7 các PHƯƠNG PHÁP PHỤ đào ĐƯỜNG hầm XUYÊN núi

[Giải thích] Phương pháp phụ là một phương pháp xây dựng phụ hoặc đặc biệt được sử dụng để bảo đảm sự ổn định của gương, sự an toàn của đường hầm và để bảo vệ môi trường trong những trườ

7 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤ ĐÀO ĐƯỜNG HẦM

XUYÊN NÚI

7.1 Đại cương ĐIỀU 167 Sử dụng phương pháp phụ

Quyết định về sử dụng một phương pháp phụ được đưa ra sau khi nghiên cứu cặn kẽ mục đích và hiệu quả của phương pháp đó

[Giải thích]

Phương pháp phụ là một phương pháp xây dựng phụ hoặc đặc biệt được sử dụng để bảo đảm sự ổn định của gương, sự an toàn của đường hầm và để bảo vệ môi trường trong những trường hợp mà các mô hình chống đỡ thông thường như neo đá, bê tông phun hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép tỏ ra không đủ hoặc không có lợi thế

Những phương pháp phụ dùng phổ biến gồm có các phương pháp dùng thanh chống thép đỡ áp lực vòm trần, lắp neo ở gương, phun bê tông ở gương, lò phụ thoát nước, khoan thoát nước, ống gom nước, giếng sâu, phụt vữa, hệ thống ống chống đỡ phần trên, ống thép lắp phía trước gương và tường phân cách

ĐIỀU 168 Vai trò của phương pháp phụ

(1) Trong những trường hợp có nhận xét là cần một phương pháp phụ trong khi xây dựng đường hầm thì phải chọn một phương pháp phụ phù hợp sau khi đánh giá độ an toàn của đường hầm, ảnh hưởng của môi trường, tính hiệu quả, tính kinh tế và sự tương thích với phương pháp đào đường hầm

(2) Trong những trường hợp có nhận xét rằng kết hợp việc sử dụng một phương pháp phụ vào thiết kế gốc là hợp lý thì phải áp dụng những biện pháp phù hợp dựa vào sự đánh giá toàn diện điều kiện đất đá, điều kiện môi trường và phương pháp xây dựng

[Giải thích]

Trên H*.7.1 giới thiệu sơ đồ khảo sát, thiết kế và xây dựng khi chọn một phương pháp phụ

ĐIỀU 169 Áp dụng phương pháp phụ

Trong những trường hợp áp dụng một hay nhiều phương pháp phụ thì phải hiểu cặn kẽ đặc điểm của mỗi phương pháp Những điều kiện đất đá, điều kiện môi trường được khảo sát dựa vào sự hiểu biết đó Những chi tiết như tiến độ và phương pháp xây dựng cũng được xem xét thấu đáo

[Giải thích]

Rất nhiều phương pháp phụ đã phát triển và đưa vào sử dụng trong thực tế Trong Bảng*7.1 tổng hợp tóm tắt những phương pháp phụ đại diện

1) Ổn định gương

Phương pháp đào hầm xuyên núi căn cứ vào khả năng tự chống đỡ của gương đang đào và vòm hầm cho đến khi lắp xong hệ thống chống đỡ Trong những trường hợp mà gương đang đào không thể tự chống đỡ cho đến khi hoàn thành việc chống đỡ vì các điều kiện đất đá thì phải áp dụng những biện pháp ổn định gương phù hợp để bảo đảm xây dựng an toàn, nhịp nhàng và hiệu quả.

Ghi chú: : phương pháp tương đối phổ biến; : phương pháp sử dụng tùy hoàn cảnh; * những

biện pháp hoặc là khó thực hiện bằng các máy móc thông thường để xây dựng hầm và

các phương tiện kiểm soát hoặc là ảnh hưởng lớn đến chu kỳ xây dựng

2) Kiểm soát dòng nước chảy vào

Nếu dòng nước chảy vào hoặc có thể chảy vào đường hầm tại gương đang đào thì cần phải cho thoát nước ngầm để ổn định gương đang đào và cải thiện hiệu quả xây dựng

3) Kiểm soát lún bề mặt

Những phương pháp kiểm soát lún bề mặt trong khi xây dựng đường hầm gồm có hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, phụt vữa ngang và ống thép lắp phía trước gương Khi phải đề phòng việc thoát nước ngầm gây lún bề mặt thì có thể dùng phương pháp phụt vữa bằng các hóa chất là huyền phù thủy tinh lỏng hoặc dung dịch thủy tinh lỏng.

4) Bảo vệ những công trình lân cận

Khi đào đường hầm ở khu vực đô thị đôi khi không tránh khỏi những trường hợp phải thực hiện việc xây dựng gần những công trình hiện có trên mặt đất như nhà và cầu Trong những trường hợp như vậy phải áp dụng những biện pháp đúng và cần thiết để bảo vệ những công trình đó

ĐIỀU 170 Chọn phương pháp phụ

Khi chọn phương pháp phụ, các quyết định được đưa ra sau khi xem xét kỹ lưỡng mục đích, tính hiệu quả, tính kinh tế của phương pháp có cân nhắc các yếu tố như điều kiện đất đá, điều kiện địa điểm và phương pháp xây dựng chính

[Giải thích]

Trên H*.7.2 giới thiệu một sơ đồ tiêu biểu để chọn phương pháp xây dựng phụ dựa trên các điều kiện địa điểm và mục đích của phương pháp đó

H*.7.2 Sơ đồ chọn phương pháp phụ trong khi xây dựng

7.2 Phương pháp phụ để xây dựng đường hầm an toàn

ĐIỀU 171 Phương pháp phụ ổn định gương

Chọn các phương pháp phụ để ổn định gương hầm sau khi xem xét kỹ lưỡng hiệu quả của mỗi phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm và phương pháp xây dựng trên cơ sở các kết quả khảo sát liên quan đến điều kiện đất đá và điều kiện địa điểm

[Giải thích]

Nói chung, ổn định gương là nói về ổn định khu vực gương hầm kể cả chính gương hầm Các biện pháp ổn định gương có thể được phân loại rộng thành ba loại: (1) ổn định vòm, (2) ổn định gương, (3) ổn định chân Ổn định gương liên quan chặt chẽ với dòng nước chảy vào từ khu vực gương, vì vậy bước đầu tiên cần quyết định là có cần áp dụng các biện pháp đối phó với dòng nước chảy vào hay không

1) Ổn định vòm hầm

i) Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa

Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa là một phương pháp phụ dùng các neo, thanh thép hoặc ống thép ngắn hơn 5m cắm vào đất đá xung quanh vòm trên của hầm như trên H*.7.3(a) Các tác dụng của phương pháp này là tăng cường độ kháng trượt biểu kiến của vòm và ngăn ngừa đất đá bị tơi

ra ở phía trước gương hầm Nói chung, các thanh thép gia cố và khoảng cách giữa các thanh đó và đất đá được bơm đầy bằng xi măng nhão hoặc vữa xi măng

H*.7.3 Phương pháp thanh lắp phía trước gương

ii) Thanh lắp phía trước gương kiểu phụt vữa

Thanh lắp phía trước kiểu phụt vữa là một phương pháp phụ dùng neo và ống thép dài đến 5 m cắm vào đất đá phía trên và phía trước gương hầm như trên H*.7.3(b), rồi dùng xi măng nhão hoặc vữa hóa chất đông kết nhanh phụt vào dưới áp lực để tăng cường sự ổn định của vòm trên của hầm

iii) Ống thép lắp phía trước gương

Đây là phương pháp gia cố đất đá không ổn định như sườn tích, các vùng nứt nẻ hoặc đất đá không bền vững, những loại đất đá như vậy không tạo ra hiệu ứng vòm để giảm sự dịch chuyển ở phía trước gương và ổn định gương

Trong phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương, trước khi đào hầm, các ống thép được cắm vào đất đá theo chu vi phía trên của mặt cắt ngang đường hầm đã định Dùng xi măng nhão trám chỗ rỗng giữa ống thép và đất đá để bảo đảm sự tiếp xúc khít chặt giữa hai thành phần đó Phương pháp thanh lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa có thể sử dụng để tăng cường sự ổn định đất đá là một ví dụ Một ví dụ khác là phương pháp thanh lắp phía trước gương kiểu phụt vữa gia cố đất đá bằng xi măng nhão hoặc hóa chất phun vào đất đá xung quanh ống thép và tạo ra một hỗn hợp gia cố gồm ống thép và vật liệu trám.2) Các phương pháp ổn định gương hầm

Những biện pháp ổn định gương hầm gồm có phun bê tông hoặc lắp neo đá tại gương, đào vòng chừa phần giữa và giảm chiều dài vòng đào

Chiều cao của mỗi gương hầm có thể giảm xuống bằng cách chia mặt cắt ngang đường hầm thành những đường hầm nhỏ hơn, có thể giảm bớt những yêu cầu chống đỡ bằng cách rút ngắn thời gian đào để giảm đến tối thiểu thời gian gương không được chống đỡ

i) Phun bê tông phun gương hầm

Trong phương pháp này, bê tông phun lên gương thành lớp dày 3 – 10 cm ngay sau khi khai đào để tăng thời gian tự đứng vững của gương như trên H*7.4

ii) Neo đá ở gương

Mục đích lắp đặt neo đá lên gương là ổn định gương hầm bằng cách dùng các neo đá để chống đỡ một phần hay toàn gương Phương pháp lắp neo đá lên gương như trên H*.7.5 càng hiệu quả hơn khi sử dụng phối hợp với phương pháp phun bê tông lên gương

Có thể dùng neo đá phụt vữa để tăng cường hiệu quả gia cố gương Trong trường hợp đào cơ giới thường dùng neo chất dẻo cốt sợi thủy tinh (FRB – fiber reinforced plastic) vì dễ cắt

iii) Bơm vữa

Bơm vữa là phương pháp ổn định gương được phép dùng vật liệu không phải là hóa chất như xi măng nhão hoặc thủy tinh lỏng để hóa cứng trong đất Một trong những mục đích của phương pháp bơm vữa là giảm dòng nước chảy vào đường hầm do hạ thấp khả năng thấm nước của đất Một mục đích khác là bơm vữa vào các nứt nẻ trong đất đá bị nứt nẻ mạnh có thể bị sập để gia cố đất đá (xem H*.7.6)

3) Các phương pháp ổn định chân

i) Mở rộng chân hệ thống chống đỡ

Phương pháp tăng bề dày của bê tông phun ở chân và phương pháp lắp thanh chống đỡ nghiêng hình cánh lên chân hệ thống chống đỡ bằng thép thường được sử dụng để mở rộng vùng chống đỡ của chân chống (xem H*.7.7).ii) Vòm ngược tạm tại phần vòm trên của hầm

Vòm ngược tạm tại phần vòm trên của hầm tạo mặt cắt kín cho phần vòm trên này Phương pháp này tạo sự ổn định chân rất hiệu quả Tuy nhiên, hiệu suất làm việc tại bậc cấp giảm vì phải tháo dỡ vòm ngược tạm (xem H*.7.8).iii) Lắp đặt neo và đóng cọc gia cố chân

Lắp đặt neo và đóng cọc gia cố chân đòi hỏi lắp đặt neo đá hướng xuống dưới và/hoặc các ống thép đường kính nhỏ nhằm mục đích giảm sự tập trung ứng suất trong vùng đất đá tiếp xúc của hệ thống chống đỡ nền phần vòm trên hoặc để ngăn ngừa sập đất đá khi đào bậc cấp Nếu cường độ của đất đá xung quanh quá thấp thì có thể gia tăng cường độ của đất đá quanh khu vực chân bằng cách lắp đặt neo và bơm xi măng nhão hoặc hóa chất Trên H*.7.9 giới thiệu một ví dụ về đóng cọc gia cố chân nhằm mục đích giảm biến dạng của đường hầm và đạt khả năng chịu tải yêu cầu đối với đất đá

H*.7.6 Phương pháp bơm vữa

H*.7.7 Vì chống thép với tấm đỡ có cánh

Loại vật liệu vữa Thời gianđông kết Tỷlệ Ghi chú

nước – thủy tinh

Khoảng

10 giây 3

Bơm vữa lần hai

H*.7.8 Vòm ngược tạm tại phần vòm trên

H*.7.9 Đóng cọc gia cố chân

ĐIỀU 172 Phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào

Chọn các phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào sau khi xem xét kỹ lưỡng các yếu tố như tiến độ xây dựng đường hầm và phương pháp xây dựng trên cơ sở những kết quả khảo sát điều kiện đất đá và điều kiện địa điểm

[Giải thích]

Nếu nước chảy vào với vận tốc lớn thì thời gian đứng vững của gương hầm sẽ ngắn hơn gây khó khăn cho việc đào đường hầm, sập gương, bê tông phun dính kết không tốt và giảm hiệu suất đào hầm.

Có thể chia các biện pháp kiểm soát dòng nước chảy vào thành hai loại: thoát nước và cách ly nước Phương pháp thoát nước thường được sử dụng hơn phương pháp cách ly nước Có những trường hợp không thể hạ mực nước ngầm vì điều kiện đất đá trên mặt hoặc nước ngầm dồi dào cho nên phải xem xét cặn kẽ môi trường thủy lực để áp dụng các biện pháp thoát nước

1) Các phương pháp thoát nước

i) Khoan thoát nước

Khoan thoát nước là phương pháp thoát nước qua lỗ khoan để hạ áp lực nước và

mực nước ngầm Khoan thoát nước là biện pháp được sử dụng rộng rãi nhất (xem H*.7.10)

ii) Lò thoát nước

H*.7.10 Sử dụng phối hợp lò thoát nước và khoan thoát nước

Lò thoát nước là phương pháp thoát nước dùng đường lò nhỏ đào bên trong

hoặc bên ngoài gương hầm Thường dùng phương pháp này phối hợp với khoan thoát nước

iii) Ống gom nước

Phương pháp ống gom nước dùng các ống góp để nước ngầm thoát ra ở áp lực âm (xem H*.7.11)

iv) Giếng sâu

Phương pháp thoát nước bằng giếng sâu là phương pháp dùng giếng đường kính

thường vào khoảng 300mm được đặt sâu xuống và bơm nước từ dưới lên để hạ thấp mực nước ngầm (H*.7.12)

2) Cách ly nước

Các phương pháp cách ly nước gồm phương pháp phụt vữa, phương pháp khí nén và phương pháp tường ngăn Phương pháp phụt vữa thường dùng nhất nhưng đắt hơn phương pháp thoát nước và đòi hỏi phải xem xét điều kiện môi trường Phương pháp phụt vữa nhằm mục đích cải thiện đất đá bằng cách phụt hóa chất vào đất đá ở phía trước hoặc gần gương hầm để bịt kín khe nứt hoặc chỗ rỗng trong đất mà nước chảy qua đó Chất vữa dùng trong phương pháp này gồm có vật liệu phi hóa chất như xi măng nhão và hóa chất như thủy tinh lỏng (xem H*.7.13)

H*.7.13 Phụt vữa từ bên trong đường hầm

7.3 Những phương pháp phụ bảo vệ môi trường ĐIỀU 173 Những phương pháp phụ bảo vệ lún bề mặt

Chọn các phương pháp phụ để bảo vệ lún bề mặt sau khi xem xét thấu đáo hiệu quả và khả năng áp dụng mỗi phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm và phương pháp xây dựng Trước khi chọn các phương pháp phụ phải nghiên cứu cẩn thận các điều kiện đất đá, các công trình trên mặt đất và công trình ngầm là những nơi chắc chắn bị ảnh hưởng vì lún bề mặt

[Giải thích]

Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, phương pháp phụt vữa tia ngang, phương pháp lắp ống thép phía trước gương và phương pháp tiền gia cố đứng được sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt do đất đá bị tơi ra khi đào đường hầm Phương pháp phụt vữa và phương pháp làm đóng băng cũng được sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt do thoát nước ngầm

1) Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên

Phương pháp dùng hệ thống ống thép chống đỡ phần vòm trên làm giảm lún bề mặt nhờ gia cố đất đá xung quanh đường hầm bằng các ống thép vững chắc Tiến hành khoan ngang quanh chu vi đường hầm và cắm ống thép vào lỗ khoan, sau đó trám vữa những chỗ trống bên trong và bên ngoài ống thép

Trên H*.7.14 giới thiệu một hệ thống chống đỡ phần vòm trên bằng ống thép đường kính lớn dùng cho đường hầm chạy dưới một con đường chính nhiều

xe cộ

2) Phương pháp phụt vữa ngang

Trong phương pháp này một khu vực gia cố tạo khung hình vòm hình thành trong đất đá ở phía trước gương hầm để giảm hiện tượng đất đá tơi ra và lún bề mặt Một máy khoan chuyên dùng khoan 10 – 15 lỗ khoan sâu có phụt vữa Khi cần khoan từ từ rút ra thì từ cuối cần khoan một chất làm cho đất hóa cứng được phun vào dưới áp suất cao tạo thành một hỗn hợp đất – chất hóa cứng dưới dạng một cột chắc và đồng nhất Một số cột như vậy nằm theo chu vi đường hầm có thể tạo ra một khu vực được gia cố Một biến thể của phương pháp này là cắm những ống thép vào các cột đất – chất hóa cứng để tăng cường độ vững chắc của các cột theo hướng dọc Trên H*.7.15 giới thiệu một ví dụ về phụt vữa ngang áp dụng cho một đường hầm nông đi dưới một sân golf.

3) Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương

Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương là phương pháp ngăn ngừa lún bề mặt nhờ độ bền của ống thép và tác dụng cải thiện đất đá Những ống thép dài đường kính khoảng 50 – 100 mm đặt theo chu vi đường hầm và phụt vữa từ ống thép vào đất đá Phương pháp này phối hợp chức năng của phương pháp thanh lắp phía trước gương kiểu bơm vữa và phương pháp dùng ống thép chống đỡ phần trên

Phương pháp này tạo ra khu vực đất đá được cải thiện có chiều dài khoảng 10 – 15m Có thể thực hiện phương pháp này hoặc là bằng một máy chuyên dùng có thể tạo ra các cột đất – chất hóa cứng mà không cần ghép các ống thép với nhau, hoặc là phương pháp ống kép dùng máy khoan thủy lực ghép các ống thép lại với nhau khi công việc xây dựng tiến triển Trên H*.7.16 giới thiệu một ví dụ về ống thép lắp phía trước gương thực hiện bằng máy

chuyên dùng để ngăn ngừa sự biến dạng của đất đá xung quanh đường hầm có mặt cắt ngang lớn đi dưới một khu vực dân cư

H*.7.16 Ống thép lắp phía trước gương

4) Phương pháp tiền gia cố đứng

Trong phương pháp tiền gia cố đứng một dãy các thanh như thanh thép gia cố dựng gần thẳng đứng từ bề mặt đất và đóng xuống đất đá trước khi bắt đầu khai đào đường hầm

5) Phương pháp phụt vữa

Phương pháp phụt vữa đôi khi được sử dụng nhằm lợi dụng tác dụng vòm của đất đá được gia cố cũng như các tác dụng thẩm thấu và cố kết

Trên H*.7.17 giới thiệu một ví dụ về sử dụng phối hợp phương pháp tiền gia cố thẳng đứng và phương pháp phụt vữa hóa chất để đề phòng lún bề mặt đối với đường hầm trong đất đi qua ngay dưới nhà cửa và con đường

H*.7.17 Sử dụng phối hợp phương pháp tiền gia cố đứng và phụt vữa hóa chất