Phương pháp xây dựng hầm NATM (New Austrian Tunnelling Method: Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo) đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới công nhận là phương pháp xây dựng hầm hiện đại và có nhiều ưu điểm so với các phương pháp thông thường. Chính vì tính ưu việt của phương pháp NATM nên đã được nhiều nước đưa vào quy trình thi công hầm của mình như Đức, Áo, Nhật Bản... Ở Việt Nam, phương pháp NATM lần đầu tiên được áp dụng để thiết kế và thi công hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, sau đó được áp dụng thành công vào công trình hầm đường bộ qua đèo Ngang.
Trang 1BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
TIỂU LUẬN
THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM (NHÓM 4)
Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Vũ Thanh Te Học viên: Trương Văn Hân
Mã học viên: 1582850302069 Lớp: 23QLXD22
Hà Nội, tháng 8 năm 2016
Trang 2Đề bài: Đường hầm có bán kính R = 3m; Fk = 1-4; chiều dài L = 4km.
Thi công hầm và công trình ngầm
Nội dung yêu cầu:
1 Tổng quan về đường hầm và quản lý chất lượng thi công đường hầm
- Tổng quan về các loại đường hầm
- Tình hình quản lý chất lượng trong thi công đường hầm hiện nay
- Một số công nghệ chính và ảnh hưởng của nó đến công tác quản lý chấtlượng thi công đường hầm
- Những vấn đề đặt ra cho xây dựng điều kiện kĩ thuật quản lý chất lượngthi công đường hầm
2 Phạm vi ứng dụng và tài liệu trích dẫn
3 Quản lý chất lượng trong công tác khoan nổ mìn (hoặc đào bằng máy TBM, hoặc đào bằng khiên).
4 Quản lý chất lượng trong gia cố đường hầm.
- Chọn được giải pháp gia cố, yêu cầu quản lý chất lượng trong thi cônggia cố, khoan cắt trong gia cố
- Xử lý số liệu và đánh giá kết quả quan trắc
5 Công tác quản lý chất lượng thi công vỏ hầm (chất lượng thi công
bê tông và xi măng hóa sau khi thi công vỏ hầm.
6 Xác lập tiến độ cho một chu kì làm việc trên cơ sở quản lý chất lượng công trình.
Trang 32 Vai trò của hầm và công trình ngầm trong giao thông vận tải:
Hầm là công trình vượt qua các chướng ngại vật trên đường giao thông,
mở rộng khả năng vạch tuyến trong những địa hình khó khăn:
Trang 4- Hầm vượt qua các chướng ngại cao: núi, đồi.
Xây dựng hầm sẽ cho tuyến có chiều dài ngắn nhất có các điều kiện phục
vụ giao thông tốt nhất, khả năng thông xe lớn nhất
- Hầm vượt qua các chướng ngại nước: sông hồ, eo biển
Xây dựng hầm không cản trở giao thông đường thủy, không bị ảnh hưởngcủa gió, bão, dễ dàng kết nối mạng lưới giao thông 2 bên bờ, có thể cho chiềudài ngắn hơn (so với trường phương án cầu) trong trường hợp bãi sông rộng,khổthông thương đường thủy cao
- Hầm vượt qua chướng ngại trong điều kiện thành phố: Hầm là một giảipháp rất tốt để giải quyết các vần đề đô thị tại các ngã tư, đường phố…
Giải phóng diện tích xây dựng mặt đất nhanh tạo điều kiện sử dụng đất tốthơn cho khai thác giao thông, ít tác động xấu đến môi trường( tiếng ồn, bụi…),không phá hoại cảnh quan thành phố
- Có thể sử dụng cho quốc phòng
b) Tình hình quản lý chất lượng trong thi công đường hầm hiện nay
Trước tiên phải nói đến sự tiến bộ trong việc xây dựng và hoàn thiện thểchế về quản lý đầu tư xây dựng đặc biệt trong đó có việc xây dựng và hoàn thiệnnhiều văn bản quy phạm pháp luật (VBQPPL) về quản lý CLCTXD Trước năm
2003, khi chưa có Luật Xây dựng, công tác QLCLCT XD mới chỉ có các điều lệ,quy chế quản lý đầu tư và xây dựng được quy định tại một số Nghị định củaChính phủ như Nghị định 232-CP năm 1981, 385-HĐBT năm 1990, NĐ177-CPnăm 1994, NĐ 42-CP năm 1996, NĐ92-CP năm 1997, NĐ52/1999/NĐ-CP Cóthể thấy, vấn đề bất cập trong công tác QLCLCTXD trước đây là thiếu, khôngđồng bộ, không rõ trách nhiệm, mức độ chế tài thấp… Sau khi có Luật Xâydựng và các VBQPL hướng dẫn Luật Xây dựng, tuy còn có những hạn chếnhưng những vấn đề trên đã từng bước được khắc phục Năm 2004, lần đầu tiên,Chính phủ đã ban hành một Nghị định riêng về quản lý chất lượng công trìnhxây dựng và sau đó đến năm 2013 có NĐ 15/2013/NĐ-CP Có thể nói NĐ 209
và NĐ 15 sau này là NĐ 46 là một bước tiến dài và quan trọng trong việc hoànthiện thể chế về QLCLCTXD Với NĐ 46 mới được ban hành, đã tăng cườnghơn về quản lý Nhà nước và bước đầu rõ hơn về nội dung quản lý theo cácnguồn vốn khác nhau
Bên cạnh quá trình hoàn thiện của hệ thống VBQPPL thì 55 năm pháttriển ngành Xây dựng cũng đánh dấu sự trưởng thành về năng lực của các chủthể đối với từng lĩnh vực xây dựng Hiện nay chúng ta đã có thể tự thiết kế và thicông xây dựng các nhà cao trên 30 tầng, các đập lớn có chiều cao trên 100m, các
hồ chứa nước với dung tích trên 1 tỷ m3; các cầu có nhịp lớn trong khu vực (cầuBãi Cháy kết cấu dây văng một mặt phẳng nhịp trên 400m, cầu Vĩnh Tuy kết cấuthông thường nhịp trên 150m)… Đến thời điểm hiện tại, những cái tên như Sông
Đà, Vinaconex, HUD, Licogi, Cienco1, VIETSOVPETRO… luôn được nhắc tớimỗi khi đảm nhiệm những công trình dân dụng, công trình cầu đường, thủy lợi,khai thác dầu khí quy mô lớn trên cả nước
Trang 5Cùng với những tiến bộ về năng lực chủ thể, công nghệ thi công xây dựngcủa nước ta từ lúc phải nhờ sự hỗ trợ của chuyên gia nước ngoài cho một sốcông trình trọng điểm như thủy điện Hòa Bình, Thủy điện Yaly… đến nay,chúng ta đã gần như tiếp cận và làm chủ công nghệ mới Công nghệ mới trongthi công xây dựng hiện nay mà chúng ta đang làm chủ có thể kể đến như: Côngnghệ mới về xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không, công nghệthi công cọc ống thép bằng búa rung, bê tông đầm lăn (RCC – Roller CompactedConcrete), công nghệ thi công sàn ứng lực trước…
Hình thức đầu tư đã có sự chuyển biến, khi mà trước kia, chúng ta chỉ cóthể xây dựng hầu như bằng vốn Nhà nước hoặc viện trợ của nước ngoài, thì hiệntại, trên cả nước, chúng ta đã có rất nhiều công trình được đầu tư bằng cácnguồn vốn khác nhau
Ở lĩnh vực xây dựng thủy lợi - thủy điện – giao thông, sau tổ hợp ngầmcủa thủy điện Hòa Bình, đến nay nước ta đã xây dựng hàng trăm km đường hầm
có tiết diện khác nhau, nhiều hầm dài hàng chục km Hầm trong xây dựng thủyđiện là hầm núi, nằm trong đá, thi công chủ yếu bằng các phương pháp mỏ
Còn trong xây dựng giao thông những năm qua đã xây dựng hàng chụchầm đường bộ Hiện tại, hầm dài nhất là hầm Hải Vân 6,4km Ở lĩnh vực xâydựng dân dụng và công nghiệp, đặc biệt là ở các thành phố lớn công trình ngầmthường gặp ở hầu hết các nhà cao tầng (1 - 3 tầng, cá biệt có công trình có 5 - 6tầng), ở các gara, bãi đỗ xe và các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị Hầu hết cáctầng hầm của nhà cao tầng được xây dựng bằng phương pháp “tường trong đất”,một vài công trình được xây dựng bằng phương pháp đào lộ thiên kết hợp máidốc với tường cừ
Theo TS Nguyễn Thế Phùng - Đại học Xây dựng Hà Nội thì hiện nay,việc khảo sát thiết kế và thi công công trình ngầm, về cơ bản đã cập nhật đượccác công nghệ tiên tiến trên thế giới và khu vực Các phương pháp thiết kế, cácphần mềm và mô hình tính toán, các thiết bị, phương tiện và phương pháp khảosát địa vật lý; các công nghệ thi công tiên tiến như NATM, TBM, cốp pha diđộng và tự bước, hầm dưới nước thi công bằng phương pháp hạ đoạn đã được ápdụng
Hầu hết các công trình do Việt Nam tự thiết kế và xây dựng đều có chấtlượng đảm bảo, được vận hành hiệu quả và an toàn Các mô hình quản lý xâydựng, quản lý chất lượng các công trình xây dựng cập nhật trình độ và phươngpháp của thế giới, đã được vận hành trơn tru và có hiệu quả
c) Một số công nghệ chính và ảnh hưởng của nó đến công tác quản lý chất lượng thi công đường hầm
* Phương pháp thi công lộ thiên
Phương án thi công lộ thiên bao gồm các phương pháp sau đây :
- Phương pháp đào hố móng
- Phương pháp dùng vì kèo di động
- Phương pháp thi công tường trong đất
Trang 6- Phương pháp hạ đoạn.
* Phương pháp đào hố móng
Đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào hố móng có vách xiên hoặc thẳng đứngvới hệ thống chống vách đến độ sâu cần thiết đặt hầm Sau đó tiến hành lắp đặtcác cấu kiện BTCT định hỡnh sẵn hoặc đổ bê tông toàn khối tại chỗ, xây dựngkết cấu chống thấm rồi lấp đất trở lại, khôi phục mặt đất tự nhiên hoặc xây dựngnhững công trình ngầm trên mặt đất như đường xá vỉa hè… Để chống đỡ vách
hố móng thẳng đứng dùng cọc cừ hoặc cọc cừ kết hợp với neo
Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hóa caoquá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, cácmáy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn Tuy nhiên trong điều kiệnthành phố có công trình xây dựng dày đặc, mật độ giao thông lớn không phải lúcnào cũng áp dụng phương pháp cũng có hiệu quả Việc đào các hố móng rộngkéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông đường phố trongsuốt thời kỳ xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bỡnh thường của đô thị Khithi công hầm bằng phương pháp hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về kimloại, gỗ gia cố tạm Ví dụ để gia cố hố móng sâu 6 - 7m rộng 8 - 10m sẽ chi phí
- Nâng cao mức độ cơ giới hóa, giảm khó khăn trong thi công
- Nâng cao tốc độ xây dựng hầm
* Phương pháp tường trong đất
Trang 7Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa cũng nhưtrong điều kiện giao thông thành phố dày đặc có thể áp dụng phương pháp tườngtrong đất.
Đầu tiên ở những chỗ sẽ xây dựng tường của công trình ngầm, người tađào hào và gia cố nó theo từng bước, rộng 0,6 - 0,8m sâu đến 18 - 20m trong đó
sẽ xây dựng kết cấu tường của công trình ngầm Sau đó tiến hành đào hố móngđến cao độ nóc công trình rồi đặt tấm trần đó xây xong được bảo vệ bằng phòngnước rồi lấp đất trở lại, khôi phục các công trình trên mặt đất như mặt đường,vỉa hè Dưới sự bảo vệ của tường và trần đó tiến hành đào đất trong lừi, xâydựng tấm đáy và các vách ngăn …
Việc xây dựng các kết cấu tường công trình ngầm có thể từ BTCT toànkhối hoặc áp dụng công nghệ tường lắp ghép trong đất tạo điểu kiện giảm bớtkhối lượng công tác đất giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm thời hạn và giáthành xây dựng
Phương pháp tường trong đất có ưu điểm hơn phương pháp hố móng làkhông đòi hỏi dựng tường cừ, đảm bảo ổn định cho nhà cửa và các công trìnhbên cạnh Phương pháp này có thể áp dụng trong đất không cứng dạng bất kỳ(kể cả đất rời lẫn đất sét chặt) trừ loại đất bùn chảy, đất có lỗ rỗng lớn hoặc cóKast
Phương pháp này có hiệu quả nhất khi chiều sâu hố đào lớn hơn 5 - 6mcũng như bố trí công trình ngầm gần sát nhà cửa và các công trình khác
* Phương pháp hạ đoạn (Kenson Method)
Phương pháp hạ đoạn được áp dụng trong các điều kiện thành phố, điềukiện địa chất công trỡnh và điều kiện thủy văn trong môi trường đất mền yếu,trong các vùng có chứa nước sâu 6 - 40m và nó đặc biệt có hiệu quả khi xâydựng hầm trong môi trường đất có phát sinh tình trạng cát chảy, bùn chảy hoặckhi làm đường xe điện, ôtô điện qua đáy sông, hồ
Về nguyên tắc phương pháp này cũng thuộc quy trình thi công đào lộthiên rồi lấp phủ nhưng để tăng tốc độ làm kết cấu vỏ hầm, hạn chế biến dạng,lún sụt đất ở hai bên tuyến hầm và giảm ảnh hưởng của nước ngầm đối với thờigian xây dựng và chất lượng kết cấu vỏ hầm, người ta đúc sẵn những khoanghầm bằng BTCT rồi dùng hệ thống thiết bị chuyên dùng hạ xuống hố đào
Phương pháp hạ đoạn đó được các nước trên thế giới áp dụng nhiều.Trong tương lai ở Việt Nam có thể áp dụng để thi công Metro qua sông Hồnghoặc những công trình ngầm qua những nơi có chiều sâu nước ngầm lớn, đấtyếu không ổn định Gần đây nhất là dự án vượt sông Sài Gũn bằng đường hầmHàm Nghi qua Thủ Thiêm do công ty Anh Quốc Maunsell thiết kế đó áp dụngphương pháp hạ đoạn để thi công phần hầm qua sông
* Phương pháp thi công kín
Phương pháp thi công kín có nhiều phương pháp thi công song ở đây tachỉ xét phương pháp phổ biến nhất mà các nước trên thế giới đó sử dụng thicụng đó là phương pháp khiên đào
Trang 8Khiên đào là một máy thi công chuyên dụng để làm đường hầm trongthành phố, khi có yêu cầu phải giữ nguyên hiện trạng kết cấu đô thị (các côngtrình hạ tầng kỹ thuật và các công trình kiến trúc) ở trên mặt đất Phương phápkhiên đào áp dụng trong những điều kiện địa chất công trình và địa chất thủyvăn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiếtdiện ngang không đổi
Khiên đào là một máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào,bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm đồng thời là vỏ chống tạm vững chắc dưới sựbảo vệ của nó tiến hành tất cả các công việc đào hầm chính Một số nước trênthế giới như Anh, Pháp, Mỹ, Nhật …áp dụng phương pháp này từ lâu Trong khiphần lớn các đường hầm đường sắt được xây dựng trong đất đá núi cứng chắcthỡ cỏc đường hầm ô tô và tàu điện ngầm trong đô thị được xây dựng trong điềukiện đất đá yếu bằng các máy đào dạng khiên Hiện nay tại châu Âu đang thựchiện một số dự án rất lớn xây dựng đường tàu điện ngầm như ở Barcelona,Valencia, Sevilla, Milan, Turin, Roma, Malme, Lisbon, Porto và Praha… Phầnlớn số cụng trỡnh trờn được thi công bằng máy đào dạng khiên kích thước lớn
do các công ty Lovat, Wirth/NFM và Herrenknecht sản xuất Đường ô tô vànhđai M30 ở Manrid sẽ được thi công bằng các khiên đào đường hầm lớn nhất thếgiới Một trong số đó có đường kính 15 m do công ty Herrenknecht chế tạo và
đó hoạt động từ cuối năm 2005 Cỗ máy độc nhất vô nhị này được trang bị cáclưỡi cắt bên trong và bên ngoài và chúng có thể quay theo các hướng ngượcnhau Khiên đào đường hầm do công ty Wirth - Tunnel Bore Extender (TBE)chế tạo cũng được xem là một cỗ máy độc đáo Thiết bị được sử dụng thànhcông trong đào đường hầm Uetliberg - một công trỡnh trọng điểm trên đường ô
tô vành đai xung quanh thành phố Zurich Thiết bị này phá huỷ đất đá khôngphải bằng sự va đập vào đất đá mà bằng sự “kéo căng” đất đá mà xét về mặtcông nghệ thì hiệu quả hơn và giảm tiêu thụ năng lượng
Để có thể thi công bằng phương pháp khiên đào, trước hết phải thi côngcác giếng đứng (giếng thi công) để đưa máy móc thiết bị xuống Giếng đứngđược thi công bằng dàn khoan cơ giới hạng nặng hoặc có thể bằng các phươngpháp đào hố móng thông thường có sử dụng neo gia cố, thi công theo công nghệtường trong đất, công nghệ top - down Giếng đứng thường được sử dụng để làm
ga, thông gió… sau này
Trong thời gian khiên đào phá theo chiều sâu thì kết hợp hạ các vòmgiếng kết cấu BTCT hoặc loại thộp đặc biệt Khi đạt đến độ sâu thiết kế và saukhi gia cố kết cấu thành giếng, tiếp theo là lắp đặt giá đỡ vũng khiên ngang vàbắt đầu thi công mở rộng đường hầm Đồng thời gian với tiến độ dịch chuyểnkhiên ăn sâu vào lòng đất là vận chuyến các khối BTCT lắp ghép vỏ hầm vàotrong miệng giếng thi công Các khối vỏ hầm lắp ghép được sản xuất hàng loạttrong nhà máy Sau khi đưa các khối vào trong hầm tiến hành xếp đặt lắp ráp và
vị trí liên hoàn giữa giá đế tựa thủy lực bằng vì kèo thép đặc biệt và vòng khiênđào phá, cùng với tác dụng lực ép thủy lực việc vận chuyển của các phay khiênvào lũng đất Hệ thống liên hoàn vừa đào phá vừa lắp đặt khối BTCT lắp ghép
vũ hầm vào đường hầm là quá trình làm việc liờn tục cho đến khi khiên đào đi
Trang 9hết đoạn đường giữa 2 giếng công trường Việc theo dõi định vị đường đi củakhiên đào hoàn toàn được điều khiển bằng hệ thống tự động trên mặt đất.
Thi công bằng TBM có ưu điểm là tốc độ thi công nhanh, thi công liêntục, trình độ cơ giới hóa cao, cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động,chất lượng che chắn vỏ hầm tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ, có thể
áp dụng xây dựng các hệ thống Tunel kỹ thuật, các hầm đặt sâu trong lòng đất
mà không ảnh hưởng đến kiến trúc ở bên trên, hoặc cải tạo hệ thống cơ sở chocác khu phố cũ mà quy hoạch không cho phép thay đổi kiến trúc Tuy nhiên khithi công bằng TBM và lựa chọn máy phụ thuộc vào địa chất tương ứng, kíchthước định hình sẵn theo đường kính hầm, khó khăn khi thi công trong đoạnhầm có bán kính nhỏ, chiều dài đoạn thi công lớn (>750m)
Đánh giá lựa chọn phương án thi công
Trên cơ sở đánh giá các phương án thi công và dựa vào điều kiện địa chấtcông trình, địa chất thủy văn và điều kiện xã hội khu vực xây dựng ta chọnphương án thi công bằng khiên đào vì quan trọng nhất là nó đảm bảo không thayđổi kiến trúc khu vực xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện và cuộcsống sinh hoạt xã hội của dân cư khu vực xây dựng
d) Những vấn đề đặt ra cho xây dựng điều kiện kĩ thuật quản lý chất lượng thi công đường hầm
Tuy nhiên, trong lĩnh vực xây dựng ngầm ở nước ta hiện nay còn có một
số vấn đề cần được quan tâm nhiều hơn
Nhìn lại từ một số sự cố về công trình ngầm trong thời gian qua như sự cốtại công trình Pacific (TP HCM); cao ốc Sài Gòn MC; cao ốc Lim Tower Ths.Thân Đức Quốc Việt - Cty CP Kiểm định xây dựng Sài Gòn cho rằng, có nhiềunguyên nhân dẫn đến sự cố này, trong đó có thiếu thông số đất nền phù hợp choviệc tính toán thiết kế các hố đào; thiếu sự ghi nhận mực nước ngầm qua cácmùa hoặc là mực thủy triều nếu ở gần song; khảo sát mực nước ngầm qua hốkhoan khảo sát địa chất chưa phù hợp… Ngoài ra còn có sự cố về kỹ thuật khác
Từ những nguyên nhân này, đã cho thấy, công tác lựa chọn kỹ sư địa kỹthuật có năng lực tốt hoặc chuyên gia công trình ngầm để tham gia tư vấn choviệc xây dựng phần ngầm có vai trò rất quan trọng Bên cạnh đó, cần có số liệukhảo sát địa chất cần đầy đủ, chính xác để tư vấn thiết kế phần ngầm đủ cácthông số tính toán, kiểm tra
Cần lắp đặt đầy đủ các thiết bị quan trắc để theo dõi, kiểm tra mực nướcngầm, biến dạng của công trình ngầm, nền đất và các công trình lân cận Ngoài
ra, khi chọn nhà thầu thi công phần ngầm, chủ đầu tư cần chú trọng xem xétnăng lực, kinh nghiệm nhà thầu hơn là về giá Cơ quan chuyên môn về xây dựngnên có tài liệu hướng dẫn việc thiết kế phần ngầm trong đô thị Các trường đạihọc về xây dựng nên mở chuyên ngành kỹ thuật để đào tạo thành những kỹ sưchuyên về nền móng, công trình ngầm, xử lý nền
Theo TS Nguyễn Thế Phùng thì chúng ta đang có chương trình, nội dungđào tạo lạc hậu, không cập nhật được kiến thức và công nghệ hiện đại, thiếuchuyên sâu Điều này ảnh hưởng nhiều đến năng lực tiếp cận và áp dụng công
Trang 10nghệ mới của đội ngũ cán bộ, kỹ sư hoạt động trong lĩnh vực xây dựng côngtrình ngầm Ngoài ra, chất lượng một số quy chuẩn, tiêu chuẩn trong lĩnh vựcxây dựng ngầm thấp; nội dung lạc hậu và thiếu đồng bộ Thiếu các tài liệu kỹthuật, các tiêu chuẩn chuyên nghành, đặc biệt là trong lĩnh vực duy tu bảodưỡng, sửa chữa, cải tạo, xây dựng lại hầm và công trình ngầm Những quy định
đã có về vấn đề này còn chung chung, thiếu những quy định cụ thể
Do đó, để đáp ứng yêu cầu tất yếu của một đô thị hiện đại, thì công trìnhngầm sẽ còn phát triển Nếu khắc phục được những bất cập hiện tại và học tậpkinh nghiệm quốc tế, chúng ta sẽ có nhiều công trình ngầm mới hiện đại và đảmbảo chất lượng trong tương lai
Theo đà phát triển kinh tế, kĩ thuật khoa học của thế kỉ 21 trên toàn thếgiới, giao thông vận tải, thủy lợi, thủy điện,… đặc biệt giao thông ngầm cho đếnlợi dụng không gian trong các vùng thành phố càng đề ra các yêu cầu càng ngàycàng cao, càng ngày càng lớn, càng ngày càng khó đối với đường hầm và côngtrình ngầm Việc xây dựng đại quy mô công trình ngầm đã đẩy mạnh tiến bộkhoa học kĩ thuật xây dựng đường hầm Thực tiễn công trình che chắn phần lớnbằng cắm neo và sự phát triển nhanh chóng cơ học đất đá dẫn dên tạo thành líluận che chắn hiện đại, trên cơ sở đó đã xuất hiện nhiều phương pháp thi côngmới càng có hiệu quả như: phương pháp Áo mới, phương pháp Nauy, phươngpháp đào ngầm chôn cạn Sử dụng các máy đào, máy khiên với trang bị kĩ thuậthiện đại có thể thích ứng với việc đào các loại địa tầng đá rắn hay đất mềm cónước; tính tin cậy, tính bền lâu, tính cơ động và năng suất cao của chúng đã làmcho chúng trở thành các loại máy càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi Việccải tiến các mũi khoan và việc xuất hiện các cỗ xe khoan thủy lực, việc khaitriển các trang thiết bị bóc đá và vận chuyên đá năng lực lớn, việc sáng chế ravật liệu nổ loại mới và việc hoàn thiện kĩ thuật nổ phá, các tiến bộ kĩ thuật cảithiện môi trường đất đá và kĩ thuật che chắn, cải thiện hoàn cảnh và điều kiện thicông, đã nâng cao được tốc độ đào hầm rất nhiều làm cho kĩ thuật đào hầm bằngphương pháp khoan lỗ nổ mìn càng thêm đổi mới Việc phát triển kĩ thuật thicông đường hầm bằng hạ chìm xuống đáy nước đã cung cấp một phương phápmới có hiệu quả để đường hầm xuyên qua đáy sông, ngòi, eo biển Tiến bộ về kĩthuật xây dựng dường hầm đã tạo ra cơ sở phát triên công trình đường hầm dài
và lớn đồng thời là nền móng lợi dụng và khai phá không gian ngầm dưới đất.Cùng với việc xây dựng hầm và công trình ngầm đại quy mô càng dòi hỏi cácyêu cầu mới ngày càng cao đối với kĩ thuật xây dựng đường hầm Để đáp ứngyêu cầu phát triển xây dựng đường hầm đại quy mô từ nay về sau và triển vọngphương hướng phát triển thi công đường hầm các nhà thi công đường hầm, cầntập trung triển khai mấy mặt công tác như sau:
a Tăng cường công tác điều tra kháo sát địa chất trong thi công đườnghầm
Công tác khảo sát diều tra địa chất trong giai đoạn thiết kế đường hầm có
ý nghĩa trọng yếu trong việc quyết định phương án, nhưng chi cung cấp một số
mô tả khái quát về tình hình địa chất cho vị trí hầm thì không thể chỉ dạo dầy đủthi công dược, cần phải tiến hành thèm một bước diều tra khảo sát địa chất saukhi dã dào dất dể thi công Vì thế, phải có nhiều loại biện pháp diều tra khao sát
Trang 11để thu thập được dầy dủ thông tin tư liệu về địa chất càng nhiều càng tốt đó làmột vấn đề trọng yếu để tiến hành thi công một cách thuận lợi.
b Tăng nhanh cơ giới hóa thi công đường hầm là biện pháp trọng yếu đẩynhanh tiến độ thi công, là một mặt quan trọng để rút ngắn khoảng cách thua kémcủa thi công đường hầm giữa nước ta với nước ngoài
Về mặt ứng dụng thao tác khoan nổ rộng rãi nhất tạo ra mấy dây chuyềnthao tác cơ giới hóa lấy các cỗ máy khoan làm trung tàm (dường dây thao tácđào phá, vận chuyển đá ra; đường dây thao tác phun bê tông, dường dây thao táclắp vỏ và đổ bê tông…) có thể làm cho phương pháp lắp vỏ khoan nổ càng thíchứng mạnh hơn, hiệu quả đầu tư rõ ràng hơn Trong đường hầm đặc biệt dài, ápdụng kĩ thuật cơ giới hóa tổng hợp toàn mặt cắt lấy máy đào hầm làm trung tâm(từ khâu đào đá, vận chuvên đất đá ra và xây vỏ) để có đột phá tốc độ cao, hiệusuất cao và chất lượng cao trong thi công các dường hầm dài Phát triển cơ giớihóa thi công bằng khiên và thi công bằng hạ chìm các ống, thi công tự động hóalàm cho giao thông ngầm dưới các thành phố và giao thông dưới đáy các sôngcàng phát triển nhanh chóng
c Tăng cường nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật thi công mới
Ứng dụng kĩ thuật mới thi công đường hầm có tác dụng rất rõ ràng trongviệc nâng cao chất lượng thi công và đẩy nhanh tiến độ thi công Hiện nay cómấy nghiên cứu ứng dụng chính như sau:
(1) Máy khoan đá hoặc cỗ xe khoan lỗ có năng lực khoan lỗ cao, vật liệuhơp kim tót để làm mũi khoan, cải tiến hình dáng mũi khoan để tăng nhanh tốc
đỗ khoan lỗ; làm mới các vật liệu nổ phá càng có hiệu quả hơn; nghiên cứu thiết
kế nổ phá tối ưu dùng máy tính khống chế khoan lỗ; nâng cao năng lực khoan lỗ
nổ phá theo chương trình máy tính
(2) Tăng cường nghiên cứu ứng dụng có chất lượng việc phun bê tôngtươi và phun bê tông sợi thép, hoàn thiện công nghệ thi công, cải thiện điều kiệnthi công, nâng cao chất lượng hiệu quả, tốc độ che chống;
(3) Tăng cường nghiên cứu phương hướng phát triển ứng dụng vỏ hầmđúc sẵn lắp ghép, làm cho vỏ bê tông đúc sẵn đạt được mác cao, sai số kíchthước nhỏ, điều kiện lắp ghép chính xác bám sát mặt đất đá mới đào ra
(4) Tiến lên một bước nghiên cứu làm tốt công tác hoàn thiện đặc biệt lànghiên cứu kĩ thuật phun vữa (thiết bị phun vữa, vật liệu, công nghệ) để nângcao năng lực đối phó với địa chất xấu
d Tăng cường hiện đại hóa thi công đường hầm
Phương thức ứng dụng quản lí hiện đại hóa thi công đường hầm có thểphát huy hiệu suất cao, bảo đảm chất lượng công trình và an toàn thi công đếnmức tối da Đó cũng là mặt trọng yếu để rút ngắn khoảng cách thua kém kĩ thuậtgiữa thi công đường hầm nước ta và nước ngoài
2 Phạm vi ứng dụng và tài liệu trích dẫn
a) Phạm vi ứng dụng: ứng dụng cho toàn bộ hầm giao thông, thủy lợi,
thủy điện
Trang 12b) Tài liệu trích dẫn
Tiêu chuẩn thiết kế 22TCVN-273-01
Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt và hầm đường ôtô TCVN 4054-2005.Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường bộ ( bản dự thảo)
Tiêu chuẩn làm hầm xuyên núi của Nhật
TCVN 4528:1988 Hầm đường sắt và hầm đường ô tô - Quy phạm thicông và nghiệm thu
TCVN 9154:2012 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán đường hầmthủy lợi
3 Quản lý chất lượng trong công tác khoan nổ mìn
a) Các điều kiện chi phối
Chịu ảnh hưởng nhiều của các điều kiện địa chất, địa chất thủy văn (nhất
là dọc theo tuyến đường hầm) Các yếu tố này có tác dụng quyết định phương ánđào, chống và gia cố… Do vậy việc thăm dò địa chất và địa chất thủy văn phảirất kỹ lưỡng; trong quá trình thi công cần thường xuyên quan sát tình hình địachất thực tế để kịp thời có biện pháp xử lý thích đáng
Bị hạn chế bởi bề mặt công tác Đường hầm chỉ có hai mặt công tác là cửavào và cửa ra, nên mọi công việc phải tiến hành trong đường hầm nên tốc độ thicông bị hạn chế Để khắc phục vấn đề này, khi đào các hầm tương đối dài thì khithi công ta thường tìm thêm biện pháp tăng mặt công tác bằng cách đào thêmhầm phụ, nghách hoặc giếng khối lượng lớn mà điều kiện địa chất và địa hìnhcho phép
Do hiện trường chật hẹp lại phải tiến hành đồng thời nhiều công việc nênphải đảm bảo dây truyền công tác nhịp nhàng, chặt chẽ đồng bộ là biện pháptích cực để tăng tốc độ thi công
Cần đặc biệt chú ý công tác an toàn, khi đường hầm đào sâu trong đất đá
dễ lở, dễ sinh bụi trong khi khoan nổ mìn, hoặc có thể gặp khí độc có sẵn tronglòng đất hoặc hơi độc sau khi nổ… nên cần chú ý giải quyết vấn đề an toàn chongười và thiết bị làm việc trong hầm
* Khái niệm cơ bản thi công đường hầm
Thi công đường hầm là thuật ngữ gọi chung cho phương pháp thi côngxây dựng, kĩ thuật thi công và quản lí thi công các đường hầm và công trìnhngầm
Lựa chọn phương pháp thi công chủ yếu phải dựa vào điều kiện địa chất
và địa chất thủy văn, kết hợp với kích thước mặt cắt đường hầm chiều dài, kiểu
vỏ, công năng sử dụng và trình độ kĩ thuật thi công cùng một số nhân tố khácnghiên cứu cân nhắc tổng hợp lại để quyết định Dựa vào tình hình tầng đất màđường hầm xuyên qua và sự phát triển phương pháp thi công đường hầm hiệnnay, phương pháp thi công đường hầm có thể phân loại theo các phương thứcsau đây:
Trang 13Phương pháp thi công đường hầm hầm trên núi:
- Phương pháp mỏ (Phương pháp khoan mổ):
+ Phương pháp mỏ truyền thống
+ Phương pháp Áo mới
- Phương pháp dùng máy đào các loại
Phương pháp thi công đường hầm nông và trong đất mềm:
- Phương pháp dùng máy đào các loại
- Phương pháp đào lộ thiên
- Phương pháp tường liên tục dưới đất
- Phương pháp đào dưới nắp
- Phương pháp đào ngầm nông
- Phương pháp khiên
Phương pháp thi công đường hầm dưới đáy nước:
- Phương pháp hạ chìm
- Phương pháp khiên
Kĩ thuật thi công đường hầm chủ yếu nghiên cứu giải quyết các phương
án và biện pháp kĩ thuật cần thiết cho các loại phương pháp thi công đường hầmnói trên (như phương án và biện pháp thi công đào, tiến sâu, che chắn, xây vỏ);Biện pháp thi công khi đường hầm đi qua các vùng địa chất đặc biệt như: Đấttrương nở, hang động caxto, đất sụt, cát chảy, tầng đất các khí mêtan…; Phươngpháp và phương thức thông gió, chống bụi, phòng khí độc, chiếu sang thông gió,cung cấp điện nước và phương pháp đo đạc giám sát, khống chế đối với các thấyđổi giới chất của hầm
Quản lý thi công đường hầm chủ yếu giải quyết thiết kế tổ chức thi công(như lựa chọn phương án thi công, biện pháp kĩ thuật thi công, bố trí hiệntrường, khống chế tiến độ, cung ứng vật liệu, bố trí lao động, máy móc…) vàmột số vấn đề khác quản lý kĩ thuật, quản lý kế hoạch, quản lý chất lượng, quản
lý kinh tế, quản lý an toàn…
* Phương pháp Áo mới – NATM
Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới
Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới có thể quy nạpnhư sau: ít làm lay động, phun neo sớm, chăm chú đo đạc, nhanh chóng khépkín
- Ít làm lay động: Khi tiến hành đào mở đường hầm, cần hết sức giảmthiểu số lần lay động đất đá, cường độ lay động, phạm vi lay động và thời gianlay độngliên tục kéo dài Vì thế nên dùng máy đào đất đá mà không dùngphương pháp khoan nổ để đào Khi dùng phương pháp khoan nổ để đào, cầnphải nghiêm khắc tiến hành khống chế nổ phá dùng cách đào tiết diện lớn; căn
cứ loại đất đá, phương pháp đào, điều kiện che chống lựa chọn hợp lí chiều dài
Trang 14đào sâu một tuần hoàn; đối với đất đá tự ổn định kém chiều dài đào sâu tuầnhoàn nên ngắn lại; việc che chống phải khẩn trưởng theo kịp mặt đào, rút ngắnthời gian để đất đá bị bong rời không che chống
- Phun neo sớm: Sau khi đào xong cần che chống phun neo thời kỳ đầu,làm cho ứng suất đất đá đi vào trạng thái khống chế ổn định Làm như thế, mộtmặt là ta khống chế cho đất đá biến dạng quá độ mà sinh ra sụt lở mất ổn định;còn một mặt khác làm cho đất đá phát triển biến dạng vừa phải, để phát huy đầy
đủ năng lực tự chịu tải của mình Khi cần thiết có thể có biện pháp che chốngtrước
- Chăm chú đo đạc: Lấy phương pháp đo đạc bằng máy hoặc trực quan và
số liệu đo đạc bảo đảm để đánh giá trạng thái ổn định của đất đá (hoặc đất đá đãđược gia cố hoặc phán đoán xu thế phát triển động thái của chúng, nhằm điềuchỉnh kịp thời hình thức che chống, phương pháp đào bới, bảo đảm thi côngđược tiến hành thuận lợi và an toàn Đo đạc trắc địa là một tiêu chí quan trọngcủa lí luận hầm và công trình ngầm hiện đại, là biện pháp để nắm vững quá trìnhthay đổi động thái của đất đá và là căn cứ, số liệu để tiến hành thiết kế, thi côngcông trình
- Nhanh chóng khép kín: một mặt là chỉ phải dùng biện pháp che chốngbằng phun bê tông ngay, tránh cho đất đá bị bóc trần dài ngày bị giảm sút cường
độ và tính ổn định, nhất là đối với địa tầng mềm yếu dễ bị phong hóa, còn mặtkhác trọng yếu hơn là nếu kịp che chống bịt kín thì không chỉ ngăn không chođất đá biến dạng mà còn làm cho lớp che chống và tầng đất ở vào trạng tháicộng đồng hợp tác chịu lực tốt với nhau
b) Công tác đào hầm
Thi công đường hầm là phải đào lấy đi khối đất đá trong phạm vi lònghầm và hết sức giữ độ ổn định đất đá trong đường hầm Như vậy, công tác đào làquan trọng nhất trong thi công đường hầm và là công tác mấu chốt Trong quátrình đào đường hầm đất đá có ổn định hay không chủ yếu là do điều kiện địachất công trình của bản thân đất đá, nhưng việc đào đất đá cũng có ảnh hưởngtrực tiếp và trọng yếu đến trạng thái ổn định của đất đá xung quanh Vì thế,nguyên tắc cơ bản của công tác đào hầm là: Trên cơ sở bảo đảm ổn định đất đáxung quanh hoặc giảm thiểu lay động đến đất đá vây quanh, lựa chọn phươngpháp đào và phương thức tiến sâu, tìm mọi cách nâng cao tiến độ đào sâu
Mục này chủ yếu giới thiệu phương pháp thi công đào hầm, phương phápđào tiến sâu và nguyên tắc lựa chọn chúng, cùng với việc giới thiệu tương đốichi tiết phương thức đào sâu bằng khoan lỗ nổ phá
* Phưong pháp đào hầm
Trong thi công đường hầm, phương pháp đào là một trong những nhân tốtrọng yếu ảnh hưởng đến đất đá vây quanh Vì thế, khi lựa chọn phương phápđào cần tiến hành phân tích tổng hợp các nhân tố có liên quan như: hình dạngmặt cắt đường hầm to hay nhỏ, điều kiện địa chất công trình của đất đá xungquanh, điều kiện che chống, yêu cầu về thời hạn, chiều dài công trường, nănglực cơ giới được trang bị, tính kinh tế… trên cơ sở phân tích đó lựa chọn để