🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Thi Công Hầm Ebooks Nhóm Zalo NGUYỄN THÊ' PHỪNG THI CONG HAM NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG H À N Ộ I-2010 LỜI NÓI ĐẨU Trong nluĩỉĩg năm gần đày ở Việt Nam xây dựng ngầm đ ã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực xây dựng: Giao thông, thủy lợi, thủy điện, dân dụng, công nghiệp, quốc plỉònq v.v. và chúng đã chiếm một tỉ trọng dáng kể. Đê giải quyết vấn đê giao thông đô thị, sắp tới tại Hà Nội, thành p h ố Hổ Chí M inh và các thành p h ố lớn khác sè triển khai xây dỉCtig các hệ thống xe điện ngầm, hầm trên đường ỏ tỏ, hẩm cho tiiỊười đi bộ. Đó lả những công việc xây dựng ngầm hết sức phức tạp cá về quy hoạch không gian, kết cấu công trình, khai thác vận hành vù thi cỏnq xây dựng trong những diều kiện địa chất cỏn {Ị trình và địa chất thủy văn phức tạp. M ặt khác d ể đáp ứng nguồn nhân lực chất lượng cao cho xây dựng ngầm, nhiều trường Đại học trong cá nước cũng đã mở ngành đào tạo theo chuyên môn này với mức độ chuyên sáu khác nhau, với những mục tiêu khác nhau. Với những lý do trẽn sô người ỉ rực tiếp tham gia thiết kế, thi công xây dựng cỏn ạ trình nạầm và học tập nghiên CÍCII trong lĩnh vực này ngày m ột đông đảo. Cuốn sách "Thi cỏntỊ hầm" được biên soạn dựa trẽn cuốn sách tác giả vù Nguyễn Ngọc Tuấn biètì soạn trước đây (Nhà xuất bản KH KT - 1997). Nội cỉung biên soạn Ìciìì này có bổ sung những kiến thức cơ bản nhất về các phương pháp xây clựtìíỊ hầm và công trình ngầm, k ể cả các phương pháp khiên đào và máy đào liên hợp. Hy vọtĩíỊ cuốn sách này cùng với cuốn "Thiết k ế hầm giao thông", (NXB Xây dựng, 2008) sẽ cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cần thiết d ể íỊÌỉip các bạn tự tin, vững vàng tron ọ giáng dạy, đào tạo, trong thiết ké ihi công các cỏmỉ trình ngầm. M o n g m u ổ ỉì th ì n h iề u n liư n ạ k h á n ăn {Ị và h iể u b iế t c ủ a n g ư ờ i b iê n so ạn và những tư liệu, tài liệu tham khảo lại có hạn, nên cuốn sách không tránh khói những thiếu sót. Hy vọng sể nhận được nhiều ỷ kiến đỏng góp của các đồng nghiệp và bạn dọc. Mọi ỷ kiến dóniỊ góp xin gửi về Nhà xuất bản Xây dựng - 37 Lê Đại Hành - Hà Nội. Tác giã 3 C hương 1 ĐÀO CÁC BỘ PHẬN CỦA HANG NGẦM §1. KHÁI NIỆM CHUNG VỂ ĐÀO ĐÂT ĐÁ Đặc điểm của thi công ngầm so với thi công hờ (lộ thiên) là cần phải tạo nên một hang có kích thước đủ để bố trí công trình đã được thiết kế. Việc đào đất đá - tức là tách đất đá ra và chuyển ra bãi thải là quá trình hết sức khó khăn, đòi hỏi phải được cơ giới hoá một cách tối đa. Việc lựa chọn phương pháp và phương tiện đê đào đất đá cơ giới hoá được xác định trước tiên bởi các tính chất của đất đá (độ cứng, độ dai, độ đàn hồi và độ nứt nẻ V.V.). Để làm việc này cần thiết phải phân loại đất đá dựa trên sức kháng khoan, biểu thị bằng độ dịch chuyển của lỗ khoan trong một đơn vị thời gian trong điều kiện tiêu chuẩn. ở Liên Xô cũ trong các tiêu chuẩn và quy chuẩn xây dựng đất đá được phân làm 11 loại theo tính chất đào phá đất đá, xếp theo thứ tự giám dần của sức kháng khoan và tăng của độ cứng. Tuỳ thuộc vào loại đất đá có kiến nghị phương pháp đào như trong bảng sau: Phán loại đất dá Loại đất đá Tự sơ độ cứng f theo Protođiakonov Sức kháng khoan (min) trong 1 phút khoan thuần túy* Phương pháp đào I 0,4 - 0,6 - Đào thủ cồng II 0,6 - 0,8 - Ị Đào thủ công bằng các công cụ bo o- i khí nén. III 0 1 IV 1,5-2,0 324 Đào thủ cồng bằng các cồng cụ V 2 - 3 239 ^ khí nén và khoan nổ mìn. VI 4 - 5 175 VII 5 - 6 130 VIII 7 -9 96 > Phương pháp khoan nổ mìn IX 1 0 - 14 72 X 15-18 53 XI 19-25 39 J * Bằng khoan tay PP-17 trong các điều kiện tiêu chuẩn. 5 Công việc đào thủ công bằng xẻng, cuốc, xà beng có nãng suất thấp và nặng nhoc. được áp dụng trong những điểu kiện đặc biệt, ví dụ như, thi công trong đất yếu không ổn định, đòi hỏi phải chống đỡ cẩn thận, kịp thời cũng như khi xử lý, thu dọn trong đa không ổn định. Đào thủ công trong đất đá không ổn định được thực hiện tuần tự từng lớp ỏ trong gương từ, trên xuống dưới cùng với việc di chuyển vì chống mặt gương, trong đất dá không ổn định là bằng việc cắt đất đá từ bậc thang treo của gương cùng với việc đánh sập đất xuống đáy hang. Để đảm báo thuận lợi cho thi công, một thợ đào cần không nhỏ hơn 1 mét bề rộng gương thẳng đứng hay 2 + 3m2 diện tích gương giếng đứng. Đối với các đất đá từ cấp V trở lên thì đào đất đá bằng phương pháp khoan nổ mìn cùng với việc chống đỡ hang hoặc không cần phải chống đỡ. Công tác đào hầm bằng phương pháp khoan nổ mìn được khảo sát chi tiết trong một chương riêng (chương 3). §2. S ơ ĐỔ XÂY DỤNG HẦM Quá trình xây dựng hầm bao gồm hai công đoạn chính: Đào hang, tức là tách bỏ đất đá từ không gian dùng để bố trí hầm, và xây kết cấu của hầm đó là vỏ hầm. Tuỳ thuộc vào độ cứng và trạng thái của đất đá, việc đào được tiến hành cùng với việc chống đỡ tạm thời hang hoặc đê hang không cần chống đỡ. Vì chống tạm được chế tạo bằng gỗ, thép hoặc bêtông cốt thép, được sử dụng với mục đích ngăn ngừa các biến dạng dư của biên hang và gắn liền với nó là việc tâng áp lực địa tầng. Vì thế vì chống cẩn phải có đủ độ bền, dưực dựng nhanh nhấl có thể sau khi dể lộ vách hang và dược ép chặt vào vách hang. Thời gian để hang với vì chống tạm, về nguyên tắc, cần phải giảm đến tôi thiểu, bởi vì chỉ có xây dựng vỏ hầm vĩnh cửu cùng với việc lấp đầy các khc hở ở phía sau bằng cách ép vữa xi măng mới đảm bảo cho việc ổn định trạng thái ứng suất của khối địa tầng xung quanh hầm. Tuỳ thuộc vào tính chất của địa tầng và kích thước tiết diện hang mà việc đào hang được thực hiện theo một lần hoặc tiến hành trên từng phần của hang. Trong trường hợp 6 đào một lần thì diện tích của gương bằng diện tích toàn tiết diện hang (hình 1.la). Trong trường hợp thứ hai thì đầu tiên đào hang dẫn vượt trước 1 có tiết diện nhỏ hơn (hình l.lb). Sau đó sử dụng hang dẫn này làm cơ sở đê phát triển công tác đào đất đá, mở rộng tiết diện hang đến kích thước thiết kế 2, 4, 5, 7. v ỏ hầm 3, 6, 8 được xây dựng một lần trong hang đã được gia cố và hoàn toàn tự do, hoặc theo từng bộ phận một trong quá trình đào hang. Thường thì việc đào hang được bắt đầu từ phần đường đào trước cửa hầm (hình 1.1), ta luy trước mặt của đường đào đã được gia cố (chống đỡ) đê’ tránh sụt lở. Sau khi hang dần đi vào đủ sâu thì người ta bắt đầu cỗns việc mở rộng hang đến toàn tiết diện thiết kế. Quá trinh này được gọi là đào mớ rộng, được bắt đâu từ đoạn cửa vào hoặc từ hang dẫn. Trong trường hợp bắt đầu đào mớ rộng từ hang dẫn thì người ta thiết lập ngách mở rộng, từ đó tiến hành đào phần bèn trên (hoặc bên dưới) hang vể một hoặc hai phía, đảm bảo có một hoặc hai gương trung gian. Khoảng cách từ gương của hang dẫn vượt trước đến đoạn đào mở rộng được gọi là khoảng vượt trước. §3. CÁC HANG DẪN Hang dẫn định hướng thường được bố trí ở phần dưới của tiết diện hầm (hình 1.1). Hang dẫn định hướng dược sử dụng để bô trí đưừiig giao thông ngầm, các mốc trắc địa và định vị trục hầm, đê chính xác các sô liệu địa chất và địa chất thuỷ văn của khối địa tầng mà hầm cắt qua, làm khỏ hang bằng việc thoát trực tiếp nước ngầm, bố trí ống thông gió, cáp điện và các thiết bị thoát nước. Trong trường hợp cần thiết, dọc theo hang dẫn người ta mở các gưoĩng phụ để rút ngắn việc thi công, mở rộng đến toàn tiết diện hang. Hang dẫn dưới, đảm bảo ở mức độ cao nhất, việc thực hiện các chức năng nêu trên, loại trừ việc phải đặt đi đặt lại đường vận chuyển, các trang thiết bị phụ trợ và mạng lưới trắc địa trong suốt thời kì thi công. Ngoài ra, việc có hang dẫn dưới tạo điều kiện thuận lợi để chuyển từ phương pháp thi công này sang phương pháp thi công khác khi có sự thay đổi bất thường của các điều kiện địa chất công trình. Để mở rộng tiếp tiết diện cần phải đào hang dẫn trên. Vì thế, xu hướng tự nhiên là sử dụng nó để định hướns. Khi đó khối lượng đào hang dẫn được giảm bớt, nhưng lại phát sinh nhiều nhược điểm. Hang dẫn trên chỉ có thể thoát nước được cho phần bên trên của tiết diện, còn phần dưới cùa hang vẫn phải tiến hành đào trong điều kiện có nước ngầm. Việc đào các gương mở rộng trung gian từ hang dẫn trên gặp rất nhiều khó khăn. Khi đó công tác vận chuyển thải đá từ những phần mở rộng phía dưới sẽ trớ nên phức tạp, cần phải tổ chức thoát nước, các đường chuyển tải, các thiết bị phụ và các mốc trắc đạc phải chuyển đặt lại từ hang dẫn trên xuống phía dưới. Sự thay đổi phương pháp đào khi gặp đất yếu bắt đầu từ hang dẫn trên là cực kỳ khó khăn. Vì thế việc sử dụng hang dẫn trên làm hang dẫn định hướng là hợp lý khi hầm nằm trong địa tầng khô ráo, cứng chắc và đồng nhất, khi không cần phải sử dụng các gương đào trung gian, thường là trong hầm có chiều dài không lớn (đến 300m). 7 Trong xây dựng hầm ngày nay có xu hướng bỏ hang dẫn định hướng và đào hầm với những phân mảnh lớn hơn, điển hình trong xu hướng này là phương pháp đào phần vòm vượt trước. Thời hạn xây dựng hầm phụ Ihuộc rất nhiều vào tốc độ đào phần hang vượt trước, làm cơ sở để đào mở rộng hang đến toàn tiết diện và cơ bản được xác định bới thời gian cần thiết để đục thông các hang dẫn hướng đào theo hướng gặp nhau. Vì thế nên bắt đầu đào các gương đi trước, bắt đầu hang dẫn trước khi mặt bằng xây dựng được chuẩn bị đầy đủ và các gương này thường được tổ chức thi công liên tục cả ba ca, cùng với việc cơ giới hoá đồng bộ ở mức độ cao. Khoảng vượt trước của hang dẫn đối với đoạn thi công mở rộng cần phải đủ để khi gặp những khó khăn không thấy trước (cát chảy, áp lực địa tầng lớn, nhiệt độ cao, vỡ nước hay bùn vào hầm...) thì việc chậm từ việc đào hang dẫn không cản trở công tác đào mở rộng ở phía sau. Tuy nhiên, không nên cho phép phần vượt quá lớn, bởi vì trong trường hợp này sẽ phát sinh những khó khăn trong việc giao thóng thải đá trên đoạn hang hẹp, làm xấu các điều kiện thông gió, làm phức tạp công tác theo dõi giám sát trạng thái của các vì chống tạm. Ngoài ra, việc để hang lâu dài với vì chống tạm, các biến dạng và độ lún của các vì chống hư hỏng sẽ gây nên sự chuyển dịch đất đá trên nóc hang, mà việc xử lý chúng sẽ gây nên những điều kiện bất lợi khóng kém. Kiến nghị phần vượt trước của hang dẫn hướng khoảng 100 - 200 mét, cho phép tăng đến 300 - 500m chỉ khi xây dựng cúc hầm dài (lớn hơn 300 mét). Để rút ngắn thời gian Ihông các hang dẫn thường có xu hướng tăng số lượng gương đào. Việc mở diện thi công đào hang có thể tiến hành trực tiếp từ đường đào trước cửa, từ giếng đứng, bố trí dọc tuyến hẩm, hoặc qua các hang ngang, đào vuông góc với hướng trục hầm (hình 1.2). 8 Việc đào giếng đòi hỏi chi phí lớn về phương tiện và thời gian, vì thế người ta sử dụng để mở diện thi công chỉ trong trường hợp hầm núi nằm không sâu (đến 100 - 200m) và sau này giếng được sử dụng để thông gió trong thời gian khai thác công trình. Giếng đứng và hang nghiêng được sử dụng phổ biến đê mớ diện tích thi công khi xây dựng các hệ thống metro. Việc sử dụng các hang ngang là cực kỳ hợp lý, bởi vì nó không đòi hỏi chi phí lớn, đảm bảo thoát nước ngầm tự nhiên và thải đất đá đào ra một cách thuận lợi. Tuy nhiên việc sử dụng chúng cũng được hạn chế trong những trường hợp khi tuyến hầm đi ở khoảng cách đủ gần với sườn núi (không lớn hơn 100 - 200m), điều này thường gặp ở nhũng hầm xoán ốc hoặc cong ghềnh. Hang dẫn dưới được bố trí dọc theo trục hầm như thế nào đó để khi mở rộng tiết diện không đòi hỏi đặt lại đường vận chuyển và các thiết bị phụ khác (hình 1.3). Vì thế sàn của hang dẫn cần trùng với nền của lớp balat. Khi có vòm ngửa vị trí hang dãn thấp sẽ gây khó khăn cho thoát nước, bởi vì nước chảy ra từ gương sẽ đọng lại ở cạnh vòm ngửa của phần hầm đã xây dựng xong. Trong trường hợp này nên bố trí hang dẫn cao lên một chút, để rãnh thoát nước của hang dẫn trùng với rãnh thoát nước trên vòm ngửa của phần hầm đã xây dựng xong. Khi quyết định vị trí cao độ của hang dẫn trên, cần phải hiểu rõ các cấu kiện bên trên (dầm nóc) của vì chống, về nguyên tắc, được đưa vào làm một bộ phận của vì chống hang sau cùng và không tháo bỏ đi trước khi đổ bêtông vỏ. Vì thế nó cần được bố trí như thế nào để khi có những độ lún trong quá trình thi công thì những chi tiết này của vì chống vẫn nằm cao hơn biên ngoài của vỏ hầm thiết kế. Trị sô' độ lún có thể trong thi công được xác định thực tế khi đào đến toàn tiết diện của những đốt hầm đầu tiên và phụ thuộc vào nhiều nhân tố, trong đó có các tính chất của đất đá, khoảng thời gian (độ lâu dài) để hang với vì chống tạm, trình tự đào mở rộng và hệ thống chống đỡ hang được sử dụng, chất lượng thi công công tác đào đất đá, gia cố hang và trị số của nhịp hang. 9 Khi đào hang hầm đường sắt tuyến đơn trong các đất sét có thể lấy trước độ lún trung bình là 30cm, trong đá mềm là 10 - 20cm. Trong đá cứng, không có áp lực bên, tiết diện ngang của hang dẫn có thể lấy dạng chữ nhật. Trong các đá có áp lực bên không đối xứng, khung chống dạng chữ nhật, lập từ các cấu kiện nối với nhau ở nút bằng cách tựa đơn giản, dễ dàng mất ổn định. Dạng tin cậy hơn của vì chống là hình thang. Khi có chuyển vị ngang, dầm nóc của dạng khung chống này bị xoay đi, ép chặt vào trần hang. Lực kháng đàn hồi phát sinh sẽ ngàn cản sự thay đổi hình dạng của khung chống dưới tác dụng cùa tải trọng một phía. Dạng hình thang của khung chống, với độ nghiêng của cột khung bằng 1:10, thuận tiện cho sử dụng cùng vói các thông số khác là: phần dưới có mở rộng của hang dẫn có thể sử dụng để bố trí các thiết bị phụ trợ khác nhau, việc giảm nhịp của dầm nóc cho phép giảm tiết diện của nó. Giá thành đào đất đá từ hang dẫn thường vượt giá thành đào đất đá từ các bộ phận khác của hang. Vì thế tiết diện của hang dản nên quyết định nhỏ nhất có xét đến việc bố trí đường vận chuyển, các thiết bị phụ trợ và ống thông gió. Bề rộng của hang tuyến đôi đường sắt được quyết định sao cho khe hở giữa hai đoàn tàu di chuyển trên đường là 20cm, còn giữa cột chống và đoàn tàu là 25cm. Trong tất cả các hang giao thông cần phải có một lối cho người đi bộ ở một bén đường vận chuyển là 70cm. Chiều cao thông thủng cúa hang giao thông được quyết định phụ thuộc vào loại phương tiện giao thông được sử dụng. Với đầu máy điện tiếp xúc chiều cao này là 2,5 mét, bởi vì dây dẫn tiếp xúc được treo ử độ cao không nhỏ hơn 2,2m kể từ mặt ray của đường vận chuyển và ở khoảng cách 0,2m kể từ mép dưới của dầm nóc. Với các dạng sức kéo khác chiều cao thông thuỷ của hang dẫn lấy bằng 2,2 mét. Chiều cao hang dẫn trên được quyết định có thê lớn hơn (đến 3,5 mét) để giảm nhẹ khi mở rộng hang chuyển từ hang dẫn sang mở rộng phần vòm. Nếu như mức sàn hang dẫn được giữ nguyên trong thời gian đổ bêtông vòm thì chiều cao thông thuỷ của hang dẫn trên được quyết định sao cho, sau khi dựng giá vòm thì khoảng không còn lại dưới giá vòm không nhỏ hơn 1,8 mét. §4. CHỐNG ĐỠ BẠT D ố c TRƯỚC CỬA HẦM Việc đào hang thường được bắt đầu từ đường đào trước cửa, bạt dốc mặt trước của đường đào cần được chống đỡ để tránh sụt lở. Việc chông đỡ mái dốc mặt trước đường đào - chống đỡ bạt dốc (hình 1.4) được đảm bảo bằng việc đặt các cây gỗ nằm ngang 6, được liên kết thành khung bằng các dầm nghiêng 4 và ở những chỗ bố trí các dầm giằng nằm ngang 3 có đặt các thanh chống xiên 2. Các dầm nằm 7 được làm gối kê cho các thanh chống xiên và chúng được chống trượt bằng các cọc ghìm 1. Trong trường hợp cần thiết ở phía trong của các cây gỗ nằm ngang 6 có đặt ván chèn. 10 MẶT CHÍNH Hình 1.4: Chổng bạt dốc của hang dần Ớ phía trên vì chống bạt dốc có đặt các máng 5 để giữ đá, long rơi ngẫu nhiên từ mái dốc phía trước đường đào. Trong các đá cứng, với ta luy bạt dốc có độ dốc lớn thì việc chống đỡ bạt dốc thường không cần thiết. Tuy nhiẻn cẩn phải có giải pháp chống dá lăn rơi, chúng có thể làm sụt cửa vào hoặc làm sập vì chống của đoạn cửa vào. Trong trường hợp này ờ tại cửa hang có dựng các khung gỗ, trên đó có trần bằng gỗ cây có đắp đá để tiêu năng khi có các va chạm có thể xảy ra. §5. ĐÀO VÀ CHỐNG CÁC HANG DAN Việc đào các hang nhỏ trong đá thường không đòi hỏi phải chống và được thực hiện bằng các chu kỳ khoan nổ mìn. Việc cần thiết phải chống đỡ được xác định chủ yếu bởi sự ổn định của đất đá bao quanh hang đào. Trong đá cứng thì gia cố (chống đỡ) chủ yếu chỉ ở phần nóc hang. Các dầm nóc bằng các cây gỗ đường kính 20 - 30cm được đặt trên các bậc, tạo nên trong quá trình nổ mìn phần bên trên của vách hang, những dầm này được nêm chặt vào đá. Trong các đá có độ cứng trung bình và yếu vì chống hang là một khung hở, lập từ dầm nóc 4 đường kính 20 - 30cm và hai cột 1 đường kính 18 - 25cm (hình 1.5). Các cột được đặt lên các con kê bằng gỗ, nhưng thường gặp hơn là đặt trong một hốc lõm, đào vào đá. Khung được nêm cẩn thận theo chu vi hang. Việc nối dầm nóc với cột được thực hiện theo kiểu mộng miệng bát và gia cường bằng các đinh đỉa. Độ cứng dọc của vì chống được đảm bảo bằng việc đặt tại nút các giằng dọc 2 đường kính 12 - 15cm. Khi 11 chiều cao hang dẫn lớn hơn 2,5m thì đặt thêm một đợt giằng thứ hai. Việc nối cấu kiện giằng với các cấu kiện khung được thực hiện theo kiểu mộng và đinh đỉa. Hình 1.5: Vì chống hang dẫn khi không có áp ỉ ực bên 1. Cột; 2. Giằng; 3. Nêm; 4. Dầm nóc; 5. Ván kê ngang; 6. Ván; 7. Đinh đỉa Trong các đá mềm đòi hỏi diện tích tựa của cột lên đá phải lớn. Vì thế, khi không có áp lực bên thì dùng các con kê gỗ để làm gối tựa cho cột. Khi có áp lực bên có thê làm dịch chuyển phần dưới của cột, kết cấu vì chống được bổ sung một dầm nằm đường kính 20 - 30cm. Khung chống lúc đó có dạng kín (hình 1.6). Bước của khung lấy bằng 1-1,5 mét. Trong trường hợp cần thiết giữa các khung chính có đặt thêm một khung trung gian 3. Hình 1.6: Vì cliống hang dẫn khi có áp lực bên 1. Ván chèn; 2. Dầm kê; 3. Khung chống trung gian Nóc của khung chống được chèn kín xít bằng ván dày 5 - 7cm, các đầu ván có gỗ kê ngang bằng ván dày 7cm và được nêm chặt vào khung chống và đất đá. Chiều dài của ván lấy lớn hơn bước khung chống 30 - 40cm. Vách hang được chèn ván kiểu xen kẽ (cách một ván chèn một ván). 12 Theo quy tắc kỹ thuật an toàn trong các đá ổn định cho phép vì chống dụng cách gương không lớn hơn 1 mét. Tất cả các khoảng trống sau vì chống cần được chèn cẩn thận bằng đá hoặc gỗ. Khi nghỉ thi công nóc và vách hang cần được chèn ván đến tận gương, còn chính mặt gương cũng được chèn ván xen kẽ. Trong các đất đá yếu không ổn định việc đào hang cần tiến hành thế nào đó để loại trừ khả năng sụt lở đất đá, mà hậu quả của nó là phát triển sự dịch chuyển của đất đá xung qưanh và tãng đáng kể áp lực địa tầng. Trong các trường hợp đã khảo sát trên, việc chèn ván bề mặt hang được tiến hành sau khi đã thải đất đá. Trong các đất đá yếu không ổn định điều đó là không được phép, mà người ta phải áp dụng thứ tự ngược lại: Đầu tiên phải đảm bảo gia cố chu vi hang, sau đó tiến hành đào đất đá. Để làm việc này người ta áp dụng vì chống đóng ván, tựa lên khung chống kín (hình 1.7) bố trí cách nhau 0,8 -í- l,0m, hoặc trong trường hợp áp lực đặc biệt lớn thì chúng được ghép liền. Trong trường họp cần thiết phải ngăn ngừa hiện tượng trồi nền thì phía dưới của dầm nằm cũng được lát xít ván. Hình 1.7: Vì chống hang dẫn trong địa tầng không ổn định 1. Giằng; 2. Nêm; 3. Ván kè ngang; 4. Dầm nóc; 5. Cột; 6. Dầm kê; 7. Cọc; 8. Ván đóng; 9. Rãnh nước Vì chống đóng ván bao gồm các ván, đóng xiên một góc nhỏ với trục dọc của hang và có vát nhọn đầu sao cho khi đóng lực kháng của đất đá sẽ ép đầu ván ra phía ngoài hang. Đóng ván được tiến hành như sau (hình 1.8). Lớp ván đầu tiên được đóng trên khung chống đặt sát ván chèn gương. Dưới sự bảo vệ của ván đóng như vậy, tháo 1 2 ván chèn gương, đào đất đến độ sâu, mà đầu ván đóng vẫn còn ngàm vào đất đá 20 + 30cm. Ván chèn gương được chuyển vào vị trí mới cách vị trí ban đầu một khoảng bằng bước của khung chống. Ván chèn gương đã chuyển vào vị trí mới được giữ bằng các thanh chống dọc, có chiều dài thích hợp, những thanh này tựa lên các cột khung ở phía sau. Bằng cách như vậy việc đào đất đá được thực hiện ngay trên toàn chiều dài hay một phần của bước đào và việc gia cố (chống) được thực hiện trên toàn chiều cao của gương. Trong trường hợp đào chỉ một phần của gương thì chu kỳ đóng tiếp ván và đào đất đá được lặp lại cho đến hết bước đào. Khi kết thúc đào và đóng ván trên toàn bước đào, tiến 13 hành dựng dầm nóc trên hai cột chống phụ, hai cột này tựa lên dầm kê và chỏng vãng vào khung chống của chu kỳ trước. Dưới đầu ván đóng đặt thanh gỗ kê ngang, giữa °ỗ kê ngang và dầm nóc được đóng các nêm cao, tạo nên một khe hở, chiều cao của nó bằng tổng chiều dày của ván đóng và nêm tiêu chuẩn. Sau đó người ta tháo các thanh chống dọc, đặt các cột của khung chống và đóng nêm giữa chúng và đầu ván chèn gương. Trong thời gian tiến hành các việc trên, ván chèn gương được nêm giữ với các cột phụ đã dựng ở cuối chu kỳ đào. Iỉình 1.8: Đào liang có sử dựng dóng ván 1. Ván chống mặt gương; 2. Ván đóng; 3. Thanh văng; 4. Cột chống phụ; 5. Nêm cao; 6. Nêm tiêu chuẩn Lớp ván tiếp theo được đóng vào khoảng trống giữa các ncm cao, giữa các ván này và gỗ kè ngang được đóng các nêm tiêu chuẩn, sau đó tháo dỡ các nêm cao và đóng các ván còn lại tại vị trí của các nêm cao tạo nên màn chắn ván kín khít. Việc chống đỡ các vách bên của hang được thực hiện hoàn toàn tương tự, khổng được chậm sau chống nóc hang. Để đảm bảo thoát nước từ gương ra người ta đặt rãnh thoát rộng 30 - 40cm, sâu 40 - 60cm (tuỳ thuộc vào lưu lượng của nước ngầm) với độ dốc không nhỏ hơn 3%0, vách của rãnh trong trường hợp cần thiết cũng được chống ván để tránh xói lớ, trên mặt có lát ván. Khó khăn đặc biệt là đào hang dẫn trong đất vếu no nước và trong cát chảy, việc vỡ nước qua những chỗ khống chặt, kín của vì chống kéo theo những nguy hiểm do lụt hang và độ lún lớn. Để ngăn chặn các hạt đất nhỏ vào hang cùng với nước, người ta su dụng đóng ván cừ, khe nối giữa chúng là các mộng lùa. Đê chặn vỡ nước vào hang tại các góc hang, nơi ván đóng thường xoè ra dạng nan quạt, người ta sử dụng ván góc chuyên dụng, có bề rộng thay đổi. Để tăng cường cho vì chống hang dẫn do phải chịu ớ gương những áp lực phụ khi đóng ván, người ta sử dụng các khung chống lồng vào trong khung chống hang dẫn. Để làm được việc đó cần phải đưa vào các góc của khung chống các dầm dọc tựa lên cột và các dầm nóc và dầm kề của khung chống kín. 14 Việc dựng các khung chống lồng làm giảm nhịp tính toán của dầm nóc và cột, tạo điều kiện tăng cường sự ốn định chung của các vì chống. Đôi khi, để ngăn chặn các hạt bụi bào mòn ở phía ngoài rồi vào hang cùng với nước, mặt ngoài của khung chống lồng có lát ván, không gian giữa ván này và ván của khung chống chính được lấp đầy bằng các vật liệu lọc. Việc đào hang trong đất vếu bão hoà nước, tin cậy hơn cả là dùng khí nén để ép nước và tăng cường sự ổn định cho đất no nước hoặc bằng các phương pháp đặc biệt khác. Vì chống gỗ thường cồng kềnh, do đó tiết diện hang thường tãng một cách vô ích, vì chống gỗ có hiến dạng lớn, dẫn đến lún và dịch chuyển đất đá xung quanh hang, và vì chống gỗ, về nguyên tắc, không được sử dụng iập lại. Ưu điểm của vì chống gỗ ỉà có khả năng biến dạng lớn mà không phá huỷ, điều đó tạo nên khả năng áp dụng các biện pháp gia cường để chịu được áp lực đất vượt các giá trị tính toán. Để khắc phục những nhược điểm của vì chống gổ và tình trạng khan hiếm vật liệu gỗ ngày càng tăng người ta dã đưa vào sử dụng các vì chống kim loại, bêtỏng cốt thép và các vì chống chuyên dụng khác. Trên hình 1.9 là một vì chống thép đã được sử dụng rộng rãi ở Liên Xô và một số nước khác. Dầm nóc và cột của vì chống này được chế tạo bằng ray đường sắt Ill-a (mác ray Liên x ỏ cũ), nối ở góc bằng mộng còn dầm kê là thép u đật trên sàn hang. Đối với những hang để lâu dài với vì chống tạm, người ta sử dụng hợp lí vì chống chê sẵn bằng bêtông cốt thép. Ưu điểm của nó là lắp ráp thuận lợi, không bị rỉ và tiết kiệm, dùng đi dùng lại được nhiều lần. Trên hình 1.10 là một vì chống như vậy. • •. • J • ■ • • • \ a ■. * ■ .».i » ■ . 6 . . J•. • • . J. . « 'ịf rj.‘ r sf^~r r~ [ ỉ _32C_ 320 32(1 .* • • • -4&Ổ- . • ■ V o . *- m -tá * r 7 7 *• o . «• • ư • • - » • -L • *.. Hình 1.10: \ 7 chống hang dẩn bằng bêtỏnẹ cất thép 15 §6. LIÊN HỆ CÁC HANG NGANG THEO CHIỂU CAO Trong quá trình xây dựng hầm các bộ phận hang nằm ở các mức khác nhau, nối với nhau để cho người đi lại, thải đất đá đào ra ở các mức trên cao, cũng như để đưa lên các bộ phận trên cao vật liệu (trong đó có gỗ chống). Ngoài ra các lối thông như vậy còn để mở gương mới, khi bắt đầu phần đào mở rộng. 1. Mở hang dần trên Việc mở hang dẫn trên được bắt đầu từ việc làm một sàn an toàn ở phía trên đường vận chuyển, có thành cao không nhỏ hơn 15cm để đảm bảo an toàn cho vận chuyển ớ hang dẫn dưới. Đầu tiên đào từ dưới Phía_tLẽ n_y ỎJlầ rn_ © =©== lên trên đến nóc của hang dẫn trên một lối thông thẳng đứng 1 kích thước 70 X 70cm (hình 1.11). Trong đá cứng việc đào bằng cách nổ mìn các lỗ mìn khoan song song, trong đất đá mềm không ổn định thì đào thủ công cùng với việc chống đỡ cẩn thận đến cách gương không lớn hơn 1 mét, có chèn ván ở nóc hang. Trong các đất bão hoà nước việc đào được tiến X3 X2 0 © hành cùng với việc khoan lỗ khoan vượt trước không nhỏ hơn 2 mét để đề phòng tình trạng vỡ nước hoặc cát chảy vào hầm. Để chống đỡ lối thông thường sử dụng các khung chống chế sẵn bằng ván, có chiều dày không nhỏ hơn 7cm. Hình 1.11: Mở hang dẫn trên 1. Lỗ phễu; 2. Lối cho người; 3. Sàn che trên đường vận chuyển Sau khi đào đến hết chiều cao thì tiến hành mở rộng phần trên của lối thông đến kích thước, đảm bảo dựng được hai khung chống của hang dẫn trên, cùng với việc chống đỡ nóc và vách hang. Để đảm bảo khả năng đào được hang dẫn trên, lối thông được mở rộng từ trên xuống, trên suốt chiều cao để ngoài ngăn vận chuyển, còn có ngăn 2 được ngăn che và có trang bị thang cho người đi lại, với kích thước thông thuỷ không nhỏ hơn 100 X 70cm. Vách ngăn có dạng các giằng chống bằng gỗ tròn có lát xít ván dày không nhỏ hơn 5cm. Cả hai ngăn đều phải có nắp đậy có bản lề ở mức đáy của hang dẫn trên, vách ngăn cho người đi phải có thành xung quanh, cao không nhỏ hơn 25cm. 2. Lối thông để thải đất đá Trong quá trình đào hang dẫn trên (hoặc phần còn vượt trước) cứ một đến hai đốt hầm (6,5 - 13m) lại đào một lối thông thẳng đứng để thải đất đá từ trên xuống các thiết bị vận chuyển trong hang giao thông ở phía dưới. 16 Trong các đất đá mềm không ổn định những lối này đào thủ công từ trên xuống dưới cùng với việc ghép xít các khung chổng bằng ván (trong đá yếu) hoặc đóng ván theo khung chống bằng gỗ tròn, đường kính 12cm đặt cách nhau không thưa hơn lOOcm. Trong đá cứng thì không cần chống đỡ lối thông, đặc biệt là khi nó có dạng tròn hoặc ô van, khi đó chỉ cần ghép ván theo chu vi lối thông để tránh vướng đá khi thải. Lối đế thải đá được trang bị thiết bị phân phối ờ phía dưới đế chất đá vào goòng. ơ phía trên cần phải có lưới chắn an toàn, với kích thước ô lưới không lớn hơn 30 X 30cm. 3. Lối thông cấp vật liệu Việc cấp vật liệu lên hang dẫn trên (hoặc lên cho phần vòm) được tiến hành qua những lối thông tiết diện lớn, có trang bị thiết bị nâng, tính cho tải trọng bằng một goòng. Các vật liệu dài (dầm dọc, cột, và các cấu kiện thép khác...) được cấp lên hang dẫn trên qua các lối thõng xiên hoặc bậc thang. Lối thông xiên (hình 1.12) là một hang dẫn, đào nghiêng một góc 30° với phương ngang, có chống đỡ bằng các khung chống kín, đặt vuông góc với trục hang. Tiết diện ngang của lối thông như vậy có chiều cao không nhỏ hơn l,8m và chia làm hai phần: ngăn cho vật liệu, có sàn lát ván pháng, ngăn cho người, có chiều rộng không nhỏ hơn 0,7m có trang bị thang có tay vịn. Ưu điểm của lối thông xiên là ỏ' tính tổng hợp, cho phép thiết lập nhanh chóng, an toàn không chỉ trong đất đá ổn định mà cả trong đá yếu. Nhược điểm của nó là chiều dài lớn và khối lượng đào đất đá và gia cố là đáng kể, cũng như vị trí nằm nghiêng là bất lợi cho sự làm việc tính với áp lực thẳng đứng. Do đó các khang chống xiên thường phải được tãng cường bằng các khung lồng, đặc biệt là trong đất đá yếu, không ổn định. Trong các đất đá, có áp lực đất thẳng đứng chiếm ưu thế, thì lối thông bậc thang, chỉ ra trên hình 1.13 tỏ ra kinh tế hơn, vách của lối thông được chống bằng các khung chế sẵn. Các kích thước dọc của lối thông được quyết định bằng đồ giải, từ điều kiện di chuyển được một cách dễ dàng những cấu kiện vì chống dài nhất. Bề rộng của lối thông 17 thường lấy bằng bề rộng cùa hang dân trên. Lối thòng bậc thang có chiều dài nhỏ nhất và khối lượng đào đất cũng không quá lớn. Hình 1.13 : L ố i thông bậc thung Các lối thông xiên và bậc thang được sử dụng đê đưa từ hang dẫn dưới lên phần bên trên các ống thông gió, các thiết bị phụ trợ khác. Những yếu tố này cũng cần được xét tới khi quyết định các kích thước tiết diện của lối thông. §7. ĐÀO MỞ RỘNG PHẨN TRÊN HANG Việc đào chuyên từ hang dẫn trên, có kích thước không lớn, sang hang có bề rộng bằng bề rộng thiết kế của hầm là giai đoạn quan trọng nhất và nó được gọi là đào mở rộng phần trên (phần vòm). Do tăng nhịp hang mà áp lực đất tăng một cách đáng kể. Tốc độ tăng của áp lực đất phụ thuộc vào mức độ phá hoại sự cân bằng của khối địa tầng bao quanh hang khi đào mở rộng và cũng phụ thuộc khá nhiều vào đặc trưng cúa vì chống tạm được sử dụng. Việc mở rộng tiết diện hầm đến toàn mặt cắt và đổ bêtông vỏ hẩm được thực hiện theo từng đốt, chiều dài của đốt hầm được xác định phụ thuộc vào các điều kiện địa chất, trong phạm vi từ 4 đến 6,5 mét. Trong những điều kiện đặc biệt khó khăn, khi áp lực đất tăng nhanh và lưu lượng nước ngầm lớn thì cho phép giảm đốt hầm đến 2 mét. Khi đào mở rộng phần vòm trong các đất đá cần chống đỡ, thì vì chống dạng nan quạt được sử dụng phổ biến, các cấu kiện cơ bản của nó là những dầm dọc có chiều dài bằng chiều dài của đốt đào mở rộng; các ván giữ nóc hang được đặt hoặc đóng theo phương ngang và tựa lên các dầm dọc; các cột chống xiên và các giằng. Việc đào mở rộng phần vòm được bắt đầu không sớm hơn khi hang dẫn trên đã đào được ba đốt và có không ít hơn hai lối thõng đứng giữa hang dẫn trên và hang dẫn dưới. Trước khi đào mở rộng cần phải gia cường vì chống của hang dẫn Irên và đảm bảo có điểm tựa cho các ván chèn bằng cách dựng khung chống phụ (hình 1.14). Thành phần của khung chống phụ gồm: dầm dọc (d = 22 + 30cm), các cột kê giữ dầm dọc (d = 20 - 25cm) 18 và giằng ngang (d = 12 15cm). Các cấu kiện của khung chống phụ được nối với nhau bằng mộng và đinh đỉa. Hình 1.14: dào mở rộng phán vòm 1. Ván; 2. Dầm dọc; 3. Dầm nóc; 4. Cột tăng cường; 5. Giằng; 6. Cột chống đã tháo đi Các cột được đặt trong những mặt phắng khác với các cột của khung chống hang dẫn tựa trực tiếp vào các hô lõm trên đá hoặc trên dầm kê được nêm chặt đế toàn bộ tải trọng lên khung chống phụ mà trước đây các cột chống hang dẫn tiếp nhận. Tốt nhất là đưa các cột vào làm việc mà không cần nêm, bới vì dưới tác dụng của các chấn động nêm có thê bị trượt và đòi hỏi phải quan tàm kiểm tra thường xuyên. Yêu cầu trên có thể đat đươc bàng cách sử dung cột có chiều dài lớn hơn một chút so với khoảng cách giữa mép dưới của dầm dọc và mặt kê, có mộng miệng bát ờ đầu trên. Đặt cột hơi nghiêng dọc theo trục của dầm dọc, bằng cách đóng cho cột trớ về vị trí thắng đứng, dù có bị ép mật một chút ở đầu mộng miệng bát nhưng dầm dọc cũng được nâng lèn và ép chặt vào các dầm nóc của khung chống. Sau khi dựng khung chống phụ trẽn ba đốt liên tiếp, người ta tiến hành đào mở rộng ở đốt giữa, bằng cách tháo các ván chèn vách hang dẫn ở phía trên và trong trường hợp cần thiết thì đóng ván theo phương ngang để gia cố nóc phần mớ rộng. Dưới sự che chở của những ván này tiến hành đào đất đối xứng về hai phía của hang dẫn trên cùng với việc iháo bỏ dần ván chèn vách bên của hang dẫn trên. Khi đào đất đến cách đầu ván đóng ngang 20 - 30cm tiến hành đặt thanh ván kê ngang dàv 6 -í- 7cm, dầm dọc thứ hai và các cột giữ dấm dọc. Giữa dầm dọc và thanh ván kê được đóng các bộ nêm cao, lớp ván dóng tiếp theo được đóng vào khoảng hớ giữa các nêm cao rồi tiếp tục đào đất đá cho đến khi đạt được tiết diện thiết kế. Vị trí của các dầm dọc theo chiều cao cẩn xét đến độ lún có thể cúa chúng trong thời gian đào hang và đổ bêtông vỏ hầm. Nếu trong thời gian đổ bêtông các dầm dọc được tháo đi, thì chúng được bố trí sao cho sau khi lún các ván nó chống giữ vẫn nằm ngoài giới hạn đường biên thiết kế của vỏ hầm. Nếu việc tháo bỏ các dầm dọc kéo theo những nguy hiểm do lún nóc hang, thì các dầm dọc phải nằm ngoài biên thiết kế của vỏ có xét 19 đến độ lún có thể của chúng. Khi chiều cao cột lớn hon 2 mét thì chúng được giằng hằng các giằng dọc và giằng ngang, đật ở khoảng một nửa chiều cao của cột. Trong các đất đá không đòi hỏi phải đóng ván, thì đầu tiên dựng cột và dầm dọc, sau đó chèn ván, đật các thanh kè ngang và nêm chặt ván vào đất đá. Sau khi kết thúc đào mờ rộng phần vòm trone phạm vi một đốt, thì cũng dựng xong các dàn chống ngang dạna nan quạt bao gồm các cột và các giằng liên kết còn theo phương dọc là các dầm dọc và các giằng, vì chống kiêu này thường được gọi là dàn hầm. Chiều cao của hang dạng vòm, đào mờ rộng từ hang dẫn trên, bị hạn chế bới chiều cao của hang dẫn, tức là không lớn hơn 3,5 mét. Trong một số trường hợp (khi xây dựng hầm bằng phương pháp vòm trước) người ta đào mớ rộng phần trên có chiều cao lớn hơn bằng cách hạ nền đến vị trí chân vòm. Khi đào mở rộng trong đá cứng đòi hòi phải khoan nổ mìn, cần phải rất cẩn thận. Trước khi nổ mìn phần mớ rộng vì chống hang dẫn cần được gia cường để đám bảo sự ổn định. Các bộ phận mở rộng, nằm ớ hai phía của hang dẫn, cần nổ mìn lần lượt, chỉ đào nửa thứ hai sau khi nửa thứ nhất đã được gia cố cẩn thận. Nếu như trong quá trình đào hang tiếp theo đòi hỏi phải hạ nền trên toàn bề rộng phần m ở rộng, thì nó dược thực hiện làm 1 -í- 2 quá trình từ mớ rộng phần nhỏ (đôi khi trung bình) đến mớ rộng 1 ớn Đệ eịảrn nhẹ việc hạ nền mở rộng trong thành phần của vì chống được dưa vào các dầm kẻ ngang để làm nền cho các cột của dàn hầm. Khi đào mở rộng phần nhỏ irong phạm vi một đốt, người ta đặt 4-^5 dầm kê ngang nhỏ, là gỗ cây tròn đường kính ____ Dắm kẽ nhỏ C H ) _ 350 a = 40 1 H ìn h 1 .15: Đ ặ t (làm kê dào m ở rộ n g lìliỏ đến 40cm đẽo phẳng hai inặt và chiều dài đủ đê đặt trên nó tất cả các cột của dàn hầm nhỏ (hình 1.15). Các dầm kê dào mờ rộng nhó được đặt trong một rãnh sâu 50cm, đầu của chúng được đặt vào các ngách đào vào hai bên vách của hang dẫn trên. Việc đào mở rộng nhỏ được thực hiện theo thứ tự đã nêu trên, chỉ khác là các cột được kê lên dầm kê mở rộng nhỏ. Để chuyển sang đào mờ rộng phần lớn (đào mở rộng trung bình ít sử dựng) trong các rãnh đào ngang, ớ đủ xa các dàn hầm đào mớ rộng nhỏ, có chống đỡ phù hợp với độ cứng của đất đá, người ta đặt các dầm kê đào mở rộng lớn, là cây gỗ đường kính đến 50cm (hình 1.16) có vát hai mặt. Chiều dài của dầm kê lớn, đặt ớ mức chân vòm, lấy nhỏ hơn một chút so với nhịp thông thuỷ của vỏ hầm. Đê có thê đưa vào và lắp đặt dầm kê vào vị trí, nó được ghép mộng từ hai nửa. Sau khi đặt tất cả các dầm kè lớn vào vị trí trong phạm vi một đốt, tiến hành chống đỡ lại nóc hang từ các cột mở rộng nhỏ sang các 20 cột mở rộng lớn. Việc đưa các cột này vào làm việc, giống như đã nêu trên, là không dùng nêm. Sau đó tháo bỏ các cột, giằng và dầm kè của đào mở rộng nhỏ. Vì chống cuối cùng của đào mở rộng lớn gồm các dàn hầm kê lên dầm kê lớn như trên hình 1.16 (nửa bên phải). Nhịp thông thủy vỏ hầm d < 50 Hình 1.16: Đào mở rộng lớn Việc đào mớ rộng phần vòm có sử dụng vì chống chế sẵn bằng thép là thuận lợi và hợp lí hơn về mặt kĩ thuật. Đặc biệt là khi sử dụng vì chống giá vòm liên hợp cùng với việc đóng ván dọc (xem chương 2). Khi đào mở rộng tiết diện hang cần phải hạn chế tối đa đào vượt đất đá, làm tăng khối lượng đào và tăng khôi UíỢng bêtộng vỏ hầm. Đào vươt theo chiều cao cho phép không lớn hơn 50mm, đào vượt trên mặt bằng khi đào bằng búa chèn không lớn hơn lOOmm và khi đào bằng nổ mìn là không lớn hơn 150mm. 21 Chương 2 XÂY DỰNG HẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỎ §1. NHŨNG VẤN ĐỂ CHUNG Tên gọi "Phương pháp mỏ" có quan hệ tương hỗ với công nghiệp khai khoáng, ở dây thường sử dụng phương pháp đào hang truyền thống bằng khoan nổ mìn trong đá cứng cùng với các vì chống tạm rồi xây vỏ hầm vĩnh cửu. Xây dựng hầm bao gồm hai quá trình chính: Đào, tức là mớ hang có kèm theo việc dựng vì chống tạm trong trường hợp cần thiết và xây vỏ hầm: xây tường, xây vòm. Tuỳ thuộc vào đặc điểm của công trình và các điều kiện địa kĩ thuật, các quá trình này được thực hiện theo những trình tự khác nhau và mở các diện thi công dọc theo hang khác nhau. Nội dung này xác định phương pháp thi công hầm. Các phương pháp xây dựng hầm hiện nay có thể phân thành ba nhóm, đặc trưng bằng những điểm sau: 1. Đào toàn tiết diện (sau một quá trình hoặc theo từng phần), toàn bộ đất đá được đào và đưa ra ngoài, sau đó trong hang đã đào xong tiến hành xây vỏ hầm theo thứ tự tường - vòm (hình 2 .la). 2. Đầu tiên đào và gia cố phần vòm, trong phần này tiến hành xây ngay vòm 1 tựa lên đá (hình 2.1 b). Sau khi đào phẩn giữa hang, hoặc qua giếng từ phần vòm, tiến hành lấy đất từ chân vòm và xây tường 2 theo từng đốt một. 3. Tường 1 của vỏ được xây dựng trong hang dẫn, sau đó đào mở rộng phần vòm, trong phần vòm tiến hành xây vòm 2 tựa lên tường đã xây (hình 2.1c). Dưới sự che chở của vòm hầm đã xây tiến hành đào nhân đất ở giữa, nhân đất này đã đóng vai trò kê giữ vì chống tạm. a)c) / Hình 2.1: Các giai đoạn chính trong xây dựng hầm 22 Việc mớ rộng các công đoạn trong quá trình xây dựng hầm được xác định từ những điều kiện cụ thể. Với sơ đồ dây chuyền thì tất cả các quá trình đào hang và xây vỏ đều tiến hành song song ở hàng loạt vị trí thi công, phân bố dọc theo chiều dài hang. Theo mức độ dịch chuyển của gương đào, các khu thi công khác cũng dịch chuyển tịnh tiến theo. Với sơ đồ vòng, tất cả các quá trình cơ bản được thực hiện một cách tuần tự trong phạm vi một đốt, chiều dài của đốt được quyết định phù hợp với các điều kiện kỹ thuật, sao cho không có các biến dạng dư đáng kể ở nóc hang và liên quan đến nó là tăng áp lực địa tầng. Có thể dùng sơ đồ hỗn hợp, với sơ đồ này một số công việc tiến hành tuần tự trong phạm vi một đốt, các quá trình còn lại thì tiến hành song song. Các phương pháp thi công xếp vào nhóm i bao gồm: Đào toàn tiết diện (iheo phương án dáy chuyền hoặc sơ đồ vòng), phương pháp bậc thang, phương pháp hang dẫn giữa, đào mở rộng phần vòm, bậc dưới. Các phương pháp thuộc nhóm 2 bao gồm: phương pháp vòm trước (một hoặc hai hang dẫn, phẩn vòm vượt trước). Nhóm ba bao gồm phương pháp nhân đỡ. Phương pháp thi công hầm được lựa chọn phụ thuộc vào các đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu vực đặt hầm; kích thước tiết diện ngang hầm; chiều dài hầm và những điều kiện địa phương (khả năng cơ giới hoá, các vật liệu chống đỡ trình độ chuyên môn của đội ngũ kỹ thuật, công nhân, thời hạn xây dựng). Trong số những dặc điểm trên thì yếu tố quan trọng và quyết định là độ cứng của địa tầng bao quanh, chúng quyết định hình thức, yêu cầu đối với kết cấu chống đỡ tạm và vỏ hầm. v ề phương diện này người ta phân chia ra làm địa tầng mềm yếu và địa tầng cứng chắc. Trong các địa tầng yếu (cát, á cát), mềm (á sét và sét) và các địa tầng nửa cứng (đá diệp thạch sét bão hoà, mergeli) có thể phát sinh áp lực địa tầng lớn. Vì thế để giảm áp lực đất, tiết diện hầm được chia thành các mảnh khá bé, ngay lập tức phải dựng vì chống tạm (tốt nhất là vì chống gỗ), loại trừ khả năng sụt lở đất dá. Vì chống thường gồm khá nhiều cấu kiện, chất đầy hang, hạn chế khả năng cơ giới hoá quá trình thi công. Việc đào đất đá trong những điều kiện như thế này thường là thủ công với các công cụ cầm tay như xẻng hơi, búa chèn. Bốc đá cũng thủ công hoặc bằng máy xúc loại nhỏ. Việc xây vỏ thường liên quan đến việc phải tháo bỏ, thay thế vì chô'n° tạm, nên cũng thường là thủ công, cấp bêtông bằng goòng vì điều kiện không cho phép áp dụng các thiết bị đổ bêtông cơ giới. Trong đá cứng có thể phân chia tiết diện thành các mảnh lớn hơn, thậm trí có thể đào loàn tiết diện hang ngay một lúc. Khi đó vì chống tạm thường chỉ chiếm phần không gian dọc theo chu vi hang, không gian bên trong tự do. Nhờ đó mức độ cơ giới hoá thi công có thể đáng kể. Việc đào đất đá thông thường bằng phương pháp khoan nổ mìn, có sử dụng các máy khoan có nãng suất cao. Xúc đá bằng máy xúc, chuyên chở đá bằng goòng hoặc ôtô tự đổ. Để đổ bêtông vỏ người ta sử dụng ván khuôn kim loại di động, tạo diện thi công đủ để áp dụng các thiết bị cơ giới đế đổ bêtông. 23 §2. XÂY DỤNG HẨM TRONG ĐÁ NỬA CÚNG, M ỂM v à y ế u Trong địa tầng nửa cứng và mềm để xây dựng hầm người ta sử dụng phương pháp vòm trước, đôi khi là phân mảnh đào toàn tiết diện. Trong các địa tầng yếu là phương pháp nhân đỡ, phương pháp nước áo mới (NATM), phương pháp chống trước vách... Chống đỡ tạm chủ yếu là vì chống nan quạt gỗ, gồm những dầm, cột được lắp ráp với nhau thành các dàn dạng nan quạt trong một mặt phẳng theo hướng từ giữa tiết diện dẫn ra biên. 1. Phương pháp phân m ảnh đào toàn diện Phương pháp này được áp dụng với hai phương án: dây chuyền hoặc sơ đồ vòng theo chiều dài hang. Trong trường hợp thứ nhất (hình 2.2) việc mở rộng ra toàn tiết diện bắt đầu từ hang dẫn 2, được đào từ hang dẫn 1. Sau khi đào hang dẫn 2 được một khoảng không nhỏ hơn 3 đốt (chiều dài mỗi đốt thường không lớn hơn 4 mét), không lớn hơn (40 50) mét thì tiến hành đào mở rộng phần nhỏ 3 trên chiều dài một đốt, đào mở rộng phần lớn 4 có hạ nền tương ứng. Cột chống hang dẫn và dàn chống mở rộng phần nhó là ớ trong những mặt phẳng khác nhau (xem hình 2.4). Một vùng thi cống 40 . 50m (1+3)/k 4 32 7 - Tường và vòm 9- Vòm giữa Đoạn đào mở rộng Đoan vượt trước Hình 2.2: Phương án dây chuyên của phương pháp phân mảnh đào toàn tiết diện Giai đoạn tiếp theo là chuẩn bị nền trong hang dẫn dưới để mở rộng ra vì chống toàn tiết diện hang. Để làm việc này, trong mật phẳng dàn chống mở rộng phần lớn đặt các dầm kê đường kính đến 50cm, cắt làm hai nửa, đỉnh của dầm kê này trùng với đỉnh dầm kê của khung chống hang dẫn dưới (xem hình 2.3). 71 T b = E Sau khi đào phần thông 5 (xem hình 2.2) người ta đặt hai cột chống phía dưới sao cho thẳng hàng với hai cột đầu tiên của vì chống mở 24 170 Hình 2.3: Đặt dầm kê trong hang dẫn dưới rộng phần vòm. Tiếp theo từ giữa của đốt đào tiến hành đào mờ rộng đối xứng phần 6 và đặt tiếp các cột chống. Cặp thứ hai của cột chống mờ rộng phía dưới là đặt thẳng đứng (hình 2.4). Các cột chống được nêm chặt giữa đầu trên cột chống và mặt dưới của dầm kê phía trên. Nhờ đó mà toàn bộ tải trọng sẽ được truyển xuống dầm kê phía dưới. Theo mức độ đào mở rộng, đến biên hang thì đặt các dầm dọc và ván chèn tựa lên nó để chống giữ vách hang. Giữa các cột và giữa các dàn hầm người ta đặt các giằng ngang, giằng dọc để đảm bảo ổn định của cả hệ vì chống. Việc đật vì chống như vậy, được thưc hiện tuần tự từ giữa đốt ra biên và về hai phía để dần dần truyền tải trọnq lên dàn hầm. Ván đóng Việc xây dựng vỏ hầm được bắt đầu từ việc chuẩn bị dưới móng tường. Việc đổ bêtông có chừa lại phần gối kê hoặc hố móng cho phần vòm ngửa sau này. Việc đổ bêtông tường được tiến hành theo các giá vòm đặt giữa các dàn hầm cách nhau từ 70 + 120cm và ghép ván dần từ dưới lên cùng với việc tháo bỏ ván và các cột chống xiên, dầm dọc của dàn hầm. Giá vòm gỗ thường được ghép từ ba lớp ván dày 5 + 7cm, ghép so le với nhau và đặt kê lên các nêm. Khi đặt giá vòm ờ đỉnh có xét đến độ lún của vòm bằng từ 0,5 đến 1% nhịp và giảm dần đến bằng không ở chân vòm. Giá vòm thép (bằng thép hình) thường là hợp lý hơn giá vòm gỗ. Ưu điểm của nó là gọn, nhẹ và tính kinh tế càng tăng khi hầm càng dài do chúng dùng được nhiều lần. Giá vòm được kê lên các dầm dọc, đặt trên các thép u và được giữ bằng các vì chống. Sau khi dựng các giá vòm thì các dầm dọc của dàn hầm được giữ bằng các cột chống ngắn, tựa lên giá vòm và do đó giá vòm tiếp nhận toàn bộ áp lực địa tầng. Đổ bêtông được tiến hành từng lớp (20 + 30)cm cùng với việc ghép ván khuôn trên giá vòm. Các cột chống ngắn được tháo dần đi trong quá trình đổ bêtỏng. 25 Với khoảng cách giữa các giá vòm < 120cm thì ván khuôn dày 5 - 7cm, rộng đến 15cm đảm bảo nhận được bề mặt vỏ hầm đúng như thiết kế. Trước khi tháo dầm dọc thì ván chống được giữ bằng một ván đặt ngang ở chính giữa và giữ bằng cột chống ngắn phụ (hình 2.5). Việc đổ bẽtông cứ tiếp tực đến cột chống phụ. Sau khi tháo bỏ cột chống phụ thì bêtông được đổ đến dầm dọc tiếp theo và quá trình được lặp lại. Việc ngừng đổ bêtông với điều kiện nhiệt độ từ 15 20°c là không được vượt quá 2 + 3 giờ bởi vì mỗi lớp đổ bêtông đều phải được đầm chật trước khi ximăng ninh kết. Khi đổ bêtông đến cặp dầm dọc đầu trên giữ dầm nóc thì tiến hành khép đỉnh vòm (hình 2.6). Các dầm nóc trong một đốt đổ bêtông được giữ bằng hai ván dài tựa lên giá vòm bằng cột chống ngắn. Sau khi tháo bỏ một dầm dọc thì đổ bêtông đến giáp cột chống ngắn, sau đó làm tiếp cho dầm dọc còn lại. Cuối cùng tháo ván đỡ và cột chống ngắn rồi đổ bêtông khe còn lại theo phương dọc hầm và đặt dần ván khuôn giữa các giá vòm. 1. Cột chống phụ; 2. Dẩm dọc đã tháo đi; 3. Cột chống tựa lên gá vòm H ình 2.6: Khép đỉnh vòm Việc tháo ván khuôn cho phần vòm được xác định theo tiêu chuẩn, bằng cách tháo đối xứng các nêm dưới các cột đỡ giá vòm. Đất đá trong phạm vi vòm ngửa được đào theo từng đoạn ngắn, không lớn hơn một nửa chiều dài của đốt đổ bêtông vỏ hầm. Để đề phòng hiện tượng trồi nền và trượt chân vòm người ta đật các thanh giằng ngang giữa hai chân vòm, khi có áp lực bèn lớn. Sơ đồ mở rộng công tác thi công theo chiều dài hang được mô tả trên hình 2.2. Chiều dài của mỗi đoạn, trên đó tiến hành những công việc như nhau chiếm từ 1 3 đốt hầm. Chiều dài chung của phần mở rộng (không xét đến đoạn thi công vòm ngửa) là đến 18 đốt hầm. Khi gặp địa tầng yếu, chiều dài đoạn thi công được rút ngắn để có thể xây dựng được vỏ hầm trước khi có sự dịch chuyển của địa tầng do đào hang dẫn và mỡ rộng đến biên thiết kế của hang. 26 Khi thi công theo sơ đồ dây chuyền, đoạn thi công được bố trí gián đoạn và trong mỗi đoạn có từ một đến ba đội công nhân thực hiện một số công việc như nhau. Ưu điểm của phương pháp là: chia nhỏ gương đào ra làm một loạt các gương nhỏ không cần phải chống đỡ, có diện thi cône rộng, cho phép sử dụng đồng thời một số lượng lớn công nhân, dịch chuyển gương khá nhanh do tiến hành đồng thời các công việc trên một số đốt hầm, tính toàn khối của vỏ hầm tốt do đổ bêtông liên tục trong phạm vi mỗi đất vỏ hầm. Với một đoạn thi công gồm một đến ba đốt hầm, dài 4 mét thì hang với toàn bộ bề rộng ò trên vì chống tạm có chiều dài từ 20 đến 60 mét. Tuv nhiên điều đó không phải là nguy hiểm, bởi vì trị số cúa áp lực địa tầng không xác định theo chiều dài mà là theo bề rộng hang. Điều đó có ý nghĩa chính là độ dài thời gian đế hang với vì chống tạm. Với tốc độ di chuyển gương đều đặn thì khoáng thời gian từ lúc đào đến khi kết thúc việc đổ bètông vỏ của phương pháp là không lớn. Trong trường hợp cần thiết có thể rút ngắn bàng cách rút ngắn chiều dài vùng thi công xuống chỉ còn một đốt hầm. Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm đáng kể, làm hạn chế khả nãng áp dụng của phương pháp này. Kết cấu vì chống tạm rất phức tạp, đòi hỏi chi phí một lượng gỗ khá lớn, giá thành cũng khá cao. Đặc biệt trong điều kiện nước ta, cũng như nhiều nước trong khu vực, gỗ là vật liệu khan hiếm. Số lần thay thế vì chống nhiều, khi truyền tải trọng là áp lực đất từ vì chống của hang nhỏ sang vì chống hang lớn không tách khỏi có độ lún ớ nóc hang do dầm kê bị ép vào địa tầng, do ép mặt các mộng và ncm v.v... (thường 5 + lOcm và lớn hơn cho một lần thay thế vì chống). Tính phức tạp của quá trinh thi công; vì chống chất đầy hang làm hạn chế việc cơ giới hoá quá trình thi công, chính vì những lý do trên, phương pháp này không được áp dụng khi cần đào nhanh và trong điều kiện đô thị hiện nay, nơi không cho phép xảy ra hiện tượng lún bề mặt khu vực xây dựng. Phạm vi áp dụng của phương pháp này là đào các hầm ngắn trong các địa tầng khá yếu, không đòi hỏi phải khoan nổ mìn, cần phải xây nhanh vỏ hầm trên toàn tiết diện ngang, khả năng cơ giới hoá thấp (như khi có áp lực bên cúa đất lớn). Trong các địa tầng ổn định hơn, có thể hiện áp lực đất thẳng đứng và áp lực bên không lớn nhưng không cho phép đào hang trên đoạn dài (ví dụ trong những hầm đi theo đường phương của lớp địa tầng), tất cả các quá trình đào, xây vỏ cần phải tiến hành tập trung trong phạm vi một đốt hầm. Chiều dài một đốt trong trường hợp nàv lấy giảm xuống 3 - 4 mét để tránh sự cần thiết Hỉnh 2.7: Phương án vòng của phải đặt các dàn hầm trung gian, hạn chế phương pháp phân mảnh đào toàn tiết diện 27 chỉ có các dàn đầu hồi của đất đào. Khi đó trên suốt chiều cao hang chỉ được gia cô làm một vài giai đoạn trong quá trình đào, trình tự như trên hình 2.7. Thực chất của phương pháp này (xem hình 2.7) từ hang dần dưới 1 là cơ sở đê mở các gương đào trung gian - tiến hành đào hang dẫn trên 2 trên một chiều dài bằng một số đốt hầm. Gia cố hang dẫn trên bằng các khung chống gồm một cặp dầm dọc đầu trên tựa lên các cột kê lên nền ngoài phạm vi của đốt đào (hình 2.8). Hình 2.8: Vì chông toàn hang 1. Cột chống xiên; 2. Dầm kê; 3. Dầm đầu hồi; 4. Giằng; 5. Ván chèn đầu hồi; 6. Dầm kê; 7. Nêm Sau đó đào mở rộng và tiếp tục đặt các cặp cột, dầm tiếp theo. Mặt đầu hồi của đốt đào được chèn ván 5 và giữ bằng các cột chống xiên 1. Trong phần đào mở rộng đặt các dầm kê 2 giằng 4, đặt các cột thẳng đứng tạo nên dàn hầm đầu hồi 3. Giai đoạn tiếp theo là đào mở rộng xuống phía dưới từ phần giữa của đốt hang, ở dưới của những chỗ dầm kê, đặt tiếp tục các dầm kê 6, nêm 7 và dựng cột xiên. Sau khi đào, đặt được cặp dầm kê mới, các cột thẳng đứng và giằng, quá trình đào và dựng dàn đầu hồi được tiếp tục lặp đi lặp lại như vậy cho đến lớp cuối cùng. Trong không gian một đốt hang được tạo nên, tiến hành xây ngay một vòng vỏ hầm. Ưu điểm của phương pháp này là hoàn thành nhanh, một tổ hợp công việc từ đào cho đến xây một đốt hầm ở trong hang trên một đoạn không lớn. Áp lực đất sẽ không phát triển hoàn toàn như phương án dây chuyền và việc xây đốt vỏ trong một không gian không bị chất đầy vì chống. Điều này có ý nghĩa đặc biệt khi đào một buồng ngắn để lắp ráp vòng vỏ hầm lắp ghép, cần được tiến hành với độ chính xác cao, nhất là thi công các buồng để lắp ráp khiên trong phương pháp khiên đào. 28 Nhược điếm của phương pháp là cần phải chống đỡ trẽn toàn tiết diện trong phạm vi m ộ t đ ố t h ầ m ; v iệ c th á o b ỏ các d ầ m dọc tro n g quá trìn h đ ổ b ê tô n g v ỏ là rấ t k h ó k h ă n b ở i vì các đốt bên cạnh chưa được đào mở rộng. 2. Phương pháp vòm trước Phương pháp này được áp dụng khi có trong đáy phần mở rộng bên trên một địa tầng ổn dịnh, cho phép tựa lên nó chân của vòm hầm mà không gâv ra lún. Ý tướng của phương pháp là nhanh c h ó n g xây dựng vỏ hầm vĩnh cửu trong phần vòm để ngăn ngừa hiện tượng lún nóc hang và sự phát triển của áp lực địa tầng. Với phương án hai han° dẫn (hình 2 9), phương pháp này được áp dụng khi xây dựng các hầm dài, đòi hỏi phải m ở n h iề u diện thi c ò n g . Sau khi đào hang dẫn 2 từ hang dẫn 1, tiến hành đào mở rộng phần vòm 3; tiếp theo là xây vòm hầm vĩnh cửu 4 bằng bêtông. Để tránh hạ nền hang dẫn, liên quan đến việc phải thay thế vì chống gây ra lún, chiều cac của hang dẫn trên cố gắng lấy tối đa, còn khi đào mớ rộng 3 thì hai bên đều được đ à o đ ế n c a o đ ộ c h â n v ò m . H ìn h 2 .9: Phương án lia i liang dẫn vòm trư ớ c Các phần đào m ớ rộng bố trí cách nhau 1 í- 3 đốt hầm, để hạn c h ế khả năng phát triển áp lực địa tầng và tránh hỏng v ò m bêtông ờ bén cạnh. Đ à o đất đá chỉ tiến hành khi vòm bêtông b ê r c ạ n h đ ã đ ạ t k h ô n g n h ỏ h ơ n 6 0 % cư ờ n g đ ộ th iế t k ế (c h ừ n g sa u 7 -ỉ- 8 n g à y ). Để đảm bảo thông gió cho phần đàc mờ rộng bên trên cũng như đ ể tạo lối thoát hiểm, cứ không lớn hơn 30 mét phải đào một lối thông chc người, kích thước 70 x lOOcm. Sau khi đào mớ rộng tiến hành lắ p đ ặ t g iá v ò m , truyền lê n n ó c á c áp lực mà vì chống tạm đã chịu, dươi chân vòm tạo một lớp đệm bêOng nghèo dày « lOcm (hình 2.D ), hoặc kê ván rồi đố bêtông từ chen vòm lên đỉnh bằng phương p h é p đ ã n ê u trong m ụ c I. Tuy nhiìn, cũng phải nhặn thấy là việc H ìn h 2 .10 : V ì c liô n g đ ào m ở rộn g 1. Cột ch ố n g tự a lên g iá vòm ; 2. G iá vòm ; 3. C ột chống bằng b ẽtô n g ; 4. B êtô n g lót; 5. N êm 29 đào mở rộng từng đốt xen kẽ thường gây khó khăn cho việc tháo bỏ các dầm dọc của vì chống tạm, trong nhiều trường hợp phải cưa ra làm các phần nhỏ để tháo. Trong những trường hợp, nếu tháo các dầm dọc thì kéo theo nguy hiểm do lún nóc hang, các dầm dọc khi đào mở rộng phải được bố trí ra ngoài đường biên thiết kế của vỏ hầm, để có thể bỏ lại khi đổ bêtông. Sau khi vòm bêtông đạt cường độ thiết kế thì tháo cốp pha và tiến hành đào phần lõi 5 (xem hình 2.9). Mái dốc của phần này được quyết định: cho đá cứng là 1: 0,1, cho đá mềm không dốc hơn 1:0,5. Ở chân vòm có chừa lại khoảng (0,25 -í- 1,0) mét tuỳ thuộc vào độ cứng của đá (hình 2.11). Trong đất sét, cũng như trong đá cứng có xen kẹp các lớp yếu hoặc nứt nẻ mạnh, cần phải chống đỡ tạm phần mở rộng 5. k k 2 , 2 25-100 1. Ván khuôn tường; 2. Thanh chống xiên; 3. Xà kê; 4. Bêtông lót V//// !sss> V//ỴA s \ \ \ v - -4— 3 1 3 2 ồ 1 6 Lịd I 3 1 3 3 1 3 2 3 1 3 3 1 3 k k H ìn h 2 .1 2 : T h ứ tự đào tường Từ phần mở rộng giữa 5 (xem hình 2.9) tiến hành đào từng đoạn dưới chân vòm 6,8 và đổ bêtông tường theo từng cột một 7, 9. Giai đoạn cuối cùng là đào nền 10 và xây vòm ngửa (hoặc lót đáy) 11. Đầu tiên đào một cột dưới mối nối giữa các đốt vòm sao cho mỗi đốt vòm để hẫng không kê không lớn hơn một phần từ đốt vòm. Sau khi những vị trí yếu nhất này của vòm đã được kê gối chắc chắn (có tường bêtông) thì tiến hành đào và xây các cột trung gian, kết quả là tạo nên một tường liên tục ở dưới vòm (xem trình tự đào chi tiết trên hình 2.12). Chiều dài một đoạn đào được lấy bằng một nửa của đốt vỏ hầm đã xây trong phần vòm, không được lớn hơn một đốt vòm. Khi đào đất đá dưới chân vòm ở trong địa tầng loại III và IV thì chân vòm được kê giữ bằng không nhỏ hơn hai cột chống xiên, đường kính 28 - 30cm, tựa lên dầm kê dọc. 30 Vách của hang trong trường hợp cần thiết cũng được chống giữ bằng các ván và các dầm dọc, ngàin hai đầu vào trong các hố lõm, đào trong đất nguyên khối, hoặc được giữ bằng các cột chống của đợt một, còn trong các đá không đủ ổn định thì tựa lên các cột chống xiên (xem hình 2.11). Trước khi đổ bêtông các đốt cột, trên bề mật chân tường rải một lóp lót bêtông mỏng. Việc đổ bêtông được tiến hành với các ván khuôn gỗ hoặc thép tựa lên các thanh xiên hoặc tựa ngay lên các cột chông đỡ chân vòm. Quá trình đặc biệt quan trọng là khép đỉnh tường với chân vòm đảm bảo không xảy ra lún vòm và đảm bảo tính toàn khối của kết cấu vỏ hầm. Để khép vòm, khi đổ bêtòng đến các chân vòm 20 - 40cm thì bề mặt của bêlông phải nằm ngang. Sau đó để bêtông trong khoảng hai ngày rồi lấp đầy khe hở này bằng bêtông khô theo mặt nằm nghiêng và đầm cẩn thận. Ép vữa xi mãng một cách hợp lý qua các ố n g đ ạ t s ẵ n ớ m ố i n ố i. Trong các địa tầng, nếu đào mớ rộng phần giữa kéo theo sự mất ổn định, nguy hiểm cho chân vòm thì tường có thê được xây trong những hố đào từ phần mớ rộng bên trên xuống. Nếu phải đào như vậy thì thông thường chỉ đào những phần ở dưới mối nối vòm, sau đó thì đào mở rộng phần giữa và xây lường trên những phần còn lại. Khi có nguồn nước ngầm, đôi khi đầu tiên đòi hỏi phải đổ bêtông vòm ngửa để ngăn chặn hiện tượng trồi nền từ phía đấy hang. Trong trường hợp này tốt nhất là đào phần giữa theo kiểu gương đào tịnh tiến có gia cố hề măt hang bàng ván đóng và giữ vòm bằng các cột. Việc đổ bêtỏng tường tựa lên vòm ngửa. Khi đó nên đào đất trong từng đoạn không lớn hơn 3 mét. Ưu điểm của phương pháp vòm trước là nhanh chóng xây vỏ hầm vĩnh cửu ở phần nóc hang, giảm được độ lún và rút ngắn sô' lán thay thế vì chống xuống 2 lần; thi công đơn giản, vì chống mở rộng có độ cứng tốt hơn, do chiều cao không lớn, thi công an toàn dưới sự che chở của vòm bêtông và độ iún mặt đất không lớn, điểu này đặc biệt có ý nghĩa khi xây dựng hầm ở dưới những điểm dân cư, trong điều kiện đô thị đã xây dựng dày đặc. Nhược điểm cơ bản của phương pháp là phải xây tường dưới vòm đã xây có độ cứng lớn và rất nhạy cảm với lún không đều, cũng như khả năng phát sinh biến dạng vòm dưới tác dụng của áp lực bên của địa tầng. Để loại trừ độ lún của vòm cần phải tuân theo một cách nghiêm ngặt trình tự xây tường; đào mở rộng phần giữa không sử dụng nổ mìn trực tiếp dưới chân vòm và khcp đỉnh tường cẩn thận. Trong một số trường hợp nên mở rộng chân vòm lớn hơn tường để chân vòm ké lên địa tầng trong thời gian đào và xây tường. Phương án hai hang dẫn vòm trước là hợp lý trong các địa tầng mềm, ít nén, trong đá có độ cứng trung bình khi không có áp lực bên. Phương pháp vòm trước có thể áp dụng với phương án một hang dẫn như trên (hình 2.13). Việc lấy hang dẫn trên 1 làm hang dẫn định hướng loại trừ được việc đào thêm các gương mở rộng trung gian. Vì vậy, hang dẫn 1 được đào chủ yếu từ hai cửa đối diện 31 nhau. Theo mức độ vượt trước của hang dẫn 1, tiến hành đào mở rộng phần 2 và đổ bêtông vòm 3 bằng các trình tự xen k ẽ , cách nhau từ 1 3 đốt hầm. Vận chuyển thải đá trong hang dẫn trên được thực hiện bằng goòng trên ray, hoặc hợp lý hơn là bằng băng tải đật trong một rãnh dọc phía dưới sâu của hang dẫn trên. Sàn treo 1)2 4 /7 5-8 s .53. 28v,ngảy -Phễu di động 2X3 2X3 >3 L đến 40 - 50m ngáy H ìn h 2 .13 : Phương án m ột hang dần vòm trước Sau khi tháo ván khuôn vòm thì đào mở rộng phần giữa 4, đào hàm ếch 5 + 7 và xây tường dưới vòm 6 + 8 giống như đã nêu trong phương án hai hang dẫn. Để phối hợp nhịp nhàng thuận lợi trong các gương ở phần trên và phần dưới người ta thiết lập một sàn công tác treo, theo nó cấp vật liệu, thiết bị vào phần trên và thải đá theo từ phần trên xuống phần dưới (hình 2.14). Việc đào mở rộng phần trên và xây vòm bêtông được triển khai trên suốt chiều dài hầm cho đến khi đục thông hang cũng là một phương án có thể. Sau đó tiến hành mở rộng phần dưới và xây tường. Cách thi công như vậy loại trừ được việc phải làm sàn treo và công tác tổ chức thi công sẽ đơn giản đi rất nhiều. H ìn h 2 .14: Sàn tre o đ ể vận clìuyển đá và vật liệ u 1. D ầm tre o n g a n g ; 2. C ã n g to ; 3. D â y tre o ; 4. D ầ m d ọ c Ưu điểm của phương án một hang dẫn vòm trước là giảm các chi phí cho việc đào hang dẫn và mở rộng trong đá không bị phá hoại. Nhược điểm là thoát nước từ hang dẫn trên cũng như phần hang vượt trước là khó khăn, đỏi khi gây khó khãn cho phần mở rộng phía dưới. Phương án một hang dẫn vòm trước được áp dụng hợp lý khi xây dựng các hầm ngắn, trong đá cứng, khô ráo với việc nổ mìn đào mở rộng phần dưới bằng các loại thuốc nổ không mạnh. 3. Phương pháp nhân đỡ Trong những trường hợp đất đá không đủ khả năng chịu lực để kê trực tiếp chân vòm lên nó, còn các phương pháp khác (ví dụ như phân mảnh đào trên tiết diện) có thể gây lún lớn bề mặt thì có thể sử dụng phương pháp nhàn đỡ. 32 Thực chất của phương pháp là tiến hành đào đất đá theo chu vi hang với việc tựa vì chống tạm lên phần đất đá không bị phá hoại ở phần giữa hang và xây vỏ từng bộ phận bắt đầu từ tường. Trong phương án cơ bản của phương pháp (hình 2.15), tại vị trí có tường vỏ hầm tiến hành đào hang dẫn 1 vào sâu 50 -ỉ- 60 mét, trong đó tiến hành đổ bêtông phần dưới của tường 2. Trong hang dẫn rộng, cạnh tường có bố trí đường vận chuyển (xem hình 2.15 bên phải) thì việc đào hang và đổ bêtông vỏ có thể phối hợp với nhau. Thường gặp hơn cả là trường hợp tiết diện ngang hầm không cho phép đào hang dẫn 1 rộng như vậy, bởi vì nhân đỡ sẽ hẹp và cao dễ bị trượt về hai bên. Trong trường hợp này đào hang dẫn 1 và đổ bêtông phần tường 2 được tiến Hình 2.15: Pltương pháp nhân đỡ hành tuần tự. Sau khi đào hang trên một chiều dài nhất định thì tiến hành đổ bêtông tường theo hướng từ gương ra cửa (trên hình 2.15 bên trái). Việc xây tường thông thường đòi hỏi không nhỏ hơn hai bậc hang dẫn. Hang dẫn trên 3 đào sau khi đã lấp đầy không gian giữa tường và vì chống hang dẫn để ngăn ngừa sự chuyển dịch của đất đá trong nhân đỡ. Sau khi đào hang 3 tiến hành đổ bêtông phần trên của tường 4. Đào hang dẫn trên 5 là hước tiếp theo. Trên cơ sở hang dẫn trên 5 tiến hành đào mở rộng phần vòm 6 theo từng đốt, thường thì chiều dài mỗi đốt không lớn hơn 3 mét, sen kẽ nhau với khoáng 2 + 3 đốt. Việc đổ bétông vòm 7 được thực hiện tựa lên các tường đã xây. Nhân đỡ 8 được đào bỏ đi bằng cơ giới, dưới sự che chớ của kết cấu vỏ hầm đã được xây dựng. Khi bề rộng hầm đủ lớn để đào hang một cách hợp lý và thuận tiện, dọc theo trục hầm người ta đào một hang dẫn để giao thông, thoát nước, đo đạc định vị, cung cấp năng lượng vật tư v.v... Với phương pháp nhân đỡ, vòm ngửa được đổ bêtông trong một hào đào ngang hầm 9 với bề rộng không vượt quá 1/2 chiều dài đốt vòm. Để ngăn ngừa sự trượt tường của vỏ hầm vào phía trong hang, giữa các chân tường có đặt các dầm giằng bằng gỗ để đật đường vận chuyển và treo các máng thoát nước cho hầm qua giai đoạn hào này. Hào của đất tiếp theo đào không sớm hơn thời gian đổ xong bêtông của đốt vòm giữa bên cạnh nó. Ưu điểm của phương pháp nhân đỡ là ở độ tin cậy cao, đảo bảo an toàn cho công tác đào hầm trong những điều kiện địa chất phức tạp nhất, cũng như khả năng xây dựng hầm không ngập nước các bộ phận hầm, bắt đầu từ tường và khối địa tầng được làm khô. Trong trường hợp cần thiết có thê bắt đầu từ việc xây vòm ngửa theo các hang ngang nối các hang dọc. 33 Nhược điểm của phương pháp nhân đỡ là không kinh tế, liên quan đến việc đào phần lớn tiết diện hầm dưới dạng hang dẫn; sự chật trội trong thi công gây khó khăn cho việc đảm bảo chất lượng cao của công trình, đặc biệt là có quá nhiều mối nối thi công trong kết cấu và tiến độ thi công chậm. Phương pháp nhân đỡ được áp dụng ở đâu mà vấn đề kinh tế được đưa xuống hàng thứ yếu, đó chính là những đoạn hầm ngắn trong đất yếu, đặc biệt là trong điều kiện thành phố, nơi hoàn toàn không cho phép xảy ra lún mặt đất. Khi xây dựng hầm tiết diện lớn (nhịp hang > 15 mét, cao > 10 mét) trong đá cứng nhưng không ổn định, thì phương pháp nhân đỡ tỏ ra kinh tế, bởi vì nhân chiếm phần lớn tiết diện và cuối cùng là khi khòi phục các hầm cũ bị phá hoại, đặc biệt là khi có các mảnh vỏ hầm cũ và đoàn tàu chuyên động nên các công tác đào chỉ có thể tiến hành theo chu vi hang. 4. Các yêu cầu đối với vì chống tạm các hang đào từng bộ phận Trị số cuối cùng của áp lực địa tầng phát triển khi đào hang được xác định phụ thuộc vào nhịp hang và hệ sộ độ cứng của địa tầng có xét đến các tính chất cơ bản và trạng thái của nó. Để áp lực địa tầng tăng đến trị số này đòi hỏi một thời gian lớn hay nhỏ, phụ thuộc vào phương pháp đào được lựa chọn, chất lượng thi công công tác đào đất đá và thay nó bằng vì chống tạm và sau cùng là vỏ hầm vĩnh cửu. Việc chống đỡ hang không kịp thời, kém chất lượng; việc sử dụng các vì chống kém phẩm chất, việc bỏ lại các khoảng trống sau các cấu kiện chống đỡ sẽ dẫn đến lún đất đá bao quanh và phát triển các chuyển vị ở trong nó, làm cho vùng phá hoại nhanh chóng đạt đến vòm áp lực tính toán. Ngược lại, việc tuân thủ các giải pháp đảm bảo địa tầng xung quanh lún ít nhất, thì cho phép giảm tốc độ tãng của áp lực địa tầng và xây dựng vó hầm vĩnh cửu được tiến hành trong điều kiện thuận lợi. Khoảng thời gian giữa đào hang và xây dựng trong hang vỏ hầm càng nhỏ thì giá thành xây dựng và những khó khăn phát sinh trong xây dựng càng nhỏ. Đó là nguyên tắc cơ bản, mà thực hiện được nguyên tắc này sẽ đảm bảo đào hang kết quả và tiến hành thi công hầm với chất lượng cao. Khả năng không cho phép lún nóc và phát triển sự chuyển dịch của địa tầng phụ thuộc đáng kể vào hệ vì chống tạm sử dụng. Vì chống hợp lý cần phải đảm bảo cho việc đào đất đá trong phạm vi chu vi hang thiết kế với lượng đào vượt nhỏ nhất; có độ cứng đầy đủ và không thay đổi theo phương ngang, phương dọc; đặt được từ dưới lên trên mà không phải chống đỡ lại (thay thế vì chống) vì đó là nguyên nhân gây ra lún; chiếm chỗ nhỏ hơn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiến hành thi công các công tác khác; nó không chỉ làm vì chống mà còn làm giá vòm để đổ bêtông vỏ hầm; loại trừ sự cần thiết phải dùng các kết cấu chuyên dụng khác làm đầy hang; cho phép thay đổi khả năng chịu lực phù hợp với sự thay đổi của các điều kiện địa chất công trình (ví dụ như đưa thêm vào nó các bộ phận kết cấu đủ đơn giản và cho phép sử dụng nhiều lần). 34 Vì chống gồ, sử dụng khi đào trong các địa tầng mềm, yếu không đáp ứng đa số các yêu cầu nêu trên. Vì thế xu hướng phát triển là tạo ra các kết cấu kim loại kết hợp làm cả nhiệm vụ giá vòm để đổ bêtông vỏ và các vì'chống thuỷ lực để thay thế cho các loại vì chống truyền thống. ở nước ngoài người ta sử dụng một loại vì chốnR giá vòm liên hợp mà những đặc điểm của nó được nêu dưới đây, để xây dựng các hầm trong địa tầng có độ cứng trung bình. Các cung tròn chính được chế tạo bàng thép, đóng vai trò vì chống theo phương ngang và giá vòm để đổ bêtông, các thanh giằng và chống xiên để giữ các cung tròn ớ những điểm trung gian là bằng gỗ. Các thanh này cho phép thay đổi kích thước tiết diện ngang của hầm và vấn giữ nguyên độ cứng cần thiết của vì chống, các dầm kê nằm làm nhiệm vụ phân bô ứng suất xuống nền hang (hình 2.16). Vì chống chính là giá vòm 3 lập từ hai thép [ cùng với các mẩu thép ngắn tãng cường bằng thép I. Thường thì giá vòm được chế tạo làm 2 đến 4 đoạn nối với nhau bằng các bản nối chữ [ và bulông. Đầu dưới của cấu kiện bên cạnh (vách) có bản đế bằng thép bản dược gia cường bằng thép góc. Giá vòm được tựa lên các cột 6 và kê lên dầm kê 8. Mặt dưới của giá vòm có hàn các đế bằng thép [ hoặc thép góc đế đảm bảo tiếp xúc một cách tin cậy với các cột. Thanh căng được chế tạo tù hai thcp [ có liên kết với cột để làm sàn công tác bằng cách ghép ván lên trên nó. Ôn định dọc của vì chống được đảm bảo bằng các giằng giữa các giá vòm. H ìn h 2 .1 6 : V ì chống g iá vòm liên hợp 1. Cột chống ngắn; 2. Thanh cong đỡ ván; 3. Giá vòm; 4. Thanh chống xiên; 5. Thanh căng; 6. Cột; 7. Đế kê; 8. Dầm kê Các ván đóng thực hiện theo phương dọc hầm, tựa lên thanh cong đỡ 2 làm bàng ray mỏ, đặt quay ngược đầu xuống, các đoạn của thanh cong này được nối với nhau bằng lập lách - bulông. Cung tròn này được gọi là cung đào, nó truyền áp lực lên giá vòm nhờ các cột chống ngắn 1, được gắn lên những vị trí bất kỳ của giá vòm và di chuyển được theo phương bán kính của vòm nhờ các nêm đê tạo khả năng thay đổi chiều dày của vòm. Khả năng tãng số lượng cột chống ngắn đảm báo khả năng chịu lực phù hợp với những điều kiện địa chất thay đổi. Khả năng dịch chuyển theo phương bán kính là tạo điều kiện Ihay đổi theo chiều dày của vòm. 35 Do chiều cao của cung đào không lớn (thường 7 - 9cm) nên ván đóng thường đạt đến vị trí cuối cùng ngay lập tức, theo phương dọc hầm (hình 2.17). Bằng cách đó đào vượt bị triệt tiêu và vì chống được tiếp xúc chặt với nóc hang. H ìn h 2 .1 7 : C liố n g gương đào 1. Dầm giữ dọc hầm; 2. Con kê; 3. Nêm; 4. Giằng; 5. Sàn công tác; 6. Thanh căng; 7. Vì chống gương đào; 8. Cung kê giữ ván H ìn h 2 .1 8 : C ó t chông lìgắn 1. Ván; 2. Nêm; 3. Cung kê giữ ván; 4. Giá vòm; 5. Thép [ ; 6. Thanh [ uốn; 7. Một đoạn thép [; 8. Gỗ ké; 9. Nêm Các cột chống ngắn 5 (hình 2.18) ghép từ hai thanh ghép u cùng với hai mẩu thép u hàn ngang để tạo thành một khung cứng cố định. Đầu trên của hai thanh Ư được hàn lung lại với nhau và có cắt lõm đầu để cung đào 3 tựa vào. Khoảng cách giữa hai thép Ư của giá vòm được quyết định sao cho cột chống ngắn có thể di chuyển được tự do trong khe giữa hai thép u của vòm. Các cột chống ngắn được gắn chắc lên vòm nhờ bộ nêm 9 và các đệm 8. Các cột chống ngắn không chỉ đảm bảo truyền một cách tin cậy áp lực theo phương bán kính lên giá vòm mà còn tạo với giá vòm thành một hệ cứng. Một phần quan trọng của vì chống là thanh đỡ ván ngang số 8 (xem hình 2.17), có chiều dài gần 3 mét, mặt trên được uốn cong theo biên hang và được gia cường bằng thép u. Thanh đỡ ngang để đỡ ván đóng trong phần giữa của gương trước khi đặt một vì chống liên hợp mới. Để đỡ thanh ngang người ta dùng một dầm I số 1 trượt trên hai giá vòm và được nêm chặt vào nóc hang. Việc đào mở rộng phần vòm với việc sử dụng vì chống giá vòm liên hợp nêu trên được tiến hành như sau: Đầu trên đóng ván trong phần đỉnh hang, trên một bề rộng chừng 3 mét; tháo một hoặc một số ván chắn gương, sau đó đào đất đá trong phạm vi 36 một bước đào về phía trước và tháo bỏ vì chống của chu kỳ trước đó. Các ván đóng được kè giữ bằng thanh ngang. Sau khi gia cố tương tự như phần giữa người ta đóng ván trên toàn chu vi cùng với việc đào đất đá và dịch chuyển ván chống gương vào vị trí mới. Trong không gian trống được tạo nén, một tổ hợp vì chống giá vòm mới được lắp dựng theo thứ tự từ dưới lên trên, sau đó tháo bỏ phần chống ngang ờ giữa hang. Với vì chống gỗ thì việc đổ bêtông trong phần vòm là hết sức khó khăn, bởi vì việc đó dẫn đến phải tháo bỏ các chi tiết cúa vì chống, kéo theo phải chống đi chống lại nhiều lần, giống như phương pháp vòm trước, đã nêu ớ trên, đê tháo bỏ các dầm dọc nhiều khi phải cắt chúng ra làm nhiều đoạn. Khi dùng vì chống giá vòm liên hợp việc đổ bètông vòm thuận lợi hơn nhiều vì giá vòm đã được xem là một bộ phận của vì chống. Khi đó, sau vỏ hầm chỉ bỏ lại ván đóng mà thôi. Để tháo vòm đào và cột chống ngắn, các ván đóng được giữ bằng thanh ngang cong 1, thanh cong được giữ bằng cột chống ngắn phụ tựa lên cánh u của vòm (hình 2.19). Sau khi tháo các chi tiết của cung vòm đào và tháo nêm của cột chống ngắn thì chúng đươc tháo đi qua khe của hai thanh u của giá vòm. Trong các đất không ổn định các vòm dào có thể được bỏ lại sau vỏ hầm, nếu như việc tháo bỏ chúng có thể kéo theo sụt lở. Hệ vì chống được nêu trên thoả mãn H ìn h 2 .1 9 : Đ ổ bêtông vòm cùng với việc th á o vì chống 1. Gỗ kê ngang; 2. Cột chống; 3. Ván khuôn được các yêu cầu cơ bản đối với vì chống hợp lý, tạo điều kiện thuận lợi để áp dụng phương pháp vòm trước tường sau, cho phép đào hang với lượng đào vượt ít nhất trong những điều kiện áp lực địa tầng tăng rất chậm. 5. Phương pháp phần vòm vượt trước Với phương pháp phần vòm vượt trước, có sử dụng vì chống giá vòm liên hợp thì không cần phải đào hang dẫn, mở rộng mà đào toàn bộ phần vòm một lúc (hình 2.20) với mỗi đốt thi công dài bằng khoảng cách giữa hai vì chống giá vòm liên hợp, thường là 1,0 ^ 1,2 mét. Việc loại trừ hang dẫn trên có ảnh hướng tốt đến kết quả đào phần vòm 1 trong địa tầng khôns bị phá hoại. Với khoảng cách đến gương không lớn (thường là 12 dốt, trong đá không ổn định là 2 đốt) là những điều kiện thuận lợi cho việc thi công đổ bêtỏng vòm 2. Hợp lý hơn cá là đổ bêtông vòm trong một ca trên đoạn bằng chiểu đào được trong một ngày đêm. Khi đó đám bảo độ bền cần thiết của bêtỏng khối đổ trước 3 7 (12 kg/cm2) và tạo được diện thi công đủ để sử dụng bơm bêtông công suất nhỏ (5 -í- 8 m3/giờ) hoặc các thiết bị đổ bêtông có sử dụng khí nén. 4-7 Vỉ chống giá vòm liên hợp S ĩ 2 1 1 - 1 [11111 'ngay lão vòrĩ Phương án 1 28vngây ngay 2-15m H ỉn h 2 .2 0 : Phương p h á p p liầ n vòm vượt trư ớc Như vậy địa tầng ở trên vì chống tạm với thời gian nhỏ nhất, điều đó loại trừ khả năng lún lớn nóc hang, cho phép chuyển từ đào đất đá sang đổ bêtông vỏ với áp lực địa tầng không đáng kể. Việc đào mở rộng phần dưới 3, 4, 6 và đổ bêtông tường 5, 7 giống như trong các phương pháp vòm trước tường sau đã nêu ở các mục trên. Việc sử dụng vì chống giá vòm liên hợp kim loại cho phép thực hiện đào hang với việc phân thành các mảnh lớn hơn so với dùng vì chống gỗ. Đơn giản và thuận tiện hơn cả là đào không có hang dẫn, khi đó chức năng hang dẫn do phần vòm hang vượt trước đảm nhiệm (phương án 1). Việc thi công hầm tiến hành ở hai mức. Tuy nhiên trong phần đào lõi phần dưới có bố trí sàn treo để phục vụ thải đất đá, cấp vật liệu cho phần trên. Ớ phần trên sử dụng sơ đồ kiểu dây chuyền, còn ở bậc dưới thì dùng sơ đồ hỗn hợp. Việc không có hang dẫn làm hạn chế số người thi công và khả năng mờ thêm các gương phụ để đẩy nhanh tiến độ thi công. Vì thế, việc sử dụng phương án 1 là hợp lý trong những trường hợp: xây dựng các hầm ngắn mà sự chậm trễ của nó không liên quan đến việc kéo dài thời hạn bàn giao tuyến đường vào khai thác; khi xây dựng các hầm dài với điều kiện V Ò IĨI được đào với tốc độ không chậm hơn tốc độ đào hang dẫn, trong trường hợp này không làm chậm trễ tiến độ đào hang nói chung. Thực tế chỉ ra là, với diện tích phần vòm không vượt quá 15m2, thì tốc độ đào nó với vì chống giá vòm liên hợp không kém tốc độ đào hang dẫn. Vì thế việc áp dụng phương án 1 là hoàn toàn hợp lý khi xây dựng các hầm đường sắt tuyến đơn. Phương án này có các ưu điểm sau: Tiến hành công tác đào với sự phá hoại địa tầng xung quanh là ít nhất, trong điều kiện áp lực địa tầng không đáng kể; giảm bớt chi phí gỗ đến tối thiểu và do đó giảm số lượng phương tiện vận chuyển cung cấp vật liệu; giảm lượng đào vượt đến tối thiểu, tức là giảm lượng đất đá thải ra và tương ứng là giảm lượng bêtông để lấp đầy phần đào vượt; loại trừ được việc phải dùng giá vòm riêng, tãng khoảng không tự do trong hang để thi công các công tác khác. 3 8 Khi tăng tiết diện phần vòm thì tốc độ đào hang giảm khá nhanh và có thể việc dùng phương án 1 là không thể chấp nhận. Trong trường hợp này phải chuyển sang phương án 2 của phương pháp này với hang dẫn hướng ở phía dưới (hình 2.21), cho phép mở rộng diện thi công nhờ các gương phụ. Với phương án này vẫn giữ nguyên được các ưu điểm của phương án 1 nhưng công tác đào có đắt hơn do việc đào thêm hang dẫn dưới và làm xấu đi điều kiện thông gió cho phần vòm đào qua các lối H ìn h 2 .2 1 : P liương án đào có hang g ia o thông ở giữa thông đứng từ hang dẫn dưới, đồng thời cũng làm phức tạp cho công tác thoát nước và giao thông. Khi bố trí hang dẫn ở mức nền của lớp lát ba lát thì giữa trần hang và nền của đào mở rộng phần vòm cần giữ được một lớp đất đá không bị phá hoại đủ đảm bảo cho việc đào mở rộng phần vòm một cách thuận lợi. 6. Phương pháp đào hang có chống trước vách hang a) Thực chất và phạm vi áp dụng cùa phương pháp Trong thực tế xây dụng hầm những năm gần đây người ta dùng những màn chắn bằng ống với tư cách là vì chống tạm, theo chu vi của những hám sẽ xây dựng. Các ống thép, bêtông cốt thép hay phibrôximãng, dường kính từ 85 đên 2500 và dài đên 30 - 40 mét và lớn hơn được ép vào trong đất hoặc luồn đẩy vào lỗ khoan trước theo từng khâu dài 2 + 5 mét, nối với nhau bằng hàn, vòng khoá hoặc đai v.v... Trong quá trình đẩy ống người ta lấy đất ở trong ống ra còn sau khi đẩy, không gian trống ớ trong ống được đổ bêtông hoặc lấp đầy bằng bêtông lắp ghép. Như vậy, một màn chắn phẳng hoặc dạng vòm được tạo nên ở trên nóc, đôi khi cả ở bên vách của hầm, dưới sự bảo vệ của chúng người ta đào đất ở trong phần lõi của hang và xây dựng kết cấu chịu lực của hầm (hình 2.22). Màn chắn ống không chỉ làm vì chống tạm, mà có thê đưa vào làm một phần của kết cấu vĩnh cửu. H ìn h 2 .2 2 : Sơ đồ màn chắn bằng ống trên hầm sẽ xâ y dựng 1. Màn chắn bằng ống; 2. Bệ đỡ; 3. Kích; 4. Hố đào; 5. Biên hầm 39 Người ta đã sử dụng phương pháp này khi xây dựng các hầm nối ga, các ga metro, các hầm trên đường ôtô, hầm cho người đi bộ đặt nông trong các đỏ thị đã xây dựng khi mà sử dụng phương pháp lộ thiên là rất khó khăn hoặc không thể được. Đặc biệt có hiệu quả là dùng phương pháp này khi xây dựng các hầm dưới các đường phố, đường giao thông, dưới đất đắp và dưới móng của các nhà trong các đất yếu, không ổn định với chiều sâu từ 3 mét đến 1 mét kể từ mật đất. Việc sử dụng phương pháp nêu trên để thi công không đòi hỏi phải đào mở mặt đất ở phía trên công trình ngầm, không phá hoại điều kiện đường phố, biến dạng và lún mặt đất là tối thiểu. Trong nhiều trường hợp không cần phải áp dụng đóng bãng nhân tạo hoặc gia cố hoá đất. Dưới sự bảo vệ của màn chắn ống có thể xây dựng hầm tĩồ hình dạng và kích thước tiết diện ngang là bất kỳ, có chiều dài đến 80 - 100 mét. Việc tăng chiều dài của màn chắn ống có thể đạt được bằng việc tạo nên các giếng trung gian, hoặc tạo nên hố đào để ép đấy ống, cũng như bằng việc xây dựng vì chống vượt trước ở trong gương của hang. Có nhiều biến tướng khác nhau của phương pháp này, chúng khác nhau ớ vật liệu làm ống (thép hoặc fibrôximăng...), khác nhau bởi đường kính ống (85 - 2500mm), bởi hình dạng tiết diện ngang (tròn, chữ nhật, hình thang...), bởi vị trí ép đẩy (từ hố đào, từ giếng, trực tiếp từ gương đào của hang), bới phương pháp lấy đất từ lòng ống ra và v.v... b) Công nghệ thi công Tưỳ thuộc vào quy hoạch không gian và giải pháp kết cấu của công trình ngầm, cũng như vào tính chất của đất người ta sử dụng các công nghệ thi công khác nhau. Khi chiều dài công trình ngầm đến 30 - 40 mét các ống được đẩy từ một phía của chướng ngại bị giao cắt, còn khi chiều dài lớn hơn thì đẩy ép từ hai phía của hố đào. Trong đa số các trường hợp các ống được ép thành một hay hai hàng dọc theo trục hầm, tuy nhiên khi bố trí hầm bên cạnh các móng nhà hay cạnh các công trình ngầm khác có thể đòi hỏi phải xây dựng màn chắn ống theo phương ngang. Khi đó các ống có thê tựa lên vách hào đã xây dựng và đưa vào làm trần của kết cấu. Khi ép ống trong các đất ổn định chúng được bố trí với các khe hở 15 50cm, sau đó được chèn đầy bằng vữa xi mãng hoặc hỗn hợp bêtông (hình 2.23a). Khi đẩy các ống thép trong các đất không ổn định người ta bố trí chúng sát nhau và nối với nhau bằng các mộng khoá như cọc cừ ván thép. Để làm việc đó người ta hàn vào cạnh ống các thép góc L, thép u, các ống đường kính nhỏ cùng với các rãnh dọc v.v... (hình 2.23b). Trong trường hợp này độ chính xác được nâng cao và việc kiểm tra khi ép ống trở nên đơn giản, bởi vì, các thiết bị khóa giúp định vị và định hướng cho các ống ép. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, không cần phải nhồi đầy vữa xi măng vào các khe hở giữa các ống. Đôi khi vì mục đích tiết kiệm, người ta thay ống thép bằng các ống fibrỏximãng, đường kính trong 1 l,2m dài 4 5 mét, có vách dày 55 60mm. Các khâu đầu tiên có trang bị cấu kiện cắt đất, còn trong phần đuôi có trang bị vòng đỡ để kích thuỷ lực tựa vào đó. Các khâu ống íibrôximăng riêng rẽ được nối với nhau bằng các vòng đai. 40 H ìn h 2.23: Sơ đ ồ gliép ống và trên hướng ngang (a,b) 1. Hầm; 2. Các ống; 3. Lấp đầy bêtông; 4. Thiết bị khóa Đế ép đẩy ống người ta sử dụng thiết bị kích dạng trạm cố định hoặc di động, di chuyển trên ray, đặt ò trong hố đào. Theo mức độ ép đẩy ống người ta lấy đất từ trong lòng ống ra, tuy nhiên phương pháp đào và tách đất ra phụ thuộc chủ yếu vào đường kính ống và tính chất của đất. Khi ép ống đường kính lớn (lớn hơn 1,2 đến 1,5 mét) có thể đào, tách đất và đá mồ côi một cách thủ công, tuy nhiên phương pháp này là rất khó khăn, nãng suất thấp. Trong đa số trường hợp đất được đào ra nhờ một thiết bị khoan cắt và tách ra nhờ trục xoắn hoặc gầu xúc kiểu xoắn hoặc gầu xúc kiểu xích kéo dài theo, cùng với ống. Người ta đã chế tạo ra cả một tổ hợp chuyên dụng để ép ống, đào và tách đất ra đặt trên một sàn di động. Ớ Liên xỏ cũ người ta sử dụng thiết bị GPƯ-600, gồm một khung định hướng, các lấm gối đỡ, các gối đỡ di chuyển được, các kích thuỷ lực để thi công công tác này. Thiết bị này dung để ép các ống thép dường kính 100 - 630mm trên chiều dài đến 80 mét với tốc dộ 24 mét trong một ca làm việc. Trong quá trình ép ống vị trí cúa ống được hiệu chỉnh theo tia laze bằng cách đào đất đối xứng ở đầu ống. Trong các đất chặt, khi mà ép ống có những khó khăn nhất định thì người ta đẩy ống theo lỗ khoan trước. Đê khoan các lỗ nằm ngang người ta dùng các máy khoan xoay có khuôn khổ gọn nhẹ kiểu UCiB-2, UGB-4, GB-1421 v.v... (hình 2.24a). Khe hớ vòng giữa ống và vách lỗ khoan được lấp đầy bằng vữa xi mãng. Sau khi ép ống hoặc đấy ống theo lỗ khoan, trong lòng ống người ta bố trí khung cốt thép rồi tiến hành đổ bêtông. Đỏi khi người ta đưa vào trong ống các dầm bêtông cốt thép lắp ghép, nối từ các khâu riêng rẽ bằng cách hàn các chi tiết đật sẵn. Việc đào nhân đất dưới sự bảo vệ của màn ống được tiến hành trên toàn tiết diện hay theo từng bộ phận (phân mảnh) với bước đào 5 lOm có sử dụng các máy đào kiểu hành tinh hay dạng gầu (hình 2.24b). Đê chuvên chớ đất ra ngoài người ta dùng goòng, ôtỏ tự đổ (ben) hoặc băng tải. Sau khi đào, trong phạm vi một bước đào người ta chống đỡ tạm bằng các khung chòng thép, sau đó xây dựng vỏ vĩnh cửu của công trình ngầm. Công nghệ vừa khảo sát trên là xem xét việc xây dựng màn chắn ống nằm ngoài đường biên giới hạn của công trình ngầm. Trong một số trường hợp màn bảo vệ được đưa vào làm bộ phận của vỏ, vừa làm chức năng chống tạm, vừa làm vì chống vĩnh cửu. Khi đó, cùng với các ống tròn người ta sử dụng các hộp thép tiết diện ngang chữ nhật 41 hoặc hình thang (hình 2.25a). Việc ép các hộp thép chữ nhật, đã được áp dụng chio một hầm đi bộ ở Matxcơva dài llO m , rộng 6m nối ga Varsavxkaia và ga đường sắt Kolomenxkoie. Việc đào dưới đường sắt, trên một đoạn dài 60 mét đã được tiến hànih lần lượt bằng việc ép theo chu vi hầm các hộp thép rỗng, thành mỏng (hình 2.25b). Saiu khi ép đất chúng được đổ bêtông. Hộp thép dùng làm cốt thép và phòng nước cho hầm. H ìn h 2 .2 4 : Sơ đồ công nghệ xây dựng hầm dưới màn chắn ống 1. Thiết bị khoan ngang; 2. Hố đào; 3. Khung cốt thép; 4. Bêtông cốt thép; 5. Ong; 6. Biên hầmi; 7. Ong cấp bêtông; 8. Bơm bêtông; 9. Otô chở bêtông; 10. Máy xúc; 11. Vì chống tạm; 12. Bãng tải; 13. Ván khuôn; 14. vỏ hầm; 15. Thùng chứa đất; I + IV Các giai đoạn thi công H ìn h 2.25: Sơ đồ màn chống được đưa vào kết cấu hầm 1. Hộp; 2. Bản đậy; 3. Bêtông chèn; 4. Lỗ khoan vượt trước 42 Bắng việc thay đổi tiết diện và hình dạng của hộp, có thể tạo nên hầm có hình thù và kích thước khác nhau. Ví như, để đào các hang dạng vòm thì thực hiện công nghệ đẩy các hộp thép có tiết diện ngang hình thang, có bề rộng phía dưới 60, phía trên 80cm, cao 30 và dài lOOcm, vách dày 4,5mm. Với mục đích tãng chiều dài màn chắn ống mà không phải dùng giếng trung gian người ta đưa ra công nghệ tạo nên màn di động trực tiếp từ gương đào của hang bằng cách khoan các lỗ xiên và đẩy vào lỗ các ống thép (hình 2.26). H ìn h 2.26: Sơ dồ xây dựng màn chắn ống từ trong hang 1. Màn chắn ống; 2. Khung khoan; 3. Búa khoan; 4. Vòm thép đỡ Màn chống được thiết lập từng đoạn một có chiểu dài 10 - 15m và lớn hơn, chồng lên nhau 1 + l,5m. Các lỗ khoan liền nhau, hoặc cách nhau một khoảng, với góc nghiêng 4 - 6" với trục hang, bằng các thiết bị khoan xoay hoặc bằng các tổ hợp khoan chuyên dụng chạy trên ray. Các tổ hợp tương tự để khoan các lỗ khoan có đường kính 216mm, sâu đến 80 mét đã được chế tạo tại Liên Xô cũ. Thiết bị có kết cấu dạng cổng, di chuyển trên ray được trang bị các búa khoan. Trong quá trình khoan, thì vách lỗ được chèn ống, ống vách có thể được đưa vào màn chống, hoặc thay nó bằng các ống đục lỗ, để trong trường hợp cần thiết có thể tiến hành xi mãng hoá khối đất bao quanh hang. Việc đào hầm, dưới sự che chở của màn chắn ống, có thể bằng phương pháp mỏ thông thường, với các bước đào / không đến đầu của màn chống mà cách đầu màn chống là /„ = 1 mét. Trong quá trình đào lõi đất người ta chống đỡ màn ống bằng các vòm thép, sau đó xây vỏ vĩnh cửu bằng bêtông toàn khối hoặc bêtông. Công nghệ như vậy là rất hiệu quả khi đào hầm trong những vùng đất đá bị phá hoại, không ổn định. Khi đó loại trừ không phải dùng các phương pháp phức tạp, đắt tiền như đóng băng nhân tạo, hoặc gia cố hoá đất. Cá biệt, phương pháp này, đã được sử dụng để đào hai hầm ôtô song song nhau ớ Nhật. Các hầm có đường kính 10,5m, đặt ở độ sâu 5 đến 14 mét kể từ mặt đất trong đá bọt núi lửa mềm có các thấu kính cát, cuội sỏi. Màn chống được thiết lập theo từng đốt 10 mét một, bằng cách khoan các lỗ đường kính 216mm bằng các thiết bị khoan chạy trên ray. Mỗi chu trình xây dựng màn chống vượt trước, đào đất, dựng vòm chông và phun bêtông chiếm gần 10 ngày đêm làm việc. 43 §3. XÂY DỤNG HẦM TRONG ĐÁ CÚNG 1. Đặc điểm đào hang tro n g đá cứng Trong đá cứng, vì chống tạm thường được lắp dựng chỉ theo chu vi hang, phần còn lại là hoàn toàn tự do. Vì chống chu vi tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ giới hoá đồng bộ các công tác thi công chính trong xây dựng hầm và tãng một cách đáng kê tiến độ, giảm đáng kể thời gian và kinh phí xây dụng. Các loại vì chống chu vi sẽ được khảo sát trong chương 5. Việc đào hang trong đá cứng hầu hết là bằng phương pháp khoan nổ mìn, cứ mỗi lần hoàn thành một chu kỳ thi công thì gương đào tiến thêm được một đoạn, gọi là bước đào. Sau khi nổ mìn, gương thường bị đá nổ ra che khuất còn nóc hang lộ ra chưa được chống đỡ và do đó có thể có biến dạng dư dưới tác dụng của ứng suất kéo phát sinh trong nóc hang. Sự tăng của biến dạng này càng nhanh khi độ cứng của địa tầng càng nhỏ, độ nứt nẻ và kích thước hang càng lớn. Thời kì để lộ hang không chống được xác định chính nhờ những yếu tố này. Trong các đá rất cứng chắc, toàn khối hang có thể để lại không chổng cho đến khi xây vỏ hầm vĩnh cửu. Trong các đá cứng thì sự ổn định của hang được đảm bảo trong một thời gian khá dài. Vì chống tạm được lắp dựng sau khi thải đá, trong thời gian khoan cho chu kỳ sau bằng các máy khoan tự hành hay khung khoan. Do dự phối hợp công việc một cách song song như vậy mà thời gian một chu kỳ đào có thể được rút ngắn, tốc độ dịch chuyên cua gương tăng. Trong các loại địa tầng có độ cứng nhỏ hơn, việc dựng vì chống tạm tiến hành sau khi thải đá nhưng trước khi khoan cho chu kỳ sau. Trong các địa tầng có độ cứng trung bình và yếu, cũng như trong các địa tầng nứa cứng thì việc để nóc hang lâu không chống có thể gây ra biến dạng, võng nóc hang đáng kể, điều này kéo theo sự tăng áp lực địa tầng, vì thế việc dựng vì chống tạm có thể phải tiến hành ngay sau khi thông gió và chọc đá om. Các yếu tố nêu trên ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn hệ thống vì chống tạm và phương pháp đào hang, bởi vì thời kỳ giữa đào hang và dựng vì chống tạm xác định độ thuận lợi trong tổ chức thi công hầm. Khi đào hang trong đá cứng thì thường áp dụng sơ đồ mở rộng công tác thi công theo kiểu dây chuyền dọc theo chiều dài hang. Khi đó gương dịch chuyển về phía trước trên toàn tiết diện hay chia nhỏ thành các bộ phận là tuỳ thuộc vào mức độ ổn định và độ cứng của địa tầng. Việc đổ bêtông vỏ thường được tiến hành sau khi đã đào xong toàn tiết diện hang. Phổ biến hơn cả khi xây dựng hầm trong đá cứng là các phương pháp đào toàn tiết diện, bậc thang, đôi khi là hang dẫn giữa và đào có chia cắt phần vòm. 44 2. Phương pháp đào toàn tiết diện 'ĩheo phương pháp đào toàn tiết diện, gương đào được mở một lần trên toàn tiết diện ngang hầm, dựng vì chống tạm rồi xây vỏ hầm vĩnh cửu (hình 2.27). Phương pháp này thường áp dụng trong đá ổn định, có độ cứng fkp - 4 đối với những hầm có tiết diện ngang < 120m2. Đối với phương pháp này không có hang dẫn vượt trước, vì thế khi nghiên cứu địa chất và địa chất thuỷ vãn không đầy đủ, để biết trước các hiện tượng sụt lở cũng như vỡ nước vào hầm người ta đưa vào thành phần đột phá một lỗ khoan vượt trước đường kính 75 lOOmm đến độ sâu 20 50 mét. Trong trường hợp này người ta tiến hành đào hầm theo cách tuần tự, tức là khoan và thải đá không đồng thời. Trong những khối địa tầng cứng chắc, toàn khối với fkp = 15 -ỉ- 20 thì không cần chông dỡ. Trong các khối đá nứt nẻ thi dung cắc loại vì chống neo kết hựp với lưới thép, bêtông phun hoặc tổ hợp neo + bêtông phun. Phương pháp này cho phép tận dụng tối đa các thiết bị thi công có công suất lớn, thực hiện thi công theo tiến độ và tốc độ đào hầm lớn (150 -ỉ- 200m/tháng đối với hầm tiết diện nhỏ ; 100-150m/tháng đối với hầm tiết diện trung binh và 80 -í- 120 m/tháng đối với hầm tiết diện lớn). H ìn h 2.28: Phương phá p bậc thang Biến tướng của phương pháp đào toàn tiết diện là phương án gương đào bậc thang (hình 2.28). Với phương pháp này gương đào được chia làm hai phần: phần vòm 1 và phần dưới 2 tụt lại phía sau của 1 một chút. Điều kiện nổ mìn bậc dưới thuận lợi hơn đôi chút do có hai mặt thoáng. Vì thế hệ số sử dụng lỗ cao hơn, chi phí thuốc nổ nhỏ hơn. Việc khoan lỗ phần vòm được tiến hành từ bậc thang với việc sử dụng các giá búa nhẹ, 45 tháo lắp được. Để giảm nhẹ điều kiện lao động cho thợ khoan, chiều dài bậc lấy chừng 1,5 + 2 bước đào. Việc nổ mìn các lỗ được tiến hành chậm sau một chút so với các lỗ của bậc trên để giảm độ nén ép đá trong tiết diện phần vòm. Sau nổ mìn đất đá nổ ra thường còn lại một chút ở trên bậc. Để làm sạch hoàn toàn đá ở trên bậc có thế dùng cách nổ mìn định hướng bằng cách tăng thêm một số lỗ ở phần dưới của gương vòm. Sau khi thông gió hang thì tiến hành khoan lỗ phần vòm đồng thời với thải đá trong phần dưới của tiết diện. Trong trường hợp phải dựng các vì chống vòm thép hoặc đa giác thì chúng được tựa lên bậc đá nằm ngoài biên thiết kế của hang. Để tránh phải đào bậc thì vì chống vòm có thể treo vào các dầm gánh treo vào vòm hoăc khung chống đã dựng trước. Bậc dưới được khoan bằng các lỗ nằm ngang, các lỗ biên khoan nghiêng một chút sau khi đã kết thúc thải đá. Ở phần giữa của bậc có thể khoan các lỗ thẳng đứng trong thời gian thải đá. Như vậy với phương pháp gương đào bậc thang các quá trình thi công được phối hợp với nhau là nhiều nhất. Nhờ đó, thời gian chu kỳ được rút ngắn, tốc độ đào được tăng lên. Các công tác được tập trung trên một đoạn ngắn và giới hạn trong một biểu đồ chu kỳ công tác. Việc phân gương làm hai phần tránh được công tác chống đỡ mặt gương trong các loại đá có độ bền nhỏ hơn so với yêu cầu của phương pháp đào toàn tiết diện. Các loại vì chống nhẹ như neo kết hợp với lưới thép, neo kết hợp với bêtông phun v.\... đã làm cho phương pháp đào toàn tiết diện ngày càng được áp dụng có hiệu quả và phạm vi áp dụng của phương pháp được mở rộng. Theo mức độ tăng độ nứt nẻ của đá, vì chống neo được tăng cường bằng các bản đệm, hàn cốt thép giữa các bản đệm rồi phun một lớp bêtông dày < lOcin. Trong những trường hợp các giải pháp trên phát huy hiệu quả không đầy đủ, người ta thường sử dụng neo vượt trước (hình 2.29). Với giải pháp này, theo chu vi hang người ta khoan các lỗ vượt trước với khoảng cách 25 - 30cm, chiều sâu không nhỏ hơn 1,3 lần bước đào, với góc nghiêng < 10° về phía ngoài hang. Các lỗ khoan được nhồi đầy vữa xi mãng cát rồi cấm luồn vào một thanh cốt thép đường kính 30mm. Sau khi nổ mìn nóc hang sẽ được bảo vệ bằng lưới cốt thép dọc tựa lén khối Hình 2.29: Vì chống neo vượt trước 1. Neo vượt trước; 2. Neo ở nóc hang; 3. Thanh đệm. Lw - bước dào. đá nguyên của gương. Dưới sự bảo vệ của lưới cốt thép này người ta đặt các neo theo phương bán kính, khi cần thiết thì phun thêm một lóp bêtông. Chu kỳ tiếp theo được lặp lại. Hệ neo như vậy đã được sử dụng trong quá trình thi công một số đoạn hầm của thuỷ điện Hoà Bình và nhiều công trình khác ở Việt Nam và nước ngoài. Trong các loại đá nứt nẻ thường xảy ra sụt lở, với fkp = 2 -ỉ- 3 người ta sử dụng các biến tướng của phương pháp đào toàn tiết diện với việc sử dụng vì chống liên hợp. Thực 46 chất của phương pháp này là từng bước tạo ra ớ xung quanh hang trong quá trình đào một loại vì chống tạm có khả năng đưa khối đá xung quanh vào cùng làm việc để đơn giản hoá cấu trúc của vì chông. Một trong những bộ phận quan trọng của vì chống là neo. bộ phận khác là bêtỏng phun. Trons một số trường hợp, dưới sự bảo vệ của bêtông phun neười ta tiến hành xi măng hoá khối đá xung quanh hang. Vì chống liên hợp từ neo, bêtông phun và ximãng hoá khối đá xung quanh có thể tiến hành ngay trên toàn bộ hoặc từng phần của chu vi hang trên từng đoạn hầm dài 40 đến 50 mét. Phương pháp này đã áp dụng đế đào phần trên hầm thi công của thuỷ điện Hoà Bình, Thủy điện Nurek ở Tatgikstan có nhịp thõng thuỷ 1 l,6m cao 7,6m, đặc biệt là ở Nurek hầm nằm ti ong đá cát kết và alevrolit fk = 2 3. Vì chống liên hợp được sử dụng với trình tự sau: lớp bêtông phun đầu tiên được phun trực tiếp lèn đá ngay sau khi nổ mìn và thông gió. Tiếp theo đặt các neo bêtông cốt thép theo phương bán kính, dài 2,7m, bước 1,5 mét. Lớp bêtống phun thứ hai dày chừng lOcm phun ò đoạn hầm cách gương 1 0 -1 2 mét. Khi có xuất hiện vết nứt trong bêtông phun, người ta treo lên đầu neo một lưới thép Ộ6 a 200 và phun một lần vữa bêtông. Việc xây vỏ hầm vĩnh cửu được tiến hành ở cách gương là 100 mét. Trong các đá yếu loại dẻo, áp lực địa tầng tăng từ từ. Khi đào hầm có tiết diện từ 40 đến 90m2 thì việc áp dụng phương pháp đào toàn tiết diện có sử dụng vì chống mểm là hiệu quả (phương pháp nước Ảo mới NATM). Theo phương pháp này đầu tiên người ta chống hang bằng vì chống có khả năng biến dạng, dirợc chêm chèn chặt vào vách đá. Sau đó khi áp lực và độ lún của chu vi hang đã ổn định thì tiến hành xây vỏ bình cửu để giữ vì chống đã dựng ban đầu. Vì chống phía ngoài th ư ờ n g dùng là neo hoặc vì chống vòm mềm và bêtông phun có chiều dày 10 - 15cm có lưới thép (hình 2.30). Vỏ bên trong thường là bêtông hoặc bctông cốt thép toàn khối có xét đến sự cùng làm việc của vì chống đã dựng, có nghĩa là chiều dày giảm đi vì có sự phân bố lại tải trọng lên vì chống sau khoáng thời gian giữa hai lần xây vì chống. Phương pháp này đòi hỏi đơn vị thi công phải có kinh nghiệm và phải thường xuyên theo dõi biến dạng của nóc và vách hang. Hình 2.30: Đào hầm tiết diện lớn vì chống liên hợp 1. Lớp bêtông phun bẽn ngoài; 2. Lưới thép; 3. Lớp bêtông phun trong; 4. Các neo. I, II, III, IV - trình tự đào và xây vỏ. Những biến dạng này có thể xảy ra trong vòng 6 tháng hoặc hơn thế. v ỏ hầm phía trong chỉ xây dựng khi biến dạng của nóc và vách hang đã ổn định. Phương pháp này cũng có nhiều phương án biến tướng, có thể sử dụng trong những điều kiện địa chất đặc biệt như phiến sét, sét, đá biến chất hoặc argilit dẻo, tức là các 47 loại đá có tính từ biến tắt dần, không xuất hiện tải trọng một phía, dễ làm gẫy lớp bêtông phun. Một phương án khác của phương pháp đào toàn tiết diện, áp dụng trong các loại đá nứt nẻ mạnh, dễ sụt lở, có thể hiện áp lực địa tầng ở nóc và vách hang, hầm có tiết diện < 70m2, đó là công nghệ đào hầm đặc biệt có sử dụng ván khuôn che chắn di động. Phương pháp này thường dùng bêtông lót mác thấp làm vì chống tạm. Bêtông này được đổ nhờ những đốt ván khuôn ngắn di động Hỉnh 2.31: Đ ư a ván khuôn dạng khiên vào gương a) V ị tr í làm việ c; b ) Đ ư a vào gương. 1. Lỗ khoan; 2. Ván khuôn dạng khiên; 3. Bêtông lót. L^ị - bước đào (hình 2.31). Sau mỗi lần nổ mìn và thải đá người ta kéo trượt vào sát gương một đốt ván khuôn, dài khoảng 4 mét đặt trên đế trượt. Đốt ván khuôn thường có cấu tạo là một hệ vòm liên kết với nhau thành một kết cấu không gian, mặt ngoài có hàn thép tấm làm ván khuôn, có các cửa sổ để đổ bêtông. Thực tế áp dụng phương pháp này cho thấy tốc độ đào hầm thường không vượt quá 30m/tháng. Mặt khác do cấu tạo của đốt ván khuôn di động nên đòi hỏi đào vượt lớn và đôi khi chất lượng của lớp bêtông lót không đảm bảo do các khối đá nhỏ ra. Chính vì thế nó thường chỉ sử dụng để thi công những đoạn hầm ngắn, vượt qua các đoạn đất đá bị phá hoại hoặc các đứt gẫy có bề rộng lớn. 3. Phương p h áp bậc thang Phương pháp là phương pháp phổ biến để xây dựng các hầm lớn có chiều dài không hạn chế, nằm trong điều kiện địa chất công trình thuận lợi (fkp > 4) với hầm có tiết diện lớn hơn lOOm2 và chiều cao lớn hơn lOm. Điều khác nhau cơ bản của phương pháp bậc thang và phương pháp đào toàn tiết diện là ở việc phân chia tiết diện ngang của hang ra làm các mảnh rồi đào tuần tự trên toàn gương. Việc phân |III chia tiết diện như vậy phải đảm bảo sự ổn định của hang trong quá trình thi công và việc làm đó Hinh 2 32: Thứ tự dêo hẵm bễng sẽ giảm bớt khó khăn cho công tác khoan đào và phương pháp bậc thang xây vỏ hầm bêtông. Đối với phương pháp bậc a) Phương pháp bậc thang trên; thang có ba cách mở gương chính là bậc thang b) Phương pháp bậc thang bên; trên, bậc thang bên và bậc thang dưới (hình 2.32). c) Phương pháp bậc thang dưới Đối với phương pháp bậc thang trên có thể sử dụng hai sơ đồ thi công: • Theo sơ đồ 1: trong phần dưới hầm tiến hành đào hang dẫn trên suốt chiều dài hầm, tiếp theo, sử dụng hang dẫn này làm mặt thoáng tiến hành đào phần cơ bản của hầm. • Theo sơ đồ 2: Đầu tiên đào phần dưới hang trên suốt chiều dài hầm. Từ phần dưới tiến hành khoan rồi nổ sập phần trên. Phương pháp này khi sử dụng có nhiều nhược điểm nên ít dùng. 48 Phương pháp bậc thang bên được sử dụng để đào bậc trên của những hầm nhịp lớn (khi bề rộng hầm 20 mét và lớn hơn) trong đá ổn định, khi hầm có bề rộng nhỏ hơn trị số trên nhung đá nứt nẻ dễ sụt lở trong quá trình đào. Người ta thường sử dụng phương pháp này trong những trường hợp khi đào phần giữa, sau đó đào hai bên hang thì ổn định của nóc hang vẫn đảm bảo. Bằng cách đó sẽ cho phép chống đỡ nóc hang kịp thời và chắc chắn trên một chiều dài hang lớn và cũng cho phép sử dụng hợp lý các thiết bị khoan và xúc đá. Phương pháp bậc thang dưới Trong các địa tầng có độ cứng trung bình và yếu, hầm có tiết diện trung bình thì sơ đồ thi cổng hầm theo phương pháo bậc thang dưới như trên hình 2.33. Phần vòm được đào vượt trước 30 - 50 mét, đóng vai trò hang dản, cho phép hiệu chỉnh các số liệu thăm dò và khi gặp đất đá yếu có thể chuyển đổi phương pháp thi công kịp thời. Sau khi thông gió và chọc om trong gương, nóc hang được gia cố bẳng neo hay vì chống tạm treo lên vì chống vòm hay vì chống đa giác đã dựng trước đó. Trong trường hợp vách hang ổn định vì chống đa giác hoặc vòm được kê trực tiếp lên đá hoặc lên dầm kê bằng gỗ nằm ngoài chu vi thiết kế của hang, khi vách hang không ổn định thì dầm kê bằng gỗ hoặc thép [ gồm nhiều khâu, tương ứng với bước đào phía dưới nó, sau khi nổ mìn sẽ dựng cột giữ các khung và vòm. Đá từ gương vượt trước được bốc vào goòng hoặc vận chuyển dọc hang bằng máy xúc có bãng tải đặt ở gương rồi đổ xuống dưới ở gần chỗ có bậc. Tại đó đá sẽ được bốc lên goòng có dung tích lớn cùng với đá nổ ra ở phía dưới. Để tránh cùng một khối lượng đá phải xúc bốc hai lần, có thể từ gương vượt trước đá được chuyển ra một sàn công tác, di chuyển theo bậc dưới, rồi rót xuống goòng ở dưới qua phễu, bố trí trong phần đã đào xong toàn tiết diện. Sau khi thải đá ở cả hai gương, tiến hành khoan nổ cho chu kì sau. Các lỗ mìn ở phần giữa của bậc dưới có thể khoan thẳng đứng. Trong trường hợp này có thể phối hợp giữa khoan và xúc bốc. Việc khoan lỗ trong phần vòm hợp lí hơn cả là khoan bằng xe khoan, máy khoan tự hành hoặc các tay búa lắp trên máy xúc. Việc đổ bêtỏng vỏ hầm thường được tiến hành toàn bộ vỏ một lúc, ở xa khu vực khoan đào với khoảng cách thuận lợi nhất cho thi công. Với mục đích làm đơn giản việc 49 tổ chức thi công, đôi khi người ta đào thông hẳn phần vòm, chống đỡ cẩn thận, rồi sau đó mới tiến hành đào bậc dưới và đổ bêtông vỏ hầm. Với những loại vì chống được lắp dựng làm hai quá trình, thì phần kê gối của vì chống bên trên sẽ bị hẫng khi nổ mìn bậc dưới. Việc giữ vì chống vòm khỏi bị sập có thể thực hiện bằng việc sử dụng các dầm gánh 1 treo vào các vì chống đã được kê giữ bằng các quang treo (hình 2.34). Theo tiến trình dịch chuyển của gương, dầm treo cũng được dịch chuyển về phía trước xuyên qua bậc nổ mìn. w 1,5W Hình 2.34: Treo vì chống bằng các dầm khóa 1. Dầm khóa; 2. Gương khi đào bậc thang; 3. Dầm kê; 4. Quang treo khóa Thuận lợi hơn cả là dùng các dàn thép lập từ các khoang có chiều dài bằng bước của vòm thép, nối với nhau bằng bulông và bắt lcn các sườn là khung chống. Các vì chống đã dựng trong các tiết diện đã đào toàn hộ đóng vai trò gối tựa của dàn gánh, còn vòm kê thì là những vòm nằm ngoài phạm vi vùng nổ mìn. Theo mức độ di chuyển của gương bậc dưới, các khoang dàn ở phía sau được tháo ra, rồi lắp lên phía trước (hình 2.35). w__£ Hình 2.35: Giữ vì chống bằng dàn lắp ghép 1. Dàn lắp ghép; 2. Dầm kê 50 ưu điểm của phương pháp bậc thang dưới là tiết kiệm được thuốc nổ so với phương pháp đào toàn tiết diện và có thế áp dụng được trong địa tầng yếu. Trong những trường hợp đặc biệt khó khăn, người ta áp dụng hang dẫn bên ngắn vượt trước gương đào phần vòm, trong đó trước khi đào gương phần vòm người ta tiến hành đặt các dầm kê cho vì chống vòm. Nhược điểm của phươnơ pháp là tổ chức thi công phức tạp do việc đào đồng thời hai gương, công tác nổ mìn phải tiến hành đồng thời để rút ngắn thời gian nạp mìn và thông gió. Ngoài ra còn những khó khăn phụ do phải chống đỡ lại sau khi nổ mìn bậc dưới, đảm bảo vận chuyển đá từ gương Vượt trước đến ctiỗ xúc đá cuối cùng và giữ gìn, bảo vệ vì chống bậc trên. Trong trường hợp, nếu như để nóc hang với vì chống tạm cho đến khi xây vỏ là mạo hiểm thì hợp lý hơn cả là xây vỏ hầm làm hai bước, tức là áp dụng dạng đơn giản của phương pháp vòm trước tường sau (hình 2.36). Hình 2.36: Phương pháp đổ bêtông vỏ có phàn đoạn 1. Neo; 2. Vách chia; 3. Dđm cấu treo; 4. Môrôray; 5. Vì chống vòm; 6. Thép u Sau khi đào chống toàn tiết diện vòm thì tiến hành đổ bêtông phầm vòm, chân vòm có mở rộng thêm ra ngoài biên thiết kế của vỏ. Việc đào phần dưới cũng trên toàn tiết diện khi vòm bêtông đã đạt cường độ thiết kế; tường của phần mớ rộng dưới được đố bêtông ở khoảng cách tới gương 12 - 15 mét. Sự ổn định của tường được đảm bảo bằng các ván chèn, giữ bằng neo 1 và nẹp thép chữ U-6. Việc cấp bêtông cho phần trên bằng các goòng lật nhờ xe con kiểu cẩu con mèo chạy trên mỏnô ray 4 treo vào vòm bêtông nhờ các chi tiết chôn sẵn. Khi thi công các hầm tiết diện lớn trong địa tầng cứng chắc, việc sử dụng phương pháp bậc thang dưới chú yếu là do yêu cầu hợp lý hoá côns nghệ chứ không phải đòi hỏi của các điều kiện địa chất công trình. Đầu tiên người ta đào phần trên của tiết diện (như phương pháp đào toàn tiết diện). Sau đó đổ bêtông phần vòm ở khoảng cách 250 -ỉ- 300 mét kể từ gươna. Khi chiều dài hầm nhỏ hơn 300 mét, có thể đào và chống đỡ tạm phần trên toàn chiều dài hầm rồi mới xây vỏ vĩnh cửu (bêtông). Sau khi đổ bêtông vòm mới tiến hành đào bậc dưới. Cuối cùng (sau khi đổ bêtông vỏ) mới thi công phần đáy hầm. Khi chiều cao hầm cao chừng 10 mét, nếu có thiết bị đổ bêtông cả vòm thì việc xây dựn2 vỏ hầm có thể tiến hành một bước, sau khi đã đào xong phần dưới. 51 Chiều cao hợp lý nhất của bậc dưới là 8 - 10 mét. Tuy nhiên cũng nên xem xét đến quy tắc an toàn khi thi công ngầm. Theo quy tắc này thì chiều cao đống đá nổ ra không được cao hơn cần của máy xúc (nếu như dùng máy xúc loại gầu). Góc nghiêng của bậc thường lấy trong khoảng 75 - 80". Nếu chiều cao bậc dưới của hầm lớn hơn 10 mét thì phải chia thành nhiều bậc. Sau khi đào mỗi bậc phải gia cố hai bên vách trên suốt chiều dài hầm. Chiều cao của bậc phụ thuộc vào độ ổn định của vách hang, cũng có nghĩa là phụ thuộc vào các điều kiện địa chất công trình và phụ thuộc vào hệ thống các hang phụ (để vận chuyển thải đá, cấp vật liệu cho thi công, hoặc mở các gương phụ). Trong các loại đá nứt nẻ hoặc khi sử dụng các hang phụ để vào hầm chính, chiều cao bậc nên hạn chế ở khoảng 5 - 7 mét. Phương pháp bậc thang dưới tạo khá năng gia cô' nhanh phần nóc hang, có thể chuyổn nhanh sang phương pháp khác khi chuyển vào đoạn có địa tầng yếu và cũng cho kliả năng sử dụng các thiết bị thi công có nãng suất cao, tiến độ thi công lớn (120 - 150m/tháng cho phần trên, 250m/tháng cho các bậc dưới), giảm giá thành công tác khoan một cách đáng kể, nhất là ớ các bậc dưới, khi sử dụng các lỗ khoan nghiêng. Tuy nhiên, phương pháp bậc thang dưới cũng làm tăng thời hạn thi công toàn hầm so với phương pháp đào toàn tiết diện. Nếu như ký hiệu tốc độ đào bậc dưới và đổ bêtông tường là VI, tốc độ đào bậc trên và đổ bêtông vòm là v 2 thì tốc độ xây dựng toàn hầm sẽ là: v.v, v = v,+v2 ( 1.1) Theo công thức này dễ dàng nhận thấy rằng nếu tốc độ đào bậc trên là lOOm/tháng, bậc dưới là 150m/tháng thì tốc dộ đào toàn hầm không vượt quá 60m/tháng, nói cách khác là chỉ bằng 60% tốc độ đào bậc trên. 4. Phương pháp hang dẫn giữa Trong thực tế, xây dựng hầm trong đá cứng không cần chống đỡ tạm trước khi xây vỏ thì phương pháp hang dẫn giữa cũng thường được áp dụng. 60-100 Trong trường hợp đơn giản (hình 2.37), ở phần giữa hang tiến hành đào một hang dẫn hình chữ nhật hay dạng vòm, kích thước của hang dẫn được quyết định sao cho từ nó có 52 thể khoan các lỗ theo phương bán kính đến chu vi thiết kế của hang. Các lỗ được khoan vuớng góc với trục hầm, và khoan bằng máy khoan dạng cột đỡ, đặt trong hang dẫn. Việc nổ mìn được tiến hành theo từng lát một, chiều dày 60 - lOOcm, đảm bảo mở rộng tiết diện và tiết kiệm thuốc nổ do có hai mặt thoáng. Để tránh bị lấp hang do đá nổ ra tiến hành nổ gương theo dạng bậc thang. Việc thải một khối lượng lớn đá nổ ra thường bằng máy xúc loại gầu, chuyển ra ngoài bằng các goòng dung tích lớn hoặc ôtô tự đổ. Do không thể thi công song song công tác thải đá từ hang dẫn và khoan các lỗ theo phương bán kính mà việc khoan chỉ được bắt đầu sau khi đã đục thông hai gương ngược chiều nhau của hang dẫn, nèn càng kéo dài việc đào mở rộng thì thời hạn xây dựng hầm tăng lên. Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng việc đào một hang phụ song song với trục hầm với tiết diện bé (khoảng 6m2) (xem hình 2.38). Hang phụ nối với hang dẫn giữa bằng các ngách thông cách nhau 100 - 200 mét đảm bảo có đường thoát đá từ gương đào ra, để bố trí ống thông gió và thoát nước v.v... Ngoài ra hang dẫn phụ có thể đào với tốc độ lớn hơn hang dẫn giữa để có phần vượt trước. Trong trường hợp này, trên cơ sở hang phụ có thể mở qua hang ngang các gương thi công đổ rút ngắn thời gran thông hầm. Việc có hang dẫn phụ sẽ làm đắt thêm, nhưng đảm bảo thi công thuận lợi hơn, rút ngắn được thời gian xây dựng hầm. Phương án có hang phụ là hợp lý khi thi công các hầm dài và sau này hang phụ được sử dụng để thông gió cho hầm chính theo sơ đồ thông gió bán ngang. Phương pháp hang dẫn giữa cho phép cơ giới hóa đồng bộ việc thi công hầm và đảm bảo tốc độ đào hầm lớn nhưng được áp dụng hạn chế trong địa tầng không đòi hỏi phải chống đỡ tạm. Việc sử dụng rộng rãi vì chống neo trong xây dựng hầm đã cho phép mớ rộng phạm vi áp dụng của phương pháp hang dẫn giữa. Trong trường hợp cần thiết, địa tầng ở nóc hang có thể được gia cố bằng neo, trước khi mở rộng ra toàn tiết diện. Sơ đồ này đã được áp dụng khi xây dựng hầm trong địa 53 tầng nứt nẻ mạnh (ở Pháp). Từ hang dẫn giữa (hình 2.39) đã khoan các lỗ theo phương bán kính, sao cho đáy lỗ vượt ra ngoài biên hang thiết kế 2 mét (chiều dài neo tính toán) cách nhau 1 mét. Trong phần lỗ nằm ngoài biên hang thiết kế tiến hành đặt neo là thanh thép 1. đường kính 12mm, đầu trong có tiện ren để sau này vặn ốc có bản đệm đê ép lưới thép 2. Đầu trong của neo xuyên qua một nút cao su 3 và phấn ngoài có thanh thép được ép vữa xi măng sét với áp lực 15 at, khi đó ngoài việc đảm bảo sự liên kết một cách tin cậy thanh thép với vách lỗ mà còn xi măng hoá cả khối đá bao quanh hang, biến chúng từ nứt nẻ thành toàn khối. xi măng Trần hang dẫn Hình 2.39: Phương án có dủnọ, neo Sau khi vữa xi măng trong phần neo đạt cường độ thiết kế, thì phần lỗ nằm trong phạm vi tiết diện hang được nạp mìn (nạp mìn 4 và nút mìn 5). Việc nổ mìn theo từng lát và trên một đoạn dài đến 15 mét cho một lần nở. Việc có ở trong nóc hang các cốt thép và vòm đá đã xi mãng hoá cho phép tiến hành đào mở rộng ra toàn tiết diện mà không cần chống đỡ tạm, giảm lượng đào vượt đến tối thiểu. Đê đảm bảo an toàn cho thi công người ta treo lưới thép lên các đầu neo và hàn các cốt thép tăng cường. Việc áp dụng phương án này của phương pháp hang dẫn giữa đã nâng cao tốc độ đào hầm lên 6 mét ngày, an toàn tuyệt đối và giảm lượng đá nổ ra cũng như chi phí bêtông. Đặc biệt của việc áp dụng thanh neo dạng lượn sóng ngàm trong vữa xi măng là không có sự căng trước, như đã biết là để ngăn ngừa biến dạng dư của địa tầng khi đào mở rộng hang. Trong trường hợp này neo được đặt trước khi đào hang, do lực dính bám và ma sát khá lớn giữa bề mặt neo và vách lỗ mà trạng thái của địa tầng đã được cố định trước khi bị phá hoại do công tác đào. Phương pháp nêu trên là khá thú vị và kiến nghị áp dụng trong các đá đòi hỏi phải chia tiết diện hang làm nhiều mảnh nhỏ để thi còng. 54 5. Phương pháp chia nhỏ dưới vòm Khi đào hang không cần chổng tạm trong địa tầng cứng chắc mà trình độ cơ giới hoá thấp, phương án đào toàn tiết diện bị loại trừ, thì có thể áp dụng phương pháp chia nhỏ dưới vòm (hình 2.40). Với phương pháp này, từ hang dẫn dưới 1 tiến hành đào mở rộng phần giữa hang một đến hai lần (các phần 2, 3). Sau đó tiến hành đào mở rộng sang hai bên 4 và mỏ' rộng phần tường 5. Các phần mở rộng trong phần vòm được nổ mìn với hai mặt thoáng, còn mớ rộng phần tường có đến 3 mặt thoáng, do đó tiết kiệm đáng kể thuốc nổ so với đào toàn tiết diện (thường 30 -i- 40%). Mặt cắt dưới vòm Đất đá nổ ra từ các mật cắt dưới vòm nằm lại trên sàn công tác, được lắp dựng trong hang dẫn dưới. Việc thải đá vào goòng ờ phía dưới thực hiện qua các lỗ phễu và máng rót (vì thê phương pháp này còn dược gọi là phương pháp giàn giá phễu). Ưu điểm của phương pháp lù ngoài việc tiết kiệm thuốc nổ như đã nêu trên, thì công tác khoan, thải đá cũng hết sức thuận lợi. Khi gặp các địa tầng yếu hơn thì phần vòm vẫn được chống đỡ bằng các loại vì chống quen thuộc. Về nguyên tắc phương pháp này áp dụng cho các loại địa tầng như vậy là không hợp lí. Tuy nhiên khi hầm cắt qua một đoạn ngắn yếu, có áp lực địa tầng thì phương pháp vẫn có thổ áp dụng có hiệu quả. §4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT ĐỂ THI CÔNG HÂM Khi xây dựng các công trình ngầm trong những điều kiện địa chất công trình đặc biệt phức tạp đòi hỏi phải sử dụng các phương pháp đặc biệt khác nhau như gia cố nhân tạo khối đất đá ờ những đoạn này. Những phương pháp gia cố nền nhân tạo như ximãng hoá, sét hoá, silicát hoá hoặc đóng băng nhân tạo. Việc chọn phương pháp này hay phương pháp khác, vật liệu này hay vật liệu khác để gia cố nền đất đá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đất đá, các tính chất cơ lý, mức độ thấm, đặc trưng bằng "hệ số thấm" của đất đá, thành phần hoá học của nước dưới đất và tính xâm thực của chúng. Phạm vi ứng dụng các phương pháp đặc biệt để gia cố đất đá có thể tham khảo bảng 2 .1 dưới đây. 55 Bảng 2.1 Phương pháp gia cố Các loại đất đá Hệ số thấm k (cm/s) Ximăng hoá Các loại trầm tích aluvi, hạt lớn, sỏi cuội, đá nứt nẻ có độ mở khe nứt từ 0,1 mm và lớn hơn Sét hoá Cát hạt trung, đá với các khe nứt lớn hơn 0,05 - 1,00mm 10'1- 10'3 10'3- 10'6 Silicát và keo hoá Cát hạt nhỏ, sa thạch rỗng, đá nứt nẻ 10"4 - 10'6 Đóng băng nhân tạo Đất yếu bão hoà nước (trừ đất bị castơ mạnh) < 5.10"' 1. Phương p h áp xim ãng hoá đ ể gia cô đ ất đá Đây là phương pháp gia cố một phần của khối địa tầng mong muốn bằng cách ép vữa ximăng hoặc ximăng cát qua các lỗ khoan vào địa tầng. Việc khoan lỗ thường sâu 30 - 40m và hơi xoè ra một chút theo hướng của tuyến hầm. Việc ximãng hoá thực hiện đối với tất cả các lỗ khoan sẽ tạo nên một khối đá chặt, độ bền và tính chống thấm cao hơn so với khối đá không được gia cố. Việc tính toán các thông số hình học của công tác ximãng hoá để gia cố trước khối đá trước gương như mong muốn chỉ là tương đối, bởi vì việc thâm nhập vữa ximăng từ lỗ khoan vào sâu trong khối địa tầng với những khoảng khác nhau phụ thuộc vào trị số mở, hướng và các đặc trưng của khe nứt, phụ thuộc vào thành phần, độ đậm đặc của vữa và áp lực ép và nhiều yếu tố rất khó xác định khác. Bán kính tối ưu của phần đất đá được gia cố trong khối đá nứt nẻ tính theo công thức sau, xuất phát từ giá thành công tác phụt là thấp nhất: Ro = J— +T' m (2-2) y 7tnte2 2 trong đó: e| - giá thành khoan lm lỗ, đ/m; e2 - giá thành chế tạo và ép lm 3 vữa phụt, đ/m3; mt - hệ số nứt nẻ (đối với argilit, alevrolít, cát kết và các đá yếu nứt nẻ khác mt = 0,001 - 0,003. Đối với granit, poocfiarit, đá vôi và đôlômit trong vùng phá hoại kiến tạo mt = 0,01 -ỉ- 0,03); c - chiều dày vùng gia cố, m. Do phức tạp của bài toán giải tích, nên chiều dày c của vùng gia cố xác định bằng thực nghiệm. Sơ bộ c có thể xác định theo công thức: c = k.b (2.3) trong đó: b - bề rộng hang ngầm, m; 56 k - hệ số tỷ lệ, xác định phụ thuộc vào đặc trưng của địa tầng; đối với đất có hệ số độ cứng fk = 5 -MO giá trị của k = 0,27 + 0,1; trong đất yếu có fk = 2 -ỉ- 3 thì k = 0,4 -í- 0,3- Theo giá trị của R0 nhận được người ta xác định khoảng cách tối ưu giữa các lỗ khoan theo chiều dài cuối cùng là (hình 2.41): a0 = ^ R ị - C 2, m (2.4) H ìn h 2 .41 : Sơ đồ tính đ ể xác đ ịn h các rliông s ô 'lồ khoan p h ụ t 1. Hang; 2. Tường bêtông; 3. Các lỗ khoan; 4. Vùng đất được gia cố. Trị số sai lệch của các lỗ khoan phụt phụ thuộc vào chiều sâu của chúng và phương tiện khoan cũng như trình độ chuyên môn của thợ khoan. Đối với lỗ khoan dài 30 - 50m thì độ sai lệch là 0,3 - lm. Số lượng lỗ khoan phụt N0 ở gương hầm tiết diện tròn là: ( c \ 71 D + N() = A _ _ l / (2.5) ^0 trong đó: D - đường kính hang hầm, m. Để thi công công tác khoan phụt trong các hang ngầm có thể sử dụng tổ hợp thiết bị K T r - 1 của Nga hoặc các tổ hợp tương tự bao gồm thiết bị khoan, các cốt thép tăng cường, bơm phụt vữa ximãng, bộ trộn vữa, các thiết bị cấp nước và ximăng. Công tác gia cố trước khối đá nứt nẻ từ trong hang ngầm thường bao gồm các dạng công tác sau: xây dựng tường phản áp bằng bêtỏng có đặt sẵn các thiết bị định vị. Còn trong trường hợp có lõi đá ổn định hoặc lõi gia cô nhân tạo thì khoan các lỗ khoan và đặt thiết bị định vị ở trong các lõi này; khoan các lỗ khoan phụt qua thiết bị định vị; rửa lỗ khoan phụt; thử nước và chuẩn bị khối đá sẽ gia cố (ép nước để xác định hệ số thấm và làm sạch khe nứt); khoan các lỗ kiểm tra và xác định lượng tiêu hao nước đơn vị còn lại. Để ximăng hoá có thể dùng ximăng poóclăng, ximãng poóclăng xỉ và ximăng sét hoặc ximăng tam hợp... Việc chọn loại ximăng chủ yếu phụ thuộc vào các điều kiện thạch học của môi trường, tính xâm thực của nước, ý nghĩa, yêu cầu của công tác ximăng hoá. Trên hình 2.42 là một ví dụ về còng tác xi mãng hoá quanh hầm. 57 , 2 1 II III H ìn h 2 .4 2 : T rìn h tự công tá c xìm ăng h oá tro n g hầm I, II, III - Các vùng phụt; 1. vỏ hầm bêtông; 2. Vách bêtõng ở gương; 3. Lỗ khoan phụt 2. Công tác sét hoá Sét hoá là phương pháp để chống thấm cho hang ngầm khi lun lượng thấm khòng lớn lắm trong địa tầng nứt nẻ với độ thấm (0,1 - 100)//phút. Tuỳ thuộc vào độ thấm của địa tầng khi sét hoá người ta dùng vữa sét, vữa sét silicát hoặc vữa sét ximãng. Để chế tạo vữa sét có thể có thể dùng đất sét hoặc á sét. Mật độ vữa có thể từ 1,2 - 1,45 g/cm ’ với độ loãng từ 18 đến 26cm. Để ép nước ra khỏi vữa và rút ngắn quá trình lắng kết của các hạt sét người ta tăng áp lực ép đến 3MPa. Các vữa sét silicát chế tạo trên cơ sở các bentonít khuếch tán nhanh và các loại sét phổ biến ở các địa phương. Các vữa sét ximăng so với vữa ximãng thì kinh tế hơn ổn định hơn đặc trưng bằng độ sụt nhỏ hơn. Hàm lượng sét trong vữa sét ximãng có thể dao động từ 50 đến 150% khối lượng ximăng. Đê sét hoá đá người ta dùng các thiết bị giống như ximăng hoá. 3. Công tác silicát hoá Công tác silicát hoá là một phương pháp gia cố hoá học các loại địa tầng cát sỏi hoác cát do sự phản ứng hoá học tương hỗ giữa thuỷ tinh lỏng và clorua canxi ép lần lượt vào trong lỗ rỗng của địa tầng. Việc silicát hoá rất có hiệu quả với địa tầng cát hạt trung và cát hạt nhỏ có hệ số thấm 2,5 - 80m/ngày đêm. Đối với các loại đất sét việc silicát ít hiệu quả. Không áp dụng silicát hoá trong những đất đóng băng vĩnh cửu và các loại đất gia cố kém ổn định trong điều kiện đóng băng. Độ bền của đất gia cố bằng silicát hoá có thể đạt 3 - 4 MPa đối với cát mịn, 2 MPa đối với cát trung và 1 MPa với cát thô (hạt lớn). Cường độ của đất gia cố tăng khá nhanh. Đất có thể đạt 50% cường độ thiết kế sau 2 giờ, phần còn lại là trong vòng 1 5 -2 0 ngày. Các thiết bị để silicát hoá bao gồm kim phụt và các thiết bị để đóng, các ống và bơm để ép vữa. Quá trình công nghệ cơ bản của việc silicát hoá là hạ kim phụt đến độ sâu thiết kế, ép vữa và rút kim phụt. Kim phụt được chế tạo từ những ống thép vách dày đường kính từ 19 đến 42mm lập từ các đoạn ống có khoan lỗ và các đoạn ống không khoan lỗ nối với nhau. Phần có khoan lỗ thường ở cuối kim phụt. Trên hình 2.43 là một loại kim phụt, nó là loại ống có vách dày, có khoan các lỗ phụt 1 đường kính 3mm (tính toán sao cho có 60 - 80 lỗ trên lm ống) có đầu nhọn 2 và đầu nối 3. Việc đóng kim phụt vào trong đất có thể dùng búa loại nặng, kích thuỷ lực hoặc « các thiết bị đóng dùng điện khác với tốc độ 5 -1 0 và 20 m/h. Việc dùng các thiết bị rung khác đê hạ kim phụt cũng rất hiệu quả. Việc ép vữa có thể dùng bơm thuỷ lực hoặc bơm bùn. 1 -1 Hình 2.43: Kim phụt Giáo sư B.A. Rzanhixưn kiến nghị công thức để xác định sơ bộ bán kính vùng gia cố trong địa tầng đồng nhất có thể áp dụng silicát hoá như sau: R = 0 ,2 5 ựk 7 (2.6) trong đó: Kộ - hệ số thấm của địa tầng, m/ngày đêm. Để gia cố có hiệu quả hoàn toàn, khoáng cách giữa các hàng lỗ phụt lấy bằng 1,73R. Trong đất cát chiều sâu hạ kim có thể đạt 10 - 12m còn trong cuội sỏi chỉ 3,5m. Trong những năm gần đày người ta còn áp dụng có hiệu quả việc silicát một loại vữa, silicát điện thấm và silicát khí. Khi silicát một loại vữa người ta đưa vào trong đất một loại vừa tạo keo từ hai hay ba loại hoá chất thành phần. Mật độ vữa gần như mật độ của nước. Nhờ tính chất này của vữa mà có thể phụt vào nền cát mịn có hệ số thấm k = 0,5 + 5m/ngày đêm để gia cố chúng. Silicát một loại vữa có thể tạo nên đất không thấm nước và độ bền đạt 0,2 - 0,3 MPa. Khi dùng vữa từ silicát natri, và axít hyđrô silic (H7SiF6) có thể đạt được đất có độ bền cao (2 - 4MPa). Silicát điện thấm dùng để gia cố các loại cát bụi quá ẩm hoặc các loại bùn có hệ số thấm nhỏ hơn 0,2 m/ngày đêm. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng hai điện cực hỗ trợ quá trình phụt để tăng cường quá trình dịch chuyển của vữa phụt. Đất sau khi phụt sẽ không bị phá hoại do nước và có độ bền đạt 0,5 - 0,8 MPa. Silicát khí: phương pháp này áp dụng có hiệu quả trong đất cát có hệ số thấm từ 0,5 đến 20 m/ngày đêm. Phương pháp dựa vào việc sử dụng khí cacbônic làm chất khuyết tán thuỷ tinh lỏng, cho phép gia cố đất để có độ bền đạt tới 2 - 2,5MPa và giảm độ thấm đi hàng trãm lẩn. 4. Phương pháp đóng băng nhân tạo Dựa trên đặc điểm của các loại đất bão hoà nước khi làm đóng băng sẽ có độ bền và tính chống thấm cao. Trong quá trình đóng bãne nước nằm trong các khe nứt và lỗ rỗng sẽ liên kết các hạt của các loại đất khác nhau lại. 59 Các loại đất chứa nước từ 30 đến 40% sẽ có độ bển lớn nhất khi được đóng bãng. Khối đất đóng băng sẽ bảo vệ hang ngầm không bị nước chảy vào khi đào các đoạn hầm nằm trong những điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn phức tạp. Việc đóng băng khối đất tạo được là do quá trình trao đổi nhiệt khi cho các chất làm lạnh qua các ống đặt sẵn trong khối địa tầng cần đóng băng. Số lượng lỗ khoan để đóng băng trong đó có đặt ống làm lạnh nhân tạo được xác định bằng công thức: n = ^ - (2.7) a trong đó: a - khoảng cách giữa các lỗ khoan theo chu vi của khối địa tầng cần đóng băng, đối với giếng đứng a = 1,0 + l,25m; đối với hang ngang a = 1,2 -ỉ- 2,Om; Dị - đường kính vòng đóng bãng xung quanh hang tính theo trục bố trí các lỗ khoan để đóng băng, m. Người ta thường sử dụng khí adôt lỏng, amôniac lỏng hoặc cacbonic lỏng để làm chất làm lạnh. Chất lỏng clorua canxi có khối lượng riêng 1,25 ở nhiệt độ âm từ -20° đến 25°c được đưa vào lưu thông trong ống theo chu kỳ ỉà chất dẫn nhiệt làm lạnh (Raxxol). Theo sơ đồ (hình 2.44) Raxxol lạnh trong buồng 5 của trạm lạnh được đưa theo ống dẫn 4 vào lưới phân bố 2 đường kính 150 - 200mm sau đó đến từng kim lạnh 3. Sau một chu kỳ như vậy độ lạnh sẽ được tỏa vào trong khối đất còn Raxxol lại trở về lưới thu 1 rồi về trạm. Ở đây lại xảy ra quá trình làm lạnh. Sau một chu kỳ chất làm lạnh trở về trạm 5 sẽ ở dạng hơi qua ống 6 đến máy nén khí 7 vào trạm điều hoà 8 ở đây chúng lại trở thành lỏng. Nhiệt toả ra sẽ đưa vào nước dẫn vào từ ống 9. Chất làm lạnh lỏng lại trở Hình 2.44: Sơ đồ đóng băng đất lại trạm qua van 10. Để kiểm tra liên tục và giám sát quá trình hoạt động của trạm lạnh, dọc lưới thu và lưới phàn bố người ta bố trí các thiết bị đo (áp kế, nhiệt kế, van an toàn và thiết bị điều áp). Người ta thường phân biệt các phương pháp làm lạnh song song và tuần tự. Với phương pháp song song (hình 2.45a) tất cả các lỗ khoan được làm lạnh đồng thời cùng một lúc để tăng từ từ kích thước và khép dần vòng lạnh đóng băng. Với phương pháp tuấn tự \iệc bố trí lỗ khoan vẫn như phương pháp trên còn việc làm lạnh thì bắt đầu từ hai hay một vài lỗ khoan nằm trên một đường kính với việc giảm nhiệt độ đồng thời trong các lỗ khoan bên cạnh. 60 I Hình 2.45: Phương pháp đóng bâng a) Phương pháp song song; b) Phương pháp tuần tự Sau khi giảm nhiệt độ trong các lỗ khoan cạnh nhau đến độ không là lúc bắt đầu một chu kỳ tạo băng, còn các lỗ khoan đã đóng băng chỉ nhân được chất dẫn nhiệt lạnh vào từng thời điểm để tránh làm tan bãng xung quanh chúng mà thôi. Chế độ như vậy được gọi là chế độ đóng băng bị động và đòi hỏi trung bình 30 - 50% lạnh so với chế độ đóng bãng liên tục hay chế độ đóng băng tích cực (chủ động). Quá trình đóng băng các lỗ khoan với phương pháp tuần tự mô tả trên hình 2.45b. Phương pháp làm đóng bãng tuần tự cho phép giảm công suất lạnh của trạm một cách đáng kể nhưng thời gian của quá trình đóng băng sẽ tãng. Chương 3 CÔNG TÁC KHOAN N ổ MÌN Đa số các công trình ngầm được thiết kế và xây dựng trong đá cứng. Việc làm tơi đá trong quá trình đào hang được thực hiện chủ yếu bằng công tác khoan nổ: khoan vào địa tầng những lỗ khoan đường kính khác nhau, nạp thuốc nổ mìn để phá vỡ và đập nhỏ đất đá theo mong muốn. Theo thống kê cho đến nay việc phá đá bằng khoan nổ mìn chiếm 95% khối lượng đào đất đá ngầm. Điều đó chứng tỏ đây là phương pháp khá hiệu quả. đơn giản trong thực tế xây dựng hầm. §1. CÔNG TÁC KHOAN L ỗ VÀ TH IÊT BỊ KHOAN Công tác khoan có liên quan đến một tổ hợp các công đoạn sản xuấl liên quan đến việc khoan lỗ trong địa tầng. Theo thuật ngữ khoan: lỗ mìn nhỏ có đường kính < 75mm khoan sâu vào đất đá < 5m tạo để bố trí lượng thuốc nổ nhất định, còn lổ khoan lớn khi tạo khoảng trống đường kính lớn hơn 75mm. Vị trí khoan lỗ gọi là miệng lỗ còn phần đáy lỗ gọi là gương khoan. Công tác khoan là quá trình khó khãn nhất, quyết định giá thành công tác đào hầm nói chung. Việc khoan lỗ nhỏ được thực hiện bằng búa khoan hoặc máy khoan cũng như khoan điện. Còn khoan lỗ mìn lớn bằng các máy khoan tự hành. Khi thi công ngầm từ trước đến nay người ta dùng nhiều hơn cả là các búa khoan khí nén dạng khác nhau với nguồn năng lượng chủ yếu là khí nén dẫn trong ống từ trạm nén khí. Ngày nay, xu hướng dùng chất lỏng được nén với áp lực cao làm nãng lượng cũng đang phát triển và đã ra đời các búa khoan thủy lực đảm bảo tốc độ khoan khá lớn. Trong những nãm gần đây người ta cũng sử dụng các máy khoan xoay dùng điện để khoan lỗ mìn trong các loại đá có fkp < 8. Theo điều kiện áp dụng và phương pháp giữ búa khi khoan người ta phân ra làm búa khoan tay, khoan cột và kiểu có tay búa co dãn được. Loại khoan tay và khoan có tay búa chủ yếu là khoan đập quay, còn loại khoan cột đỡ có thể là khoan đập quay và khoan đập xoay. Búa khoan tay lại phân ra làm loại nhẹ, loại trung bình và loại nặng. Những búa khoan loại này người ta sử dụng chủ yếu để thi công những hầm tiết diện nhỏ, khi thi công các công tác phụ (đào rãnh nước, phá đá quá cỡ v.v...). Những khoan tay loại nặng dùng với số lượng hạn chế để khoan giếng, để khoan các lỗ hướng từ trên xuống. Các búa khoan tay trong quá trình thi công được giữ bằng thiết bị chuyên dụng 62 như tay đỡ khí nén, để tiếp nhận phần lớn trọng lượng của búa và đảm bảo có lực ép dọc trục cần thiết vào đáy lỗ khoan. Búa khoan có tay đỡ co rút được dùng để khoan các lỗ thẳng đứng hoặc có độ nghiêng lớn (< 60°) đến độ sâu < 4m và được sử dụng khá rộng rãi khi khoan neo gia cố nóc hang. Loại búa khoan này thường được gắn trên một tổ hợp gọn hoặc một xe mang khí nén để làm cho quá trình khoan đơn giản hơn. Máy khoan dạng cột dùng để khoan lỗ chỉ khi có thiết bị đỡ chuyên dụng vì trọng lượng búa rất lớn (đến 150kg) và lực nén dọc trục cao, đạt tới 12 kN. Loại búa khoan này là còng cụ chủ yếu để khoan hầm và những công trình ngầm tiết diện lớn như gian máy. các buổna ngầm v.v... Đặc trưng chủ yếu của một số loại búa khoan thường dùng do Liên Xô (cũ) chế tạo được liệt kê trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Loại búa Mác máy Dạng năng lượng Sô' lần đập trong 1 phút Tiêu hao khí nén (m3/ph) Trọng lượng (kg) Búa khoan n p - 19 \ 1800-1900 2,5 23 cầm tay np - 22 1700- 1850 2,8 24 np - 25 2300 - 2600 3,6 31 np - 30K 1600- 1680 3,5 30 Búa khoan có nT - 29 2500 - 2620 3,3 30,1 giá co rút \ Khí nén riT - 36M 2700 - 2800 4,5 37 ITT - 45 1750- 1800 4 43 Búa khoan riK - 65 2500 10 60 cột đỡ nK - 75 2000 12 75 B FA - 1 ) 2500 10 120 r n - 2 Dầu ép 3600 120 Bộ phận truyền động chủ yếu trong các búa khoan cột hiện đại thường là hệ vítme hoặc xích với một động cơ và hộp số gọn nhẹ đơn giản (khí nén hoặc thuỷ lực). Búa khoan cột cùng với bộ phận truyền động được tổ hợp với nhau thành một cụm gọi là dầm khoan, là bộ phận chính của các máy khoan trong thi công hầm hiện nay. Ngày nay các nước có công nghệ phát triển các dầm khòan thường được gắn lên một xe mang chạy xích hoặc lốp thành các máy khoan tự hành. Số lượng dầm khoan gắn lên xe mang có thể là 2, 3, 5. Đôi khi các loại búa khoan gắn lên một xe mang cũng có sự tổ hợp cần thiết theo yêu cầu của công nghệ thi công. ở Liên Xô (cũ) người ta đã sản xuất thiết bị khoan khá tổng hợp (yELLI) đê’ khoan hám có tiết diện khác nhau. Dầm khoan được gắn một tay khoan để điềư khiển, di 63 chuyển dầm khoan. Mỗi tổ hợp này được gọi là một môđun khoan. Phổ biến hơn cả ớ Liên Xô (cũ) là máy khoan dạng yBUI-532 (hình 3.1). Máy gồm một xe mang có động cơ điezen. Trên xe mang có gắn ba môđun khoan và một cụm điều khiển. Trên một môđun khoan có 1 búa khoan dạng cột và bộ truyền động di chuyển được trên chiều dài 4m. Với thiết bị này có thể đảm bảo chính xác các thông số khoan trong hầm rộng 8m cao 7m. Động cơ điezen của xe mang có thể di chuyển với tốc độ 10 km/h. Hình 3.1: M á y khoan tự hành kiểu Y E LU -532 (3 E K - E ỊỊ) do L iê n Xô cũ c h ế tạo) Cùng với các thiết bị khoan như đã nêu trên, trong xây dựng hầm còn sử dụng các dạng thiết bị khoan khác nhau về kích thước, về công suất, về năng lượng và phương pháp di chuyển v.v... Tính nãng của chúng như trong bảng 3.2. Bảng 3.2 L o ạ i th iế t bị k h o a n C ác đ ặc tín h k ỹ th u ật BYP-2M BY3-2CBY-2M CBY-2Ky E iu -3 2 2 n (332/Ị)yB LU -532^yBUJ-520/ỉ 2BK-5/Ị3B K íc h thư ớc g ư ơ n g k h o an từ m ộ t vị trí, m + cao 3,9 3,92 5,8 4 ,2 7 7 + rộ n g 5,5 5,88 6 ,2 6 ,9 11,3 8,5 Sô' m á y k h o an trên th iế t bị 2 2 2 2 3 2 C h iề u sâu k h o a n , m 2,75 3,3 4 3 4 4-5 Bộ p h ận di ch u y ể n B ánh ray B ích xích B ánh x ích B ánh ra y B ánh hơi B ánh hơi L o ai b ú a k h o an B ĨA -1M B ĨA -1M E rA -lM E rA -lM m c - 7 5 B úa k h o an L o ại n ãn g lượng K h í n én, K h í nén K h í nén đ iện riK -75 K h í n én B ĨA -1M K h í n é n th ủ y lực T iê u h a o k h í n én , m 3/p h 2 0 2 0 35 2 0 35 Tính năng một số máy khoan do nước ngoài khác sản xuất như trong bảng 3.3. 64 Bảng 3.3. Xe khoan tự hành trang bị máy khoan tác dụng xoay đập chạy bằng thủy lực của một sô nước tiên tiến Loại xe khoan tự hành (nước sản xuất) ng số của xe khoan ATH (1) PEC (1) MTH (1) Rant ofore (1) BW 32R (2) BW 32C (2) Mini matic -H (3) PVIZ R650 H (3) M-90 (4) M-290 (4) 96 RMH (5) Alim aticH 632 (6) Alim aticH 832 (6) Boo merH 105 (6) Boo mer 251 (6) Boo merH 132 (6) Raiil drill 251 (6) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 sâu lỗ n ,m ợng máy n , cái 4 4 4 4 4,8 4 - - - - - 4 4 3 3,5 4 3-3,5 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 3 1 tích gương n , m 2 25-30 15-30 30-70 25-50 10-30 6-20 8-24 4-20 6,33 X 4,74 7,21 X 4,69 - 6-20 7-25 6-20 6 -25 30-70 6-13 ng cách giữa a y đỡ k h oa n , '' ' ■ 1000 1200 700 ■ ■ 1050 1000 1000 ' 900 cao gá lắp ỡ so với nén, ■ ■ " 1400 1400 1100 950 ■ ■ 1610 ' 1540 1540 .( 8 ) .( 9 ) 1800 .( 9 ) suất động ện, kW 108 75 130 75 85 2 X 37 70 40 30 48 70 2 X 2 X 33,5 33,5 41 47/55 2 * 45 35 X 50 máy khoan lực, mã hiệu RPH 200 RPH 400 RPH 400 H50; H60 HH 5001 HH 5001 HL432, HL438 HL432, HL438 HB 51 HB 51 HAPD 3 AD 101 AD 101 COP 1032 COP 1032/ COP 1038 COP 1038 HD COP 1038 HD/ COP 1238 áy, m - - - - 3,62 - - 1,6 1,84 - 3,1 - 2,05 Xe Xe DC4 DC4 3 (10) ch đát, mm - - - - 320 - - - - - 270 - - - - 300 - ộ di chuyển, kính quay ngoài, m - - - 7 20 - - 5 - 3,5 11 1,6 - - - 15 - - - - - 6,1 - 5,4 5,0 10,0 - - - - 3,9 4,8 6,0 - Bảng 3.3 (tiếp t 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 n kính quay ía trong, m - - - - 3,65 - 1,46 2,60 7,0 - 3,4 - - 2,55 2,8 - 5=> ro iều dài thiết bi, 11) co - - - 1,2 13,12 - - 11,9 96,7 2,8 11,4 9,7 — ,7,7 9,5 13,1 8cn iếu rộng thiết m (11) iéu cao thiết bi, (11) ối lượng tang p, m ng lượng thiết tấn chú: - - - 2,5 2,2 - 1,85 1,9 1.27 1,0 2,5 1,75 1,75 1,22 1,65 2,5 1- - - 2,7 2,18 - 1,98 2,45 1,86 - 2,3 2,25 1,95 1,9 2,1 2,7 1,- - - - - - - - - - - - 125 - - 150 - - - 22,56 14,7 - - 13,7 5,4 - 19,6 11,8 11,8 7,0 8,7 24,52 1. Sản xuất tại Pháp; 2. Sản xuất tại CHLB Đức; 3. Sản xuất tại Phần Lan 4. Sản xuất tại Anh; 5. Rampmaster sản xuất tại Hoa Kì; 6. Sản xuất tại Thụy Điển; 7. Sản xuất tại Thụy Sĩ (loại máy khoan này được sản xuất dưới ba dạng BAP 2-220, BAP2-300, BAP2-380); 8. Tay đỡ BUT-4; 9. Tay đỡ BƯT-25; 10. Chạy trên đường xe cờ 600, 900; 11. Kích thước thiết bị ở trạng thái vận chuyển. C ác đ ặc tín h kỹ thuật Bảng 3.4 L oại th iế t bị k h o a n H K P -1 0 0 M riEY-80C EY -100 (CEY-ioor)CEY-125 CEY-80 Số m á y k h o a n trên thiết bị 1 1 1 1 1 C h iề u sâ u k h o a n tố i đa, m 50 4 0 25 2 4 30 Đ ư ờ n g k ín h lỗ k h o a n , m m 105 6 5 -8 0 105 125 6 5 ,7 5 G ó c k h o a n so với phương th ả n g đ ứ n g , đ ộ 0 -3 6 0 0 -3 6 0 0 ;1 5 ;3 0 0 -3 0 0 -3 6 0 C ổ n g su ấ t đ ộ n g cơ điện, k\v 3 - 24 4 3 - T iê u h ao k h í nén, n r /p h 7 14 7 1 0 14 T rọ n g lư ợ n g , t 0,7 2 ,8 5,0 8,5 0,7 Với trình độ công nghệ hiện nay hàng năm thường ra đời các thế hệ thiết bị khoan hiện đại hơn, công suất lớn hơn và phương thức điều khiển tin cậy, dễ dàng hơn. Phương hướng chung là kích thước thu gọn hơn, công suất lớn hơn, năng lượng và phương thức điều khiển tiến bộ hơn và hiệu quả kinh tế cao hơn các thế hệ trước. Một dạng thiết bị khoan khác cũng được sử dụng có hiệu quả và khá phổ biến đê thi công những hầm tiết diện lớn và chiều dài hầm không lớn lắm (chừng 500m) là khung khoan. Khung khoan là một kết cấu không gian cứng dược thiết kế phù hợp với tiết diện hầm có trang bị hai hay ba dải búa khoan. Mỗi dải này khoan một phần tiết diện của hang đã định sẵn. Các dải cúa khung được khoan đồng thời nên năng suất khoan của khung khá lớn. Việc di chuyển khung khoan ớ trong hầm có thể bằng một động cơ gắn trên khung khoan hoặc nhờ một đầu kéo phụ trợ. Trên khung khoan có thể đặt cả các thiết bị đê khoan neo, dựng vì chống tạm v.v... Ưu điểm của khung khoan là có thể trang bị các thiết bị cơ giới khác nhau để thực hiện hầu hết các còng đoạn của một chu kì đào. Còn nhược điểm chủ yếu là cồng kềnh và thiết kế đơn chiếc cho từng loại hầm nhất định. Ớ một số nước đã sử dụng khung khoan với tốc độ đào trên lOOm/tháng. Sơ đổ nguyên tắc của khung khoan như trên hình 3.2. Khi sử dụng các lỗ mìn đường kính lớn thì các thiết bị khoan tự hành có kích thước không lớn được trang bị các búa khoan đập xoay là thiết bị chủ yếu. Thiết bị này có bộ phận nâng hạ búa khoan. Búa khoan dùng cần nối từ nhiều đoạn ngắn (thường nối ren). Đầu cần khoan có gắn mũi khoan. Việc xoay cần khoan được thực hiện bằng một động cơ điện còn việc ép cần khoan vào đáy lỗ (gươns khoan) thì dùng một kết cấu chuyên dụng chạy bằng khí nén hay thuỷ lực (thường gọi là quả đập). Dạng chung của thiết bị khoan loại này như trên hình 3.3. Các đặc trưng cơ bản của nó như trong bảng 3.4. Khi 67 khoan các lỗ khoan đường kính lớn thường làm sạch lổ ngay trong quá trình khoan bằng khí nén đưa vào gương khoan. Hình 3.2: Khung klioan 1. Các máy khoan có tay búa di chuyển được. Hình 3.3: Máy khoan tự hành CEY-lOOrđểhạ bậc dưới (Liên Xô cũ sản xuất) 6 8 Cần khoan đế khoan các lỗ mìn nhỏ là các thanh thép tròn hoặc lục giác có một lỗ nho ớ giữa để đưa nước vào gương khoan, làm sạch lỗ và chống bụi. Trên cần khoan có gắr. một mũi khoan. Mũi khoan được nối với cần khoan bằng ren thô hoặc dạng cỏn để dễ tháo lắp. Mũi khoan có các lưỡi khoan chế tạo bằng thép hợp kim BK-6, BK-8 hoặc BK-15 chế tạo từ carbit volữam và côban luyện theo phương pháp luyện bột. Đầu kia của cần khoan được nối với búa khoan cũng bằng dạng côn hoặc ren thỏ qua một bộ nối (thường gọi là chuôi cần khoan). Khi dùng các loại khoan tay hoặc khoan có giá đỡ co rút bằng khí nén, cần khoan Ihcờng chế tạo thành từng nhóm chiều dài khác nhau để khoan một lỗ khoan có chiều dài nhất định. Một tổ hợp như thế thường có một cần khoan mồi dài 400 - 500mm để khoan đầu tiên. Tiếp theo mỗi bước thay đổi thường < 1500mm, đó là các cần khoan chinh. Trong trường hợp này chiều sâu lỗ khoan thường không lớn (< 3000mm). Các mũi khoan có lưỡi hợp kim thường sản xuất đê khoan các lỗ có đường kính từ 36 đến 65mm. Phổ biến hơn cả trong thi công hầm là mũi khoan đường kính 42mm. Góc mài vát của lưỡi khoan thường khác nhau, tưỳ thuộc vào các đặc trưng cơ lý của địa tầng. Ví dụ mũi khoan để khoan trong đá nứt nẻ là lưỡi dạng chữ thập (+), đá ít nứt nẻ thì dùng loại chữ nhất (-) (hình 3.4). Hình 3.4: Mũi khoan đá a) Dạng cliữ Iiliất; b) Dạng chữ tliập §2. VẬT LIỆU NỔ MÌN Ngày nay ngành công nghiệp hoá chất mỏ đã sản xuất ra các loại thuốc nổ có tính năng đáp ứng được công tác nổ mìn trong các điều kiện địa chất công trình khác nhau. 69 Khi xây dựng ngầm thường sử dụng các loại thuốc nổ có dạng hỗn hợp nổ cơ học, thành phần chủ yếu là xêlit amôniac. Việc điều chỉnh chất nổ thực hiện bằng cách đưa vào loại hoá chất nổ mạnh thành phần thuốc nổ với tỷ lệ khác nhau. Thuốc nổ xelit amôniac được chia làm ba loại chính: • Nhóm I bao gồm loại thuốc nổ ammônit có tính năng như loại ammônít N°6 )KB do Liên Xô (cũ) sản xuất mà công nghiệp mỏ nước ta quen dùng, các loại thuốc nổ granulit, grammônit, aliumôtol, granulotol. • Nhóm II là loại ammônit cứng N °l, ammônit cứng N°3. • Nhóm III là loại thuốc đêtônit M. Ngoài ra còn nhóm đặc biệt có chốt điều chỉnh nổ là loại trotil trong đó xelit ammôniac ở dạng nhũ tương đó là các loại thuốc nổ akvanit, akvanal. Nhóm chuyên dụng của các hỗn hợp nổ cơ học là các loại thưốc nổ ở các gương nguy hiểm do bụi hoặc các khí ngầm. Các loại này người ta đưa thêm vào thành phần các chất giảm nhiệt lượng nổ mìn. Theo phạm vi và điểu kiện áp dụng thuốc nổ công nghiệp được chia làm 6 nhóm: • Nhóm I: chỉ dùng lộ thiên. • Nhóm II nổ cả lộ thiên và ngầm, trừ các hang nguy hiểm do khí ngầm và bụi. • Nhóm III là các loại thuốc nổ an toàn cho các loại đá có khí mêtal. • Nhóm IV đến nhóm VI là các loại thuốc nổ an toàn đối với mỏ than, hang trong đá diệp thạch và những hang đặc biệt nguy hiểm do khí ngầm và bụi. Trong thi công các công trình thuỷ lợi ngầm chủ yếu dùng nhóm II là các loại thu.ốc nổ do Liên Xô (cũ) sản xuất hoặc các loại thuốc nổ sản xuất ở trong nước hoặc các nưiớc khác sản xuất có tính năng tương tự (tham khảo bảng 3.5). Bảng 3.5 Loại thuốc nổ* Tên thuốc nổ* Phạm vi áp dụng 1 2 3 Loại thuốc nổ granulit ổn định trong nước để phá đá có độ cứng trung bình trong các gương ướt Loại thuốc nổ granulit không ổn định trong nước để phá đá có độ cứng trung bình và đá cứng trong các gương khô và ẩm Gramônai A-8, gramônit 79/21B, granulit AC-4B, AC-8B Granulit AC-4, AC-8, igđanit, gramônit 79/21 Để nạp lỗ khoan lớn hạ bậc dưới hầm như trên Thuốc nổ nén thành bánh (thỏi) cho đá cứng khô ráo hoặc ướt; 70 Ammônit cứng N°1 Nạp cho lỗ mìn nhỏ khii đào hang ngầm Bảng 3.5 (tiếp theo) 1 2 3 Thuốc nổ dạng bột ổn định trong nước, công suất lớn dùng cho đá cứng khô ráo hoặc ngậm nước Thuốc nố dạng bột ổn đinh trong nước, công suất trung bình dùng cho đá có độ cứng trung bình, khô ráo hoặc ngậm nước Thuốc nổ dẻo no nước dùng cho dá cứng khô ráo hoặc ngậm nước Đêtônit M Như trên Ammônit N°6 >KB; Như trên Akvanit 3J1, 16 akvanat N°1 Dùng cho lổ mìn nhỏ, lỗ m ìn lớn khi đào hang ngầm * Các tên thuốc nổ Iiày là do Liên Xô (cũ) chế tạo. Trong xây clựng lìgầm có tlìể dừng các loại tliuốc nổ do các nước kliác sản xuất có lính năng tương tự. Tất cả các loại thuốc nổ thuộc nhóm II đều tạo ra lượng khí c o (khí độc oxyt cacbon) là ít nhất, có nghĩa là chỉ số Oxy của chúng khá tốt (chỉ số hàm lượng oxy trong thuốc nổ có quan hệ đến lượng oxy cần thiết để đốt cháy hết các bộ phàn cháy trong thuốc nổ). Khi cắt hầm qua các vung địa tầng có tạo khí ngầm nguy hiểm cho công tác nổ mìn như khí mêtan, hydrô và các khí cháy khác thì người ta dùng các loại thuốc nổ nhóm III và IV. Đặc tính của các loại thuốc nổ phổ biến nhất như trong bang 3.6. Các chỉ tiêu ghi trong bảng dựa vào quy phạm sản xuất các loại thuốc nổ được xác định như sau: * Uy lực nổ là chỉ tiêu xác định tác dụng đập vỡ do nổ (tính bằng mm) của trị số nén ép một hình trụ bằng chì khi nổ một lượng thuốc tiêu chuẩn trị số nén ép một hình trụ bằng chì khi nổ một lượng thuốc tiêu chuẩn ở irong. * Khả nãng sinh công của thuốc nổ là lượng công sinh của các sản phẩm nổ, được đo bằng cm khoảng trống tạo ra trona một hình trụ bằng chì khi nổ một lượng thuốc tiêu chuẩn. * Tốc độ điểm hoả là chí tiêu lan truyền sóng nổ trong khối thuốc nổ xác định bằng cách so sánh với một loại thuốc chuẩn. * Công nổ mìn là lượng nhiệt sinh ra (calo) khi nổ Ikg thuốc nổ. Xác định bằng cách dùng bom Calo kếchuvên dạng. * Mật độ của thuốc nổ được xác định đối với các bánh thuốc nổ bằng cách cân và xác định thể tích bánh thuốc bằng cách ngâm bánh thuốc vào nước để xác định lượng nước tràn ra. 71 Ngoài các loại thuốc nổ do Liên Xô (cũ) sản xuất như trong bảng trên, trong thực tế xây dựng công trình ngầm ở Việt Nam còn sử dụng một số loại thuốc nổ do công ty hoá chất mỏ sản xuất theo công nghệ của hãng ICI - ú c như: Powergel 252IV (P2521), Povvergel 2541V (P2541), Powegel Magnum 3151 (PM3151), Powergel Trimex 3000 (PT3000) và Povvergel Pulsar 3131 (PP3131) v.v... các loại thuốc nổ này có tính năng tương tự như các loại thuốc nổ đã nêu trong bảng 3.6. Bảng 3.6 A. Các loại thuốc nổ do Liên Xô cũ sản xuất Các đặc tính của thuốc nổ Tên thuốc Uy lực nổ (mm) Khả năng sinh công (cm3) Tốc độ nổ (km/s) Công nổ (kCal/kg)Mật độ (g.crrr) Gramônit 79/21 20-25 360-370 3,2-4,0 850 1,1-1,3 Các loại granulit AC-8B 22-28 410-430 3,0-3,6 955 1,1-1,25 AC-4B 22-26 390-410 2,6-3,5 870 1,05-1,20 Ammônit cứng N"1 dạng nén 22 450-460 4,8-5,3 1055 1,4-1,58 Ammônit 6>KB 14 365 3,6-4,8 850 1,0-1,2 Đêtônit M 18 450 4,2-4,8 1030 1,0-1,2 Akvalit-N°16 20 310 4,8-5,4 1070 1,45-1,50 B. M ột sô loại thuốc hiện dùng trong xây dựng ngầm do Việt Nam sản xuất Các dặc tính cùa thuốc nổ Tên thuốc Uy lực nố (mm) Khả năng sinh công (cm3) TỐC độ nổ (km/s) Công nổ (kCal/kg) Mật độ (g.crrv) Nơi sản xuất Amônit AD-1 13-15 350-360 3,6-3,9 0,95-1,1 Z|2| và Z| 13 nơi sản xuất z m TNT-AD 16-17 310-330 5,8 1,1 Thuốc nổ an toàn AH-1 10 250-260 - 0,95-1,1 Công ty hoá chất mò Phương tiện nổ mìn là các thiết bị để gây nổ hoàn toàn khối thuốc nổ mong muốn. Để nổ mìn người ta dùng kíp mìn và các ỉoại dây dẫn lửa (phương tiện đốt m ìn). 72 Ngày nay người ta còn dùng dụng cụ khởi dộng nổ không dùng điện của ICI với phương tiện nổ của úc. Kíp mìn có loại kíp điện và kíp đốt bằng dây cháy chậm. Kíp mìn có cấu tạo như trên hình 3.5. Kíp mìn thường (hình 3.5d) là phương tiện gày nổ cho một khối thuốc nổ bằng cách dùng dây cháy chậm. Kíp thường gồm một vỏ kim loại trong đó có thuốc gây nổ (thường là gremus thuỷ ngân) và thuốc nổ mạnh (tetril). Chiều dài của kíp 47-5lmm, đường kính 7mm. Kíp điện có phần gây nổ giống như trong kíp thường. Tuy nhiên khối kích nổ thường là azit chì. Ngoài khối kích nổ còn có phần truyền a) d) Hình 3.5: Kết cấu k íp m ìn diện d= 7mm cháy từ một maixo nhỏ, gây cháy dùng điện (mắt cháy). Đế dẫn điện vào mắt cháy dùng dây dẫn dài từ 2 đến a) N ổ tức thờ i; b) N ổ vi sai; c) N Ổ chậm ; d) Õng truyền nổ, 1. V ỏ ; 2. D â y dan; 3. N út c liấ t dẻo; 4. H ạ t ch áy; 5. L ư ớ i; 6. L ớ p bảo vệ; 7. T liu ỷ n g â n ; 8. G iọ t clứ ; 9. T e trit; 10. Thành p h ầ n chậm cháy 4m. Điện trớ của mắt cháy thường từ 2,8 đến 4Q. Trong nổ mìn người ta thường dùng kíp điện thường và kíp điện vi sai. Để điều chỉnh thời gian gây nổ người ta đưa vào giữa mắt cháy và khối kích nổ một thành phần cháy chậm. Nhờ có thành phần cháy chậm đưa vào kíp với liều lượng khác nhau người ta tạo nên các xêri kíp với các độ nổ chậm yẽu cầu. Theo thuật ngữ kv thuật, kíp mìn sản xuất với thời gian chậm từ 10 đến 500 miligiây thì gọi là kíp vi sai, còn từ 500 miligiây đến 10 giây gọi là kíp nổ chậm. Kết cấu của kíp như mỏ tả trên hình 2.5a, b, c. ở Liên Xô cũ sản xuất các kíp vi sai có cấp chậm 15, 25 và 30 miligiây, số lượng cấp chậm trong một xêri thường từ 6 đến 8. Ví dụ: 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250 miligiây. Các kíp điện nổ chậm được sản xuất với mức chậm 0,5; 0.75; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 và 10 giày. Để nổ tức thời người ta dùng kíp điện nổ tức thời. 7 3 Dây nổ dùng để gây nổ các khối thuốc và triuyiền nó di một khoảng khá xa (tốc độ truyền nổ là 7,2 km/s) tTOing quá trình thi công icôing táic nổi mìn. Dây nổ có lõi từ loại th u ốc n ổ m ạn h là T N T được đặt trong ba lớp lurớii S(ỢÍ có thiấim chất phòng nước hoặc b ọc ngoài bằng chất dẻo. Khi gây nổ bằng dây nổ cá tthể diùn s lbất kỳ loại kíp nào. Dây nổ cũng được sản xuất thàn.h nhiều loại: có loại thômg thườmg và loại chịu ẩm. Khi nổ bằng dây nổ ngày nay thường dùng rơle vi sai với mữc 'Chậm lià 20 miligiây. Dây cháy chậm được sản xuất thành từng cuộn., lõi ẵà loại thuốc cháy chuyên dụng, tốc độ cháy thường là 60 cm/ph. Thuốc nổ sản xuất trong nhà máy và được ba(0 gói sẩn.. Thuốc nổ rời được đóng bao bằng giấy hoặc bao chấit dẻo, trọng lượng mỗẵ biao) 40 - 45kg. Thuốc nổ dạng dẻo hay chảy được đóng trong bao nilỏng từ 5 đến 40 kg (tlhườnig llà các loại thuốc akvanit hoặc akvanal). Các loại còn lại thường đóng thành tlhỏú nhiỏ có đường kính 28, 32, 36 và 45mm. Trọng lượng một thỏi từ 150 đến 250 garm tuỳ thuộc vào loại thuốc và đường kính thỏi thuốc, chiều diài thỏi thuốc là 200 hioặíc 250nnnn. Trong thực tế thi công các công tác nổ mìn ngầm thường dùng các loại lỗ> irnìm nhỏ> hioặic lớn người ta thường dùng kíp điện với các dạng khác nhau, dây nổ và rơl.e \vi sai, íít kchii dùng phưưng thức đốt mìn bằng dây cháy chậm. K h i n ổ tro n g g ư ơ n g b ằ n g các lỗ m ìn n hỏ clhủi yíếu lài niổ 'VÌ sai điện, đ ể n ổ m ộ t k h ố i thuốc nổ riêng rẽ hoặc một nhóm các khối thiuốíc inơ theo t hứ tư với mức vi sai mong muốn. Còn khi nổ bằng các lỗ mìn lớn (bậc dướii ciủa cấc hầưn tiết diện lớn) thì việc nổ mìn điện chỉ dùng khi phẳi thực hiện một mối qịìiiắh ỉìệ' n<3 cố kv thuật phức tạp. Ưu điểm của nổ mìn điện là có thể nổ một nhiórm các khối thuốc nổ có số lượng lớn với những khoảng chậm nhất định: nổ mìn thiườmg khữníg sót, không bị cắt mạng; an toàn vì người nổ thường ở xa và dỗ kiểm tra. Nhược điểm của nổ mìn điện là nối mạng v/à kiểm tra mạng phức tạp khi số lượng lỗ lớn và mguiy hiểm khi có mạng điện thi công kém an toàn. Khi đào hầm thường dùng sơ dồ đấu mạng nối tiếp. Đôi khi dùng mạng nối tiếp song song. (Cáic sơ đồ đấu mạng mô tả trên hình 3.6. Nguồn điện để nổ mìn thõng thường là diùnig lo ạ i m á y n ổ m ìn k iể u tíc h đ iệ n (của L iê n x ỏ ) C1Ũ sản xuất có các máy K nM -la và KnM-3), hioặic dùng lưới điện xoay chiểu. Khi nổ mạng nổ plhứtc tạp có số lượng lỗ lớn và các sơ đồ phân mhiórm người ta thường dùng trạm mìn. ::y y y y V IHìmh 3.6: Sơ đồ đấu mạng điện trong nổ mìn ú ) ì Đ í ấ u mối tiếp; b) Đấu song song nối tiếp (hỗn hợp) Việc kiểm tra điện trở của mạng nổ thườíng toằmg cáíc 'Ôm kế chuyên dụng (cầu đo nổ mìn tuyến tính) đám báo đo với dòng đo tốíi tlhiẩu dề: đlảrm bào an toàn cho công tác kiểm tra. 74 Nổ mìn không kíp nhờ dây nổ dùng để nổ tức thời hoặc nổ vi sai khi nổ các lỗ mìn lớn. Đơn giản và an toàn cao khi tiến hành nổ mìn là ưu điểm nổi bật của phương pháp này. Nhược điểm của phương pháp là không kiếm tra được độ chính xác của công tác đấu mạng và giá thành tương đối cao. Khi nổ không kíp và nạp thuốc bằng thuốc rời thì mỗi lỗ mìn ta nạp một hoặc hai bánh thuốc có công suất cao hơn, cũng là để buộc dây nổ tạo nên nút của mạng nổ. Mạng nổ dùng dây nổ thông thường bao giờ cũng có đường dây trục và dây cuối là dày dẫn từ dây trục vào từng lỗ mìn. Việc nối dây cuối vào dây trục phải theo hướng truyền sóng nổ. §3. KẾT CẤU NẠP MÌN VÀ VIỆC Bố TRÍ Lỗ MÌN TRÊN GƯƠNG ĐÀO Nạp mìn có hai dạng chính: nạp tập trung chiều dài nhỏ hơn 4-5 lần đường kính và nạp kéo dài khi chiều dài lớn hơn 4-5 lần đường kính. Trong xây dựng ngầm chù yếu dùng cách nạp kéo dài trong lỗ khoan đường kính nhỏ hoặc lớn. Kết quả khi nổ một khối thuốc tạo nên phễu nổ mà các thông số cơ bản của nó là đường kháng nhỏ nhất w (đường kháng nhỏ nhất la khoảng cách ngắn nhất từ tâm nổ đến mật thoáng) và bán kính phễu nổ r. Hiệu quả tác dụng nổ mìn được đánh giá bằng tỷ số r/w gọi là chỉ tiêu tác dụng nổ n, tức là n = r/w . • Khi n > 1 gọi là nổ mìn tăng cường: đá nổ ra có độ vãng khá lớn. • Khi n = 1 gọi là tác dụng nổ mìn tiêu chuẩn, đặc trưng bằng việc đã nổ ra được đập vỡ hết và văng không đáng kể. • Còn khi n < 1 thì nổ mìn chỉ làm tơi Hình 3.7: Kết cấu nạp mìn đá mà thôi al Dạng cột clio lổ mìn dào đường kính lớn; , 7 b) Nạp phân bố cho lỗ mìn đào đường kính lớn; Trong thực tế xây dưng ngầm chủ yếu CỊ Dang cột cho lỗ mìn đường ki °h nhỏ; dùng nô mìn tác dụng tiêu chuẩn. Nạp 1. nút; 2. dây nổ; 3. thuốc nổ rời nạp đẩy; mìn trong các lỗ ơ dạng nạp liên tục (cột) 4-các bánh thuốc nổ; 5. bánh thuốc gây nổ; hoặc nạp gián đoan (hình 3.7). 6-dây dẫn (nối vào đường truc dây nổ)- Nạp liên tục (nạp cột) trên hình 3.7a là một khối thuốc hình trụ từ các thỏi thuốc hoặc thuốc nổ rời nhồi vào lỗ khoan có bô trí bánh thuốc gây nổ (bánh thuốc có gắn kíp). 75 Trong kết cấu nạp thuốc gián đoạn thì các bánh thuốc được đặt cách nhau bằng một đoạn không khí (hình 3.7b) hoặc mẩu gỗ, còn việc truyền nổ từ bánh này sang bánh khác được đảm bảo bằng một sợi dây nổ. Khi sử dụng lỗ mìn đường kính bé để đào hang ngầm thì một lần nổ thường tiến hành với một tổ hợp các khối thuốc nạp trong lỗ. s? đồ bố trí các lỗ đối với mặt thoáng và tổ hợp các lỗ mìn thành từng nhóm cần phải sao cho đường biên hang nhận được chính xác theo thiết kế. Khối lượng đá nổ ra tối đa và lượng thuốc nổ dùng là tối thiểu, nổ mìn không sót. Sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gương, loại thuốc nổ, kết cấu nạp mìn, phương tiện gây nổ, thứ tự nổ thể hiện trong hộ chiếu khoan nổ mìn (hình 3.8).Các đặc trưng cua guơng Tên các chỉ tiêu Trị số Diện tích tiết diện ngang, m2 Hệ số độ cứng, fk Bước đào, m Chiéu sâu khoan trung bình, m Số lỗ khoan trẽn gương, lố Loại thuốc nổ Lượng tiêu hao thuốc nổ cho bước đào, kg Loại kíp Hệ số sử dụng lố mìn Khối lương đá nổ ra, m3 Lượng tiêu hao lỗ mìn cho bước đào, m Lượng khoan đơn vị, m/m3 Lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị, kg/m3 Thời gian bước đào, ph Kết cấu nạp lỗ biên H ộ chiếu khoan n ổ m ìn Các đặc trưng của lỗ mìn N/N Tên lỗ 1 Lỗ đột phá 2 Lỗ phụ 3 Lỗ đào Góc nghiêng (độ) Trọng lượng thuốc cho lỗ (kg) Chiều dài nút (m) Thứ tự nhổ Số lỗ trong 1 xêri T rọng lưrng; thuốc Iẩ trong 1 ?êri 4 Lỗ biên * 5 Lỗ đáy 76 Việc nổ các lỗ mìn đột phá có tác dụng tạo ra mặt thoáng thứ hai cho các khối nổ tiếp theo để nâng cao hiệu quả nổ mìn. Sơ đồ bố trí các lỗ đột phá, trị số nạp thuốc và thứ tự nổ được gọi là kết cấu đột phá. Theo nguyên tắc tác dụng lên khối địa tầng trong quá trình tạo nên khoảng trống đột phá người ta phân ra làm đột phá văng và đột phá đập. Với đột phá văng khoảng trống đột phá được tạo nên bằng việc nổ đồng thời một số lượng lỗ mìn nhất định được khoan nghiêng ở trên gương. Trong trường hợp này hợp lực nổ tương hỗ các khối (lỗ) đột phá sẽ làm văng khỏi địa tầng một khối lượng đá nằm giữa các lỗ đột phá đến một độ sâu nhất định tạo nên chóp đột phá. Tác dụng của đột phá dạng đập là đập nát và làm vãng ra một khối lượng đá do áp lực dư của khí tạo ra khi nổ mìn bị bọc trong khoảng không đột phá tạo nên do nổ một nhóm lỗ mìn song song, khoan vuông góc với mặt gương. Dạng mẫu của loại này là đột phá 4 pha, 6 pha hoặc đột phá kiểu tạo rạch. Các dạng đột phá phổ biến nhất khi thi công ngầm như trên hình 3.9. Người ta dùng đột phá vãng khá phổ biến để thi công hầm có tiết diện từ 20 đến 100m2. Để tạo mặt thoát thư hai bằng cách sử dụng các lỗ đột phá thường dùng các loại thuốc nổ có uy lực nổ mạnh như ammônit cứng N°1 hoặc đêtonít M. Thứ tự nổ các lỗ đột phá được xác định hằng kết cấu của đột phá còn toàn bộ các lỗ đột phá thì bao giờ cũng nổ đầu tiên trong hộ chiếu nổ mìn chung. Việc nạp nhóm các lỗ phụ để mở 3) —1 b) c) rộng dần chóp đột phá ra toàn tiết diện sao cho đảm bảo đập đá nhỏ khi nổ các lỗ mìn đào. Vì thế thường nạp mìn tãng hơn một chút so với các lỗ mìn đào khác. Đối với các lỗ mìn phụ thường nạp loại thuốc Ammônit N°6. Tương lai việc sử dụng loại thuốc akvanit N°16 cũng rất hiệu quả. Hình 3.9: Kết cấu đột phá khi đào hầm a) Đột phá nêm; b) Nêm có tạo rạch; c) Nêm kép; d) Đột phá chóp; đ) Đột phá phễu; e) Đột phá quạt; g) Đột phá thẳng 4 lỗ có lỗ trống; lì) Đột phá thẳng 4 lỗ có 2 lỗ ỉrôhg; i) Đột phá thẳng 6 lỗ; k) Đột phá tạo rạchỉ I, II, III, 1, 2, 3... 8- thứ tự nổ; Ln - chiều dài lỗ; a - góc nghiêng. Việc nạp các lỗ mìn biên cần phải đảm bảo tạo nên hình dạng biên hang như thiết kế và han chế tác dụng chấn động lên khối đá xung quanh hang, tránh làm mất ổn định của 77 khối đá này. Để đảm bảo được các yêu cầu trên việc khoan và nổ các lỗ biên được tiến hành theo một công nghệ riêng gọi là nổ mìn tạo biẻn. Trong thực tế xây dựng công trình ngầm người ta sử dụng chủ yếu và có hiệu quá các công nghệ nổ mìn tạo biên sau: phương pháp nạp mìn gần và phương pháp tạo khe trước. Những phương pháp này khác nhau chủ yếu ở thứ tự nổ các lỗ mìn biên trong hộ chiếu khoan nổ và do đó mà cơ chế tác động của nãng lượng nổ lên khối đá bao quanh cũng khác nhau. Với phương pháp nạp mìn gần thì các lỗ min biên nổ cuối cùng và nổ đồng thời một lúc trong hộ chiếu, có nghĩa là các lỗ biên nổ khi đã có mặt thoáng thứ hai Jo đó năng lượng nổ tiêu hao vào việc tạo khe nứt giữa các lỗ biên và phá vỡ về phía hàng lỗ ngay sát lỗ biên. Đê nạp mìn cho các lỗ biên người ta dùng thuốc mạnh hơn một chút và kết cấu nạp phân đoạn. Độ chính xác khi vỡ theo đường biên khoan đạt độ chính xác 8 - lOcm, tức là thấp hơn hai lần tiêu chuẩn cho phép là 15-20cm đối với đa số các loại đá cứng. Độ sai lệch này chủ yếu là do đặc trưng và hướng của các khe nứt tự nhiên. Các nghiên cứu của Viện Orgonergostroi của Liên Xô (cũ) chỉ ra rằng trong các loại đá ít nứt nẻ độ chính xác tạo biên có thể đạt tới 5 - 7cm. Điều này khá phù hợp với các số liệu thực tế của nhiều nước khác như Nauy, Thuỵ Điển. Phương pháp tạo khe trước dựa trên sự tác động tương hỗ của các khối nổ không lớn về mặt khối lượng trong các lỗ biên ở trong môi trường chịu nén ép với mục đích nhận được khe nứt dọc theo các lỗ mìn biên. Với phương pháp này các lỗ mìn biên được nổ đồng thời với các lỗ đột phá có nghĩa là nổ đầu tiên theo hộ chiếu. Các điều kiện làm việc của các lỗ mìn biên có khối lượng không lớn trong môi trường chịu nén ép đòi hỏi các lô biên khoan khá gần nhau (40 - 50cm) để nâng cao độ chính xác của đường biên tạo nên. Việc tạo khe nứt trước theo đường biên sẽ có tác dụng bảo vệ cho khối đá quanh hang khỏi tác động của sóng nổ khi nổ tổ hợp các lỗ còn lại trong hộ chiếu. Nhược điểm của phương pháp này là lượng khoan tăng (12 - 15%). Do đó phải có luận cứ đầy đủ khi chọn phương pháp này. §4. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG s ố KHOAN N ổ K H I ĐÀO HẦM Việc tính toán các thông số của công tác khoan nổ trong đào hầm tức là xác định các trị số cơ bản sau: chiều sâu khoan phụ thuộc cấu trúc của đột phá và kích thước hang; số lượng ỉỗ mìn trên gương; lượng thuốc nạp cho mỗi lỗ của từng nhóm lỗ mìn theo hộ chiếu; chọn phương pháp nổ mìn tạo biên và các thông số của nó. Các số liệu tính toán đưa vào hộ chiếu, nổ thử ở hiện trường không ít hơn ba lần và sau khi được chánh kỹ sư duyệt mới được đưa vào thi công. A. KHOAN NGANG a) Xác định chiều sâu khoan Thực tế thi công ngầm trong những hang có diện tích từ 12 đến lOOirr chỉ ra rằng chiều sâu khoan liên quan với kích thước tiết diện hang đào và loại đột phá chọn. Nếu 78 như chọn đột phá văng, chiều sâu khoan chủ yếu liên quan với khả năng của thiết bị khoan thì đối với đột phá đập khi chiều sâu khoan lớn hơn 4m sẽ gây ra giảm hệ số sử dụng lỗ mìn đột phá và có nghĩa là giảm hệ số sử dụng lỗ trên toàn gương. Dựa trên các số liệu nghiên cứu của các Viện "Orgonergostroi" và "Gidrospesproek" của Liên Xô (cũ) cũng như các số liệu thực tế có xét đến tính năng của các loại máy khoan hiện tại thì chiều sâu khoan cho hầm tiết diện bé là 2 - 2,5m. Đối với hầm tiết diện trung bình và lớn là 3 - 4m. b) Chọn các thông số đột phá Thưc tế xày dưng các công trình Iigầm trong xây dụng thuỷ điện cho phép kiến nghị những điều kiện sau đây để áp dụng các loại đột phá đã nêu ở mục trên. Các đột phá văng được áp dụng trong các hầm tiết diện nhỏ với địa tầng nứt nẻ mạnh và chiều sâu khoan hạn chế (< 2,5m); trong các hang tiết diện trung bình với chiều sâu khoan không nhỏ hơn 3,5m, trong những điều kiện nứt nẻ và phân lớp rõ ràng; trong những hang tiết diện lớn với điều kiện địa chất công trình bất kỳ với chiều sâu khoan 4 - 5m. Các đột phá dạng rẻ quạt dược áp dụng cho hầm tiết diện lớn khi có các thiết bị định vị máy khoan cho phép xác định góc xoay của dầm khoan với chiều sâu lỗ lớn hơn 4m. Các loại đột phá đập dược sử dụng trong các hang tiết diện bé, địa tầng toàn khối hoặc nứt nẻ nhẹ với chiều sâu khoan < 3,5. Trong những hang tiết diện trung bình và lớn, địa tầng toàn khối hoặc nứt nẻ nhẹ với chiều sâu < 4m khi có máy khoan tự hành. Lượng nạp thuốc cho các lỗ đột phá: Qdp = H p - p í ^ | .k g (3.1) V 32 y trong đó: /đp - chiều dài lỗ đột phá, m; p - trọng lượng thuốc nạp cho lm lỗ khi đường kính bánh thuốc là 32mm; dn - đường kính bánh thuốc, mm; k - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại thuốc nổ. k = 0,85 khi sử dụng Ammônít cứng N°l; k = 0,65 khi sử dụng các loại thuốc còn lại. Lượng thuốc có thê chứa vào lm dài lỗ gọi là mật độ nạp thuốc: p = 0,8A, kg/m (3.2) trong đó: À - mật độ thuốc ớ dạng bánh, kg/dm3. Các thông số cơ bản của các loại đột phá thường gặp (hình 3.9) ghi trong bảng 3.7 và 3.8. 79 Hệ số độ cứng của đá fk Bảng 3.7 Khoảng cách giữa trục các lỗ min trống và lỗ mìn có nạp thuốc của đột phá dạng đập (m) khi lỗ mìn trống có đường kính (mm) 42 55 75 100 4-5 0,30 0,35 0,40 - 6-8 0,25 0,30 0,35 - 9-10 0,20 0,25 0,30 0,35 Bảng 3.8 Kết cấu đột phá và điều kiện áp dụng của nó Khoảng cách giữa các lỗ trong hàng (m) Khoảng cách giữa đáy của các cặp lỗ (m) Nêm đứng fk = 5 -i- 7 (hình 3.9a) 0,7-0,8 0,1-0,2 Nêm đứng có tạo khe fk = 8 + 10 (hình 3.9b)075 - 0,8 0,2 - 0,3 Nêm kép, fk = 11 -ỉ- 12 nêm chính 0,85 - 0,90 0,2 - 0,3 nêm phụ (hình 2.9) 0,80 - 0,85 0,1 -0,2 c) Xác định số lố m ìn trên gương Đối với các hang có diện tích tiết diện ngang < 40m2, số lượng lỗ trên gương được xác định theo công thức: -a V s N = K 0.s~ — — (3.3) e.d trong đó: N - số lượng lỗ mìn; s - diện tích tiết diện ngang của hang, m2; fk - hệ số độ cứng theo Prototiakonov; d - đường kính thuốc nổ nạp trong lỗ, mm; a - hệ số nén ép, phụ thuộc vào tiết diện ngang của hang a = 0,3 đối với hang < 12m2, a = 0,25 với hang 13 - 40m2; e - hẹ số xét đến loại thuốc nổ. e = 1,2 đối với thuốc ammônit cứng N °l; e = 1,15 đối với đetonit M; e = 1,0 đối với ammônít N°6; K,, - hệ số xét đến loại đột phá và sự tăng số lỗ khi có nổ mìn tạo biên theo phương pháp nạp mìn gần, giá trị của nó lấy theo bảng 3.9. 80