bài giảng công nghệ xây dựng công trình ngầm

10.PP đào hầm bằng khoan nổ mỏTrình tự đào hầm theo các PP khác nhau;a PP đào toàn tiết diện; b PP bậc thang; c PP vòm trước, tường sau; d PP phân mảnh đào toàn tiết diện; e PP nhân đỡ..

Trang 1

Tác giả: TS Trần Văn Toản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BM: Công nghệ và Quản lý Xây dựng

Trang 2

1.Học vấn:

• Kỹ sư: 40C3 - ĐH Thủy lợi (1998-2003)• Thạc sĩ: 12C - ĐH Thủy lợi (2004-2007)• Tiến sĩ: - INSA de Rennes, Pháp (2011-2015)

2.Kinh nghiệm:

•7/2003-12/2003: Thiết kế TCTC các công trình Thủy điện tại Viện KHTL Việt Nam

•6/2005-12/2006: Thực hiện TN Nổ mìn khai thác đá và TN đầm nến đá đắp đập Cửa Đạt

•11/2006-10/2011: Phó TVGS trưởng Hệ thống kênh thải nước tuần hoàn, NM nhiệt điện Hải Phòng

•1/2009-12/2009: Chủ nhiệm đề tài cấp trường “Hạ MNN thi công các công trình trên nền cát chảy”

•Thiết kế, giám sát, kiểm định nhiều công trình vừa và nhỏ

•Tham gia nhiều đề tài cấp cơ sở, cấp bộ và cấp nhà nước

Trang 3

Chương 1: KN chung và PP TCTC hầm (5 tiết)

Chương 3: Bốc xúc và vận chuyển (2 tiết)Chương 4: Gia cố hầm (5 tiết) Chương 5: Xây dựng vỏ hầm (2 tiết)Chương 6: Công tác phụ trợ (5 tiết)Chương 7: Tổ chức thi công hầm (5 tiết)Chương 8: Quản lý ATLĐ và PCCN (2 tiết)

Trang 4

1.Tại sao đi xuống ngầm?

2.Các công trình ngầm:

• Hầm tiện ích công cộng chung• Hầm cáp diện ngầm

• Hệ thống thoát nuớc thải bằng hầm sâu

• Thành phố ngầm (khu thuong mại, nhà thờ, thư viện, nhà hát…)

• Hệ thống tàu diện ngầm• Ðuờng ô tô cao tốc ngầm• Bể boi ngầm

• Công trình quốc phòng ngầm• V.v…

Trang 5

3.Các vấn đề liên quan khi thi công:

• Tải trọng trên mặt đất• Nước ngầm

• Địa chất phức tạp và xử lý đất nền khó khăn

• Thay đổi kết cấu đất đá trong khi thi công và sau xây dựng• Môi trường thi công thiếu ánh sang, oxy, nhiều khí độc• Không gian thi công hẹp

• Ảnh hưởng đến khu vực lân cận• Nhiều công tác phụ trợ đi kèm

Trang 6

4.Một số công trình ngầm đã xây dựng

Hầm dẫn nước vào NMTĐ Hòa Bình

Trang 7

Hầm dẫn dòng công trình Cửa Đạt

Trang 8

Hầm qua đèo Hải Vân

Trang 9

Hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn

Trang 10

Tòa nhà Vincom

Trang 11

Tòa nhà Royal city

Trang 12

Tàu điện ngầm ở Paris

Trang 13

Tàu điện ngầm ở Rome

Trang 14

Tàu điện ngầm ở Moscow

Trang 15

5.Các dạng mặt cắt công trình ngầm

Hầm ngầm cho tàu thuyền di chuyển Rove, Pháp

Trang 16

Kiểu mặt cắt cống ngầm thường thấy ở Paris, Pháp

Trang 17

Hầm trong tuyến đường cong Liart đến Mézière, Pháp

Trang 18

Hầm đường tàu điện ngầm Paris, Pháp

Trang 19

Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân

Trang 20

6.Lý luận cơ bản trong thi công công trình ngầm

Lý luận tải trọng long rờiLý luận đất đá chịu lực

Nhận thức

Đất đá xung quanh bị long rời→ Mất ổn định→ Áp lực lên KC chống đỡ

Đất đã xung quanh vẫn có khả năng chịu lực→ cần lợi dụng và tang cường

Nguyên lý cơ

-Cơ học đất đá: Đất đá xung quanh gồm các hạt rời rạc→ Tải phân bố tác dụng lên KC chống đỡ

-Cơ học KC: KC chống đỡ và vỏ hầm là KC chịu tải→ KC “Tải trọng-KC” (dùng tải trọng bất lợi nhất để thiết kế)

Cơ học đá: Đá vây quanh là khối đá ứng suất-biến dạng → KC chống đỡ là điều kiện biên gới của khối đá bị ứng suât-biến dạng → KC “Vi nham-che chống (dùng trạng thái ứng suất-biến dạng thực tế để thiết kế)

Trang 21

6.Lý luận cơ bản trong thi công công trình ngầm

BP công trìnhLý luận tải trọng long rờiLý luận đất đá chịu lực

Che chống

Sau khi đào hầm→ Đất đá long rời,1 sụt lở→ chia đoạn để kịp thời chống đỡ tạm→ thi công vỏ hầm và tháo dần KC chống đỡ

Đất đá xung quanh hầm sau khi đào hầm được neo, khoan phụt bê tông→ tăng khả năng chịu tải của đất đá xung quanh→ Kết cấu chịu tải liên hợp

Đào hầm

Chia đoạn đào hầm từng

phần→ kết hợp chống đỡ kịp thời Đào bằng PP khoan lỗ mìn và cơ giới nhỏ

Đào hầm toàn bộ mặt cắt→ Ko làm xáo trộn đất đá xung quanh Cũng đào bằng PP khoan lỗ mìn và máy móc cỡ lớn, trung bình

Ưu khuyết điểm

KC chống đỡ tạm thời dễ thấy, đơn giản, dễ thao tác Khi

tháo dỡ khó khăn, ko an toàn,

KC phức tạp, thi công khó khan, tốn kém nhưng không cần tháo dỡ, an toàn, chịu lực

Trang 22

7.Phương pháp Áo mới (NATM)

7.1 Quan niệm cơ bản của NATM (New Austrian Tunneling Method)

- Đào hầm→ trường ứng suất ban đầu của khối đát đá xung quanh thay đổi bất lợi → sắp xếp lại ứng suất theo thời gian (cả vùng dẻo và vùng đàn hồi);

- Phải duy trì, lợi dụng và cải thiện khả năng chịu tải của khối đất đá xung quanh tạo ra trường ứng suất có lợi hơn;

- → Mục đích: Duy trì điều kiện tải trọng 3 trục và giảm thiểu tình hình chịu ứng suất 1 trục hoặc 2 trục.

Trang 23

Trạng thái biên dạng và ứng suất cần phải được bảo vệ

Trang 24

Che chống phụ thêm gồm: neo, vòm giá thép, mạng cốt thép

Trang 26

Phun bê tông để gia cố tuy-nen dẫn dòng (CT Cửa Đạt)

Trang 28

Vòm thép chống đỡ tuy-nen dẫn dòng (CT Cửa Đạt)

Trang 29

7.2 Nguyên lý cơ bản của NATM

- Bảo vệ sức bền của khối đất đá;

- Nhanh chóng tạo hình dáng đường hầm tròn khép kín;- Lập vỏ mỏng và dẻo;

- Đo đạc thường xuyên tại chỗ;

Trang 30

8.Phương pháp thi công đường hầm

8.1 Phương pháp thi công đường hầm trên núi

- Phương pháp mỏ - Phương pháp khoan nổ:• PP khoan nổ truyền thống;

• PP Áo mới.

- Phương pháp dùng máy đào các loại.

Trang 31

8.2 Phương pháp thi công đường hầm nông và trong đất mềm

- PP dùng máy đào các loại;- PP đào lộ thiên;

- PP tường liên tục dưới đất;- PP đào dưới nắp;

- PP đào ngầm nông;- PP khiên.

Trang 32

8.3 Phương pháp thi công đường hầm dưới đáy nước

- PP hạ chìm;- PP khiên

Trang 33

9.Trình tự và nguyên tắc cơ bản thi công

Trình tự thi công theo PP Áo mới

Trang 34

Nguyên tắc cơ bản của thi công:

Trang 35

- PP phân mảnh đào toàn tiết diện.

Trang 36

10.PP đào hầm bằng khoan nổ (mỏ)

Trình tự đào hầm theo các PP khác nhau;

a) PP đào toàn tiết diện; b) PP bậc thang; c) PP vòm trước, tường sau; d) PP phân mảnh đào toàn tiết diện; e) PP nhân đỡ

Trang 37

11.PP đào toàn tiết diện

Áp dụng với đá có độ cứng fk ≥ 4 tiết diện ngang hầm ≤ 120m2

11.1 Các PP

- PP đào toàn tiết diện không cần chống đỡ hoặc chỉ chống đơn giản fk

= 15÷20 ;

-PP đào toàn tiết diện với việc sử dụng vì chống cứng;

-PP đào toàn tiết diện với việc sử dụng vì chống liên hợp;

-PP đào toàn tiết diện với việc sử dụng vì chống mềm;

-PP đào toàn tiết diện với việc sử dụng ván khuôn dạng tấm ghép di dộng;

Trang 38

Đào hầm tiết diện lớn vì chống liên hợp

1-Lớp bê tông phun bên ngoài; 2- Lưới thép; 3- Lớp bê tông phun bên trong; 4- Các neo; I, II, III, IV- trình tự đào và xây vỏ

Trang 39

Đưa ván khuôn dạng khiên vào gương

a)Vị trí làm việc; b) đưa đưa vào gương; 1- Lỗ khoan; 2- Ván khuôn dạng khiên; 3- Bê tông lót; L- Bước đào

Trang 40

12.PP bậc thang

Thứ tự đào hầm theo PP bậc thang

a)PP bậc thang trên; b) PP bậc thang bên; c) PP bậc thang dưới

Trang 41

13.PP đào hầm trong tầng địa chất yếu

Các PP đào từng bộ phận:

-PP vòm trước;-PP nhân đỡ;

-PP phân mảnh đoàn toàn tiết diện.

Ứng dụng:

-Hầm ngắn <300m;-fk=1÷4.

Trang 42

PP vòm trước:

Thứ tự đào hầm theo PP vòm trước

a)Sơ đồ 1 hang dẫn; b) Sơ đồ 2 hang dẫn; c) Sơ đồ phần vòm vượt trước; 1, 2, 3, …., 8- Thứ tự đào tiết diện

Trang 43

PP nhân đỡ:

Thứ tự đào hầm theo PP nhân đỡ

1÷4- Thứ tự đào hang dẫn; 5-Hang dẫn giữa đỉnh; 6-Mở rộng không

Trang 44

PP phân mảnh đào toàn tiết diện:

Thứ tự đào hầm theo phân mảnh đào toàn tiết diện

a)PP nhân đỡ; b) PP phân mảnh đào toàn tiết diện;1, 2, 3, …., 8- Thứ tự đào toàn tiết diện

Trang 45

PP đào có gia cố trước:

Khoan các lỗ vượt trước trên gương

1- Giá khoan; 2- Máy khoan; 3- ống lồng gia cố trước; 4- Vòm thép

Trang 46

14.Các PP đặc biệt

Sơ đồ lỗ khoan phụt xi măng

1- Hang; 2- Tường bê tông; 3- Các lỗ khoan;4- Vùng đất được gia cố

Trang 47

14.Các PP đặc biệt

Trình tự công tác xi măng hóa trong hầm

I, II, III- Các vùng phụt; 1- Vỏ hầm bê tông; 2- Vách bê tông ở gương;

Trang 49

CHƯƠNG 2

CÔNG TÁC KHOAN NỔ MÌN

→ Bốc xúc và vận chuyển→ Gia cố hầm

→ Xây dựng vỏ hầm

Trang 50

2.1 Công tác khoan lỗ và thiết bị khoan

CHƯƠNG 2

Máy khoan kiểu tự hành do Liên Xô sản xuất

Trang 51

CHƯƠNG 2

 Phân loại thiết bị khoan:

Theo hình dạng lưỡi khoan: Có 2 loại:- Lưỡi khoan dạng phiến liên tục- Răng cột (ko liên tục)

Theo dạng phiến liên tục: chữ - (nhất), chữ + (thập)

Theo dạng rang cột: Hình cầu, quả chùy, hình chêm, …

Trang 52

CHƯƠNG 2

Phân loại mũi khoan

Trang 53

2.1 Công tác khoan lỗ và thiết bị khoan

CHƯƠNG 2

 Phân loại máy khoan:

Theo nguồn cung cấp động lực: Có 2 loại:- Khí nén

- Thủy lực

Trang 54

2.2 Vật liệu nổ mìn

542016

Trang 55

2.3 Kết cấu nạp mìn và việc bố trí lỗ mìn trên gương đào

CHƯƠNG 2

a) Dạng cột cho lỗ mìn đường kính lớn

b) Dạng phân bố cho lỗ mìn đường kính nhỏ

1- Nút, 2- Dây nổ, 3- Thuốc nổ rời rạc, 4- Bánh thuốc nổ, 5- Mồi nổ, 6- Dây nổ

Trang 56

2.3 Tính toán các thông số khoan nổ

(kG)p=0,8Δ (kG/m): Mật độ nạp thuốc

k: Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại thuốc nổ (k=0,65÷0,85)dn: Đường kính bánh thuốc (mm)

Trang 57

Trang 58

CHƯƠNG 2

Lỗ tạo rãnh thẳng

Trang 59

CHƯƠNG 2

Trang 60

602016

Trang 61

CHƯƠNG 2

 Ưu, nhược điểm lỗ mìn tạo rãnh xiên:

✓Có thể điều chỉnh theo tình hình thực tế;✓Số lương lỗ cần khoan nhỏ;

✓Độ sâu lỗ khoan bị hạn chế bởi MC hầm;

✓Nhiều máy cùng khoan khó hoạt động đồng thời;✓Phương thức khoan lỗ khó chuẩn xác.

Trang 62

CHƯƠNG 2

 Ưu, nhược điểm lỗ mìn tạo rãnh thẳng:

✓Nhiều máy cùng khoan khó hoạt động đồng thời;✓Độ sâu lỗ khoan không bị hạn chế bởi MC hầm;

✓Có thể dùng nổ phá lỗ sâu, nên tăng nhanh tốc độ đào sâu;✓Số lương lỗ cần khoan nhiều;

✓Phương thức khoan lỗ cần có độ chuẩn xác cao.

Trang 63

CHƯƠNG 2

 Ưu, nhược điểm lỗ mìn trống:

✓Tạo mặt thoáng tốt khi nổ mìn tạo rãnh;✓YC đường kính lỗ khoan lớn (ф>100mm).

Trang 64

CHƯƠNG 2

Sơ đồ nổ phá ở hầm ngầm Mont-Blanc

Trang 65

CHƯƠNG 2

Trang 66

CHƯƠNG 2

Bố trí lỗ mìn tạo rãnh hình chêm theo vòng (cm)

Trang 67

CHƯƠNG 2

Trang 68

CHƯƠNG 2

Bố trí lỗ mìn tạo rãnh thẳng theo lớp (cm)

Trang 69

CHƯƠNG 2

 Trình tự gây nổ

➢Lỗ mìn biên nổ trước tạo vết nứt trên gương đào;

➢ Gây nổ theo từng lớp từ trong ra ngoài (theo thời gian chậm lại của kíp nổ-càng nhỏ càng tốt - 40÷200 ms-nổ vi sai).

Trang 70

Trong đó: N- Số lượng lỗ mìn;

S- Tiết diện ngang của hầm chưa kể tiết diện đột phá (m2);ak- Khoảng cách giữa các lỗ biên (m);

P- Chu vi của hầm (m);

Trang 71

𝑎𝑘 + 1Trong đó: N- Số lượng lỗ mìn;

S- Chu vi của hầm (m);

fk- Độ cứng của đá theo Prototiakonov;

d- Đường kính thuốc nổ nạp trong lỗ mìn (mm);

a- Hệ số nén ép (a=0,3 nếu S≤12 m2, a=0,25 nếu 12≤ S≤40m2);e- Hệ số xét đến loại thuốc nổ (e=1,0÷1,2);

K- Hệ số xét đến loại đột phá (bảng 2.8).

Trang 72

722016

Trang 73

Trang 74

Trong đó: Llb- Chiều dài lấp bua (Llb=0,3W);

p- Độ chứa thuốc của lỗ khoan (kG/m).

Trang 75

Trong đó: Q- Khối lượng thuốc tập trung hoặc lượng nạp thuốc phân đoạn được nổ đồng thời (kG).

Trang 76

2.4 Thi công bằng máy đào toàn tiết diện

CHƯƠNG 2

Trang 77

CHƯƠNG 2

Trang 78

CHƯƠNG 2

Trang 79

CHƯƠNG 2

 Trình tự thi công:

➢Mâm dao quay và tiến lên nhờ các kích đẩy;

➢Mâm dao chuyển động tiến hết hành trình sẽ ngừng quay và trở lại vị trí xuất phát;

➢Nới lỏng cặp chân chống ngang để tiến lên sao cho mâm dao tiến sát đến gương đào;

➢Hành trình mới bắt đầu.

Trang 80

CHƯƠNG 2

Trang 81

CHƯƠNG 2

Trang 82

CHƯƠNG 2

Trang 83

CHƯƠNG 2

Trang 84

CHƯƠNG 2

Trang 85

CHƯƠNG 2

Trang 86

CHƯƠNG 2

Trang 87

CHƯƠNG 2

https://www.youtube.com/watch?v=fKxd5Y3qVFYhttps://www.youtube.com/watch?v=2c8TR48dQB0

Trang 88

CHƯƠNG 3

ĐÀO HẦM

Trang 89

CHƯƠNG 3

ĐÀO HẦM

Trang 90

CHƯƠNG 3

ĐÀO HẦM

Trang 91

CHƯƠNG 3

BỐC XÚC VÀ VẬN CHUYỂN

Trang 92

CHƯƠNG 3

Trang 93

CHƯƠNG 3

Trang 94

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 95

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 96

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

H ×n h 1 3 2 0 C h è n g k iÓ u v ß m

Trang 97

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 98

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 99

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 100

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

H ×n h 1 3 2 4 S ¬ ® å c Ê u t¹ o a n k e

Trang 101

CHƯƠNG 3

GIA CỐ HẦM

Trang 102

CHƯƠNG 4

CÔNG TÁC PHỤ TRỢ

Trang 103

CHƯƠNG 4

CÔNG TÁC THI CÔNG BÊ TÔNG VỎ HẦM

Hình 7.1 Phân đoạn đổ bê tông hầm

a) Chia khe thường; b) Chia khe có đoạn đổ bù;

1– Đoạn đổ bê tông; 2 – Khe; 3 – Vật chắn nước; 4 – Đổ bù

Trang 104

CHƯƠNG 4

Hình 7.2 Bố trí lỗ thông hơi và cửa ra vào ở đỉnh vòm

1– Lỗ thông hơi; 2 – Lỗ đặt ống bơm vữa bê tông; 3 – Cửa ra vào

Trang 105

CHƯƠNG 4

Trang 106

CHƯƠNG 4

Đổ bê tông tuy nen dẫn dòng bằng bơm bê tông (Cửa Đạt)

Trang 107

CHƯƠNG 4

Trang 108

CHƯƠNG 4

Ván khuôn thép trượt để thi công hầm

Trang 109

CHƯƠNG 4

Trang 110

CHƯƠNG 4

Trang 111

CHƯƠNG 4

Trang 112

CHƯƠNG 4

Trang 113

8.1 Quản lý kỹ thuật

CHƯƠNG 8

QUẢN LÝ THI CÔNG HẦM

Nhiệm vụ:

➢Quán triệt đầy đủ và chính xác KHKT;

➢Phát huy đầy đủ lực lượng và thiết bị KT, có cải tiến và tận dụng KT mới;

➢Nâng cao cơ giới hóa để đảm bảo chất lượng CT và hoàn thành CT đúng thời hạn.

Trang 114

CHƯƠNG 8

Nội dung:

➢Biên soạn TKTC thi công và quy trình kỹ thuật thi công;

➢Tiến hành thi công theo đúng TKTC, nghiệm thu chất lượng thi công để đảm bảo chất lượng CT;

➢Xây dựng bộ máy chỉ đạo, chế độ và quản lý từng bước thi công để đảm bảo về mặt KTTC, chất lượng CT và hoàn thành CT đúng thời hạn.

Trang 115

CHƯƠNG 8

Quản lý KT cơ sở:

➢Soạn thảo và quán triệt thực hiện Tiêu chuẩn và QTKT;

➢Biên soạn các loại chế độ QLKT;

➢Triển khai công tác NCKH của KTTC;

➢Tích lũy tư liệu KT và công tác quản lý KT.

Trang 116

➢Chế độ kiểm tra vật liệu và thiết bị;

➢Kiểm tra chất lượng và nghiệm thu công trình;

➢Chế độ quản lý hồ sơ thi công.

Trang 118

8.2 Quản lý chất lượng

1182016

Trang 120

8.2 Quản lý chất lượng

CHƯƠNG 8

 Phương pháp QLCL toàn diện:

➢Gồm 4 bộ phận: Giáo dục chất lượng; Thực hiện chế độ kế hoạch, thực thi, kiểm tra, xử lý; Tiêu chuẩn hóa và Kiểm tra CL.

➢PP vẽ nhân tố chính phụ;

➢PP nhân quả;

➢PP đồ thị tần suất;

➢PP bản vẽ khống chế.

Trang 121

➢Giá thành công trình và phân loại;

➢Kế hoạch khống chế và phân tích giá thành.