Nghiên cứu ảnh hưởng của lực động đất đến kết cấu đường hầm dẫn nước của trạm thủy điện

L IC M

N

Sau th i gian h c t p, nghiên c u và làm lu n v n, đ
giúp đ c a các th y, cô giáo trong tr

ng

i h c Th y l i và s c g ng n

l c c a b n thân, đ n nay đ tài “Nghiên c u nh h
k tc uđ

ng h m d n n

c s nhi t tình

ng c a l c đ ng đ t đ n

c c a tr m th y đi n” đã đ

c hoàn thành.

Các k t qu trong lu n v n là nh ng đóng góp nh v vi c nghiên c u
xác đ nh k t c u đ

ng h m d n n

c c a th y đi n Su i S p 3 – S n La. Do

th i gian và kinh nghi m h n ch nên trong khuôn kh m t lu n v n th c s
còn t n t i m t s v n đ c n ti p t c nghiên c u. Tác gi mong nh n đ

cs

góp ý, ch b o c a các th y cô giáo và các b n đ ng nghi p.
Tác gi xin chân thành bày t lòng bi t n sâu s c đ n TS. Tr nh Qu c
Công, ng

i đã t n tình h

ng d n, ch b o và cung c p các thông tin khoa

h c c n thi t trong quá trình th c hi n lu n v n.
Xin c m n Nhà tr
l i, Phòng đào tào

ng, các th y cô giáo trong Tr

i h c và sau

ng

i h c Th y

i h c đã t o đi u ki n giúp đ tác gi v

tài li u, thông tin và đóng góp nhi u ý ki n quý báu cho bài lu n v n.
Xin chân thành c m n!
Hà N i, tháng 3 n m 2015

H c viên

Ngô Duy Bính


L I CAM OAN
Tên tôi là: Ngô Duy Bính
H c viên l p: 20C11
Tên đ tài lu n v n “Nghiên c u nh h
đ

ng h m d n n

ng c a l c đ ng đ t đ n k t c u

c c a tr m th y đi n” .

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi. Nh ng n i dung
và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ

c ai công b

trong b t k công trình khoa h c nào. N u vi ph m tôi xin hoàn toàn ch u
trách nhi m, ch u b t k các hình th c k lu t c a Nhà tr

ng.

H c viên

Ngô Duy Bính

M CL C
M

U .......................................................................................................... 1

CH

NG I: T NG QUAN ........................................................................... 4

1.1. T ng quan v đ

ng h m d n n

c vào nhà máy th y đi n ..................... 4

1.1.1. Khái ni m và phân lo i ........................................................................... 4
1.1.2. Hình d ng m t c t và đi u ki n s d ng ................................................. 4
1.2. Yêu c u v phân tích, l a ch n k t c u cho tuy n đ

ng h m.................. 6

1.2.1.

ng h m không có l p áo gia c ........................................................ 9

1.2.2.

ng h m có l p áo gia c ................................................................... 9

1.3. L a ch n tuy n đ

ng h m, nguyên lí tính toán kh n ng ch u l c v

h m .................................................................................................................. 11
1.3.1. L a ch n tuy n c a đ

ng h m ............................................................ 11

1.3.2. Nguyên lí tính toán kh n ng ch u l c v h m ..................................... 13
1.4. T ng quan v đ ng đ t ............................................................................. 15
1.4.1. Nguyên nhân gây ra đ ng đ t ............................................................... 15
1.4.2. M t s khái ni m v đ ng đ t ............................................................... 15
1.4.3. Tình hình đ ng đ t trên th gi i và
1.4.4.

nh h

Vi t Nam ................................... 18

ng c a đ ng đ t đ n công trình xây d ng và bi n pháp gi m

thi u thi t h i do đ ng đ t ............................................................................... 21
1.5. Các nghiên c u v thi t k công trình ch u đ ng đ t
ngoài n

trong n

c và

c ....................................................................................................... 23

1.5.1. Trong n

c ............................................................................................ 23

1.5.2. Ngoài n

c ............................................................................................ 26

CH

NG II: PH

NG PHÁP PHÂN TÍCH K T C U

C A TR M TH Y I N CH U T I TR NG

NG

NG H M
T ................. 27


2.1. Các ph

ng pháp phân tích k t c u tuy n đ

ng h m ch u t i tr ng đ ng

đ t .................................................................................................................... 27
2.1.1. Ph

ng pháp gi t nh ............................................................................ 27

2.1.2. Ph

ng pháp ph ph n ng .................................................................. 27

2.1.3. Ph

ng pháp l ch s th i gian .............................................................. 29

2.2. L a ch n ph

ng pháp tính toán k t c u ................................................. 32

2.2.1. L a ch n theo m c đ ph c t p c a k t c u......................................... 32
2.2.2. L a ch n theo tính đ u đ n c a công trình ........................................... 33
2.3. N i dung ph
đ

ng pháp l ch s th i gian trong phân tích k t c u tuy n

ng h m ....................................................................................................... 33

2.3.1. Ph

ng trình vi phân mô t chuy n v c a k t c u ch u t i tr ng đ ng

đ t .................................................................................................................... 33
2.3.2.Thu t toán Newmark trong phân tích k t c u ch u t i tr ng đ ng đ t
theo ph
CH

ng pháp l ch s th i gian. ................................................................ 34
NG III:

NG

T

NG D NG NGHIÊN C U NH H
NK TC U

NG C A L C

NG H M C A TR M TH Y I N

SU I S P ...................................................................................................... 37
3.1. Gi i thi u chung v công trình................................................................. 37
3.1.1. T ng quan v công trình “Th y đi n Su i S p 3” ................................ 37
3.1.2. Các đi u ki n t nhiên........................................................................... 41
3.1.3. Các h ng m c công trình ch y u ......................................................... 46
3.2. Các tr

ng h p tính toán k t c u tuy n đ

ng h m c a tr m th y đi n

Su i s p ........................................................................................................... 49
3.2.1. L a ch n mô hình tính toán ................................................................. 49
3.2.2. Các thông s c b n c a mô hình ......................................................... 50
3.3. Các tr
3.3.1. Các tr

ng h p tính toán, l c tác d ng và t h p l c. ............................ 52
ng h p tính toán....................................................................... 54


3.3.2. Xác đ nh các t i tr ng t nh .................................................................... 55
3.3.3. Xác đ nh t i tr ng đ ng đ t theo ph

ng pháp l ch s th i gian.......... 60

3.4. Tính toán các l c tác d ng lên v h m trong các tr

ng h p tính toán .. 74

3.5. Phân tích k t qu tính toán ....................................................................... 75
3.5.1. K t qu tính toán tr

ng h p 2 ............................................................. 75

3.5.2. K t qu tính toán tr

ng h p 3 ............................................................. 77

3.5.3. K t qu tính toán tr

ng h p 4 ............................................................. 79

3.5.4. B ng t ng h p k t qu .......................................................................... 81
K T LU N VÀ KI N NGH ...................................................................... 86
TÀI LI U THAM KH O
PH L C 1: TÍNH TOÁN L C TÁC D NG LÊN V

NG H M


DANH M C HÌNH V
Hình 1.1: Hình d ng các ti t di n đ
Hình 1.2: Các lo i v đ

ng h m. ................................................. 5

ng h m có áp............................................................ 7

Hình 1.3: S đ ph t v a v h m. .................................................................... 8
Hình 3.1. Mô hình tính toán đ

ng h m......................................................... 50

Hình 3.2. S đ tính áp l c đá núi .................................................................. 55
Hình 3.3. Quan h gi a K0 và fk c a đá n t n ............................................. 59
Hình 3.4: Ph ph n ng theo ph

ng ngang .................................................. 64

Hình 3.5: Ph ph n ng theo ph

ng đ ng .................................................... 66

Hình 3.6: Ph thi t k theo ph

ng ngang ..................................................... 68

Hình 3.7: Ph thi t k theo ph

ng đ ng ....................................................... 70

Hình 3.8: Ph ph n ng theo ph

ng ngang ng v i đ ng đ t c p 7 ............ 73

Hình 3.9. Ph gia t c n n nhân t o theo ph

ng ngang ng đ ng đ t c p 7 . 74

Hình 3.10. Bi u đ

ng su t S11 v i TH2 ...................................................... 75

Hình 3.11. Bi u đ

ng su t S33 v i TH2 ...................................................... 76

Hình 3.12. Bi u đ chuy n v U1 v i TH2 ..................................................... 76
Hình 3.13. Bi u đ chuy n v U3 v i TH2 ..................................................... 77

Hình 3.14. Bi u đ

ng su t S11 v i TH3 ...................................................... 77

Hình 3.15. Bi u đ

ng su t S33 v i TH3...................................................... 78

Hình 3.16. Bi u đ chuy n v U1 v i TH3 ..................................................... 78
Hình 3.17. Bi u đ chuy n v U3 v i TH3 ..................................................... 79
Hình 3.18. Bi u đ

ng su t S11 v i TH4 ...................................................... 79

Hình 3.19. Bi u đ

ng su t S33 v i TH4 ...................................................... 80

Hình 3.20. Bi u đ chuy n v U1 v i TH4 ..................................................... 80
Hình 3.21. Bi u đ chuy n v U3 v i TH4 ..................................................... 81


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1: Các lo i áo ch u l c c a đ

ng h m .............................................. 10

B ng 1.2: Chi u dày t i thi u c a v đ
B ng 1.3: B ng chuy n đ i t

ng đ

ng h m ........................................... 14

ng gi a các thang đ ng đ t ................ 17

B ng 1.4: B ng chuy n đ i t đ nh gia t c n n sang c p đ ng đ t ................ 18
B ng 1.5: M t s tr n đ ng đ t gây thi t h i v ng
B ng 2.1: Ph m vi áp d ng c a các ph

i ................................... 19

ng pháp tính toán theo m c đ ph c

t p t ng d n c a k t c u .................................................................................. 32
B ng 2.2: Quy đ nh v vi c xây d ng mô hình và s d ng ph

ng pháp tính

toán theo tính đ u đ n c a công trình ............................................................. 33
B ng 3.1: B ng thông s chính c a công trình ............................................... 37
B ng 3.2: Quy mô các h ng m c công trình chính ......................................... 39
B ng 3.3: Các thông s c b n v khí t
B ng 3.4: Thông s c b n m t c t đ

ng - th y v n ................................ 42
ng h m.............................................. 50

B ng 3.5: Ch tiêu c lý tính toán cho bê tông ............................................... 50
B ng 3.6: Thông s c t thép tính toán ............................................................ 51

B ng 3.7: Các ch tiêu c lý đ c tr ng các m u thí nghi m c a l p IIB ........ 52
B ng 3.8: H s l ch t i khi tính toán l p lót đ

ng h m .............................. 53

B ng 3.9. Tr s Ka ng v i các lo i đá.......................................................... 57
B ng 3.10: Các lo i n n đ t ............................................................................ 61
B ng 3.11: Giá tr các tham s bi u di n ph ph n ng đàn h i .................... 61
B ng 3.12: Các thông s tính toán ph ph n ng đàn h i theo ph
B ng 3.13: K t qu tính toán ph ph n ng đàn h i theo ph

ng ngang .. 63

ng n m ngang... 63

B ng 3.14: Các giá tr ki n ngh cho các tham s mô t ph ph n ng đàn h i
theo ph

ng th ng đ ng.................................................................................. 64

B ng 3.15: K t qu tính toán ph ph n ng đàn h i theo ph

ng th ng đ ng .. 65


B ng 3.16: Các thông s tính toán ph thi t k theo ph
B ng 3.17: K t qu tính toán ph thi t k theo ph

ng n m ngang ...... 67

ng n m ngang .............. 67

B ng 3.18: Các giá tr ki n ngh cho các tham s mô t ph thi t k theo
ph

ng th ng đ ng ......................................................................................... 68

B ng 3.19: K t qu tính toán ph thi t k theo ph
B ng 3.20:

ng th ng đ ng .............. 69

a đi m c p đ ng đ t nghiên c u ............................................... 73

B ng 3.21: Th ng kê các ngo i l c tác d ng lên đ

ng h m trong các tr

ng

h p tính toán .................................................................................................... 74
B ng 3.22: Th ng kê k t qu tính toán trong các tr

ng h p ........................ 81

B ng 3.23: B ng t ng h p k t qu tính toán các tr

ng h p t i các nút ........ 82

1

M

U

I. Tính c p thi t c a đ tài
tn

c ta n m trong vùng ch u nh h

m nh. Theo Vi n V t Lý

a C u, đ t n

ng c a đ ng đ t t

ng đ i

c ta có b n vùng đ ng đ t chính.

Vùng đ ng đ t th nh t là mi n núi tây b c bao g m các t nh S n La, Lai
Châu v i c

ng đ đ ng đ t M=6.8, Vùng th hai đ ng b ng châu th sông

H ng v i c

ng đ đ ng đ t M = 6.2, Vùng đ ng đ t th ba là vùng mi n núi

ông B c bao g m các t nh B c Giang, L ng S n, Cao B ng, L ng S n v i
c

ng đ đ ng đ t M= 6.0, Vùng đ ng đ t cu i cùng là vùng phía nam c a

đ tn

c ta v i c
N

ng đ đ ng đ t M= 5.5.

c ta đang trong th i k công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t n

nhu c u đi n n ng ngày càng t ng.
l

ng cho đ t n

c nên

i u đó đã đ t ra nhi u c p thi t v n ng

c. Chính vì v y mà các công trình tr m th y đi n đ

c xây

d ng trên ngày m t nhi u, đ c bi t các công trình th y đi n có công su t v a
và nh v i đ

ng d n n

cho các tr m th y đi n

c dài đ t o c t n
n

c ta hi n nay đ

c.

c

c s d ng kh ph bi n, đi n

hình nh Th y đi n N m Chi n (200MW) có đ
đi n Hu i Qu ng (520MW) có đ

ng h m đ t o c t n

ng h m dài 10Km, th y

ng h m dài 4Km, và m t s công trình

th y đi n nh nh Su i S p, Sao Va, Xím Vàng, N m M …vv
Hi n nay, t i các công ty thi t k , khi phân tích k t c u tuy n đ
h m c a tr m th y đi n th
tr ng đ ng đ t nh ng th

ng

ng b qua t i tr ng đ ng đ t ho c có k đ n t i
ng ch s d ng ph

ng pháp mô ph ng t nh.

i u

này d n đ n k t qu tính toán không ph n ánh đúng tr ng thái làm vi c c a
k t c u tuy n đ

ng h m trong đi u ki n x y ra đ ng đ t. V i s phát tri n

c a khoa h c công ngh , ngày nay có nhi u ph

ng pháp tính toán k t c u

công trình ch u t i tr ng đ ng đ t cho k t qu ph n ánh đ

c tr ng thái làm

vi c c ng nh đ c tính đ ng c a k t c u công trình nh ph

ng pháp ph


2

ph n ng, ph

ng phỏp l ch s th i gian vv. Trong ú, Phương pháp lịch sử
..

thời gian (Response history analysis ) sử dụng biểu đồ gia tốc nền u (t ) để tính
toán nội lực, ứng suất, chuyển vị của kết cấu tại mọi thời điểm của một trận
động đất. Phương pháp này đã phản ánh được quá trình làm việc của kết cấu
đường hầm trong quá trình xảy ra động đất của một trận động đất cụ thể từ đó
thấy được rõ hơn ảnh hưởng của lực động đất đến kết cấu đường hầm của trạm
thủy điện.
Chớnh vỡ cỏc y u t phõn tớch trờn nờn vi c phõn tớch k t c u
h md nn

c c a tr m th y i n ch u tỏc d ng c a l c ng t theo ph

phỏp l ch s th i gian th y
tuy n
h

c nh h

ng

ng c a l c ng t n k t c u

ng h m l r t c n thiờt. H c viờn ch n ti: Nghiờn c u nh

ng c a l c ng t n k t c u

ng h m d n n

c c a tr m th y

i n s gúp m t ph n vo cụng ngh thi t k , phõn tớch k t c u tuy n
h md nn
kớch th

ng

c vo mỏy th y i n ch u t i tr ng ng t, t ú l a ch n

c k t c u h p lý cho tuy n

cho tuy n

ng
c

ng h m c a tr m th y i n m b o

ng h m lm vi c an ton v i m i t h p t i tr ng trong th c t

v n hnh.
II. M c ớch c a ti
Xõy d ng c s lý thuy t, mụ hỡnh toỏn trong phõn tớch k t tuy n


ng h m d n n

theo ph

c c a tr m th y iờn ch u tỏc d ng c a t i tr ng ng t

ng phỏp l ch s th i gian t ú th y

t n k t c u tuy n
III. Cỏch ti p c n v ph

ng h m d n n

c nh h

ng c a l c ng

c c a tr m th y i n.

ng phỏp nghiờn c u

- i u tra, th ng kờ v t ng h p cỏc ti li u ó nghiờn c u liờn quan n
ti.
- Nghiờn c u c s lý thuy t v phõn tớch k t c u cụng trỡnh ng m ch u
t i tr ng ng t.


3

- Xây d ng bi u đ gia t c n n t i v trí công trình theo tiêu chu n xây
d ng Vi t nam TCXDVN 375-2006; Thi t k công trình ch u đ ng đ t.
- Xây d ng mô hình k t c u đ

ng h m d n n

c c a tr m th y đi n

ch u các t i tr ng t nh và t i tr ng đ ng đ t b ng ph n m m Ph n t h u h n
có các module phân tích đ ng theo ph

ng pháp l ch s th i gian.

- Phân tích, đánh giá, so sánh k t qu
đ

ng su t, chuy n v c a k t c u

ng h m tr m th y đi n ch u t i tr ng t nh và t i tr ng đ ng đ t, t đó rút

ra k t lu n v

nh h

ng c a l c đ ng đ t đ n k t c u đ

ng h m d n n

c

c a tr m th y đi n.
IV. K t qu d ki n đ t đ

c

- Bi u đ gia t c n n t i v trí xây d ng tuy n đ

ng h m.

- Xác đ nh t n s dao đ ng riêng, hình dáng dao đ ng c a k t c u
đ

ng h m c a tr m th y đi n theo các d ng dao đ ng.
- Tr ng thái ng su t bi n d ng c a k t c u đ

ng h m ch u t i tr ng

t nh.
- Bi u đ tr ng thái ng su t bi n d ng t i các đi m trên tuy n đ

ng

h m th y đi n theo th i gian c a tr n đ ng đ t.
- So sánh k t qu

ng su t bi n d ng c a tuy n đ

t i và t i tr ng đ ng do đ ng đ t gây nên t đó th y đ
đ ng đ t đ n k t c u tuy n đ

ng h m.

ng h m ch u t nh

c nh h

ng c a l c


4

CH
1.1. T ng quan v đ

NG I: T NG QUAN

ng h m d n n

c vào nhà máy th y đi n

1.1.1. Khái ni m và phân lo i
ng h m d n n
đ

ng h m ng

c còn g i là tuynen d n n

i ta phân ra làm hai lo i: đ

ng h m khô th

v i m c đích giao thông, b trí thi t b ...và đ
cung c p n
còn g i là đ

c cho các m c đích phát đi n, t

ng ng d ng

ng h m d n n

c dùng đ

i và các ngành dùng n

c khác

ng h m thu l i.

C n c vào ch đ thu l c bên trong đ
thành hai lo i c b n: đ
không có áp.
m cn

c. Trong khái ni m v

ng h m d n n

ng h m không áp đ

ng h m mà chúng có th phân

c có áp và đ

ng h m d n n

c ng d ng trong các tr

c

ng h p khi

c trong chúng ít thay đ i.
ng h m d n n

ki u kín, đ

c vào nhà máy th y đi n là công trình d n n

c xây d ng xuyên qua đ t đá mà không bóc l p đ t đá
ng h m d n n

cđ

trên.

c xây d ng khi:

+ Không có đi u ki n tháo n
trình dâng n

c

c ho c d n n

c qua b n thân các công

c.

+ Khi xây d ng đ

ng d n h không kinh t b ng xây d ng đ

ng

h m.
+ N u xây d ng kênh h có th b phá ho i do s s t l

s

n núi ho c

có đá l n.
+ Tuy n d n n

c qua n i r ng núi r m r p, đ a hình ph c t p.

1.1.2. Hình d ng m t c t và đi u ki n s d ng
Khi ch n m t c t ngang c a đ

ng h m ph i d a vào các đi u ki n sau:

+ Ch đ th y l c: Quy t đ nh ti t di n m t c t.
+

a ch t: i u ki n c b n quy t đ nh hình th c m t c t.

+ i u ki n thi công: Có kh n ng thi công.


5

Hình 1.1: Hình d ng các ti t di n đ
a. Các hình th c c a m t c t đ

ng h m.

ng h m không áp

L c ch y u là áp l c đá núi vì v y ph i c n c vào áp l c đá núi, t c
h s kiên c c a đ a ch t đ ch n hình dáng m t c t.
- M t c t có đ nh b ng ho c vòm th p: Dùng khi đá r n ch c có h s
kiên c F k ≥ 8, không có áp l c đá núi.
- M t c t có đ nh là vòm n a đ

ng tròn: S d ng khi 4
áp l c đá núi th ng đ ng.
- M t c t có thành, vòm cong: S d ng khi 2theo ph

ng th ng đ ng và ph

ng ngang.

- M t c t hình móng ng a: S d ng khi F k <2, có áp l c đá núi theo
ph

ng th ng đ ng, ph

ng ngang và c d

i lên.

- M t c t hình tròn: Dùng khi có t ng đá n m nghiêng d c theo tuy n
đ

ng h m, áp l c đá núi không đ i x ng qua đ

trung tâm m t c t ngang, áp l c n
b. Các d ng m t c t đ
-

iv iđ

c ng m r t l n.

ng h m có áp

ng h m có áp ng

lo i này đi u ki n dòng ch y t
c a áp l c n

c phân b đ u

ng tr c th ng đ ng đi qua

i ta th

ng dùng m t c t hình tròn. V i

ng đ i t t và có l i cho vi c ch u tác d ng

trong đ

ng h m.


6

- Khi c t n

c áp l c k t trung tâm m t c t tr lên không v

t quá ba

ng h m, có th dùng các hình th c m t c t đ

ng h m

l n chi u cao c a đ

không áp nh ng ph i ti n hành phân tích các đi u ki n kinh t k thu t m t

cách đ y đ .
* L u ý:
-

đ m b o đi u ki n thi công thì:

+ Chi u cao h m ≥ 1,85m đ i v i thi công th công và ≥ 2,5m v i thi
công c gi i.
+ Chi u r ng h m ≥ 1m5m đ i v i thi công th công và ≥ 2,5m v i thi
công c gi i.
-

iv iđ

ng h m không áp, chi u sâu n

l n h n 85% chi u cao đ

c trong đ

ng h m và trong m i tr

ng h m không

ng h p kho ng không

trên m t không bé h n 0,4m.
1.2. Yêu c u v phân tích, l a ch n k t c u cho tuy n đ
Ph n l n các đ

ng h m d n n

ng h m

c thu đi n đ u có v , tu theo kh

n ng ch u l c và đ c đi m kh i đ t đá xung quanh tuy n đ

ng h m mà

chúng đ m nh n các nhi m v khác nhau do đó nhi m v c a chúng c ng
khác nhau.
N uđ

ng h m đ t trong kh i đá r n ch c không n t n thì v đ

h m ch làm nhi m v làm ph ng m t trong c a đ
thu l c vì trong tr

ng h m đ gi m t n th t

ng h p này t i tr ng do áp l c n

c bên trong và áp l c

đ t đá xung quanh là do kh i đá đ m nh n. Trong các tr
thông th

ng đ

ng

ng h p này chúng

c làm b ng l p v a phun dày t 5-10 cm. N u kh i đ t đá

có nhi u n t n thì chúng còn đ

c làm nhi m v ch ng th m.


7

Hình 1.2: Các lo i v đ

ng h m có áp.

I- bê tông li n kh i; II- bê tông c t thép li n kh i; III- v hai l p; IV- bê tông
c t thép đúc s n; V & VI- các k t c u v k t c u h p; 1-l ph t v a bê tông
c t thép; 2- ng ph t v a chèn v h m; 3- c t thép vòng; 4- c t thép c u t o;
5- bê tông đúc t i ch ; 6- v a phun; 7-d m s i; 8- ng thoát n

c; 9- v a, xi

m ng; 10- kh i bê tông; 11- thép t m có đai; 12- vòng thép t m.
Trong tr

ng h p kh i đ t đá xung quanh không có kh n ng đ m nh n

t i tr ng do áp l c n

c bên trong gây và áp l c đ t bên ngoài nên thì thì v

đ

ng h m có k t c u đ có th ch u áp l c n

n

c ng m t bên ngoài, đ ng th i đóng vai trò ch ng th m và gi m ma sát.

Trên hình 1.2 th hi n c u t o v c a các lo i đ
đ t bên ngoài và n
Trong m i tr

c bên trong, áp l c đ t và
ng h m có áp ch u áp l c

c bên trong.
ng h p (tr tr

ho c v a phun) đ t ng c

ng h p v h m làm b ng bê tông phun

ng kh n ng ch u l c c a v h m, t o vùng đ m r n

ch c gi a v h m và kh i đá t nhiên xung quanh, t ng kh n ng ch ng th m,
trong tr

ng h p đ a ch t là đá n t n ng

(hình 1.3). Vi c ph t v a xung quanh đ

i ta ph t v a xung quanh v h m
ng h m t o nên m t kh i r n ch c

cùng làm vi c chung v i v h m và làm cho t i tr ng phân b đ u xung quanh,
gi m kh n ng bi n d ng c a kh i đ t đá. V a ph t xung quanh v h m d

i


8

hai hình th c: ph t v a l p khe h gi a và kh i đ t đá xung quanh (ph t v a b
sung) và ph t v a gia c . Khi thi công gi a v h m và kh i đá xung quanh
th

ng t n t i m t khe h nh t đ nh c n ph i l p đ y chúng b ng v a xi m ng.

Vi c ph t v a này đ
đ

c ti n hành khi bê tông v đã hoàn thành, qua các ng

ng kính 40-60 cm ng

trong đ

i ta nén v a vào kho ng tr ng phía ngoài v t bên

ng h m, các ng này đ

c b trí đ u khi thi công v h m.

Vi c ph t v a gia c ch ti n hành trong tr

ng h p đ a ch t là đá n t

n nhi u b ng cách khoan ph t vào kh i đá xung quanh theo ph

ng h

ng

kính v i v h m.

Hình 1.3: S đ ph t v a v h m.
1- kh i đá không ph t v a; 2- vùng ph t v a gia c ; vùng ph t v a b sung;
4- v h m bê tông
b o v v h m d
tr

ng h p áp l c n

ng m d c theo đ
n

c ngang d

i tác đ ng c a n

c ng m l n, ng

ng h m d

i ta th

c ng m xung quanh trong
ng làm h th ng thoát n

c

i d ng ng (b ng s ho c bê tông nh ) và thoát

i d ng s i b c xung quanh v h m (hình 1.2, s đ V).

V h m nên s d ng m t lo i trên toàn tuy n, ch trong tr
bi t m i s d ng khác lo i.

ng h p đ c


9

1.2.1.

ng h m không có l p áo gia c
Nh ng đ

ng h m không áp, đi qua đá ít n t n li n kh i, có đ b n

cao v i v n t c n

c ch y không quá 10m/s có th thi t k không áo.

thi n ch đ th y l c và đi u ki n ki m tra đ
nh ng tr

c i

ng h m không có áo, trong

ng h p cá bi t nên thi t k đáy ph ng c a đ

ng h m b ng bê

tông.
Khi v n t c dòng ch y l n h n 10m/s thì vi c thi t k đ
không áp không có áo ph i đ

ng h m

c lu n ch ng b ng nh ng tài li u nghiên c u

thí nghi m.
Nh ng đ
phép đ
n

ng h m có áp đi qua vùng có nh ng đi u ki n nh trên, cho

c thi t k không áo khi đ sâu đ

ng h m không quá 1/2 tr s c t

c bên trong tính b ng mét.
o n đ u và đo n cu i c a đ

ng h m không áp và không có l p áo

ph i thi t k có áo trên m t đo n dài b ng chi u r ng thông th y nh ng
không ng n h n 6m,
Trong các thi t k đ

ng h m không có áo ph i áo d ng vi c n mìn

t o biên m t nh n đ gi m b t đ nhám c a m t đ
1.2.2.

ng h m.

ng h m có l p áo gia c
Áo đ

ng h m th y l i có th chia ra: áo làm nh n (không ch u l c) và

áo ch u l c.
a. Áo làm nh n:

Lo i áo làm nh n ph i đ m b o c i thi n đ
l c c a các đ

ng h m, gi m b t l

ng m t n

c nh ng đ c tr ng th y

c do th m qua đ

ng h m và

ng n ng a đá b phong hóa. Lo i áo làm nh n ph i d ki n b trí:
- Trong các lo i đá n t n và phong hóa m nh và không gây áp l c đá.
-

làm cho m t trong c a đ

ng h m đ

h m đi qua các lo i đá n đ nh và n t n nh .

c nh n ph ng khi đ

ng


10

Lo i áo làm nh n ph i thi t k b ng bê tông li n kh i ho c bê tông
phun và b trí

trong ph m vi c a chu vi

san và làm nh n m t ch đ

t. Áo b ng bê tông phun không

c áp d ng khi v n t c n

c ch y trong đ

ng

h m không l n h n 10m/s. Khi v n t c l n h n, vi c áp d ng lo i áo này ph i
đ

c lu n ch ng b ng các s li u nghiên c u thí nghi m.
b. Áo ch u l c
Lo i áo ch u l c ph i ch u đ

c các lo i t i tr ng trong th i k xây

d ng và khai thác, đ ng th i th a mãn đ

c nh ng yêu c u c a lo i áo làm

nh n.
Các lo i áo ch u l c c a đ

ng h m có áp và không áp đ

c nêu trong

b ng 1.1 sau
B ng 1.1: Các lo i áo ch u l c c a đ
Lo i áo ch u l c
c ađ

Lo i đ

ng h m

B ng bê tông

ng h m

Có áp

Không áp

-

li n kh i

-

-

li n kh i có ph t xi m ng gia

- B ng bê tông

li n kh i

c

phun

- B ng bê tông phun

- B ng bê tông

- B ng bê tông nén

phun

B ng bê tông c t thép

ng h m

-

li n kh i

-

li n kh i

li n kh i có ph t xi m ng gia

- B ng bê tông

c

phun có c t thép

- B ng bê tông phun có c t thép

- L p ghép t
nh ng đo n ng
nguyên c vòng
ho c t nh ng kh i
riêng.


11

Lo i áo ch u l c
c ađ

Lo i đ

ng h m

ng h m

Có áp

Không áp

Liên h p hai l p - B ng vòng ng bê tông đ li n
kh i

ngoài và v thép

trong

- B ng vòng ng bê tông c t thép đ
li n kh i

ngoài và v thép

trong

- B ng vòng ng bê tông đ li n
kh i ho c áo bê tông c t thép l p
ghép

ngoài và v v a phun có c t

thép

trong

Nh ng áo ch u l c c a đ

ng h m cho phép thi t k theo ch u n t ho c

ch u n t v i đ m r ng khe n t cho phép. Áo ch ng n t ph i đ
đ iv ic đ

c thi t k

ng h m n m trong các đá có th b xói ng m, b r a l a do m t

ch t ki m, c ng nh

trong tr

hydrocacbonat ít h n 0,25 mg đ
Trong m i tr

ng h p n u môi tr
ng l

ng h p khi l

ng có đ

ki m

ng/lít.

ng m t n

c do th m t đ

ng h m ra

không làm gi m tu i th c a áp và n đ nh c a kh i đá, và c ng nh nh ng
đi u ki n v kinh t n ng l

ng cho phép, thì ph i thi t k lo i v b ng bê

tông ho c bê tông c t thép không c n ch ng n t. Áo c a nh ng đ

ng h m

không áp, theo nguyên t c ph i thi t k theo đi u ki n không ch ng n t.
1.3. L a ch n tuy n đ

ng h m, nguyên lí tính toán kh n ng ch u l c v

h m
1.3.1. L a ch n tuy n c a đ
Khi l a ch n tuy n đ

ng h m
ng h m c n ph i c n c vào đi u ki n đ a hình,

đ a ch t và đi u ki n thi công. V m t kinh t yêu c u tuy n đ

ng h m ph i

ng n nh t. Trong th c t do đi u ki n đ a hình, đ a ch t và đi u ki n thi công,


12

tuy n h m có th có d ng gãy khúc, các đo n n i v i nhau đ

cl

n cong

v i bán kính không nh h n 5 l n chi u r ng ti t di n c a chúng và góc ngo t
không v

t quá 60o. Tuy n đ

ng h m d n n

c th y đi n có th dài t i hàng

ch c ki lô mét.
V nguyên lý tính toán kinh t đ
toàn t

ng t nh đ i v i kênh d n.

ng h m d n n
iv iđ

c không áp hoàn

ng h m không áp c ng có

khái ni m t đi u ti t và không t đi u ti t. Ch đ thu l c tính toán trong

đ

ng h m không áp là ch đ dòng đ u, t n th t c t n

có th l y ∆h max = i.L. Do giá thành xây d ng đ
d n nên v n t c kinh t trong đ
iv iđ

ng h m d n n

c l n nh t trong nó

ng h m đ t h n so v i kênh

ng h m không áp trung bình t 2,5÷3,5 m/s.
c áp l c, ch đ thu l c không ph thu c

vào đ d c tuy n d n, do đó tu theo đi u ki n đ a hình, đ a ch t c th đ b
trí. M t c t kinh t c a đ

ng h m có áp (th

ng có ti t di n tròn) xác đ nh

theo di n tích ti t di n ω c a nó. V n t c kinh t trong các đ

ng h m có áp

trong kho ng 3,5÷6 m/s.
a. i u ki n đ a ch t

ng h m c n đào qua khu v c đá t t và đ ng nh t, tránh đi qua
nh ng khu v c có đá x u, có kh n ng t s t tr
l

ng n

t, m c n

c ng m cao và

c th m l n.

b. V đ a hình và kh n ng thi công
- Không b trí đ

ng h m g n sát m t đ t đá thiên nhiên mà ph i đ m

b o m t đ chôn sâu nh t đ nh; h đ ≥ 3h t , trong đó:
h đ - Chi u dày l p đ t đá trên đ nh đ
h t - Chi u cao m t c t đ
- D c tuy n đ

ng h m.

ng h m có nh ng v trí có th b trí gi ng đ ng hay

h m ngang đ v n chuy n đ t đá, t ng đ
h m.

ng h m.

c di n công tác khi thi công đào


13

- Tuy n đ

ng h m c n đ t cách xa các công trình khác m t kho ng

nh t đ nh đ có th b trí đào b ng n mìn.
c. V đi u ki n s d ng
- T t nh t là ch n đ

ng h m tuy n th ng (khi đi u ki n đ a hình, đ a

ch t cho phép).
- Khi bu c ph i làm tuy n cong thì c n kh ng ch R ≥ 5B, trong đó R là
bán kính cong, B là b r ng m t c t đ

ng h m. Khi l u t c V ≤ 10m/s, c n

kh ng ch góc ngo t α ≤ 60o . Khi V>10m/s, bán kính R c n xác đ nh thông
qua thí nghi m.
1.3.2. Nguyên lí tính toán kh n ng ch u l c v h m
Nói chung kích th

c ti t di n đ

ng h m đ

c l a ch n trên c s

đ m b o các đi u ki n v thu l c và có l i v kinh t . Nh ng trong tr
h pđ

ng h m có l u l

đ t l n thì ng
l

ng

ng l n, kh i đ a ch t xung quanh ph c t p, áp l c

i ta có th gi m kích th

c ti t di n v h m b ng cách t ng s

ng chúng. Chi u dày và k t c u v h m ph i d a trên c s tính toán kh

n ng ch u l c c a chúng.
V nguyên t c, khi tính toán v h m ph i xét t i kh n ng cùng làm
vi c chung v i v c a kh i đ t đá xung quanh. Khi kh i đ t đá xung quanh và
v đ

c l p kín, n u kh i đ a ch t là đá t t thì chúng có kh n ng cùng ti p

nh n áp l c n
th

c t phía trong cùng v i v , trong tr

ng h p này v h m

ng có k t c u nh h n.
Vi c tính toán n i l c và kh n ng ch u t i c a v ph i c n c vào hình

d ng, kích th

c c th c a v theo các tiêu chu n hi n hành.

T i tr ng tác d ng lên v h m bao g m:
a- T i tr ng th
ng su t tr

ng xuyên: áp l c đ t, tr ng l

c c a v (n u v là bê tông ng l c tr

b- T i tr ng t m th i:

c).

ng b n thân v h m,


14

- T i tr ng th i gian dài: áp l c n

toán t

c trong đ

ng ng v i MNDBT c a h ch a), áp l c n

ng h m ( ch đ tính
c ng m.

- T i tr ng t c th i: áp l c m ch đ ng c a dòng n
trong đ

ng h m khi v n hành bình th

c, áp l c n

c va

ng, áp l c do thay đ i nhi t đ , áp

l c c a v a ph t lên v và t i tr ng c a các thi t b thi công.
c- T i tr ng đ c bi t: L c gây ra do tác đ ng đ t và các l c tác đ ng b t
th

ng khác nh : áp l c n

cao ho c do n

c trong đ

ng h m khi m c n

ch

v trí siêu

c va khi c t t i toàn b do s c thu đi n, ng l c gây ra do

co ngót bê tông, do t bi n c a đ t, áp l c c a v a ch a đông c ng lên v
thép, áp l c do thí nghi m v.v...
V hàm đ

c ki m tra theo hai tr ng thái t h p t i tr ng tính toán

nguy hi m nh t:
- T h p t i tr ng c b n: bao g m t i tr ng th

ng xuyên và t i tr ng

t m th i.
- T h p t i tr ng đ c bi t: bao g m t i tr ng th

ng xuyên, t i tr ng

t m th i dài h n, m t s t i tr ng t c th i và m t trong t i tr ng đ c bi t.
Trên c s tính toán v i các t h p nguy hi m nh t đ ch n chi u dày
c a v đ m b o theo các tiêu chu n n đ nh. Chi u dày t i thi u c a v h m
không nh h n giá tr trong b ng 1.2 d

i đây:

B ng 1.2: Chi u dày t i thi u c a v đ
TT

Hình th c v h m

ng h m
Chi u dày, cm

1

Bê tông, BTCT đ t i ch

20

2

V k t h p, l p trong BTCT đ t i ch

10

3

BTCT đúc s n

10

4

V a phun bê tông không c t thép

10

5

V a phun bê tông t o m t

5

6

V a phun có c t thép

5


15

1.4. T ng quan v đ ng đ t
1.4.1. Nguyên nhân gây ra đ ng đ t
ng đ t hay đ a ch n là s rung đ ng m nh m c a v qu đ t d
d ng cá dao đ ng đàn h i.

i

ng đ t có nhi u nguyên nhân: n i sinh, ngo i

sinh và nhân sinh.
- N i sinh: liên quan đ n v n đ ng phun trào núi l a, do s p đ tr n các
hang đ ng ng m, do s c xát c a các m ng th ch quy n đ i d

hút chìm xu ng d

ng đang b

i m t m ng khác, do ho t đ ng đ t gãy đ a ch n bên

trong các m ng l c đ a.
- Ngo i sinh: do thiên th ch va ch m vào trái đ t, các v tr
v i kh i l

ng l n.

- Nhân sinh: do các v th h t nhân ng m d
d ng h ch a làm m t cân b ng tr ng l c môi tr
khí đ t gây s p đ ng m d
ng đ t

i đ t, các ho t đ ng xây

ng, do b m hút n

c ng m

i đ t.

Vi t Nam thu c ki u do ho t đ ng c a đ t gãy t o ra, đ u

có ch n tiêu (tâm phát sinh đ ng đ t) nông, th
N

t l đ t đá

ng ít sâu quá 20km.

c ta không có núi l a đang ho t đ ng, n m r t xa các đ i hút chìm

và đ i d n m ng nên không có ki u đ ng đ t liên quan đ n c u trúc này nh
Nh t B n, Philipin, Inđônêxia, hay vùng núi Himalaya.
1.4.2. M t s khái ni m v đ ng đ t
a) Ch n tâm, ch n tiêu.
- N i phát sinh d ch chuy n c a

ng đ t đ

c g i là ch n tiêu (ho c lò

đ ng đ t). Hình chi u c a ch n tiêu lên m t đ t g i là ch n tâm c a đ ng đ t.
-

sâu ch n tiêu H là kho ng cách t ch n tiêu lên m t đ t , t c là

kho ng cách gi a ch n tiêu và ch n tâm. Kho ng cách ch n tiêu là kho ng
cách t m t đi m b t k trên m t đ t đ n ch n tiêu (còn g i là tiêu c , ký hi u
là ).


16

Kho ng cách ch n tâm c a m t đi m là kho ng cách t đi m đó đ n
ch n tâm ( còn g i là tâm c , ký hi u là D).

- Ch n tiêu

đ sâu 300-700Km g i là ch n tiêu sâu, ch n tiêu trung

bình 60-300Km, ch n tiêu bình th
tiêu sâu nh t đo đ

c là 720Km

ng <60Km, ch n tiêu nông <15Km. Ch n
Florida (M ).

nh t là đ ng đ t ch n tiêu nông, toàn b n ng l
n ng l

ng đ t có s c tàn phá l n
ng đ

c gi i phóng là 75%

ng đàn h i tích l y.
b) Bi u đ đ ng đ t
Bi u đ ghi l i chuy n đ ng n n theo th i gian đ

c g i là bi u đ

đ ng đ t bao g m các lo i bi u đ : chuy n v (mm), gia t c (m2/s), v n t c
(m/s). Bi u đ đ ng đ t là các tài li u quan tr ng đ đánh giá tính ch t c a
m t tr n đ ng đ t đ ng th i là s li u đ suy ra các thông s quan tr ng trong
thi t k kháng ch n.

c) Thang đ ng đ t và c p đ ng đ t.
Hi n nay trên th gi i có r t nhi u thang đ ng đ t, nh ng ph bi n nh t
v n là các thang đo c b n sau:
Thang Richter: đo đ l n hay m c n ng l
đ

ng mà đ ng đ t phát ra,

c tính b ng Magnitude (M). M t Magnitude b ng m t đ Richter.
C

ng đ đ ng đ t đ

đ ng đ t hi n t

c đ c tr ng b i tr s gia t c đ a ch n a, mô t

ng đ ng đ t thông qua chuy n v , gia t c, v n t c c a m t

đ t khi đ ng đ t đi qua, xác đ nh theo c p đ ng đ t đ i di n là các thang:
MMI ( 12 c p), MSK (12 c p), JMA (8 c p)
Theo thang qu c t MSK con ng

i không th nh n bi t ch n đ ng c p

1-2, c p 3-4 s gây rung đ ng nh và c p 6-7 làm chao đ o m t đ t, ch n
đ ng c p 7 tr lên s gây thi t h i l n.


17

B ng 1.3: B ng chuy n đ i t
C p đ ng

Magnitude

JMA

ng đ

ng gi a các thang đ ng đ t

Merkaly

đ t MSK

N ng l

ng

E (Jun)

C p n ng
l

ng KD

I

1.60

1.0

1

107.2

7.20

II

3.80

1.00

2

1010.5

10.50

III

4.20

1.67

3

1011.1

11.10

IV

4.60

2.33

4

1011.7

11.70

V

4.80

3.00

5

1012

12.00

VI

5.30

3.67

6

1012.75

12.75

VII

5.60

4.33

7

1013.2

13.20

VIII

5.90

5.00

8

1013.65

13.65

IX

6.30

5.67

9

1014.25

14.25

X

6.60

6.33

10

1014.7

14.70

XI

6.90

7.00

11

1015.15

15.15

XII

7.30

7.00

12

1015.75

15.75

d) Gia t c c c đ i.
Gia t c c c đ i c a m t tr n đ ng đ t là gia t c l n nh t c a chuy n
đ ng n n đ t trong tr n đ ng đ t đó. Gia t c c c đ i là đ i l
tr ng, đ

ng r t quan

c dùng trong t t c các tiêu chu n kháng ch n hi n nay.

Xác đ nh chính xác gia t c c c đ i

m t đi m nào đó là đi u không d

dàng vì thi u bi u đ gia t c đ ng đ t m nh và vì tính đa d ng c a dao đ ng
đ a ch n. Vì v y ng

i ta th

đ t đã có đ thi t l p m i t

ng s d ng các b ng ghi gia t c dao đ ng n n
ng quan th ng kê gi a các gia t c c c đ i trung

bình và các đ c tr ng khác c a đ ng đ t.