Nghiên cứu phương pháp hợp lý thi công các đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng quảng ninh

Phương pháp nghiên cứu Tác giả dùng phương pháp nghiên cứu tổng hợp và phân tích lý thuyết để phân tích những đặc điểm của đất đá yếu và những khó khăn, ảnh hưởng khi đào các đường lò c

LÊ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP HỢP LÝ THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ CƠ BẢN ĐÀO QUA VÙNG ĐẤT ĐÁ YẾU

TẠI VÙNG QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Xây dựng công trình ngầm, mỏ và công trình đặc biệt

Mã số: 60.58.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2011

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 08 năm 2011

Tác giả luận văn

Lê Tuấn Anh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT ĐÁ YẾU VÀ CÁC ĐIỂM

ĐẶC BIỆT KHI ĐÀO LÒ QUA VÙNG ĐẤT ĐÁ YẾU

1.1 Tổng quan

1.2 Phân loại khối đá

1.2.1 Phân loại khối đá theo các chỉ tiêu độc lập

1.2.2 Phân loại khối đá theo các chỉ tiêu tổng hợp

1.3 Đất đá yếu

1.4 Các điểm đặc biệt khi đào lò qua vùng đất đá yếu

1.5 Nhận xét

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ ĐÀO QUA ĐẤT ĐÁ YẾU

2.1 Tổng quan

2.2 Các phương pháp thi công không làm thay đổi các tính chất cơ lý của đất đá

2.2.1 Phương pháp đào chia gương

2.2.2 Phương pháp tạo ô vòm tiến trước (gia cố nóc, chèn nhói)

2.2.3 Phương pháp đào bằng khiên bảo vệ

2.3 Các phương pháp thi công làm thay đổi các tính chất cơ lý của đất đá

2.3.1 Phương pháp đóng băng nhân tạo

2.3.2 Phương pháp gia cố gương đào bằng khoan ép vữa xi măng, dung dịch hóa chất

2.3.3 Phương pháp hạ mực nước ngầm

2.4 Các phương pháp thi công hỗn hợp

2.5 Nhận xét

4 4 4 5 11 21

22 24 25 25 25 25

27

31

34

34

41

51

53

54

QUẢNG NINH

3.1 Tổng quan

3.2 Phương pháp thi công khi đào lò qua phay phá địa chất

3.2.1 Phương pháp thi công khi đào các đường lò đào qua phay phá có đất đá khô

3.2.2 Phương pháp thi công thi công các đường lò đào qua phay phá có nước ngầm

3.3 Phương pháp thi công khi đào lò qua đất chảy, cát chảy

3.4 Phương pháp thi công khi đào lò qua đá hạt vụn

3.5 Phương pháp thi công khi đào lò qua đá mềm

3.6 Phương pháp thi công khi đào lò qua than bùn, than bùn hóa

3.7 Nguyên tắc lựa chọn phương pháp thi công hợp lý

3.8 Nhận xét

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CHO MỘT ĐƯỜNG LÒ CƠ BẢN CỤ THỂ ĐÀO QUA VÙNG ĐẤT ĐÁ YẾU Ở VÙNG QUẢNG NINH

4.1 Tổng quan

4.2 Giới thiệu chung về mỏ than Khe Chàm III

4.2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội

4.2.2 Đặc điểm cấu trúc địa chất

4.2.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn, địa chất công trình

4.2.4 Sơ đồ mở vỉa

4.3 Điều kiện thi công giếng nghiêng chính +25 đoạn đào qua phay phá

57 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 63 63 63 63 65 67

69

70

4.4 Công nghệ thi công giếng nghiêng chính +25 đoạn đào qua phay

theo thiết kế của Công ty cổ phần tư vấn đầu tư mỏ và công nghiệp

4.4.1.Công tác khoan nổ mìn

4.4.2.Công tác xúc bốc và vận chuyển đất đá

4.4.3 Công tác chống giữ giếng nghiêng

4.4.4 Nhận xét

4.5 Đề xuất phương pháp thi công giếng nghiêng chính +25 đoạn đào qua phay phá

4.6 Lựa chọn phương pháp hợp lý thi công giếng nghiêng chính +25 đoạn đào qua phay phá

4.7 Tổ chức biện pháp thi công bơm ép vữa xi măng

4.7.1 Các thông số thiết kế

4.7.2 Xác định cấp phối vữa xi măng (tỉ lệ N/X)

4.7.3 Trình tự thi công khoan phun một lỗ

4.7.4 Quy trình bơm ép vữa

4.7.5 Các yêu cầu kỹ thuật

4.8 Nhận xét

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

71

72

74

74

74

74

79

79

79

87

90

90

91

95

96

98

Bảng 1.1 Phân loại đá theo độ bền nén một trục của Hội cơ học đá

quốc tế (ISRM)

5 Bảng 1.2 Phân loại đá theo độ bền nén một trục ở trạng thái no nước

nnn theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô cũ

Bảng 1.3 Các khối đá phân loại theo Prôtôđiakônốp 7

Bảng 1.5 Chiều cao vùng phá hủy Hph cho trường hợp đường hầm

có chiều rộng B, chiều cao H, đặt tại độ sâu >1,5C; C =

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất đá 68 Bảng 4.2 Khoảng cách giữa các lỗ khoan theo lượng mất nước đơn

Bảng 4.3 Độ dày tường chắn phản áp và áp lực bơm vữa 86 Bảng 4.4 Ứng suất nén, cắt cho phép của một số loại đá 87 Bảng 4.5 Xác định tỉ lệ N/X dựa trên lượng mất nước đơn vị q 87

Hình 1.1 Kết cấu chống liên quan với RQD theo Merritt 11 Hình 1.2 Sự cố sập hầm khi thi công hầm dẫn nước công trình

thủy điện A Lưới khi đào qua vùng đất đá yếu 23 Hình 2.1 Sơ đồ đào chia gương trong phương pháp đào mới của

Hình 2.2 Sơ đồ tạo ô vòm tiến trước bằng ống thép 27 Hình 2.3 Mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình 28 Hình 2.4 Thi công tạo ô vòm tiến trước bằng ống thép 29 Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ thi công tạo ô vòm tiến trước 30

Hình 2.7 Các sơ đồ khiên cơ giới hóa có bộ phận làm việc tác

Hình 2.8 Thay đổi độ bền của đất đá theo nhiệt độ đóng băng 35 Hình 2.9 Biểu đồ thay đổi độ bền của cát đóng băng 36 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí lỗ khoan đóng băng khi đang đào từ gương

Hình 2.11 Sơ đồ thi công bằng phương pháp đóng băng đất đá từ

Hình 2.13 Sơ đồ gia cố gương đào bằng khoan bơm ép

Hình 2.14 Sơ đồ bơm ép vữa gia cố đất đá từ mặt đất 42 Hình 2.15 Sơ đồ bơm ép vữa gia cố đất đá từ gương hầm 43 Hình 2.16 Sơ đồ gia cường cát bằng phương pháp điện thấm-silicat

Hình 2.19 Tam-pôn dùng cho bơm ép vữa xi măng 49

Hình 2.21 Giới hạn sử dụng phương pháp xi măng hóa 51

Hình 2.23 Sơ đồ hạ mực nước ngầm từ gương của đường lò 52 Hình 4.1 Mặt cắt ngang giếng nghiêng chính +25 71

Hình 4.6 Sơ đồ thi công đóng cọc tạo ô vòm tiến trước 77

Hình 4.8 Sơ đồ bố trí lỗ khoan ép vữa xi măng 91

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, để mở rộng quy mô khai thác than tại vùng Quảng Ninh của các Công ty khai thác than thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam, một số lượng lớn các đường lò cơ bản đã, đang

và sẽ được xây dựng Trong đó, có nhiều đường lò phải đào qua các vùng đất

đá yếu gây ra rất nhiều khó khăn cho công tác thi công các đường lò này dẫn đến tốc độ thi công thấp; tốn nhiều thời gian, công sức và tiền bạc; chất lượng công trình chưa đảm bảo; nguy hiểm cho người và trang thiết bị thi công;

Hiện nay, có nhiều phương pháp để thi công các đường hầm, các đường

lò khác nhau Mỗi một phương pháp lại có những ưu điểm, nhược điểm khác nhau và có điều kiện áp dụng cụ thể Nhưng, việc sử dụng phương pháp nào

để thi công các đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng Quảng Ninh cho hợp lý thì cần phải được nghiên cứu và lựa chọn kỹ lưỡng

Do đó, việc “Nghiên cứu đề xuất phương pháp hợp lý thi công các

đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng Quảng Ninh” là rất thiết

thực và cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đề xuất ra các phương pháp hợp lý để thi công các đường

lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng Quảng Ninh nhằm nâng cao tốc độ đào lò, giảm giá thành và thời gian thi công nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho người, thiết bị tham gia thi công công trình và đảm bảo chất lượng công trình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng Quảng Ninh và các phương pháp thi công có thể áp dụng để thi công các đường lò này

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về đất đá yếu và các điểm đặc biệt khi đào lò qua vùng đất

5 Phương pháp nghiên cứu

Tác giả dùng phương pháp nghiên cứu tổng hợp và phân tích lý thuyết

để phân tích những đặc điểm của đất đá yếu và những khó khăn, ảnh hưởng khi đào các đường lò cơ bản qua vùng đất đá yếu; tổng hợp và phân tích những ưu điểm, nhược điểm, phạm vi áp dụng của các phương pháp thi công các đường lò đào qua vùng đá yếu để đề xuất ra phương pháp thi công hợp lý nhất

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: luận văn đã phân tích được những ảnh hưởng, khó

khăn khi đào các đường lò cơ bản qua vùng đất đá yếu; tổng hợp và phân tích được những ưu điểm, nhược điểm, phạm vi áp dụng của các phương pháp thi công các đường lò đào qua vùng đất đá yếu và từ đó đề xuất được phương pháp thi công hợp lý nhất

- Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu

tham khảo đáng tin cậy cho những người tham gia vào quá trình lập dự án, tư vấn thiết kế, các đơn vị thi công để chọn ra được phương pháp thi công hợp lý khi thi công các đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu ở vùng Quảng Ninh nói riêng và các đường lò, đường hầm đào qua vùng đất đá yếu nói chung

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần mở đầu và 4 chương với 98 trang in vi tính khổ A4, 18 bảng biểu, 34 hình vẽ

Luận văn “Nghiên cứu đề xuất phương pháp hợp lý thi công các

đường lò cơ bản đào qua vùng đất đá yếu tại vùng Quảng Ninh” được hoàn

thành dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của GS.TS Võ Trọng Hùng cùng với sự giúp đỡ của các thầy và các bạn đồng nghiệp ở Khoa Xây dựng – Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Viện Khoa học công nghệ mỏ - Vinacomin, Công ty Cổ phần tư vấn đầu tư mỏ và công nghiệp – Vinacomin, Công ty TNHH MTV than Khe Chàm – Vinacomin

Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Võ Trọng Hùng, các thầy, các bạn đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình tác giả làm luận văn tốt nghiệp

Mặc dù tác giả cũng đã hết sức cố gắng, nhưng do thời gian nghiên cứu

và trình độ còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT ĐÁ YẾU VÀ CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT

KHI ĐÀO LÒ QUA VÙNG ĐẤT ĐÁ YẾU

1.1 Tổng quan

Công tác đào các đường lò, đường hầm chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố khác nhau Trong đó, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực đường lò, đường hầm đào qua có ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn hình dạng, vật liệu và kết cấu chống giữ, các phương pháp thi công, các đường lò, đường hầm này

Trong thực tế, khi đào các đường lò cơ bản phục vụ cho việc khai thác than hầm lò ở vùng Quảng Ninh, không ít lần chúng ta gặp trường hợp phải đào các đường lò này qua khu vực có điều kiện địa chất, địa chất thủy văn không thuận lợi như các vùng đất đá yếu Khi đào các đường lò qua các vùng đất đá yếu sẽ có những đặc điểm rất khác biệt so với khi đào các đường lò qua vùng đất đá bền vững, ổn định mà chúng ta cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng để lựa chọn được phương pháp thi công phù hợp

Để phân biệt được thế nào là đất đá yếu và đất đá bền vững, ổn định thì chúng ta thường dựa vào các phương pháp phân loại khối đá để xác định

Trong chương này, tác giả sẽ trình bày một số vấn đề liên quan đến các phương pháp phân loại khối đá, khái niệm về đất đá yếu, các điểm đặc biệt khi đào lò qua vùng đất đá yếu

1.2 Phân loại khối đá

Phân loại khối đá là tiến hành phân các khối đá thành các nhóm theo những biểu hiện nhất định, theo những chỉ tiêu hay tiêu chuẩn xác định Phân loại khối đá được phát triển với mục đích phục vụ công tác thiết kế xây dựng công trình ngầm, cụ thể sử dụng để đánh giá, nhận định về trạng thái khối đá

tại hiện trường, để lựa chọn và bố trí các giải pháp bảo vệ, chống giữ và thi công Phân loại khối đá còn được sử dụng để phục vụ công tác lập dự toán và quyết toán công trình [6]

Đầu tiên, khi mới phân loại khối đá, người ta chỉ dựa vào một vài chỉ tiêu độc lập, dễ xác định như độ bền nén một trục của đá Khi tính chất nứt nẻ của khối đá được quan tâm hơn thì người ta đã phân loại theo chỉ số chất lượng khối đá RQD Sau này, càng nghiên cứu đá và khối đá, người ta càng thấy là cần phải dùng một chỉ tiêu có tính chất tổng hợp, kể đến nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của khối đá như độ bền của mẫu đá, mật độ khe nứt, đặc điểm của các mặt gián đoạn, điều kiện địa chất thủy văn, trạng thái ứng suất của khối đá để phân loại khối đá và vì thế, một số cách phân loại theo chỉ số khối đá RMR, theo hệ Q, theo chỉ số ổn định S, ra đời [5]

1.2.1 Phân loại khối đá theo các chỉ tiêu độc lập

1.2.1.1 Phân loại khối đá theo độ bền nén đơn trục

- Hội cơ học đá quốc tế (ISRM) đã phân loại đá theo độ bền nén một trục như trong bảng 1.1 [5]

Bảng 1.1 Phân loại đá theo độ bền nén một trục của Hội cơ học đá quốc tế (ISRM)

- Theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô cũ (SniP 2.02.01-83) thì đá được phân loại theo độ bền nén một trục ở trạng thái no nước nnn như trong bảng 1.2[5]

Bảng 1.2 Phân loại đá theo độ bền nén một trục ở trạng thái no nước nnn theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô cũ (SniP 2.02.01-83)

Loại đá Độ bền nén khi no nước nnn, MPa

1.2.1.2 Phân loại khối đá theo hệ số kiên cố của Protođiakonov

Năm 1926, Protođiakonov đưa ra phương pháp phân loại khối đá dựa vào mức độ ổn định khối đá theo tải trọng tác dụng Từ thí nghiệm mô hình với cát ẩm và quan trắc thực tế ông cho rằng sau khi đào khoảng trống ngầm, phía nóc khoảng trống hình thành một vùng sụt lún dịch chuyển về phía khoảng trống Nguyên nhân là do trọng lượng bản thân của khối đất đá phía nóc gây nên, chiều cao vòm phá hủy phụ thuộc vào hệ số kiên cố f của khối đất đá ở phía nóc công trình ngầm và chiều rộng của công trình ngầm mà không phụ thuộc vào độ sâu đặt công trình ngầm Hệ số kiên cố f được xác định bởi tỉ số f = N*/10 và không có thứ nguyên, trong đó N* là độ bền nén đơn trục của đất đá với thứ nguyên là MPa [6]

Sử dụng hệ số bền vững (hệ số kiên cố f) để đặc trưng cho tính cơ học của khối đá, Protođiakonov đã chia đất đá thành mười cấp độ rắn chắc thể hiện ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Các khối đá phân loại theo Protođiakonov

cố (f)

I Đá có độ chắc

rất lớn

Đá quaczit và đá bazan nhớt chắc và chắc nhất, các đá khác có độ chắc khác thường,…

15÷20

II Đá rất chắc

Các đá granit, pocfia, quaczit rất chắc, phiến silit, cát kết và đá vôi chắc nhất,…

10÷15

III Đá chắc

Đá granit, đá cát và đá vôi rất chắc, cuội kết, thạch anh, đá hoa, đôlômít, pirit,…

0,1÷0,5

Tại Liên Xô trước đây và một số nước Đông Âu đã sử dụng rộng rãi hệ

số kiên cố f của đá theo định nghĩa của Protođiakonov trong tính toán thiết kế các biện pháp phá vỡ đất đá, trong tính áp lực đất đá và thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm [6] Ở Việt Nam, hệ số kiên cố f của đất đá của Protođiakonov cũng đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác

mỏ Phương pháp xác định hệ số kiên cố f của Protođiakonov đơn giản, dễ sử dụng Tuy nhiên, phương pháp phân loại khối đá theo Protođiakonov theo hệ

số kiên cố f vẫn còn một số tồn tại đặc biệt khi sử dụng công thức xác định hệ

số kiên cố f qua kết quả thí nghiệm nén mẫu một trục ở phòng thí nghiệm:

- Đối với đất đá có độ bền nén thấp (N* xác định tại phòng thí nghiệm) thì hệ số kiên cố tính theo N* lại nhỏ hơn hệ số kiên cố thu được từ thực tế mỏ;

- Ngược lại, đối với các loại đá mỏ có độ bền nén cao (N* xác định tại phòng thí nghiệm) lại có hệ số kiên cố tính theo N* cao hơn hệ số kiên cố thu được từ thực tế mỏ [2]

1.2.1.3 Phân loại khối đá theo chỉ số chất lượng khối đá RQD [6]

Phương pháp RQD (còn gọi là phương pháp chỉ số chất lượng đá – Rock Quality Designation) do Deere đề xuất vào năm 1966 Tác giả đã đề nghị sử dụng tỷ số giữa tổng chiều dài các thỏi lỗ khoan ∑L10 có chiều dài không nhỏ hơn 10 cm, khi đường kính lõi khoan là 5 cm và chiều dài đoạn lỗ khoan được khảo sát Ltp

RQD = ∑L10

làm chỉ tiêu đánh giá chất lượng khối đá cũng là chỉ tiêu phân loại

Dựa vào quan sát thực nghiệm, Deere sắp xếp các khối đá ra làm 5 loại tương ứng với các trị số RQD khác nhau như trong bảng 1.4 Như vậy, RQD thực sự chỉ là một chỉ số phản ánh mức độ nứt nẻ của khối đá, được xác định

theo một tuyến khảo sát (trong trường hợp này là lỗ khoan) Do đó trong thực

tế, khi không có các lõi khoan, RQD có thể còn được xác định theo số liệu đo

Tỷ lệ môđun biến dạng của khối đá và đá

Tỷ số tốc độ lan truyền sóng âm trong khối đá và đá

Năm 1976, Priest và Hudson đưa ra biểu thức xác định RQD theo mật

độ khe nứt kkn (số các khe nứt của các hệ trên một đơn vị chiều dài):

Bằng cách này, từ một số liệu đo vẽ nứt nẻ của khối đá (ví dụ kkn) có thể tính được RQD và đánh giá phân loại được chất lượng khối đá

Năm 1971, Franklin cũng đề nghị sử dụng giá trị kkn để phân loại khối

đá như trong bảng 1.5 Trong bảng 1.5 cũng bổ xung thêm kết quả nghiên cứu của Hobbs (1975) và của Onodera (1963), biểu thị mối tương quan giữa chất lượng khối đá RQD với tỷ số môđun biến dạng của khối đá với mẫu đá, cũng như tỷ số tốc độ sóng dọc đo tại hiện trường và đo trên mẫu đá liền khối

Năm 1982, Palmstrom đưa ra biểu thức xác định RQD từ số lượng vết nứt, mặt phân cách trong đơn vị thể tích khối đá (1 m3) Jv, cho loại đá không chứa sét:

Bảng 1.5 Chiều cao vùng phá hủy Hph cho trường hợp đường hầm có chiều rộng B, chiều cao H, đặt tại độ sâu >1,5C; C = B + H [6]

1 Đá cứng, liền khối 95÷100 0

Kết cấu chống nhẹ (neo), khi có tróc

Áp lực ngang nhỏ hoặc bằng không

6 Đá bị cà nát, vẫn có

tính chất cơ học

3÷30 0÷3

8 Khối đá bị nén ép, độ

Khung thép hình tròn

9 Khối đá trương nở -

Đến 75 m, không kể tới trị

số của C

Khung thép tròn Trường hợp đặc biệt kết cấu linh hoạt

Chỉ số RQD cũng được sử dụng để xác định áp lực đá trong mối tương quan với phân loại của Terzaghi như trên bảng 1.5 cũng như phục vụ lựa chọn kết cấu chống giữ đường hầm theo Merritt trên hình 1.1

Hình 1.1 Kết cấu chống liên quan với RQD theo Merritt

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng, chỉ số chất lượng RQD không phản ánh hết được các đặc điểm, vị trí, thế nằm của các khe nứt trong khối đá như đường phương, hướng cắm, chất lấp nhét, mức độ phân hủy, Ngoài ra, RQD cũng có nhược điểm cơ bản cần chú ý là với khối đá có mức độ nứt nẻ phân

bố đều, nhưng chiều dài từng đoạn lõi khoan đều nhỏ hơn 10 cm (chẳng hạn bằng 9,99 cm) thì RQD = 0

Trong thực tế, vì RQD dễ xác định, lại phản ánh sơ bộ được trạng thái tổng thể của khối đá, đặc biệt trong giai đoạn dự án tiền khả thi, nên đã được

sử dụng khá phổ biến không những trong phân loại, thiết kế các giải pháp đào chống công trình ngầm, mà còn được sử dụng làm một tham số chủ yếu trong các hệ thống phân loại khác [6]

1.2.2 Phân loại khối đá theo các chỉ tiêu tổng hợp

Nhiều tác giả đã đề ra cách phân loại khối đá theo một chỉ tiêu tổng hợp như cách phân loại theo chỉ số cấu trúc của đá RSR (Rock Structure Rating)

của nhóm G.E Wickham và những người khác (1972), theo chỉ số RMR (Rock Mass Rating) của Z.T Bieniawski (1973), theo hệ Q của nhóm N.Barton và những người khác (1974) hay theo chỉ số ổn định S của N.X Bulưchev (1975) [5]

1.2.2.1 Phân loại khối đá theo chỉ số khối đá RMR [6]

Năm 1973, Bieniawski đã đưa ra bảng phân loại khối đá sử dụng trong xây dựng công trình ngầm theo thang điểm số khối đá RMR (Rock Mass Rating), có chú ý đến 6 yếu tố ảnh hưởng khác nhau, xác định theo biểu thức:

RMR = (I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6) (1.4) Trong đó:

I1 – Tham số xét đến độ bền nén đơn trục của đá;

I2 – Tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;

I3 – Tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4 – Tham số thể hiện trạng thái của các khe nứt;

I5 – Tham số thể hiện điều kiện nước ngầm;

I6 – Tham số thể hiện tương quan giữa thế nằm của các lớp và hướng đào của trục các công trình ngầm

Cách tính các tham số và điểm số RMR cũng như các nhóm khối đá theo Bieniawski được thống kê trong bảng 1.6 Bieniawski cũng đã thiết lập mối tương quan giữa các giá trị RMR với “thời gian tồn tại ổn định” và “khẩu

độ không chống” tương tự như phương pháp phân loại của Lauffer Do vậy, phương pháp của Bieniawski có thể xem là phương pháp có tính phát triển và hoàn thiện hơn so với phương pháp của Lauffer [6]

Bảng 1.6 Các tham số phân loại khối đá theo Bieniawski 1973; RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6; (*) – điều chỉnh năm 1989 [6]

2÷3

Ở phạm vi này

sử dụng độ bền nén

0,3÷1 m 0,2÷0,6 m*

0,05÷0,3 m 0,06÷0,2 m*

Bề mặt nhám nhẹ, mềm, độ

mở < 1 mm

Bề mặt nhám, nhẹ, mềm, độ

mở 1 mm

Bề mặt nhẵn, trơn,

độ mở 1÷5

mm, có lấp nhét, khe nứt xuyên suốt

Chất lấp nhét mềm, độ mở > 5

mm, khe nứt xuyên suốt

Tương đối tốt

Không thuận lợi

Rất không thuận lợi

Bảng 1.7 Ảnh hưởng vị trí của khe nứt (đường phương, góc dốc) khi thi công hầm [6]

Đường phương vuông góc với trục đường

hầm (lò xuyên vỉa) Đường phương song

song với trục đường hầm (lò dọc vỉa)

Góc dốc (góc cắm)

Tương đối thuận lợi

Không thuận lợi

Rất không thuận lợi

Tương đối thuận lợi

Không thuận lợi

1.2.2.2 Phân loại khối đá theo theo hệ thống Q (Q system) [6]

Trên cơ sở phân tích các kết quả thống kê, quan trắc của 200 trường hợp xây dựng các công trình ngầm, năm 1974 Barton, Lien và Lunde thuộc Viện Địa kỹ thuật Na Uy (Norwegian Geotechnical Institut, NGI) đã kiến nghị một phương pháp phân loại khối đá theo chỉ tiêu gọi là “chất lượng tuy-nen – Tunnel Quality” Q Chỉ tiêu này được đánh giá qua 6 tham số hay chỉ

số, định nghĩa bởi biểu thức [6]:

RQD (Rock Quality Designation) – Chỉ số chất lượng đá;

Jn – Chỉ số chú ý đến số lượng các hệ khe nứt trong khối đá;

Jr – Chỉ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám của các mặt khe nứt;

Ja – Chỉ số xét đến mức độ phong hóa bề mặt của các khe nứt;

Jw – Chỉ số kể đến ảnh hưởng của nước ngầm;

SRF – Chỉ số tính đến sự suy giảm ứng suất

Dựa vào điểm số tổng hợp Q thu được, các khối đá được xếp vào 9 nhóm khác nhau như trong bảng 1.9 Trong bảng 1.10 giới thiệu cách xác định các trị số của 6 tham số liên quan với các dấu hiệu thu nhận được về các đặc điểm tương ứng của khối đá (1977) [6]

Bảng 1.9 Các nhóm khối đá theo Barton, Lien và Lunde [6]

Giá trị của chỉ tiêu “Q” Cấp ổn định – Nhóm

Bảng 1.10 Đặc điểm khối đá và cách xác định các chỉ số, tham số của

hệ thống phân loại Q theo Barton, Lien và Lunde (1977) [6]

(1) Khi RQD được xác định hay từ báo cáo, nhận giá trị

≤ 10 (kể cả bằng 0) thì lấy giá trị bằng 10 để đánh giá

Q

(2) RQD lấy theo khoảng cách 5, nghĩa là 100, 95, 90,

H Bốn hay nhiều hệ khe nứt, các khe nứt đơn

lẻ, nứt nẻ nhiều, như ‘cục đường’

(2) Cho chỗ cửa công trình ngầm tính với 2 × J n

3 Chỉ số độ nhám

(a) Mặt khe nứt tiếp xúc với nhau; và

(b) Mặt khe nứt tiếp xúc với nhau trước khi bị

cắt, trượt 10 cm

A Các khe nứt gián đoạn

B Nhám hoặc không quy luật, lượn sóng

(1) Công tác mô tả cần chú

ý nhiều hơn tới các dấu hiệu

cỡ nhỏ, dấu hiệu cỡ trung bình, theo trật tự này

(2) Cộng thêm 1,0 nếu khoảng cách trung bình của

hệ khe nứt quan trọng lớn hơn 3 m

(3) J r = 0,5 có thể sử dụng cho các khe nứt phẳng, nhẵn

có dấu vết (vết xước) của dịch chuyển với điều kiện các vết đó có tính định hướng

(c) Không tiếp xúc khi bị cắt, trượt

H Vùng chứa khoáng vật sét, đủ dày để ngăn

4 Chỉ số về biến đổi của khe nứt

(a) Mặt (thành) khe nứt có mặt tiếp xúc

A Nối kín, cứng không biến mềm, chất lấp

nhét không thấm nước, như thạch anh, epiđốt

B Mặt khe nứt không biến đổi, bề mặt hơi biến

màu

C Mặt khe nứt biến đổi nhẹ, lớp phủ mặt

không biến mềm, có hạt cát, đá không chứa sét

bị phong hóa

D Lớp phủ chứa sét, cát, bụi, hàm lượng sét

nhỏ

E Lớp phủ khoáng vật sét có thể biến mềm

hoặc ma sát nhỏ, như kaolinit hoặc mica, clorit,

talc, thạch cao, chì, cũng như lượng nhỏ sét dễ

montmorilonit (liên tục, nhưng bề dày <5 mm)

Trị số của J a phụ thuộc vào tỷ phần các hạt sét

trương nở và dễ bị tác động của nước

(c) Không tiếp xúc nếu bị trượt

K.L Các vùng hoặc dải đá bị cà nát hoặc phong

hóa và sét

M (xem G, H, J khi mô tả điều kiện về sét)

J a

0,75 1,0

2,0 3,0 4,0

4,0 6,0

8,0

8÷12

6;8 hoặc 8÷12 5,0 10;13

Góc ma sát  (gần đúng)

(-) (25÷35  )

(25÷30  ) (20÷25  ) (8÷16  )

(25÷0  ) (16÷24  )

(12÷16  )

(6÷12  )

(6÷24  )

N Các vùng hoặc dải sét chứa cát, bụi; lượng

sét nhỏ, không biến mềm

O.P Các cùng hoặc dải sét liên tục, dày

R (xem G, H, J khi mô tả điều kiện về sét)

Hoặc 13÷20

(-) (6÷24 )

5 Yếu tố suy giảm do nước khe nứt

A Khô hay lưu lượng nhỏ (≤ 5 lít/phút cục bộ)

B Lưu lượng hay áp lực trung bình, đôi khi rửa

lũa chất lấp nhét khe nứt

C Lưu lượng lớn hay áp lực cao trong đá cứng

với các khe nứt không có lấp nhét

D Lưu lượng lớn hay áp lực cao, rửa lũa đáng

kể chất lấp nhét

E Lưu lượng hay áp lực quá lớn khi nổ mìn,

nhưng giảm dần theo thời gian

F Lưu lượng hay áp lực quá lớn, tiếp diễn

không nhận thấy có suy giảm

J w

1,0 0,66 0,5

0,33

0,2÷0,1 0,1÷0,05

Áp lực nước (gần đúng)

kG/cm2

< 1,0 1÷2,5 2,5÷10 2,5÷10

> 10

> 10

6 Yếu tố suy giảm do ứng suất

(a) Vùng đá yếu cắt ngang công trình ngầm, có

thể gây ra hiện tượng tơi nở khối đá khi đào

A Các vùng đá yếu đa tạp, chứa sét hoặc đá bị

phong hóa hóa học, đá vây quanh rất bở rời

(mọi độ sâu)

B Các vùng đá yếu đơn lẻ chứa sét hoặc đá bị

phong hóa hóa học (chiều sâu thi công < 50 m)

C Các vùng đá yếu đơn lẻ chứa sét hoặc đá bị

phong hóa hóa học (chiều sâu thi công > 50 m)

D Các vùng bị cắt trượt đa tạp trong đá cứng

(không chứa sét), đá vây quanh bở rời (mọi độ

sâu)

E Các vùng bị cắt trượt đơn lẻ trong đá cứng

(không chứa sét), (chiều sâu thi công < 50 m)

F Các vùng bị cắt trượt đơn lẻ trong đá cứng

(không chứa sét), (chiều sâu thi công > 50 m)

G Các khe nứt mở bở rời, nứt nẻ mạnh hoặc

5÷2,5

<2,5

 ’ K /  1

> 13 13÷0,66 0,66÷0,33

0,33÷0,16

<0,16

(SRF)

2,5 1,0 0,5÷2,0

5÷10 10÷20

(2) Khi trường ứng suất rất bất đẳng hướng (nếu đo được) thì: giảm  ’ K ,  ’ N

xuống 0,8  ’ K ; 0,8  ’ N nếu 5≤  1 /  3 ≤10 và giảm xuống 0,6  ’ K ; 0,6  ’ N nếu

 1 /  3 >10

 ’ N ,  ’ K là độ bền nén, kéo đơn trục (nén điểm);  1 ,  3

các ứng suất pháp chính cực đại, cực tiểu

(3) Có ít trường hợp được ghi nhận lại với độ sâu kể từ nóc đến mặt đất nhỏ hơn chiều rộng công trình Trong trường hợp này kiến nghị tăng SRF lên 2,5 đến 5 (xem H)

(c) Khối đá bị nén ép, chảy dẻo của đá cứng

dưới tác dụng của áp lực cao

5÷10 10÷15

Ngoài ra, tại Liên Xô còn có một số phương pháp phân loại khối đá khác như: phân loại khối đá theo thế năng ổn định S của Malinin (1970), phương pháp đánh giá khối đá thông qua hệ số ổn định n của Viện xây dựng

Mỏ Kudbas do Eropheev giới thiệu năm 1978, cách xác định khả năng sập lở trong các đường lò thông qua chỉ tiêu ổn định thực nghiệm S của Bulytrep đề xuất năm 1982, Còn tại các nước khác (ngoài Liên Xô) cũng đã xuất hiện nhiều phương pháp phân loại khối đá như trong bảng 1.11

Nhìn chung các phương pháp phân loại khối đá đều được bổ xung, sửa đổi trong quá trình sử dụng Nhiều phương pháp được sử dụng tại các nước riêng biệt, cũng có các phương pháp được sử dụng chủ yếu trong một khu vực

nhất định (ví dụ phương pháp của Lauffer, Rabcewicz tại khu vực Trung Âu) Hiện nay, hai phương pháp phân loại của Bieniawski và của Barton, Lien và Lunde được áp dụng khá phổ biến trên thế giới [6]

Bảng 1.11: Các hệ thống phân loại khối đá [6]

Chỉ tiêu phân loại Tác giả, năm đề xuất Xuất sứ Phạm vi áp dụng Cấu trúc khối đá Terzaghi, 1946 Mỹ

Xác định vùng sụt

lở, chống bằng khung thép Thời gian ổn định

Biện pháp chống giữ, thi công

Cấu trúc khối đá

Rabcewicz, Pacher và Muller, 1964

Rabcewicz, Spaum và Golser

Áo

Giải pháp thiết kế

và thi công phương pháp

“đào hầm mới của Áo – NATM” Điểm số cấu trúc

Thi công, xác định áp lực Kích thước – độ

bền Franklin, Louis, 1975 Anh, Pháp

Thi công đường hầm

Phát triển RMR Cummings, 1983 Mỹ Khai thác mỏ Điểm số khối đá

Bồ Đào Nha Thi công hầm Chỉ số GSI Hook, 1995 Canađa Mỏ, công trình

ngầm

Sự ra đời và phát triển của một loạt các hệ thống phân loại khối đá cho thấy sự phức tạp của khối đá Hiện nay, ở nước ta chưa có một hệ thống phân loại khối đá nào vì vậy để đánh giá chất lượng của khối đá chúng ta có thể sử dụng các hệ thống phân loại khối đá đã kể trên

1.3 Đất đá yếu

Theo các phương pháp phân loại đất đá ở trên, ta thấy rằng đất đá yếu

là đất đá có hệ số kiên cố thấp (f ≤ 3) theo phương pháp phân loại khối đá của Protođiakonov, đất đá có chỉ số chất lượng đá RQD ≤ 50% theo phương pháp phân loại khối đá của Deere, đất đá có điểm số khối đá RMR ≤ 40 theo phương pháp phân loại khối đá của Bieniawski, đất đá có chỉ số chất lượng tuy-nen Q ≤ 4 theo phương pháp phân loại khối đá của Barton, Lien và Lunde, Có thể phân loại đất đá yếu thành các nhóm sau đây:

 Nhóm 1: Phay phá địa chất Đất đá trong vùng phay phá bị vò nhàu,

tại các phay phá và vùng lân cận có nhiều diễn biến phức tạp về địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn, tính chất lý hóa của khối đá, làm cho quá trình thi công công trình trong vùng đất đá gặp nhiều khó khăn, phức tạp, đòi hỏi phải có phương pháp thi công phù hợp

 Nhóm 2: Đất chảy, cát chảy Đây là hỗn hợp giữa nước và đất (đá hạt vụn), gồm hai phần lỏng và đặc

- Phần đặc: gồm các hạt bụi, bùn đá có kích thước hạt lớn hơn hoặc

bằng 0,005 mm có thể lắng đọng trong nước

- Phần lỏng: gồm nước, các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,005 mm nổi lơ

lửng, không tự lắng đọng được dưới tác dụng của áp lực không lớn, phần lỏng luôn luôn chảy vào phần đặc và truyền cho chúng tác dụng động lực học làm cho phần đặc mất ổn định và toàn bộ sẽ bị chảy nhão ra (hệ số ma sát của phần đặc không còn nữa, trọng lượng thể tích phần lỏng bằng trọng lượng thể

chúng giữ được hình dạng là nhờ trọng lượng bản thân của hạt và lực ma sát giữ các hạt (cát là một loại đá vụn nếu không dính nước) Đá hạt vụn là môi trường khó khăn cho công tác thi công đặc biệt là xúc bốc đất đá và chống giữ công trình

 Nhóm 4: Đá mềm Đá mềm là đá có hệ số kiên cố f thấp (f ≤ 3), các

loại đất đá bị phong hóa, có khả năng ổn định kém

 Nhóm 5: Đất đá ở đáy sông cổ Đất đá ở đáy lòng sông cổ là đất

dính nhiều sỏi hoặc lớp phủ dày 3÷40 m, dính nhiều nước

 Nhóm 6: Các loại đất đá đặc biệt Các loại đất đá đặc biệt bao gồm:

đất bùn, than bùn, than bùn hóa, đất nhiều muối, đất đóng băng ở những vùng hàn đới, Chúng có đặc điểm chung là dạng thạch học và nguồn gốc tạo thành chúng đều ở điều kiện đặc biệt, nó được đặc trưng bởi những tính chất đặc biệt nên khi xây dựng công trình nằm trên hay nằm trong lòng nó thì cần phải nghiên cứu kỹ càng hơn để có những đánh giá đúng đắn về tính chất cơ học của chúng mà từ đó chọn được phương pháp thi công hợp lý

1.4 Các điểm đặc biệt khi đào lò qua vùng đất đá yếu

Khi đào lò qua vùng đất đá yếu, do mức độ ổn định của đất đá xung quanh công trình thấp nên áp lực đất đá phía nóc, hông và nền của đường lò tác dụng lên các kết cấu chống giữ, bảo vệ đường lò lớn có thể gây phá hủy các kết cấu chống giữ, bảo vệ này hoặc các loại đất đá tơi, vụn và đặc biệt các loại đất chảy, cát chảy, sét chứa nước, gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác thi công các đường lò đi qua các vùng đất đá này Có thể sẽ có một khối lượng lớn đất đá tơi, vụn hoặc các loại đất chảy, cát chảy, sập đổ vào bên trong đường lò gây nguy hiểm cho người và thiết bị đang thi công nếu như chúng ta không có phương pháp thi công kết hợp cùng với các biện pháp chống giữ, gia cố và tháo khô vùng đất đá xung quanh đường lò một cách hợp

lý

Hình 1.2 Sự cố sập hầm khi thi công hầm dẫn nước công trình thủy điện A Lưới khi đào qua vùng đất đá yếu

Trong lịch sử xây dựng các đường hầm, đường lò ở Việt Nam cũng đã rất nhiều lần gặp phải những sự cố đáng tiếc khi thi công các đường hầm, đường lò đào qua các vùng đất đá yếu Năm 1976, xảy ra tai nạn làm chết 1 người khi đào lò xuyên vỉa cánh Tây qua phay phá tại mỏ than Mông Dương

[1] Sự cố bục phay FA mỏ than Mạo Khê xảy ra vào năm 1996 khi đang đào đường lò cắt ngang qua phay Một khối lượng lớn bùn nước đã đổ tràn vào đường lò trên chiều dài lớn làm nhiều người chết tại chỗ Ngày 05/09/2001, khi đào đến lý trình 0+27 hầm chính đoạn cửa hầm phía Nam của hầm đường

bộ Hải Vân qua khu vực đất phong hóa từ đá granit có dạng cát sét thì một khối lượng lớn đất tại đỉnh hầm bị sụt xuống [8] Tháng 9/2009, khi đơn vị thi

công đường hầm dẫn nước công trình thủy điện A Lưới đoạn đào từ hầm phụ

số 1 đến cửa nhận nước qua vùng đất đá yếu thì một lượng khá lớn đất đá từ nóc hầm và gương hầm sập xuống chôn vùi một máy xúc.v.v

Ngoài ra, khi thi công các đường lò đào qua các vùng đất đá yếu làm kéo dài thời gian thi công, làm tăng chi phí đào lò vì phải có các biện pháp xử

lý đặc biệt,

1.5 Nhận xét

Có rất nhiều các phương pháp phân loại khối đá khác nhau cho thấy sự

đa dạng và phức tạp của khối đá, đối tượng tác động của con người để xây dựng các công trình ngầm phục vụ cho khai thác khoáng sản, phục vụ cho giao thông, thủy lợi, thủy điện,

Đất đá yếu là những loại đất đá có độ ổn định thấp như đất đá tại phay phá địa chất; đất chảy, cát chảy; các loại đất đá hạt vụn; các loại đá mềm; đất

đá ở đáy sông cổ; các loại đất đá đặc biệt khác như đất bùn, than bùn, than bùn hóa, đất nhiều muối, đất đóng băng ở các vùng hàn đới,

Khi thi công các đường lò đào qua các vùng đất đá yếu sẽ gặp rất nhiều khó khăn, bất lợi làm giảm tốc độ đào lò, làm tăng giá thành đào lò và có thể

sẽ xảy ra các sự cố gây nguy hiểm cho người và thiết bị tham gia thi công Vì vậy, cần phải có những giải pháp hợp lý để thi công các đường lò đào qua vùng đất đá yếu sao cho an toàn và hiệu quả

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÁC ĐƯỜNG LÒ ĐÀO QUA ĐẤT ĐÁ YẾU

2.1 Tổng quan

Có nhiều phương pháp thi công có thể áp dụng khi đào các đường lò đào qua các vùng đất đá yếu Mỗi phương pháp lại có những ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau Nhìn chung, có thể phân loại các phương pháp thi công này thành 3 nhóm như sau:

- Nhóm các phương pháp thi công không làm thay đổi các tính chất cơ

áp dụng được khi thi công các đường lò đào qua đất đá yếu

2.2 Các phương pháp thi công không làm thay đổi các tính chất cơ lý của đất đá

2.2.1 Phương pháp đào chia gương

2.2.1.1 Bản chất của phương pháp

Theo Bieniawski thời gian ổn định không chống phụ thuộc vào tính chất của khối đá và chiều rộng công trình ngầm Dựa theo lý thuyết này, người ta xây dựng nên các phương pháp làm giảm tiết diện đào qua gương qua đó làm tăng thời gian ổn định không chống chăng hạn như:

+ Phương pháp nhân đỡ

+ Phương pháp đào lò dẫn trước: lò dẫn hông, lò dẫn trung tâm, lò dẫn nóc,

Hình 2.1 Sơ đồ đào chia gương trong phương pháp đào mới của Áo [11]

I÷IX – Các giai đoạn thi công; 1 – Lưới thép; 2 – Neo; 3 – Lớp bê tông;

4 – Xe chở bê tông; 5 – Máy phun bê tông; 6 – Cần phun; 7 – Ô tô tự đổ;

8 – Máy đào đất; 9 – Toa goòng; 10 – Máy đào hầm

2.2.1.2 Công nghệ thi công

Về nguyên tắc việc chia gương là để làm giảm khẩu độ đào của đường

lò, nhưng chia gương như thế nào thì phụ thuộc và nhiều yếu tố, nếu gương quá lớn có thể chia thành 3÷4 gương nhỏ, đào và chống lần lượt

Ngoài ra, việc chia gương còn phụ thuộc vào áp lực của khối đá, tùy theo áp lực khối đá ta có các phương pháp đào lò dẫn khác nhau

Do khối đá yếu nên tùy theo lưu lượng nước chảy trên gương ta sử dụng công nghệ đào phá đất đá khác nhau:

- Nếu lượng nước chảy ra nhiều ta có thể kết hợp với biện pháp cách nước

- Nếu lượng nước ít không đáng kể thì nên sử dụng búa khoan thủy lực

để phá đá

- Hạn chế sử dụng thuốc nổ, trong trường hợp gặp đá mồ côi quá lớn thì phải đào qua và chống ổn định một đoạn hầm rồi mới quay lại sử lý bằng phương pháp khoan nổ mìn

2.2.1.3 Điều kiện áp dụng

Đây là phương pháp xuất hiện từ rất sớm, khi công nghệ đào chống còn đơn giản, đây là giải pháp hữu hiệu khi đào qua vùng đất đá yếu, nhưng hiện nay các đường lò hầu như ít sử dụng phương pháp này nữa vì tính an toàn không cao, đòi hỏi công tác tổ chức thi công phức tạp, tốn kém mà hiệu quả không cao

Phương pháp này được sử dụng cho các đường hầm tiết diện lớn phối hợp với công nghệ đào chống khác

2.2.2 Phương pháp tạo ô vòm tiến trước (gia cố nóc, chèn nhói)

2.2.2.1 Bản chất của phương pháp

Hình 2.2 Sơ đồ tạo ô vòm tiến trước bằng ống thép

Phương pháp này được thi công bằng cách đóng các thanh, ống, ván thép dọc theo chu vi ngoài của mặt đào theo một góc nhất định vượt lên trước Đầu chuôi của hệ thanh, ống, ván được chống giữ bằng các vì chống thép Sau khi thi công xong hệ thống ô vòm tiến trước thì có thể tiến đào bình thường dưới sự che chắn, bảo vệ của ô vòm này Cách làm này vừa có thể gia cố đất đá bao bọc ngoài hầm lại vừa có tác dụng tạo vòm che chắn vượt lên trước

2.2.2.2 Công nghệ thi công

Để tạo được ô vòm tiến trước, người ta dùng máy khoan khoan lỗ khoan xiên một góc từ 5÷8 so với trục đường lò, sau đó dùng các thiết bị thủy lực hoặc kích đóng ống hoặc thanh thép vào lỗ khoan

Đóng thẳng đứng với chiều sâu có thể đạt 15 m, chiều dài mỗi đoạn 2÷6

m Cọc gỗ dày 50÷100 mm, chiều rộng 150÷200 mm bằng gỗ sồi hoặc bạch dương

Sử dụng thép tấm dạng chữ C, thép ống hoặc thép chữ I được sử dụng để đóng cừ trong quá trình thi công công trình trong điều kiện địa chất mềm yếu Một số mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình được thể hiện hình 2.3

Độ bền kéo của thép hình trong các trường hợp trên theo các hãng sản xuất dao động từ 37÷60 kG/cm2 Thành tấm có chiều dày 10÷12 mm, khối lượng 55÷65 kg/m, chiều dài thanh trung bình 4÷18 m, chiều rộng 320÷380 mm Diện tích mặt cắt của thanh 70÷100 cm2

Hình 2.3 Mô hình kết cấu thép gia cố gương công trình

Hình 2.4 Thi công tạo ô vòm tiến trước bằng ống thép

Sử dụng đóng nhói hay cọc cừ thường bị tổn thất diện tích sử dụng gương công trình, cho nên các hàng cọc đầu tiên luôn phải tạo đường kính hoặc chu vi đào lớn sau đó thu hẹp dần sau mỗi vòng cọc tiếp theo

Đường gương công trình ban đầu được xác định theo công thức:

Trong đó:

Dp - Đường kính công trình vòng đầu tiên khi sử dụng cọc nhói, m;

D - Đường kính bên trong theo thiết kế, m;

a - Chiều dày thực của công trình, m;

s - Chiều dày thanh thép nhói, m;

b - Chiều rộng vòng chống tạm, m;

c - Chiều rộng gỗ lát bên ngoài vỏ giếng, m;

K - Dự phòng khi các thanh đóng bị cong thu hẹp đường kính công trình,

K = 0,2÷0,8 m

Đóng nhói tiến hành theo hai bước sau: Theo độ sâu lần lượt từ 1, 2, 3 m, dựng tất cả các thanh theo chu vi vòng công trình Đóng riêng biệt từng thanh một đóng cho đến chiều sâu thiết kế

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ thi công tạo ô vòm tiến trước [11]

1 – Ống thép; 2 – Khung khoan; 3 – Búa khoan; 4 – Khung thép

2.2.2.3 Điều kiện sử dụng

Phương pháp được áp dụng khi thi công các công trình ngầm trong điều kiện đất đá có tính chất đặc biệt mềm yếu, có thời gian ổn định ngắn, các địa tầng rất rời rạc, rất vụn nát như các loại đất sét pha cát, đất cát pha sét, đất á sét, cát hạt mịn, cát hạt thô, đất sét, bùn lỏng lẫn đá, đá rời rạc chứa nước,

1) Điều kiện địa chất mỏ

- Lớp đá tơi rời ngập nước nằm ở chiều sâu không quá 15 m và chiều dày lớp đá không lớn hơn 3 m;

- Áp suất thuỷ tĩnh của cột nước không vượt giới hạn 1÷1,5 atm;

- Trong đá rời, các đá cục, đá tảng có độ cứng và độ bền cao;

- Dưới lớp đá rời ngập nước một lớp đá ngăn nước với chiều dày > 2 m thì

độ bền của lớp đá không đòi hỏi lớn cần phải đóng cọc;

- Xuyên qua lớp đá chứa nước dễ dàng đối với việc thoát nước

2) Điều kiện kỹ thuật mỏ

Diện tích tiết diện gương đào chống theo phương pháp đóng cọc thường nhỏ hơn 20 m2, tốc độ đào gương thấp đạt khoảng 3÷15 m/tháng

2.2.3 Phương pháp đào bằng khiên bảo vệ

Theo phương pháp đào đất đá, người ta phân biệt các khiên theo 2 trường hợp: không cơ giới hóa và cơ giới hóa Trường hợp thứ nhất, đất được đào thủ công hoặc dùng dụng cụ cơ giới cầm tay Trường hợp thứ 2, tất cả các thao tác đào đất, thu dọn đất hoàn toàn được cơ giới hóa và thực hiện bằng