Nghiên cứu các giải pháp giảm đào lẹm khi thi công các đường hầm thủy công hiện nay

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất

Đàm khắc lĩnh

Nghiên cứu các giải pháp giảm đào lẹm khi thi công
các đờng hầm thủy công hiện nay

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hà Nội - năm 2010


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất

Đàm khắc lĩnh

Nghiên cứu các giải pháp giảm đào lẹm khi thi công
các đờng hầm thủy công hiện nay

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng CTN, Mỏ và công trình đặc biệt
Mã số: 60.58.50

Ngời hớng dẫn khoa học:

GS.TS. Nguyễn Quang Phích

Hà Nội - năm 2010

Mục lục
Chơng 1 Hiện trạng thi công hầm thủy điện và vấn đề đào lẹm......................... 4
1.1

Khái niệm đào lẹm và các loại hình lẹm ......................................................4

1.1.1

Khái niệm đào lẹm ................................................................................4

1.1.2

Các loại hình lẹm khi đào hầm..............................................................6

1.2

Hiện trạng đào lẹm trong thi công hầm thủy điện ở Việt Nam ..................10

Chơng 2 Phân tích các yếu tố ảnh hởng đến lẹm khi đào hầm thủy công và
phơng hớng khắc phục................................................................................. 18
2.1 Khái quát chung...............................................................................................18
2.2 Các yếu tố ảnh hởng tới đào lẹm ...................................................................19
2.2.1 Đặc điểm khối đá ......................................................................................20
2.2.2 Đặc điểm vật liệu và phụ kiện nổ..............................................................32
2.2.3 Thiết kế và thi công nổ mìn .....................................................................37
2.2.4 ảnh hởng của yêu cầu tiến độ................................................................42
2.2.5 Quá trình thi công .....................................................................................42
2.2.6 Yếu tố con ngời.......................................................................................42

2.2.7 Nhận xét chung .........................................................................................43
2.3 Phơng hớng và biện pháp kiểm soát đào lẹm ..............................................43
2.3.1 Thiết kế hộ chiếu khoan nổ mìn tạo biên phù hợp...................................43
2.3..2 Điều chỉnh thông số khoan ......................................................................51
2.3.3 Sử dụng các kỹ thuật khoan nổ tiên tiến ..................................................51
2.3.4 Khắc phục nguyên nhân khách quan ........................................................61
2.4 Kết luận ...........................................................................................................61

Chơng 3 nghiên cứu hạn chế đào lẹm tại thuỷ điện nậm chiến.................... 63
3.1 Giới thiệu công trình.......................................................................................63
3.1. 1 Sơ lợc đặc điểm công trình.....................................................................63
3.1.2. Các thông số chính của công trình...........................................................63
3.1.3 Bố trí tổng thể công trình và các giải pháp kết cấu chính .........................64
3.1.4 Đặc điểm địa chất tuyến năng lợng.........................................................64


3.2 Hiện trạng công tác khoan nổ mìn tại thuỷ điện Nậm Chiến ..........................65
3.3 Đào lẹm và các nguyên nhân ảnh hởng đến lẹm tại thuỷ điện Nậm Chiến............80
3.3.1 Nguyên nhân đào lẹm do chủ quan..........................................................81
3.4 Các giải pháp áp dụng để hạn chế đào lẹm tại thuỷ điện Nậm Chiến .............85
3.4.1 Khắc phục nguyên nhân chủ quan ............................................................85
3.4.2 Khắc phục nguyên nhân khách quan ........................................................87
3.5 Đề xuất các hộ chiếu khoan nổ mìn thử nghiệm để hạn chế đào lẹm .............88
3.5.1 Hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M1..............................................................88
3.5.2 Hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M2..............................................................95

Kết luận và kiến nghị..................................................................................... 111


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2010
Tác giả

Đàm Khắc Lĩnh


danh mục các bảng
Bảng 1.1. Hệ số đào lẹm hầm thủy điện Hòa Bình và một số nớc trên thế giới ..........12
Bảng 1.2. Thống kê hệ số đào thừa tiết diện dự án thủy điện Yaly [1], [11] ............13
Bảng 1.3 . Tổng hợp chỉ số nổ lẹm dự án Hàm Thuận [12] ......................................14
Bảng 1.4. Tổng hợp chỉ số nổ lẹm tại dự án thủy điện Đại Ninh [2] ........................15
Bảng 1.5. Mối quan hệ giữa hệ số thừa tiết diện và tiết diện đào thiết kế.................16
Bảng 2.1. Đặc tính thuốc nổ cơ bản ..........................................................................48
Bảng 2.2 Bảng so sánh thời gian khoan theo chiều dài lỗ khoan ..............................56
và phơng pháp tạo r nh............................................................................................56
Bảng 2.3. Bảng so sánh độ lẹm .................................................................................60
Bảng 3.1. Bảng đặc tích kỹ thuật của máy khoan BOOMER 352.............................68
Bảng 3.2. Bảng đặc tích kỹ thuật của kíp nổ vi sai phi điện......................................69
Bảng 3.3. : Bảng đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ P113.............................................69
Bảng 3.4. Bảng các đặc tính lỗ khoan nạp mìn theo hộ chiếu đợc duyệt ................72
Bảng 3.5. Bảng chỉ tiêu nổ mìn theo hộ chiếu đợc duyệt ........................................73
Bảng 3.6. Tổng hợp giá trị lẹm đoạn từ Km 1+333,85 -:- Km 1+370,04.................78
Bảng 3.7. Bảng đặc tính khoan nạp mìn Hộ chiếu thử nghiệm M1........................90
Bảng 3.8. Bảng chỉ tiêu nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M1 .................................91
Bảng 3.9. Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo hộ chiếu mẫu M1 ..............................96
Bảng 3.10. Các thông số lỗ mìn hộ chiếu thử nghiệm M2 ........................................99
Bảng 3.11. Bảng chỉ tiêu nổ mìn hộ chiếu mẫu M2 ................................................100

Hình 3.17. Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu M2..........103
Bảng 3.12. Bảng tính toán giá trị đào lẹm theo hộ chiếu mẫu M2 ..........................104
Bảng 3.13. Tính toán chi phí đào và gia cố (theo hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M1L=28,44m)...............................................................................................................105
Bảng 3.14. Tính toán chi phí đào và gia cố (theo hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm M2L=31,63m)...............................................................................................................107


Danh mục các hình
Hình 1.1. Vùng nứt nẻ khi nổ với thuốc nổ thông thờng..........................................5
Hình 1.2. Vùng nứt nẻ khi nổ mìn tạo biên với Gurit 17x500mm (thỏi thuốc nhỏ của
thuốc nổ nhẹ với tốc độ nổ nhỏ) ..................................................................................5
Hình 1.3. Lẹm cấu trúc (hang hốc) .............................................................................9
Hình 1.4. Ví dụ kết quả đo vẽ hoàn công lẹm ...........................................................12
Hình 2.1. Các yếu tố ảnh hởng đến kết quả nổ mìn đờng hầm .............................19
Hình 2.2. Hệ số đào lẹm phụ thuộc vào hớng của khe nứt trong khối đá trên biên
...................................................................................................................................21
Hình 2.3. ảnh hởng của hớng khe nứt đến khả năng phá nổ đá ...........................22
Hình 2.4. Thống kê mức độ lẹm theo gõc dốc mặt phân cách khối đá [18] .............22
Hình 2.5. Sự khác biệt mức độ đào lẹm trên biên hầm do ảnh hởng của tính liên tục
của khe nứt (Muller, 1978) [17] ................................................................................24
Hình 2.6. Khoảng cách giữa các khe nứt trong (Muller, 1970)[15]..........................24
Hình 2.7. Hình dạng khối nứt....................................................................................25
Hình 2.8. Quy luật ảnh hởng của mật độ và mức độ liên tục của khe nứt đến độ bền
khối đá .......................................................................................................................26
Hình 2.9. Dự đoán mức độ đào lẹm theo yếu tố: khoảng cách trung bình khe nứt,
hình dạng khối nứt và mức độ liên tục của khe nứt [15] ...........................................26
Hình 2.10. ảnh hởng của hớng các thành phần ứng suất chính đến vị trí lẹm hình
thành trên biên đờng hầm: vị trí lẹm lớn nhất xuất hiện tại điểm giao giữa biên hầm
với đờng tiếp tuyến tại đó song song với thành phần ứng suất chính......................28
Hình 2.11. Tơng quan giữa mức độ đào lẹm và chất lợng khối đá (RMR) ...........29
Hình 2.12. Tổng kết những ảnh hởng của điều kiện khối đá đến hiện tợng đào lẹm

(Terzaghi (1946), Stini (1950), Muller (1976), Wahlstrom (1973), Bouvard (1988))
...................................................................................................................................31
Hình 2.13. Tơng quan áp lực sóng nổ và chỉ số phá hủy do nổ mìn .......................32
Hình 2.14. Tơng quan áp lực sóng nổ và phạm vi (chiều sâu) vùng phá hủy..........33
Hình 2.15. Tơng quan tốc độ truyền nổ của thuốc nổ và kích thớc đào lẹm.........34


Hình 2.16. Tơng quan lợng thuốc nổ đơn vị của nhóm lỗ mìn biên với hệ số đào
lẹm.............................................................................................................................35
Hình 2.17. Tơng quan lợng thuốc nổ đơn vị của nhóm lỗ mìn biên với hệ số đào
lẹm tại một gian hầm chứa ở Singapore ....................................................................35
Hình 2.18. Tỷ lệ vết khoan còn lại trên biên tơng ứng với các loại thuốc nổ khác
nhau ...........................................................................................................................36
Hình 2.19. Cấu tạo mũi khoan và phần đệm đầu khoan ............................................38
Hình 2.20. Sơ đồ định hớng lỗ khoan biên ..............................................................38
Hình 2.21. ảnh hởng đến đào lẹm do khoan thêm..................................................39
Hình 2.22. Sai lệch vị trí miệng lỗ khoan do bề mặt biên đào không phẳng.............40
Hình 2.23. Đánh dấu vị trí lỗ khoan trên gơng trớc khi khoan .............................41
Hình 2.24. Các phơng pháp nổ tạo biên ..................................................................45
Hình 2.26. ảnh hởng của thiết bị khoan tới độ lẹm biên đào .................................51
Hình 2.27. Nguyên lý nổ tạo biên tách trớc bằng lỗ khoan tạo r nh [14]...............52
Hình 2.28. Sự thay đổi áp lực tách chẻ yêu cầu theo chiều sâu r nh (Dally và
Fourney (1977)) [14].................................................................................................53
Hình 2.29. Thiết bị khoan tạo r nh trớc kiểu cũ......................................................54
Hình 2.30. Thiết bị khoan tạo r nh trớc kiểu mới ...................................................55
Hình 2.31. Thông số hình học của thiết bị tạo r nh ..................................................57
Hình 2.32. ảnh hởng của chiều sâu r nh đến vận tốc khoan ..................................57
Hình 2.33. Thiết bị khoan tạo r nh thử nghiệm ........................................................58
Hình 2.35. Hộ chiếu nổ mìn thử nghiệm...................................................................59
Hình 3.1. Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 1............................................................66

Hình 3.2. Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 2............................................................66
Hình 3.3. Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 3............................................................67
Hình 3.4 Mặt cắt ngang đào và gia cố loại 4.............................................................67
Hình 3.5. Sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gơng hầm theo hộ chiếu đợc duyệt .................71
Hình 3.6. Sơ đồ bố trí kíp nổ theo hộ chiếu đợc duyệt ............................................71
Hình 3.7. Bản vẽ hoàn công gơng hầm đoạn km 1+333,85 đến km 1+370,04 .......77
Hình 3.8. Hình ảnh đất đá biên đờng hầm bị dập nát do nổ mìn không tốt ............79


Hình 3.9. Hình ảnh lẹm do định vị sai hớng lỗ khoan viền.....................................84
Hình 3.10. Sơ đồ bố trí lỗ mìn - Hộ chiếu thử nghiệm M1 .......................................89
Hình 3.11. Sơ đồ bố trí kíp nổ - Hộ chiếu thử nghiệm M1........................................89
Hình 3.12. Bản vẽ hoàn công gơng hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu M1............94
Hình 3.13. Hình ảnh biên hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M1 .........94
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí lỗ khoan hộ chiếu thử nghiệm M2 .......................................97
Hình 3.15. Sơ đồ bố trí kíp nổ hộ chiếu thử nghiệm M2...........................................98
Hình 3.16. Hình ảnh biên hầm sau khi nổ mìn theo hộ chiếu thử nghiệm M2 .........98


1

Mở đầu
Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với nhu cầu sử dụng điện năng tăng nhanh nhằm đáp ứng cho các
ngành công nghiệp sản xuất và phát triển đất nớc, nhiều dự án xây dựng nhà
máy thủy điện đ và đang đợc triển khai thi công trên khắp cả nớc. Yêu cầu
đặt ra đối các dự án là sớm hoàn thành dự án và cung cấp điện thơng phẩm ra
thị trờng, nhanh hoàn vốn đầu t, đồng thời phải đảm bảo chất lợng công
trình với chi phí hợp lý.
Qua thực tế triển khai tại một số dự án thủy điện cho thấy, vấn đề thanh

quyết toán các hạng mục hầm thi công, hầm dẫn nớc thờng kéo dài làm ảnh
hởng tới nguồn vốn của nhà thầu thi công xây lắp. Một nguyên nhân lớn nhất
là giữa chủ đầu t và nhà thầu thi công không thống nhất hoặc nhìn nhận
không đầy đủ về vấn đề lẹm, từ đó có những quan niệm đánh giá khác nhau về
giá trị lẹm cho phép. Chính vì vậy các bên không thống nhất đợc khối lợng
khoan đào và khối lợng bê tông đổ bù do lẹm gây ra dẫn đến không thống
nhất đợc giá trị thanh quyết toán công trình. Đây là vấn đề lan giải, phức tạp
cũng đ đợc đề cập trong các công trình nghiên cứu khác nhau ở Việt Nam
[1], [2], [3], [4], [5], [6],[9] ở các mục tiêu và góc độ khác nhau. Song cho đến
nay vấn đề xác định nguyên nhân gây lẹm và triển khai các biển pháp để hạn
chế lẹm tại chỗ vẫn là vấn đề cần nghiên cứu và tổng hợp.
Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài đợc thực hiện nhằm mục đích xem xét các yếu tố ảnh hởng
đến đào lẹm hầm khi thi công các công trình ngầm nói chung và các đờng
hầm thủy công nói riêng. Đồng thời đề tài cũng đa ra các giải pháp giảm đào
lẹm đ và đang đợc áp dụng ở Việt Nam và trên thế giới.


2
Trên cơ sở điều kiện thực tế ở Việt Nam, đề tài nghiên cứu một số
nguyên nhân gây ra đào lẹm khi thi công đờng hầm dẫn nớc công trình
thủy điện Nậm Chiến (tỉnh Sơn La) và đề xuất, kiến nghị một số giải pháp
nhằm hạn chế đào lẹm tại các hạng mục hầm tơng tự trên công trờng.
Nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Nội dung của đề tài xem xét các nguyên nhân gây ra lẹm khi đào hầm
bằng phơng pháp khoan nổ mìn, trên cơ sở đó đánh giá mức độ ảnh hởng
của từng nguyên nhân tới giá trị lẹm. Đồng thời đề tài cũng đa ra một số giải
pháp nhằm hạn chế độ lẹm khi thi công các đờng hầm thủy điện hiện nay
đang đợc áp dụng ở Việt Nam và trên thế giới.
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về vấn đề đào lẹm và điều kiện thực tế

tại Việt Nam, luận văn cũng trình bày một số giải pháp giảm đào lẹm và kết
quả thực hiện trong điều kiện thi công đào hầm dẫn nớc công trình thủy điện
Nậm Chiến tỉnh Sơn La.
Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung chính của luận văn
bao gồm các phần sau:
Chơng 1: Hiện trạng thi công công trình ngầm thủy điện và vấn đề đào
lẹm ở Việt Nam và trên thế giới.
Chơng 2: Phân tích các yếu tố ảnh hởng đến lẹm khi đào hầm thủy
công và phơng hớng khắc phục.
Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp hạn chế đào lẹm ở công trình thủy
điện Nậm Chiến.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn Quang Phích,
ngời đ giành rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ Tác giả trong suốt quá trình
hớng dẫn Tác giả làm bản luận văn tốt nghiệp này.


3
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong bộ môn Xây
dựng công trình ngầm và Mỏ cũng nh các bạn đồng nghiệp đ giúp đỡ Tác
giả trong quá trình hoàn thành luận văn của mình. Do hiểu biết còn hạn chế và
trình độ còn có hạn nên chắc chắn trong bản luận văn sẽ còn có những thiết
sót, rất mong nhận đợc nhiều sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn
đồng nghiệp để cho bản luận văn đợc hoàn chỉnh hơn.


4
Chơng 1
Hiện trạng thi công hầm thủy điện và vấn đề đào lẹm
1.1 Khái niệm đào lẹm và các loại hình lẹm
1.1.1 Khái niệm đào lẹm

Trong phơng pháp thi công đào hầm bằng khoan nổ mìn, đào vợt
luôn là vấn đề tồn tại cố hữu, gây ra nhiều ảnh hởng bất lợi tới quá trình thi
công. Đào vợt làm biên đờng hầm gồ ghề, tăng tổn thất áp lực thông gió,
tăng khối lợng đất đá thải cần vận chuyển. Đối với các đờng hầm dẫn nớc
nhà máy thủy điện, đào vợt làm tăng khối lợng, chi phí chống giữ. Ngoài ra,
đào vợt còn làm giảm tính bền vững của công trình do tăng mức độ nứt nẻ
công nghệ trong khối đá trên biên. Nh vậy, kiểm soát đào vợt đem lại những
lợi ích to lớn về thời gian, tài chính, cải thiện điều kiện an toàn lao động và
tăng độ bền công trình.
Hiện nay cha có định nghĩa chung về lẹm trong thi công công trình
ngầm. Khi đánh giá mức độ lẹm vẫn sử dụng đồng thời nhiều đơn vị tính khác
nhau nh m, m2, m3. Thông thờng để đánh giá mức độ lẹm ngời ta có thể
dùng các đại lợng sau:
- Khoảng đào vợt: khoảng cách lớn nhất đo đợc từ đờng biên thực tế
đến đờng biên thiết kế. Hiện nay qua các thống kê cho thấy kích thớc đào
vợt đờng biên thiết kế trung bình của các hạng mục công trình ngầm với
điều kiện địa chất bình thờng là 36,16cm [11].


5

Hình 1.1. Vùng nứt nẻ khi nổ với

Hình 1.2. Vùng nứt nẻ khi nổ

thuốc nổ thông thờng

mìn tạo biên với Gurit
17x500mm (thỏi thuốc nhỏ của
thuốc nổ nhẹ với tốc độ nổ

nhỏ)

- Hệ số lẹm là tỷ số giữa diện tích gơng đào thực tế với diện tích
gơng đào theo thiết kế. Nếu ta gọi KV là hệ số lẹm, giá trị của KV đợc xác
định theo biểu thức:
KV = Stt/Stk
ở đây:

Stt -diện tích gơng đào thực tế, m2;
Stk - diện tích gơng đào theo thiết kế, m2

Theo số liệu thống kê [11], hệ số đào lẹm tơng ứng với diện tích tiết diện
ngang gơng hầm nh sau:
- Khi 20m2 - Khi 40m2 < Stk 60m2 thì KV 1,19
- Khi Stk >40m2 thì KV 1,14


6
Một nhợc điểm cơ bản của việc sử dụng hệ số lẹm KV là mới chỉ đơn
thuần cho chúng ta thấy tỷ lệ diện tích gơng đào bị phá thừa so với thiết kế
mà cha đánh giá đợc chính xác đợc giá lẹm trên từng điểm của đờng biên
thực tế.
Ngoài 2 phơng pháp đánh giá trên, giá trị đào lẹm còn có thể xác định
theo 2 cách:
+ Giá trị lẹm tơng đối (KV1) đợc tính theo tỷ lệ của diện tích đào lẹm
so với diện tích thiết kế tính bằng %
KV1 = ((Stt - Stk)/Stk)*100%
+ Giá trị lẹm tuyệt đối (KV2) đợc xác định bằng hiệu số giữa diện tích
đào thực tế với diện tích thiết kế, đây chính là giá trị đào vợt tính bằng m2.

KV2 =Stt - Stk
Nh vậy tất cả các đại lợng kể trên chỉ đánh giá một cách tơng đối
hiện tợng đào lẹm, chúng chỉ cho ta cái nhìn phiến diện, chung chung về giá
trị lẹm. Trong thực tế hiện nay cách đánh giá hiện tợng lẹm chính xác và cụ
thể nhất là phơng pháp chụp ảnh gơng đào. Theo phơng pháp này sau mỗi
chu kỳ khoan nổ, ta dùng các thiết bị trắc địa chuyên dùng để xác định vị trí
thực tế của đờng biên công trình ngầm tại từng điểm cụ thể và sau đó trên cơ
sở các số liệu đo đạc này kết hợp với các phần mềm chuyên dùng ta vẽ đợc
hình dạng thực tế chính xác của đờng biên. So sánh kích thớc của đờng
biên thực tế với kích thớc đờng biên thiết kế sẽ cho chúng ta thấy đợc giá
trị đào vợt tại từng điểm cụ thể, diện tích đào lẹm tổng cộng, hệ số lẹm cũng
nh các giá trị lẹm tuyệt đối, tơng đối và mức độ chính xác của đờng biên.
1.1.2 Các loại hình lẹm khi đào hầm
Theo quan sát thực tế, hiện tợng sập lở phần khối đá nằm ngoài biên
đào thiết kế dẫn tới đào lẹm có thể xảy ra tức thời nhng cũng có thể kéo dài
theo thời gian và giá trị đào lẹm trong cùng một điều kiện đờng hầm nh


7
nhau cũng có thể không giống nhau. Nh vậy lẹm có thể xảy ra dới nhiều
hình thức khác nhau, do nhiều nguyên nhân khác nhau và không phải là đại
lợng không đổi mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Để có thể kiểm soát đợc
hiện tợng đào lẹm đòi hỏi chúng ta phải xác định rõ đó là loại hình lẹm nào
và do nguyên nhân gì. Dới đây tác giả giới thiệu phân loại các loại hình lẹm
khi đào công trình ngầm của Muller (1978) trên cơ sở điều kiện địa cơ học
[15], [16]:
1.1.2.1

Lẹm thực

Loại hình lẹm này hình thành do quá trình khai đào tạo ra khoảng không
gian công trình ngầm. Trong khối đá nguyên sinh ban đầu đ tồn tại sẵn các
hệ thống nứt nẻ, phân chia khối đá thành các khối riêng lẻ (rời rạc). Quá trình
đào hầm dẫn tới sự thay đổi trạng thái cân bằng ổn định của các khối đá tồn
tại trên biên công trình. Các khối đá riêng lẻ này dịch chuyển tách khỏi khối
đá xung quanh rơi vào không gian công trình ngầm. Quá trình này diễn ra gần
nh tức thời sau khi đào. Trong thực tế, ngoài hệ thống nứt nẻ nguyên sinh tồn
tại ban đầu, sau khi đào công trình ngầm bằng phơng pháp khoan nổ mìn còn
làm xuất hiện thêm hệ thống các nứt nẻ thứ sinh. Hệ thống nứt nẻ thứ sinh này
xuất hiện do tác động của sóng nổ mìn lan truyền trong môi trờng khối đá và
nó dẫn tới hình thành các khối đá riêng lẻ mới (cha đợc kể tới trong quá
trình khảo sát) có khả năng dịch chuyển, rơi hay trợt vào không gian CTN.
Điều này dẫn tới đòi hỏi khi phân tích, dự đoán lẹm và biện pháp giảm thiểu
chúng không chỉ dựa trên những số liệu về điều kiện địa chất thu đợc trong
giai đoạn khảo sát mà còn phải trên cơ sở những giải pháp thiết kế, công nghệ
thi công khoan nổ mìn.
Loại hình lẹm thực này có thể coi là không tránh khỏi ở chỗ chúng ta
không thể sử dụng các phơng pháp chống giữ sau khi đào để kiểm soát chúng
giống nh đối với lẹm thứ sinh đề cập dới đây. Hiện nay, một số ngời


8
quan niệm loại hình lẹm này là lẹm địa chất mang tính khách quan, hình
thành không phải do lỗi của ngời thi công. Điều này không hoàn toàn chính
xác vì trong số những nguyên nhân dẫn tới loại hình lẹm này còn có ảnh
hởng của yếu tố con ngời, ví dụ nh với cùng một môi trờng khối đá, khi
lựa chọn hớng đào khác nhau hoặc khi sử dụng kỹ thuật nổ mìn khác nhau
(nổ mìn tạo biên hoặc nổ mìn thông thờng), độ lẹm thu đợc cũng khác
nhau.
Vì những nguyên nhân nh vậy nên loại hình lẹm này thờng xảy ra

ở khu vực khối đá sát gơng đào, có thể quan sát thấy tại cả nóc hông và nền
công trình, khác với những loại hình lẹm thứ sinh hay lẹm do nổ đá trình
bày dới đây.
1.1.2.2

Lẹm do cạy om

Sau khi nổ mìn, để đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị trong thi công,
ngời thi công thờng tiến hành cạy chọc đá om trong khối đá xung quanh
biên công trình và phía trớc mặt gơng. Quá trình này cũng thờng dẫn tới
lẹm bổ sung.
1.1.2.3

Lẹm thứ sinh

Khác với lẹm thực đ nêu, lẹm thứ sinh có nguyên nhân chủ yếu
là lỗi của ngời thi công và diễn ra theo thời gian (không mang tính tức thời).
Liên quan đến lẹm thứ sinh, sau khi đào, trong khối đá xung quanh biên
công trình ngầm xảy ra sự phân bố lại trạng thái ứng suất theo thời gian để
tiến tới trạng thái cân bằng mới. Trong quá trình biến đổi đó có thể kèm theo
các biểu hiện dịch chuyển, phá hủy của các phần khối đá nhất định trên biên.
Quá trình dịch chuyển, phá hủy của khối đá trên biên sau khi đào cũng có thể
xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nh ảnh hởng của chọc om, chấn động do
quá trình thi công vỏ chống, v.v... Tất cả những nguyên nhân này gây ra lẹm
thứ sinh. Rõ ràng, loại hình lẹm này chủ yếu do tác dụng của trờng trọng


9
lực và vì vậy thờng quan sát thấy ở phần nóc công trình. Có thể hạn chế lẹm
thứ sinh bằng cách sử dụng các phơng pháp chống giữ thích hợp, sử dụng

sớm sau khi đào.
1.1.2.4

Lẹm cấu trúc cave-in

Nếu nh lẹm thực và lẹm thứ sinh chỉ dẫn tới làm tăng một phần chi
phí xúc và chống giữ thì lẹm cấu trúc thờng đòi hỏi chi phí khắc phục rất
lớn và phải đợc ngăn chặn bằng mọi biện pháp có thể. Lẹm cấu trúc vẫn đôi
khi bị hiểu nhầm nằm trong loại hình lẹm thực và lẹm thứ sinh vì chúng cũng
thờng xảy ra ở khu vực gần gơng thi công [15]. Tuy nhiên, nguyên nhân
dẫn tới lẹm cấu trúc chủ yếu là do hiện tợng mất ổn định dọc theo các bề mặt
cấu trúc trong khối đá. Chính vì vậy, trong môi trờng khối đá cứng, ổn định
có mức độ nứt nẻ tha và thời gian ổn định không chống lớn hơn, lẹm cấu trúc
thờng xảy ra lớn hơn trong môi trờng khối đá yếu, kém ổn định với mức độ
nứt nẻ lớn và thời gian ổn định không chống nhỏ hơn.

I .Khối đá tốt;

II. Mặt sói mòn cổ

III Trầm tích vụn không cố kết

Hình 1.3. Lẹm cấu trúc (hang hốc)


10

1.1.2.5

Lẹm do nổ đá

Nổ đá có nguyên nhân là sự giải phóng năng lợng đàn hồi tích
trữ trong khối đá một cách đột ngột, thờng gặp ở những công trình ngầm nằm
sâu trong đá có môđun biến dạng lớn (Brauner, 1981). Khi xảy ra nổ đá, một
phần khối đá trên biên công trình bị tách ra khỏi khối nguyên bắn vào trong
không gian đờng hầm kèm theo tiếng nổ lớn.
1.1.2.6

Lẹm công nghệ

Một nguyên nhân khác dẫn tới đào lẹm trong đào hầm không liên quan
đến sự sụp lở của khối đá mà do điều kiện hạn chế của không gian thi công
đờng hầm. Do cấu tạo của thiết bị khoan nên các lỗ khoan biên thờng phải
khoan nghiêng chếch ra phía ngoài đờng biên đào. Nếu miệng lỗ khoan trùng
với biên thiết kế thì đáy lỗ khoan sẽ nằm bên ngoài biên và do đó khi nổ
đờng biên hầm theo trục dọc sẽ tạo thành hình răng ca và đơng nhiên xuất
hiện lẹm (hình 1.4). Loại hình lẹm này đợc gọi là lẹm do công nghệ khoan.
1.2 Hiện trạng đào lẹm trong thi công hầm thủy điện ở Việt Nam
Những năm vừa qua, ở Việt Nam, các nguồn thủy điện lớn nhất nói chung
đ đợc khai thác và hiện nay chúng ta đang chuyển hớng khai thác các dự
án thủy điện nhỏ và vừa. Trong một loạt các công trình thủy điện đang đợc
xây dựng hiện nay, phần nhiều các công trình sử dụng đờng hầm dẫn nớc
cung cấp cho các tuabin của nhà máy. Cùng với khối lợng các công trình
ngầm ngày càng gia tăng là sự hình thành và phát triển ngày càng nhiều doanh
nghiệp tham gia xây dựng công trình ngầm. Ngoài một số đơn vị chuyên xây
dựng công trình ngầm thuộc Tập đoàn công nghiệp Việt Nam - Tập đoàn Sông
Đà nh Tông ty cổ phần Sông Đà 10, Tổng công ty xây dựng hạ tầng
(LICOGI) còn có các đơn vị nh Công ty Lũng Lô (Bộ Quốc phòng), Công ty
CENCO 6 (Bộ Giao thông - Vận tải)

11
Trong quá trình thi công các đờng hầm hiện nay, ngoại trừ dự án thủy
điện Đại Ninh có sử dụng máy đào hầm TBM trong quá trình thi công đờng
hầm, các nhà thầu thi công vẫn chủ yếu sử dụng phơng pháp khoan nổ mìn vì
đây là phơng pháp không đòi hỏi vốn đầu t lớn, có tính linh hoạt cao, có thể
dễ dàng sử dụng với nhiều điều kiện địa chất, kích thớc tiết diện ngang, sơ đồ
công nghệ thi công khác nhau, ...
Nói chung cùng với quá trình phát triển của lĩnh vực xây dựng công
trình ngầm, hiệu quả khoan nổ ngày càng đợc nâng cao nhờ sử dụng các
phơng tiện kỹ thuật hiện đại hơn, áp dụng đợc các thành tựu nghiên cứu
khoa học trong lĩnh vực này và một phần cũng do sức ép của kinh tế thị trờng
đòi hỏi phải nâng cao chất lợng thi công, đảm bảo khả năng cạnh tranh của
đơn vị thi công.
Tuy nhiên, nếu chú ý đến kinh nghiệm và năng lực thi công có thể nhận
thấy ngay rằng các đơn vị mới hình thành hầu hết đều thiếu các cán bộ chuyên
môn hoặc còn ít kinh nghiệm, nhng đ phải đảm nhận các trách nhiệm chỉ
huy thi công. Vấn đề chất lợng rất khó đợc đánh giá khách quan, cũng rất
khó kiểm soát. Các công trình đ đợc xây dựng đều đ đợc nghiệm thu.
Những công trình có quy mô nhỏ, nh các nhà máy thủy điện ngầm cũng
thờng ít đợc d luận chú ý. Điều đó không có nghĩa là chất lợng đều đợc
đảm bảo.
Trong thi công đào hầm bằng phơng pháp khoan nổ mìn đ và đang
tồn tại một vấn đề đợc những ngời quản lý và thi công của cả các chủ đầu t
và các đơn vị thi công quan tâm là vấn đề đào quá hay thừa tiết diện. Một vài
dữ liệu thống kê hiện tợng đào lẹm tại một số công trình thủy điện sau đây
cho thấy hiện trạng này tại Việt Nam.


12

Hình 1.4. Ví dụ kết quả đo vẽ hoàn công lẹm


Công trình thuỷ điện Hòa Bình

Nhìn chung, tại thủy điện Hòa Bình hệ số đào thừa hay đào vợt và độ rộng
đào vợt khi thi công rất lớn so với các nớc trên thế giới (Bảng 1.1) [1], [11].
Bảng 1.1. Hệ số đào lẹm hầm thủy điện Hòa Bình và một số nớc trên thế giới

Chỉ tiêu

Hòa
Bình

KV

1,25

R (m)

0,50

Nhật

Mỹ

Liên
Xô cũ

Bungary

Tây

Các

Ban

nớc

Nha

khác

1,031,07
0,080,10

0,20

0,10,2

0,30

0,25

0,150,16


13
Công trình thuỷ điện Yaly

Tại công trình thủy điện Yaly, hộ chiếu khoan nổ mìn đ đợc thiết kế có
chú ý đến khoảng cách và lợng thuốc nổ bố trí hợp lý trong các lỗ mìn biên
song nguyên nhân dẫn đến lẹm ở đây có thể kể đến là do chiều sâu khoan
thêm, do đặc điểm cấu tạo búa khoan và khoảng cách giữa búa khoan và vách
hầm để thiết bị làm việc êm thuận và đảm bảo an toàn. Mặc dù các đơn vị thi
công đ sử dụng máy khoan hiện đại Boomer của h ng Atas Copco (Thụy
Điển), nhng do trình độ tay nghề của thợ khoan còn hạn chế nên khi khoan
nổ mìn khoảng đào vợt ít nhất là 16cm đến 18cm. Sau khi nổ mìn, qua quan
sát tại hiện trờng các vết khoan còn lại trên vách hầm cũng khác nhau với các
loại đá khác nhau. Với những đoạn hầm kiểm tra có kết quả khoan tốt thì
trong đá nhóm 4 tỉ lệ vết khoan còn lại trên vách là 70-:-80%, trong đá nhóm
3 là 30-:-40% [1].
Bảng 1.2. Thống kê hệ số đào thừa tiết diện dự án thủy điện Yaly [1], [11]
TT

Hạng mục

Tiết diện đào theo

Hệ số thừa

thiết kế (m2)

tiết diện

1

Hầm phụ số 1 ( B - 1)

25,18

1,134

2

Hầm phụ số 2 ( B - 2)

48,88

1,152

3

Hầm phụ số 3,4 ( B - 3,4)

59,4

1,173

4

Hầm DT -1 (tiết diện loại 1)

42,51

1,222

Hầm DT -1 (tiết diện loại 2)

40,1

1,236

5

Hầm DT - 2

42,51

1,232

6

Hầm dẫn dòng

-

1,16

Trung bình
Khoảng cách vợt diện tích trung bình R = 35,37 cm.

1,188


14

Công trình thủy điện Hàm Thuận.

Bảng 1.3 . Tổng hợp chỉ số nổ lẹm dự án Hàm Thuận [12]
Khối lợng
Thiết kế Thực tế
(m2)
(m2)

Hạng mục thi công

Nổ lẹm
Khối lợng Tỷ lệ
(m2)
%

Diversion tunnel
6,269

11,734

5,465

87%

12,863

19,566

6,703

52%

1,947

2,665

718

37%

3,580

6,197

2,618

73%

3,178

4,633

1,455

46%

1,770

2,709

939

53%

4,181

6,462

2,282

55%

3,178

4,633

1,455

46%

1,770

2,709

939

53%

1,263

3,026

1,763

140%

4,581

6,353

1,772

39%

7,781

10,720

2,939

38%

52,361

81,407

29,048

55%

HT2 - HT74
HT115 - HT125
HT96a - HT115a
HT75 - HT94
HT176 - HT186
HT187a - HT209a
HT75 - HT94
HT176 - HT186
Penstock tunnel
P64,65,66
P49,50,51

-

Surge tank
ST1 - ST41
Lower penstock
P67,68,69
P127,128,129
Tổng cộng

-

Ghi
chú


15

Công trình thủy điện Đại Ninh.

Bảng 1.4. Tổng hợp chỉ số nổ lẹm tại dự án thủy điện Đại Ninh [2]
Hạng mục thi
công

Khối lợng
Thiết kế Thực tế
(m2)
(m2)

Nổ lẹm
Khối lợng Tỷ lệ Ghi chú
(m2)
%

INTER
Kp 7466 - 7644

1164

1317

153

13%

INTAKE
Kp 22 - 125

674

899

225

33%

DS
Kp 10615 - 9787

9115

12234

3119

34%

Kp 10770 - 10729

177

235

58

33%

Kp 10772 - 10866

577

693

116

20%

Kp 10613 - 10571

311

394

82

26%

12018

15772

3753

31%

Tổng cộng

Khoảng cách vợt diện tích trung bình R = 18,626 cm
Tuy nhiên do yêu cầu của tiến độ thi công, cho đến nay hiện tợng này
cha đợc chú ý cải thiện nhiều.
Rõ ràng là đào lẹm không nên chỉ đợc chú ý khi phải thanh quyết
toán do phát sinh thêm khối lợng thi công. Đào thừa và đào thiếu chắc chắn
sẽ có ảnh hởng lâu dài đến chất lợng của công trình, với các lý do sau:
- Thông thờng các công trình ngầm đợc đào qua các loại đá có độ bền
cao hơn bê tông, đào thừa nhiều có nghĩa là vừa thay thế vật liệu kém bền cho


16
vật liệu có độ bền cao vừa làm tăng khối lợng vật liệu sử dụng trong thi công
và các chi phí liên quan;
- Do trình độ kỹ thuật thi công của công nhân còn hạn chế (thậm chí
đợc đào tạo tại chỗ trong quá trình thi công), phơng tiện đo đạc, kiểm tra
không đầy đủ, không thích hợp, điều kiện làm việc thiếu ánh sáng, nên đào
thừa, thiếu ít nhiều ảnh hởng đến việc lắp dựng chính xác cốt thép, sẽ ảnh
hởng đến khả năng chịu tải của kết cấu chống;
- Đào thừa nghĩa là phá vỡ khối đá quá mức, có thể gây hủy hoại lớn hơn
khối đá vây quanh công trình ngầm, do vậy làm giảm khả năng mang tải của
khối đá, cũng gây ảnh hởng đến chất lợng của công trình.
Thừa tiết diện thờng kéo theo một loạt chi phí khác nhau cho công tác
thi công nh: thời gian xúc bốc thực tế sẽ dài hơn và lợng bêtông phải đổ sẽ
nhiều hơn. Chẳng hạn theo MAIDL [9] thời gian xúc bốc thực tế là:
t = ( 60 V k )/ nLt
trong đó V là thể tích lợng đá nổ trong một chu kỳ; k là hệ số thừa tiết diện;
là hệ số nở rời; n là số phơng tiện xúc bốc; Lt là năng suất kỹ thuật của
phơng tiện xúc bốc, Lt =Llt123, với Llt là năng suất lý thuyết và i là các
hệ sô ảnh hởng đến năng suất xúc bốc.
Hệ số thừa tiết diện theo kinh nghiệm phụ thuộc vào tiết diện thiết kế

đợc lấy gần đúng theo bảng sau [9]:
Bảng 1.5. Mối quan hệ giữa hệ số thừa tiết diện và tiết diện đào thiết kế
F (m2)

4

6

8

12

16

20

24

26

k

1,35

1,29

1,15

1,12

1,10

1,09

1,08

1,06