KỸ THUẬT BƠM VỮA TRƯỚC TRONG THI CÔNG HẦM

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

306
lượt xem 139
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng công trình ngầm nói chung và xây dựng hầm nói riêng trong những trường hợp nhất định đòi hỏi phải bơm vữa áp lực vào khối đá để gia cố khối đá hay ngăn chặn nước ngầm giúp cho việc thi công có thể tiếp tục được. Bài viết này giới thiệu kỹ thuật bơm vữa áp lực vào khối đá trước khi đào hầm, thảo luận khái niệm về “thiết kế” bơm vữa trước cho hầm trong đá, một số chú ý trong thi công, và sơ bộ đánh giá hiệu quả của bơm vữa trước......

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: KỸ THUẬT BƠM VỮA TRƯỚC TRONG THI CÔNG HẦM

KỸ THUẬT BƠM VỮA TRƯỚC TRONG THI CÔNG HẦM Nguyễn Đức Toản1 Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải TÓM TẮT: Xây dựng công trình ngầm nói chung và xây dựng hầm nói riêng trong những trường hợp nhất định đòi hỏi phải bơm vữa áp lực vào khối đá để gia cố khối đá hay ngăn chặn nước ngầm giúp cho việc thi công có thể tiếp tục được. Bài viết này giới thiệu kỹ thuật bơm vữa áp lực vào khối đá trước khi đào hầm, thảo luận khái niệm về “thiết kế” bơm vữa trước cho hầm trong đá, một số chú ý trong thi công, và sơ bộ đánh giá hiệu quả của bơm vữa trước. TỪ THEN CHỐT: khối đá, bơm vữa trước, thi công hầm ABSTRACT: Underground construction in general and tunnelling in particular requires in certain cases the pre-excavation pressure grouting (pre-grouting/pre-injection) in order to improve the rock mass or handle ground water ingress. This paper briefly presents the pre- grouting technique for rock tunnels, on the details such as the “design” of grouting in rock tunnels, introductory practical procedures, and crude quantification of the pre-grouting effectiveness. KEY WORDS: rock mass, pre-grouting, tunnelling 1. GIỚI THIỆU 1.1. Lý do phải bơm vữa trong thi công hầm Khi thi công hầm nói chung, luôn có những sự kiện không lường trước được liên quan đến điều kiện địa chất, hay còn gọi là những yếu tố rủi ro cao. Hai trong số những yếu tố rủi ro cao là điều kiện đất đá gây ra mất ổn định cho gương đào, và khi gặp phải lượng lớn nước ngầm dưới áp suất cao (Hình 1). Nước ngầm chảy vào hầm với những lượng nhỏ hơn cũng có thể gây ra nhiều vấn đề ở bên trong hầm hay cho môi trường bên ngoài. Đó chính là những lý do phải bơm vữa trước để gia cố khối đá và đạt được yêu cầu về độ kín nước cho công trình hầm. Nước ngầm chảy vào hầm có thể kiểm soát hay xử lý bằng bơm tháo/thoát nước, bơm vữa trước khi đào, hay bơm vữa sau khi đào hầm, hoặc phương án kết hợp. Bài viết này chỉ đề cập đến biện pháp bơm vữa trước khi đào. 1 Email: ngdtoanhanoi@yahoo.com 1
Hình 1. Nước ngầm áp lực cao tại dự án thủy điện Karahnjukar, Iceland Trong kỹ thuật bơm vữa trước, các lỗ khoan được khoan từ vị trí gương đào vào khối đá nguyên trạng ở phía trước gương, rồi vữa được bơm vào đó và để cho đông cứng, trước khi đào hầm qua vùng đá đã được bơm vữa chống nước. Đôi khi việc bơm vữa trước như vậy có thể thực hiện từ trên mặt đất, chủ yếu là cho các hầm nông có điều kiện tiếp cận vào vùng mặt đất phía trên tuyến hầm. 1.2. Các điều kiện áp dụng bơm vữa trước Các điều kiện áp dụng kỹ thuật bơm vữa trước bao gồm: • Đào hầm dưới đáy biển (hoặc bên dưới các hồ nước hay sông) • Đào hầm xuống dốc (nước được thu gom tại gương đào) • Đào hầm với một hầm dẫn hướng dốc xuống (Khi đó tất cả lượng nước ngầm cần phải được bơm ra) • Trong những điều kiện có thể xảy ra tràn ngập nước ngầm có cột áp lớn • Nhằm tránh lún mặt đất và hư hại cho công trình bên trên • Nhằm bảo vệ môi trường • Dùng cho gia cố đất yếu • Như là một phần của chiến lược làm hầm chỉ dùng vỏ hầm bêtông phun đơn lớp 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BƠM VỮA TRƯỚC 2.1. Khái niệm về “thiết kế” bơm vữa Thiết kế bơm vữa cho các hầm đào trong đá về cơ bản có nghĩa là đưa ra sơ đồ lỗ khoan, các vật liệu vữa phải dùng và phương pháp thi công. Nhưng từ “thiết kế” ở đây (trong bối cảnh bơm vữa cho hầm) cần được dùng một cách thận trọng, và cần phải hiểu là nó khác với thuật ngữ dùng trong thiết kế kết cấu. Điều này liên quan đến việc lượng hóa hiệu quả của bơm vữa trước, mà sẽ được đề cập ở phần tiếp theo dưới đây. 2
Thiết kế bơm vữa cho hầm được dựa trên những ước lượng tốt nhất về “tính thấm” trung bình của khối đá mà hầm sẽ đi qua. Thiết kế này thường bao gồm những tính toán về lượng nước ngầm có thể thấm vào bên trong hầm, các bản vẽ thể hiện những vấn đề như độ sâu, góc và sơ đồ khoan dự kiến, thủ tục tiến hành bao hàm mọi khía cạnh của công tác bơm vữa và quy định kỹ thuật về các vật liệu, nhằm mục đích thỏa mãn độ kín nước yêu cầu đối với hầm. Các phương pháp tính toán hiện có chưa đủ khả năng để có thể phân tích một cách chính xác mối liên hệ giữa kết quả bơm vữa yêu cầu và các bước cần thiết để tạo ra kết quả đó. Cũng phải công nhận rằng, ngay cả khi giả thiết rằng một mô hình toán học có thể tồn tại đi chăng nữa, thì cũng không có khả năng đo đạc, lượng hóa chính xác và nhập số liệu về tất cả các thông số vật liệu cho mô hình ấy. Thiết kế cơ bản cho hoạt động bơm vữa như đã nói ở trên cần phải được áp dụng trong thực tế trên cơ sở thiết kế-phản hồi mang tính quan trắc, kinh nghiệm và lặp đi lặp lại, cụ thể như sau: • khi đã xác định được các yêu cầu về “độ kín nước”, thì dữ liệu về dự án và mọi thông tin có sẵn về điều kiện đất đá và địa chất thủy văn sẽ được phân tích và so sánh với các yêu cầu đó. Việc này thường bao gồm những tính toán thông số về lượng nước ngầm chảy vào hầm tiềm tàng dưới những tình huống điển hình khác nhau. Sau đó dựa vào số liệu thực nghiệm (kinh nghiệm từ dự án hầm có bơm vữa trước) để đưa ra một thuyết minh phương pháp bơm vữa trước hoàn chỉnh. Nên nhớ đây chỉ là một dự đoán/tiên lượng. • trong khi đào hầm độ kín nước đạt được (xét về mặt khối lượng nước ngầm chảy vào hầm) có thể đo được khá chính xác, rồi so sánh với mục tiêu đề ra để quyết định xem tình hình đã đạt yêu cầu chưa. Nếu đạt, công việc có thể tiếp tục mà không cần thay đổi gì, mà chỉ cần tiếp tục đo lượng nước để kiểm tra. • nếu tốc độ nước chảy vào hầm đo được là quá lớn, thì thông tin này sẽ được dùng để quyết định điều chỉnh “thiết kế” như thế nào nhằm có được kết quả mong muốn đối với đoạn hầm còn lại. Những đoạn hầm đã đào xong mà không đạt yêu cầu về độ kín nước thì phải xử lý cục bộ bằng bơm vữa sau. 2.2. Tính toán lượng nước chảy vào hầm Công thức tính lượng nước ngầm chảy vào hầm như sau (Garshol, 2003; xem Hình 2): 2π k ( hw + hr ) q= ⎛ r ⎞ 0.6 − ln ⎜ ⎟ ⎝ hr + r ⎠ trong đó: q lưu lượng dòng nước ngầm chảy vào hầm m3/s trên m dài hầm hs chiều dày lớp đất nằm bên trên hầm m hw chiều cao cột nước m hr chiều dày lớp đá phía trên hầm m r bán kính hầm m k hệ số thấm m/s 3
Hình 2: Sơ đồ dùng cho công thức tính nước chảy vào hầm Cần lưu ý là hr và k thể hiện chiều dày lớp đất mà trong đó phần lớn sự giảm thế năng xảy ra (phân tán năng lượng hoặc mất mát áp suất). Nếu độ thấm của lớp đất lớn hơn nhiều so với trong lớp đá, thì hw trong công thức trên phải thay bằng (hw + hs). Ngược lại, nếu lớp đất ít nhất là có độ kín nước như lớp đá, thì hr phải được thay thế bằng (hr + hs). Lưu lượng nước tính toán q sẽ được dùng để so sánh với yêu cầu kín nước đặt ra cho một dự án hầm nhất định. 2.3. Dự kiến khối lượng vữa Trong thực tế, mọi công tác bơm vữa trước phục vụ làm hầm trong đá cứng đều dựa trên việc sử dụng ximăng (ximăng Portland thông thường hay ximăng hạt mịn). Trong những trường hợp đặc biệt, có thể phải dùng vữa hóa học như một biện pháp bổ trợ. Khi sử dụng các loại vữa ximăng, cần hiểu rõ các tính chất cơ bản của chúng, ví dụ như cỡ hạt và độ mịn của ximăng, có dùng bentonit kết hợp hay không, tính chất lưu biến của vữa, tính ổn định của vữa khi chịu áp lực, cách sử dụng áp lực bơm cao, các đặc điểm ninh kết của vữa, v.v… Tỷ lệ nước/ximăng (N/X) và tính ổn định cũng như tính không bị phân tách nước của vữa có tầm quan trọng rất lớn đối với chất lượng và độ bền vững của các loại vữa ximăng. Các loại vữa hóa học chỉ có các thành phần lỏng, nên chúng có ứng xử rất khác so với các vữa ximăng. Các vữa hóa học ứng xử như các chất lỏng Niu-tơn, thể hiện tính nhớt nhưng không có lực dính. Có các loại vữa hóa học như sau: các loại silicát, nhựa phenol, các loại licnosunfonat, các acrylamid và acrylat, cacbometylaxenluloza Natri, các loại nhựa amino, epoxy, polyurêtan, bitum (atphan) và một vài vật liệu ngoại lai khác. Trong trường hợp bơm vữa chỉ dùng ximăng, khối lượng yêu cầu sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố và mọi sự tính toán trước đều không chính xác. Yếu tố ảnh hưởng chính là điều kiện khối đá (tính chất nứt nẻ), bởi vì một số lượng ít khe nứt mở lớn có thể cần nhiều ximăng hơn so với dạng khe nứt mau cách nhau cỡ xentimét mà chỉ tạo ra nước chảy nhỏ giọt như mưa rải rác trong hầm. Các yếu tố quan trọng khác là: độ kín nước yêu cầu, cột nước ngầm thủy tĩnh, tiết diện hầm, và kể cả loại ximăng cũng như phương pháp bơm được sử dụng. Theo kinh nghiệm thì khối lượng tiêu thụ vữa trung bình là từ 20 kg/m hầm cho đến hơn 250 kg/m. Đã có trường hợp đặc biệt tiêu tốn 2000 kg/m hầm (tại hầm Bjoroy). Thường thì mục tiêu đặt ra đối với mức độ thấm nước ngầm là 30 l/ph trên 100 m hầm. Khi ước lượng các số liệu kinh nghiệm có độ dao động lớn như vậy, cần xem xét số liệu trên quan điểm xác suất. Có ba con số có thể dùng để minh họa cho số liệu kinh nghiệm 4
có sẵn từ ngành xây dựng hầm đường bộ dưới đáy biển của Na Uy: • tiêu tốn vữa trung bình nhỏ nhất, với 5% xác suất rằng giá trị trung bình có thể thấp hơn con số này. Có thể lấy bằng 15 kg/m hầm • tiêu tốn vữa trung bình có thể xảy ra. Có thể lấy bằng 50 kg/m hầm • tiêu tốn vữa trung bình lớn nhất, với 5% xác suất rằng giá trị trung bình sẽ cao hơn con số này. Có thể lấy bằng 500 kg/m hầm Nên nhớ đó chỉ là những giá trị đại diện gần đúng đối với các loại đá cứng chiếm ưu thế, và chiều dài hầm phải lớn hơn 1000 m để có được con số trung bình hợp lý (tính tới cả những đoạn hầm không cần bơm chút vữa nào). Chúng chỉ mang tính chất minh họa và không được dùng một cách trực tiếp hay chính xác vào các dự án mới trong những điều kiện đất đá khác. Khái niệm về bơm vữa trước nhiều lớp được thể hiện trên Hình 3. Đợt bơm vữa thứ nhất là nhằm tạo ra xung quanh hầm một vùng có độ thấm giảm, bằng cách sử dụng vữa chặn nước “Blocker”. Đợt bơm vữa thứ hai là để tạo ra một vùng bên trong được gia cố vĩnh viễn, có độ thấp thấp, bằng cách sử dụng vữa ximăng hạt mịn/siêu mịn ổn định. Lớp vữa bơm thứ ba tạo ra một vùng gia cố mở rộng, có độ thấm thấp ở phía trước gương đào. Hình 3: Khái niệm về bơm vữa nhiều lớp (Barton, 2006, trích dẫn theo Elkem) 2.4. Một số chú ý về công tác khoan và bơm vữa Bơm vữa áp lực trong đá được thực hiện bằng cách khoan các lỗ khoan có đường kính, chiều dài và hướng thích hợp vào trong khối đá, lắp đặt các nút chặn gần miệng lỗ khoan (hoặc bằng phương tiện khác miễn là tạo được một sự liên kết kín áp với lỗ khoan), lắp ống bơm vữa nối giữa nút chặn và máy bơm, rồi tiến hành bơm một lượng vữa trộn sẵn với áp lực cao vào các khe nứt và kẽ hở trong đá xung quanh các lỗ khoan. Trong công tác khoan phục vụ bơm vữa trước, cần chú ý các điểm sau đây: • Khoảng cách giữa các lỗ khoan không được quá lớn; thường lấy giá trị lớn nhất bằng 1.5 m. Đôi khi cần phải giảm xuống đến 0.5 ÷ 0.6 m. 5
• Các lỗ khoan cần được khoan chếch ra ngoài với góc xiên từ 7 ÷ 100. Chiều dài lỗ khoan thường từ 15 ÷ 30 m (Hình 4). • Nếu khoảng cách giữa các lỗ khoan là quá lớn, sẽ khó có thể bơm bao quát được hết khối đá giữa các lỗ khoan. • Nếu có yêu cầu thực sự chặt chẽ, có thể phải khoan các lỗ trực tiếp trên mặt gương. • Cần ghi lại vào hồ sơ sự mất nước khoan, màu sắc của nước khoan, v.v… Những thông tin này giúp ra quyết định về quá trình tiếp theo. Nếu khoan phải khối nước lớn, công việc khoan phải dừng lại. • Chiều dài lỗ khoan có thể biến đổi; chúng cần được điều chỉnh theo các chu kỳ đào hầm. Quan trọng là chúng không được quá dài. Nếu lỗ khoan quá dài và trải ra một diện bơm quá rộng, sẽ kiểm soát khó khăn hơn. • Đối với bơm vữa một cách có hệ thống, cần phải khoan các lỗ có một đoạn nối chồng lên nhau. • Chiều dày của “bức tường” đã được gia cố phía trước gương đào ít nhất phải bằng 5 - 6 mét. • Khuyến nghị chiều dài lỗ khoan tối đa là 21 m (ít ra là vào lúc bắt đầu công việc). • Các lỗ khoan cần bố trí sao cho dễ lắp nút chặn vữa. • Thợ vận hành máy khoan phải có tinh thần cộng tác với đội bơm vữa. • Với máy khoan hầm toàn tiết diện (TBM), khi thiết kế máy cần bố trí phần không gian cho thiết bị khoan. Hình 4: Sơ họa về khoan lỗ bơm vữa trước và vòi bơm có nút chặn (Hognestad, 2006) Các thiết bị phục vụ bơm vữa trước gồm có máy trộn vữa, máy khuấy, máy bơm, thiết bị đong phụ gia, và bộ ghi số liệu bơm vữa. Lời khuyên là nên mua một gói thiết bị hoàn chỉnh từ một nhà sản xuất nhất định trước khi tiến hành bất cứ công việc bơm vữa dưới ngầm nào. Trong trường hợp dùng ximăng hạt mịn, để tiết kiệm khối lượng ximăng hạt mịn thì có thể sử dụng kết hợp với ximăng tiêu chuẩn. Một ví dụ về thủ tục tiến hành: • Trước tiên bơm ximăng hạt mịn để đảm bảo sự xâm nhập vào các đường nứt nẻ bé nhất. Thường dùng 750 kg ximăng hạt mịn, tỷ lệ N/X = 1 - 0.8 • Tiếp tục bơm cùng lỗ đó bằng ximăng tiêu chuẩn (thường là N/X = 0.6) cho tới khi chối vữa hoặc tới một lượng ximăng lớn nhất định trước 6
• Sau khi đã đông cứng, khoan các lỗ kiểm tra. Hướng và số lượng lỗ kiểm tra cần được chọn sao cho chúng cắt qua vùng địa chất chứa nước đã biết • Nếu không thấy rò rỉ, thì công việc khoan nổ mìn có thể tiếp tục tiến hành • Nếu thấy lượng nước không chấp nhận được trong lỗ kiểm tra, cần khoan các lỗ mới và bắt đầu lại một chu kỳ bơm vữa hoàn chỉnh mới 2.5. Thuyết minh phương pháp thi công Một bản thuyết minh phương pháp thi công bơm vữa trước trong đá (mà Nhà thầu phải trình cho Tư vấn) có thể có một khung như sau: I. Công tác khoan I.1 Phần chung I.2 Thổi rửa lỗ khoan I.3 Chiều dài lỗ khoan I.4 Số lượng lỗ khoan, hướng xiên của lỗ khoan I.5 Lắp đặt nút bít chặn II. Công tác bơm vữa II.1 Phần chung II.2 Kỹ thuật trộn vữa II.3 Sử dụng phụ gia tăng đông cứng trong vữa II.4 Áp lực phun II.5 Kỹ thuật bơm vữa II.6 Báo cáo bơm vữa III. Quy định về ninh kết vữa, về thời gian đợi đến hoạt động kế tiếp IV. Quy định về khoan các lỗ kiểm tra V. Đo đạc lượng nước chảy vào hầm tại phần hầm đã đào xong VI. Biểu đồ tiến trình ra quyết định 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BƠM VỮA TRƯỚC Nói chung, kết quả bơm vữa trước không thể dự kiến được một cách chính xác do bản chất của các kỹ thuật áp dụng và do thiếu các chi tiết về điều kiện đất đá. Không ai có thể trực tiếp quan sát được cái gì xảy ra trong khối đá trong khi bơm, ngoài các dấu hiệu gián tiếp và hiệu quả đối với nước xâm nhập, và nhờ kiểm tra sau khi đào hầm xuyên qua khối đá đã được bơm vữa. Mahtab và những người khác (1993) đã đề cập đến việc lượng hóa các thông số Coulomb có hiệu và các thông số Hoek-Brown cho khối đá được gia cố trước bằng neo. Các tác giả này đã giả thiết rằng, việc gia cường trước cho khối đá là tương đương với việc nâng cao cường độ của khối đá, bằng cách tạo nên một một áp lực nén ép bổ sung. Vì các tiêu chuẩn phá hoại của Coulomb và Hoek-Brown có chứa lực dính và góc ma sát có hiệu c, ϕ và thông số cường độ có hiệu s, nên việc lượng hóa các thông số này sẽ giúp đánh giá được hiệu quả gia cố. Về bản chất, việc gia cố trước cho khối đá bằng neo và bằng bơm vữa là khác nhau. Chúng tôi chỉ nêu vấn đề như một so sánh định tính về tác dụng của hai phương pháp. 7
Có thể đánh giá sơ bộ tác dụng của việc bơm vữa trước, bằng cách áp dụng công thức về chỉ số chất lượng đá làm hầm (chỉ số Q; Barton, 2006). Cần chú ý là, Palmström và Broch (2006) cho rằng Q rất có thể là không phù hợp lắm cho việc thể hiện tác dụng của bơm vữa trước. Tuy nhiên chúng tôi vẫn giới thiệu cách làm của Barton dưới đây. Như đã biết, chỉ số Q được đánh giá từ biểu thức sau: RQD Jr Jw Q= x x Jn Ja SRF Trong đó: - RQD = chỉ tiêu chất lượng đá, đặc trưng cho mức độ có mặt khe nứt; - Jn = số tập hợp khe nứt; - RQD/Jn = thương số thể hiện một đại lượng gần đúng về kích cỡ tương đối của các tảng đá; - Jr = đại lượng thể hiện độ nhám của tập hợp khe nứt hoặc khe nứt có vật liệu lấp nhét ít thuận lợi nhất; - Ja = đại lượng thể hiện mức độ biến đổi hay mức độ sét lấp nhét của tập hợp khe nứt hoặc khe nứt có vật liệu lấp nhét ít thuận lợi nhất; - Jr/Ja = thương số thể hiện độ nhám và đặc tính ma sát của các thành khe nứt có hoặc không có vật liệu lấp nhét. Nó là đại lượng gần đúng của cường độ chống cắt do cài móc giữa các khối đá; - Jw = hệ số giảm yếu do nước của khe nứt; - SRF = hệ số suy giảm ứng suất; - Jw/SRF = thương số thể hiện một đại lượng gần đúng về các ứng suất chủ động; Có thể cho rằng, bơm vữa trước sẽ tạo ra những hiệu quả nhỏ, riêng phần, mang tính tích cực đối với mỗi thông số chứa trong biểu thức trên, do đó làm tăng chỉ số chất lượng Q. Sau đây là một ví dụ về sự cải thiện các thông số chứa trong biểu thức Q nhờ có bơm vữa trước: RQD có hiệu tăng lên ví dụ 35 lên 55% tồi thành trung bình Jn có hiệu giảm đi v.d. 9 xuống 6 (3 tập hợp khe nứt còn 2 tập hợp và những khe nứt ngẫu nhiên) Jr tăng v.d. 1 thành 2 khe nứt nhẵn, phẳng trở thành nhẵn, lượn sóng (tập hợp khe nứt thay đổi)* Ja giảm v.d. 2 xuống 1 (tập hợp khe nứt thay đổi)* Jw tăng v.d. 0.5 thành 0.66 (có thể đạt được Jw = 1) SRF chỉ có thể giảm ở gần mặt đất v.d. từ 2.5 thành 1 * Có thể sẽ hợp lý nếu cho thêm từ “có lẽ” trong một số trường hợp ở đây 35 1 0.5 Trước khi bơm vữa: Q ≈ x x ≈ 0.39 ⇒ khối đá rất yếu 9 2 2.5 55 2 0.66 Sau khi bơm vữa: Q ≈ x x ≈ 12.10 ⇒ khối đá tốt; hoặc Q ≈ 4.77 ⇒ khối đá 6 1 1 hoac 2.5 8
trung bình Giá trị của Q tăng lên đồng nghĩa với việc đạt được những cải thiện về các tính chất của khối đá, như tốc độ truyền sóng dọc địa chấn, độ dẫn nước, môđun biến dạng, thành phần lực dính và ma sát trong..., dẫn đến thay đổi về thiết kế hệ chống đỡ theo hướng có lợi về kinh tế, như được thể hiện trong bảng sau đây: Trước khi bơm vữa Sau khi bơm vữa (Phương án khác) Q ≈ 0.39 Q ≈ 12.10 (Q ≈ 4.77) Vp ≈ 3.13 km/sec Vp ≈ 4.62 km/sec (Vp ≈ 4.22) km/s L ≈ 2.33 (2.33x10-7 m/s) L ≈ 0.08 (8x10-9 m/s) (L ≈ 0.19) (2x10-8 m/s) M ≈ 7.54 GPa M ≈ 23.7 GPa (M ≈ 17.38) GPa Pr ≈ 13.7 T/m2 Pr ≈ 4.4 T/m2 (Pr ≈ 5.9) T/m2 Δ ≈ 25.6 mm Δ ≈ 0.8 mm (Δ ≈ 2.1) mm Trước khi bơm vữa Sau khi bơm vữa (Phương án khác) B 1.5 m/sec B 2.4 m cách tâm (c/c) B 2.1 m c/c S(fr) 12 cm S(fr) 4 cm S (fr) 5 cm Trong đó, các thông số và các công thức kinh nghiệm liên hệ giữa chỉ số Q và các tính chất của khối đá được cho như sau: Vp = tốc độ truyền sóng dọc địa chấn trong khối đá (km/s); VP ≈ logQc + 3.5 (+ tác động của độ sâu), với Qc = Q x σc/100 và σc là cường độ nén nở hông (nén đơn trục) của khối đá; L = Lugeon, đơn vị đo tính dẫn nước của khối đá; 1 Lugeon = 1.0 lít nước/phút trên một mét lỗ khoan dưới áp suất 10 bar. L ≈ 1/Qc; M = môđun biến dạng của khối đá (GPa); M ≈ 10Qc1/3 + tác động của độ sâu; Pr = áp lực hệ chống đỡ cần thiết theo chiều hướng tâm; Pr ≈ 0.1Q-1/3 ≈ 10-3/E (MPa); Δ = biến dạng hướng tâm (hội tụ); Δ(mm) ≈ Nhịp hầm (m)/Q; B = khoảng cách bulông neo lắp có hệ thống (loại neo được bảo vệ chống ăn mòn, bơm vữa toàn chiều dài); S(fr) = chiều dày vỏ hầm bêtông phun có cốt sợi thép (steel fibre reinforced shotcrete = fibercrete). Theo phương pháp làm hầm của Na Uy (NMT) thì hệ thống B+S(fr) thường chính là kết cấu vỏ hầm cuối cùng/vĩnh cửu. 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Trong bài viết này các điểm quan trọng liên quan đến kỹ thuật bơm vữa trước đã được đề cập đến, như các khía cạnh về thiết kế và thi công bơm vữa trước, và cách đánh giá sơ lược hiệu quả của bơm vữa trước. Bơm vữa trước được thực hiện vì những mục đích: an toàn trong thi công, bảo vệ môi trường, và tiết kiệm chi phí. Có thể tóm tắt lại các lợi ích 9
của bơm vữa trước như sau: • Nguy cơ thấp của việc chảy mạnh nước ngầm vào hầm không kiểm soát được • Tăng cường ổn định khá nhiều khi đào hầm qua đất đá yếu, ngăn ngừa lún mặt đất bên trên • Có thể đạt được điều kiện làm việc “khô” và an toàn bên trong hầm (với điều kiện áp dụng bổ sung kỹ thuật bơm vữa sau và thoát nước) • Không ảnh hưởng hoặc ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh • Giảm giá thành dự án, nhất là trong trường hợp áp dụng vỏ hầm bêtông phun một lớp. Áp dụng kỹ thuật bơm vữa trước trong xây dựng ngầm ở nước ta là một hướng mới, có thể mang lại hiệu quả kinh tế lớn. Trong thực tế, cách tốt nhất là kết hợp cả ba biện pháp: bơm vữa trước khi đào, bơm vữa sau khi đào, và thoát nước thông thường. Năm 2003, tại hầm thông gió thuộc dự án hầm đường bộ đèo Hải Vân, đã phải tiến hành bơm vữa sau với khối lượng khá lớn cho một số điểm nước ngầm chảy mạnh. Theo quan sát của tác giả, khối lượng vữa bơm là rất lớn và hiệu quả là không triệt để, một vị trí có khi phải bơm lại vài lần. Nếu hồi đó có áp dụng kỹ thuật bơm vữa trước, sau đó kết hợp với bơm vữa sau, thì có lẽ hiệu quả về mặt kinh tế và thời gian sẽ lớn hơn nhiều. Bài học này có thể xem xét áp dụng khi thi công hầm đường bộ Đèo Cả trong thời gian tới. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Barton N. 2002. Some new Q-value correlations to assist in site characterisation and tunnel design. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 39 (2002) 185–216. [2] Barton N. 2006. Rock Engineering with Q. Lectures at Master Course in Tunnelling and TBMs, Edition V 2005-2006, Politecnico di Torino, Italia. [3] Garshol K.F. 2003. Pre-Excavation Grouting in Rock Tunneling. MBT International Underground Construction Group, Division of MBT (Switzerland) Ltd. [4] Hognestad H.O. 2006. Rock Pregrouting. Lecture at Master Course in Tunnelling and TBMs, Edition V 2005-2006, Politecnico di Torino, Italia. [5] Mahtab A., Xu S., Grasso P. 1993. Quantifications of the effective Coulomb and the Hoek-Brown parameters of the pre- reinforced rock-mass. Proceedings of the International Conference Geomechanics 93, Hradec / Ostrava / Czech Repubblic / 28-30 September 1993. Edited by Zikmund Rakowski. A.A. Balkema / Rotterdam / Brookfield / 1994. [6] Nguyen Duc Toan (2006). TBM and Lining - Essential Interfaces. Master thesis. Turin University of Technology (Politecnico di Torino), Italy, October 2006. [7] Palmström A. & Broch E. 2006. Use and misuse of rock mass classification systems with particular reference to the Q-system. (Unpublished). 10