Giáo trình Xây dựng công trình ngầm 1: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Xây dựng công trình ngầm 1" cung cấp cho học viên những nội dung về: khái quát công tác xây dựng các công trình ngầm; kết cấu chống giữ công trình ngầm; kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Xây dựng công trình ngầm 1: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 1 DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020
LỜI NÓI ĐẦU Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay, việc xây dựng các công trình ngầm đang ngày càng trở nên cấp thiết đặc biệt trong lĩnh vực giao thông đường sắt, đường bộ, giao thông trong các đô thị lớn, xây dựng các công trình kỹ thuật hạ tầng. Các công trình ngầm được xây dựng trong lòng đất, lòng núi sẽ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, liên quan đến nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau do đó phải xem xét tổng hợp nhiều vấn đề: qui mô và tầm quan trọng của công trình, điều kiện địa kỹ thuật, kích thước mặt cắt ngang công trình, khả năng thi công ... Vì vậy có thể thấy, xây dựng công trình ngầm là một công việc phức tạp, khó khăn, tốn kém, đòi hỏi người xây dựng phải có đam mê thực sự tuy nhiên cũng tạo nên các công trình vô cùng thú vị. Với mục đích phát triển nguồn tài liệu học tập và tham khảo cho sinh viên trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Giáo trình “Xây dựng công trình ngầm 1” đã được biên soạn theo chương trình đào tạo bậc đại học chuyên ngành Xây dựng mỏ & Công trình ngầm; Công nghệ kỹ thuật xây dựng công trình Hầm & Cầu. Giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản về các giải pháp kết cấu và phương pháp thi công các công trình ngầm tiết diện nhỏ trong điều kiện thông thường, với các nội dung chính sau: Chương 1. Khái quát về công tác xây dựng các công trình ngầm Chương 2. Kết cấu chống giữ công trình ngầm Chương 3. Thi công công trình ngầm tiết diện nhỏ Chương 4. Thi công hầm trạm và ngã ba Do kiến thức về thi công công trình ngầm còn hạn chế, nên mặc dù đã cố gắng nghiên cứu và cập nhật các kiến thức mới song chắc chắn giáo trình vẫn còn nhiều vấn đề chưa làm thỏa mãn người đọc. Nhóm tác giả mong nhận được những sự góp ý từ phía người đọc để giáo trình được bổ sung và hoàn thiện. Tác giả 1
Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM 1.1. Phân loại các công trình ngầm Công trình ngầm là công trình được xây dựng dưới bề mặt đất; chúng liên kết trực tiếp với khối đất, đá xung quanh. Trong xây dựng công trình ngầm, khối đất đá, kết cấu công trình ngầm và quá trình thi công có mối liên quan mật thiết, đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm, lí thuyết của các lĩnh vực chuyên môn khác nhau như cơ học kết cấu, địa cơ học, công nghệ xây dựng .... Công trình ngầm có thể được phân chia thành các loại khác nhau dựa trên cơ sở đặc điểm công dụng, vị trí thế nằm, diện tích tiết diện hoặc tương quan giữa kích thước tiết diện ngang và chiều dài công trình.... 1.1.1. Theo công dụng Tùy theo mục đích sử dụng công trình ngầm có thể chia công trình ngầm ra làm một số nhóm:  Công trình ngầm khai thác khoáng sản: đây là loại công trình sử dụng để khai thác tài nguyên khoáng sản như hệ thống các công trình ngầm, hầm trạm phục vụ trong các mỏ than hầm lò, các mỏ quặng v.v. Đây là những công trình có tuổi thọ tùy theo sản lượng của các mỏ và có yêu cầu kiến trúc không cao nên người ta chỉ cần bảo đảm an toàn trong khi sử dụng chứ ít quan tâm đến tính thẩm mỹ của nó.  Công trình ngầm công nghiệp: gồm các công trình ngầm thủy lợi, thủy điện, kho chứa ngầm. Những công trình ngầm trong hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện này thường có chiều dài lớn, thường có các giai đoạn làm việc khác nhau và chế độ làm việc cũng khác nhau đó là chế độ làm việc khi không có nước chảy bên trong (khi thi công và khi sửa chữa) và khi đi vào hoạt động. Ngoài áp lực đất đá bên ngoài tác động còn có nước và áp lực nước bên trong nên khi thiết kế và thi công các công trình ngầm trong nhóm này cũng có những đặc điểm và yêu cầu riêng.  Công trình ngầm dân dụng: Những công trình ngầm trong nhóm này bao gồm các công trình ngầm giao thông (ô tô, tàu hoả, tàu điện, người đi bộ), tầng hầm 2
trong các nhà cao tầng, các gara để xe ngầm, hệ thống đường hầm kỹ thuật dùng để đặt ống nước sinh hoạt, nước thải, cáp điện, cáp quang ... phục vụ nhu cầu sinh hoạt của nhân dân. Những công trình này có yêu cầu về kiến trúc cao hơn hẳn những công trình phục vụ khai thác khoáng sản vì chúng có tuổi thọ cao hơn hẳn và thời gian tồn tại lâu dài.  Công trình ngầm đặc biệt: đây là nhóm những công trình ngầm phục vụ mục đích quân sự, quốc phòng, các nhà máy ngầm ... Nhóm những công trình này có đặc điểm là cần sự kiên cố cao và nằm bí mật trong lòng đất. Khác với các công trình ngầm trong mỏ phục vụ khai thác khoáng sản, các công trình ngầm dân dụng và công nghiệp thường có thời gian tồn tại lâu dài (vĩnh cửu); hình dạng kích thước tiết diện ngang đa dạng phụ thuộc vào mục đích sử dụng; có thể đào trong đá cứng (qua núi) hoặc trong khối đất mềm (công trình ngầm xây dựng trong đô thị); tiết diện thay đổi từ nhỏ đến lớn (có thể tới hàng trăm m2) và liên quan đến nó là mức độ ổn định của công trình ngầm có những thay đổi đáng kể; có thể xây dựng trong khu vực có hoặc không có dân cư sinh sống dẫn đến các giải pháp thi công chú ý tới vấn đề bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động xấu của quá trình thi công tới môi trường xung quanh, trong một số trường hợp, đóng vai trò rất quan trọng đối với sự thành công của dự án; đối tượng sử dụng có thể là những người có chuyên môn hoặc cộng đồng dân cư không có chuyên môn về công trình ngầm. Chính vì vậy, phương pháp thi công, phá vỡ đất đá, sơ đồ công nghệ đào, thiết bị thi công, giải pháp chống giữ , v.v... cũng có sự khác biệt với thi công các công trình ngầm phục vụ mục đích khai thác khoáng sản. 3
Phân nhóm công trình ngầm Theo công dụng Theo vị trí thế nằm Theo diện tích sử dụng Tương quan giữa chiều dài và chiều rộng công trình ngầm - Công trình ngầm - Công trình nằm - Công trình ngầm tiết - Các đường hầm khi phục vụ khai thác ngang diện nhỏ chiều dài lớn hơn khoáng sản - Công trình ngầm - Công trình ngầm tiết chiều rộng nhiều lần - Công trình công nằm nghiêng diện trung bình - Các hầm trạm khi nghiệp - Công trình ngầm - Công trình ngầm tiết kích thước ba chiều - Công trình ngầm thẳng đứng diện lớn không chênh lệch dân dụng - Công trình ngầm nhau quá nhiều - Công trình ngầm nằm gần mặt đất đặc biệt - Công trình ngầm nằm dưới sâu Hình 1.1. Sơ đồ phân nhóm công trình ngầm 4
1.1.2. Theo vị trí, thế nằm Công trình ngầm có thể có những dạng thế nằm khác nhau, trong xây dựng công trình ngầm tùy thuộc vào góc nghiêng của trục công trình ngầm với phương nằm ngang có thể chia ra:  Công trình ngầm nằm ngang (khi góc nghiêng của trục công trình ngầm với phương ngang  không quá 100)  Công trình ngầm nằm nghiêng (khi góc nghiêng 100
1.2. Hình dạng, kích thước tiết diện ngang công trình ngầm Quá trình lựa chọn hình dạng tiết diện ngang cho công trình ngầm phụ thuộc vào tổ hợp các yếu tố sau đây: Tính chất của các lớp đất đá mà công trình ngầm đào qua, cường độ và hướng tác dụng của tải trọng đất đá lên công trình ngầm; thời gian tồn tại của công trình ngầm; kết cấu của khung vỏ chống và vật liệu chống giữ và một số yếu tố khác. Hiện nay, trên thực tế của nước ta và các nước khác trên thế giới thường sử dụng các công trình ngầm có tiết diện ngang hình vòm, hình thang và chữ nhật. Trong những điều kiện xây dựng phức tạp có thể sử dụng một số dạng tiết diện ngang hình cong vòng kín (hình vòm có vòm ngược, hình elíp ngang hoặc đứng, hình tròn) tuỳ theo điều kiện địa cơ học cụ thể của khu vực xây dựng. Kích thước tiết diện ngang sử dụng (kích thước phía trong khung vỏ chống) của công trình phụ thuộc vào công dụng của công trình ngầm. Kích thước tiết diện ngang công trình ngầm được xác định dựa trên cơ sở kích thước, số lượng của các phương tiện vận tải sử dụng và các khoảng cách an toàn theo quy phạm. Ngoài ra, kích thước tiết diện công trình ngầm còn phải thoả mãn các yêu cầu về đi lại cho công nhân và yêu cầu thông gió (nếu cần). 1.3. Kết cấu chống giữ công trình ngầm 1.3.1. Phân loại kết cấu chống giữ Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình kết cấu chống các công trình ngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khác nhau; cụ thể là theo các cách phân loại các kết cấu chống theo nhiều dấu hiệu khác nhau như:  Phân loại theo vật liệu gồm: gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp  Phân loại theo chức năng, nhiệm vụ gồm: tạm thời, cố định  Phân loại theo tính năng kỹ thuật gồm: tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ  Phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu gồm: khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá; hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa, mõm nhái... 6
 Phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu gồm: rất cứng, cứng, mềm.  Phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá gồm: không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn; tiếp xúc giữa kết cấu chống và khối đá: điểm, diện. Trong thực tế kết cấu chống giữ công trình ngầm còn được phân loại dựa theo tính chất mối tác động giữa kết cấu chống với môi trường đất đá bao quanh. Theo đó, kết cấu chống được phân thành hai loại: “kết cấu chống bị động” và “kết cấu chống chủ động”. Bất kỳ loại kết cấu chống nào không có tính “chủ động” sinh ra lực đẩy chống lại khối đá ngay sau khi lắp đặt đều được coi là kết cấu chống “bị động”. Đối với kết cấu chống bị động, nó chỉ phát huy tác dụng chống giữ khi mà biên công trình ngầm đã có sự dịch chuyển “đủ lớn” hay nói cách khác là đến một giới hạn nào đó để gây ra sự “nén ép” tác dụng lên vỏ chống và khi đó vỏ chống sẽ sinh ra những lực chống lại nhằm hạn chế sự dịch chuyển của khối đá. Sự phản ứng này của kết cấu chống tuỳ thuộc vào độ cứng của chúng và thời gian lắp đặt. Hầu hết các dạng kết cấu chống giữ truyền thống như: khung chống gỗ, khung chống thép là những dạng kết cấu chống bị động. Kết cấu chống mang tính chủ động là những loại có khả năng gây tác động gia cố khối đá và hạn chế biến dạng của khối đá ngay cả trong trờng hợp khối đá ch- ưa có biến dạng dịch chuyển sau khi đào. Neo ứng suất trớc, vỏ bê tông phun là những ví dụ điển hình cho dạng kết cấu chống chủ động. 1.3.2. Nhiệm vụ, yêu cầu và sự phá hủy của kết cấu chống giữ công trình ngầm 1.3.2.1. Nhiệm vụ của kết cấu chống Mục đích của việc tạo ra kết cấu chống kết cấu chống là để giữ ổn định khoảng không ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình thờng cho con người, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, v..v trong không gian ngầm đó. Tuy nhiên, các nhiệm vụ cụ thể của kết cấu chống được đặt ra tuỳ thuộc vào mục tiêu sử dụng công trình ngầm. Nhìn chung, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu chống là: 7
 Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, hỏng hóc trang thiết bị kỹ thuật;  Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng thông qua của công trình ngầm. Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các kết cấu chống còn có những nhiệm vụ khác tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế như:  Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;  Bảo vệ các công trình ngầm bị nước xâm nhập. Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ này không có ý nghĩa, song có những trường hợp nó lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đá chứa nước. Ngày nay, trên cơ sở các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực cơ học đá cho thấy rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn giữ được độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá. Các biện pháp chống giữ cần thoả mãn các nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá. Trong trờng hợp lý tưởng chỉ nên coi kết cấu chống là một dạng gia cố hay gia cường cho bề mặt cho khối đá. Tuy nhiên, trong thực tế các kết cấu chống thường đạt được độ cứng vững nhất định, có thể tính toán và kiểm chứng được. Nhìn chung, để đảm bảo giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:  Lựa chọn được hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến điều kiện cụ thể về các tính chất của khối đá;  Lựa chọn các phương pháp và giải pháp thi công hợp lý;  Lựa chọn phương pháp chống giữ hợp lý;  Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá và kết cấu chống;  Áp dụng các phương pháp đào không gây tác động xấu đến khối đá - tức là ít gây ảnh hưởng đến độ bền của khối đá. 8
1.3.2.2. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm có thể phân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế.  Yêu cầu mang tính kỹ thuật: Kết cấu chống phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn tại. Kết cấu chống phải bền, nghĩa là phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của kết cấu chống trong giới hạn cho phép và không bị phá hoại. Kết cấu chống phải ổn định tức là d- ưới tác dụng của áp lực đất đá và các loại tải trọng, kết cấu chống phải giữ được kích thước và hình dạng ban đầu hoặc theo yêu cầu sử dụng cụ thể. Nói chung, hai yêu cầu về độ bền và độ ổn định hiện nay thông thường nên được kết hợp lại thành một yêu cầu chung về khả năng mang tải của kết cấu chống.  Yêu cầu về chức năng sử dụng: Kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép khả năng cơ giới hóa (theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy nổ; trong nhiều trờng hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách nước, thẩm mỹ.  Yêu cầu kinh tế: Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm. Tổng vốn đầu tư ban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất. 1.3.2.3. Sự phá hủy của kết cấu chống Sau một thời gian sử dụng, kết cấu chống sẽ bị suy giảm về khả năng chịu lực dẫn đến hỏng hóc, phá hủy hay giảm khả năng mang tải. Sự phá hủy của kết cấu chống có thể do một số nguyên nhân sau:  Do quá trình tính toán thiết kế, kết cấu chống không đảm bảo khả năng chịu lực dẫn đến phá hủy.  Trong quá trình thi công, điều kiện địa chất thay đổi, áp lực đất đá thay đổi làm kết cấu chống bị suy yếu dẫn đến phá hủy. 9
 Chất lượng làm kết cấu chống cũng là nguyên nhân dẫn đến vỏ chống không đảm bảo độ bền.  Công tác thi công không đảm bảo yêu cầu. Ngoài ra, khi thi công công trình ngầm qua vùng đất sét gặp nước xảy ra hiện tượng bùng nền cũng làm kết cấu chống bị phá hủy. Để đảm bảo cho công trình làm việc bình thường, đảm bảo cho công trình ngầm hoạt động một cách liên tục chúng ta phải thường xuyên kiểm tra tình hình nhằm phát hiện ra chỗ hư hỏng để sửa chữa kịp thời. 1.4. Phương pháp và sơ đồ thi công các công trình ngầm 1.4.1. Các phương pháp thi công Phương pháp thi công chủ yếu phụ thuộc vào độ ổn định và mức độ ngậm nước của khối đá mà công trình ngầm đào qua. Hiện nay, người ta phân chia các phương pháp thi công thành hai nhóm phương pháp chủ yếu:  Các phương pháp thông thường thi công công trình ngầm trong khối đá tương đối ổn định, vững chắc. Nghĩa là công trình ngầm được thi công trong khối đá cho phép lưu không (lộ mặt) trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Trong trường hợp này, các mặt lộ hông, nóc và gương lò không cần phải tiến hành chống giữ ngay sau khi tạo khoảng trống hoặc không cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt để khắc phục lượng nước chảy vào gương lò.  Các phương pháp đặc biệt được áp dụng khi thi công công trình ngầm trong khối đá không ổn định, không vững chắc (khối đá mềm yếu, nứt nẻ mạnh, ngậm nước lớn, đất chảy, cát chảy...) hoặc trong khối đá rắn cứng, song nứt nẻ mạnh, chứa nhiều nước đòi hỏi phải có biện pháp phụ trợ để ngăn ngừa không cho nước chảy vào trong công trình; hoặc tại các vỉa than có đặc tính phụt than, phụt khí đột ngột phải áp dụng các biện pháp thi công riêng. Các phương pháp đặc biệt thi công công trình ngầm sẽ được giới thiệu trong một giáo trình riêng. Vì vậy, trong bài giảng này chỉ đề cập tới những công nghệ đào lò cơ bản và hầm trạm bằng phương pháp thông thường. 10
Trong quá trình thi công các công trình ngầm và hầm trạm, công trình có thể được xây dựng trong khối đá đồng nhất hoặc không đồng nhất, nghĩa là, gương thi công có thể được đào trong một hay vài loại đất đá. Tuỳ thuộc vào hệ số kiên cố “f” của đất đá và khoáng sản trong quá trình thi công công trình ngầm có thể áp dụng các phương pháp phá vỡ đất đá và khoáng sản khác nhau. Trong xây dựng công trình ngầm ở nước ta, chủ yếu sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để phá vỡ đất đá. Trong một số trường hợp khi đất mềm yếu, có thể sử dụng phương pháp đào toàn tiết diện với máy khoan hầm (phương pháp TBM). Khi thi công các công trình ngầm trong đá rắn cứng có hệ số kiên cố f = 610 và f > 10 còn sử dụng phương pháp đào bằng máy combai. Nhìn chung, trong quá trình xây dựng các công trình ngầm, cần phải thực hiện các công việc cơ bản như sau:  Công tác khai đào hay tách bóc đất đá ra khỏi khối nguyên theo hình dạng, kích thước khoảng trống được thiết kế;  Công tác thông gió;  Công tác đưa gưng vào trạng thái an toàn;  Công tác xúc bốc, vận chuyển;  Công tác gia cố, chống tạm và chống cố định;  Các công tác phụ khác (chiếu sáng; thoát nước …). Khi thiết kế tổ chức thi công nhất thiết phải xem xét tất cả các công tác này. Mức độ quan trọng và đặc điểm của các công tác đó phụ thuộc vào điều kiện của khối đất đá, các yêu cầu kỹ thuật cũng như tính năng sử dụng của công trình. Phá vỡ đất đá trong Xúc bốc và vận Thông gió các đường lò chuyển đất đá Các công tác phụ khác: Lắp dựng kết cấu Đưa gương vào thoát nước, chiếu sáng… chống tạm, cố định trạng thái an toàn Hình 1.3. Quy trình chung khi thi công công trình ngầm 11
1.4.2. Các sơ đồ công nghệ thi công Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân chia các sơ đồ công nghệ thi công công trình ngầm. Theo nhiều tác giả nước ngoài, đặc điểm quan trọng nhất để phân loại các sơ đồ công nghệ thi là trình tự hoàn thành hai công việc chính trong quá trình thi công: Công tác đào, chống tạm thời (nếu có) và công tác chống cố định. Trên cơ sở mối quan hệ giữa hai công việc chủ yếu trong thi công công trình ngầm, có thể phân chia các sơ đồ thi công công trình ngầm thành sơ đồ thi công nối tiếp, sơ đồ thi công song song và sơ đồ thi công phối hợp. 1.4.2.1. Sơ đồ thi công nối tiếp Trong quá trình thi công các công trình ngầm có thể áp dụng một trong hai sơ đồ nối tiếp toàn phần và nối tiếp từng phần. Hai sơ đồ thi công nối tiếp trên đây có những điều kiện sử dụng khác nhau. a. Sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần Trong sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần, công trình ngầm được đào và chống tạm thời cho đến hết chiều dài theo thiết kế. Sau đó, người ta mới tiến hành chống cố định cho công trình ngầm. Sơ đồ này được sử dụng đối với các công trình ngầm có diện tích tiết diện nhỏ và chiều dài ngắn. Sơ đồ này cũng có thể áp dụng khi thi công các đoạn cửa hầm và các đoạn cổ giếng nghiêng có lối thông với mặt đất. b. Sơ đồ thi công nối tiếp từng phần Trong sơ đồ thi công nối tiếp từng phần, công trình ngầm được phân chia thành từng đoạn. Chiều dài mỗi đoạn có thể chọn bằng 20 – 40m tuỳ thuộc vào độ ổn định của khối đá xung quanh công trình ngầm. Trình tự thi công công trình ngầm trong sơ đồ nối tiếp từng phần như sau. Đầu tiên đào và chống tạm thời cho đến hết chiều dài của đoạn thứ nhất. Sau đó đào và chống tạm thời một phần chiều dài của đoạn thứ hai (hoặc hết đoạn thứ hai) thì dừng công tác thi công tại gương và quay lại chống cố định đoạn thứ nhất. Sau đó tiếp tục đào và chống tạm thời hết đoạn thứ hai và một phần đoạn thứ ba (hoặc hết chiều dài đoạn thứ ba) thì dừng gương đào và tiến hành chống cố định cho đoạn lò thứ hai. Bằng phương pháp như vậy người ta sẽ tiến hành thi công toàn bộ chiều dài công trình ngầm. Sơ đồ này được sử dụng để thi công các công trình ngầm có diện tích tiết diện nhỏ nhưng có chiều dài lớn. 12
Trong trường hợp này không nên áp dụng sơ đồ nối tiếp toàn phần, bởi vì khung chống tạm thời sẽ bị hư hỏng hoặc phá huỷ, công trình ngầm sẽ bị biến dạng bóp bẹp do thời gian thay thế vỏ chống cố định quá lâu. 1.4.2.2. Sơ đồ thi công song song Trong sơ đồ thi công song song, công tác đào và chống tạm thời tại gương được tiến hành đồng thời với công tác chống cố định thực hiện cách gương một khoảng cách nào đó. Khoảng cách này được chọn sao cho các thiết bị xúc bốc, vận chuyển trong gương không gây ảnh hưởng đến công tác chống cố định ở phía ngoài. Ngoài ra, độ ổn định của khối đá xung quanh cũng gây ra những ảnh hưởng tới khoảng cách này. Trong trường hợp đất đá ổn định thì khoảng cách này sẽ lớn hơn so với trong khối đá kém ổn định. Thực tế thi công cho thấy, hai công việc đào và chống tạm trong gương và chống cố định có ảnh hưởng lẫn nhau ở mức độ không lớn. Ví dụ, trong thời gian nạp nổ mìn trong gương thì đội thợ chống cố định phải ngừng nghỉ. Sơ đồ thi công song song có khả năng rút ngắn thời gian thi công công trình ngầm so với sơ đồ nối tiếp. Vì vậy, sơ đồ này được sử dụng rộng rãi để thi công các công trình ngầm có chiều dài và tiết diện ngang lớn. Nếu trong công trình ngầm có đường xe, thì số lượng đường xe phải không nhỏ hơn hai đường xe. 1.4.2.3. Sơ đồ thi công phối hợp Trong sơ đồ thi công phối hợp tất cả các công tác đào, chống tạm thời (nếu cần thiết) và chống cố định được tiến hành ngay trong một chu kỳ công tác, sơ đồ này thường sử dụng để xây dựng các công trình ngầm cơ bản được chống cố định bằng các khung chống gỗ, kim loại, bê tông cốt thép lắp ghép, neo, bê tông phun... sơ đồ này cũng được sử dụng để thi công các hầm trạm trong mỏ có kích thước tiết diện ngang lớn cần thi công vỏ chống cố định (bê tông, gạch, đá...) ngay sau mỗi lần đào phá đất đá trong gương. Quá trình lựa chọn sơ đồ xây dựng hợp lý trong những điều kiện thi công cụ thể sẽ phải dựa trên việc so sánh các sơ đồ xây dựng có thể đạt được các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật hợp lý nhất. 13
Câu hỏi ôn tập 1. Công trình ngầm được phân chia thành những loại nào? 2. Hình dạng, kích thước tiết diện ngang của công trình ngầm phụ thuộc vào những yếu tố nào? 3. Kết cấu chống giữ công trình ngầm được phân chia thành những dạng nào? Nhiệm vụ của kết cấu chống giữ công trình ngầm là gì? 4. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm? 5. Trong quá trình thi công các công trình ngầm có thể áp dụng sơ đồ thi công nào? 14
CHƯƠNG 2 CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM 2.1. Kết cấu chống bằng gỗ 2.1.1. Khái niệm Trong công tác thi công xây dựng các công trình ngầm, gỗ có thể được sử dụng để làm kết cấu tạm hoặc cố định. Kết cấu bằng gỗ với chức năng làm kết cấu chống cố định chỉ được sử dụng trong ngành mỏ, tại các công trình ngầm có tuổi thọ nhỏ, thường không quá 2 đến 3 năm ở điều kiện áp lực nhỏ và ít biến đổi. Gỗ được xử lý cũng có thể đạt tuổi thọ 3 đến 6 năm hoặc lâu hơn. Ngày nay, do sự ra đời của các loại vật liệu và kết cấu chống mới hợp lý hơn như thép, bêtông phun, bêtông sợi thép và neo... vai trò kết cấu chống bằng gỗ trong xây dựng công trình ngầm ngày càng hạn chế. Tuy nhiên gỗ vẫn còn được sử dụng để xử lí trong các trường hợp đặc biệt như khi thi công đào theo sơ đồ chia gương, tại các vị trí tiết diện công trình ngầm thay đổi và đặc biệt là khi khắc phục hiện tượng sập lở cục bộ. Gỗ với đặc điểm dễ chế biến nên rất thích hợp làm vật liệu dự trữ không thể thiếu được ở mọi công trường xây dựng khi cần phải có các biện pháp xử lí ngay, kịp thời. Kết cấu chống bằng gỗ nói chung có các ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm:  Cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng thái nguy hiểm (khi sắp bị phá hủy có thể phát ra tiếng kêu răng rắc);  Vận chuyển dễ dàng, chế biến và gia công đơn giản, dễ thích ứng với điều kiện biến đổi . Nhược điểm:  Không liên kết với khối đá, biến dạng nhiều khi chịu tải;  Hầu như không sử dụng lại được;  Kết cấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ, do vậy gây ra quá trình biến đổi cơ học trong khối đá; khi dỡ bỏ hoặc thay đổi cần phải có biện pháp 15
gia cố và bảo vệ;  Dễ cháy, dễ mục nát và gây ra lực cản khí động học lớn đòi hỏi người thi công có tay nghề thủ công nhất định. Vì chống gỗ được sử dụng khá nhiều ở mỏ hầm lò, đặc biệt là ở các đường lò chuẩn bị và những đường lò có thời gian tồn tại 12 năm. 2.1.2. Cấu tạo vì chống Kết cấu của một vì chống gỗ cơ bản là một khung hình chữ nhật hay hình thang, gồm có một xà và hai cột bằng gỗ tròn có đường kính 1530 cm (vì chống khuyết) (hình 2.1a). Vì chống khuyết là loại vì chống không chống hết các phía của công trình ngầm. Trong đó xà (1) chống đỡ áp lực nóc, hai cột (2) chống đỡ áp lực hông, góc thách =750850 (trong tính toán ta lấy =800). Dạng vì chống này thường sử dụng ở những công trình ngầm chỉ có áp lực nóc và hông. a) 3 4 b)   5 1   2 6     Hình 2.1. Kết cấu vì chống gỗ Ở các công trình ngầm có hiện tượng bùng nền hoặc đất đá nền mềm yếu, phải đặt thêm cấu kiện chịu lực thứ tư gọi là dầm nền (6). Khi đó ta có vì chống đầy đủ. Vì chống đầy đủ là loại vì chống chống hết cả bốn phía của công trình ngầm, nó được sử dụng khi công trình ngầm có cả áp lực nóc, hông và nền (hình 2.1b). Ngoài ra, để định vị vì chống trong quá trình dựng phải dùng các nêm đầu cột và nêm đầu xà (3). Nếu hai vì chống đặt cách nhau một khoảng nào đó (thường 0,5  1 m) phải dùng các thanh chèn (4) nhằm ngăn cản đất đá ở khoảng giữa hai vì chống sụt lở và phân bố đều áp lực lên toàn bộ xà và cột. Chèn có thể cài thưa hay 16
mau tuỳ thuộc vào độ ổn định của đất đá. Nếu đất đá xung quanh yếu gây áp lực lớn, phải chống các vì chống sát nhau, lúc đó không cần chèn. Các thanh văng (5) có tác dụng liên kết các vì chống và đảm bảo khoảng cách giữa các vì chống với nhau. Khung chống có dạng hình thang sẽ giảm được 1520% chiều dài của xà so với khung chống hình chữ nhật, do đó xà chịu lực tốt hơn vì mô men uốn tỷ lệ với bình phương khoảng cách giữa hai gối tựa. Cột đặt nghiêng một góc = 75850 cũng tạo ra khả năng chịu lực tốt hơn cho vì chống. d/4 3d/4 Để liên kết xà và cột của vì chống người ta thường sử dụng 50 - 7 0 d/3 loại mộng bậc. Khi gia công   mộng cột hoặc mộng xà cần chú  ý: Chiều cong của xà, cột tiếp xúc với đất đá nóc và hông (gia Hình 2.2. Kết cấu mộng bậc công mộng ở phía bụng cây gỗ). Cây gỗ làm cột, gốc phải quay lên phía trên (tránh bị chẻ mộng, tăng diện tích tiếp xúc giữa mộng xà và cột). Hình 2.3. Một số mối nối giữa các cấu kiện vì chống 17
Chân cột của vì chống không đầy đủ thường được chôn sâu xuống nền lò từ 1030 cm. Khi đất đá nền mềm yếu, chân cột được chặt bằng để chống lún. Nếu đất đá nền lò rắn cứng, chân cột phải đẽo vát hoặc khoan các lỗ khoan nhỏ ở phần dưới chân cột để tạo độ linh hoạt về kích thước cho vì chống. Hình 2.4. Các dạng chân cột và mộng chân cột a) b) c)    Hình 2.5. Vì chống gỗ đặc biệt b) a) c) d) e) Hình 2.6. Một số loại khung chống có vì tăng sức và các khung chống khác 18
Trong một số trường hợp, người ta còn dùng các khung chống gỗ hình thang lệch cho các công trình ngầm dọc vỉa. Tuỳ thuộc vào thế nằm và góc nghiêng của vỉa mà bố trí cho phù hợp. Với góc nghiêng của vỉa đến 120 (vỉa thoải) và đá vách liền khối tương đối bền vững (sa thạch, đá vôi), tốt nhất là đặt xà nghiêng theo góc nghiêng của vỉa (hình 2.5a). Còn nếu vỉa dốc ( > 70 0), hợp lý nhất là đặt cột áp theo độ dốc của vỉa (hình 2.5b). Nếu đất đá hông ổn định chỉ cần xà chống đỡ phần nóc. 2.1.3. Kĩ thuật thi công vì chống Bước 1. Sửa biên hầm theo kích thước thiết kế Bước 2. Đào lỗ chân cột Bước 3. Dựng cột vì chống Bước 3. Dựng cột vì chống Bước 4. Lên xà 19