Bài giảng Công trình ngầm - PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

CÔNG TRÌNH NGẦM

Biên soạn: PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh

HÀ NỘI 2012

MỤC LỤC

Mục Trang 3

Chương 1 Khái quát về công trình ngầm

3 3 11 24

1.1 Giới thiệu chung 1.2 Sơ lược về lịch sử xây dựng công trình ngầm 1.3 Một số khái niệm Chương 2 Tính toán ổn định công trình ngầm

2.1 Công tác khảo sát dự án 2.2 24 39 Ổn định của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào mở

2.3 66 82

Ổn đinh của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào kín Chương 3 Một số phương pháp pháp thi công công trình ngầm 3.1 Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào mở 3.2 Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào kín 82 115 144

Chương 4 Quan trắc công trình ngầm

4.1 Quan trắc hố đào và công trình lân cận 4.2 Quan trắc đánh giá và đo đạc đường hầm Tài liệu tham khảo 144 151 167

Chương 1 Khái quát về công trình ngầm

1.1 Giới thiệu chung

Công trình ngầm là công trình nằm trong lòng đất. Theo mục đích sử dụng, có thể phân chia như sau: Công trình ngầm giao thông: hầm đường sắt, hầm đường ô tô xuyên núi,

hầm cho người đi bộ, tầu điện ngầm, hầm vượt sông.

Công trình thủy lợi ngầm: hầm công trình thủy điện, hầm dẫn nước tưới

tiêu, hầm cấp thoát nước, hầm đường thủy

Công trình ngầm đô thị: hầm giao thông đô thị (hầm ở nút giao thông, hầm cho người đi bộ, hầm tầu điện ngầm…) hầm cấp thoát nước, hầm cáp thông tin, năng lượng (collector), gara ngẩm, hầm nhà dân dụng, hầm nhà xưởng, gara ngầm, các công trình công công (cửa hàng, nhà hát, phố ngầm…)

Công trình ngầm khai khoáng: hầm chuẩn bị, hầm vận tải, hầm khai thác,

hầm thong gió…

Công trình đặc biệt: Hầm chứa máy bay, tầu thuyền, kho tàng, nhà máy… Theo kích thước, công trình ngầm có thể được chia ra thành: Công trình ngầm tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng l < 4m, Công trình ngầm tiết diện trung bình: bề ngang sử dụng 4m < l <10m, Công trình ngầm tiết diện lớn: bề ngang sử dụng l > 10m Theo phương pháp thi công có thể chia ra: Công trình ngầm thi công theo phương pháp đào mở, Công trình ngầm thi công theo phương pháp đào kín Công trình ngầm thi công theo phương pháp hạ chìm. 1.2 Sơ lược về lịch sử xây dựng công trình ngầm

Từ lâu, trước công nguyên, ở Babilon, Ai cập, Hy Lạp, La Mã các công trình ngầm đã được khai đào với mục đích khai khoáng, xây lăng mộ, nhà thờ, cấp nước, giao thông. Một số công trình còn giữ nguyên được cho đến ngày nay.

Công trình ngầm được coi là lâu đời nhất trên thế giới là đường hầm xuyên qua sông Eupharate ở thành phố Babilon được xây dựng vào khoảng năm 2150 trước Công Nguyên. Vào những năm 700 trước Công Nguyên, một đường hầm dẫn nước đã được xây dựng ở đảo Samosaite, HyLạp. Hầu hết các hầm cổ xưa được xây dựng trong nền đá cứng, có dạng vòm giống như các hang động tự nhiên, không cần vỏ chống. Thi công hầm bằng công cụ thô sơ như choòng, xà beng và phương pháp nhiệt đơn giản: đốt nóng gương hầm, sau đó làm lạnh bằng nước.

Vào cuối thời kỳ Trung Cổ, việc mở rộng giao thương đã thúc đẩy phát triển các đường hầm giao thông. Hầm đường thủy đầu tiên trên thế giới dài 160m được xây dựng tại Pháp từ năm 1679 đến năm1681. Sự xuất hiện của đường sắt đã thúc đẩy phát triển hầm đường sắt, những hầm đường sắt đầu tiên dài 1190m được xây dựng trong những năm 1826- 1830 trên tuyến đường Liverpool – Manchester ở Anh. Cùng thời gian này người ta cũng đã xây dựng các hầm đường sắt ở Pháp và các nước Châu Âu khác. Công nghệ khai đào thời kỳ này chủ yếu là khoan tay và thuốc nổ đen. Việc phát minh ra thuốc nổ Dinamite (1866) cùng với áp dụng máy khoan đập xoay đã tạo nên bước ngoặt trong xây dựng công trình ngầm như xây dựng các đường hầm xuyên qua dãy Alpe nối Pháp, Ý và Thụy Sỹ. Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất, người ta đã xây dựng được 26 đường hầm giao thông có chiều dài lớn hơn 5km, trong đó có hầm dài nhất thế giới là hầm Sinplon, dài 19780m. Vật liệu vỏ hầm chủ yếu là đá hộc vữa vôi hoặc vữa xi măng. Mãi đến những năm 70 của thế kỷ 20 bê tông mới trở thành vật liệu chủ yếu trong xây dựng công trình ngầm.

Sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nhịp độ xây dựng hầm giảm đi vì hệ

thống đường sắt đã tương đối hoàn chỉnh ở các nước châu Âu.

Cùng với hầm xuyên núi, hầm dưới nước cũng được xây dựng với mục đích giao thông đường sắt và đường bộ. Hầm dưới nước được xây dựng băng phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ hầm là các tấm lắp ghép bằng gang đúc sẵn (vì chống chu bin). Khiên hầm được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1825 trong xây dựng đường hầm qua sông Thames ở Anh. Chỉ riêng ở New York đã có 19 hầm lớn dưới nước. Hầm dưới nước trên tuyến đường sắt đi dưới vịnh Simonosec, Nhật Bản (1936-1941) dài 6330m. Những năm gần đây, người ta đã xây dựng những đường hầm dưới nước xuyên biển dài kỷ lục, như hầm qua

vịnh Suga Nhật Bản dài 36,2km, hàm qua eo biển Manche nối Anh và Pháp dài gần 40km.

Một phương pháp được sử dụng để thi công hầm dưới nước là phương pháp hạ chìm đoạn hầm đã được đúc sãn vào hào ở dưới nước, sau đó lấp đất trở lại. Phương pháp hạ chìm này đã khắc phục được việc sử dụng khí nén ảnh hưởng đến sức khỏe người thợ, hạ giá thanh, rút ngắn thời giant hi công.

Tuyến đường tầu điện ngầm ở Luân Đôn, Anh vận hành năm 1853 là tuyến tầu điện ngầm đầu tiên trên thế giới, mở đầu thời ký xây dựng các hệ thống tầu điện ngầm trên các than phố lớn của thế giới. Đến nay đã có trên 100 hệ thống tầu điện ngầm ở trên 30 nước.

Từ những năm cuối thế kỷ 20, hầm thủy lợi đã được phát triển với quy mô lớn, đặc biệt là hầm thủy điện. Trên thế giới đã có trên 350 nàh máy thủy điện và thủy tích điện ngầm với công suất trên 40 triệu kw. Ở Liên Xô, Mỹ và nhiều nước khác các gian máy thường có diện tích ngang từ 200m2 đến 500m2, chiều dài từ 40m đến 200m, chiều cao đến 40m-50m.

Ở Việt Nam, hầm giao thông thuỷ Rú Cóc được xây dựng năm 1930 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 xuống hạ lưu sông Lam để tránh đập nước Đô Lương. Một số hầm đường sắt cũng được xây dựng mà điển hình hầm đường sắt Phước Tượng trên đèo Hải Vân thuộc địa phận Thừa Thiên -Huế.

Trong những năm chiến tranh, chỉ đào một số ít hầm ngắn để làm kho quân trang, quân dụng hoặc hầm trú ẩn cho người và hệ thống kỹ thuật. Điển hình là hệ thống hầm hào gồm các đường hầm ngầm dài hàng km nằm trong lòng đất Vĩnh Mốc, Củ Chi.

Một loại hầm được xây dựng phổ biến ở Việt Nam là hầm lò để khai thác

Than và Khoáng sản.

Vào đầu thế kỷ 20 một số đường hầm đã được xây dựng trên tuyến đường sắt Bắc Nam như hầm Dốc Xây ở Ninh Bình với chiều dài khoảng 100m. trong giao thông đường sắt đã xây dựng được 41 hầm với tổng chiều dài 11,900m. Sự phát triển giao thông, thủy điện đã thúc đẩy việc xây dựng đường hầm ở nước ta trong hơn một thập kỷ gần đây. Tháng 5 năm 2002 hầm A Roàng I dài 453m trên đường Hồ Chí Minh được hoàn thành. Tháng 6 năm 2005 hầm đường bộ Hải Vân có chiều dài 6290m được đưa vào sử dụng đã rút ngắn đoạn đường đèo từ

21 km xuống còn 12km so với tuyến đường đèo cũ. Từ dự án hầm đường bộ Hải Vân, công nghệ tiên tiến trong xây dựng hầm của Nhật Bản đã được kỹ sư Việt Nam áp dụng để thiết kế, thi công 495m hầm đường bộ Đèo Ngang rút ngắn tuyến đường đèo từ hơn 7km xuống còn 2,5km.

Hình 1.1. Hầm Hải Vân nhìn từ cửa hầm phía Bắc

Trong những năm gần đây, vấn đề xây dựng ngầm đô thị cũng đã được

chú ý, đặc biệt ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. - Tháng 11 năm 2006 Thủ tướng Chính phủ đã ký Nghị định về Xây dựng ngầm đô thị. Đây là khung pháp lý cho quy hoạch, xây dựng, bảo trì, khai thác và quản lý không gian ngầm đô thị. - Bộ Xây dựng đã ra văn bản trình Thủ tướng Chính phủ về việc bắt buộc phải có thiết kế tầng hầm cho nhà cao tầng ở Hà Nội

Trong giai đoạn 1990-2000, phần lớn các nhà cao tầng xây dựng ở khu vực Hà Nội được xây dựng không có tầng ngầm hoặc chỉ với 1-2 tầng ngầm. Các công trình không có tầng ngầm thường là các chung cư được xây dựng ở các khu đô thị mới trong khi các nhà cao tầng xây chen trong khu vực đô thị cũ thường chỉ có 1 tầng ngầm. Trong giai đọan từ năm 2000 đến nay yêu cầu về sử dụng tầng ngầm ngày càng tăng, chủ yếu là để xe 4 bánh cho các văn phòng và dân cư sống trong các nhà cao tầng. Điển hình trong số các công trình có nhiều tầng ngầm là tòa nhà Pacific Place tại 83B Lý Thường Kiệt với 5 tầng ngầm thi công trong điều kiện xây chen và nút giao thông ngầm Kim Liên. Bảng 1.1 giới thiệu một số công trình có trên 2 tầng ngầm được xây dựng ở Hà Nội trong thời gian gần đây.

Bảng 1.1. Danh mục một số công trình đã xây dựng trong thời gian gần đây ở Hà Nội

Đặc điểm thi công tầng hầm

Số tầng hầm 2

Tên công trình Văn phòng và chung cư 27 Láng Hạ Trụ sở kho bạc NN 32 Cát Linh Toà nhà 70-72 Bà Triệu

VP và Chung cư 47 Huỳnh Thúc Kháng Toà nhà Vincom 191 Bà Triệu Chung cư cao tầng 25 Láng hạ TT Viễn thông VNPT 57 Huỳnh Thúc Kháng Toà nhà tháp đôi HH4 Mỹ Đình Trụ sở văn phòng 59 Quang Trung Ocean Park số 1 Đào Duy Anh

Toà nhà Vietcombank

Pacific Place 83 Lý Thường Kiệt M5 TOWER

2-5

Tháp BIDV

Hanoi Tower

Keangnam

Cèt ®¸y mãng:-13 m

- Tường barrette - Đào hở, chống bằng dàn thép - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Không chống - Tường barrette - Đào hở, chống bằng dàn thép - Tường barrette - Top – down - Tường bê tông thường - Cọc xi măng đất - Tường barrette - Neo trong đất - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Top – down Tường barrette Văng chống thép - Tường barrette - Top – down - Tường barrette - Neo trong đất - Tường cừ Larsen - Văng chống thép

Nút giao thông ngầm Kim Liên

Trong xây dựng thuỷ điện ở Việt Nam, giải pháp đường hầm được sử dụng ở rất nhiều nhà máy thuỷ điện như Hoà Bình, Sơn La, A Vương, Đại Ninh, Bản Vẽ, Bắc Bình, Đồng Nai, Buôn Kuốp và nhiều nhà máy thuỷ điện khác. Đặc biệt đối với các nhà máy thuỷ điện được xây dựng tại miền Trung thì đường hầm

được coi là giải pháp tối ưu để đảm bảo cho việc lựa chọn vị trí xây dựng đập dâng và nhà máy.

Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình được khởi công xây dựng từ năm 1979 khánh thành năm 1984 với 8 tổ máy có tổng công suất 1920MW, cho đến nay vẫn là công trình thuỷ điện lớn nhất Đông Nam Á. Tổ hợp công trình ngầm nhà máy thủy điện Hoà Bình dài 14 200m được bố trí như trên hình 1.4, gồm các hệ thống:

- Hầm gian máy với 8 tổ máy, công suất mỗi tổ 240MW, có kích thước

rộng 22m, cao 53m (tính đến đáy ống hút), dài 280m.

- Hầm máy biến thế cao 20m, rộng 15m bố trí 8 máy biến áp đặt sông sông

với gian máy.

- Hầm dẫn nước: gồm 8 hầm với đường kính mỗi hầm D=8m, 3 hầm xả nước tổ máy và hệ thống hầm thông gió, hầm cáp điện, hầm phục vụ thi công… Danh mực một số công trình thủy điện có công trình ngầm ở nước ta được

nêu ở bảng 1.2.

Hình 1.2. Sơ đồ tổ hợp ngầm nhà máy thủy điện Hoà Bình

Bảng 1.2. Một số dự án thủy điện có xây dựng công trình ngầm ở nước ta

Tên công trình

Tỉnh

Công suất (MW)

Chiều dài hầm (km)

Đường kính trong (m)

Yaly

Gia Lai

720

2x3.85

7.0

Thượng Kon Tum

Kontum

250

2.6

Bản Vẽ

Nghệ An

320

2x0.8

7.5

An Khê -KaNak

Gia Lai

163

3.075

4.50

Cửa Đạt

Thanh Hoá

2x0.625

11.0

Sông Tranh 2

Quảng Nam

190

1.800

8.5

Quảng Trị

5.60

3.0

Sông Ba Hạ

Phú Yên

220

2x1.0

7.5

Sêrêpok 3

Đắk Lắk

220

2x0.60

8.0

ĐaMi

Lâm Đồng

173

2.30

7.0

Thác Mơ

Bình Phước

0.80

4.5

A Vương

Quảng Nam

210

8.30

5.5

Eakrông

Phú Yên

1.90

4.5

Đại Ninh

Lâm Đồng

300

11.26

Buôn Kuốp

Đắc Lắc

280

2x4.37

7.0

Huội Quảng

Sơn La

540

4.0

7.5

Sêkaman3

Lào

250

7.0

4.0

ZaHưng

Quảng Nam

1.70

5.0

Đăk Mi1

Quảng Nam

250

10.0

5.0

Bắc Bình

Bình Thuận

2.50

4.5

Hủa Na

Nghệ An

180

4.00

7.0

Ayun thượng 1A

Gia Lai

3.6

3.25

1.3 Một số khái niệm

Hiện có rất nhiều phương pháp đào hầm, có thể chia thành 2 nhóm phương pháp chính sau đây: Phương pháp đào và lấp (đào mở) và phương pháp đào kín. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm nhất định và tuỳ từng điều kiện địa chất, hiện trường, khả năng công nghệ cụ thể mà có thể vận dụng hợp lý.

Phương pháp đào mở khá thông dụng song ngày càng trở nên khó chấp nhận đối với việc thi công hầm ở các đô thị có mật độ công trình dày đặc và gây cản trở cho lưu thông xe cộ ở khu vực công trường. Ngoài ra phương pháp đào mở có chi phí khá cao do phải sử dụng hệ thống chống giữ thành hố đào. 1.3.1 Xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp đào mở 3.1.1.1. Khái quát

Trong phương pháp đào mở, đất được đào lên theo cách lộ thiên từ mặt đất, tạo không gian cho công trình ngầm, sau đó đất được đắp lại (cut - and - cover construction). Phương pháp này thường được dùng để thi công những loại CTN đặt nông (giới hạn trong phạm vi 5 - 15m, có khi đến 20 m từ cốt mặt đất). Thông thường, các đường vượt ngầm ngắn, hệ thống côlectơ để đặt mạng lưới kỹ thuật đô thị (cáp điện, động lực, cáp thông tin, ống cấp khí đốt, ống cấp và thoát nước ...) gara ô tô 1 - 2 tầng ngầm, đường và ga tàu điện nông, các công trình văn hoá giải trí, kho thực phẩm hoặc các mương - ống công nghệ trong công nghiệp... thường thi công trong các hố/hào lộ thiên - đào mở.

Trong đô thị, phương pháp đào mở thường chủ yếu được áp dụng cho một

số loại hình công trình sau:

Các đường ngầm giao thông cơ giới đặt nông Các đường hầm giao thông cơ giới trong các đô thị được dựng để: - Phân nhánh đi lại ở các mức khác nhau tại các nút giao thông hoặc tại các

phân nhánh của tuyến đường chính.

- Tăng hoặc phân đều khả năng thông thoát của một số đoạn tuyến chính; - Tăng cường cấu trúc quy hoạch của mạng lưới tuyến phố; - Xây dựng các đoạn đường lên xuống, các bến xe và gara ngầm, các trung

tâm thương mại, kho, nhà ga, cảng hàng không v.v…

Các đường trục ô tô ngầm

Các đường ngầm giao thông cơ giới riêng biệt tương đối ngắn đặt nông làm tăng khả năng thông xe của đường trục và tạo được trật tự cho chuyển động của các phương tiện giao thông trên mặt đất ở những vùng lân cận đô thị. Phát triển mạng lưới các đường ngầm đủ dài tạo khả năng đảm bảo phục vụ quá cảnh cho dòng giao thông lớn qua vùng trung tâm đô thị.

Tại các lối chính của đường trục ôtô ngầm cũng như qua những khoảng nhất định theo chiều dài, cần phải bố trí lối vào và lối lên mặt đất. Dọc tuyến đường trục ngầm tại các vị trí tiếp nối và giao nhau nên xây dựng các tổ hợp ngầm lớn bao gồm cả bến đỗ và gara.

Các bến đỗ ôtô, gara và các tổ hợp ngầm, tầng hầm nhà cao tầng Vì các điểm đỗ xe ngoài trời trên mặt đất chiếm nhiều chỗ nên tốt hơn là xây dựng các bến đỗ nhiều tầng và gara sức chứa lớn. Tuy nhiên, xây dựng các bến đỗ và gara như vậy tại các vùng trung tâm đô thị sẽ gặp những khó khăn nhất định liên quan đến việc thiếu quỹ đất trống hoặc giá thành đất cao. Do đó xây dựng các bến đỗ, gara ngầm và nửa ngầm ngoài phạm vi tuyến phố sẽ rất hiệu quả. Chúng chiếm diện tích giới hạn và giải phóng được phần đất đô thị để xây dựng nhà và các công trình khác.

Do tồn tại nhiều dạng bến đỗ và gara khác nhau về công dụng, địa điểm xây dựng chiều sâu chôn ngầm, sức chứa, sơ đồ quy hoạch, số lượng tầng, đặc điểm kết cấu v.v… việc lựa chọn dạng bến đỗ và gara ngầm được quyết định chủ yếu bằng các điều kiện giao thông và xây dựng đô thị cụ thể, cũng như sự luận giải về kinh tế. Ở Tokyo, hầu như các tòa nhà cao tầng đều có 8 tầng ngầm mở rộng liên kết với xung quanh qua các phố tiếp giáp. Các tổ hợp ngầm đang được tạo lập. Một tổ hợp ngầm 5 tầng dài 735m, rộng 44m đã được xây dựng dưới nhà ga đường sắt Tokyo. Tầng hầm đầu tiên dành cho người đi bộ, tầng thứ hai dành cho các trang bị kỹ thuật, các thiết bị thông khí,kiểm soát..., tầng thứ 3 dùng cho các dịch vụ bán vế, tra cứu, cafe, nhà hàng..., tầng thứ tư dùng để phân phối, kết nối cầu thang máy với các tầng khác, tầng thứ 5 bố trí đường sắt. Hàng ngày có trên 200.000 người lui tới tổ hợp này. Ở Tokyo đã xây dựng 5 tuyến phố ngầm dài 640m, đặt sâu 8m dưới mặt đất. Trong không gian ngầm này bố trí các cửa hàng, quán caffe, rạp chiếu phim... Đường ngầm bộ hành

Khi giải quyết các vấn đề giao thông trong các đô thị lớn người ta sử dụng cả các biện pháp trật tự hóa giao thông bộ hành, tạo lập những đường đi bộ riêng, tách khỏi các phương tiện giao thông, thuận lợi và dễ dàng cho người đi bộ, đảm bảo sự liên hệ với các trung tâm đô thị lớn. Khi tổ chức hệ thống đường bộ hành trong đô thị tất yếu xuất hiện sự cần thiết cắt qua các đường trục ôtô, đường sắt và các đường giao thông. Mặc dù có nhiều biện pháp đảm bảo điều kiện an toàn trong trường hợp xây dựng đường vượt trên mặt đất (đèn tín hiệu, đường kẻ, hàng rào trên hành lang, đảm bảo an toàn, các chỉ dẫn rõ ràng v.v…), nhưng đường vượt như vậy không thể bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người qua đường. Ngoài ra, khi vượt nổi không thể đảm bảo cho chuyển động các phương tiện giao thông liên tục và có tốc độ cao trên đường trục. Do đó, trong các đô thị người ta sử dụng rộng rãi đường vượt bộ hành ngoài phố dạng cầu và dạng đường ngầm.

từ 39% (25,3km/63,7km) trong những năm 1965-1970

Khi tổng kết việc xây dựng tàu điện ngầm ở Nga từ 1965 đến 1995, A.B.Ivanhưc đã chỉ ra rằng phương pháp đào mở đã chiếm tỷ lệ đáng kể và đã tăng lên 63% (84,3km/141.6km) trong những năm 1991 - 1995 (xem hình 1.3). Sự tăng trưởng này được giải thích là do công nghệ thi công đào mở phát triển nhanh khả năng cẩu nâng lớn khi lắp các đốt công trình ngầm đúc sẵn. Trong nhiều đô thị ở các nước SNG, nơi việc xây dựng tàu điện ngầm được bắt đầu chưa lâu, người ta chỉ đặt các tuyến nông như ở Tasken, Minxk, Nôvôxibirxk, Nifni, Novgorod, Xamara, Omxk... Tình hình như vậy cũng nhận thấy ở nhiều nước trên thế giới. Ngay như ở những thành phố lớn của Nhật (Tokyo, Osaka...) hệ thống tàu điện ngầm cũng dùng phương pháp đào mở, làm nắp (sàn mái của hầm) để giải quyết giao thông thông suốt trên mặt đất và tiếp tục đào dưới nắp theo các đại lộ lớn của đô thị.

Hình 1.3. Tỷ lệ độ dài các truyến đường tàu điện ngầm đặt sâu và nông (phần gạch)

Lựa chọn phương pháp thi công công trình ngầm theo phương pháp đào mở hay đào ngầm, chủ yếu dựa trên sự phân tích kỹ lưỡng, thận trọng các yếu tố sau: hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, bảo đảm an toàn về môi trường và khả năng áp dụng công nghệ hiện đại. Kinh nghiệm thế giới đã tổng kết rằng ưu điểm nổi bật của phương pháp đào mở như sau:

- Có thể sử dụng máy làm đất và máy thi công khác nhau với mức cơ giới

hoá cao,

- Có thể thi công hố đào sát tới tường ngoài của công trình ngầm hiện hữu, - Thi công chống thấm cho công trình ngầm đơn giản và có chất lượng. Phương pháp đào mở sẽ có nhiều ưu việt khi công trình ngầm có diện tích lớn trên mặt bằng và không sâu lắm và thường được chọn dùng trong những điều kiện địa chất như :

a) Trong nền đất có đá lăn mồ côi, hay trong sỏi sạn; b) Trong đất cát bão hoà nước đến độ sâu 6 - 7m; c) Trong đất có độ ẩm tự nhiên đến độ sâu 10 - 11m; d) Trong đất sét bão hoà nước đến độ sâu 10 - 12m; e) Trong đất sét đến độ sâu 13 - 16m. Những kiến nghị này có tính chất định hướng và trong điều kiện cụ thể, dựa trên độ sâu tối ưu để dùng phương pháp này hay phương pháp khác. Với những phương tiện cơ giới hiện đại trong việc đào và vận chuyển đất đã cho phép trong thời gian ngắn đào được khá sâu và rất rộng. Do đó đôi khi người ta chuyển từ phương pháp thi công đặc biệt (ví dụ như giếng chìm hoặc đào ngầm) sang đào mở nhất là trong đất có độ ẩm tự nhiên thấp. Trong vùng xây mới (nơi chưa có công trình xây dựng nhưng đã có qui hoạch ổn định) phương pháp đào mở là phương pháp thích hợp nhất khi làm các loại công trình ngầm như colectơ, lối vượt ngầm, ga ra ô tô, tàu điện ngầm vv...

Phương pháp đào mở cũng có những nhược điểm và hạn chế, nhất là khi

thi công trong vùng đô thị có dân cư đông đúc như:

- Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông. Có thể hạn chế bớt ảnh hưởng không tốt nói trên khi dùng phương pháp đào của ngành mỏ bằng cách làm các tường vĩnh cửu của công trình ngầm trước, làm nắp của hầm đủ chắc chắn để phương tiện giao thông đi lại trên đó và công tác khác trên mặt đất cũng có thể thực hiện trên nắp công trình ngầm.

- Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì

ổn định vách hố và đáy hố, nên đòi hỏi phải thi công nhanh gấp.

- Sự gò bó trong vạch tuyến khi phải bám theo đường phố hiệu hữu, đặc biệt là bán kính cong nhỏ khi mở tuyến tàu điện ngầm. Một số nơi hào đào lấn vào móng công trình hiện hữu làm cho nó kém đi về chịu lực hoặc biến dạng, nên phải gia cường chống đỡ thêm, gây tốn kém.

- Tiến độ thi công và giá thành của phương pháp đào - lấp bởi có nhiều việc phải làm thêm do những sai sót khi khảo sát điều tra hoặc đánh dấu vì chúng chỉ được phát hiện lúc đào, di dời hoặc phải đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác (cáp điện, thông tin, ống cấp thoát nước... ) là vấn đề khá phức tạp, kéo dài tiến độ thi công.

- Chuyển vị của đất và lún các công trình hiện hữu. Các phương pháp làm giảm sự trồi đáy hay giảm đào lẹm cũng như sự thay đổi dòng chảy và mực nước ngầm... đều dẫn đến những trở ngại trong tiến độ thi công và thay đổi giá thành. Dùng neo đất, thanh chống có lắp kích để căng chỉnh là những giải pháp có hiệu quả đối với công trình nhạy lún hoặc công trình cũ ở lân cận hố đào.

- Việc di dân để giải phóng mặt bằng dành chỗ cho công trình cũng như cho sân bãi công trường xây dựng, tổ chức lại các tuyến giao thông, ồn, chấn động, bụi... khi thi công thường là những vấn đề xã hội - kinh tế khó giải quyết nhanh gọn để công trình khởi công đúng hạn. 3.1.1.2 Các kết cấu chắn giữ thành hố đào

Dưới đây là một số hệ kết cấu chống giữ thường được sử dụng trong công

nghệ đào mở.

1. Đào không cần chống giữ thành. Trong điều kiện đất trống trải và đủ rộng (ví dụ vùng ngoại thành) thì cho phép đào hố với độ dốc tự nhiên mà không cần chống giữ thành hoặc chỉ cần bảo vệ mặt dốc bằng lớp xi măng lưới thép để phòng mất ổn định. Yêu cầu chính là độ nghiêng thành hố đảm bảo được ổn định và độ sâu không vượt qúa độ sâu giới hạn hgh=4c/γ, trong đó c là lực dính và γ là dung trọng của đất.

2. Chống giữ thành bằng trụ đứng -ốp bản (Soldier piles with Lateral laggings). Hệ chống giữ này gồm trụ/cọc (bằng thép hình hoặc bê tông cốt thép đúc sẵn ) khoảng cách giữa các cọc xác định theo tính toán, thường từ 1,0-2,0m, thanh chống /văng chống ngang (có khi thay bằng neo đất ), dầm giữa ở lưng

tường và bản cài ngang bằng gỗ dày từ 7-10cm (có khi thay bằng bê tông phun). Loại tường này dùng cho những hố móng không sâu (<12m), vùng đất khô ráo hoặc phải hạ mực nước ngầm, thi công đơn giản: đóng hoặc ép các trụ quanh hố đào, đào đất từng lớp dày khoảng 1m, cài bản gỗ ngang giữa các trụ/cọc, độn bằng vật liệu rời sau lưng tường dể tạo phẳng mặt tường phía hố đào và đặt thanh chống hoặc neo theo thiết kế. Trên hình 1.4 trình bày các cấu kiện của loại tường vừa nêu còn trên hình 1.5 trình bày một ví dụ dùng loại tường này cho công trình đường vượt ngầm trong đô thị ở Pháp.

Hình 1.4. Hệ kết cấu tường chống bằng trụ đứng có bản cài ngang Hình 1.5. Ví dụ về hệ tường chắn gồm trụ/cọc đứng với bản cài ngang bằng gỗ

3. Tường chắn bằng cọc bản. Các dạng cọc bản thường dùng hiện nay, theo vật liệu có thể chia ra: Cọc bản bằng gỗ (ít dùng nên không trình bày); cọc bản bằng bê tông cốt thép; cọc bản bằng thép; cọc bản bằng chất dẻo PVC.

a) Cọc bản BTCT (concrete sheet piles) gồm 2 loại: BTCT không ứng suất trước và BTCT ứng suất trước. Loại cọc bản BTCT không ứng suất trước có cấu tạo như trình bày trên hình 1.6 và loại cọc bản BTCT ứng suất trước xem hình 1.7. Loại tường bằng cọc bản bê tông cốt thép có độ cứng lớn, đầu cọc dịch chuyển nhỏ, không bị ăn mòn nhanh, có thể được dùng như một kết cấu vĩnh cửu.

Hình 1.6. Cấu tạo cọc BTCT thường của tường cừ Hình 1.7. Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc bản BTCT ứng suất trước

b) Tường chắn bằng cọc cừ bản thép (steel sheet piles). Thường có 4 loại cừ bản thép sau đây: Cừ thép bản phẳng: Ký hiệu SP-1, loại cừ này có mô men kháng uốn không lớn, chiều dài chế tạo 8 - 22m; cừ máng thép : Ký hiệu SP-2, chiều dài chế tạo 8 - 22m thường sử dụng cho các loại kết cấu chống thấm (đê quai, móng đập) công trình xây dựng; cừ thép chữ Z : Ký hiệu SK-1, SK-2, SĐ- 5; cừ Larssen: Thường chế tạo 4 loại cừ: IV, V, VI, VII có chiều dài từ 8 - 22m với liên kết móc rắn chắc, tạo ra mô men kháng uốn lớn, đây là loại cừ đang được sử dụng phổ biến hiện nay.

Để ổn định tường cọc cừ bản thép, tuỳ theo bề rộng hố đào,mặt bằng và

điều kiện hiện trường mà dùng thanh chống ngang hoặc neo đất.

c) Tường chắn bằng cọc bản vật liệu nhựa composite. Trong những hố đào nông dùng cho công trình ngầm đặt nông như colectơ, đường cấp thoát nước phụ vv... hoàn toàn có thể dùng cọc bản nhựa composite để làm tường chắn; do loại cọc này có tính chống xâm thực/ăn mòn tốt trong môi trưòng chua mặn (có thể bền đến 30-50 năm), sản xuất công nghiệp, kiểm soát chất lượng dễ, nhẹ (nhẹ hơn thép 70-75% và nhẹ hơn bê tông 40-50%), thuận tiện trong vận chuyển và bảo quản, tăng mỹ quan cho công trình trong đô thị (tường kè chống xói lở vùng ven biển, tường chắn đất, công trình cầu cảng...).

4. Tường chắn bằng hàng cọc. Như đã biết, cọc nhồi bê tông cốt thép hoặc cọc nhồi bê tông cốt thép kết hợp với cọc xi măng đất có thể dùng để làm tường chắn thành hố đào. Như đã trình bày trên đây, trong một số trường hợp có thể có thể kết hợp cọc xi măng đất để ngăn nước còn cọc nhồi bê tông cốt thép để chịu lực.

5. Tường liên tục trong đất. Tường liên tục trong đất có thể thi công bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp những tấm tường bê tông cốt thép đúc sẵn vào hào đào sẵn. Có 3 giai đoạn cơ bản để thi công tường: làm tường dẫn, đào hào, lắp dựng tấm cốt thép và đổ bê tông (hoặc lắp tấm bê tông cốt thép đúc sẵn ) vào hào. Công nghệ đổ bê tông tường toàn khối quyết định bởi kết cấu của tường, kiểu máy đào hào và những điều kiện địa chất công trình của nơi thi công. Căn cứ vào điều kiện đất nền, trang bị và khả năng kỹ thuật cũng như một số yêu cầu về môi trường và an toàn cao của công trình ở gần để chọn công nghệ làm tường trong đất bằng phương pháp đúc sẵn - lắp ghép - toàn khối hoá (tức vừa có đúc sẵn vừa có đổ bê tông tại chỗ). Có thể kết hợp các tấm tường với trụ đúc sẵn hoặc trụ đổ tại chỗ để liên kết chúng lại với nhau tạo thành tường đúc sẵn kiểu sườn theo công nghệ Panosol (của hãng Soletanche) và công nghệ Prefasil (của hãng Bachy). 6. Kết cấu phụ trợ của tường chắn hố đào. Trong những hố đào nông và nền đất tốt với độ sâu thích hợp thì tường chắn có thể làm việc như dầm con sơn và đủ cứng để tự ổn định, còn ở những hố đào sâu thì cần có kết cấu phụ trợ để giữ tường. Hệ thống chắn giữ thành hố đào sâu do hai bộ phận tạo thành, một là tường chắn hai là thanh chống bên trong hoặc là thanh neo vào đất bên ngoài. Chúng cùng với tường chắn sẽ tăng thêm ổn định tổng thể của kết cấu chẵn giữ, không những có liên quan tới độ an toàn của hố đào và công việc đào đất, mà còn có ảnh hưởng rất lớn tới giá thành và tiến độ của công trình hố đào 1.3.2. Xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp đào kín

Phương pháp khoan nổ truyền thống và NATM. Phương pháp khiên đào (SM). Phương pháp khoan đào (TBM). Phương pháp kích đẩy (pipe jacking). Các phương pháp đặc biệt (phương pháp làm lạnh, phương pháp nổ Theo phương pháp đào kín, có những phương pháp thi công hầm như sau:     

ép,...)

1.3.2.1 Phương pháp khoan nổ truyền thống và NATM

Phương pháp khoan nổ truyền thống hay còn gọi là phương pháp mỏ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm do khả năng áp dụng cho nhiều loại công trình ngầm khác nhau như hầm giao thông, thuỷ

điện, tầng ngầm, ... với những hình dạng và kích thước hình học phức tạp, và xây dựng trong đất đá cứng và cứng vừa.

Đây là phương pháp lâu đời nhất, có lịch sử phát triển cùng với lịch sử phát triển của ngành mỏ và đã đạt được những thành công đáng kể trong thế kỉ 20. Thành công lớn nhất của phương pháp khoan nổ chính là sự ra đời và phát triển của phương pháp thi công hầm mới của Áo – NATM, ra đời trong những năm 60 của thế kỉ 20 và nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm của hầu hết các quốc gia trên thế giới và cho đến nay vẫn chưa mất tính thời sự do các lợi ích của nó mang lại. NATM kết hợp dùng các bulông neo đá và bê tông phun – chủ yếu dùng để đào hầm trong đá cứng, đang được ứng dụng trong thi công hầm đô thị, sau gần 4 thập niên phát triển liên tục và được đúc kết, đã đạt tới độ hoàn thiện đáng tin cậy. Do vậy chỗ đứng của nó được đảm bảo trong giới chuyên môn hầm. 1.3.2.2 Phương pháp đào hầm bằng cơ giới hoá (TBM và SM)

Trẻ hơn về tuổi đời, song hành với NATM là sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp thi công hầm cơ giới hoá. Những thiết bị cơ giới hoá đào đất để làm hầm khá đa dạng, kể từ loại máy xúc có trang bị răng xới, các thiết bị thuỷ lực và các máy đào hầm đa năng (roadheaders) cho đến các TBM có cấu tạo khác nhau. Ngày nay, TBM là phương pháp đào hầm phổ biến nhất. Loại thiết bị đa dụng Roadheader khá hữu ích ở nhiều trường hợp khi sử dụng TBM không có hiệu quả về mặt chi phí.

Mặc dầu có nhiều loại phương tiện kỹ thuật đang thịnh hành, song TBM, thiết bị chuyên dùng, có thể cơ giới hoá được toàn bộ các khâu: đào, chống đỡ, thi công áo hầm và chuyển vận đất thải, đã được công nhận là một trong những đột phá quan trọng về công nghệ thi công hầm.

Kỹ thuật đào hầm bằng khiên (SM), một biến thể của TBM đã được phát triển theo một chiều hướng mà việc ứng dụng hiện nay cho phép thi công an toàn ngay cả trong điều đất rất mềm yếu, có ngậm nước như các loại đất trầm tích. Khi thi công sẽ có hiện tượng lún bề mặt đáng kể trong các trường hợp mà độ dày tầng đất phủ là nhỏ. Tuy nhiên bằng biện pháp dùng vữa phun được kiểm soát tốt để chèn lấp vào khe hổng sau vỏ hầm (backfill) thì vẫn có thể kiềm chế lún ở mức độ nhỏ, và tránh được những phương hại nghiêm trọng đối với các công trình lân cận.

Trong công nghệ đào hầm dùng khiên thì lớp vỏ hầm được thi công bằng cách lắp ghép các cấu kiện (segments) chế sẵn. Một số lượng nào đấy các cấu kiện đúc sẵn trong một công xưởng sẽ được vận chuyển và tập kết tạm thời ở một kho bãi gần công trường. Đảm bảo có được một không gian sân bãi như vậy không phải là dễ dàng, thậm chí trong một giai đoạn tạm thời, ở một khu vực có mật độ công trình dày đặc.

Đối với các vỏ hầm thi công bằng cấu kiện lắp ghép, những phương pháp thiết kế khác nhau, được đề nghị dùng cho các điều kiện đất đai và nước ngầm khác nhau, đều đảm bảo được cường độ cơ lý của lớp vỏ ở hầu hết các trường hợp. Khả năng phòng nước (warter-stopping) của vỏ hầm được đảm bảo bằng cách dùng các vật liệu hàn và trám kín khe nối giữa các mảnh cấu kiện. Tuy nhiên việc làm kín nước lâu dài khó khăn hơn; nếu thật cần thiết thì phải dùng đến lớp áo thứ cấp (secondary), đôi khi còn phải được gia cường thêm bằng các thanh cốt thép.

Một số đánh giá về phương pháp làm vỏ hầm lắp ghép cho rằng giá thành của các mảnh cấu kiện là cao, ngoài ra còn thể phải làm thêm lớp áo thứ cấp, và các chi phí về vận chuyển cấu kiện và thuê sân bãi, nên việc thi công là tốn kém. Trong thập niên vừa qua, giải pháp thay thế vỏ hầm lắp ghép nói trên là công nghệ đổ bê tông vỏ hầm theo kiểu ép đẩy (extruded concrete lining- ECL) đã được phát triển ở châu Âu, đặc biệt là ở Đức. Đây là kỹ thuật thi công vỏ hầm bằng cách bơm đẩy bê tông thường hoặc bê tông cốt sợi thép vào khe hổng giữa bề mặt hang đào và ván khuôn bên trong hầm. 1.3.2.3 Phương pháp kích đẩy (pipe jacking)

Phương pháp kích đẩy là một kĩ thuật đào ngầm được sử dụng cho các công trình ngầm là đường ống kĩ thuật, thi công bằng cách đẩy các đoạn ống có chiều dài nhất định. Phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào hở không thích hợp. Bản chất phương pháp là vì chống tubin kín được lắp đặt vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách xa gương hầm. Cùng trong khoang đó kích ép vì chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất. Để giảm ma sát vì chống với khối đất, không gian phía sau tubin được bơm vữa sét.

Hình 1.8. Mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy

1. Dao 2. Khoang làm việc 3. Tấm chắn cửa miệng hầm 4. Đơn nguyên mới bố trí 5.Kích

Phương pháp kích đẩy còn được sử dụng khi lắp đặt ống qua khối đắp đường sắt và đường ô tô. Khi kích đẩy ống đường kính tới 900mm, để đào đất trong gương sử dụng máy guồng xoắn.

Phương pháp xuyên được sử dụng để lắp đặt ống đường kính tới 800mm dưới khối đắp và nền đường. Khác với phương pháp kích đẩy, trong phương pháp này khối đất nằm trong ống xuyên không lấy ra mà bị ép sang bên. Phương pháp xuyên được sử dụng trong 2 phương án: kéo bằng tời (h.8.9a) và kích đẩy (h.8.9b). Lực cần thiết để ép ống đường kính 0,5m trong đất cát- sét và trong đất đắp vào khoảng 150-1500KN phụ thuộc vào độ chặt hoặc độ sệt.

Hình 1.9. Lắp đặt ống dưới khối đắp bằng phương pháp xuyên: a- dùng tời kéo, b- kích đẩy 1.3.2.4 Các phương pháp đặc biệt (Phương pháp làm lạnh, Phương pháp nổ ép,...)

a. Giếng chìm hơi ép

Phương pháp giếng chìm hơi ép được sử dụng khi xây dựng móng sâu dưới thiết bị nặng và trụ cầu, khi mở giếng mỏ, đào hầm ngang. Điểm đặc biệt

của phương pháp giếng chìm hơi ép là làm kín một phần thể tích nào đó lân cận gương hầm của hầm đào và tạo nên trong đó áp lực khí nén bằng áp lực nước ngầm và ngăn cản nước ngập vào gương hầm, xói mòn đất và cát chảy (hình 1.10).

nâng, c- khi mở tuy nen có toa gòong (Ш- cửa cống)

Hình 1.10. Giếng hơi ép a- khi xây dựng móng sâu với sự cơ giới hoá thuỷ lực, b- khi mở giếng đứng có thùng

b. Đông lạnh đất

Phương pháp đông lạnh sơ bộ đất được sử dụng khi đào hầm, hạ giếng,

mở lò đứng và tuy nen trong đất cát chảy no nước. ưu điểm của phương pháp là: loại trừ được toàn bộ dòng chảy và nguy cơ cát chảy; nhược điểm- khó khăn trong việc đào đất đông lạnh, giá thành đông lạnh cao, nhiệt độ âm trong gương hầm. Vữa đông lạnh thường sử dụng vữa nước (muối) can xi clo rua độ chặt 1,23 - 1,25g/cm3, nhiệt độ đông lạnh của nó bằng –28…-350C. Muối thực hiện chức năng vận chuyển clo: trong lỗ khoan đông lạnh nó hấp thụ nhiệt ở đất, còn trên trạm đông lạnh nó thải nhiệt tự làm lạnh bản thân. Việc nhận được nhiệt độ thấp trên các trạm đông lạnh là dựa trên nguyên tắc bay hơi nước khi nhiệt độ chất

lỏng thấp - các chất làm lạnh (amôniac, CO2, phreon). Trên thiết bị đông lạnh chất làm lạnh thường hay dùng hơn cả là amôniac.

c. Phun vữa

Công tác phun vữa quá trình bơm vữa xi măng (xi măng hoá), vữa sét (sét hoá), bi tum (bi tum hoá) hoặc nhựa tổng hợp (nhựa hoá) để loại trừ tính thấm nước vào đất đá. Ximăng hoá - là biện pháp phun vữa phổ biến nhất. Nó phun hiệu quả cho khoáng chất đá nứt nẻ, sỏi cuội không lẫn sét. Bơm vữa xi măng vào khối đất được tiến hành qua lỗ khoan phun xi măng có trang bị thiết bị bơm. Khoảng cách giữa các lỗ khoan xi măng hoá là 1,5-3 m.

d. Thi công công trình ngầm bằng phương pháp nổ ép tạo buồng. Trong đất đá dính như: đất sét, á sét... có thể áp dụng phương pháp nổ ép

để xây dựng những công trình ngầm theo sơ đồ hình 1.11

Hình 1.11. Thi công hầm ngang bằng nổ ép tạo khoang. Thực chất nổ ép là khoan các giếng khoan và đặt vào đó các lượng thuốc nổ, nút chặt và nổ. Sau khi nổ đất đá bị ép lại tạo thành những khoang sử dụng làm công trình ngầm. Sử dụng các trạm khoan chuyên ngành có thể khoan các giếng khoan thẳng đứng, nằm ngang hoặc nằm nghiêng.

Chương 2 Tính toán ổn định công trình ngầm

2.1 Công tác khảo sát dự án 2.1.1 Khát quát

Khi xây dựng công trình ngầm cần xét đầy đủ tổ hợp các thông số địa kỹ thuật một cách tổng thể và xác định trạng thái địa chất cụ thể. Tính chất của đất đá quyết định công nghệ xây lắp, phương pháp đào và đắp đất, loại gia cố tạm thời và gia cố lâu dài. Đặc điểm tính chất của đất đá cần thiết khi xác định giá trị tải trọng lên kết cấu ngầm, khi lựa chọn sơ đồ tính toán công trình ngầm, khi xác định các thông số gia cố.

Theo phương án lựa chọn, người ta tiến hành khảo sát chi tiết địa kỹ thuật - Thăm dò địa kỹ thuật. Mục tiêu chính của công tác thăm dò - nhận được đặc tính định lượng sử dụng khi xác định tải trọng lên kết cấu công trình ngầm, khi lựa chọn sơ đồ tính toán công trình, các phương phá 1.đào đất, các thông số ổn định tạm thời v.v... cũng như dự đoán tính động học của sự phát triển các quá trình địa vật lý, các trạng thái ứng suất - biến dạng của khối đất, các chế độ nhiệt và nước ngầm.

Trình tự khảo sát được giới thiệu ở bảng 2.1

Khảo sát sau

Khảo sát để chọn tuyến

Thiết kế và khảo sát để lập kế hoạch thi công

Khảo sát trong giai đoạn xây dựng

khi kết thúc

n ế y u t n ọ h C

g n ự d y â x u ầ đ t ắ B

g n ự d y â x h n à h t n à o H

à v g n ự d y â x ự t h n ì r T

t á s o ả h k

n ế y u t c á c h n á s o S

đích

Mục chính

Kiểm tra các vấn đề xuất hiện trong khi xây dựng và sau khi

Thu thập những số liệu cần thiết để chọn tuyến đường phù hợp nhất về

Thu thập các số liệu cơ bản cần thiết cho bản thiết kế gốc, lập kế

Dự đoán và xem xét những vấn đề có thể xảy ra trong khi xây

Bảng 2.1. Trình tự khảo sát

dựng.

hoàn thành.

hoạch xây dựng, dự toán, v..v..

Thay đổi thiết kế.

các điều kiện địa chất/địa lý và các điều kiện khác về môi trường.

Quản lý xây dựng.

Thu thập số liệu để đền bù và các biện pháp đề phòng xuống cấp, hư hỏng.

Thu thập số liệu để đền bù trong tương lai.

Nội dung

Khảo sát tổng quát

Khảo sát địa chất chi tiết. Khảo sát có cân nhắc về môi trường.

tiện Những phương khảo sát cần thiết cho việc xây dựng.

Khảo sát và đo đạc những xung vùng quanh đường hầm và môi trường chủ yếu để đánh giá những tác động của việc xây dựng và các biện pháp xử lý.

Đo đạc trong đường hầm chủ yếu là quan trắc đất đá, trạng thái của hệ thống chống đỡ. Khảo sát và đo đạc những xung vùng quanh đường hầm và môi trường chủ yếu để đánh giá các tác động của việc xây dựng và các biện pháp xử lý.

Khu vực

khảo sát

Khu vực khảo sát rộng bao gồm tất cả các tuyến được kiến nghị.

Đường hầm và vùng xung quanh kể cả vị trí có thể bị liên lụy.

Khu vực xung quanh một vị trí có tranh cãi chịu ảnh hưởng của việc xây dựng.

Đường hầm và khu vực được chống đỡ bị ảnh hưởng của việc xây dựng.

2.1.2 Khảo sát Địa kỹ thuật

Đất đá đang hoặc có tiềm năng dịch chuyển như trượ lở Đới nứt nẻ, khu vực có cấu trúc uốn nếp; Đất đá yếu, chứa nước; Đất đá bị ép vắt; Đất đá có thể xảy ra hiện tượng đá nổ; Đất đá có nhiệt lượng cao, mạch nước nóng, khí độc, v..v..; Đất đá chứa nhiều nước dưới đất. Khảo sát địa kỹ thuật cần làm sang tỏ những điều kiện sau: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Trong khảo sát cũng cần chú ý đến những điều kiện đặc biệt có lien quan đến môi trường, như:

Chiều dày tầng đất đá phủ mỏng; Khu vực đô thị; Dưới mực nước ngầm; Giếng nghiêng hoặc giếng đứng; Cửa hầm; 1. 2. 3. 4. 5.

Công trình xây dựng lân cận;

6. 7. Mặt cắt ngang lớn.

Trình tự khảo sát địa kỹ thuật nêu ở bảng 2.2

Trong giai đoạn khảo sát sơ bộ cần khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn, v..v.. một vùng rộng gồm cả tuyến để so sánh. Mục đích khảo sát là để nắm chắc những nét đại cương về điều kiện đất đá của đường hầm và thu thập những số liệu cần thiết cho quá trình chọn tuyến và lập kế hoạch khảo sát tiếp theo. Cần tiến hành khảo sát bằng phương pháp phù hợp với các điều kiện địa chất của khu vực.

Khảo sát địa kỹ thuật chi tiết nhằm đáp ứng mục đích là nắm bắt được điều kiện tổng thể về đất đá ở khu vực xây dựng công trình ngàm, thu thập những số liệu cơ bản cần thiết cho thiết kế và lập kế hoạch xây dựng, từng bước nâng cao độ chính xác. Trong khảo sát địa kỹ thuật chi tiết, phải chọn các đề mục cần thiết để khảo sát tùy theo mục đích khảo sát, các điều kiện đất đá, v..v.. và phải dùng phương pháp khảo sát phù hợp nhất. Đặc điểm của các phương pháp khảo sát địa kỹ thuật nêu ở bảng 2.3.

Bảng 2.2. Trình tự khảo sát điều kiện địa kỹ thuật

Phương pháp khảo sát, thu thập thông tin

Phương pháp

tài

Nghiên cứu liệu

Sử dụng các kết quả để lập kế hoạch và thiết kế 1. Các vấn đề hoặc vùng khó khăn được định rõ ở giai đoạn chọn tuyến

Các khó khăn khi khảo sát 1. Có thể ở đó không có số liệu hữu ích phụ thuộc vào từng vùng.

2. Nói chung, các bản đồ

không đủ độ chính xác

Các hạng mục để khảo sát 1. Điều kiện địa lý, địa chất và thủy văn của khu vực định xây dựng. 2. Lịch sử các thảm họa đã xảy ra và phác thảo khả năng xây dựng.

2. Đưa ra vấn đề cần làm rõ khi khảo sát bề mặt hoặc khảo sát tỉ mỉ sau này

3. Thông tin trên bản đồ không phải bao giờ cũng liên quan đến mục đích nghiên cứu.

ảnh

1. Đất đá không ổn định

Phân tích hàng không

quanh cửa hầm

- Đảm bảo độ chính xác tiêu chuẩn nhưng cần phải kiểm tra lần nữa bằng khảo sát trên mặt đất

2. Cấu trúc địa chất, đặc biệt là cấu trúc đặc trưng như đứt gãy

3. Địa chất bề mặt trước khi có thay đổi nhân tạo.

Khảo sát địa chất bề mặt

1. Sự phân bố, các đặc điểm và sự ổn định địa chất bề mặt

2. Sự phân bố và các

1. Lập bản đồ địa chất cắt ngang và cắt dọc và kiểm tra sự phân bố và đặc điểm của đất đá xung quanh tuyến

1. Bản đồ địa chất chỉ là một cách trình bày các kết quả khảo sát, cần kiểm tra trong giai đoạn khảo sát sau này

đặc điểm đất nền

3. Sự phân bố và kiểu

2. Đánh giá chất lượng an toàn và khả năng xây dựng của địa chất ngoại vi của tuyến

cấu trúc địa chất.

2. Bị ảnh hưởng rất lớn bởi độ chính xác của bản đồ địa lý

1. Vận tốc sóng đàn hồi

Thăm dò địa chấn

của đất đá.

1. Để biết rõ bề dày và đặc điểm tích không bền

trầm

các vững, tầng phong hóa.

2. Để biết rõ điều kiện khối đá ở

cao độ khai đào

2. Vị trí, quy mô và vận tốc của đới có vận tốc chậm

ý l t ậ v a ị đ ò d m ă h T

1. Khi khu vực có vận tốc chậm là hẹp thì sẽ giảm độ chính xác của phân tích 2. Đánh giá sự phân bố địa chất, mức độ phong hóa và phát triển của nứt nẻ phải kết hợp với các khảo sát khác và phải đánh giá tổng hợp

3. Để biết rõ vị trí, quy mô, điều kiện và tính liên tục của đứt gãy, đới nứt nẻ và lớp đất mềm

4. Nghiên cứu phân loại đất đá

Bảng 2.3. Đặc điểm của các phương pháp khảo sát địa kỹ thuật

1. Để biết rõ bề dày sườn tích và

lớp phong hóa.

Thăm dò điện

- Điện trở riêng của đất đá và phân bố điện trở riêng cắt trên mặt ngang.

2. Để biết rõ cấu trúc địa chất và các đặc điểm từ điện trở riêng.

3. Phát hiện dải mỏng của đất

1. Các tính chất địa lý và địa chất ở hiện trường ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của khảo sát. 2. Kết quả không trực tiếp quan hệ với độ bền cơ học của đất đá

mềm

4. Để biết rõ các tính chất và

quy mô của đứt gãy

5. Nghiên cứu sự phân bố và các tính chất của nước ngầm và tầng ngậm nước

1. Sự phân tầng và phân

bố cát và đá.

1. Trực tiếp khảo sát địa chất để kiểm tra chi tiết phân bố và các tính chất của đất đá

Khoan khảo sát

- Đây là khảo sát chính xác và cần kết hợp với trắc địa trên mặt đất, khảo sát địa vật lý, v..v..

2. Vị trí, phạm vi, các tính chất, tính liên tục của đứt gãy, đới nứt nẻ, lớp mềm yếu

2. Nghiên cứu phân loại đất đá, các phương pháp khai đào, chống đỡ và bê tông vỏ hầm, lượng thuốc nổ sử dụng

3. Loại đá, phong hóa và biến đổi, các tính chất của đới nứt nẻ và của khe nứt

4. Tình trạng nước ngầm, áp suất và lượng dòng chảy

1. Giá trị N, tính mềm và/hoặc

chặt

2. Lấy mẫu và phân loại đất.

1. Nói chung, không áp dụng cho đá và lớp cuội sỏi.

2. Khi giá trị N > 50 thì không phân biệt chính xác

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

1. Kiểm tra xem xét độ ổn định quanh cửa hầm và những nơi mà bề dày tầng đất đá phủ mỏng

2. Để biết rõ độ sâu của

đá và lớp chịu tải

- Phân tích biến dạng đất đá.

- Hệ số biến dạng, hệ số đàn hồi.

n a o h k ỗ l t á s o ả h K

1. Chọn lựa thiết bị thí nghiệm hợp lý đối với các điều kiện địa chất và đường kính lỗ khoan là cần thiết

Thí nghiệm tải trọng trong lỗ khoan

2. Chọn lựa vị trí bao gồm các trạng thái địa chất đặc trưng bằng đánh giá lõi khoan là cần thiết

- Các tính chất thủy văn của đất đá.

Thí nghiệm thấm

1. Đánh giá và dự đoán dòng chảy bất thường và/hoặc ổn định từ tầng ngậm nước.

1. Giá trị đo được đánh giá thô do vậy cần phải diễn giải bằng lý thuyết

2. Đánh giá sự ổn định của gương trong đất đá không bền vững.

2. Chọn thí nghiệm hợp lý là cần thiết cho điều kiện đất đá.

tốc

- Sự phân bố vận tốc đàn hồi thẳng đứng của đất đá.

1. Gián tiếp ước tính phân loại đá/cát hoặc mức độ phong hóa, biến đổi và phát triển nứt nẻ

Thí nghiệm vận trong lỗ khoan

2. Để biết rõ lớp có vận tốc

1. Đôi khi không đo được khi không có nước ngầm. 2. Đôi khi lớp có vận tốc chậm không đo được dưới mực nước ngầm.

thấp.

1. Để biết rõ phân bố địa chất

1. Khả năng bị hạn chế ở

- Điện trở biểu kiến của các vách lỗ khoan

bằng điện trở riêng

dưới mực nước ngầm

2. Đánh giá điều kiện nước

2. Không đo được trong ống

ngầm ở tầng ngậm nước.

vách

- Kết thúc và dọn kỹ lỗ

khoan là cần thiết

1. Thẩm tra ổn định của gương hầm bằng điều kiện của các nứt nẻ và đường phương/góc dốc của chúng.

Thí nghiệm điện trong lỡ khoan Truyền hình lỗ khoan

2. Nghiên cứu điều kiện dòng

1. Điều kiện địa tầng. Phạm vi, các tính chất và đường phương/góc dốc của đứt gãy và các nứt nẻ .

chảy của khu vực

1. Để biết rõ mức độ phá hỏng

tạo

đá do nứt nẻ

2. Để biết rõ các đặc tính cơ

học của đá.

1. Vì mẫu không có các vết nứt gãy nên giá trị không thể hiện đặc trưng đại diện của đất đá

3. Đánh giá và dự báo đất đá bị

2. Điều kiện nước ngầm 1. Các đặc tính cơ lý của đá thành: khối lượng riêng, vận tốc sóng đàn hồi, cường độ nén, v..v..

Thí nghiệm trong phòng

ép vắt

2. Kết quả thực nghiệm thay đổi rất lớn do độ ẩm của mẫu đá mềm

3. Thí nghiệm cơ học có xu hướng bị ảnh hưởng lơn do xáo trộn khi lấy mẫu

4. Đánh giá sự ổn định của các trầm tích không bền vững 5. Đánh giá sự ổn định tự đứng vững của gương hầm ở nơi đất đá không bền vững

2. Các đặc tính khoáng vật của đá tạo thành: thành phần khoáng vật sét, tính vỡ vụn, v..v.. 3. Các đặc tính cơ lý của đất tạo thành : thành phần hạt, độ ẩm, cường độ nén, độ sệt, v..v..

Khảo sát địa kỹ thuật chi tiết cần nắm bắt và xem xét những nội dung sau

đây:

Cấu tạo địa chất tổng thể, sự phân bố và các đặc điểm của mặt cắt công trình; Phân loại đất đá với sự xem xét kỹ thuật dựa trên kết quả khảo sát; 2.

Địa hình và địa chất tại vị trí cửa hầm, những tài liệu tham khảo cơ bản về các vấn đề này và các biện pháp xử lý; Đánh giá sự ổn định của gương, thiết kế hệ thống chống đỡ, chọn các phương pháp phụ, các tài liệu tham khảo để chọn các phương pháp khai đào gương và các phương pháp đào hầm; Sự phân bố và các đặc điểm của những điều kiện đất đá đặc biệt, dự báo những vấn đề và hiện tượng, các tài liệu tham khảo cơ bản về các biện pháp xử lý.

Những đề mục khảo sát địa kỹ thuật liệt kê trong bảng 2.4. Tham khảo bảng này để chọn các đề mục khảo sát theo điều kiện đất đá của đường hầm và chọn phương pháp khảo sát phù hợp. Một số lĩnh vực được quan tâm trong khảo sát các điều kiện đất đá đặc biệt và những điều kiện đặc biệt khác ở bảng 2.4 có thể bao gồm: 1. Các loại đất đá đang hoặc có tiềm năng dịch chuyển như trượt lở. Phải phân tích khả năng đất trượt, sụt lở và sập mái dốc ở cửa hầm, ở nơi bề dày tầng đất đá phủ mỏng như các thung lũng và các đường hầm gần mái dốc. Phải đánh giá sự ổn định của đường hầm. Cũng cần phải thực hiện các khảo sát để có thể xác định sự cần thiết về các biện pháp xử lý và thiết kế các trường hợp đó. Khi đất trượt, sụt lở với quy mô lớn thì cần phải xem xét khả năng chọn một tuyến tránh sự trượt, sụt lở đó.

2. Vùng nứt nẻ / vùng uốn nếp. Có thể phát hiện một đứt gãy với một dải

rộng của đới nứt nẻ bằng khảo sát sơ bộ (nghiên cứu tài liệu, ảnh hàng không, khảo sát trên mặt đất, v..v..). Có thể ước đoán những đặc điểm của đới nứt nẻ, như cường độ của đới nứt nẻ, bằng phương pháp thăm dò địa chấn, khoan khảo sát, v..v..

3. Đất đá yếu chứa nước. Đất đá yếu, như đất sét, đất cát và đất sỏi tạo thành tầng sườn tích và một phần của tầng bồi tích, đất đá núi lửa không bền vững như tro núi lửa hoặc sỏi (đá bọt), là những loại đất đá không bền vững. Khi loại đất đá này tiếp xúc với nước có thể xảy ra những vấn đề: xói lở hoặc sập gương, đất đá lún hoặc sập khi bề dày tầng đất đá phủ mỏng, nước chảy vào nhiều. Tầng cát không bền vững hoặc tầng sỏi cát thường có cấu trúc đơn giản vì vậy việc khảo sát địa chất trên bề mặt, khoan khảo sát, khảo sát địa vật lý trong lỗ khoan, khảo sát nước ngầm, v..v.. có thể đánh giá các đặc điểm địa chất và khả

năng bị xói lở đến một mức độ khá lớn. Thí nghiệm trong phòng lập r a chỉ số xói lở là đặc biệt quan trọng đối với cát mịn có cỡ hạt đồng đều.

Bảng 2.4. Quan hệ giữa điều kiện đất đá, các đề mục khảo sát và phương pháp khảo sát

5. Đá nổ. Hiện tượng này xảy ra khi đá vỡ vụn bay khắp đó đây do khối đá

4. Đất đá trương nở, nén ép (Swelling and squeezing soil and rock). Đây là vùng đất đá mà mặt cắt ngang bên trong phát triển về phía trong do áp lực đất gia tăng rất lớn khi khai đào đường hầm. Hiện tượng này quan sát thấy trong sét kết Neogen, và đá túp, sét tại vùng đứt gãy, vùng vỡ vụn vò nhàu, sét solfataic, secpentinit. Hiện tượng này không chỉ phụ thuộc vào loại và các đặc điểm của đá, mà còn liên quan chặt chẽ đến ứng suất do áp lực tầng đất đá phủ và ứng suất do cấu tạo địa chất như cấu tạo uốn nếp. Thường không thể dự báo phạm vi trương nở chỉ bằng một tiêu chuẩn. và đá gần gương hầm thình lình bị vỡ do nổ. Quan sát thấy hiện tượng này khi điều kiện ứng suất trong khối đá gần bằng giới hạn biến dạng do áp lực cao của đất và tại chỗ đó đạt đến ứng suất biến dạng phá hoại do khai đào và do xuất hiện sự giải phóng năng lượng biến dạng đàn hồi một cách bất thình lình.

6. Đất đá có nhiệt lượng cao, mạch nước nóng, khí độc, các kim loại nặng.

Các kiểu đất đá này nằm trong vùng nhiệt dịch biến đổi, đới vò nhàu, đá xâm nhập và tầng chứa dầu, than hoặc kim loại, v.v… Xác định điều kiện này trong giai đoạn khảo sát sơ bộ.

7. Đất đá chứa nước dưới đất. Nước ngầm cách ly do sét ở các đứt gãy, nước ngầm được giữ lại trong tầng đất đá không bền vững như là vật liệu từ nham thạch núi lửa, nước ở trong khe nứt và đới nứt nẻ, nước trong chỗ rỗng của đá vôi và dung nham, có thể tạo ra một lượng nước chảy vào rất lớn bất thình lình gây đổ sập hoặc xói lở. Việc khảo sát thực hiện chủ yếu bằng phương pháp khoan và khảo sát địa chất thủy văn dựa theo sự tham khảo những đề mục nêu trong vùng nứt nẻ và đất đá yếu chứa nước.

Khi xây dựng công trình ngầm cần lưu ý đến những điều kiện đặc biệt sau: 1. Tầng đất đá phủ mỏng. Ở tầng đất đá phủ mỏng đất đá thường là đất mềm hoặc đá mềm vì vậy tác động vòm không dễ xảy ra. Đất đá như vậy dễ bị hư hại do lún đất đá trên mặt hay lún đất do đất đá bị tơi ra. Cũng đã có những sự cố về sự ổn định của gương và thành tường đường hầm. Khi có một công trình trên bề mặt thì phải tiến hành khảo sát để đánh giá độ lún và khu vực bị lún.

2. Khi đường hầm xuyên qua khu vực đô thị. Các đường hầm xây dựng ở khu vực đô thị có nhiều hạn chế hơn so với các đường hầm xuyên núi vì các vùng xung quanh và điều kiện đất đá. Trước đây, đường hầm xuyên dưới khu đô

thị được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp đào mở hoặc phương pháp khiên chống, tuy nhiên gần đây áp dụng phổ biến hơn phương pháp đào hầm xuyên núi. Cần phải khảo sát những điều kiện xung quanh như các công trình trên bề mặt và cấu trúc ngầm dưới đất.

3. Khi đường hầm xuyên dưới nước. Khi xây dựng đường hầm xuyên dưới nước như dưới đáy biển, đáy sông sẽ gặp nguy hiểm là ngập nước do một lượng nước khổng lồ chảy vào đường hầm, vì vậy cần khảo sát cẩn thận. Các đề mục khảo sát địa chất đối với các đường hầm dưới nước không khác với các đường hầm dưới đất bình thường, nhưng bị hạn chế khi thực hiện do độ sâu của nước và các dòng chảy. Không thể kiểm tra trực tiếp, và điều này còn bị ảnh hưởng bởi giao thông đường thủy và các điều kiện môi trường có thể hạn chế phương pháp và mùa khảo sát.

4. Giếng nghiêng và giếng đứng. Khảo sát về giếng cũng tương tự như đối với các bộ phận khác của đường hầm. Biện pháp đối phó duy nhất với dòng nước chảy vào là thoát nước cưỡng bức, giếng bị ngập là điều nguy hiểm vì vậy cần khảo sát tỉ mỉ để ước tính lượng nước chảy vào.

5. Cửa hầm. Xây dựng cửa hầm là một trong những công việc khó khăn trong xây dựng đường hầm. Điều kiện của cửa hầm trong các đường hầm luôn luôn khác nhau và đòi hỏi phải xem xét từng trường hợp. Cần quan tâm đặc biệt đến cửa hầm có khả năng bị trượt lở đất hoặc mất ổn định mái dốc và tham khảo mục 1) trên đây để khảo sát cẩn thận

6. Trường hợp có công trình xây dựng lân cận. Khi xây dựng công trình ngầm gần những công trình hiện tại cần phải nắm chắc đặc điểm của những công trình đó như điều kiện xây dựng, địa điểm, môi trường, đất đá, xây dựng từ khi nào, v..v.. để đường hầm không ảnh hưởng đến các công trình đó. 2.1.3 Khảo sát thủy văn

Mục đích khảo sát thủy văn là dự báo khả năng và lượng nước mặt và nước dưới đất chảy vào công trình ngầm, xem xét và đánh giá các vấn đề kế tiếp trong thiết kế và xây dựng và tác động đến môi trường xung quanh. Thực hiện những đề mục khảo sát cần thiết vào những thời điểm thích hợp. Khi thi công nếu có dòng nước chảy vào công trình thì những khó khăn trong xây dựng tăng lên rất nhiều.

1. Dự báo dòng nước chảy vào công trình ngầm. Dòng nước chảy vào được phân thành hai loại: dòng nước tập trung khi xây dựng và dòng nước ổn định sau khi xây dựng công trình. Việc xác định các loại dòng nước, lượng nước và khu vực có dòng nước chảy vào chủ yếu dựa vào cấu tạo của tầng chứa nước và những đặc điểm của tầng đó như tính thấm và hệ số tích trữ, v..v..

2. Các vấn đề cho thiết kế và xây dựng. Dòng nước chảy vào đường hầm không chỉ làm đảo lộn việc khai đào mà có thể gây sập gương và những điều tương tự, đây là điều quan trọng theo quan điểm an toàn khi xây dựng đường hầm và đạt hiệu quả kinh tế. Dòng nước chảy vào tập trung gây ra nhiều vấn đề về thiết kế và xây dựng khi bắt đầu khai đào. Cần xem xét các phương pháp phụ đối với thiết bị xây dựng, các phương pháp khai đào và xử lý nước ngầm bằng cách dự báo vị trí và lượng nước chảy vào trong giai đoạn chọn tuyến, thiết kế và lập kế hoạch xây dựng. Đo lượng nước chảy vào trong khi xây dựng, phân tích và so sánh với giá trị dự báo. Cũng cần tiếp tục quan sát sau khi xây dựng xong để bảo dưỡng đường hầm. Sau đây là những vấn đề dự kiến trong thiết kế và xây dựng đường hầm:

Sự ổn định của gương, đặc biệt là sập gương, và xói lở cát trong đất i)

đá không bền vững;

ii) Áp lực của đất tăng; mở rộng sự hấp thụ nước của đá mềm và trượt

lở;

iii) Khả năng chống đỡ giảm; bê tông phun hoặc neo đá dính bám không

tốt, lún chân hệ thống chống đỡ bằng thép;

iv) Xử lý dòng nước chảy vào; ngập đường hầm, bố trí thiết bị xử lý dòng nước chảy vào, bố trí thêm thiết bị thoát nước và/hoặc máy bơm nước trong và sau khi xây dựng;

v) vi)

An toàn xây dựng: lũ lụt phá hủy nền đường; Sụt giảm chất lượng và bảo dưỡng; xói lở vật liệu chèn lấp hoặc cát do nước chảy vào và nước rò. Sự xói mòn đất đá phía dưới vòm ngược hoặc nền đường bê tông. Sự phá hủy bê tông do nước axit, mạch nước nóng, v..v.. ảnh hưởng trực tiếp đến công trình do mực nước ngầm thay đổi không bình thường vì mưa nhiều hoặc điều chỉnh chế độ bơm nước. 3. Tác động đến môi trường xung quanh. Tác động của dòng nước chảy vào đường hầm đến các công trình nước xung quanh trở thành một vấn đề xã hội

quan trọng về mặt bảo vệ môi trường. Dòng nước chảy vào tập trung gây ra tác động tạm thời, còn tác động chính đến môi trường xung quanh là do dòng nước chảy vào ổn định. Vì vậy cần ước tính và đánh giá mức độ của tác động này như sự thiếu hụt nước trong các giai đoạn chọn tuyến, thiết kế và lập kế hoạch xây dựng. Cần chuẩn bị các biện pháp đối phó kể cả việc chuyển đường hầm đi nơi khác. Cần xác định sự cân bằng nước vào – nước ra kể cả dòng nước vào đường hầm trong và sau khi xây dựng. Cần làm sáng tỏ mối quan hệ nhân quả giữa việc xây dựng và tác động lên môi trường xung quanh. Nếu cần thiết thì thảo luận và đưa ra các biện pháp đối phó để ngăn ngừa sự gia tăng mức độ của tác động này.

Sau đây là những hiện tượng cần xem xét liên quan đến tác động môi

trường:

i) Giảm hoặc thiếu nước; nước sông, nước ngầm, nước chảy vào, nước

tưới;

ii) Lún đất đá; biến dạng các công trình, lún bề mặt, lún đất đá; iii) Thay đổi chất lượng nước; nhiễm bẩn nước mặt hoặc nước ngầm (nhiễm bẩn do phương pháp cách ly nước và thoát nước bên trong đường hầm), nước ngầm bị nhiễm mặn; iv) Nước lạnh, nông nghiệp bị hại vì nước lạnh; v) Gián đoạn dòng nước ngầm; trở ngại do gián đoạn dòng nước ngầm. 4. Từng bước khảo sát thủy văn. Các khảo sát thủy văn gồm những hạng mục khảo sát địa chất thủy văn, khảo sát cân bằng nước vào – nước ra và khảo sát thủy văn môi trường. Một tổng thể gồm việc xem xét kết quả những khảo sát vừa nêu, nghiên cứu tài liệu và kết quả khảo sát tình huống phải được thực hiện để đưa ra những dự báo và những đánh giá khác nhau. Trong bảng 2.5 giới thiệu mục đích của các khảo sát khác nhau, nội dung và thời gian khảo sát.

Näüi dung

Giai âoaûn khaío saït

Muûc âêch cuía khaío saït

Caïc haûng muûc

ú ã k

u a S

i h k

i h t

p û á L

g n ä c

t ú ã k

n ü o h C

g n o r T

h c a ü o h

n ú ã y u t

Bảng 2.5. Đại cương về khảo sát thủy văn



Âiãöu kiãûn âëa lyï vaì âëa cháút: cáúu truïc âëa cháút thuíy vàn.

Khê tæåüng thuíy vàn: næåïc mæa, nhiãût âäü ..

u û ã i l î æ D

Vaûch kãú hoüach khaío saït bàòng kiãøm tra cáúu truïc thuíy vàn, så bäü âiãöu kiãûn næåïc ngáöm, vaì caïc váún âãö dæû âoïan træåïc

Sæí duûng næåïc ngáöm: caïc giãúng, tæåïi næåïc ..



Dæî liãûu tæì caïc dæû aïn træåïc: Âëa cháút, täøng læåüng næåïc, caïc âiãöu kiãûn thi cäng, khu væûc bë aính hæåíng båíi sæû thiãúu næåïc. Caïc biãûn phaïp khàõc phuûc.

Âaïnh giaï doìng chaíy vaì qui mä giaím/thiãúu næåïc åí háöm dæû kiãún. Kiãøm tra tênh thêch håüp cuía caïc phæång phaïp khaío saït khaïc nhau

u ï æ c

n ã i h g n p ü å h g n ì å æ r T



Khaío saït âëa cháút bãö màût.

Khaío saït âëa váût lyï.

   

Khoan khaío saït.

Thê nghiãûm Carota läù khoan.

n à v í y u h t t ï a s o í a h k i û a o L

Cáúu truïc âëa cháút thuíy vàn, caïc tênh cháút cuía næåïc ngáöm .. âæåüc täøng håüp trong baín âäö âëa cháút thuíy vàn âãø dæû âoïan vë trê doìng chaíy vaì khu væûc thu næåïc.

Kiãøm tra cháút læåüng næåïc (hiãûn træåìng, trong phoìng).



Thê nghiãûm tháúm âån giaín trong läù khoan (nhæ thê nghiãûm cäüt næåïc).



Thê nghiãûm aïp suáút doìng næåïc, thê nghiãûm phun næåïc.

n à v í y u h t t ú á h c û a i â t ï a s o í a h K

Thê nghiãûm båm, läù ngaïch ngang.

Caïc hãû säú âäúi våïi næåïc nhæ tháúm, têch tuû .. âæåüc xaïc âënh bàòng caïc lyï thuyãút thuíy læûc âãø dæû âoïan læu læåüng doìng næåïc vaì khu væûc thu næåïc

Thê nghiãûm theo doîi, hæåïng doìng vaì váûn täúc.

Thê nghiãûm giaím âäü sáu cuía næåïc



Khê tæåüng thuíy vàn: næåïc mæa, nhiãût âäü.



Doìng næåïc màût: täøng læåüng næåïc säng, häö, bãø næåïc, âáûp, næåïc tæåïi, caïc suäúi.



Mæûc næåïc ngáöm:giãúng quan tràõc, giãúng âang täön taûi.

Täúc âäü bay håi.

Ο 

Khê tæåüng thuíy vàn, täøng doìng næåïc màût, khaío saït mæûc næåïc ngáöm... âæåüc thæûc hiãûn âãø kiãøm tra cán bàòng cuía næåïc âãø dæû âoïan haình vi traûng thaïi cuía næåïc ngáöm trong khi thi cäng

c ï å æ n a í u c g n ò à b n á c û æ S

Næåïc chaíy vaìo háöm, aính hæåíng âãún sæû thiãúu næåïc.



Nguäön næåïc: caïc suäúi, säng, häö, giãúng, bãø chæïa, aính hæåíng cuía mæa.



n à v í y u h t

g n ì å æ r t i ä M

Âãø kiãøm tra nguäön næåïc vaì sæí duûng næåïc åí khu væûc thu næåïc vaì vuìng lán cáûn âãø dæû âoaïn aính hæåíng cuía thi cäng.

Sæí duûng næåïc: cung cáúp vaì thoïat næåïc, næåïc cäng nghiãûp vaì näng nghiãûp.

Vê du sau khi thi cäng



Âiãöu kiãûn âëa lyï vaì âëa cháút thuíy vàn

Ο  

Dæû âoïan læu læåüng, vë trê vaì khu væûc thu næåïc cuía doìng chaíy vaìo cuía næåïc

Caïc cäng thæïc thuíy læûc

û æ d p ï a h p g n å æ h P

n ï a o â

Phán têch bàòng säú

Kyï hiãûu:  cáön phaíi thæûc hiãûn, Ο Âæåüc khuyãún khêch thæûc hiãûn, Δ Thæûc hiãûn khi cáön thiãút 2.1.4 Khảo sát các điều kiện địa điểm xây dựng 2.1.4.1 Khảo sát môi trường Cần thực hiện những khảo sát các điều kiện cơ bản liên quan đến môi trường tự nhiên, môi trường xã hội, môi trường sống của con người v..v.. trong phạm vi khu vực có thể bị ảnh hưởng do việc xây dựng và trong thời kỳ sử dụng sau đó. Nhằm mục đích bảo vệ môi trường và kiểm soát ô nhiễm, phải tiến hành khảo sát để tìm đủ các biện pháp bảo vệ sao cho việc xây dựng không gây tác động nghiêm trọng đến môi trường sống của con người xung quanh địa điểm xây dựng. Trong việc lập kế hoạch một dự án, cần đánh giá tác động môi trường theo luật pháp hoặc quy định, phải dự báo và đánh giá tác động môi trường. Những vấn đề chính về môi trường trong xây dựng đường hầm là tiếng ồn, chấn động, các giếng nước trở nên khô cạn, nước đục và hư hỏng các công trình

xây dựng. Người kỹ sư phải thực hiện khảo sát môi trường trước khi bắt đầu xây dựng, dự báo và đánh giá mọi tác động có thể có trong khi xây dựng và trong thời gian sử dụng sau đó và áp dụng các biện pháp phù hợp nếu có vấn đề. Hơn nữa, người kỹ sư cũng phải tiến hành khảo sát môi trường trong khi xây dựng và trong thời kỳ sử dụng sau đó để hiểu việc xây dựng ảnh hưởng đến môi trường như thế nào. 2.1.4.2 Khảo sát luật pháp và các quy định điều chỉnh dự án Khi lập kế hoạch một dự án, phải nghiên cứu trước pháp luật và các quy định điều chỉnh dự án, nội dung của luật và quy định đó, các thủ tục, biện pháp cần phải áp dụng, v..v.. Tiến hành những nghiên cứu về yêu cầu đền bù để nhận đất cần cho dự án. Cần thực hiện những khảo sát địa hình, địa chất, thời tiết, các điều kiện sử dụng đất, những tác động đến khu vực xung quanh và những đề mục khác cần để thu thập số liệu cho việc lập kế hoạch thiết bị ở bên ngoài, các khu vực thải đất đá, v..v.. 2.1.5 Các kết quả khảo sát Các kết quả khảo sát được hệ thống sắp xếp theo một hình thức cần thiết có sự hiểu biết đầy đủ về mục đích, được sắp xếp và lưu trữ để có thể sử dụng trong những giai đoạn khác nhau của dự án. Những kết quả khảo sát các điều kiện địa kỹ thuật được đánh giá tổng hợp và xếp hạng theo mức độ quan trọng để có thể phân loại đất đá một cách đúng đắn theo mục đích sử dụng. Cần đánh giá các tính chất của đất đá theo quan điểm địa kỹ thuật, sử dụng các kết quả khảo sát điều kiện dịa kỹ thuật để áp dụng thỏa đáng vào thiết kế và lập kế hoạch xây dựng. Các kết quả khảo sát điều kiện địa kỹ thuật được tổ chức thành các mục như sau để dễ sử dụng trong các nghiên cứu về thiết kế và các phương pháp xây dựng:

i) Mục tiêu, địa điểm, phạm vi, phương pháp khảo sát và tên người chịu

trách nhiệm;

ii) Mô tả sơ lược địa hình, và địa chất cùng với cấu tạo địa chất; iii) Các bản đồ địa chất; iv) Các mặt cắt địa chất ngang; v) Mặt cắt địa chất dọc.

2.2 Ổn định của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào mở

2.2.2 Lựa chọn kết cấu chắn giữ và kiểm tra chất lượng

Thông thường, có 3 giai đoạn trong thi công công trình ngầm: a) Giai đoạn chuẩn bị: Xây dựng các công trình tạm để thi công công trình ngầm, gia cường các móng kế cận và các công tác khác cần thiết để đảm bảo quá trình xây dựng sau đó được thuận lợi,

b) Giai đoạn cơ bản: xây dựng công trình ngầm và tất cả các công trình

trên mặt đất cần cho khai thác công trình ngầm,

c) Giai đoạn kết thúc: tiến hành các công tác trang trí và lắp thiết bị, tháo

dỡ công trình và nhà tạm, khôi phục mạng lưới kỹ thuật đô thị và hoàn thổ...

Kiểm tra chất lượng thi công công trình ngầm phải theo hồ sơ thiết kế và gồm các quá trình kiểm tra địa kỹ thuật (địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, địa sinh thái) khi xây dựng và kiểm tra chất lượng của vật liệu và kết cấu chống giữ thành hố đào.

Căn cứ để lựa chọn kết cấu tường chắn cho hố đào mở khi thi công CTN

là:

- Kích thước CTN trên mặt bằng và độ sâu; - Điều kiện ĐCCT và ĐCTV; - Điều kiện và khả năng thi công; - Điều kiện môi trường, sinh thái, điều kiện khống chế biến dạng công

trình lân cận ;

- Mức độ an toàn, thông qua việc chọn hệ số an toàn (tường tạm hay tường

vĩnh cửu);

- Các yếu tố kinh tế. Phân tích toàn diện các yếu tố trên (có khi cả yếu tố phụ), dựa vào cấp an toàn của hố đào như nêu ở bảng 2.6, có thể chọn lựa kết cấu chắn giữ theo các nguyên tắc sau:

(1) Trong điều kiện bình thường thì cấu kiện của chắn giữ hố đào (như tường chắn, màn chống thấm và neo) không được vượt ra ngoài phạm vi vùng đất được cấp cho công trình, nếu không, phải có sự đồng ý của các bộ phận chủ quản sở hữu (Trung ương hoặc địa phương) hoặc của chủ đất kế cận;

(2) Cấu kiện của kết cấu chắn giữ thành hố đào không làm ảnh hưởng đến

việc thi công bình thường các kết cấu chính của công trình.

Bảng 2.6. Cấp an toàn hố đào và hệ số tầm quan trọng hố đào β

Cấp an toàn

Hậu quả phá hoại

Cấp I

1,10

Cấp II

1,00

Cấp III

0,90

Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng vừa phải. Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng không nghiêm trọng.

Chú ý: Với những công trình đặc biệt cấp an toàn hố đào có thể căn cứ vào tình hình

thực tế để xác định.

Theo điều kiện đất nền và điều kiện thi công, có thể tham khảo phạm vi áp

dụng các loại tường chắn ở bảng 2.7.

§µo th¼ng ®øng §µo cã dèc

(A) §µo hè kh«ng cã ch¾n gi÷

§µo kiÓu con s¬n (Cã neo kÐo, kh«ng cã neo kÐo)

§µo cã dèc khi kh«ng cã níc ngÇm §µo cã dèc tho¸t níc b»ng m¸ng hë §µo cã dèc khi h¹ mùc níc b»ng giÕng Cäc b¶n thÐp, cäc èng thÐp CÊu thµnh bëi cäc nhåi BTCT (cäc xÕp dµy, cäc xÕp tha), têng ch¾n ®Êt tæ hîp bëi mét hµng hoÆc hai hµng - cäc nhåi khoan lç vµ b¬m v÷a hoÆc cäc trén ®Êt v«i, cäc b¬m quay ) Têng liªn tôc ngÇm

Têng liªn tôc ngÇm BTCT Têng liªn tôc ngÇm ®Êt v«i cã cèt (SMW)

KÕt cÊu ch¾n gi÷ b»ng giÕng ch×m Têng ch¾n ®Êt kiÓu träng lùc

(B) §µo hè cã ch¾n gi÷

Cäc gi÷ ®Êt cèt cøng §µo kiÓu kÕt cÊu ch½n gi÷ h×nh vßm §µo kiÓu ch¾n gi÷ bªn trong (hÖ thèng trong ®îc t¹o thµnh bëi dÇm ngang däc theo mÆt b»ng, èng thÐp, cäc) bao gåm 1 tÇng chèng, nhiÒu tÇng chèng §µo kiÓu kÕt cÊu ch¾n gi÷ víi neo ®Êt (cäc ch¾n ®Êt, kÕt cÊu neo gi÷ mét tÇng, nhiÒu tÇng, ®inh ®Êt kiÓu thanh neo cã t¹o lùc neo b»ng dù øng lùc vµ kh«ng dù øng lùc )

Bảng 3.7 Ph©n lo¹i theo ph¬ng ph¸p ®µo hè

§Çu tiªn ®ãng cäc b¶n - ®µo ë phÇn gi÷a - ®æ bª t«ng CTN ë gi÷a vµ c¸c kÕt cÊu ngÇm - thanh chèng chÐo vµ chèng ngang - råi l¹i ®µo ®Êt xung quanh thi c«ng tiÕp

(KÕt hîp ph¬ng thøc A.B) (D) §µo b»ng ph¬ng ph¸p ngîc vµ b¸n ngîc (top-down) - Tríc tiªn lµm cäc nhåi bª t«ng hoÆc têng råi lµm b¶n sµn bª t«ng tõ trªn xuèng, lîi dông nã lµm kÕt cÊu ch¾n gi÷ (E) §µo cã gia cè khèi ®Êt thµnh hè vµ ®¸y hè

§µo b¬m v÷a gi÷ thµnh, ®µo cã mµng ho¸ chÊt gi÷ thµnh, ®µo cã xi m¨ng ®Êt líi thÐp gi÷ thµnh §µo cã ®inh ®Êt gi÷ thµnh (bê thµnh ®Æt thÐp phun bª t«ng) §µo phun neo bª t«ng gi÷ thµnh (hoÆc phun neo cã thanh neo gi÷ thµnh) §µo víi cäc rÔ c©y d¹ng líi gi÷ thµnh §µo gia cè b»ng b¬m v÷a dïng ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng ë ®¸y hè (hoÆc kÕt hîp víi cäc ch¾n ®Êt )

(F) §µo gi÷ thµnh b»ng biÖn ph¸p tæng hîp - hè mãng ®îc ®µo b»ng c¸ch cã mét phÇn ®Ó m¸I dèc, cã mét phÇn gi÷ thµnh

Kết cấu tường chắn giữ thành hố đào sâu có thể phân loại theo đặc điểm

chịu lực như ở bảng 2.8 và theo chức năng kết cấu như ở bảng 2.9.

Cäc B¶n

cÊu KÕt gi÷ chèng chÞu lùc bÞ ®éng

thÐp

èng Têng Chèng

Chèng ®ì b»ng m¸ng Chèng ®ì b»ng thÐp I Chèng b»ng èng thÐp

cÊu KÕt chèng gi÷ chÞu lùc chñ ®éng

Phun neo ®Ó ch¾n gi÷ (bao gåm b¬m v÷a, kÐo neo) Têng b»ng ®inh ®Êt ®Ó ch¾n gi÷ (bao gåm cµi thÐp gia cêng)

Bảng 2.8. Ph©n lo¹i theo ®Æc ®iÓm chÞu lùc cña kÕt cÊu chèng gi÷ thµnh hè Cäc nhåi BTCT t¹o lç b»ng c«ng nh©n (cã thanh neo) Cäc nhåi BTCT t¹o lç b»ng m¸y Cäc BTCT ®óc s½n Cäc trén s©u Cäc phun quay B¶n thÐp h×nh ch÷ I/b¶n BTCT ch÷ nhËt, ch÷ C... B¶n thÐp h×nh lßng m¸ng ... Cäc èng thÐp (cã thanh neo) Cäc BTCT èng thÐp (cã thanh neo) Têng trong ®Êt b»ng BTCT (®æ t¹i chç/l¾p ghÐp) Têng ch¾n kiÓu träng lùc ®Êt xi m¨ng Chèng gi÷ b»ng thÐp Chèng b»ng BTCT Chèng b»ng gç Chèng b»ng chÊt ®èng bao c¸t

Bé phËn ch¾n ®Êt

KÕt cÊu ch¾n ®Êt, thÊm níc KÕt cÊu ch¾n ®Êt, ng¨n níc

÷ i g n ¾ h c u Ê c t Õ K

Bé phËn ch¾n gi÷ kiÓu kÐo gi÷

Bảng 2.9. Ph©n lo¹i theo chøc n¨ng têng ch¾n 1. Cäc thÐp ch÷ H ch÷ I cã b¶n cµi 2. Cäc nhåi ®Æt tha phñ lªn mÆt xi m¨ng líi thÐp 3. Cäc ®Æt dµy (cäc nhåi, cäc ®óc s½n) 4. Cäc hai hµng ch¾n ®Êt 5. Cäc nhåi kiÓu liªn vßm 6. Cäc têng hîp nhÊt, c¸ch lµm ngîc nhµ ngÇm 7. Ch½n gi÷ b»ng ®inh ®Êt 8. Ch¾n gi÷ b»ng cµi cèt gia cêng 1. Têng liªn tôc trong ®Êt 2. Cäc, têng trén xi m¨ng ®Êt díi tÇng s©u 3. Cäc trén xi m¨ng díi tÇng s©u, thªm cäc nhåi 4. Gi÷a cäc ®Æt dµy thªm cäc phun xi m¨ng cao ¸p 5. Gi÷a cäc ®Æt dµy thªm cäc b¬m v÷a ho¸ chÊt 6. Cäc b¶n thÐp 7. Têng vßm cuèn khÐp kÝn 1. KiÓu tù ®øng (cäc c«ng x«n, têng) 2. Neo kÐo (dÇm, cäc, neo kÐo) 3. Thanh neo vµo tÇng ®Êt 4. èng thÐp, thÐp h×nh chèng ®ì (chèng ngang) 5. Chèng chÐo 6. HÖ dÇm ®ai chèng ®ì 7. Thi c«ng theo c¸ch lµm ngîc (top - down)

Phạm vi sử dụng một số loại tường chắn thông thường được nêu ở bảng 2.10.

H¹ng môc kh¶o s¸t

§iÒu kiÖn ®Êt nÒn

H¹n

§é lón Hè ®µo

B¶ng 2.10. Ph¹m vi ¸p dông mét sè lo¹i têng ch¾n

s©u

§Êt yÕu

Têng cõ Cäc b¶n thÐp nhÑ

§Êt sÐt §Êt c¸t §Êt ngËp níc x

®Êt quanh hè ®µo x

chÕ ån vµ chÊn ®éng ∆

Cäc trô + b¶n ngang

∆

Cäc b¶n thÐp

∆ *

∆ 0

∆

Cäc b¶n

∆ 0

∆

Têng liªn tôc b»ng cäc

Têng xi m¨ng ®Êt Têng liªn tôc + Trô

* *

0 0

∆ (NB.2) 0 * (NB.2)

Têng BTCT liªn tôc

* (NB.2)

∆ (NB.1) 0 ∆ (NB.1) ∆ (NB.1)

Chó thÝch : *: ThÝch hîp ; 0 : trung b×nh; x : kh«ng thÝch hîp; ∆: Ph¶i xem xÐt kü

NB.1- H háng têng trong qu¸ tr×nh ®µo; NB.2- ChÊt lîng bª t«ng khã kiÓm so¸t khi cã dßng níc ngÇm ch¶y víi tèc ®é qu¸ 3m/phót Kết cấu chống giữ hố đào có thể căn cứ vào các điều kiện như công trình xung quanh hố đào, chiều sâu đào, điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn, thiết bị thi công và thời điểm thi công, dựa theo bảng 2.11 để lựa chọn dùng cọc cừ, tường trong đất, tường xi măng đất, tường neo, mái dốc hoặc kết hợp các phương pháp trên.

Cấu tạo kết cấu

Điều kiện thích hợp

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp I, II, III

Cọc hàng hoặc tường liên tục

2. Trong khu vực đất yếu kết cấu con- xôn không vượt quá 5m

3. Khi mực nước ngầm cao hơn đáy hố móng nên dùng hạ mực nước ngầm, cọc hàng kết hợp vách ngăn nước hoặc tường liên tục.

Tường xi măng đất

1. Thích hợp với hố đào mức an toàn cấp II, III

2. Sức chịu tải của đất nền trong phạm vi thi công cọc xi măng đất không nên vượt quá 150kPa

3. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 6m

Tường đinh đất

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp II, III nhưng đất nền không yếu.

2. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 12m

Bảng 2.11 Một số điều kiện lựa chọn kết cấu chống giữ hố đào

3. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm hoặc chắn nước

Tường vòm

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp II, III

2. Không nên dùng cho đất bùn hoặc dạng bùn

3. Tỷ số giữa chiều cao và nhịp vòm không nên nhỏ hơn 1/8

3. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 12m

4. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm hoặc chắn nước

Mái dốc

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp III

2. Hiện trường thi công nên đáp ứng các yêu cầu để tạo mái dốc

3. Có thể dùng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp trên

4. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm

2.2.3. Tính toán ổn định hố đào

Trong thi công hố đào mở, người ta quan tâm đến hai trạng thái giới hạn: trạng thái phá huỷ do cắt của đất, trạng thái chuyển vị của đất. Trạng thái phá huỷ cần được kiểm tra trong quá trình thiết kế hố đào đó là: lật của cả hệ thống (overturn), trượt ngang (sliding), mất khả năng chịu tải của móng, tường bị phá hoại do mô men và lực cắt (bending or shear), mất ổn định của nền đất xung quanh kết cấu (shope failure, overall stability, basal stability). Sự mất ổn định của kết cấu có thể xảy ra trong thời gian ngắn hoặc thời gian dài. Chuyển vị của nền đất trong nền và xung quanh hố đào sinh ra do việc thay đổi ứng suất trong đất do việc đào đất gây ra. Bao gồm hai chuyển vị: ngang (cùng chuyển vị của tường), đứng (chuyển vị của đất xung quanh tường cừ, chuyển vị của đáy hố đào).

Rất nhiều trường hợp hệ thống tường cừ tồn tại cùng sự giảm của ứng suất tổng, vì thế thường tường được tính toán với ứng suất có hiệu và các thông số sức bền của đất cùng với sự thoát nước hoàn toàn (c’, ϕ’). Tường chắn cũng không bảo đảm an toàn khi bị chuyển vị nhiều. Để khống chế chuyển vị người ta thường tính toán với hệ số an toàn cao (từ 1,5 đến 2,0). Trong thiết kế tường cừ bao gồm việc lựa chọn kiểu tường cừ độ sâu ngàm của tường cừ, kích thước của

tường cừ, xác định hệ thống chống, neo, dự báo biến dạng của tường, kiểm tra ổn định của hố đào. Trong đó các vấn đề cơ bản phải thực hiện tính toán là:

- Áp lực đất, thanh chống, tải trọng neo, mô men uốn của tường. - Chuyển dịch của đất nền xung quanh hố đào. - Ổn định của hệ tường cừ, thành và đáy hố đào

2.2.3.1 Áp lực đất

1. Áp lực đất và áp lực nước dưới đất 2. Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng

3. Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo

4. Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chính thì phải kể lực động

Thông thường có thể chia làm 3 loại: tải trọng thường xuyên, tải trọng thay đổi và tải trọng đặc biệt. Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ, chủ yếu gồm có: trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng); giữ tường chắn v.v... đất; Tùy theo kết cấu chắn giữ hố móng khác nhau cũng như điều kiện đất nền mà các loại tải trọng sẽ xuất hiện ở các dạng khác nhau: tải trọng cục bộ ở gần hố đào, tải trọng phân bố đều trên một diện hữu hạn, tải trọng hình băng.

a. Áp lực đất lên tường chắn

Hình 2.1. Tải trọng lên công trình ngầm: a) dài hạn b) ngắn hạn

Khi tính toán lực tác dụng lên tường chắn người ta tạm chia ra loại tường làm việc trong thời gian ngắn, từ khi thi công xong công trình ngầm thì tháo dỡ hoặc không giữ vai trò gì đối với công trình vĩnh cửu và loại tường chắn phải làm việc lâu hơn do thời gian thi công kéo dài (thường được xem là trên 1 năm) hoặc nó sẽ là một bộ phận của công trình ngầm như tường ngầm của ga tàu điện ngầm, tường của colectơ, tường ngoài của tầng ngầm nhà cao tầng v.v... (xem hình 3.1)

Pradel (1914) đã phân làm 3 phương pháp xác định áp lực đất: - Các phương pháp dựa vào lý thuyết dẻo (Rankine 1857, Brinch – Hansen

1953, Sokolovski 1960, Chen 1975…)

- Các phương pháp dựa vào điều kiện cực hạn của cung trượt (Coulomb

1773, Fanba 1957, Bang 1985…)

- Các phương pháp dựa vào mô hình nền xây dựng trên cơ sở quan hệ ứng suất - biến dạng của nền đất, sau đó sử dụng kỹ thuật số như sai phân, phần tử hữu hạn để giải.

Nhìn chung các phương pháp sử dụng để xác định áp lực đất đều phụ thuộc nhiều yếu tố đó là: tính chất cơ lý của đất, thời gian thành tạo của đất, tải trọng tác dụng tương tác giữa tường cừ và đất (phần tử tiếp xúc) và tính chất biến dạng của đất - tường cừ.

Việc xác định áp lực đất cần phải làm rõ khi nào thì áp lực đất đạt trạng thái chủ động (active). Theo Bjerrum 1972 đối với đất sét từ dẻo chảy đến dẻo mềm khi chuyển dịch của tường đạt 0,1% ÷ 2% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt trạng thái chủ động. Weissenbach 1985 nghiên cứu đất cát, khi tường có chuyển vị 0,1% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt trạng thái chủ động. Das 1987 chỉ ra khi chuyển vị của tường đạt 5% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt trạng thái bị động (passive). Tuỳ vào hình thức chống, neo giữ, sự phân bố áp lực đất có các hình thức khác nhau, điều này rất khó xác định trong quá trình tính toán.

b. Phản lực của thanh chống Để xác định phản lực thanh chống cần đơn giản hoá sơ đồ phân phối áp lực đất xung quanh tường chắn, bố trí các vị trí của thanh chống. Có thể sử dụng các phương pháp đơn giản của Peck 1969, Terzaghi và Peck 1967, Mant 1978, Fang 1991…Để xác định mô men uốn của tường cừ và thiết kế tường cừ có thể căn cứ vào việc lấy tải trọng là giá trị lớn nhất do các thông số sức bền của đất tính ra. Cũng có thể xác định thông qua việc xác định độ ngàm của tường trong tính toán ổn định.

c. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố áp lực lên tường chắn •. Độ cứng của tường • Ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn đối với áp lực đất. Có thể xuất

- Khi đỉnh tường cố định, đầu dưới tường dịch chuyển ra phía ngoài, áp

- Khi hai đầu trên và dưới tường cố định nhưng phần giữa tường vồng ra

Hiện tại việc thiết kế tường chắn đều theo trạng thái giới hạn. Theo tiêu chuẩn của Anh (BS 8002) thì tường ở trạng thái giới hạn sử dụng chỉ được chuyển vị nhỏ hơn 0,5% của độ cao tường, khi dùng ứng suất tổng thì hệ số huy động M không được nhỏ hơn 1,5, khi dùng ứng suất có hiệu thì hệ số M lấy bằng 1,2 và chuyển vị ngang của tường cho phép đến 0,5% độ cao tường. hiện mấy loại tình huống sau đây (hình 2.2): lực đất có hình parabol (hình 2.2.a); phía ngoài, áp lực đất có hình yên ngựa (hình 2.2.b);

- Khi tường dịch chuyển song song ra phía ngoài, áp lực đất có hình

- Khi tường nghiêng ra phía ngoài, quay theo điểm giữa của đoạn dưới

- Chỉ khi tường chắn hoàn toàn không dịch chuyển mới có thể sinh ra áp

d. Ảnh hưởng của kết cấu chắn giữ. Petros Pxanthakos (Mỹ) nêu ra 4 loại kết cấu chắn giữ có quan hệ với áp

parabol (hình 2.2.c); tường sẽ gây ra áp lực đất chủ động bình thường (hình 2.2.d); lực tĩnh (hình 2.2.e). lực đất lên tường như: - Không có thanh chống, chân tường ngàm cố định; - Có một tầng thanh chống và chân tường ngàm cố định; - Có một tầng thanh chống, chân tường xem là tự do; - Có nhiều tầng thanh chống. e. Ảnh hưởng của quá trình thi công đào + chống/neo. Áp lực đất lên tường chắn của hố đào có quan hệ đến quá trình thi công đào, chống hoặc neo tường cùng với tính chất của đất và loại hình kết cấu chắn giữ. Khi tiếp tục tăng hoặc giảm lực ở thanh chống thì từ tầng thanh chống thứ 2 trở xuống sẽ phát sinh ra biến dạng tương ứng và sẽ dẫn đến sự thay đổi mới áp lực đất. f. Ảnh hưởng của thời gian. Khi cần nghiên cứu những ảnh hưởng nói trên trong tính toán thường phải thông qua mô hình tương ứng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính khác nhau (nhờ các phần mềm chuyên dụng) cho phép người thiết kế giải quyết những vấn đề phức tạp gặp phải trong thực tế. Một trong các phần mềm tốt nhất về vấn đề tính toán hố đào là phần mềm PLAXIS…

Hình 2.2. Ảnh hưởng của tường chắn với áp lực đất

2.2.3.2 Tường chắn

1. Tính toán tường chắn như một cấu kiện chịu áp lực đất Sự làm việc của tường chắn như một kết cấu chịu áp lực đất phụ thuộc không những bản thân kết cấu tường mà còn phụ thuộc vào phương pháp thi công hố đào, trình tự thực hiện thi công cũng như chất lượng công tác thi công. Tính toán kết cấutường chắn nhằm đảm bảo yêu cầu cường độ và ổn định bản thân tường dưới tác dụng của áp lực đất trước và sau tường. Sơ đồ làm việc của tường được lựa chọn chủ yếu căn cứ vào theo biện pháp và trình tự thi công. Các phương pháp tính sau đây có thể coi là tiêu biểu.

−

c K

a. Phương pháp cân bằng tĩnh. Phương pháp cân bằng tĩnh áp dụng cho phân tích tường chắn được coi là “ngàm” trong đất dựa vào các phương trình cân bằng tĩnh học áp lực đất hai phía và cân bằng mô men tĩnh đối với đáy tường để xác định chiều sâu tối thiếu đảm bảo ổn định tường. Hệ số áp lực chủ động và bị động, giá trị áp lực đất tương ứng xác định theo công thức Rankine (1857) có dạng:

p a

σ= K a v

c K

(2.1)

σ= K p v

(2.2) Và

−

0 (45

Trong đó Ka= hệ số áp lực đất chủ động.

ϕ ) 2

(2.3)

0 (45

Trong đó Kp= hệ số áp lực đất bị động.

ϕ ) 2

(2.4)

Sơ đồ chuyển vị và biểu đồ áp lực đất lên tường có dạng như trên hình 3.3.

−

+ ) 4

1 p

( E y e a

1 p

2 E a

−

)

β y

a và 3.3.b. Độ sâu ngàm cần thiết, t0, là nghiệm của phương trình bậc 4:

4 0

2 0

e 1 a

1 p

e 1 a β

E a β

6 E a 2 β

e 1 a 2 β

  

  

(2.5)

Trong đó: t0, y – xem hình 3.3; Ea = tổng áp lực đất chủ động xác định từ hiệu áp lực đất bị động và áp lực đất bị động và áp lực đất chủ động trên toàn bộ chiều sâu tường;

−

2 0 [tan (45

)

2 0 tan (45

)]

β γ= n

ϕ n 2

nγ - Trọng lượng riêng của đất ở lớp thứ n. nϕ - Góc ma sát trong của đất ở lớp thứ n.

(2.6)

Mô men uốn trong tường cũng xác định được theo phương pháp kết cấu

thông thường.

−

Hình 2.3. Sơ đồ chuyển vị và áp lực đất lên tường trong phân tích cân bằng tĩnh. a, b. theo sơ đồ của Rankine, c. theo đề nghị của Blum

3 0

E a −

6 K

) )

γ (

)

(2.7) b. Phương pháp Blum. Blum đề nghị thay áp lực đất bị động ở phần chân tường phía ngoài bằng lực tập trung tác dụng ở chân tường như trên hình 3.3.c. Việc xác định độ sâu ngàm cần thiết trở nên đơn giản hơn nhờ bậc của phương trình xác định đã giảm xuống bậc 3 có dạng: − E l a 6 ( a γ − K K (

)

Trong đó: l = khoảng cách từ mặt đất đến điểm có áp lực zero,

K a −

)

(2.8)

K a −

a = Khoảng cách từ mặt đất đến điểm đặ của Ea ,

`c. Phương pháp đường đàn hồi. Phương pháp đường đàn hồi có thể áp dụng cho tường ngàm tự do lẫn tường có chắn cho phép xác định cả chiều sâu cắm tường vào đất dưới đáy hố đào lẫn mô men uốn lớn nhất trong tường. Thực chất của phương pháp đàn hồi và sử dụng đồ họa xác định gần đúng gần độ sâu ngàm cần thiết trên nguyên tắc đa giác lực tác dụng lên tường đóng kín. Việc thực hiện được tiến hành theo các bước sau:

- Chọn độ sâu ngàm bất kỳ (cho bước thử ban đầu), t0 - Tính áp lực đất lên hai phía tường chia tường theo chiều cao làm nhiều đoạn, thay áp lực đất trên từng đoạn bằng các lực tập trung tác dụng tại trọng tâm biểu đồ áp lực đất vẽ đa giác lực và đa giác dây tương ứng theo tỷ lệ xích chọn thích hợp. Đa giác lực sẽ khép kín thỏa mãn điều kiện cân bằng tĩnh học khi độ sâu ngàm t0 đã chọn đúng. Trường hợp đa giác lực chưa khép chứng tỏ độ sâu t0 chọn ban đầu chưa thích hợp, cần thay đổi và vẽ lại từ bước 2. - Xác định giá trị và điểm đặt của E’p trên đa giác lực đã khép kín cũng như độ sâu ngàm cần thiết xác định mô men uốn lớn nhất và vị trí của nó theo sơ đồ trên đa giác dây với tỷ lệ xích đã chọn.

d. Phương pháp Sachipana. Sachipana phân tích tường có nhiều tầng

chống thực hiện trong đất dính dựa vào các giả thiết sau: - Thân tường là một kết cấu đàn hồi dài vô hạn - Áp lực đất từ đáy hố đào trở lên phân bố theo luật tam giác, từ đáy hố trở xuống phân bố đều. - Áp lực đất bị động phía trước tường (dưới đáy hố đào) gồm hai vùng phân biệt: vùng cân bằng giới hạn (đã biến dạng dẻo) và vùng đàn hồi. - Vị trí chống không thay đổi, lực trong văng chống không thay đổi Việc tính toán dựa vào hai phương trình cân bằng tĩnh học (cân bằng lực theo phương ngang và cân bằng mô men lấy với chân tường) cho từng giai đoạn đào và đặt văng chống cho đến khi hoàn thành đào hố.

e. Phương pháp biến dạng. Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng ở Nhật bản với các giả thiết cơ bản tương tự phương pháp Sachipana với một thay đổi về giả thiết áp lực đất phía bị động: giá trị áp lực đất phía bị động tỷ lệ thuận với dịch chuyển của tường. Giải phương trình đường trục võng đàn hồi của tường ứng với điều kiện biên xuất hiện tại từng giai đoạn thi công, nội lực thân tường và lực nén trong văng chống được xác định được dùng làm căn cứ thiết kế/kiểm tra kết cấu tường và văng chống. f. Phương pháp lý luận cùng biến dạng. Tường trong trạng thái ban đầu chịu áp lực tĩnh cân bằng từ hai phía. Trong quá trinh đào hố móng, tường bị dịch chuyển làm thay đổi áp lực đất từ hai phía dần đạt tới giá trị áp lực đất chủ động nhỏ nhất pa và áp lực đất bị động lớn nhất pp. Giá trị áp lực đất tại một vị trí bất kỳ thay đổi cùng sự biến dạng của tường được xác định theo công thức:

< < p

δ ,

p K p 0 a

(2.9)

Trong đó, p0 = áp lực tĩnh lên tường, p0=K0γz; K0 = hệ số áp lực đất tĩnh. Đối với đất rời, K0 có thể xác định theo góc ma sát trong hữu hiệu theo công thức thực nghiệm của Jaky (1994):

(2.10) K0= 1-sinϕ’

OCR

hoặc theo công thức của Alpan (1967) đối với đất quá cố kết: )a (2.11)

trong đó, K0,NC = hệ số áp lực đất ở trạng thái cố kết bình thường; K0,NC = hệ số áp lực đất tĩnh của đất quá cố kết; OCR = hệ số quá cố kết của đất; P - áp lực đất thực tác dụng lên tường; K - hệ số nền theo phương ngang; δ - dịch chuyển ngang của tường.

g. Nhận xét chung. Việc tính toán tường chắn như một cấu kiện độc lập chịu sự tác dụng của áp lực đất xuất hiện trong quá trình thi công hố đào mặc dù có nhiều nghiên cứu cải tiến nhưng rõ ràng không phù hợp với sự làm việc thực tế của công trình trong đó tường và đất xung quanh luôn luôn tồn tại sự tương tác, phụ thuộc lẫn nhau. Hệ quả của việc đơn giản hóa mô hình phân tích là sự an toàn của công trình trong quá trình thi công cũng như ảnh hưởng của việc thi công hố đào đến các công trình lân cận không thể kiểm soát được hoặc phải rất tốn kém. Các phương pháp tính thuộc loại này nói chung chỉ nên áp dụng cho những trường hợp hố đào sâu mà ở đó ít có nguy cơ xảy ra tai biến công trình hoặc việc phân tích phù hợp hơn trong đó có xét đến sự làm việc đồng thời của tường với đất nền không đem lại lợi ích đáng quan tâm. Trong những trường hợp khác, phân tích hố đào coi tường chắn như một cấu kiện độc lập chịu tác dụng của áp lực đất chỉ nên được sử dụng trong phân tích sơ bộ để tìm lời giải xấp xỉ ban đầu. 3.1.2.2. Tính toán tường chắn cùng làm việc đồng thời với đất

a. Phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Áp lực đất lên tường thực tế phụ thuộc vào mức độ dịch chuyển của tường. Khi đất chuyển từ trạng thái cân bằng đàn hồi (tường không chuyển vị) sang trạng thái chủ động, hướng ứng suất chính không thay đổi, giá trị của nó giảm xuống gây ra biến dạng ngang của đất nhỏ hơn nhiều so với khi chuyển sang trạng thái bị động (hướng ứng suất chính xoay

một góc 900 trong đó ứng suất theo phương ngang tăng lên nhiều). Chuyển vị của chân tường do đó chưa đạt đến trạng thái giới hạn bị động. Việc áp dụng lý thuyết cân bằng giới hạn một mặt không đảm bảo ổn định của tường (vì áp lực đất bị động ở chân tường chưa đạt tới giá trị tính toán), mặt khác kết cấu bản thân tường lại quá lãng phí (vì được tính với giá trị áp lực lớn). Để giải quyết mâu thuẫn này, mô hình dầm trên nền đàn hồi cục bộ được đề xuất áp dụng trong đó thay nền đất tiếp xúc hai bên tường bằng các lò xo đàn hồi độc lập thoe mô hình Winkler (1867). Tư tưởng của phân tích dầm trên nền đàn hồi chủ yếu như sau:

Nền đất được mô phỏng bằng hệ lò xo có độ cứng

ks= p/δ

Đối với một đoạn tường có bề rộng đơn vị (thường là 1m) và chiều dài di

trong đó p - tải trọng gây ra chuyển vị δ; ks - độ cứng của lò xo thay thế nền đất còn được gọi là mô đun phản lực nền. được thay thế bắng lò xo đàn hồi độ cứng Ksi xác định theo công thức:

s i ,

k d si

, s i

k d si

d E 0 i 2 − υ ω ) 0

(2.12)

Trong đó, ksi = mô đun phản lực nền tại độ sâu đang xét; E0 = mô đun biến dạng của đất; v0 = hệ số biến dạng ngang của đất; ω = hệ số phụ thuộc tỉ lệ giữa chiều dài di với bề rộng tường.

Hình 2.4. Sơ đồ dầm đàn hồi phân tích tường chắn

Sơ đồ thay thế áp lực đất từ hai phía và văng chống bằng các lò xo có độ cứng tương ứng và dầm thay thế tường chắn được thể hiện trên hình 2.4. Trước khi đào, áp lực hai phía cân bằng ở trạng thái tĩnh. Giả sử việc đào đảm bảo được tường hoàn toàn không chuyển dịch, áp lực tĩnh lên tường có dạng như hình 2.4.c chứng tỏ sự mất cân bằng. Sự mất cân bằng áp lực như vậy suất hiện khi đào làm cho tường bị biến dạng và làm thay đổi áp lực đất lên tường dần đến trạng thái cân bằng mới như trên hình 2.4.c.

b. Phương pháp số gia. Phương pháp số gia được dùng để phân tích đơn giản tường trong điều kiện thi công có nhiều tầng hoặc nhiều tầng neo có xét đến sự làm việc đồng thời giữa tường, thanh chống/ neo và đất. Trong phương pháp này phần đất chưa đào và hệ văng chống được thay thế bằng các lo xo tương ứng có độ cứng đàn hồi K phụ thuộc độ cứng của đất, của hệ văng chống. Khi việc đào đất được gia tăng theo độ sâu trong quá trình thi công, các lò xo thay thế đất dần bị mất đi, nội lực tương ứng chuyển dần sang hệ văng chống và các lò xo đất còn lại sẽ làm thay đổi chuyển vị của tường cũng như của đất cho đến khi quá trình thi công kết thúc.

c. Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh chống. Trong phương pháp này kết cấu chắn (tường, hệ văng/neo) được chia thành các phần tử

thanh dầm. Áp lực đất phía chủ động đóng vai trò tải trọng lên hệ với giá trị áp lực đất chủ động phân bố tam giác cho phần trên đáy hố đào và phân bố đều cho phần dưới; đất phía bị động thay thế bằng các gối tựa đàn hồi có độ cứng K xác định theo (3.12). Ma trận độ cứng của phần tử thanh dầm xác định theo công thức:

(2.13)

Trong đó, [K]c - ma trận độ cứng của phần tử; A - diện tích tiết diện ngang tường với bề rộng đơn vị; I - mô men quán tính tương ứng; l - độ dài phần tử (di); E - mô đun đàn hồi của vật liệu tường.

Ma trận độ cứng của hệ văng chống hoặc neo có dạng như sau khi coi

phân tử chỉ có một bậc tự do:

(2.14)

Trong đó, E - mô đun đàn hồi của vật liệu chống hoặc neo; A - diện tích tiết diện phần tử; 1- chiều dài phần tử.

Hình 2.5 : Sơ đồ phân tích tử dầm: nội lực và chuyển vị nút

d. Phương pháp phần tử hữu hạn tổng thể hai chiều. Chia vùng ảnh hưởng của việc đào hố bằng các lưới (tam giác hoặc hình chữ nhật) để tạo thành các phần tử. Mỗi phân tử xác định bởi tọa độ các đỉnh gọi là các nút. Chuyển vị của các nut trên phần tử, {q} liên hệ với chuyển vị tại một điểm bất kỳ bên trong phẩn tử bởi phương trình:

ε { }=[d]{ }=[d][f]{ }=[B]{ } q

{u} = [f] {q} (2.15) Trong đó. {u} - vector chuyển vị tại một điểm bất kỳ trong vùng phân tích; [f] - hàm hình dạng chuyển vị; {q} - ma trận chuyển vị nút.

Ma trận biến dạng tại một điểm xác định theo biểu thức: (2.16)

Theo nguyên lý công khả dĩ, ma trận độ cứng của phần tử xác định theo

T [K ]= [B] [D][B]dV

Trong đó, [d] - toán tử vi phân tuyến tính riêng phần; [B] - ma trận liên hệ giữa biến dạng với chuyển vị nút. công thức:

∫

(2.17)

Trong đó [D] - ma trận quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử (đất nền, tường chắn, văng chống...) xây dựng theo mô hình nền lựa chọn. Tổ hợp các ma trận độ cứng của các phần tử trong hệ tọa độ tổng thể ta thiết lập được ma trận độ cứng [K] của hệ do đó ma trận chuyển vị nút {q} là nghiệm của phương trình:

[K] {q}= {P} (2.18)

Trong đó. {P} - ma trận các tải trọng ngoài xuất hiện do đào hố hoặc tải trọng nút tương đương.

(2.19) {σ} = [D] {ε}

e. Nhận xét chung 1. Các phương pháp phân tích tường chắn như dầm trên nền đàn hồi cục bộ dựa vào lời giải phương trình vi phân trục dầm thuận lợi cho trường hợp nền đồng nhất hoặc có mô đun phản lực nền thay đổi tuyến tính, không có hệ thống chống ngang. Lời giải có sẵn của bài toán cọc chịu tải trọng ngang có thể áp dụng trực tiếp hoặc có số hóa. Trường hợp nền nhiều lớp, nhiều hệ văng chống ngang, bài toán trở nên phức tạp hơn và chỉ có thể có được lời giải theo phương pháp số, trình tự thực hiện và nội dung tương tự phương pháp lý luận cùng biến dạng với khả năng mở rộng linh hoạt hơn nhờ quan hệ ứng suất – biến dạng không bị ràng buộc. Trong số đó phương pháp số gia dựa vào quan hệ ứng suất – biến dạng của nền theo mô hình đàn hồi tuyến tính thường kém chính xác, đặc biệt là khi mô tả chuyển vị ngang của đất. 2. Phương pháp PTHH coi tường như hệ thanh trên nền đàn hồi về căn bản tương tự như phương pháp dầm trên nền đàn hồi trong đó tường được phân thành các phân tử có cùng độ cứng, có nút được lựa chọn sao cho chỉ tồn tại sự thay đổi tải trọng, chuyển vị chỉ xảy ra tại nút do đó phần tử trở nên thuần nhất hơn. Việc xuất hiện hệ thống văng chống ngang, neo ... cũng như trình tự và biện pháp thi công có thể được xử lý một cách thuận lợi trong quá trình phân tích. 3. Tất cả các phương pháp phân tích nêu trên mặc dù đã ngày càng trở nên “tiến bộ”, các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu tường chắn được xem xét nhưng vẫn tồn tại nhược điểm chủ yếu là tách rời hoặc “liên kết” lỏng lẻo giữa tường và môi trường đất xung quanh. Sự khiếm khuyết này làm hạn chế khả năng phân tích, không cho phép mô tả đồng thời hiệu ứng quan trọng của quá trình là sự ổn định chung của hệ thống, ổn định đáy hố đào cũng như chuyển dịch của đất xung quanh hố. Các khiếm khuyết này có thể được khắc phục bằng phương pháp PTHH đầy đủ mô tả toàn bộ hệ tường – đất nền bằng các phân tử có liên hệ trực tiếp với nhau trong đó nền đất được mô tả thông qua các mô hình toán học thích hợp với từng điều kiện địa chất công trình cụ thể. 3.1.3. Chuyển vị của đất xung quanh hố đào

Chuyển vị của nền đất trong nền và xung quanh hố đào sinh ra do việc thay đổi ứng suất trong đất do việc đào đất gây ra. Chuyển vị nền bao gồm hai chuyển vị: ngang (cùng chuyển vị của tường), đứng (chuyển vị của đất xung quanh tường cừ, chuyển vị của đáy hố đào).

a. Chuyển vị ngang Chuyển vị ngang phụ thuộc vào chuyển vị của tường (kiểu chuyển vị của tường phụ thuộc vào hệ thống thanh chống, tính chất của nền và thực tế xây dựng).

Độ cứng của hệ thanh chống phụ thuộc vào sức chống ngang của thanh chống hoặc neo, sức chống uốn của tường cừ, hệ chống đứng của hệ tường và neo. Mỗi một hệ thống chống tổ hợp của nhiều thành phần sẽ giải quyết định kiểu biến dạng và chuyển vị của tường cừ.

Theo Burland và Hancook 1977 thì 75% ÷ 85%, tổng biến dạng ngang đạt được trong quá trình sử dụng hệ thống thanh chống khi dùng giải pháp tường trong đất. Theo Day (1994) 50% tổng biến dạng ngang đạt được trong quá trình dùng cọc cừ, ván cừ và neo. Chuyển vị ngang sau khi lắp dựng hệ thống chống thì phụ thuộc vào độ cứng của toàn hệ và tải trọng tác dụng vào nền. Trong quá trình lắp dựng hệ thống chống theo từng giai đoạn đào thì chuyển vị của hệ thống phụ thuộc vào độ cứng của nền. Theo Clough và O’ Rourke 1990, độ chuyển vị ngang lớn nhất của tường trong đất sét cứng, cát có thể đạt 0,2% đến 0,5% độ sâu hố đào.

b. Lún của nền đất xung quanh tường cừ Xác định độ lún của nền đất xung quanh tường cừ rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến sự an toàn các công trình lân cận. Độ lún của nền thường phát sinh trong quá trình thi công.

- Độ lún của nền gây ra do chuyển vị ngang của tường trong quá trình đào. Trong quá trình đào đất do việc tăng áp lực ngang của đất gây ra chuyển vị của tường từ đó gây ra độ lún của nền xung quanh. Độ lớn của độ lún phụ thuộc vào độ cứng và kiểu thanh chống, vị trí trí thanh chống và độ cứng của tường.

Clough và O’Rourke 1990 xác định độ chuyển vị ngang của tường gần bằng 0,2% độ sâu đào thì độ lún của nền là 0,15% độ sâu đào. Trong trường hợp tường trong đất hay tường bằng cọc nhồi thì độ lún lớn nhất bằng 75% độ chuyển dịch ngang của tường. Duncan và Bentle 1998 chứng minh rằng tỷ lệ

giữa độ lún lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất dao động từ 0.25 - 4 phụ thuộc vào cấu tạo và quá trình xây dựng tường cừ và đào.

- Độ lún gây ra trong quá trình thi công tường: Độ lún có thể xuất hiện do quá trình đóng cọc cừ, ép cọc cừ, rung – ép cọc cừ và quá trình khoan tường trong đất. Fujta 1994 cho rằng 50% tổng độ lún gây ra trong quá trình đóng và nhổ cọc cừ Larsen. Trong quá trình thi công tường trong đất, cọc nhồi, độ lún có thể gây ra do quá trình khoan, sự chống đỡ không tốt của bentonite gây ra sập thành hố khoan làm giảm ứng suất ngang của đất (Gumn và Clayton 1992) . Trong quá trình dao động, múc đất cùng gây ra lún nền. Burland và Hancook 1977 cho rằng chuyển vị ngang và đứng trong quá trình thi công tường trong đất, khoan cọc nhồi chiếm xấp xỉ 50% tổng chuyển vị trong đất sét London. Lehar 1993 thấy rằng 60% tổng độ lún gây ra trong quá trình thi công tường trong đất ở đất sét yếu. Clough và O’Rourke 1990 thấy rằng trong quá trình thi công tường trong đất gây ra độ lún từ 5 – 15mm. Wong 1998 thấy rằng độ lún 23.5mm và chuyển vị ngang 45mm của nền gây ra trong quá trình thi công một giếng sâu 55.5m trong đất yếu.

- Độ lún gây ra trong quá trình thi công neo. Trong quá trình thi công neo cũng gây ra độ lún. Độ lún này phụ thuộc vào phương pháp khoan, vật liệu chống đỡ tạm thời, cấu tạo neo. Theo Kemplert và Gebreselassie (1999) thì 70% tổng độ lún sinh ra trong quá trình xây dựng neo trong đất sét yếu.

- Độ lún gây ra do hạ mực nước ngầm: Schweiger và Bremann (1994) thấy rằng 75% độ lún của nền xảy ra do hạ mực nước ngầm trong quá trình thi công công trình, dùng tường trong đất ở đất sét yếu.

Như vậy độ lún của nền xung quanh hố đào gây ra bởi nhiều nguyên nhân. Dự báo độ lún này cần sử dụng phương pháp số cùng mô hình nền (FEM). Tuy nhiên việc xác định sự ảnh hưởng do dao động, do hệ thống chống không phù hợp, các tải trọng do giao thông v.v... cạnh hố đào rất khó xác định.

Cũng có thể sử dụng các phương pháp thực nghiệm để xác định độ lún (Peck 1969). Có một số tác giả thấy rằng độ lún lớn nhất nhỏ hơn 1% độ sâu hố đào đối với cát, sét mềm đến cứng, lớn hơn 2% độ sâu hố đào đối với sét dẻo chảy đến dẻo mềm. Clough và O’Rourke 1990 chứng minh tỷ lệ độ lún và độ sâu hố đào là 0.15% - 0,2% với đất sét mềm đến nửa cứng, trong khi đó Dusan và Bentler 1998 thấy rằng tỷ lệ này dao động 0.4% - 1.3%.

Dự báo độ lún đất nền sau tường là rất quan trọng vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của công trình lân cận. Độ lún đất nền sau tường được tạo ra do: tường bị chuyển vị trong quá trình đào, thi công lắp đặt tường chắn, lắp đặt neo tường và hạ mực nước dưới đất. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Plaxis, đầu vào là những thông số đất nền và mô hình hoá chi tiết kỹ thuật thi công cùng sự phù hợp có thể dự báo hợp lý chuyển vị đất nền.

Có thể tham khảo kết quả phân tích số liệu chuyển vị ngang của tường chắn và lún bề mặt đất do thi công hố đào sâu trong đất yếu (Cu ≤ 75 – 100 kN/m2) cho 530 trường hợp sử dụng trên thế giới theo phương pháp kinh nghiệm được tổng kết như sau:

max thường nằm trong khoảng 0,5% H – 1,0 % H (H là chiều sâu đào), trung bình là 0,87H . Chuyển vị ngang lớn nhất của tường thường được đo ở độ sâu z = 0,5 H – 1,0 H dưới mặt đất.

+ Chuyển vị ngang lớn nhất của tường uh

max thay đổi trong khoảng 0,5 – 1,0.

max thường nằm trong khoảng 0,1 % H – 10 % H, trung bình là 1,1 % H. Độ lún lớn nhất thường xảy ra ở khoảng cách x ≤ 0,5 H sau tường chắn, nhưng có trường hợp trong đất yếu khoảng cách x đến 2,0 H. Tỷ số uv

max / uh

+ Độ lún lớn nhất ở mặt đất sau tường chắn uv

+ Điều kiện đất nền và độ sâu đào là những thông số ảnh hưởng quan trọng nhất. + Chưa chứng minh được ảnh hưởng của các kiểu hệ chống đỡ (neo, vỉ chống, phương pháp top- down) đến chuyển vị của đất nền, tuy nhiên như trông đợi, hệ top – dow có xu thế cho thấy chuyển vị nhỏ nhất.

+ Tường chắn và chuyển vị đất nền dường như không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của tường, từ đó cho thấy nếu tường đủ cứng, chuyển dịch của đất nền bị chi phối bởi các yếu tố liên quan khác và nếu gia tăng thêm độ cứng của tường, kết quả là không phải làm giảm thêm chuyển dịch của tường.

c) Đẩy trồi đáy hố đào: Sự đẩy trồi đáy các hố đào là hiện tượng đáy hố đào bị nâng lên cao hơn cao độ đã đào sau khi hố đào đã hoàn tất đạt đến độ sâu thiết kế. Đây là hiện tượng luôn xảy ra khi thi công đào các hố đào, đặc biệt là các hố đào sâu và trực tiếp làm tăng độ lún của công trình xây dựng. Theo kết quả quan trắc tại một số công trình, đáy hố đào có thể trồi lên đến hàng chục cm. Eδ Ví dụ kết quả quan trắc thực hiện tại thủ đô Mexico, trong đó độ trồi đàn hồi của một hố đào sâu 4,75 m đạt tới 20 cm. Biến dạng của đáy hố đào có thể phát sinh do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó các nguyên nhân chủ yếu là sự

thay đổi của trạng thái ứng suất - biến dạng trong đất và sự thay đổi của độ ẩm của đất.

khác của độ trồi là do biến dạng dẻo

Độ trồi

Quá trình thi công hố đào dẫn đến thay đổi trạng thái ứng suất và biến dạng trong đất nền, trong đó mức độ thay đổi phụ thuộc vào khối lượng đất được đào đi và kích thước của hố móng. Việc xây dựng công trình bắt đầu bằng quá trình dỡ tải và sau đó gia tải trở lại khi xây dựng công trình. Độ trồi phát sinh do Eδ . Một thành phần dỡ tải khi đào đất phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của đất Pδ của đất nền phát sinh khi xảy ra hiện tượng trượt của đất nền quanh hố đào. Khi mặt trượt xuất hiện, đất nền xung quanh có xu hướng chuyển dịch vào bên trong hố làm trồi đáy hố. Thành phần chuyển vị này có thể được loại trừ nếu áp dụng biện pháp chống đỡ thành hố đào thích hợp hoặc khống chế độ sâu đào nhỏ hơn độ sâu giới hạn. Bên cạnh độ trồi do thay đổi của trạng thái ứng suất - biến dạng, nếu việc thi công kéo dài và hố đào ngập nứơc thì đất ở bề mặt đáy hố đào bị thay đổi độ ẩm. Khi các hạt sét Sδ . trong đất hấp thụ nứơc thì thể tích đất tăng lên gây ra độ trồi do trương nở Sδ có thể được loại trừ bằng cách thi công nhanh và tránh không để đọng nước ở đáy hố móng. Trong một số trường hợp độ trồi cũng có thể phát sinh trong quá trình thi công cọc. Nếu việc đóng hay ép cọc được thực hiện sau khi đào hố móng thì độ trồi của đất Dδ do thi công cọc cũng có ảnh hưởng đáng kể đối với sự làm việc của cọc cũng như độ lún của công trình. Vì độ trồi của đáy hố đào có quan hệ trực tiếp đến độ lún của công trình, việc dự báo độ trồi là một bước quan trọng cần phải thực hiện khi thiết kế móng nổi. 3.1.4. Một số vấn đề ổn định của hố đào

Khi đào hố với lượng đất lấy đi khá lớn nên đã làm biến đổi trường ứng suất và trường biến dạng của đất quanh hố đào, có thể dẫn đến mất ổn định nền đất nói chung và mất ổn định cả nền và kết cấu chắn giữ hố đào. Do đó trong thiết kế chống giữ hố đào (gồm tường xi măng đất, cọc bản, cọc nhồi hay tường trong đất ...) đều cần kiểm tra ổn định hố đào, khi cần phải thêm các biện pháp gia cường để nền đất quanh hố đào được ổn định hơn. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị và biến dạng gồm có: - Sức chống cắt không thoát của đất, Cu; - Độ sâu của hố đào, H; - Bề rộng của hố đào, B;

- Độ sâu của lớp đất cứng, T; - Độ sâu của tường trong đất, D; - Độ cứng của tường, EI; - Khoảng cách giữa các tầng thanh chống/neo; - Sự thành thạo trong thi công.

3.1.4.1. Kiểm tra tính ổn định tổng thể Khi đáy hố có tầng đất mềm yếu, thường dùng phương pháp trượt cung tròn để kiểm tra tính ổn định tổng thể của tường chắn, như trình bày trên hình 3.6

Hình 2.6. Sơ đồ kiểm tra tính ổn định tổng thể của tường và nền Hình 2.7. Sơ đồ kiểm tra đùn cát vào hố đào do dòng thấm của lớp cát

Thường thì cung trượt nguy hiểm nhất là ở dưới đáy tường 0,5 – 1m. Khi lớp đất dưới đáy tường là đất rất kém, phải tăng thêm độ sâu tính toán, cho đến khi trị K tăng lên mới thôi. 3.1.4.2. Kiểm tra ổn định thấm của đáy hố đào a. Dòng thấm không có áp. Khi đào hố trong lớp đất bão hòa nước phải quan tâm đến áp lực nước, bảo đảm ổn định của hố, kiểm tra xem trong tình hình chảy thấm thì có thể xuất hiện cát chảy hay không. Khi nước ngầm chảy từ bên dưới mặt đáy hố lên phía trên thì các hạt đất trong nền sẽ chịu lực đẩy nổi của nước thẩm thấu, khi áp lực nước thẩm thấu quá lớn, các hạt đất sẽ ở vào trạng thái huyền phù, tạo ra hiện tượng cát chảy.

Như thể hiện trong hình 2.7 toàn bộ lực thẩm thấu J tác dụng trong phạm

(2.20) J = γwhB

vi phun trào B là: trong đó:

h- tổn thất cột nước trong phạm vi B từ chân tường đến mặt đáy hố đào,

γw – trọng lượng riêng của nước; B – phạm vi xảy ra cát chảy, thường lấy B = D/2. Trọng lượng trong nuớc của khối đất W chống lại áp lực thẩm thấu là: W = γ’DB Trong đó: γ’ – trọng lượng đẩy nổi của đất; D - độ cắm sâu vào đất của tường. Nếu thỏa mãn điều kiện W > J thì sẽ không xảy ra cát chảy, tức phải thỏa

thường có thể lấy h ≈ hw/2; mãn điều kiện:

D h

γ ' γ w

γ 2 ' D γ h w w

Ks = (2.21) =

Trong đó: Ks – hệ số an toàn chống phun trào, thường lấy Ks ≥ 1,5. b. Dòng thấm có áp. Trong lớp đất sét không thấm nước, có một tầng chứa nước, hoặc trong tầng chứa nước tuy không phải là nước có áp, nhưng do đào đất mà hình thành chênh lệch giữa cột nước bên trong và bên ngoài hố đào, làm cho áp lực trong tầng chứa nước ở bên trong hố móng lớn hơn áp lực nước tĩnh. Có thể kiểm tra ổn định chống nước có áp của đất ở đáy hố móng theo công thức sau đây:

P cz P wy

(2.22) Ky =

Trong đó: Pcz - áp lực do trọng lượng bản thân của lớp đất phủ kể từ mặt

hố đào đến mái của tầng nước có áp; Pwy - áp lực cột nước của tầng nước có áp; Ky – hệ số an toàn ổn định chống cột nước có áp, lấy bằng 1,05. Nếu không thỏa mãn yêu cầu chống bùng đáy hố đào do độ sâu của tường chắn không đủ, và lý do kinh tế – kỹ thuật không thể tăng độ sâu của tường, người ta dùng các biện pháp khác để giữ ổn định đáy hố như: Hạ mực nước ngầm, gia cường đáy hố bằng cọc trộn xi măng đất, hay cọc bơm ép vữa hoặc làm màng chống thấm sâu hơn quanh tường chắn v.v... 3.1.4.3. Kiểm tra đẩy trồi nền

1. Phương pháp Terzaghi cải tiến khi hố móng rộng và dài (hình 3.8) được

Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra ổn định trồi đáy hố đào khi chúng được dựa trên những mô hình và giả thiết khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp thường dùng nhất. chống giữ bằng tường trong đất.

Hình 2.9. Sơ đồ kiểm tra sự trồi đáy hố đào theo Eide

- Khi không kể đến độ sâu D của tường và không có tải trọng phân bố ở

5, 7 u

Hình 2.8. Phương pháp Terzaghi cải tiến kiểm tra chống trồi đáy hố B1 = 0,7B; Bs ≤ B1, lớp đất cứng nằm không sâu dưới chân tường mép hố đào:

+ c B c H 2 1 HBγ 1

K = (2.23)

- Khi kể đến độ sâu của tường D và có tải qs ở mép hố đào với Bs ≤B1 = B 2 hoặc B1 = T(T – bề dày lớp đất sét cứng dưới đáy hố), chọn trị nhỏ hơn trong B/ 2 và T. Ta có:

− HB c H

c B 5, 7 u 2 1 − + α (1 )

+ c D q B u s

5, 7

α )

c D 3 u

K1 = (3.24)

+ + + (1 c B c H 1 u + γ HB q B s

(2.25) K2 =

Với K ≥ 1,5. Các ký hiệu trong công thức trên xem hình 2.8. Từ các công thức (2.23) – (2.25) ta thấy: - Theo (2.23): Không kể đến ảnh hưởng độ sâu của tường, hình dạng hố

đào và độ cứng của tường;

- Theo (2.24) và (2.25): cũng mới kể được ảnh hưởng của độ sâu hố đào

) /

C N ub

C D 2 (1 A + γ H q

2. Phương pháp Eide cải tiến Khi hố đào hẹp với bất kỳ loại tường cừ nào (hình 3.9) để kiểm tra ổn định B L B D. trồi đáy hố đào, Eide đưa ra công thức sau: / (2.26) Fs =

Trong đó: - Các ký hiệu xem ở hình 2.9; Nc - hệ số, lấy như sau: + Khi (H + D)/B < 2,5: Nc ≈ 5 (1 + 0,2B/L) [ 1 + 0,2 (H + D)/B]; + Khi (H + D)/B ≥ 2,5: Nc ≈ 7,5 (1+0,2B/L) - β – hệ số phục thuộc vào tỷ số T/B, lấy theo bảng 2.12.

Bảng 1.12. Trị hệ số β

T/B β 0,15 1,60 0,2 1,34 0,3 1,16 0,4 1,08 0,5 1,04 0,6 1,02 ≥ 0,7 1,0

2.3 Ổn đinh của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào kín 2.3.1 Áp lực đất đá

Áp lực của khối đá quanh công trình lên vỏ chống được gọi là áp lực đá hoặc áp lực địa tầng. áp lực đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất của đá, trường ứng suất ban đầu, các điều kiện địa chất - kỹ thuật và công nghệ chống đỡ. Trong các công trình ngầm, áp lực đá có thể xuất hiện theo nhiều hướng khác nhau tùy theo từng điều kiện cụ thể. Các phương pháp tính áp lực đá có thể được chia thành 2 nhóm chính: nhóm các phương pháp tính theo tải trọng cho trước và nhóm các phương pháp tính theo ứng suất biến dạng của hệ đá-hệ chống đỡ. Các phương pháp thuộc nhóm thứ nhất giả thiết rằng áp lực đá lên hệ chống đỡ là một ngoại lực được gây nên bởi trọng lượng của khối đá hoặc một phần khối đá ở phía trên công trình. Trị số của nó là một hàm số của tính chất cơ lý của đá, kích thước hầm, chiều sâu bố trí hầm. Các phương pháp thuộc nhóm thứ hai tính áp lực đá dựa trên mối quan hệ tương hỗ giữa đá và hệ chống đỡ. Có rất nhiều phương pháp xác định áp lực đất đá, sau đây là một số phương pháp phổ biến.

2.3.1.1 Phương pháp Terzaghi.

Khi đào đường hầm, trên nóc hầm xuất hiện vòm cân bằng, trọng lượng của đất đá trong vòm đó gây ra áp lực đất đá. Terzaghi xác định kích thước của vòm đó dựa vào chiều rộng và chiều cao của hầm (1946), Deere và Rose đã cải biên như bảng 13.

RQD

Phản ứng của đất đá

Cấp đất đá

Chiều cao vùng suy yếu

1 - Đá cứng cấu tạo khối

95 - 100

0,0

Có thể có nổ đá, sập lở nhỏ, không có áp lực bên sườn hầm. Cần vỏ hầm nhẹ chỉ khi xảy ra nứt vỡ hoặc nổ đá

2- Đá cứng phân lớp ngang

90 – 99

0 - 0,5b

0 - 0,25b

85 - 95

3- Đá khối, phân lớp đứng

Sập lở nóc, không có áp lực bên sườn hầm. Cần kết cấu chống đỡ nhẹ, chủ yếu để chống nứt vỡ. Tải trọng có thể thay đổi đột ngột từ điểm này sang điểm khác

75 - 85

0,25b - 0,2(b+h)

Không có áp lực bên

4 - Đá cứng, tương đối phân khối, phân lớp

30 - 75

(0,2 - 0,6)(b+h)

5 - Đá phân khối, phân lớp mạnh

Nóc không ổn định, áp lực bên sườn hầm từ nhỏ đến trung bình

3 – 30

(0,6 – 1,1)(b+h)

6- Đá hoàn toàn vỡ vụn nhưng nguyên vẹn về thành phần khoáng hóa

Áp lực bên đáng kể. ảnh hưởng làm mềm của độ thấm nước vào đáy hầm đòi hỏi phải có kết cấu chống đỡ liên tục cho phần dưới vì thép hoặc vì tròn

0 - 3

(1,1 - 1,4)(b+h)

6b – Cát, sỏi

KAD

(1,1 – 2,1)(b+h)

7- Đá co ép nằm tương đối sâu

Áp lực bên lớn. Cần có các thanh giằng vòm ngược. Đề xuất sử dụng vì tròn.

KAD

8 - Đất dính ở độ sâu lớn

2,1 - 4,5(b+h)

Không ổn định, áp lực bên sườn lớn. Cần có các thanh giằng vòm ngược. Đề xuất sử dụng vì tròn.

Hình 2.10. Khái niêm về áp lực đá của Terzaghi Bảng 2.13. Phân loại áp lực đá mới theo Terzaghi

KAD

9 – Đất đá trương nở

Tới 75m không phụ thuộc vào (b+h)

Không ổn định, áp lực bên sườn lớn. Cần vì tròn, trong trường hợp đặc biệt sử dụng chống đỡ chống cong oằn.

− 1

exp

)

−γ

−

B, 50

λ− 2

Ghi chú: Bảng phân loại này đã được cải biên bởi Deere et al (1970) và Rose (1982) Chiều cao Hp, b, h được tính bằng feet và chiều sâu lớn hơn 1,5(b+h) Áp lực đá lên vòm hầm được xác định theo công thức sau: C 2 B

H B

 tg( ϕλ 

  

  

  

 1  

  

(2.27)

trong đó: H- độ sâu đặt công trình; λ- hệ số áp lực hông; B = b+2htg(45o-(ϕ/2); γ - trọng lượng thể tích của đá.

C 2 γ

Theo Terzaghi áp lực đá lên vỏ chống chỉ được hình thành trong điều kiện:

2.3.1.2 Phương pháp Protodjakonov. Protodjakonov tính toán cho môi trường rời, có ma sát trong nhưng không có lực liên kết. Giả sử tại chiều sâu H có một hầm hình chữ nhật chiều rộng bằng b, chiều cao là h. Trên đỉnh hầm, theo giả thuyết, sẽ hình thành một vòm cân bằng tự nhiên AOC có chiều cao hH (hình 2.11). Theo Protodjakonov, chiều cao vòm cân bằng được xác định bởi công thức:

hctg

b 2

ϕ   2 

Hình 2.11. Sơ đồ tính toán áp lực đất đá lên nóc hầm theo Protodjakonov

h H

   f

b f 2

(2.28)

ϕ - góc nội ma sát của đất đá, f = σn/100 – hệ số kiên cố/bền vững của đất đá, σn – độ bền nén một trục của đất đá, tính bằng kg/cm2.

hctg

o 45

B γ f 3

2 f 3

ϕ 2

b 2

  

  

  

(2.29) Áp lực đá lên nóc hầm được xác định theo công thức:   

2.3.1.3 Áp lực đá trong thành giếng

Theo phương nằm ngang áp lực đá được xác định theo một số phương

Htg

γ=

−

o 45

pháp sau:

  

  

(2.30) 1. Phương pháp Protodjakonov (hình 2.12a) : * ϕ 2

trong đó: ϕ* = arctgf - góc nội ma sát biểu kiến; f- hệ số bền vững; H- chiều sâu của điểm đang xét. Trong môi trường rời công thức này có dạng sau:

=ξ

−

o 45

(2.31)

1 β

1 1

ϕ 2

  

  

trong đó: p =ξγ(H sin − ϕ sin + ϕ

2. Phương pháp Berezantshev (hình 2.12b):

Hình 2.12. Sơ đồ tính toán áp lực đất đá lên thành giếng đứng. a) theo Protodjakonov, b) theo Berazantshev, c) theo Bulyshev

−η 1

Cctg

γ=

−

q ξ+

r o

ξ −η

r o r c

  

  

  

η  − 

  ξ− 

  

  1  

   

  1  

   

;

Htg

=η

−

o 45

(2.32)

r c

r o

ϕ 2

  

  

  

 ; =ξ 

  

  

trong đó:

γ=

−

Khi không có tải trọng q và C=0, áp lực đá được xác định theo công thức: −η 1

r o

ξ −η

r o r c

  

  

  1  

   

(2.33)

Khi H lớn vô cùng, áp lực đá không phụ thuộc vào độ sâu, nó được tính

(2.34)

γ= or

ξ 1−η

γ=

) ( −ϕ−δ

theo công thức sau:

r o

B 1 2

cos

( ϕ−δ

   

  ) 

cos

;

)

cos

sin

arctg

cos

−ϕ−δ

+δ

−ϕ

=δ

( 2

+ 21

(2.35)

B; 1

H r o

   

   

   

   

sin

cos

);

+δ

ϕ−δ

( 2

trong đó:

H r o

Hsh- toàn bộ độ sâu của giếng.

2.3.1.4.Phân tích áp lực đất đá theo quan hệ tương tác đá – hệ chống đỡ

Áp lực đá cũng như mối quan hệ tương tác giữa đá và hệ chống đỡ có ý nghĩa quyết định đến việc lựa chọn độ cứng của hệ chống đỡ và thời gian thích hợp để lắp đặt chúng. Mối quan hệ này được thể hiện ở hình 2.13. Trên hình 2.13 đường ABF thể hiện biến dạng của nóc hầm, đường ACF thể hiện biến dạng của sườn hầm, đường DEF là đường đặc trưng cho hệ chống đỡ. Trạng thái ứng suất biến và các vùng biến dạng xung quanh hầm được thể hiện ở hình 2.14.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đánh giá hệ chống đỡ, cần quan tâm

thích đáng đến những vấn đề sau:

- Thời điểm lắp đặt hệ chống đỡ kể từ khi mở công trình và khoảng cách

từ điểm đang xét tới gương hầm;

- Sự ảnh hưởng của phương pháp khai đào (như nổ mìn khối, nổ tạo rãnh

cắt trước,...) đến độ cứng, độ bền của khối đá;

- Ảnh hưởng của kết cấu, thể loại hệ chống đỡ (như kích thước các phần tử, khẩu độ giữa các khung, bề dày của các khung, điều kiện chân khung ...) đến độ cứng và độ bền của hệ chống đỡ.

Hình 2.13. Phân tích áp lực đất đá theo mối tương tác giữa đất đá và vỏ chống

Hình 2.14. Phân bố ứng suất và các vùng biến dạng quanh hầm

Trên hình 2.14, trong vùng đàn hồi trạng thái ứng suất - biến dạng của đất

σ r

P 0

2 R 0 2

  −+ 1  

  ⋅ 

đá quanh đường hầm được xác định bởi công thức sau:

−=

σ θ

σ r

P 0

2 R 0 2

  ++ 1  

  ⋅ 

(2.35)

r σ θ

(2.36) Ưùng suất lên vách hầm là: = σσ r 0 − P σ r 0

−

⋅

) µ

+⋅ r

Dịchchuyển đàn hồi xung quanh hầm là:

P 0

σ r

− E

2 R 0 r

 ( − 21  

  

   

   

(2.37)

−

⋅

−

) µ

µ ( { 12

} R

( − 21

)( )µµ + 1

Dịch chuyển vách hầm là:

P 0

σ r

⋅ PR 0 0 E

(2.38)

1 λ − 1 p

⋅

= RR '

Bán kính đường tiếp giáp giữa trạng thái dẻo và trạng thái đàn hồi R’ được tính như sau:

2 +

u q

(2.39)

) +− q 1 ) +− 1

λ p

( λ P p 0 ( λσ 0 p r

   

   

− 1

λ p

−

⋅

σ rp

u −

r R

  

  

q λ p

   

Ứng suất ở vùng dẻo là:

− 1

  σ  r  λ p

−

⋅

λσ = θ p p

u −

r R

  

  

q λ p

   

  σ  r 

(2.40)

σ rR

− +

q u 1

P 2 0 λ p

Ứng suất tại ranh giới tiếp giáp giữa vùng đàn hồi và vùng dẻo là:

σ θ R

P λ ⋅ 0 p λ p

(2.4.1)

Độ dịch chuyển tại ranh giới tiếp giáp giữa vùng đàn hồi và vùng dẻo là:

−

⋅

−

) µ

{ ( ⋅ 12'

σ rR

P 0

+ E

(2.4.2)

⋅+

−

λα p

⋅

−

) ⋅− 1

R 0

u −

µ −

σ r q

− 21 − 1

q λ p

1 α R 0

 ( λ  p 

 1  

 1   + λα  p

   µ 

   

 µ  µ  

Độ dịch chuyển tại vách hầm:

−

( − 21

)µµ )( + 1

⋅ PR 0 0 E

− 1

λ p

⋅+

λα p

−

⋅

−

α ⋅ UR '

+ α 1 '

µ −

u −

2 µ − E

R R

σ ) r 1 q

− 21 − 1

q λ p

  

 1   λα +  p

 µ  µ  

      

 1  

   µ  (2.44)

 ( λ  p 

rpl

1≥

(2.43)

ε − θε pl

trong đó

2.3.2 Hệ chống đỡ 2.3.2.1 Khái quát

Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để giữ ổn định ngay sau khi khai đào xong do tạo ra một kết cấu vững chắc kết hợp với đất đá xung quanh. Nơi nào sự dịch chuyển của đất đá có thể gây ra tác động đến đất mặt hoặc các kết cấu xung quanh thì phải áp dụng hệ thống chống đỡ đường hầm phù hợp không có bất kỳ tác động bất lợi nào đến đất mặt hoặc các kết cấu xung quanh. Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để bảo đảm thực hiện an toàn và có hiệu quả tất cả các hoạt động trong đường hầm.

Để thiết kế hệ thống chống đỡ hiệu dụng cần phải đánh giá tất cả các điều kiện đất đá như địa lý, địa chất, các đặc điểm vật lý, chiều sâu tầng đất đá phủ, khả năng có dòng nước chảy vào, các mặt cắt khai đào đường hầm, hạn chế về độ lún bề mặt, phương pháp đào đường hầm, v..v..Vì vậy, các hệ phân loại đất đá theo các chỉ số địa chất phù hợp là những yếu tố quan trọng để thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm. Trước khi khai đào đường hầm, cần phải xác định các mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm là những cách phối hợp của bê tông phun, neo đá hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép đối với mỗi hệ phân loại đất đá. Dùng những mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm như trên làm thiết kế sơ bộ của hệ thống chống đỡ đường hầm.

Bảng 2.14 giới thiệu những hạng mục để chọn các thành phần của hệ

Trong quá trình đào đường hầm sẽ tiến hành thẩm định thiết kế sơ bộ này thông qua quan trắc và theo dõi, nếu cần thì thay đổi, và sẽ được một thiết kế phù hợp của hệ thống chống đỡ đường hầm đối với điều kiện đất đá. thống chống đỡ. Thường thiết kế hệ thống chống đỡ theo cách sau:

1) Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn, 2) Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự, 3) Áp dụng phương pháp giải tích. 1. Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn

Cần phải có kỹ năng và kinh nghiệm cùng với số liệu xây dựng đường

hầm để xác định các mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm. Sẽ là thuận lợi và thiết thực để quyết định những mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm dựa trên các mô hình tiêu chuẩn của hệ thống chống đỡ được xác định bằng các số liệu của đường hầm đã xây dựng.

2. Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự

Khi các điều kiện thiết kế như điều kiện đất đá hoặc mặt cắt đường hầm tương tự nhau thì có thể thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm theo ví dụ tương tự đó. Trường hợp này yêu cầu những nội dung sau:

thu thập mọi thông tin về đường hầm đã xây dựng như điều kiện địa chất, phương pháp đào đường hầm trong thời gian xây dựng, và đo đạc và quan trắc theo dõi, v..v..

ii) phân tích và đánh giá những thông tin trên đây, đối chiếu với tất cả kết

iii)

quả khảo sát. thêm những phân tích mới vào các mô hình của hệ thống chống đỡ của ví dụ đã dùng, xác định các mô hình phù hợp của các hệ thống chống đỡ đường hầm.

Theo cách này, có thể sử dụng hệ phân loại đá Q để lựa chọn hệ chống đỡ

(hình 2.15)

Thành phần của hệ thống chống đỡ

Bê tông vỏ hầm

Ghi chú

Đặc điểm

Phương pháp phụ

á đ i ạ o L

p é h t ì

á đ o e N

c ợ ư g n

n u h p g n ô t ê B

ê b p ớ l ó C

Mục đích của hệ thống chống đỡ

i a h ứ h t g n ô t

m ò v g n ô t ê B

gãy

- Đá rơi

∆

á Đ

n ứ c

Đứt g nhỏ

Không có ứng suất khi tác động lên bê tông vỏ hầm

Hinh 2.15 Phương pháp lựa chọn hệ chống đỡ bằng hệ phân loại đá Q Bảng 2.14. Những hạng mục để chọn các thành phần của hệ thống chống đỡ (mặt cắt khai đào 20 – 100 m2)

gãy

Có thể dùng vì thép cho mặt gương phần vòm

∆

- Đá rơi - Áp lực đất đá bị tơi

Đứt nhỏ (không có khoáng vật sét) Thường có nứt nẻ

∆

Bảo đảm các điều kiện tốt cho bề mặt bên dưới, bê tông vòm ngược được ưa chuộng

Ổn định mặt (Mặt gương và gương vòm hầm)

- Đá rơi - Áp lực đất đá bị tơi - Áp lực của đất - Đá rơi

∆

Đất đá lớn Yùếu tố tin cậy

Bảo đảm các điều kiện tốt cho bề mặt bên dưới, cần có bê tông vòm ngược cho trường hợp bùn kết Bê tông vòm ngược cần thiết lập sớm

Đất đá nhỏ Yùếu tố tin cậy

lực

m ề m á Đ

Ổn định gương (mặt gương)

∆

lực

Đất đá rất nhỏ Yùếu tố tin cậy

lực - Áp đất đá bị tơi - Áp của đất - Áp lực đất đá bị tơi - Áp của đất

Đất đá bị ép vắt

lực

Ổn định mặt (Ổn gương mặt định gương và gia cố chân tường hầm)

- Áp lực đất đá bị tơi - Áp của đất - Áp lực ép vắt

Đất đá không bền vững (đất đá phủ ít)

∆

- Thiết lập sớm các mặt cắt kín - Bê tông phun tính năng cao - Quan trắc biến dạng lún - Giới hạn cho phép chuyển dịch cuối cùng - Thiết lập sớm các mặt cắt kín - Bê tông phun tính năng cao - Lớp bê tông vỏ hầm thứ hai là thành phần của hệ thống chống đỡ - Theo dõi lún do biến dạng - Giới hạn cho phép chuyển dịch cuối cùng - Thiết lập sớm các mặt cắt kín - Lớp bê tông vỏ hầm thứ hai là thành phần của hệ thống chống đỡ

Ổn định mặt gương, bảo vệ lún bề mặt và kết cấu kề bên

- Áp lực đất đá bị tơi - Lún bề mặt

3. Áp dụng phương pháp tính toán Phương pháp tính toán được thực hiện bằng lời giải giải tích hoặc phương pháp số. Trong tính toán, cần xét tới các yếu tố ảnh hưởng đến hệ chống đỡ, như: Tính chất của đất đá như áp lực đất, biến dạng của đất đá, sự ổn định của gương và dòng nước chảy vào đường hầm thiết kế, tác động của những công trình lân cận (đặc biệt quan trọng khi xây dựng trong khu đô thị, khu vực đã có công trình…), ảnh hưởng của động đất… 3.2.2.2 Phân tích hệ chống đỡ

Như đã nêu ở hình 2.15, hệ chống đỡ thường được lắp đặt sau khi chu tuyến đường hầm đã chuyển dịch một giá trị ban đầu ui0 nào đó. Độ cứng của hệ chống đỡ được đặc trưng bởi hằng số độ cứng K. Áp lực chống đỡ hướng tâm pi của hệ chống đỡ được xác định theo công thức:

p = i

rp ii K

u ie r i

(2.45) hoặc: (2.46)

trong đó: uie phần biến dạng đàn hồi của tổng biến dạng ui; ui0 - xem hình 2.16. Phương trình (2.46) được áp dụng cho vỏ chống bêtông hoặc bêtông

phun, cho khung thép hoặc bulông hoặc neo cáp phụt vữa. Áp lực lớn nhất của hệ chống đỡ được xác định bởi giá trị psmax (hình 2.16).

Hình 2.16. Quan hệ pi – ui của hệ chống đỡ

- Vỏ chống bêtông, bêtông phun (hình 2.17 ). Vỏ chống với bề dầy tc được

đặt ở bên trong bán kính ri. áp lực chống đỡ tạo nên bởi vỏ chống này phản ứng lại với sự hội tụ của hầm được nêu bởi công thức (2.17), khi:

]

−

ν+

c +

( 1

( 2 r r[E − i c i 2 [() r) ν− 21 i

) 2 r( i

2 ])t c

(2.47)

trong đó: Ec, νc- môđun đàn hồi và hệ số Poisson của bêtông; tc - bề dầy của lớp vỏ áo bêtông; ri - bán kính của đường hầm.

Hình 2.17. Dạng hình học của hệ chống đỡ bằng bêtông hoặc bêtông phun

Trong công thức này chưa xét đến sự ảnh hưởng của cốt hoặc lưới thép

trong hệ chống đỡ. Cốt thép trong vỏ chống và lưới thép trong áo bêtông phun có vai trò rất quan trọng đối với sự phân bố ứng suất và khả năng gây nứt nẻ vỏ chống, nhưng nó không tăng đáng kể độ cứng. Khi vỏ chống có cốt thép dày, thí dụ như khi đổ bêtông trên khung thép, cần xét đến sự làm việc đồng thời của cả hai hệ.

Khi giả thiết là vỏ chống bêtông và bêtông phun có thể bị thấm nước, thì áp lực nước ở bên trong cũng như bên ngoài không ảnh hưởng đến áp lực chống đỡ pi. Trong các đường hầm thủy công, khi vỏ chống được coi là không thấm thì cần xét đến ứng suất phụ do áp lực nước gây nên.

Áp lực chống đỡ lớn nhất do vỏ chống bêtông và bêtông phun tạo ra được

−

xác định như sau:

max

conc

r i +

1 σ= 2

r i

  

  

  1  

   

(2.48)

trong đó: σcconc - độ bền nén đơn trục của bêtông. Công thức (2.48) chỉ áp dụng được khi đường hầm có tiết diện tròn và vùng phá hủy không quá lớn.

Trong tính toán các hệ chống đỡ cho đường hầm đèo Hải Vân, nhà tư vấn

thiết kế đã sử dụng các phép tính sau:

a. Neo đá: khả năng chống đỡ của neo đá được tính theo phương trình

⋅

= π2

Đối với một neo:

⋅ lR B

(2.49)

Tổng khả năng chịu tải cho số neo lắp đặt dọc theo đuờng kính hầm >

P iB

⋅ Cn ⋅

2π

B ⋅ LR 0

(2.50)

Trong đó: CB - khả năng chống đỡ một đơn vị của neo đá (một neo đá) RB - bán kính của neo đá lB - Chiều dài của neo đá SB - Cường độ của neo đá PiB - Tổng khả năng chống đỡ của neo đá LB - Khoảng cảch giữa các neo đá dọc theo trục hầm Loại neo đá dạng thanh chịu biến dạng được sử dụng trong thiết kế.

Loại

Vật liệu

SD45

Đường kính 25mm

Khả năng tới hạn 121kN

Trọng lượng/m 3.98kg

Độ bền của vật liệu neo đá

Loại

D25

Độ bền của đinh ốc (kN) Uốn cong 120.5

Gãy 172.5

Độ bền của neo đá (kN) Gãy Uốn cong 247.9 173.5

Bảng 2.15. Khả năng chống đỡ của neo đá Neo đá trong tính toán thiết kế Khả năng chống đỡ của neo đá

b. Vỏ hầm bêtông phun: khả năng chống đỡ của bêtông phun và sự chuyển

⋅

dịch của vỏ hầm được tính theo công thức sau:

)

P is

, (2.51)

( 1 ν − P sc is ⋅ E t

σ C R C

trong đó:

Pis - Khả năng chống đỡ của bêtông phun σc - Cường độ đơn trục của bêtông phun tc - Độ dày của lớp bêtông phun Rc - Bán kính của vỏ bêtông phun Usc - Sự chuyển dịch của bêtông phun Esc - Mođun đàn hồi của bêtông phun νsc - Hệ số Poisson của bêtông phun (giả sử νsc =0.2)

5.1

⋅

4300

Mođun đàn hồi có thể được xác đinh theo Phương trình Paw như sau:

SCE

σρ ⋅ C

(2.52)

Ρ - Trọng lượng riêng của bêtông phun

Giả sử ρ=25 kN/m3, cường độ chị nén một truc và mođun đàn hồi của

Ngày

Cường độ chịu nén đơn trục (MPa)

Mođun đàn hồi của bêtông phun (x 104 MPa)

1.7

2.4

2.94

bêtông phun thể hiện như bảng 2.16. Bảng 2.16. Quan hệ giữa cường độ chịu nén và module đàn hồi của bê tông phun

c. Khung thép: Phương trình đối với vỏ ống hình trụ mỏng được sử dụng

P iSR

(2.53) đế đánh giá khả năng chống đỡ của khung thép. σ ⋅ A S S ⋅ lR S

trong đó: PiSR - khả năng chống đỡ của khung thép σs - độ bền của khung thép As - diện tích tiết diện của khung thép Rs - bán kính của khung thép (tâm) ls - khoảng cách của khung thép dọc theo trục hầm

Các tính chất của khung thép H-150 được thể hiện ở bảng 2.17.

Bảng 2.17. Các tính chất vật liệu cúa khung thép

Các tính chất vật liệu của khung thép

Loại

Vật liệu

Kích thước (mm)

Độ bền uốn

Diện tích tiết diện 40.14 cm2

Thép H

SS41

H-150x150x7x10

180MPa

d. Vỏ hầm: Khả năng chống đỡ của vỏ hầm bằng bêtông hình trụ có lớp vỏ dầy và vỏ hầm bằng bêtông phun gia cố bằng sợi thép (SFRS) sẽ được tính toán trong điều kiện ứng suất tác động lên mặt trong và mặt ngoài là khác nhau theo công thức sau:

P i

σ⋅ C

− +

b b

a a

(2.54)

trong đó: a - bán kính bên trong của hình trụ b - bán kính bên ngoài của hình trụ σc - cường độ nén một trục của bêtông. Cường độ chịu nén của SFRS, lớp vỏ bêtông được tính là 40 MPa và 25 MPa tương ứng.

Chương 3

Một số phương pháp pháp thi công công trình ngầm 3.1 Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào mở 3.1.1 Yêu cầu thi công theo loại hình của hệ kết cấu chống giữ

Hệ kết cấu chống giữ thành vách hố đào có thể thấy như hình 3.1, còn

tường chắn đất quanh hố đào thường gồm các loại như trên hình 3.2.

KHÔNG CHỐNG

NEO ĐẤT

THANH CHỐNG

BỜ ĐẤT

Thi công CTN bằng phương pháp đào mở, về đại thể, theo các công đoạn chính như trình bày trên hình 3.3. Tuỳ theo loại hình của hệ kết cấu chống giữ mà các yêu cầu thi công khác nhau.

Hình 3.1 Hệ kết cấu thường dùng đẻ ổn định tường chắn hố đào 1. Cọc bản làm tường chắn

Khi dùng cọc bản thép (còn gọi là cừ ván thép) hoặc cọc bản bê tông cốt thép (tiết diện chữ nhật hay tiết diện chữ V,chữ U…) để làm tường chắn phải chú ý:

- Độ thẳng đứng và độ phẳng của mặt tường không quá 0,5% ; - Chọn trình tự hạ và các điểm hợp long (2 đến 4 điểm ) vào các góc

để đảm bảo độ kín khít và ngăn được nước;

- Khi thu hồi/nhổ cọc bản thép phải kịp thời chèn đất đầm chặt (với hệ số đầm chặt k>0,95) hoặc bơm vữa bê tông có phụ gia nở vao khe hở quanh

công trình ngầm nhằm ngăn ngừa sự chuyển vị đất ảnh hưởng đến công trình lân cận..

a) Tường trụ đứng + bản cài, b) tường trụ đứng + bêtông phun, c) tường cọc bản thép, d) tường cọc nhồi tiếp giáp, e) tường cọc giao cắt nhau, f) tường cọc cứng + mềm chèn nhau, g) tường liên tục trong đất

Hình 3.2. Một số loại tường chắn hố đào thường dùng

Hình 3.3. Các công đoạn chính trong thi công CTN bằng phương pháp đào

b)Thi công CTN bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ; c) Thi công CTN bằng phương pháp lắp ghép

mở. a) Thi công hệ thống chống giữ thành hố đào và trình tự đào đất AB,C;

2. Cọc khoan nhồi làm tường chắn - Sai sè vÞ trÝ cäc kh«ng vît qu¸ 50mm. Dung sai ®é th¼ng ®øng

kh«ng qu¸ 0.5%;

- §é cặn l¾ng ở đáy cọc kh«ng qu¸ 200mm; - Thi c«ng cäc theo kiÓu cäc c¸ch qu·ng, sau khi ®æ bª t«ng 24 giê

míi tiÕn hµnh thi c«ng lç cäc tiÕp theo,

- Khi tiÕn hµnh buéc, cÈu l¾p vµ h¹ lång thÐp cã cèt thÐp bè trÝ kh¸c

nhau, ph¶i b¶o ®¶m ph¬ng ®Æt lång thÐp theo yªu cÇu thiÕt kÕ .

3. Tường liên tục trong đất làm tường chắn Tường liên tục trong đất có thể thi công theo phương pháp đổ bê tông tại chỗ hoặc bê tông đúc sẵn lắp /ép vào đất. Khi thi công theo phương pháp đổ bê tông tại chỗ cần chú ý một số yêu cầu chính sau đây:

- Căn cứ tình hình công trình lân cận để chọn kết cấu tường dẫn; - Ph©n chia ®o¹n têng dùa trªn tÝnh æn ®Þnh cña v¸ch/ hào vµ kh¶ n¨ng cÈu l¾p cña lång thÐp, thêng lµ 4~8m và đào đất gián cách từng đoạn tường;

- Tríc khi thi c«ng ®¹i trµ, cÇn tiÕn hµnh thi c«ng thö hào têng, x¸c ®Þnh quy tr×nh c«ng nghÖ thi c«ng, lùa chän c¸c th«ng sè kü thuËt thÝch hîp. ChiÒu dµi, chiÒu dµy, chiÒu s©u vµ ®é nghiªng cña ®o¹n têng ph¶i phï hîp c¸c yªu cÇu sau:

- Dung sai cho phÐp cña chiÒu dµi ®o¹n têng (däc theo ®êng trôc): ± 50mm;

- Dung sai cho phÐp cña chiÒu dµy ®o¹n têng : ± 10mm;

- §é nghiªng : ≤ 1/150.

4. Yêu cầu trong thi công thanh / văng chống và neo Thanh /văng chèng thÐp ph¶i tháa m·n c¸c quy ®Þnh sau: - Liên kÕt gi÷a c¸c cÊu kiÖn b»ng kÕt cÊu thÐp cã thÓ sö dông liªn kÕt

hµn hoÆc bu l«ng cêng ®é cao;

- §iÓm nèi dÇm gi÷a nªn bè trÝ gÇn ®iÓm chèng, kh«ng ®îc vît qu¸

1/3 kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c thanh chèng;

- Nªn dïng bª t«ng ®¸ d¨m m¸c kh«ng thÊp h¬n C20 ®Ó chÌn vµo kho¶ng gi÷a dÇm gi÷a vµ cäc cõ, têng liªn tôc; cÇn ph¶i l¾p thªm tÊm gia cêng t¹i nót liªn kÕt gi÷a dÇm víi thanh chèng thÐp;

- Tríc khi th¸o dì hÖ chèng cÇn l¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn truyÒn lùc ®¹t tiªu chuÈn hoÆc lÊp ®Êt ®Çm chÆt vµo c¸c kho¶ng c¸ch/trống gi÷a kÕt cÊu chÝnh vµ kÕt cÊu chèng gi÷.

+ Thi c«ng neo ®Êt ph¶i ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu sau: + Sai sè cña kho¶ng c¸ch lç neo ®Êt kh«ng lín h¬n 100mm, sai sè ®é

xiªn kh«ng qu¸ 3%;

+ Ống ®æ bª t«ng nªn buéc liÒn víi th©n neo ®Êt, ®æ bª t«ng lÇn mét èng c¸ch ®¸y lç kho¶ng 100 ~200mm, cöa èng ®æ khi ®æ bª t«ng lÇn hai cÇn ph¶i xö lý theo ph¬ng ph¸p ®æ bª t«ng bÞt kÝn;

+ V÷a b¬m trén theo cÊp phèi thiÕt kÕ quy ®Þnh, b¬m lÇn mét dïng v÷a xi m¨ng c¸t tû lÖ xi m¨ng-c¸t 1:1 ~1:2, tû lÖ níc-xi m¨ng 0.38~0.45 hoÆc v÷a xi m¨ng cã tû lÖ níc - xi m¨ng 0.45 ~ 0.5. V÷a b¬m cao ¸p lÇn hai dïng v÷a xi m¨ng tû lÖ níc - xi m¨ng 0.45 ~ 0.55; áp lùc b¬m v÷a lÇn hai ®iÒu chØnh trong kho¶ng 2.5 ~ 5.0MPa, thêi gian gi÷a hai lÇn b¬m ph¶i c¨n cø vµo thÝ nghiÖm c«ng nghÖ b¬m hoÆc sau khi cêng ®é v÷a b¬m lÇn mét ®¹t 5MPa;

- Lùc c¨ng trong thÐp neo ®Êt ph¶i ®¸p øng quy ®Þnh sau: + Cêng ®é v÷a bầu neo ®Êt lín h¬n 15MPa vµ ®¹t ®îc 75% gi¸ trÞ

thiÕt kÕ míi ®îc tiÕn hµnh kÐo c¨ng;

+ Tr×nh tù kÐo c¨ng neo ®Êt ph¶i xem xÐt ¶nh hëng ®Õn neo ®Êt bªn

c¹nh;

+ Khi kÐo c¨ng thanh ®Õn 0.9~1.0 lÇn t¶i thiÕt kÕ tiÕn hµnh khoá ®Çu neo ®Êt; øng suÊt khèng chÕ kÐo c¨ng neo ®Êt kh«ng vît qu¸ 0.75 lÇn cêng ®é tiªu chuÈn.

3.1.2. Thi công hệ chống đỡ thành hố đào 3.1.2.1 Đào không cần chống đỡ thành

Trong điều kiện đất trống trải và đủ rộng thì cho phép đào hố với độ dốc tự nhiên mà không cần chống đỡ thành hoặc chỉ cần bảo vệ mặt dốc bằng lớp xi măng lưới thép để phòng mất ổn định. Yêu cầu chính là độ

nghiêng thành hố đảm bảo đựoc ổn định và độ sâu không vượt qúa độ sâu giới hạn hgh=4c/γ, trong đó c là lực dính đơnvị và γ là trọng lượng thể tích của đất đá. Có thể tra cứu tỷ lệ độ dốc này trong các sổ tay thi công nền móng. Khi độ sâu lớn hơn hgh thì tạo ra một số sân nghỉ. Hố đào không cần chống giữ thành được dùng trong trường hợp sau: - Thích hợp với hố đào có mức an toàn thấp; - Hiện trường thi công đáp ứng các yêu cầu để tạo mái dốc ; - Có thể dùng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp chống giữ

khác;

-Khi mực nước ngầm cao hơn đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ

mực nước ngầm . 3.1.2.2 Trụ đứng có bản cài ngang (Soldier piles with Lateral laggings)

Hình 3.4.Hệ kết cấu tường chống bằng trụ đứng có bản cài ngang Hình 3.5. Ví dụ về hệ tường chắn gồm trụ/cọc đứng với bản cài ngang bằng gỗ

Hệ chống giữ này gồm trụ/cọc (bằng thép hình hoặc bê tông cốt thép đúc sẵn ) khoảng cách giữa các cọc xác định theo tính toán, thường từ 1,0- 2,0m, thanh chống /văng chống ngang (có khi thay bằng neo đất ), dầm giữa ở lưng tường và bản cài ngang bằng gỗ dày từ 7-10cm (có khi thay bằng bê tông phun). Loại tường này dùng cho những hố móng không sâu (<12m), vùng đất khô ráo hoặc phải hạ mực nước ngầm, thi công đơn giản: đóng hoặc ép các trụ quanh hố đào,đào đất từng lớp dày khoảng 1m, cài bản gỗ ngang giữa các trụ/cọc, độn bằng vật liệu rời sau lưng tường dể tạo phẳng mặt tường phía hố đào và đặt thanh chống hoặc neo theo thiết kế. Trên hình

3.4 trình bày các cấu kiện của loại tường vừa nêu còn trên hình 3.5 trình bày một ví dụ dùng loại tường này cho công trình đường vượt ngầm trong đô thị ở Pháp. 3.1.2.3 Tường chắn bằng cọc bản

Các dạng cọc bản thường dùng hiện nay, theo vật liệu có thể chia ra : - Cọc bản bằng gỗ ( ít dùng nên không trình bày); - Cọc bản bằng bê tông cốt thép; - Cọc bản bằng thép; - Cọc bản bằng chất dẻo PVC. a) Cọc bản BTCT (concrete sheet piles) Gồm 2 loại : BTCT không ứng suất trước và BTCT ứng suất trước. Loại cọc bản BTCT không ứng suất trước có cấu tạo như trình bày trên hình 3.6 và loại cọc bản BTCT ứng suất trước xem hình 3.7. Loại tường bằng cọc bản bê tông cốt thép có độ cứng lớn, đầu cọc dịch chuyển nhỏ, không bị ăn mòn nhanh, có thể được dùng như một kết cấu vĩnh cửu .

(a) (b)

Hình 3.6. Cấu tạo cọc BTCT thường của tường cừ a) Cách bố trí mộng lồi - lõm (âm - dương); b) Chi tiết cấu tạo cọc Hai bên cọc bản BTCT không ứng suất trước thường làm thành mộng lồi lõm, như hình 3.6a. Cũng có thể làm thành các dạng miệng hình chữ Z hoặc các hình thức miệng ghép khác. Kích thước các chiều của mộng dương phải nhỏ hơn mộng âm 55mm. Đầu nhọn của cọc bản phải làm hình nêm theo chiều dày của cọc. Đầu cọc của cọc góc và cọc định vị làm thành hình đối xứng. Mặt cắt cọc bản chữ nhật thường có bề rộng 50 -80cm, bề dày 25- 50 cm. Cọc bản mặt cắt chữ T thường có sườn dày 20 -30 cm, sườn cao 50 - 75 cm, cấp cường độ bê tông không nên nhỏ hơn C25.

Hình 3.7. Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc bản BTCT ứng suất trước Hình 3.8. Ứng dụng cừ bản BTCT ứng suất trước ở công trình kênh dẫn nước hoàn lưu của nhà máy điện Phú Mỹ (Bà Rịa - Vũng Tàu)

Cọc bản ứng suất trước không nên nhỏ hơn C40. Xét đến ứng suất khi đóng cọc, đầu cọc phải đặt 4 - 6 lớp lưới thép. Trong phạm vi 1 - 1,5m kể từ đầu cọc trở xuống và từ mũi cọc trở lên khoảng cách cốt đai không được lớn hơn 100mm. Phần giữa cọc khoảng cách cốt đai 200 - 300mm. Khi cọc bản phải đóng vào tầng đất cứng thì đầu mũi cọc phải có mũi bằng thép. Ở thành mộng ghép của cọc phải đặt cốt thép cấu tạo. Ở chỗ góc quay của hố móng, phải căn cứ vào hình dạng mặt bằng của góc quay để làm thành loại cọc góc quay có hình dạng tương ứng. Độ dài của cọc góc quay hoặc cọc định vị phải dài hơn cọc ở các chỗ bình thường khác 1 - 2m. Trên hình 5b trình bày một ví dụ về cấu tạo chi tiết cọc bản BTCT vừa nêu. Loại cọc này đã được Tổng công ty VINACONEX sản xuất tại Xuân Mai và thi công một số công trình ở Hà Nội. Cọc bản BTCT ứng suất trước có nhiều loại kích thước và hình dạng khác nhau, thường có chiều dày t = 150 - 300mm, rộng b=500 - 1000mm, chiều dài L = 6 - 20m, bề dày lớp bê tông bảo vệ a = 3-5 cm .

Trên thế giới, cọc bản BTCT ứng suất trước được sử dụng từ những năm 60 của thế kỷ trước. Ở Việt Nam, lần đầu tiên vào năm 2000 cừ BTCT ứng suất trước được dùng cho kênh dẫn nước hoàn lưu của nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (Bà Rịa - Vũng Tàu) dài 2000m, với chiều dài cừ 14- 20m (hình 3.8) và sau đó cho nhiều công trình khác ở các tỉnh phía nam và sản xuất tại khu công nghiệp Biên hoà. Dựa theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS.A 5354 (1943) yêu cầu cường độ bê tông Rb ≥ 725 kg/cm2 và mô men chống

uốn Mc cho loại cừ BTCT dự ứng lực thông thường Mc = 15 - 500 KN.m và đối với loại cừ BTCT dự ứng lực loại đặc biệt Mc = 54 - 1549 KNm tuỳ theo loại hình. Thép dự ứng lực có thể là cốt thép dự ứng lực hoặc cáp dự ứng lực.

Thi công hạ cọc bằng thiêt bị rung, nếu gặp nền sỏi sạn thì thêm biện

pháp xói nước có áp qua các ống đặt sẵn trong thân cọc như trên hình 3.9.

Cấu tạo khớp nối để liên kết cừ bản thép BTCT ứng suất trước kiểu âm dương để tạo thành kết cấu vững chắc (hình 3.10a) và khi để đảm bảo kín nước thì mối nối này bằng nhựa tổng hợp ( elastic vinyl cholorite) (hình 3.10b).

Hình 3.9. Hạ cọc bản BTCT ứng suất trước bằng búa rung có xói nước Hình 3.10. Các kiểu khớp nối. a) âm dương và b) khớp nối kín nước

b) Tường chắn bằng cọc bản thép (steel sheet piles) Thường có 4 loại cừ bản thép sau đây (hình 3.11):

a) Cừ phẳng , b) Cừ hình máng, c) Cừ chữ Z; d) Cừ larssen

Hình 3.11. Các loại cừ bản thép

 Cừ thép bản phẳng : Ký hiệu SP-1, loại cừ này có mô men kháng

uốn không lớn, chiều dài chế tạo 8 - 22m (hình 3.115a).

 Cừ máng thép : Ký hiệu SP-2, chiều dài chế tạo 8 - 22m thường sử dụng cho các loại kết cấu chống thấm (đê quai, móng đập) công trình xây dựng (hình 3.11.b).

 Cừ thép chữ Z : Ký hiệu SK-1, SK-2, SĐ-5 (hình 3.11.c).  Cừ Larssen : Thường chế tạo 4 loại cừ: IV, V, VI, VII có chiều

dài từ 8 - 22m với liên kết móc rắn chắc , tạo ra mô men kháng uốn lớn, đây là loại cừ đang được sử dụng phổ biến hiện nay (hình 3.11.d).

Cừ bản thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành xây dựng trên thế giới cũng như ở Việt Nam: công trình kè chống sạt lở bờ sông, tường chắn hố đào, móng các công trình xây dựng, đê quây thi công trụ cầu giao thông...

Mép của mỗi thanh cọc thép thường có khoá miệng để cho 2 cọc kề nhau có thể móc chặt vào nhau, tạo ra tác dụng chống thấm và cách nước. Khi dùng cọc bản thép hình, tính năng và các đặc trưng hình học của chúng có thể tra cứu từ các hãng chế tạo hoặc có thể xem trong các sổ tay thi công. Khi dùng thép ống hoặc thép hình khác để làm tường vây thì ở hai mép bên cũng phải hàn móc khoá miệng chạy suốt chiều dài. Cọc bản thép có khoá miệng có thể có tác dụng cách được nước, nhưng xét đến nhân tố bất lợi cho thi công, ở vùng có mực nước ngầm cao, yêu cầu bảo vệ môi trường nghiêm ngặt thì cũng giống như loại tường vây bằng dãy cọc, ở phía sau các cọc bản thép phải làm thêm 1 màng cách nước bằng cọc xi măng đất.

Tường cừ bằng cọc bản thép có thể dùng cho loại hố móng có mặt bằng hình tròn, chữ nhật, đa giác vv...; ở chỗ góc quay của các hố móng hình chữ nhật, hình đa giác phải căn cứ vào hình dạng mặt chỗ góc quay để làm các cọc có hình góc quay tương ứng. Nếu không có cọc góc thành phẩm, có thể lấy cọc bản thép thông thường cắt đi rồi hàn thêm thép hình hoặc thép bản vào để làm thành cọc góc. Cọc góc phải tăng thoả đáng chiều dài cọc.

Cọc bản thép có thể được hạ bằng phương pháp đóng, rung hoặc ép. Phương pháp hạ theo từng tấm (gồm từ 15-20 cọc) có giá đỡ định vị sẽ bảo đảm tường phẳng, cọc ít bị cong vênh theo trình tự như trình bày trên hình 3.12; trình tự đóng/hạ và việc hợp long có quan hệ với nhau: khi số điểm

hợp long ít (hình 3.13 a,b) thì sai số tích luỹ và sai số trục lớn còn khi số điểm hợp long nhiều (hình 3.13c) thì sai số tích luỹ ít.

Hình 3.13 . Trình tự thi công hạ

Hình 3.12. Trình tự hạ cọc bản thép theo từng tấm (15-20 cọc) có giá định vị cọc bản thép và bố trí các điểm hợp long a) Hạ cọc theo 1 hướng; b) Hạ cọc theo 2 hướng, c) Hạ cọc theo 4 hướng

Hiệu chỉnh trục tường và hợp long: trước khi hợp long (mỗi cạnh khoảng 8 cọc) phải xác định khả năng lệch trục qua đo đạc và độ dài còn lại tính đến điểm dự định hợp long tại góc hố đào. Thông thường, để không phải thay đổi chiều dài của thanh chống ngang nên thực hiện việc hiệu chỉnh trục (dùng kích để đẩy giá định vị ra phía ngoài hố) ở bên phía cạnh ngắn của hố đào. Việc đóng tiếp nên dồn về phía cạnh ngắn cho đến hết cọc và sau cùng mới hạ cọc hợp long.

Để ổn định tường cọc bản thép, tuỳ theo bề rộng hố đào,mặt bằng và điều kiện hiện trường mà dùng thanh chống ngang (hình 3.14a) hoặc neo đât (hình 3.14b). Việc thu hồi cọc bản thép sau khi thi công xong kết cấu công trình ngầm thường theo trình tự ngược lại so với lúc đóng/hạ: cọc đóng sau được nhổ trước khi đã tạo các điểm chống tạm mới và chèn đất đầm chặt (dung trọng khô của đất đầm không nhỏ hơn 1,75 tấn/m3 với hệ số đầm chặt không nhỏ hơn 0,9) có khi phải bơm vữa nở khe trống giữa công trình ngầm và đất chung quanh. a) Hinh 3.14.Cách ổn định tường cọc bản thép. a) bằng thanh chống, b) bằng neo

Chất lượng tường cọc bản: bảo đảm độ thẳng đứng, phẳng để dễ lắp hệ thống chống giữ phía trong hố đào (văng chống, neo đất, dầm giữa ở lưng tường...), kín khít ngăn được nước

c. Tường chắn bằng cọc bản vật liệu nhựa composite (Vynyl sheet

piles)

Trong những hố đào nông dùng cho công trình ngầm đặt nông như colectơ, đường cấp thoát nước phụ vv... hoàn toàn có thể dùng cọc bản nhựa composite để làm tường chắn; do loại cọc này có tính chống xâm thực/ăn mòn tốt trong môi trưòng chua mặn (có thể bền đến 30-50 năm),sản xuất công nghiệp, kiểm soát chất lượng dễ, nhẹ (nhẹ hơn thép 70-75% và nhẹ hơn bê tông 40-50%), thuận tiện trong vận chuyển và bảo quản, tăng mỹ quan cho công trình trong đô thị (tường kè chống xói lở vùng ven biển,tường chắn đất,công trình cầu cảng...)

Tường chắn bằng vật liệu composite thường có cấu tạo như cọc bản thép (hình 3.15). Các công ty hàng đầu thế giới đã sản xuất loại sản phẩm này như Geoflex (Hà Lan), North Star , Materials ... (Mỹ). Trong bảng 3.1 trình bày các đặc trưng kỹ thuật một số loại cừ nhựa của hãng North Star (Mỹ). Như thấy từ số liệu của bảng 3.1: tường cọc bản nhựa composite có khả năng chịu lực không cao (mô men chống uốn) so với thép và bê tông cốt thép nên hạn chế phạm vi sử dụng.

Hình 3.16 Tường kè bờ bằng cọc bản nhựa composite ở Mỹ Hình 3.15. Tường cừ bằng cọc bản nhựa composite

Người Mỹ đã dùng cừ bản nhựa để bảo vệ bờ biển ở Virginia hoặc bảo vệ xói lở bờ sông, xem hình 3.16. Kinh nghiệm này sẽ giúp ta suy nghĩ

về các giải pháp kè bờ các sông hồ trong các đô thị của Việt nam. Ở Việt Nam, Viện kỹ thuật nhiệt đới và Bảo vệ môi trường (Bộ Quốc phòng) đã chế tạo thành công một số loại cừ bản nhựa (BN03 - BN04 - BN05) bước đầu cung cấp cho yêu cầu xây dựng có qui mô nhỏ. Tuy nhiên loại cừ này sẽ có triển vọng lớn khi nền công nghiệp hoá chất phát triển. Bảng 3.1. Các đặc trưng kỹ thuật một số loại cừ nhựa của hãng North Star

Series 9400 Series 3800 Series 3700 Series 2500 Series 1900

Đặc trưng cơ bản

Đơn vị kg/m % mm mm cm3

Màu sắc Trọng lượng Độ dãn dài Chiều dày nhỏ nhất tmin Chiều dày lớn nhất tmax Môdun chống uốn cho phép (w) Mô men chống uốn cho phép (M) KN.m

Xám 10,94 18,00 10,16 20,32 715,75 12,77

Xám 5,59 12,00 6,35 12,70 181,91 5,19

Xám 5,40 12,00 6,35 12,70 278,53 5,09

Xám 5,00 12,00 6,3 10,16 189,80 3,49

Xám 3,80 12,00 5,08 10,16 147,51 2,65

3.1.2.4. Tường chắn bằng hàng cọc

Như đã biết, cọc nhồi bê tông cốt thép hoăc cọc nhồi bê tông cốt thép

kết hợp với cọc xi măng đất có thể dùng để làm tường chắn thành hố đào.

a) Tường cọc xi mămg đất Tường cọc xi măng được dùng trong trường sau:  Thích hợp với hố đào mức an toàn cấp II, III ,  Sức chịu tải của đất nền trong phạm vi thi công cọc xi măng

đất không nên vượt quá 150kPa;

Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 6m .

 Cách bố trí cọc như trên hình 3.17.

(a) (b) c) (d)

Hình 3.17.Cách bố trí cọc đất xi măng quanh hố đào: (a) Dạng khối; b) Dạng lưới; c) Dạng hàng; d) Dạng đơn

Hình 3.18.Tường chắn bằng cọc xi măng đất có cốt thép cho công trình côlectơ ở Rôma, Italia

Thi công và kiểm tra 

Khi thi công tường đất xi măng phải áp dụng biện pháp thi công liên tiếp. Khi trụ trước xi măng chưa ninh kết, tiến hành thi công trụ tiếp theo. Tại vị trí nối giữa đoạn sau của trụ trước và đoạn đầu của trụ sau phải áp dụng biện pháp gia cường và xử lý khe rãnh của mối nối.



Trước khi thi công trộn sâu, phải tiến hành thí nghiệm công nghệ và hàm lượng xi măng, hoặc thí nghiệm cấp phối để xác định tỷ lệ hỗn hợp tương ứng hoặc tỷ lệ cấp phối nước - xi măng, hàm lượng xi măng trộn sâu thường chiếm 13%~18% trọng lượng đất gia cố.



Trước khi thi công phun vữa cao áp, nên thí nghiệm phun thử để xác định đường kính nhỏ nhất của khối gia cố phun xoáy ở các lớp đất khác nhau và thông số kỹ thuật thi công phun cao áp. Tỷ lệ nước - xi măng của vữa phun 1.0 ~ 1.5.

Sai số vị trí không quá 50mm, sai số độ thẳng đứng không quá 

0.5%.



Nếu dùng cốt thép, phải tiến hành hạ lồng thép kịp thời ngay sau khi trộn hoặc phun. Diện tích thép, chiều dài chôn và chiều dài chờ của cốt thép phải xác định theo yêu cầu cấu tạo và tính toán.



Công tác thi công bơm phun cao áp phải tuân theo các thông số kỹ thuật đã được xác định khi tiến hành thí nghiệm phun thử, chiều rộng mối nối phải thỏa mãn các quy định sau:

+ Khối gia cố phun xoáy không được nhỏ hơnn 150mm; +. Khối gia cố phun vẩy không nhỏ hơn 150mm; + Khối gia cố phun cố định không được nhỏ hơn 200mm. Sau khi thi công một tuần cần tiến hành đào kiểm tra hoặc khoan lõi để kiểm tra chất lượng, nếu không phù hợp với yêu cầu thiết kế phải lấp tức điều chỉnh công nghệ thi công. Cần lấy mẫu kiểm tra thân tường tại thời điểm khởi công đào, số lượng trụ khoan không nhỏ hơn 2% tổng số trụ và không dưới 5 trụ, số lượng mẫu trong một trụ thỏa mãn yêu cầu thí nghiệm. Trên hình 16 là một ví dụ về công trình colectơ với tường bằng cọc ximăng đất có cốt thép và nền được gia cường bằng cọc xi măng đất không thép bố trí kiểu dạng khối.

b. Tường cọc nhồi bê tông cốt thép Thân tường vây bằng cọc khoan nhồi bố trí thành hàng có thể thi công theo các yêu cầu kỹ thuật trong tiêu chuẩn thi công cọc khoan nhồi thông thường .

Khi khoan lỗ, để đề phòng làm sụt lở hoặc làm hỏng bê tông của cọc lân cận, thời gian gián cách để thi công cọc lân cận không được dưới 72 giờ. Trong thực tế thi công, thường áp dụng biện pháp thi công nhảy cách 2 - 3 cây cọc. Khi đó, trong mỗi khoảng nhảy cách luôn có 1 cây cọc được thi công xen vào khi bên trái bên phải đã có cọc. Để có thể xác định vị trí cọc được chính xác, yêu cầu sai số thi công cho phép của cọc làm tường vây phải nhỏ hơn cọc công trình bình thường. Sai lệch vị trí của cọc phải khống chế trung bình ~ 30mm. Sai lệch độ thẳng đứng thân cọc nhỏ hơn 1/200. Biến đổi đường kính thân cọc phải khống chế trong 5/100. Vì thế, trong vùng đất yếu có mức nước ngầm cao, khi làm lỗ bằng máy khoan xoay thông thường , ngoài việc phải dùng dung dịch sét chất lượng cao để giữ thành ra, đường kính cần khoan không đ- ược nhỏ hơn 89mm, tốt nhất là dùng loại cần khoan 114mm; khi cần có thể cho thêm phối trọng vào đầu khoan để đảm bảo độ thẳng đứng của lỗ khoan. Ngoài ra, tốc độ quay của đầu khoan phải khống chế trong phạm vi 40 - 70 vòng/phút, trong đất bùn, phải nhỏ hơn 40 vòng/ph. Tốc độ tiến vào tầng đất của mũi khoan phải khống chế trong khoảng 4 ÷ 5 m/giờ.

b) Một số cách đặt thép trong cọc nhồi

Hình 3.19. Trình tự thi công cọc nhồi bêtông cốt thép của tường chắn a) Cách thi công cọc nhồi làm tường chắn (cọc số lẻ làm trước, số chẵn làm sau), a)

Trên hình 3.19 trình bày các bước thi công tường cọc nhồi bê tông

cốt thép như sau :

Lần đầu làm cọc số lẻ A và lần 2 làm cọc số chẵn B :

(a) Khoan guồng xoắn; (b) Rút khoan và bơm/rót vữa; (c) Kết thúc bơm vữa ; (d) Đặt đốt cốt thép hoặc thép hình;

(e) Khoan guồng xoắn giữa các cọc đã làm; (f) Rút khoan và bơm vữa;

(g) Kết thúc bơm vữa ; (h) Đặt cốt thép hoặc thép hình

Hãng Bauer (CHLB Đức) có sản xuất loại máy khoan guồng xoắn

gồm 3 - 5 đầu khoan một lúc nên công nghệ tường chắn bằng cọc có ưu thế hơn so với tường liên tục trong đất.

Việc kiểm tra chất lượng cọc làm tường chắn này cũng giống như đối

với cọc khoan nhồi, chỉ có khác là yêu cầu về sai số kích thước có nghiêm khắc hơn.

Hình 3.20.Tường cừ bằng cọc nhồi bê tông cốt thép kết hợp cọc xi măng đất để ngăn nước

Trong một số trường hợp có thể có thể kết hợp cọc xi măng đất để

ngăn nước còn cọc nhồi bê tông cốt thép để chịu lực (xem hình 3.20).

Việc kiểm tra chất lượng cọc nhồi bê tông được tiến hành theo các

quy định sau:

+ Dùng phương pháp biến dạng nhỏ để kiểm tra tính nguyên vẹn của thân cọc, số lượng kiểm tra không nhỏ 10% tổng số cọc, và không ít hơn 5 cọc;

+Khi phát hiện khuyết tật của thân cọc có khả năng ảnh hưởng đến khả năng chịu tải ngang của cọc, phải sử dụng phương pháp khoan lấy lõi để kiểm tra bổ sung, số lượng kiểm tra không nên ít hơn 2% tổng số cọc và tối thiểu là 3 cọc.

3.1.2.5. Tường liên tục trong đất

Tường liên tục trong đất có thể thi công bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp những tấm tường bê tông cốt thép đúc sẵn vào hào đào sẵn. Có 3 giai đoạn cơ bản để thi công tường: làm tường dẫn, đào hào ,lắp

dựng tấm cốt thép và đổ bê tông ( hoặc lắp tấm bê tông cốt thép đúc sẵn ) vào hào.

Lắp thiết bị

Làm tường dẫn

Lắp khung cốt thép

Đổ bê tông qua 2 ống đổ

Lắp cấu kiện chặn 2 đầu

Hút cặn lắng ở đáy, nạp dịch sét

Phân đoạn đào đất thành hào

Thải nước

Nạp dung dịch sét vào hào đào

Xử lý để tái dùng dung dịch sét

Sản xuất dung dịch sét

a) Công nghệ thi công tương theo phương pháp đổ bê tông toàn khối Công nghệ đổ bê tông tường toàn khối quyết định bởi kết cấu của tường, kiểu máy đào hào và những điều kiện địa chất công trình của nơi thi công. Công nghệ thi công tường trong đất theo phương pháp đổ bê tông toàn khối gồm các công đoạn chính như hình 3.21.

Hình 3.21. Các giai đoạn chính trong thi công tường liên tục trong đất

Làm tường dẫn: độ chính xác (độ rộng, độ phẳng mặt, độ thằng đứng và cốt cao) cùng cường độ khi làm tường dẫn có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thi công làm hào tường dẫn. Tường dẫn thường làm bằng bê tông đổ tại chỗ hay bê tông đúc sẵn vv... Cường độ bê tông không nên dưới C20, độ sâu thường là 1 - 2m, khi gặp phải tầng đất lấp tạp đặc biệt rời rạc dễ sụt lở, phải vượt qua tầng này để tới tầng đất sét chặt hơn. Phía lưng của tường

dẫn phải lấp đầy đất sét đầm kỹ không dò nước, không dò vữa. Khi nước ngầm cao, có thể nâng cao thích đáng độ cao của đầu tường dẫn, đảm bảo cho mặt của vữa sét cao hơn mực nước ngầm không dưới 1m, để giữ ổn định của thành hào. Mặt trong của tường dẫn song song với đường trục của tường ngầm, sai số cho phép so với đường trục thường trong khoảng ±10mm. Sau đó dỡ cốp pha của bê tông tường dẫn phải làm ngay việc chống đỡ ở giữa hai tường. Trong thời gian dưỡng hộ bê tông các máy nặng không được đi lại, không được xếp vật nặng ở cạnh tường dẫn, đề phòng tường bị biến dạng, bị nứt hoặc chuyển vị.

Trình tự làm tường dẫn như sau: 1. Làm mặt đất bằng phẳng → 2. Định vị bằng trắc đạc →3. Đào hào →4. Đặt cốt thép→5. Ghép cốp pha→6. Đổ bê tông →7. Tháo cốp pha →8. Chèn đất mép ngoài.

Phân chia hợp lý độ dài của từng đoạn hào: Để giảm bớt đầu nối giữa các đơn nguyên, nâng cao độ cứng và khả năng chống thấm của tường, nên độ dài đơn vị đoạn tường phải được tính toán lựa chọn tổng hợp theo các nhân tố: tình trạng tải trọng tĩnh và tải trọng động trên mặt đất ở gần tường, kích thước, trọng lượng , độ cứng tổng thể của lồng cốt thép, năng lực của thiết bị cẩu lắp, khả năng cung ứng và thời gian đổ bê tông, việc bố trí các mối nối vv.... thường các đoạn tường có độ dài 4 - 6m (hình 3.22).

Hình 3.23.Trình tự thi công một đoạn tường vây hố đào

Hình 3.22.Cách phân chia tường liên tục thành các đoạn/đơn nguyên để đào

Thi công đào hào: dùng dung dịch sét phù hợp với yêu cầu, bảo đảm ổn định của thành hào. Mật độ dung dịch thường khống chế trong khoảng 1,05 - 1,20 kg/l, trong tầng đất cát đặc biệt dễ sụt lở có thể nâng cao thêm. Sau khi kết thúc thi công, mật độ dung dịch trong hào khống chế không lớn

hơn 1,15 kg/l, còn ở đáy hào không nên lớn hơn 1,2 kg/l, độ nhớt không nên nhỏ hơn 19 - 25s, lượng mất nước 20 ml/30 phút, pH < 11.

Khi đào phải luôn duy trì mặt dung dịch sét cao hơn miệng hào 0,2 m. Trình tự đào: đơn nguyên đầu tiên đào 2 mép trước, đào phần giữa sau, đơn nguyên nằm giữa 2 đơn nguyên đã đổ bê tông thì đào giữa trước, đào 2 mép sau.Trên hình 3.23 trình bày trình tự thi công một đoạn tường liên tục trong đất. Sau khi kết thúc việc đào hào, tiến hành dọn hào và thay dung dịch sét. Cặn lắng dưới đáy hào dày không quá 200mm. Sai số cho phép về độ dài đoạn hào là ± 50mm. Sai số cho phép về độ dày là ±10mm, sai số cho phép về chiều sâu là ≤ 100mm, sai số cho phép về độ thẳng đứng là ≤ 1/150 (cụ thể hơn sẽ do người thiết kế quyết định).

Đầu nối của tường ngầm liên tục: rất đa dạng, có ống đầu nối, hộp đầu nối, đầu nối hình nêm, đầu nối kiểu bản phẳng, đầu nối kiểu cài vào v.v.... Trên hình 3.24 trình bày một số kiểu đầu nối thường dùng và cách thi công. Điều chủ yếu khi lựa chọn hình thức đầu nối là phải đảm bảo sự liên kết tin cậy giữa các đoạn tường, không xuyên nước , có thể truyền lực giữa các đoạn mà không biến dạng, thi công thao tác thuận lợi vv.... Trước khi đưa cấu kiện tạo đầu nối vào nối, phải dùng bàn chải sắt đánh sạch bùn đất bám ở thành, hình thức bàn chải sắt và lông bàn chải phù hợp với từng thành hào và hình dạng của đầu nối. Vật liệu làm đầu nối có thể ống thép, bản thép hoặc đầu nối mềm (không nhổ ra khi đổ xong bê tông) bằng chất dẻo nằm trong công trình (chủ yếu để chống thấm).

100

Hình 3.24 Quá trình thi công mối nối bằng ống nối đầu a) Đào đoạn móng; b) Lắp ống nối đầu và lồng cốt thép; c) Đổ bê tông; d) Nhổ ống nối đầu; e) Hoàn thành một đoạn móng. 1. Tường dẫn; 2. Tường bê tông đã hoàn thành; 3. Đoạn hào đang đào; 4. Đoạn hào chưa đào; 5. ống nối đầu; 6. Lồng cốt thép; 7. Tường bê tông đang hoàn thành; 8. Lỗ hổng sau khi nhổ ống nối đầu

Chế tạo lồng cốt thép: Phải tính kỹ khả năng có thể xảy ra uốn cong hoặc biến dạng trong quá trình chất xếp, vận chuyển, lắp đặt. Kích thước tổng thể phải căn cứ vào kích thước của đoạn hào và khả năng của cần trục, tốt nhất là có thể làm thành một chỉnh thể. Để tăng thêm độ cứng, mỗi vỉ lồng cốt thép phải có không dưới 3 thanh cốt xương theo chiều đứng, đường kính không dưới 16 mm, đường kính cốt chịu lực cắt ở tầng mặt không dưới 20mm. Tại ví trí lắp đặt ống dẫn thì xung quanh phải gia cố bằng cách tăng thêm cốt đai và cốt liên kết. Độ thẳng đứng của lồng cốt thép trước khi lắp phải kiểm tra bằng máy (sau khi hạ vào hào thì khó kiểm tra). Do đó, với loại lồng đòi hỏi phải chia đoạn cho vào hào, có thể làm một số đường thẳng đứng chính xác ( đường dưỡng ) ở các doạn lồng cốt thép trên và dưới, đồng thời xác định một mặt phẳng ngang ở trên đỉnh của tường dẫn. Chú ý đặc biệt các chi tiết thép chờ để liên kết với các cấu kiện bê tông cốt thép sẽ thi công sau đó. Trước khi đổ bê tông ( sau khi đã lắp xong lồng cốt thép ) phải đo lại cặn lắng, nếu dày quá qui định phải làm sạch lần nữa ( lần đầu sau khi đào).

Đổ bê tông: Đổ bê tông tường ngầm liên tục phải dùng hai ống dẫn. Khoảng cách giữa 2 ống dẫn không nên xa quá, nếu không thì bê tông ở khoảng giữa sẽ dễ bị cuốn vào bùn hoặc vữa nổi, bê tông chỗ đầu nối có độ lưu động kém hơn cho nên vị trí lắp đặt ống dẫn sao cho việc điều chỉnh cự ly giữa chúng dễ dàng và hợp lý và hết sức cố gắng để ống dẫn càng gần chỗ đầu nối, độ sâu của ống dẫn chôn vào trong bê tông thường là từ 1,5 -6m, cự ly giữa 2 ống dẫn bằng 2 -3m.

b) Công nghệ thi công tường theo phương pháp đúc sẵn và đúc

sẵn + đổ tại chỗ

Căn cứ vào điều kiện đất nền, trang bị và khả năng kỹ thuật cũng như

một số yêu cầu về môi trường và an toàn cao của công trình ở gần để chọn công nghệ làm tường trong đất bằng phương pháp đúc sẵn - lắp ghép - toàn khối hoá (tức vừa có đúc sẵn vừa có đổ bê tông tại chỗ). Có thể kết hợp các tấm tường với trụ đúc sẵn hoặc trụ đổ tại chỗ để liên kết chúng lại với nhau tạo thành tường đúc sẵn kiểu sườn.

101

Công nghệ Panosol (của hãng Soletanche) và công nghệ Prefasil (của hãng Bachy): lắp các cấu kiện đúc sẵn vào hào có vữa đóng rắn chậm, vữa

này sẽ lèn vào các mối nối giữa các cấu kiện và vào các khe hở giữa các cấu kiện đúc sẵn với thành hào, làm chắc và liên kết các cấu kiện thành tường liên tục (xem hình 3.25), cường độ vữa tới 5 MPa. Cường độ thiết kế của vữa ở cuối thời kỳ đóng rắn phải lớn hơn cường độ của đất quanh công trình (thường từ 0,5 - 1,0 MPa). Có thể tham khảo số liệu sau :

- Đơn 1 : trong 1m3 vữa cần 150 - 450 kg xi măng, 20 (30 kg sét

bentonite với phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết của vữa, độ sệt của vữa không nhỏ hơn 1,5 - 1,6 g/cm3, có độ sụt cần thiết để dễ dàng chèn đầy vào các mối nối và khe hở, không co ngót, chống thấm tốt, bền với ăn mòn.

- Đơn 2 : trong 1 m3 vữa cần 270 kg xi măng pudơlan, 0,296 m3 cát,

dung dịch sét có tỷ trọng 1,1 g/cm3 cần 0,46 m3.

Hình 3.25. Sơ đồ thi công tường BTCT đúc sẵn cho công trình ngầm (a-b) Mối nối ướt (c ) và mối nối Prefasil (d) 1. Máy đào; 2. Hỗn hợp cát; 3. Cần trục bánh hơi; 4. Cần trục bánh xích; 5. Tấm tường BTCT; 6. Thanh dẫn hướng ; 7. Phần hào giữ bằng dung dịch sét; 8. Máy đào tay với; 9, Vữa xi măng; 10. Phễu; 11. ống phân phối; 12. Mối nối

102

Công nghệ thi công Panosol hay công nghệ Prefasil nói trên cần có sự liên tục, tuân thủ nghiêm ngặt thời gian dừng theo yêu cầu công nghệ, văn hoá thi công cao... nhằm không để xảy ra giảm chất lượng mối nối.Trên hình 3.26 trình bày loại tường lắp ghép tấm với tấm và giữa tấm với trụ cứng có xẻ rãnh.

Các công nghệ thi công tường trong đất bằng các cấu kiện đúc sẵn có thể thay đổi một ít để nâng cao chất lượng chịu lực cũng như chống thấm bằng cách: phần chân công trình ngầm thì dùng tường bê tông đổ tại chỗ còn phần phía trên thì dùng cấu kiện đúc sẵn lắp ghép hoặc dùng tường 2 lớp: lớp ngoài thì tường đổ tại chỗ, lớp trong thì lắp ghép bằng tấm đúc sẵn, liên kết giữa chúng bằng neo hoặc thép chờ.

Hình 3.26.Tường liên tục trong đất được thi công bằng phương pháp lắp ghép. a )Lắp ghép tấm+tấm; b )Lắp ghép tấm+trụ có rãnh

3.1.2.6 Phương pháp giếng chìm

Như kinh nghiệm xây dựng của thế giới đã chứng tỏ phạm vi áp dụng phương pháp giếng chìm rất rộng: xây dựng nhà máy bơm, bể chứa nước, bể lắng có chức năng khác nhau đặt sâu của nhà máy điện nguyên tử, nhà ngầm của nhà máy tuyển và làm giàu quặng, ga ra ô tô ngầm, tầng hầm của nhà cao tầng, ga tàu điện ngầm nông v.v...

Thi công công trình ngầm bằng phương pháp giếng chìm phải dựa trên so sánh kinh tế - kỹ thuật của các phương án xây dựng khác nhau. Ưu việt chính của phương pháp này so với phương pháp đào hở/mở ở là :

- Không cần chống giữ thành hố đào; - Giảm tới tối thiểu khối lượng công tác đất; - Loai trừ tác động động lực lên đất nền móng của những công trình

lân cận;

- Công trình ngầm có thể xây dựng trong những điều kiện địa chất

công trình và địa chất thuỷ văn phức tạp nhất;

- Công trình ngầm có thể xây dựng trong vùng chật hẹp kể cả khi cải

103

tạo những nhà máy đang hoạt động.

Giếng chìm bằng bê tông cốt thép toàn khối hoặc lắp ghép và giếng chìm hơi ép tuy có sự khác biệt về công nghệ và cấu tạo nhưng có cùng tính chất cấu trúc được đặc trưng bởi các giai đoạn công nghệ thi công chung như :

(1) Giai đoạn chuẩn bị; (2) Thi công công trình trên mặt đất; (3) Hạ chìm công trình vào đất; (4) Làm đáy và các kết cấu phụ; (5) Thi công phần kết cấu phía trên mặt đất và hoàn chỉnh công trình

tiện ích chung của khu vực. Trình tự công nghệ thi công giếng trên mặt đất và hạ giếng là như sau :

(1) Làm nền tạm; (2) Thi công phần chân dao và tường của đốt giếng thứ nhất; (3) Dừng thi công để bê tông cứng chắc (ở tường và ở mối nối); (4) Hạ đốt giếng đầu đến phần nhô phía trên chân dao; (5) Dừng hạ để làm bờ giếng giữ dung dịch sét; (6) Hạ tiếp đốt thứ nhất; (7) Dừng hạ để làm tường của đốt giếng thứ 2; (8) Hạ đốt thứ 2 và tiếp tục như thế cho các đốt sau; (9) Làm đáy và các kết cấu phụ.

3.1.2.7 Phương pháp ngược từ trên xuống (top - down)

Thi công công trình ngầm theo phương pháp từ trên xuống (ngược với phương pháp truyền thống là từ dưới lên ) thường dùng cho những công trình mà tường bao quanh là tường trong đất (cọc hàng ken dày hoặc tường liên tục) thuộc loại kết cấu vĩnh cửu khi thay hệ thanh chống hoặc neo của phương pháp truyền thống bằng hệ sàn hoặc dầm bê tông cốt thép, có thể có trụ / cột chống trung gian. Sơ đồ thi công của phương pháp được mô tả trên hình 3.27 khi dùng sàn thay cho thanh chống ngang và trên hình 3.28 có dùng cột/ trụ trung gian để đỡ sàn.

104

Thi công trụ chống trung gian: Trụ chống trung gian có thể tỳ lên bản đáy hoặc lên cọc và mang tải các tầng ngầm hay cả kết cấu trên mặt đất. Vị trí của trụ theo vị trí của cột thuộc kết cấu công trình hoặc tại các điểm giao cắt của tường dọc với tường ngang.

+ Khi công trình ngầm đặt trực tiếp lên nền tự nhiên thì trụ trực tiếp

chống lên bản đáy của móng bè hoặc móng hộp.

+ Khi móng đặt trên cọc khoan nhồi thì dùng thép hình chữ H hoặc thép ống tròn đường kính nhỏ cắm sâu vào đầu cọc nhồi thấp hơn đáy bản móng độ 1 ÷1,5 m.

+ Khi móng bằng cọc đóng thì nên dùng trực tiếp cọc thép hình chữ H hoặc cọc ống thép (bịt đáy ) làm trụ chống trung gian (dùng bê tông nở thể tích đổ vào lòng trụ ống).

Hình 3.27. Trình tự thi công sàn tầng ngầm theo phương pháp từ trên xuống (top - down)

Hình 3.28. Trình tự thi công sàn tầng ngầm có trụ/cột chống trung gian theo phương pháp từ trên xuống: 1. Tường liên tục trong đất; 2. Trụ chống trụng gian; 3. Nắp của tầng ngầm; 4. Đáy của tầng ngầm.

Nên dùng thép bản hàn ngang chân trụ thép và chôn vào bản đáy để cách nước, kiểm tra lực cắt và chọc thủng ở chân trụ với đáy công trình ngầm.

Đào đất trong phương pháp thi công tử trên xuống: Khi dầm sàn bê

tông đạt cường độ 90% mới được đào;

105

- Chỗ cao thấp lúc đào cho một tầng không nên vượt quá 1m;

- Quanh trụ chống và gần tường chắn nên đào đều nhau, tránh va đập vào trụ chống và gây biến hình trụ chống (thường dùng máy nhỏ hoặc đào thủ công);

- Đào từ giữa ra 4 chung quanh sao cho cân bằng áp lực đất lên tường

chắn;

- Trong thời gian đào thực hiện đầy đủ quan trắc kết cấu ngầm và môi trường chung quanh, thông tin kịp thời để làm căn cứ điều chỉnh phương pháp đào, tốc độ và phương hướng đào một cách kịp thời;

- Chú ý điều kiện vệ sinh và an toàn lao động khi đào đất ở phía dưới

các sàn (thông gió, ánh sáng);

- Khi mực nước ngầm cao thì trước khi đào phải hạ thấp mực nước

ngầm trong hố đào.

Thi công dầm/sàn sau tầng ngầm: Thi công kết cấu của công trình ngầm theo trình tự từ trên xuống là dựa trên sự vững chắc của lớp đất vừa đào. Phải đáp ứng 2 yêu cầu : một là tìm biện pháp giảm độ lún của các trụ chống và biến dạng của kết cấu, hai là giải quyết vấn đề liên kết các cấu kiện phía trên và phía dưới cũng như phương pháp đổ bê tông.

- Dầm bản của các tầng ngầm tạo ngay trên mặt lớp đất vừa đào, dùng nó làm cốp pha sau khi đã gia cố thích hợp (bê tông lót hay đệm cát đầm chặt... hoặc dùng bản gỗ/ thép lót mặt hay thành rãnh đào để làm cốp pha dầm...).

- Đề phòng lún mặt đất hoặc nứt do co ngót của bê tông : trên mặt cốp pha nên chừa sẵn một số lỗ để sau đó bơm ép vữa vào nhằm khắc phục nứt và bảo đảm tốt sự liên kết giữa các cấu kiện.

Đường vận chuyển đất và vật liệu: Chừa lỗ (một hay một số lỗ) thông suốt từ bản đỉnh ở mặt đất tới đáy công trình ngầm để làm đường vận chuyển đất đào cũng như vật liệu để thi công các phần ngầm ở bên dưới. Thường lợi dụng buồng cầu thang cho mục đích này. Lỗ chừa này vừa phù hợp yêu cầu thi công vừa theo yêu cầu chịu lực.

106

Thi công bịt đáy: Đáy công trình sẽ ở vị trí sâu nhất nên khi đào dễ gây cho chân tường biến dạng lớn, vì vậy cần làm hệ thống chống tạm theo cách sau:

- Ở độ sâu khoảng 20 cm dưới mặt bản đáy, thi công trước hệ chống chung quanh bằng hệ dầm bê tông cốt thép, khi thi công bản đáy thì hệ dầm này nằm trong bản đáy;

- Dùng đảo ở giữa công trình ngầm làm chỗ tỳ cho các thanh chống vươn ra 4 chung quanh, tức trước khi thi công các tấm sàn phải đào đất sâu quá đáy và làm đảo này.

Trên hình 3.29 là là một cải tiến cách thi công tầng ngầm nhà hát Winster Gardens (Lon don) với sàn và trụ trung gian đỡ sàn men theo chu vi được thi công theo phương pháp Top-down còn phần sàn và cột ở giữa thì thi công theo phương pháp truyền thống là từ dưới đáy móng lên nắp sàn.Phương pháp vừa nêu có tên là nửa ngược (semi top-down).

Hình 3.29. Trình tự thi công tầng ngầm nhà hát Winster Gardens Lon Đon theo phương pháp từ trên xuống

107

Ưu điểm của phương pháp semi Top-down cải thiện đáng kể điều kiện lao động (ánh sáng và thông gió )vì không phải đào kín dưới nắp /sàn tầng hầm,tăng năng suất đào đất vì có thể dùng máy móc cơ giới lớn .Vì vậy ở nước ta nhiều tầng hầm của nhà cao tầng đã thi công theo phưong pháp này. 3.1.3 Thi công hố đào 3.1.3.1 Đào đất trong hố đào

§µo ®Êt trong hè mãng thêng gÆp ph¶i mét sè vÊn ®Ò ®Æc biÖt, nhÊt lµ víi hè mãng s©u. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy nhÊt thiÕt ph¶i ®îc xö lý tho¶ ®¸ng míi cã thÓ b¶o ®¶m cho c«ng viÖc ®µo ®Êt ®îc tiÕn hµnh thuËn lîi. VÊn ®Ò rÊt thêng hay gÆp lµ viÖc xö lý níc ngÇm vµ viÖc chèng gi÷ hè mãng, hai vÊn ®Ò nµy cã khi song song tån t¹i, cã khi mét trong hai vÊn ®Ò ®ã l¹i næi lªn thµnh chñ yÕu. Do ®ã, trong khi ®µo hè mãng, nhÊt thiÕt ph¶i kÕt hîp chÆt chÏ víi t×nh h×nh ®Þa chÊt thuû v¨n ®Ó lùa chän ph¬ng ¸n ch¾n gi÷ hè mãng vµ h¹ mùc níc ngÇm tho¶ ®¸ng.

1. Hố đào khi không cần chống giữ. §é dèc thµnh hè ®µo cã ¶nh hëng rÊt lín ®èi víi æn ®Þnh cña thµnh. Trong quy ph¹m thi c«ng nghiÖm thu ®· quy ®Þnh rÊt râ vÒ ®é dèc thµnh hè sö dông t¹m thêi trong mét thêi gian t¬ng ®èi dµi. Thêng khi ®µo s©u tõ 5m trë l¹i víi lo¹i ®Êt cã ®é Èm tù nhiªn, cÊu t¹o ®ång ®Òu, ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt thuû v¨n tèt l¹i kh«ng cã níc ngÇm th× ®é dèc cña thµnh cã thÓ chän theo b¶ng 3.2 và 3.3.

§é dèc thµnh hè

§µo ®Êt b»ng m¸y

Tªn lo¹i ®Êt

§µo ®Êt b»ng nh©n c«ng vµ ®æ ®Êt lªn miÖng hè

§µo ®Êt ë ®¸y hè mãng

§µo ®Êt ë trªn bê m¸ng mãng

1 : 0,75 1 : 0,50 1 : 0,33; 1 : 0,75 1 : 0,25 1 : 0,50 1 : 0,50

1 : 1 1 : 0,75 1 : 0,67 1 : 0,75 1 : 0,67

1 : 1 1 : 0,67 1 : 0,50 1 : 0,33 1 : 0,67 1 : 0,33

§Êt c¸t §Êt bét c¸t §Êt sÐt bét §Êt sÐt §Êt cã sái, cuéi Nham than bïn

Lo¹i ®Êt

B¶ng 3.2 §é dèc lín nhÊt cña thµnh hè đào cã ®é s©u ≤ 5m (kh«ng cã chèng ®ì )

Dèc cao < 5m

TrÞ sè dèc cho phÐp (tØ sè cao réng) Dèc cao 5-10m

§Êt ®¸ sái

1 : 0,35 ∼ 1 : 0,50

1 : 0,50 ∼ 1 : 0,75

1 : 0,75 ∼ 1 : 1,00

ChÆt ChÆt võa H¬i chÆt

1 : 0,75 ∼ 1 : 1,00

1 : 1,00 ∼ 1 : 1,25

§Êt bét

1 : 1,00 ∼ 1 : 1,25

1 : 1,25 ∼ 1 : 1,50

1 : 0,75

§Êt sÐt bét

Sr ≤ 0,5 R¾n ch¾c

108

B¶ng 3.3. M¸i dèc theo chÊt ®Êt §é chÆt hoÆc tr¹ng th¸i

1 : 1,00 ∼ 1 : 1,25

R¾n dÎo Cã thÓ nÆn

1 : 1,25 ∼ 1 : 1,50

§Êt sÐt

1 : 0,75 ∼ 1 : 1,00

1 : 1,00 ∼ 1 : 1,25

R¾n ch¾c R¾n dÎo

1 : 1,00 ∼ 1 : 1,25

1 : 1,25 ∼ 1 : 1,50

tµn

tÝch

1 : 0,75 ∼ 1 : 1,10

§Êt sÐt nham hoa c¬ng

R¾n dÎo Cã thÓ nÆn

1 : 0,85 ∼ 1 : 1,25

§Êt lÊp t¹p

PhÕ th¶i x©y dùng chÆt võa hoÆc chÆt ch¾c

§Êt c¸t

1 : 0,75 ∼ 1 : 1,00 1 : 1,00 (hoÆc gãc nghØ tù nhiªn)

Ghi chó: Sr - ®é b·o hoµ cña ®Êt.

2. Hố đào có chống đỡ. Sơ đồ thi công và máy đào đất khuyến nghị

được nêu ở bảng 3.4. Khi đào hố móng cần lưu ý một số việc sau:

- Việc đào hố móng phải được tính toán tổng hợp với việc chống đỡ (hoặc neo giữ) tường chắn đất. Ví dụ, tầng đào đất thứ nhất phải đào sâu xuống tới mức sâu hơn tầng thanh chống hoặc thanh neo thứ nhất một khoảng nhất định (do thiết kế kết cấu chắn giữ xác định) thì phải ngừng đào đất để chờ cho tầng thanh chống hoặc thanh neo thứ nhất thi công xong rồi mới đào tiếp tầng đất thứ hai.

- Trong khi đào đất thì chỗ đống đất được đào vất lên phải tính đến

việc ổn đinh của thành hố móng.

- Khi đào hố móng tương đối sâu, đất có thể chuyển theo phân tầng bằng xe hoặc bằng tay, máy đào đất và xe chuyển đất phải cố gắng vào hẳn trong hố móng, phải có quy hoạch cho đường dốc để ô tô vận chuyển đất ra vào và cuối cùng là việc chuyển đất của bản thân đường dốc, cố gắng không phải dùng đường cầu tạm, vì chi phí cao.

- Nếu gần kề có móng của công trình khác thì khi đào hố móng phải

giữ một cự li nhất định.

- Khi thi công trong mùa mưa phải kiểm tra hệ thống thoát nước ở

109

hiện trường, bảo đảm thoát nước tốt và bảo đảm ổn định thành hố móng.

KÝch thíc c«ng tr×nh, m

S¬ ®å thi c«ng

Nhãm ®Êt

Lo¹i m¸y nªn dïng

I-II

≤ 18

≤ 15

M¸y ®µo ngo¹m dung tÝch gÇu 1,0 - 1,5m3

I-III

Nh trªn

≤ 12

≤ 15

I-III

12 - 30

Nh trªn, thªm m¸y xóc

≤ 15

I-IV

12 - 30

≤ 30

M¸y ®µo thuû lùc dung tÝch gµu 0,15 - 0,65m3 vµ cÇn cÈu b¸nh xÝch trªn m¸y ®µo

I - II

M¸y xóc vµ m¸y ®µo g¹t

≥ 30

≤ 12

I - IV

≥ 50

≤ 12

M¸y ®µo cã dung tÝch gµu 0,5 - 0,25 m3

I - IV

≥ 20

≤ 50

I - II

10 - 20

≤ 15

110

Bảng 3.4. Sơ đồ kiến nghị thi công đào đất trong hố đào

3.1.3.2 Vận chuyển đất ra khỏi hố đào

Việc đưa đất ra khỏi hố đào bằng cơ giới phụ thuộc vào kích thước hố đào và nhóm đất (phân loại theo thi công đào) như trình bày, về nguyên tắc , trong bảng3. 4. Cần chú ý rằng khi đào gần tường chắn hay trụ chống trung gian phải dùng máy nhỏ, thậm chí dùng thủ công để đào nhằm tránh làm hỏng kết cấu chấn giữ.

3.1.3.3 Một số giải pháp thi công hỗ trợ

Khi gÆp nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt c«ng tr×nh vµ ®Þa chÊt thuû v¨n bÊt lîi hoÆc ®iÒu kiÖn x©y dùng ë hiÖn trêng lµ phøc t¹p, nhất là trong điều kiện chật hẹp của đô thị, v.v..., kh«ng thÓ chØ cã vÊn ®Ò têng ch¾n vµ hÖ chèng gi÷ gi¶i quyÕt ®îc vÊn ®Ò mà ph¶i dïng mét sè biÖn ph¸p bæ trî kh¸c nhau kÕt hîp l¹i ®Ó xö lÝ nh»m ®¶m b¶o sao cho c¸c chuyÓn vÞ cña ®Êt theo ph¬ng th¼ng ®øng, n»m ngang ë quanh hè mãng vµ díi ®¸y hè ®µo lµ nhá nhÊt theo c¸c h¹n chÕ về biÕn d¹ng ®· cho nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận.. C¸c biÖn ph¸p ®ã thường lµ:

a) Sö dông c¸c têng ch¾n ®Ó chèng ®ì ®Êt c¶ trong dµi h¹n vµ ng¾n h¹n; b) Sö dông c¸c tÊm hay têng cã ®é cøng chèng uèn lín; c) Tr¸nh lµm mÊt ®Êt bëi c¸c rung ®éng hay c¸c nguyªn nh©n kh¸c; d) §¶m b¶o ®é ch«n s©u cña têng trong líp ®Êt tèt; e) §¶m b¶o têng cã chèng ®ì t¹i c¸c t©m th¼ng ®øng vµ gi¶m c¸c t©m nµy

theo ®é s©u;

f) ThiÕt lËp sù chèng ®ì thÊp nhÊt gÇn cèt ®¸y hè mãng; g) T¹o ®é cøng chèng nÐn trong c¸c thanh chèng; h) Gi¶ t¶i tríc trong thanh chèng hoÆc kÐo tríc c¸c thanh neo; i) Tr¸nh chËm trÔ trong viÖc l¾p ®Æt c¸c thanh chèng ngang vµ däc, tr¸nh ®Ó hë c¸c khèi panel têng ch¾n trong mét thêi gian dµi vµ tr¸nh chËm tiÕn hµnh c¸c c«ng viÖc l¾p ®Æt thanh chèng hay neo t¹i c¸c cèt chèng ®ì cña hè ®µo;

j) Tr¸nh lµm mÊt ®Êt do ®µo lÑm hoÆc mÊt c¸c h¹t ®Êt mÞn trong qu¸ tr×nh

b¬m hót níc;

111

k) Tr¸nh bÞ xãi lë khi tho¸t níc ë ngoµi tÇng hÇm;

l) Trong ®Êt yÕu, viÖc gia cè ®Êt n»m díi ®¸y hè mãng ph¶i ®¶m b¶o sao cho søc kh¸ng bÞ ®éng trong têng ch¾n c©n b»ng víi cêng ®é vµ ®é cøng cao cña ®Êt (viÖc gia cè nµy cã thÓ tiÕn hµnh b»ng c¸ch b¬m phôt tõng vïng, ®Çm rung hay thay thÕ rung).

a) Gi¶i ph¸p kÜ thuËt ®èi víi hè ®µo. Hè ®µo bÞ chuyÓn vÞ lín do kÕt cÊu ch¾n gi÷ bÞ biÕn d¹ng nhiÒu hoÆc do ®¸y hè mãng mÊt æn ®Þnh sÏ g©y cho ®Êt quanh mãng cã chuyÓn vÞ ngang lín vµ cã thÓ lµm cho c«ng tr×nh ë gÇn bÞ sôp ®æ. §èi víi ®¸y hè ®µo: ®Ó phßng ngõa hè mãng bÞ ®Èy tråi, nhÊt lµ trong ®Êt yÕu, ngoµi viÖc ph¶i kiÓm to¸n ®Çy ®ñ víi hÖ sè an toµn thÝch ®¸ng nh ®· tr×nh bµy ë phÇn thiÕt kÕ, cßn cÇn cã nh÷ng gi¶i ph¸p kÜ thuËt bæ sung nÕu xÐt thÊy hÖ sè an toµn kh«ng ®ñ hoÆc kh«ng kinh tÕ nÕu kÐo dµi têng ch¾n vµo ®Êt qu¸ s©u.

 Dùng cọc xi măng đất hoặc cọc bơm ép vữa

Trong những trường hợp đó, người ta thường dïng cäc xim¨ng ®Êt phun Ðp hoÆc trén s©u, nh c«ng nghÖ cña h·ng Hercules (Thuþ §iÓn) ®ang thùc hiÖn nhiÒu c«ng tr×nh ë ViÖt Nam, ®Ó gi¶m ¸p lùc ®Êt chñ ®éng, t¨ng ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng lªn têng cõ khi hè mãng s©u (h×nh 3.20.a) hoÆc gia cè toµn bé chu vi hè mãng n«ng (h×nh 3.20.b).

112

H×nh 3.20 . Cäc xim¨ng ®Êt ®Ó c¶i thiÖn ®Êt quanh hè mãng a) Gi¶m ¸p lùc ®Êt chñ ®éng vµ t¨ng ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng lªn têng ch¾n ®èi víi hè mãng s©u; b) Gia cè thµnh vµ ®¸y hè mãng n«ng. Ngoµi ra, mét nguyªn nh©n mÊt æn ®Þnh cña hè ®µo thêng x¶y ra lµ ¸p lùc níc ngÇm cao h¬n ®¸y hè mãng vµ có lớp ®Êt c¸t mịn nằm quanh tường chắn. Cäc xim¨ng ®Êt trén s©u cã t¸c dông gi¶m hoÆc ng¨n ngõa sù

H×nh 3.31. Ng¨n ngõa níc phun trµo b»ng cäc ximăng đất a) Tríc khi c¶i thiÖn ®Êt; b) Sau khi c¶i thiÖn ®Êt b»ng cäc xim¨ng ®Êt

HÖ thèng c«ng nghÖ ®Ó lµm cäc trén cã thÓ kh«ng dïng ¸p lùc khÝ nÐn ®Ó b¬m dung dÞch vµ cã lo¹i dïng khÝ nÐn ®Ó b¬m xim¨ng vµo ®Êt (ph¬ng ph¸p kh«). Tuú theo ¸p lùc b¬m mµ ®êng kÝnh cäc b¬m sÏ thay ®æi tõ 60cm ®Õn 180cm vµ tuú theo tØ lÖ níc/xim¨ng mµ cêng ®é nÐn 1 trôc qu cña ®Êt sau khi gia cè tõ 3 kg/cm2 ®Õn 10 kg/cm2 ë 14 ngµy tuæi.

b) Gi¶i ph¸p ®èi víi c«ng tr×nh l©n cËn. Khi nh÷ng gi¶i ph¸p tÝnh to¸n vµ gia cè b¶n th©n hè ®µo kh«ng ®ñ ®Ó gi¶m nh÷ng chuyÓn vÞ cã thÓ cña c«ng tr×nh l©n cËn th× cÇn ph¶i xem xÐt viÖc xö lÝ nÒn mãng cña nh÷ng c«ng tr×nh Êy vµ thêng dïng mét sè biÖn ph¸p gia cêng nh lµ:

- Khi vËt liÖu mãng bÞ ph¸ ho¹i kh«ng lín vµ t¶i träng lªn mãng t¨ng kh«ng nhiÒu th× thêng dïng ph¬ng ph¸p b¬m v÷a xi m¨ng để gia cường kết cấu móng.

113

- Gia cêng th©n mãng hîp lÝ nhÊt lµ nªn ®µo tõng ®o¹n dµi 2 - 2,5m. Cã thÓ gi¶m ¸p lùc b¬m nÕu trong vßng 10 - 15 phót vËt liÖu mãng kh«ng hÊp phô hÕt v÷a b¬m. §é sÖt cña v÷a xi m¨ng tÝnh theo tØ lÖ níc/xi m¨ng kho¶ng 2:1 - 0,6:1 ë m¸c xi m¨ng 300. Lîng v÷a b¬m gia cêng thÓ tÝch mãng bÞ yÕu lÊy kho¶ng 25% thÓ tÝch mãng. Hîp lÝ nhÊt khi gia cè mãng cò b»ng b¬m v÷a Polizosianit silicat v× nã thÊm tèt h¬n vµ æn ®Þnh h¬n v÷a xi m¨ng.

b»ng cäc rÔ c©y; 5. DÇm BTCT chÞu lùc ë díi mãng cét cña c«ng tr×nh cÇn gia cè; 6. HÇm ngang trë thµnh phÇn ®Çu cña têng trong ®Êt b»ng cäc rÔ c©y; 7. Neo ®Êt

H×nh 3.33. Gia cêng c«ng tr×nh hiÖn h÷u b»ng cäc khoan nhåi vµ têng trong ®Êt b»ng cäc rÔ c©y khi x©y dùng ®êng vît ngÇm ë CHLB §øc I. Giai ®o¹n thi c«ng thø nhÊt (®êng nÐt ®øt lµ ®êng vît ngÇm ®îc thiÕt kÕ); II. KÕt thóc thi c«ng; 1. Cäc khoan nhåi dïng ®Ó ®ì dÇm cét nhµ l©n cËn; 2. Cét cña c«ng tr×nh ®ang sö dông; 3. HÇm ngang t¹m ®Ó thi c«ng cäc rÔ c©y; 4. Têng trong ®Êt

- Lµm c¸c tÊm èp cã hoÆc kh«ng më réng ®¸y mãng. Cã thÓ dïng tÊm èp mét bªn hoÆc 2 bªn b»ng bª t«ng hoÆc bª t«ng cèt thÐp ghÐp vµo mãng cò. NÕu b»ng bª t«ng th× dµy 20 - 30cm, cßn nÕu b»ng bª t«ng cèt thÐp th× dµy kh«ng nhá h¬n 15cm. Sau khi ®Æt xong c¸c tÊm èp cã thÓ ph¶i b¬m v÷a xi m¨ng hoÆc v÷a tæng hîp vµo c¸c khe gi÷a mãng cò - míi.

φ8 - 12 ë phÇn díi vµ 10 × 10cm ë phÇn trªn. Cét sên tÊm èp cã thÓ lµm

kho¶ng 1 - 1,5m. TÊm èp bª t«ng cèt thÐp thêng dïng thÐp líi 15 × 15cm cã

b»ng thÐp c¸n (thÐp b¶n, thÐp gãc,...).

114

- Mét trong nh÷ng nhiÖm vô chÝnh khi gia cêng b»ng tÊm èp lµ ®¶m b¶o dÝnh kÕt bÒn v÷ng gi÷a bª t«ng míi vµ bÒ mÆt mãng cò. Muèn thÓ ph¶i

lµm s¹ch bÒ mÆt th©n mãng cÇn gia cêng kh«ng chØ lµ bôi, ®Êt, mì vµ c¸c chÊt ho¸ häc kh¸c mµ nh÷ng chç h háng do bª t«ng cò chÊt lîng thÊp hoÆc v÷a x©y kÐm. Dïng níc ¸p lùc cao hoÆc hçn hîp níc víi khÝ nÐn, röa b»ng c¸c chÊt ho¸ häc (axÝt clohydric), dßng khÝ kh« hoÆc Èm, xö lÝ c¬ häc bÒ mÆt ®Ó t¹o ®é nh¸m.

- §én, ®Öm c¸c cÊu kiÖn chÞu lùc díi mãng c«ng tr×nh hiÖn h÷u, nh: b¶n, trô, têng, v.v.. khi cÇn n©ng cao søc chÞu t¶i cña nÒn hoÆc ®a mãng s©u h¬n.

- Thay móng cũ b»ng mãng míi, chñ yÕu lµ dïng cäc Ðp, cäc khoan nhåi, khoan b¬m, khoan vÝt, v.v... ph¬ng ph¸p nµy ®îc sö dông khi t¶i träng t¨ng lªn mãng lµ ®¸ng kÓ vµ líp ®Êt chÞu lùc ë kh¸ s©u (h×nh 3.32 vµ 3.33).

- ChuyÓn ®æi mãng trô thµnh mãng b¨ng hoÆc bÌ Ph¬ng ph¸p nµy thêng dïng khi mãng cò ®· cã ®é lón lÖch lín do nÒn ®Êt kh«ng ®ång nhÊt, do sù kh¸c nhau nhiÒu vÒ t¶i träng trªn mãng, do nÒn bÞ ít nh·o côc bé .

- Khi cÇn ®Æt mãng c¶i t¹o s©u h¬n th× dïng ph¬ng ph¸p g¸nh ®Ó truyÒn t¶i träng cña têng lªn c¸c g¸nh t¹m thêi sau đó dùng các loại móng khác thay thế (kể cả móng cọc).

- Mét sè ph¬ng ph¸p gia cè kÕt cÊu bªn trªn móng thêng dïng:

- Gia cêng nhµ cò b»ng thÐp kÐo c¨ng tạo thành đai däc hoặc

quanh nhµ;

g¹ch.

115

Có thể tổng hợp các giải pháp vừa nêu bằng hình 3.34

Hình 3.34. Một số giải pháp bảo vệ công trình lân cận hố đào

3.2 Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào kín 3.2.1 Khái quát

116

Trước khi thi công, cần phân tích kỹ lưỡng những phương pháp xây dựng phù hợp, máy móc và thiết bị xây dựng, lập một kế họach thi công an toàn, kinh tế có cân nhắc kỹ lưỡng tới quy mô của dự án, giai đoạn xây dựng, các điều kiện địa kỹ thuật và điều kiện địa điểm. Công tác khảo sát và theo dõi quan trắc được tiến hành định kỳ để bảo đảm thi công đúng cách có chú ý đến những thay đổi về các điều kiện, trạng thái của đất đá và môi trường xung quanh. Nếu trong khi thi công điều kiện công trường cho thấy rằng phương pháp thi công ban đầu không phù hợp thì cần phải đưa ra những bước đi hợp lý và thay đổi phương pháp thi công càng sớm càng tốt. Cần bảo đảm an toàn và chăm sóc sức khỏe của người lao động toàn diện trong khi thi công phù hợp với luật pháp và các quy định nhằm tránh xảy ra tai nạn. Nơi làm việc và lối đi bộ phải được chiếu sáng phù hợp và đầy đủ nhằm bảo đảm môi trường làm việc an toàn. Nhằm bảo đảm môi trường làm việc an toàn và vệ sinh, trong đường hầm phải thông gió đầy đủ để cho khói mìn, bụi và khí thải của máy diesel có thể thoát ra ngoài. Phải

Nhằm đề phòng hỏa họan phải theo dõi cẩn thận nguồn phát hỏa và

Trường hợp sắp xảy ra nguy hiểm, phải nhanh chóng sơ tán công nhân

Phân loại

cẩn thận đối với các khí thoát ra từ đất đá và không khí thiếu ô-xi. Thực hiện thông gió và các biện pháp phù hợp khác nếu cần. Các lối đi bộ để công nhân đi lại an toàn được dành riêng trong hầm. Phải kiểm tra đất đá, các hệ thống chống đỡ, môi trường làm việc, máy móc và thiết bị để đề phòng tai nạn trong khi xây dựng. Đề phòng các rối loạn về sức khỏe và chăm sóc sức khỏe cho công nhân được duy trì trong khi xây dựng. các chất dễ cháy và có các biện pháp đề phòng như có sẵn các bình cứu hỏa. Nhằm đề phòng nổ do khí phải có những biện pháp phù hợp để phát hiện cẩn thận loại khí đó, làm loãng hoặc cho khí thoát ra ngoài nếu cần. đến một nơi an toàn. Để giữ vững liên lạc và báo cáo, sơ tán công nhân nhanh chóng và an toàn trong trường hợp khẩn cấp, phải thiết lập một hệ thống giải quyết tình huống dự kiến với các phương tiện, thiết bị và dụng cụ cần thiết. 3.2.2 Công tác khảo sát Công tác khảo sát trong quá trình thi công là rất cần thiết, nó được thực hiện nghiêm túc để đáp ứng độ chính xác yêu cầu của mục đích khảo sát. Các phương pháp tiêu chuẩn để khảo sát đường hầm giới thiệu trong bảng 3.5.

Thời gian khảo sát Sau khi thiết kế xong và trước khi xây dựng

Nội dung Khảo sát tam giác, tuyến ngang, cao trình, GPS*

Khảo sát những điểm bên ngoài đường hầm

Kết quả Thiết lập các điểm kiểm soát và cọc tiêu hướng cho đường trục hầm

Toàn đạc, cao trình, khảo sát tuyến ngang

Khảo sát chi tiết

Lập mặt bằng địa hình của cửa hầm và mặt bằng đường hầm giả thuyết

Sau khi thiết lập các điểm kiểm soát bên ngoài và trước khi xây dựng Trong khi xây dựng Thiết lập đường trục hầm

Khảo sát đường hầm

Tuyến ngang, cao trình khảo sát con quay, khảo sát bằng tia laser

Thiết lập các điểm kiểm soát trong đường hầm và đánh dấu

và các cao trình trong đường hầm, kiểm tra sự khai đào, hệ thống chống đỡ và hình dạng, ván trượt, ván khuôn

Sau khi hoàn thành Đường trục và cao trình

Giống như trên hoặc

Thiết lập điểm kiểm

Khảo sát

117

Bảng 3.5. Phân loại công việc khảo sát Mục đích khảo sát Thiết lập các điểm kiểm soát để khảo sát việc khai đào đường hầm

soát trong đường hầm

đường lò công tác

phương pháp khảo sát đặc biệt

chuyển từ đường lò công tác

đường lò công tác 3.2.3 Công tác khai đào Trên cơ sở của kích thước, hình dạng mặt cắt ngang của đường hầm, giai đoạn xây dựng, điều kiện địa kỹ thuật, điều kiện địa điểm, v..v.., trước khi khai đào người ta chọn phương pháp đào đường hầm hợp lý. Các phương pháp khai đào gương hầm có thể là phương pháp toàn gương, phương pháp đào bậc cấp, phương pháp lò đuổi, v..v... Phương pháp đào hầm nghĩa là cách khai đào như khoan và nổ mìn, khai đào bằng máy, khai đào thủ công. Cần phải có sự xem xét đặc biệt đối với các mặt cắt khai đào quá lớn hoặc quá nhỏ. Phương pháp được chọn cần sao cho đất đá không bị xáo trộn, bảo đảm có khả năng chống đỡ ở mức tối đa và mặt cắt của gương càng lớn càng tốt. Phân loại tiêu chuẩn những phương pháp khai đào được nêu ở các bảng 3.6 và 3.7.

Trong quá trình thi công, sự ổn định của gương từ khi mở gương cho đến khi lắp đặt các hệ thống chống đỡ tạm thời sau khi khai đào là điều tiên quyết. Nếu gương hầm không thể đứng vững cho đến khi hoàn thành sự lắp đặt hệ thống chống đỡ thì cần phải có những biện pháp ổn định gương, như: rút ngắn chu trình vòng đào, cắt thành vòng giữ lại lõi, tạo mặt cắt kín cho gương tạm thời và thay đổi hộ chiếu chống hầm (như tăng thêm neo đá, tăng bê tông phun và neo vượt trước, neo gương hầm…). Những thay đổi này được xem là một phần của công việc quản lý thi công thường lệ dựa vào kết quả đo đạc và quan trắc.

118

Phương án khoan nổ được lựa chọn phù hợp với điều kiện đất đá, hình dạng và kích thước của mặt cắt ngang đường hầm, phương pháp khai đào, một vòng đào, v..v.., phải chuẩn bị để giảm đến tối thiểu vùng đất đá bị xáo trộn. Bảng 3.8 giới thiệu mối quan hệ giữa điều kiện khoan nổ và kết quả công tác khoan nổ. Cần xây dựng được một kế hoạch khoan nổ mìn tổng hợp có chú ý đến hiệu quả trong tính liên tục của các công đoạn từ khoan nạp thuốc nổ, nổ mìn đến thông gió, bốc xúc vận tải đất dá khỏi hầm.

119

Bảng 3.6. Phân loại và đặc điểm của phương pháp khai đào tiêu chuẩn

1. Công tác khoan

Công tác khoan nhằm tạo được các lỗ mìn theo hộ chiếu khoan được

120

thiết lập chủ yếu dựa trên mục đích đào gương hầm và tính chất cơ lý, sự nứt nẻ của đá. Để tạo được một một môi trường an toàn, phải kiểm tra gương hầm, dọn đá vỡ rời, thu nhặt mìn không nổ trước khi khoan. Vị trí, hướng, chiều dài khoan trong hộ chiếu khoan phụ thuộc chủ yeus vào điều kiện đất đá. Các lỗ khoan trên gương hầm được bố trí sao cho không chùng với những lỗ khoan đã có. Trong khi khoan phải chú ý đến dòng nước chảy vào bất thường, rò rỉ khí, những thay đổi về điều kiện đất đá, v..v..

121

Bảng 3.7. Đặc điểm của những phương pháp khai đào khác

Kích thước đá vỡ

Tích tụ đá vỡ

Khối lượng đào quá

Thể tích khói mìn

Chấn động do nổ mìn

Tính bằng phẳng của gương khai đào

Đất đá bị tơi, biến dạng

Kết quả khoan nổ Các yếu tố khoan nổ Một vòng đào

Phương pháp cắt ở tâm

Sơ đồ bố trí lỗ khoan

Loại chất nổ

Khối lượng chất nổ

Ο Ο

Khoảng cách khoan, khối lượng nạp Lệnh nổ mìn

Ghi chú: Trong bảng này chỉ giới thiệu nhưng mối quan hệ tương đối chặt chẽ giữa các yếu tố nổ mìn và kết quả nổ mìn. Các máy khoan được lựa chọn dựa vào đặc tính thạch học của đá, kích

Bảng 3.8. Mối liên hệ giữa các yếu tố khoan nổ và kết quả khoan nổ

thước và hình dạng mặt cắt ngang của đường hầm, chiều dài đường hầm, phương pháp khai đào, kế hoạch nổ mìn, phương pháp bốc xúc, phương pháp lắp đặt neo đá, giai đoạn thi công, v..v... Thêm nữa, phải chọn cần khoan và mũi khoan phù hợp với máy khoan, đặc điểm thạch học của đá, v..v...

2. Công tác nạp thuốc nổ Trước khi nạp thuốc nổ, cần kiểm tra kỹ lưỡng hiện trạng của lỗ

122

khoan và gương công tác. Phải kiểm tra chi tiết đến dòng điện lạc hoặc rò, tĩnh điện, sấm chớp, v..v.. khi dùng kíp nổ điện. Cần thực hiện an toàn việc nạp thuốc nổ vào lỗ khoan phù hợp với kế hoạch nổ mìn. Phải chọn loại thuốc nổ phù hợp với điều kiện công tác của gương hầm cũng như các dụng cụ và vật liệu dùng vào việc đó. 3. Công tác nổ mìn Công tác nổ mìn được thực hiện an toàn và chính xác theo sự bố trí của người chỉ huy. Không một ai được vào gương công tác trong khoảng thời gian quy định. Sau khi nổ mìn phải kiểm tra gương hầm và xung quanh để khẳng định có hay không có lỗ mìn chưa nổ hoặc chất nổ còn sót. Nếu có thì phải áp dụng những biện pháp xử lý cần thiết.

4. Công tác thông gió

Sau khi nổ mìn, công tác thông gió phải đẩy đi các chất độc hại chứa trong không khí ở trong hầm do nổ mìn gây ra.

3.2.3.2 Đào bằng cơ giới 1. Khái quát Khi sử dụng phương pháp đào bằng cơ giới, máy đào được lựa chọn phù hợp với điều kiện đất đá, điều kiện địa điểm, điều kiện môi trường, kích thước và hình dạng mặt cắt ngang đường hầm, chiều dài đường hầm, một vòng đào và giai đoạn thi công. So với phương pháp khoan nổ, đào bằng cơ giới làm cho đất đá xung quanh ít bị xáo trộn và có thể đạt được vận tốc đào cao ở nơi máy đào phù hợp với điều kiện đất đá. Hơn nữa, khai đào bằng cơ giới gây tiếng ồn và chấn động tương đối thấp nên thường được dùng để đào đường hầm ở đô thị, nơi không được phép áp dụng phương pháp khoan nổ vì những lý do về môi trường và an toàn. Có hai cách khai đào cơ giới: phương pháp cắt gương từng phần dùng máy đào có tay với, máy gàu ngược, máy búa đập đá lớn, máy khoan đá, v..v.. và phương pháp sử dụng máy khoan đường hầm.

Sơ bộ về quy trình đào hầm theo phương pháp cơ giới: - Thi công giếng có kích thước đủ lớn để hạ và lắp đặt máy (ở đồng

bằng), mở cửa hầm (ở vùng núi)

123

- Đào/cắt đất đá (kể cả chống đỡ và giữ ổn định cho gương). - Bốc xúc và vận chuyển đất đá. - Lắp dựng vỏ chống. - Hoàn thiện vỏ chống. 2. Máy đào có tay với Máy đào có tay với có một tay quay ở cuối tay với, đào một phần của gương khi tay với di chuyển. Có thể dùng máy này để đào đường hầm có mặt cắt tùy ý tuy rằng vận tốc đào không lớn. Hơn nữa, những máy này phù hợp với đường hầm có gương lớn vì vòm trần của gương hầm được đào theo từng phần phù hợp với điều kiện đất đá và thiết bị. Máy đào có tay với phù hợp chủ yếu với đá cứng vừa hoặc đất đá không bền vững, vì vậy điều quan trọng là phải đào đường hầm theo biên pháp đã quy định, đặc biệt chú ý đến

sự ổn định của gương công tác. Khi sử dụng máy đào có tay với trong đất đá có dòng nước chảy vào hầm, tùy theo điều kiện đất đá mà bề mặt đất trở nên lầy lội, bùn hóa, giảm khả năng di chuyển. Trong những trường hợp như vậy không những việc bốc xúc đất đá khó khăn hơn mà đường hầm còn chịu ảnh hưởng bất lợi về cấu trúc địa chất. Vì vậy, cần có các giải pháp thoát nước để tránh hình thành các vũng nước tại gương, bên cạnh đó cần phải có những biện pháp đối phó với sự lầy lội như đặt tấm bê tông hoặc trải vật liệu lót đường. Trong trường hợp đất đá khô thì lại cần có biện pháp chống bụi. Gàu ngược chủ yếu dùng để đào đường hầm trong đất. Máy búa đập đá lớn và máy khoan đá có thể sử dụng với đất đá cứng vừa khi vì những lý do môi trường. phải xem xét đến tiếng ồn, chấn động, v..v..

3. Đào hầm bằng khiên đào (Shield method -SM)

Khiên đào (lá chắn) là máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào, bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm đồng thời là khung chống tạm vững chắc dưới sự bảo vệ của nó tiến hành tất cả các công việc chính.

Điều kiện áp dụng: Phương pháp khiên đào áp dụng trong những điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi. Hoặc tại những vị trí không thể thi công bằng phương pháp hở khi đi qua khu di tích, khu dân cư trong đô thị và khu công nghiệp,... Lá chắn có thể được phân loại như sau

- Theo hình dáng: tròn, elíp, ống nhòm (double shield)... - Theo diện tích mặt cắt ngang: - Nhỏ S < 16m2. - Trung bình S = 16-30m2 - Lớn S > 30m2

124

- Theo mức độ cơ giới hoá: cơ giới, bán cơ giới. - Theo phương pháp chống đỡ (hình 3.35): Khiên cân bằng áp lực đất (Earth pressure balance - EPB), khiên chống đỡ bằng chất lỏng ( Slury shield –SS), khiên chống đỡ bằng khí nén (Compressed air shield)

Hình 3.35. Các loại chống đỡ trong phương pháp khiên đào cơ giới

Mặc dù khiên (lá chắn) có nhiều loại nhưng chúng đều có cấu tạo cơ

bản như hình 3.36 và 3.37.

Sơ đồ nguyên lí công nghệ tổng quát: Các phương pháp thi công hầm bằng khiên đào phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản là địa chất, địa chất thuỷ văn của tuyến. Các công việc cần được tổ chức như sau:

- Công tác đào phải được thực hiện trong điều kiện an toàn tuyệt đối. - Chất lượng, vận tốc, mức độ cơ giới phải cao. - Tổ chức công việc sao cho phải liên tục, giảm giá thành

Hình 3.36. Cấu tạo khiên đào 1. Dao, 2. Vòng trụ, 3. Đuôi khiên, 4. Kích khiên. A. Hướng dịch chuyển khiên Dkh - đường kính khiên, Lkh - chiều dài khiên

125

Hình 3.37. Sơ đồ nguyên lý công nghệ đào hầm bằng khiên đào 1) Giếng thoát, 2) Gương đào, 3) Khiên, 4) Thiết bị lắp vỏ, 5) Thiết bị bốc xúc, 6) Băng chuyền, 7) Goòng, 8) Sàn công tác, 9) Goòng đã xúc đầy, 10) Phần tử vỏ, 11) Cẩu, 12) Bunke, 13) Ô tô tải

Để đảm bảo an toàn cần thiết phải thực hiện các công tác đào hầm một cách cẩn thận, thường xuyên theo dõi tình trạng của gương đào.

Mức độ sử dụng khiên đào như một công cụ đào hầm trong đất đá các loại có thể khác nhau. Trong một số trường hợp, khiên được sử dụng như vỏ chống tạm di động, cho phép thực hiện các công tác đào hầm trên toàn bộ gương hầm nhờ các platfom kiểu kéo-đẩy di động. Trong các trường hợp khác như là công cụ cơ giới để cắt đất đá (từng phần hay toàn bộ).

Khiên có thể là bán cơ giới và cơ giới. Ngoại trừ các loại đá rất cứng, khiên bán cơ giới có thể được sử dụng cho các loại từ đá cứng đến đất rất mềm yếu.

Nhược điểm của phương pháp khiên đào bán cơ giới: - Tính vụn vặt của công việc và đòi hỏi công nhân có bậc cao, chi phí

thời gian cho các công tác phụ nhiều;

- Không cơ giới hóa trong đào đất đá và lắp đặt vành vỏ; - Vận tốc đào thấp do phải đào theo từng đoạn nhỏ. Khiên đào cơ giới: Cấu tạo cơ bản của khiên đào cơ giới được giới

thiệu ở hình 3.38.

Hình 3.38. Cấu tạo k hiên đào cơ giới: 1) Dao, 2) Gầu xúc, 3) Bộ phận công tác, 4) Đầu của bộ phận công tác, 5) Đầu khoan, 6)Trục máy của bộ phận công tác, 7) Bộ dẫn động, 8) Động cơ, 9)Thiết bị lắp vỏ, 10)Máng tải, 11) Kích khiên, 12)Vách ngăn, 13) Cửa chuyển bột sét.

126

Khi thi công hầm bằng khiên đào cơ giới có thể thực hiện liên tục và đồng thời tất cả các công đoạn chính và phụ từ gương đào tới chỗ xây lắp xong vỏ hầm. Để thực hiện tất cả các công đoạn đó cần thiết phải có đầy đủ các thành phần của tổ hợp, trong đó khiên đào cơ giới là bộ phận chính. Các thiết bị, máy móc đi theo gồm: thiết bị lắp đặt các phân tố vỏ (phân tố vành

vỏ), các sàn công nghệ di động, cầu vận chuyển cho băng tải và các phương tiện vận chuyển đất đá từ trong hầm, thiết bị để bơm vữa sau vỏ hầm, chống thấm và các máy thuỷ lực và máy điện khác. Đến nay, khiên đào cơ giới cho phép thực hiện đào hầm trong cát có độ ẩm tự nhiên, đất đá yếu, không ổn định, đất chặt và đá cứng có hệ số kiên cố f < 6. Chu ký làm việc của khiên đào cơ giới nêu ở bảng 3.9.

Khiên cơ giới có các phiên bản khác nhau, như khiên chất lỏng có áp (Slury Shield - SS), khiên cân bằng áp lực đất (Earth Pressure Balance Shield - EPBS). Theo thành phần hạt của đất, phạm vi hoạt động của khiên được giới thiệu ở các hình 3.39 và 3.40.

127

Bảng 3.9. Chu trình làm việc của khiên đào

Sét

Bùn

Cát

Cuội sỏi

% trên sàng

g n à s a u q %

Khiên chất lỏng Khiên cân

Cỡ sàng d (mm)

Khiên chất lỏng có áp

Hình 3.39. Phạm vi sử dụng của khiên cân bằng áp lực đất và khiên chất lỏng có áp theo thành phần hạt của đất

Tính Cuội sỏi hạt thô Cuội sỏi hạt trung Cuội sỏi hạt mịn Cát hạt thô

Cát hạt trung Cát hạt mịn

Sét Bùn

Khiên cân bằng áp lực ấ

Hệ số thấm k (m/s)

Hình 3.40 Phạm vi sử dụng của khiên cân bằng áp lực đất và khiên chất lỏng có áp theo tính thấm của đất

128

4. Đào hầm bằng máy khoan hầm (TBM). TBM là một tổ hợp thiết bị phức tạp được lắp ráp dùng để đào hầm. TBM bao gồm: - bộ phận đầu cắt với các công cụ phay cắt và các gàu ngoạm phá (mucking bucket); - các hệ thống dùng vào các việc: cung cấp

điện năng (power), làm quay đầu cắt, và tạo lực đẩy; một hệ thống bao chắn cho TBM trong quá trình đào lò; - trang bị để lắp dựng hệ chống đỡ (vỏ hầm) khối nền; - khiên che bảo vệ công nhân; - và một hệ thống lái. Các hệ thống trang thiết bị phía sau (hậu cần) đảm bảo cho việc vận chuyển vụn đất đã đào, nhân viên và phương tiện chuyên chở vật liệu, quạt thông gió và các vật dụng khác.

Ưu điểm của việc sử dụng TBM bao gồm: - Tốc độ đào cao hơn; Vận hành liên tục; - Mức độ huỷ hoại khối nền đá ít hơn; - Biên đào nhẵn, giảm thiểu diện tích đào thừa.Yêu cầu chống đỡ ít

hơn;

- Vụn đất đào thải có tính chất đồng đều; - An toàn nhân lực và bảo vệ môi trường cao hơn; - Có khả năng cơ giới hoá toàn bộ quá trình xây dựng; - Có thể áp dụng tối đa các cấu kiện đúc sẵn; - Có thể điều khiển tự động hoá từ xa. Nhược điểm của TBM là: - Dạng hình học thường cố định là tròn; - Công trình ngầm thường đào qua nhiều loại địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau, khi đào bằng TBM mức độ rủi ro cao đòi hỏi phải có các biện pháp gia cố, sử lý phụ trợ, tính linh hoạt bị hạn chế đối với các điều kiện địa chất phức tạp,

- Chi phí đầu tư cao. Khó có thể khấu hao hết cho một dự án xây

dựng.

- Công tác lắp đạt các hệ thống chống giữ ở gương rất khó khăn phức

tạp khi thi công bằng TBM gặp phải đất yếu, chảy lỏmg.

- TBM đòi hỏi vật tư, phụ tùng thay thế rất đặc chủng, đắt và trong

nước chưa sản xuất được.

Cấu tạo và sự hoạt động của máy khoan hầm TB. Các bộ phận chủ

yếu của TB gồm:

129

- Đầu cắt để quay cắt đất đá. - Các kích thuỷ lực để duy trì áp lực cho đầu cắt. - Thiết bị để bốc xúc và vận chuyển đất đá thải;

- Thiết bị lắp đặt các phân tố (segment) vỏ; - Thiết bị phun lấp chất dính kết vào các khoảng hở giữa vỏ chống và

đất đá do đào vượt tiết diện.

Khi TB có thêm vỏ thép thì chức năng của TB giống như khiên đào cơ giới. TB là một hệ thống đảm nhiệm các chức năng: đẩy, quay xoắn, giữ ổn định khi luân chuyển, vận chuyển đất đào, lái, thông gió và chống đỡ nền quanh hang đào. Trong hầu hết các trường hợp, những chức năng này có thể được thực hiện liên tục trong mỗi chu trình khai đào. Hình 3.41 là phác hoạ một TB điển hình được thiết kế để vận hành trong đá cứng. Hình 3.42 giới thiệu các thành phần cơ bản của thiết bị đào hầm TB. Phân loại máy khoan đào hầm được nêu ở hình 3.43.

Hình 3.42. Các thành phần cơ bản của máy đào hầm Hình 3.41. Khiên thuỷ lực/ Khiên hỗn hợp với hệ thống buồng đôi 1) Đầu cắt, 2) Vách ngăn, 3) Đệm hơi, 4) Tường, 5) Ống dẫn vữa, 6) Máy nghiền đá, 7) ống cấp liệu, 8), Cơ cấu lắp ráp

130

Hình 3.43. Phân loại máy khoan đào hầm và điều kiện áp dụng

3.2.3.3 Bốc xúc, vận chuyển đất đá Kế hoạch bốc xúc đất đá cần phù hợp với điều kiện đất đá, điều kiện địa điểm, kích thước mặt cắt ngang đường hầm, chiều dài đường hầm, độ dốc, phương pháp khai đào, hệ thống truyền động trong đường hầm, loại máy bốc xúc, v..v.., và cự ly vận chuyển đến bãi thải, điều kiện tuyến đường, hệ thống tiếp nhận tại bãi thải, v..v…

Để chọn máy bốc xúc phải xem xét sự hài hòa về năng suất của từng bộ phận hợp thành. Gần đây nhiều máy bốc xúc sử dụng động cơ diesel hoặc động cơ điện. Khi dùng máy bốc xúc động cơ diesel, điều quan trọng là mỗi máy bốc xúc có một máy thoát khí thải. Có ba phương pháp vận chuyển: bằng ô tô, bằng xe bánh xích và bằng đường sắt. Vận chuyển bằng ô tô gồm xe tự lật trọng tải nhỏ và xe tải lớn (20 – 40 tấn). Vận chuyển đường sắt bằng xe tuyến. Các kiểu vận chuyển khác dùng công-te-nơ, băng tải, thùng, v..v... Khi dùng máy khoan đường hầm để khai đào gương nhỏ thì có thể dùng phương pháp vận chuyển bằng nước. So sánh về vận chuyển bằng ô tô và đường sắt được nêu ở bảng 3.10.

Vận chuyển đường bộ

Thiết bị xây dựng bên ngoài Bề mặt đường bộ/ đường ray (Xem điều 107)

Yêu cầu một số thiết bị xây dựng đặc biệt và các điều kiện địa điểm Nền đường không bị hư hỏng có thể dùng cho mọi điều kiện đất đá, cứng cũng như mềm

Không yêu cầu thiết bị xây dựng đặc biệt nào Cần bảo dưỡng bề mặt đường. Cần có biện pháp bảo dưỡng toàn bộ mặt đường trong điều kiện đất đá mềm hoặc có lượng nước chảy vào lớn

131

Bảng 3.10. So sánh phương pháp vận chuyển đường ô tô và đường sắt Vận chuyển đường sắt Mục

Hạn chế độ dốc

Hạn chế mặt cắt

Ít hạn chế Thường đến 15o Không phù hợp với đường hầm có mặt cắt nhỏ

Thiết bị thông gió

Cần thiết bị thông gió tương đối lớn ngay cả khi phương tiện vận chuyển có trang bị máy thoát khí thải

Hạn chế phát sinh Thường đến 2o So với cách vận chuyển đường bộ, có thể dùng trong những đường hầm có mặt cắt nhỏ Trường hợp sử dụng đầu máy chạy điện, có thể dùng thiết bị thông gió nhỏ hơn so với đường ô tô

Phải xem xét cẩn thận diện tích bãi thải đá dựa vào lượng đá, phương pháp vận chuyển, điều kiện vận chuyển, những hạn chế về tiếp nhận, v..v.. để không gây ảnh hưởng bất lợi cho vận tốc khai đào. Trong khi bốc xúc đá, cần bảo đảm an toàn, không gây hư hỏng các hệ thống chống đỡ, các thiết bị tạm thời hiện có, cần điều phối các phương tiện vận chuyển đá hiệu quả và an toàn, không quá tải, phải có đủ ánh sáng, thông gió và thực thi những biện pháp chống bụi tùy đặc điểm của đất đá. Trong trường hợp vận chuyển bằng ô tô, cần kiểm soát giao thông tại chỗ có xe chạy lùi hoặc đổi chiều trong khu vực có người. Trong trường hợp vận chuyển bằng đường sắt cần phải chọn một phương pháp có năng suất bởi vì hiệu quả của sự thay đổi cách bốc xúc đá lên toa xe có ảnh hưởng đến toàn bộ khu vực làm việc. Ngoài việc vận chuyển đất đá, cần bảo đảm vận chuyển người, thiết bị, vật tư an toàn bên trong đường hầm. Khi sử dụng động cơ đốt trong thì phải chú ý đến khí thải và nếu cần thì phải có biện pháp phòng ngừa phù hợp.

132

3.2.3.4 Công tác chống đỡ Công tác chống đỡ được thực hiện theo trình tự phù hợp, có chú ý đến điều kiện đất đá, ngay sau khi khai đào để sớm phát huy khả năng chống đỡ của đất đá xung quanh. Khi dùng bê tông phun cùng với hệ thống chống đỡ bằng thép làm hệ thống chống đỡ ban đầu phải phun bê tông cẩn thận để cho mặt sau của hệ thống chống đỡ bằng thép không có chỗ hở. Nếu có lỗ hở trên hệ thống chống đỡ bằng thép thì phải trám lại bằng xi măng nhão, v..v… Khi xây dựng các hệ thống chống đỡ cần xác định trình tự xây dựng để cho chức năng của mỗi bộ phận thể hiện đầy đủ trong sử dụng thực tế

nhằm đạt hiệu quả của toàn thể hệ thống chống đỡ với sự quan tâm đúng mức đến các điều kiện đất đá.

Trình tự xây dựng hệ thống chống đỡ theo phương pháp đào mới của

Áo (NATM) như sau:

- Trường hợp điều kiện đất đá chắc: 1) bê tông phun, 2) neo đá - Trường hợp điều kiện đất đá yếu: 1) bê tông phun lần đầu 2) chống

đỡ bằng thép 3) bê tông phun lần thứ hai 4) neo đá Đặc biệt, trong điều kiện đất đá yếu thì phải phun bê tông ngay sau khi khai đào để giảm đến tối thiểu sự sập gương và làm xáo động vùng xung quanh. Trong khi thực hiện công việc chống đỡ, gặp những trường hợp có các điều kiện chống đỡ không bình thường thì phải gia cố ngay. Chỗ nào dự đoán có nhu cầu gia cố hoặc một việc tương tự như vậy được dự đoán thì phải dành máy móc và vật tư để ứng phó ngay với việc đó. Khi có yêu cầu thay thế các hệ thống chống đỡ thì phải áp dụng các biện pháp cần thiết sau khi xem xét độ an toàn của công việc và sự dịch chuyển có thể có sau đó do sự thay thế này gây ra (bảng 3.11).

Neo đá

Bê tông phun

Hệ thống chống đỡ bằng thép

Những ví dụ khác

• Lắp đặt neo đá bổ sung có chiều dài tương tự như tiêu chuẩn kỹ thuật. • Lắp đặt neo đá bổ sung dài hơn tiêu chuẩn kỹ thuật • Phun bê tông bổ sung. • Bổ sung lưới thép, sợi thép, v..v.. • Hệ thống chống đỡ bằng thép bổ sung. • Thay đổi hình dạng mặt cắt của hệ thống chống đỡ bằng thép. • Hệ thống chống đỡ bằng thép có thêm thanh nghiêng có cánh. • Dầm đỡ vách. • Cải thiện tính chất của đất đá. • Cọc bên hông, cọc dưới chân, v..v.. • Ổn định và che phủ gương. • Cột chống, thanh hình yên ngựa. • Bê tông bảo vệ chân.

Bảng 3.11. Những ví dụ về gia cố các hệ thống chống đỡ

133

Bê tông phun Có hai loại bê tông phun: phương pháp trộn khô và phương pháp trộn ướt. Sự khác nhau giữa hai phương pháp là sản xuất loại bê tông trộn và bê tông trát. Phương pháp được chọn sẽ phụ thuộc vào ưu điểm và nhược điểm,

quy mô xây dựng, các điều kiện, khối lượng bê tông phun, v..v.. như trên hình 3.44 và bảng 3.12.

Hình 3.44. Sơ đồ hệ thống các phương pháp phun bê tông

Để cải thiện cường độ của bê tông phun chống lại sự hư hỏng cục bộ và ngăn ngừa bê tông bong ra, nên dùng bê tông có cốt là sợi thép trộn với sợi. Cũng nên dùng những phương pháp ít tạo bụi và ít bắn tung toé, rơi vãi bằng cách kiểm soát lượng nước thích hợp trên bề mặt của cốt liệu và xi măng trộn, v..v…

Máy phun bê tông được lụa chọn trên cơ sở áp suất bơm, lưu lượng bơm phù hợp với lượng bê tông phun một lần và các điều kiện của đất đá.

Mục

Phương pháp phun bê tông khô

Phương pháp phun bê tông ướt

Quản lý bê tông

Điều chỉnh tỉ số nước/xi măng khi hàm lượng nước trong cốt liệu ảnh hưởng đến trộn.

Quản lý tương tự như bê tông thường. Phải chú ý đến độ sụt, thể tích bê tông phun và áp suất phun bê tông

Khoảng cách vận chuyển

Có thể đến 300m, nhưng tốt nhất nên giới hạn ở 150-200 m.

Khoảng vận chuyển bằng máy bơm thường có thể đến 100 m.

Bụi, Bong ra

Thường là khối lượng lớn, nhiều

Thường là khối lượng nhỏ, ít

Cỡ máy

Nhỏ – trung bình

Lớn

Khả năng thực hiện khác

Tầm quan trọng của việc quản lý độ sệt. Giữa trộn và phun bê tông có một khoảng thời gian giới hạn.

Tầm quan trọng của việc quản lý nước trên mặt cốt liệu mịn. Có khả năng để cốt liệu trong một khoảng thời gian dài giữa trộn và phun bê tông.

Cần phải lau chùi máy móc khi phun bê tông

134

Bảng 3.12. Đặc điểm của các phương pháp phun bê tông

xong hoặc khi bị gián đoạn.

Dễ dàng lau chùi thiết bị. Phù hợp để chia mặt cắt có diện tích nhỏ thành nhiều phần và phun bê tông từng phần.

Cần phải thải nước rửa đã dùng tại xưởng trộn và phun bê tông

Ghi chú

Có xu hướng hòa nhập người máy phun bê tông , máy phun bê tông, máy cung cấp tập hợp chất đông cứng nhanh, phễu rót bê tông, các dụng cụ làm vệ sinh máy, v..v.. để cho việc kiểm soát và quản lý dễ dàng hơn

Có ba kiểu máy trộn bêtông phun: kiểu nghiêng, kiểu cưỡng bức và kiểu liên tục. Phải chọn máy trộn thích hợp về thể tích bê tông phun, phương pháp phun và máy phun bê tông. Cần phải chú ý đúng mức đến những khác biệt giữa các phương pháp phun bê tông như phương pháp phun khô và phương pháp phun ướt, v..v.. và những điều kiện vận hành như máy cố định hay di động, máy đặt bên trong hay bên ngoài đường hầm. Có nhiều kiểu máy phun bê tông như kiểu buồng, kiểu quay rô-to và kiểu bơm. Điểm chung của các máy này là được lắp đặt trên một khung tự đẩy. Máy phun bê tông phải là loại máy an toàn đối với áp lực vì bê tông kẹt trong ống có thể gây gia tăng áp lực tạm thời. Thêm nữa, máy phun bê tông cần có khả năng phun vật liệu với áp lực đồng đều và liên tục. Điều này đặc biệt rõ đối với phương pháp phun khô vì phun vật liệu với áp lực không đồng đều và không liên tục không những khó đạt được sự đồng nhất của bê tông phun mà còn phát sinh nhiều bụi. Khi gương hầm nhỏ và khối lượng phun nhỏ, có thể phun bê tông thủ công.

Thiết bị cung cấp phụ gia đông kết nhanh được lựa chọn phụ thuộc

vào các yếu tố sau:

- Có khả năng điều chỉnh dễ dàng tỉ lệ của các chất đông kết nhanh

(bột, lỏng, v..v..) và điều chỉnh kiểu máy phun bê tông;

- Có khả năng cung cấp liên tục một khối lượng chất đông kết nhanh

đã được định trước

Ngoài ra, các thiết bị vận chuyển vật liệu, các ống mềm, vòi phun,

135

v..v.. có thể đảm được các chức năng do máy phun bê tông đặt ra. Bê tông phun được trộn tại công trường với một cấp phối quy định để đạt cường độ cần thiết phù hợp với vật liệu, máy móc sử dụng và các điều kiện đất đá, v..v..

Những công việc phun bê tông Phun bê tông cần được thực hiện càng sớm càng tốt, sau khi khai đào và dọn hết đất đá vỡ vụn, v..v.. Trường hợp dùng lưới thép thì phải bắt chặt lưới lên bề mặt đất đá. Khi phun bê tông phải giữ vòi phun thẳng góc với bề mặt, đầu dây phun cách bề mặt một khoảng phù hợp, bê tông phun với vận tốc va chạm hợp lý để cho lượng bê tông rơi vãi ít nhất có thể. Phải điều khiển thao tác để ngăn ngừa bê tông bị tắc. Phun bê tông phải làm cho bề mặt khai đào gồ ghề trở thành bằng phẳng, khi dùng hệ thống chống đỡ bằng thép thì phải phun bê tông cẩn thận để cho bê tông và hệ thống chống đỡ bằng thép hòa nhập với nhau. Nơi nào cần thiết thì phải áp dụng các biện pháp khử bụi và công nhân phải có trang phục bảo hộ lao động tại nơi phun bê tông. Ở những nơi có dòng nước chảy vào hầm thì phải áp dụng những biện pháp phù hợp khi phun bê tông. Trên hình 3.45 giới thiệu những phương pháp phun bê tông dùng ở nơi dòng nước chảy tập trung hoặc dòng nước chảy nhiều vì những lý do khác.

Neo đá

Công tác khoan lỗ đặt neo đá chiếm một tỉ lệ lớn trong chu kỳ khai đào, do đó máy khoan phải làm việc hiệu quả và được lựa chon phù hợp với các điều kiện đất đá, kích thước và hình dạng mặt cắt đường hầm, phương pháp khai đào, loại, chiều dài và số lượng neo đá. Đặc điểm của một số loại máy khoan đươc nêu ở bảng 3.13. Để lắp neo đá vào lỗ khoan thường dùng các máy khoan đặt trên cột có các bộ gá hoặc búa kiểu cuốc chim với mũi choòng. Khi phải dùng vữa xi măng để làm chất dính kết hoàn toàn thì trên giàn máy khoan có lắp máy bơm và máy trộn vữa. Các máy bơm thủy lực hoặc máy khác được sử dụng vào việc kéo dài neo đá nhằm tạo ra sự liên kết ma sát.

136

Khoan lỗ để neo đá bằng cần và mũi khoan phù hợp được xác định trước theo vị trí, hướng, chiều sâu và đường kính. Để bảo đảm đường kính lỗ khoan đã xác định trước đòi hỏi phải chọn cần khoan và mũi khoan phù hợp. Đặc biệt đối với đá mềm hoặc đất phải cảnh báo rằng đường kính lỗ khoan thực tế có xu hướng rộng quá mức buộc phải dùng nhiều vật liệu kết dính hoặc không đủ độ bền liên kết. Phải sự chú ý đặc biệt đến liên kết ma sát bởi vì sự liên kết này chỉ dựa vào lực ma sát trực tiếp giữa neo đá và đất đá xung

quanh. Phải thổi sạch hết bụi khỏi lỗ khoan trước khi lắp đặt neo đá vào để việc tra neo đá vào lỗ khoan được trơn tru và đạt được độ bền liên kết đã định trước. Khi khoan trong đất và đá mềm yếu cần tranh lạm dụng nước rửa vì nó dụng như một vòng đệm làm cho đường kính lỗ tăng lên và lỗ khoan bị xáo trộn (bảng 3.14).

137

Hình 3.45. Phương pháp phun bê tông ở nơi dòng nước chảy vào hầm

Các đặc điểm

Cơ cấu khoan

Truyền động

Công suất khoan

Mũi khoan chính

Chủ yếu là thủy lực

Phương pháp đẩy bụi Bằng nước hoặc khí nén

trên

Cao đến trung bình*

Máy khoan gắn cột

Cần khoan chính Lục giác hoặc xoắn

Khoan đập và khoan xoay

Mũi khoan chữ thập hoặc mũi khoan chèn

Khí nén

Thấp

Lục giác

Búa khoan có chân

Bằng nước hoặc bằng khí nén

Khoan đập và khoan xoay

Khí nén

Xoắn

Thấp

Bằng cần khoan

Khoan xoay

Mũi khoan chữ thập hoặc mũi khoan chèn Mũi khoan hình mũi tên

Máy khoan choòng xoắn khí nén

Lớn và có công suất khoan cao. Thích hợp để khoan các lỗ lớn và sâu tại gương tương đối rộng trong đá cứng và nửa cứng Thao tác thủ công, vì vậy dùng để khoan lỗ trong đường hầm có mặt cắt nhỏ và không gian làm việc nhỏ Thích hợp để khoan lỗ trong đá mềm và đất. Thao tác thủ công, vì vậy dùng để khoan lỗ trong đường hầm có mặt cắt nhỏ và không gian làm việc nhỏ

*: Khoan thủy lực có công suất cao

Bảng 3.13. Các đặc điểm của máy khoan

138

Neo được lắp vào lỗ đến một độ sâu và phun vữa dính kết để đạt được độ bền liên kết xác định trước. Để neo đá đáp ứng tốt chức năng thì, sau khi lắp neo vào lỗ, các tấm đệm, vòng đệm, v..v.. phải bắt vào neo sau khi trám bê tông và dùng đai ốc bắt chặt tấm đệm vào bề mặt khai đào bảo đảm tấm đệm tiếp xúc chặt với bề mặt khai đào hoặc bề mặt bê tông phun. Các vì thép phải chống đỡ phần lớn tải trọng ban đầu, vì vậy chúng cần được lắp đặt ngay sau khi khai đào hoặc khi có lớp bê tông phun đầu tiên. Khi lắp đặt vì thép, phải dọn thật sạch mặt đất dưới chân vì thép nhằm bảo đảm khả năng chịu tải. Cần có biện pháp đề phòng vì thép bị vặn hoặc bị rơi trong khi lắp đặt. Phải nối vì thép bằng bu lông giằng với những vì thép đã được lắp đặt trước. Để việc lắp đặt vì thép đúng theo thiết kế, vì thép và bê tông phun phải hòa nhập thành một hệ thống. Muốn đạt được kết quả như vậy phải phun bê tông cẩn thận sao cho không có lỗ trống phía sau vì thép hình vòm.

Các vấn đề

Hiện tượng

Điều kiện địa chất

Đá khối bị nứt nẻ

- Không dọn sạch được bụi đá

Rối loạn hoặc hỏng lỗ khoan

- Cần khoan khó kéo ra ngoài

Đới nứt nẻ

- Cần phải khoan lại

Đất cát

- Khó lắp đặt neo vào lỗ

Đất dính

Đất có cuội và sỏi

Điều kiện địa chất

Đá khối bị nứt nẻ

- Không đủ độ bền liên kết

Đới nứt nẻ

Đường kính lỗ khoan nở rộng ra

Đất cát

Đất dính

Đất có cuội và sỏi

Mắc kẹt

Điều kiện địa chất

Đá khối bị nứt nẻ

- Không dọn sạch được bụi đá

Đới nứt nẻ

Đất cát

Đất dính

Đất có cuội và sỏi

Neo đá dài

Neo đá bị tụt xuống

Điều kiện địa chất

Đá khối bị nứt nẻ

- Cần khoan khó kéo ra ngoài

Lỗ khoan bị lệch hoặc cong

Đới nứt nẻ

- Khó lắp đặt neo vào lỗ

Đất có cuội và sỏi đá

Neo đá dài

Điều kiện địa chất

Đá khối bị nứt nẻ

Tổn thất nước khoan

• Không dọn sạch được bụi đá • Đất đá bị phá hủy

Đới nứt nẻ

Bảng 3.14. Một số sự cố thường gặp khi khoan Nguyên nhân

139

Bê tông vỏ hầm Khuôn dùng vào việc đổ bê tông vỏ hầm chia thành loại di động và loại lắp ghép. Loại khuôn di động được thiết kế thành một cụm riêng rẽ gồm bệ và khuôn di động. Khuôn lắp ghép đòi hỏi khuôn và các panen bằng thép lắp lại và tháo ra mỗi khi đổ bê tông. Chỉ dùng loại khuôn lắp ghép ở nơi

nào mà việc sử dụng khuôn di động bị hạn chế do quá cong hoặc ở những nơi đường hầm mở rộng, hoặc khi phải đổ sớm lớp bê tông vỏ hầm thứ hai để ổn định đất đá, ví dụ khi thi công ở cửa hầm. Trong những trường hợp khác với điều vừa nêu, khuôn di động thường được sử dụng như ở hình 3.46. Chiều dài của khuôn di động hay là khẩu độ của một mặt đổ bê tông cần phải xác định dựa vào sự xem xét tiến độ, năng suất đổ bê tông và độ cong của những mặt cắt cong. Thường sử dụng chiều dài 9 -12 m vì đổ bê tông khẩu độ dài hơn chắc chắn có vết nứt do độ sụt vì nhiệt hoặc độ sụt khi khô.

Khuôn phải bảo đảm các yêu cầu sau: - Khuôn di động có cấu tạo bảo đảm độ di động và độ cứng. - Khuôn lắp ghép có cấu tạo thuận tiện cho việc lắp và thá. - Khuôn có lỗ ở những vị trí thuận lợi để đổ bê tông và kiểm tra. - Khuôn có cấu tạo đảm bảo an toàn cho phương tiện di chuyển trong phạm vi của khuôn. Vách ngăn được thiết kế để chịu áp lực khi đổ bê tông và phải lắp đặt

sao cho bê tông không bị rò.

Trình tự đổ bê tông vỏ hầm được xác định dựa vào phương pháp khai đào và các yếu tố khác. Thời gian thi công lớp bê tông vỏ hầm được xác định theo trạng thái của đất đá và hệ thống chống đỡ, mục đích của bê tông vỏ hầm và các vấn đề khác. Trong khi thi công lớp bê tông vỏ hầm phải cố gắng tránh nứt. Để trộn bê tông vỏ hầm tại công trường phải xác định vật liệu, phương pháp đổ bê tông và các yếu tố khác trên cơ sở của hỗn hợp quy định. Sau khi trộn, bêtông được vận chuyển đến công trường trong khoảng thời gian quy định bằng xe trộn chuyên dụng để ngăn ngừa sự chia tách vật liệu và hỗn hợp với các thành phần khác.

140

Khi đổ bê tông phải áp dụng những phương pháp phù hợp để rót đầy bê tông vào khuôn. Cần thận trọng đặc biệt khi đổ bê tông ở đỉnh vòm. Coongtacs đổ bêtông cần bảo đảm các yêu cầu sau: - Bê tông phải kết lại hoàn toàn, vật liệu không thể chia tách và tràn ra ngoài khuôn, không để lại chỗ rỗng. - Vận tốc đổ bê tông giữ ở mức hợp lý để đổ liên tục.

- Phải có những biện pháp đối phó phù hợp nhằm đề phòng giảm sút chất lượng của bê tông khi có dòng nước chảy vào hoặc các vũng nước.

Hình 3.46. Ví dụ về khuôn tròn toàn phần

Trước khi đổ bê tông vòm ngược phải rửa sạch hoàn toàn và cho thoát hết nước tại những mối nối thi công, gương khai đào hoặc bề mặt bê tông phun. Các mối nối thi công giữa bê tông vòm ngược và bê tông vỏ hầm và các mối nối thi công theo hướng dọc đường hầm về cơ bản phải nằm vuông góc với trục vòm ngược để truyền đều lực dọc trục vòm ngược (hình 3.47).

141

Hình 3.47. Ví dụ về các mối nối xây dựng hướng dọc

Trong các loại đất đá bị trương nở, nén ép hoặc đất đá yếu, toàn bộ mặt cắt hầm phải được tạo kín càng sớm càng tốt để giảm thiểu khả năng đất đá xung quanh bị tơi xốp hoặc bị bùng nền. Ngoài NATM hiện là phương pháp khá phổ biến, các phương pháp đào hầm truyền thống cũng được áp dung rông rãi. Sự khác biệt cơ bản giữa NATM và phương pháp truyền thống là trình tự thi công hệ chống đỡ. Trong NATM hệ chống đỡ được thi công theo 2 giai đoan: chống tạm và chống cuối cùng, trong chống tạm, trình tự nên ở mục 3.2.3.4, vỏ chống cuối cùng là vỏ bê tông. Trong các phương pháp truyền thống, hệ chống đỡ được thiết kế dựa vào áp lực đất đá và được thi công 1 lần. Các phương pháp này khác nhau chủ yếu là thiết kế hệ chống đỡ và có hai xu thế chính:

- Hệ chống đỡ được thiết kế theo áp lực địa tầng tính được từ tải

trọng cho trước,

- Hệ chống đỡ được thiết kế theo áp lực địa tầng tính được từ đường cong đặc tính giả thiết về sự làm việc đồng thời của đất đá với hệ chống đỡ.

Các hệ chống đỡ chủ yếu là đá tự nhiên (không chống đỡ), neo, bê tông, bê tông phun, vì chông thép, vì chống gang, vì chống gỗ, kích thủy lực… Phương pháp thi công hầm theo trình tự sau:

- Đối với đất đá yếu: khai đào (bằng máy, thủ công)→ vận chuyển

đất đá → thông gió → lắp dặt hệ chống đỡ → khai đào…

- Đối với đất đá cứng: khai đào (bằng máy, khoan - nổ mìn) → thông gió → vận chuyển đất đá → lắp đặt hệ chống đỡ → khai đào...

142

Trong quá trình thi công, trong những trường hợp khi mà các mô hình chống đỡ thông thường như neo đá, bê tông phun hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép tỏ ra không đủ hoặc không có lợi thế, cần áp dụng các phương pháp thi công phụ hoặc đặc biệt để bảo đảm sự ổn định của gương, sự an toàn của đường hầm và để bảo vệ môi trường. Những phương pháp phụ phổ biến gồm có các phương pháp dùng hệ neo vượt trước, neo ở gương, phun bê tông ở gương, lò phụ thoát nước, khoan thoát nước, ống gom nước, giếng sâu, phụt vữa, hệ thống ống chống đỡ phần trên, ống thép lắp phía trước

gương và tường phân cách. Tổng hợp tóm tắt những phương pháp phụ đại diện đượcgiới thiệu ở bảng 3.15.

Khi thiết kế và thi công đường hầm xuyên qua những loại đất đá đặc biệt cần phải nghiên cứu để xác định những biện pháp an toàn và đạt hiệu quả kinh tế. Có năm loại đất đá đặc biệt liệt kê sau đây.

1) Đất đá bị nén ép (gồm có đất đá chứa bùn kết thời kỳ Neogen, đá núi lửa, secpentin và sét trong đứt gãy. Áp lực đất đá rất sức cao tác dụng lên hệ thống chống đỡ và bê tông vỏ hầm),

2) Đất đá có nguy hiểm về áp lực cao, lượng nước chảy vào lớn, 3) Đất đá không bền vững (gồm các tầng không bền vững và dòng

4) Đất đá có năng lượng địa nhiệt cao, nhiều mạch nước nóng hoặc

trầm tích bùn núi lửa sau Plioxen của thời kỳ Neogen), nhiều khí độc,

143

5) Đất đá có nguy hiểm vì đá nổ. Khi thi công giếng đứng cần phân tích chi tiết về chiều sâu và mặt cắt giếng đứng, các điều kiện đất đá và địa điểm để chọn một phương pháp đào giếng, bốc xúc đất đá phù hợp có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và bảo đảm an toàn trong thi công. Cần áp dụng trước các biện pháp phù hợp như hạ thấp mực nước ngầm và lập tường ngăn để phòng ngừa nước phun vào làm gián đoạn việc đào giếng và ảnh hưởng xấu đến thiết bị thi công trong giếng đứng. Khuôn cho lớp bê tông vỏ giếng ban đầu phải có cấu tạo chắc chắn, phù hợp với các điều kiện xây dựng chịu đựng áp lực lớn do việc đổ bê tông gây ra. Bê tông cần được cung cấp liên tục không bị gián đoạn. Tùy theo hình dạng của mặt cắt ngang và chiều sâu thi công để chọn phương pháp thi công an toàn và thuận lợi đối với lớp bê tông vỏ giếng thứ hai. Trong quá trình thi công, cần phải áp dụng mọi biện pháp có thể để thoát nước, để bảo đảm thi công an toàn, tránh những rủi ro tiềm tàng, như người và vật bị rơi từ trên cao, tai nạ do nổ mìn, khi độc, thiếu ôxi trong không khí, môi trường kém vệ sinh…

Ghi chú: : phương pháp tương đối phổ biến; : phương pháp sử dụng tùy hoàn cảnh; * những biện pháp hoặc là khó thực hiện bằng các máy móc thông thường để xây dựng hầm và các phương tiện kiểm soát hoặc là ảnh hưởng lớn đến chu kỳ xây dựng Khi chọn phương pháp đào giếng nghiêng phải xem xét kỹ lưỡng chiều dài, độ dốc, kích thước mặt cắt ngang giếng, các điều kiện đất đá và địa điểm. Cần chọn máy có thể đào giếng nghiêng theo độ dốc quy định và bảo đảm an toàn trong thi công. Trong quá trình đào giếng nghiêng cần kiểm tra đặc điểm địa chất và nước ngầm ở phía trước gương của giếng nghiêng, phải áp dụng những biện pháp phù hợp để ngăn ngừa dòng nước chảy vào giếng. Khuôn di động dùng trong giếng nghiêng phải có cấu trúc bảo đảm bám chắc không bị trượt xuống. Đổ bê tông cẩn thận, liên tục, không để có chỗ rỗng về phía đỉnh. Phải có khuôn chuyên dụng để đổ bê tông vòm ngược, trừ trường hợp độ dốc nhỏ. Khuôn phải chắc để chịu áp lực khi đổ bê tông. Trong quá trình thi công phải có biện pháp bảo đảm an toàn cho người và thiết bị.

144

Bảng 3.15. Phân loại các phương pháp phụ

Chương 4 Quan trắc công trình ngầm

4.1 Quan trắc hố đào và công trình lân cận Trước khi đào hố, phải lập biện pháp quan trắc hố đào và công trình xung quanh, bao gồm: mục đích quan trắc, các hạng mục quan trắc, các giá trị cảnh báo, phương pháp quan trắc và yêu cầu về độ chính xác, bố trí cỏc điểm quan trắc, chu kỳ quan trắc, công tác quản lý, nhật ký thi công và hệ thống phản hồi thông tin. 4.1.1 Mục đích của quan trắc

Mục đích của công tác quan trắc hố đào là rất rộng nhưng tuỳ trường hợp cụ thể mà hạn chế chúng. Tuy nhiên về tổng thể, mục đích của quan trắc hố đào là:

- Để quan sát sự ứng xử của đất và nước trong đất nhằm khẳng định những giả

thiết của thiết kế;

- Để khẳng định rằng những ảnh hưởng chỉ ra đều được các nhà thầu ghi nhận; - Để tạo ra sự an toàn nhờ việc thiết lập thành hồ sơ cho các phương pháp thi

công và cảnh báo sớm sự ứng xử bất lợi tiềm tàng (nếu có);

- Nhằm cung cấp dữ liệu có liên quan tới những nguyên nhân gây ra sự ứng xử bất lợi, nhờ đó có thể thực hiện được những biện pháp phòng tránh, sửa chữa, phục hồi;

- Cung cấp những dữ liệu đảm bảo cho những người chủ tài sản kề bên công trình và công chúng nói chung về sự thoả mãn của ứng xử công trình trong thi công (không ảnh hưởng gì hoặc kiểm soát được các ảnh hưởng bất lợi nếu có xảy ra);

- Để xác nhận sự an toàn của các phương pháp thi công mới; - Nhằm cung cấp những thực tế và dựa vào đó, các thiết kế trong tương lai có

145

thể thu được hiệu quả kinh tế và độ an toàn lớn hơn;

- Nhằm cung cấp những dữ liệu thực tiễn cho các giai đoạn quy hoạch trong tương lai hoặc mở rộng phạm vi xây dựng hay cung cấp hướng nghiên cứu để hoàn thiện;

- Nhằm cung cấp những dữ liệu thực tiễn cho việc quản lí bằng luật pháp; - Để kiểm soát công nghệ thi công sao cho an toàn.

2. Bố trí các điểm quan trắc theo nội dung quan trắc được duyệt trong

3. Nội dung quan trắc có thể được lựa chọn theo bảng 4.1 4. Số lượng điểm mốc chuẩn để quan trắc chuyển vị không nên ít hơn ba

5. Cần đo các giá trị ban đầu của nội dung quan trắc trước khi đào ít nhất

4.1.2 Yêu cầu của quan trắc 1. Trước khi đào hố, phải lập biện pháp quan trắc hố đào và công trình xung quanh, bao gồm: mục đích quan trắc, các nội dung quan trắc, các giá trị cảnh báo, phương pháp quan trắc và yêu cầu về độ chính xác, bố trí điểm quan trắc, chu kỳ quan trắc, công tác quản lý, nhật ký thi công và hệ thống phản hồi thông tin. phạm vi 1~2 lần độ sâu hố đào kể từ mép hố. điểm, đồng thời nên bố trí ngoài phạm vi ảnh hưởng. là hai lần. 6. Giá trị cảnh báo của nội dung quan trắc phải được xác định dựa trên các quy định liên quan của đối tượng quan trắc và yêu cầu thiết kế kết cấu chống giữ, tham khảo bảng 2 và 5. 7. Chu kỳ quan trắc có thể xác định theo tiến trình thi công. Khi biến dạng vượt quá tiêu chuẩn cho phép hoặc các kết quả quan trắc thay đổi quá nhiều, phải tăng thêm tần suất quan trắc. Khi xuất hiệu dấu hiệu cảnh báo, phải liên tục tiến hành quan trắc và giám sát.

8. Theo giai đoạn đào, phải nộp báo cáo kết quả quan trắc tương ứng từng giai đoạn cho thiết kế. Khi công trình kết thúc, phải nộp báo cáo quan trắc hoàn chỉnh, nội dung báo cáo bao gồm: - Mô tả đặc điểm công trình; - Nội dung quan trắc và bản vẽ mặt bằng, mặt đứng các điểm quan trắc; - Danh mục các thiết bị quan trắc và phương pháp quan trắc; - Phương pháp xử lý số liệu quan trắc và đồ thị biểu diễn quá trình quan

146

trắc;

- Đánh giá kết quả quan trắc.

4.1.3 Nội dung quan trắc

Quan trắc công trình hố móng ở hiện trường chủ yếu bao gồm các việc quan trắc kết cấu chống giữ, quan trắc môi trường xung quanh, quan trắc sự biến đổi trạng thái của đất do chịu ảnh hưởng của thi công (xem hình 4.1) với nội dung quan trắc cho ở bảng 4.1

Cấp I

Cấp II

Cấp III

Cần kiểm tra

Nên kiểm tra

Cần kiểm tra Cần kiểm tra Cần kiểm tra Cần kiểm tra Cần kiểm tra Cần kiểm tra

Cần kiểm tra Nên kiểm tra Nên kiểm tra Nên kiểm tra Nên kiểm tra Nên kiểm tra

Nên kiểm tra Có thể kiểm tra Có thể kiểm tra Có thể kiểm tra Có thể kiểm tra Có thể kiểm tra

Nên kiểm tra

Có thể kiểm tra

Hình 4.1 - Sơ đồ về các loại quan trắc hố đào và công trình lân cận Bảng 4.1. Nội dung quan trắc hố đào

Cấp an toàn Nội dung quan trắc Chuyển vị theo phương ngang của kết cấu chống giữ Biến dạng của đường ống ngầm và công trình xung quanh Mực nước ngầm Nội lực trong cọc, tường Lực kéo trong neo đất Lực dọc trong thanh chống Biến dạng trụ đứng Độ lún theo chiều sâu của các lớp đất và độ trồi đất ở đỏy hố Áp lực ngang trên bề mặt kết cấu chống giữ

147

4.1.4 Nguyên tắc thiết kế hệ thống quan trắc

Công tác quan trắc thi công là một công việc có tính hệ thống, thành bại của công tác quan trắc có liên quan trực tiếp với việc lựa chọn phương pháp quan trắc và việc bố trí các điểm đo, nguyên tắc thiết kế hệ thống quan trắc có thể quy nạp thành 5 điều sau đây:

1. Nguyên tắc tính tin cậy

 Hệ thống cần phải sử dụng các thiết bị đủ tin cậy. Nói chung, các thiết bị đo kiểu cơ có tính tin cậy cao hơn thiết bị đo kiểu điện, do đó, nếu sử dụng thiết bị đo kiểu điện thì thường phải có hệ thống mốc tiêu hoặc thiết bị đo cơ khác để điều chỉnh cho nhau.

 Trong thời gian quan trắc phải bảo vệ tốt điểm đo.

2. Nguyên tắc nhiều tầng lớp quan trắc

 Về đối tượng quan trắc, lấy chuyển vị làm chính nhưng cũng phải

tính đến việc quan trắc các đại lượng vật lí khác.

 Về phương pháp quan trắc, lấy việc quan trắc bằng thiết bị làm chính đồng thời cũng phải bổ sung bằng phương pháp tuần tra.  Về lựa chọn kiểu thiết bị quan trắc, lấy thiết bị đo kiểu cơ làm chính, có hỗ trợ bằng thiết bị đo kiểu điện. Để đảm bảo tính tin cậy của quan trắc, hệ thống quan trắc cũng phải sử dụng nhiều loại phương pháp và thiết bị từ các nguyên lí khác nhau.

 Tính toán để lần lượt có các điểm đo trên mặt đất, trong nội bộ khối đất hố đào và các công trình xây dựng chịu ảnh hưởng ở lân cận và nội bộ thiết bị, nhằm hình thành một lưới quan trắc với suất điểm đo che phủ nhất định.

3. Nguyên tắc vùng then chốt trong điểm quan trắc Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, tại các vị trí khác nhau của từng phương pháp chống giữ khác nhau thì tính ổn định của chúng cũng khác nhau. Nói chung, những vị trí mà tính ổn định kém thì dễ mất ổn định và sụt lở, thậm chí ảnh hưởng đến an toàn của các công trình xây dựng ở lân cận, do đó nên xem những chỗ dễ xuất hiện vấn đề, mà một khi đã xuất hiện vấn đề thì sẽ gây ra tổn thất to lớn để lấy làm những vùng then chốt, phải tổ chức trọng điểm quan trắc và phải được thực hiện sớm nhất.

148

4. Nguyên tắc sử dụng thuận tiện

Để giảm bớt vướng víu lẫn nhau giữa quan trắc và thi công, việc lắp đặt và

xem đọc hệ thống quan trắc phải hết sức cố gắng đạt được sử dụng thuận tiện.

3) Giai đoạn 3- Quan trắc sau thi công: Tùy theo yêu cầu của từng dự án

5. Nguyên tắc kinh tế hợp lí Xét đến phần lớn các hố móng đều chỉ là công trình tạm thời, do đó thời gian quan trắc chỉ là ngắn hạn, phạm vi quan trắc không rộng, người quan trắc cũng dễ dàng đến được với điểm đo, do đó, khi thiết kế hệ thống quan trắc phải cố gắng tận dụng những thiết bị thực dụng và giá lại thấp, không cần phải quá chạy theo các thiết bị "có tính tiên tiến", nhằm giảm thấp chi phí quan sát. 4.1.5 Các giai đoạn quan trắc 1. Giai đoạn 1- Quan trắc trước khi thi công đào nhằm thu thập số liệu ban đầu; đối với các công trình lân cận trong phạm vi ảnh hưởng của hố đào cần có số liệu ban đầu 30 ngày trước khi khởi công; tập số liệu ban đầu là trung bình của tối thiểu hai lần đo cho một loại quan trắc. Các số liệu ban đầu của hố đào ( đỉnh tường, dầm bao, tầng chống trên cùng, đất nền giữa hố đào và công trình cần bảo vệ...) cần hoàn thành ngay sau khi thi công, lắp dựng. 2. Giai đoạn 2 - Quan trắc khi thi công: Chu kỳ quan trắc theo tiến độ thi công. Khi các số liệu quan trắc đạt ổn định, thi công xong sàn cốt mặt đất hoặc trên mặt đất một tầng, bê tông đạt 85% cường độ, hoàn thành công tác lấp và đầm chặt đất xung quanh hố đào, có thể ngừng quan trắc giai đoạn 2 . nhà thầu cần tiếp tục quan trắc sau khi hoàn thành xây lắp công trình. 4.1.6 Biến dạng giới hạn của công trình hiện hữu ở gần hố đào

Công trình hiện hữu nằm trong phạm vi ảnh hưởng của hố đào thường chịu nhiều tác động bất lợi. Trong thi công hố đào có nhiều yếu tố ảnh hưởng xấu đến công trình ở gần, trong đó việc đào hố và chất lượng của công nghệ chắn giữ thành hố có vai trò đặc biệt quan trọng. Công trình ở gần hố đào luôn có nguy cơ bị biến dạng đáng kể trong quá trình thi cụng như trình bày trên hình 4.2.

149

Những chuyển vị đứng và ngang của đất ở đáy và thành hố sẽ dẫn đến lún và nghiêng của những nhà và công trình nằm trong vùng ảnh hưởng. Những trị số giới hạn về biến dạng thêm của công trình hiện hữu sinh ra bởi những tác nhân mới cho ở bảng 4.2 được dùng làm trị biến dạng khống chế trong xây dựng công trình ngầm ở đô thị.

Mô tả sự hư hỏng

Lún lệch (

Góc lệch (/L

Dấu nứt nẻ mỏng

Bề rộng khe nứt 0,1mm

3cm

< 1/300

< (1,2 in)

Cấp hư hỏng Không đáng kể (0)

1mm

4cm

1/300 - 1/240

3 - (1,2 - 1,5in)

Rất nhẹ (1)

5mm

5cm

1/240 - 1/175

4 - (1,5 - 2,0 in)

Nhẹ (2)

8cm

1/175 - 1/120

- 5 (2,0 - 3,0 in)

Trung bình (3)

5 - 15mm hoặc một số khe nứt > 3mm

13cm

1/120 - 1/70

- 8 (30 - 5,0 in)

Nặng (4)

15 - 25mm, thuộc phụ vào số lượng của khe nứt

13cm

> 1/70

Nứt mảnh, dễ xử lí trong khi trang trí bình thường. Trong nhà có thể cô lập những chỗ nứt gẫy nhẹ. Những nứt nẻ ở bên ngoài của công trình xây bằng gạch có thể nhận thấy khi nhìn kĩ Những nét nẻ có thể dễ dang trám. Yêu cầu phải trang trí lại. Trong toà nhà có một số chỗ nứt gẫy. Những nứt nẻ có thể khá lớn. Yêu cầu trát vữa lại để chống thấm. Cửa và cửa sổ có thể bị kẹt nhẹ Những nứt nẻ có thể yêu cầu đập ra và vá lại. Định kì làm lớp vữa trát để che giấu những nứt nẻ. Trát lại bên ngoài của công trình xây bằng gạch và có lẽ một số chỗ nhỏ của công trình xây bằng gạch phải sửa chữa lại. Cửa và cửa sổ có thể bị kẹt. Hệ thống đường ống có thể bị đứt gẫy. Tính chống thấm thường bị suy yếu Nói chung việc sửa chữa gồm cả phá và xây lại một phần tường, đặc biệt cả phần cửa và cửa sổ. Khung cửa và cửa sổ bị uốn, sàn tầng bị dốc rất đáng kể. Tường bị nghiêng hoặc phình ra rất đáng kể. Khả năng chịu lực của dầm bị kém đi. Hệ thống vệ sinh bị phá vỡ. Yêu cầu chính về sửa chữa bao gồm cả cục bộ hoặc xây lại hoàn toàn. Dầm mất

Thường > 25 mm, phụ

> (> 5in)

Rất nặng

150

Hình 4.2. Sự chuyển vị của đất do chuyển vị của tường chắn hố đào Bảng 4.2. Phân cấp hư hỏng công trình theo biến dạng

(5)

thuộc vào số lượng của khe nứt

khả năng chịu lực; tường nghiêng xấu và yêu cầu chống đỡ. Cửa sổ bị gẫy do uốn. Tín hiệu báo nguy do mất ổn định.

1.4.7 Ngưỡng quan trắc 1. Ngưỡng cảnh báo, khi đạt ngưỡng này cần tăng tần suất quan trắc. 2. Ngưỡng cứu chữa, nhà thầu lập tức dừng mọi hoạt động xây lắp gây ra

chuyển dịch quá mức và tiến hành các biện pháp phòng ngừa.

3. Khi lập ngưỡng quan trắc nhà thầu/ tư vấn có thể tham khảo các trị số ở bảng 4.3.

Loại công trình Đường ray (chuyển vị ngang và đứng)

Nhà ga, tunel ( chuyển vị ngang và đứng)

Ngưỡng cứu chữa 3.0 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 12.0 mm so với vị trí hiện hữu 6.0 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 12.0 mm so với vị trí hiện hữu

12.5 mm (trừ khi có chỉ định khác)

Các công trình khác(lún và chuyển vị ngang) Thay đổi chiều rộng vết nứt Trụ đỡ kết cấu trên không Hệ chống giữ hố đào : + Dầm đỉnh +Tường

+Khối đế ( ngang)

1.0mm 6.25 mm 18.75 mm 12.5 mm (ở đỉnh sau khi gia tải trước hệ chống) 6.25 mm (sau khi gia tải trước hệ chống)

Bảng 4.3. Ngưỡng cảnh báo và cứu chữa khi thi công hố đào lân cận công trình Ngưỡng cảnh báo 1.5 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 6.0 mm so với vị trí hiện hữu 3.0 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 6.0 mm so với vị trí hiện hữu (kể cả độ xoay của tunel 6.25 mm (trừ khi có chỉ định khác) 0.5 mm 3.0 mm 12.5 mm (phía trên) 6.25 mm (ở đỉnh sau khi gia tải trước hệ chống) 3.0 mm (sau khi gia tải trước hệ chống)

4. Khi số liệu quan trắc đạt ngưỡng cảnh báo cần tăng gấp đôi tần suất quan trắc để phát hiện xu hướng phát triển. 5. Khi số liệu quan trắc đạt ngưỡng cứu chữa cần thông báo ngay cho chủ đầu tư, dừng mọi hoạt động trên công trường, triển khai biện pháp phòng ngừa. Chỉ khi số liệu quan trắc đạt ổn định mới tiếp tục thi công hố đào. 4.1.8 Gía trị khống chế/cảnh báo về chuyển vị của hệ kết cấu chống giữ

151

Để hệ kết cấu chống giữ hố đào cũng như công trình lân cận hố đào không xảy ra sự cố, nên khống chế chuyển vị của công trình hố đào thông qua tính toán

và quan trắc.Thường dựa theo cấp của công trình hố đào để xác định tiêu chuẩn khống chế lún mặt đất và chuyển dịch ngang của thân tường. Khi không có qui định riêng thì có thể tham khảo giá trị chuyển vị nêu trong các bảng 4.2 và 4.3 làm căn cứ để cảnh báo cho hố đào cấp 1, cấp 2. Hố đào cấp 3 có thể cảnh báo theo giá trị chuyển vị của hố đào cấp 2 và khi điều kiện môi trường cho phép có thể nới rộng thoả đáng. 4.2 Quan trắc đánh giá và đo đạc đường hầm 4.2.1 Mục đích của quan trắc và đo đạc

trong khi xây dựng và những khu vực khác đã xây dựng xong,

1. Kiểm tra độ an toàn của từng thành phần chống đỡ, đất đá xung quanh

2. Hiểu biết về những biến động không thấy trước trong giai đoạn khảo

sát,

3. Thay đổi thiết kế để đáp ứng những điều kiện thực tế của khu vực đào

đường hầm và xây dựng đường hầm với chi phí tối thiểu.

4; Nắm bắt vững chắc, về mặt định lượng, trạng thái của đất đá xung

quanh đường hầm và tác động của từng thành phần chống đỡ dựa trên các kết quả quan trắc và đo đạc

5. Sử dụng những hiểu biết đó vào thiết kế và xây dựng có tham khảo các

Trên hinh 5.2 giới thiệu mục đích và vai trò của quan sát và đo đạc quan

Một kế hoạch quan trắc và đo đạc quan trắc với sự xem xét toàn diện mục

tiêu chuẩn quản lý được thiết lập trước. trắc. 4.2.2 Lập kế hoạch quan trắc và đo đạc đích, kích thước đường hầm, điều kiện đất đá, điều kiện địa điểm, các phương pháp thiết kế và xây dựng được thiết lập trên cơ sở của những chính sách cơ bản sau đây:

1. Các chính sách cơ bản i) Hiểu các vấn đề như trạng thái của đất đá thay đổi theo tiến độ khai

đào (làm sáng tỏ mục đích quan sát và đo đạc quan trắc);

ii) Xác định các hạng mục quan trắc (làm sáng tỏ đối tượng quan trắc và

152

đo đạc);

iii) Xác định các tiêu chuẩn quản lý và biện pháp áp dụng (đánh giá sự

quan trắc);

iv) Các kết quả đo đạc quan trắc (sử dụng kết quả).

Hình 4.3. Mục đích và vai trò của quan trắc và đo đạc

2. Các đề mục lập kế hoạch i) Chọn các đề mục quan sát và đo đạc quan trắc; ii) Chọn các vị trí quan sát và đo đạc quan trắc; iii) Thiết lập tần số quan sát và đo đạc quan trắc; iv) Chọn thiết bị và dụng cụ để sử dụng; v) Thiết lập các phương pháp quan sát và đo đạc quan trắc; vi) Xác định các biểu mẫu ghi chép; vii) Thành lập tổ chức trao đổi thông tin.

4.2.3 Đề mục quan trắc

153

Khi chọn các đề mục quan trăc và đo đạc quan trắc phải xem xét toàn diện trạng thái có thể có của đất đá, chức năng của hệ thống chống đỡ, điều kiện địa điểm và vai trò của mỗi phép đo đạc. Các đề mục quan sát và đo đạc quan trắc

đường hầm và đất đá xung quanh được phân thành năm loại như trong Bảng 5.5. Gặp điều kiện địa điểm nào sẽ chọn đề mục cần thiết đó.

Vị trí

Sử dụng kết quả

Loại

Đề mục phải quan sát, đo đạc

i) Quan sát sự ổn định của đất đá và hệ thống chống đỡ; ii) Khảo sát và thí nghiệm tính chất của đất đá; iii) Các đo đạc quan trắc để nắm chắc trạng thái của đất đá và đường hầm; iv) Các đo đạc liên quan đến chức năng chống đỡ; v) Các đề mục khác. Có thể chia những đề mục để quan trắc và đo đạc thành hai loại: những đề mục để quản lý xây dựng hàng ngày (các đo đạc A) và những đề mục thêm vào các đo đạc A (các đo đạc B). Các phân loại thường dùng nằm trong cột ngoài cùng bên phải của bảng 4.4.

Loại đo đạc

Bên trong đường hầm

- Điều kiện đất đá của gương khai đào và tình trạng của hệ thống chống đỡ/ lớp bê tông vỏ hầm của phần đã xây dựng

Nghiên cứu bằng quan sát, khảo sát

Đo đạc độ ổn định của đất đá hệ và thống chống đỡ

Bề mặt

- Điều kiện trên bề mặt

A , B

- Thí nghiệm mẫu đất đá: các tính chất cơ lý của cấu tạo đất đá

Bên trong đường hầm

- Đánh giá sự ổn định của gương khai đào - Xem xét lại hệ thống phân loại đất đá - Nghiên cứu quan hệ giữa điều kiện đất đá và trạng thái đất đá - Dự báo các điều kiện đất đá trong tương lai - Nghiên cứu phạm vi bị ảnh hưởng bởi khai đào - Đánh giá sự ổn định của đất đá xung quanh - Xem xét lại hệ thống phân loại đất đá - Nghiên cứu về biến dạng và độ bền - Nghiên cứu về ép vắt - Đánh giá sự ổn định của gương

Khảo sát/ thí nghiệm tính chất của đất

Thí nghiệm mẫu đất đá và khảo sát tại

154

Bảng 4.4 Những đề mục chính để quan trắc và đo đạc quan trắc đường hầm và đất đá xung quanh Đề mục quan sát/ đo đạc quan trắc

đá

hiện trường/ thí nghiệm

Bên trong đường hầm

- Khảo sát tại hiện trường/thí nghiệm: các tính chất vật lý và xây dựng của đất đá

Đo đạc độ hội tụ

- Thay đổi khoảng cách giữa các vách

Bên trong đường hầm

- Lún đỉnh vòm và các vách bên hông

Đo đạc độ lún đỉnh vòm hầm

Bên trong đường hầm

- Sự phồng lên của đất đá ở vòm ngược

Bên trong đường hầm

theo - Chuyển dịch đường bán kính của đất đá xung quanh

Đo đạc trạng thái của đất đá và đường hầm

Đo đạc độ chuyển dịch của đất đá

Bề mặt

- Lún trong đất đá xung quanh - Chuyển dịch ngang trong đất đá xung quanh

Bề mặt

- Lún - Đất trượt lở

Đo đạc độ chuyển dịch trên bề mặt

A , B

- Lực dọc trục của neo đá

Đo đạc lực dọc trục của neo đá

Bên trong đường hầm

Đo đạc liên quan đến chức năng chống đỡ

- Kiểm tra tỉ mỉ điều kiện đất đá - Xem xét lại hệ thống phân loại đất đá - Dự báo về địa chất phía trước gương - Nghiên cứu về biến dạng và độ bền - Nghiên cứu sự ổn định của đất đá xung quanh - Nghiên cứu tác động của thành phần chống đỡ - Nghiên cứu thời gian đổ lớp bê tông trong vỏ hầm - Nghiên cứu sự ổn định của đất đá xung quanh đỉnh vòm - Nghiên cứu sự chịu tải ở chân tường hầm - Nghiên cứu sự ổn định của đất đá xung quanh vòm ngược - Hiểu tính chất của vùng đất đá tơi - Nghiên cứu chiều dài phù hợp của neo đá - Nghiên cứu trạng thái của đất đá trước khi khai đào - Nghiên cứu trạng thái ba chiều của đất đá - Nghiên cứu sự ổn định của đất đá phía trước gương - Nghiên cứu phạm vi bị ảnh hưởng bởi khai đào - Nghiên cứu sự ổn định của đất đá phía trước gương - Theo dõi trạng thái đất trượt lở - Nghiên cứu tính phù hợp của neo đá về chiều dài, số lượng, vị trí, phương pháp neo

155

- Ứng suất trong bê tông phun - Tải trọng làm việc

Đo đạc ứng suất trong bê tông phun

Bên trong đường hầm

- Ứng suất, lực trên mặt cắt của hệ thống chống đỡ bằng thép

Đo đạc ứng suất trong hệ thống chống đỡ bằng thép

Đo đạc ứng suất trong lớp bê tông vỏ hầm

Bên trong đường hầm

- Ứng suất trong bê tông vỏ hầm - Ứng suất trong cốt gia cố

- Lún - Nghiêng

A , B

- Nghiên cứu tính phù hợp về bề dày và cường độ của bê tông phun - Nghiên cứu tải trọng chia sẻ với hệ thống chống đỡ bằng thép - Nghiên cứu kích thước và khoảng cách phù hợp của hệ thống chống đỡ bằng thép - Nghiên cứu tải trọng chia sẻ với bê tông phun - Nghiên cứu độ an toàn của bê tông vỏ hầm - Nghiên cứu thời gian đổ bê tông vỏ hầm, thiết kế phù hợp - Đánh giá ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Bên trong đường hầm

Các đề mục khác

- Mực nước ngầm

Đo đạc những thay đổi ở những công trình lân cận Đo đạc mực nước ngầm

- Nghiên cứu các biện pháp xử lý nước ngầm

Bên trong đường hầm

Thực hiện các đo đạc A tại những khoảng cách đều nhau theo hướng trục

Những đề mục chính để quan sát và đo đạc quan trắc liệt kê trong bảng 4.5

đường hầm, chọn những đề mục liên quan đến trạng thái của đất đá và đường hầm nhằm mục đích nhận được những số liệu để đánh giá sự khác thường về trạng thái của đất đá và thành phần chống đỡ và sự ổn định của hai yếu tố đó. Thực hiện các đo đạc B tại những mặt cắt tiêu biểu nhằm mục đích phản ánh các kết quả đo đạc vào trong thiết kế và các bước công tác tiếp theo thông qua sự đánh giá tính phù hợp của cấu hình thực tế của hệ thống chống đỡ trên cơ sở của mối quan hệ giữa trạng thái của đường hầm, đất đá bên trong và toàn bộ thông tin về trạng thái chống đỡ từ các đo đạc A. có thể cần thiết tùy theo điều kiện địa điểm. 4.2.4 Thí nghiệm đất đá

156

Thí nghiệm mẫu đất đá, khảo sát tại hiện trường và các thí nghiệm gồm có các đề mục giới thiệu trong bảng 4.6 và bảng 4,7. Việc chọn lựa thích hợp những đề mục này theo các điều kiện địa điểm cũng như các điều kiện đất đá.

GHI CHÚ:

1) Đối với các đường hầm có chiều sâu đất đá phủ nhỏ (nhỏ hơn 2 lần chiều rộng khai đào D)

đo chuyển dịch bề mặt thêm vào các mục nêu trên.

2) Đối với đường hầm gần các kết cấu công trình thì đo độ lún của các công trình đó và mực

nước ngầm thêm vào các mục nêu trên.

157

Bảng 4.5. Chọn các đề mục chủ yếu để quan sát và đo đạc quan trắc đối với các điều kiện đất đá khác nhau

158

Bảng 4,6. Những mục thí nghiệm mẫu đất đá

Bảng 4.7. Khảo sát tại chỗ và đề mục thí nghiệm

Tài liệu tham khảo

Các đề mục thí nghiệm

Số liệu/ thông tin thu nhận do khảo sát/ thí nghiệm

Khảo sát sóng đàn hồi trong đường hầm

“Khảo sát và thí nghiệm đá” của Hội Địa Kỹ thuật Nhật Bản

Khoan khảo sát

“Khảo sát và thí nghiệm đá” của Hội Địa Kỹ thuật Nhật Bản

Các khảo sát và thí nghiệm khác nhau dùng kết quả khoan

“Các phương pháp thí nghiệm địa chất” “ Khảo sát và thí nghiệm đá” của Hội Địa Kỹ thuật Nhật Bản

Thí nghiệm nâng (đòn bẩy)

1) Đánh giá loại đất đá 2) Đánh giá vùng bị tơi 3) Dự báo gián tiếp các tính chất của đá 4) Dự báo các điều kiện đất đá ở phía trước gương 1) Xác nhận về địa chất (phân loại đá, đới nứt nẻ, cấu trúc uốn nếp, vùng bị biến đổi, ranh giới địa chất) 2) Tình trạng nước ngầm 3) Lấy mẫu để thí nghiệm trong phòng 1) Khả năng chịu tải của đất đá (thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) 2) Áp lực thủy lực, thí nghiệm tính thấm (thí nghiệm Lugeon, thí nghiệm áp lực nước) 3) Môđun biến dạng (thí nghiệm chịu tải trong lỗ khoan) 4) Tình trạng nứt nẻ (theo dõi lỗ khoan bằng truyền hình) 5) Vận tốc sóng đàn hồi (khảo sát vận tốc) 6) Đánh giá ứng suất của đất đá (đo ứng suất tại chỗ) 1) Môđun đàn hồi, môđun biến dạng 2) Hệ số trượt ((, () 3) Khả năng chịu tải của đất đá

“Hướng dẫn về biến dạng của đá tại chỗ và thí nghiệm cắt” của Hội kỹ sư xây dựng dân dụng Nhật Bản

Các thí nghiệm khác Đánh giá về loại đất đá (địa chất của gương) thí nghiệm búa

“Khảo sát và thí nghiệm đá” của Hội Địa Kỹ thuật Nhật Bản

(thí nghiệm nén điểm, Schmidt)

Phải chọn đúng địa điểm quan trăc và đo đạc quan trắc để có thể hiểu sự

Sau đây là những điểm cơ bản trong việc chọn vị trí quan sát và đo đạc

159

4.2.5 Vị trí quan trắc và đo đạc tương quan giữa kết quả quan sát và số liệu đo đạc những đề mục khác. quan trắc: 1. Khảo sát bằng quan trắc. Về nguyên tắc, phải thực hiện việc quan trắc đánh giá gương và những khu vực đã xây dựng xong trên suốt chiều dài của đường hầm. Ngoài ra, khi có vấn đề như đất trượt lở ở gần cửa hầm, hoặc tầng

đất đá phủ nhỏ hơn 2D (D là chiều rộng khai đào đường hầm), hoặc việc khai đào đường hầm có thể gây ảnh hưởng bất lợi cho một kết cấu công trình quan trọng trên mặt đất, thì phải tiến hành quan sát đánh giá những vùng khác không phải là đường hầm mà là trên mặt đất, v..v…

2. Đo đạc quan trắc độ hội tụ và lún đỉnh vòm. Về nguyên tắc, độ hội tụ và lún đỉnh vòm được đo trong cùng những mặt cắt ngang. Mặt cắt để đo cách nhau một khoảng quy định có xem xét điều kiện đất đá và giai đoạn xây dựng. Trong bảng 4.8 giới thiệu những khoảng cách điển hình để đo độ hội tụ và lún đỉnh vòm của một hầm đường bộ. Trên hình 4.4 giới thiệu các đường đo.

lần

tiến đào

Đất đá phủ mỏng (2D hoặc nhỏ hơn)

Giai đoạn xây dựng ban đầu 1)

Gần cửa hầm (50 m từ cửa hầm)

Điều kiện Loại đất đá

Các bước sau một triển số vòng (tiêu chuẩn)

10 m 10 m 10 m

20 m 20 m 10 m

10 m 10 m 10 m

30 m 2) 20 m 3) 10 m

A, B, C D E Ghi chú: 1) Giai đoạn ban đầu chỉ khoảng thời gian đến khi khai đào gần 200 m 2) Có thể kéo dài đến gần 50 m khi trạng thái đất đá ổn định 3) Có thể kéo dài đến gần 30 m khi trạng thái đất đá ổn định

Bảng 4.8. Những khoảng cách điển hình để đo lún đỉnh vòm và độ hội tụ

Hình 4.4 a) Phương pháp khai đào toàn gương (ví dụ có 1 hoặc 3 tuyến đo) b) Phương pháp đào bậc cấp (ví dụ có 2, 4 hoặc 6 tuyến đo). Ghi chú: Những đo đạc theo tuyến ngang (đường liền) là bắt buộc, còn những tuyến đo chéo (đường đứt) thực hiện khi cần.

160

3. Những đo đạc từ dưới đất. Chuyển dịch đất đá, lực dọc trục neo đá, ứng suất trong hệ thống chống đỡ bằng thép, ứng suất trong bê tông phun, ứng suất trong lớp bê tông vỏ hầm: tốt nhất nên thực hiện những đo đạc này trong giai đoạn xây dựng ban đầu trong những điều kiện đất đá tiêu biểu nhất. Một số ví dụ về bố trí những dụng cụ đo đạc chính giới thiệu trên hình 4. 5.

Hình 4.5. Ví dụ về bố trí các dụng cụ đo khác nhau (khi bề rộng khai đào D gần 10 m)

Söï caàn thieát

Taàm quan troïng

ñaát ñaù phuû

cuûa pheùp ño

h < D

Raát quan troïng

Caàn thieát

D < h < 2D

Quan troïng

Neân ño

Hình 4.6. Đo chuyển dịch bề mặt trên mặt đất và bố trí các điểm đo chuyển dịch đất đá

4. Đo đạc những chuyển dịch bề mặt và chuyển dịch đất đá từ bề mặt. Theo quy tắc chung thì những đo đạc từ bề mặt dựa vào những hướng dẫn trong bảng 4.9 tùy theo đất đá phủ. Cần nghiên cứu để bảo đảm những đo đạc phù hợp có cân nhắc trạng thái của đường hầm. Trên hình 4.6 giới thiệu phạm vi đo theo hướng chéo tương đương với phạm vi chịu ảnh hưởng khai đào. Bảng 4.9. Hướng dẫn đo chuyển dịch bề mặt và chuyển dịch đất đá Beà daøy taàng

161

4.2.6 Tần số quan trắc đánh giá và đo đạc quan trắc Tần số quan sát và đo đạc quan trắc được xác định hợp lý có tính đến sự tiến triển của gương để có thể theo dõi sự thay đổi theo thời gian của trạng thái

đất đá và hệ thống chống đỡ. Theo minh họa trên hình 4.7, sự chuyển dịch của hầm – đất đá xung quanh đường hầm nói chung lớn hơn trong khoảng thời gian vừa mới từ phía sau đến hơi quá chỗ vượt gương (± 1D hoặc nhỏ hơn, với D là bề rộng khai đào), và giảm khi khoảng cách từ gương trở nên lớn hơn, sau đó hội tụ. Tần số đo đạc sẽ lớn hơn ngay ở phía sau và ở phía trước chỗ vượt qua gương và nhỏ hơn khi khoảng cách ra xa hơn. Như vậy, tần số đo đạc ở mức cao hơn ngay phía sau và ngay phía trước chỗ vượt qua gương và thấp hơn khi gương chuyển ra xa hơn. Ngoài ra, cần đo giá trị ban đầu gần gương, ngay sau khi khai đào, khi mà hiện trạng công việc cho phép. 1. Quan sát đánh giá/khảo sát: Mỗi gương được quan trắc đánh giá một lần một ngày để vẽ liên tục mặt bằng địa chất và giản đồ mặt cắt dọc theo hồ sơ quan trắc đánh giá. Về nguyên tắc, khu vực xây dựng xong được quan trắc đánh giá một lần một ngày. Điều quan trọng là phải thay đổi tần số khảo sát đánh giá cho phù hợp; ví dụ tăng tần số tùy theo mức độ xuất hiện những hiện tượng khác thường.

Hình 4.7. Mối quan hệ giữa vị trí của gương và trạng thái đất đá xung quanh

162

2. Đo độ hội tụ/lún đỉnh vòm hầm: Về nguyên tắc, tần số đo độ hội tụ/lún đỉnh vòm hầm được xác định căn cứ vào khoảng cách từ gương và vận tốc chuyển dịch. Tốt nhất là chọn tần số cao nhất đã xác định . Kết thúc đo đạc khi nào chuyển dịch hội tụ. Các ví dụ về tần số đo độ hội tụ / lún đỉnh vòm hầm đường bộ giới thiệu trong Bảng 4.10.

Vận tốc chuyển dịch

Ghi chú

Tần số

Hai lần / ngày Một lần / ngày Một lần / 2 ngày Một lần / tuần

Khoảng cách từ điểm đo đến gương 0 – 0,5 D 0,5 – 2 D 2 – 5 D 5D hoặc hơn

10 mm / ngày hoặc hơn nữa 5 –10 mm / ngày 1 – 5 mm / ngày 1mm/ngày hoặc nhỏ hơn

Tần số đo phải chọn là tần số xác định bằng vận tốc chuyển dịch hoặc là tần số xác định theo khoảng cách đến gương, lấy tần số nào cao hơn

Ghi chù: D – bề rộng khai đào hầm

Bảng 4.10. Ví dụ về tần số đo độ hội tụ/ lún đỉnh vòm hầm

3. Những đo đạc từ dưới đất. Chuyển dịch đất đá, lực dọc trục neo đá, ứng suất trong hệ thống chống đỡ bằng thép, ứng suất trong bê tông phun, ứng suất trong bê tông vỏ hầm, về nguyên tắc, được thực hiện trong cùng những mặt cắt ngang để đo độ hội tụ và lún đỉnh vòm hầm.

4. Đo độ chuyển dịch bề mặt và chuyển dịch đất đá từ bề mặt. Để đo từ bề mặt, điều quan trọng là phải bắt đầu đo trước khi xuất hiện ảnh hưởng của việc khai đào. Thường thực hiện các đo đạc trong vùng bị ảnh hưởng của khai đào như trên H*.5.7 cho đến khi các chuyển dịch hội tụ. Tần số đo thay đổi từ một lần một ngày đến một lần một tuần. 4.2.7 Thiết bị quan trắc và quản lý

Các thiết bị dùng để đánh giá trạng thái của hầm thông thường là các giãn kế được dùng để đo độ dịch chuyển quanh hầm, thiết bị đo ứng suất cho bê tông phun, thiết bị đo tải trọng dọc trục cho các neo đá. Độ lún của đỉnh, độ hội tụ của vòm và vách hầm thường được đo bằng giãn nở kế thước và dây (đo độ hội tụ), nhưng để đo đúng lúc và chính xác cần phải dùng thiết bị đo đạc quang học. Vận tốc sóng địa chấn được dùng để kiểm tra điều kiện đá quanh hầm. Đo ứng suất của khối đá (nếu cần thiết) để đánh giá điều kiện ứng suất ban đầu của khu vực dự án.

163

Đo độ dịch chuyển là phương pháp đánh giá hầm và trạng thái khối đá xung quanh mang tính khả thi và phổ biến nhất bởi vì thiết bị đo độ dịch chuyển dễ đo và dễ lắp đặt. Ngược lại, việc đo ứng suất lại vô cùng khó khăn và mất nhiều thời gian mới có được các giá trị ứng suất chính xác cho mỗi hệ thống

chống đỡ và khối đá quanh hầm. Phải lắp đặt thiết bị đo ngay sau khi đào và việc đo đạc ban đầu cần được tiến hành càng nhanh càng tốt.

Từ các kết quả của việc đo đạc thiết bị của nhiều hầm khác và kết quả của việc tính toán các con số của việc đào hầm được mô phỏng bằng môi trường đàn hồi đã chứng tỏ rằng gần 30% độ dịch chuyển cuối cùng của bề mặt hầm xảy ra lúc tiến hành đào bề mặt. Và nó sẽ hội tụ ở 1,0 D đến 2,0 D (D - Đường kính của hầm) tính từ bề mặt đào (hình 4.7). Trong trường hợp khuynh hướng cong dịch chuyển theo thời gian không hội tụ mà tăng dần thì các lý do của mỗi khuynh hướng cần phải được kiểm tra bằng việc nghiên cứu trạng thái đàn hồi – nhớt hay dẻo, hay do bởi các khe nứt nào đó. Trong tình huống như vậy nên đảm bảo lắp thêm hệ thống chống đỡ tạm thời. Các kết quả của việc lắp đặt thiết bị được phân tích, nếu có điều gì khác thường thì kết quả sẽ được phản hồi ngay để cho phép thay đổi tính toán thiết kế. Việc đào dưới lòng đất sẽ mang tính kinh tế và hiệu quả hơn nếu kết hợp đồng thời việc thiết kế, lắp đặt thiết bị quan trắc và phân tích dữ liệu. Mối quan hệ giữa việc thiết kế, thi công và lắp đặt thiết bị được minh họa trong hình 4.8.

Loại thiết bị, vị trí lắp đặt, khoảng cách, phương pháp đo, chu kỳ đo, thời

hạn đo phải được chuẩn bị tốt trước khi bắt đầu đào hầm. Nếu cần thiết phải kiểm tra và điều chỉnh lại trong quá trình thực hiện.

Hình 4.7. Sự dịch chuyển của vách hầm do ảnh hưởng của đào hầm

4.2.8 Tổ chức việc lắp đặt trang thiết bị

164

Một ví dụ về việc lắp đặt thiết bị ở Trạm Thuỷ Điện Imachi được xây dựng vào thập niên 80 (Công Ty TNHH Điện Lực Tokyo) được mô tả trong

hình 4.9. Một hầm hình trứng được xây dựng cho nhà máy điện với chiều rộng, chiều cao, và chiều dài tuần tự là 33.5m, 51m, và 180m. Việc trang bị máy móc ở nhà máy điện được lắp đặt từ cổng khảo sát, hầm vận chuyển máy móc, hầm thoát nước trước khi bắt đầu đào hầm để đánh giá trạng thái của hầm. Hệ thống máy móc này dùng để đo trạng thái của khối đá quanh hầm diễn biến theo tiến trình đào. Các chi tiết từng loại máy móc được dùng trong dự án này được mô tả trong bảng 4.11. 4.2.9 Khoảng thời gian đo

Khoảng thời gian đo nên được ước tính trước cùng với sự cân nhắc khoảng cách từ điểm đặt thiết bị đến bề mặt gương đào. Tiến hành đo thường xuyên trong khoảng 2 lần đường kính tính từ bề mặt gương đào và khi khoảng cách này dài hơn 2 đường kính thì chu kỳ đo có thể dài thêm.

Khoảng thời gian giữa các lần đo ở vách hầm lớn dùng hệ thống đào nhiều vách hầm phải thay đổi cho phù hợp với mỗi vách đào. Ở bảng 4.12 thấy một ví dụ về khoảng thời gian đo độ hội tụ được chuẩn bị cho một hầm đường bộ đường kính 5m.

Nhìn chung việc đo đạc phải được tiến hành liên tục cho đến khi số liệu

hội tụ về một giá trị nhất định. Việc đo độ hội tụ sẽ tiếp diễn cho đến khi có được giá trị gần như bất biến nhỏ hơn 1 mm/ngày. Trong trường hợp làm hầm đường bộ, việc đo độ hội tụ diễn ra trong 3 tuần và sau đó cứ 2 tuần sẽ đo lại một lần nữa để kiểm tra dữ liệu. 4.2.10 Tổ chức dữ liệu

Vẽ giá trị đo được trên trục tung y và thời gian trên trục hoành x để thể

165

hiện việc tổ chức dữ liệu. Nhiều loại dữ liệu được sắp xếp theo cách tương tự và dễ dùng để có thể nhanh chóng ước tính những thay đổi trong số liệu đo đạc theo thời gian. Điều rất quan trọng là phải sắp xếp dữ liệu đo được một cách nhanh chóng để có thể dễ dàng đánh giá hiện trạng của hầm.

Khaûo saùt sô boä

Thieát keá sô boä

Thay ñoåi thieát keá

Thöïc hieän

Laép ñaët thieát bò vaø quan traéc

Coù

Khoâng

An toaøn & oån ñònh

Thay ñoåi thöïc hieän

Coù

Khoâng

Tính kinh teá

Coù

Khoâng

Döï aùn hoaøn taát

Coù

KEÁT THUÙC

Hình V-2: Bieåu ñoà phaùt trieån cuûa vieäc laép ñaët trang thieát bò

166

Hình 4.8. Biểu đồ phát triển của việc lắp đặt trang thiết bị

Hình 4.9. Sô ñoà boá trí thieát bò quan traéc ñoái vôùi traïm Thuûy Ñieän IMAICHI Bảng 4.11. Việc lắp đặt thiết bị ở hầm Nhà Máy Thuỷ Điện Imachi

Hạng mục Độ dịch chuyển của khối đá xung quanh hầm

Số thiết bị đo 7 mặt cắt, 49 chiếc 7 mặt cắt, 31 chiếc

Độ hội tụ (Tương đối) Độ hội tụ (Tuyệt đối) ứng suất trước của neo

Máy móc Giãn nở kế nhiều điểm L=20m đến 30m (4 đến 5 điểm đo) L=5m (3 điểm đo) Đo độ hội tụ Máy kinh vĩ Dụng cụ đo tải trọng lỗ trung tâm (30 t, 120 t) Dụng cụ đo áp lực nước lỗ rỗng

8 mặt cắt, 6 chiếc /mặt cắt 8 mặt cắt, 9 điểm/mặt cắt 200 chiếc 1lần/8 đến 10 neo 5 lỗ khoan

Thí nghiệm thấm Thí nghiệm TV trong lỗ khoan

7 lỗ khoan Tổng cộng dài 180 m

Lượng nước và áp suất chảy ra Khả năng thẩm thấu và lượng nước chảy vào ở các khe nứt Vận tốc địa chấn ứng suất của bê tông

4 đoạn , 93 m 22 điểm

ứng suất của khối đá

Máy đo sức căng (Thanh sắt), Nhiệt kế Máy đo sức căng

6 điểm

Khoảng thời gian đo 1 đến 2 lần một ngày 1 lần một ngày 1 lần trong 2 ngày 1 lần 1 tuần

Tốc độ dịch chuyển hơn 10 mm 1 ngày từ 5 đến 10mm 1 ngày từ 1 đến 5mm 1 ngày ít hơn 1mm 1 ngày

Khoảng cách từ gương lò từ 0 đến 1 đường kính từ 1 đến 2 đường kính từ 2 đến 5 đường kính hơn 5 đường kính

167

Bảng 4.12. Khoảng thời gian đo độ hội tụ

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt. Tính toán thiết kế công trình ngầm. NXB Xây Dựng, Hà Nội 2002 2. Nghiêm Hữu Hạnh. Cơ học đá, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2004 3. Nghiêm Hữu Hạnh, nnk. Báo cáo đề tài: Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để hạn chế ảnh hưởng tới công trình lân cận khi xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp đào hở tại Hà Nội, Hà Nội 2010 4. Ivacnhuc V.A. Thiết kế và xây dựng công trình ngầm và công trình đào sâu. NXB Xây Dựng, Hà Nội 2004 5. Nguyễn Bá Kế. Xây dựng công trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở. Nhà xuất bản Xây dựng,Hà nội, 2006 6. Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng. Thiết kế công trình hầm giao thông, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2004 7. Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Đức Nguôn. Tổ chức khai thác không gian ngầm, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2006. 8. Tập bài giảng lớp học chuyên đề: Công trình ngầm đô thị. Viện Địa kỹ thuật, Hà Nội 2007 9. Japanese Standard for mountain tunneling. Japan Society ò Civil Engineers. The Fifth Edition, 1996 10. Hoek E. Practical Rock Engineering (www. Rocscience.com) 11. Reference Materials of Dr.Noppadol Phienwej’s Lectures on Tunneling 12. Булычов Н.С. Механика подземных сооружений. М., Недра 1982 13. Мостков В.М. Подземные гидротехнические сооружения. М.. Высшая школа. 1996 14. Справочник ижинера шахтастроителя. М., Недра 1983

168

Bài giảng Công trình ngầm - PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

CÔNG TRÌNH NGẦM

Biên soạn: PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh

Chương 1 Khái quát về công trình ngầm

Tên công trình

Tỉnh

Công suất (MW)

Chiều dài hầm (km)

Đường kính trong (m)

1.3 Một số khái niệm

Chương 2 Tính toán ổn định công trình ngầm

2.2 Ổn định của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào mở

) +− q 1 ) +− 1

( λ P p 0 ( λσ 0 p r

)

( 1 ν − P sc is ⋅ E t

Chương 3

Một số phương pháp pháp thi công công trình ngầm 3.1 Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào mở 3.1.1 Yêu cầu thi công theo loại hình của hệ kết cấu chống giữ

Series 9400 Series 3800 Series 3700 Series 2500 Series 1900

Đặc trưng cơ bản

Đơn vị kg/m % mm mm cm3

Tính Cuội sỏi hạt thô Cuội sỏi hạt trung Cuội sỏi hạt mịn Cát hạt thô

Chương 4 Quan trắc công trình ngầm

Loại công trình Đường ray (chuyển vị ngang và đứng)

Ngưỡng cứu chữa 3.0 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 12.0 mm so với vị trí hiện hữu 6.0 mm trong mỗi đoạn 7.5 m nhưng không vượt quá 12.0 mm so với vị trí hiện hữu

Hình V-2: Bieåu ñoà phaùt trieån cuûa vieäc laép ñaët trang thieát bò

Hạng mục Độ dịch chuyển của khối đá xung quanh hầm

Số thiết bị đo 7 mặt cắt, 49 chiếc 7 mặt cắt, 31 chiếc

Máy móc Giãn nở kế nhiều điểm L=20m đến 30m (4 đến 5 điểm đo) L=5m (3 điểm đo) Đo độ hội tụ Máy kinh vĩ Dụng cụ đo tải trọng lỗ trung tâm (30 t, 120 t) Dụng cụ đo áp lực nước lỗ rỗng

Có thể bạn quan tâm

Đề cương ôn tập học phần Công trình ngầm đô thị

Bài giảng Công trình ngầm đô thị: Chương 0

Bài giảng Công trình ngầm đô thị: Chương 1

Bài giảng Công trình ngầm đô thị: Chương 2

Bài giảng Công trình ngầm đô thị: Chương 5

Bài giảng Công trình trên đất yếu: Chương 4 - Châu Ngọc Ẩn

Hư hỏng cống ngầm do dòng chảy, khí thực và giải pháp khắc phục

Giải pháp ổn định hố đào sâu khi tăng số lượng hầm trong trường hợp tường chắn hiện hữu cho công trình IGG Hạ Long

Mẫu Thông báo hàng hải về công trình ngầm hoặc công trình vượt qua luồng hàng hải (Mẫu số 27)

Luận văn Thạc sĩ Quản lý đô thị và công trình: Quản lý rủi ro trong thi công xây dựng công trình ngầm đô thị

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thật xây dựng dân dụng và công nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi thép trong kết cấu vỏ công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thật xây dựng dân dụng và công nghiệp: Hoàn thiện quy trình thi công chống thấm công trình ngầm dân dụng

Đánh giá mối liên quan giữa tình trạng rối loạn cơ - xương - khớp với một số yếu tố ở người lao động trong các công trình ngầm

Nồng độ một số enzym biểu hiện tình trạng stress oxy hóa và các yếu tố liên quan ở người lao động trực tiếp trong các công trình ngầm

Mẫu Thông báo kiểm tra định vị công trình

Bài giảng Sửa chữa, cải tạo khôi phục công trình ngầm - TS. Trần Tuấn Minh

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử của kết cấu công trình ngầm chịu tác dụng của động đất với giản đồ gia tốc nhân tạo

Bài giảng Công trình ngầm - PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Ảnh hưởng của công tác thi công khoan hạ cọc đến sức chịu tải của cọc trong khu vực địa chất không thuận lợi tại Thành phố Hồ Chí Minh

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dị hướng độ bền của đá phân lớp, phân phiến, nứt nẻ đến sự ổn định của công trình ngầm thủy công

Tài liêu mới

Bài thuyết trình: Kiến trúc mái Tử Cấm Thành Huế - Việt Nam (Phần 1)

Bài giảng Luật kiến trúc - xây dựng

Classification of asphalt pavement crack severity using gradient boosting machine and image processing techniques

Simulate response of RC columns under cyclic loads by OpenSees platform

Bài giảng Trắc địa cơ sở

Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thực hiện kế hoạch sử dụng đất hằng năm của thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận

Phân tích kết quả đầu ra môn học Cơ sở kiến trúc theo GPA và CLO với chỉ số Pi của chương trình đào tạo ngành Kiến trúc - khoa Tạo dáng công nghiệp, trường Đại học Mở Hà Nội, năm học 2024-2025

Nghiên cứu cường độ chịu nén của trụ đất xi măng kết hợp tro bay khi gia cố nền đất yếu

Phân tích ứng suất cắt trượt trong kết cấu mặt đường mềm có xét đến điều kiện tiếp xúc giữa các lớp và phân lớp thi công

Khảo sát tương quan độ cứng và tần số dao động riêng trong kết cấu nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép

Nghiên cứu việc sử dụng vữa xây dựng xi măng-cát kết hợp với vữa tự chảy không co ngót

Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng muội silic (silica fume) đến giá trị cường độ chịu nén của bê tông cốt trấu

Quy trình thi công tấm FRP để gia cố và sửa chữa dầm bê tông cốt thép sử dụng kính tái chế bị hư hỏng

Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng mặt đường bê tông xi măng có và không có kể đến ứng xử của lớp phân cách bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Đánh giá những nguyên nhân hư hỏng và giải pháp sửa chữa tăng cường cầu trong điều kiện khai thác ở Việt Nam

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách