đề cương hầm 2 đại học xây dựng

 Áp dụng:  Với phương pháp truyền thống-> chỉ sử dụng neo tạm thời  Phương pháp NATM-> neo làm kết cấu chống đỡ vĩnh cửa  Ưu điểm:  Mức độ cơ giới hóa cao trong suốt quá trình đào->

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 1

ĐỀ CƯƠNG HẦM 2

1 Sơ đồ XD hầm bằng phương pháp mỏ Các biện pháp mở diện thi công hầm

Phương pháp mỏ là phương pháp chính để xây dựng hầm qua núi trong nền đá

cứng,phương pháp này cũng áp dụng thi công trong đất đá yếu nhưng phải chống đỡ

phức tạp và L > 300m Sơ đồ xây dựng bằng phương pháp mỏ gồm các công tác chính:

- Đào đá ngầm và chống đỡ bảo vệ hang đào nếu cần thiết

- Xây dựng kết cấu vỏ hầm vĩnh cửu

Các biện pháp mở diện thi công: Thông thường hầm được đào từ 2 phía( 2 gương đào)

Với các hầm dài chỉ, thi công bằng 2 gương sẽ kéo dài thời gian thi công vì vậy

thường phải mỡ thêm diện thi công đễ rút ngắn thời gian xây dựng

3 biện pháp:

 Hang ngang: là biện pháp mỡ diện thi công tối ưu nhất nhưng bị hạn chế bới điều kiện địa hình ( có thung lũng bên cạnh) dốc lên để hang ngang ngắn nhưng bất lợi cho thoát nước )

 để thăm dò khảo sát địa chất

 thoát nước ngầm, bố trí các đường vận chuyển

 mỡ diện thi công

o Ví trí: Hang dẫn cần có nhiều vị trí khác nhau

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 2

 H= 2,5m điện tiếp xúc (dây trần)

 H=2m đầu máy acquy diezen

Là phương pháp mà gương đào

được mở 1 lần trên toàn tiết diện

hầm, dựng vì chống tạm rồi xây

d ựng vỏ hầm vĩnh cửu

Là phương pháp gương đào được chia thành các ph ần theo bậc và đào từng phần, trong đó phần vòm được đào trước

Ưu

điểm

 Tạo ra không gian rộng  Đưa máy móc lớn vào thi công  Cơ giới hóa quá trình xây d ựng

 Diện tích tiết diện được tạo ra

đủ rộng cho thi công  Ổn định gương đào tốt hơn

 Diện đào nhỏ, trong quá trình thi công có th ể thay đổi phương pháp đào để phù hợp với từng loại đất

 Công tác khảo sát cần phải kỹ càng, c ẩn thận vì diện tích đào

l ớn

 Cần có biện pháp chống tạm cho gương đào trong quá trình thi công vì chi ều cao gương đào lớn

 Tồn tại bậc thang, gây khó khăn trong việc vận chuyển đất đá trong quá trình thi công

 Biến dạng vách hang đào nhi ều hơn

 Khó khăn trong việc xoay chuy ển máy móc thi công do

đơn giản, có khả năng

cơ giới hóa cho từng

công đoạn

Có th ể đào được mọi

lo ại đất đá với nhiều

Không gây ảnh hưởng,

ch ấn động đến các

kh ối đất đá xung quanh

Gi ảm thiểu hiện tượng đào vượt

Rẻ tiền hơn nhiều so

v ới TBM nhưng vẫn đảm bảo thi công cơ

gi ới hóa cao

Cơ giới hóa toàn bộ quá trình đào, chống

đỡ, lắp ghép kết cấu

v ỏ hầm  Độ hoàn thiện, độ chính xác cao

Ti ến độ thi công rất nhanh (Max = 50m/ng)

H ạn chế tối đa hiện tượng đào vượt, tránh gây ảnh hưởng đến các kh ối đất đá xung quanh

Nhược

điểm

G ồm nhiều công đoạn

thi công khác nhau 

Gây khó khăn trong

việc tổ chức thi công

Thường xảy ra hiện

tượng đào thiếu, đào

vượt  Tốn thêm thời

gian thi công đào thiếu

và t ốn bê tông phun

bổ sung khi đào vượt

Hi ệu suất đào phá đá

ph ụ thuộc nhiều vào

hi ệu suất khoan nổ

mìn

B ố trí lỗ mìn với thời

gian vi sai khá ph ức

tạp

T ốn thêm thời gian

thông gió và đưa

gương về trạng thái an

toàn thì m ới tiếp tục

thi công công đoạn

ti ếp theo

Th ải nhiều bụi trong quá trình thi công

Khó áp d ụng được đối với đá cứng mà chỉ áp

d ụng với các loại đất

đá mềm R <

400kg/cm2

Giá thành cao nh ất trong t ất cả các phương pháp

Trong trường hợp địa

ch ất phức tạp, nếu đất

đá bị sụt do không được khảo sát kĩ có

thời gian khoan 1md trong ĐKTL

6 lớp địa tầng

Phương thức đào phá

5 1.5÷2 3.7÷4.9 Đất cứng

nổ mìn hoặc máy đào

 Đặc điểm cấu tạo:

 Vòm thép sử dụng thép hình chữ I (momen quán tính lớn  khả năng chống uốn), chữ H (độ ổn định lớn)

 Vòm thép được lắp ráp từ nhiều cấu kiện khác nhau: đối với vòm nhỏ thì tách thành

2 nửa và ghép nối lại, đối với vòm lớn thì chia thành nhiều phần khác nhau rồi ghép nối lại bằng mặt bích bu lông hoặc lập lách

 Khi sử dụng cho chống đỡ hầm mỏ có thể lát thêm các vách ngang và ván kín để tránh đất đá rơi (sử dụng lâu dài)

 Có thể tháo dỡ hoặc không tháo dỡ, trong trường hợp không tháo dỡ thì kết hợp với

bê tông phun tạo thành hệ bê tông cốt thép

 Có vai trò là kết cấu chống đỡ tạm cho công trình, trong trường hợp đất đá yếu thì

có thể chống đến tận gương đào

 Ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản, lắp dựng nhanh, có thể dùng lại được nhiều lần

 Trở thành kết cấu chống đỡ vững chắc trong quá trình thi công hầm



 Nhược điểm:

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 5

 Khi đào vượt lớn thì chỉ có thể chống đỡ tại 1 số điểm trên vách hang

 Quá trình lắp ráp đòi hỏi phải ghép nối các cấu kiện chính xác, đòi hỏi máy móc cơ giới vì khá nặng

 Làm thu hẹp không gian hầm trong quá trình thi công



 Phạm vi áp dụng:

Vòm thép được sử dụng đối với các công trình ngầm xây dựng trong đất đá có độ cứng trung bình trở xuống, trong các công trình hầm mỏ yêu cầu chống tạm đỡ vững chắc trong suốt quá trình thi công

6 Vì chống neo ( đặc điểm cấu tạo và làm việc, tác dụng, phân tích ưu nhược điểm của các dạng neo và điều kiện áp dụng)

 Khái niệm: là phương pháp chống đỡ cho phép mức độ cơ giới hóa cao trong quá trình thi công.Neo được áp dụng phổ biến làm kết cấu chống đỡ hầm, đặc biệt đối với phương pháp xây dựng bằng NATM

 Áp dụng:

 Với phương pháp truyền thống-> chỉ sử dụng neo tạm thời

 Phương pháp NATM-> neo làm kết cấu chống đỡ vĩnh cửa

 Ưu điểm:

 Mức độ cơ giới hóa cao trong suốt quá trình đào-> đẫy nhanh tiến độ

 Được bắn trực tiếp vào đất đá -> không tốn diện tích

 Tiết kiệm vật liệu

 Giảm sức cản không khí tạo thuận lợi cho thông gió khi thi công

 Sử dụng đối với loại đá cứng f>=4

 Nguyên tắc cấu tạo neo: thanh thép thường dùng có phi 25 được đặt trong 1

lỗ khoan, có 2 đầu:

 Đầu trong- ngàm chặt vào đất đá( ngàm neo)

 Đầu ngoài- nhô vào trong hang đào, có tiện gen để xiết êcu

 Bulong được xiết bằng lực từ 3-5 tấn -> xiết chặt khối đá-> tăng ma sát cho khối

 Tác dụng của neo:

 làm tăng cường độ ổn định

 gia cố khối đá xung quanh nhờ tăng lực ma sát giữa đất đá-> biến

khối đá thành kết cấu chịu lực chính

 Treo- lớp đất đá yếu được treo trên lớp cứng phía tên nhờ neo-> từ nhịp hang L giảm xuống 1 nhờ neo gúp hang đào ổn định , hầm không bị sập

 Tác dụng liên kết các lớp đất đá tạo thành dầm tổ hợp có chiều cao dầm lớn

 Tạo vòm – mỗi neo gia cố 1 khối đá nào đó-> tạo thành vòm đá- là kết cấu chịu lực chính của công trình

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 6

 Các loại neo:

 Neo dạng nêm: khoan lỗ-> sơ bộ đóng nêm vào lỗ-> đưa neo vào lỗ khoan-> dùng búa đóng-> xiết bulong

1 Ưu điễm- có tính đảm bảo tốt, ngàm chặt nếu có đường kính

lỗ thân neo hợp lý, cấu tạo thi công đơn giản

2 Nhược điểm- không chịu lực được ngay sau khi lắp dựng mà phải đợi bê tông đông cứng Không có tác dụng ép các lớp đất

đá lại với nhau mà chỉ có tác dụng cố dịnh trạng thái của đất

đá

 Neo chất dẻo cốt thép: cấu tạo giống neo BTCT nhưng thay vữa bằng những chất dẻo đông cứng cực nhanh, chịu lực ngay sau khi thi công tuy nhiên giá thành lại cao

 Neo đầu mỡ: bộ phận đầu neo nở ra và ngàm với đất đá khi có chuyển vị tương đối giữa đầu neo và thân neo Có cấu tạo phức tạp-

> ít được sữ dụng

 Neo dạng BTCT: bơm vữa vào 2/3 lỗ khoan rồi đóng thép có gờ vào

Ưu điểm – cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, đảm bảo chất lượng trong nhiều loại đất khác nhau, có tính vĩnh cửu tốt hơn do thân neo được bảo vệ Neo liên kết với đất đá trên toàn bộ chiều dài còn có tác dụng chịu cắt khi các lớp đất đá bị trượt

Nhược điểm – không chịu lực được ngay sau khi lắp dựng mà phải đợi

bê tông đông cứng không có tác dụng ép các lớp đất đá lại với nhau

mà chỉ có tác dụng cố định trạng thái của đất đá

7 BT phun (Khái niệm, tác dụng, phương pháp thi công)

 Khái niệm : là loại bê tông được vận chuyển theo đường ống tới vị trí thi công bằng khí nén hoặc bơm bê tông, sau đó được phun lên bề mặt bằng khí nén -> khi thi công không cần sử dụng coppha Bê tông phun được dùng đặc biệt nhiều trong xây dựng hầm do có các đặc tính :

 Có thể tiến hành ngay sau khi đào vì không cần lắp dựng coppha -> yếu tố cực kỳ quan trọng vì phải chống đỡ vách ngay sau khi đào

 Dính bám tốt với các bề mặt gồ ghề của vách trong hang -> gia cố đường vách, các khối đá được định vị tại chỗ

 Thích ứng với mọi hình dạng, tiết diện thay đổi của hang đào

 Phân loại bê tông phun :

 Vữa phun (gunit) – Dmax ≤ 5mm

 Bê tông phun (shot crete) - Dmax ≤ (10÷15)mm

 Tác dụng bê tông phun :

 Chống đỡ cho vách hầm nhờ khả năng dính bám giữa bê tông phun

và vách đá

 Tăng khả năng chống trượt cho các khe nối

 ngăn hiện tượng rơi của đất đá

 Phân bố và truyền tải trọng tác dụng lên vòm thép và neo

 Gia cố vùng đất giảm yếu nhờ gia cường lấp đầy các lỗ rỗng, sâu, tránh được hiện tượng tập trung ứng suất

 khối đá xung quanh ổn định

 Che chắn, bảo vệ khối đá, thép neo

 Biện pháp thi công bê tông phun :

 Phun khô : hỗn hợp khô gồm xi măng và cốt liệu được trộn trước và được đẩy theo đường ống bằng khí nén tới vòi phun Tại vòi phun, nước được đưa vào dưới dạng tia nước nhỏ và hòa trộn với hỗn hợp khô (có thể có cả phụ gia) sau đó được phun lên bề mặt vách hang

 Ưu điểm :

 Độ dính bám cao

 Độ co ngót thấp do giảm được tỉ lệ nước/XM

 Bê tông thu được có độ chặt cao, phần bên trong thu được nhiều xi măng

 Có thể phun được từ xa, phun lên cao

 Nhược điểm :

 Tạo ra nhiều bụi

 Tỉ lệ rơi vãi cao (20-30)% -> điều chỉnh vòi phun các bề mặt vách theo hướng vuông góc, duy trì áp suất vòi phun 3-4 atm

 Cốt liệu cần được bảo vệ cẩn thận dưới mái che (độ ẩm < 5%)

 Biện pháp phun ướt : cốt liệu và xi măng (không có phụ gia được trộn sẵn trong các máy trộn bê tông, được vận chuyển trong đường ồng bằng khí nén hoặc bơm pittong tới vòi phun Dòng loãng dùng khí nén, dòng đặc dùng bơm pittong

 Ưu điểm :

 Tỉ lệ rơi vãi thấp (10%)

 Ít bụi -> giảm thiểu ô nhiễm môi trường

 Bê tông phun có chất lượng gần giống với bê tông thực tế, khá đồng đều

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 8

8 Các khái niệm cơ bản về khoan nổ mìn trong XD hầm( khái niệm về nổ mìn vi sai, các lo ại lỗ mìn, các dạng đột phá, chu kỳ đào và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng công tác khoan nổ mìn)

Khái niệm chu kỳ đào, bước đào : là quá trình gồm nhiều công đoạn nối tiếp nhau thành 1 trình tự nhất định, được lặp đi lặp lại sau 1 thời gian nhất định – được gọi là chu kỳ đào Sau mỗi lần thực hiện chu kỳ đào, gương đào tiến về phía trước 1 đoạn được gọi là bước đào -> Chu kỳ đào càng ngắn, bước đào càng lớn thì tiến độ càng nhanh

• Phạm vi áp dụng : áp dụng trong điều kiện địa chất đất đá, liên quan đến việc khoan

tạo lỗ, đặt mìn và phá đất đá

• Nổ mìn vi sai : là phương pháp mà theo đó các lỗ mìn không nổ đồng thời cùng lúc

mà nổ cách nhau một khoảng thời gian rất nhỏ, tính bằng ms Lỗ mìn nổ trước có tác dụng tạo thành mặt thoáng cho lỗ mìn nổ sau Lỗ mìn được bố trí kíp vi sai (đặc điểm nhạy, nhỏ, chứa thuốc nổ mạnh) Để nổ vi sai, chia lỗ mìn thành 4 loại : lỗ đột phá, lỗ mìn phá, lỗ tạo biên, lỗ mìn đáy

Lỗ mìn phá : là lỗ mìn nổ tiếp sau lỗ mìn đột phá, có tác dụng phá nổ chủ yếu khối lượng đá ở gương đào, tùy thuộc bề rộng các lỗ đột phá có thể bố trí 1 hay nhiều hàng trên mặt gương đào sao cho đáy lỗ cùng nằm trên 1 mặt phẳng

Lỗ mìn biên : bố trí theo chu vi của hàng đào, thường cách mép hang đòa 10-15cm

Lỗ mìn biên khoan dày hơn vì được nạp bằng thuốc nổ nhẹ có tác dụng tạo đường biên gần sát nhất với thiết kế

Lỗ mìn đáy : bố trí ở đáy hang nhằm hất tung đất đá tạo điều kiện cho quá trình xúc đất được dễ dàng

- Các yêu cầu và chỉ tiêu đánh giá chất lượng công tác khoan :

Hình dạng và kích thước phải gần sát với thiết kế theo nguyên tắc : “Đào vượt là tối thiểu nhưng không đào thiếu” Được đánh giá bằng hệ số đào vượt :

µ= Stt/Stk , (giá trị chấp nhận μ = 1.05÷1.15) t

Phần đào vượt sẽ được lấp đầy bằng bê tông phun Nếu đào vượt quá nhiều sẽ làm tăng giá thành công trình

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 9

Hiệu suất nổ mìn – được đánh giá qua chỉ tiêu hệ số sử dụng lỗ mìn ω

η= ω/l , (giá trị chấp nhận η = 0.8÷0.95) l

Trong đó : ω – bước đào l – chiều sâu lỗ mìn

- Yêu cầu về kích thước đá nổ : phải đồng đều, không quá to hoặc quá nhỏ để kết hợp với máy xúc Đất đá nổ ra phải vun đống, không rải theo chiều dài nhằm vận chuyện đạt hiệu quả cao

- Mức độ cơ giới hóa : tối đa có thể, an toàn cho người và máy móc thiết bị

- Đảm bảo ổn định cho hang đào, tránh giảm yếu khối đá xung quanh gây ảnh hưởng đến công tác xây dựng kết cấu vỏ hầm sau này

-Yếu tố kinh tế - giảm tối đa giá thành xây dựng

• Nổ mìn tạo biên : là cách nổ mìn mà nạp mìn cách quãng, thuốc nổ được rải đều làm tăng tác dụng phá nổ

Chu kỳ đào bằng phương pháp phá nổ mìn :

Khoan lỗ mìn φ25÷φ75

Nạp thuốc nổ : thuốc nổ tạo biên

Thực hiện nổ vi sai : nổ lần lượt các lỗ, không nổ đồng thời

- Nổ lỗ đột phá ->tạo mặt thoáng cho lỗ nổ sau

- Nổ lỗ phá -> là lỗ gây ra nổ phá gương đào chủ yếu

- Lỗ mìn biên -> nổ biên gương đào

- Lỗ mìn đáy -> xới tung đất đá phục vụ công tác đào xúc sau này

9 Nguyên lý khoan, các máy móc thiết bị khoan lỗ mìn trong thi công hầm

Theo nguyên lý hoạt động, khoan có 3 loại:

H ệ số kiên cố f = 6÷12

 Búa khoan cầm tay - trọng lượng nhỏ;

 Búa khoan lắp đặt trên cột đỡ - trọng lượng lớn;

 Búa khoan thiên hướng lắp trên giá đỡ co rút - khoan nóc hầm

10 Thuốc nổ và vật liệu nổ

 Thuốc nổ sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng hầm là Amonit (hỗn hợp của Nitrat amon tinh thể 79-85% với thuốc nổ Trotyl dạng bột 5-21% và các thành phần khác như bột nhôm, mùn gỗ - là loại thuốc nổ an toàn và kinh tế Thuốc nổ Amonit nén và đặc biệt

là Amonit cứng Nº1 có tính ổn định nước và tính phá nổ cao không thua kém gì loại thuốc nổ mạnh

Thuốc nổ được lựa chọn phù hợp với từng loại lỗ mìn và chức năng lỗ mìn:

 Lỗ mìn đột phá: là lỗ mìn nổ đầu tiên có tác dụng tạo mặt thoáng cho các lỗ mìn nổ

sau, do đó được náp thuốc nổ mạnh và nạp nhiều hơn  Sử dụng thuốc nổ Nº1

 Lỗ mìn phá: nổ sau lỗ đột phá, có tác dụng phá nổ chủ yếu khối lượng đất đá ở phía

gương đào  Sử dụng thuốc nổ Amonit Nº6 d ạng ép

 Lỗ mìn biên: là lỗ mìn được bố trí xung quanh hang đào, có tác dụng làm cho đường biên hang đào gần sát nhất với thiết kế, tránh hiện tượng đào vượt và giảm ảnh hưởng phá hoại đến môi trường đất đá xung quanh  Sử dụng thuốc nổ Nº6 ЖB-6 ở đáy lỗ

và thu ốc nổ uy lực thấp Amonit ЖB-20 ở phần còn lại

 Lỗ mìn đáy: được bố trí ở đáy gương đào, nổ cuối cùng và có tác dụng hất tung đất

đá ra khỏi gương đào thuận tiện cho quá trình xúc bốc đất đá  Sử dụng thuốc nổ

uy l ực mạnh Nº1 d ạng ép

 Kíp nổ có 3 loại chính:

 Kíp nổ tức thời - tất cả các khối thuốc nổ được nổ đồng thời

 Kíp nổ chậm - thời gian chậm phụ thuộc vào loại kíp, có thể là 0.5, 0.75, 1 (s)

 Kíp nổ vi chậm - thời gian chậm tính bằng ms (1/1000s), có các loại kíp 25, 50, 75,

100, 150, 200 ms Nổ mìn vi sai cho phép giảm bớt sóng địa chấn do nổ mìn gây ra, tăng hệ số sử dụng lỗ mìn (15-40%), giảm số lượng lỗ mìn (10-12%), giảm chi phí thuốc nổ (10-30%)

NGUYỄN TÀI ĐÌNH 11

11 Phương pháp nổ mìn tạo biên trong xây dựng hầm, Câu tạo các loại lỗ mìn,

nguyên tăc bố trí các lỗ mìn trên gương đào

Nổ mìn tạo biên : là cách nổ mìn mà nạp mìn cách quãng, thuốc nổ được rải đều làm tăng tác dụng phá nổ

Các lỗ biên được bố trí sát nhau và sử dụng thuốc nổ có sức công phá nhỏ, với lượng thuốc

nổ ít, để sức công phá, phá hủy đất đá không lớn Từ đó giảm được khối lượng đào vượt, giảm khối lượng, chi phí cho công tác xúc bốc, vận chuyển cũng như giảm khối lượng bê tông vỏ hầm - Với phương pháp này vách hang sẽ phẳng hơn cải thiện điều kiện chống

tạm cho hang đào, giảm nguy cơ sụt lở cục bộ Tuy nhiên giá thành riêng của công tác khoan nổ theo phương pháp nổ mìn tạo biên tăng lên 10-15% so với phương pháp nổ mìn thông thường

- Theo phương pháp này người ta khoan các hàng lỗ khoan song song với nhau dọc theo biên mái hố đào, thường Φlk = 40 ~ 75mm cách 0,5 ~ 0,9m Thuốc nổ nạp trong các lỗ mìn theo phương pháp phân đoạn

12 Các thông số khoan nổ mìn ( lượng thuốc nổ, đường kính, số lượng và chiều sâu lỗ mìn)

 Lượng thuốc nỗ: Tùy theo dạng thuốc nỗ

 Đường kính: Đường kính lỗ khoan là một thông số liên quan trực tiếp đến lượng thuốc nổ tập trung trong mỗi lỗ mìn, tốc độ truyền nổ, khoảng cách truyền nổ, thời gian khoan lỗ, lượng tiêu hao thuốc nổ và năng suất của công tác xúc bốc, hình dạng vách hang

 Hiện nay đường kính lỗ khoan loại nhỏ dao động trong khoảng 40 - 75 (mm)

 Còn đường kính thuốc nổ nhỏ hơn đường kính lỗ khoan 3 - 7 (mm)

 Po Chu vi hang đào theo đường biên thiết kế không kể đáy, m

 ao Khoảng cách giữa các lỗ mìn biên, m

 P1 Chiều rộng đáy hang đào,

 a1 Khoảng cách giữa các lỗ mìn đáy,

 S` Diện tích nhân trong tiết diện hang đào và bằng toàn bộ diện tích hang đào trừ đi phần diện tích phá nổ bởi các lỗ mìn tạo biên, m2 Đường kính thỏi thuốc nổ

 qo Lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị

 K3Hệ số lấp đầy lỗ mìn

 ∆ Độ chặt của thuốc nổ