Nghiên cứu hệ thống gió có xét đến sự cân bằng nhiệt trong quá trình đào hầm bằng phương pháp nổ mìn ứng dụng cho thủy điện đăkđring

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

----------

NGUYỄN THỊ ĐỨC

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG GIĨ CĨ XÉT ĐẾN
SỰ CÂN BẰNG NHIỆT TRONG Q TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG
PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN-ỨNG DỤNG CHO THỦY ĐIỆN ĐĂKĐRING

Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ TRỌNG HỒNG

Hà Nội – 2011


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ
thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống
thơng gió có xét đến sự cân bằng nhiệt trong quá trình đào hầm bằng phương
pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới thầy giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng, Bộ môn Công nghệ và QLXD Trường Đại
học thủy lợi đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa

học cần thiết cho luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn phịng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa
Cơng trình cùng các thầy giáo, cơ giáo đã tham gia giảng dạy và tận tình giúp đỡ,
truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học của
trường Đại học thủy lợi, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Cán bộ, công nhân viên trường TCN
NN&PTNT Thanh Hóa, bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã tận tình giúp đỡ trong
suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.
Do còn hạn chế về trình độ chun mơn, cũng như thời gian có hạn, nên trong
quá trình thực hiện luận văn, tác giả khơng tránh khỏi một số sai sót. Tác giả mong
muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè
đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng… năm 2011
Tác giả

Nguyễn Thị Đức


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: ĐÀO HẦM NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
NỔ MÌN ..................................................................................................................... 3
1.1

Đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện.............................. 3

1.1.1 Các phương pháp đào đường hầm .............................................................. 5
1.1.2 Quá trình thi cơng hầm bằng phương pháp nổ mìn.................................. 8
1.1.2.1 Cơng tác khoan đào ............................................................................. 8

1.1.2.2 Cơng tác nổ mìn ................................................................................... 9
1.1.3 Dọn và vận chuyển đất đá trong đường hầm............................................ 11
1.1.4 Thi công vỏ đường hầm ........................................................................... 11
1.1.5 Công tác gia cố khối đào .......................................................................... 12
1.1.6 Một số công tác khác. ............................................................................... 12
1.1.3 Những yêu cầu về thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện.13
1.1.3.1 Yêu cầu về an tồn lao động khi thi cơng đường hầm ...................... 13
1.1.3.2 Yêu cầu về không gian thi công ........................................................ 13
1.1.4 u cầu về thơng gió khi đào đường hầm bằng phương pháp nổ mìn .... 14
1.1.5 Các sơ đồ thơng gió được áp dụng trên thế giới và Việt Nam ................. 15
1.1.5.1 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi................................................................... 16
1.1.5.2 Sơ đồ thơng gió kiểu hút .................................................................... 16
1.1.5.3 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp ............................................................. 17
1.2

Kết luận chương1 ....................................................................................... 18

CHƯƠNG 2: NHỮNG U CẦU VỀ THƠNG GIĨ TRONG Q TRÌNH
ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN ................................................... 19
2.1 Những lượng khí độc phát sinh trong đường hầm .......................................... 19
2.1.1. Khí độc do nổ mìn ................................................................................... 19
2.1.2. Khí độc do động cơ Diesel ...................................................................... 22
2.2.3. Khí độc trong các đoạn nằm sâu trong lòng đất ...................................... 24
2.2 Nhu cầu vệ sinh cho người trong đường hầm ................................................ 26
2.2.1 Nhu cầu khí O 2 cho con người ................................................................. 26
2.2.2 Lượng nhiệt dư thừa trong đường hầm sâu dưới lòng đất ....................... 26


2.3 u cầu về cơng tác thơng gió trong q trình mở các gương hầm ............... 40
2.3.1. Pha lỗng khí độc .................................................................................... 40

2.3.2 Pha loãng bụi ............................................................................................ 41
2.3.3. Cấp oxy cần dùng .................................................................................... 42
2.3.3. Giải nhiệt ................................................................................................. 43
2.4 Kết luận chương 2: .......................................................................................... 45
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG GIĨ CĨ XÉT ĐẾN SỰ CÂN
BẰNG NHIỆT TRONG Q TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ
MÌN .......................................................................................................................... 46
3.1 Các cơng thức tính tốn .................................................................................. 46
3.1.1 Lượng khí sạch pha lỗng khí độc ........................................................... 46
3.1.2 Xác định lượng khí sạch cho cơng nhân .................................................. 50
3.1.3 Xác định lưu lượng khí cần để giảm nhiệt hầm ....................................... 50
3.2 Lựa chọn máy quạt và các thiết bị. ................................................................. 51
3.3 Bố trí hệ thống thơng gió trong q trình đào hầm ......................................... 60
3.4

Kết luận chương 3 ...................................................................................... 61

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG GIĨ TRONG Q
TRÌNH ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN CHO ĐƯỜNG HẦM
DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐAKDRING ............................... 63
4.1. Giới thiệu tổng quan về nhà máy thủy điện Đakdring ................................... 63
4.2 Trình tự thi cơng đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện Đakđring............ 68
4.3 Thiết kế hệ thống thơng gió ............................................................................ 70
4.3.1 Bố trí hệ thống thơng gió.......................................................................... 70
4.3.2 Chọn ống thơng gió .................................................................................. 70
4.3.3 Bố trí hệ thống thơng gió theo các gương ................................................ 71
4.3.4 Chọn quạt thơng gió cho các gương đào. ................................................. 72
4.4 Kết luận chương 4 ........................................................................................... 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 82
1.

Các kết quả đạt được ..................................................................................... 82

2.

Vấn đề tồn tại và phương hướng nghiên cứu tiếp theo.................................. 82

3.

Kiến nghị ....................................................................................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 83


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Đường hầm dẫn nước thủy điện Hịa Bình. ............................................... 3
Hình 1.2 Bên trong hầm cửa nhận nước nhà máy thủy điện Nho Quế 3 -Hà Giang4
Hình 1.3 Hầm phụ nhà máy thủy điện Nho Quế 3 – Hà Giang ................................. 4
Hình 1.4 Tác dụng của nổ mìn ................................................................................... 5
Hình 1.5 Vùng ảnh hưởng của nổ mìn ....................................................................... 6
Hình 1.6 Định vị phục vụ cho cơng tác khoan đào ................................................... 8
Hình1.7 Lắp đặt dây nổ ............................................................................................. 9
Hình1.8 Nổ mìn và vận chuyển đá thải .................................................................... 10
Hình 1.9 Dây cháy chậm .......................................................................................... 10
Hình 1.10 Kíp điện ................................................................................................... 11
Hình 1.11 Thi cơng đào hầm dẫn nước thủy điện Ngịi Phát................................... 14
Hình 1.12 Hình ảnh thơng gió đường hầm Bn Kop ............................................ 15
Hình 1.13 Thơng gió đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện La Hiêng2 .......... 15
Hình 1.14 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi ........................................................................ 16
Hình 1.15 Sơ đồ thơng gió kiểu hút ......................................................................... 17

Hình 1.16 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp .................................................................. 17
Hình 2.1 Động cơ làm việc trong hầm ..................................................................... 22
Hình 2.2 Quan hệ giữa nhiệt hiện q h và nhiệt ẩn q â theo nhiệt độ .......................... 32
Hình 2.3 Biểu đồ nhiệt hiệu quả tương đương ......................................................... 36
Hình 2.4 Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn ASHRAE (Mỹ) ............................. 43
Hình 2.5 Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ t k và t ư .............................................. 44
Hình 3.1 Biểu đồ tra tổn thất ma sát ........................................................................ 55
Hình 3.2 Hình ảnh minh họa bố trí ống gió ............................................................. 61
Hình 4.1 Hình phối cảnh cơng trình thủy điện Đakdring ........................................ 63
Hình 4.2 Hình ảnh minh họa bố trí tuyến hầm......................................................... 68
Hình 4.3 Các hướng đào hầm................................................................................... 69
Hình 4.4 Bố trí hệ thống thơng gió .......................................................................... 70
Hình 4.5 Vị trí gương đào Q4, Q5 ........................................................................... 72


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Lượng khí độc do nổ mìn thải ra ..............................................................21
Bảng 2.2 Nồng độ cho phép của khí độc do nổ mìn................................................21
Bảng 2.3 Lượng khí độc do động cơ .......................................................................23
Bảng 2.4 Nồng độ cho phép của khí độc do động cơ ..............................................23
Bảng 2.5 Nồng độ cho phép của một số khí dưới hầm............................................25
Bảng 2.6 Thành phần khơng khí sạch......................................................................26
Bảng 2.7 Nhiệt sinh lý cơ thể người theo trạng thái lao động .................................27
Bảng 2.8 Hệ số kể đến tốc độ khơng khí trong phịng (k v ) .....................................29
Bảng 2.9 lượng nhiệt tỏa ra do con người. ..............................................................33
Bảng 2.10 Nhiệt độ hiệu quả tương đương..............................................................34
Bảng 2.11 Chỉ số đánh giá cảm giác nhiệt theo Zôilen - Kôrencôp .......................37
Bảng 2.12 Chỉ số đánh giá cảm giác nhiệt theo Bendinh - Hats .............................37
Bảng 2.13 Nhiệt do máy móc tỏa ra dưới dạng nhiệt hiện ......................................38
Bảng 2.14 Nồng độ khí độc cho phép .....................................................................41

Bảng 2.15 Mối quan hệ giữa nồng độ khí và sức khỏe con người ..........................41
Bảng 2.16 Nồng độ bụi cho phép ............................................................................42
Bảng 2.17 Tiêu chuẩn vệ sinh khơng khí trong hầm ...............................................43
Bảng 3.1 Hệ số lọt gió của cao su............................................................................53
Bảng 3.2 Hệ số lọt gió của ống kim loại .................................................................53
Bảng 3.3 Hệ số lọt gió của ống chất dẻo PVC ........................................................54
Bảng 3.4 Bảng hệ số lực cản ma sát ống α ............................................................54
Bảng 3.5 Hệ số hiệu chỉnh η ...................................................................................56
Bảng 3.6 Hệ số dự trữ công suất của động cơ .........................................................57
Bảng 3.7 Đặc tính máy thơng gió ............................................................................58


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cơng trình ngầm nói chung và cơng trình hầm nói riêng đã được sử dụng từ
rất lâu trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân và đặc biệt trong các
nước phát triển. Cơng trình hầm được sử dụng trong các lĩnh vực giao thơng, thuỷ
lợi, quốc phịng và trong khai thác khoáng sản… Ở Việt Nam đào đường hầm bằng
phương pháp nổ mìn đã được nghiên cứu và áp dụng hiệu quả cao như đường hầm
dẫn nước nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, đường hầm cho nhà máy thuỷ điện Yaly,
đường hầm qua đèo Hải Vân… Đây là phương pháp truyền thống, thi công trong
mọi điều kiện địa chất, phù hợp với hình dáng của mặt cắt hầm… Tuy nhiên khi thi
cơng nổ mìn đào hầm, ngồi lượng lớn khí độc do nổ mìn tạo ra cịn vấn đề nhiệt độ
trong lòng đất tăng lên theo chiều sâu đặt hầm và chiều dài của đường hầm.
Để đảm bảo sức khoẻ và tính mạng của cơng nhân khi xây dựng cần đảm bảo
khơng khí trong hầm ln có nồng độ khí độc ở mức cho phép và tạo điều kiện lao
động được thống mát thì biện pháp thơng gió tỏ ra thích hợp và trở thành biện
pháp truyền thống khơng thể thiếu được trong xây dựng cơng trình ngầm. Hiện nay

ở các cơng trình ngầm việc tính tốn thơng gió chưa bao gồm việc tính tốn cân
bằng nhiệt độ trong hầm điều đó địi hỏi có sự nghiên cứu về vấn đề này… Đề tài
“Nghiên cứu hệ thống thơng gió có xét đến sự cân bằng nhiệt trong q trình
đào hầm bằng phương pháp nổ mìn, ứng dụng cho thủy điện Đăkđring” là hết
sức cần thiết và có ứng dụng vào thực tiễn cao.
2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu và thiết kế được hệ thống thơng gió trong q trình đào hầm bằng
phương pháp khoan nổ mìn có xét đến cân bằng nhiệt. Ứng dụng cụ thể vào cơng
trình thủy điện Đakdring, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho các đường hầm khác
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hệ thống thơng gió trong q trình đào hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn.
Từ các yêu cầu về giảm nồng độ khí độc hại do nổ mìn, do động cơ, do người..., yêu


2

cầu giảm nhiệt dư thừa trong hầm, yêu cầu đủ lượng khí sạch cho người lao động
trong hầm, tình hình cụ thể cơng trình... tiến hành tính tốn, lựa chọn hệ thống
thơng gió đảm bảo điều kiện an tồn lao động sức khỏe cho người lao động đồng
thời bố trí hợp lý để ít ảnh hưởng đến khơng gian đào hầm.
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Điều tra, thống kê và tổng hợp các tài liệu đã nghiên cứu liên quan đến đề tài gồm:
+ Lượng khí độc hại do nổ mìn, do động cơ...nồng độ cho phép tương ứng
+ Nhiệt lượng dư thừa trong hầm
- Phân tích, tính tốn lưu lượng gió cần thổi vào hầm
+ Lượng khí sạch pha lỗng khí độc
+ Lượng khí sạch cho người.
+ Lượng khí sạch cần để giảm nhiệt hầm.
- Dựa trên các tiêu chuẩn về thơng gió, đặc thù của cơng trình tính chọn quạt gió,
đường ống thơng gió và bố trí hệ thống thơng gió.

3

CHƯƠNG 1: ĐÀO HẦM NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN
1.1 Đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện.
Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện là những đường hầm được sử
dụng để đưa nước nguồn tự nhiên (như hồ hoặc sông) hoặc nguồn nước do con
người làm ra (như đập và hồ chứa ngăn sơng) đến nhà máy, ở đó năng lượng nước
nhờ máy tuốc bin chuyển thành năng lượng điện, và sau đó những đường hầm lại
đưa nước đã bị lấy chuyển thành năng lượng điện. Sau đó những đường hầm lại đưa
nước đã bị lấy năng lượng để chảy vào những điểm mà chúng có thể là những hồ
hoặc sơng khác hoặc về lại sông cũ ở nơi thấp hơn.
Khi đường hầm đó vận hành trong điều kiện hồn tồn có áp lực nước thì
được gọi là “đường hầm có áp”, cịn khi mực nước khơng phủ kín mặt cắt hầm thì
đươc gọi là “đường hầm chảy tự do”
Đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện có đặc điểm chạy qua địa chất
tương đối phức tạp và yêu cầu đảm bảo chính xác về mặt cắt, độ bền cao đảm bảo
chế độ làm việc cung cấp nước cho nhà máy thủy điện trong suốt thời gian vận
hành.

Hình 1.1 Đường hầm dẫn nước thủy điện Hịa Bình.


4

Hình 1.2 Bên trong hầm cửa nhận nước nhà máy thủy điện Nho Quế 3 – Hà
Giang ( địa chất tốt - đá cứng)

Hình 1.3 Hầm phụ nhà máy thủy điện Nho Quế 3 – Hà Giang
(địa chất rất yếu – toàn đất sét)


5

Ngày nay có nhiều phương pháp đào hầm sử dụng máy móc và kỹ thuật hiện
đại, tuy nhiên phương pháp truyền thống đào hầm bằng phương pháp nổ mìn vẫn
được sử dụng rộng rãi với ưu điểm có thể tạo được biên hầm có các hình dạng
phức tạp, giá thành thi cơng thấp và có thể sử dụng linh hoạt ở các điều kiện địa
chất khác nhau.
1.1.1 Các phương pháp đào đường hầm
1.1.1.1 Phương pháp đào hầm bằng phương pháp khoan nổ
Phương pháp đào hầm bằng khoan nổ là phương pháp sử dụng thuốc nổ để
phá vỡ đất đá. Thuốc nổ khi bị kích thích (bị đập, gặp tia lửa điện, nhiệt độ cao …)
gây nên sự chuyển hóa học cực nhanh. Biến đổi từ trạng thái hóa học này sang trạng
thái hóa học khác. Tạo nên thể tích lớn khi sinh áp lực lớn (6000 ~8000 at) đồng
thời sinh ra nhiệt độ rất cao (1500~4000oC). Do áp lực và nhiệt độ lớn nên sinh ra
sóng xung kích mạnh, phá hoại mơi trường xung quanh.

Hình 1.4 Tác dụng của nổ mìn


6

Xét một mặt cắt qua trung tâm bao thuốc người ta chia phạm vi môi trường
chịu tác động của nổ phá làm 4 vùng được giới hạn bởi 4 mặt cầu có tâm là tâm nổ.
Đất đá ở mỗi vùng chịu tác dụng ở mức độ khác nhau:

Hình 1.5 Vùng ảnh hưởng của nổ mìn

- Vùng nén ép (nát vụn): Môi trường vùng này chịu áp lực lớn của song xung kích.
Nếu là đất thì bị nén chặt lại, nếu là đá hay bê tơng thì vỡ vụn ra.
- Vùng vỡ tung: Môi trường bị phá vỡ từng mảng. Nếu gần mặt đất nó sẽ bị văng đi
một khoảng cách nhất định.
- Vùng long rời: Sóng xung kích yếu nhiều, áp suất giảm. Môi trường phá vỡ từng
mảng lớn không văng được.
- Vùng chấn động: Áp suất bé không đủ sức phá vỡ kết cấu đất đá chỉ có thể sinh ra
chấn động.
Vùng nén ép, vùng vỡ tung, vùng long rời gọi là vùng phá hoại. Vùng chấn động là
tiêu chuẩn để kiểm tra tình hình địa chấn, tình hình chấn động các cơng trình xung
quanh.
1.1.1.2 Phương pháp đào hầm mới của Áo (NATM)
Phương pháp đào hầm mới của Áo (New Austrian Tunneling Method

-

NATM) được giáo sư Ladislaus von Rabcewicz (người Áo) đề xuất từ những năm
40 của thế kỷ trước. Ý tưởng chính của cơng nghệ này là tận dụng tối đa khả năng
chịu lực của môi trường đất đá xung quanh vào mục đích chống đỡ hầm. Đề đạt


7

được điều này thì phải tìm cách khống chế biến dạng của vách hầm bằng các neo
chống đỡ và công nghệ phun bê tông để gia cố vách hầm.
1.1.1.3 Phương pháp đào hầm bằng TBM
Là phương pháp sử dụng máy TBM để đào hầm. TBM có thân là một ống
hình trụ, đường kính bằng đường kính hầm, đủ chiều dài để bố trí các thiết bị bên
trong như: người lái, băng chuyền, hệ thống thơng gió, hệ thống điện, các kích thủy
lực… Ở đầu (đầu cắt) TBM có một khay thép có thể điều khiển quay. Trên khay

được bố trí nhiều mũi (núm) thép hoặc đĩa thép răng cưa hoặc kết hợp.Đầu cắt gồm
nhiều núm thép có hình dạng khác nhau: Vừa ấn vào, vừa ép để vỡ đá.
1.1.1.4 Phương pháp đánh chìm đốt hầm
Phương pháp đánh chìm đốt hầm sử dụng khi loại hầm được xây dựng dưới
đường nước chảy. Dưới đáy sông hoặc đáy biển đào sẵn một hào, những đốt hầm
dạng bê tông cốt thép hoặc dạng ống thép được chế tạo sẵn trong ụ tàu của nhà máy
chế tạo tàu hoặc trong một bãi đúc rồi cho nước vào và dùng tàu kéo đến tuyến
hầm, tiến hành đánh chìm vào hào. Sau đó bơm nước ra khỏi các đốt hầm và lắp các
đệm cao su ở đốt hầm nối tiếp với nhau đảm bảo kín nước.
1.1.1.5 Phương pháp đào hở và lấp lại
Phương pháp đào hở, hay đào lộ thiên, hay phương pháp đào-và-lấp (Cut and
Cover, Cut-and-cover method) là một trình tự xây dựng trong đó một hào được đào,
hầm hay đoạn đường ống được thi cơng, sau đó đắp bằng vật liệu vùi lấp. Phương
pháp làm hầm đào và lấp thường có tính kinh tế đối với chiều sâu hầm tới 20 mét.
Hầm được thiết kế như một kết cấu hộp khung cứng.
Cho đến nay, dạng thi công phổ biến nhất đối với các hầm đặt nông, mà
thường xảy ra trong các vùng đô thị, là phương pháp đào-và-lấp. Một hào (rãnh cắt
hở) được đào ra, rồi vỏ hầm được xây dựng trong đó. Sau đó rãnh được lấp lại.
1.1.1.6 Phương pháp kích ép
Là phương pháp kích các ống bê tơng cốt thép để tạo ra đường ống dẫn mà
không làm xáo trộn các công trình hoặc các hoạt động sẵn có trên mặt đất. Ống bê


8

tơng cốt thép được kích từ một hố kích tới hố tiếp nhận thường bố trí ở những
khoang tiếp cận đường ống. Những thiết bị kích thích bố trí trong hố kích thường
dùng để ấn những ống bê tơng cốt thép vào lỗ đã được bộ phận phía trước đào trong
quá trình tiến lên của hệ đường ống. Năng lực của kích chính là lực đẩy phụ thuộc
vào kích thước của ống, chiều dài của đường ống và loại đất mà ống sẽ chui vào.

1.1.2 Q trình thi cơng hầm bằng phương pháp nổ mìn
1.1.2.1 Cơng tác khoan đào
1 Khái niệm
Là công tác sử dụng biện pháp khoan xung quanh chu vi và trên toàn bộ mặt
cắt khoang đào nhằm thiết lập được một hộ chiếu khoan nổ phù hợp với điều kiện
địa chất hiện trường (theo đặc trưng cơ lý đá, thế nằm, sự phân lớp...) để gương hầm
đạt được hình dạng đúng thiết kế, phần đào lẹm khơng quá lớn (<10%), sau khi nổ
phá nhỏ đều không văng xa, thuận lợi cho công tác bốc xúc, biên phẳng cả trên chu
vi và theo dọc trục hầm. Ngoài ra khi bố trí các lỗ khoan cần xét tới điều kiện sao
cho công tác khoan được thuận lợi và đơn giản nhất.

Hình 1.6 Định vị phục vụ cho cơng tác khoan đào


9

2. Chỉ tiêu chất lượng của nổ biên tạo phẳng như sau:
- Mức độ để lại vết tích lỗ khoan: Trong đá cứng không được nhỏ hơn 80%, đá
cứng vừa khơng được nhỏ hơn 50%.
- Ít nứt nẻ do tác động nổ phá
- Đất đá xung quanh hầm sau khi nổ mìn khơng được lồi lỡm q, đường kính của
các mảnh vụn đá vượt quá đường kính thiết kế trung bình nhỏ hơn 150 mm
3. Bố trí lỗ khoan
- Lỗ khoan đột phá( đột khẩu) : được bố trí tại vị trí trung tâm của mặt cắt hầm,
lượng nổ tập trung và mạnh. Lỗ khoan này được tạo ra nhằm mục đích phá vỡ đất
đá tạo mặt thống đầu tiên cho hầm.
- Lỗ khoan phá: Được nạp nổ với lượng thuốc nổ đủ mạnh để phá vỡ đất đá trong
phạm vi bên trong của mặt cắt gương. Mục đích của loại lỗ khoan này là để phá vỡ
đất đá với các kích thước phù hợp cho cơng tác bốc xúc.
- lỗ khoan biên hay còn gọi là lỗ khoan viền nhằm tạo ra mặt thoáng đường biên

hầm theo thiết kế. Đây là lỗ khoan quyết định đến chất lượng của việc tạo biên
phẳng.
1.1.2.2 Cơng tác nổ mìn
Là cơng tác sử dụng kíp lửa hay dây nổ hay điện… để tạo phản ứng nổ mìn phá vỡ
đất đá.

Hình1.7 Lắp đặt dây nổ


10

Hình1.8 Nổ mìn và vận chuyển đá thải
Các cách gây nổ mìn như sau:
1. Gây nổ bằng kíp lửa và dây cháy chậm:
- Cho dây cháy chậm vào kíp mìn, kíp và dây đặt vào khối thuốc nổ hay thuốc mồi.
Đốt dây cháy chậm → nổ kíp → khối thuốc nổ sẽ nổ.
- Chiều dài dây cháy chậm phụ thuộc độ sâu đặt mìn, thời gian đốt ẩn nấp, loại
dây… khơng nên < 1m.

Hình 1.9 Dây cháy chậm


11

Phương pháp này ít được sử dụng vì khó kiểm tra chất lượng gây nổ và khả
năng an tồn khơng cao.
2. Gây nổ bằng dây nổ:
Dây nổ được nối với 1 kíp lửa và dây cháy chậm. Khi kíp nổ sẽ đốt dây nổ
→ dây nổ sẽ truyền vào khối thuốc.
Phương pháp này gây nổ an toàn, kỹ thuật đơn giản nhưng giá thành đắt.

3. Gây nổ bằng điện
Trong bao thuốc nổ cần đặt 1 hay 2… kíp. Các kíp nối với nhau bằng mạng điện.

Hình 1.10 Kíp điện
Phương pháp này có thể điều khiển từ xa nên an tồn và cho phép nổ vi sai định
hướng để nâng cao hiệu quả nổ phá… nên hay được sử dụng.
1.1.3 Dọn và vận chuyển đất đá trong đường hầm
Đất đá sau khi nổ mìn cần các được vận chuyển ra khỏi đường hầm bằng các
xe goòng chạy trên đường ray vận chuyển hay ô tô… đảm bảo hầm sạch sẽ để làm
các công tác tiếp theo.
1.1.4 Thi công vỏ đường hầm
Vỏ đường hầm không áp thường làm bằng bê tông nguyên khối, cịn khi áp
lực đá q lớn thì làm bằng bê tơng cốt thép
Vỏ đường hầm có áp thường làm bằng bê tơng cốt thép ngun khối, tổ hợp (mặt
ngồi là bê tơng, mặt trong phun vữa có lưới thép), bê tông nguyên khối kết hợp
phụt vữa xi măng với áp lực cao vào sâu trong đá (độ sâu tới 0,7 D). Khi áp lực của


12

dịng chảy trong đường hầm rất lớn thì thường sử dụng vỏ liên hợp với mặt ngồi là
bê tơng, bên trong, nơi tiếp xúc với dòng chảy là các tấm thép.
1.1.5 Công tác gia cố khối đào
Công tác phụt vữa gia cố xung quanh hố đào thường được tiến hành ở các
đoạn nằm gần cửa ra, cửa vào các hầm với tư thế nằm của các hầm không sâu.
Để phụt xi măng gia cố, phải xác định chiều sâu lỗ khoan, vị trí và hướng của
chúng, tuỳ thuộc vào tiết diện hầm, kết cấu vỏ, áp lực nước ngầm và các đặc trưng
của đá cần phun xi măng (hướng của vỉa, hướng phát triển các khe nứt, mức độ nứt
nẻ, độ thấm của đá, tính chất cơ lý của chúng).
1.1.6 Một số công tác khác.

1.1.6.1. Công tác trắc địa:
Nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa trong xây dựng đường hầm là đảm bảo đào
thơng hầm đối hướng với độ chính xác theo u cầu. Ngồi ra cịn phải đảm bảo
xây dựng đường hầm, các cơng trình kiến trúc trong hầm đúng với hình dạng, kích
thước thiết kế, và cịn phải quan trắc biến dạng cơng trình trong lúc thi cơng cũng
như khi sử dụng đường hầm.
1.1.6.2. Công tác tiêu nước
Trong đường hầm phải làm các rãnh dẫn nước ngầm, nước thi cơng ra khỏi
khoang đào. Kích thước chiều rộng 0,4 – 0,7 và chiều sâu tới 0,7 m. Nếu độ dốc
rãnh tiêu nước ngược với dốc đường hầm, thì tại vị trí rãnh sâu tới 0,7-0,8 m đặt hố
tập trung nước, dung bơm qua ống để đưa nước lên rãnh trên. Máy bơm thường dự
trữ 100%. Trường hợp gặp khó khăn nước ngầm khi đổ bê tông phải dùng giếng
khoan sâu để hạ thấp mực nước ngầm hoặc chuyển sang chỗ khác.
1.1.6.3. Chiếu sáng
Hiện nay chiếu sáng trong đường hầm khi thi công vẫn dùng nguồn điện với
điện thế an tồn cho người (36 v trong hầm khơ và 12 v trong hầm ướt). Đoạn hầm
để đi hoặc tránh nhau cần độ chiếu sáng không nhỏ hơn 15 lk, khoang đào đang thi


13

công – không nhỏ hơn 30 lk (hoặc công suất 15w cho 1m2 -diện tích thiết diện
thẳng đứng của khoang đào).
1.1.6.4. Kiểm tra hình dạng khoang đào
Việc kiểm tra hình dạng khoang đào sau khi nổ mìn và dọn đá long rời là rất
quan trọng, bởi vì nó giúp điều chỉnh quá trình đào và kịp thời khắc phục đào lẹm
hoặc đào sót so với thiết kế.
1.1.6.5. Tính chu kỳ đào trong đường hầm
Công tác đào đường hầm gồm nhiều công đoạn bắt buộc nối tiếp nhau, liên tục
được lặp lại trong một trật tự khơng đổi, hình thành những chu kỳ có độ dài như

nhau. Thời gian của một chu kỳ gồm tổng những độ dài thời gian của tất cả các
công đoạn cần thiết, được xác định bằng tính tốn hoặc thí nghiệm.
1.1.3 Những u cầu về thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện.
1.1.3.1 u cầu về an tồn lao động khi thi cơng đường hầm
Vấn đề an toàn lao động được đặt lên hàng đầu khi thi cơng nói chung và thi
cơng hầm nói riêng. Việc đảm bảo an tồn về tính mạng cũng như về sức khỏe cần
được nghiên cứu kỹ lưỡng. Trong q trình thi cơng đường hầm bằng phương pháp
nổ mìn lượng khói độc hại rất lớn vượt q nồng độ cho phép. Việc bố trí hệ thống
thơng gió hút lượng khí độc hại do nổ mìn, do động cơ do con người thải ra.. sau đó
thổi vào hầm luồng khơng khí sạch nhằm giảm nồng độ khí độc cũng như giảm
nhiệt độ trong hầm... đảm bảo môi trường làm việc an toàn và thoải mái cho người
lao động.
1.1.3.2 Yêu cầu về không gian thi công
Hiện trường thi công đường hầm tương đối chật hẹp, nhưng thiết bị máy móc
và ngun vật liệu thi cơng hầm lại rất nhiều, vì vậy nếu khơng có quy hoạch trước
thật tốt thì rất dễ tạo thành hiện tượng cản trở lẫn nhau, sử dụng bất tiện, hiệu suất
không cao và một số hiện tượng bất hợp lý khác, thậm chí phát sinh sự cố khơng an
tồn. Vì vậy cần tiến hành tồn diện, một cách hợp lý, làm cho cơng trình ngăn nắp


14

trật tự và không rối loạn, tạo điều kiện phát huy đầy đủ hiệu năng tối đa của nhân
vật lực, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công với tốc độ nhanh.
1.1.4 u cầu về thơng gió khi đào đường hầm bằng phương pháp nổ mìn
Khi đào hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn, lượng khí độc hại carbon
monoxide do nổ mìn, Nitrogen oxide do các động cơ Diesel thải ra, các loại khí độc
có sẵn trong lịng đất khi đào hầm gặp phải như H 2 S, SO 2 , NO... Và các loại bụi đá
do nổ mìn tạo ra... gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người lao động nếu
không được xử lý bằng hệ thống thông gió nhằm hạ thấp nồng độ các khí độc hại và

các loại bụi trên về nồng độ tiêu chuẩn.

Hình 1.11 Thi cơng đào hầm dẫn nước thủy điện Ngịi Phát
Mặt khác lượng nhiệt trong hầm tương đối lớn, bao gồm lượng nhiệt do nổ mìn,
lượng nhiệt do các loại động cơ, nhiệt thải do cơ thể người lao động.... cần phải khử
bằng hệ thống thơng gió.
Như vậy phải tiến hành thơng gió ở khoang đào thường xun và định kỳ (sau khi
nổ mìn) và thường xuyên kiểm tra thành phần khơng khí, nồng độ khí độc và bụi
đảm bảo điều kiện an toàn sức khỏe cho người lao động.


15

1.1.5 Các sơ đồ thơng gió được áp dụng trên thế giới và Việt Nam
Từ xa xưa con người đã biết tận dụng các yếu tố tự nhiên để thông gió chống
nóng, tránh lạnh trong các nơi ẩn náu, cư trú của mình. Ngày nay, sự góp mặt của
các hệ thống thơng gió là hết sức cần thiết khi thi cơng hầm, ngồi việc pha lỗng
lượng khí độc do nổ mìn, do động cơ, lượng CO 2 do sự hơ hấp … cịn cung cấp
lượng khí sạch O 2 cũng như giải nhiệt mang đến sự thoải mái khi thi cơng trong
hầm, bảo vệ sức khỏe cho người lao động.

Hình 1.12 Hình ảnh thơng gió đường hầm Bn Kop

Hình 1.13 Thơng gió đường hầm dẫn nước nhà máy thủy điện La Hiêng2


16

Tùy vào thời đoạn thi công hầm và yêu cầu thơng gió của hầm mà người ta bố
trí các sơ đồ thơng gió khác nhau. Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới có ba sơ đồ

thơng gió như sau:
1.1.5.1 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi
Theo sơ đồ thổi, khí sạch được trực tiếp thổi vào khu vực đang thi cơng.
Đường ống thơng gió
Quạt gió
thổi

Hình 1.14 Sơ đồ thơng gió kiểu thổi
Nhược điểm của phương pháp này là khí bẩn và khói lan truyền trên tồn bộ
cắt đường hầm với tốc độ chậm hơn. Khói và bụi bẩn tràn đầy cửa vào và được làm
sạch tương đối chậm. Khí độc do nổ mìn thải ra, được đẩy ngược lại qua toàn bộ
đoạn đường hầm, đột ngột làm tăng tỷ lệ ô nhiễm và chỉ dần dần được đẩy ra xa để
tăng dần lượng khí sạch vào hầm. Kết quả là công tác lắp dàn giáo và thi công vỏ
hầm bị cản trở do khí bẩn nóng. Tuy nhiên khu vực thi cơng được hưởng sự cung
cấp khí mát giúp cho mơi trường khơng khí của tất cả khu vực xung quanh được cải
thiện. Về mùa lạnh cần thổi thêm khí nóng vào hầm.
Khi đường hầm hoạt động bình thường ưu tiên thổi vào O 2 cho công nhân làm việc.
Giúp cho cân bằng nhiệt và độ ẩm
1.1.5.2 Sơ đồ thơng gió kiểu hút
Theo sơ đồ hút, những hiện tượng trên lại xảy ra ngược lại. Nhờ máy hút đặt ở
cửa hầm khí bẩn được chuyển vào tồn bộ chiều dài cửa hầm. Nhìn chung, bụi và
khói do nổ mìn được hút ra ngoài đường hầm, nhưng sự thay đổi khí khơng xảy ra
nhanh và khơng phân bố đều trên khu vực thi công như phương pháp thổi. Với sơ


17

đồ này có nhược điểm là tập trung khí thải ở trần khoang đào và gây bẩn, làm ướt,
đốt nóng khơng khí sạch theo chiều dài hầm từ cửa hầm đến khoang đào.
Sau khi nổ mìn hoặc nồng độ CO 2 trong đất đá toả ra lớn quá phải hút ngay rồi mới

thổi khí sạch vào.
Đường ống thơng gió
Quạt gió
hút

Hình 1.15 Sơ đồ thơng gió kiểu hút
1.1.5.3 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp
Theo sơ đồ hỗn hợp, sử dụng kết hợp cả thổi và hút. Cụ thể, máy hút đặt cách
khoang đào 30 – 40 m, thêm một tường ngăn và một máy thổi. Lượng khơng khí
cung cấp vào gương đào không cố định. Phương pháp này đầu tiên được áp dụng
cho khoang đào, sau này dùng cho cả khu vực thi cơng đặc biệt thích hợp cho
đường hầm dài.
Quạt
gió hút

Tường ngăn

Quạt gió
thổi

Hình 1.16 Sơ đồ thơng gió kiểu kết hợp


18

1.2 Kết luận chương 1
Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam có nhiều biện pháp thi cơng hầm sử
dụng máy móc và phương tiện hiện đại, cho phép đào hầm nhanh, an tồn thi cơng,
mặt cắt gương hầm đẹp... tuy nhiên phương pháp đào hầm truyền thống – khoan nổ
mìn vẫn được sử dụng rộng rãi do đặc điểm đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy

điện có hình dạng mặt cắt cũng như điều kiện địa chất tương đối phức tạp. Mặt khác
đào hầm bằng khoan nổ mìn có giá thành rẻ, thi cơng đơn giản ... nên vẫn là phương
pháp thông dụng nhất.
Khi đào đường hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn ngồi các khí độc hại được
sinh ra sau phản ứng nổ, của các động cơ Diesel, và các khí độc trong lịng đất khi
đào hầm gặp phải cịn có các loại bụi, nhiệt lượng thừa do nổ mìn, lượng khí độc hại
và nhiệt độ do con người thải ra.... Yêu cầu hệ thống thông gió đảm hạ thấp nồng độ
khí độc, bụi độc và thổi vào luồng khí mát giầu O 2 đảm bảo điều kiện sức khỏe an
tồn và mơi trường làm việc thoải mái cho người lao động.


19

CHƯƠNG 2: NHỮNG U CẦU VỀ THƠNG GIĨ TRONG Q TRÌNH
ĐÀO HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN NỔ MÌN
Khi đào hầm bằng phương pháp nổ mìn, lượng khí độc phát sinh trong đường
hầm rất lớn, bao gồm khí độc do nổ mìn, khí độc do động cơ Diesel và khí độc
trong các đoạn nằm sâu trong lòng đất. Để đảm bảo sức khoẻ cơng nhân ta cần tính
tốn những u cầu cần thiết nhằm bố trí hệ thống thơng gió để pha lỗng lượng khí
độc, đồng thời cung cấp đủ O 2 cho con người, giảm nhiệt dư thừa do con người, do
máy móc thải ra ... đảm bảo điều kiện làm việc tốt cho người lao động.
2.1 Những lượng khí độc phát sinh trong đường hầm
2.1.1. Khí độc do nổ mìn
2.1.1.1. Khái niệm nổ mìn
Nổ mìn là sự biến đổi hóa học cực kỳ nhanh chóng của bản thân chất nổ
đồng thời sinh nhiệt, khí và có khả năng phá vỡ và dịch chuyển môi trường bao
quanh. Khi nổ đa số các chất nổ xảy ra sự oxy hóa các nguyên tố cháy hydro và
cacbon bằng oxy có ngay trong thành phần của bản thân chất nổ.
Ở thời điểm nổ, chất nổ tạo ra số lượng rất lớn khí, 600 -1000 lít/Kg sinh nhiệt năng
từ 600 – 1700 kcal/Kg và đốt nóng sản phẩm nổ đến nhiệt độ 1900 -4500 0C.

Sau phản ứng hóa học lượng khí độc Carbon monoxide được sinh ra, tùy theo từng
loại thuốc nổ.
2.1.1.2 Các loại thuốc nổ mìn thường được sử dụng trong đào hầm
Tùy vào đặc điểm của khối đất đá, điều kiện thi công … mà lựa chọn các loại
thuốc nổ khác nhau. Thuốc nổ dùng trong xây dựng cơng trình thủy lợi cần phải
thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Phải đủ mạnh để phá đất, đá
- Không được quá nhạy để bảo quản, vận chuyển thuận lợi và an tồn
- Tính ổn định tốt, khó biến chất, có thể bảo quản lâu trong điều kiện khó khăn.
- Kỹ thuật sử dụng đơn giản và đảm bảo an toàn khi nổ phá
- Giá thành rẻ, sẵn có.