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

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT<br /> <br /> BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br /> BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT<br /> <br /> BÀI GIẢNG MÔN HỌC<br /> <br /> CÔNG TRÌNH NGẦM<br /> <br /> Biên soạn: PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh<br /> <br /> HÀ NỘI 2012<br /> <br /> 1<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> Mục<br /> <br /> 1.1<br /> 1.2<br /> 1.3<br /> <br /> 2.1<br /> 2.2<br /> 2.3<br /> <br /> 3.1<br /> 3.2<br /> <br /> 4.1<br /> 4.2<br /> <br /> Chương 1<br /> Khái quát về công trình ngầm<br /> Giới thiệu chung<br /> Sơ lược về lịch sử xây dựng công trình ngầm<br /> Một số khái niệm<br /> Chương 2<br /> Tính toán ổn định công trình ngầm<br /> Công tác khảo sát dự án<br /> Ổn định của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào mở<br /> Ổn đinh của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào kín<br /> Chương 3<br /> Một số phương pháp pháp thi công công trình ngầm<br /> Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào mở<br /> Thi công công trình ngầm theo phương pháp đào kín<br /> Chương 4<br /> Quan trắc công trình ngầm<br /> Quan trắc hố đào và công trình lân cận<br /> Quan trắc đánh giá và đo đạc đường hầm<br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> Trang<br /> 3<br /> 3<br /> 3<br /> 11<br /> 24<br /> 24<br /> 39<br /> 66<br /> 82<br /> 82<br /> 115<br /> 144<br /> 144<br /> 151<br /> 167<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chương 1<br /> Khái quát về công trình ngầm<br /> 1.1 Giới thiệu chung<br /> Công trình ngầm là công trình nằm trong lòng đất.<br /> Theo mục đích sử dụng, có thể phân chia như sau:<br /> Công trình ngầm giao thông: hầm đường sắt, hầm đường ô tô xuyên núi,<br /> hầm cho người đi bộ, tầu điện ngầm, hầm vượt sông.<br /> Công trình thủy lợi ngầm: hầm công trình thủy điện, hầm dẫn nước tưới<br /> tiêu, hầm cấp thoát nước, hầm đường thủy<br /> Công trình ngầm đô thị: hầm giao thông đô thị (hầm ở nút giao thông, hầm<br /> cho người đi bộ, hầm tầu điện ngầm…) hầm cấp thoát nước, hầm cáp thông tin,<br /> năng lượng (collector), gara ngẩm, hầm nhà dân dụng, hầm nhà xưởng, gara<br /> ngầm, các công trình công công (cửa hàng, nhà hát, phố ngầm…)<br /> Công trình ngầm khai khoáng: hầm chuẩn bị, hầm vận tải, hầm khai thác,<br /> hầm thong gió…<br /> Công trình đặc biệt: Hầm chứa máy bay, tầu thuyền, kho tàng, nhà máy…<br /> Theo kích thước, công trình ngầm có thể được chia ra thành:<br /> Công trình ngầm tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng l < 4m,<br /> Công trình ngầm tiết diện trung bình: bề ngang sử dụng 4m < l 10m<br /> Theo phương pháp thi công có thể chia ra:<br /> Công trình ngầm thi công theo phương pháp đào mở,<br /> Công trình ngầm thi công theo phương pháp đào kín<br /> Công trình ngầm thi công theo phương pháp hạ chìm.<br /> <br /> 1.2 Sơ lược về lịch sử xây dựng công trình ngầm<br /> Từ lâu, trước công nguyên, ở Babilon, Ai cập, Hy Lạp, La Mã các công<br /> trình ngầm đã được khai đào với mục đích khai khoáng, xây lăng mộ, nhà thờ,<br /> cấp nước, giao thông. Một số công trình còn giữ nguyên được cho đến ngày nay.<br /> 3<br /> <br /> Công trình ngầm được coi là lâu đời nhất trên thế giới là đường hầm xuyên qua<br /> sông Eupharate ở thành phố Babilon được xây dựng vào khoảng năm 2150 trước<br /> Công Nguyên. Vào những năm 700 trước Công Nguyên, một đường hầm dẫn<br /> nước đã được xây dựng ở đảo Samosaite, HyLạp. Hầu hết các hầm cổ xưa được<br /> xây dựng trong nền đá cứng, có dạng vòm giống như các hang động tự nhiên,<br /> không cần vỏ chống. Thi công hầm bằng công cụ thô sơ như choòng, xà beng và<br /> phương pháp nhiệt đơn giản: đốt nóng gương hầm, sau đó làm lạnh bằng nước.<br /> Vào cuối thời kỳ Trung Cổ, việc mở rộng giao thương đã thúc đẩy phát<br /> triển các đường hầm giao thông. Hầm đường thủy đầu tiên trên thế giới dài 160m<br /> được xây dựng tại Pháp từ năm 1679 đến năm1681. Sự xuất hiện của đường sắt<br /> đã thúc đẩy phát triển hầm đường sắt, những hầm đường sắt đầu tiên dài 1190m<br /> được xây dựng trong những năm 1826- 1830 trên tuyến đường Liverpool –<br /> Manchester ở Anh. Cùng thời gian này người ta cũng đã xây dựng các hầm<br /> đường sắt ở Pháp và các nước Châu Âu khác. Công nghệ khai đào thời kỳ này<br /> chủ yếu là khoan tay và thuốc nổ đen. Việc phát minh ra thuốc nổ Dinamite<br /> (1866) cùng với áp dụng máy khoan đập xoay đã tạo nên bước ngoặt trong xây<br /> dựng công trình ngầm như xây dựng các đường hầm xuyên qua dãy Alpe nối<br /> Pháp, Ý và Thụy Sỹ. Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất, người ta đã xây<br /> dựng được 26 đường hầm giao thông có chiều dài lớn hơn 5km, trong đó có hầm<br /> dài nhất thế giới là hầm Sinplon, dài 19780m. Vật liệu vỏ hầm chủ yếu là đá hộc<br /> vữa vôi hoặc vữa xi măng. Mãi đến những năm 70 của thế kỷ 20 bê tông mới trở<br /> thành vật liệu chủ yếu trong xây dựng công trình ngầm.<br /> Sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nhịp độ xây dựng hầm giảm đi vì hệ<br /> thống đường sắt đã tương đối hoàn chỉnh ở các nước châu Âu.<br /> Cùng với hầm xuyên núi, hầm dưới nước cũng được xây dựng với mục<br /> đích giao thông đường sắt và đường bộ. Hầm dưới nước được xây dựng băng<br /> phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ hầm là các tấm lắp ghép bằng<br /> gang đúc sẵn (vì chống chu bin). Khiên hầm được sử dụng lần đầu tiên vào năm<br /> 1825 trong xây dựng đường hầm qua sông Thames ở Anh. Chỉ riêng ở New<br /> York đã có 19 hầm lớn dưới nước. Hầm dưới nước trên tuyến đường sắt đi dưới<br /> vịnh Simonosec, Nhật Bản (1936-1941) dài 6330m. Những năm gần đây, người<br /> ta đã xây dựng những đường hầm dưới nước xuyên biển dài kỷ lục, như hầm qua<br /> <br /> 4<br /> <br /> vịnh Suga Nhật Bản dài 36,2km, hàm qua eo biển Manche nối Anh và Pháp dài<br /> gần 40km.<br /> Một phương pháp được sử dụng để thi công hầm dưới nước là phương<br /> pháp hạ chìm đoạn hầm đã được đúc sãn vào hào ở dưới nước, sau đó lấp đất trở<br /> lại. Phương pháp hạ chìm này đã khắc phục được việc sử dụng khí nén ảnh<br /> hưởng đến sức khỏe người thợ, hạ giá thanh, rút ngắn thời giant hi công.<br /> Tuyến đường tầu điện ngầm ở Luân Đôn, Anh vận hành năm 1853 là<br /> tuyến tầu điện ngầm đầu tiên trên thế giới, mở đầu thời ký xây dựng các hệ thống<br /> tầu điện ngầm trên các than phố lớn của thế giới. Đến nay đã có trên 100 hệ<br /> thống tầu điện ngầm ở trên 30 nước.<br /> Từ những năm cuối thế kỷ 20, hầm thủy lợi đã được phát triển với quy mô<br /> lớn, đặc biệt là hầm thủy điện. Trên thế giới đã có trên 350 nàh máy thủy điện và<br /> thủy tích điện ngầm với công suất trên 40 triệu kw. Ở Liên Xô, Mỹ và nhiều<br /> nước khác các gian máy thường có diện tích ngang từ 200m2 đến 500m2, chiều<br /> dài từ 40m đến 200m, chiều cao đến 40m-50m.<br /> Ở Việt Nam, hầm giao thông thuỷ Rú Cóc được xây dựng năm 1930 ở xã<br /> Nam Sơn, huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An, hầm ngầm xuyên qua núi giúp cho<br /> thuyền bè đi lại từ phía thượng lưu xuống hạ lưu sông Lam để tránh đập nước Đô<br /> Lương. Một số hầm đường sắt cũng được xây dựng mà điển hình hầm đường sắt<br /> Phước Tượng trên đèo Hải Vân thuộc địa phận Thừa Thiên -Huế.<br /> Trong những năm chiến tranh, chỉ đào một số ít hầm ngắn để làm kho<br /> quân trang, quân dụng hoặc hầm trú ẩn cho người và hệ thống kỹ thuật. Điển<br /> hình là hệ thống hầm hào gồm các đường hầm ngầm dài hàng km nằm trong lòng<br /> đất Vĩnh Mốc, Củ Chi.<br /> Một loại hầm được xây dựng phổ biến ở Việt Nam là hầm lò để khai thác<br /> Than và Khoáng sản.<br /> Vào đầu thế kỷ 20 một số đường hầm đã được xây dựng trên tuyến đường<br /> sắt Bắc Nam như hầm Dốc Xây ở Ninh Bình với chiều dài khoảng 100m. trong<br /> giao thông đường sắt đã xây dựng được 41 hầm với tổng chiều dài 11,900m. Sự<br /> phát triển giao thông, thủy điện đã thúc đẩy việc xây dựng đường hầm ở nước ta<br /> trong hơn một thập kỷ gần đây. Tháng 5 năm 2002 hầm A Roàng I dài 453m trên<br /> đường Hồ Chí Minh được hoàn thành. Tháng 6 năm 2005 hầm đường bộ Hải<br /> Vân có chiều dài 6290m được đưa vào sử dụng đã rút ngắn đoạn đường đèo từ<br /> <br /> 5<br /> <br />