuỷ điện Huội Quảng
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
10
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đá cứng
STT Tên đá
Số lợng mẫu thí nghiệm
Đới
đá
Các chỉ tiêu vật lý Các chỉ tiêu cơ học
Môđun biến dạng kG/cm
2
Môđun đàn hồi kG/cm
2
Độ ẩm %
Tỷ trọng g/cm3
Dung trọng
Độ rỗng %
Độ bão hòa
%
Hệ số kiên
cố
Cờng độ
kháng nén

kG/cm
2
Khô gió
Bão hòa
Khô gió
Bão hòa
Khô tuyệtđối
Tự do
Cỡng bức
Khô gió
Bão hòa
Khô gió
Bão hòa
W
o
W
h

o

h

ck
n G
o
G
H
fo f
H
dc d

H
Eo.10
5
Eo.10
5
1
Sienit grano
19 II-A 0,2 0,38 2,69 2,66 2,66 2,65 1,46 0,37 0,68 13,3 12,4 1259 1137 5,4 5,9
2 52 II-B 0,17 0,33 2,7 2,67 2,68 2,67 1,26 0,36 0,69 14,3 13,2 1328 1182 5,9 6,6
1
Riolit, chachit,
octofia
8 II-A 0,11 0,25 2,76 2,73 2,73 2,73 1,38 0,22 0,49 13,8 12,8 1089 970 5,5 6,2
2 12 II-B 0,11 0,2 2,76 2,73 2,73 2,73 1,15 0,27 0,47 14 13 1162 1034 5,9 6,4
Bảng 2.4 Giá trị thiết kế của các chỉ tiêu cơ lý của đất đá và tiếp xúc bê tông đá theo TCVN-425386
Các yếu tố ĐCCT khối
đá
Các giá trị đặc trng khối đá tính toán
Kiểu đất đá
Lớp, đới
khối đá
Mẫu đá Thông số khối đá
Tiếp xúc bê
tông - đá
Khối lợng thể
tích bão hòa
g/cm3
Cờng độ kháng nén 1
trục bão hòa mẫu đá
Mpa

Hệ số
kiên cố
f

,
độ
Lực dính
kết C,
Mpa
Mô đun đàn
hồi E.10
3
,
Mpa
Hệ số kháng
đàn hồi, Ko,
Mpa
à

,
độ
Lực dính
kết C,
Mpa
II-A 2,66 100 10 55 0,6 8,0-10,0 50 0,25 40 0,45
Sienit, trachit,
octorphyr
II-B 2,68 105 11 60 0,8 12,0-14,0 70 0,2 42 0,55
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
11

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
2.4.3 Tính chất cơ lý đất đá hầm dẫn dòng thi công đi qua.
Hầm dẫn dòng thi công nằm trên bở phải và trong các đá sienit, porphyr,sienit
thạch anh, granosienit cứng chăc đến rất cứng chắc, nứt nẻ trung bình đến yếu, vị trí
cửa vào và cửa ra đều có lớp phủ dày 0-3m. Hầm hoàn toàn đào trong đới đá II-A và
II-B chất lợng đá thuộc loại khá đến tốt với R
n
= 90-110 Mpa, tốc độ truyền sóng
dọc V
p
= 4500-5800 m/s, tính thấm L
u
= 1-4 m/ng-đêm.
Khối đá nền đợc phân loại theo phơng pháp RMR và Q, giá trị đợc cho trong
bảng sau:
Bảng 2.2: Giá trị RMR và Q của khối đá nền
Nhóm
đất đá
Đới đá
(*)
RMR Q Đánh giá
III
II-A 46-61 3,5-12 Khá-tốt
II
II-B 61-72 18-26 Tốt-Rất tốt
(*) Phân loại đất đá theo mức độ phong hóa
2.4.4 Nhận xét sơ bộ.
Hâm dẫn dòng thi công là công trình ngầm tạm đợc xây dựng phục vụ mục
đích dẫn dòng nớc sông Nậm Mu đi qua phạm vi thân đập trong quá trình xây dựng
đập thủy điện và thi công hầm dẫn nớc. Tới khi xây dựng xong đập và hầm dẫn nớc,

hồ chứa của nhà máy bắt đầu tích nớc để phát điện thì hầm đợc lấp lại. Thời gian
tồn tại của hầm là 5 năm từ 2010 đến 2014.
Để thực hiện công tác dẫn dòng thi công, tại lớp đá IIA và IIB nằm bên vai đập
bờ phải sẽ xây dựng hầm dẫn dòng. Cao trình đáy cửa vào 286,0m, cao trình đáy
cửa ra 285,0m. Chiều dài thân hầm L = 243,18m, độ dốc hầm i = 0,044% với lu l-
ợng tính toán lớn nhất xả qua hầm là Q
max
= 915 m
3
/s. Lu lợng xả lũ là 1507 m
3
/s.
Nhình chung điều kiện địa chất công trình là thuận lợi cho thiết kế và thi công
hầm dẫn dòng.
2.5 Xác định h ình dạng, kíc h th ớc mặt cắt ngang đ ờng hầm và quy hoạch
tuyến hầm.
2.5.1 Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang đ ờng hầm.
Đờng hầm dẫn dòng thi côngnhà máy thủy điện Huội Quảng với mục đích
chính là tiêu thoát nớc trong mùa kiệt và xả lũ trong mùa lũ, do đó ta có thể sử dụng
hầm tiết diện hình tròn, hình vòm bám nguyệt tờng thẳng hoặc hình chữ nhật
Vì đờng hầm đào qua đất đá ổn định chọn tiết diện vòm bán nguyệt tờng
thẳng để thuận lợi cho thiết kế và thi công hầm.
2.5.2 Xác định kích th ớc mặt cắt ngang đ ờng hầm.
a. Xác định kích thớc mặt cắt ngang hầm theo lu lợng dẫn dòng thiết kế.
- Kích thớc sử dụng của đờng hầm đợc xác định theo lu lợng dòng chảy qua hầm
trong quá trình thi công Q
tk
= 915 m
3
/s và kiểm tra theo lu lợng xả lũ là Q

max
= 1507
m
3
/s
Vận tốc dòng chảy trong hầm thoả mãn kiều kiện: V =
sd
S
Q
V
cp
(m/s)
Trong đó:
V_Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm, m/s

Q_Lu lợng dòng nớc đi qua, m
3
/s
S
sd
_Diện tích mặt cắt ngang sử dụng của đờng hầm, m
2
V
cp
_Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm để đảm bảo mức độ bào mòn cơ học là
nhỏ nhất, với đờng hầm thuỷ lợi, V
cp
= 8 -:- 12 m/s [1]
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
12

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Từ công thức V =
sd
S
Q
V
cp


S
sd

cp
V
Q
=
12
915
= 76,25 m
2
Trong đó: S
sd
=
2
.
2
r

+ h.b (m
2

)
Trong đó: r_ bán kính vòm, (m)
h_chiều cao phần tờng, ta chọn h = r (m)
b_chiều rộng nền hầm b = 2r (m)
S
sd
=
2
.
2
r

+ h.b = 1,57.r
2
+ 2.r
2
= 3,57.r
2
76,25

r 4,62 (m)
để dễ tính toán và thi công ta lấy r = 5 (m)

S
sd
= 89,25 (m
2
)
b. Kiểm tra tiết diện theo điều kiện thoát lũ.
- Để đờng hầm có khả năng thoát lũ trong mùa lũ thì vận tốc dòng nớc trong hầm

ứng với lu lợng lớn nhất vào mùa lũ phải nhỏ hơn vận tốc cho phép của dòng nớc
chảy trong hầm.
V =
sd
S
Q
max
V
max
(m/s)
Trong đó:
Q
max
- lu lợng nớc lớn nhất vào mùa lũ. Q
max
= 1507 m
3
/s;
V
max
- vận tốc tối đa cho phép của dòng nớc chảy trong hầm,V
max
=20-:-30 m/s
V =
25,89
1507
= 16,89 m/s < V
max
Vậy tiết diện hầm đủ khả năng thoát lũ.
c. Xác định kích thớc phần cửa hầm.

Vì cửa hầm là nơi tiếp nhận thu gom nớc, trực tiếp chịu tác dụng của dòng
xoáy. Dòng nớc chảy vào hầm thờng bị thu hẹp tại vị trí chuyển tiếp đoạn cửa vào
hầm. Vậy để đảm bảo khả năng thông qua của đờng hầm phần cửa thờng có kích th-
ớc tiết diện lớn hơn phần thân hầm giảm dần theo chiều dài với các kích thớc đợc
chọn nh trên hình 2.2.
10000
5000
R
5
0
0
0
Hình 2.1 Kích thớc tiết diện sử dụng của đờng hầm
Tỷ lệ 1: 200
Cửa hầm đợc xây dựng bằng phơng pháp lộ thiên, đào hố móng, lắp dựng cốp
pha và đổ bê tông.
Bán kính vòm phần cửa r = 6 (m),
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
13
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Chiều cao tờng phần cửa h = r = 6 (m)
Chiều rộng phần cửa hầm: b = 2.r = 12 (m)
Chiều cao cả vòm và tờng phần cửa hầm là: h
/
= r + h = 12 (m)
Diện tích sử dụng cửa hầm: S
sd
=
2
.

2
r

+ h.b = 128,52 (m
2
)
10000
5000
R
5
0
0
0
9500
12000
12000
6000
Hình vẽ 2.2. Kích thớc phần cửa hầm
Tỷ lệ 1: 200
Cửa hầm sẽ đợc thi công bằng biện pháp đào lộ thiên sau đó lắp dựng cốp pha và đổ
bê tông kết cấu.
2.5.3 Quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ.
Quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ đợc thể hiện trên Hình 2.3
2.5.4 Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt dọc.
Quy hoạch tuyến hầm trên mặt cắt dọc đợc thể hiện trên Hình 2.4
Mặt cắt dọc tuyến hầm thể hiện đặc điểm địa chất các lớp đất đá đờng hầm đi
qua. Trong tài liệu địa chất, khối đá đã đợc phân loại theo hệ thống phân loại RMR
(Rock Mass Rating) của Bieniawxki và bảng phân loại đất đá theo chỉ tiêu chất l-
ợng đờng hầm Q ( Tunnel Quality Index) của Viện Địa kỹ thuật Na Uy, cụ thể nh
sau:

Bảng 2.5: Giá trị RMR và Q của khối đá nền
Pi-két
Loại đá RMR Q Đánh giá
PK 0+00 PK 0+21,19
II 61-72 18-26 Tốt-Rất tốt
PK 0+21,19 PK
0+41,19
III 46-61 3,5-12 Khá-tốt
PK 0+41,19 PK
2+39,17
II 61-72 18-26 Tốt-Rất tốt
2.8. Khái quát về kết cấu chống giữ công trình ngầm.
Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là những
kết quả, những hiểu biết mới trong lĩnh vực cơ học đất, cơ học đá và các thành tựu
của khoa học vật liệu, các kết cấu chống đựơc phát triển và sử dụng trong lĩnh vực
xây dựng công trình ngầm ngày càng phong phú và đa dạng. Đồng thời chính những
đòi hỏi về chất l ợng cao và đảm bảo tính kinh tế đã tạo cơ sở cho việc phát triển
các loại kết cấu chống mới.
Có rất nhều phơng pháp phân loại kết cấu chống giữ công trình ngầm theo các
dấu hiệu khác nhau nh:
+ Phân loại theo vật liệu: gỗ, thép, kim loại, đá, bê tông, vật liệu tổng hợp.
+ Phân loại theo chức năng nhiệm vụ: kết cấu gia cố tạm và kết cấu chống cố định .
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
14
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
+ Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: khung chống, vỏ chống, kết cấu tích hợp
vào khối đá.
+ Phân loại theo hình dạng kết cấu: hình thang, chữ nhật, đa giác, hình vòm,
elíp.
ở đây xin trình bày phơng pháp phân loại theo chức năng và nhiệm vụ của kết

cấu chống giữ công trình ngầm bao gồm kết cấu gia cố tạm và kết cấu chống cố
định.
2.8.1. Kết cấu gia cố tạm
- Kết cấu gia cố tạm có nhiệm vụ:
+ Chống giữ khoảng không gian ngầm từ sau khi khai đào đến khi lắp dựng
kết cấu chống cố định.
+ Hạn chế biến dạng của đờng hầm và đất đá sập lở vào trong khoảng trống
công trình ngầm do chấn động trong quá trình khai đào bằng máy hay bằng
khoan nổ mìn.
+ Bảo vệ ngời và trang thiết bị thi công trong công trình ngầm.
- Kết cấu gia cố tạm có thể đợc lắp dựng trớc (kết cấu gia cố trớc) hoặc
sau khi khai đào khoảng trống công trình ngầm.
+ Kết cấu gia cố trớc: thờng đợc sử dụng trong điều kiện đất, đá yếu có khả
năng sập lở ngay sau khi đào công trình ngầm, gơng đào không ổn định, lu lợng nớc
ngầm chảy vào công trình lớn. Kết cấu gia cố trớc có nhiều dạng khác nhau từ đơn
giản đến phức tạp: đóng nhói, cọc gỗ, cọ thép, ván thép; ngoài ra còn sử dụng các
biện pháp khoan ép gia cố, neo khoan ép , ô ống bảo vệ, đóng băng nhân tạo.
+ Kết cấu gia cố tạm lắp dựng sau khi khai đào thờng đợc áp dụng trong điều
kiện đất đá từ trung bình đến tốt, công trình ngầm có thời gian tồn tại không chống
đủ cho việc lắp dựng kết cấu gia cố tạm. Các kết cấu gia cố tạm sau khi khai đào đ-
ờng hầm bao gồm: khung gỗ, khung thép, bê tông phun, neo, lới thép, lới chất dẻo,
hay kết cấu hỗn hợp ( kết hợp nhiều kiểu kết cấu khác nhau).
- Xu hớng của xây dựng công trình ngầm hiện đại là sử dụng kết cấu
bảo vệ trên cơ sở bê tông phun có thành phần gồm:
+ Bê tông phun ( có thể có lới thép, sợi thép)
+ Neo
+ Khung thép hình hay khung thép tổ hợp.
Bê tông phun cho phép tạo ra các kết cấu liên kết toàn phần với khối đá, không có
khoảng rỗng, hở. Bê tông phun còn có tác dụng liên kết các thành phần đất đá nứt
nẻ tăng khả năng tự mang tải của khối đá.

2.8.2. Kết cấu chống cố định.
- Kết cấu chống cố định có nhiệm vụ đảm bảo độ bền và độ ổn định lâu dài cũng
nh chức năng kỹ thuật của công trình ngầm trong quá trình sử dụng công trình
ngầm.
- Đối với các công trình ngầm có thời gian tồn tại không lớn, kết cấu gia cố tạm có
khả năng đảm bảo độ bền và độ ổn định cho công trình trong thời gian sử dụng thì
kết cấu gia cố tạm đó đóng vai trò là kết cấu chống cố định. Trong những trờng hợp
đó ít có sự phân biệt kết cấu gia cố tạm và kết cấu chống cố định.
- Các kết cấu chống cố định thờng đợc sử dụng chống giữ công trình ngầm bao
gồm:
+ Kết cấu bê tông cốt thép đổ liền khối: có u điểm là độ bền và độ ổn định cao,
độ liền khối lớn nên ít phát sinh ứng suất cục bộ phá hủy kết cấu, thờng kết hợp với
các loại vỏ gang, vỏ thép tăng khả năng cách nớc. Nhng nhợc điểm là thi công phức
tạp, khối lợng bê tông kết cấu lớn, thiết bị thi công cồng kềnh, chi phí xây dựng tốn
kém, lợi ích kinh tế không cao, không có khả năng chịu lực ngay sau khi lắp dựng.
+ Kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép: Vỏ chống bê tông cốt thép thờng đợc chế
tạo trợc trong nhà máy ở dạng toàn khối hay phân chia thành các tấm nhỏ (tubing)
đợc vận chuyển và lắp dựng vào đờng hầm sau khi khai đào. Kết cấu này có u điểm
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
15
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
là có khả năng chịu lực ngay sau khi lắp dựng, chất lợng vỏ bê tông cao và đồng
đều do đợc chế tạo hàng loạt trong nhà máy. Tuy nhiên nhợc điểm là dễ phát sinh
ứng suất cục bộ, thi công đòi hỏi tính chính xác cao.
+ Kết cấu bê tông phun ở dạng bê tông kết cấu: Kết cấu bê tông phun đợc thiết
kế với chiều dày lớn thờng phun có cốt thép( lới thép) hay sử dụng bê tông phun sợi
thép. Ưu điểm là thi công đơn giản, kích thớc vỏ chống nhỏ hơn so với bê tông liền
khối, hiệu quả kinh tế lớn. Tuy nhiên kết cấu này khó đánh giá đợc chất lợng vỏ
chống, chất lợng thi công.
2.8.3. Chọn kết cấu chống hợp lý.

Việc lựa chọn kết cấu chống hợp lý cho công trình hầm dẫn dòng nhà máy thủy
điện Huội Quảng cần căn cứ và nhiều yếu tố nh:
Các điều kiện địa tầng.
Chức năng công trình.
Kích thớc công trình.
Thời gian tồn tại.
Giá thành hệ thống kết cấu chống
Phơng pháp thi công, và điều kiên cung cấp vật t, thiết bị thi công.
Căn cứ vào những điều kiện trên có nhiều phơng pháp lựa chọn kết cấu chống
hợp lý, nhng trong phạm vi có hạn của đồ án em xin đa ra phơng pháp lựa chọn kết
cấu chống hợp lý theo các chỉ dẫn của các tác giả dựa vào các bảng phân loại đất
đá.
2.8.3.1. Lựa chọn kết cấu gia cố tạm.
Theo mục 2.2.4, qua khảo sát địa chất khu vực hầm dẫn dòng, hầm đợc đào
qua các đá loại II và III theo bảng phân loại đất đá của Bieniawski cũng theo
Bieniawski thời gian tồn tại không chống của các công trình ngầm đợc xác định dựa
vào chỉ số RMR theo đồ thị sau:
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
16
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
10
6
1
10
0
10
1
10
2
10

3
10
4
10
5
10
1 ngày
30
20
10
8
6
5
4
2
3
1
1 tuần
1 tháng
1 năm
10 năm
Khẩu độ, m
Thời gian tồn tại ổn định (giờ)
Vùng không cần chống
Vùng sập lở
tức thì
20
30
40
50

60
70
80
90
80
70
60
50
40
30
20
R
o
c
k

m
a
s
s

r
a
t
i
n
g
R
o
c

k

m
a
s
s

r
a
t
i
n
g
Hình 2.1. Phân loại khối đá theo Bieniawski
Hình 2.5: Thời gian tồn tại không chống của công trình ngầm theo Bieniawski
Theo đó thì thời gian tồn tại không chống của đờng hầm với khẩu độ 11,0m tại các
vị trí nh trong bảng sau.
Bảng 2.5. Thời gian tồn tại không chống của các vị trí trong đờng hầm theo
Bienawski.
Lý trình Loại đá RMR Q
Thời gian tồn tại
không chống(giờ)
PK 0+00 PK 0+21,19
II 61-72 18-26 1 tháng
PK 0+21,19 PK
0+41,19
III 46-61 3,5-12 1 tuần
PK 0+41,19 PK
2+39,17
II 61-72 18-26 1 tháng

Căn cứ vào chỉ số RMR, Cummings đa ra chỉ dẫn lựa chọn kết cấu chống giữ
cho đờng hầm nh sau:
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
17
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Hình 2.6 Sơ đồ lựa chọn loại hình chống giữ hợp lý cho công trình ngầm theo
Cummings 1982
Hình 2.7 Các biện pháp gia cố công trình ngầm theo hệ thống phân loại Q
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
RMR
Q
18
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Ghi chú: (1). Không gia cố; (2). Neo rải rác (cục bộ); (3). Neo hệ thống; (4). Neo hệ
thống và phun vảy bê tông dày 4-10cm; (5). Phun bê tông trộn sợi thép, dày 5-9cm và
neo; (6). Phun bê tông trộn sợi thép, dày 9-12cm và neo; (7). Phun bê tông trộn sợi thép,
dày 12-15cm và neo; (8). Phun bê tông trộn sợi thép, dày > 15cm, vì thép và neo; (9). Đổ
vòm bê tông.
Theo quy hoạch tuyến hầm trên bình đồ (hình 1.4) và bảng 2.5 thì đờng hầm
chủ yếu đào trong đất đá nhóm II, chỉ có 20m hầm đào trong đá nhóm III do đó
việc tính toán thiết kế kết cấu chống giữ tính cho đá nhóm II. Tại các vị trí hầm đào
trong đá nhóm III sẽ có biện pháp gia cố thêm.
Theo chỉ dẫn của Cummings (hình 2.4) với đờng hầm đào trong đá nhóm II có
RMR=60 -:-70 thì biện pháp gia cố là sử dụng neo tha.
Theo chỉ dẫn các biện pháp gia cố công trình ngầm theo hệ thống phân loại Q
(hình 2.5) thì với đờng hầm có khẩu độ 10 -:-20m, đào trong đá loại II, thì biện
pháp gia cố là neo hệ thống.
Căn cứ vào các chỉ dẫn trên ta chọn kết cấu gia cố tạm đờng hầm nh sau:
+ Với đoạn hầm đào trong đá nhóm II, sử dụng kết cấu gia cố tạm là neo dính
kết bê tông cốt thép, bố trí theo mạng trên vòm hầm.

+ Với đoạn hầm đào trong đá nhóm III và đoạn chuyển tiếp cửa vào sử dụng
kết cấu gia cố tạm là neo dính kết bê tông cốt thép kết hợp với bê tông phun vảy dày
5
ữ
10cm.
2.8.3.2. Lựa chọn kết cấu chống cố định.
- Với thời gian tồn tại của đờng hầm là 5-:-7 năm không phải là lớn nhng do điều
kiện lu lợng nớc chảy qua hầm là rất lớn mùa khô tới 915m
3
/s, mùa lũ tới 1507 m
3
/s
đo đó áp lực nớc và mức độ bào mòn kết cấu vỏ chống là rất lớn. Do đó cần lựa chọn
kết cấu chống cố định là vỏ bê tông cốt thép liền khối.
+ Xác định kích thớc tiết diện đào thân hầm.
- Chiều dày vỏ chống cố định : d (m)
d = (0,1ữ 0,15).R = (0,1ữ 0,15).5 = 0,5 (m)
Với R_bán kính tiết diện sử dụng vòm hầm.
- Chiều dày nền hầm: do nền hầm đặt trên đá cứng vững nên chọn chiều dày
nền hầm d
n
= 0,3m
Vậy kích thớc đào phần thân hầm là : S
đ
=
2
.
2
d
R

+ h
t
.B
đ
(m
2
)
Trong đó: R
đ
_ bán kính đào của vòm, R
đ
= R + d = 5 + 0,5 = 5,5 (m)
d_chiều dày lớp vỏ chống cố định, d = 0,5 (m)
h
t
_chiều cao đào của tờng, h
t
= R + d
n
= 5 + 0,3 = 5,3 (m)
d
n
- chiều dày bê tông nền, d
n
= 0,3 (m)
B
đ
_chiều rộng đào, B
đ

= 2.R
đ
= 11 (m)
Diện tích gơng đào: S
đ
=
2
.
2
d
R

+ h
t
.B
đ
=
2
5,5.14,3
2
+ 5,3.11 = 105,8( m
2
)
Vậy diện tích tiết diện đào của thân hầm dẫn dòng là S
đ
= 105,8 m
2
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
19
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ

Hình 2.8 : Mặt cắt ngang thân hầm Tỷ lệ 1:100
+ Xác định kích thớc tiết diện đào đoạn chuyển tiếp cửa vào và cửa ra.
Đoạn chuyển tiếp cửa vào và cửa ra dự kiến đợc gia cố tạm bằng neo dính kết bê
tông cốt thép kết hợp bê tông phun dày 6cm. Chống cố định bằng vỏ chống bê tông
cốt thép phần tờng, vòm dày 60 cm, nền 40 cm tăng khả năng chống trợt của đất đá
bên bờ dốc.
Diện tích tiết diện đào đoạn chuyển tiếp cửa vào và cửa ra:
S
đ2
=
2
.
2
2d
R

+ h
t
.B
đ2
(m
2
)
Trong đó: R
đ2
_ bán kính đào của vòm,
R
đ2
= R + d
2

+ d
o
= 5 + 0,6 + 0,06 = 5,66 (m)
d
2
_chiều dày lớp vỏ chống cố định đoạn chuyển tiếp, d
2
= 0,6 (m)
h
t2
_chiều cao đào của tờng, h
t2
= R + d
n
= 5 + 0,4 = 5,4 (m)
d
n
- chiều dày bê tông nền đoạn chuyển tiếp, d
n
= 0,4 (m)
B
đ
_chiều rộng đào, B
đ
= 2.R
đ2
= 11,32 (m)
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
20
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ

S
đ
=
2
3,14.5,66
2
+ 5,4.11,32 = 111,4( m
2
)
Hình 2.9 Mặt cắt ngang tiết diện đào đoạn chuyển tiếp cửa vào (Tỷ lệ 1:100)
2.9. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu chống giữ công trình ngầm.
2.9.1. Xác định áp lực đất đá thân hầm.
2.9.1.1. áp lực đất đá nóc phần thân hầm.
- áp lực đất đá nóc phần thân hầm xác định theo giả thuyết hình thành vòm
phá hủy (vòm áp lực) của Tximbarevich.
- Các giá trị áp lực đất đá đợc tính trên 1 mét dài hầm.
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
21
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Hình 2.10 Sơ đồ tính toán áp lực nóc theo Tximbarevich
Góc ma sát trong:

= 60
o

Kích thớc tiết diện đào B
đ
= 2 = 11,0 m, H
đ
= 10,8 m, S

đ
= 105,8 m
2
Chiều rộng vòm phá hủy: a
1
= a + H
đ
.tg(
2
90
) (2.1)
Chiều cao vòm phá hủy:
b
1
=
1
90
. ( )
2

a H tg
a
f f


+
=

(2.2)

=
90 60
5,5 10,8. ( )
2
11
o o
tg

+
=

0,84 m
áp lực nóc phân bố trên nóc hầm :
q
n
= k
qt
.
1
. 1,5.2,68.0,84 3,4( / )b T m

= =
Với: k_hệ số vợt tải , với công trình cấp I, k=1,5


_trọng lợng thể tích đất đá,

=2,68 T/m
3
2.9.1.2. áp lực đất đá sờn phần thân hầm.

áp lực sờn tại nóc công trình : q
s1
=
1
b.

.tg
2
(
2
45
0


)
áp lực sờn tại nền công trình : q
s2
=

.(b
1
+H
đ
).tg
2
(
2
45
0

)
áp lực đất đá bên sờn: q
s
=
1 2
(q q )
2
s s
+
=
2

.(2b
1
+ H
đ
).tg
2
(
2
45
0


) (2.3)
Thay số vào (2.3): q
s
=
2,68

2
(2.0,84 + 10,8)tg
2
(45
0
-
60
2
o
)
q
s
= 1,2 T/m
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
22
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
áp lực sờn phân bố bên sờn hầm khi kể đến hệ số vợt tải:
q
s
= k
qt
= 1,5.q
s
= 1,5.1,2 = 1,8 T/m
2.9.1.3. Xác định áp lực đất đá nền hầm.
Theo kinh nghiệm với đá nền có f

8 thì áp lực nền là rất nhỏ có thể bỏ qua.
2.9.2. Xác định áp lực đất đá đoạn chuyển tiếp cửa hầm.
Đoạn chuyển tiếp cửa hầm đợc tính toán theo giả thiết áp lực của K.Terzaghi.

Hình 2.11 : Sơ đồ tính toán áp lực đất đá theo K.Terzaghi.
+ Để xác định tải trọng cho đoạn chuyển tiếp cửa hầm ta lấy giá trị tính toán tại vị
trí có H
o
= 5B
1
= 43,12 m. Trên trắc dọc tuyến hầm, vị trí có chiều cao nhỏ hơn
43,12 m cách cửa vào 32,52 m và cách cửa ra 43,54m, do đó đoạn chuyển tiếp cửa
hầm đợc xác định trên trắc dọc:
+ Đoạn chuyển tiếp: từ PK0+00 đến PK32,52và từ PK2+19,61 đến PK2+43,52,
tổng chiều dài 56,43 m
+ Đoạn thân hầm từ PK0+32,52 đến PK 2+19,61, chiều dài 187,09 m
Theo K.Terzaghi:
B
1
= b/2 + h tg(45
o
+

/2)
)/(tg)pz(q
o
vh
245
2
+=

=
tg
B
H
k
n
o
e
tg.k
B
q
1
1
1
Với H
o


5B
1
Trong đó:
B
1

chiều rộng vùng đất đá bị phá hủy.
b chiều rộng đào của công trình tại đoạn chuyển tiếp, b = 11,32 m.
h chiều cao đào của công trình tại đoạn chuyển tiếp, h = 11,06 m.
p
h
áp lực hông.

- trọng lợng thể tích trung bình của các lớp đất đá trên nóc công trình.
H
i
chiều dày lớp đất thứ i, m
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
( )
2.4
i i
i
H
H


=


23
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
i

- trọng lợng thể tích lớp đất thứ i
k - Hệ số k
1

H
o
Chiều sâu đặt công trình.
* Tính toán áp lực đất đá
B
1
=
2
b
+ h.tg(
2
90
) =
11,32 90 60
11, 06 8,624
2 2
o o
tg m


+ =
ữ

Phía trên nóc hầm gồm 5 lớp đất đá có chiều dày và trọng lợng thể tích nh sau:
Bảng 2.6 Đặc điểm các lớp đất đá phía trên đờng hầm
Lớp, đới
Chiều dày
H
i

, m
Trọng lợng thể tích
i

, T/m
3
e-dQ 7,39 2,3
I-A
1
2,57 2,5
I-A
2
3,78 2,6
II-A 22,94 2,66
II-B 6,44 2,68
Thay vào công thức 4.20 tính đợc
tb

=2,59 T/m
3
* áp lực nóc:
1
43,12
60
8,624
1
2,59.8,624
1 1,5. 1 19,35
.
60

o
o
H
k tg
tg
B
n qt
o
B
q k e e
k tg
tg









= = =




T/m
* áp lực hông
q
s

=
( )
2
( ) 45 / 2
o
qt i v
k z p tg

+
Trong đó:
k
qt
- hệ số quá tải, k=1,5
z khoảng cách từ nóc hầm đến vị trí cần tính áp lực
i

- trọng lợng thể tích của đá,
2,68
i

=
T/m
3
+ Tại vị trí nóc hầm, z = 0:
, 2
1,5.12,9. 15 1, 4
o
s
q tg= =
T/m

+ Tại vị trí nền hầm, z = h = 11,06 m
( )
'' 2
1,5. 2,68.11,06 19,35 15 5,3
o
s
q tg= + =
T/m
+ áp lực phân bố bên sờn.

' "
1, 4 5,3
3,35
2 2
s s
s
q q
q
+
+
= = =
T/m
2.10.Thiết kế kỹ thuật kết cấu chống giữ đ ờng hầm.
2.10.1. Thiết kế kết kỹ thuật kết cấu gia cố tạm.
2.10.1.1. Kết cấu gia cố tạm thân hầm.
Theo mục 2.3.3.1 kết cấu gia cố tạm cho thân hầm dự kiến là neo bê tông cốt
thép bố trí theo mạng trên nóc hầm. Thép neo sử dụng thép neo là thép có gờ,
25

CIII, bê tông dính kết mác M300.
Các thông số tính toán cho thân hầm:
Kích thớc hầm R
đ
= 5,5 m, B
đ
= 11,0 m
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
24
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Chiều cao vùng phá hủy b
1
= 0,84 m, áp lực nóc q
n
=3,4 T/m, áp lực sờn q
s
=1,2
T/m
Tính toán các thông số của mạng neo.
Tính toán thiết kế mạng neo áp dụng theo nguyên lý treo. Bản chất của nguyên lý
treo là vì neo làm nhiệm vụ gim và treo các lớp đất đá trong vùng giảm ứng suất vào
khối đá bền vững. Trình tự tính toán nh sau:
Tính toán chiều dài neo:
Chiều dài neo đợc xác định từ điều kiện giữ đầu neo ở phía ngoài vùng phá
huỷ (nh chiều cao vòm phá huỷ, vùng phá huỷ, vùng sập lở cục bộ, lớp đất đá bị phá
huỷ do nổ mìn).
Chiều dài neo đợc xác định theo công thức:
L
n
= 1,5L

z
+ k.h
fh
+ L
k
(m) (4.2)
Trong đó:
L
z
- chiều dài khóa neo, L
z
= 0,3 -:- 0,5 m
Lấy L
z
= 0,5 m (thiên về an toàn)
h
fh
- chiều cao vòm phá huỷ, h
fh
= 0,84 m
k - hệ số an toàn, k = 1,5
L
k
chiều dài bu lông và bản đệm, L
k
= 0,07 m
Thay số vào công thức (4.2) ta có:
L
n
= 1,5.0,5 + 1,5.0,84 + 0,07 = 2,08 m

Vậy chiều dài neo lấy bằng 2,2m để thuận tiện cho thiết kế và thi công hầm đảm
bảo an toàn và thuận tiện.
Xác định khả năng mang tải của neo
Khả năng mang tải của neo đợc xác định bởi giá trị nhỏ nhất từ các điều
kiện độ bền cắt, độ bền chống trợt của neo với bê tông phun, độ bền chống trợt của
bê tông với đất đá.
P = min( P
1
, P
2
, P
3
) (2.4)
Trong đó:
P
1
Độ bền của thanh cốt thép làm neo;
P
2
Độ bền của neo theo điều kiện bám dính bê tông và cốt thép;
P
3
Độ bền của neo theo điều kiện bám dính bê tông và đất đá.
*Tính độ bền của neo theo khả năng chịu lực của thanh neo P
1
:
P
1
đợc xác định theo công thức:
P

1
= F
c
. R
a
.k
lv
(T/neo) (2.5)
Trong đó:
F
c
tiết diện thanh neo; m
2

F
c
= .
2
n
2
d






= 3,14.
2
2

025,0






= 0,00049 (m
2
)
(Với d
n
- đờng kính của thanh thép làm neo thép d
n
= 25 mm).
R
a
- độ bền kéo của vật liệu cốt neo, với thép neo CIII, R
a
= 43000 T/m
2
k
lv
hệ số làm việc của thanh neo, ở đây chọn k = 0,9
Thay số vào (2.5) ta đợc:
P
1
= 0,00049 . 43000.0,9 = 18,3 (T/neo)
* Tính khả năng chịu lực của thanh neo theo điều kiện bám dính của cốt neo với
bê tông P

2
:
P
2
= . d
n
.
1
.L
z
.k
z
.k
lvz
(T/neo) (2.6)
Trong đó:
L
z
chiều dài khóa neo, L
z
= 0,5 m

1
- lực dính kết giữa thanh neo và bê tông, với bê tông mác 300,

1
= 7,3 MPa = 730 T/m
2
SV: Phạm Văn Hiệp Lớp XDCTN & Mỏ K51
25