NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI ĐÀO GIẾNG TRONG MỐI TRƯỜNG ĐẤT YẾU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI
ĐÀO GIẾNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT YẾU
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


2
Hà Nội - Năm 2015BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CƠ GIỚI
ĐÀO GIẾNG TRONG MỐI TRƯỜNG ĐẤT YẾU
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
Mã số: 60 58 50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

2

3
Hà Nội - Năm 2015

Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

PHẠM NGỌC TRƯỜNG

3


4
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa.......................................................................................................
Bản cam đoan......................................................................................................
Mục lục................................................................................................................

4


5
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Phạm Ngọc Trường
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
Khoá: 24

Cán bộ hướng dẫn chính: GS. TS Đỗ Như Tráng;
Cán bộ hướng dẫn phụ:

TS Lê Văn Công

Tên đề tài: Nghiên cứu áp dụng công nghệ thi công cơ giới đào giếng
trong môi trường đất yếu.
Tóm tắt:
Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, tính năng công dụng, các công nghệ
phương pháp thi công và các lĩnh vực áp dụng; Đi sâu nghiên cứu về các
phương pháp và công nghệ thi công giếng đứng trong môi trường đất yếu
bằng công nghệ thi công cơ giới mà đặc biệt là công nghệ đào giếng đứng
bằng tổ hợp cơ giới VSM8000; Nghiên cứu vận dụng các phương pháp tính
kết cấu vỏ giếng theo các mô hình phẳng và không gian, theo các dạng mặt
cắt giếng đến việc phát sinh nội lực và chuyển vị trong điều kiện đất nền của
khu vực Hà Nội.

5


6
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Chương 1:
Trang
Chương 1:

6

7
MỞ ĐẦU
Từ đầu thế kỷ 19 đến nay, song song với việc đô thị hóa, khối lượng
xây dựng nhà ở và công trình công cộng ngày càng tăng, sự liên tục phát triển
mạng lưới giao thông đường bộ, sự hình thành các công trình và cụm công
trình công nghiệp mới, các xí nghiệp... đang yêu cầu đô thị dành riêng cho
những khu đất lớn. Những khu đất đó, đặc biệt tại những khu trung tâm đô thị
ngày càng khan hiếm. Việc phát triển và sử dụng các không gian trên cao và
không gian ngầm nhằm tăng quỹ không gian đô thị, nâng cao năng lực lưu
thông và vận chuyển hàng hóa, hành khách... là một tất yếu khách quan.
Để kết nối các công trình ngầm với mặt đất thì việc xây dựng giếng
trong hầm đường bộ, đường sắt, Metro... là cần thiết.
Việc xây dựng giếng đứng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất
và địa hình của khu vực. Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8
năm 2008, thành phố Hà Nội có diện tích 3.324,92 km2 và dân số là 6.936.900
người. Mật độ dân số của thành phố là 2.087 người/km2. Thông thường thành
phố từ 1 triệu dân trở lên là đã yêu cầu cần có giao thông ngầm. Với quy mô
thành phố như hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao thông ngầm nói chung
và giếng đứng nói riêng là thực sự cần thiết và cấp bách. Địa chất tại khu vực
thành phố Hà Nội là địa chất yếu có chiều dày khá lớn, ngoài ra còn có đặc
điểm địa hình, nền móng công trình đặc thù. Do đó việc nghiên cứu để có
phương pháp tính toán và biện pháp thi công cơ giới đào giếng trong môi
trường đất yếu là việc làm hết sức cần thiết, đáp ứng thực tiễn sản xuất ngay
từ bây giờ nhằm tiếp cận các công nghệ thi công tiên tiến, nâng cao hiệu quả,
tiết kiệm chi phí và giảm giá thành thi công giếng đứng.

7


8

Mục tiêu của đề tài: Đề tài: " Nghiên cứu áp dụng công nghệ thi
công cơ giới đào giếng trong môi trường đất yếu" nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ thi công giếng đứng theo phương pháp cơ giới; Hướng tới áp dụng
vào thực tiễn xây dựng giếng đứng trong các lĩnh vực giao thông đô thị.
Phương pháp nghiên cứu: Thu thập và tổng hợp số liệu từ thực tiễn
thi công giếng đứng trong và ngoài nước; Nghiên cứu áp dụng công nghệ và
các lý thuyết tính toán trong xây dựng giếng theo phương pháp cơ giới.
Nội dung phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về phương pháp thi công
và công nghệ thi công kết cấu giếng đứng trong môi trường đất yếu; Lấy thực
tế hiện trạng các dự án công trình có thiết kế xây dựng dạng kết cấu giếng
đứng kết hợp với các tài liệu nghiên cứu và tính toán chuyên ngành tiến hành
nghiên cứu việc áp dụng công nghệ đào giếng đứng theo phương pháp cơ
giới; Khảo sát tính toán kết cấu giếng đứng trong môi trường đất đá làm cơ sở
cho các nghiên cứu tiếp theo.
Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần mở đầu, kết luận và ba chương;
Nội dung của các chương cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan về giếng đứng.
Chương này trình bày khái quát về giếng đứng, hình dạng cấu tạo giếng
đứng, công dụng và lĩnh vực áp dụng.
Chương 2: Công nghệ đào giếng trong môi trường đất yếu bằng
phương pháp cơ giới.
Trong chương 2, tác giả khái quát về phương pháp thi công công trình
ngầm ; Các phương pháp và công nghệ thi công giếng đứng và đi sâu vào nội
dung phương pháp và công nghệ thi công giếng đứng bằng tổ hợp đào giếng
VSM8000.

8


9

Chương 3: Nghiên cứu tính toán kết cấu vỏ giếng.
Chương này, tác giả trình bày khái quát về lý thuyết và cơ sở tính toán
kết cấu công trình ngầm; Nghiên cứu áp dụng lý thuyết tính toán kết cấu
giếng đứng trong điều kiện đất nền tại khu vực thành phố Hà Nội thi công
theo tổ hợp cơ giới hóa đào giếng VSM8000.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Giáo sư, tiến sỹ Đỗ Như Tráng Viện kỹ thuật công trình đặc biệt, Học viện KTQS; thầy tiến sỹ Lê Văn Công
- Viện khoa học công nghệ mỏ VINACOMIN, tác giả đã hoàn thành luận văn.
Nhưng do kinh nghiệm, trình độ của bản thân còn hạn chế, chắc chắn luận
văn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất chân thành mong muốn được sự thông
cảm, chỉ dạy của các thầy, ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc.

9


10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẾNG ĐỨNG

1.1. Tổng quan về giếng đứng
Giếng đứng là công trình ngầm có chiều theo phương thẳng đứng
vuông góc với mặt thủy chuẩn và kích thước theo phương thẳng đứng thường
lớn hơn rất nhiều so với kích thước theo phương mặt phẳng thủy chuẩn.
Tùy thuộc vào vị trí xây dựng, chức năng của giếng đứng mà giếng có
thể có cửa thông với mặt đất hoặc nằm hoàn toàn trong lòng đất;
Giếng đứng được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau như: Thăm
dò và khai thác khoáng sản, thông gió cho công trình ngầm đường hầm giao
thông có chiều dài lớn, Vận chuyển vật liệu, điều áp trong xây dựng thủy điện
ngầm, ...
Tùy thuộc vào công trình, chức năng nhiệm vụ mà chiều sâu của giếng có thể
từ vài chục mét tới hàng nghìn mét.

Theo thời gian sử dụng, giếng có thể là giếng tạm thời hay giếng vĩnh
cửu. Giếng tạm là những giếng để phục vụ thi công công trình chính, thời
gian phục vụ là thời gian thi công công trình chính. Giếng vĩnh cửu là giếng
sẽ trở thành một bộ phận, một hạng mục để khai thác công trình như giếng
thông gió, giếng cáp vận chuyển người và phương tiện, giếng dẫn nước vào
nhà máy, giếng xả tràn, giếng điều áp,...
Hình dạng cấu tạo của giếng đứng phụ thuộc vào công dụng và chức
năng của chúng, ví dụ như giếng trong dự án thủy điện sẽ có cấu tạo khác so
với giếng khai thác mỏ và giếng thăm dò, hoặc ngay trong một công trình

10


11
khai thác mỏ thì giếng chính cũng sẽ có cấu tạo khác so với giếng phụ,...Sau
đây tác giả trình bày đi sâu vào từng lĩnh vực cụ thể.
1.1.1. Trong lĩnh vực khai thác mỏ
Trong lĩnh vực khai thác mỏ, giếng đứng được xây dựng nhằm mục
đích để mở vỉa khai thác khoáng sản có ích dưới sâu như vận chuyển khoáng
sản, đất đá thải từ dưới ngầm lên mặt đất; Đưa người và thiết bị lên xuống
mỏ; cung cấp năng lượng, thông gió cho công trình,...
Một cách tổng quan, dọc theo chiều sâu của giếng thì giếng đứng được
chia thành các phần(đoạn) cơ bản sau: Cổ giếng; Thân giếng; Đáy, sân giếng
và phần lò nối giữa giếng với lò bằng[7]; Trong đó:
* Cổ giếng: Là phần trên cùng lộ ra trên mặt đất của giếng đứng và thường
được thi công trong lớp đất phong hóa, bở rời địa chất kém(trừ trường hợp
giếng được thi công từ đường hầm ngang xuống); Phần cổ giếng được cấu tạo
từ trên mặt đất cho tới vùng địa chất đất đá cứng và ổn định. Thông thường cổ
giếng được thiết kế và xây dựng phải đảm bảo các yêu cầu sau;
- Chức năng của giếng và điều kiện địa chất xung quanh cổ giếng;

- Phần trên cổ giếng cao hơn mức lũ lớn nhất trong lịch sử địa phương
ít nhất là 50cm(Tần xuất 100 năm);
- Thành trên của cổ giếng luôn được thi công cao hơn mặt đất(mức
±0,0) để đảm bảo ngăn ngừa nước, vật liệu rơi từ trên mặt đất xuống giếng;
- Đế dưới cùng của cổ giếng phải đảm bảo hai yêu cầu cơ bản:
+/ Vành đế đỡ cuối cùng của cổ giếng nằm trong tầng đá gốc ổn định ít
nhất là 3m;
+/ Bảo đảm bố trí được các rãnh gió, rãnh cáp,... trong phạm vi cổ
giếng.
11


12
Kích thước mặt cắt ngang sử dụng của cổ giếng phụ thuộc vào phương
pháp đào giếng; Khi đào giếng bằng các phương pháp đặc biệt( vỏ chìm, đóng
cọc ép, dùng khí nén với buồng làm việc di động, khoan) kích thước mặt cắt
ngang bên trong cổ giếng lớn hơn kích thước mặt cắt ngang bên trong thân
giếng một độ lớn bằng hai lần chiều dày vỏ chống thân giếng cộng với hai lần
độ lớn khe hở giữa vỏ chống cổ giếng và hệ chống cổ giếng. Thực tế ngày nay
hầu hết các công trình ngầm thẳng đứng trong lĩnh vực xây dựng mỏ, khai
thác mỏ hay trong các dự án xây dựng thủy điện, giao thông thì cổ giếng cũng
được xây dựng theo mặt cắt ngang của thân giếng.

1- Rãnh gió
2- Đáy, sân giếng
3- Lò nối
4- Hầm bơm nước trung gian
5- Vành đế đỡ
6- Vỏ giếng cố định
7- Cổ giếng

Hình 1.1: Mặt cắt dọc giếng đứng trong mỏ [7]
Kết cấu cổ giếng được lựa chọn trên dựa trên những yếu tố chính như
chức năng của giếng; tải trọng đứng của tháp giếng lên cố giếng; áp lực đất đá
với tải trọng phụ của nhà giếng và phương tiện vận tải chuyển động gần cổ
12


13
giếng, tác dụng theo phương nằm ngang lên cổ giếng. Thông thường cấu tạo
cổ giếng được phân ra làm bốn nhóm chính như sau: cổ giếng loại bậc; cổ
giếng loại vành; cổ giếng loại vành bậc và loại đặc biệt. Sơ đồ kết cấu và điều
kiện áp dụng của mỗi loại cổ giếng tham khảo bảng 1.1.
Bảng 1.1: Một số loại cổ giếng [3]
Loại kết cấu

Sơ đồ kết cấu

Điều kiện áp dụng

Nhóm 1. Các cổ giếng dạng bậc
Một bậc với
đáy phẳng

Một bậc với
đáy dạng mặt
nón

Hai mặt với
đáy phẳng

Hai bậc với
các đáy dạng
mặt nón
Ba bậc với
các đáy
phẳng

13

Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng
lên cổ giếng đứng tương đối nhỏ;
khi có các lớp đất cứng chặt nằm sát
mặt đất; khi không có các cửa máng
trong vỏ chống cổ giếng, khi đáy cổ
giếng không nằm sâu quá 3-5m dưới
mặt đất và khi diện tích tiết diện
ngang tương đối nhỏ( đường kính
bên trong khoảng 5,5-6m);
Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng
lên cổ giếng lớn trung bình; khi các
lớp đất cứng chắc nằm sát mặt đất;
khi không có các cửa máng trong vỏ
chống cổ giếng đứng; khi đáy dưới
cùng của cổ giếng không nằm sâu
quá 3,5-5m kể từ mặt đất và khi diện
tích tiết diện ngang tương đối nhỏ.
Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng
lên cổ giếng khá lớn, khi có các lớp
đất yếu nằm sát mặt đất; khi không

có các cửa máng trong vỏ chống cổ
giếng; khi đáy dưới cùng của cổ


14
Ba bậc với
các đáy dạng
mặt nón

giếng không nằm sâu quá 5-6 m kể
từ mặt đất và khi diện tích tiết diện
ngang tương đối nhỏ.

Hai bậc với
đáy dạng mặt
nón và một
đáy phẳng

Cũng trong điều kiện áp dụng như
đối với các đáy phẳng và dạng mặt
nón; khi đất đá phân lớp mỏng với
các đặc tính khác nhau trong đó một
số cho phép tạo thành mặt nước
Nhóm 2. Các cổ giếng dạng vành

Một vành với
dạng vành đế
hai mặt nón

Một vành với

dạng vành đế
một mặt nón

Hai vành với
dạng vành đế
hai mặt nón

Khi tải trọng thẳng đứng bất kỳ tác
dụng lên cổ giếng; với đường kính
giếng bất kỳ; khi có các cửa máng
thông gió; điều hòa nhiệt độ và các
cửa máng khác trong vỏ chống cổ
giếng; khi có các lớp đất đá bền
vững nằm ở độ sâu 6-15m kể từ mặt
đất và có khả năng đặt đáy của vành
đế trong các lớp đất kể trên.
Khi các tải trọng thẳng đứng tương
đối nhỏ và trung bình; khi đường
kính giếng bất kỳ; khi có các cửa
máng trong vỏ cổ giếng và khi xây
dựng cổ giếng trong đất đá không có
khả năng mang tải lớn lắm.

Nhóm 3. Các cổ giếng dạng vành bậc
Một vành bậc với đáy
bậc phẳng và
vành đế dạng
hai mặt nón

14

Cùng điều kiện áp dụng như đối với
các kết cấu cổ giếng một vành và
với các lực tác dụng lên chúng của
các công trình kỹ thuật mỏ; nằm


15

Một vành bậc
với đáy dạng
mặt nón và
vành đế dạng
hai mặt nón
Một vành hai
bậc với các
đáy bậc
phẳng và
vành đế dạng
hai mặt nón
Một vành hai
bậc với các
đáy bậc dạng
mặt nón và
vành đế dạng
hai mặt nón

ngoài giới hạn tiết diện ngang phần
ống trụ của cổ giếng.

Với bất kỳ tải trọng thẳng đứng tác
dụng lên; khi có các cửa máng thông
gió và điều hòa nhiệt độ trong vỏ
chống cổ giếng và khi xây dựng cổ
giếng trong đá mềm yếu.

Nhóm 4. Các cổ giếng dạng đặc biệt
Các cổ giếng
có đường
kính bên
trong rộng
hơn thân
giếng

Cùng trong điều kiện như đối với cổ
giếng dạng 1, 2, 3 khi đào giếng
bằng khoan giếng, đào với vỏ chìm
dẫn và vỏ giếng đứng đào dưới áp
lực khí nén với buồng công tác di
động.

Các cổ giếng
có hành lang
bao quanh
chúng để bố
trí thiết bị

Cũng trong các điều kiện như các cổ
giếng nhóm 2, khi đào bằng phương
pháp đóng băng nhân tạo.

15


16
* Thân giếng: Thân giếng là một hoặc một số đoạn giếng cơ bản nối cổ
giếng với đáy giếng hoặc nối các tầng công tác với nhau. Để đảm bảo chức
năng hoạt động thì thân giếng phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ bản:
+/ Chịu được áp lực đất đá và nước ngầm xung quanh;
+ / Làm chỗ tựa cho các kết cấu, trang bị bên trong giếng.
Các kết cấu trong giếng phải kể đến hai kết cấu cơ bản: Vỏ chống và hệ
thống cốt giếng. Thân giếng thường có mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình chữ
nhật.
* Miền đáy giếng: Là đoạn dưới cùng của giếng nằm thấp hơn mức công tác
thấp nhất( Mức khai thác thấp nhất). Tại đây phải bố trí một số trang thiết bị
để hãm thùng trục, tiếp nhận hàng rơi vãi, cuộn cáp cân bằng của trục tải,
ngoài ra đáy giếng cũng là nơi thu nước để dẫn vào cụm hầm bơm.
1.1.2. Trong lĩnh vực xây dựng thủy điện
Trong lĩnh vực thủy điện giếng đứng được xây dựng nhằm mục đích
điều áp, điều hòa năng lượng nước khi đóng mở cửa van nhằm làm cho áp lực
dòng nước tăng giảm từ từ tránh hiện tượng sôi thủy lực làm hư mòn cánh
tuarbin hoặc va đập gãy cánh tuarbin của máy phát điện.
a. Công Dụng của giếng điều áp
Giếng điều áp cùng với hệ thống công trình ngầm nằm ngang tạo thành
tuyến năng lượng trong lĩnh vực xây dựng thủy điện. Giếng điều áp là bộ
phận tạo ra mặt thoáng trên trên đường ống áp lực, giải phóng áp lực nước va.
Do đó, giếng điều áp có tác dụng giữ cho đường hầm dẫn nước trước nó
không phải chịu áp lực nước va (khi đóng mở turbin thì lưu lượng và lưu tốc
trong ống dẫn nước vào turbin sẽ thay đổi. Sự biến đổi quá nhanh lưu tốc sẽ
gây ra hiện tượng gia cường áp lực hoặc giảm thấp áp lực gọi là hiện tượng

16


17
nước va). Ngoài ra, giếng điều áp còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ống
dẫn nước từ giếng vào turbin.
b. Điều kiện xây dựng giếng điều áp
Việc lựa chọn điều kiện xây dựng giếng điều áp trong tuyến năng lượng
tại các dự án thủy điện là sự tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó
chỉ tiêu kinh tế hay chi phí giữa việc xây dựng giếng điều áp và chi phí để
giảm bớt áp lực nước va cho đường hầm dẫn nước đóng vai trò quyết định.

Hình 1.2: Sơ đồ đặt tháp điều áp
1 - Giếng điều áp phía thượng lưu

4- Đường hầm dẫn nước

2- Giếng điều áp phía hạ lưu

5- Đường ống áp lực

3- Nhà máy thủy điện.
Theo đó, tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng giếng điều áp căn cứ
vào hằng số quán tính của đường ống [4]:

T1 =

Q max
L

∑ i
g .H 0
wi

Trong đó:
H0 - là cột nước tĩnh của trạm thủy điện;
L; Wi - lần lượt là độ dài và diện tích mặt cắt ngang của đoạn ống dẫn.
17


18
Ở đây, nếu thông số quán tính tính toán được lớn hơn thông số quán tính cho
phép (từ 3 ^ 6s - thời gian đóng mở turbin), thì cần phải xây dựng giếng điều
áp.
c. Các kiểu giếng điều áp
* Theo hình dạng cấu tạo
- Giếng điều áp kiểu viên trụ
Giếng điều áp kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc nghiêng có tiết diện
không thay đối (hình 1.3a). Kiểu này có kết cấu đơn giản, dễ thi công, tính
toán thiết kế cũng đơn giản. Nhưng có nhược điểm cơ bản nhất là ở chế độ ốn
định khi dòng chảy qua tháp tổn thất thuỷ lực cục bộ ở chỗ nối tiếp đường
hầm và đường ống với tháp có thể lớn, đồng thời dung tích tháp lớn, thời gian
dao động kéo dài. Giếng điều áp viên trụ được ứng dụng ở các trạm thủy điện
cột nước thấp, mực nước thượng lưu ít thay đối.
- Giếng điều áp kiểu viên trụ có màng cản
Thực chất là giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có đặt một màng cản ở
đáy giếng để tăng thêm tổn thất thuỷ lực khi dòng chảy vào và ra khỏi giếng
(hình 1.3b). Màng cản có thể dưới dạng lỗ cản hoặc lưới cản... làm tăng tổn
thất thuỷ lực khi nước chảy qua nó và do đó giảm được biên độ dao động dẫn
đến giảm được dung tích tháp và làm cho dao động mực nước trong giếng tắt

nhanh. Ngoài ra so với giếng điều áp viên trụ nó còn giảm được tổn thất thuỷ
lực của dòng ổn định khi qua vị trí đặt giếng. Giếng điều áp kiểu này được
ứng dụng ở các trạm thủy điện cột nước trung bình và mực nước thượng lưu
ít thay đổi.
- Giếng điều áp kiểu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới)
Giếng điều áp kiểu này gồm hai ngăn và một giếng đứng, ngăn trên và

18


19
ngăn dưới có tiết lớn hơn nhiều so với giếng đứng (hình 1.3c). Nguyên lý làm
việc như sau:
Khi thay đổi phụ tải, mực nước trong tháp dao động, nhưng vì tiết diện
giếng đứng nhỏ, nên mức nước trong giếng thay đổi rất nhanh làm cho thời
gian dao động giảm. Nhưng nếu chỉ với tiết diện giếng đứng thì biên độ giao
động sẽ rất lớn, vì vậy khi mực nước trong giếng dao động đến cao độ nhất
định, do tiết diện được mở rộng rất nhiều ở ngăn trên hoặc ngăn dưới nên
biên độ dao động sẽ tăng nhanh được. Như vậy giếng điều áp loại này đã
giảm được thời gian dao động mà lại hạn chế được biên độ dao động mực
nước trong giếng. Với cấu tạo hợp lý như vậy, nên dung tích giếng kiểu này
nhỏ hơn nhiều so với giếng điều áp kiểu viên trụ, nhưng có nhược điểm là
cấu tạo phức tạp, thường thích hợp với giếng ngầm trong đá. Giếng điều áp
kiểu này cũng thích hợp với trường hợp cột nước cao, mực nước hồ chứa thay
đổi lớn, khi đó chỉ kéo dài phần giếng đứng.
- Giếng điều áp kiểu có máng tràn
Nguyên lý làm việc tượng tự như trường hợp kiểu hai ngăn, nhưng
ngăn trên có đường tràn nước. Kiểu này có ưu điểm là hoàn toàn có thể
khống chế mực nước cao nhất của tháp, nhưng có nhược điểm là mất một
phần nước qua máng tràn (hình 1.3d).

- Giếng điều áp có kiểu lõi trong (còn gọi là kiểu kép hay kiểu sai phân)
Kiểu này gồm có giếng đứng ở trong và ngăn ngoài, ở đáy giếng đứng
có các lỗ thông với ngăn ngoài, nhưng các lỗ này nhỏ, khi mực nước dao
động, nước không thoát từ giếng đứng ra ngoài kịp (vì các lỗ thông nhỏ) nên
thay đổi mực nước nhanh, tạo ra hiệu quả giống như kiểu hai ngăn, sau đó
nước mới chảy dần qua lỗ thông để cho mực nước trong giếng và ngăn ngoài
bằng nhau. Ở kiểu này khi mực nước lên cao khỏi miệng giếng đứng thì tràn
19


20
ra ngăn ngoài. Do đó mà khống chế được độ cao lớn nhất của mực nước tuỳ
theo sức chứa của ngăn ngoài. Giếng điều áp kiểu này thường được ứng dụng
trong tất cả các trường hợp khi tháp để hở trên mặt đất (hình 1.3e).
- Giếng điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí
Trong giếng điều áp kiểu nén khí, không khí trong giếng trên mặt
thoáng được ngăn cách với không khí bên ngoài. Trong quá trình dao động
mực nước trong giếng, áp suất không khí sẽ thay đổi theo hướng cản trở lại.
Do đó khi dao động mực nước sẽ bị áp lực không khí làm cho biên độ giảm.
Kiểu này có thể không cần làm tháp cao và giảm nhỏ được dung tích tháp rất
nhiều. Nhược điểm là trong quản lý phải bổ sung để duy trì thể tích không khí
trong tháp bị hao hụt do cuốn theo nước trong quá trình vận hành, kết cấu
tháp phải bền vững chịu được áp lực thay đổi của không khí và phải rất kín
để không khí không thoát ra ngoài (hình 1.3h, g).

Hình 1.3: các kiểu giếng điều áp
a- Kiểu viên trụ;

e- Kiểu có lõi trong;

b- Kiểu viên trụ có màng cản;

g- Kiểu nén khí;

c- Kiểu hai ngăn;

h- Kiể u nửa nén khí.

d- Kiểu có máng tràn;
Giếng điều áp kiểu nửa nén khí vừa dùng dung tích tháp vừa dùng áp

20


21
lực không khí trong khi làm việc. Không khí trong tháp được nối với không
khí bên ngoài bằng đường ống tiết diện nhỏ, áp lực không khí trong tháp bằng
tổn thất khi không khí di chuyển trong ống nối. Và như vậy có tác dụng giảm
biên độ dao động của mực nước trong tháp nhưng hiệu quả không bằng giếng
điều áp kiểu nén khí hoàn toàn. Ưu điểm là không cần bổ sung không khí
trong quá trình vận hành nhưng thể tích tháp đòi hỏi lớn hơn. Các loại giếng
điều áp kiểu nén khí thích hợp với vùng có động đất vì kích thước nhỏ nhẹ.
* Theo cách xây dựng
- Kiểu nổi hoàn toàn
Toàn bộ tháp đặt nổi trên nền, kiểu này thường khối lượng xây dựng
lớn, nên không lợi về kinh tế nhưng dễ kiểm tra sửa chữa.
- Kiểu đặt ngầm
Toàn bộ tháp đặt ngầm dưới mặt đất, khi này thường dùng kiểu có
ngăn trên là có lợi (hoặc cả ngăn trên và ngăn dưới) vì có thể dễ dàng mở
rộng thiết diện của các ngăn.

- Kiểu hỗn hợp nửa chìm nửa nổi: Kiểu này thường dùng khi không đặt
ngầm được hoàn toàn.
* Theo cách đặt
- Đặt trên đường dẫn nước vào nhà máy.
- Đặt trên đường dẫn nước từ nhà máy ra.
-

Hệ thống giếng điều áp đặt nối tiếp (hình 1.4a): Có trường hợp đặt
một tháp điều áp thì biên độ sẽ quá lớn, có thể phải đặt hai hay nhiều
tháp kế tiếp nhau.

-

21

Hệ thống giếng điều áp đặt song song (hình 1.4b): Trường hợp dẫn


22
nước cùng một nguồn cung cấp cho hai nhà máy thì có thể đặt hai
tháp riêng biệt trên hai nhánh đường dẫn.

Hình 1.4: Các kiểu đặt giếng điều áp và cấp nước giếng điều áp
a- Hệ thống tháp điều áp đặt nối tiếp;
b- Hệ thống tháp điều áp đặt song
song;
c- Kiểu đường dẫn nước vào phía trên; d- Kiểu đường dẫn nước vào ở cả
phía trên và phía dưới.

* Theo cách cấp nước

- Kiểu đường dẫn nước vào ở phía trên (hình 1.4c)
- Kiểu đường dẫn nước vào ở cả phía trên và phía dưới (hình 1.4d).

Việc chọn lựa kiểu giếng điều áp căn cứ vào nhiều các yếu tố khác
nhau nhưng theo nguyên tắc sau:
- Giá thành công trình thấp nhất;
- Đảm bảo các tổ máy làm việc ổn định;

22


23
- Triệt tiêu dao động nhanh;

1.1.3. Trong lĩnh vực giao thông
Trong lĩnh vực xây dựng các đường hầm giao thông có chiều dài lớn,
giếng đứng được xây dựng để phục vụ công tác thông gió theo sơ đồ thông
gió dọc trung tâm.
Đường hầm đường sắt: Đường hầm đường sắt đầu tiên trên thế giới
với chiều dài bằng 1,19 km được xây dựng vào những năm 1826-1830 trên
tuyến đường sắt “Liverpool-Manchester” (Anh). Xu thế xây dựng các đường
hầm đường sắt được phát triển rộng rãi tại các nước chủ yếu có địa hình đồi
núi. Tại Trung Quốc, người ta đã xây dựng 4.500 đường hầm đường sắt với
tổng chiều dài khoảng 2.200 km.
Cùng với sự phát triển số lượng xây dựng các dường hầm đường sắt,
Trên thực tế chiều dài các đường hầm đường sắt ngày càng tăng lên. Hiện
nay, trên thế giới một số lượng lớn các đường hầm đường sắt có chiều dài lớn
10 km đã được xây dựng. Chiều dài của một số đường hầm đường sắt đã đạt
tới giá trị 20-22 km. Tại Việt Nam đã có một số đường hầm đường sắt trên
các tuyến Hà Nội-Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội-Lạng Sơn....

Một trong những nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự phát triển về số
lượng, khối lượng xây dựng và chiều dài các đường hầm đường sắt chính là
các yếu tố sau đây:
- Sự hoàn thiện công nghệ xây dựng ngầm;
- Sự gia tăng mức độ cơ giới hoá xây dựng ngầm;
- Sự hoàn thiện các thiết bị kỹ thuật xây dựng... đảm bảo hiệu quả, an
toàn cho quá trình thi công trong những điều kiện cơ địa mỏ [2].
Hầm đường bộ: Trong các tuyến đường ôtô đi qua vùng đồi núi cần
23


24
phải thiết kế xây dựng các đường hầm ô tô xuyên núi để loại trừ các ảnh
hưởng bất lợi như sau:
- Cần xây dựng nhiều đoạn đường, cua cong, vòng vèo, ngoặt gấp với
bán kính cong nhỏ;
- Cần xây dựng các công trình kỹ thuật phức tạp, đa dạng để bảo vệ
tuyến đường khỏi các hiện tượng đất đá sụt lở, xói mòn, cây cối đổ trôi xuống
đường, chống lại dòng nước mưa, dòng lũ....
Trong những điều kiện phức tạp như vậy khó có thể đảm bảo an toàn
cho quá trình khai thác, sử dụng tuyến đường ôtô lộ thiên trong suốt thời gian
cả năm. Ngoài ra, trong những điều kiện địa hình đồi núi rất phức tạp, các
điều kiện khí hậu thuỷ văn khắc nghiệt, bên cạnh phương án xây dựng đường
hầm ôtô nằm trên sườn đồi núi cần phải xem xét cả phương án xây dựng
đường hầm ôtô tại chân núi đèo [2]. Tại Việt Nam đã có một số đường hầm
ôtô xuyên núi đã được xây dựng như: đường hầm Hải Vân, đường hầm Đèo
Ngang, các đường hầm dọc theo tuyến đường Trường Sơn....
Trong hệ thống đường hầm đường sắt và đường hầm ôtô, giếng đứng thường
được sử dụng với các công dụng sau đây:
- Dùng để mở gương thi công cho các đường hầm có chiều dài lớn;

- Dùng để thông gió, vận tải, lắp đặt các đường ống, đường cáp dẫn các
loại;..,.
Đường hầm giao thông dưới sông biển: Đường hầm giao thông dưới
sông, biển đầu tiên trên thế giới được xây dựng dưới sông Thêm, thủ đô Luân
Đôn (nước Anh) vào năm 1842. Đường hầm giao thông dưới sông, biển được
sử dụng một cách rộng rãi tại các thành phố lớn để khắc phục các chướng
ngại vật đường thuỷ như sông, kênh dẫn nước và vịnh biển.

24


25
So với phương án xây dựng cầu vượt sông, phương án xây dựng đường hầm
giao thông dưới sông, biển có những ưu điểm chủ yếu như sau:
- Không gây nên những cản trở cho hoạt động bình thường của dòng
sông, kênh và vịnh biển;
- Không gây khó khăn, cản trở cho tàu, thuyền qua lại trên tuyến, khu
vực giao thông đường thuỷ;
- Không ảnh hưởng tới công việc, sự vận hành của các công trình giao
thông hai bên bờ và những công trình xây dựng, kiến trúc tại khu vực gần hai
bên bờ sông....
Ngoài mục đích sử dụng như một công trình giao thông vận tải, trên thực tế
đuờng hầm giao thông dưới sông, biển còn có thể được sử dụng như các ga ra
ôtô ngầm, các đường hầm kỹ thuật, các bể chứa dưới nước để chứa các sản
phẩm khác nhau.
Những ưu điểm của phương án xây dựng đường hầm giao thông dưới sông,
biển sẽ gia tăng ở mức độ lớn hơn trong những điều kiện sau đây:
- Bờ dòng chảy (sông, vịnh biển) bằng phẳng;
- Lưu lượng lớn tàu thuyền lưu thông, qua lại trong khu vực vận tải
đường thuỷ.

Đặc biệt, phương án thiết kế xây dựng đường hầm giao thông dưới
sông, biển sẽ có rất nhiều ưu điểm trong trường hợp, khi dọc theo tuyến
đường thuỷ có nhiều tàu, thuyền trọng tải lớn qua lại. Trong trường hợp này,
nếu thiết kế cầu vượt sông, người thiết kế phải sử dụng phương án cầu cắtnâng-mở ở phần giữa, cầu xoay... rất phức tạp hoặc phải thiết kế cầu có độ
cao, chiều dài rất lớn, trụ cầu phải có kích thước lớn. Kết quả sẽ làm gia tăng
chi phí đầu tư cơ bản để xây dụng cầu vượt sông.

25