THIẾT kê CHỐNG THẤM và THOÁT nước, THIẾT kế cửa hầm

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG THẤM VÀ THOÁT NƯỚC, THIẾT KẾ CỬA HẦM 3.5 Thiết kế hệ thống chống thấm nước và thoát nước ĐIỀU 64 Đại cương Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế các hệ thống chống thấm nước

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG THẤM VÀ THOÁT NƯỚC,

THIẾT KẾ CỬA HẦM 3.5 Thiết kế hệ thống chống thấm nước và thoát nước ĐIỀU 64 Đại cương

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế các hệ thống chống thấm nước và thoát nước phù hợp với việc sử dụng đường hầm để duy trì các chức năng của đường hầm và đề phòng sự hư hỏng bê tông vỏ hầm và các thiết bị khác

[Giải thích]

Nước rò rỉ vào đường hầm không chỉ làm xuống cấp các chức năng của các thiết bị ở bên trong đường hầm và giảm tính lâu bền của chúng mà còn có tác động bất lợi cho việc đi lại trên đường vì nước đóng băng trong mùa đông

Vì vậy phải thiết kế hệ thống chống thấm nước và thoát nước phù hợp

Trong khi đào đường hầm xuyên núi, nước ngầm bao quanh đường hầm thường cho thoát hẳn chứ không cho dừng lại bên ngoài bê tông vỏ hầm để kiểm soát áp lực cực kỳ cao của nước ngầm hoặc đề phòng rò rỉ nước qua bê tông vỏ hầm Trong khi đào đường hầm qua đất đá không bền vững ở các vùng đô thị, việc thoát nước ngầm đôi khi gây lún đất đá Do đó cần phải thiết kế và xây dựng những đường hầm kín nước không bao giờ gây ra việc hạ thấp mực nước ngầm trong và sau khi xây dựng Như vậy, phải thiết kế hệ thống chống thấm nước và hệ thống thoát nước riêng biệt nhau cho các đường hầm thường và đường hầm kín nước

Những biện pháp đối phó với sự rò rỉ nước gồm có:

i) chống thấm nước bằng các màng chống thấm sau khi dùng những biện pháp phù hợp phía sau bê tông vỏ hầm để đề phòng rò rỉ bên trong bê tông vỏ hầm

ii) thoát nước để cho dòng nước chảy vào đường hầm thoát ra suôn sẻ

iii) kiểm soát sự rò rỉ nước qua các mối nối bằng cách làm gián đoạn hoặc dẫn nước đi mặc dù có hệ thống chống thấm nước

Các phương pháp thoát nước giới thiệu trên H*.3.11

ĐIỀU 65 Chống thấm nước

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế hệ thống chống thấm nước phù hợp với điều kiện đất đá và việc sử dụng đường hầm Vật liệu để chống thấm nước phải bền, dễ dàng xây dựng và khó đứt trong khi xây dựng

[Giải thích]

Phải thiết kế hệ thống chống thấm nước phù hợp với điều kiện đất đá và việc sử dụng đường hầm vì nước rò vào đường hầm gây khó khăn cho việc đi lại trên đường do nước đóng băng trong mùa đông Sự rò rỉ nước cũng làm giảm tính lâu bền của bê tông vỏ hầm và trong nhiều trường hợp có tác động bất lợi đến các thiết bị trong đường hầm Phải xác định cẩn thận khu vực xây dựng bởi

vì một khu vực thậm chí không có dòng nước chảy vào vẫn phải chịu đựng sự rò

rỉ nước sau khi xây dựng xong bê tông vỏ hầm vì những thay đổi về điều kiện nước ngầm

Có ba phương pháp tiêu biểu về chống thấm nước cho đường hầm xuyên núi, đó là sử dụng màng chống thấm, phun chống thấm và áo chống thấm Hiện

nay, màng chống thấm được sử dụng thường xuyên hơn các phương pháp khác

vì màng có thể tạo ra một lớp chống thấm nước đáng tin cậy và có chất lượng đồng đều Phun và áo chống thấm có thể thực hiện dễ dàng và phủ kín trọn vẹn bề mặt cần chống thấm Tuy nhiên, dùng hai phương pháp này khó tạo ra một lớp chống thấm nước có bề dày không thay đổi

H*.3.11 Ví dụ về chống thấm nước và thoát nước

Vật liệu làm màng chống thấm gồm có nhựa cao su, cao su tổng hợp và chất dẻo Những vật liệu chính đang dùng ở Nhật đối với các đường hầm xuyên núi là rất nhiều loại chất dẻo như etylen, vinyl axetat (EVA), polivinyl clorit (PVC) và etylen co-polime bitum (ECB) Hiện nay, ở Nhật Bản thường dùng loại màng chống thấm có bề dày 0,8 – 1,2 mm, tuy vậy nên xác định bề dày theo mục đích của màng và việc sử dụng đường hầm

Các vật liệu dùng cho hệ thống chống thấm nước phải có đủ độ giãn nở và cường độ để chống lại tác động cơ học trong khi xây dựng hệ thống này và đổ bê tông vỏ hầm, chống lại áp lực của bê tông tươi và áp lực nước Các vật liệu cũng phải có cấu trúc và chất lượng đảm bảo tính lâu bền so với các thành phần của bê tông và dòng nước chảy vào Đặc biệt là trong các đường hầm kín nước, áp lực cao của nước có thể tác động lên hệ thống chống thấm nước, vì vậy cần có một công trình nghiên cứu đầy đủ về loại, vật liệu, quy cách kỹ thuật và khu vực xây dựng hệ thống chống thấm nước Cần phải tạo ra một lớp chống thấm nước liên tục, vì vậy các chỗ nối trên màng chống thấm cũng phải có cường độ và độ kín nước quy định

ĐIỀU 66 Thoát nước

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế một hệ thống thoát nước phù hợp để dẫn nước suôn sẻ và thoát nước chảy vào

[Giải thích]

Trong khi thiết kế hệ thống thoát nước phải xác định vị trí lắp đặt, kết cấu, mặt cắt, v v có tính đến việc sử dụng, điều kiện địa điểm, lượng nước

chảy vào, độ dốc theo chiều dọc và ngang của đường hầm, sự cần thiết phải có vòm ngược, kết cấu đường và các yếu tố khác

Nước chảy vào đường hầm gom vào phía sau bê tông vỏ hầm có xu hướng chảy từ điểm thấp nhất của mặt cắt đường hầm Chọn vị trí rãnh thoát không phù hợp làm cho nước đọng lại ở ngang mực nền và làm hư hỏng nền do phải bơm bùn Ống thoát nước thường đặt giữa đường hầm vì điểm thấp nhất của mặt cắt đường hầm thường ở giữa đường hầm Trên H*.3.12 giới thiệu phương pháp thoát nước vừa nêu Các vật liệu gom nước như đệm thoát nước, đặt giữa bê tông phun và bê tông vỏ hầm hoặc đặt ống có khoan lỗ vào trong đất đá để thoát nuớc Các ống thoát nước nằm ngang đặt cách nhau một khoảng phù hợp để dẫn nước vào ống thoát ở trung tâm

H*.3.12 Các ví dụ về hệ thống thoát nước

Nếu nhấn mạnh sự thoát nước có hiệu quả trong những mặt cắt cần đến vòm ngược, một ống thoát nước đặt ở đáy vòm ngược có lợi thế vì nước thoát ra từ điểm thấp nhất

Mặt khác, ống thoát nước cũng thường được đặt tại mặt cao nhất của vòm ngược trong những trường hợp sau:

(i) Khi ống thoát nước đặt ở dưới vòm ngược không ngang tầm như trong mặt cắt không có vòm ngược Trong điều kiện đó cần phải đào khá nhiều để điều chỉnh độ cao và việc đó được bù đắp bằng lợi ích đã nêu trên đây

(ii) Khi đặt ống thoát nước ở mặt đáy vòm ngược làm xáo trộn đất đá không bền vững

(iii) Khi những phần hạt mịn trong đất đá không bền vững trôi vào ống thoát nước cùng với dòng nước đi vào, điều này chắc chắn tạo ra những chỗ trống trên mặt đáy của vòm ngược làm lún đất trên bề mặt

3.6 Thiết kế vùng cửa hầm ĐIỀU 67 Đại cương

Vùng cửa hầm của đường hầm được thiết kế dựa trên sự xem xét kỹ lưỡng điều kiện đất đá, kích thước mặt cắt ngang, điều kiện địa điểm, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và phương pháp xây dựng cửa hầm

[Giải thích]

Vùng cửa hầm thường có tầng đất đá phủ mỏng và khó tạo thành vòm đất đá

Địa điểm của cửa hầm thường ở vùng đất yếu về mặt địa chất, cùng với điều đó là sự xói mòn phát triển và một địa hình phức tạp hình thành Như vậy, việc đào hầm hoặc xây dựng cửa hầm chắc chắn gây ra trượt lở đất và trượt mái dốc Khi đường hầm đang hoạt động, cửa hầm dễ bị ảnh hưởng của thiên tai và khí tượng như đá rơi, tuyết lở, mảnh đá trôi và động đất Đôi khi đường hầm có thể chịu tải trọng của đất đá phủ hoặc áp lực của đất sau khi đã đi vào phục vụ Cần phải nắm chắc tất cả những điều kiện nêu trên trước khi thiết kế cửa hầm Trong Bảng* 3.12 liệt kê những vấn đề có thể gặp chủ yếu trong khi xây dựng cửa hầm và những suy xét để thiết kế

H*.3.13 giới thiệu vùng cửa hầm, thường được xác định là một vùng có chiều sâu lớp đất đá phủ bằng 1 – 2 D, ở đó khó phát triển vòm đất đá Tuy nhiên, khó đưa ra được một định nghĩa chính xác Phải xác định vùng này theo những điều kiện đất đá đặc biệt

ĐIỀU 68 Thiết kế vùng cửa hầm

(1) Để thiết kế vùng cửa hầm, người kỹ sư thiết kế xem xét ảnh hưởng đến độ dốc của cửa hầm, sự hài hòa với cảnh quan xung quanh, phương pháp xây dựng và những thay đổi trong tương lai đối với các kế hoạch phát triển hoặc việc sử dụng đất trong vùng lân cận

(2) Kỹ sư thiết kế xem xét những điều kiện đất đá hoặc cường độ địa chấn khi cần thiết cho việc thiết kế hệ thống chống đỡ hoặc bê tông vỏ hầm ở vùng cửa hầm

(3) Kỹ sư thiết kế chọn và thiết kế những biện pháp hiệu chỉnh hợp lý đối với những vấn đề có thể xảy ra trong khi xây dựng đường hầm

Bảng* 3.12 Những vấn đề có thể gặp tại mặt cắt cửa hầm và những lập luận

để thiết kế

Vấn đề Lập luận

Hỏng mái

dốc hoặc

trượt lở

Việc xây dựng ở vùng cửa hầm đôi khi gây hỏng mái dốc hoặc trượt lở Điều này được gắn cho sự làm tơi do đào đường hầm hoặc cắt phần mái dốc do xây dựng cửa hầm Khi có khả năng hỏng mái dốc hoặc trượt lở do đào đường hầm thì phải đưa

những biện pháp bảo vệ mái dốc trước khi đào hầm

Áp lực

không đối

xứng

Áp lực không đối xứng có thể tác dụng lên mặt cắt của đường hầm và có thể xuất hiện ứng suất lớn trong đường hầm tùy theo vị trí của mái dốc và hầm Nếu không làm cho đường hầm ổn định thì phải có biện pháp cân đối áp lực của đất bằng cách đổ vật liệu đối trọng hoặc cắt để ổn định mái dốc

Đất đá

không đủ

khả năng

chịu tải

Tại vùng cửa hầm lớp đất đá phủ có chiều dày nhỏ, tổng tải trọng ở trên đường hầm đôi khi có thể tác dụng lên đường hầm Đất đá ở vùng cửa hầm gồm các trầm tích không bền vững hoặc nằm trong vùng phong hóa, vì vậy vùng đáy thường

bị lún hoặc biến dạng do đất đá không đủ khả năng mang tải Phải thực hiện việc thiết kế không chỉ cửa hầm mà cả phương pháp xây dựng để cho đất đá có thể đạt được khả năng mang tải

Sập gương Ở vùng cửa hầm đất thường yếu và cố kết kém Ngay cả khi

đất đá chứa các loại đá cứng, các đứt gãy và vùng nứt nẻ có thể làm cho các nứt nẻ phát triển Trong nhiều trường hợp gương có thời gian đứng vững ngắn Khi gương không thể đứng vững lâu dài thì cần phải nghiên cứu áp dụng một phương pháp khai đào hay phương pháp phụ để bảo vệ gương không bị sập Lún đất mặt Tại vùng cửa hầm đất đá phủ ít, đất đá thiếu khả năng mang

tải và gương có thời gian đứng vững ngắn chắc chắn gây ra tác động lún truyền cho đất đá trên mặt Đối với các công trình trên mặt đất phải hạn chế lún cần đưa ra những biện pháp phù

hợp để đề phòng bất kỳ vấn đề nào và áp dụng một phương pháp phụ khi cần

Đá rơi, luồng

mảnh đá

hoặc tuyết lở

Phải thiết kế vùng cửa hầm để cho cửa hầm ở một vị trí không có đá rơi, mảnh đá trôi hoặc tuyết lở Khi không thể định vị cửa hầm như vậy thì phải đưa ra những biện pháp phù hợp chống lại tai họa có thể xảy ra

Các công

trình lân cận

Cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của việc xây dựng đường hầm đến các công trình hiện có trong vùng lân cận như nhà, tháp bằng thép, đường bộ và đường sắt, và tác động của tiếng ồn và khí thải sau khi đường hầm đi vào phục vụ

H*.3.13 Vùng cửa hầm tiêu chuẩn (hầm đường cao tốc)

[Giải thích]

(1) Trong khi xây dựng cửa hầm phải xem xét sự ổn định mái dốc cửa hầm, sức mang tải của đất đá, mối quan hệ giữa trục và mái dốc của đường hầm, các phương pháp đào cửa hầm và đào đường hầm, và sự tương thích với cảnh quan xung quanh Phải tránh cắt sâu vào mái dốc để rút ngắn chiều dài của đường hầm vì điều đó chắc chắn làm sụt lở mái dốc hoặc gây trượt lở đất Khi mái dốc của cửa hầm không ổn định thì việc định vị cửa hầm hơi tiến về phía trước phối hợp với đổ vật liệu đối trọng thường tạo ra điều kiện thuận lợi

(2) Tại các vùng cửa hầm đất đá phủ ít và vòm đất đá khó phát triển Như vậy toàn bộ đất đá phủ có thể tác dụng lên đường hầm và cần những hệ thống chống đỡ rất cứng để có thể chống đỡ tải trọng

Bê tông vỏ hầm cần phải được gia cố với bê tông vòm ngược và cốt thép Phải áp dụng việc thoát nước và chống thấm nước khi thấy cần thiết để bảo dưỡng vì sự rò rỉ nước và đóng băng dễ xảy ra trong vùng cửa hầm Phải nghiên cứu tác động của động đất trong điều kiện đất yếu vì động đất gây tác động bất lợi cho vùng gần cửa hầm

(3) Cần phải nghiên cứu tổng hợp các vấn đề có thể xảy ra trong khi xây dựng đường hầm như trượt lở, đất đá không đủ khả năng chịu tải, áp lực không đối xứng, lún đất mặt và thiên tai vì mục đích an toàn, xây dựng dễ dàng và kinh tế Sau đó phải thiết kế những biện pháp hiệu chỉnh tương ứng Trong Bảng*3.13 liệt kê những giải pháp cho những vấn đề có thể xảy ra

ĐIỀU 69 Thiết kế cửa hầm

(1) Cửa hầm do kỹ sư thiết kế phải bảo vệ khu vực cửa hầm Khi thiết kế kỹ sư phải tính đến điều kiện đất đá, điều kiện khí tượng, kích thước đường hầm và các chức năng, sự hài hòa với cảnh quan xung quanh tùy theo việc sử dụng đường hầm

(2) Kỹ sư thiết kế chọn địa điểm và kiểu cửa hầm có tính đến địa hình và địa chất ở phía sau cửa hầm, khả năng chịu tải của đất đá, sự ổn định của mái dốc, các công trình lân cận, phương pháp xây dựng, kết cấu và hình dạng của những mặt cắt lộ thiên

[Giải thích]

(1) Cửa hầm bảo vệ khu vực cửa hầm khỏi bị trượt lở, đá rơi, tuyết lở xuống bề mặt mái dốc và đòi hỏi một thiết kế ổn định về mặt cơ học Vẻ ngoài và hình dạng cửa hầm phải được xác định phù hợp với việc sử dụng đường hầm và duy trì sự tương thích với điều kiện thiên nhiên và cảnh quan xung quanh Trong Bảng*3.14 giới thiệu các đặc điểm của những kiểu cửa hầm phổ biến

(2) Xác định vị trí của cửa hầm không chỉ dựa trên cơ sở những suy xét liên quan đến sự đề phòng thiên tai và tai họa khí tượng mà còn đến những yếu tố như địa hình và địa chất xung quanh cửa hầm, khả năng chịu tải của đất đá, sự ổn định của mái dốc tự nhiên, ảnh hưởng đến việc xây dựng và mối quan hệ với các thiết bị bảo dưỡng quanh cửa hầm, và kết cấu mặt cắt lộ thiên như các cây cầu

Bảng* 3.13 Các giải pháp thiết kế để đề phòng những

vấn đề có thể xảy ra tại mặt cắt cửa hầm

Vấn đề

Giải pháp

chính

Trượ

t lở đất

Sụt lở mái dốc

Lún đất mặt

Sập gương

Áp lực không đối xứng

Đất đá không đủ khả năng chịu tải

Chú thích

Bảo vệ mái

dốc

Tường chắn     Tường chắn mở

rộng Cắt để ổn

định mái dốc

hoặc đổ vật

liệu đối

trọng

Xi măng đất, vữa không khí, v.v…

Gia cố trước

bằng neo

đứng

Neo  

Cọc bê tông

bảo vệ trượt

lở

Cọc bê tông Caisson, cọc bê tông cốt thép chữ H, cọc ống thép

Thoát nước

(trên mặt đất

và bên trong

đường hầm)

Thoát nước bằng ống gom nước và khoan thoát nước

Ổn định

gương

Bê tông phun ở gương, neo ở gương, bảo vệ bằng ống đỡ phần trên, thanh thép phía trước gương, ống thép phía trước gương, phụt vữa tia ngang, bê tông vỏ hầm trước

Gia cố chân

Hệ thống chống đỡ bằng thép

nghiêng có cánh, neo gia cố chân, phụt vữa gia cố chân, vòm ngược tạm thời

Ghi chú :  phương pháp thông thường