Giáo trình Xây dựng công trình ngầm 2 (Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HẦM 1.1 Tổng quan phương pháp thi cơng hầm Nói chung cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm phong phú đa dạng, chúng tổ hợp linh hoạt nhiều giải pháp kỹ thuật sơ đồ công nghệ khác Tên gọi phương pháp cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm có nhiều xuất xứ khác nhau, theo nơi phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹ thuật phổ biến nhiều thói quen Vì để giúp cho người thiết kế thi cơng linh hoạt lựa chọn phương pháp thi công, giải pháp kỹ thuật xử lý tình xảy ra, trước tiên cần thiết giới thiệu sơ yếu tố, khâu kỹ thuật quan trọng công nghệ thi công Có thể nói, cơng nghệ thi cơng tổ hợp yếu tố, giải pháp kỹ thuật sau (bảng 1.1):  Phương pháp đào hay tách bóc đất đá;  Phương pháp kỹ thuật bảo vệ (chống tạm) thi công;  Sơ đồ đào hay sơ đồ thi công gương Bảng 1.1: Các yếu tố cấu thành công nghệ thi công Sơ đồ đào Phương pháp đào hay tách bóc đất Mục tiêu phương pháp bảo vệ đá khối đất đá thi công  Sơ đồ  Khoan, nổ mìn;  Chống đỡ bảo vệ thành hố đào, đào toàn sườn đường hầm  Máy đào hầm: máy đào toàn tiết gương diện máy đào phần tiết diện;  Chống đỡ, ổn định gương đào,  Sơ đồ  Bảo vệ cơng trình ngầm  Đào máy xúc bốc; chia gương  Đào rửa lũa (sức nước, khí  Giảm sụt lún nén)  Chống xâm nhập nước Theo không gian thi cơng phân hai nhóm chính:  Các phương pháp thi công lộ thiên  Các phương pháp thi công ngầm Với phương pháp thi công lộ thiên, toàn hay phận kết cấu CTN thi công lắp dựng điều kiện lộ Cịn phương pháp thi cơng ngầm, tồn kết cấu CTN thi công lắp dựng điều kiện kín lộ tỷ lệ diện tích phần lộ nhỏ so với tổng diện tích khối đất đá xung quanh CTN (ví dụ đào giếng) Bảng 1.2: Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá) Đá rắn cứng Đá bở rời/đất Độ bền cao Độ bền Độ bền Đất dính Đất rời Đất chảy trung bình thấp Khoan-nổ mìn Máy đào toàn gương (máy khoan hầm (Tunnel Boring MachineTBM), máy khiên đào (Shild Machine - SM) Máy đào phần gương, máy cắt phần (Roadheader-RH) Đào máy xúc bốc- máy xúc tay gầu Đào rửa lũa (sức nước, khí nén) Bảng 1.3: Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm Đá rắn cứng Đá bở rời/đất Nứt nẻ Nứt nẻ trung bình Nứt nẻ mạnh Nứt nẻ mạnh giảm bền Đất dính Đất rời Đất chảy Bêtông phun Lưới bảo vệ Neo Khung thép Ván chèn Cắm cọc Ván cừ Ô bảo vệ ống Ô bảo vệ khoan phun-phun tia Bảng 1.4: Phạm vi áp dụng giải pháp đặc biệt theo yêu cầu bảo vệ Yêu cầu Chống đỡ (ổn Bảo vệ Giảm thiểu Chống xâm định) gương cơng trình lún sụt nhập nước Các giải pháp đào ngầm Sơ đồ có nhân đỡ Neo, cược gương Cắm cọc Ép ván cừ Vịm, bảo vệ ống, phun ép Gia cố đất Đóng băng Sử dụng khí nén 1.2 Đặc điểm cơng trình ngầm tiết diện lớn Cơng trình ngầm có tiết diện lớn thường cơng trình hầm giao thụng, hầm trạm mỏ, gian máy hầm thủy điện, cơng trình thường có kích thước tiết diện ngang lớn, không gian thi công rộng, dễ chịu ảnh hưởng đặc tính học đá khối đá, nguy xảy sập đổ cao tiềm ẩn nguy gây an toàn lớn, thi công khối lượng công việc chu kỳ đào hầm lớn, kết cấu chống giữ lớn, việc dựng khó khăn Do mặt thống gương hầm lớn nên việc phá vỡ đất đá tạo khoảng trống khoan nổ mìn dễ dàng Trong trường hợp khơng gian thi công lớn cần phải sử dụng phương pháp thi cơng chia gương để đảm bảo an tồn ngăn ngừa rủi ro, dễ dàng cho việc thi cơng khơng có thiết bị có phạm vi làm việc lớn 1.3 Phân loại cơng trình ngầm 1.3.1 Theo cơng dụng Tùy theo mục đích sử dụng cơng trình ngầm chia cơng trình ngầm làm số nhóm: - Cơng trình ngầm khai thác khống sản: loại cơng trình sử dụng để khai thác tài ngun khống sản, tìm kiếm ngun vật liệu Như hệ thống đường lò, hầm trạm phục vụ mỏ than hầm lò, mỏ quặng v.v Đây cơng trình có tuổi thọ tùy theo sản lượng mỏ có yêu cầu kiến trúc không cao nên người ta cần bảo đảm an tồn sử dụng quan tâm đến tính thẩm mỹ - Cơng trình ngầm giao thơng: nhóm cơng trình phục vụ cho lợi ích giao thơng cơng cộng, chúng đường hầm đường sắt, đường hầm xuyên núi, hệ thống metro thành phố đặc điểm loại cơng trình tuổi thọ cao, u cầu thẩm mỹ kiến trúc cao - Cơng trình ngầm thủy lợi, thủy điện: nhóm cơng trình cung cấp nước cho thủy lợi thủy nông nhà máy thủy điện Những cơng trình ngầm hệ thống thường có chiều dài khơng lớn lắm, nhiên nhóm cơng trình ngầm có thường có giai đoạn làm việc khác chế độ làm việc khác chế độ làm việc khơng có nước chảy bên (khi thi công sửa chữa) vào hoạt động áp lực đất đá bên tác động cịn có nước áp lực nước bên nên thiết kế thi cơng cơng trình ngầm nhóm có đặc điểm yêu cầu riêng - Cơng trình ngầm dân dụng: Những cơng trình ngầm nhóm bao gồm tầng hầm nhà cao tầng, gara để xe ngầm, hệ thống đường hầm kỹ thuật dùng để đặt ống nước sinh hoạt, nước thải, cáp điện, cáp quang phục vụ nhu cầu sinh hoạt nhân dân Kích thước tiết diện ngang cơng trình thường khơng lớn nhiên yêu cầu kiến trúc lại cao hẳn cơng trình phục vụ khai thác khống sản chúng có tuổi thọ cao hẳn thời gian tồn lâu dài - Cơng trình ngầm đặc biệt: nhóm cơng trình ngầm phục vụ mục đích qn sự, quốc phịng, nhà máy ngầm nhóm cơng trình có đặc điểm cần kiên cố cao nằm bí mật lịng đất Thơng thường kích thước tiết diện ngang chúng phòng, tiền sảnh, kho để vũ khí đạn dược nhà máy sản xuất trang thiết bị quân ngầm 1.3.2 Theo vị trí nằm Cơng trình ngầm có dạng, nằm khác Trong xây dựng cơng trình ngầm tùy thuộc vào góc nghiêng trục cơng trình ngầm với phương nằm ngang mà người ta chia ra: - Cơng trình ngầm nằm ngang (khi góc nghiêng trục cơng trình ngầm với phương ngang  khơng q  50) - Cơng trình ngầm nằm nghiêng ( góc nghiêng 502 1.5 > 2.0 - > 0.5 > 0.5 > 1.0 > 0.75 - Câu hỏi ôn tập chương Cầu Trinh bày khái quát phương pháp thi công CTN Cầu Trình bày đặc điểm cơng trình ngầm tiết diện lớn Cầu Phân loại cơng trình ngầm Cầu Nêu sở lựa chọn phương pháp thi cụng Ch-ơng Thi công CTN Ph-ơng pháp lộ thiên 2.1 Khỏi quỏt chung Thi công hở tức tiến hành đào hào từ mặt đất, sau thi công kết cấu CTN lòng hào (hố) đào cuối lại phủ đất hay vật liệu phủ lên công trình ngầm (cut-and-cover) Thông th- ờng ph- ơng pháp hay ph- ơng thức thi công hở, kết cấu công trình ngầm đ- ợc xây dựng từ đáy hào đào hay t- ờng công trình ngầm, sau công việc khác nh- việc hoàn thiện thực 'ngầm' Ph- ơng thức sau đ- ợc gọi ph- ơng thức 't- ờng-nóc' So với ph- ơng pháp thi công ngầm ph- ơng thức thi công hở gặp rủi ro đơn giản Nói chung ph- ơng pháp thi công hở có hai yếu tố quan trọng là: Hào hay hố đào với giải pháp ph- ơng tiện bảo vệ; Kết cấu công trình ngầm Thành hào hay hố đào đ- ợc bảo vệ ph- ơng tiện giải pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào điều kiện thi công cụ thể Dựa vào ph- ơng thức bảo vệ, hay giữ ổn định hào phân nhóm ph- ơng thức thi công nh- hình 2.1 Ph- ơng pháp thi công hở Để bờ dốc (thành hào nghiêng) Bờ dốc đ- ợc gia cố Thành hào thẳng đứng, có t- ờng bảo vƯ Bê dèc tù nhiªn Khung chèng Neo, chèt T- êng cã thÓ thu håi T- êng cõ T- êng bảo vệ phận kết cấu công trình ngầm T- ờng hào nhồi T- ờng cọc nhồi Các giải pháp gia c- ờng, tăng sức Hình 2.1: Ph- ơng thức đào bảo vệ hào ph- ơng pháp hở Tr- ờng hợp thành hào thẳng đứng, dựa vào mặt cắt ngang sơ đồ công nghệ phân hai tr- ờng hợp: Sơ đồ thi công khoảng hở thành hào kết cấu công trình Sơ đồ thi công có khoảng hở thành hào kết cấu công trình Khi thi công theo ph- ơng thức hở phải đặc biệt ý đến điều kiện đất mực n- ớc ngầm chúng có ảnh h- ởng đến độ ổn định thành hào (Bảng 2.1) Hỡnh 2.2 Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng Từ trái qua phải: 1) Tường cọc thép hình đứng kết hợp với gỗ lát ngang; 2) Tường cọc ván thép; 3) Tường đổ bê tông chỗ; 4) Tường cọc đất-xi măng trộn sâu; 5) Tường c bờ tụng ct thộp t Bảng 2.1 Tên ®Êt Møc ®é sơt lë cđa thµnh hµo Trong hµo n- ớc ngầm Trong hào có n- ớc ngầm đất sét ổn định thời gian dài Th- ờng không bị sụt lở đất cát bột Th- ờng không bị sụt lở Rất sụt lở Cát có đất bột Rất sụt lở Sụt lở Cát mịn Sụt lở Tính dung dịch sét sụt lở Cát thô Tính dung dịch sét Thành hào phải thêm chống sụt lở ngang Sỏi cát Thành hào phải thêm chống ngang Bắt buộc phải có biện pháp giữ ổn định thành hào Sỏi cuội Bắt buộc phải có biện pháp giữ ổn Bắt buộc phải có biện pháp định thành hào giữ ổn định thành hào Ph- ơng thức thi công hở đặc tr- ng việc giới hoá cao trình thi công, cho phép áp dụng kết cấu kiểu công nghiệp hoá (lắp ghép cấu kiện đúc sẵn), máy làm đất thiết bị nâng hạ có công suất lớn Tuy nhiên việc đào hố móng đoạn dài gây gián đoạn giao thông thời gian thi công Do đó, phải đ- a đ- ợc giải pháp thi công đồng bộ, hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành để tăng tính khả thi ph- ơng pháp 2.2 Ưu nhược điểm 2.2.1 Ưu điểm - Dễ dàng thiết kế: Hệ thống kết cấu chống giữ bờ dốc, cột chống, neo cố định thành hào phương pháp lộ thiên tương đối rõ ràng, dễ dàng lựa chọn phương án thiết kế tham số hợp lý - Tốc độ thi cơng nhanh tiện: Trong tình trạng bình thường, khai trường thi công phương pháp lộ thiên tương đối rộng, vị trí làm việc thi cơng tương đối nhiều, tiến hành tổ chức thi cơng với số lượng nhân viên, thiết bị, vật liệu, công cụ lớn tốc độ thi công nhanh - Dễ dàng kiểm sốt an tồn, chất lượng tiến độ thi cơng: Đại phân trình tự thi cơng phương diện tác nghiệp phương pháp thi công lộ thiên trực tiếp quan sát kiểm tra, hạng mục thi công dễ dàng đo đạc, tiểm ẩn an toàn dễ phát hiện, giải pháp an toàn tùy theo quy định đầy đủ, đáp ứng đầy đủ điều kiện giải cứu trường tương đối tốt Vì an tồn, chất lượng tiến độ thi công dễ điều chỉnh khống chế - Trường hợp lượng giải tỏa di dời nhỏ, giá thành cơng trình tương đối thấp So sánh phương pháp lộ thiên với phương pháp ngầm phương pháp đào máy, đầu tư nhân cơng tương đối ít, thiết bị tương đối đơn giản, hiệu suất thi công tương đối cao, trường hợp lượng giải tỏa di dời chi phí tương đối thấp 2.2.2 Nhược điểm - Công tác giải tỏa lớn, gây phiền hà cho người dân nhiều ảnh hưởng tới giao thông - Chịu ảnh hưởng lớn biến đổi điều kiện khí hậu, khí tượng - Ảnh hưởng tương đối lớn môi trường - Dễ xảy phá hủy ổn định toàn thành hào 2.3 Phạm vi áp dụng Điều kiện thích hợp để sử dụng phương pháp thi công lộ thiên: Thi công phương pháp lộ thiên thường sử dụng lượng phá bỏ di dời công trình khơng lớn, cho phép hạ thấp mơi trường nước, khai trường thi công tương đối rộng, ổn định tầng đất đá tương đối tốt, thơng thường hình thức kết cấu ngầm phức tạp hào có độ rộng lớn xem xét sử dụng phương pháp thi cơng lộ thiên Điều kiện khơng thích hợp sử dụng phương pháp thi công lộ thiên: Tầng cát chảy hạ thấp nước không phù hợp sử dụng phương pháp thi cơng lộ thiên, lượng cơng trình phá bỏ di dời lớn sử dụng phương pháp lộ thiên để thi công không kinh tế, tầng đất đá mềm ngậm nước sử dụng phương pháp thi cơng lộ thiên độ sâu khai đào hào lớn, tính an tồn thi cơng cần phải tiến hành khống chế chặt chẽ 2.4 Phương pháp đào hào thành nghiêng 2.4.1 Điều kiện sử dụng - §iỊu kiện địa chất, địa chất thuỷ văn, kích th- ớc hố móng không cho phép đào hào với thành thẳng đứng; - Mặt thi công rộng Trong tr- ờng hợp này, thành hố móng không cần chống giữ góc dốc mái hố móng nhỏ trị số góc dốc tự nhiên đất Các kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng, khối đất đồng nhất, góc nghiêng cđa bê dèc so víi ph- ¬ng n»m ngang cã thể áp dụng theo dẫn bảng 2-2 (Theo TCVN-5380) Ph- ơng thức thi công áp dụng khu vực thi công nằm vùng dân c- đông đúc (hình 2-3) Bảng 2-2 Loi đt t ẩm (khơ) Tỷ số Góc chiều cao mái dốc mái dốc và ®ường hình chiếu nằm mặt ngang, ®ộ phẳng ngang Trạng thái ®ất Ẩm Góc Tỷ số mái dốc chiều cao mái dốc và ®ường hình chiếu nằm mặt ngang, phẳng ngang ®ộ Ướt Góc Tỷ số mái dốc chiều cao ®ường mái dốc hình chiếu nằm mặt ngang, phẳng ngang ®ộ Sỏi ®á dăm Cát hạt to Cát hạt trung bình Cát ht nh Sột pha Đt hu c (đt mc) đt mục khơng có rễ 40 30 : 1,20 : 1,75 40 32 : 1,20 : 1,60 35 25 : 1,45 : 2,15 28 : 1,90 35 : 1,45 25 : 2,15 25 50 : 2,25 : 0,84 30 40 : 1,75 : 1,20 20 30 : 2,77 : 1,75 40 : 1,20 35 : 1,45 25 : 2,15 40 : 1,20 25 : 2,25 15 : 3,75 Thµnh hào nghiêng đòi hỏi: Khoảng không gian thi công thông thoáng lớn hơn, Làm tăng khối l- ợng ®µo, bèc, vËn chun,  B·i chøa trung gian vµ khối l- ợng lấp đầy lớn Đòi hỏi phạm vi hoạt động rộng ph- ơng tiện thi công Ng- ợc lại ph- ơng án loại trừ: Toàn hay phần công tác chống giữ Có khoảng không gian thi công kết cấu công trình lớn Đ- ơng nhiên định lựa chọn phụ thuộc vào tính kinh tế ph- ơng án Hình 2-3: Hào thi công có thành nghiêng a) dạng có bờ dốc thông th- ờng, b) dạng có thành thẳng phần d- ới, áp dụng mực n- ớc ngầm thấp c) dạng có thành thẳng phần (áp dụng điều kiện t- ơng tự kiểu a Hình 2-4: Đ- ờng hầm tàu điện ngầm nhịp, hai đ- ờng tàu độ sâu gần mặt đất Để thu nhỏ diện tích thi công khối l- ợng đào, đắp phủ sử dụng kết cấu bảo vệ nh- hình 2-3b 2-3c Khi độ sâu hào lớn 5m bố trí thêm bậc hào rộng 1m Khi hào có độ sâu lớn, lực tác dụng lên thành hào cao, điều kiện khối đất nh- điều kiện thuỷ văn phức tạp có chấn động cần thiết phải tiến hành tính toán ổn định bờ dốc Để giữ ổn định bờ dốc đứng, có khả nguy hiểm xói mòn, tr- ợt lở sử dụng bêtông phun, vữa bêtông, neo chốt, vải địa kỹ thuật ph- ơng pháp hoá học để bảo vệ bờ dốc Khi hào có thời gian tồn phục vụ xây dựng dài cần có giải pháp thoát n- ớc mặt, n- ớc ngầm Khi hào nằm sâu d- ới mực n- ớc ngầm cần thực công tác thoát n- ớc theo giếng khoan có hệ thống Trên hình 2-4 cho thấy hình ảnh công tác thi công hầm tàu điện ngầm hai đ- ờng tàu, kết cấu công trình ngầm cột t- ờng chống đỡ (hầm nhịp), để bờ dốc tự nhiên không chống 2.5 Phương pháp đào hào thành thẳng đứng 2.5.1 Tường hào thành thẳng đứng với kết cấu tường bảo vệ thu hi Trong nhiều tr- ờng hợp, lúc ta đào đất theo độ dốc tự nhiên lý sau: - Đào đất theo độ dốc tự nhiên làm tăng khối l- ợng đào lấp đất hoàn trả; - Xung quanh khu vực thi công có công trình cần bảo vệ Biện pháp đào hố móng với thành thẳng đứng áp dụng khi: - Hố móng có chiều sâu không lớn, đào đất có độ kết dính tốt, ổn định - Điều kiện mặt thi công hạn chế xung quanh có công trình cần đ- ợc bảo vệ Bảng 2-3 Loại đất đất cát lẫn sỏi sạn htd 1m đất pha cát 1,25m đất thịt, ®Êt sÐt  1,5m  2m Tr- êng hỵp chiỊu sâu hố móng lớn giá trị htd cho phép phải áp dụng biện pháp giữ ổn định thành v hố móng để tránh sụt lở hay bùng sau đào Trình tự công việc thi công theo ph- ơng thức hào đào thành thẳng đứng với kết cấu bảo vệ đ- ợc thu hồi bao gồm phần việc theo trình tự sau: Dọn dẹp, san gạt chuẩn bị mặt bằng; Thi công đóng cọc cừ vào đất dọc theo h- ớng tuyến dự kiến đặt công trình ngầm; Đào đất hố móng đà đ- ợc bảo vệ thiết bị thi công lộ thiên; Gia cố giữ ổn định hệ thống cọc cừ ván chèn, neo, giằng hay văng tăng sức (nếu cần) đồng thời với trình đào đất; Thi công đổ bê tông nền, lắp cốp pha đổ bê tông kết cấu công trình (nếu bê tông toàn khối) lắp ghép cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn (nếu cấu kiện đúc sẵn) Thi công lớp chống thấm (xử lý mối nối, bơm chèn bê tông vào phía sau vỏ chống, phun trát vữa chống thấm mặt trong, v v) Hoàn thiện công trình; Lấp đất hoàn trả mặt bằng; Kéo rút cọc cừ Trong trình thi công đào hào, đáy hố móng nằm d- ới mực n- ớc ngầm thi công mùa m- a phải áp dụng đồng thời biện pháp tiêu n- ớc đất thịt, đất sét Khi h chỡm, phõn biệt hai trường hợp: trường hợp đốt hầm có khả tự chìm trường hợp đốt hầm khơng có khả tự chìm Trong trường hợp thứ nhất, việc thả chìm đốt hầm tiến hành nhờ phao Các phao làm nhiệm vụ không chế, kiểm sốt để đốt hầm từ từ chìm xuống đáy hào Trong trường hợp thứ hai, làm thay đổi tính đốt hầm nhờ nước chứa két nước đặt lòng đốt hầm Thay đổi lượng nước làm thay đổi tính đốt hầm (thêm nước vào đốt hầm chìm) Cơng nghệ hạ đốt hầm phụ thuộc vào chiều sâu tốc độ dòng chảy lực thiết bị Ngoài thiết bị tời, cẩu đặt phà cịn sử dụng loạt thiết bị dàn nâng với kích thuỷ lực, sàn nổi, v.v…  Hạ chìm thuyền cần cẩu Phương pháp cẩu hạ thuyền cần cẩu thường gọi phương pháp cẩu nổi, áp dụng với đốt hầm có khả tự chìm Hệ thống cần cẩu bố trí thuyền (xà lan) treo đốt vỏ hầm góc cáp kéo, số lượng thuyền cẩu phụ thuộc vào sức nâng cẩu trọng lượng đốt vỏ hầm Phương pháp đòi hỏi diện tích mặt sơng thi cơng rộng  Hạ chìm thùng (hình 5.16) Trong phương pháp này, thường sử dụng thùng hình vng với lực 1000-1500kN đặt góc đỉnh (cạnh thùng dài 10m, chiều cao khoảng 4m) trực tiếp treo đốt hầm lên Lực cẩu dây treo phải tác dụng vào trung tâm thùng Bốn Hình 5-16 Hạ chìm thùng thựng ni chia l nhóm trước sau, dùng dầm mắt cáo liên kết lại Thùng có tác dụng treo, định vị đốt hầm trình chất tải (bằng nước bên đốt hầm), giữ ổn định đốt hầm theo phương thẳng đứng trình hạ chìm đốt hầm Phương pháp thích hợp với đốt hầm lớn  Hạ chìm sàn tự nâng Khi chiều sâu hạ đốt hầm lớn 15-20m, tốc độ dòng chảy lớn việc dùng sàn tự nâng có hiệu Nó dịch chuyển nước đặt vào vị trí nhờ trụ đỡ co rút (hình 5.17) Khi di chuyển cụm thiết bị đốt hầm tới vị trí hạ chìm, dùng thủy lực hạ chân xuống tận đáy nước để định vị sau hạ chìm đốt hầm xuống Hình 5.17 Giàn thi cơng theo phương pháp thả chìm  Hạ chìm tổ hợp sàn bán Hình 5.18 Cấu tạo trình tự hạ đốt hầm giàn chìm Hình 5.19 Sơ đồ thả chìm đường hầm Rotterdam thùng  Phương pháp cẩu dầm gác nhóm thuyền (hình 5.20) Dùng dầm gác nhóm thuyền nối lại thành thể thống Mỗi nhóm thuyền dùng xà lan ghép hai nhóm thùng liên kết lại Hai đầu cặp dầm gác lên thuyền tạo thành nhóm thuyền trước, nhóm thuyền sau Phương pháp thích hợp với đốt hầm nhỏ Hình 5.20 Sơ đồ hạ chìm dầm gác lên nhóm thuyền d Hạ đốt hầm vào vị trí Đốt hầm vận chuyển đến cách vị trí cần hạ khoảng 10-20m theo hướng dọc, điều chỉnh phương hướng cho tâm đốt hầm trùng với tâm tuyến hầm, sai số không lớn 10cm, độ dốc dọc đốt hầm điều chỉnh với độ dốc dọc thiết kế Sau định vị xong bơm nước gia tải triệt tiêu hết lực đẩy Quá trình hạ chìm đốt hầm diễn khoảng 1-4 giờ, cần tiến hành trước 1-2 vào thời điểm thủy triều rút xuống mức bình thường Khi bắt đầu hạ chìm, tốc độ dòng nước cần phải nhỏ 0,15m/s Nếu tốc độ dịng nước lớn cần có biện pháp hỗ trợ bố trí thêm neo để đốt hầm đến vị trí an tồn Để chống lật cho đốt hầm ngăn ngừa dịch chuyển ảnh hưởng dịng chảy q trình hạ chìm, giải pháp thường sử dụng trần đốt hầm bố trí dây cáp neo gắn với tời đặt phà (hình 7-19) Hình 5.21 Một dạng sơ đồ giữ ổn định đốt hầm hạ chìm Nói chung, hạ chìm đốt hầm tiến hành theo bước: sơ hạ chìm, hạ chìm ghép nối đốt hầm: - Sơ hạ chìm: trước tiên bơm nước gia tải đến 50% trị số quy định (dùng dây cáp đo), điều chỉnh vị trí, tiếp tục bơm nước vào gia tải lực chìm đạt 100% trị số quy định Hạ chìm đốt hầm với tốc độ không vượt 30cm/phút đáy đốt hầm cách cao trình thiết kế 4-5m Trong q trình hạ chìm ln ln theo dõi điều chỉnh vị trí đốt hầm - Hạ chìm ghé sát: Hạ đốt hầm đẩy sát vào cách đốt hầm trước khoảng 2- 2,5m, tiếp tục hạ thấp đến cách cao trình thiết kế 0,5-1m, điều chỉnh lại vị trí đốt hầm Hình 5.22 Nối đốt hầm Hạ sát đất: Hạ thấp đốt hầm đến cách cao trình thiết kế 10-20cm, tiếp tục đẩy dời đốt hầm đến cách đốt hầm trước 10-20cm, điều chỉnh vị trí xong lại tiếp tục hạ chìm Đoạn 10-20cm cịn lại phải hạ tốc độ chậm phải kết hợp với điều chỉnh kịp thời Khi hạ sát đất, phải cho mũi đốt hầm gác sát vào mũi đốt hầm đặt trước (gờ mũi), sau cho phía sau đốt hầm gác lên gối tựa tạm thời Sau đặt đốt hầm vào vị trí, dỡ tải điểm cẩu, trước tiên dỡ 1/3 lực cẩu, điều chỉnh vị trí đốt hầm tiếp tục dỡ 1/2 lực cẩu, tiếp tục điều chỉnh tháo dỡ toàn lực cẩu để toàn đốt hầm tác dụng lên gối tựa tạm thời  Thiết bị chủ yếu trình hạ chìm - Thiết bị cẩu hạ đốt hầm - Kích kéo nối: kích kéo nối lắp bên tường đốt hầm, dùng để kéo nối đốt hầm với - Tháp định vị: hay gọi tháp quan trắc làm kết cấu thép, dựng phía trước phía sau đốt hầm Trên tháp có lắp thiết bị đo đạc, tời định vị, có thêm phịng huy Trong tháp có lắp giếng ống đường kính 80-120cm dùng cho người lại - Neo đất: trước hạ chìm, cần bố trí sẵn neo đất để lắp dây cáp định vị; - Máy đo cự ly sóng siêu âm: đặt vào đầu đốt hầm để đo khoảng cách đốt hầm theo phương Khi khoảng cách 1m, độ xác phải đạt 5mm - Máy đo lực dây cáp: đầu cố định dây neo dây cẩu bố trí máy đo lực tự động trực tiếp thơng báo trị số lực cáp cho phòng điều khiển e Nối đốt hầm Sau hạ chìm đốt hầm xong, cần phải nối kín với đốt hầm đặt trước thành thể thống nhất, công tác tiến hành nước Phương pháp nối chia thành dạng: - Nối bê tông nước - Nối thủy lực  Nối bê tông nước: Đây phương pháp áp dụng rộng rãi thời kỳ đầu Trước tiên, bố trí khung vây phẳng bên mối nối đốt hầm đồng thời với trình chế tạo đốt hầm Sau hạ chìm đốt hầm, lắp khung vây hình trịn vào khung vây phẳng vị trí mối nối, đồng thời phía ngồi vỏ hầm dùng ván thép phủ kín cách ly, cuối đổ bê tơng nước vào khn vây hình thành tạo nên vịng bê tơng bao vây lấy mối nối đoạn hầm Phương pháp có nhược điểm: công nghệ thi công nước phức tạp, dùng nhiều công thợ lặn; đường hầm dịch chuyển, biến dạng dẫn đến nứt chỗ nối rò rỉ nước Chính khơng cịn sử dụng công nghệ  Phương pháp nối thủy lực: - Nguyên lý tác dụng: lợi dụng sức ép thủy lực cực lớn đốt hầm tác dụng vào vòng đệm cao su lắp chu vi mặt đứng đốt hầm để làm cho phát sinh biến dạng ép co hình thành mối nối thủy lực kín nước đầu đoạn hầm Khi thi cơng, sau hạ đốt hầm vào vị trí, trước tiên kéo đốt hầm vào sát đốt hầm đặt trước dựa vào thật khít Khi đó, đệm cao su đầu nối phát sinh biến dạng ép co lần thứ có tác dụng chắn nước sơ Sau tiến hành nước khu vực nối đoạn hầm Trước lúc thoát nước, áp lực nước tác dụng lên tường đốt hầm lắp dựng vị trí tiếp nối với đốt hầm lắp dựng trước lên tường mặt sau cân với Sau thoát nước khu vực nối đốt hầm, hình thành áp suất khí nhỏ áp lực nước tác dụng lên tường mặt sau làm cho đốt hầm bị đẩy lên phía trước gây ép co lần thứ lên cao su mặt nối đốt hầm tạo hiệu ứng kín nước tốt Phương pháp ép nối thủy lực có cơng nghệ đơn giản, tính kín nước tốt, tốn cơng thợ lặn, tốn vật liệu, tốc độ thi công nhanh nên ứng dụng rộng rãi - Trình tự thi cơng: Trình tự thi cơng nối liền đốt hầm nước phương pháp thủy lực gồm bước: đặt đốt hầm vào vị trí, kéo nối, ép nối, tháo tường bịt đầu đốt hầm: Bước Đặt đốt hầm vào vị trí: tiến hành theo giai đoạn nói trên: sơ hạ chìm, hạ chìm ghé sát, hạ sát đất Bước 2: Kéo nối: Dùng kích bố trí sẵn hai bên vách đứng thành đốt hầm kéo đốt hầm đặt sát vào đốt hầm đặt trước làm cao su mối nối biến dạng ép co lần có tác dụng chắn nước sơ Quy cách số lượng kích cần dùng dựa vào chu vi đệm cao su đốt hầm để lựa chọn Tổng số lực kéo kích bình thường 2000-3000kN, hành trình 1000mm Một đầu nối đốt hầm dùng 2-4 kích để kéo nối, vị trí kích cần đối xứng với đường trục đoạn hầm, thơng thường dùng kích sức kéo 1000-1500kN bố trí bên vách hầm Bước ép nối: Sau thao tác kéo nối xong, mở van nước bố trí tường bịt kín đốt hầm đặt trước cho thoát khu vực mối nối đốt hầm Van nước có ống dẫn nối liền với két nước đốt hầm đặt trước Thốt nước phần, phải tiến hành mở van thơng khí tường bịt kín phía sau đốt hầm đặt trước để đề phịng tượng tường bịt kín bị phản lực chân khơng ngược hướng phát sinh hư hỏng (vì nói chung thiết kế ý tới áp lực nước hướng tác dụng từ bên ngoài) Khi mực nước khu vực mối nối hạ gần đến mức nước két nước, cần mở bơm hút nước để hỗ trợ nước, khơng khơng thể hạ tiếp mức nước vùng mối nối Sau bơm tháo hết nước, áp lực tác dụng toàn đệm cao su toàn áp lực nước tác dụng lên tường bịt kín phía sau đốt hầm đặt áp lực đạt đến hàng chục triệu N (tương đương 3000-4000kN/m tác dụng lên đệm cao su) tùy thuộc vào độ sâu mực nước đặt đường hầm kích thước mặt cắt ngang đường hầm Dưới tác dụng áp lực này, đệm cao su vị trí mối nối bị biến dạng ép co lần đạt đến độ kín tuyệt đối Lượng đệm cao su bị ép co giai đoạn nói chung khoảng 1/3 chiều cao đệm Kích thước độ cứng đệm cao su mối nối phải thiết kế dựa vào áp lực Bước Tháo dỡ tường bịt kín: Sau hồn thành việc ép nối tháo dỡ tường bịt đầu đốt hầm vị trí mối nối tiến hành lắp ráp cao su hình  W mặt đường hầm vị trí mối nối Ví dụ: Các đốt hầm bê tơng cốt thép có chiều dài 65m rộng 21m đường hầm Rotterdam Maas đây, khoảng hở đốt 1m Đầu tiên, đẩy hai khố theo rãnh thẳng đứng nằm mặt ngồi đốt hầm vào khoảng trống để làm kín đốt hầm, có bề mặt ngồi lồi cịn lại có phẳng Sau đó, khoảng trống lấp đầy bê tông đổ nước Buồng cơng tác phía mối nối giữ khơ nhờ áp lực khí nén khơng gian thi công chuẩn bị cách cẩn thận phía khe hở suốt chiều sâu đốt hầm thả chìm Sau đó, lắp khố ngăn khí phía giàn (sà làn) đốt hầm, từ tiến hành phá dỡ tường ngăn mặt tiếp xúc (d) (hình 7.25) đốt hầm nước bị ngăn không cho tràn vào từ đốt hầm bên cạnh Phần đáy vòm ngược liên kết tốt với tường ngăn hai bên tạo thành khối liên tục Cuối mối nối trám khít từ bên đường hầm loại vữa đặc biệt Hình 5.25 Liên kết đốt hầm thả chìm (Rotterdam) 5.2.6 Xử lý đoạn vỏ hầm lấp đất đá a Xử lý móng: Do đường hầm thi cơng phương pháp hạ chìm đoạn, sau đào hố móng, hạ chìm đoạn ống, xử lý móng đắp lại lớp vật liệu phủ phía hầm, hệ số kháng (tỷ số trọng lượng đốt hầm lực đẩy nước tác dụng lên đốt hầm) 1,15-1,25, tải trọng tác dụng lên móng so với trước lúc đào thay đổi không đáng kể nên đường hầm không bị lún cố kết đất lực cắt phá hoại Vì khối lượng cơng tác khảo sát thăm dị địa chất nước không lớn Tuy nhiên, thi công đường hầm phương pháp hạ chìm phải tiến hành xử lý móng do: trước hạ chìm, hố móng đào không phẳng làm cho bề mặt tiếp xúc đáy đốt hầm hố đào không đều, phẳng dẫn đến diện truyền lực không dễ phát sinh biến dạng phá hủy cục bộ, lún không Xử lý móng có mục đích làm kín khoảng hở bề mặt đáy hầm mặt đáy móng chủ yếu cách lấp đầy đáy móng Có phương pháp xử lý móng : phương pháp bằng, phương pháp phun cát, phương pháp phun vữa có thêm phương pháp gia cố móng cọc Phương pháp tiến hành trước hạ chìm đốt hầm Phương pháp phun cát phun vữa tiến hành sau hạ chìm đốt hầm Phương pháp móng cọc chủ yếu dùng đất đặt biệt yếu Ngồi ra, xử lý móng cho đường hầm thi cơng phương pháp hạ chìm cịn dùng phương pháp phun cát phương pháp chèn túi cát phương pháp phun cát, cát phun vào hai bên đáy móng, áp dụng hiệu với hầm đáy tròn hiệu với hầm phẳng chữ nhật Trong phương pháp đệm túi cát, cát bơm vào túi đặt sẵn đáy đốt hầm - Phương pháp bằng: Phương pháp dùng thuyền có lắp gạt, cào vật liệu đệm lót đáy sông (cát thô, cuội sỏi, đá dăm) dùng làm móng cho cơng trình Khi dùng phương pháp này, q trình đào hố móng cần đào vượt q 6080cm, hai bên đáy hố móng cần đóng số cọc ngắn lắp ray dẫn hướng để cào khống chế cao trình độ dốc đáy hầm Khi lắp ray dẫn phải đảm bảo độ xác cao khơng ảnh hưởng đến hiệu xử lý móng Rải vật liệu lót đáy dùng gầu ngoạm ống thả vật liệu kết hợp với máy san vật liệu Phạm vi rải vật liệu chiều dài đốt hầm, bề rộng đáy đốt hầm gia tăng thêm bên 1,5-2m Nếu dùng vật liệu lót đá dăm cuội sỏi nên có đường kính tương ứng 15cm 2,6-3,8cm Hình 5.26 Phương pháp lót sỏi Thuyền dùng để thi cơng cần có khối neo để cố định đáy sông, gạt treo giàn mắt cáo Giàn đặt ray, xong, mặt lớp đệm phải có độ phẳng: cát ±5cm, đá dăm ±20cm Để đảm bảo cho móng chặt chắc, sau hạ chìm đốt hầm xong tăng thêm nước chất tải để làm chặt lớp vật liệu đệm Nếu vật liệu đệm đá dăm thơng qua lỗ bố trí sẵn đáy đốt hầm phun vào lớp đệm hỗn hợp vữa xi măng chất giãn nở tăng độ chặt cho lớp đệm Phương pháp áp dụng chiều rộng hầm < 15m - Phương pháp phun cát: Khi đáy đốt hầm rộng (>15m), dùng phương pháp cào gặp khó khăn, thay phương pháp phun cát (được áp dụng lần vào năm 1941 đường hầm Mass (Hà Lan)) Trong phương pháp này, sử dụng bơm để bơm hỗn hợp nước cát từ mặt nước thông qua đường ống dẫn luồn vào đáy đốt hầm, phun cát vào lấp đầy khoảng hở đáy hầm mặt đào Tầng đệm cát phun dày khoảng 1m Đường kính bình qn hạt cát khoảng 0,5mm Tầng đệm cát thường có độ rỗng cao khoảng 40-42% Thi công phun cát cần phải dùng giá sàn chuyên dụng, phận đỉnh giá sàn mặt nước, di chuyển dọc theo đốt hầm dựa hệ thống ray dẫn đặt đỉnh đường hầm Trên giá sàn treo nhóm (3 ống) ống hình chữ L luồn vào đáy đốt hầm: ống nằm ống phun cát đường kính 100mm, ống hai bên ống hút đường kính 80mm Trong q trình phun, ống phun chuyển động xoay hình rẻ quạt tiến dần lên Đồng thời với trình phun cát, ống hút thu hồi lại nước làm cho đáy đốt hầm hình thành khu vực lưu động cát lắng xuống đồng dễ dàng Từ hàm lượng cát nước đo đánh giá mức độ chặt tầng cát Khi phun cát phải đoạn trước hầm di chuyển đến đoạn sau, sau lại chuyển hệ thống ống phun sang phía nửa hầm cịn lại bắt đầu phun từ phía cuối lên đến chỗ mối nối với đốt hầm trước Tốc độ thi công phun cát khoảng 200m3/h Khi diện tích đáy hầm 300-400m2, thời gian thực tế thi cơng khoảng 15-20giờ Sau hồn thành cơng tác phun cát, tiến hành tháo dỡ kích định vị gối tựa tạm thời đặt đào làm cho toàn trọng lượng đốt hầm (bao gồm vật chất tải) đè lên lớp cát có tác dụng làm chặt Độ lún phát sinh sau vào khoảng 5-10mm Hình 5.27 Lót bơm cát Phương pháp phun cát sử dụng rộng rãi châu Âu, thích hợp với đường hầm có bề rộng lớn Phương pháp thích hợp sử dụng trường hợp yêu cầu phải hút hết lượng bùn lớn lắng đọng hố đào trước xử lý móng cách đảo chiều hệ thống phun cát Nhược điểm phương pháp phải sử dụng thiết bị chuyên dụng tích lớn ảnh hưởng đến diện tích thơng thủy bề mặt ; thiết bị đắt, u cầu cao khống chế độ chặt cát làm tăng chi phí thi cơng - Phương pháp phun ép: Sau hạ chìm đốt hầm vào vị trí, tiến hành phun ép vữa xi măng cát cát vào đáy đốt hầm tạo thành móng cho đoạn hầm Dựa vào vật liệu phun ép khác nhau, phân thành phương pháp: phun ép vữa phun ép cát (khác với phương pháp phun ép cát trên) Do phương pháp ép có ưu điểm bật : không cần thiết bị chuyên dụng, thao tác đơn giản, chi phí thi cơng thấp khơng bị ảnh hưởng độ sâu mực nước, tốc độ dòng chảy thủy triều điều kiện khí tượng, khơng cản trở đến lưu thơng mặt nước, thi công liên tục, … nên ngày sử dụng rộng rãi + Phương pháp phun ép vữa : Nếu dùng phương pháp này, đào hố móng cần đào sâu thêm khoảng 1m, sau đổ lớp đá dăm dày 40-60cm không cần cào (chỉ cần tương đối phẳng được), sau bố trí đống đá làm gối tựa tạm thời tiến hành hạ chìm đốt hầm Sau hạ chìm đốt hầm, đốt hầm đè lên gối tựa tạm, dọc theo chu vi đốt hầm cạnh đáy đoạn cuối đốt hầm tiến hành chèn đá tạo gờ chắn kín cao so với đáy đốt hầm khoảng 1m Sau đó, từ bên lịng đường hầm, dùng thiết bị ép vữa thông qua lỗ ép vữa 80mm chừa sẵn đáy đốt hầm, ép hỗn hợp vữa xi măng cát vào khe hở tồn đáy đốt hầm Hỗn hợp vữa xi măng bao gồm: xi măng, chất giãn nở, chất bôi trơn, cát vàng chất chậm ninh kết (Xi :150kg, chất giãn nở bôi trơn : 25-38kg, cát vàng : 600-1000kg) Cường độ vữa cần không thấp cường độ đất nguyên dạng cần có tính lưu động cao Mục đích chất trộn có tác dụng bôi trơn trương nở để tăng độ lưu động vữa đồng thời để tiết kiệm xi măng áp lực ép vữa cần lớn áp lực nước khoảng 20% cần khống chế để không gây kích đốt hầm lên Khoảng cách lỗ ép vữa dọc theo trục hầm khoảng 40-90cm + Phương pháp phun ép cát : Phương pháp gần giống phương pháp phun ép vữa vật liệu đưa vào hỗn hợp cát nước Đường kính hạt cát từ 0,15-0,27mm, áp lực ép cát lớn áp suất thủy tĩnh đáy sông khoảng 50-140kPa Phương pháp ép cát cụ thể sau: bên hầm, dọc theo trục hầm bố trí ống chở vật liệu 200mm nối với bờ sông nguồn cát sông, thông qua thiết bị bơm cát ống hút vật liệu đẩy hỗn hợp cát nước (tốc độ khoảng 3m/s) đến lỗ ép cát lắp đặt sẵn qua van chiều xuống khe hở hầm mặt hố đào Tại thời điểm tiến hành ép cát qua khoảng lỗ (tiến hành đoạn) sau chuyển sang lỗ Hướng ép cát theo chiều từ mép sông để tránh bùn đất tích tụ đường hầm Hình 5.28 Lót phun ép vữa (cát) Trước thi cơng cần tiến hành thí nghiệm để xác định đường kính lỗ ép cát, khoảng cách lỗ, tỷ lệ cát/nước, áp lực ép b Chống cho cơng trình Khi đốt hầm ghép lại thành hệ thống đường hầm, ta phải tiến hành chống cho Để làm việc này, người ta dùng neo, lớp đệm hầm, mấu giữ phía hơng hầm, v.v… (hình 7-29) Các cơng trình chống đồng thời cơng trình chống biến đổi trục hầm theo dòng chảy (dịch chuyển ngang) Hình 5.29 Các giải pháp chống đẩy cho CTN Hình 5.30 Đốt hào đặt chuẩn bị sẵn phương pháp hạ chìm hầm đắp lớp đất (sỏi, đá) bảo vệ Cũng để giữ nguyên vị trí thiết kế đốt hầm để bảo vệ kết cấu không bị tàu thuyền va đập, vật trôi sông nước phá hoại, đường hầm phải lấp lớp đất đá bảo vệ (hình 5-26) Theo số liệu thực tế, chiều dầy lớp đất đắp hầm 1,5 - 3m Vật liệu chiều dầy lớp đắp xác định phụ thuộc vào chế độ thuỷ lực dịng chảy có xét đến khả xói đáy dịng chảy thời gian khai thác hầm Để đắp hầm, người ta dùng cát hạt thơ vật liệu có kích thước lớn Trong trường hợp bị xói mịn hầm xếp đá hộc Hệ số an tồn chống lại đẩy đường hầm thiết kế lớp vật liệu đắp lấy 1,15 - 1,25 Câu hỏi ơn tập Câu Trình bày khái niệm thi công đường hầm qua sông biển Câu Liệt kê bước thi công đường hầm qua sông biển phương pháp hạ chìm Câu Trình bày phương pháp hạ chìm đốt hầm sơng biển Câu Trình bày bước nối đốt hầm sông biển Câu Mô tả điểm đặc biệt đường hầm đào qua sông biển TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Trung Thành (chủ biên), Đặng Văn Quân (2018), Gia cố đất đá thi cơng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt, Nxb Xây dựng, Hà Nội; Nguyễn Thế Phùng (2009), Thi cơng cơng trình ngầm phương pháp đặc biệt, Nxb Xây dựng, Hà Nội; Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn (2001), Thi công Hầm, Nxb Xây dựng, Hà Nội; Võ Trọng Hùng, Phùng Mạnh Đắc (2005), Cơ học đá ứng dụng xây dựng cơng trình ngầm khai thác mỏ, Nxb Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Xn Mãn (1988), Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt, Bài giảng Cao học, Đại học Mỏ - Địa chất 陈韶章, 洪开荣 (2010), 复合地层盾构设计概论, 人民交通出版社 王梦恕(2009), 中国隧道及地下工程修建技术, 人民交通出版社 陈馈,洪开荣,吴学松 (2008), 盾构施工技术, 人民交通出版社 陈建平, 吴立 (2000), 地下建筑工程设计与施工, 中国地质大学出版社 10 张永兴 (2007), 岩石力学，中国建筑工业出版社 ... 1 ,20 : 1,75 40 32 : 1 ,20 : 1,60 35 25 : 1,45 : 2, 15 28 : 1,90 35 : 1,45 25 : 2, 15 25 50 : 2, 25 : 0,84 30 40 : 1,75 : 1 ,20 20 30 : 2, 77 : 1,75 40 : 1 ,20 35 : 1,45 25 : 2, 15 40 : 1 ,20 25 : 2, 25... chuyển đá, Chống cố định hay xây dựng kết cấu cố định cho công trình ngầm Hỡnh - 10 Trình tự công việc công tác khoan-nổ mìn Ph- ơng pháp thi công công trình ngầm 6 -2 ... Sơ đồ đào hầm phương pháp ngầm ViƯc lùa chän cịng nh- ph¸t triĨn c¸c ph- ơng pháp thi công xây dựng công trình ngầm có ý nghĩa đặc biệt Hiệu kinh tế xây dựng công trình ngầm chịu ảnh h- ởng yếu