BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐÀO CHỐNG LÒ, Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp

Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình KCC các công trìnhngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khácnhau; cụ thể là theo các cách p

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG

A

C B

1.1.1 Khái niệm về áp lực mỏ

Chúng ta có thể hiểu chung rằng: tổng hợp tất cả các lực trong khối đá xungquanh các đường lò tác dụng lên vỏ chống gọi là “áp lực mỏ”, hay hiểu một cách hẹphơn áp lực của đất đá xung quanh các đường lò tác dụng lên vỏ chống gọi là “áp lựcmỏ”

Đặc tính của sự xuất hiện áp lực mỏ phụ thuộc nhiều yếu tố:

+ Hình dạng và kích thước đường lò

+ Chiều sâu bố trí đường lò

+ Tính chất cơ lý của đất đá bao quanh đường lò

+ Thời gian sử dụng đường lò

1.1.2 Nguyên nhân phát sinh ra áp lực mỏ:

Khi chúng ta đào các đường lò, hầm trạm vào trong đất đá nguyên khối, thì trạngthái cân bằng ứng lực tự nhiên của đất đá bị phá vỡ Sau một khoảng thời gian nhất định,đất đá xung quanh đường lò sẽ bị rạn nứt, có khuynh hướng dịch chuyển và sụt lở vàotrong khoảng trống và tạo lên áp lực mỏ tác dụng lên các vỏ chống

Vậy nguyên nhân phát sinh ra áp lực mỏ là do trạng thái cân bằng ứng lực tự nhiêntrong đất đá bị phá vỡ

1.2 Lý thuyết về tường chắn đất(của Coulomb)

1.2.1 Áp lực chủ động

Giả sử ta có tường chắn đất như hình vẽ

Do trọng lượng bản thân của khối lăng trụ tam giác

ABC, nó sẽ có khuynh hướng trượt theo mặt trượt

AC, mặt trượt AC nghiêng so với mặt phẳng nằm

ngang 1 góc α, nhưng bị tường chắn đất ngăn lại

Khối lăng trụ trượt ABC có khuynh hướng dịch

chuyển xuống, gây nên áp lực làm tường chắn đổ

ngược chiều kim đồng hồ, áp lực dó gọi là áp lực

chủ động

1.2.2 Áp lực bị động

Cũng với tường chắn đất như trên, trong trường hợp

này sẽ có một lực Q tác dụng vào tường chắn, làm

cho tường chắn có khuynh hướng đổ theo chiều kim

đồng hồ, gây áp lực lên lăng trụ ABC Lúc này lăng

trụ tam giác ABC có khuynh hướng bị trượt lên trên

theo mặt trượt AC, áp lực đó gọi là áp lực bị động

1.3 Áp lực xung quanh đường lò

1.3.1 Giả thiết về áp lực đất đá trên nóc lò bằng của giáo sư M.M Prôtdiacônôp

Xuất phát từ thí nghiệm mô hình (với cát ẩm) và quan trắc thực tế Prôtôđiakônốpcho rằng, sau khi khai đào, phía nóc khoảng trống hình thành vòm sụt lún dịch chuyểnthẳng về phía khoảng trống Khối đá phía ngoài vòm sụt lún ở trạng thái cân bằng ổn

định, trọng lượng đá vòm sụt lún là nguyên nhân gây ra áp lực ở phía nóc lên khung,

vỏ chống (hình 1-3-1)

Theo kết quả phân tích của Prôtôđiakônốp, vòm áp lực có dạng parabol

Như vậy chiều cao tại đỉnh vòm phá huỷ là:

f

a

b  (1-3-1-1)

trong đó: a - nửa chiều rộng khoảng trống (m)

f - hệ số kiên cố của đất đá phía nóc

Điều đó có nghĩa là vòm áp lực chỉ phụ thuộc vào chiều rộng khoảng trống (a) và tính chất cơ học của đá nóc (f).

Tính áp lực tập trung cho một đơn vị chiều dài của khoảng trống ta có:

trong đó: Qn- áp lực tập trung phía nóc;kN

- dung trọng của đất đá phía nóc (kN/m3)

Hình 1-3-1: Vòm áp lực theo Prôtôdiakonốp

Các công thức cho thấy áp lực không phụ thuộc kết cấu chống và độ sâu bố trícông trình

1.3.2 Giả thuyết của Bierbaumer cho các đường lò nằm gần mặt đất.

Trong thực tế, ta phải thi công xây dựng các công trình ngầm nằm gần mặt đấtnhư các đường hầm xuyên qua các vùng đồi núi thấp các công sự bố trí nông, các đoạncửa lò bằng mở vỉa cho mỏ, cũng như các đoạn cổ giếng nghiêng bố trí ở vùng bằngphẳng, v v…

Bierbaumer cho rằng, sau khi khai đào khoảng trống ABCD, khối đá phía nócCDEF bị phá huỷ và có xu hướng sụt lún Khối CDKE có khả năng chuyển dịch vàokhoảng trống Sự chuyển dịch này bị cản trở bởi các lực ma sát trên các mặt CI và DK

áp lực nóc tác dụng lên khung, vỏ chống sẽ bằng trọng lượng cột đá CIKD trừ đi cáclực ma sát Trọng lượng cột khối đá CIKD tính cho một đơn vị chiều dài khoảng trốnglà:

Với giả thiết khối đá là môi trường rời, các lăng trụ trượt CEI và DKF gây ra cáclực chủ động Qcđ vào khối CIKD áp lực chủ động tập trung đó được xác định theocông thức sau:

y

b

2a

x

2 2 0

Trong đó: H - Độ sâu kể từ mặt đất đến đỉnh của khoảng trống (m)

Tác dụng của các lực Qcd gây ra các lực ma sát (hay lực chống trượt) T thoảmãn điều kiện cân bằng của môi trường rời, ta có:

a

H H a T Q

Hình 1-3-2 – Sơ đồ tính áp lực nóc theo Bierbaumer

Biểu thức (1-3-2-4) chỉ có nghĩa khi Qn  0, từ đó rút ra :



 tg tg

H H

Điều đó có nghĩa là, giả thuyết áp lực của Bierbaumer chỉ có thể được áp dụngkhi điều kiện (1-12) được thoả mãn

Vậy các công trình bố trí ở độ sâu là H < Hgh thì sử dụng công thức (1-3-2-4)

để tính áp lực nóc, còn nếu H > Hgh ta phải dùng các giả thuyết tính áp lực củacác tác giả khác

1.4.3 Giả thuyết về áp lực đất đá bên hông lò của PM ximbarevic

Trong trường hợp lò đào qua khu vực có đất đá tại cả nóc và hông lò đều kém ổnđịnh (bở rời, mềm yếu), áp lực đá không chỉ xuất hiện ở phần nóc lò mà còn xuất hiện

cả ở phần hông lò Trong trường hợp này vòm phá huỷ ở nóc sẽ mở rộng do đó tảitrọng ở nóc lò cũng lớn hơn

Áp lực mỏ lên vì chống từ phía hông lò xuất hiện trong điều kiện khi ứng suấttrong đất đá hông vượt giới hạn bền của đất đá khi nén một trục

Chiều cao lăng trụ bằng chiều cao đường lò và góc nghiêng của mặt phẳng lún cóthể tiếp nhận bằng (900+) /2

Chiều rộng của vòm cân bằng tự nhiên: (2a+2d)

Chiều cao vòm cân bằng: b1

Theo Ximbarevich thì sự gia tải lên các lăng trụ tạo ra do đất đá nằm trong vòmcân bằng tự nhiên

Nửa chiều rộng vòm cân bằng tự nhiên:

a = a+d = a+h cotg (900) (m) (1-4-3-1)

P

TT

DC

FK

IE

Hình 1-4-3 : Giả thiết vòm áp lực theo Ximbarevich

Áp lực hông ở chân vòm cân bằng:

1.4.4 Giả thuyết áp lực đất đá tác dụng ở nền lò của PM Ximbarevich

Áp lực tác dụng từ phía nền vào khoảng trống công trình ngầm được gọi là áplực nền Tuỳ theo nguyên nhân gây ra áp lực nền dẫn đến hiện tượng bùng nền cónhiều phương pháp, giả thuyết được xây dựng để tính áp lực nền Dưới đây giới thiệu

giả thuyết của Tximbarêvich (hình 1-4-4-1).

Dưới tác dụng của tải trọng giới hạn P0 (do tác dụng của cột đá BCDĐ và trọnglượng của khung vỏ chống gây ra), khối đá ABC có thể bị dịch chuyển xuống phíadưới dọc theo AB Coi mặt AC là tường chắn giả định, mặt AC chịu tác dụng của áplực chủ động Qcđ Tác động đó đẩy khối ACE trồi lên khoảng trống, dọc theo mặt trượt

AE Như vậy, khối ACE gây ra áp lực bị động Qbđ lên AC

Theo lý thuyết áp lực lên tường chắn trong cơ học đất và dựa vào sơ đồ (hình 2-4-1) chúng ta có:

1-qcđ = (p0 +.x) tg2 (45-/2) (1-4-4-1)

Tại độ sâu x0 thoả mãn điều kiện: qcđ= qbđ khi x= x0

Từ đó cho phép xác định x0 theo biểu thức sau:

x

p tg

tg0

0 4 0

4 0

452

Lực Q có thể phân tích ra làm hai thành phần tác dụng vuông góc lên AE (N) và tác

dụng song song lên AE (T) hình 1-4-4-2.

T

T0

A

EC

0 

2

FA

Dưới tác dụng của N, hình thành trên mặt trượt AE lực chống trượt T0 (lực masát) Nếu coi khối đá là môi trường rời, mặt AE ở trạng thái cân bằng, theo điều kiệnCoulomb có:

Qnền= 2T sin(450- /2) = Q.sin2(450-/2) (1-4-4-8)Nếu đá nóc, sườn và nền là như nhau (đồng nhất) và nếu có thể bỏ qua trọnglượng của khung vỏ chống, đồng thời coi áp lực tác dụng thẳng đứng lên đá nền ở haibên sườn khoảng trống p0 bằng trọng lượng cột đá của vòm sụt lở và khối trượt thì cóthể xác định chiều sâu giới hạn x0 một cách gần đúng theo biểu thức:

)245(1

)245()

(

4

4 1

Trên mặt cắt theo phương thẳng đứng AA' Chiều cao của công trình ngầm sẽ là h',được tính theo biểu thức sau:

b   cos (45  2)

0 1



Nhưng trong thực tế các khung, vỏ chống được đặt trên mặt cắt BB' vuông gócvới trục công trình ngầm, vì vậy áp lực do vòm áp lực gây ra được tách thành haithành phần: tác dụng vuông góc với trục công trình ngầm (tức là thẳng đứng vàokhung chống) và song song với trục của công trình ngầm Khi đó, áp lực tác dụngthẳng đứng có thể tính theo biểu thức sau:

Hình 1-5-1: Sơ đồ tính áp lực cho công trình ngầm nằm nghiêng

Các thành phần tác dụng vuông góc với trục công trình ngầm qn và tác dụngsong song Tn sẽ là:

Prôtôđiakônốp cho rằng vỏ chống của giếng đứng làm việc như tường chắn, do

vậy chịu áp lực của lăng trụ trượt ABC (hình 1-6-1).

Việc tính toán áp lực lên vỏ chống dựa theo cơ sở lý thuyết tường chắn đất Áplực tác dụng lên khung, vỏ chống là áp lực chủ động được xác định gần đúng cho toàn

bộ chiều dài giếng là:

) 2 45 (

 z tg

Trong đó:  là dung trọng trung bình của khối đá xung quanh giếng;

 là góc ma sát trong 'ảo' trung bình;

z là độ sâu kể từ mặt đất

Hình 1-6-1: Sơ đồ tính toán áp lực lên khung, vỏ chống giếng đứng theo

PrôtôđiakônốpGọii, fivà hi là dung trọng, hệ số kiên cố và chiều dày của lớp đá thứ i,  và

được xác định theo các công thức sau:

i i n

h h

i i i n

i i

(

1 1

SN 1

SN 2

n

n

i i n n i

(1-6-4)

Trong các biểu thức trên: i; hi; i : dung trọng, chiều dày và góc ma sát trongcủa lớp đất đá thứ i Bằng cách tính như thế này, biểu đồ phân bố áp lực lên khung vỏchống phụ thuộc vào tính chất cơ học của từng loại đất, đá trong từng trường hợp cụ

thể và có dạng như hình trên hình 1-6-2.

Ngoài ra, dựa vào kinh nghiệm tác giả đề nghị giảm tải trọng tính toán do cáclớp phía trên nén xuống cho một lớp nào đó được xét, nếu như phía trên của lớp này cólớp rắn chắc, vẫn ổn định sau khi khai đào Cụ thể là giảm tải trọng tính toán đi 20%đến 25% kể đến lớp đất đá cứng vững và ổn định Chẳng hạn, nếu lớp đá thứ 3 kể từtrên xuống là lớp vẫn cứng vững, ổn định sau khi khai đào, áp lực tính toán cho lớpthứ n sẽ là:

)245(.)(

.75,

1

1 4

3 1

n n

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU CHỐNG LÒ 2.1 Phân loại vật liệu chống lò.

Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, người ta thường sử dụng chính cácvật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất Tuy nhiên, do đặc điểm làmviệc dưới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực mỏ với đặc trưng vàhướng xuất hiện khác nhau, ảnh hưởng của nước ngầm, khí hậu mỏ tới vật liệu, v v )nên đòi hỏi vật liệu chống lò phải đáp ứng những yêu cầu cao hơn Khi xét đến đặcđiểm làm việc dưới ngầm không những cần chú ý đến ảnh hưởng của môi trườngngầm đến sự làm việc của vật liệu chống, mà còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựngbản thân vỏ chống

Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống lò như sau:

- Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mà các vật liệu chống lò được chia ra:

vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết và vật liệu phụ

+ Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ

chống (kim loại, bê tông, gỗ, v v )

+ Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng, chất

dẻo, v v )

+ Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp cho vỏ

chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách nước, phụ gia hoá học, v v )

- Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu không cháy, vật

liệu không cháy nhưng biến dạng và vật liệu cháy

+ Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi chịu tácdụng lâu dài của ngọn lửa và nhiệt độ cao (bê tông và một vài loại đá, v v )

+ Các vật liệu không cháy nhưng biến dạng khi có tác dụng của ngọn lửa và nhiệt

độ cao (kim loại, v v )

+ Các vật liệu cháy: bị cháy khi có tác dụng của ngọn lửa (gỗ, chất dẻo, v v )

- Theo thời gian phục vụ, các vật liệu chống lò được chia ra thành: vật liệu bền (bê

tông, thép, v v ) và vật liệu nhanh hỏng (gỗ)

- Theo đặc trưng biến dạng dưới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống lò được chia

ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v v ) và vật liệu đàn hồi dẻo (kim loại)

2.2 Yêu cầu đối với vật liệu chống lò:

Các vật liệu chống lò cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang tải cao,trọng lượng bản thân nhỏ, giá thành hạ, không bị biến dạng, không bị cháy, có khảnăng chống han rỉ và mục nát

Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu chốngcòn phải có khả năng chống thấm, cách nước

Vật liệu chống lò được chọn phụ thuộc vào kết cấu vỏ chống, công dụng và thờigian phục vụ của đường lò, cường độ áp lực mỏ và điều kiện làm việc của vỏ chống,cũng như tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống

2.3 Các loại vật liệu chống lò.

2.3.1 Gỗ

a Ưu điểm: có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ; dễ

gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện trường; có độ linh hoạt nhỏ (chịuuốn, ép); có khả năng báo trước khi bị phá huỷ; chi phí về vật liệu, vận tải và lắp dựngthấp; dễ trồng và khai thác

b Nhược điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các tác động

cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các đường lò dạng vòm; mất khả năng báotrước nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác nhau; phụ thuộc vào yêu cầu củanền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi trường); khả năng sử dụng lại bị hạn chế

Nói chung gỗ đã được sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của ngành mỏ đểlàm vật liệu chống lò Ngày nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng gỗ vào cácmục đích này, đặc biệt ở các nước đang phát triển Ở Việt Nam gỗ còn được sử dụngkhá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản lượng thấp Tại các nước tiêntiến, gỗ hầu như không còn được sử dụng vào công tác chống lò

Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công và sơ đẳng thì gỗnhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vào các đặc điểm ưu việt của gỗ

Gỗ có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ, nêntrong các trường hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ là dễdàng, thuận lợi Bằng các công cụ đơn giản như rìu, cưa đã có thể gia công chế biến tạichỗ để có được các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể Cũng nhờ ưu điểmnày mà việc sửa chữa trở nên đơn giản Gỗ có khả năng linh hoạt nhất định nhờ có tínhchịu uốn, ép nhất định Đặc biệt đáng chú ý là các loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năngphát tín hiệu báo trước phá huỷ (phát ra riếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dầndần) Giá thành gỗ cũng tương đối thấp hơn so với giá các loại vật liệu khác Vì chi phívật liệu thấp cùng với chí phí vận chuyển và lắp dựng thấp nên trong nhiều trườnghợp, gỗ vẫn còn có ý nghĩa khá trong vai trò làm vật liệu chống

Những ưu việt về mặt kinh tế đương nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu như vì lí do nàođấy mà chi phí bảo dưỡng ở các đường lò chống bằng gỗ quá lớn Đương nhiên khốilượng công tác bảo dưỡng sẽ rất lớn và tốn kém một khi áp lực đá vượt quá khả năngmang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong đường lò quá xấu làm cho gỗ nhanh bịmục nát Đối với những tác động kiểu này gỗ ít có khả năng chống lại Tính dễ cháycủa gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các đường lò Đương nhiên tính dễ cháy và dễ bịmục nát cũng có thể hạn chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí

và ở nước ta chưa được quan tâm, đôi khi còn ngại không đầu tư

Mặc dù gỗ dễ gia công, nhưng như đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi lò códạng vòm, cũng chính vì thế các đường lò chống bằng gỗ khó tạo dáng làm giảm tácdụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều kiện xuất hiện áp lực Khả năng sửdụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn chế Một nhược điểm nữa là: khi bị mục,

ẩm sẽ mất đi khả năng báo trước sự cố

c Các loại gỗ chống lò.

- Gỗ tròn nguyên cây: Gỗ tròn thường được sử dụng dưới các dạng là cột, thìu, văng

giằng Gỗ thường có đường kính 7 30cm, chiều dài tối đa là 4m

- Gỗ xẻ: Gỗ xẻ được sử dụng dưới các dạng:

- Gỗ bổ: cây gỗ được bổ thành từng mảnh cưa xẻ hoặc búa chèn và chủ yếu là làm

chèn

- Gỗ bìa: còn gọi là bắp, cạnh là phần ngoài của cây gỗ thu được khi xẻ gỗ tròn thành

ván và dầm gỗ Gỗ bìa thường có dạng một mặt phẳng, mặt còn lại là cong, chiều dàychiều rộng thay đổi nhiều Chúng là vật liều tận thu thưưòng được sử dụng để chènnóc hay chèn hông

- Gỗ ván: là sản phẩm gỗ xẻ có chiều rộng tối thiểu gấp đôi chiều dày Chiều dày của

gỗ ván thường từ 3 7cm Gỗ ván được sử dụng làm ván khuôn đổ bê tông, làm váchngăn lối người đi hoặc ngăn thang, bắc sàn công tác, làm của gió hoặc trong một sốtrường hợp được sử dụng làm tấm chèn

- Ván phe: phần gỗ ván nằm gần bên ngoài cây gỗ, có mô9tj phần bên không được xẻ

bóc, nên còn là mặt cong Công dụng của ván phe tương tự như gỗ ván nhưong hạnchế hơn vì một phần mặt cong

- Rầm gỗ: là sản phẩm gỗ xẻ có chiều dày tối thiểu bằng nửa chiều rộng, và thường từ

10 cm trở lên Các dầm gỗ thành khi có bốn mặt đều phẳng Tương tự như ván phe,rầm phe có một hoặc hai mặt bên không phẳng Chiểu dài của rầm gỗ thường có chiềudài 1 6,5m kích thước mặt cắt ngang từ 7x7 cm đến 25x25cm Rầm gỗ thường được

sử dụng để chống giếng đứng có chiều sau không lớn (giếng thăm dò, giếng mù)chống giếng nghiêng có mặt cắt ngang hình chữ nhật, làm tà vẹt, cốt giếng

2 1

2.3.2 Kim loại.

a Ưu điểm: có độ bền cơ học cao, có khả năng sử dụng được nhiều lần, bền lâu; tuổi

thọ cao; chiếm ít không gian; mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạodáng các cấu kiện bằng thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt

b Nhược điểm: chi phí vật liệu cao, trọng lượng thể tích cao; vận chuyển và lắp ráp

không đơn giản; các loại thép xây dựng thông thường dễ bị ăn mòn trong môi trườngkhắc nghiệt

Ưu điểm căn bản của thép là khả năng mang tải lớn, điều mà không có loại vậtliệu nào sánh kịp Do có khả năng mang tải lớn và khả năng chống lại các tác độngsinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có được tuổi thọ lớnhơn hẳn các cấu kiện bằng gỗ

Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả khichỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép có thể tiếtkiệm được tiết diện đào Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ với cùng khảnăng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn

Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế là vô hạn, vìthế người ta đã chế tạo ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép rất đa dạngvới các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt và khả năng biến hìnhkhác nhau Đặc biệt là có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dàng để tạo ra mối tương quanthích hợp giữa mức độ linh hoạt và khả năng mang tải

Chính vì các lí do đó mà vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ họckhác nhau, đa dạng hơn là gỗ, tường xây và bêtông Phạm vi áp dụng kỹ thuật của thépnhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác

Tuổi thọ cao, như đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lạinhiều lần các cấu kiện bằng thép

Hình 3.1: Các sản phẩm gỗ xẻ

1- Bìa (Bạnh)2- Ván phe3- Gỗ ván4- Rầm gỗ5- Rầm phe

Tuy nhiên, những ưu điểm đã kể đến cũng kèm theo nhược điểm là giá thànhcao và trọng lượng của kết cấu chống lớn Nhược điểm nữa thể hiện rõ nét khi phảivận chuyển trong điều kiện không thuận lợi (chẳng hạn trong khu vực khai thác vỉadốc) Cũng vì lí do này mà thép chưa thể thay thế được gỗ ở các khu vực khai thác cácvỉa có chiều dày lớn hơn 3 đến 4m Thép xây dựng còn dễ bị ăn mòn, đương nhiêncũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo vệ.

Cho đến nay, thép được sử dụng ngày càng rộng khắp chủ yếu vì những khảnăng đảm bảo an toàn và các nguyên nhân kinh tế Đương nhiên khả năng này chỉ cóthể nâng cao tính ưu việt về kinh tế của thép so với gỗ trong trường hợp chí phí vậtliệu được bù trừ nhờ giảm chi phí bảo dưỡng hoặc sử dụng lại nhiều lần

Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu và phát triển nhiều loại hình kếtcấu chống mới làm cho thép được sử dụng ngày càng nhiều thay cho gỗ Đây là xuhướng phát triển chung trên thế giới và đặc biệt khi đã xuất hiện các kết cấu từthép hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá ngày càngtăng, cũng như sự ra đời và phát triển của các kết cấu chống bằng neo

c Các vật liệu kim loại dùng để chống lò:

- Kim loại được sử dụng chống lò chủ yếu là gang và thép

+ Gang có khả năng chống han rỉ tốt hơn là thép Chúng thường được sử dụng đểchế tạo các bản đệm, các cấu kiện lắp ráp, các tấm tubing phục vụ cho việc đào lòtrong điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn phức tạp

+ Thép được sử dụng ở các dạng sau: Thép tấm, thép cán định hình(chữ I, théplòng máng) thép cán tròn và các chi tiết đặc biệt bằng thép

+ Các tấm thép dầy 11,5m thường được sử dụng làm tấm chèn Các tấm thép dầy2mm trở lên thường được dùng chế tạo các tubing thép Các đai thép dày 4 5mmthường được chế tạo thành các thanh giằng, các bản đệm hoặc bản đỡ của vì neo.+ Các sợi thép tròn đường kính 12mm thường được thường được sử dụng làm dâybuộc cột thép Còn các sợi thép trơn hoặc có gờ ( AI; AII; AIII; AIV) với đường kính

từ 630mm được sử dụng làm cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép hoặc chếtạo vì neo

+ Các dạng thép cán định hình (thép chữ I, thép lòng máng, thép góc ) được sửdụng để chế tạo các cấu kiện chịu tải cơ bản của vỏ chống

2.3.3 Bê tông và bê tông cốt thép.

a Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong hoá đối

với khối đá và ngăn nước chảy; sức cản khí động học nhỏ; có thể tạo ra từ các vật liệu

rẻ tiền; không cháy

b Nhược điểm: trọng lượng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa chữa không

thuận tiện các chỗ bị hư hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế

c Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các đường lò và giếng có tuổi thọ cao và dưới tác

dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh Ngoài ra phạm vi áp dụng của bêtông còn được

mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông làm khung chống hoặctấm chèn Bêtông trong ngành mỏ cũng đã được áp dụng ở dạng bêtông phun, vỏ bêtông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v v…

Các dạng vỏ chống thông thường từ gạch xây và bêtông hoặc gạch bêtông vốn

có chiều dày tương đối lớn Vỏ chống có thể phủ toàn bộ phần tường và vòm cácđường lò hoặc bao kín toàn bộ đường lò, đặc biệt ở các giếng mỏ Khi đó toàn bộ khối

đá vây quanh được lấp kín

Khả năng mang tải cao có được nhờ vào độ bền cao của vật liệu và chiều dày

lớn Trong điều kiện thông thường, kết cấu chống này được coi là kết cấu chống cứng Dưới tác dụng của tải trọng chủ yếu là tĩnh, kết cấu chống thường có tuổi thọ cao hơn

kết cấu gỗ và thép Khả năng chống các tác động hoá học và sinh học cũng góp phầnlàm tăng tuổi thọ của kết cấu chống này Dạng kết cấu chống kín còn hạn chế được tácđộng phong hoá đến khối đá vây quanh và trong nhiều trường hợp còn ngăn nước xâmnhập vào đường lò Ngoài ra do bề mặt tương đối nhẵn, kết cấu chống này còn có sứccản khí động học nhỏ hơn so với kết cấu bằng gỗ và thép

Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống này thường sẵn có và rẻ tiền hơn sovới các loại vật liệu khác Mặt khác kết cấu tường xây và bêtông không bị cháy, dovậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử dụng kết cấuchống này

Những ưu điểm trên bị hạn chế bởi các nhược điểm là trọng lượng lớn và chiềudày lớn, kèm theo đó là chi phí vận chuyển và lắp dựng (xây, đổ bêtông ) cao Tiếtdiện đào thường phải lớn hơn là khi sử dụng gỗ và thép, do vậy đòi hỏi thêm chi phíđào Ngoài ra để có được kết cấu hoàn chỉnh cần nhiều thời gian hơn

Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa chữathường phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với gỗ và thép

So sánh như vậy và từ thực tế ngành mỏ trong và ngoài nước cho thấy tườnggạch đá xây và bêtông chỉ kinh tế hơn nếu như công trình có tuổi thọ cao và khi không

có tác dụng của áp lực động Đương nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có thểtạo ra khả năng linh hoạt nhất định cho tường xây và bêtông Tuy nhiên khả năng nàycũng chỉ đạt được ở mức độ hạn chế, trừ trượng hợp sử dụng gạch bêtông và đệmnhiều lớp gỗ, do vậy tường xây và bêtông hầu như không được sử dụng cho khu vựckhai thác và các đường lò chuẩn bị

Đương nhiên với sự phát triển và cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả năng

sử dụng của bêtông đã được mở rộng Xu hướng hiện nay ở Việt Nam là làm sao giảmđược trọng lượng của các cấu kiện này cho phù hợp với sức khoẻ của công nhân trongđiều kiện làm việc hiện tại

Về bê tông cốt thép, do bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéokém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông người ta có thể bố trí thêm cốt thépvào trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép Các thanh cốt thép được bố trí ởmiền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng chịu lực củamiền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều tương ứng với khả năng chịu lực của miền

bê tông chịu nén

Sở dĩ hai vật liệu khác nhau là bê tông và cốt thép có thể kết hợp làm việc được vớinhau là vì:

- Bê tông có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt thép, vì vậy khi trong cấu kiện bê tôngcốt thép xuất hiện ứng suất, thì cả hai vật liệu sẽ cùng nhau làm việc như một thểthống nhất

- Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần như nhau, nên bảo đảm được tính liềnkhối của kết cấu bê tông cốt thép

- Bê tông bao bọc ngoài cốt thép, có khả năng bảo vệ được cốt thép khỏi bị han rỉ donước và khí ăn mòn gây nên

Cốt thép trong bê tông cốt thép được chia ra: cốt chịu lực, cốt phân bố, cốt lắpghép, và cốt đai

- Cốt chịu lực được bố trí ở miền chịu kéo, hoặc miền chịu nén để tiếp thu các ứngsuất kéo hoặc nén

- Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục bộ,đảm bảo sự làm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực.

- Cốt lắp ghép và cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần cácứng lực kéo, nén và cắt

Lượng cốt phân bố và cốt lắp ghép được lấy theo qui định kết cấu

2.3.4 Các vật liệu khác.

a Thuỷ tinh dẻo:

- Thuỷ tinh dẻo là vật liệu keo gắn kết được cấu tạo từ sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh ởđây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh được nén ép lại.Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết thường sử dụng là keo Poliofin, keo Fenol,keo epoxi và các loại Polyme khác Tính chất cơ lý của thuỷ tinh dẻo rất đa dạng, phụthuộc vào tính chất của sợi cốt và chất dính kết

- Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, người ta đã thu được các sợi thuỷtinh rất mảnh Chúng có độ bền chống kéo đứt cao (12502500pa), không bị mục nát,trương nở, rất ổn định với nhiệt độ Các chất dính kết phải có độ bền cao, ổn định vớinước xâm thực và đảm bảo luôn dính kết chắc chắn với các sợi thuỷ tinh Ngoài chấtdính kết và sợi thủy tinh, trong thuỷ tinh dẻo còn có thêm chất ổn định Công dụngchính của chất này là chống lão hoá tính dẻo khi sử dụng

- Nguyên liệu để chế tạo các chất dính kết dạng keo Polyme là khí thiên nhiên, hơi đốthoặc các sản phẩm trưng cất dầu mỏ

Các cấu kiện của vỏ chống hầm lò bằng thuỷ tinh dẻo (xà, cột, chèn, v v )thường được chế tạo bằng cách nén ép, nhưng cũng có thể dùng phương pháp đổkhuôn, phương pháp kéo, v v Một trong những vật liệu thuỷ tinh dẻo đã được thửnghiệm là sợi thuỷ tinh dị hướng (CBAM) do viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) chếtạo Nó có độ bền cao, có tính dị hướng, hầu như không bị trương nở, có đặc trưng pháhoại dòn - dẻo Độ bền kéo của CBAM đạt 90daN/mm2, trọng lượng riêng đạt0,0170,019N/cm3 (nhỏ hơn thép 4 lần) Qua thiết kế và thử nghiệm đã chứng minhđược rằng: các khung chống hình thang với cột và xà dạng ống chế tạo từ CBAM nhẹhơn bê tông cốt thép 78 lần, nhẹ hơn gỗ 3 lần Các vật liệu này đang tiếp tục được thửnghiệm

b Bê tông dẻo:

Bê tông dẻo là vật liệu đá nhân tạo bao gồm có keo kết dính tổng hợp, cát và đádăm Chất dính kết ở đây thường là furônaxêtôn êpôxy, forualđehyt và các keo kháccũng như các phụ gia hoá chất đặc biệt (sunfuabenzen, polyêtylen, polyamin, v v )

Bê tông dẻo có độ bền nén cao (4070Mpa), độ bền kéo đạt 56Mpa, độ bềnuốn đạt 1020Mpa, đặc biệt có khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt

c Các vật liệu Polyme.

Viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) đã thiết kế và áp dụng trên qui mô côngnghiệp các hoá chất trên cơ sở keo Pôliefinfênol, formalđehyt để gia cố neo, các dungdịch hoá chất trên cơ sở keo êpôxy dùng để gia cố đất đá và để giữ neo trong lỗ khoan

có độ bền rất cao, nhưng do giá thành đắt, nên không thể áp dụng được Các loại keopôliêfin, mechievit - formalđehyt có độ bền kém hớn êpôxy, nhưng rẻ hơn, vì vậyđược sử dụng rộng rãi

Nhược điểm cơ bản của tất cả các loại keo trên là chúng đều có chứa các chất độc(formalđehyt, v v ) đòi hỏi phải có biện pháp để phòng cẩn thận Trong điều kiện

mỏ phải tăng chi phí thông gió cho các đường lò sử dụng loại keo này

CHƯƠNG 3 CHỐNG GIỮ LÒ 3.1 Khái quát chung

Sau khi khai đào công trình ngầm, trạng thái cơ học cân bằng tự nhiên của khối

đá xung quanh công trình bị biến đổi chuyển sang trạng thái cân bằng mới Ở trạngthái cân bằng mới này, khối đá có thể ổn định hay không ổn định Khối đá là ổn địnhnếu như các biến đổi cơ học không làm thay đổi hình dạng và kích thước của côngtrình ngầm (khoảng trống) sau khi đào và trong suốt thời gian tồn tại của công trình.Ngược lại, khối đá là không ổn định

Nếu khối đá ổn định sau khi đào công trình ngầm, công trình ngầm có thể để lưukhông Trong trường hợp khối đá có khả năng mất ổn định thì phải tiến hành cácbiện pháp gia cường, chống giữ bổ sung cho khối đá

Mục đích của việc tạo ra kết cấu chống (KCC) là để giữ ổn định khoảngkhông gian ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình thường cho conngười, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, v v… trong đó Tuy nhiên, các nhiệm vụ

cụ thể của KCC được đặt ra tuỳ thuộc vào mục tiêu sử dụng công trình ngầm.Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của KCC là:

- Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kỹ thuật;

- Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tácvận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng thông qua củađường lò

Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các KCC còn có những nhiệm vụ phụ khác tuỳthuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế như:

- Bảo vệ khối đá xung quanh các đường lò trước các tác động phá huỷ của các tác nhânphong hoá;

- Bảo vệ các đường lò bị nước xâm nhập

Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ này không có ý nghĩa, song có nhữngtrường hợp nó lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đá chứanước

Ngày nay, trên cơ sở các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực Cơ học đá cho thấyrằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn giữ được

độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá Các biện pháp chống giữ cần thoả mãncác nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải

của khối đá Trong trường hợp lý tưởng chỉ nên coi KCC là một dạng gia cố hay gia

công bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, trong thực tế các KCC thường đạt được độ cứngvững nhất định, có thể tính toán và kiểm chứng được

Nói chung, để đảm bảo giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cần thiếtphải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:

- Lựa chọn được hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến điều kiện

cụ thể về các tính chất của khối đá;

- Lựa chọn các phương pháp và giải pháp thi công hợp lý

- Lựa chon phương pháp "chống giữ' hợp lý ";

- Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá và KCC;

Áp dụng các phương pháp đào không gây tác động xấu đến khối đá (có thể gọi

là các phương pháp đào bảo dưỡng khối đá)- tức là ít gây ảnh hưởng đến độ bền củakhối đá

Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trỡnh ngầm.

Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm có thểphân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế

- Yêu cầu mang tính kỹ thuật:

KCC phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn tại.KCC phải bền, nghĩa là phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạngthái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của KCC trong giới hạn cho phép và không bịphá hoại KCC phải ổn định tức là dưới tác dụng của áp lực đất đá và các loại tải trọng,KCC phải giữ được kích thước và hình dạng ban đầu hoặc theo yêu cầu sử dụng cụthể Nói chung, hai yêu cầu về độ bền và độ ổn định hiện nay thông thường nên đượckết hợp lại thành một yêu cầu chung về khả năng mang tải của kết cấu chống

- Yêu cầu về chức năng sử dụng:

Kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thicông và phải cho phép khả năng cơ giới hóa (theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuậntiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khảnăng thông gió, an toàn về cháy; trong nhiều trường hợp còn phải đảm bảo các yêucầu về cách nước, thẩm mỹ

- Yêu cầu kinh tế.

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm Tổng vốn đầu tưban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất

Phân loại kết cấu chống.

Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình KCC các công trìnhngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khácnhau; cụ thể là theo các cách phân loại các KCC theo nhiều dấu hiệu khác nhau như:

- phân loại theo vật liệu:

gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp

- phân loại theo chức năng, nhiệm vụ:

tạm thời, cố định

- phân loại theo tính năng kỹ thuật:

tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ

- phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu:

khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá;

hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa, mõm nhái

- phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu

rất cứng, cứng, mềm

Khả năng mang tải

rất cứng như một cố thể-biến dạng ít lớn nhỏ

cứng như bán cố thể- biến dạng nhỏ lớn nhỏ

- phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá:

- không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn

- tiếp xúc giữa KCC và khối đá : điểm, diện

- khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp

Trong thực tế kết cấu chống giữ CTN còn được phân loại dựa theo tính chất mốitác động giữa kết cấu chống với môi trường đất đá bao quanh Theo đó, kết cấu chốngđược phân thành hai loại: “kết cấu chống bị động” và “kết cấu chống chủ động”

Bất kỳ loại kết cấu chống nào không có tính “chủ động” sinh ra lực đẩy chống lạikhối đá ngay sau khi lắp đặt đều được coi là kết cấu chống “bị động” Đối với kết cấuchống bị động, nó chỉ phát huy tác dụng chống giữ khi mà biên công trình ngầm đã có

sự dịch chuyển “đủ lớn” hay nói cách khác là đến một giới hạn nào đó để gây ra sự

“nén ép” tác dụng lên vỏ chống và khi đó vỏ chống sẽ sinh ra những lực chống lạinhằm hạn chế sự dịch chuyển của khối đá Sự phản ứng này của kết cấu chống tuỳthuộc vào độ cứng của chúng và thời gian lắp đặt Hầu hết các dạng kết cấu chống giữtruyền thống như: khung chống gỗ, khung chống thép, neo không ứng suất trước đều

là những dạng kết cấu chống bị động

Kết cấu chống mang tính chủ động là những loại có khả năng gây tác động và hạnchế biến dạng của khối đá ngay sau khi lắp đặt Neo ứng suất trước, vỏ chống lắpghép, vỏ bê tông liền khối, vỏ bê tông phun là những ví dụ điển hình của dạng kết cấuchống chủ động

3.2 Chống giữ lò bằng lò nghiêng.

3.2.1 Khung chống gỗ.

a Điều kiện sử dụng.

Trong công tác thi công xây dựng các công trình ngầm, gỗ có thể được sử dụng

để làm KCC tạm thời hoặc cố định Gỗ sử dụng để chống cố định hầu như chỉ được ápdụng trong ngành mỏ tại các đường lò có tuổi thọ nhỏ, thường không quá 2 đến 3 năm;

áp lực nóc tương đối nhỏ; ít biến đổi Khi sử dụng để chống các đường lò có áp lựcnóc, sườn hông và nền đều lớn thì kết cấu chống phức tạp, tốn gỗ, tiết diện lò tăng lên,

độ cản khí động học cũng tăng, do đó không kinh tế Gỗ thường dùng chống, hào,giếng mù, rãnh thoát nước Không nên chống ở lò thải gió vì chóng bị mục Nếu áplực nhỏ, thời hạn phục vụ ngắn, lò thông gió có thể chống bằng gỗ nhưng phải đượcngâm tẩm

Khi thi công xây dựng các công trình ngầm dân dụng hoặc các hầm trạm có tiếtdiện lớn, kết cấu gỗ chỉ được sử dụng làm kết cấu chống tạm thời

Ngày nay với sự ra đời của các loại vật liệu và kết cấu chống mới có tính ưuviệt hơn hẳn như thép, bê tông, bê tông phun, bê tông phun sợi thép và neo , đồngthời do yêu cầu bảo vệ môi trường cao nên vai trò kết cấu chống bằng gỗ trong xâydựng công trình ngầm ngày càng hạn chế

Tuy nhiên gỗ vẫn còn được sử dụng để xử lý trong các trường hợp đặc biệt như:thi công đào theo sơ đồ chia gương, tại các vị trí tiết diện công trình ngầm thay đổi vàđặc biệt là khi khắc phục hiện tượng sập lở cục bộ Gỗ với đặc điểm dễ chế biến nênrất thích hợp làm vật liệu dự trữ không thể thiếu được ở mọi công trường xây dựng khicần

b Ưu điểm.

+ Cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng thái nguy

hiểm gần phá hủy;

+Vận chuyển dễ dàng;

+ Chế biến và gia công đơn giản, dễ thích ứng

+ Sử dụng được nguồn vật liệu địa phương

c Nhược điểm.

+ Không liên kết với khối đá;

+ Biến dạng nhiều khi chịu tải;

+ Hầu như không sử dụng lại được;

+ Kết cấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ, do vậy gây ra biến đổi cơ họctrong khối đá, khi dỡ bỏ hoặc thay đổi cần phải có biện pháp gia cố và bảo vệ;

+ Dễ cháy, dễ mục nát và gây ra lực cản khí động học lớn;

+ Đòi hỏi người thi công có tay nghề thủ công nhất định;

+ Khai thác gỗ nhiều gây ảnh hưởng xấu đến điều kiện khí hậu, công tác bảo vệ môitrường

d Các dạng kết cấu chống gỗ cho lò bằng, lò nghiêng.

Về mặt cấu trúc kết cấu gỗ thường phân ra hai dạng dạng khung (nóc phẳng)

và dạng vòm, tròn Dạng cơ bản của vỏ chống gỗ là dạng khung hở gồm hai cột (1), 1

xà nóc (2) Xà và cột thường làm bằng gỗ tròn 16 -30 Nêm định vị (3) và các tấmchèn (4) như hình 3.1 Nếu giữa tấm chèn và đất đá có khoảng hở cần phải chèn bằngđầu gỗ, hoặc đá thải để định vị khung chống và tạo sự làm việc phối hợp tốt giữa vỏchống và đất đá

Góc nghiêng của cột so với phương ngang (còn gọi là độ thách) theo kinhnghiệm thường=700 850 Sự thay đổi của  phụ thuộc vào điều kiện địa chất xungquanh đường lò, điều kiện sử dụng và kích thước khung chống Góc  thường ảnhhưởng đến tiết diện đào, khối luợng vật liệu chống giữ, do vậy  rất có ý nghĩa trongcông tác chống giữ Trong thực tế  thường lấy theo các thiết kế mẫu, hoặc kinhnghiệm sử dụng trước đó Thời gian qua đã có một số tác giả quan tâm nghiên cứu, tuynhiên đến nay vẫn chưa có kết quả cụ thể để áp dụng vào thực tế

Khi chống giữ, tuỳ điều kiện địa chất cụ thể, yêu cầu sử dụng tiết diện mà thayđổi dạng khung chống cho phù hợp: chẳng hạn, nếu áp lực nền lớn cần dùng khungchống kín (dạng đầy đủ, có dầm nền, dầm chân cột ) Trường hợp đất đá quá yếu (áplực lớn), khung chống gỗ bình thường không đủ khả năng mang tải ta phải sử dụngthêm các vì chống tăng sức(Hình 3-2, a, b) Khi đất đá ổn định chỉ chịu áp lực nóc làchủ yếu thì chỉ cần chống giữ phần nóc hoặc một phần suờn, và mối liên kết giữa xà vàcột ở dạng đơn giản như (Hình 3-2,c, d,e)

Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất đá

và khoảng cách giữa các khung chống mà bên ngoài khung chống phải có chèn Chènvừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vào lò đảm bảo an toàn cho người và

Hình 3-1: Kết cấu chống gỗ

(1))

(2)(3)

(4)

thiết bị, vừa có tác dụng làm cho áp lực đất đá tác dụng đều lên kết cấu chịu lực (xà vàcột) Việc chèn dầy hay thưa đều phải căn cứ vào tình trạng thực tế của đất đá khi đàolò: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục bộ thì nhất thiết phải chèn khít,

trường hợp ngược lại có thể chèn thưa Tuy nhiên khi chèn khít cũng như khi chènthưa đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa là không để lại khoảng trống giữa đất đáxung quanh với vật liệu chèn Vật liệu chèn thường là gỗ bổ, ván gỗ, v v

Khoảng cách giữa các khung chống bằng gỗ phụ thuộc vào tính chất cơ lý củađất đá thường L = 0,51m, khi gặp điều kiện địa chất xấu có thể phải chống liền vì.Mối liên kết giữa các cấu kiện với nhau (đầu xà, đầu cột, cột với dầm nền, giữa xànóc với cột bích, văng ) phải đảm bảo chắc chắn và đơn giản, dễ thi công, không làmyếu khung chống, không gây lực tập trung ứng suất trên mặt cắt đầu gỗ… Thông

thường kết nối bằng các loại mộng, ngàm: loại ngàm vuông (Hình 3-3,b) dùng để liênkết giữa cột và xà, dạng ngàm tròn (Hình 3-3,c) sử dụng để nối các bộ phận gia cốthêm hoặc để nối giữa cột với xà khi áp lực sườn không đáng kể

Lỗ chân cột thường đào sâu 1015 cm trong đá cứng và trung bình 1520 cmtrong đất trung bình; 2025 cm trong đất mềm Phía đặt rãnh cột chôn sâu hơn đáyrãnh 1012cm Trường hợp dùng dầm nền hay dầm chân cột cần phải chôn dầm xuốngkhoảng 3/4 đường kính dầm

Ngoài dạng khung, trong xây dựng ngầm, ta còn gặp dạng vỏ tròn hoặc vòm,trong đó giá trị mômen uốn được giảm đi rất nhiều so với dạng khung Tuy nhiên,dạng này rất ít gặp trong thực tế vì thi công phức tạp: phải chế biến gỗ thành nhiềuđoạn nhỏ, rồi ghép lại cho khớp nhau

Hình 4.2: Một số loại khung chống có vì tăng sức và các khung chống khác

Văng dùng để giữ cố định khoảng cách giữa các khung chống theo phương dọc trục lò,chống lại tác dụng xô đổ khung chống khi nổ mìn Văng thường làm bằng vật liệu gỗtròn10 -14 (cm).

Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo phương dọc trục

lò Giằng thường làm bằng gỗ10 -14 (cm), giằng thường được giữ vào cột nhờđinh đỉa

e Thi công.

Trước khi dựng khung chống gỗ ta cần phải làm các công tác chuẩn bị như sửalại biên lò, đập tẩy những chỗ đất đá mấp mô trên biên lò bằng búa chèn, búa chimhoặc thuốc nổ Biên hầm lò thường được đào bằng khoan nổ mìn nên thường lồi lõmkhông đúng với kích thước thiết kế, cần phải sửa lại

Đào lỗ chân cột: lỗ chân cột phải đào sâu từ 10-15cm trong đất đá kiên cố vàtrung bình, 15-20cm trong đất đá trung bình và trong đất đá mềm yếu là 20-25cm Lỗchân cột cũng được đào bằng búa chèn, cuốc chim hoặc thuốc nổ Nếu có dầm nền thìdầm nền cũng phải được chôn ngập (1/2) đến 1 lần đường kính gỗ chống

Trình tự dựng khung chống: đặt dầm nền (nếu có) Dựng từng cột một, giữ tạmcột bằng chèn nhói, các thanh giằng cài vào cột của các khung chống cũ đã dựng trướchoặc giữ tạm cột bằng các cột đỡ nghiêng Sau khi đã dựng cột thì đưa xà lên bằng tayhoặc bằng các kích nâng Khi lên xà phải kiểm tra sự ăn khớp giữa đầu xà và đầu cột

để sao cho không có hiện tượng treo cằm hoặc trùng cằm (hình 3-4) Hai hiện tượngtrên đều có thể làm cho cột và xà dễ bị gẫy Tiếp theo, tiến hành điều chỉnh khoảngcách, độ cao, độ thách (độ nghiêng chân cột), v v… của khung chống sao cho khungchống nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục lò Sau đó thực hiện đóng nêm đầu xà

và đầu cột để định vị khung chống Cuối cùng cài chèn phía sau khung chống tại nóc

và hông của đường lò Mật độ cài chèn phụ thuộc vào hiện trạng đất đá xung quanhđường lò Trong quá trình cài chèn, nếu phát hiện khoảng trống phía sau khung chốngthì phải tiến hành kích chặt, chèn kỹ bằng các đầu gỗ hoặc nêm đá

Hình 3-4: Hiện tượng mối nối không phù hợp giữa xà và cột:

a Treo cằm; b Chùng cằm

f, Vỏ chống gỗ cho giếng nghiêng.

Đối với các lò nghiêng( lò thượng, lò hạ, lò ngược ) tuỳ theo góc nghiêng củađường lò mà có thêm các cấu kiện phụ như:

- Khi góc nghiêng lò < 10 120, cần phải đánh văng giữa hai cột cuat vì chống

- Khi 120< 300, phải đánh văng ở phía đầu cột và chân cột giữa hai vì chống.

- Khi >300,ngoài hai thanh văng như trên còn cần phải đặt thêm cả dầm nền

- Khi > 450, lò nghiêng được chống như các khung chống gỗ ở giêng đứng

- Khi góc nghiêng lớn quá cần đặt khung chống cơ bản (có tai) ăn sâu vào đất đá 0,5

 0,7m khoảng cách giữa các vì cơ bản từ 5 10m tuỳ theo tính chất cơ lý của đất đá

3.2.2.Khung chống kim loại

a, ưu nhược điểm

Khung chống kim loại là một trong những loại kết cấu chống được sử dụngrộng rãi và có hiệu quả nhất để chống giữ các đường lò So với kết cấu chống gỗ, kếtcấu chống bằng kim loại có nhiều ưu điểm hơn:

- Có khả năng mang tải lớn;

- Thuận tiện cho việc lắp đặt, sử dụng được trong các đất đá có độ bền bất kỳ, trongcác đường lò có áp lực mỏ đã xác định cũng như trong các đường lò nằm ở trong vùngảnh hưởng của công tác khai thác;

- Làm khung chống tạm thời cũng như làm khung chống cố định, làm khung chốngcứng cũng như làm khung chống linh hoạt

b, Điều kiện sử dụng

Hiện nay, vì chống bằng thép được sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ lớn nhất trong

lò bằng và lò nghiêng Vì chống thép khắc phục được tất cả nhược điểm vì gỗ, dùngtrong đất đá có độ bền bất kỳ, áp lực lớn Khung chống cố định bằng thép có thể sửdụng với nhiều thời gian phục vụ khác nhau, thông thường đường lò cần phục vụ từ 5-

7 năm trở lên đều có thể chống bằng khung chống thép Trong những điều kiện thôngthường, nên sử dụng khung chống thép với những đường lò có thời gian tồn tại 15-20năm.Không nên dùng trong những đường lò có chất ăn mòn kim loại như axit, muối

Vì vậy khi sử dụng khung chống thép trong các đường lò có nước cần phải có biệnpháp chống rỉ cho thép Khung chống tạm thời bằng thép có thể sử dụng được nhiềulần

c, Cấu tạo khung chống thép

Các khung chống thép được sử dụng ở lò bằng và lò nghiêng có thể phân chiathành: kết cấu chống cứng, kết cấu linh hoạt kích thước và kết cấu linh hoạt hình dáng.c1, Kết cấu chống cứng:

- Khung chống hình thang

Về mặt kết cấu, khung chống thép hình thang tương tự khung chống gỗ, cũnggồm có một xà nóc và hai cột (và có thể có thêm dầm nền) Các khung chống théphình thang có thể là khung kín hoặc khung hở Các cấu kiện của khung chống thườngđược chế tạo từ thép đường ray cũ hoặc từ các dầm thép chữ I số hiệu 16-20 hoặc hơnnữa Cột và xà nóc của khung chống hình thang có thể liên kết với nhau như bản đệm,thép góc với bu lông bản ốp v v… như hình vẽ (Hình 3-2-1)

Văng bằng gỗ giống như khung chống hình thang bằng gỗ

Các thanh giằng thường bằng thép góc hoặc thép bản dày 10-15mm bắt bu lônggiữ vào cột chống

Chèn có thể bằng gỗ, bằng các tấm thép hình gợn sóng, v v

Ở khung chống hở, chân cột đặt trực tiếp vào hố chân cột dưới nền Khi đất đádưới nền mềm yếu, để tránh khả năng lún chân cột thì chân cột được hàn thêm một bảnđệm hoặc tỳ lên dầm dọc bằng gỗ qua bản đệm hàn

Ưu điểm của khung chống hình thang là đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt

Nhược điểm: kết cấu là kết cấu cứng, khả năng mang tải kém hơn khung chốnghình vòm có cùng chi phí.

I12-Ngoài ra, chiều dài từng cấu kiện còn quá lớn nên rất khó khăn khi vận chuyểntrong đường lò Khung chống kim loại dạng vòng kín (Hình 3-2-3) cấu tạo từ 3 đến 4cấu kiện liên kết với nhau bằng bản đệm và bulông Dạng kết cấu này nên sử dụngtrong điều kiện có áp lực đất đá lớn xuất hiện từ cả 4 phía

(Hình 3-2-1 : Khung chống thép hình thang)Khi đó khả năng mang tải của kết cấu chống kín được tận dụng tối đa Cũng giống nhưkết cấu chống dạng vòm, mối nối giữ các cấu kiện là vị trí yếu nhất trong toàn bộkhung chống

Hình 3-2-2: Khung chống cứng thép

hình vòm Hình 3-2-3: Khung chống cứng kínbằng hình tròn bằng thép

c2, Khung chống kim loại linh hoạt kích thước

Khung chống được uốn bằng thép lòng máng Nó gồm có một xà cong và haicột cong Xà cong và cột cong được nối với nhau bằng một liên kết đặc biệt là liên kết

bu lông - gông (mỗi liên kết 2 bộ gông), chính nhờ có liên kết này mà đầu xà đượclồng vào trong lòng cột

Hình 3-2-4: Khung chống thép linh hoạt về kích thước

Với áp lực nhỏ, khung chống làm việc như một khung chống cứng Khi áp lựcđất đá lớn hơn lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các cấu kiện (lực ma sát này tạo ranhờ lực xiết các bu lông gông) các cấu kiện bắt đầu bị trượt lên nhau, cụ thể là xà bịtrượt trên cột Tốc độ biến dạng của khối đất đá bên trên nhờ vậy mà giảm đi, áp lựctác dụng lên khung chống nhỏ hơn lực ma sát các cấu kiện không bị trượt nữa Biếndạng của đá nóc tăng dần theo thời gian, áp lực lên khung chống lại lớn dần và đếnmột lúc nào đó lại lớn hơn lực ma sát, các cấu kiện lại trượt Cứ như vậy cho đến khikhai thác hết độ linh hoạt của khung chống Độ linh hoạt của khung chống theo

phương thẳng đứng đạt đến 300-500mm Để tăng độ linh hoạt của khung chống trongtrường hợp cần thiết có thể sử dụng khung chống gồ 5 đoạn cấu kiện

Khung chống thép linh hoạt hình vòm được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt làtrong các đường lò chịu ảnh hưởng của công tác khai thác, ở đó áp lực đất đá thay đổi

Hình 3-2-5: Khung chống linh hoạt kích thước gồm 5 đoạn cấu kiện

c3, Khung chống kim loại linh hoạt về hình dạng

Khung chống có hai loại khung chống năm khớp và khung chống ba khớp Cácthanh cấu kiện của khung chống lằm bằng thép I hay thép ray và được sử dụng ở

những nơi có áp lực tác dụng thay đổi về hướng hoặc tác dụng lệch Loại khung chống

ba khớp có kết cấu đơn giản hơn vì chúng gồm hai đoạn cung cong bằng thép chữ I

hoặc thép đường ray, ở đầu có hàn các bản đệm cong để ôm lấy các thìu gỗ (hoặc bêtông cốt thép) tạo thành khớp Loại khung chống năm khớp hai đoạn xà cong, hai cột

và ba thìu Hai đầu của đoạn xà cong được hàn đế cong để ôm thìu nóc và thìu hông.Đường kính thìu gỗ bằng 18 - 22cm, chiều dài của thìu gỗ thường bằng 2-3 lần khoảngcách giữa các khung chống, tức là trên mỗi thìu gỗ có đặt 2-3 khung chống

Cột của mỗi khung chống có thể bằng gỗ, thép hoặc bê tông cốt thép Nhờ cókhớp mà khi có tải trọng thay đổi hướng hoặc tác dụng lệch thì các cấu kiện có khảnăng xoay quanh khớp giảm mô men uốn đi, khung chống bị biến dạng mà không mấtkhả năng mang tải

Hình 4-10: Khung chống thép linh hoạt về hình dạng

d, Thi công lắp dựng khung chống kim loại

- Thi công khung chống cứng hình thang: tương tự như khung chống gỗ Để tăngcường khả năng chịu tải của khung chống thép hình thang, các lỗ chân cột được đàorộng thêm để đặt đế chân cột, hoặc đào các rãnh để đặt thìu dọc bằng gỗ Do các xà vàcột bằng thép có trọng lượng lớn hơn gỗ nên để thuận tiện cho quá trình lắp dựng nên

sử dụng các thiết bị nâng cấu kiện Các mỏ hầm lò của nước ta vẫn chủ yếu lắp dụngbằng thủ công

- Thi công khung chống cứng hình vòm: trước khi dựng khung chống cũng phải làmcác công tác chuẩn bị, đào hố chân cột, dựng một nửa vòm lên, dùng chèn nhói giữtạm sau đó dựng nốt nửa kia Bắt bu lông, điều chỉnh xê dịch cho đúng vị trí sau đó lènchặt chân cột, xiết chặt bu lông, đánh văng, cài chèn và chèn chặt khoảng hở sau

khung chống

- Thi công khung chống linh hoạt về kích thước: lần lượt dựng từng cột một, dựngđược cột nào dùng chèn nhói và thanh giằng giữ tạm cột đó lại Sau đó lên xà congbằng tay hoặc bằng kích nâng, điều chỉnh độ cao thấp và độ thẳng đứng sau đó bắt bulông Chú ý xiết đều các bu lông để khung chống lún đều Sau đó bắt giằng, đánh văng

và cài chèn

- Thi công khung chống linh hoạt về hình dạng: Trình tự lắp dựng khung chống bakhớp giống như khung chống cứng hình vòm hai đoạn Chỉ khác ở chỗ phải tiến hànhlên thìu nóc trước khi lắp dựng từng thanh chống và thường phải tiến hành đặt các thìudọc dưới nền lò Đối với loại năm khớp, chúng được lắp dựng như sau:

- Lắp thìu nóc: Một đầu mộng (thường có dạng mũ ông công) được ăn khớp với mộngcủa thìu cũ Đầu thìu sát ương được đỡ bằng cột bích tạm thời Sau đó tiến hành lêntiếp hai thìu hông Hai thìu hông được giữa bằng các cột đạp tạm thời

- Lắp đặt từng đoạn xà cong: đầu tiên cho một đầu xà cong dựa lên thìu hông để làmđiểm tựa Sau đó lựa để cho đầu xà cong ăn khớp với thìu nóc Sau khi đã lên xong hai

đoạn xà cong, điều chỉnh cho chúng nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục lò vàtiến hành lắp dựng các cột chống

- Lắp dựng hai cột cố định phía dưới các xà cong

- Kiểm tra toàn bộ khung chống theo các yêu cầu kỹ thuật Sau đó đóng nêm các thìu

và cài chèn nóc và hông lò Cuối cùng tháo cột bích và các cột đỡ tạm thời

e, Vì chống kim loại lò nghiêng.

Loại khung chống hình thang được chống các đường lò nghiêng, có góc

nghiêng 300 diện tích tiết diện không lớn thường đường ray Còn các lò có tiết diện lớnhơn và góc nghiêng bất kỳ, dùng vì chống linh hoạt về kích thước Khi lò có góc

nghiêng > 450, dùng các khung khép kín hay các vòng chống có thêm các thanh giằng

và đánh văng giữa các khung

3.2.3.Vỏ chống bê tông liền khối

a, Phạm vi sử dụng:

Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được dùng để chống giữ các đường lò cóthời hạn phục vụ lớn, chịu áp lực mỏ lớn, không chịu ảnh hưởng của các công tác khaithác như các đường lò, hầm trạm sân giếng, các đường lò xuyên vỉa chính, đoạn cửacủa các đường lò mở từ phía ngoài mặt đất Riêng vỏ chống bằng bê tông cốt thépliền khối được dùng để chống giữ các đường lò cơ bản quan trọng nhất, hoặc các đoạn

lò có áp lực mỏ lớn phân bố không đều, hoặc có tác dụng không đối xứng Đây lànhững vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách nước cao, khả năng chịu lựcrất lớn có thể sử dụng trong những điều kiện khác nhau với nhiều dạng độ bền khácnhau Đây là dạng kết cấu vỏ chống được sử dụng nhiều nhất để chống giữ các đường

lò cơ bản trong mỏ Ở nước ta, dạng vỏ chống này đã được sử dụng rất hiệu quả đểchống giữ hàng nghìn mét lò cơ bản trong mỏ Mạo Khê

b, Ưu nhược.

- Ưu điểm: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động học nhỏ, tính

chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống và đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợicho sự làm việc của vỏ chống

- Nhược điểm: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không phát huy

hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân bố không đều và giá trị dịch chuyển củabiên lò lớn (vượt quá 50mm)

Trong đa số các trường hợp, đòi hỏi phải áp dụng biện pháp chống tạm trướckhi thi công lắp dựng vỏ chống bê tông liền khối, kết quả là làm tăng chi phí thi công.Khi sử dụng loại vỏ chống bê tông liền khối trong môi trường có tính ăn mòn, xâmthực lớn, tuổi thọ của kết cấu chống giảm

c, Cấu tạo.

Về hình dạng, vỏ chống liền khối có các dạng sau: vỏ chống bê tông hình vòm,tường thẳng; vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng có vòm ngược; vỏ chống bêtông hình vòm, tường cong, có vòm ngược (bao gồm cả hình tròn); vỏ chống bằng bêtông phun; vỏ chống bê tông với cốt thép mềm; vỏ chống bê tông với cốt thép cứng.Trong đó, kết cấu vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng đứng được sử dụng rỗngrãi nhất, đây là dạng kết cấu chịu áp lực lớn theo phương thẳng đứng rất tốt Dạng kếtcấu vỏ chống hình vòm, tường cong được sử dụng trong khối đá xuất hiện cả áp lựchông lớn Trong trường hợp xuất hiện cả áp lực đất đá ở phía nền thì sử dụng dạng kếtcấu vỏ chống có vòm ngược hoặc vỏ chống hình tròn

Hình 3-2-3-1: Vỏ bê tông cốt thép liền khối hình vòm tường thẳng.

Để tăng phạm vi áp dụng của loại vỏ chống này, đảm bảo cho khả năng làm việc bìnhthường của vỏ chống trong những điều kiện mức độ dịch chuyển của biên lò lớn, cóthể kết hợp vỏ chống bê tông liền khối với một lớp vật liệu lấp đầy sau khoảng trốnggiữ bề mặt ngoài của vỏ chống với đất đá bao quanh có tính linh hoạt

Do khả năng chịu kéo của bê tông kém nên khi lực gây ứng suất kéo trong vỏchống bê tông lớn đòi hỏi phải bố trí cốt thép trong vỏ chống Cốt thép chịu lực đườngkính thay đổi từ 8 đến 25mm được lắp dựng theo phương vuông góc với trục dọc côngtrình, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ lấy theo quy phạm bê tông cốt thép hiện hành.Trong thực tế, do sự biến đổi của biểu đồ mômen dọc theo vỏ chống trên mặt cắtngang nên để thuận tiện cho thi công thường sử dụng vỏ chống bê tông với cốt kép(cốt thép được lắp dựng ở cả mặt trong và mặt ngoài của vỏ chống)

Trong nhiều trường hợp, khi khối đá mất ổn định không cho phép tháo vì thépchống tạm trước khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể lưu vì thép lại trong vỏ chống bêtông để làm cốt thép cứng Cốt thép cứng có thể làm bằng vì thép I, thép lòng mo Vỏchống dạng này có thể chế tạo dưới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chốnghở

Một trong những nhược điểm của dạng vỏ chống với khung cốt chịu lực chữ I

là khả năng linh hoạt không cao Vì thế, để khắc phục nhược điểm trên có thể thay thếkhung cốt thép cứng chữ I bằng khung cốt thép linh hoạt cấu tạo bằng thép lòng mo.Các khung thép lòng mo linh hoạt được lắp dựng ngay sát gương lò đóng vai trò làmkhung chống tạm Sau khi mất hết khả năng linh hoạt và chuyển sang chế độ làm việc

“cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai tròlàm cốt cứng

d, Thi công vỏ chống

* Các sơ đồ thi công.

Theo quan hệ với công tác đào mà công tác xây vỏ chống bằng bê tông, bê tôngcốt thép có thể thi công theo các sơ đồ khác nhau:

- Nối tiếp sau khi đào, khoảng cách từ gương đào đến vị trí xây vỏ chống bằng khoảng10-20m Sơ đồ này thường dùng cho các đường lò dài và rộng, trong đó các công tácđào và xây vỏ không ảnh hưởng lẫn nhau, kết cấu chống tạm không lớn và có thể sửdụng lại

- Xây vỏ sau khi đào xong công trình: sơ đồ này dùng cho các công trình không dài vàrộng lắm, đất đá khá vững chắc.

- Xây vỏ chống đồng thời với công tác đào gương: sơ đồ này dùng cho các hầm trạmlớn, công tác đào và xây được tiến hành đồng thời mà không ảnh hưởng đến nhau

* Phương pháp thi công:

- Phương pháp thi công bằng thủ công: được sử dụng khi khối lượng đổ bê tông đổnhỏ, hạn chế tại các đường lò có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn Phương pháp này đòihỏi một khối lượng nhân lực lớn, chất lượng vỏ chống thấp, làm giảm giá thành xâydựng và tăng tốc độ đào lò Tuy nhiên ở nước ta

hiện nay thì đây vẫn là phương pháp thi công có bản áp dụng tại các đường lò, hầmtrạm tại sân giếng

- Phương pháp thi công bằng cơ giới: bê tông được vận chuyển và đổ vào phía sau cốppha nhờ hệ thống máy móc chuyên dùng Cốp pha kim lopại lắp ghép bằng các tấmlớn, hoặc cốp pha di động chạy trên đường ray tại các đường lò có tiết diện hình vòm

và hình tròn Hiện nay tại các mỏ hầm lò nước ta chưa sử dụng loại cốp pha di động

* Trình tự thi công.

Khi thi công vỏ chống bê tông liền khối các công việc được tiến hành theo trìnhtự: tháo vì chống tạm, đào móng, sửa tường, đổ bê tông móng, dụng cột và lắp dựngván khuôn phần tường, đổ bê tông phần tường, lắp ván khuôn phần vòm, lát ván và đổ

bê tông vòm

Khi thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép, để tạo cho vỏ chống có hìnhdạng cần thiết và tạm giữ khối xây bê tông chưa đông cứng, người ta dùng các khuônkim loại hoặc gỗ đặt trong lò, các khuôn này được gọi là ván khuôn (cốp pha) Kết cấuchịu tải của ván khuôn là vòm khuôn, vòm khuôn chịu toàn bộ trọng lượng của khối bêtông và trong một số trường hợp còn chịu cả trọng lượng đá nóc Vòm khuôn có thểuốn bằng thép chữ I, thép chữ C hoặc ray nhỏ theo đường biên lò Vòm khuôn cũng cóthể ghép bằng gỗ, đóng đinh lại với nhau Trong các đường lò tiết diện lớn, vòm khuôn

gỗ được tăng sức bằng các cột đứng và cột xiên

3000  4000

2000  3000

Hình 3-2-3-2: Cấu tạo ván khuôn gỗ.

11

53

3

6

1- DÇm däc 2- Cét khu«n 3- Nªm hai chiÒu 4- V¸m l¸t 5- Cèppha vßm

600

1200 1200

Hình 3-2-3-3: Trình tự đổ bê tông với ván khuôn gỗ.

Vòm khuôn được đặt trên cột qua nêm 2 chiều Giữa các cột phải có văng dọc.Trước hết cần có biên xử lý vỏ chống tạm thời tại vị trí đổ bê tông Nếu đất đá tươngđôi ổn định không có nguy cơ sập lở cục bộ, có thể tháo vì chống tạm Ngược lại nếuđất đá mềm yếu, bở rời có nguy cơ sập lở cục bộ, áp lực đất đá lớn, cần giữ nguyên vìchống tạm, chỉ bắn dịch vào phía trong, hợc sang chèn, gia cố cẩn thận Mục đích củabiên pháp xử lý vỏ chống tạm thời là giải phóng diện thi công, bảo đảm cho người vàthiết bị khỏi nguy cơ sập lở cụ bộ, đồng thời giảm tải trọng (áp lực đất đá) lên vánkhuôn và khối bê tông mới đổ vỏ chống

Móng tường được đào sâu 2530cm xuống nền lò Chiều sâu móng chọn phụthuộc vào độ kiên cố của đất đá, khi đất đá nền có hệ số kiên cố vững chắc, chiều sâumóng có thể giảm đi Móng được đào bằng cuốc xẻng, xà beng hoặc búa chèn Bê tông

đổ vào móng cần được đầm kỹ

Các công việc được tiến hành theo thứ tự tháo bỏ hoặc bắn dịch khung chốngtạm vào phía trong, đào móng, sửa tường, đổ móng, dựng cột và lắp ván khuôn phầntường, đổ bê tông tường, lắp ván khuôn, lát ván và đổ vòm Nếu có cốt thép thì cốtthép phải được buộc (hoặc hàn) thành lưới và định vị chắc chắn trước khi đổ bê tông

- Bê tông chỉ được trộn ngay tại chỗ hoặc trộn từ xa chuyển băng chuyền hoặc đườngống Thời gian từ lúc đổ nước vào máy trộn đến khi đổ bê tông không lâu quá 30-45phút

- Việc đổ bê tông phải đảm bảo cho bê tông liền khối (không bị phân lớp) Muốn vậyphải đổ bê tông liên tục, tính chiều dày mỗi lớp đổ, cách đổ và cấp phối bê tông đúngtheo thiết kế

- Bê tông được đổ thành từng lớp, mỗi lớp dày 20-30cm tuỳ thuộc vào kích thước cáchạt cốt liệu, loại máy đầm Ví dụ với bê tông cứng, đầm tay thì chiều dày mỗi lớp đổbằng 3 lần kích thước các hạt cốt liệu lớn nhất

- Khi đổ phải đầm để tăng độ liên kết, tăng độ bền và độ chống thấm của bê tông, giảmchi phí xi măng (20-30%) và cho phép sớm dỡ cốp pha

Chân vòm là nơi dễ bị phá hoại nếu không được đổ phân lớp tại chỗ này Nếuđang đổ tường mà vì lý do nào đó phải dừng lại thì tốt nhất nên dừng lại ở phía dướichân vòm một đoạn Sau khi bê tông đã đông cứng và đạt trên 70% độ bền thiết kế thì

có thể dỡ ván khuôn

e, Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép cho lò nghiêng.

Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng trong các đường lò nghiêng

cơ bản Hình dạng chủ yếu của vỏ chống trong các đường lò này là dạng vòm vớitường thẳng hoặc tường cong

- Khi góc dốc  150,kết cấu vỏ chống liền khối bằng bê tông, bêtông cốt thép giốngnhư kết cấu vỏ chống liền khối ở lò bằng

- Khi góc nghiêng  = 150  450, móng của vỏ chống cần có đáy bằng vì vậy người tathường xây móng bậc với chiều cao bậc tì 0,41m

- Khi góc nghiêng  > 300 nền được chống giữ bằng vòm ngược dạng bậc, bằng cácneo kim loại hoặc vì neo bê tông cốt thép

- Khi góc nghiêng = 45750 vỏ chống có dạng vòm, hoặc vòm có đáy ngược Cách

1020 m theo chiều dài lò nghiêng phải xây dựng một vành đế theo toàn bộ đườngbiên Việc đào đất đá trong khâu nằm giữa hai vành đế được tiến hành dưới các vìchống tạm, còn vỏ chống cố định được xây dựng theo hướng từ dưới lên trên

- Khi góc dốc > 750 vỏ chống liên khối ở lò nghiêng giống như vỏ chống liền khối ởgiếng đứng

Vỏ chống liền khối bằng bê tông cốt thép được sử dụng để chống giữ lònghiêng khi áp lực mỏ lớn hoặc phân bố không đều, hay tác dụng không đối xứng

3.2.4.Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông đúc sẵn

a, Điều kiện sử dụng

Gồm dạng cung cấu kiện thẳng và dạng cung cong Hiện nay tại nước ta khungchống bê tông lắp ghép chưa được sử dụng nhiều, tuy nhiên trong tương lai, cùng vớiviệc tăng mức độ cơ giới hoá trong các mỏ, khung chống bê tông cốt thép đúc sẵn sẽđược sử dụng rộng rãi Các cấu kiện của khung chống bê tông cốt thép lắp ghép đượcsản suất hàng loạt bằng bê tông thông thường hoặc bê tông ứng suất trước ở phânxưởng trên mặt đất

b, Ưu nhược điểm.

- Ưu điểm: So với vỏ chống bê tông liền khối, khung chống bê tông cốt thép đúc sẵn

có rất nhiều ưu điểm, có kết cấu đơn giản, ít cấu kiện (chỉ một loại) việc khớp nối làmgiảm mô men uốn trong cấu kiện, tránh dập nát bê tông tại chỗ nối Có thể lắp đặt dễdàng và nhanh chóng đồng thời với các công tác khác trong gương lò, các cấu kiện của

nó được chế tạo hàng loạt được đông cứng trong điều kiện dưỡng hộ tốt nên chấtlượng cao hơn Chúng có thể chịu được áp lực mỏ ngay sau khi lắp dựng

+ Nhược điểm: là trọng lượng các cấu kiện nặng và chi phí thép lớn.

c,Cấu tạo

Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn là một kết cấu chốnglinh hoạt nhiều khớp Vỏ chống được lắp dựng từ các khối bê tông đúc sẵn hình nêm.Tại các vị trí mối nối, để kết cấu chống có tính linh hoạt và đảm bảo tính truyền lựctheo mặt tiếp xúc giữa các tấm thường bố trí các tấm đệm gỗ dầy 30 đến 40mm

Khoảng trống sau vỏ chống phải được lấp đầy bằng đá hay loại vật liệu khác để đảmbảo sự tiết xúc giữa bề mặt ngoài vỏ chống với đất đá bao quanh

Hình 4-14: Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông đúc sẵn

Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn có hai dạng: vỏ chốngkín và không kín (hở) Dạng vỏ chống kết cấu kín được dùng để chống giữ trong cácđường lò xây dựng trong đất đá mềm yếu, không ổn định, chịu tác dụng của áp lực đất

đá từ cả bốn phía Dạng vỏ chống kết cấu hở không có vòm ngược được dùng trongkhối đá tương đối ổn định, không có hiện tượng bùng nền Chiều dầy của mỗi tấm bêtông cốt thép đúc sẵn được xác định tuỳ thuộc vào yêu cầu mang tải cả vỏ chống và cóthể đến 400mm Các khối nóc có lỗ trung tâm để lắp ráp, treo thiết bị và phun ép vữalấp đầy hoặc gia cố phía sau vỏ chống nếu cần

d, Thi công vỏ chống bê tông đúc sẵn.

Các cấu kiện bê tông đúc sẵn thường có trọng lượng lớn(90120kg), thậm chícòn nặng hơn) do đó việc lắp ráp phải được cơ giới hoá Tuy nhiên yêu cầu cơ bản đốivới thiết bị cơ giới này là chúng không được phá vỡ quy trình công tác đào Có nbiềuloại thiết bị để thi công, tbeo cách di chuyển thiết bị : tự hành, không tự hành, đặt trênbánh xe, đẩy bằng tay hoặc đầu tầu, xách tay (tháo rời hoặc toàn bộ)

3.2.5.Vỏ chống bê tông phun

a Cấu tạo và phạm vi sử dụng

Vỏ chống bê tông phun là một dạng khác của vỏ chống bê tông liền khối được

sử dụng để chống giữ các đường lò xây dựng trong đất đá ổn định, ít nứt nẻ, nằm ngoàivùng ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ Vỏ chống bê tông phun là loại vỏ

chống mới hiện nay đang được sử dụng rất hiệu quả trong các đường lò ở Việt nam vàtrên thế giới

Vỏ chống bê tông phun có khả năng mang tải ở những mức độ khác nhau: ngănngừa, bảo vệ, chống phong hoá cho bề mặt đất đá; làm vỏ chống tạm; thực hiện chứcnăng mang tải chính

Hỗn hợp vữa bê tông phun lên bề mặt công trình ngầm không chỉ làm giảm độ

gồ ghề của bề mặt mà còn xâm nhập vào các khe nứt trên biên công trình Kết quả làtạo nên một vòng đá gia cường cùng với vỏ chống thực hiện chức năng mang tải haynói cách khác là huy động được khả năng mang tải của khối đá Ngoài ra, vỏ chống bêtông phun còn có ưu điểm là có thể áp dụng cho đường lò có hình dạng bất kỳ và cókhả năng sử dụng kết hợp với nhiều dạng vật liệu chống khác

Vỏ chống bê tông phun có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các loại vậtliệu chống khác như vì neo, khung chống thép, v v… Trong những trường hợp đó, bêtông phun đóng vai trò ngăn ngừa, chống sụt lở của đất đá bề mặt biên đào trong vùngnằm giữa các khung chống, thanh neo

Để tăng khả năng mang tải của bê tông phun, hiện nay có sử dụng các dạng 1bêtông phun có lưới thép, bê tông phun sợi thép

Vỏ chống bê tông phun sử dụng rất hiệu quả khi áp dụng với công nghệ nổ mìntạo biên Bởi vì trong trường hợp đó sẽ giảm được hiện tượng đào lẹm, đảm bảo độnhẵn phẳng của bề mặt biên đào, giảm mức độ phá huỷ đất đá trên biên Điều này cótác dụngtránh hiện tượngtập trung ứng suất tại những điểm lồi lõm trên biên công trình

không có lợi cho vỏ chống đồng thời đảm bảo chức năng của vỏ bê tông phun là huyđộng khả năng mang tải của khối đá cùng làm việc.

b Thi công vỏ chống bê tông phun

Có hai loại bê tông phun cơ bản:

- Bê tông phun trộn khô

- Bê tông phun trộn ướt

Đối với bê tông phun trộn khô, các thành phần trong hỗn hợp bê tông được trộnkhô với nhau trước khi hoà với nước tại đầu vòi phun

Đối với bê tông phun trộn ướt, các thành phần của nó cũng tương tự như đối với

bê tông phun trộn khô, chỉ khác ở chỗ nước được trộn với các thành phần khác ngaytại thùng trộn còn tất cả các phụ gia được thêm vào trong hỗn hợp tại đầu vòi phun.Trong thực tế ngành mỏ, phương pháp sử dụng bê tông phun trộn khô thông thườngđược sử dụng nhiều nhất

Chất lượng của lớp bê tông phun phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng trong hỗnhợp và thiết kế thành phần hỗn hợp trộn Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào trình độ và kỹnăng của người thực hiện phun bê tông Ở đây giới thiệu một thiết kế thành phần hỗnhợp điển hình tính theo phần trăm trọng lượng khô:

sự hình thành các khe nứt co ngót trong bê tông có thể sử dụng biện pháp bổ sung vàotrong lớp bê tông phun các sợi thép dài 50 mm đường kính 0,4-0,8 mm Chúng sẽđược thêm vào trong hỗn hợp bê tông phun theo các chỉ dẫn của nhà sản xuất Khiphun bê tông, đầu vòi phun nên giữ vuông góc với bề mặt phun và cách đó một

khoảng 1,0 m Trong trường hợp dùng làm vỏ chống cố định, bê tông phun thường cóchiều dày từ 100 mm - 500 mm Nếu bê tông phun có chiều dày lớn, chúng sẽ đượcphun thành nhiều lớp để giảm lượng rơi, mỗi lớp dầy 50-70mm

3.2.6 Vì neo.

a Điều kiện sử dụng.

Những năm gần đây, phạm vi áp dụng của neo đã có tăng lên rất nhiều do sựphát triển của cơ học đá và sự tăng cường ứng dụng biện pháp gia cố đá trong xâydựng công trình ngầm (CTN), như một sự thay thế cho các phương pháp chống giữvẫn thông thường được sử dụng trong các ứng dụng truyền thống trước đây Cũng nhưvậy, sự phát triển của khái niệm neo mới đã dẫn tới việc sử dụng neo đá trong các ứngdụng không mang tính truyền thống

Vì neo được dùng trong nhiều loại công trình ngầm và trên mặt đất Ngay cảtrong điều kiện địa chất phức tạp lúc đó neo phối hợp với các loại vỏ chống khác đãchống được sự phá hoại công trình mà trước đó rất khó giữ mặc dù vỏ dày hơn

Một số loại neo dính kết như bê tông cốt thép và chất dẻo cốt thép chỉ đượctrong những điều kiện nhất định (phải theo các quy trình quy phạm), căn cứ trên điềukiện thực tế của đất đá

b Ưu nhược điểm của neo.

Các dạng neo và các kết cấu chống giữ bên ngoài khác thông thường được sử dụngkết hợp với nhau để đạt được hiệu quả tác động cao nhất có thể đối với sự ổn định củakhối đá Trong thực tế, sử dụng neo kết hợp với lưới thép và hoặc BTP có tác dụng gia

cố giữ ổn định bề mặt khối đá giữa các thanh neo, tạo ra một kết cấu chống tối ưu Mộtkết cấu chống giữ như vậy có thể sử dụng làm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cốđịnh Neo là kết cấu chống giữ có rất nhiều ưu điểm như trên, và sẽ được sử dụngnhiều trong tương lai vì những lý do sau:

+Tính đa năng có thể sử dụng với mọi công trình có hình dạng tiết diện khác nhau;+ Sử dụng đơn giản và nhanh chóng;

+ Gía thành tương đối rẻ;

+ Có thể cơ giới hoá công tác lắp đặt neo

Khi sử dụng neo, các thông số của chúng (mật độ neo, chiều dài neo) có thể thayđổi, đây là một yêu cầu thường xuyên được đặt ra để sử dụng phù hợp với điều kiệnkhối đá tại nơi sử dụng Một ưu điểm khác nữa là neo có thể dễ dàng kết hợp với cácdạng kết cấu chống khác chẳng hạn như các kết cấu chống giữ mang tính bị động, lướithép, bê tông phun hoặc vỏ bê tông đổ tại chỗ Ngoài ra, việc lắp đặt neo ngay sau khi

nổ mìn là chìa khoá quan trọng để duy trì tính liền khối ban đầu của khối đá Neo có

ưu điểm là duy trì hoặc tăng khả năng mang tải, giữ ổn định khối đá ngay lập tức saukhi lắp đặt

c Nguyên lý làm việc của vì neo.

Để đất đá không sập vào lò thì

cần phải neo lớp đất đá yếu bên ngoài

vào các lớp đất đá vững chắc bên trong

hoặc neo ép các lớp đất đá yếu lại với

nhau Mục đích của neo là tăng khả

năng mang tải của đất đá xung quanh

công trình

Có thể giải thích tác dụng trên

bằng cách sau đây:

Ta có n dầm tiết diện ngang mỗi

dầm có chiều rộng b, chiều cao h Nếu

d Một số loại neo thường gặp.

Ngày nay trên thế giới có một số các loại neo khác nhau được sử dụng Nhiềuloại neo cho thấy chúng có sự khác nhau không đáng kể về mặt kết cấu và đều dựa trêncùng một nguyên lý gia cố chung Trên cơ sở các ứng dụng thực tế, sau khi xem xétcác hệ thống neo điển hình, có thể sắp xếp các loại neo khác nhau thành các nhóm với

những đặc trưng mang tính chất đại diện cho từng nhóm Hiện nay theo một số quanđiểm mới nhất, neo sử dụng cho các đường hầm có thể được phân loại như sau:

Hình 3-2-6-2: Sơ đồ hệ thống các loại neo.

d1 Neo cơ học.

- Neo đầu nở

Các loại neo có kết cấu mở rộng đầu neo để liên kết với khối đá, kể cả loại tiêuchuẩn hay không tiêu chuẩn, đều được gọi chung là neo cơ học Sự mở rộng của khoáneo đều tuân theo những nguyên tắc chung đối với tất cả các loại neo cơ học Khi thânneo xoay trong quá trình lắp đặt, phần kết cấu dạng nêm tại khoá neo sẽ bị kéo lùi vềphía miệng lỗ khoan Thanh nêm sẽ gây ra lực đẩy các cánh của khoá neo khiến chúng

mở rộng ra và ép sát lên bề mặt thành lỗ khoan

Hai cơ chế chính để khoá neo liên kết với thành lỗ khoan đó là: ma sát và khóacứng Trong đó, cơ chế khoá cứng đóng vai trò quan trọng hơn đối với mục đích tạo ratác động chống giữ tối ưu của neo Neo cơ học đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành

mỏ, đặc biệt trong khai thác than, tuy nhiên chúng cũng được sử dụng rộng rãi trongcác dự án xây dựng dân dụng Neo thép hình nêm đã sử dụng cho thuỷ điện Hoà Bình

là một loại neo cơ học

Để có thể sử dụng làm kết cấu chống cố định, khoảng trống giữa thân neo và thành

lỗ khoan có thể lấp đầy bằng các chất lấp nhét Do đặc tính làm việc của neo, nêntrong thực tế neo cơ học chỉ được sử dụng trong các điều kiện môi trường đá cứng

và tương đối cứng Chúng không được xem xét để sử dụng trong điều kiện đá rấtcứng bởi khi đó đá rất rắn cứng sẽ ngăn cản đầu neo nở ra nên khó bám chặt vàothành lỗ khoan và neo sẽ bị 'trượt' dưới tác dụng của tải trọng

- Neo ma sát

Có thể coi neo ma sát là loại neo tiên tiến nhất trong lĩnh vực kỹ thuật gia cố đá.Hai loại neo ma sát điển hình bao gồm: "neo ống chẻ"- Split set và "neo ống nở hayneo ống phồng"- Swellex Đối với cả hai loại neo trên, sức kháng ma sát chống lại hiệntượng trượt (riêng đối với neo Swellex bao hàm thêm cả cơ cấu khoá) được sinh ra nhờ

áp lực hướng kính tác dụng từ neo lên thành lỗ khoan trên suốt chiều dài của neo Neo

ma sát là loại neo duy nhất mà trong đó tải trọng từ khối đá được truyền trực tiếp lênneo không qua bất kỳ kết cấu trung gian nào khác như kết cấu khoá cơ học hay chấtdính kết như trong các loại neo cơ học và neo dính kết

kết)

Hình 3-2-6-3: Một số loại neo đầu nở phổ biến.

Hình 3-2-3-4 Một loại neo ma sát Swellex

Phạm vi áp dụng chủ yếu của neo ống chẻ là trong công nghiệp Mỏ còn đối vớixây dựng dân dụng thì nó rất ít khi được sử dụng Trong khi đó, neo Swellex có thể sửdụng trong tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm kết cấu gia cố trong các đườnghầm dân dụng

Neo Swellex được đăng ký nhãn hiệu của hãng Atlas Copco AB, Thụy Điển

d2 Neo dính kết.

Neo dính kết được liên kết với khối đá trên thành lỗ khoan bằng vữa xi mănghoặc chất dẻo Trong thực tế thường sử dụng hai loại chính là neo bê tông cốt thép

và neo chất dẻo cốt thép

- Neo bê tông cốt thép (BTCT).

Neo dính kết đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ 50 năm trước đây trong cảlĩnh vực khai thác mỏ và các ngành xây dựng dân dụng Hầu hết các loại kết cấu neodính kết đều bao gồm các thanh thép trơn hoặc thép gân được dính kết trên suốt chiềudài của nó Vật liệu thông thường sử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng Chúng cóthể sử dụng để làm kết cấu chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiềuđiều kiện khối đá khác nhau Loại neo làm từ thép gân thường được sử dụng nhiềunhất để làm vỏ chống cố định, đặc biệt trong các công trình thuộc lĩnh vực xây dựngdân dụng Theo bảng liệt kê trên các loại neo đã sử dụng tại các công trình ngầm thuỷđiện Yaly, Hoà Bình, dự án hầm đường bộ Hải Vân, Đèo Ngang thuộc nhóm neo bê

+Neo bê tông cốt thép loại I: Chỉ các neo có một thanh thép neo loại AII hoặc AIII

+Neo bê tông cốt thép loại II: giống neo bê tông cốt thép loại I nhưng kết hợp với lưới théptreo và hệ cốt thép giữ16, AI

+ Neo AK là loại neo có cấu tạo đặc biệt gồm 3 thanh neo, liên kết với nhau bằng cácđường hàn, bên cạnh các thanh neo là ống để bơm vữa bê tông sau khi cắm neo và ống thoátkhí khi bơm vữa

Hình 3-2-3-5: Một số loại neo dính kết và neo cáp.

+ Neo SN: Với bản chất là neo bê tông cốt thép có cấu tạo lõi thép là loại thépgân, các neo SN được sử dụng trong đất đá tương đối ổn định (khi khoan tạo lỗ không

bị sập vách lỗ khoan), lượng nước ngầm nhỏ Đầu nhô ra ngoài mặt lộ của thanh neođược tiện ren theo chiều ngược chiều kim đồng hồ trên một đoạn dài ít nhất khoảng20cm; để tạo ứng lực trước cho neo người ta sử dụng bu lông và bản đệm

- Neo chất dẻo cốt thép.

Vật liệu thông thường sử dụng làm chất dính kết là chất dẻo Chúng có thể sửdụng để làm kết cấu chống tạm cũng như kết cấu chống cố định trong nhiều điều kiệnkhối đá khác nhau Mặc dù có rất nhiều ưu điểm so với neo bê tông cốt thép,nhưng dohàng loạt nguyên nhân khác nhau, chủ yếu là giá nên việc sử dụng vẫn còn bị hạn chế

Chất dẻo

Vữa xi măng Thanh thép

Bản đệm Đai ốc

Trong khi gia cố trụ bảo vệ giữa giam máy và gian biến thế của nhà máy thuỷ điện, chẳnghạn như Hoà Bình và Yaly đều sử dụng neo ứng suất trước với đặc điểm: là loại neo chủđộng, nó và làm việc ngay sau khi được lắp đặt và kéo căng trong khối đá Neo ứng suấttrước với tính năng như vậy sẽ làm triệt tiêu biến dạng, bảo đảm sự ổn định của khối đáđược neo giữ ở mức độ cao Lực căng để tạo ra ứng suất trước có thể được sử dụng tới

100120 T Trong khí đó, các neo thông thường (nêu trên) là loại neo thụ động, nó chỉchịu lực sau khi xuất hiện biến dạng nhất định trong khối đá được neo giữ Neo ứng suấttrước tuy có hiệu quả rất tốt trong việc neo giữ, bảo đảm ổn định của khối đá, nhưng docông nghệ chế tạo và lắp đặt phức tạp, vật liệu chuyên dụng, giá thành cao nên chỉ sửdụng trong những trường hợp đặc biệt cần thiết và do tổ chức thiết kế thiết kế và chỉ dẫncông nghệ gia công, chế tạo và lắp đặt (hiếm thấy được sử dụng làm gia cố tạm)

Một số loại neo mới mới được đưa vào sử dụng tại các công trình có tầm cỡquốc tế như Đèo Hải Vân là neo IBO, Sưellex

Neo IBO: Neo này dùng trong trường hợp điều kiện địa chất của đá không chophép khoan lỗ khoan để lắp các thanh neo SN Các thanh neo IBO là hệ thống neo tựkhoan ( thân neo đảm nhiệm luôn nhiệm vụ của cần khoan và một đầu của neo là mũikhoan), thanh neo IBO làm bằng thép cán nguội có ren ngược liên tục dọc theo chiềudài thân neo, vữa xi măng sẽ được dẫn qua một lỗ rỗng trong lòng của thân neo vàđược đưa vào trong đất đá qua lỗ của đầu neo

- Một số loại neo có xu hướng sử dụng trong tương lai:

Cùng với các trang thiết bị thi công ngày càng hiện đại, các công nghệ chống giữmới với mục tiêu tận dụng tối đa khả năng chịu tải của khối đá, đưa kết cấu chốnglàm việc ở trạng thái chủ động thì vai trò của neo trong xây dựng công trình ngầmcàng trở nên quan trọng (trong công nghệ đào hầm mới của Áo (NATM) kết cấugia cố chính là neo và bê tông phun ) Do vậy, neo ngày càng được sử dụngnhiều và công nghệ thi công có những bước phát triển mới nhờ những trang thiết bịhiện đại và vật liệu mới

Qua những phân tích về đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm của các loại neo nhưtrên ta nhận thấy: Neo bê tông cốt thép là loại neo có nhiều ưu điểm như giá thành

rẻ, dễ thi công và có khả năng mang tải cao Những ưu điểm đó rất phù hợp vớiđiều kiện của nước ta hiện nay Ngoài ra, hiện nay trong ngành mỏ cũng đang tiếnhành nghiên cứu áp dụng neo chất dẻo cốt thép vào để chống giữ các đường lòtrong mỏ, ngay cả đối với các đường lò trong than Tuy nhiên công nghệ và vật liệuchúng ta vẫn còn phụ thuộc vào nước ngaòi chính vì vậy sau khi áp dụnh thử

nghiệm và phía bạn chuyển giao công nghệ thì neo chất dẻo cốt thép sẽ được ápdụng rất rộng rãi trong thưòi gian tới

3.3 Chống giữ giếng đứng.

3.3.1 Khung chống bằng gỗ.

Khung chống gỗ chỉ dùng chống các giếng mỏ có tiết diện hình chữ nhật, thờigian tồn tại không lớn và giếng không sâu Hiện nay ở các nước, hầu hết các giếng mỏkhông chống bằng gỗ Ở nước ta trước đây có mỏ Làng Cẩm (Bắc Thái) chống gỗ cho

a) b) c) d)

một giếng sâu khoảng trên dưới 60m Hiện nay không còn mỏ nào dùng gỗ để chốnggiếng đứng, trừ các giếng đứng khoan thăm dò vẫn dùng gỗ để chống Gỗ chống giếngthường dùng gỗ tròn, đôi khi dùng gỗ xẻ có tiết diện hình vuông và hình chữ nhật Tuỳthuộc vào điều kiện địa chất, có thể dùng các loại khung chống khác nhau Giếng cóthể được chia thành hai ba ngăn, tuỳ theo yêu cầu và công dụng của giếng Với giếngthăm dò của các đoàn thăm dò địa chất thường chỉ có một ngăn

a Khung chống gỗ liền nhau:

Loại khung chống này dùng để chống các giếng đứng của mỏ đào qua đất đárắn cứng với thời gian tồn tại lớn hơn 10 năm, hoặc đào qua đất đá có độ bền trungbình hay tương đối mềm yếu với thời gian tồn tại dưới 8 năm Đối với các giếng thăm

dò, đoạn gần miệng giếng hoặc đoạn đào qua đất đá phủ mềm yếu, đều phải chống liềnvì

Kết cấu của khung chống gỗ gồm có hai thanh dài và hai thanh ngắn, ghép vớinhau thành khung hình chữ nhật Các khung chống được đặt sát nhau, nên không cầncài chèn Mộng nối giữa các thanh tuỳ thuộc vào tiết diện của gỗ Nếu gỗ tròn thườngdùng gỗ đơn thể hiện trên (Hình 3-3-1-1 a,b) Còn nếu dùng gỗ xẻ, thường dùng mộngđuôi cú hay mộng vuông (Hình 3-3-1-1 c, d)

Theo chiều sâu giếng, cứ cách khoảng 5-10m, người ta lại đặt một khung chống

cơ bản Cấu tạo của nó tương tự như vì chống bình thường, nhưng hai thanh gắn đượcngàm sâu vào đất đá từ 0,5 đến 0,8m (còn gọi là tai vì) Nếu đất đá mềm yếu, thìkhoảng cách giữa các khung chống cơ bản lấy ngắn hơn, khoảng từ 3 - 5m Trongtrường hợp giếng đào qua vùng đất sét, tuy là khung chống liền nhau, song các khungphải đặt cách nhau một khe hở từ 5-8cm, để đề phòng đất sét gặp nước trương nở cóchỗ thoát, tránh gây áp lực lớn lên khung chống

Các thanh ngắn của khung chống cơ bản thường được ghép từ hai thanh, saocho kích thước của chúng lớn hơn từ 2-5 cm so với thanh ngắn của khung chống bìnhthường

Khung chống liền nhau bằng gỗ tròn được thể hiện trên Hình 3-3-1

Hình 3-3-1-1: Các loại mộng nối giữa thanh dài và ngắn

Trình tự dựng khung chống liền nhau, tuỳ thuộc vào độ bền của đất đá Nếu đất

đá rắn cứng, được chống theo hướng từ dưới lên trên theo từng khâu, giới hạn bởi haikhung chống cơ bản Như vậy đầu tiên phải đặt khung chống cơ bản, sau đó đặt từngkhung chống lên trên nhau cho tới sát khung chống cơ bản của khâu chống bên trên.Trong quá trình dựng từng khung chống, nếu có khoảng hở sau khung chống, phảichèn chặt bằng đất đá

A -A

4

2

B

Hình 3-3-2-1: Khung chống liền nhau

Trường hợp đào qua đất đá mềm yếu, thì tiến hành chống từ trên xuống dưới.Khung chống bên dưới được liên kết với khung chống bên trên bằng các bằng các đinhđỉa Từng khung chống cũng phải được kích chặt chẽ với đất đá thành giếng

b Khung chống gỗ có văng đội.

Khung chống này được dùng để chống các giếng đào qua đất đá rắn cứng, ổnđịnh, diện tích tiết diện ngang của giếng không lớn và thời gian tồn tại của giếng nhỏ(dưới 8 năm) Các giếng thăm dò địa chất khi đào qua đất đá rắn cứng, đều dùng loạikhung chống này Các khung chống được đặt cách nhau từ 0,5 - 1m giữa các khungchống có văng đội bố trí ở bốn góc giếng và trên thanh dài của khung chống Mộngvăng cũng dùng ngàm tròn (mồm bích) Theo chiều sâu của giếng, cũng đặt các khungchống cơ bản cách nhau từ 6 - 12m Văng đội thường có đường kính nhỏ hơn đườngkính của khung chống từ 2 - 3 cm Khung chống này chủ yếu dùng gỗ tròn để chống

Trình tự dựng khung chống có văng đội tiến hành từ dưới lên trên trong từngkhâu Do có khoảng cách giữa các khung, nên xung quanh thành giếng phải có chènbằng ván dày từ 2,5 - 7,5cm, hoặc chèn bằng gỗ bổ đôi Khi chèn phải chèn sít vàkhoảng hở sau khung chống cũng phải lấp đầy bằng đá hay vữa nghèo (vữa nghèo tỷ lệ

xi măng và cát là 1/5 đến 1/7) Cấm dùng đá vụn để chèn kích, vì dễ rơi xuống giếnggây tai nạn lao động

1 - Tai vì (khungchống cơ bản)

7 - Ngăn thang