Cơ học kết cấu công trình ngầm - Chương 1

Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm và câu hỏi ôn tập

Chương 1 Mở đầu

1.1 Khái niệm và định nghĩa

Một công trình ngầm được hiểu là một khoảng không gian trống, được

thi công xây dựng trong lòng vỏ trái đất (kể cả trong nước hoặc dưới nước)

Cho đến nay có nhiều loại công trình ngầm, với các mục tiêu hay chức năng sử

dụng khác nhau Tùy theo mục đích và phạm vi sử dụng có thể phân ra các loại:

• Công trình ngầm dân dụng, quốc phòng và công nghiệp, gọi chung

là công trình ngầm dân dụng và công nghiệp (CTNDD&CN)

Giữa hai nhóm công trình ngầm này có những đặc điểm khác biệt rõ rệt,

thông qua bảng so sánh đơn giản như trong bảng 1-1

Bảng 1-1 Một số đặc điểm liên quan với nhóm cong trình ngầm

• Chức năng sử dụng

• Nhóm người sử dụng

• Thời gian sử dụng

-phục vụ khai thác khoáng sản -am hiểu về công trình ngầm -có giới hạn

-các mục tiêu khác nhau -không hoặc ít am hiểu -lâu dài

Quá trình hình thành và tồn tại của một công trình ngầm có thể phân ra ba

giai đoạn là:

• Chuẩn bị, bao gồm các khâu lập dự án, khảo sát, thiết kế,

• Thi công xây dựng

• Sử dụng và vận hành

Có thể nói rằng mọi công việc trong ba giai đoạn này luôn được phát

triển và đổi mới theo thời gian cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,

cùng với các kinh nghiệm thu được trong quá trình thi công cũng như trong

quá trình sử dụng và vận hành

Những kinh nghiệm, nhận thức và các phương pháp quy hoạch, thiết kế

và thi công khác nhau, tích lũy được cho đến nay, thực sự là khổng lồ và trong thực tế cũng còn có nhiều quan điểm, xu hướng khác nhau Tuy nhiên các xu hướng này cũng luôn được bổ trợ, hoàn thiện và phát triển Nhiều quan niệm

cũ, lạc hậu dần ít được sử dụng, nhưng vẫn còn có giá trị kinh điển, cơ bản; các phương pháp mới, hiện đại ngày càng được sử dụng rộng rãivà mang lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và xã hội cao Ngày nay, với các phương pháp đã có, hoàn toàn có thể thi công xây dựng được các công trình ngầm trong mọi điều kiện của vỏ trái đất, đương nhiên có sự khác biệt khi thi công trong khối đất và

khối đá, sau đây gọi chung là khối đất/đá

Để thi công xây dựng các công trình ngầm đã có nhiều phương pháp

được phát triển, có thể phân ra hai nhóm chính là:

• Các phương pháp thi công ngầm (cũng còn gọi là phương pháp mỏ)

• Các phương pháp thi công lộ thiên

Thi công ngầm có đặc điểm là mọi công tác tách bóc đất/đá và lắp

dựng kết cấu nhân tạo đều được thực hiện trong lòng đất Theo phương thức hay phương pháp đào, tách bóc đất/đá có thể phân các phương pháp thi công ngầm ra hai nhóm, như trên sơ đồ hình 1-1)

Khái niệm ‘phương pháp thi công thông thường’ và ‘phương pháp thi công bằng máy’ được sử dụng chỉ có ý nghĩa tương đối, không hoàn toàn liên quan với việc sử dụng các máy thi công Các phương pháp thuộc vào nhóm thi Hình 1-1 Phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công ngầm

máy

đào lò

RH

Phương pháp thi công bằng máy

máy khiên

đào SM

đào toàn gương

đào từng phần gương

kích

ép ống,

đào hầm nhỏ

máy khoan hầm TBM

khiên Các phương pháp thi công ngầm

công thông thường là các phương pháp cho phép tách phá đất/đá tạo nên khoảng trống ngầm có tiết diện với hình dạng và kích thước bất kỳ Các phương pháp thi công bằng máy thường cho phép tạo nên các khoảng trống ngầm với tiết diện có dạng xác định (chủ yếu là hình tròn), ít biến động trong quá trình thi công Trong thực tế cũng còn nhiều cách phân nhóm khác nhau, tùy theo tiêu chí được sử dụng để phân nhóm Chẳng hạn nếu chú ý chu trình

đào có thể phân thành hai nhóm là thi công theo chu kỳ và thi công liên tục, ví

dụ như trên hình 1-2

Các phương pháp thi công thuộc nhóm thi công lộ thiên có đặc điểm chung là toàn bộ hay từng đoạn, từng bộ phận của kết cấu nhân tạo được thi công trên mặt đất hay trong các hào thi công, hoặc các hố đào Các phương pháp thi công lộ thiên có thể được phân ra ba nhóm, theo phương thức lắp dựng các kết cấu nhân tạo như trên hình 1-3

Nói chung, dù thi công bằng phương pháp ngầm hay bằng phương pháp

lộ thiên, công việc quan trọng là phải tách bóc được một phần đất/đá để tạo ra khoảng trống ngầm (ngoại trừ phương pháp hạ chìm trong nước), nghĩa là gây tác động làm thay đổi trạng thái vật chất của khối đất/đá Trong trường hợp này biến đổi trạng thái vật chất sẽ gây ra các biến đổi trạng thái vật lý/cơ học ban đầu và do vậy trong khối đất/đá xung quanh khoảng trống ngầm sẽ diễn ra những quá trình biến đổi cơ học khác nhau Các kết quả nghiên cứu, phân tích của cơ học đất/đá đã chứng tỏ rằng hậu quả của các quá trình biến đổi đó sẽ dẫn đến các dạng biểu hiện khác nhau là:

• khối đất/đá có thể vẫn ở trạng thái ổn định hoặc

Phương pháp đào

Đào theo chu kỳ Đào liên tục khoan-nổ mìn máy đào xúc máy đào từng phần máy đào toàn gương

máy khoan hầm TBM

máy khiên đào

SM Hình 1-2 Phân nhóm

theo quy trình đào

• khối đất/đá chuyển sang trạng thái mất ổn định với các mức độ thể hiện

là có thể xuất hiện các hiện tượng tróc vỡ, tróc lở, sập lở, trượt lở , cũng như biến dạng, dịch chuyển đủ lớn), cần thiết phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật thích hợp để có thể:

• đảm bảo an toàn và ổn định khoảng không gian ngầm cũng như khối

đất/đá theo các yêu cầu nhất định trong quá trình thi công;

• đảm bảo bền vững và ổn định trong quá trình khai thác, vận hành;

• bảo vệ được các công trình đã và đang được xây dựng ở khu vực lân cận Các kết cấu nhân tạo cần thiết được lắp dựng để có thể sử dụng khoảng không gian ngầm an toàn và ổn định trong các điều kiện nhất định, được gọi

chung với khái niệm kết cấu công trình ngầm hay kết cấu chống Tuy nhiên,

với những nhận thức hiện nay, khối đất/đá, đặc biệt là khối đá cũng được sử dụng, phát huy để có thể tiếp nhận hoặc tham gia tiếp nhận các tác động cơ

học (tải trọng), cho nên trong nhiều trường hợp khái niệm ‘kết cấu công trình ngầm’ cũng được hiểu là tổ hợp bao gồm các kết cấu nhân tạo và khối đất/đá,

nghĩa là toàn bộ hay một bộ phận của khối đất/đá cũng được coi là một bộ

Hình 1-3 Các phương pháp thi công lộ thiênPhương pháp thi công lộ thiên

phận của kết cấu công trình ngầm Cũng vì vậy, thông thường sẽ sử dụng khái

niệm kết cấu chống, nếu chỉ đề cập riêng đến các kết cấu nhân tạo Khái niệm kết cấu công trình ngầm được sử dụng mang tính tổng quát hơn Các loại kết

cấu chống cùng với các phương pháp lắp dựng cũng được hiểu với khái niệm

‘phương pháp chống’

Cho đến nay có nhiều dạng kết cấu công trình ngầm đã được phát triển với những đặc thù sử dụng khác nhau Nói chung các kết cấu được hình thành trước hết phụ thuộc vào điều kiện ổn định của khối đất/đá vây quanh khoảng trống, phụ thuộc vào phương pháp thi công và phụ thuộc vào chức năng của công trình ngầm

Với những đặc điểm khác nhau về mục tiêu sử dụng, thời hạn sử dụng, nên các công trình ngầm trong ngành mỏ và các công trình ngầm trong xây dựng dân dụng và công nghiệp được quy hoạch, thiết kế và thi công xây dựng với những quan điểm và yêu cầu khác nhau Do vậy những yêu cầu và đòi hỏi

về loại hình và quy mô các kết cấu công trình ngầm cũng có những đặc thù riêng

Cơ học công trình ngầm (chính xác hơn là Cơ học kết cấu công trình

ngầm) được coi là một lĩnh vực chuyên môn với các nhiệm vụ:

• nghiên cứu và phát triển các loại hình kết cấu công trình ngầm

• nghiên cứu và phát triển các phương pháp tính toán, thiết kế các kết cấu công trình ngầm

Nếu như trong xây dựng thường nói đến môn kết cấu công trình và cơ học kết cấu một cách riêng rẽ, thì trong xây dựng công trình ngầm khái niệm cơ học kết cấu công trình ngầm bao hàm cả kết cấu công trình ngầm và vấn đề

tính toán thiết kế Tuy nhiên các loại kết cấu chống và vấn đề tính toán các kết cấu công trình ngầm cũng như các phương pháp lựa chọn, thiết kế riêng biệt

đều có những đặc thù riêng, đặc trưng bởi những tác động khác nhau của các khối đất/đá cũng như các phương pháp thi công xây dựng và các quan điểm phân tích đánh giá khác nhau Ngày nay, tính toán kết cấu công trình ngầm không chỉ dừng lại theo các nguyên tắc của cơ học kết cấu, mà còn vận dụng các kiến thức của cơ học vật rắn biến dạng, cũng như phát triển các mô hình, phương pháp tính riêng, liên quan với những đặc điểm đa dạng của các khối

đất/đá

Tại đây cũng cần lưu ý rằng các kết cấu được sử dụng để bảo vệ thành hào, hố đào trong phương pháp thi công hở (Hình 1-4) cũng rất đa dạng và tùy thuộc vào phương pháp đào, dạng thành hào, hố đào, cũng như các điều kiện về khối đất/đá

Bởi vì các loại kết cấu này không chỉ liên quan với việc thi công xây dựng các công trình ngầm, mà còn được sử dụng rộng rãi trong quá trình xây

dựng các công trình xây dựng khác, với các chức năng khác nhau, do vậy việc tính toán, thiết kế các kết cấu này được giới thiệu riêng trong giáo trình Kỹ thuật nền móng

Hình 1-4 Phương thức đào và bảo vệ hào bằng phương pháp hở

1.2 Nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản đối với kết cấu công trình ngầm

Mục đích chung của việc lắp dựng kết cấu công trình ngầm là để đảm bảo an toàn, bền vững và ổn định khoảng không gian ngầm, cụ thể nhằm bảo

vệ, đảm bảo an toàn, đảm bảo điều kiện hoạt động bình thường cho con người, các trang thiết bị, phương tiện kỹ thuật trong không gian ngầm Tuy nhiên các nhiệm vụ cụ thể của từng loại kết cấu công trình ngầm cũng còn phụ thuộc cả vào các yêu cầu riêng, mục tiêu sử dụng riêng

Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu công trình ngầm là:

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

b) Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió

Tường bảo vệ là bộ phận của kết cấu công trình

Tường cọc cừ

Tường cọc khoan nhồi

Tường hào nhồi Khung

chống

Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các kết cấu công trình ngầm mỏ cũng có thể phải đảm nhận những nhiệm vụ phụ khác, tuỳ thuộc vào những đòi hỏi, các yêu cầu xuất phát từ điều kiện thực tế và tự nhiên như:

• Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;

• Bảo vệ các đường lò khỏi bị nước xâm nhập

Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ này không mang ý nghĩa đặc biệt, song cũng có những trường hợp chúng lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đất/đá chứa nước

Các công trình xây dựng dân dụng, quốc phòng và công nghiệp thường

có tuổi thọ cao hơn, thậm chí vĩnh cửu, cho nên ngoài nhiệm vụ đáp ứng các mục tiêu chung đề ra cho các kết cấu công trình ngầm, tùy theo chức năng của

công trình, chúng còn phải thoả mãn những yêu cầu cụ thể khác nhau như cách nước, chống cháy, thẩm mỹ, vật lí khí hậu và đặc biệt là độ bền vững hay ổn

định lâu dài (bền lâu)

Ngày nay các thành tựu nghiên cứu của các lĩnh vực cơ học đất/đá

đã khẳng định rằng 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, để có

thể phát huy, sử dụng khối đất/đá thành một bộ phân chịu tải Vì vậy các biện pháp chống giữ được sử dụng cũng cần đáp ứng yêu cầu 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 kết cấu chống là một dạng gia cố hay gia công

bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, trong thực tế các kết cấu chống cũng thường

đạt được độ cứng vững nhất định, nên có thể tiến hành tính toán thiết kế và kiểm chứng được

Nói chung, để đảm bảo, giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cũng như đảm bảo ổn định, bền vững lâu dài cho các công trình ngầm, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:

Lựa chọn vị trí hợp lý bố trí công trình ngầm;

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 đất/đá;

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

Lựa chọn phương pháp chống giữ hợp lý;

Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá/đất và kết cấu công trình ngầm;

áp dụng các phương pháp khai đào không hoặc ít gây tác động xấu

đến khối đất/đá-(có thể gọi là các phương pháp đào bảo dưỡng khối đất/đá)- tức là ít gây ảnh hưởng làm thay đổi độ bền và khả năng biến dạng của khối

đất/đá

Mặc dù các kết cấu công trình ngầm có thể được lựa chọn và thiết kế theo các phương pháp, quan điểm khác nhau tùy theo các chức năng khác nhau của các công trình ngầm, song nói chung khi lựa chọn và tính toán các kết cấu công trình ngầm đều xuất phát từ các yêu cầu chung, mang tính tổng thể là: 1)Yêu cầu kỹ thuật

Kết cấu công trình ngầm phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất

định Kết cấu công trình ngầm phải bền, nghĩa là phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của kết cấu chống trong giới hạn cho phép Kết cấu công trình ngầm phải ổn định tức là dưới tác dụng của áp lực đất đá, các loại tải trọng và các tác động khác của môi trường, vẫn phải giữ được kích thước và hình dạng ban đầu, hoặc kích thướcvà hình dạng nhất định theo yêu cầu sử dụng cụ thể Tùy theo yêu cầu sử dụng cụ thể kết cấu công trình ngầm cần phải bền vững lâu dài

2)Yêu cầu theo chức năng sử dụng

Nói chung các kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép áp dụng được các khả năng cơ giới hóa trong thi công (tùy theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy; sức cản thủy động nhỏ, trong nhiều trường hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách nước, thẩm mỹ

3)Yêu cầu kinh tế

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm

do vậy được lựa chọn và thiết kế sao cho tổng vốn đầu tư ban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải là nhỏ nhất

1.3 Loại hình kết cấu công trình ngầm

Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là những kết quả, hiểu biết mới trong lĩnh vực cơ học đất, cơ học đá và thành tựu của lĩnh vực khoa học vật liệu, các kết cấu chống đựơc phát triển và sử dụng trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm ngày càng phong phú và đa dạng Sự phát triển đó cũng góp phần phát triển những công nghệ, phương pháp thi công mới, ngày càng có hiệu quả hơn Đồng thời chính những đòi hỏi về chất lượng ngày càng cao hơn, kinh tế hơn trong thực tế cũng đã tạo cơ sở cho việc phát triển nhiều loại vật liệu và kết cấu chống mới

Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình kết cấu chống các công trình ngầm, phục vụ việc phân tích lựa chọn theo những yêu cầu khác nhaucó thể sơ bộ phân loại các kết cấu chống theo những dấu hiệu khác nhau

1 Phân loại theo đặc điểm cấu tạo

Dựa theo đặc điểm cấu tạo, các kết cấu chống được phân ra ba nhóm chính

là: khung chống, vỏ chống và kết cấu tích hợp hay "hoà nhập" vào khối đá

Trên bảng 1-3 là ví dụ phân nhóm các dạng kết cấu chống theo đặc điểm cấu tạo, đồng thời cũng sơ lược giới thiệu về vật liệu chống cũng như hình dạng và tính năng, chức năng của các loại kết cấu chống đó

Lắp ghép từ các cấu kiện dạng khối, dạng tấm hay

đổ, xây tại chỗ, phun tại chổ

• khung hỗn hợp hay khung kết hợp từ các dạng khung và vật liệu khác nhau

• vỏ xây bằng gạch, đá,

đá bê tông

• vỏ lắp ghép từ các cấu kiện đúc trước: tấm pa nen bê tông cốt thép, các tấm tuyp-bing (gang, thép, bê tông cốt thép, bê tông sợi thép)

• vỏ bê tông liền khối:

bê tông phun, bê tông thường, bê tông cốt thép

• vỏ thép

Một kết cấu công trình ngầm có thể ở dạng độc lập của các kết cấu cơ bản dạng khung, dạng vỏ hay dạng tích hợp; có thể hợp thành từ một hay nhiều loại vật liệu; có thể ở dạng tổ hợp hay hỗn hợp của các dạng kết cấu

khác nhau Cũng vì vậy đôi chỗ còn sử dụng khái niệm tổ hợp kết cấu chống hay hệ thống kết cấu chống

Nói chung một tổ hợp kết cấu công trình ngầm được lựa chọn và thiết kế phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:

• mức độ ổn định và các đặc điểm địa chất, địa kỹ thuật của khối đá,

• chức năng của công trình ngầm,

• phương pháp thi công xây dựng công trình ngầm

2 Phân loại theo vật liệu

Nói chung trong xây dựng công trình ngầm, mọi loại vật liệu xây dựng

như gỗ; thép, kim loại; gạch, đá, bêtông; vật liệu tổng hợp đều có thể được sử

dụng, tùy theo yêu cầu và chức năng của công trình ngầm cũng như những đòi hỏi đối với các kết cấu chống Ngoài các vật liệu xây dựng thông thường, trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm cũng phát triển một số vật liệu với tính năng hay đặc điểm sử dụng riêng, như các loại thép hình, các ván thép

đúc sẵn)

Vật liệu cơ bản có thể là

đá, gạch, bê tông phun hoặc bê tông đổ tại chỗ (có hoặc không có cốt thép, sợi thép, lưới thép), bê tông cốt thép, sợi thép đúc sẵn dạng tấm hay mảng, tấm thép, gang, kim loại

3 Phân loại theo hình dạng kết cấu

Các kết cấu chống có thể được lựa chọn, thiết kế và lắp dựng với nhiều

hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm xuất hiện áp lực hay tải trọng lên kết cấu chống, tùy thuộc vào loại và hình dạng của công trình ngầm, đặc điểm cấu trúc của khối đá và các yêu cầu kỹ thuật Nói chung trong thực tế các kết

cấu chống thường có các dạng dầm đơn, cột đơn, dạng hình thang, hình đa giác, hình chữ nhật, hình vòm, hình móng ngựa, mõm nhái, tròn, ellíp ; các kết cấu có thể ở dạng kết cấu kín (bao kín mặt lộ của khối đá) hay kết cấu hở

nhật, đa giác, các dạng hình vòm, tròn, ellíp

Khung chống dạng kín hay hở

Kết cấu chống dạng vỏ chữ nhật, đa giác, vòm, tròn, ellíp

Tiếp xúc diện với mặt lộ khối đá, với các dạng liên kết khác nhau

Bê tông phun, thích hợp với hình dạng bất kỳ, gia cố bề mặt khối đá

4 Phân loại theo chức năng, nhiệm vụ

Tùy thuộc vào mức độ mất ổn định của khối đất/đá, tùy thuộc vào phương pháp thi công và tùy thuộc vào loại công trình ngầm, một số loại kết cấu nhân tạo có thể được lắp dựng trước, trong hoặc sau khi thi công khoảng

không gian ngầm Các kết cấu nhân tạo này thường được gọi là kết cấu chống tạm hay kết cấu bảo vệ

Cũng tùy thuộc vào loại khối đất/đá, tùy thuộc vào chức năng của công trình ngầm cũng như thời gian cần sử dụng (tuổi thọ), một số loại kết cấu nhân tạo được lắp dựng để đảm bảo bền vững và ổn định công trình ngầm trong suốt quá trình sử dụng, vận hành khoảng không gian ngầm, thỏa mãn các yêu cầu

theo chức năng của công trình ngầm Loại kết cấu này được gọi là kết cấu chống cố định

Chủ yếu làm kết cấu chống

cố định, riêng bê tông phun, vỏ tuyp-bing có thể

có chức năng chống tạm và chống cố định

5 Phân loại theo tính năng kỹ thuật

Tùy theo tính năng kỹ thuật, các kết cấu chống thường được phân biệt

theo hai nhóm là kết cấu tích cực, gia cố hay chủ động và kết cấu thụ động, chống đỡ

Kết cấu chống có thể cải thiện được trạng thái của khối đá, hoặc cải thiện được khả năng nhận tải và biến dạng của khối đá được gọi là kết cấu tích

cực, chủ động hay kết cấu gia cố khối đá và cũng còn được gọi là kết cấu chống giữ Các kết cấu với chức năng chủ yếu là tiếp nhận các tác động cơ học

hình thành do các quá trình biến đổi cơ học trong khối đất/đá, được gọi là kết

cấu thụ động hay kết cấu chống đỡ

Chủ yếu đóng vai rò kết cấu chống thụ

động, tiếp nhận các loại tải trọng

6 Phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu

Theo tính chất hay biểu hiện biến dạng và khả năng chịu tải, có thể phân

các kết cấu chống thành các nhóm là rất cứng, cứng và mềm với các đặc điểm

được định nghĩa như trong bảng 1-2

Bảng 1-2 Loại kết cấu và các khả năng nhận tải tương đối

Khả năng nhận tải tương đối Kết cấu

gọi là kết cấu chống linh hoạt hình dạng và linh hoạt kích thước

7 Phân loại theo mức độ liên kết, tiếp xúc với khối đất, đá

Tùy theo sự liên kết cũng như tiếp xúc với khối đá vây quanh khoảng không gian ngầm, các loại kết cấu chống được phân ra các nhóm sau:

- kết cấu xâm nhập, hòa nhập vào khối đất/đá, hay tích hợp với khối đất/ đá,

ví dụ các loại neo, vữa khoan phụt, các kết cấu cọc, ván thép và ô ống;

- kết cấu không liên kết, liên kết ít, hoặc liên kết hoàn toàn với khối đá vây quanh không gian ngầm, thể hiện qua khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp xuất

hiện tại bề mặt hay vị trí tiếp xúc giữa mặt lộ của khối đất/đá và kết cấu chống

-tiếp xúc giữa kết cấu chống và khối đất/đácó thể ở dạng tiếp xúc điểm (neo) tiếp xúc đường (khung chống) hoặc tiếp xúc mặt (vỏ chống)

Sau đây phân tích và giải thích rõ hơn một số khái niệm và vấn đề cơ bản

Kết cấu chống tạm

Kết cấu chống tạm cũng còn gọi là kết cấu bảo vệ, có nhiệm vụ trước

tiên là chống giữ khoảng không gian ngầm từ sau khi đào cho đến khi lắp dựng kết cấu chống cố định Mặc dù chỉ được gọi là tạm thời, song kết cấu này đặc biệt có ý nghĩa trong xây dựng công trình ngầm, bởi lẽ khả năng biến dạng, mối liên kết với khối đất/đá và thời điểm lắp dựng chúng có ảnh hưởng lớn đến

sự thành công về kỹ thuật và kinh tế của một biện pháp xây dựng Trong thực

tế, nhất thiết phải có biện pháp bảo vệ người và thiết bị khi tiếp tục đào một

chu kỳ mới hay một đoạn công trình ngầm mới, nếu khối đá không có đủ thời gian ổn định không chống cần thiết

Kết cấu chống tạm được lắp dựng tùy thuộc mức độ ổn định của khối đá,

cụ thể:

• có thể phải lắp dựng trước khi đào, hoặc

• có thể lắp dựng trực tiếp ngay sau khi đào hay sau một khoảng thời gian nhất định sau khi đào, hoặc

• phối hợp cả trước và sau khi đào khoảng không gian ngầm

Khi thời gian tồn tại ổn định (thời gian ổn định không chống) của khối

đất/đá rất nhỏ (vài giây, vài phút), bắt buộc phải sử dụng các giải pháp chống trước để bảo vệ khỏang không gian ngầm sau khi đào, tức là tiến hành lắp dựng kết cấu chống tạm thích hợp trước khi tiến hành đào khoảng trống Kết cấu chống trước có nhiều dạng khác nhau Các kết cấu cổ điển thường là đóng nhói, đóng cọc bằng gỗ; ngày nay được thay thế bằng cọc thép, ván thép; ngoài ra tùy theo điều kiện thực tế còn sử dụng các biện pháp như khoan phụt (khoan ép gia cố), neo khoan phụt, ô ống bảo vệ

Ví dụ một kết cấu chống tạm kết hợp chống trước và chống sau khi đào,

sử dụng trong trường hợp gặp khối đất/đá kém ổn định, thường ở dạng tổ hợp của các loại hình trên như cọc thép kết hợp với bê tông phun và khung thép

Các kết cấu chống tạm lắp dựng sau khi đào thường được tạo nên từ

bêtông phun, neo, lưới thép, lưới chất dẻo, khung gỗ, khung thép ở quy mô và

mức độ kết hợp nhất định, tùy thuộc vào mức độ ổn định của khối đá

Thép tấm hay ván thép được sử dụng chủ yếu khi thi công công trình ngầm được bố trí trong khối đất Chúng được bố trí lệch nhau, có đoạn chồng lên nhau Do kỹ thuật thi công thường tạo nên các khoảng rỗng, do vậy các khoảng rỗng lại phải được lấp đầy bằng vữa hay bê tông phun, nhằm hạn chế dịch chuyển Sau đó trong quá trình đào các khung thép được lắp dựngvà