“Lựa chọn giải pháp gia cố khi đào đường hầm qua đứt gãy của Thủy điện Hủa Na”
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.92 MB, 185 trang )
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
i
LỜI CẢM ƠN
Công trình ngầm nói chung, đường hầm nói riêng, từ lâu đã được sử dụng trong các
lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân như: giao thông, thủy lợi, hệ thống hạ tầng kỹ
thuật đô thị, quốc phòng, khai khoáng mỏ ... Các công trình này đều có ý nghĩa quan trọng
trong cuộc sống.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của địa chất mềm yếu hay các đới đứt gãy khi xây dựng các
công trình ngầm xuyên qua là vấn đề rất được quan tâm. Việc xây dựng phương pháp tính
toán áp lực địa tầng tác dụng lên kết cấu chống đỡ làm cơ sở đưa ra giải pháp gia cố đường
hầm khi đi qua đứt gãy là rất quan trọng và cấp thiết.
Sau một thời gian học tập, nghiên cứu với những kiến thức được trang bị trong
chương trình đào tạo thạc sĩ kỹ thuật của trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, luận văn thạc sĩ
kỹ thuật với đề tài “Lựa chọn giải pháp gia cố khi đào đường hầm qua đứt gãy của Thủy
điện Hủa Na” do tác giả thực hiện đã được hoàn thành.
Tác giả xin được bày tỏ sự biết ơn chân thành tới Thầy giáo, GS.TS Vũ Trọng
Hồng, đã nhiệt tình hướng dẫn để luận văn được hoàn thành đúng với nội dung và thời hạn
đăng ký. Đồng thời, tác giả xin cảm ơn phòng Đào tạo, khoa sau Đại học, bộ môn Thi công
cùng toàn thể các thầy cô giáo, các bạn học viên lớp cao học 16C 1 , các đồng nghiệp ở công
R
R
ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 và gia đình đã đóng góp những ý kiến hữu ích, tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện luận văn.
Do điều kiện hạn chế về thời gian, sự phức tạp trong nội dung nghiên cứu nên luận
văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp quý báu
của các thầy cô và các đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2010
Tác giả
Hồ Quang Huy
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
ii
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
T
3
T
3
Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................. 1
I.
T
3
T
3
T
3
Mục đích của đề tài. ..................................................................................... 1
II.
T
3
T
3
T
3
T
3
IV.
V.
T
3
T
3
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. .............................................. 1
III.
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Kết quả dự kiến đạt được. .......................................................................... 1
T
3
T
3
T
3
Nội dung của luận văn. ................................................................................ 2
T
3
T
3
T
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA ĐẤT MỀM ................ 3
T
3
T
3
1.1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm. ..................................................... 3
T
3
T
3
T
3
T
3
1.1.1. Công trình ngầm trên thế giới. ............................................................... 3
T
3
T
3
T
3
T
3
1.1.2. Công trình ngầm ở Việt Nam. ............................................................... 12
T
3
T
3
T
3
T
3
1.1.3. Đường hầm thủy công. .......................................................................... 17
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2. Các phương pháp cơ bản thi công đường hầm. ...................................... 21
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.1. Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast). ............................................ 21
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.2. Phương pháp thi công đường hầm mới của Áo (New Austrian
Tunneling Method - NATM).............................................................................. 22
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.3. Phương pháp khiên đào (Shield Method). ............................................ 23
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.4. Phương pháp đào bằng máy đào (Tunnel boring machine - TBM). .... 24
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.5. Phương pháp đúc sẵn mặt cắt hầm rồi dùng kích ép vào đất (Jacking
Pit).................................................................................................................... 26
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.6. Phương pháp đánh chìm hầm (Immersed tubes). ................................. 27
T
3
T
3
T
3
T
3
1.2.7. Phương pháp đào hở và lấp lại (Cut and Cover). ................................ 28
T
3
T
3
T
3
T
3
1.3. Đặc điểm thi công đường hầm qua đất mềm. ......................................... 29
T
3
T
3
T
3
T
3
1.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất và địa chất thủy văn đến việc đào
đường hầm. ........................................................................................................ 29
T
3
T
3
T
3
T
3
1.3.2. Các sự cố kỹ thuật xảy ra khi đào đường hầm qua đất mềm. .............. 31
T
3
T
3
T
3
T
3
a.
Sự cố kỹ thuật tại đường hầm Zimmerberg (Zurich, Thụy Sỹ) thi công
trong đất yếu (thi công bằng máy khiên đào) ................................................ 33
T
3
T
3
T
3
T
3
b.
Vành Trude của tàu điện ngầm thành phố Muenchen (Munich, Đức,
1994) .............................................................................................................. 34
T
3
T
3
T
3
T
3
c.
T
3
d.
T
3
Hầm tàu điện ngầm ở Taegu (Hàn Quốc, 2000) ................................... 35
T
3
T
3
T
3
T
3
Sự cố sụt lở tại cửa hầm phía nam hầm đường bộ qua đèo Hải Vân.... 36
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
iii
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
e.
T
3
Sự cố kỹ thuật tại hầm chui qua cầu Văn Thánh 2 TP. Hồ Chí Minh .. 38
T
3
T
3
T
3
f. Một số sự cố kỹ thuật xảy ra khi xây dựng các công trình ngầm tại TP.
Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh .......................................................................... 38
T
3
T
3
T
3
T
3
g.
T
3
Sự cố sập hầm dẫn nước thủy điện Buôn Kuốp.................................... 39
T
3
T
3
T
3
1.4. Kết luận. ..................................................................................................... 41
T
3
T
3
T
3
T
3
CHƯƠNG 2: ỨNG XỬ CỦA ĐẤT MỀM TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU GIA
CỐ ............................................................................................................................. 42
T
3
T
3
2.1. Ứng xử của đất mềm và phương pháp đánh giá .................................... 42
T
3
T
3
T
3
T
3
2.1.1. Định nghĩa và phân loại đất mềm......................................................... 42
T
3
T
3
T
3
T
3
2.1.2. Dự đoán sự ứng xử của đất mềm khi đào đường hầm qua. .................. 43
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
d.
e.
T
3
T
3
T
3
Bùn cát trên tầng nước. ......................................................................... 45
T
3
T
3
T
3
Từ bùn cát đến sỏi ................................................................................. 45
T
3
T
3
T
3
Sét trên tầng nước. ................................................................................ 45
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Bùn cát dưới tầng nước ......................................................................... 46
T
3
T
3
T
3
Cát và sỏi .............................................................................................. 46
T
3
T
3
T
3
2.1.3. Sự ổn định của đất và kiểm soát nước ngầm ........................................ 47
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
T
3
Giải pháp hạ thấp mực nước ngầm ....................................................... 47
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Giải pháp dùng khí nén ......................................................................... 49
T
3
T
3
T
3
Giải pháp phụt vữa ................................................................................ 50
T
3
T
3
T
3
2.2. Đứt gãy và ảnh hưởng của nó khi đào hầm qua ..................................... 51
T
3
T
3
T
3
T
3
2.3. Hiện tượng chùng ứng suất và hiện tượng từ biến. ................................ 54
T
3
T
3
T
3
T
3
2.3.1. Bản chất của hiện tượng từ biến. .......................................................... 55
T
3
T
3
T
3
T
3
2.3.2. Đường cong từ biến .............................................................................. 58
T
3
T
3
T
3
T
3
2.3.3. Hiện tượng lún từ biến. ......................................................................... 60
T
3
T
3
a.
T
3
b.
T
3
Lún cố kết thấm. ................................................................................... 60
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Lún từ biến. ........................................................................................... 61
T
3
T
3
T
3
2.4. Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ. ......................................... 63
T
3
T
3
T
3
T
3
2.4.1. Nguyên nhân hình thành và các loại áp lực đất đá. ............................. 63
T
3
T
3
T
3
T
3
2.4.2. Sự phân bố ứng suất của đất đá xung quanh khối đào. ........................ 64
T
3
T
3
a.
T
3
T
3
Trạng thái phân bố ứng suất của đất đá trong tự nhiên ........................ 64
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Trạng thái phân bố ứng suất của đất đá xung quanh khối đào ............. 65
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
iv
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2.4.3. Các phương pháp xác định áp lực đất đá. ............................................ 68
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
Phương pháp thứ nhất: .......................................................................... 70
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Phương pháp thứ hai: ............................................................................ 70
T
3
T
3
T
3
Phương pháp thứ ba: ............................................................................. 77
T
3
T
3
T
3
2.5. Kết luận. ..................................................................................................... 81
T
3
T
3
T
3
T
3
CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH LỰC CỦA ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH KHỐI ĐÀO
TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU GIA CỐ.................................................................. 82
T
3
T
3
3.1. Bài toán cơ bản .......................................................................................... 82
T
3
T
3
T
3
T
3
3.1.1. Mô hình tính toán: ................................................................................ 82
T
3
T
3
T
3
T
3
3.1.2. Tải trọng tính toán: ............................................................................... 83
T
3
T
3
a.
T
3
T
3
Trường hợp 1: Đường hầm chưa đi qua đứt gãy .................................. 83
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
3T
Trường hợp 2: Đường hầm đi qua đứt gãy ........................................... 86
T
3
T
3
T
3
3.2. Xác định lực tác dụng lên kết cấu sử dụng phần mềm để giải quyết bài
toán 86
T
3
T
3
T
3
T
3
3.2.1. Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn ............................................ 88
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
d.
e.
T
3
T
3
T
3
Những quan hệ cơ bản của phương pháp PTHH .................................. 90
T
3
T
3
T
3
Xác định tính chất của phần tử: ............................................................ 93
T
3
T
3
T
3
Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ........................... 88
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Sự khái quát các quan hệ đối với hệ các phần tử .................................. 97
T
3
T
3
T
3
Các điều kiện biên trong tính toán bằng PTHH .................................... 98
T
3
T
3
T
3
3.2.2. Sử dụng phần mềm SAP 2000 tính toán kết cấu ................................... 98
T
3
T
3
a.
T
3
T
3
Giới thiệu phần mềm SAP 2000 ........................................................... 98
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
T
3
Sử dụng phần mềm SAP 2000 tính toán kết cấu chống đỡ đường hầm99
T
3
T
3
T
3
3.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm ..................................... 107
T
3
T
3
T
3
T
3
3.3.1. Chọn tiết diện thép hình: .................................................................... 108
T
3
T
3
T
3
T
3
3.3.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện bền chịu mômen (điều kiện
bền về uốn): ..................................................................................................... 108
T
3
T
3
T
3
T
3
3.3.3. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện bền chịu cắt: ..................... 109
T
3
T
3
T
3
T
3
3.4. Kết luận .................................................................................................... 110
T
3
T
3
T
3
T
3
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN
KẾT CẤU GIA CỐ CHO ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN HỦA NA KHI ĐI QUA
ĐỨT GÃY .............................................................................................................. 111
T
3
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
v
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
4.1. Giới thiệu công trình thủy điện Hủa Na ................................................ 111
T
3
T
3
T
3
T
3
4.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 111
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
d.
e.
T
3
T
3
T
3
Nhiệm vụ của công trình..................................................................... 111
T
3
T
3
T
3
Cấp công trình. .................................................................................... 111
T
3
T
3
T
3
Vị trí của công trình ............................................................................ 111
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Các hạng mục công trình .................................................................... 112
T
3
T
3
T
3
Các thông số chính của công trình ...................................................... 113
T
3
T
3
T
3
4.1.2. Điều kiện địa chất tuyến đường hầm dẫn nước thủy điện Hủa Na .... 116
T
3
T
3
a.
T
3
T
3
Điều kiện địa chất công trình .............................................................. 116
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
T
3
Đứt gãy kiến tạo .................................................................................. 119
T
3
T
3
T
3
c.
Giá trị kiến nghị tính toán chỉ tiêu cơ lý đất đá dùngcho tuyến năng
lượng ............................................................................................................ 120
T
3
T
3
T
3
T
3
4.2. Tính toán kết cấu đường hầm công trình Thủy điện Hủa Na sử dụng
phần mềm SAP 2000 ......................................................................................... 120
T
3
T
3
T
3
T
3
4.2.1. Các số liệu đầu vào ............................................................................. 120
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
Vị trí tính toán: .................................................................................... 120
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Mô hình tính toán:............................................................................... 121
T
3
T
3
T
3
Tải trọng tính toán: ............................................................................. 122
T
3
T
3
T
3
4.2.2. Kết quả bài toán .................................................................................. 124
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
d.
e.
T
3
T
3
T
3
Giải bài toán: ....................................................................................... 130
T
3
T
3
T
3
Sơ đồ biến dạng .................................................................................. 131
T
3
T
3
T
3
Xây dựng sơ đồ tính:........................................................................... 124
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Các giá trị phản lực ............................................................................. 132
T
3
T
3
T
3
Biểu đồ lực dọc ................................................................................... 133
T
3
T
3
T
3
f. Biểu đồ lực cắt........................................................................................ 134
T
3
T
3
T
3
g.
T
3
T
3
Biểu đồ mômen ................................................................................... 135
T
3
T
3
T
3
4.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm thủy điện Hủa Na ...... 136
T
3
T
3
T
3
T
3
4.3.1. Trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy ..................................... 137
T
3
T
3
a.
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn):............. 137
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt: ......................................................... 137
T
3
T
3
T
3
4.3.2. Trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy .............................................. 138
T
3
T
3
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
vi
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
a.
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn):............. 138
T
3
b.
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt: ......................................................... 139
T
3
T
3
T
3
4.3.3. Tăng tiết diện khung chống................................................................. 140
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
T
3
Kết quả tính toán nội lực: ................................................................... 140
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn):............. 143
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt: ......................................................... 143
T
3
T
3
T
3
4.3.4. Giảm khoảng cách khung chống ......................................................... 144
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
T
3
Kết quả tính toán nội lực: ................................................................... 144
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn):............. 147
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt: ......................................................... 148
T
3
T
3
T
3
4.3.5. Vừa tăng tiết diện khung chống vừa giảm khoảng cách chống đỡ ..... 149
T
3
T
3
a.
T
3
b.
c.
T
3
T
3
T
3
Kết quả tính toán nội lực: ................................................................... 149
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn):............. 151
T
3
T
3
Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt: ......................................................... 152
T
3
T
3
4.4. Kết luận .................................................................................................... 153
T
3
T
3
T
3
T
3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 154
T
3
T
3
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH...................................................................... 157
T
3
T
3
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ....................................................................................... 159
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
vii
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình1.1: Đường hầm Malpas qua kênh đào Midi ........................................................... 3
T
3
T
3
Hình 1.2: Tuyến đường ống dẫn nước Eupalinia ............................................................ 4
T
3
T
3
Hình 1.3: Đường hầm Sapperton trên sông Thames ....................................................... 5
T
3
T
3
Hình 1.4: Đường hầm Montgomery Bell, eo sông của Harpeth ...................................... 5
T
3
T
3
Hình 1.5: Phía Đông của đường hầm Box....................................................................... 6
T
3
T
3
Hình 1.6: Đường hầm Thames năm 2005 ........................................................................ 6
T
3
T
3
Hình 1.7: Đường hầm St. Clair đầu tiên hoàn thành năm 1981...................................... 7
T
3
T
3
Hình 1.8: Đường hầm St. Clair thứ hai hoàn thành năm 1994 ....................................... 7
T
3
T
3
Hình 1.9: Đường hầm Col de Tende ................................................................................ 8
T
3
T
3
Hình 1.10: Giao thông trong đường hầm Holland, từ Manhattan đến New Jersey ........ 8
T
3
T
3
Hình 1.11: Đường hầm qua eo biển Manche................................................................... 9
T
3
T
3
Hình 1.12: Đường ray trong đường hầm Seikan ........................................................... 10
T
3
T
3
Hình 1.13: Một phần bên trong đường hầm Gotthard .................................................. 10
T
3
T
3
Hình 1.14: Một khu để xe lớn nằm trên đỉnh đường hầm qua vịnh Tokyo .................... 11
T
3
T
3
Hình 1.15: Cầu cao, cầu thấp và phần hầm chìm của hệ thống ở vịnh Chesapeake .... 12
T
3
T
3
Hình 1.16: Đường hầm Củ Chi ...................................................................................... 13
T
3
T
3
Hình 1.17: Lát cắt qua địa đạo Củ Chi ......................................................................... 13
T
3
T
3
Hình 1.18: Hầm xây dựng qua núi Dốc Xây thuộc dãy Tam Điệp ................................ 14
T
3
T
3
Hình 1.19: Hầm Aroàng I .............................................................................................. 14
T
3
T
3
Hình 1.20: Hầm Aroàng II ............................................................................................. 15
T
3
T
3
Hình 1.21: Hầm đường bộ đèo Hải Vân ........................................................................ 15
T
3
T
3
Hình 1.22: Hệ thống đường bộ đi trên đỉnh đèo Hải Vân ............................................. 16
T
3
T
3
Hình 1.23: Sơ đồ hầm Thủ Thiêm .................................................................................. 16
T
3
T
3
Hình 1.24: Mặt cắt thiết kế hầm dìm Thủ Thiêm ........................................................... 17
T
3
T
3
Hình 1.25: Hầm vào lòng thủy điện Yaly ....................................................................... 19
T
3
T
3
Hình 1.26: Gian máy thủy điện Hòa Bình ..................................................................... 19
T
3
T
3
Hình 1.27: Đường hầm dẫn nước công trình thủy điện Đại Ninh ................................. 20
T
3
T
3
Hình 1.28: Hầm dẫn nước thủy điện Niagara, Mỹ ........................................................ 21
T
3
T
3
Hình 1.29: Cấu tạo khiên đào ........................................................................................ 24
T
3
T
3
Hình 1.30: Cấu tạo thiết bị TBM ................................................................................... 25
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
viii
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 1.31: Thiết bị TBM dùng trong thủy điện Đại Ninh .............................................. 26
T
3
T
3
Hình 1.32: Phương pháp kích đẩy ................................................................................. 27
T
3
T
3
Hình 1.33: Biểu đồ các dạng phá hủy xảy ra trong công trình ngầm trên thế giới....... 32
T
3
T
3
Hình 1.34: Biểu đồ tỷ lệ các nguyên nhân gây phá hủy công trình ngầm trên thế giới 33
T
3
T
3
Hình 1.35: Trắc dọc tuyến đường hầm Zimmerberg ..................................................... 34
T
3
T
3
Hình 1.36: Sụt lở phát triển đến bề mặt trong khu vực ngoại thành và khu vực đô thị 34
T
3
T
3
Hình 1.37: Sự cố sập hầm tàu điện ngầm tại Munich, 1994 ......................................... 35
T
3
T
3
Hình 1.38: Sụt lún mặt đất tại Taegu, Hàn Quốc gây nứt vỡ các tòa nhà, thậm chí sập
cả một đoạn phố ............................................................................................................. 36
T
3
T
3
Hình 1.39: Sụt lở phát triển tới bề mặt tại cửa hầm phía nam dự án hầm Hải Vân .... 37
T
3
T
3
Hình 1.40: Lỗ thủng kích thước 0.5 x 0.5m trên mặt cầu Văn Thánh 2 ........................ 38
T
3
T
3
Hình 1.41: Nhà Viện KHXH sập nằm dưới hầm công trình của cao ốc Pacific ........... 38
T
3
T
3
Hình 1.42: Cầu vượt Ngã Tư Sở và các tường nhà dân tại Ngã Tư Sở bị lún nứt ........ 39
T
3
T
3
Hình 1.43: Vị trí đoạn hầm sập và phễu lún trên mặt cắt dọc tuyến hầm ..................... 40
T
3
T
3
Hình 1.44: Sập hầm và lún bề mặt khi đào hầm và đứt gãy thủy điện Buôn Kuốp ....... 40
T
3
T
3
Hình 2.1: Hình ảnh đứt gãy ........................................................................................... 51
T
3
T
3
Hình 2.2: Đá trong phạm vi đứt gãy bị nát vụn, phong hóa bở rời .............................. 53
T
3
T
3
Hình 2.3: Sự phân bố đứt gãy trên một tuyến hầm và các mặt cắt hầm xuyên qua đứt
gãy .................................................................................................................................. 53
T
3
T
3
Hình 2.4: Hiện tượng chùng ứng suất (đất đá lơi ra ở vòm hầm) ................................. 55
T
3
T
3
Hình 2.5: Đường cong từ biến ....................................................................................... 58
T
3
T
3
Hình 2.6: Các đường cong thay đổi theo thời gian của biến dạng ................................ 58
T
3
T
3
Hình 2.7: Biến dạng lún mặt đất .................................................................................... 60
T
3
T
3
Hình 2.8: Sự phân bố ứng suất đất đá xung quanh hầm .............................................. 66
T
3
T
3
Hình 2.9: Đỉnh khối đào có dạng phẳng ........................................................................ 71
T
3
T
3
Hình 2.10: Đỉnh khối đào có dạng cong ........................................................................ 71
T
3
T
3
Hình 2.11: Sơ đồ cân bằng lực của tường bên .............................................................. 71
T
3
T
3
Hình 2.12: Vòm đá áp lực theo phương pháp của Kommerell ...................................... 73
T
3
T
3
Hình 2.13: Phương pháp Kommerell đối với đất đá bị vò nát (1940) ........................... 74
T
3
T
3
Hình 2.14: Sơ đồ tính áp lực đá theo M.M. Protodiakonov .......................................... 76
T
3
T
3
Hình 3.1: Mô hình vòm không khớp vách đứng tính kết cấu vỏ hầm ............................ 82
T
3
T
3
Hình 3.2: Vòm cân bằng áp lực ..................................................................................... 84
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
ix
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 3.3: Sơ đồ của bài toán trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy ........ 85
T
3
T
3
Hình 3.4: Sơ đồ của bài toán trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy ................. 86
T
3
T
3
Hình 3.5: Hệ cơ bản của khung vòm kê lên gối cứng .................................................... 87
T
3
T
3
Hình 3.6: Vùng tính toán với các phần tử tam giác ....................................................... 91
T
3
T
3
Hình 3.7: Các loại phần tử khi giải bài toán phẳng ...................................................... 94
T
3
T
3
Hình 3.8: Các phần tử ba chiều ..................................................................................... 96
T
3
T
3
Hình 3.9 : Thư viện mô hình mẫu của SAP 2000 ........................................................ 100
T
3
T
3
Hình 3.10: Gán liên kết cho nút ................................................................................... 101
T
3
T
3
Hình 3.11: Định nghĩa đặc trưng vật liệu .................................................................... 102
T
3
T
3
Hình 3.12: Định nghĩa đặc trưng hình học .................................................................. 102
T
3
T
3
Hình 3.13: Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu ..................................................... 103
T
3
T
3
Hình 3.14: Gán tải trọng tác dụng lên từng phần tử của kết cấu ................................ 103
T
3
T
3
Hình 3.15: Khai báo từng trường hợp tính toán .......................................................... 104
T
3
T
3
Hình 3.16: Chọn bậc tự do cho kết cấu ....................................................................... 105
T
3
T
3
Hình 3.17: Giải bài toán .............................................................................................. 105
T
3
T
3
Hình 3.18: Xem sơ đồ biến dạng.................................................................................. 106
T
3
T
3
Hình 3.19: Xem biểu đồ nội lực ................................................................................... 106
T
3
T
3
Hình 3.20: Xuất kết quả thành file ............................................................................... 107
T
3
T
3
Hình 4.1: Đứt gãy bậc IV trong hầm thủy điện Hủa Na .............................................. 121
T
3
T
3
Hình 4.2: Mô hình tính kết cấu vỏ hầm thủy điện Hủa Na .......................................... 121
T
3
T
3
Hình 4.3: Vòm cân bằng áp lực ................................................................................... 122
T
3
T
3
Hình 4.4: Sơ đồ tải trọng trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy ............ 123
T
3
T
3
Hình 4.5: Sơ đồ tải trọng trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy ..................... 124
T
3
T
3
Hình 4.6: Mô hình hóa đường hầm.............................................................................. 125
T
3
T
3
Hình 4.7: Đặc trưng vật liệu của khung vòm chống .................................................... 126
T
3
T
3
Hình 4.8: Định nghĩa đặc trưng hình học .................................................................... 126
T
3
T
3
Hình 4.9: Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu ....................................................... 127
T
3
T
3
Hình 4.10: Tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu chống đỡ trong trường hợp đường
hầm chưa đi qua đứt gãy.............................................................................................. 127
T
3
T
3
Hình 4.11: Tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu chống đỡ trong trường hợp đường
hầm đi qua đứt gãy....................................................................................................... 128
T
3
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
x
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 4.12: Tải trọng đứng tác dụng lên kết cấu chống đỡ trong trường hợp đường hầm
chưa đi qua đứt gãy...................................................................................................... 128
T
3
T
3
Hình 4.13: Tải trọng đứng tác dụng lên kết cấu chống đỡ trong trường hợp đường hầm
đi qua đứt gãy .............................................................................................................. 129
T
3
T
3
Hình 4.14: Tổ hợp tải trọng thứ nhất = Áp lực ngang + Áp lực đứng trong trường hợp
đường hầm chưa đi qua đứt gãy .................................................................................. 129
T
3
T
3
Hình 4.15: Tổ hợp tải trọng thứ hai = Áp lực ngang + Áp lực đứng trong trường hợp
đường hầm đi qua đứt gãy ........................................................................................... 130
T
3
T
3
Hình 4.16: Chọn bậc tự do cho kết cấu khung vòm phẳng .......................................... 130
T
3
T
3
Hình 4.17: Giải bài toán .............................................................................................. 131
T
3
T
3
Hình 4.16: Biến dạng của khung chống trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt
gãy ................................................................................................................................ 131
T
3
T
3
Hình 4.17: Biến dạng của khung chống trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy
...................................................................................................................................... 132
T
3
T
3
Hình 4.18: Các giá trị phản lực trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy.. 132
T
3
T
3
Hình 4.19: Các giá trị phản lực trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy........... 133
T
3
T
3
Hình 4.20: Biểu đồ lực dọc trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy ......... 133
T
3
T
3
Hình 4.21: Biểu đồ lực dọc trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy ................. 134
T
3
T
3
Hình 4.22: Biểu đồ lực cắt trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy .......... 134
T
3
T
3
Hình 4.23: Biểu đồ lực cắt trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy .................. 135
T
3
T
3
Hình 4.24: Biểu đồ mômen trong trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy ........ 135
T
3
T
3
Hình 4.25: Biểu đồ mômen trong trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy ................ 136
T
3
T
3
Hình 4.26: Biến dạng của khung chống ....................................................................... 140
T
3
T
3
Hình 4.27: Các giá trị phản lực ................................................................................... 141
T
3
T
3
Hình 4.28: Biểu đồ lực dọc .......................................................................................... 141
T
3
T
3
Hình 4.29: Biểu đồ lực cắt ........................................................................................... 142
T
3
T
3
Hình 4.30: Biểu đồ mômen .......................................................................................... 142
T
3
T
3
Hình 4.31: Sơ đồ tải trọng trong trường hợp giảm khoảng cách khung chống .......... 144
T
3
T
3
Hình 4.32: Biến dạng của khung chống ....................................................................... 145
T
3
T
3
Hình 4.33: Các giá trị phản lực ................................................................................... 145
T
3
T
3
Hình 4.34: Biểu đồ lực dọc .......................................................................................... 146
T
3
T
3
Hình 4.35: Biểu đồ lực cắt ........................................................................................... 146
T
3
T
3
Hình 4.36: Biểu đồ mômen .......................................................................................... 147
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
xi
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 4.37: Biến dạng của khung chống ....................................................................... 149
T
3
T
3
Hình 4.38: Các giá trị phản lực ................................................................................... 149
T
3
T
3
Hình 4.39: Biểu đồ lực dọc .......................................................................................... 150
T
3
T
3
Hình 4.40: Biểu đồ lực cắt ........................................................................................... 150
T
3
T
3
Hình 4.41: Biểu đồ mômen .......................................................................................... 151
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
T
3
CH16C1
xii
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng phân loại đất của Tunnelman (Chỉnh sửa bởi Heuer (1974)) .........43
Bảng 2.2: Sự ổn định của hầm đối với đất dính (Chỉnh sửa sau Peck (1969) và
Phienwaja (1987)). ....................................................................................................45
Bảng 2.3: Sự ổn định của hầm đối với bùn cát trên tầng nước (Heuer (1994)). .......45
Bảng 2.4: Ứng xử của hầm đối với cát và sỏi. ..........................................................46
Bảng 2.5: Bảng phân cấp đứt gãy. ............................................................................52
Bảng 2.6: Sự ổn định tường bên thẳng đứng là hàm số của lực dính C và góc ma sát
trong φ. ......................................................................................................................72
Bảng 2.7: Khối lượng đất đá còn dư sau khi đầm lại so với khối đào ban đầu (thí
nghiệm hiện trường) ..................................................................................................74
Bảng 2.8: Độ cứng của các loại đá ............................................................................75
Bảng 2.9: Phân loại khối đá theo Deere ....................................................................78
Bảng 2.10: Ảnh hưởng vị trí khe nứt (đường phương, góc dốc) khi thi công đường
hầm ............................................................................................................................79
Bảng 2.11: Các nhóm khối đá ...................................................................................79
Bảng 2.12: Ý nghĩa về nhóm khối đá (ví dụ) ............................................................79
Bảng 2.13: Các nhóm khối đá theo Barton ...............................................................80
Bảng 4.1: Các hệ thống đứt gãy kiến tạo chính trong vùng ....................................119
Bảng 4.2: Phân cấp các phá hủy kiến tạo trong vùng .............................................119
Bảng 4.3: Giá trị tính toán các chỉ tiêu cơ lý đất đá ................................................120
Bảng 4.4: Chỉ tiêu cơ lý đất đá đoạn hầm tính toán trong trường hợp 1 (Đường hầm
không đi qua đứt gãy)..............................................................................................120
Bảng 4.5: Chỉ tiêu cơ lý đất đá đoạn hầm tính toán trong trường hợp 2 (Đường hầm
đi qua đứt gãy).........................................................................................................121
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
T
3
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài.
Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật và sự ra đời các công nghệ thi công
mới, hiện đại, các công trình ngầm được xây dựng ngày càng nhiều và luôn được
coi là đỉnh cao của kỹ thuật và nghệ thuật xây dựng.
Ở nước ta, lĩnh vực xây dựng công trình ngầm đang có những bước phát triển
mới, phục vụ ngày một tốt hơn cho nhu cầu của con người. Trong đó phải kể đến
những thành tựu to lớn trong các lĩnh vực giao thông và thủy điện.
Nói riêng về lĩnh vực thủy điện, trong những năm gần đây, có tới hàng trăm dự
án đã và đang được triển khai trên khắp cả nước. Trong đó, các công trình thủy điện
đường dẫn có công suất vừa và lớn hầu hết sử dụng đường hầm dẫn nước vào nhà
máy thủy điện. Các tuyến đường hầm này thường có chiều dài lớn nên không thể
tránh khỏi sẽ có những đoạn hầm đi qua vùng chịu ảnh hưởng của đới đứt gãy hay
đất đá xen kẹp, mềm yếu.
Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp gia cố khi đào đường hầm qua vùng địa chất xấu,
đứt gãy đóng vai trò rất quan trọng ảnh hưởng đến tính khả thi về điều kiện kinh tế kỹ thuật của đường hầm.
II. Mục đích của đề tài.
Đề tài “Lựa chọn giải pháp gia cố khi đào đường hầm qua đứt gãy của Thủy
điện Hủa Na” có ý nghĩa thiết thực phục vụ cho thiết kế và thi công công trình
Thủy điện Hủa Na nói riêng và các công trình xây dựng thủy lợi và thủy điện nói
chung.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Dựa trên ứng xử của đất mềm trong đứt gãy khi đào hầm qua, các phương pháp
xác định áp lực của đất đá để tính toán tải trọng của đất mềm xung quanh khối đào
tác động lên kết cấu gia cố, nghiên cứu các giải pháp gia cố đường hầm trong đất
mềm và lựa chọn giải pháp thích hợp.
IV. Kết quả dự kiến đạt được.
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2
Xác định được lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ và chọn giải pháp gia cố thích
hợp cho công trình đường hầm Thủy điện Hủa Na khi đi qua đứt gãy.
V. Nội dung của luận văn.
Chương 1. Tổng quan đào đường hầm qua đất mềm.
1.1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm.
1.2. Các phương pháp có bản thi công đường hầm.
1.3. Đặc điểm thi công đường hầm qua đất mềm.
1.4. Kết luận.
Chương 2. Ứng xử của đất mềm tác dụng lên kết cấu gia cố.
2.1. Ứng xử của đất mềm và phương pháp đánh giá.
2.2. Đứt gãy và ảnh hưởng của nó khi đào hầm qua.
2.3. Hiện tượng chùng úng suất và hiện tượng từ biến.
2.4. Áp lực của đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ.
2.5. Kết luận.
Chương 3. Xác định lực của đất đá xung quanh khối đào tác dụng lên kết
cấu gia cố.
3.1. Bài toán cơ bản.
3.2. Xác định lực tác dụng lên kết cấu sử dụng phần mềm để giải quyết bài
toán.
3.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm.
3.4. Kết luận.
Chương 4. Áp dụng phương pháp tính toán và lựa chọn kết cấu gia cố cho
đường hầm Thủy điện Hủa Na khi đi qua đứt gãy.
4.1. Giới thiệu công trình thủy điện Hủa Na.
4.2. Tính toán kết cấu đường hầm công trình thủy điện Hủa Na sử dụng phần
mềm SAP2000.
4.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm thủy điện Hủa Na.
4.4. Kết luận.
Kết luận và kiến nghị
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA ĐẤT MỀM
1.1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm.
1.1.1.
Công trình ngầm trên thế giới.
Đường hầm là những công trình được xây dựng trong lòng đất, xuyên qua lòng
sông, biển hay những dãy núi cao ngất. Chúng luôn được coi là đỉnh cao của kỹ
thuật và nghệ thuật xây dựng. Cùng với những bước phát triển mạnh mẽ về khoa
học kỹ thuật, hiện nay việc sử dụng công trình ngầm rất phổ biến trên thế giới, đáp
ứng nhu cầu đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, xã hội.
Thời thượng cổ con người đã biết đào các hầm ngầm đặc biệt để khai thác quặng
mỏ và than đá. Người La Mã đã xây dựng các đường hầm ngầm thủy lợi đến nay
vẫn còn tốt. Gắn liền với sự phát triển, của thiết bị và phương tiện sản xuất, con
đường hầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas qua kênh đào Midi dài 173m
được xây dựng ở Pháp vào năm 1679 – 1681.
Hình1.1: Đường hầm Malpas qua kênh đào Midi
Đường hầm lâu đời nhất thế giới được cho là đường hầm Terelek kay tüneli dưới
dòng sông Kizil ở phía Nam của thị trấn Boyabat và Duragan ở Thổ Nhĩ Kỳ. Ước
lượng nó được xây dựng cách đây hơn 2000 năm (và cũng có lẽ là 5000 năm).
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
4
Tuyến đường hầm ở Arabic và Persian là một hệ thống quản lý nguồn nước được
sử dụng để cung cấp nước cho khu định cư và cho nông nghiệp trong điều kiện thời
tiết khắc nghiệt như hạn hán. Hệ thống đường hầm này được biết đến là đường hầm
cổ nhất và rộng nhất ở thành phố Iraian của Gonabad, dù đã sau 2700 năm nó vẫn
cung cấp nước cho sinh hoạt và nông nghiệp (cho gần 4000 người). Độ sâu của
đường hầm hơn 360 m và dài 45 km.
Hình 1.2: Tuyến đường ống dẫn nước Eupalinia
Tuyến đường ống dẫn nước Eupalinian nằm trên đảo của Samos (phía Bắc
Aegean, Hi Lạp). Nó được xây dựng năm 520 trước công nguyên bởi những kỹ sư
Hi Lạp cổ đại. Những người kỹ sư này đã tổ chức công trường xây dựng bắt đầu từ
núi Kastro. Đường hầm có tầm quan trọng lớn kể từ khi nó được xây dựng dưới
lòng đất, vì kẻ địch – những người có thể làm mất đi nguồn cung cấp nước tới
Pythagoreion thủ đô cổ xưa của Samos không dễ để tìm thấy nó. Điều này được
Herodotus ghi lại. Mãi đến thế kỷ 19 vị trí chính xác của đường hầm mới được xác
định bởi nhà khảo cổ học người Đức. Tuyến đường hầm dài khoảng 1300m, và
khách du lịch vẫn có thể đến thăm nó.
Đường hầm càng phát triển khi vận chuyển đường sắt càng phát triển để vượt qua
các chướng ngại vật như núi, đèo... Đường hầm Sapperton trên sông Thames và
Severn ở Anh, được đào xuyên qua những quả đồi, hoàn thành năm 1979, dài 3.5
km và nó được dùng cho việc vận chuyển than và hàng hóa của những con tàu. Phía
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
5
trên là tuyến đường hầm dài với hệ thống đường ray xe lửa nối liền Swindon và
Gloucester.
Hình 1.3: Đường hầm Sapperton trên sông Thames
Đường hầm được tạo ra cho đầu máy hơi nước đầu tiên, đầu máy Penydarren,
được xây dựng trước khi Richard Trevithick có thể thực hiện cuộc hành trình lịch sử
của ông ta từ Penydarren tới Abercynon vào năm 1804. Chúng ta vẫn có thể nhìn
thấy bộ phận của đường hầm ở Pentrebach Merthyr Tydfil. Đây là đường hầm xe
lửa cổ nhất trên thế giới cho loại máy hơi nước tự hành.
Hình 1.4: Đường hầm Montgomery Bell, eo sông của Harpeth
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
6
Đường hầm Montgomery Bell ở Tennessee dài 88m là đường hầm dẫn dòng
được xây dựng bởi những người nô lệ vào năm 1819 là đường hầm nguyên cỡ đầu
tiên ở Mỹ.
Đường hầm Box ở Anh bắt đầu xây dựng từ năm 1836 và được hoàn thành vào
năm 1841 là đường hầm xe lửa dài nhất trên thế giới tại thời điểm xây dựng. Nó
được đào xuyên qua đồi Box với chiều dài 2.9 km.
Hình 1.5: Phía Đông của đường hầm Box
Đường hầm Thames được xây dựng bởi Marc Isambard Brunel và con trai của
ông ta Isambard Kingdom Brunel được hoàn thành vào năm 1843 là đường hầm
dưới nước đầu tiên và cũng là lần đầu tiên được thi công bằng khiên. Nó được sử
dụng như một đường hầm dành cho người đi bộ và bây giờ nó là một phần của
tuyến đường ở phía Tây của nước Anh trong hệ thống tuyến đường dưới mặt đất.
Hình 1.6: Đường hầm Thames năm 2005
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
7
Đường hầm St. Clair là đường hầm dưới nước quy mô nhất ở Bắc Mỹ. Nó gồm
hai hệ thống đường hầm liền kề nhau. Đường hầm đầu tiên hoàn thành năm 1891,
đường hầm thứ hai hoàn thành năm 1994. Khi đường hầm thứ 2 đi vào hoạt động,
đường hầm thứ nhất ngưng sử dụng (nó được bịt kín lại). Do sự phát triển của công
nghệ nên việc thi công đường hầm thứ 2 cũng có sự khác biệt, thay vì đào bằng tay
như đường hầm thứ nhất, một loạt máy tên Excalibore đã được sử dụng.
Hình 1.7: Đường hầm St. Clair đầu tiên hoàn thành năm 1981
Hình 1.8: Đường hầm St. Clair thứ hai hoàn thành năm 1994
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
8
Đường hầm Col de Tende dài 3182 m nối liền Pháp và Ý. Nó được khánh thành
vào năm 1882 và cho đến tận năm 1964 nó vẫn là đường hầm dài nhất trong dãy
Alps. Tại thời điểm hoàn thành có lẽ nó là một trong những đường hầm dài nhất thế
giới.
Hình 1.9: Đường hầm Col de Tende
Đường hầm Holland là đường hầm quốc lộ bên dưới sông Hudson nối đảo
Manhattan ở thành phố New York và thành phố Jersey và New Jersey trên đất liền.
Nó được hoàn thành vào năm 1927 với chiều dài 2608.5 m về hướng Tây và
2551.5m về hướng Đông. Đây là một trong những đường hầm đầu tiên được thiết
kế hệ thống thông gió.
Hình 1.10: Giao thông trong đường hầm Holland, từ Manhattan đến New Jersey
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
9
Thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển vượt bậc của các loại đường hầm với sự ra đời
của nhiều công trình có quy mô lớn, với những mục đích sử dụng đặc biệt. Dưới
đây là một số đường hầm nổi tiếng, được đánh giá cao trong thế giới hiện đại.
Hình 1.11: Đường hầm qua eo biển Manche
Đường hầm qua eo biển Manche là đường hầm đường sắt dài thứ hai thế giới với
tổng chiều dài 50,5 km (sau đường hầm Seikan của Nhật Bản). Nó cũng là tuyến
đường hầm có tổng chiều dài phần chìm dưới biển lớn nhất thế giới (37,9 km).
Điểm thấp nhất tại hầm có độ sâu 75 m. Được xây dựng vào năm 1988 và hoàn
thành vào năm 1994, đường hầm qua eo biển Manche là cầu nối hai nước Anh và
Pháp. Điểm khởi đầu là Folkestone, Kent của Anh và điểm kết thúc là ở Coquelles,
Pas-de-Calais, Pháp. Nhờ đường hầm này, hành khách đi từ Anh sang Pháp chỉ mất
vỏn vẹn 20 phút.
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
10
Hình 1.12: Đường ray trong đường hầm Seikan
Đường hầm Seikan của Nhật Bản là hầm đường sắt dài nhất thế giới với tổng
chiều dài 53,85 km, trong đó phần chìm dưới biển có chiều dài 23,3 km. Nó nằm
bên dưới eo biển Tsugaru nối liền hai đảo Honshu và Hokkaido - một phần của
tuyến Kaikyo thuộc công ty đường sắt Hokkaido. Được xây dựng năm 1971 và
hoàn thành năm 1988, hầm có 52 km đường ray liên tục với hai nhà ga đầu tiên
trên thế giới được xây dựng dưới biển.
Hình 1.13: Một phần bên trong đường hầm Gotthard
Dù vẫn còn đang trong giai đoạn xây dựng, hầm Gotthard đã thu hút sự chú ý của
cả thế giới. Được xây dựng ở Thụy Sĩ với tổng chiều dài lên tới 57 km, đây sẽ là
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
11
hầm đường sắt dài nhất thế giới khi nó được hoàn thành vào năm 2018. Nhưng điều
đặc biệt hơn là đường hầm này được đào xuyên qua dãy Alps -vốn được coi là rào
cản giữa Bắc Âu và Nam Âu. Người ta sẽ xây một tuyến đường ray cao tốc nối liền
thành phố Zurich của Thụy Sĩ và Milan của Italy. Toàn bộ tuyến này sẽ nằm trên
cùng độ cao 500 m so với mực nước biển, cho phép tàu hoả đạt đến tốc độ 240
km/h, rút ngắn thời gian di chuyển từ Zurich đến Milan chỉ còn 2,5 giờ. Đây là một
công trình quy mô lớn với những con số khổng lồ: hơn 2.000 người làm việc
24h/ngày, 365 ngày/năm, chi phí tăng vọt từ 8 tỷ USD theo dự kiến ban đầu lên 15
tỷ USD và có lẽ phải đến năm 2018 mới hoàn thành.
Hình 1.14: Một khu để xe lớn nằm trên đỉnh đường hầm qua vịnh Tokyo
Bắt đầu được xây dựng từ năm 1989 và hoàn thành vào năm 1997 với tổng chiều
dài 15,1 km, đường hầm qua vịnh Tokyo được coi là đường hầm dưới biển dài nhất
thế giới tại thời điểm đó. Đây là một công trình phức hợp gồm 9,5 km hầm, 4,4 km
cầu và hai đảo nhân tạo. Độ sâu của đường hầm chỗ thấp nhất là 60 m. Công trình
này được xây dựng để nối hai thành phố Kisazaru và Kawasaki của Nhật Bản.
Trước đây, để di chuyển giữa hai thành phố này, người ta phải đi 100 km dọc theo
vịnh Tokyo hoặc đi phà mất một giờ đồng hồ, nhưng nay chỉ cần 15 phút qua hầm.
Điểm thú vị ở đây là trên hai hòn đảo nhân tạo có cả một bãi đỗ xe rộng lớn và khu
nghỉ ngơi dành cho các du khách tham quan vịnh.
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
12
Hình 1.15: Cầu cao, cầu thấp và phần hầm chìm của hệ thống ở vịnh Chesapeake
Cầu và hầm chìm trên vịnh Chesapeake, Mỹ, được hoàn thành vào năm 1964 với
tổng chi phí là 2 triệu USD, nối vùng đông nam Virginia với bán đảo Delmarva.
Toàn bộ công trình phức hợp gồm hai cầu cao, hai cầu thấp và hai hầm song song
dài 28 km, phần lớn nổi ở trên mặt nước nhờ 5.000 trụ cầu. Tuy nhiên, để đảm bảo
giao thông đường thủy, một phần công trình được dìm xuống nước, tạo thành đường
hầm dài hơn 3 km. Công trình còn có các đảo nhân tạo nhằm neo hai đường hầm.
Trên đảo có các nhà nghỉ, quầy lưu niệm và chỗ đỗ xe để cho mọi người thư giãn và
ngắm cảnh. Hệ thống cầu và hầm được coi như là “thành tựu xây dựng xuất sắc nhất
nước Mỹ” năm 1965 và từng được chọn là “Một trong bảy kỳ quan xây dựng của
thế giới hiện đại".
1.1.2.
Công trình ngầm ở Việt Nam.
Tại Việt nam, trước Cách mạng Tháng Tám 1945, năm 1930 có xây dựng hầm
giao thông thủy Rú Cóc (ở xã Nam Sơn huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An), hầm ngầm
xuyên qua núi giúp cho thuyền bè đi lại từ phía thượng lưu sang hạ lưu sông Lam
để tránh đi qua đập nước Đô Lương. Ngành đường sắt có một số hầm ngầm ở miền
Trung, điển hình là hầm Phước Tượng trên đèo Hải Vân thuộc Thừa Thiên Huế.
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
13
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hầm được xây dựng nhiều song chủ
yếu là hầm ngắn, nhằm phục vụ quốc phòng làm kho tàng, công sự… Điển hình
như hầm Củ Chi là một hệ thống phòng thủ trong lòng đất ở huyện Củ Chi, 70 km
T
3
T
3
phía tây bắc Thành phố Hồ Chí Minh. Hệ thống này được Mặt trận Dân tộc Giải
T
3
T
3
T
3
phóng miền Nam Việt Nam đào trong thời kỳ Chiến tranh Đông Dương và Chiến
T
3
T
3
T
3
T
3
tranh Việt Nam.
T
3
Hình 1.16: Đường hầm Củ Chi
Hình 1.17: Lát cắt qua địa đạo Củ Chi
Học viên: Hồ Quang Huy
CH16C1
