Bài viết này trình bày khái niệm chung nhất về ph-ơng pháp thi công hầm mới của Ng-ời áo (NATM), giới thiệu trình tự thiết kế, thi công, các -u nh-ợc điểm và phạm vi áp dụng của ph-ơng pháp.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Giới thiệu công nghệ thi công hầm theo ph-ơng pháp NATM (New Austrial tunneling method)"
- Giíi thiÖu c«ng nghÖ thi c«ng hÇm
theo ph−¬ng ph¸p NATM (New
Austrial tunneling method)
pgs. ts NguyÕn viÕt trung
ks. nguyÔn ®øc v−¬ng
Bé m«n CTGiao th«ng TP - §H GTVT
Tãm t¾t: Bμi viÕt nμy tr×nh bμy kh¸i niÖm chung nhÊt vÒ ph−¬ng ph¸p thi c«ng hÇm míi
cña Ng−êi ¸o (NATM), giíi thiÖu tr×nh tù thiÕt kÕ, thi c«ng, c¸c −u nh−îc ®iÓm vμ ph¹m vi ¸p
dông cña ph−¬ng ph¸p.
Summary: This paper presents the general concept of New Austrian Tunneling Method,
introducing design sequence, tunneling construction, advantages, disadvantages and the field
of application of this method.
Ph−¬ng ph¸p NATM bao gåm c¸c biÖn
1. Kh¸i niÖm ph¸p mµ viÖc h×nh thµnh ®Êt ®¸ xung quanh
hÇm ®−îc liªn kÕt thµnh kÕt cÊu vßm chèng.
Quan ®iÓm thiÕt kÕ thi c«ng hÇm theo
Do ®ã viÖc liªn kÕt nµy tù b¶n th©n nã sÏ trë
ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn lµ coi ®Êt ®¸ xung
thµnh mét phÇn cña kÕt cÊu ®ì hÇm. Khi ®µo
quanh g©y ra ¸p lùc t¸c dông lªn vá hÇm. Vá
hÇm, sù c©n b»ng hiÖn cã nguyªn thuû cña
hÇm khi ®ã lµ kÕt cÊu chÞu lùc chÝnh. Do ®ã
c¸c lùc trong khèi ®¸ sÏ chuyÓn sang t×nh
khi thi c«ng hÇm theo ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn,
tr¹ng c©n b»ng míi, thø cÊp vµ còng æn ®Þnh.
sau khi khai ®µo ta cÇn nhanh chãng x©y
§iÒu nµy chØ cã thÓ ®¹t ®−îc th«ng qua sù kÕ
dùng kÕt cÊu chèng ®ì vµ vá hÇm ®Ó chÞu sù
tiÕp cña c¸c giai ®o¹n tr−íc m¾t cïng víi tiÕn
t¸c ®éng cña ®Êt ®¸ xung quanh.
tr×nh ph©n bæ l¹i c¸c øng suÊt ®a d¹ng. Môc
§Õn nh÷ng n¨m 1957 - 1965 kü s− má ®Ých cña NATM lµ kiÓm so¸t ®−îc c¸c tiÕn
tr×nh chuyÓn ®ái nµy trong khi vÉn c©n nh¾c
ng−êi ¸o, Gi¸o s− TiÕn sü L. V. Rabcewicz ®·
vÒ mÆt kinh tÕ vµ an toµn.
ph¸t triÓn thµnh ph−¬ng ph¸p míi vÒ thi c«ng
hÇm tõ nh÷ng kinh nghiÖm thi c«ng hÇm.
2. Tr×nh tù thiÕt kÕ c¬ b¶n cña
Ph−¬ng ph¸p nµy thay ®æi quan ®iÓm thiÕt kÕ
thi c«ng hÇm. Nã tá ra cã nhiÒu −u thÕ h¬n ph−¬ng ph¸p
c¸c ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn vµ ®· ¸p dông ë
2.1. LËp tuyÕn
nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi th«ng qua c¸c c«ng
ViÖc lËp tuyÕn hÇm ®−îc thùc hiÖn theo
tr×nh thùc tiÔn trong nhiÒu lÜnh vùc nh− ®−êng
chøc n¨ng cña hÇm ch¼ng h¹n nh− c¸c ®iÒu
bé, ®−êng s¾t vµ ®−êng thuû. ë ViÖt Nam
kiÖn ®Þa chÊt, vÞ trÝ hÇm, kiÓm so¸t an toµn
ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ¸p dông ®Çu tiªn t¹i
trong vµ sau qu¸ tr×nh thi c«ng, ¶nh h−ëng
dù ¸n HÇm ®−êng bé H¶i V©n vµ s¾p tíi sÏ ¸p
®Õn m«i tr−êng vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ.
dông cho Dù ¸n HÇm §Ìo Ngang...
- - §Þnh tuyÕn hÇm trªn b×nh ®å vµ tr¾c däc theo yªu cÇu cÇn ph¶i ®−îc ®¸nh gi¸ theo
cña hÇm ®−îc thiÕt kÕ ®¶m b¶o c¸c chøc quan ®iÓm cña kü s− hÇm. C¸c c«ng viÖc lµ
n¨ng vµ môc ®Ých cña hÇm nh− lµ mét phÇn ph©n tÝch thÝ nghiÖm trong phßng, ®¸nh gi¸
cña tuyÕn ®−êng theo ®Þa h×nh, ®Þa chÊt, m«i c¸c tÝnh ch¸t vËt lý cña khèi ®¸, c¸c tÝnh chÊt
tr−êng dùa trªn kÕt qu¶ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr−êng. vËt lý sö dông trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ.
- VÞ trÝ cöa hÇm: C¸c yÕu tè chÝnh ®Ó 2.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ
quyÕt ®Þnh vÞ trÝ cña cöa hÇm lµ tuyÕn b×nh ®å Ph−¬ng ph¸p NATM lµ ph−¬ng ph¸p sö
vµ tr¾c ngang cña ®−êng, ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, dông bª t«ng phun vµ neo ®¸ nh− lµ yÕu tè
®Þa chÊt khu vùc cöa hÇm. C¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chèng ®ì chÝnh ®Ó æn ®Þnh hÇm. C−êng ®é bª
chÊt xung quanh khu vùc cöa hÇm khã mong t«ng phun vµ neo ®¸ sÏ dÇn dÇn ®−îc t¨ng
®îi ®−îc kh¶ n¨ng tù chèng ®ì cña ®Êt ®¸ do lªn theo thêi gian. V× vËy, yÕu tè thêi gian lµ
tÇng phñ máng vµ c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt quan träng trong thiÕt kÕ chèng ®ì hÇm. Nh©n
kh«ng thuËn lîi. §Ó cã hiÖu øng vßm ®Êt xung tè gi¶i phãng øng suÊt (t¸c ®éng 3 chiÒu cña
quanh hÇm, ®é dµy tèi thiÓu cña líp phñ ph¶i g−¬ng hÇm) lu«n lµ nh©n tè cã t¸c ®éng t−¬ng
lín h¬n 2 lÇn ®−êng kÝnh hÇm. tù nh− yÕu tè thêi gian vµ nã th−êng ®−îc ¸p
dông trong thiÕt kÕ hÇm ®−îc ®µo theo
- MÆt c¾t ngang hÇm: KÝch th−íc hÇm vµ
ph−¬ng ph¸p khoan vµ næ m×n lµ ph−¬ng
mÆt c¾t bªn trong hÇm sÏ ®−îc −íc tÝnh theo
ph¸p cã c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng chèng
lo¹i vµ môc ®Ých sö dông. MÆt c¾t bªn trong
®ì ®−îc l¾p ®Æt ë vïng l©n cËn xung quanh
hÇm sÏ phï hîp theo kÝch th−íc hÇm, thiÕt bÞ
g−¬ng hÇm. D−íi ®©y giíi thiÖu mét sè
th«ng giã, thiÕt bÞ chiÕu s¸ng, thiÕt bÞ cÊp cøu,
ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n:
c¸c biÓn b¸o vµ dung sai cho phÐp cña c¸c
sai sãt trong thi c«ng. A. Ph−¬ng ph¸p ®−êng cong ph¶n lùc ®Êt
®¸ sö dông cho thiÕt kÕ hÖ thèng chèng ®ì
- ThiÕt kÕ khu vùc cöa hÇm.
Ph−¬ng tr×nh vi ph©n ®µn håi - dÎo ®−îc
2.2. Kh¶o s¸t chi tiÕt vµ ph©n lo¹i ®Êt
sö dông ®Ó tÝnh to¸n ®−êng cong ph¶n lùc ®Êt
®¸ khu vùc tuyÕn hÇm
®¸.
Lo¹i ®¸ ®−îc ®¸nh gi¸ dùa vµo ®iÒu kiÖn
®Þa chÊt, mµu s¾c trªn bÒ mÆt ®¸, ph©n bè C¸c kiÖn ®Ó gi¶i ph−¬ng tr×nh vi ph©n nµy
c¸c khe nøt vµ có ®Ëp cña bóa ®Þa chÊt. Lo¹i lµ:
hÖ thèng chèng ®ì ®−îc ph©n lo¹i theo tiªu
+ KiÓu ®−êng hÇm trßn ®µo trong m«i
chuÈn kü thuËt (chiÒu dµy bª t«ng phun, chiÒu
tr−êng ®ång nhÊt d−íi ¸p lùc thuû tÜnh
dµi, kho¶ng c¸ch c¸c neo ®¸, kÕt cÊu khung
+ §iÒu kiÖn uèn cña khèi ®Êt ®¸ ®−îc tÝnh
thÐp). Lo¹i ®¸ vµ hÖ thèng chèng ®ì cã liªn
theo tiªu chuÈn ®−êng cong Morh - Coulomb.
quan víi nhau qua hÖ thèng ph©n lo¹i ®iÓm sè
khèi ®¸ (RMR). HÖ thèng ph©n lo¹i ®iÓm sè
+ Quy t¾c dßng ch¶y ®−îc ¸p dông ®Ó
khèi ®¸ (RMR) ®−îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¸c
tÝnh to¸n øng suÊt vµ søc c¨ng cña tr¹ng th¸i
th«ng sè: §é bÒn nÐn ®¬n trôc cña ®¸, chØ sè
dÎo.
chÊt l−îng ®¸ RQD, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c
- MÆt c¾t thiÕt kÕ
khe nøt, t×nh tr¹ng n−íc ngÇm, sù ®Þnh h−íng
cña c¸c khe nøt. - T¶i träng thiÕt kÕ
2.3. Xö lý sè liÖu ®Ó ph©n tÝch thiÕt kÕ §iÒu kiÖn ¸p suÊt thuû tÜnh ®−îc gi¶
thiÕt t−¬ng øng víi tÇng phñ, nghÜa lµ bao
Sè liÖu vÒ ®Þa chÊt ®−îc ®Ö tr×nh lµ kÕt
qu¶ cña sù kiÓm tra ®Þa kü thuËt vµ ®Þa chÊt gåm c¶ ¸p suÊt n−íc. øng suÊt xung
- quanh hÇm dù tÝnh cao h¬n ¸p suÊt n−íc SB - c−êng ®é cña neo ®¸;
vµ kÕt qu¶ cña viÖc tÝnh to¸n sÏ chuyÓn
LB - kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c neo ®¸ däc
B
sang phÝa an toµn h¬n.
theo trôc hÇm.
- TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chèng ®ì:
Kh¶ n¨ng tíi h¹n cña neo ®¸ nhá h¬n ®é
- Bª t«ng phun: Bª t«ng phun ®−îc xem bÒn vËt liÖu neo ®¸ vµ gÇn nh− b»ng víi ®é
bÒn cña ®inh èc. Kh¶ n¨ng chèng ®ì cña neo
nh− mét líp vá máng h×nh trô rçng cã ¸p suÊt
®¸ sÏ ®−îc ®iÒu chØnh b»ng kh¶ n¨ng tíi h¹n.
®ång d¹ng ë mÆt ngoµi. Kh¶ n¨ng chèng ®ì
cña bª t«ng phun vµ sù dÞch chuyÓn cña bª
- Khung thÐp
t«ng phun ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh c−êng
®é bª t«ng phun. Ph−¬ng tr×nh ®èi víi vá èng h×nh trô
máng ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng
Pis (1 − υ 2 )
σ c .h
Pis = U sc = sc
, chèng ®ì cña khung thÐp:
Rc E sc .h
σ S .A S
PiSP =
trong ®ã:
R S .l S
Psi - kh¶ n¨ng chèng ®ì cña bª t«ng
trong ®ã:
phun;
σc - c−êng ®é ®¬n trôc cña bª t«ng phun; RiSP - kh¶ n¨ng chèng ®ì cña khung
thÐp;
h - ®é dµy cña líp bª t«ng phun;
σS - ®é bÒn cña khung thÐp;
Rc - b¸n kÝnh cña líp bª t«ng phun;
AS - diÖn tÝch tiÕt diÖn cña khung thÐp;
Usc - sù chuyÓn dÞch cña bª t«ng phun;
RS - b¸n kÝnh cña khung thÐp;
Esc - m« duyn ®µn håi cña bª t«ng phun;
lS - kho¶ng c¸ch cña khung thÐp däc theo
υsc - hÖ sè Poison cña bª t«ng phun (gi¶
trôc hÇm;
sö υsc = 0,2);
• TÝnh to¸n ®−êng cong ph¶n lùc cña ®Êt
- Neo ®¸: Kh¶ n¨ng chèng ®ì cña neo
®¸:
®¸ ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh:
§−êng cong nµy ®−îc tÝnh to¸n nh− sau:
C B = 2 π.R B .lB .S B
+ Toµn bé ¸p suÊt tÇng phñ sÏ t¸c ®éng
Tæng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cho sè neo l¾p
lªn hÇm
®Æt däc theo ®−êng kÝnh hÇm:
+ ¸p suÊt ph©n bè sung quanh g−¬ng
n.C B
PiB = hÇm ®−îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ sè gi¶i phãng øng
2π.R 0 .L B
suÊt.
trong ®ã:
+ Hµnh vi cña khèi ®¸ trong tr¹ng th¸i
biÕn d¹ng ®−îc m« t¶ theo ®µn håi dÎo lý
CB - kh¶ n¨ng chèng ®ì mét ®¬n vÞ cña
t−ëng
neo ®¸ (mét neo ®¸);
R0 - b¸n kÝnh cña neo ®¸; + Bá qua sù nÐn Ðp cña khèi ®¸
• KÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸ tÝnh to¸n.
lB - chiÒu dµi cña neo ®¸;
- • Thi c«ng hÖ thèng chèng ®ì
B. M« h×nh ph©n tÝch b»ng m¸y
Theo ®µ ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghÖ C«ng t¸c chèng ®ì ®−îc tiÕn hµnh ngay
m¸y tÝnh, nhiÒu lo¹i kh¸c nhau cña m« h×nh sau khi khai ®µo ®Ó t¹o cho ®Êt ®¸ xung
tÝnh sè ®−îc ph¸t triÓn trªn kh¾p thÕ giíi. Mét quanh sím cã chøc n¨ng chèng ®ì. HÖ thèng
ph−¬ng ph¸p ®iÓn h×nh ®Ó m« h×nh ho¸ sù chèng ®ì kÕt hîp víi ®Êt ®¸ hoÆc b¸m s¸t ®Êt
ph©n tÝch lµ ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n - ®¸ cµng gÇn cµng tèt ®Ó cho ®Êt ®¸ æn ®Þnh.
mét ph−¬ng ph¸p ®· cã mét lÞc sö ph¸t triÓn HÖ thèng chèng ®ì trong ph−¬ng ph¸p NATM
gÇn 40 n¨m vµ lµ ph−¬ng ph¸p rÊt h÷u Ých ®Ó gåm: bª t«ng phun, neo ®¸ vµ khung thÐp.
®¸nh gi¸ sù ph©n bè øng suÊt vµ søc c¨ng
Lo¹i hÖ thèng chèng ®ì ®−îc chän tuú
trªn mét mÉu liªn tôc.
thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸
Tr×nh tù tÝnh to¸n:
Khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ r¾n ch¾c tiÕn hµnh
- TÝnh to¸n tr−êng øng suÊt ban ®Çu
phun v÷a, tiÕp ®ã thi c«ng neo ®¸.
- M« pháng thi c«ng ®µo hÇm vµ tÝnh
Khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ yÕu: tiÕn hµnh phun
to¸n øng suÊt vµ sù dÞch chuyÓn xung quanh
v÷a lÇn ®Çu, hÖ thèng chèng b»ng thÐp, phun
hÇm.
v÷a lÇn hai, tiÕp ®ã lµ thi c«ng neo ®¸.
- TÝnh to¸n khu vùc uèn vµ thay ®æi m«
§Æc biÖt, c«ng t¸c phun v÷a ph¶i ®−îc
duyn ®µn håi vµ lùc kÕt dÝnh cña khu vùc uèn.
tiÕn hµnh ngay sau khi khai ®µo ®Ó gi¶m thiÓu
- TÝnh to¸n l¹i øng suÊt vµ sù dÞch
sù sËp g−¬ng vµ lµm t¬i vïng xung quanh
chuyÓn xung quanh hÇm.
trong ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ yÕu.
- LËp l¹i c¸c b−íc trªn.
• Quan tr¾c ®o ®¹c sù biÕn d¹ng cña vá
Kh¶ n¨ng chèng ®ì ®−îc tÝnh to¸n theo
hÇm.
ph−¬ng ph¸p øng suÊt bªn trong.
• Thi c«ng líp phßng chèng n−íc.
3. C¸c b−íc thi c«ng chÝnh cña • Thi c«ng líp bª t«ng vá hÇm. Líp bª
ph−¬ng ph¸p NATM t«ng vá hÇm ®−îc thi c«ng khi biÕn d¹ng vá
hÇm ë mét chØ sè cho phÐp. Tr×nh tù thi c«ng
• Thi c«ng khai ®µo b»ng næ m×n, b»ng
lµ: L¾p ®Æt hÖ thèng v¸n khu«n, ®æ bª t«ng vá
m¸y hoÆc nh©n c«ng. ViÖc khai ®µo cã thÓ
hÇm.
tiÕn hµnh toµn bé mÆt c¾t, ph−¬ng ph¸p c¾t
bËc tr−íc hoÆc ph−¬ng ph¸p lß phô tr−íc,…
tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, tiÕt diÖn mÆt 4. C¸c −u nh−îc ®iÓm vμ ph¹m vi
c¾t ngang, giai ®o¹n x©y dùng, ®iÒu kiÖn ®Þa ¸p dông cña ph−¬ng ph¸p NATM
®iÓm... ViÖc khai ®µo hÇm ®−îc thùc hiÖn sao
- Sö dông triÖt ®Ó sù chèng ®ì tù nhiªn
cho ®Êt ®¸ kh«ng bÞ rêi ra ®Ó gi÷ cho ®Êt ®¸
cña ®Êt ®¸ xung quanh. V÷a phun, neo ®¸, hÖ
cã chøc n¨ng chèng ®ç ë møc tèi ®a vµ mÆt
thèng chèng ®ì b»ng thÐp… b¶o ®¶m sù æn
c¾t cña g−¬ng cµng lín cµng tèt.
®Þnh cña ®Êt ®¸ khi thi c«ng.
• Bèc xóc ®Êt ®¸: ®−îc tiÕn hµnh phï hîp
- KÝch th−íc mÆt c¾t ngang lín cã thÓ
víi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, ®iÒu kiÖn ®Þa ®iÓm, kÝch
thiÕt kÕ lín h¬n so víi ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn.
th−íc mÆt c¾t ngang hÇm, chiÒu dµi ®−êng
Víi mÆt c¾t lín th× NATM hiÖu qu¶ h¬n
hÇm, ®é dèc, ph−¬ng ph¸p khai ®µo, hÖ thèng
ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn.
truyÒn ®éng trong ®−êng hÇm, lo¹i bèc xóc,
vµ cù ly vËn chuyÓn ®Õn b¶i th¶i…
- - §èi víi ®Êt ®¸ cøng ph−¬ng ph¸p NATM
tá ra hiÖu qu¶ h¬n. Do vËy ph−¬ng ph¸p nµy
®−îc ¸p dông khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ tèt. Khi ®Êt
®¸ yÕu, rêi r¹c vÉn cã thÓ thi c«ng theo NATM
tuy nhiªn chi phÝ tèn kÐm h¬n do ph¶i dïng
c¸c ph−¬ng ph¸p phô trî
KÕt luËn: Trong lÜnh vùc thi c«ng hÇm,
trªn thÕ giíi ®· vµ ®ang tån t¹i nhiÒu ph−¬ng
ph¸p thi c«ng. Mçi ph−¬ng ph¸p thi c«ng ®Òu
cã nh÷ng −u nh−îc ®iÓm riªng. Ph¹m vi ¸p
dông cña mçi ph−¬ng ph¸p phô thuéc vµo
®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, chøc n¨ng cña ®−êng hÇm,
c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa ®iÓm, t¸c ®éng ®Õn m«i
tr−êng xung quanh vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ... Víi
mçi dù ¸n cô thÓ chóng ta cÇn xem xÐt, ph©n
tÝch, ®¸nh gi¸ kü c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó lùa chän
ph−¬ng ph¸p thi c«ng hÇm hîp lý c¶ vÒ mÆt
kü thuËt, an toµn vµ kinh tÕ. Bµi viÕt trªn giíi
thiÖu ®Õn b¹n ®äc nh÷ng g× chung nhÊt cña
ph−¬ng ph¸p NATM, chi tiÕt c«ng nghÖ sÏ
tr×nh bµy ë c¸c bµi sau.
Tµi liÖu tham kh¶o
[1] Japan Society of Civil Engineers - Japanese
Standard for mountain Tunneling.
[2] Hai Van Pass Tunnel Project.
[3] NATM Training Program (course A & B)
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
