Phần 2 của giáo trình Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: thi công công trình ngầm trong đất đá có hiện tượng phụt nổ khí và nổ đá; xây dựng công trình ngầm qua sông, biển; trình tự thi công công trình ngầm qua sông - biển bằng phương pháp hạ chìm;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Chƣơng THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG ĐẤT ĐÁ CĨ HIỆN TƢỢNG PHỤT NỔ KHÍVÀ NỔ ĐÁ 5.1 Tổng quan 5.1.1 Hiện tƣợng nổ khí Làhiện tượng khí động học phức tạp, xảy giải phóng ứng suất đàn hồi tí ch tụ trạng thái giới hạn kèm theo tượng đất đá, khí, bụi bắn với tốc độ lớn kèm theo âm nổ Người ta giải thích tượng giả thuyết sau: - Do có vùng khícó áp suất lớn với lượng tí ch tụ Khi có đường hầm đào tới gần, lớp đá bảo vệ không đủ độ bền để bảo vệ vùng khícó áp lực qlớn Khi độ dày tới giátrị giới hạn, phát sinh “bục” đột ngột làm đất đá, khí, bụi văng vụ nổ - Hiện tượng giải thí ch qtrì nh lý hóa sau: Một phí a làkhícó áp lực cao, tương tác trương nở thể tí ch vùng tí ch tụ, phía đất đá bị tăng ứng suất làm giảm ổn định vàbền vững Trạng thái nổ xảy cân bị phávỡ 5.1.2 Hiện tƣợng nổ đá (xung đập) Khối đá xung quanh cơng trình điều kiện trường ứng suất cao màxảy tượng phiến đá bắn ra, với hông đường hầm cóhiện tượng đá bong tróc gọi lànổ đá Trong khối đá màkhai đào cơng trình ngầm (xưởng ngầm, đường hầm, đường lò khai thác ngầm, khu vực khai thác…) làm phân bố lại ứng suất tượng ứng suất tập trung khối đá xung quanh Sau ứng suất tập trung đạt đến giátrị định thìcóthể xảy nổ đá Trong q trình khai đào cơng trình ngầm, nổ đá tượng phản ánh ổn định khối đá xung quanh mạnh Nólàmột tai họa địa chất lớn thi cơng cơng trình ngầm Do tính phát sinh đột ngột, uy hiếp nghiêm trọng người thiết bị thi cơng cơng trình ngầm Nếu xử lý khơng thỏa 79 đáng, làm cho an tồn thi cơng vàgiữ ổn định khối đá cơng trì nh trở nên khó khăn, chísẽ tạo thành cố cơng trình đặc biệt nghiêm trọng Do nổ đá tượng động lực phức tạp, đến điều kiện hì nh thành vànguyên lýnổ đá cơng trình ngầm chưa có nhận biết thống Cóhọc giả cho nổ đá bị pháhủy cắt; có học giả vào kết thínghiệm vàquan sát đưa kết luận làdo pháhoại kéo giãn căng; cịn cómột quan điểm quátrình pháhoại khối đá phát sinh nổ đá phân làm giai đoạn pháhủy: bóc tách hình thành tấm, bẻ cắt thành cục, bắn bật cục mảng * Điều kiện xảy nổ đá: (1) Khi đào cơng trình ngầm hì nh thành khơng gian ngầm điều kiện hì nh học gây nổ đá (2) Sự tập trung vàphân bố lại ứng suất xung quanh khối đá tạo tí ch lũy lượng lớn lượng biến dạng đàn hồi khối đá xung quanh cơng trình ngầm, điều kiện động lực gây nổ đá (3) Sau khối đá tiếp nhận ứng suất giới hạn sinh khe nứt ban đầu, tập trung giải phóng lượng lượng biến dạng đàn hồi dư tức định mức độ bắn nổ đá (4) Thơng qua hình thức nổ đá xuất hiện, định tí nh chất đá xung quanh cơng trình, đặc trưng kết cấu khối đá, thời gian tích lũy vàgiải phóng lượng biến dạng đàn hồi dài hay ngắn * Căn dự đoán nổ đá Từ quy định vàthành nghiên cứu số quốc gia nhận thấy, sinh nổ đá na ná nhau, vấn đề giai đoạn thiết kế đo đạc cơng trì nh ngầm, vào điều kiện địa chất vạch để phán đốn phát sinh nổ đá có giátrị tham khảo hay không Dựa vào tiêu chuẩn phân loại khối đá công trình Trung Quốc cóthể đưa dự đốn nổ đá sau: (1) Khi Rc/max>7 không xảy nổ đá; (2) Khi Rc/max=4-7 phát sinh nổ đá nhẹ nổ đá mức độ trung bì nh; (3) Khi Rc/max15m), 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 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 154 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 cơng phun cát khoảng 200m3/h Khi diện tích đáy hầm 300-400m2, thời gian thực tế thi công 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 Hì nh 7.27 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 chun dụng tích lớn ảnh hưởng đến diện tích thơng thủy bề mặt ; thiết bị đắt, yêu 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) 155 Do phương pháp ép có ưu điểm bật : khơng cần thiết bị chuyên dụng, thao tác đơn giản, chi phí thi công thấp không 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 cơng 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 thơng 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 ngun dạng cần có tính lưu động cao Mục đích chất trộn có tác dụng bơi 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 khơng 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 156 Hì nh 7.28 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 g 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 dịng chảy (dịch chuyển ngang) Hì nh 7.29 Các giải pháp chống đẩy cho CTN 157 Hì nh 7.30 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 7-26) 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 Trì nh bày khái niệm thi công đường hầm qua sông biển Câu Trì nh bày phương án bố trítuyến đường hầm qua sông biển Câu Liệt kê bước thi công đường hầm qua sông biển phương pháp hạ chìm Câu Trì nh bày phương pháp hạ chìm đốt hầm sơng biển Câu Trì nh bày bước nối đốt hầm sông biển Câu Môtả điểm đặc biệt đường hầm đào qua sông biển 158 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Trung Thành (chủ biên), Đặng Văn Quân (2018), Gia cố đất đá thi công công trì nh ngầm điều kiện đặc biệt, Nxb Xây dựng, HàNội; Nguyễn Thế Phùng (2009), Thi công công trì nh ngầm phương pháp đặc biệt, Nxb Xây dựng, HàNội; 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 trì nh ngầm vàkhai thác mỏ, Nxb Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Xuân Mãn (1988), Xây dựng cơng trì nh 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 159 ... hợp giải pháp sau đây: - Các đường lịcách í t 3 0-4 0m - Hai đường lịgiao với góc từ 6 0-9 00 - Tăng tốc độ thi công - Giảm tải khối đá xung quanh đường l? ?bằng phương pháp nổ mìn 83 5.3 .2 Trong đất... xảy Câu Trình bày giải pháp ngăn ngừa tượng nổ đá Câu Trình bày giải pháp ngăn ngừa tượng nổ khí Câu Trình bày biện pháp thi cơng cơng trì nh ngầm đá có tượng nổ đá Câu Trình bày biện pháp thi cơng... lực Đuôi khiên vỏ chống 1- Mặt gương; 2- Đầu cắt; Buồng cơng tác; 4- Tường ngăn áp lực; 5- Kích đẩy; 6- Băng tải ống vít; 7- Thi? ??t bị lắp vỏ chống; 8- Vỏ chống Hình 6 .22 Sơ đồ nguyên lý hoạt động