Nghiên cứu tính toán và thi công đường hầm bằng phương pháp khiên đào trong điều kiện tp HCM

Vì vậy nghiên cứu về phương pháp khiên đào trong đường hầm cũng là một cách tiếp cận về công nghệ tiên tiến trên thế giới nhằm ứng dụng vào các công trình thực tiễn tại Thành phố Hồ Chí

Trang 1

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ GIA HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHIÊN ĐÀO TRONG

ĐIỀU KIỆN TP HCM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2007

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Trang 3

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : TS Lê Bá Khánh

MỤC LỤC

Trang

Phần Mở Đầu : Đặt Vấn Đề Nghiên Cứu 7 Chương 1: Hệ Thống Phân Loại Đất Đá Trong Thi Công Hầm Và Điều Kiện

Chương 3: Cơ Sở Tính Toán Đường Hầm Thi Công Bằng PP Khiên Đào 78

Chương 4: Tính Toán Đường Hầm Trong Điều Kiện Địa Chất Ở TP HCM 94

Phần Kết Luận Và Kiến Nghị

Trang 4

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong những năm gần đây Việt Nam là nước có sự phát triển mạnh mẽ về mọi mặt, đặt biệt là sự kiện Việt Nam chính thức gia nhập tổ chức Thương mại Thế Giới (WTO) kể từ ngày 11/01/2007 Trong công cuộc hiện đại hoá và công nghiệp hóa đất nước việc xây dựng hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò rất quan trọng, góp phần xây dựng đô thị hiện đại, thu hút đầu tư từ nước ngoài Tuy nhiên tại các Thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… đất đai rất đắt đỏ và khan hiếm, giải quyết tình trạng ách tắc giao thông, ô nhiễm môi trường, ngập úng vào mùa mưa cần có một hệ thống giao thông hoàn chỉnh Trong thời gian tới việc xây dựng hệ thống công trình ngầm trong điều kiện như thế là rất cần thiết và phù hợp với xu hướng quy hoạch đô thị trong tương lai Thành phố Hồ Chí Minh là một thành phố đầy năng động, thu hút nhiều thành phần đầu tư, có tốc độ phát triển kinh tế rất cao Nhu cầu giao thông công cộng là rất lớn Vì vậy xây dựng các tuyến đường hầm là rất cần thiết Trong xây dựng đường hầm, phương pháp xây dựng đường hầm đóng vai trò rất quan trọng nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất tuyến công trình đi qua, vị trí sử dụng đất của tuyến công trình

2 MỤC ĐÍCH

Aùp dụng phương pháp khiên đào trong điều kiên địa chất và vị trí trong khu đô thị như Thành phố Hồ Chí Minh Lập cơ sở tính toán để tính kết cấu công trình ngầm ứng với trường hợp này

Trang 5

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về phương pháp thi công đường hầm bằng khiên đào trong điều kiện địa chất tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Tính toán kết cấu công trình ngầm trong trường hợp sử dụng khiên đào

4 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Trong điều kiện Việt Nam chưa có nhiều kỹ thuật và kinh nghiệm các công trình thực tế về thi công cũng như phát triển công nghệ đường hầm thì những nghiên cứu ứng dụng các phương pháp đã được áp dụng ở các nước phát triển là cần thiết Vì vậy nghiên cứu về phương pháp khiên đào trong đường hầm cũng là một cách tiếp cận về công nghệ tiên tiến trên thế giới nhằm ứng dụng vào các công trình thực tiễn tại Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên lãnh thổ Việt Nam nói chung

Trang 6

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG HẦM VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT Ở TP HỒ CHÍ MINH

1.1 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG HẦM

Trong quá trình thực hiện công trình ngầm việc xác định được loại đất đá nhằm một số mục đích sau:

- Xác định những thông số cơ bản nhất ảnh hưởng đến trạng thái đất đá

- Phân chia khối đất đá thành các nhóm có ứng xử tương tự nhau

- Xác lập cơ sở để nhận biết đặt tính của từng nhóm

- Lập tương quan thực nghiệm về các đặc điểm của khối đất đá ở điều kiện đang xét so với các điều kiện tương tự khác

- Nêu ra những số liệu định lượng để tham khảo cho thiết kế

- Làm cơ sở chung cho việc thông tin, thu thập dư liệu giữa các kỹ sư xây dựng và các nhà địa chất

Có rất nhiều phương pháp phân loại khối đất đá, tuy nhiên theo phương pháp luận có thể chia làm hai nhóm:

- Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo tải trọng khối đất đá

- Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo thời gian

Phân loại cấp đất đá theo hệ số bền vững f của M M Protodjakonov

Bảng 1.1

II Rất chắc Đá granit rất chắc, các loại đá pocfia thạch anh, silic, quaczit, cát kết và đá vôi rắn

chắc nhất

15

II Chắc Granit chặt, cát kết và đá vôi rắn rất chắc Mạch quặng thach anh Cuội kết rắn chắc 10

Trang 7

Quặng sắt rất rắn chắc IIIa Chắc Đá vôi rắn chắc Granit kém rắn chắc Cát kết rắn chắc Đá hoa, đolomit rắn chắc 8

V

Va Trung bình Trung bình

Phiến thạch sét rắn chắc Cát kết và đá vôi kém rắn chắc Cuội kết mềm Phiến thạch kém rắn chắc Các loại đá manơ chặt

4

VI Khá mềm Phiến thạch mềm Đá vôi, đá phấn, muối mỏ, thạch cao rất mềm Đá manơ thường

VIa Khá mềm Phiến thạch bị phá hoại, than đá rắn chắc 1,5

X Đất chảy Đất cát chảy, đất lầy, đất lót bị chảy nhão và các loại đất chảy nhảo khác 0,3 Phân loại cấp đất đá theo phương pháp Terzaghi: phương pháp này đánh giá tải trọng của đá, xác định vùng suy yếu trên nóc công trình phụ thuộc vào chiều rộng b và chiều cao h của đường hầm như bảng 1.2 sau:

Bảng 1.2 Cấp đất đá vùng suy yếuChiều cao Phản ứng của đất đá

A- Đá cứng cấu tạo khối 0 – 0,25b Có thể nổ đá, sập lở nhỏ, không có áp lực bên sườn hầm B- Đá cứng: phân lớp ngang

Phân lớp đứng 0 – 0,25b 0 – 0,5b Sập lở nóc, không có áp lực bên sườn hầm C- Đá cứng, nức nẻ không

D- Đá cứng chắc, nức nẻ: đá

cứng và giòn, đất rời

Trang 8

Phương pháp chỉ số của khối đá RMR (Rock Mass Rating) do Bieniawski đề xuất Nó dựa trên 6 thông số đo ở hiện trường và trong lỗ khoan

RMR = Rβ + RRQD + Rdj + Rcj + Rw + Roj

Trong đó: RR β : kể đến độ bền nén đơn trục của mẫu đá;

RRQD : xét tới chỉ số RQD;

Rdj : xét khoảng cách mặt gián đoạn;

Rcj : xét đặc điểm gián đoạn;

Rw : xét ảnh hưởng của nước trong khối d;

Roj : xét hướng của các mặt gián đoạn

Phương pháp NGI (Norway Geotechnical Institute): phường pháp này do Viện địa kỹ thuật Na Uy đề xuất đánh giá chất lượng đá trong đường hầm thông qua hệ thống Q

w r

J J RQD

Q

=

Trong đó: RQD được lấy chẵn từ 5 đến 10 đến 100;

Jn: chỉ số ảnh hưởng của số lượng các hệ khe nứt;

Jr: chỉ số thể hiện độ nhám của khe nứt;

Ja: chỉ số thể hiện trạng thái của khe nứt khi thành khe nứt tiếp xúc được với nhau khi trượt

1.2 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU - ĐỊA CHẤT TẠI TP HCM

1.2.1 Đặc Điểm Khí Hậu

Thành phố Hồ Chí Minh có điều kiện khí tượng thuỷ văn trong khu vực mang các nét đặc trưng khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, hàng năm có hai mùa rõ rệt là mùa khô mùa mưa; khí hậu có tính ổn định cao, sự thay đổi giữa các năm nhỏ, hầu như không có bão lụt hoặc chỉ bị ảnh hưởng nhẹ, không đáng kể

Trang 9

Nhiệt độ không khí ít thay đổi giữa các tháng trong năm, biên độ dao động khoảng từ 10oC – 15oC, nhiệt độ trung bình hằng năm là 27oC

Độ ẩm không khí rất cao, vào các tháng mùa mưa độ ẩm không khí lên đến mức bão hòa 100%, vào các tháng mùa khô độ ẩm giảm

Lượng bốc hơi hằng năm tương đối lớn, lượng bốc hơi lớn trong các tháng mùa khô, bình quân trong các tháng nắng: 5 – 6 mm/ ngày

Chế độ mưa:

- Lượng mưa vào mùa mưa chiếm 95% lượng mưa cả năm

- Lượng mưa vào mùa khô chiếm 5% lượng mưa cả năm

- Số ngày mưa trung bình năm: 154 ngày

- Số ngày mưa trung bình tháng: 22 ngày (mùa mưa từ tháng tư đến tháng 11)

- Lượng mưa bình quân năm: 1979 mm

- Cường độ mưa: được thống kê với chuỗi số liệu từ 1953 đến 1989, một biểu đồ mưa được xây dựng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh biểu thị mối tương quan giữa cường độ mưa và thời gian mưa theo các tần suất khác nhau Biểu đồ này được sử dụng đưa vào tính toán

Bức xạ mặt trời: Lượng bức xạ mặt trời trong năm phụ thuộc vào số giờ nắng trung bình, cực đại, cực tiểu; số giờ nắng trung bình tăng lên trong các tháng ở mùa khô từ 222,7 giờ đến 272 giờ (tháng 12 đến tháng 3), vào mùa mưa số giờ nắng trung bình giảm từ 195,4 (tháng 5) xuống 162 giờ (tháng 9) Số giờ nắng trung bình cả năm 2488,9 giờ

Gió bão:

Vùng duyên hải Việt Nam có hai mùa gió chính Đông Bắc và Tây Nam với tốc độ trung bình 5 - 10m/s;

Trang 10

Khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu rất ít chịu ảnh hưởng của gió bão, nếu có cũng chỉ là bão cuối mùa, tốc độ gió thường không lớn, tốc độ gió lớn nhất đo được 36m/s vào các năm 1972 theo hướng Đông Theo báo cáo kết quả tổng hợp qua các năm của các thời kỳ, khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu tồn tại 3 hệ thống gió chính như sau:

- Hướng Tây Nam: tần suất 63%, xuất hiện từ tháng 7 – 10, tốc độ gió trung bình từ 4 – 8m/s, tốc độ lớn nhất 28m/s

- Hướng Đông Nam: tần suất 30%, xuất hiện từ tháng 2 – 6, tốc độ gió trung bình từ 1 – 12m/s, tốc độ lớn nhất 24m/s

- Hướng Đông Bắc: tần suất thấp nhất chiếm 7%, thời gian xuất hiện từ tháng 11 năm trước đến tháng 6 năm sau, tốc độ gió trung bình từ 1 – 8m/s, tốc độ lớn nhất 24m/s

Chu kỳ xuất hiện gió có tốc độ trên 20m/s rất lớn:

- Tốc độ v = 25m/s khoảng 10 năm 1 lần

Theo các số liệu của Đài khí tượng thủy văn thành phố Hồ Chí Minh, trong thời kỳ 1929 – 1983 đã ghi nhận được cả thảy 6 cơn bão đi qua khu vực Vũng Tàu – thành phố Hồ Chí Minh, tốc độ gió cực đại không quá 30m/s Theo tính toán, tốc độ gió với tần suất 1% là 38m/s

Nói chung, khí tượng thời tiết không ảnh hưởng đến việc thi công công trình, tuy nhiên nên hạn chế thi công trong mùa mưa các hạng mục cần tránh mưa

1.2.2 Điều kiện thuỷ văn

Thành phồ Hồ Chí Minh nằm ở hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai; sông Sài Gòn bắt nguồn từ tỉnh Tây Ninh, chảy xuôi đến hợp lưu với sông Đồng Nai tại

Trang 11

phía Nam Cát Lái (Đèn Đỏ); sông Đồng Nai là sông lớn thứ hai tại miền Nam Việt Nam về lưu lượng cũng như chiều dài Sông Đồng Nai bắt nguồn từ cao nguyên Trung Nam Bộ, nhập vào sông La Ngà trước khi đổ vào hồ chứa Trị An, tại hạ nguồn hồ chứa, sông nhận nước từ Sông Bé và chảy xuôi vào sông Sài Gòn để tạo thành sông Nhà Bè

Diện tích và chiều dài của các sông chính trong lưu vực được ghi trong bảng dưới đây:

Bảng 1.1: Phác họa các sông chính Tên sông Diện tích lưu vực (km2) Chiều dài (km)

Theo hồ sơ thu thập được từ Trung tâm khí tượng thủy văn phía Nam, mực nước lớn nhất giao động với chu kỳ thủy triều cho 1 ngày và đêm, từ 13 đến 28 tháng 6, 1993 là

H triều lớn nhất = 2.97 m

Tại Trạm Phú An trên sông Sài Gòn (106042’ vĩ độ Bắc khoảng 350m thượng lưu của địa điểm hầm Thủ Thiêm)

Trang 12

Mực nước cũng bị ảnh hưởng của các biến động khí hậu theo mùa: mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 12), sau đó là mùa khô Chênh lệch mực nước khoảng 75cm giữa tháng 10 (cả hai tháng đều là tháng mưa lớn nhất) và tháng Ba- tháng

Tư (các tháng khô nhất) Trong mùa khô, do lưu lượng thấp, ảnh hưởng độ mặn của sông tương đối quan trọng:

Lưu lượng của sông tuỳ thuộc phần lớn vào mực nước mưa trong lưu vực; lượng mưa trung bình hàng năm trong khu vực khoảng 1548 mm, thấp nhất trong miền duyên hải (1200mm) và tăng dần trong vùng Đông Bắc( 1600-2000mm) Kiểu lưu lượng sông trong lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn được xác định như sau:

- Lưu lượng của sông phụ thuộc phần lớn vào mực nước mưa Mực nước rất thấp trong mùa khô, đặc biệt vào cuối mùa khô (tháng 3- tháng 4) và cao trong mùa mưa, nhất là vào tháng 8 và tháng 9

- Việc vận hành của hồ chứa Trị An và Dầu Tiếng ảnh hưởng lớn đến lưu lượng của sông Đặc tính của dòng chảy sông tại hạ lưu sẽ thay đổi

- Căn cứ vào mực nước hàng năm cao nhất/thấp nhất do Trung tâm khí tượng thủy văn miền Nam cung cấp, đặc tính mực nước theo các tần số khác nhau tại trạm Phú An được trình bày trong bảng sau đây:

Bảng 1.2: Mực nước tối đa/tối thiểu hàng năm

•P (%) Tần suất

(năm)

Hcao nhất (cm)

Hthấp nhất (cm)

Trang 13

Hồ sơ về mực nước, lưu lượng và lưu tốc tại trạm Phú An từ 22/2/1995 đến

03 tháng 3/1995 được tóm tắt trong bảng dưới đây:

Bảng 1.3: Tóm tắt hồ sơ mục nước tại trạm Phú An

H cao nhất 135 (triều cường) Mực nước (m)

H thấp nhất -1.57 (triều ròng)

Tốc độ dòng chảy

Tốc độ dòng chảy quan trắc vào tháng 4/1994 tại trạm Phú An được trình bày trong bảng sau đây:

Bảng 1.4: Tốc độ luồng vào tháng 4/1994 tại trạm Phú An

Tốc độ dòng chảy

1.2.3 Đặc điểm địa chất công trình

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong đồng bằng ngập lũ thành tạo bởi các sông Mê Kông, Sài Gòn và Đồng Nai; trầm tích hình thành do sự tăng trưởng luỹ tiến của các đồng bằng châu thổ thành tạo bởi các bồi tích từ các con sông nguyên thuỷ do lấn biển, do sự dao động lên xuống của mực nước biển trong thời kỳ băng hà của kỷ Pleistocene; kỷ Holocene đã chứng kiến sự lấn biển chủ yếu cuối cùng với mực nước biển dâng cao cách đây khoảng trên 10.000 năm Kết quả của biển lấn cuối cùng này, các lớp sét biển mềm yếu hiện bao phủ phần lớn đồng bằng ngập lũ và có thể có bề dày 30m; thành tạo than bùn, tích tụ các lớp bồi tích đầm lầy nước lợ và các bãi cát biển hoặc các doi cát cũng có thể chứa đựng trong các lớp sét này và do đó chúng có thể hoàn toàn đồng nhất

Trang 14

Các bồi tích khác được đại diện bằng một trình tự chu kỳ cát chặt và sét cứng đến rắn Chúng chịu sự mài mòn của đoạn gần mặt đất và laterít gây nên vượt cố kết và có các đặc tính được cải thiện, một số bồi tích khác cũng được tìm thấy tại độ sâu nông phía dưới trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh, kéo dài từ trung tâm đến phía Tây Bắc; tại những nơi khác, gần sông Sài Gòn về phía Tây Bắc, trong vùng Thủ Thiêm, Bình Thạnh…, lớp sét mềm chiếm phần lớn bề mặt; thỉnh thoảng cũng tìm thấy các kênh sâu của sét mềm yếu tại trung tâm thành phố Hồ Chí Minh

Cao độ nước ngầm cũng gặp gần mặt đất tự nhiên; có sự thay đổi nhẹ theo mùa giữa mùa mưa và mùa khô

Các nguồn nước ngầm có thể khai thác được trong lớp cát sâu hơn của các lớp bồi tích cũ; tuy nhiên việc khai thác đã không được thực hiện và các khó khăn đi kèm nảy sinh từ việc lún sụt đất trong vùng như đã xẩy ra tại Băng Cốc và Hà Nội là không dự kiến được;

Theo kết quả thăm dò địa chất các công trình tại Thành Phố Hồ Chí Minh có thể chia làm 2 khu vực chính như sau :

Khu vực đất yếu: đó là khu vực Cần Giờ, Nhà Bè, Quận7, Quận 4, Quận 8, Quận 6, một phần Quận 5, một phần Quận Bình Thạnh, Hóc Môn và một phần phía nam Thủ Đức Nơi đây ngay từ trên mặt đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ sâu 20m – 30m, sau đó là lớp sét dẻo mềm đến dẻo cứng có trị số SPT tăng dần từ 10-15 lên 35-50 Trừ phía Bắc Thủ Đức sớm gặp đá gốc, còn thường đến độ sâu 50 – 80 mét vẫn là các sản phẩm của trầm tích đệ tứ gồm cát hoặc sét cứng Khu vực đất tương đối yếu: diện phân bố khu vực này chiếm phần lớn Quận

1, Quận 3, một phần Quận 5, Quận Tân Bình, Quận Gò Vấp, phần lớn Quận Phú Nhuận, Hóc Môn và Củ Chi Ở đây thay cho lớp bùn là lớp sét Laterit hóa khá cao có bề dày tương đối ổn định từ 3 đến 5m (sau khi loại bỏ lớp đất trồng trọt

Trang 15

hoặc đất lấp ở trên mặt) Cường độ chịu tải của lớp Laterit này khá cao vì trị số SPT thường lớn hơn 25 Tiếp theo lớp sét Laterit ta gặp lớp cát mịn chặt vừa thường có chiều dày 15 đến 20m

1.3 NHẬN XÉT SƠ BỘ

Qua sơ bộ nghiên cứu về khí hậu, thủy văn, địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh ta nhận thấy có một số đặt điểm nổi bật sau:

- Về khí hậu: để đảm bảo chất lượng công cũng như an toàn trong quá trình thi công nên hạn chế thi công trong mùa do mực nước ngầm dâng cao, khó khăn trong công tác phòng nước

- Về thủy văn: Chế độ thủy văn tương đối điều hòa, tuy nhiên trong quá trình thiết kế và thi công phải tính đến ảnh hưởng của chế độ thủy văn để đảm bảo ổn định công trình

- Về địa chất: Chia làm hai khu vực Khu vực đất yếu: nơi đây ngay từ trên mặt đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ sâu 20m – 30m, bên dưới mới là lớp sét lẫn cát, sỏi nên ảnh hưởng đến việc xử lý nền móng và cao độ đặt đường hầm Khu vực đất tương đối yếu: có lớp sét Laterit hóa khá cao có bề dày tương đối ổn định từ 3 đến 5m (sau khi loại bỏ lớp đất trồng trọt hoặc đất lấp ở trên mặt), tiếp theo là lớp cát mịn chặt vừa thường có chiều dày 15 đến 20m khu vực này tương đối thuận lợi trong việc xử lý nền móng

- Dựa vào các lớp đất sơ bộ của cấu tạo địa chất tại thành phố Hồ Chí Minh

ta nhận thấy: sau lớp đất bề mặt là lớp đất sét hữu cơ có hệ số bền vững khoảng

f = 0,6 (F) kế đến là lớp sét lẫn cát sỏi và cát kết, cuội, sỏi có hệ số bền vững khoảng f = 4 (F) và tiếp theo là lớp sỏi cuội cứng có hệ số bền vững khoảng f =

10 (F) Do đó để thuận lợi cho việc xử lý nền móng nền đường và việc bố trí cao trình đường hầm sơ bộ có thể đặt đáy đường hầm vào lớp đất sét lẫn cát sỏi và

Trang 16

cát kết, cuội, sỏi Sơ đồ mặt cắt tổng thể cấu tạo địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh được thể hiện ở hình 1.1

KUMAGAI GUMI CO., LTD.

Cấu tạo các lớp đất của TP Hồ Chí Minh

Trang 17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM

TRONG ĐẤT YẾU

Việc xây dựng công trình ngầm trong đất yếu bảo hòa nước là một bài toán phức tạp, đặc biệt khi công trình đi qua các thành phố đã xây dựng dày đặc các công trình khác bên trên cũng như hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác Trong điều kiện trên việc xây dựng các công trình ngầm thường làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận, điều kiện sinh hoạt và giao thông đô thị

Trong những năm gần đây ở Việt Nam các công trình ngầm đã tăng lên đang kể, đặc biệc là các công trình đòi hỏi kỹ thuật cao trong thành phố và có điều kiện địa chất, thủy văn phức tạp Vì vậy cần có cái nhìn tổng quan về các phương pháp thi công để có thể chọn được phương pháp phù hợp với điều kiện cụ thể

2.1 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM

2.1.1 Phương Pháp Đào Lộ Thiên

2.1.1.1 Mở hố móng theo mái dốc

Phương pháp này đào đường hầm tương đối nông, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh tương đối ít khi thi công Khi thi công theo phương pháp này chỉ dựa vào mái dốc thích hợp để giữ ổn định Dùng phương pháp này khối lượng đào đất đá sẽ tăng lên so với phương pháp khác nhưng dễ cơ giới hoá, tốc độ thi công nhanh, chất lượng được đảm bảo Khi công trình nằm ở vị trí có mực nước ngầm thì có thể dùng các giếng bơm nước để hạ mực nước ngầm Tuy nhiên phương pháp này đào không được sâu cũng như khó có thể áp dụng trong vùng đất yếu

2.1.1.2 Mở hố móng che chống kiểu công xon

Trang 18

Mở hố đào có tường chắn: kết cấu tường chắn được cắm sâu vào dưới hố móng đề cân bằng áp lức với khối đất đá được đào đi Đào đến cao trình thiết kế xong mới tiến hành thi công kết cấu chính của công trình ngầm Do hố móng không có thanh chống nên mặt bằng thuận lợi cho việc thi công cơ giới hóa và dễ đảm bảo chất lượng công trình Khuyết điểm kết cấu che chắn phức tạp làm tăng giá thành công trình và thi công khó

Hình 2.1 Sơ đồ mở hố đào che chống kiểu conson

Kết cấu che chống thường dùng cọc gỗ, cọc thép, cọc đóng trong lỗ, cọc nhồi, cọc bê tông đúc sẵn

Để tăng cường độ và độ cứng của tường chắn, giảm thiểu biến dạng và chuyển vị thường dùng các biện pháp sau:

1- Thiết kế kết cấu che chống với mặt cắt ngang có độ cứng tương đối lớn 2- Phần trên che chống có dầm giằng nhằm tăng độ cứng của toàn hệ thống

3- Đào bỏ bớt lớp đất phủ bên ngoài hố móng nhằm giảm áp lức đất lên tường chắn

Trang 19

4- Hút nước ngoài khu vực hố móng để hạ mực nước ngầm và dùng vữa lèn chặt, cọc phun xoay, cọc nhào trộn hoặc cọc phun xi măng và một số biện pháp khác để gia cố đất làm giảm áp lực thành bên

5- Dùng giếng kim hạ mực nước ngầm trong hố móng nhằm gia cố đất và tăng sức chịu lực của đất đáy hố móng

6- Trong hố móng bố trí chân bảo vệ bằng cách để lại một bờ đất nguyên dạng để giảm thiểu chiều cao kết cấu chống lộ ra khi đào hố móng Đợi đến khi đào đến cao trình thiết kế sẽ đổ bê tông bịt đáy phần chính giữa, sau đó đào phần đất chân che chống từng khoảng và lần lược đổ bê tông nối liền tấm đáy

2.1.1.3 Mở hố móng có kết cấu che chắn xung quanh

Phương pháp này sử dụng khi chiều sâu hố móng tương đối lớn, ngoài việc dùng kết cấu che chống người ta còn dùng hệ thanh chống để tăng cường độ cứng Hệ thanh chống được chia làm hệ thống chống ngang và hệ thống chống xiên Đồng thời cũng có thể bố trí hệ neo để gia cố kết cấu che chắn

Hệ thống thanh chống nằm ngang: bao gồm thanh chống ngang và thanh

chống góc Khi che chắn xong đào đến cao trình cần gia cố thi lắp ráp lớp chống thứ nhất, sau đó dùng phương pháp đào rãnh đào đến cao trình cần gia cố lớp chống thứ 2 thì lắp ráp hệ thanh chống thứ 2 tiếp tục dùng phương pháp này để đào đến cao trình thiết kế đáy hố móng và đổ bê tông theo thứ tự: tường bên của tầng dưới, tấm giữa,, tường bên của tầng trên, tấm nắp Theo thứ tự tháo dỡ hệ chống, hoàn thành hệ thống kết cấu

Ưu điểm của hệ chống ngang là: chuyển vị ngang của chân tường bé, an toàn, chiều sâu đào không hạn chế Tuy nhiên mặt bằng kết cấu che chắn phải thẳng, khi chiều rộng hố móng lớn cần bố trí thêm cột chống

Trang 20

Hình 2.2 Mặt đứng và mặt bằng sơ đồ hệ thống nằm ngang khi đào

Hệ thanh chống xiên: Khi bề rộng hố móng tương đối lớn và hình dạng

không đều thì dùng thanh chống xiên thay thế cho thanh chống ngang Phương pháp này thường đào khối đất trong hố móng đến cao độ đáy móng hệ chống xiên Một đầu thanh chống xiên chống vào kết cấu che chắn, một đầu chống vào kết kết móng vừa xây dựng xong, sau đó đào khối đất còn lại Nếu có nhiều thanh chống xiên thì trước tiên lắp thanh dài phía ngoài và sau đó lắp các thanh phía trong Đổ bê tông theo thứ tự như sau: tường bên dưới, tấm đáy ở giữa,

Trang 21

tường bên trên, tấm trên đỉnh và theo thứ tự tháo dỡ hệ chống, hoàn chỉnh hệ thống kết cấu chính

Nhược điểm của phương pháp này là chuyển vị ngang phía trên của kết cấu che chắn tương đối lớn gây biến dạng cho mặt đất xung quanh hố móng Chiều sâu đào theo phương pháp này cũng hạn chế, trình tư thi công xen kẽ khá phức tạp nên trong quá trình thi công gặp nhiều khó khăn

k ết cấu che chắn

L ớp cho án g 1

L ớp ch ống 2

M ặt đào

M ặt đất

L ăng th ể trươ ït

Hình 2.3 Hệ thanh chống xiên

Hệ neo: Được bố trí bên ngoài hố móng, gồm có bộ phận chính là: đầu

neo, thân neo và bộ phận neo chặt

kết cấu che chắn Mặt đào

neo kéo xiên

Hình 2.4 Hệ neo chống

Trang 22

Ưu điểm: Do các hệ thống neo được bố trí bên ngoài hố móng nên thuận lợi

cho việc thi công cơ giới hóa phần đào móng và kết cấu móng chính Neo dễ dàng tạo ứng suất trước và có thể khống chế chuyển vị ngang của kết cấu che chắn, giảm độ lún của mặt đất xung quanh hố móng, thích hợp cho nhiều loại kết cấu che chắn khác nhau

Khuyết điểm: hệ neo là công nghệ khá phức tạp, khó thu hồi và giá thành

công trình tương đối cao Khi có các móng sâu xung quanh hố móng thì việc dùng neo sẽ làm giải khả năng chịu lực của kết cấu móng xung quanh Không sử dụng neo được trong tầng địa chất có cát chảy

Phương pháp thi công này được thực hiện bằng cách đào đến cao trình cần chôn neo, khoan lỗ và cắm neo vào rồi phun vữa Sau khi vữa đạt cường độ sẽ lắp đặt ứng suất trước

2.1.2 Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất

Phương pháp tường liên tục dưới đất được chia làm: tường liên tục dưới đất đổ tại chỗ, tường liên tục dưới đất đúc sẵn và tường liên tục dưới đất gồm hàng cọc Hiện nay tường liên tục được ứng dụng rộng rãi làm kết cấu che chắn trong quá trình đào hố móng và cũng có thể sử dụng như một bộ phận của công trình ngầm

Do độ cứng của của tường liên tục lớn, tính chống thấm tốt nên thích hợp với đất mềm yếu, khi thi công ít ảnh hưởng đến các công trình xung quanh, thi công an toàn tại hiện trường chật hẹp Tuy nhiên phải dựa vào điều kiện địa chất mà chọn loại đào phù hợp, đồng thời có biện pháp ổn định vách đào

Phương pháp tường trong đất bao gồm việc xây dựng tường chịu lực của công trình ngầm hoặc màng chống thấm bằng cách đào các hố sâu, hẹp trong vữa sét sau đó đổ bê tông hoặc các vật liệu khác Khi xây tường bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép được thực hiện bằng cách đổ bê tông trong nước

Trang 23

Khi xây dựng tường chịu lực bằng bê tông cốt thép đúc sẵn phải đặt chúng vào hố chứa đầy vữa sét Sau khi lắp ráp các kết cấu vữa sét được thay bằng vữa tạm thời để chúng lấp đầy các mối nối của panen và các khe hở quanh tường để truyền tải trọng từ khối đất vào tường chắn

Tường các công trình và tường chắn hố móng xây dựng bằng phương pháp tường trong đất có thể có hình dạng khác nhau trên mặt bằng: thẳng, đa giác, tròn … Hình dạng công trình trêm mặt bằng không ảnh hưởng đến giảu pháp thiết kết cấu của tường và phương pháp thi công

Các loại công trình ngầm xây dựng bằng phương pháp tường trong đất:

Kinh nghiệm thiết kế và xây dựng ở nước ngoài cho thấy phương pháp tường trong đất có thể áp dụng có hiệu quả khi xây dựng các loại công trình như sau:

- Các công trình dân dụng ngầm như: gara, trung tâm thương mại, kho chứa, rạp chiếu phim, nhà hát…

- Các công trình công nghiệp ngầm: các phân xưởng nghiền của nhà máy làm giàu quặng, các phân xưởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu…

- Các công trình thoát nước, các trạm bơm, các công trình xử lý chất thải…

- Các công trình đường phố, đường giao thông, các hầm giao thông đặt nông…

- Các móng nhà cao tầng, các tường chắn hố móng để xây các buồng ngầm của những toà nhà được xây gần những công trình có sẵn

Thực tế phương pháp tường trong đất đạt hiệu quả khi xây dựng trong những điều kiện sau:

- Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp và khi có mực nước ngầm cao

- Khi có tầng nước có áp mà thực tế chiều sâu có thể đạt tới

Trang 24

- Khi xây dựng các công trình ngầm và tường chắn hố móng trong điều kiện thành phố, ở gần những công trình đã có trước

2.1.2.1 Tường liên tục dưới đất đổ tại chỗ

Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất đổ tại chổ được thực hiện như sau: Đào một đoạn rãnh hẹp và dài trong đất, lắp lồng ghép vào trong rãnh, đổ bê tông thành một đoạn tường bê tông cốt thép, nối liền từng tấm thành một bức tường liên tục dưới đất Dây chuyền công nghệ thi công tường liên tục dưới đất được thực hiện như sau:

CẨU LỒNG THÉP

THẢ ỐNG PHỄU ĐỔ BÊ TÔNG XUỐNG ĐỔ BÊ TÔNG

TRỘN VỮA BÙN

XỬ LÝ TÁI SINH VỮA BÙN

CHẾ TẠO LỒNG THÉP

HÚT VỮA BÙN TRONG HÀO LÊN

ĐƯA GIÁ ĐỔ BÊ TÔNG VÀO VỊ TRÍ

ĐO ĐẠC CHIỀU THẲNG ĐỨNG VÁCH HÀO K

CẨU ỐNG

K<K cho phép

SỬA LẠI SAI LỆCH ĐƯỢC

Hình 2.5: Dây chuyền thi công tường liên tục dưới đất

2.1.2.2 Tường liên tục dưới đất đúc sẵn

Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất đúc sẵn được lắp bằng các tấm tường liên đúc sẵn trong cách rãnh đã đào từ trước, rồi dùng vữa xi măng nối lại Tường liên tục đúc sẵn có hai cách làm như sau: phương pháp tấm + dầm và phương pháp tấm + tấm Trong phương pháp tấm + dầm, tác dụng của tấm là đem áp lực đất chuyển cho dầm Hiện nay thường dùng phương pháp tấm + tấm, phương pháp này chia làm hai hệ thống: hệ thống rãnh gồm các tấm có mộng, hệ thống rãnh ghép tấm

Trang 25

Hệ thống dầm + tấm

Hệ thống tấm ghép mộng

Hệ thống rãnh bằng tấm

Hình 2.6: sơ đồ mặt bằng tường liên tục dưới đất đúc sẵn

Trình tự thi công phương pháp tường liên tục dưới đất đúc sẵn gồm: Thi công tường dẫn, chế tạo vữa bùn bảo vệ vách, đào rãnh, vét sạch đáy và xoa vách, dùng vữa xi măng gắn kết chắc thay thế vữa bùn, cẩu lắp tấm tường đúc sẵn, xử lý mối nối

So với tường liên tục đổ tại chổ, tường liên tục đúc sẵn có ưu điểm sau: tấm tường liên tục đúc sẵn tốc độ thi công nhanh, tính năng phòng nước tốt, bề mặt phẳng, vị trí của tường tương đối chính xác

Nhược điểm: chế tạo và lưu kho khối lượng khá lớn, tốn công cẩu lắp tấm tường và cần máy cẩu nặng Để giảm nhẹ trọng lượng tấm bê tông có thể sử dụng tấm rỗng ruột, bê tông cốt nhẹ, tấm tường ứng suất trước

2.1.2.3 Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc

Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc là loại tường liên tục được thi công bằng cách nối liền mỗi cọc độc lập thành một hàng cọc thống nhất Có hai loại thi công hàng cọc:Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc khoan và xung, tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc đào

Trang 26

2.1.3 Phương Pháp Đào Dưới Nắp

Phương pháp đào dưới nắp là phương pháp làm nắp trước đào sau, tức là làm mặt đường hoặc kết cấu che chắn tấm đỉnh đảm bảo rồi mới thi công đào xuống bên dưới

Ưu điểm của phương pháp đào dưới nắp là chuyển vị ngang của kết cấu nhỏ, tấm kết cấu dùng làm hệ chống để đào hố móng, tiết kiệm hệ chống tạm thời rút ngắn thời gian cắt đường, giảm cản trở phương tiên đi lại trên mặt đất, ít chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu bên ngoài

Khuyết điểm: phương pháp này việc đưa đất đào ra bên ngoài khó khăn, thi công nối đầu cột và tấm tường nhiều, cần tiến hành xử lý phòng nước, hiệu suất thấp, tốc độ chậm, trước khi hình thành kết cấu khung cột đứng giữa chỉ chịu một phần tải trọng bên trên

Phương pháp thi công đào dưới nắp có các loại sau đây: phương pháp đào dưới nắp thuận, phương pháp đào dưới nắp nghịch, phương pháp đào dưới nắp nửa nghịch, tổ hợp phương pháp đào dưới nắp thuận và phương pháp đào dưới nắp nghịch, tổ hợp phương pháp đào dưới nắp và phương pháp đào ngầm, tổ hợp phương pháp đào dưới nắp và phương pháp khiên

2.1.4 Phương Pháp Đào Ngầm Nông

Phương pháp đào ngầm nông khi đào dùng nhiều biện pháp hỗ trợ để gia cố

vi nham, huy động tính năng tự chịu tải của vi nham Sau khi đào xong che chống kịp thời nhằm khống chế biến dạng của khối đất

Dựa vào bề dày lớp phủ trên đường hầm mà người ta chia ra hầm đào sâu và nông Dựa vào ứng ứng suất phân bố lại do đào đường hầm gây ra để xác định độ nông sâu của đường hầm

Trong thi công đào ngầm nông thường dùng phương pháp bậc thang và phương pháp đào bộ phận

Trang 27

2.1.5 Xây dựng đường hầm bằng phương pháp hạ chìm

Phương pháp hạ từng đoạn hầm đươc sử dụng chủ yếu khi xây dựng đường hầm ở đáy nước, đường hầm vượt sông, eo biển Khi xây dựng đường hầm bằng phương pháp đơn nguyên hạ chìm, từng cấu kiện không gian được sản xuất ở một phía của tuyến vượt Các đơn nguyên đường ngầm được bịt kín tạm thời, sau đó chuyển bằng phao nổi vào định hướng đường ngầm đào sẵn Sau đó tằng tải trọng từng đốt hầm bằng cách bơm nước vào đốt hầm để hạ chìm đến vị trí thiết kế Từng đơn nguyên được liên kết với nhau tạo thành liên kết không thấm nước, xử lý nền móng và sau đó được lấp đất hoặc đá Sau khi dỡ tấm bịt mặt hai đầu tạo thành một đường hầm thông suốt

Xây đảo khô

Chế tạo đoạn hầm

Lắp ráp thiết bị

Vận chuyển nổi đoạn ống

Thoát nước sửa lại đảo khô

Đào hố móng

Hốt bùn lát đá

Lắp đặt gối tựa

Hạ chìm đoạn hầm

Nối lại dưới đất

Xử lý móng

Đắp đất phủ

Lắp thiết bị bên trong

Hoàn thành công trình

Chuẩn bị mặt bằng

Thi công giếng đứng

Thi công đoạn lộ thiên

Thi công đoạn ngầm

Xây dựng miệng hầm

Lắp ráp thiết bị

Hình 2.7: Dây chuyền thi công chủ yếu của đường hầm hạ đoạn

Đường hầm hạ đoạn thường chia thành 4 đoạn: đoạn đào lộ thiên, đoạn đào ngầm, giếng đứng hai bên bờ và đoạn hạ chìm

Trang 28

Hình 2.8: sở đồ các phân đoạn trong đường hầm

Ưu điểm của phương pháp đơn nguyên hạ chìm:

- Năng lực thích ứng với điều kiện địa chất thủy văn tốt, kỹ thuật đào hố móng và xử lý nền tương đối đơn giản

- Hầm có thể đặt nông, nối liền với đường hai bên bờ dễ dàng so với đường hầm đào bằng khiên

- Tính năng phòng nước của phương pháp này rất tốt do số lượng mối nối giảm nhiều do đúc sẵn đoạn hầm dài khoảng 100m

- Thời gian thi công ngắn, thời gian đúc hầm và đào hố móng có thể tiến hành đồng thời, vận chuyển và hạ chìm hầm tương đối nhanh

- Giá thành xây dựng bằng phương pháp hạ đoạn thấp

- Điều kiện thi công tốt, do khối lượng công việc thực hiện chủ yếu trên mặt đất nên rất an toàn

- Hầm hạ đoạn có thể chế tạo thành kết cấu mặt cắt lớn với nhiều làn xe, có thể mở rộng kích thức ngang

2.1.6 Phương pháp khiên đào

Thi công bằng khiên (Sheild Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng khiên đào đường hầm dưới tầng đất Khiên là một loại kết cấu bằng thép có tác dụng che chắn áp lực địa tầng trong quá trình đào Đoạn đầu khiên có thiết bị che chống và đào đất, đoạn giữa lắp các kích đẩy để đẩy khiên tiến lên, phần đuôi là vùng lắp các vỏ bê tông đúc sẵn hoặc đổ tại chổ Mỗi lần khiên tiến lên một đốt sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chổ) một vòng vỏ hầm Trước khi thi công bằng

Trang 29

khiên cần xây dựng một giếng đứng, sau đó lắp ráp khiên, tiến hành đào và đưa đất đá ra ngoài tại giếng đứng

1 Khiên; 2 Kích của khiên; 3 Mạng lưới ô vuông trước mặt khiên; 4 Mâm quay đưa đất đá ra; 5 Băng vận tải đất đá ra; 6 Máy lắp ráp các phiến ống; 7 Phiến ống; 8 Bơm phun vữa; 9 Lỗ phun vữa; 10 Máy chở đất đá ra; 12.Phun vữa vào khe hở sau đuôi khiên; 13.Các phiến ống dự trữ phía sau; 14 Giếng đứng

Ưu điểm của phương pháp thi công bằng khiên:

- Thi công rất an toàn do có sự che chắn của khiên trong quá trình đào

- Tốc độ thi công nhanh, quá trình thi công được giới hoá tự động cao như đào đất, đưa đất ra, lắp ráp vỏ hầm

- Khi thi công không ảnh hưởng đến giao thông và các công trình bên trên mặt đất, đi xuyên qua đáy sông không ảnh hưởng đến giao thông thuỷ

- Trong quá trình thi công không bị ảnh hưởng thời tiết, khí hậu, mưa gió

- Không gây tiếng ồn trong quá trình thi công, không cản trở môi trường xung quanh

Trang 30

- Khi xây dựng đường hầm trong đất yếu ngậm nước, hoặc ở dưới sâu có nhiều ưu thế vì phương pháp khiên thích hợp xây dựng trong địa tầng rời rạc, mềm yếu và có nước

Khuyết điểm của phương pháp thi công bằng khiên:

- Phương pháp khiên thích hợp cho các đường hầm dài, thông thường đường hầm dài nhơ hơn 750m thì sử dụng khiên không kinh tế do khiên có giá rất đắt

- Yêu cầu trình độ thi công cao, cần phải có đội ngũ kỹ thuật lành nghề để có thể vận hành sơ đồ thi công một các hiệu quả và an toàn

- Yêu cầu về phối hợp kỹ thuật thi công chế tạo thiết bị, cung ứng thiết bị khí nén, chế tạo sẵn các tấm vỏ hầm, kết cấu chống thấm, phòng nước của vỏ hầm, trắc đạc thi công, bố trí công địa, chuyển dịch khiên, và sự điều hòa của hệ thống công trình phức tạp

2.1.6.1 Phân loại và cấu tạo khiên

Phân loại khiên:

Khiên là một loại cơ giới có nhiều chức năng như đào, che chống, làm vỏ hầm Khiên có nhiều loại, có thể dựa vào hình dạng mặt cắt của khiên, phương thức đào, cấu tạo bộ phận trước của khiên và dựa vào phương thức thoát nước

- Dựa vào hình dạng mặt cắt khiên có thể chia làm 4 loại: khiên tròn, khiên hình nón, khiên hình chữ nhật và khiên hình móng ngựa

- Dựa vào phương thức đào đất có thể chia làm 3 loại: đào thử công, đào bán cơ giới và đào cơ giới hoá hoàn toàn

- Dựa vào cấu tạo bộ phận trước có thể chia làm 2 loại: loại ngực trần và loại ngực bịt

- Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đào có thể chia thành các loại: hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước,

Trang 31

loại cân bằng áp lực đất không dùng khí nén, loại dùng khí nén cục bộ, loại dùng khí nén toàn bộ

Phương

thức đào

Loại

cấu tạo Tên khiên Biện pháp ổn định mặt đào

Địa tầng thích ứng Ghi chú

Khiên phổ thông

Kích che chống bằng tấm chắn tạm thời

Địa tầng ổn định hoặc đất mềm yếu Khiên có

mái che

Chia mặt đào ra nhiều lớp, lợi dụng góc nghỉ của các và góc ma sát mái che Đất cát

Ngực

trần

Khiên có lưới ô vuông

Lợi dụng ma sát của đất và lưới ô vuông cứng Bùn sét

Với sự hỗ trợ của khí nén, hạ nước ngầm bằng giếng kim thủ công và biện pháp gia cố địa tầng khácKhiên nửa

dập ép

Tấm chắn có lỗ cục bộ, đưa vào kích đẩy các tự nhiên lọt vào

Đất sét mềm

gầu nghịch Khiên có lắp gầu đào nghịch điều khiển bằng tay Đất cứng, ổn định

mâm dao quay

Mâm một dao cộng thêm

Ngực

trần Khiên có

cắm dao Kích đẩy tấm chắn giữ đất

Tầng đất cứng

Biện pháp bổ trợ

Khiên dùng khí nén cục bộ

Giữa tấm chắn mặt và tấm ngăn có gia khí nén

Tầng ngậm nước

Không cần biện pháp bổ trợ

Trang 32

bùn và nước ngăn có khí nén bùn và nước tích có chứa nước

Khiên cân bằng áp lực đất

Bảo đảm cân bằng áp lực sản sinh của đất cát giữa tấm chắn mặt và tấm chắn ngăn và áp lực đất địa tầng chổ đào

Bùn, bùn lẫn cát

Khiên có mạng lưới

ô vuông

Tấm chắn mặt có mạng lưới ô vuông, khối đất đi qua mạng lưới ô vuông dồn vào khiên

Bùn

pháp bổ trợ

Cấu tạo khiên:

Cấu tạo khiên đào gồm năm bộ phận chủ yếu: vỏ khiên, kết cấu che chống,

cơ cấu đẩy, cơ cấu lắp ráp và các thiết bị phụ thuộc khác

Hình 2.10

(1) động cơ điện dùng cho mâm dao, (2) vít tải, (3) động cơ điện dùng cho vít tải, (4) băng chuyền, (5) kích của van, (6) máy lắp tấm ống hầm, (7) giá đỡ mâm dao, (8) tấm ngăn cách, (9) cửa ra vào khẩn cấp

a) Vỏ khiên

Vỏ khiên hình tròn, do các tấm thép hàn lại gồm ba bộ phận: vòng miệng cắt, vòng che chống và đuôi khiên

Trang 33

3

5

4

21

4 Sườn gia cố; 5 Sườn gia cố hình vòng

- Vòng miệng cắt là bộ phận phía trước khiên có lắp lưỡi dao, dùng để đào, phá đất đá đưa vào phía trong khiên

- Vòng che chống: là bộ phận nằm giữa khiên, là bộ phận chịu lực chủ yếu của khiên Các kích của khiên được bố trí trong khoảng này và dùng lực đẩy chuyển cho vỏ khiên Để tăng độ cứng cho khiên cần phải gia cố bằng các vòng che chống

- Đuôi khiên: là bộ phận phía sau của khiên do vỏ ngoài hình vòng và thiết

bị bịt kín lắp ráp phía bên trong tạo nên Tác dụng của nó là che chống chu vi hầm đề phòng nước ngầm và vật liệu vữa chảy vào trong hầm do khiên đã đào Đồng thời đây cũng chính là nơi lắp ráp vỏ hầm

1 Phiến ống vỏ hầm; 2 Đuôi khiên; 3 Tấm thép; 4 Cao su tổng hợp; 5 Cao su

cloropren; 6 Keo bọt; 7 Cao su ammonium

Trang 34

4

5

2

Hình 2.13: Thiết bị bịt kín 3 cấp sau đuôi khiên

1 Đuôi khiên; 2 Bịt kín bắng bàn chải thép; 3 Tấm thép;

4 Cao su nhân tạo; 5 Tấm phòng hộ

b) Kết cấu che chống

Kết cấu che chống do mui phía trước tháo lắp được, sàn công tác tháo lắp được và tấm chắn phòng hộ lắp ghép lại

c) Cơ cấu đẩy tiến lên

Cơ cấu đẩy tiến lên chủ yếu do kích và thiết bị thuỷ lực của khiên lắp ghép lại Kích của khiên được bố trí đều xung quanh vòng chống, số lượng kích và năng lực kích dựa vào đường kính ngoài của khiên, cấu tạo vỏ hầm, hình dạng mặt cắt đường hầm và một số điều kiện khác để xác định

d) Cơ cấu lắp ráp

Cơ cấu lắp ráp là máy lắp ráp vỏ hầm, thiết bị chủ yếu của máy là cánh tay nâng chạy bằng thuỷ lực, có thể lắp ráp phía sau vòng che chống hoặc sau khiên

Máy lắp ráp vỏ hầm có 3 loại: loại hình vòng tròn, loại trục rỗng, loại giải bánh răng, trong đó loại hình vòng tròn được dùng nhiều nhất

Trang 35

Hình 2.14: Máy lắp ráp hình vành tròn

1 Mâm quay; 2 Bánh quay che chống; 3 Cánh tay co duỗi hướng đường kính; 4 Cánh tay co duỗi dọc hướng; 5 Cánh tay nâng; 6 Móc cẩu; 7 Khối cân bằng Hình 5.8 Máy hình tròn xoay

1 Tấm chắn đỉnh hình quạt; 2 Cánh tay chống đỡ; 3 Kích co duỗi; 4 Giá đỡ; 5 Kích trượt hướng dọc

e) Thiết bị hỗ trợ

Thiết bị hỗ trợ với khiên đào thủ công tương đối đơn giản, chủ yếu gồm có:

xe điều khiển thủy lực, xe chở thiết bị phun vữa, thoát nước… và máy duy trì hình tròn xoay đảm bảo cho vỏ hầm được lắp ráp chính xác vào vị trí Với các khiên nửa cơ giới, khiên nén bùn, nước, khiên cân bằng áp lực còn có hệ thống thiết bị điều khiển thao tác, thiết bị điện động lực, thiết bị xử lý bùn nước…

Hình 2.15: Thiết bị phục vụ công tác bơm vữa

Trang 36

2.1.6.2 Công nghệ thi công hầm trong nền đất yếu bằngkhiên

Trình tự thi công đường hầm trong nền đất yếu bằng khiên đào thể hiện qua

Hình 2.16: Công nghệ thi công đường hầm trong nền đất yếu

- Xây dựng giếng đứng cho khiên để tiến hành lắp ráp và tháo dỡ khiên, ngoài ra tại vị trí giữa đường hầm hoặc đường cong có bán kính nhỏ cần xây dựng giếng đứng trung gian kiểm tra sửa chữa và chuyển hướng khiên

Hình 2.17: Cấu tạo giếng đứng lắp ráp khiên (đơn vị m)

- Thường khiên được lắp ráp trên sàn lắp ráp nằm ở đáy giếng đứng, song nếu khiên nhỏ thì có thể lắp ráp hoàn chỉnh trên mặt đất rồi cẩu vào giếng Khi lắp ráp phải tuân thủ theo thiết kế, lắp ráp xong cần kiểm tra đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật, đạt yêu cầu mới cho phép đưa vào sử dụng

1 Mặt khiên; 2 Giếng đứng; 3 Khiên; 4 Vách sau; 5 Ray dẫn hướng; 6 Dầm ngang; 7 Móng sàn lắp ráp

D- Đường kính khiên;

L- Chiều dài khiên;

A- Chiều dài giếng lắp ráp;

A = L + (0.5 ÷ 1.0)L;

B: Chiều rộng giếng lắp ráp

Trang 37

Hình 2.18: Khiên nén bùn và nước

1 Máy trộn ở bộ phận giữa; 2 Máy dao cắt gọt; 3 Bậc nhô ra của trống quay; 4 Máy trộn ở bộ phận dưới; 5 Khiên; 6 Ống thoát vữa bùn; 7 Mô tơ khởi động mâm dao; 8 Kích của khiên; 9 Cánh tay nâng; 10 Máy duy trì tròn xoay;

11 Bịt kín đuôi khiên; 12 Van; 13 Vòng vỏ hầm; 14 Thiết bị rót thuốc nước;

15 Bánh quay chống đỡ; 16 Mâm quay; 17 Vòng răng của mâm dao cắt xén phía trong; 18 Vòng răng của mâm dao cắt xén phía ngoài; 19 Ống đưa vữa bùn; 20 Thiết bị bịt kín và che chống mâm dao; 21 Trống quay; 22 Thiết bị khống chế đào quá mức của mâm dao; 23 Đáy hình tròn của hộp mâm dao; 24 Lỗ vào; 25 Phòng chứa bùn; 26 Dao cắt gọt; 27 Dao đào sâu; 28 Sống dao chính; 29 Sống dao phụ; 30 Rãnh dao chính; 31 Rãnh dao phụ; 32 Trống cố định; 33 Tấm ngăn; 34 Mâm dao

- Công tác đào và vận chuyển đất có thể bằng thủ công hoặc cơ giới do các thiết bị hỗ trợ đảm nhiệm Việc vận chuyển đất phần lớn đều dùng phương thức vận chuyển bằng đầu máy điện chạy trên ray Để dây chuyền hoạt động hiệu quả cần phải tính toán chi tiết khối lượng đất đào ra, cấu kiện vỏ hầm, vật liệu phun vữa, thiết bị tạm thời, tình hình vận chuyển

- Kết cấu vỏ hầm được đúc sẵn ở bãi đúc, kiểm tra kỹ lưỡng và tập kết, chuẩn bị tại công trường

Trang 38

- Thiết bị thi công vỏ hầm chủ yếu là thiết bị lắp ráp phiến ống, do máy lắp ráp, máy bảo đảm tròn xoay, máy vận chuyển phiến ống và máy nâng được bố trí ở đuôi khiên kết hợp lại

Hình 2.19: Lắp ráp kết cấu vỏ hầm

- Vỏ hầm sau khi thi công phải tiến hành bơm vữa kịp thời đầy đủ, hạn chế lún mặt đất do thiếu vữa sau vỏ hầm Thiết bị chủ yếu là bơm phun, thiết bị trộn vữa, thiết bị vận chuyển vữa, đường ống vận chuyển vữa và các cửa van

Lớp cách nước được thi công sau khi thi công vỏ hầm, chỉnh sửa bề mặt và hoàn thiện Sau khi đào hầm xong khiên đào được cẩu lên tại vị trí giếng đứng tháo khiên Các giếng đứng được tận dụng, kết hợp để xây dựng các nhà ga, hầm thông gió, bố trí các hệ thống kỹ thuật

- Trong quá trình thi công việc theo dõi, định vị hầm rất quan trọng, để đảm bảo vị trí mặt cắt ngang hầm theo thiết kế thường bố trí 3 đến 5 mốc quan sát trên tiết diện hầm, khi thi công nếu có sai lệch phải được điều chỉnh kịp thời Việc sử dụng các thiết bị định vị hiện đại trong thi công hầm sẽ đảm bảo cho tuyến hầm thi công được chính xác Do đó trên thế giới có những hầm thi công theo nhiều hướng khác nhau nhưng độ lệch tâm đã được khống chế rất tốt

Trang 39

Hình 2.20: Giếng đứng tháo khiên Hình 2.21: Các phiến vỏ hầm lắp ghép

Hình 2.22 Đường hầm sau khi hoàn thiện

Máy đào và phương pháp thi công khiên cân bằng áp lực đất (Earth Pressure Balanced Shield – EPB Shield):

Trang 40

Hình 2.23: Giản đồ về phương pháp thi công của khiên cân bằng áp lực đất

Hình 2.24: Sơ đồ cấu tạo của khiên cân bằng áp lực đất

Đặc điểm :

Xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất gần như thích hợp với tất cả các địa tầng mềm yếu, đồng thời bảo vệ có hiệu quả sự ổn định của bề mặt đào đất, giảm được độ lún của mặt đất, trong thi công thì dễ dàng thao tác và có tính an toàn cao

Dưới tác dụng lực đẩy lên của kích thủy lực và moment cắt của mâm dao,

xe khiên ở trong tầng đất lợi dụng sự bố trí lực bóc gọt của mâm dao để tiến hành gọt đất Đất được bào gọt theo các rãnh của mâm dao vào thùng chứa đất Thông qua hệ thống xử lý bùn đất, tiến hành cải thiện đất được bào gọt chứa đầy trong khoang chứa đất, làm cho đất có độ dẻo chảy tốt Thông qua việc khống chế tốc độ vòng quay vít vô tận của máy vận chuyển đường ống để khống chế lượng đất chảy ra của thùng chứa đất làm cho đất đã cải thiện trong thùng giữ được áp lực nhất định, giữ được động thái cân bằng của áp lực đất ở bề mặt đào, đạt được mục đích khống chế độ lún ở mặt đất

Phạm vi thích hợp :

Xe khiên đào kiểu cân bằng áp lực đất nói chung không dùng các biện pháp kỹ thuật bổ trợ, bản thân đã có thể cải tiến tính năng của đất, thông qua việc cải tạo các loại đất, có thể thích hợp với yêu cầu của nhiều loại địa tầng và

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	6,39 MB