Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng địa chất yếu

Trong quá trình thi công xây dựng đường hầm thuỷ điện qua vùng có địa chất yếu luôn gắn liền với nguy cơ xảy ra các sự cố dẫn tới thiệt hại về người, là nguyên nhân chính làm chậm tiến đ

2 Mục đích nghiên cứu và mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU 4

1.1 Đặc điểm thi công đường hầm 4

1.1.1 Chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện địa chất và địa chất thủy văn 4

1.1.2 Phương pháp thi công 5

1.1.3 Tổ chức thi công 6

1.2 Những sự cố thường gặp thi công đường hầm qua địa chất yếu 7

1.2.1 Sự cố đường hầm trên thế giới 9

1.2.2 Các sự cố đường hầm trong nước 11

1.3 Ảnh hưởng của biện pháp xử lý đến tiến độ thi công 17

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐỊA CHẤT YẾU TRONG ĐƯỜNG HẦM 18 2.1 Các phương pháp đào đường hầm 18

2.1.1 Phương pháp khoan nổ truyền thống: 20

2.1.2 Phương pháp NATM 21

2.2 Các biện pháp xử lý khi gặp vùng địa chất yếu 23

2.2.1 Vì chống thép 25

2.2.2 Gia cố dạng treo 26

2.2.3 Gia cố trước 35

2.3 Phương pháp xác định thời thời gian cho các công đoạn đào hầm 41

2.3.1 Công đoạn đào 41

2.3.2 Công đoạn xúc chuyển 43

2.3.3 Chống đỡ tạm 45

2.3.4 Công đoạn xây vỏ đường hầm 47

2.3.5 Tốc độ đào hầm 49

3.1 Phương pháp lập tiến độ thi công trong đào đường hầm 51

3.2 Các biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng địa chất yếu 52

3.2.1 Khoan lỗ thăm dò 52

3.2.2 Lựa chọn biện pháp chống đỡ hợp lý 53

3.2.3 Tăng chiều dài đường hầm trong một chu kỳ khoan nổ 54

3.2.4 Dự báo các sự cố có thể xảy ra khi gặp địa chất yếu và đề ra giải pháp 54

3.2.5 Công tác chuẩn bị 56

3.3 Bài toán về giải pháp chống đỡ 57

3.3.1 Đặc trưng ổn định của các đường hầm đào trong khối đá yếu 57

3.3.2 Biểu hiện biến đổi theo thời gian của đá 69

3.3.3 Lựa chọn kết cấu chống đỡ 71

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG CHO MỘT ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN 103

4.1 Giới thiệu về thủy điện Buôn Kuốp 103

4.2 Các phương pháp thi công 108

4.2.1 Công tác khoan nổ 108

4.2.2 Công tác bốc xúc gương hầm 108

4.2.3 Công tác gia cố hầm 109

4.3 Ứng dụng nghiên cứu trên đề ra giải pháp 110

4.3.1 Khoan thăm dò 110

4.3.2 Chọn giải pháp chống đỡ 110

4.3.3 Tăng chiều dài đường hầm trong một chu kỳ khoan nổ 114

4.3.4 Công tác dự phòng 117

4.3.5.Công tác chuẩn bị 117

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118

KẾT LUẬN 118

KIẾN NGHỊ 120

Hình 1.2 Đường hầm thoát nước Hull, Anh,1999 9

Hình 1.3 Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000 11

Hình 1.4 Sạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 12

Hình 1.5 Sạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 12

Hình 1.6 Sạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 14

Hình 1.7 Sạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp 14

Hình 1.8 Sạt sụt tại lý trình K0+5 hầm 2, thủy điện Buôn Kuốp 15

Hình 2.1 Các phương pháp thi công ngầm 18

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát phương pháp thi công ngầm 19

Hình 2.3 Phương pháp khoan nổ truyền thống 21

Hình 2.4 Trình tự thi công NATM 22

Hình 2.5 Vì chống thép 25

Hình 2.6 Máy phun bê tông 29

Hình 2.7 Neo gia cố trước 36

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí ống thép 37

Hình 2.9 Thi công một ô(vòm) bảo vệ bằng ống thép 37

Hình 2.10 Ống thép vượt trước 39

Hình 2.11 Phụt vữa gia cố trước 40

Hình 3.3 Phân loại khối đá theo Bieniawski 62

Hình 3.4 Phân loại khối đá theo Grimmstad và Barton 64

Hình 3.5 Biểu hiện biến dạng dòn, dẻo 68

Hình 3.6 Khối đá bị nén ép xung quanh đường hầm gây phá hủy khung chống 70

Hình 3.7.Các thành phần cơ bản của phương pháp đường đặc tính 75

Hình 3.8 Đường hầm tiết diện tròn đào trong khối đá tuân theo tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb chịu trạng thái ứng suất thủy tĩnh và áp lực bên trong (Carranza-Torres, 2003) 85

nghiệm kéo một thanh neo cơ học dài 2m, đường kính 2.5cm 91

Hình 3.11 Ảnh hưởng của kết cấu chống hỗn hợp 93

Hình 3.12 Quy trình xác định giải pháp đào và chống giữ đường hầm 94

Hình 3.13 Sơ đồ dự đoán biểu hiện mất ổn định của đường hầm, biến dạng biên hầm dự kiến và loại hình kết cấu chống sử dụng 96

Hình 3.14 Phân loại mức độ biến dạng theo Hoek (2000) 97

Hình 3.15 Biểu đồ xác định trị số áp lực chống giữ yêu cầu tương ứng với các trị số biến dạng khác nhau của đường hầm tiết diện trong trong trạng thái ứng suất thủy tĩnh (Hoek, 1998) 100

Hình 3.16 Lựa chọn loại hình kết cấu chống theo trị số áp lực chống giữ yêu cầu 101

DANH M ỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Những sự cố thường gặp trong thi công hầm qua địa chất yếu 7

Bảng 2.1 Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá) 23

Bảng 2.2 Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm 24

Bảng 2.3 Tác dụng và hiệu quả của neo 27

Bảng 2.4 Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun 32

Bảng 2.5 Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun tăng cường sợi thép 35

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp một số sự cố 55

Bảng 3.2 Các hệ thống phân loại khối đá điển hình 59

Bảng 3.3 Các nhóm khối đá theo Barton, Lien và Lunde 64

Bảng 3.4 Trị số ứng suất vòng σz phụ thuộc vào trị số k0 67

Bảng 3.5 Dự kiến biểu hiện mất ổn định đường hầm và loại hình kết cấu chống thích hợp 99

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển chung của đất nước, năng lượng điện ngày càng trở thành

một nhu cầu cấp thiết cho xã hội Trong điều kiện tự nhiên của Việt Nam là một nước có hệ thống sông ngòi lớn và đa dạng, rất phù hợp với việc phát triển các công trình thuỷ điện thì năng lượng từ thuỷ điện sẽ đóng một vai trò rất lớn trong hệ

thống chế tạo năng lượng điện của nước ta Tổng kết các nghiên cứu về quy hoạch thuỷ điện ở nước ta cho thấy tổng trữ năng lý thuyết của các con sông đựơc đánh giá đạt 300 tỷ KWh/năm

Tuy nhiên việc xây dựng các công trình thủy điện gặp những khó khăn nhất định,

bởi ở những nơi địa hình - địa chất tốt các công trình cũ đã được xây dựng, các công trình mới đôi khi phải đặt ở những vùng có địa chất yếu, đặc biệt là với công trình đường hầm thuỷ điện thường trải dài qua các vùng địa chất khác nhau

Trong quá trình thi công xây dựng đường hầm thuỷ điện qua vùng có địa chất yếu luôn gắn liền với nguy cơ xảy ra các sự cố dẫn tới thiệt hại về người, là nguyên nhân chính làm chậm tiến độ thi công và tăng giá thành công trình Vì vậy việc xử

lý địa chất yếu trong công trình hầm thuỷ điện là một vấn đề cấp bách hiện nay

Xử lý địa chất yếu trong hầm thuỷ điện khác với các công trình hở truyền thống Khi đi qua vùng địa chất yếu cần đề ra biện pháp chống đỡ kịp thời

Ứng với mỗi điều kiện địa chất khác nhau cần đề ra những biện pháp thi công thích

hợp Do hiện trường chật chội lại phải đồng thời tiến hành nhiều công đoạn nên việc đẩy nhanh tiến độ là vô cùng khó khăn Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu ra biện pháp thi công khoa học bảo đảm dây chuyền công tác nhịp nhàng, chặt chẽ, đồng

2 Mục đích nghiên cứu và mục đích của đề tài

Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công khi đào đường hầm qua vùng có địa chất yếu làm rõ các nội dung sau:

1 Tổng quan về giải pháp xử lý địa chất yếu trong thi công đường hầm

2 Nghiên cứu về công nghệ thi công khi đào qua vùng địa chất yếu

3 Nghiên cứu biện pháp đẩy nhanh tiến độ thi công

4 Ứng dụng tính toán cụ thể cho một dự án trong thực tế

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Đường hầm thủy điện

Phạm vi nghiên cứu:

Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách ti ếp cận:

Ti ếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu:

Hiện nay nhu cầu xây dựng đường hầm thủy điện ở nước ta là rất lớn Nhiều công trình phải đi qua vùng địa chất yếu cần xử lý kịp thời để tránh xảy ra sự cố gây thiệt

hại về người, vật chất và làm chậm tiến độ thi công

Ti ếp cận trên cở sở đảm bảo nhu cầu hiện hành:

Hiện nay Việt Nam chỉ có tiêu chuẩn thiết kế, thi công đường hầm theo quy phạm

của Liên Xô cũ, trong đó còn thiếu phần tiêu chuẩn cho đường hầm qua vùng địa

chất yếu

Ti ếp cận với thực tiễn công trình:

Trong thực tiễn xây dựng hiện nay các đường hầm qua vùng địa chất yếu đều bị

chậm tiến độ thi công do biện pháp xử lý hoặc do sự cố xảy ra Do vậy đề tài sẽ giải quyết các yêu cầu trên

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp thu thập thông tin:

Thu thập từ các đề tài, dự án liên quan đến xử lý địa chất yếu trong đường hầm Thu thập từ mạng internet và các nguồn khác

Phương pháp đối chứng:

Sau khi thực hiện xong kết quả nghiên cứu, đem kết quả so sánh với thực tiễn công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG VÙNG ĐỊA CHẤT YẾU

1.1 Đặc điểm thi công đường hầm

Đường hầm là loại công trình được xây dựng ngầm dưới mặt đất, bản thân đường

hầm chỉ là một không gian dài, nằm ngang hoặc gần nằm ngang, tiếp xúc với mặt đất ở hai đầu hầm Do vậy thi công đường hầm có những đặc điểm khác so với thi công các công trình trên mặt đất

Thuật ngữ “Đường hầm thủy điện” nói chung là những đường hầm dùng để đưa nước từ nguồn tự nhiên hoặc nhân tạo đến nhà máy và chuyển nước từ nhà máy ra Công trình đường hầm thủy điện thường được đào qua núi trên một tuyến dài nằm ngang và đi qua nhiều khu vực địa chất khác nhau Việc hầm phải đi qua một khu

vực địa chất yếu nào đó trên tuyến là khó tránh khỏi

Do đó đường hầm thủy điện thường có những đặc điểm sau:

1.1.1 Chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện địa chất và địa chất thủy văn

Địa chất công trình có ý nghĩa quyết định đối với việc chọn tuyến và vị trí đặt công trình ngầm và kết cấu của nó Ngoài ra nó còn quyết định tới phương pháp thi công,

tiến độ thi công và giá thành công trình Chi phí và tính khả thi của dự án bị chi

phối rất lớn bởi địa chất và địa chất thủy văn

Trong thi công hở các hố khoan thăm dò được tiến hành trực tiếp trên móng công trình Còn trong thi công ngầm thì các hố khoan không trực tiếp vào gương đào mà

chỉ nằm trên nóc hầm Mọi chỉ tiêu tính toán thiết kế đều suy từ các nõn khoan trên, nên rất dễ dẫn đến sai lầm

Công tác khoan thăm dò, xác định địa chất của tuyến hầm không thể dọc theo tuyến

và chỉ có tính chất điểm nên việc xác định chính xác các khu vực địa chất yếu gây

bất lợi cho công trình thường không đầy đủ

Trong thi công đường hầm yêu cầu khảo sát địa chất nhiều hơn, chi tiết hơn so với

kỹ thuật nền móng trong thi công hở Phải hiểu cả địa chất khu vực, kể cả địa mạo

thể hiện kiến tạo (nếp lồi và nếp lõm)

Khi nghiên cứu cấu trúc địa chất của vùng và điều kiện xây dựng công trình cần làm

rõ thành phần thạch học (khoáng vật và hóa học), các đặc điểm trầm tích (cấu trúc

và nguồn gốc), đặc điểm cấu tạo (thế nằm và phân bố của các phần), sự phổ biến, độ

lớn và thế nằm của các khối đá núi khác nhau, tính bảo tồn và mức độ phong hóa

của chúng Sự tồn tại, đặc trưng và xu thế của cấu trúc uốn nếp và kiến tạo khác nhau, vùng bị cà nát, các hang Karst, đặc trưng và xu thế của các hệ thống khe nứt chính, khả năng trương nở của đá núi Các điều kiện về chỉ tiêu kỹ thuật thay đổi ở

phạm vi rộng như thời gian, mùa, tốc độ và hướng chất tải đôi khi rất bất thường

Sự tồn tại của các túi nước dưới đất, sự phân bố và tính ổn định của chúng, tính

thấm nước của đá núi (hệ số thấm), phân bố của áp lực nước ngầm theo tuyến đường hầm, tính chất hóa học và tính xâm thực của nước, khả năng và hệ quả mối liên hệ của nước ngầm và nước mặt trong thời gian xây dựng và khai thác công trình ngầm Nước ngầm là điều kiện khó khăn nhất, đặc biệt nước ngầm có áp rất khó xử lý (thực tế đã gặp nước ngầm trên 100atm), dự báo nước ngầm trong quá trình thi công là rất khó khăn

Trong quá trình thi công phải yêu cầu kiểm tra địa chất, địa chất thủy văn trước khi đào, trong quá trình đào, sau khi xây dựng vỏ hầm Luôn đối chiếu sự phân tầng địa

chất, những điểm xuất hiện dòng nước ngầm (lượng và áp lực) và những điều kiện

thực tế gặp phải trong quá trình đào với các số liệu dự báo của đơn vị địa kỹ thuật

để điều chỉnh về thiết kế kết cấu, về phương pháp thi công

Ngoài ra còn phải xem xét tới tính chứa khí của đá núi (khả năng thoát khí hay phụt khí cùng với đất đá), các điều kiện địa nhiệt, tính cơ lý của đá núi của đá núi có xét tính nứt nẻ, độ ẩm, phong hóa (độ bền, tính biến dạng, các thông số chống cắt…)

Trạng thái ứng suất - biến dạng của đá núi ở vùng có công trình (có xét đến ảnh hưởng của hoạt động động đất của vùng xây dựng và hoạt động kiến tạo mới nhất)

1.1.2 Phương pháp thi công

Kỹ thuật đào ngầm luôn khác so với kỹ thuật đào hở do điều kiện các lực mới xuất

hiện phải chống đỡ Khối lượng đào trong thi công công trình ngầm rất lớn: đào thân hầm, hầm giao thông, hầm thông gió, xử lý tiếp cận cửa vào, mở thêm cửa

hầm, các giếng thăm dò

Đường hầm thủy điện thường là đường hầm qua núi nên phương pháp thi công chủ

yếu là phương pháp khoan nổ Trong một vài trường hợp có thể sử dụng máy đào Khi thi công đường hầm trong địa chất yếu khối đá yếu luôn đòi hỏi chống đỡ kịp

thời Vì vậy vấn đề cần lưu ý nhất là phương phương pháp chống đỡ tạm Phương pháp chống đỡ tạm có ý nghĩa quyết định đến việc thành công của đào đường hầm Ứng với mỗi phương pháp đào, chống đỡ tạm đường hầm thì luôn đòi hỏi thiết bị chuyên dụng riêng để thực hiện như: Máy khoan có nhiều mũi, có thể thay đổi cần khoan theo chiều cao, dài, góc; Máy phun vữa bê tông dạng khô, dạng ướt; máy đào trong đường hầm; máy xúc trong đường hầm

1.1.3 Tổ chức thi công

Công tác tổ chức thi công trong đường hầm bị hạn chế bởi bề mặt công tác Đường

hầm chỉ có hai mặt công tác là cửa vào và cửa ra, mọi công việc phải tiến hành trong đường hầm nên tốc độ thi công bị hạn chế Việc liên hệ giữa đường hầm với các xí nghiệp mặt đất chỉ qua hai cửa hầm, rất khó cho việc tăng thêm thiết bị, tăng thêm người, tăng thêm vật tư vì không gian hẹp

Khi thi công đường hầm qua vùng địa chất yếu việc tăng thêm thiết bị, nhân lực, vật

tư là điều khó tránh khỏi Một vấn đề thường thấy khi thi công đường hầm qua địa

chất yếu đó là thiết bị, vật tư và nhân lực có khả năng để xử lý loại địa chất yếu ngoài dự kiến thường thiếu hoặc chuẩn bị không đầy đủ Hậu quả là tiến độ thi công luôn bị kéo dài

Đào đường hầm qua vùng địa chất yếu thường có phương pháp thi công khác với toàn tuyến Dẫn đến việc tổ chức thi công phải thay đổi về bố trí hiện trường, tiến

độ kế hoạch thi công, quản lý kế hoạch, quản lý kỹ thuật Nếu công tác chuẩn bị không đầy đủ có thể dẫn tới bị động trong quá trình tổ chức thi công

Đối với các đường hầm trong thủy điện toàn bộ việc tổ chức thực hiện thi công đường hầm sẽ phụ thuộc vào vào bảng thời gian thi công của cả hệ thống công trình

thủy điện Nếu có một đập lớn, đường hầm sẽ được lập tiến độ hoàn thành trong

một đến hai năm trước khi xong đập, sao cho có khả năng tích nước càng nhanh

càng tốt, cũng có thể làm xong ngay trước khi đập được hoàn thành Khi đó việc kéo dài thời gian thi công khi đường hầm gặp địa chất yếu sẽ là một vấn đề bất lợi

lớn Nó có thể sẽ làm ảnh hưởng đến tiến độ của toàn bộ hệ thống

1.2 Những sự cố thường gặp thi công đường hầm qua địa chất yếu

Sự cố trong thi công đường hầm là những biểu hiện, sự kiện làm thay đổi thậm chí phá vỡ hoàn toàn chức năng sử dụng của các hạng mục, kết cấu của đường hầm cũng như làm thay đổi trình tự thi công các hạng mục đã được dự kiến trước đó Nguyên nhân chủ yếu của sự cố trong đường hầm qua địa chất yếu là khối đào đòi

hỏi chống đỡ vượt khả năng của kết cấu gia cố tạm hoặc gia cố vĩnh cửu

B ảng 1.1 Những sự cố thường gặp trong thi công hầm qua địa chất yếu

Tróc lở đất (đá bở rời) Vùi lấp người, máy móc

Mất ổn định gương đào Vùi lấp người, máy móc

Sập lở đến mặt đất Gây gián đoạn thi công, tác động

đến mặt đất Lún mặt đất

hiện tượng cát chảy

Nguy hiểm cho người, máy móc;

Gây mất ổn định tiếp theo

Phá huỷ nền, hoặc phá

hủy phần nền khi đào

phần vòm

Gây sụt lún, tác động bất lợi đến các giai đoạn thi công sau, sập vòm

Theo kết quả thống kê thì dạng sự cố phá hủy đến mặt đất là chiếm phần lớn trong các dạng sự cố xảy ra trên thế giới Tuy nhiên sự cố này thường kết hợp với hiện tượng nước chảy vào công trình Do đó, phần nước chảy vào công trình trong thực

tế lớn hơn

Hình 1.1 Bi ểu đồ tỷ lệ các dạng phá hủy xảy ra trong đường hầm trên thế giới (S ự cố kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm dự báo, phòng ngừa và khắc phục

– TS.Nguy ễn Văn Quyển)

Từ biểu đồ có thể thấy rằng sụt đổ công trình ngầm và phá hủy đến bề mặt chiếm đến 80% các sự cố xảy ra Các hiện tượng này chủ yếu do khối đất đá yếu đòi hỏi

phải chống đỡ

1.2.1 Sự cố đường hầm trên thế giới

Đường hầm thoát nước tại Hull, Anh, 1999:

Để thi công đường hầm thoát nước dài 10,5 km trong khu vực phía đông của Hull, người ta sử dụng một máy khiên cân bằng áp lực đất, đường kính 3,85m Vỏ chống phía trong của đường hầm là bê tông cốt thép lắp ghép (tubin) Trong một chu trình đào, gần ngay giếng khởi hành (giếng bắt đầu để đẩy máy khiên đào) vỏ hầm phía

nền đã bị biến dạng Nước và cát đã chảy vào hầm qua khe hở của vỏ tubin Để tránh gây sập lở người ta đã làm ngập toàn bộ đoạn hầm Do khối đất tụt lở vào trong đường hầm nên đã gây ra lún sụt trên mặt đất, gây hư hỏng đáng kể các ngôi nhà, đường phố và hệ thống cấp nước Kết quả đo đạc cho thấy rằng tại vị trí xảy ra

sự cố các đường hầm đã lún sụt sâu đến 1,2m về phía máy khiên đào Vì vậy máy khiên đào cũng bị bỏ lại

Công tác điều tra đã cho thấy rằng, khi đẩy đầu đào đã gây biến động cao độ của

mực nước ngầm Điều này dẫn đến hiện tượng dịch chuyển đường hầm theo phương

thẳng đứng mà đã không được tính đến trước đó Dịch chuyển này đã làm mở rộng khe nối giữa các tấm tubin và đã khiến cho nước, cát chảy vào trong đường hầm

Hình 1.2 Đường hầm thoát nước Hull, Anh,1999

S ự cố kỹ thuật tại đường hầm Zimmerberg

Đường hầm dài 700m đào trong đất mềm chủ yếu là băng tích, sỏi cuội nguồn gốc song, trầm tích hồ, phía dưới là lớp đá gốc (đá bùn, đá cát kết) Lớp đất cuội sỏi sông có lẫn cuội tảng lớn nằm giữa gương và đất cắt của máy đào Lớp đất này có tính thấm lớn (hệ số thấm k =10-3

m/s)trong khi lớp trầm tích hồ lại thể hiện tính

thấm rất thấp Trong lớp đất băng tích, mực nước ngầm ngang với cao độ đỉnh hầm

và giảm xuống nằm phía dưới đỉnh hầm khoảng 4m tại khu vực Portal Lochergut

Dọc theo toàn bộ chiều dài, đường hầm xây dựng phía dưới các công trình bề mặt Đặc biệt tòa nhà SSF nằm trực tiếp ngay trên nóc đường hầm Tầng garage ngầm

của tòa nhà trong phạm vi mặt cắt ngang đường hầm dự kiến, đòi hỏi phải dỡ bỏ

tầng ngầm dưới cùng cũng như toàn bộ hệ thống cọc đỡ móng của tòa nhà

Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000

Khi xây dựng tuyến tàu điện ngầm ở Taegu đã gặp phải tai nạn nghiêm trọng vào ngày 22 tháng 1 năm 2000 Sự cố gây phá hủy một tường hào nhồi đã dẫn đến trượt

lở một phần hào thi công ga và đã vùi một xe buýt Ba hành khách bị chết và lái xe

bị thương nặng, các ngôi nhà ở vùng lân cận bị hư hỏng nặng

Nguyên nhân được phát hiện là khi thiết kế đã không chú ý đến một trường hợp tải

trọng, do không chú ý hết điều kiện của khối đất nền Đó là biến động mạnh của

mực nước ngầm đã gây ra dịch chuyển của các lớp cát, cuội không được khảo sát Trường hợp tải trọng này đã không được tính đến khi thiết kế tường hào bê tông

Hình 1.3 Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000

1.2.2 Các sự cố đường hầm trong nước

Đường hầm Buôn Kuốp:

Buôn Kuốp là dự án thủy điện lớn thuộc địa bàn tỉnh Đăk Lăk Chủ đầu tư là tổng công ty điện lực Việt Nam Đơn vị thiết kế là công ty tư vấn xây dựng điện 2 Tổng công ty cổ phần xuất nhập khẩu và xây dựng Việt Nam đảm nhận thi công tuyến đường hầm của dự án với tổng chiều dài của hai đường hầm là 8600m, đường kính đào trung bình là 4m

Do đặc điểm địa chất khu vực này phức tạp, đá bột kết hệ tầng La Ngà với đặc điểm

là uốn nếp, góc dốc 40÷700

, tồn tại nhiều đứt gãy có góc cắm dốc đứng dọc theo đường hầm

S ạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1:

Sau khi đào được 35m đường hầm số 1 (hướng từ cửa lấy nước vào), công tác gia

cố bằng vì chống được tiến hành đến sát gương hầm Sau 2 tháng tạm dừng thi công

hầm số 1 để thi công đào hầm 2 Ngày 06/01/2005, nhà thầu tiếp tục triển khai công tác đào hầm tại hầm số 1 Sự cố xảy ra ngay khi tiến hành khoan gương, hai khối đá

có thể tích khoảng 5m3đã tách khỏi mặt gương bên trái rơi thẳng vào thiết bị khoan

Sự cố xảy ra làm chết một người và hư hỏng một máy khoan

Hình 1.4 S ạt lở vách hầm tại lý trình K0+35 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp

S ạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1:

Tại lý trình K0+40 đường hầm số 1 do chiều dày lớp đá cứng 1B mỏng hơn so với tài liệu thiết kế, đồng thời lớp đá IB bị cà nát vỡ vụn Ngày 18/01/2005, khi tiến hành cào mặt gương đất đá vỡ vụn đã sụt lở từ đỉnh vòm vào trong hầm Quá trình

sụt lở phát triển hình thành lên một phễu sụt trên mặt cơ 430 cách đỉnh vòm 28m

Do dấu hiệu đá bị bóc tách long rời, nên người và thiết bị đã di chuyển kịp thời vì

vậy không thiệt hại về người và thiết bị tuy nhiên đã mất 4 tháng để khắc phục sự

cố

Hình 1.5 S ạt sụt tại lý trình K0+40 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp

S ạt sụt tại lý trình K5+58 hầm số 1:

Ngày 16/06/2006 đường hầm số 1 đào đến lý trình K5+58(đây là vị trí chuyển tiếp

từ hầm ngang sang hầm nghiêng), công tác gia cố bằng vì chống đổ bê tông chèn gia cố đến lý trình K5+54 (Gia cố cách mặt gương 4m)

Sau thời gian 3 tháng, đến ngày 16/09/2006 tại lý trình K5+58 đã xảy ra sụt nhỏ ở nóc hầm với khối lượng 70m3 (khối lượng đào thiết kế là 212m3) và tiếp tục phát triển

Nguyên nhân chính được xác định do đất đá ở đây chủ yếu là bột kết xen kẹp ít cát

kết, đá nứt nẻ mạnh, tồn tại nhiều hệ thống khe nứt giao cắt tạo nêm, các khe nứt trám canxit mà phần lớn bị phân hủy thành dạng bột sét nên lực dính kết của đá kém(RMR37÷43, giá trị Q từ 3,7÷4,1) Ngoài ra còn do thời gian không chống kéo dài quá lâu

Sự cố xảy ra không gây thiệt hại về người và thiết bị, nhưng làm ảnh hưởng tới tiến

độ thi công và đặc biệt đã phải thay đổi phương án tuyến đường hầm chuyển từ hầm nghiêng sang giếng đứng

S ạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1:

Đây là vị trí có đứt gãy bậc 6 được dự báo trước trên tuyến hầm dẫn trong thiết kế

Diễn biến địa chất các gương trước đó cũng báo hiệu tình hình địa chất xấu Tuy nhiên ngày 10/06/2007, sau khi nổ gương tại lý trình K7+24, đang tiến hành dựng

vì thép gia cố và chưa kịp đổ bê tông chèn thì khoảng 72m3 đá vỡ vụn từ vòm hầm

sụt lở vào trong hầm và trên đỉnh vòm đã gia cố Sụt lở phát triển thành hàm ếch trên đỉnh hầm

Do có dự báo trước nên không gây thiệt hại về người và thiết bi Tuy nhiên nhà thầu

đã phải thay đổi biện pháp thi công dẫn đến kéo dài thời gian làm chậm tiến độ

Hình 1.6 S ạt sụt tại lý trình K7+24 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp

S ạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1:

Vị trí xảy ra sự cố trùng với một đứt gãy bậc IV đã được dự báo trước Do chiều

rộng đứt gãy lớn 30m, đá bị cà nát vỡ vụn Nên ngay sau khi nổ, đang bốc xúc thì

đã có hiện tượng đá bóc tách trên vỏ hầm (sạt 2m3), quá trình sụt lở phát triển nhanh, sau một thời gian ngắn sụt lở phát triển lên tới mặt đất tự nhiên (cách đỉnh

hầm 70m) Khối lượng đá sụt vào hầm khoảng 75m3 đã tạo nên một hang lớn lộ thiên trên mặt đất Sự cố trên đã mất 6 tháng để khắc phục đào vượt qua vị trí sự cố làm kéo dài thời gian thi công

Hình 1.7 S ạt sụt tại lý trình K34+60 hầm số 1, thủy điện Buôn Kuốp

hầm với khối lượng 30m3

Sạt trượt làm phá hủy toàn bộ mặt mái taluy chính diện trên đỉnh hầm có cơ rộng 3m ở cao độ 415.5m Đồng thời làm gián đoạn thi công và mất 2 tháng

Hình 1.8 S ạt sụt tại lý trình K0+5 hầm 2, thủy điện Buôn Kuốp

S ự cố sụt lở tại cửa hầm phía nam hầm đường bộ qua đèo Hải Vân

Khi đào đến lý trình 0+27 hầm chính, nhà thầu đã tiến hành khoan phun tạo ô cho chu kỳ tiếp theo Ngày 5/9/2001, sự cố xảy ra, một khối lượng đất tại đỉnh hầm bị sụt

lở kéo theo các ống tạo ô bị gục xuống Nhà thầu đã tiến hành phun bê tông liên tục vào vùng bị sụt lở nhưng hiện tượng sụt lở vẫn tiếp tục gia tăng và tạo thành hốc

rỗng trên đỉnh hầm Đất khu vực này là đất phong hoá từ đá Granite có dạng cát sét,

đất tơi không đồng nhất bao gồm đất cát sét màu nâu vàng, xám trắng xen lẫn các dải sét cát màu nâu sẫm Nước ngầm tại khu vực này nhiều, luôn nhỏ giọt từ trên đỉnh

hầm xuống và chảy ra từ các lỗ khoan thoát nước trên gương hầm Khi hiện tượng

sụt lở vẫn tiếp tục gia tăng thì nhà thầu đã lấp lại gương hầm bằng đá, đồng thời dùng thiết bị nâng đưa lưới thép CQS6 vào và phun bê tông Tuy nhiên biện pháp này chỉ ngăn được tạm thời trong ngày 06 và ngày 07/9/2001 Đến ngày 08/9 và 9/9

do lượng mưa lớn kéo dài (ngày 8/9 là 60mm và 9/9 là 37mm) làm cho mực nước

ngầm tăng lên (quan sát qua lỗ khoan đo mực nước ngầm tại cơ số 3) và dẫn đến sạt

lở tiếp tục Vật liệu thoát ra từ gương hầm là sét pha cát bão hoà nước

S ự cố bục nước tại đường hầm thông gió Bắc Hải Vân

Đường hầm thông gió thuộc gói thầu IA phần hầm phía Bắc dự án hầm Hải Vân đào theo hướng dốc xuống dưới Trong quá trình thi công đã xảy ra hiện tượng bục nước

với lưu lượng lớn gây ngập lụt trên chiều dài lớn của đường hầm làm gián đoạn quá trình thi công Nguyên nhân là trong khối đá trước gương tồn tại túi nước đã không được khảo sát để phát hiện trước đó

S ự cố bục nước tại mỏ than Mông Dương tháng 4 năm 2006

Tai nạn xảy ra vào ngày 31-3-2006 tại đường lò dọc vỉa, khu Vũ Môn, thuộc Công ty than Mông Dương, cách cửa lò giếng chính gần 3km Trong lúc công nhân tiến hành

nổ mìn để đào phễu thông gió thì bất ngờ bị bục nước Một khối lượng lớn nước, đất,

đá đổ ập vào không gian đường lò, chảy dài theo đường lò trên 60m, vùi lấp toàn bộ

lò chợ số 1 (dài 216m) Sự cố xảy ra khi 37 công nhân đang làm việc, 16 người may

mắn chạy thoát còn 21 người bị kẹt lại Kết quả 4 người đã thiệt mạng

Nguyên nhân dẫn tới sự cố là do túi nước với khối lượng lớn tồn tại trên nóc lò (khoảng 1000m) đã không được quan tâm xử lý khi tiến hành đào lò chạy qua bên dưới mặc dù đơn vị thi công đã biết rất rõ sự tồn tại của túi nước này

1.3 Ảnh hưởng của biện pháp xử lý đến tiến độ thi công

Công tác xử lý, khắc phục sự cố trong đường hầm luôn gặp nhiều khó khăn do đặc tính đất đá vùng xảy ra sự cố đã bị pháp hủy nghiêm trọng

Trước khi có thể tiến hành xử lý sự cố xảy ra đều phải có thời gian chờ để địa chất khu đó ổn định rồi mới tiến hành giải pháp khắc phục sự cố

Các biện pháp xử lý khu vực xảy ra sự cố luôn phức tạp trong cả tính toán lẫn thi công Chúng đòi hỏi phải tăng cường nhân lực, vật tư nhất là máy móc thiết bị hỗ trợ thi công

K ẾT LUẬN:

1 Công tác khoan thăm dò xác định điều kiện địa chất, địa chất thủy văn trong xây

dựng đường hầm thường gặp nhiều khó khăn và không đầy đủ Nhất là việc xác định đầy đủ các khu vực địa chất yếu dọc tuyến đường hầm

2 Các sự cố trong quá trình thi công đường hầm qua địa chất yếu thường xảy ra với

tần xuất xuất hiện lớn Việc khắc phục các sự cố đó luôn làm tiến độ thi công chậm

đi rất nhiều và làm tăng kinh phí đào đường hầm

3 Phương pháp chống đỡ tạm có ý nghĩa quyết định đến việc thành công của đào đường hầm qua vùng địa chất yếu Việc xác định phương pháp và thời gian chống đỡ phù hợp sẽ khắc phục được các sự cố có thể xảy ra

4 Thi công đường hầm qua địa chất yếu luôn đòi hỏi phải tăng cường nhân lực, vật

tư và máy móc thiết bị do phải tăng cường các biện pháp xử lý, gia cố, khắc phục sự

cố Điều này dẫn đến việc tổ chức thi công gặp nhiều khó khăn và tiến độ thi công bị kéo dài

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐỊA CHẤT YẾU TRONG ĐƯỜNG HẦM

2.1 Các phương pháp đào đường hầm

Để xây dựng các công trình ngầm bằng các phương pháp thi công ngầm đã có hàng loạt các phương thức khác nhau được phát triển Có thể chia thành hai dạng sau:

(1) Các phương pháp thông thường (hay thông dụng);

(2) Các phương pháp thi công bằng máy ( hay cơ giới hoá);

Hình 2.1 Các phương pháp thi công ngầm

máy khiên đào SM

đào toàn gương

đào từng

phần gương

Phương pháp thi công

thông thường

khoan-nổ mìn

máy đào xúc, máy xới

máy đào lò

RH

Phương pháp thi công đặc biệt

máy khoan hầm TBM

khiên

Các phương pháp thi công

Nói chung các phương pháp thi công ngầm rất đa dạng về loại hình, phương thức phối hợp công nghệ cũng như những giải pháp riêng biệt theo kinh nghiệm của từng đất nước, từng khu vực, tuỳ theo khả năng kinh tế và tiến bộ kỹ thuật Trên hình 2.2 giới thiệu sơ đồ tổng quát về các phương thức thi công ngầm

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát phương pháp thi công ngầm

Thông thường đường hầm đường hầm trong công trình thủy điện thường đào trong

nền địa chất đá Phương pháp đào hầm trong nền địa chất đá thường sử dụng phương pháp khoan - nổ Phương pháp khoan nổ có thể tách ra làm hai dạng: Phương pháp mỏ truyền thống, và phương pháp NATM Ngoài ra một số trường

hợp còn sử máy đào

2.1.1 Phương pháp khoan nổ truyền thống:

Phương pháp thi công khoan nổ truyền thống hay còn gọi là phương pháp mỏ được

sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm do khả năng áp dụng cho nhiều loại công trình ngầm khác nhau như hầm giao thông, thuỷ điện, tầng ngầm, … với những hình dạng và kích thước hình học phức tạp, và xây dựng trong đất đá bất kỳ

Phương pháp này gọi là phương pháp khoan nổ truyền thống là do phương pháp chống đỡ tạm Kết cấu chống đỡ tạm của phương pháp khoan nổ truyền thống là gia

cố chống như: Vì chống gỗ, vì chống thép Sau đó sẽ được tháo dỡ để xây dựng lớp

Ưu, nhược điểm:

Phương pháp này có ưu điểm là cấu kiện hệ thống chống đỡ tạm thời dễ thấy, dễ hiểu, công nghệ tương đối đơn giản, dễ tính toán và thao tác

Phương pháp này không tận dụng được tối đa khả năng chịu lực của khối đất đá xung quanh hầm và thường phát sinh những lực không thể kiểm soát được do khối đất đá xung quanh hầm có thể bị phá vỡ Kết cấu vỏ hầm thường rất lớn.Khi tháo hệ thống chống đỡ tạm thì khá phức tạp và gặp nhiều khó khăn Nếu không tháo được

sẽ gây lãng phí và làm điều kiện chịu lực của vỏ hầm không tốt

Hình 2.3 Phương pháp khoan nổ truyền thống

đã tổng kết và đưa ra các khái niệm và nguyên tắc cơ bản về công nghệ NATM Trong công nghệ của mình, giáo sư Ladislaus von Rabcewicz đã nêu lên điều cốt lõi trong nguyên tắc NATM là sử dụng kết cấu chống đỡ tạm có tính linh hoạt cao để đạt được trạng thái cân bằng mới thay thế cho trạng thái cân bằng cũ đã bị phá vỡ Công việc này được thực hiện bằng công tác đo đạc và quan trắc hiện trường

NATM có một quy trình quan sát địa chất chặt chẽ trong quá đào, dường như nó là trung tâm của công nghệ này, nhằm đảm bảo kết cấu chống đỡ được dựng lắp là tin tưởng Nhận xét này thường bị bỏ qua

Khác với các phương pháp chống giữ truyền thống trước đó, trong NATM không còn tồn tại khái niệm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cố định Tất cả các thành

phần kết cấu chống “ban đầu” ngay sau khi đều được xem là một phần trong kết cấu chống “cuối cùng”, đây là khái niệm chỉ thể hiện thời gian kết cấu chống được lắp dựng chứ không thể hiện sự khác nhau về vai trò và nhiệm vụ của chúng Yêu cầu

về tính chính xác và hiệu quả của các giải pháp thiết kế trong giai đoạn trước khi thi công không đòi hỏi ở mức độ cao nhất, chúng thường xuyên được điều chỉnh, bổ sung trong suốt quá trình thi công dựa trên kết quả quan trắc thu được

Trình tự thi công:

Hình 2.4 Trình tự thi công NATM

Ưu, nhược điểm

Ưu điểm của phương pháp là tận dụng được hết khả năng chịu lực của khối đá xung

quanh hầm Nhưng quá trình tính toán, thi công phức tạp, đòi hỏi phải có đội ngũ thi

công có trình độ và kinh nghiệm

Điều kiện áp dụng:

Phương pháp này được áp dụng ở hầu hết các dạng đất đá

2.2 Các biện pháp xử lý khi gặp vùng địa chất yếu

Theo phương pháp thi công phương pháp đào phù hợp với từng nền địa chất được

Độ bền

Khoan nổ mìn

Máy đào toàn gương

(Máy khoan hầm Tunnel

Boring Machine - TBM)

Máy đào từng phần gương, máy cắt từng phần

Đào bằng rửa lũa (sức nước, khí nén)

Theo các giải pháp gia cố, kết cấu chống tạm đường hầm, phương pháp thi

công ngầm được chia ra: không sử dụng các biện pháp gia cố chống đỡ đặc

biệt và có sử dụng các biện pháp gia cố chống đỡ đặc biệt Các biện pháp gia

cố đặc biệt như các biện pháp làm tăng khả năng nhận tải của khối đất/đá, các

biện pháp có thể sử dụng trước khi đào hoặc trong quá trình đào, biện pháp được áp dụng đối với đường hầm có điều kiện địa chất yếu, khối đất/đá rời rạc

có thời gian ổn định sau khi khai đào khoảng chống là rất nhỏ Các giải pháp gia cố, kết cấu chống tạm được thể hiện trong bảng 2.3

Bảng 2.2 Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm

Nứt nẻ mạnh và

Bê tông phun

Đóng băng nhân tạo

Các biện pháp xử lý khi gặp địa chất yếu thường ở quá trình chống đỡ tạm nhằm nhanh chóng khống chế biến dạng, đưa khối đá về trạng thái ổn định ngay sau khi đào

Các biện pháp chống đỡ tạm thể được chia làm 3 dạng sau:

(1) Gia cố dạng chống : vì chống thép

(2) Gia cố dạng treo: bê tông phun, bê tông sợi thép, neo

(3) Gia cố trước: Neo vượt trước, giàn ống, phun vữa gia cố trước…

Ngoài ra còn các biện pháp về tiêu thoát nước ngầm, ngăn không cho nước ngầm xâm nhập và đường hầm: Chống đỡ túi nước, khoan lỗ tiêu thoát nước, phun bê tông ngăn không cho nước xâm nhập, phun vữa gia cố trước nhằm bịt kín các khe

nứt trong đất đá

2.2.1 V ì chống thép

Vì chống thép là một hệ không gian ghép từ những thanh thép chế tạo từ thép I

hoặc các loại thép hình chuyên dụng khác được giằng lại với nhau để chống giữ đảm bảo ổn định cho gương hầm

Khoảng giữa các khung sườn và đá được ghép chèn bằng ván gỗ hoặc tấm bê tông

cốt thép đúc sẵn rồi nêm chặt vào đá Trong đường hầm thủy lợi có áp thì không cho phép sử dụng ván chèn bằng gỗ nếu vòm thép được bỏ lại trong bê tông vĩnh

cửu

Hình 2.5 Vì ch ống thép

Ở hình 2.5 là một kết cấu được sử dụng khá phổ biến của vì chống thép Chúng có

dạng cong tròn hoặc đa giác, các nút chính của vòm đều nối bằng bu lông Khi có

áp lực bên thì vòm được biến thành kết cấu dạng khép kín bằng cách đưa thêm thanh chống văng bằng thép vào vị trí chân vòm Chân cột thẳng đứng được chôn sâu vào địa tầng 15 – 20 cm Theo phương dọc các thanh văng cũng phải nối trực

tiếp với vòm bằng bu lông Khoảng cách giữa các thanh văng dọc theo vòm thường

từ 1 đến 1,5 m Để làm vì chống vòm người ta thường sử dụng thép chữ I từ I-14 đến I-27 Các vòm đặt cách nhau 0,3 đến 1,3 m Vì chống vòm chịu áp lực đất được tính bằng phương pháp tương tự như tính vỏ bê tông một lớp

Việc dựng vì chống vòm thép được tiến hành ngay sau khi thải đá xong Đầu tiên

dựng hai cột, giằng lại với các vòm đã dựng ở sau bằng các liên kết dọc, sau đó là các chi tiết còn lại đến khi khép kín vòm Việc lắp ráp các chi tiết thuộc phần vòm

có thể bằng một giá di động hoặc xe nâng Sau khi dựng xong vòm thì ghép ván chèn và xếp đá hoặc gỗ để lấp đầy khoảng trống giữa ván và vách hang

Để tiết kiệm thép, trong một số trường hợp vòm thép hình có thể thay bằng vòm thép được chế tạo từ thép góc nhỏ hoặc cốt thép sau này đưa vào đóng vai trò cốt thép của vỏ hầm vĩnh cửu

2.2.2 Gia cố dạng treo

Neo:

Neo là thuật ngữ chung bao gồm đá bị chốt lại và những cáp bị kéo căng Trước đây

việc tạo ra ứng suất trước cho neo là cần phải nghiên cứu để tăng hệ số ma sát trong

khối đa Tuy nhiên, ngay sau đó người ta đã nhận ra bất kỳ một sự chuyển vị nào trong khối đá sẽ kéo căng chốt đồng thời cũng bị chốt ngăn lại Về tính kinh tế và đơn giản thì chốt đã có tác dụng giảm bớt neo có ứng suất trước trong một số trường

hợp cụ thể, như là những cột rất gần nhau việc sử dụng ứng suất trước để tăng tính

ma sát thì cần phải nghiên cứu

B ảng 2.3 Tác dụng và hiệu quả của neo

1

Che ch ống cho vi nham:

Neo có thể hạn chế biến dạng cho

vi nham và gia thêm áp lực vào vi

nham, do đó mà ngăn cường độ

vỡ được gắn lại, do đó tăng được

khu neo giữ của vi nham Neo rất

có tác dụng với vùng vi nham rời

rạc, neo hỗ trợ nhiều cho nham

Đối với vi nham có nhiều lớp nằm

ngang hay hơi nghiêng, nhóm neo

làm cho các lớp nham thạch kết

lại với nhau, tăng lực ma sát, về

mặt sức bền mà xét sẽ hình thành

dầm tổ hợp

4

Tác d ụng treo lên:

Cái gọi là treo lên ý chỉ neo có tác

dụng làm cho vi nham liên kết ổn

định, các khối đá nguy hiểm

không rơi, không trượt xuống

được, đó là tác dụng chủ yếu gia

cố cục bộ chỗ nham thể không ổn

định

Bê tông phun:

Bê tông phun làm kết cấu chống đỡ hầm có thể sử dụng nhự một sự tăng cường dưới dạng lớp da mỏng Bê tông phun sử dụng kết hợp với những neo đá, lưới thép

và những biện pháp gia cường truyền thống cho đường hầm Các bước thực hiện bê tông phun được mô tả như sau:

(1) Tất cả những miếng đá bở rời được cạo bỏ và bề mặt đá được rửa sạch bằng phun nước trước khi dùng bê tông phun;

(2) Bê tông phun được ép vào những khe nứt, vết nứt, những lớp mỏng và những đoạn không theo quy luật bị hở trên bề mặt đá và theo cách này phục vụ cho cùng

chức năng dính kết như vữa trong một bức tường xây bằng đá;

(3) Sau khi đào thì phun ngay lập tức lớp bê tông phun ban đầu với độ dày trung bình khoảng 25mm;

(4) Bê tông phun ngăn nước thấm từ những khe nứt và những lớp mỏng trong đá,

bằng cách này ngăn cản đường thấm của vật liệu phủ trong khe nứt và sự thoái hóa

của khối đá do nước và không khí;

(5) Sự dính của bê tông phun đối với bề mặt đá và cường độ chống cắt của nó cung

cấp sức chống lại một cách đáng kể đối với những tảng đá bở rời có thể rơi ra khỏi nóc cửa hầm;

(6) Một lớp bê tông phun dày hơn(150 đến 250mm) cung cấp chống đỡ có cấu trúc,

hoặc như một đai khép kín hoặc như một bộ phận của vòm

Bê tông phun được phun bằng máy phun chuyên dụng vận hành chủ yếu bằng khí nén Vữa được chuyển đến đầu phun bằng ống mềm, ở đầu mũi phun hỗn hợp vữa khô được trộn với nước rồi phun lên vách để phủ bề mặt hang

Máy để phun bê tông theo nguyên tắc cấp hỗn hợp khô được chia làm ba loại: loại

buồng, loại tang có van và dạng khe Trong thực tế phổ biến là dùng dạng buồng

Loại buồng lại có loại một buồng và loại hai buồng

Hình 2.6 Máy phun bê tông

Máy phun bê tông hai buồng gồm có một buồng trên (1) và buồng dưới (2), bố trí

chồng lên nhau được ngăn bởi thành van nón (3) có trang bị đòn bẩy điều khiển (4) Trong buồng dưới là bộ phận nhào trộn dạng đĩa (5) để cấp vữa khô vào nút ra.Bộ

phận trộn quay bằng một động cơ khí nén (6) qua hộp số xilanh xoắn Để bảo vệ động cơ khỏi quá tải người ta tạo một khe nối gắn với bộ phận trộn qua một trục, khi bị kẹt thì nó được cắt ra Từ ngăn ra vữa khô được đưa vào ống mềm qua một ống nối (7) Tiếp theo vữa qua ống mềm đến đầu phun

Việc tạo hai buồng để đảm bảo máy hoạt động liên tục Tuy nhiên kích thước lớn và đặc biệt là chiều cao lớn làm hạn chế sự làm việc của máy trong những hang kích thước nhỏ

Các dạng buồng có van có công suất cao hơn Bộ phận làm việc dạng buồng hình

trống theo phương đứng với các ô hình trụ Ngăn hình trống được đậy đầu trên bằng

nắp (4) có gioăng cao su Nguyên tắc làm việc của máy như sau: hỗn hợp vữa khô được đưa vào một phễu hở (1) của máy sàng (2) và bộ quấy (3) rồi rơi vào ngăn van

của buồng hình trống (5) Khi xoay buồng (5) có các ô vữa khô thì các ngăn sẽ rơi vào (trùng với) các lỗ cửa sổ ở nắp dưới của bộ phận phân phối (6) Qua cửa sổ này

vữa khô sẽ chịu áp lực của khí nén để chui vào ngăn làm việc sau đó vào ống mềm (7)

Bộ phận làm việc và động cơ điện (9) được bảo vệ bằng vỏ (10) đặt trên khung máy (8) Ưu điểm làm việc của máy có buồng dạng trống xoay có ngăn là kích thước nhỏ

gọn, đơn giản trong vận hành và làm việc liên tục Nhược điểm là mòn đệm cao su nhanh, công suất lớn

Lượng nước để làm ướt bê tông phun được điều chỉnh bằng một van ở đầu phun Chiều dày của lớp phun được kiểm tra bằng các mốc định vị là những thanh thép dài 15 – 20 cm gắn vào các khe nứt Giá trị của N/X từ 0,4 -:- 0,5

Lượng vữa phản xạ tùy thuộc vào trạng thái và công tác chuẩn bị bề mặt phun (vách hang), cũng phụ thuộc khá nhiều vào áp lực phun và góc nghiêng của đầu phun so

với mặt hang Thông thường ở phần tường vào khoảng 10 – 15 %, phần vòm là 20 – 25%

Tổ hợp thiết bị phun (máy trộn hỗn hợp khô, thiết bị cấp vật liệu, thiết bị nâng và máy phun) tùy thuộc vào kích thước hang

Trong những hang tiết diện nhỏ, chiều cao ≤ 4m thì dùng sơ đồ không cần dùng máy nâng như hình trên Khi chiều cao hang lớn ≥ 5m thì nên dùng sơ đồ bố trí thiết

bị theo chiều cao

Trong những hang rộng cho phép hoạt động giao thông không ray (ôtô), các thiết bị

có thể lắp đặt trên ô tô

Việc tổ chức công tác phun bê tông phụ thuộc vào tiết diện hang, trình tự thực hiện trong các công đoạn trong chu trình đào và tổ chức vận chuyển các vật liệu thành

phần của bê tông phun

Trong các loại đá yếu không ổn định, bê tông được phun ngay sau khi đào hang Khi đã có bê tông phun bảo vệ mới tiến hành xúc đá và các công đoạn khác của chu trình đào

Các công việc của quá trình phun bê tông bao gồm: chuẩn bị bề mặt để phun, chế tạo

hỗn hợp vữa phun, và bảo dưỡng đoạn đã phun Trước khi bắt đầu các công việc tiến hành chọc đá cẩn thận bề mặt, rửa bề mặt bằng nước, thổi khô bề mặt bằng khí nén,

bật máy và tiến hành phun Việc phun bê tông bắt đầu từ tường và sau đó lên vòm để khép kín tiết diện phun Lớp đầu tiên không vượt quá 5 - 7 cm Các lớp tiếp theo phun sau lớp trước 15 - 20 phút Việc bảo dưỡng lớp bê tông phun được tiến hành

bằng cách phun nước lên bề mặt lớp bê tông phun để tránh rạn nứt lớp này Trong điều kiện ngầm đặc trưng bởi độ ẩm lớn (80 - 90%) và nhiệt độ không đổi, tạo nên

những điều kiện thuận lợi cho quá trình đông cứng và tăng độ bền của bê tông phun Đôi khi không cần bảo dưỡng bê tông phun ở trong hầm

Để phun bê tông có thể dùng xi măng Pooclăng, xi măng puzơlan với hàm lượng

300 - 500 kg/m3 vữa khô Trong những điều kiện địa chất phức tạp có thể sử dụng

bê tông phun với tổ hợp neo và lưới thép, còn trong những điều kiện đặc biệt thì tổ

hợp với neo và vòm thép

B ảng 2.4 Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun

TT Tác dụng và hiệu quả Sơ đồ

cho vi nham nằm trong trạng thái chịu

lực ba hướng rất có lợi, ngăn không

cho cường độ vi nham sa sút, năng lực

chống lực xung kích của tầng phun

ngăn chặn khối đá không ổn định sụt

định, do đó làm cho vi nham được dỡ

tải Đồng thời ứng suất uốn trong lớp

bê tông phun được được giảm nhỏ có

tác dụng cho bê tông phát huy sức chịu

tải

3

L ấp đầy và tăng cường vi nham:

Phun bê tông có thể luồn vào khe hở

của vi nham, lấp đầy mặt lõm, làm cho

bề mặt nham tầng bị nứt vỡ liền lại

thành một khối, bảo đảm cho các tảng

đá phẳng khít ăn khớp vào nhau, nâng

cao lực dính kết Lực ma sát của chúng

có lợi cho việc ngăn ngừa vi nham lay

động và tránh hoặc giảm nhẹ ứng suất

tập trung

4

Ch ống phong hóa, nước:

Phun bê tông trực tiếp làm dính kết bề

mặt vi nham, hình thành một lớp

chống phong hóa và ngăn nước cũng

như chặn các chất lấp nhét trong khe

nứt không bị xói ra ngoài

5

Ngăn chặn vi nham lay động:

Phun bê tông khẩn trương theo kịp tiến

độ đào hầm, kịp thời tiến hành che

chống Cường độ của thời kỳ đầu rất

cao, do đó có thể kịp thời cung cấp lực

chống đỡ cho vi nham, ngăn chặn vi

nham lay động

6

Phân ph ối ngoại lực:

Thông qua bê tông phun đem ngoại lực

truyền cho neo, giá vòm thép làm

cho kết cấu che chống cùng chịu lực

Bê tông phun được tăng cường sợi thép:

Bê tông phun được tăng cường sợi thép hoặc đứng riêng lẻ hoặc kết hợp với những neo đá, đặc biệt trong những khối đào lớn, nhằm cung cấp một giải pháp tốt và nhanh cho cả hai kết cấu chống đỡ đá ban đầu và cố định Để có được tính dẻo, nó

có thể thu hút biến dạng đáng kể trước khi bị phá hỏng Loại bê tông phun được tăng cường sợi thép có thể chống lại những ứng suất uốn do những đứt gãy gây ra

Có hai lợi ích của sự gắn kết giữa vỏ bê tông phun và bề mặt của khối đào trong đá như sau:

(1) Áp lực chống đỡ giảm một cách hiệu quả thậm chí trong đất đá chảy dẻo

(2) Những ứng suất uốn không nhận thấy trong vỏ bê tông phun là nhờ sự kết dính Như thế sự hư hỏng do của nó nhìn chung chỉ do cắt

Ưu điểm của bê tông phun có sợi là chỉ cần một lớp bê tông phun có độ dày nhỏ hơn so với độ dày của bê tông phun thường Bê tông phun có sợi được yêu cầu cá

biệt trong những trạng thái mà tại đó có áp lực chống đỡ cao Sử dụng bê tông phun

có sợi cùng với những neo móc chất dẻo cũng được kiến nghị để kiểm soát những điều kiện đá nổ vì độ nhám của bê tông phun cao nhờ cá biệt có những sợi thép dài, điều đó đảm bảo cho sự gắn kết với bề mặt đá tốt hơn Với lưới thép, những lỗ rỗng

và những túi có thể hình thành đằng sau lưới, như thế sẽ gây ra sự kết dính kém và

tạo thành những đường thấm nước trong trường hợp phun bê tông thường

Trở ngại chính của bê tông phun thường là khá yếu về kéo, dẻo và cường độ chống tác động kém Những chỉ tiêu cơ học được nâng cao nhờ bổ sung thêm những sợi thép Những sợi thép thông dụng được làm nhiều hình dạng khác nhau để tăng cường sự gắn kết với bê tông phun Người ta thấy những loại sợi thép ở đầu được móc vào sẽ gắn kết tốt với bê tông phun

Những sợi thép có thể thêm vào khoảng 1,5 tới 6% của tồng khối lượng của hỗn

hợp Hỗn hợp bê tông phun có lượng sợi trên 6% thì rất khó cho việc chuẩn bị và phun bê tông

B ảng 2.5 Tác dụng và hiệu quả của bê tông phun tăng cường sợi thép

1 Phòng ngừa khe nứt bị co ngót hoặc giảm số

lượng khe nứt và bề mặt rộng khe nứt

2 Làm cho ứng suất tầng phun được phân bố đều,

cải thiện tính năng biến dạng, tăng cường tính

toàn khối của che chống phun neo

3 L ấp đầy và tăng cường vi nham:

Tăng tính mềm cho tầng phun

4 Nâng cao năng lực chịu tải, chịu lực cắt và lực

kéo

2.2.3 Gia cố trước

Trong quá trình thi công đào hầm, có thể gặp những vị trí có địa tầng mềm yếu, nát

vụn Việc áp dụng những giải pháp trên không đem lại hiệu quả Khi đó giải pháp gia cố trước để cải thiện địa tầng được xem là một trong những giải pháp hiệu quả

Neo gia c ố trước:

Hình 2.7 Neo gia c ố trước Đặc điểm tính năng và điều kiện áp dụng

Tính mềm của loại che chống vượt lên trước đó khác lớn, độ cứng toàn khối tương đối nhỏ Tuy nhiên, chúng đều có thể cùng với hệ thống neo hàn nối lại để tăng thêm tính toàn khối của chúng, nhưng khi gặp vi nham có ứng suất lớn, độ cứng che

chống thời kỳ sau sẽ có phần không đủ Vì thế, loại che chống vượt lên trước này

chủ yếu thích dụng với công trình đường hầm vi nham nát vụn mềm yếu, nhưng ứng suất không quá lớn, ít nước ngầm, như địa tầng đất cát, địa tầng có tính trương

nở yếu, địa tầng có tính lưu biến tương đối nhỏ, nham thể nhiều vết nứt, vùng đoạn

tầng vụn nát và đường hầm chôn nông không có áp lực lệch rõ rệt Cách này cũng thích hợp với hầm thi công bằng cơ giới vừa và nhỏ

Giàn ống( có hình làn che):

C ấu tạo

Lợi dụng giá vòm thép và dọc theo đường chu vi, với góc cắm ngoài tương đối nhỏ, đóng các ống thép vào phí trước mặt đào hoặc các bản cắm thép tạo thành một giàn che nhằm che chống sẵn vi nham sắp đào ở phía trước mặt