7 Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các kết cấu công trình ngầm mỏ cũng có thể phải đảm nhận những nhiệm vụ phụ khác, tuỳ thuộc vào những đòi hỏi, các yêu cầu xuất phát từ điều kiện thực tế và tự nhiên nh: Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trớc các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá; Bảo vệ các đờng lò khỏi bị nớc xâm nhập. Trong nhiều trờng hợp, các nhiệm vụ phụ này không mang ý nghĩa đặc biệt, song cũng có những trờng hợp chúng lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đất/đá chứa nớc. Các công trình xây dựng dân dụng, quốc phòng và công nghiệp thờng có tuổi thọ cao hơn, thậm chí vĩnh cửu, cho nên ngoài nhiệm vụ đáp ứng các mục tiêu chung đề ra cho các kết cấu công trình ngầm, tùy theo chức năng của công trình, chúng còn phải thoả mãn những yêu cầu cụ thể khác nhau nh cách nớc, chống cháy, thẩm mỹ, vật lí khí hậu và đặc biệt là độ bền vững hay ổn định lâu dài (bền lâu). Ngày nay các thành tựu nghiên cứu của các lĩnh vực cơ học đất/đá đã khẳng định rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo, gìn giữ đợc độ bền hay khả năng mang tải của khối đất/đá, để có thể phát huy, sử dụng khối đất/đá thành một bộ phân chịu tải. Vì vậy các biện pháp chống giữ đợc sử dụng cũng cần đáp ứng yêu cầu là phát huy, hỗ trợ cũng nh gây ảnh hởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá. Trong trờng hợp lý tởng chỉ nên coi kết cấu chống là một dạng gia cố hay gia công bề mặt cho khối đá. Tuy nhiên, trong thực tế các kết cấu chống cũng thờng đạt đợc độ cứng vững nhất định, nên có thể tiến hành tính toán thiết kế và kiểm chứng đợc. Nói chung, để đảm bảo, giữ gìn đợc khả năng tự mang tải của khối đá, cũng nh đảm bảo ổn định, bền vững lâu dài cho các công trình ngầm, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau: Lựa chọn vị trí hợp lý bố trí công trình ngầm; Lựa chọn đợc hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến điều kiện cụ thể về các tính chất của khối đất/đá; Lựa chọn các phơng pháp và giải pháp thi công hợp lý; Lựa chọn phơng pháp chống giữ hợp lý; Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá/đất và kết cấu công trình ngầm; áp dụng các phơng pháp khai đào không hoặc ít gây tác động xấu đến khối đất/đá-(có thể gọi là các phơng pháp đào bảo dỡng khối đất/đá)- tức là ít gây ảnh hởng làm thay đổi độ bền và khả năng biến dạng của khối đất/đá. 8 Mặc dù các kết cấu công trình ngầm có thể đợc lựa chọn và thiết kế theo các phơng pháp, quan điểm khác nhau tùy theo các chức năng khác nhau của các công trình ngầm, song nói chung khi lựa chọn và tính toán các kết cấu công trình ngầm đều xuất phát từ các yêu cầu chung, mang tính tổng thể là: 1)Yêu cầu kỹ thuật Kết cấu công trình ngầm phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định. Kết cấu công trình ngầm phải bền, nghĩa là phải chịu đợc các tác dụng của ngoại lực cũng nh các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của kết cấu chống trong giới hạn cho phép. Kết cấu công trình ngầm phải ổn định tức là dới tác dụng của áp lực đất đá, các loại tải trọng và các tác động khác của môi trờng, vẫn phải giữ đợc kích thớc và hình dạng ban đầu, hoặc kích thớcvà hình dạng nhất định theo yêu cầu sử dụng cụ thể. Tùy theo yêu cầu sử dụng cụ thể kết cấu công trình ngầm cần phải bền vững lâu dài. 2)Yêu cầu theo chức năng sử dụng Nói chung các kết cấu chống không đợc gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép áp dụng đợc các khả năng cơ giới hóa trong thi công (tùy theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy; sức cản thủy động nhỏ, trong nhiều trờng hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách nớc, thẩm mỹ. 3)Yêu cầu kinh tế Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm do vậy đợc lựa chọn và thiết kế sao cho tổng vốn đầu t ban đầu và giá thành bảo dỡng, sửa chữa phải là nhỏ nhất. 1.3 Loại hình kết cấu công trình ngầm Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là những kết quả, hiểu biết mới trong lĩnh vực cơ học đất, cơ học đá và thành tựu của lĩnh vực khoa học vật liệu, các kết cấu chống đựơc phát triển và sử dụng trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm ngày càng phong phú và đa dạng. Sự phát triển đó cũng góp phần phát triển những công nghệ, phơng pháp thi công mới, ngày càng có hiệu quả hơn. Đồng thời chính những đòi hỏi về chất lợng ngày càng cao hơn, kinh tế hơn trong thực tế cũng đã tạo cơ sở cho việc phát triển nhiều loại vật liệu và kết cấu chống mới. Để có thể hình dung đợc một cách tổng thể về các loại hình kết cấu chống các công trình ngầm, phục vụ việc phân tích lựa chọn theo những yêu cầu khác nhaucó thể sơ bộ phân loại các kết cấu chống theo những dấu hiệu khác nhau. 9 1. Phân loại theo đặc điểm cấu tạo Dựa theo đặc điểm cấu tạo, các kết cấu chống đợc phân ra ba nhóm chính là: khung chống, vỏ chống và kết cấu tích hợp hay "hoà nhập" vào khối đá. Trên bảng 1-3 là ví dụ phân nhóm các dạng kết cấu chống theo đặc điểm cấu tạo, đồng thời cũng sơ lợc giới thiệu về vật liệu chống cũng nh hình dạng và tính năng, chức năng của các loại kết cấu chống đó. Bảng 1-3. Các loại kết cấu chống cơ bản Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống Khái niệm Các thành phần của kết cấu nhân tạo xâm nhập vào khối đá hay tích hợp với khối đá Lắp ghép từ các cấu kiện dạng thanh (thẳng hay cong) Lắp ghép từ các cấu kiện dạng khối, dạng tấm hay đổ, xây tại chỗ, phun tại chổ Các dạng kết cấu cơ bản khoan phụt đóng băng cọc, ván, ống neo khung gỗ khung kim loại khung bê tông cốt thép đúc trớc khung hỗn hợp hay khung kết hợp từ các dạng khung và vật liệu khác nhau vỏ xây bằng gạch, đá, đá bê tông vỏ lắp ghép từ các cấu kiện đúc trớc: tấm pa nen bê tông cốt thép, các tấm tuyp-bing (gang, thép, bê tông cốt thép, bê tông sợi thép) vỏ bê tông liền khối: bê tông phun, bê tông thờng, bê tông cốt thép vỏ thép 10 11 Một kết cấu công trình ngầm có thể ở dạng độc lập của các kết cấu cơ bản dạng khung, dạng vỏ hay dạng tích hợp; có thể hợp thành từ một hay nhiều loại vật liệu; có thể ở dạng tổ hợp hay hỗn hợp của các dạng kết cấu khác nhau. Cũng vì vậy đôi chỗ còn sử dụng khái niệm tổ hợp kết cấu chống hay hệ thống kết cấu chống. Nói chung một tổ hợp kết cấu công trình ngầm đợc lựa chọn và thiết kế phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau: mức độ ổn định và các đặc điểm địa chất, địa kỹ thuật của khối đá, chức năng của công trình ngầm, phơng pháp thi công xây dựng công trình ngầm. 2. Phân loại theo vật liệu Nói chung trong xây dựng công trình ngầm, mọi loại vật liệu xây dựng nh gỗ; thép, kim loại; gạch, đá, bêtông; vật liệu tổng hợp đều có thể đợc sử dụng, tùy theo yêu cầu và chức năng của công trình ngầm cũng nh những đòi hỏi đối với các kết cấu chống. Ngoài các vật liệu xây dựng thông thờng, trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm cũng phát triển một số vật liệu với tính năng hay đặc điểm sử dụng riêng, nh các loại thép hình, các ván thép Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống Vật liệu Cấu kiện cơ bản là neo từ (gỗ, tre) thép thanh, cáp, thép ống, thanh chất dẻo và các chất dính kết; các loại dung dịch khoan phụt; ống thép, cọc thép, ván thép; vùng đợc đóng băng Vật liệu chính là gỗ, thép hình (thép cán định hình), thép xây dựng, kim loại, bê tông cốt thép đúc sẵn dạng thanh, (các tấm chèn bằng gỗ hay bê tông đúc sẵn) Vật liệu cơ bản có thể là đá, gạch, bê tông phun hoặc bê tông đổ tại chỗ (có hoặc không có cốt thép, sợi thép, lới thép), bê tông cốt thép, sợi thép đúc sẵn dạng tấm hay mảng, tấm thép, gang, kim loại 3. Phân loại theo hình dạng kết cấu Các kết cấu chống có thể đợc lựa chọn, thiết kế và lắp dựng với nhiều hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm xuất hiện áp lực hay tải trọng lên kết cấu chống, tùy thuộc vào loại và hình dạng của công trình ngầm, đặc điểm cấu trúc của khối đá và các yêu cầu kỹ thuật. Nói chung trong thực tế các kết cấu chống thờng có các dạng dầm đơn, cột đơn, dạng hình thang, hình đa giác, hình chữ nhật, hình vòm, hình móng ngựa, mõm nhái, tròn, ellíp ; các kết cấu có thể ở dạng kết cấu kín (bao kín mặt lộ của khối đá) hay kết cấu hở. 12 Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống Hình dạng, cấu tạo Liên kết với một vùng khối đá tạo ra dầm,vành hay vòng chịu tải; treo chốt giữ, gia cố, ô ống ; tạo nên vùng đợc gia cố, đợc đông cứng. Hình dạng bất kỳ Kết cấu chống dạng khung hình thang, chữ nhật, đa giác, các dạng hình vòm, tròn, ellíp Khung chống dạng kín hay hở. Kết cấu chống dạng vỏ chữ nhật, đa giác, vòm, tròn, ellíp Tiếp xúc diện với mặt lộ khối đá, với các dạng liên kết khác nhau. Bê tông phun, thích hợp với hình dạng bất kỳ, gia cố bề mặt khối đá. 4. Phân loại theo chức năng, nhiệm vụ Tùy thuộc vào mức độ mất ổn định của khối đất/đá, tùy thuộc vào phơng pháp thi công và tùy thuộc vào loại công trình ngầm, một số loại kết cấu nhân tạo có thể đợc lắp dựng trớc, trong hoặc sau khi thi công khoảng không gian ngầm. Các kết cấu nhân tạo này thờng đợc gọi là kết cấu chống tạm hay kết cấu bảo vệ. Cũng tùy thuộc vào loại khối đất/đá, tùy thuộc vào chức năng của công trình ngầm cũng nh thời gian cần sử dụng (tuổi thọ), một số loại kết cấu nhân tạo đợc lắp dựng để đảm bảo bền vững và ổn định công trình ngầm trong suốt quá trình sử dụng, vận hành khoảng không gian ngầm, thỏa mãn các yêu cầu theo chức năng của công trình ngầm. Loại kết cấu này đợc gọi là kết cấu chống cố định. Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống Chức năng Gia cố trớc, chống trớc, chống tạm, chống cố định hay một bộ phận của kết cấu chống cố định tùy theo điều kiện cụ thể Chống tạm và chống cố định tại các mỏ hầm lò. Chống tạm, hoặc là một bộ phận của kết cấu chống cố định tại công trình ngầm dân dụng Chủ yếu làm kết cấu chống cố định, riêng bê tông phun, vỏ tuyp-bing có thể có chức năng chống tạm và chống cố định 5. Phân loại theo tính năng kỹ thuật Tùy theo tính năng kỹ thuật, các kết cấu chống thờng đợc phân biệt theo hai nhóm là kết cấu tích cực, gia cố hay chủ động và kết cấu thụ động, chống đỡ Kết cấu chống có thể cải thiện đợc trạng thái của khối đá, hoặc cải thiện đợc khả năng nhận tải và biến dạng của khối đá đợc gọi là kết cấu tích cực, chủ động hay kết cấu gia cố khối đá và cũng còn đợc gọi là kết cấu chống giữ. Các kết cấu với chức năng chủ yếu là tiếp nhận các tác động cơ học . các kết cấu công trình ngầm đều xuất phát từ các yêu cầu chung, mang tính tổng thể là: 1)Yêu cầu kỹ thuật Kết cấu công trình ngầm phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định. Kết cấu công. và ổn định công trình ngầm trong suốt quá trình sử dụng, vận hành khoảng không gian ngầm, thỏa mãn các yêu cầu theo chức năng của công trình ngầm. Loại kết cấu này đợc gọi là kết cấu chống. hỗn hợp của các dạng kết cấu khác nhau. Cũng vì vậy đôi chỗ còn sử dụng khái niệm tổ hợp kết cấu chống hay hệ thống kết cấu chống. Nói chung một tổ hợp kết cấu công trình ngầm đợc lựa chọn và