Cấu tạo công nghệ chống giữ công trình ngầm

ĐI xây dng v chng các công trình ngầm, ngi ta thng su dong chính các vt liUu vn dng đI xây dng các công trình trên m?t đt. Tuy nhiên, do đ?c điIm làm viUc dới ngầm (v chng công trình ngầm (CTN) chịu áp lc đt đá với đ?c trng và hớng xut hiUn khác nhau, ảnh hng cda nớc ngầm, khí hu m tới vt liUu, v..v...) nên đòi hi vt liUu chng giữ phải đáp ng những yêu cầu cao hơn. Khi xét đn đ?c điIm làm viUc dới ngầm không những cần chi ý đn ảnh hng cda môi trng ngầm đn s làm viUc cda vt liUu chng, mà còn cần chi ý đn đi?u kiUn lắp dng bản thân v chng

MỤC LỤC

Ch-ơng 1: Khái quát chung về kết cấu Chống giữ công trình ngầm 2

1.1 Vật liệu chống giữ công trình ngầm 2

1.1.1 Phân loại vật liệu chống giữ công trình ngầm 2

1.1.2 Các loại vật liệu chống giữ 3

1.2 Mục đích và nhiệm vụ của kết cấu chống 9

1.3 Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ các đ-ờng lò 10

1.4 Phân loại kết cấu chống 10

Ch-ơng 2: Khung chống gỗ 12

2.1 Khung chống gỗ ở lò bằng, lò nghiêng 12

2.1.1 Điều kiện sử dụng 12

2.1.2 Ưu nh-ợc điểm 12

2.1.3 Các dạng kết cấu chống gỗ 13

2.1.4 Trình tự lắp dựng khung chống 17

2.1.5 Vì chống gỗ cho lò nghiêng 18

Ch-ơng 3: Khung chống kim loại 19

3.1 Khung chống kim loại ở lò bằng, lò nghiêng 19

3.1.1 Khái quát chung 19

3.1.2 Cấu tạo khung chống thép 19

3.1.3 Thi công lắp dựng khung chống kim loại 29

Ch-ơng 4: vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép 31

4.1 Chống giữ lò bằng, lò nghiêng 31

4.1.1 Vỏ chống bê tông liền khối 31

4.1.2 Vỏ chống lắp ghép từ các khối bêtông đúc sẵn 65

4.1.3 Vỏ chống CTN khi sử dụng máy khiên đào 67

Ch-ơng 1

Khái quát chung về kết cấu Chống giữ

công trình ngầm

1.1 Vật liệu chống giữ công trình ngầm

1.1.1 Phân loại vật liệu chống giữ công trình ngầm

Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, ng-ời ta th-ờng sử dụng chính các vật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất Tuy nhiên,

do đặc điểm làm việc d-ới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực

đất đá với đặc tr-ng và h-ớng xuất hiện khác nhau, ảnh h-ởng của n-ớc ngầm, khí hậu mỏ tới vật liệu, v v ) nên đòi hỏi vật liệu chống giữ phải đáp ứng những yêu cầu cao hơn Khi xét đến đặc điểm làm việc d-ới ngầm không những cần chú ý đến ảnh h-ởng của môi tr-ờng ngầm đến sự làm việc của vật liệu chống,

mà còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựng bản thân vỏ chống

Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống giữ nh- sau:

- Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mà các vật liệu chống giữ đ-ợc

chia ra: vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết và vật liệu phụ

+ Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ

chống (kim loại, bê tông, gỗ, v v )

+ Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng,

chất dẻo, v v )

+ Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp

cho vỏ chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách n-ớc, phụ gia hoá học , v v )

- Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống giữ đ-ợc chia ra: vật liệu không

cháy, vật liệu không cháy nh-ng biến dạng và vật liệu cháy

+ Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi chịu tác dụng lâu dài của ngọn lửa và nhiệt độ cao (bê tông và một vài loại

- Theo đặc tr-ng biến dạng d-ới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống giữ đ-ợc

chia ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v v ) và vật liệu đàn hồi dẻo (kim loại)

Yêu cầu đối với vật liệu chống giữ

Các vật liệu chống giữ cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang tải cao, trọng l-ợng bản thân nhỏ, giá thành hạ, không bị biến dạng, không bị cháy, có khả năng chống han rỉ và mục nát

Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu chống còn phải có khả năng chống thấm, cách n-ớc

Vật liệu chống giữ đ-ợc chọn phụ thuộc vào kết cấu vỏ chống, công dụng

và thời gian phục vụ của công trình ngầm, c-ờng độ áp lực đất đá và điều kiện làm việc của vỏ chống, cũng nh- tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống

1.1.2 Các loại vật liệu chống giữ

a Gỗ

-u điểm: có khả năng mang tải t-ơng đối cao so với trọng l-ợng t-ơng đối

nhỏ; dễ gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện tr-ờng; có độ linh hoạt nhỏ (chịu uốn, ép); có khả năng báo tr-ớc khi bị phá huỷ; chi phí về vật liệu, vận tải và lắp dựng thấp; dễ trồng và khai thác

Nh-ợc điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các tác động cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các công trình ngầm dạng vòm; mất khả năng báo tr-ớc nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác nhau; phụ thuộc vào yêu cầu của nền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi tr-ờng); khả năng sử dụng lại bị hạn chế

Nói chung gỗ đã đ-ợc sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của ngành

mỏ để làm vật liệu chống giữ Ngày nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng

gỗ vào các mục đích này, đặc biệt ở các n-ớc đang phát triển ở Việt Nam gỗ còn đ-ợc sử dụng khá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản l-ợng thấp Tại các n-ớc tiên tiến, gỗ hầu nh- không còn đ-ợc sử dụng vào công tác chống giữ

Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công và sơ đẳng thì gỗ nhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vào các đặc điểm -u việt của gỗ

Gỗ có khả năng mang tải t-ơng đối cao so với trọng l-ợng t-ơng đối nhỏ, nên trong các tr-ờng hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ

là dễ dàng, thuận lợi Bằng các công cụ đơn giản nh- rìu, c-a đã có thể gia công chế biến tại chỗ để có đ-ợc các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể

Cũng nhờ -u điểm này mà việc sửa chữa trở nên đơn giản Gỗ có khả năng linh hoạt nhất định nhờ có tính chịu uốn, ép nhất định Đặc biệt đáng chú ý là các loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năng phát tín hiệu báo tr-ớc phá huỷ (phát ra tiếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dần dần) Giá thành gỗ cũng t-ơng

đối thấp hơn so với giá các loại vật liệu khác Vì chi phí vật liệu thấp cùng với chí phí vận chuyển và lắp dựng thấp nên trong nhiều tr-ờng hợp, gỗ vẫn còn có ý nghĩa trong vai trò làm vật liệu chống

Những -u việt về mặt kinh tế đ-ơng nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu nh- vì lí do nào đấy mà chi phí bảo d-ỡng ở các công trình ngầm chống bằng gỗ quá lớn

Đ-ơng nhiên khối l-ợng công tác bảo d-ỡng sẽ rất lớn và tốn kém một khi áp lực

đá v-ợt quá khả năng mang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong công trình ngầm quá xấu làm cho gỗ nhanh bị mục nát Đối với những tác động kiểu này gỗ

ít có khả năng chống lại Tính dễ cháy của gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các công trình ngầm Đ-ơng nhiên tính dễ cháy và dễ bị mục nát cũng có thể hạn chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí và ở n-ớc ta ch-a

đ-ợc quan tâm, đôi khi còn ngại không đầu t-

Mặc dù gỗ dễ gia công, nh-ng nh- đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi công trình có dạng vòm, cũng chính vì thế các công trình ngầm chống bằng gỗ khó tạo dáng làm giảm tác dụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều kiện xuất hiện áp lực Khả năng sử dụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn chế Một nh-ợc điểm nữa là: khi bị mục, ẩm sẽ mất đi khả năng báo tr-ớc sự cố

b kim loại

Ưu điểm: đặc tính cơ học thuận lợi; tuổi thọ cao; chiếm ít không gian; mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạo dáng các cấu kiện bằng thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt

Nh-ợc điểm: chi phí vật liệu cao, trọng l-ợng thể tích cao; vận chuyển và lắp ráp không đơn giản; các loại thép xây dựng thông th-ờng đễ bị ăn mòn trong môi tr-ờng khắc, nghiệt giá thành cao

Trên thế giới thép đ-ợc sử dụng để chống công trình đã từ giữa thế kỷ 19 Tuy nhiên từ đó cho đến cuối thế kỷ 19, đầu 20 thép không đóng vai trò đặc biệt

và thực sự đựơc chú ý cũng nh- ngày càng có ý nghĩa quan trọng trong vòng 70 năm qua

Ưu điểm căn bản của thép là khả năng mang tải lớn, điều mà không có loại vật liệu nào sánh kịp Do có khả năng mang tải lớn và khả năng chống lại các tác động sinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có

Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả khi chỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép

có thể tiết kiệm đ-ợc tiết diện đào Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ với cùng khả năng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn

Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế là vô hạn, vì thế ng-ời ta đã chế tao ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép rất đa dạng với các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt và khả năng biến hình khác nhau Đặc biệt là có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dàng để tạo ra mối t-ơng quan thích hợp giữa mức độ linh hoạt và khả năng mang tải

Chính vì các lí do đó mà vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ học khác nhau, đa dạng hơn là gỗ, t-ờng xây và bêtông Phạm vi áp dụng kỹ thuật của thép nhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác

Tuổi thọ cao, nh- đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lại nhiều lần các cấu kiện bằng thép

Tuy nhiên, những -u điểm đã kể đến cũng kèm theo nh-ợc điểm là giá thành cao và trọng l-ợng của kết cấu chống lớn Nh-ợc điểm nữa thể hiện rõ nét khi phải vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi ( chẳng hạn trong khu vực khai thác vỉa dốc) Cũng vì lí do này mà thép ch-a thể thay thế đ-ợc gỗ ở các khu vực khai thác các vỉa có chiều dày lớn hơn 3 đến 4m Thép xây dựng còn dễ

bị ăn mòn, đ-ơng nhiên cũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo

vệ

Cho đến nay, thép đ-ợc sử dụng ngày càng rộng khắp chủ yếu vì những khả năng đảm bảo an toàn và các nguyên nhân kinh tế Đ-ơng nhiên khả năng này chỉ có thể nâng cao tính -u việt về kinh tế của thép so với gỗ trong tr-ờng hợp chí phí vật liệu đ-ợc bù trừ nhờ giảm chi phí bảo d-ỡng hoặc sử dụng lại nhiều lần

Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu và phát triển nhiều loại hình kết cấu chống mới làm cho thép đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều thay cho gỗ

Đây là xu h-ớng phát triển chung trên thế giới và đặc biệt khi đã xuất hiện các kết cấu từ thép hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá ngày càng tăng, cũng nh- sự ra đời và phát triển của các kết cấu chống bằng neo

c Bê tông, bê tông cốt thép

Bê tông là vật liệu đá nhân tạo thu đ-ợc nhờ sự rắn chắc hỗn hợp gồm có chất dính kết (Xi măng) cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và n-ớc

Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong hoá đối với khối đá và ngăn n-ớc chảy; sức cản khí động học nhỏ; có thể tạo ra

từ các vật liệu có thể tận dụng vật liệu địa ph-ơng rẻ tiền; không cháy

Nh-ợc điểm: trọng l-ợng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa chữa không thuận tiện các chỗ bị h- hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế

Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các công trình ngầm và giếng có tuổi thọ cao

và d-ới tác dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh Ngoài ra phạm vi áp dụng của bêtông còn đ-ợc mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông làm khung chống hoặc tấm chèn Bêtông trong ngành mỏ cũng đã đ-ợc áp dụng

ở dạng bêtông phun, vổ bê tông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v v…

Các dạng vỏ chống thông th-ờng từ gạch xây và bêtông hoặc gạch bêtông vốn có chiều dày t-ơng đối lớn Vỏ chống có thể phủ toàn bộ phần t-ờng và vòm các công trình ngầm hoặc bao kín toàn bộ công trình ngầm, đặc biệt ở các giếng

mỏ Khi đó toàn bộ khối đá vấy quanh đ-ợc lấp kín

Khả năng mang tải cao có đ-ợc nhờ vào độ bền cao của vật liệu và chiều dày lớn Trong điều kiện thông th-ờng, kết cấu chống này đ-ợc coi là kết cấu chống cứng D-ới tác dụng của tải trọng chủ yếu là tĩnh, kết cấu chống th-ờng

có tuổi thọ cao hơn kết cấu gỗ và thép Khả năng chống các tác động hoá học và sinh học cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của kết cấu chống này Dạng kết cấu chống kín còn hạn chế đ-ợc tác động phong hoá đến khối đá vây quang và trong nhiều tr-ợng hợp còn ngăn n-ớc xâm nhập vào công trình ngầm Ngoài ra do bề mặt t-ơng đối nhẵn, kết cấu chống này còn có sức cản khí động học nhỏ hơn so với kết cấu bằng gỗ và thép

Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống này th-ờng sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại vật liệu khác Mặt khác kết cấu t-ờng xây và bêtông không bị cháy, do vậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử dụng kết cấu chống này

Những -u điểm trên bị hạn chế bởi các nh-ợc điểm là trọng l-ợng lớn và chiều dày lớn, kèm theo đó là chi phí vận chuyển và lắp dựng (xây, đổ bêtông ) cao Tiết diện đào th-ờng phải lớn hơn là khi sử dụng gỗ và thép, do vậy đòi hỏi thêm chi phí đào Ngoài ra để có đ-ợc kết cấu hoàn chỉnh cần nhiều thời gian hơn

Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa chữa th-ờng phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với gỗ và thép

So sánh nh- vậy và từ thực tế ngành mỏ trong và ngoài n-ớc cho thấy t-ờng gạch

có tác dụng của áp lực động Đ-ơng nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có thể tào ra khả năng linh hoạt nhất định cho t-ờng xây và bêtông Tuy nhiên khả năng này cũng chỉ đạt đ-ợc ở mức độ hạn chế, trừ tr-ợng hợp sử dụng gạch bêtông và đệm nhiều lớp gỗ, do vậy t-ờng xây và bêtông hầu nh- không đ-ợc sử dụng cho khu vực khai thác và các công trình ngầm chuẩn bị

Đ-ơng nhiên với sự phát triển và cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả năng sử dụng của bêtông đã đ-ợc mở rộng Xu h-ớng hiện nay ở Việt nam là làm sao giảm đ-ợc trọng l-ợng của các cấu kiện này cho phù hợp với sức khoẻ của công nhân trong điều kiện làm việc hiện tại

Về bê tông cốt thép, do bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt nh-ng chịu kéo kém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông ng-ời ta có thể bố trí thêm cốt thép vào trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép Các thanh cốt thép đ-ợc

bố trí ở miền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng chịu lực của miền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều t-ơng ứng với khả năng chịu lực của miền bê tông chịu nén

Sở dĩ hai vật liệu khác nhau là bê tông và cốt thép có thể kết hợp làm việc

đ-ợc với nhau là vì:

- Bê tông có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt thép, vì vậy khi trong cấu kiện

bê tông cốt thép xuất hiện ứng suất, thì cả hai vật liệu sẽ cùng nhau làm việc nh- một thể thống nhất

- Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần nh- nhau, nên bảo đảm đ-ợc tính liền khối của kết cấu bê tông cốt thép

- Bê tông bao bọc ngoài cốt thép, có khả năng bảo vệ đ-ợc cốt thép khỏi bị han

- Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục

bộ, đảm bảo sự làm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực

- Cốt lắp ghép và cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần các ứng lực kéo, nén và cắt

L-ợng cốt phân bố và cốt lắp ghép đ-ợc lấy theo qui định kết cấu

d Các vật liệu khác

- Thuỷ tinh dẻo:

Thuỷ tinh dẻo là vật liệu keo gắn kết đ-ợc cấu tạo từ sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh ở đây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh

đ-ợc nén ép lại Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết th-ờng sử dụng là keo Poliofin, keo Fenol, keo epoxi và các loại Polyme khác Tính chất cơ lý của thuỷ tinh dẻo rất đa dạng, phụ thuộc vào tính chất của sợi cốt và chất dính kết

Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, ng-ời ta đã thu đ-ợc các sợi thuỷ tinh rất mảnh Chúng có độ bền chống kéo đứt cao (12502500pa), không bị mục nát, tr-ơng nở, rất ổn định với nhiệt độ Các chất dính kết phải có

độ bền cao, ổn định với n-ớc xâm thực và đảm bảo luôn dính kết chắc chắn với các sợi thuỷ tinh Ngoài chất dính kết và sợi thủy tinh, trong thuỷ tinh dẻo còn có thêm chất ổn định Công dụng chính của chất này là chống lão hoá tính dẻo khi

- Bê tông dẻo:

Bê tông dẻo là vật liệu đá nhân tạo bao gồm có keo kết dính tổng hợp, cát

và đá dăm Chất dính kết ở đây th-ờng là furôn-axêtôn, êpôxy, forualđehyt và các keo khác cũng nh- các phụ gia hoá chất đặc biệt (sunfuabenzen, polyêtylen, polyamin , v v )

Bê tông dẻo có độ bền nén cao (4070Mpa), độ bền kéo đạt 56Mpa, độ bền uốn đạt 1020Mpa, đặc biệt có khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt

- Các vật liệu Polyme

Viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) đã thiết kế và áp dụng trên qui mô công nghiệp các hoá chất trên cơ sở keo Pôliefinfênol, formalđehyt để gia cố neo, các dung dịch hoá chất trên cơ sở keo êpôxy dùng để gia cố đất đá và để giữ

neo trong lỗ khoan có độ bền rất cao, nh-ng do giá thành đắt, nên không thể áp dụng đ-ợc Các loại keo pôliêfin, mechievit - formalđehyt có độ bền kém hơn êpôxy, nh-ng rẻ hơn, vì vậy đ-ợc sử dụng rộng rãi

Nh-ợc điểm cơ bản của tất cả các loại keo trên là chúng đều có chứa các chất độc (formalđehyt, v v ) đòi hỏi phải có biện pháp để phòng cẩn thận Trong điều kiện mỏ phải tăng chi phí thông gió cho các công trình ngầm sử dụng loại keo này

1.2 Mục đích và nhiệm vụ của kết cấu chống

Mục đích của việc tạo ra kết cấu chống (KCC) là để giữ ổn định khoảng không gian ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình th-ờng cho con người, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, v v… trong đó Tuy nhiên, các nhiệm

vụ cụ thể của KCC đ-ợc đặt ra tuỳ thuộc vào mục tiêu sử dụng công trình ngầm Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của KCC là:

 Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào ng-ời lao động, trang thiết bị kỹ thuật;

 Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng thông qua của đ-ờng lò

Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các KCC còn có những nhiệm vụ phụ khác tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế nh-:

 Bảo vệ khối đá xung quanh các đ-ờng lò tr-ớc các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;

 Bảo vệ các đ-ờng lò bị n-ớc xâm nhập

Trong nhiều tr-ờng hợp, các nhiệm vụ phụ này không có ý nghĩa, song có những tr-ờng hợp nó lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đá chứa n-ớc

Ngày nay, trên cơ sở các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực Cơ học đá cho thấy rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn

giữ đ-ợc độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá Các biện pháp chống giữ cần thoả mãn các nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng nh- gây ảnh h-ởng tốt

đến khả năng tự mang tải của khối đá Trong tr-ờng hợp lý t-ởng chỉ nên coi

KCC là một dạng gia cố hay gia công bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, trong thực

tế các KCC th-ờng đạt đ-ợc độ cứng vững nhất định, có thể tính toán và kiểm chứng đ-ợc

Nói chung, để đảm bảo giữ gìn đ-ợc khả năng tự mang tải của khối đá, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:

 Lựa chọn đ-ợc hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến

điều kiện cụ thể về các tính chất của khối đá;

 Lựa chọn các ph-ơng pháp và giải pháp thi công hợp lý

 Lựa chon ph-ơng pháp "chống giữ' hợp lý ";

 Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá và KCC;

áp dụng các ph-ơng pháp đào không gây tác động xấu đến khối đá- (có thể gọi là các ph-ơng pháp đào bảo d-ỡng khối đá)- tức là ít gây ảnh h-ởng đến

độ bền của khối đá

1.3 Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ các đ-ờng lò

Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm có thể phân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế

 Yêu cầu mang tính kỹ thuật:

KCC phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn

tại KCC phải bền, nghĩa là phải chịu đ-ợc các tác dụng của ngoại lực cũng nh- các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của KCC trong giới hạn cho phép và không bị phá hoại KCC phải ổn định tức là d-ới tác dụng của áp lực đất

đá và các loại tải trọng, KCC phải giữ đ-ợc kích th-ớc và hình dạng ban đầu hoặc theo yêu cầu sử dụng cụ thể Nói chung, hai yêu cầu về độ bền và độ ổn

định hiện nay thông th-ờng nên đ-ợc kết hợp lại thành một yêu cầu chung về khả năng mang tải của kết cấu chống

 Yêu cầu về chức năng sử dụng:

Kết cấu chống không đ-ợc gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép khả năng cơ giới hóa (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; trong nhiều tr-ờng hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách n-ớc, thẩm mỹ

 Yêu cầu kinh tế

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm Tổng vốn đầu t- ban đầu và giá thành bảo d-ỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất

1.4 Phân loại kết cấu chống

Để có thể hình dung đ-ợc một cách tổng thể về các loại hình KCC các công trình ngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khác nhau; cụ thể là theo các cách phân loại các KCC theo nhiều dấu hiệu khác nhau nh-:

gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp

 phân loại theo chức năng, nhiệm vụ: tạm thời, cố định

o vì chống tạm : là vì chống đ-ợc dựng lên để che chắn đảm bảo an toàn cho ng-ời và thiết bị trong g-ơng lò đến thời điểm dựng vì chống cố định

o vì chống cố định: Là vì chống đ-ợc thiết dựng trong đ-ờng lò giữ vững độ

ổn định của đ-ờng lò trong suốt thời gian tồn tại

 phân loại theo tính năng kỹ thuật:

tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ

 phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu:

khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá;

hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa

 phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu

rất cứng, cứng, mềm

mômen lực dọc rất cứng nh- một cố thể-biến dạng ít lớn nhỏ

cứng nh- bán cố thể- biến dạng nhỏ lớn nhỏ

 phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá:

- không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn

- tiếp xúc giữa KCC và khối đá : điểm

CHƯƠNG 2: KHUNG CHốNG Gỗ

2.1 Khung chống gỗ ở lò bằng, lò nghiêng

2.1.1 Điều kiện sử dụng

Trong công tác thi công xây dựng các công trình ngầm, gỗ có thể đ-ợc sử dụng để làm KCC tạm thời hoặc cố định Gỗ sử dụng để chống cố định hầu nh- chỉ đ-ợc áp dụng trong ngành mỏ tại các đ-ờng lò có tuổi thọ nhỏ, th-ờng không

quá 2 đến 3 năm; áp lực nóc t-ơng đối nhỏ; ít biến đổi Khi sử dụng để chống

các đ-ờng lò có áp lực nóc, s-ờn hông và nền đều lớn thì kết cấu chống phức tạp, tốn gỗ, tiết diện lò tăng lên, độ cản khí động học cũng tăng, do đó không kinh tế

Gỗ th-ờng dùng chống, hào, giếng mù, rãnh thoát n-ớc Không nên chống ở lò thải gió vì chóng bị mục Nếu áp lực nhỏ, thời hạn phục vụ ngắn, lò thông gió có thể chống bằng gỗ nh-ng phải đ-ợc ngâm tẩm

Khi thi công xây dựng các công trình ngầm dân dụng hoặc các hầm trạm

có tiết diện lớn, kết cấu gỗ chỉ đ-ợc sử dụng làm kết cấu chống tạm thời

Ngày nay với sự ra đời của các loại vật liệu và kết cấu chống mới có tính -u việt hơn hẳn nh- thép, bê tông, bê tông phun, bê tông phun sợi thép và neo ,

đồng thời do yêu cầu bảo vệ môi tr-ờng cao nên vai trò kết cấu chống bằng gỗ trong xây dựng công trình ngầm ngày càng hạn chế

Tuy nhiên gỗ vẫn còn đ-ợc sử dụng để xử lý trong các tr-ờng hợp đặc biệt nh-: thi công đào theo sơ đồ chia g-ơng, tại các vị trí tiết diện công trình ngầm thay đổi và đặc biệt là khi khắc phục hiện t-ợng sập lở cục bộ Gỗ với đặc điểm

dễ chế biến nên rất thích hợp làm vật liệu dự trữ không thể thiếu đ-ợc ở mọi công tr-ờng xây dựng khi cần

2.1.2 Ưu nh-ợc điểm

-u điểm

- Cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng

thái nguy hiểm gần phá hủy;

- Vận chuyển dễ dàng;

- Chế biến và gia công đơn giản, dễ thích ứng

- Sử dụng đ-ợc nguồn vật liệu địa ph-ơng

Nh-ợc điểm

- Không liên kết với khối đá;

- Biến dạng nhiều khi chịu tải;

- Kết cấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ, do vậy gây ra biến đổi cơ học trong khối đá, khi dỡ bỏ hoặc thay đổi cần phải có biện pháp gia cố

và bảo vệ;

- Dễ cháy, dễ mục nát và gây ra lực cản khí động học lớn;

- Đòi hỏi ng-ời thi công có tay nghề thủ công nhất định;

- Khai thác gỗ nhiều gây ảnh h-ởng xấu đến điều kiện khí hậu, công tác

bảo vệ môi tr-ờng

2.1.3 Các dạng kết cấu chống gỗ

Về mặt cấu trúc kết cấu gỗ th-ờng phân ra hai dạng dạng khung (nóc phẳng) và dạng vòm, tròn

Khung chống hở: th-ờng có dạng hình thang vừa đảm bảo tính ổn định

của khung, vừa cho phép giảm chiều dài xà nóc (nh- vậy làm giảm mô men uốn

ở xà- do mô men uốn tăng theo chiều dài) Dạng cơ bản của vỏ chống gỗ là dạng khung hở gồm hai cột (1), 1 xà nóc (2) Xà và cột th-ờng làm bằng gỗ tròn 16

30 Nêm định vị (3) và các tấm chèn (4) nh- hình 2.1 Nếu giữa tấm chèn và

đất đá có khoảng hở cần phải chèn bằng đầu gỗ, hoặc đá thải để định vị khung chống và tạo sự làm việc phối hợp tốt giữa vỏ chống và đất đá

Xà nóc tiếp nhận áp lực từ phía nóc và truyền qua các cột xuống nền

đ-ờng hầm Các cột làm nhiệm vụ đỡ xà nóc và tiếp nhận phần nào áp lực ngang (s-ờn-hông) Dầm nền, song song với xà nóc, liên kết các cột với nhau và tiếp nhận áp lực nền

Góc nghiêng của cột so với ph-ơng ngang (còn gọi là độ thách) theo kinh nghiệm th-ờng =700 850 Sự thay đổi của  phụ thuộc vào điều kiện địa chất xung quanh đ-ờng lò, điều kiện sử dụng và kích th-ớc khung chống Góc 

th-ờng ảnh h-ởng đến tiết diện đào, khối luợng vật liệu chống giữ, do vậy  rất

có ý nghĩa trong công tác chống giữ Tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa áp lực nóc và áp lực ngang; thông th-ờng góc nghiêng càng nhỏ khi tỷ lệ giữa áp lực nóc và áp lực ngang càng lớn Trong thực tế  th-ờng lấy theo các thiết kế mẫu, hoặc kinh nghiệm sử dụng tr-ớc đó Thời gian qua đã có một số tác giả quan tâm nghiên cứu, tuy nhiên đến nay vẫn ch-a có kết quả cụ thể để áp dụng vào thực tế

Khung chống kín: Khi chống giữ, tuỳ điều kiện địa chất cụ thể, yêu cầu

sử dụng tiết diện mà thay đổi dạng khung chống cho phù hợp: chẳng hạn, nếu áp lực nền lớn cần dùng khung chống kín (dạng đầy đủ, có dầm nền, dầm chân cột ) Tr-ờng hợp đất đá quá yếu (áp lực lớn), khung chống gỗ bình th-ờng

không đủ khả năng mang tải ta phải sử dụng thêm các vì chống tăng sức (Hình

2.2, a, b) Khi đất đá ổn định chỉ chịu áp lực nóc là chủ yếu thì chỉ cần chống giữ

phần nóc hoặc một phần s-ờn, và mối liên kết giữa xà và cột ở dạng đơn giản

nh- (Hình 2.2,c, d,e)

Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất

đá và khoảng cách giữa các khung chống mà bên ngoài khung chống phải có chèn Chèn vừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vào lò đảm bảo an toàn cho ng-ời và thiết bị, vừa có tác dụng làm cho áp lực đất đá tác dụng đều lên kết cấu chịu lực (xà và cột) Việc chèn dầy hay th-a đều phải căn cứ vào tình trạng thực tế của đất đá khi đào lò: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục

bộ thì nhất thiết phải chèn khít, tr-ờng hợp ng-ợc lại có thể chèn th-a Tuy nhiên khi chèn khít cũng nh- khi chèn th-a đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa là không để lại khoảng trống giữa đất đá xung quanh với vật liệu chèn Vật liệu chèn th-ờng là gỗ bổ, ván gỗ, v v

Khoảng cách giữa các khung chống bằng gỗ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá th-ờng L = 0,5 1m, khi gặp điều kiện địa chất xấu có thể phải chống liền vì

Mối liên kết giữa các cấu kiện với nhau (đầu xà, đầu cột, cột với dầm nền, giữa xà nóc với cột bích, văng ) phải đảm bảo chắc chắn và đơn giản, dễ thi công, không làm yếu khung chống, không gây lực tập trung ứng suất trên mặt cắt

đầu gỗ… Thông thường kết nối bằng các loại mộng, ngàm: loại ngàm vuông

dụng để nối các bộ phận gia cố thêm hoặc để nối giữa cột với xà khi áp lực s-ờn không đáng kể

Lỗ chân cột th-ờng đào sâu 1015 cm trong đá cứng và trung bình 1520

cm trong đất trung bình; 2025 cm trong đất mềm Phía đặt rãnh cột chôn sâu hơn đáy rãnh 1012cm Tr-ờng hợp dùng dầm nền hay dầm chân cột cần phải chôn dầm xuống khoảng 3/4 đ-ờng kính dầm

Ngoài dạng khung, trong xây dựng ngầm, ta còn gặp dạng vỏ tròn hoặc vòm, trong đó giá trị mômen uốn đ-ợc giảm đi rất nhiều so với dạng khung Tuy nhiên, dạng này rất ít gặp trong thực tế vì thi công phức tạp: phải chế biến gỗ thành nhiều đoạn nhỏ, rồi ghép lại cho khớp nhau

Văng dùng để giữ cố định khoảng cách giữa các khung chống theo ph-ơng dọc trục lò, chống lại tác dụng xô đổ khung chống khi nổ mìn Văng th-ờng làm bằng vật liệu gỗ tròn 10 14 (cm)

Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo ph-ơng dọc trục lò Giằng th-ờng làm bằng gỗ 10  14 (cm), giằng th-ờng đ-ợc giữ vào cột nhờ đinh đỉa

Trong tr-ờng hợp khối đá có hiện t-ợng tróc lở, cần thiết phải có biện pháp chống giữ giữa các khung chống Điều đó đ-ợc thực hiện bằng cách cài

chèn bằng cách đóng nhói, đóng cọc

Nhói và cọc đ-ợc sử dụng khi khối đá có thời gian tồn tại ổn định không

đáng kể, đòi hỏi phải bảo vệ sớm khu vực trực tiếp tr-ớc g-ơng đào Nhói gỗ th-ờng bằng gỗ xẻ, dày 45mm, đầu vát nhọn Nhói đ-ợc đóng, ép sát phía trên

xà nóc vào khối đá bằng búa, búa khí nén hoặc kích ép đến độ sâu cần thiết, th-ờng bằng tiến độ cho chu kỳ đào sau Cũng vì vậy xuất hiện các khoảng hở trong khối đất/đá do nhói và cọc biến dạng khi chịu uốn là không tránh khỏi Hiện nay ph-ơng pháp thi công sử dụng chèn nhói, cọc gỗ làm kết cấu chống tạm ít đ-ợc sử dụng Nhói, cọc thép đ-ợc sử dụng thay cho nhói gỗ; một số dạng chống tr-ớc khác với những tính năng -u việt cũng đã đ-ợc sử dụng có hiệu quả

Để tạo khả năng linh hoạt cho khung chống gỗ, các chân cột có thể đ-ợc đẽo vát nhọn, dạng nhình nêm hay hình chóp (chiều dài đoạn vát nhọn nằng 1,5 đến

Hình2.4: Một số dạng mối nối các cấu kiện bằng gỗ

khoảng 1/4 đến 1/3 đ-ờng kính thanh gỗ) Khi gặp tải trọng lớn, phần vát nhọn

sẽ bị nén ép bẹp hay phá hủy tr-ớc, tạo khả năng biến dạng của cột gỗ (né tránh tải trọng lớn) Trong thực tế có thể tính đến khả năng linh hoạt khoảng 10cm với khung chống gỗ

2.1.4 Trình tự lắp dựng khung chống

Tr-ớc khi dựng khung chống gỗ ta cần phải làm các công tác chuẩn bị nh- sửa lại biên lò, đập tẩy những chỗ đất đá mấp mô trên biên lò bằng búa chèn, búa chim hoặc thuốc nổ Biên hầm lò th-ờng đ-ợc đào bằng khoan nổ mìn nên th-ờng lồi lõm không đúng với kích th-ớc thiết kế, cần phải sửa lại

Đào lỗ chân cột: lỗ chân cột phải đào sâu từ 10-15cm trong đất đá kiên cố

và trung bình, 15-20cm trong đất đá trung bình và trong đất đá mềm yếu là 25cm Lỗ chân cột cũng đ-ợc đào bằng búa chèn, cuốc chim hoặc thuốc nổ Nếu

20-có dầm nền thì dầm nền cũng phải đ-ợc chôn ngập (1/2) đến 1 lần đ-ờng kính

gỗ chống

Trình tự dựng khung chống: đặt dầm nền (nếu có) Dựng từng cột một, giữ tạm cột bằng chèn nhói, các thanh giằng cài vào cột của các khung chống cũ đã dựng tr-ớc hoặc giữ tạm cột bằng các cột đỡ nghiêng Sau khi đã dựng cột thì

đ-a xà lên bằng tay hoặc bằng các kích nâng Khi lên xà phải kiểm tra sự ăn khớp giữa đầu xà và đầu cột để sao cho không có hiện t-ợng treo cằm hoặc trùng

cằm (hình 2.5) Hai hiện t-ợng trên đều có thể làm cho cột và xà dễ bị gẫy Tiếp

theo, tiến hành điều chỉnh khoảng cách, độ cao, độ thách (độ nghiêng chân cột), v v… của khung chống sao cho khung chống nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục lò Sau đó thực hiện đóng nêm đầu xà và đầu cột để định vị khung chống Cuối cùng cài chèn phía sau khung chống tại nóc và hông của đ-ờng lò Mật độ cài chèn phụ thuộc vào hiện trạng đất đá xung quanh đ-ờng lò Trong quá trình cài chèn, nếu phát hiện khoảng trống phía sau khung chống thì phải tiến hành kích chặt, chèn kỹ bằng các đầu gỗ hoặc nêm đá

Hình 2.5: Hiện t-ợng mối nối không phù hợp giữa xà và cột

a Treo cằm; b Chùng cằm

2.1.5 Vì chống gỗ cho lò nghiêng

Đối với các lò nghiêng (lò th-ợng, lò hạ, lò ng-ợc ) tuỳ theo góc nghiêng của đ-ờng lò mà có thêm các cấu kiện phụ nh-:

- Khi góc nghiêng lò  < 10  120, cần phải đánh văng giữa hai cột qua vì chống

- Khi 120 <  300, phải đánh văng ở phía đầu cột và chân cột giữa hai vì chống

- Khi  >300, ngoài hai thanh văng nh- trên còn cần phải đặt thêm cả dầm nền

- Khi  > 450, lò nghiêng đ-ợc chống nh- các khung chống gỗ ở giêng đứng

- Khi góc nghiêng  lớn quá cần đặt khung chống cơ bản (có tai) ăn sâu vào đất

đá 0,5  0,7m khoảng cách giữa các vì cơ bản từ 5  10m tuỳ theo tính chất cơ

lý của đất đá

Ngoài ra, nếu thấy có hiện t-ợng tr-ợt ở phía vách lò, cần thiết dựng khung nghiêng về phía trên 5 0 đến 7 0 so với mặt cắt vuông góc với trục đ-ờng lò; ng-ợc lại khi có hiện t-ợng tr-ợt ở đá trụ, chân cột đ-ợc chôn lệch lên phía trên ở phía nền lò với các góc t-ơng tự

CHƯƠNG 3: KHUNG CHốNG KIM LOạI

3.1 Khung chống kim loại ở lò bằng, lò nghiêng

3.1.1 Khái quát chung

a -u nh-ợc điểm

Khung chống kim loại là một trong những loại kết cấu chống đ-ợc sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất để chống giữ các đ-ờng lò So với kết cấu chống gỗ, kết cấu chống bằng kim loại có nhiều -u điểm hơn:

- Có khả năng mang tải lớn;

- Thuận tiện cho việc lắp đặt, sử dụng đ-ợc trong các đất đá có độ bền bất

kỳ, trong các đ-ờng lò có áp lực mỏ đã xác định cũng nh- trong các đ-ờng lò nằm ở trong vùng ảnh h-ởng của công tác khai thác;

- Làm khung chống tạm thời cũng nh- làm khung chống cố định, làm khung chống cứng cũng nh- làm khung chống linh hoạt

b Điều kiện sử dụng

Hiện nay, vì chống bằng thép đ-ợc sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ lớn nhất trong lò bằng và lò nghiêng Vì chống thép khắc phục đ-ợc tất cả nh-ợc điểm vì

gỗ, dùng trong đất đá có độ bền bất kỳ, áp lực lớn Khung chống cố định bằng thép có thể sử dụng với nhiều thời gian phục vụ khác nhau, thông th-ờng đ-ờng

lò cần phục vụ từ 5-7 năm trở lên đều có thể chống bằng khung chống thép Trong những điều kiện thông th-ờng, nên sử dụng khung chống thép với những

đ-ờng lò có thời gian tồn tại 15-20 năm.Không nên dùng trong những đ-ờng lò

có chất ăn mòn kim loại nh- axit, muối Vì vậy khi sử dụng khung chống thép trong các đ-ờng lò có n-ớc cần phải có biện pháp chống rỉ cho thép Khung chống tạm thời bằng thép có thể sử dụng đ-ợc nhiều lần

3.1.2 Cấu tạo khung chống thép

Các khung chống thép sử dụng ở lò bằng và lò nghiêng khi dựa trên điều kiện làm việc có thể phân chia thành ba loại chính: kết cấu chống cứng, kết cấu linh hoạt kích th-ớc và kết cấu linh hoạt hình dáng

3.1.2.1 Khái quát về các loại khung thép trong xây dựng mỏ và công trình ngầm

Khung thép có thể chế tạo trực tiếp từ thép hình, nh-ng cũng có thể đ-ợc chế tạo bằng cách hàn ghép, kết nối từ các loại thép tròn có đ-ờng kính khác

nhau Do vậy trong thực tế th-ờng phân biệt khung thép hình và khung thép tổ hợp

Nói chung trong xây dựng công trình ngầm mỏ và dân dụng th-ờng sử dụng một số loại thép hình đặc biệt, ngoài những loại thép hình thông th-ờng trong xây dựng Trên đây là một số ví dụ về các loại thép hình thông dụng trong xây dựng công trình ngầm

Hình 3.1: Các dạng kết cấu chống thép

Khung thép hình và khung thép tổ hợp

Thép

đ-ờng ray

Thép chữ I

Thép lòng mo

Thép hình chuông

Thép lòng máng

Thép

ống

Thép hình sao

Thép chữ

H

Hình dạng và kích th-ớc của các khung chống thép hình đ-ợc chế tạo tùy theo hình dạng tiết diện của khoảng trống đ-ợc khai đào Vì vậy các khung chống bằng thép đ-ợc chế tạo tr-ớc theo kích th-ớc, tuy nhiên trong ngành khai thác mỏ hầm lò cũng th-ờng sử dụng các khung chống mẫu hay tiêu chuẩn theo các thiết kế mẫu

* Khung thép hình

Thông th-ờng, để thuận tiện và nhẹ nhàng khi sử dụng, các khung chống bằng thép đ-ợc chia ra nhiều đoạn Tùy theo tính năng và yêu cầu các mối nối có thể đ-ợc chế tạo hay gia công ở các dạng khác nhau Trong thực tế phân biệt các

mối nối cứng hay khớp cứng, và mối nối linh hoạt hay khớp linh hoạt Mối nối linh hoạt lại đ-ợc phân ra hai loại là khớp tr-ợt và khớp xoay

Khớp cứng th-ờng ở dạng liên kết bản đệm hay mặt bích, nối cứng với

nhau bằng đinh ốc hoặc then, chốt Khung chống khớp cứng th-ờng đ-ợc sử dụng cho các đ-ờng lò đá trong ngành mỏ Trong xây dựng công trình ngầm khung khớp cứng đ-ợc sử dụng làm khung chống tạm khi gặp các khối đá dễ tróc lớp hay sập lở và sau đó trở thành cốt cứng trong vỏ chống cố định Tuy nhiên ngày nay khung thép tổ hợp ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi, thay thế cho loại khung cứng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng với các lý do khác nhau, sẽ đề cập trong mục khung thép tổ hợp

xà thép bản đệm cột thép

thanh khung chữ I

đệm

ốc vít

Tấm đệm dạng chữ U theo Spruth 1959

Cấu tạo tấm đệm cong

Hình 3.2: Các dạng mối nối cứng

Khớp tr-ợt là khớp nối cho phép hai đọan khung nối với nhau có thể tr-ợt

lồng vào nhau (hay tr-ợt chồng lên nhau) một đoạn xác định Khớp tr-ợt đ-ợc

tạo nên theo nguyên lý ma sát nên còn gọi là khớp ma sát và trong thực tế có khá

nhiều dạng khác nhau (Hình ) Khớp tr-ợt hạn chế hay cũng còn gọi là khớp linh hoạt hạn chế th-ờng đ-ợc sử dụng khi khung thép đ-ợc chế tạo từ thép chữ I; hai

đoạn khung đ-ợc kết nối trong hộp tr-ợt với đoạn đ-ờng tr-ợt khoảng 200 đến 400mm (đ-ơng nhiên cũng có tr-ờng hợp đến 600mm, song khi đó khả năng chống uốn của khung bị giảm đi) Khớp tr-ợt th-ờng đ-ợc sử dụng cho các khung chống thép tại các đ-ờng lò trong ngành mỏ khi gặp các tr-ờng hợp khối

đá có biến dạng lớn (ví dụ gần khu vực khai thác, lò chuẩn bị) hoặc trong xây dựng công trình ngầm, khi trong khối đá xuất hiện biến dạng dẻo Khung chống

có khớp tr-ợt hay ma sát th-ờng đ-ợc gọi là khung tr-ợt, khung ma sát hay khung chống linh hoạt kích th-ớc

Hình 3.3- Các dạng mối nối linh hoạt

Khớp xoay là mối nối cho phép kết cấu có thể xoay quanh khớp ở mức độ

nhất định Khung chống có khớp xoay, th-ờng gọi ngắn là khung chống khớp có thể biến hình hay khung chống linh hoạt hình dạng, nghĩa là có thể tự điều khiển

để thích ứng với biến dạng của khối đá mà ít gây ra biến dạng trong từng đoạn của khung Khung chống càng nhiều khớp thì các đoạn càng ngắn và tác động gây uốn càng nhỏ Tuy nhiên số l-ợng khớp cũng có giới hạn và th-ờng không quá 3 Khi sử dụng nhiều khớp hơn sẽ có thể dẫn đến khả năng nguy hiểm là ba khớp nào đó có thể nằm trên một đ-ờng thẳng, trong quá trình biến dạng, dẫn

đến khung mất ổn định Thông th-ờng khi sử dụng khung dạng khớp bao giờ cũng có một khớp trên nóc, có thể đ-ợc bố trí chính giữa nóc đ-ờng hầm và tại

vị trí nằm giữa nóc và s-ờn đ-ờng hầm Khung chống khớp bốn đoạn, th-ờng có dạng đối xứng, có thêm hai khớp phía s-ờn đ-ờng hầm, để nối đoạn khung nóc hay xà nóc với các cột Dạng khung không đối xứng th-ờng chỉ có thêm một hoặc không có khớp s-ờn, ngoài khớp nóc Thông th-ờng các khớp (làm bằng

thanh gỗ cứng, dài) cũng có vai trò làm thìu dọc, liên kết các khung riêng rẽ với

nhau

Khớp tr-ợt cài then

khớp tr-ợt hạn chế, khung thép chữ I

Hộp tr-ợt Gerlach, theo Gimm 1959

gông tròn với bản

đệm đúc, cán tr-ớc

Nhằm phát huy những -u điểm và khắc phục các hạn chế của các loại khung với cácdạng khớp nối khác nhau đã xuất hiện ý t-ởng về một loại khung vạn năng

Hình 3.5: Khung chống vạn năng

Lắp dựng Khung thép hình đ-ợc lắp dựng ngay sau khi tạo ra khoảng

trống ngầm Các trang bị hỗ trợ nh- sàn công tác, giá lắp dựng đ-ợc chế tạo và

sử dụng để có thể lắp dựng nhẹ nhàng, ngay cả khi các đoạn khung dài và nặng Cũng vì vậysố l-ợng các mối nối không cần thiết sẽ đ-ợc giảm đi

Để tạo ra độ cứng vững cho hệ khung dọc theo trục công trình ngầm đ-ợc tạo nên nhờ các kết cấu văng và giằng Văng và giằng không chỉ giữ cho các khung thép có thể ổn định mà có khả năng chịu nén, kéo ngay cả khi không phun vữa hoặc chèn Thông th-ờng các văng gỗ có khả năng chịu nén, còn các giằng thép tấm hoặc tròn có khả năng chịu kéo Cũng cần l-u ý rằng, tại công tr-ờng

có khi sử dụng ph-ơng pháp hàn để kết nối các khung thép, nh-ng cũng cần nhận thức rằng qua đó sẽ làm giảm khả năng chịu tải của loại thép chất l-ợng

cao đã qua quá trình tôi, ủ

đảm bảo an toàn trong khi thi công, đồng thời cũng là ph-ơng tiện giúp đảm bảo

căn chỉnh hình dạng của công trình theo thiết kế Kích th-ớc của khung tổ hợp

đ-ợc tính toán t-ơng tự nh- tính khung thép hình khác Khi phun bê tông theo từng lớp mỏng, kết cấu khung thép và bê tông phun tạo nên kết cấu khung có chèn, khi phun phủ đầy sẽ có đ-ợc kết cấu ở dạng vỏ chịu tải

Hình 3.7: Kết hợp giữa khung chống tổ hợp và bê tông phun

Để chốt giữ khung thép th-ờng sử dụng neo cắm qua các vòng liên kết riêng (ví dụ hàn các vòng thép vào khung thép, tạo các hộp khóa, hay bản đệm

có lỗ cắm neo, liên kết với khung thép), hoặc neo qua các lỗ khoan trên khung thép hình, riêng với khung thép tổ hợp sẽ khắc phục đ-ợc hiện t-ợng khoan qua khung

Nh- vậy bằng cách tổ hợp và phối hợp các cấu kiện khác nhau bằng thép, với các dạng liên kết khác nhau cho phép có đ-ợc các dạng khung chống phù hợp với những yêu cầu sử dụng nhất định

3.1.2.2 Khung chống cứng:

a Khung chống hình thang

Về mặt kết cấu, khung chống thép hình thang t-ơng tự khung chống gỗ, cũng gồm có một xà nóc và hai cột (và có thể có thêm dầm nền) Các khung chống thép hình thang có thể là khung kín hoặc khung hở Các cấu kiện của khung chống th-ờng đ-ợc chế tạo từ thép đ-ờng ray cũ hoặc từ các dầm thép chữ

I số hiệu 16-20 hoặc hơn nữa Cột và xà nóc của khung chống hình thang có thể liên kết với nhau như bản đệm, thép góc với bu lông bản ốp v v… như hình vẽ

(Hình 3.8.)

Văng bằng gỗ giống nh- khung chống hình thang bằng gỗ Các thanh giằng th-ờng bằng thép góc hoặc thép bản dày 10-15mm bắt bu lông giữ vào cột chống Chèn có thể bằng gỗ, bằng các tấm thép hình gợn sóng, v v

khe công tác

khe công tác cốt chờ

ở khung chống hở, chân cột đặt trực tiếp vào hố chân cột d-ới nền Khi đất

đá d-ới nền mềm yếu, để tránh khả năng lún chân cột thì chân cột đ-ợc hàn thêm một bản đệm hoặc tỳ lên dầm dọc bằng gỗ qua bản đệm hàn

+ Ưu điểm của khung chống hình thang là đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt + Nh-ợc điểm: kết cấu là kết cấu cứng, khả năng mang tải kém hơn khung chống hình vòm có cùng chi phí

b Khung chống hình vòm

Các khung chống hình vòm cứng có khả năng mang tải cao hơn khung chống thép hình thang khi có cùng sử dụng một thép Chúng th-ờng đ-ợc sử dụng ở những đ-ờng lò có áp lực đất đá ổn định Khung chống gồm có hai nửa vòm uốn bằng thép hình I12 I18 hoặc thép đ-ờng ray, hai nửa vòm này đ-ợc

nối cứng với nhau nhờ bu lông bản nối hoặc các liên kết t-ơng đ-ơng khác (hình 3.9.) Mối nối là vị trí yếu nhất trong toàn bộ khung chống

Ngoài ra, chiều dài từng cấu kiện còn quá lớn nên rất khó khăn khi vận

chuyển trong đ-ờng lò Khung chống kim loại dạng vòng kín (hình 3.10) cấu tạo

từ 3 đến 4 cấu kiện liên kết với nhau bằng bản đệm và bulông Dạng kết cấu này nên sử dụng trong điều kiện có áp lực đất đá lớn xuất hiện từ cả 4 phía

Hình 3.8: Khung chống cứng hình thang bằng thép

Khi đó khả năng mang tải của kết cấu chống kín đ-ợc tận dụng tối đa Cũng giống nh- kết cấu chống dạng vòm, mối nối giữ các cấu kiện là vị trí yếu nhất trong toàn bộ khung chống

Hình 2.9: Khung chống cứng thép hình

vòm

Hình 3.10: Khung chống cứng kín bằng hình

tròn bằng thép

c Khung chống linh hoạt kích th-ớc

Khung chống đ-ợc uốn bằng thép lòng máng, cấu tạo gồm có một xà cong

và hai cột cong Xà cong và cột cong đ-ợc liên kết với nhau bằng một liên kết

đặc biệt là liên kết bu lông - gông (mỗi liên kết 2 bộ gông), chính nhờ có liên kết này mà đầu xà đ-ợc lồng vào trong lòng cột

Hình 3.11: Khung chống thép linh hoạt về kích th-ớc

Với áp lực nhỏ, khung chống làm việc nh- một khung chống cứng Khi áp lực đất đá lớn hơn lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các cấu kiện (lực ma sát này tạo ra nhờ lực xiết các bu lông gông) các cấu kiện bắt đầu bị tr-ợt lên nhau,

cụ thể là xà bị tr-ợt trên cột Tốc độ biến dạng của khối đất đá bên trên nhờ vậy

mà giảm đi, áp lực tác dụng lên khung chống nhỏ hơn lực ma sát các cấu kiện không bị tr-ợt nữa Biến dạng của đá nóc tăng dần theo thời gian, áp lực lên khung chống lại lớn dần và đến một lúc nào đó lại lớn hơn lực ma sát, các cấu kiện lại tr-ợt Cứ nh- vậy cho đến khi khai thác hết độ linh hoạt của khung chống Độ linh hoạt của khung chống theo ph-ơng thẳng đứng đạt đến

300500mm Để tăng độ linh hoạt của khung chống trong tr-ờng hợp cần thiết

có thể sử dụng khung chống gỗ 5 đoạn cấu kiện (hình 3.12)

Khung chống thép linh hoạt hình vòm đ-ợc sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong các đ-ờng lò chịu ảnh h-ởng của công tác khai thác, ở đó áp lực đất đá thay đổi

Hình 3.13.Liên kết giữa xà và cột và gông nối

d Khung chống kim loại linh hoạt về hình dạng

Khung chống có hai loại khung chống năm khớp và khung chống ba khớp Các thanh cấu kiện của khung chống lằm bằng thép I hay thép ray và đ-ợc sử dụng ở những nơi có áp lực tác dụng thay đổi về h-ớng hoặc tác dụng lệch Loại khung chống ba khớp có kết cấu đơn giản hơn vì chúng gồm hai đoạn cung cong bằng thép chữ I hoặc thép đ-ờng ray, ở đầu có hàn các bản đệm cong để ôm lấy

các thìu gỗ (hoặc bê tông cốt thép) tạo thành khớp (hình 2.14.a) Loại khung chống năm khớp hai đoạn xà cong, hai cột và ba thìu (hình 2.14.b) Hai đầu của

đoạn xà cong đ-ợc hàn đế cong để ôm thìu nóc và thìu hông Đ-ờng kính thìu gỗ bằng 18 22cm, chiều dài của thìu gỗ th-ờng bằng 23 lần khoảng cách giữa các khung chống, tức là trên mỗi thìu gỗ có đặt 23 khung chống

Cột của mỗi khung chống có thể bằng gỗ, thép hoặc bê tông cốt thép Nhờ

có khớp mà khi có tải trọng thay đổi h-ớng hoặc tác dụng lệch thì các cấu kiện

có khả năng xoay quanh khớp giảm mô men uốn đi, khung chống bị biến dạng

mà không mất khả năng mang tải

Hình 3.14: Khung chống thép linh hoạt về hình dạng(loại 3 khớp và 5 khớp)

3.1.3 Thi công lắp dựng khung chống kim loại

- Thi công khung chống cứng hình thang: t-ơng tự nh- khung chống gỗ

Để tăng c-ờng khả năng chịu tải của khung chống thép hình thang, các lỗ chân cột đ-ợc đào rộng thêm để đặt đế chân cột, hoặc đào các rãnh để đặt thìu dọc bằng gỗ Do các xà và cột bằng thép có trọng l-ợng lớn hơn gỗ nên để thuận tiện cho quá trình lắp dựng nên sử dụng các thiết bị nâng cấu kiện Các mỏ hầm lò của n-ớc ta vẫn chủ yếu lắp dụng bằng thủ công

- Thi công khung chống cứng hình vòm: tr-ớc khi dựng khung chống cũng phải làm các công tác chuẩn bị, đào hố chân cột, dựng một nửa vòm lên, dùng chèn nhói giữ tạm sau đó dựng nốt nửa kia Bắt bu lông, điều chỉnh xê dịch cho

đúng vị trí sau đó lèn chặt chân cột, xiết chặt bu lông, đánh văng, cài chèn và chèn chặt khoảng hở sau khung chống

- Thi công khung chống linh hoạt về kích th-ớc: lần l-ợt dựng từng cột một, dựng đ-ợc cột nào dùng chèn nhói và thanh giằng giữ tạm cột đó lại Sau đó lên xà cong bằng tay hoặc bằng kích nâng, điều chỉnh độ cao thấp và độ thẳng

đứng sau đó bắt bu lông Chú ý xiết đều các bu lông để khung chống lún đều Sau đó bắt giằng, đánh văng và cài chèn

- Thi công khung chống linh hoạt về hình dạng: Trình tự lắp dựng khung chống ba khớp giống nh- khung chống cứng hình vòm hai đoạn Chỉ khác ở chỗ phải tiến hành lên thìu nóc tr-ớc khi lắp dựng từng thanh chống và th-ờng phải tiến hành đặt các thìu dọc d-ới nền lò Đối với loại năm khớp, chúng đ-ợc lắp dựng nh- sau:

+ Lắp thìu nóc: Một đầu mộng (th-ờng có dạng mũ ông công) đ-ợc ăn khớp với mộng của thìu cũ Đầu thìu sát -ơng đ-ợc đỡ bằng cột bích tạm thời Sau đó tiến hành lên tiếp hai thìu hông Hai thìu hông đ-ợc giữa bằng các cột

đạp tạm thời

+ Lắp đặt từng đoạn xà cong: đầu tiên cho một đầu xà cong dựa lên thìu hông để làm điểm tựa Sau đó lựa để cho đầu xà cong ăn khớp với thìu nóc Sau khi đã lên xong hai đoạn xà cong, điều chỉnh cho chúng nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục lò và tiến hành lắp dựng các cột chống

+ Lắp dựng hai cột cố định phía d-ới các xà cong

+ Kiểm tra toàn bộ khung chống theo các yêu cầu kỹ thuật Sau đó đóng nêm các thìu và cài chèn nóc và hông lò Cuối cùng tháo cột bích và các cột đỡ tạm thời

e.Khung chống kim loại cho lò nghiêng

Loại khung chống hình thang đ-ợc chống các đ-ờng lò nghiêng, có góc nghiêng 300 diện tích tiết diện không lớn th-ờng đ-ờng ray Còn các lò có tiết diện lớn hơn và góc nghiêng bất kỳ, dùng vì chống linh hoạt về kích th-ớc Khi

lò có góc nghiêng  > 450, dùng các khung khép kín hay các vòng chống có thêm các thanh giằng và đánh văng giữa các khung

Riêng vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối đ-ợc dùng để chống giữ các đ-ờng lò cơ bản quan trọng nhất, hoặc các đoạn lò có áp lực mỏ lớn phân bố không đều, hoặc có tác dụng không đối xứng

Đây là những vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách n-ớc cao, khả năng chịu lực rất lớn có thể sử dụng trong những điều kiện khác nhau với nhiều dạng độ bền khác nhau Đây là dạng kết cấu vỏ chống đ-ợc sử dụng nhiều nhất để chống giữ các đ-ờng lò cơ bản trong mỏ ở n-ớc ta, dạng vỏ chống này

đã đ-ợc sử dụng rất hiệu quả để chống giữ hàng nghìn mét lò cơ bản trong mỏ Mạo Khê

b -u nh-ợc điểm

- Ưu điểm: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động

học nhỏ, tính chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống và đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợi cho sự làm việc của vỏ chống

- Nh-ợc điểm: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không

phát huy hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân bố không đều và giá trị dịch chuyển của biên lò lớn (v-ợt quá 50mm)

Trong đa số các tr-ờng hợp, đòi hỏi phải áp dụng biện pháp chống tạm tr-ớc khi thi công lắp dựng vỏ chống bê tông liền khối, kết quả là làm tăng chi phí thi công Khi sử dụng loại vỏ chống bê tông liền khối trong môi tr-ờng có tính ăn mòn, xâm thực lớn, tuổi thọ của kết cấu chống giảm

c Đặc điểm cấu tạo:

Về hình dạng, vỏ chống liền khối có các dạng sau: vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng; vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng có vòm ng-ợc; vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng cong, có vòm ng-ợc (bao gồm cả hình tròn); vỏ chống bằng bê tông phun; vỏ chống bê tông với cốt thép mềm; vỏ chống bê tông

với cốt thép cứng Trong đó, kết cấu vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng

đứng đ-ợc sử dụng rộng rãi nhất, đây là dạng kết cấu chịu áp lực lớn theo ph-ơng thẳng đứng rất tốt Dạng kết cấu vỏ chống hình vòm, t-ờng cong đ-ợc sử dụng trong khối đá xuất hiện cả áp lực hông lớn Trong tr-ờng hợp xuất hiện cả

áp lực đất đá ở phía nền thì sử dụng dạng kết cấu vỏ chống có vòm ng-ợc hoặc

vỏ chống hình tròn

Để tăng phạm vi áp dụng của loại vỏ chống này, đảm bảo cho khả năng làm việc bình th-ờng của vỏ chống trong những điều kiện mức độ dịch chuyển của biên lò lớn, có thể kết hợp vỏ chống bê tông liền khối với một lớp vật liệu lấp

đầy sau khoảng trống giữ bề mặt ngoài của vỏ chống với đất đá bao quanh có tính linh hoạt

Do khả năng chịu kéo của bê tông kém nên khi lực gây ứng suất kéo trong

vỏ chống bê tông lớn đòi hỏi phải bố trí cốt thép trong vỏ chống Cốt thép chịu lực đ-ờng kính thay đổi từ 8 đến 25mm đ-ợc lắp dựng theo ph-ơng vuông góc với trục dọc đ-ờng lò, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ lấy theo quy phạm bê tông cốt thép hiện hành Trong thực tế, do sự biến đổi của biểu đồ mômen dọc theo vỏ chống trên mặt cắt ngang nên để thuận tiện cho thi công th-ờng sử dụng vỏ chống bê tông với cốt kép (cốt thép đ-ợc lắp dựng ở cả mặt trong và mặt ngoài của vỏ chống)

Trong nhiều tr-ờng hợp, khi khối đá mất ổn định không cho phép tháo vì thép chống tạm tr-ớc khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể l-u vì thép lại trong

vỏ chống bê tông để làm cốt thép cứng Cốt thép cứng có thể làm bằng vì thép I, thép lòng máng Vỏ chống dạng này có thể chế tạo d-ới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chống hở

Hình 4.1: Vỏ bê tông cốt thép liền khối hình vòm t-ờng thẳng

Một trong những nh-ợc điểm của dạng vỏ chống với khung cốt chịu lực

d



M

â m q u a

y

thể thay thế khung cốt thép cứng chữ I bằng khung cốt thép linh hoạt cấu tạo bằng thép lòng máng Các khung thép lòng máng linh hoạt đ-ợc lắp dựng ngay sát g-ơng lò đóng vai trò làm khung chống tạm Sau khi mất hết khả năng linh hoạt và chuyển sang chế độ làm việc “cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai trò làm cốt cứng

- Xây vỏ sau khi đào xong công trình: sơ đồ này dùng cho các công trình không dài và rộng lắm, đất đá khá vững chắc

- Xây vỏ chống đồng thời với công tác đào g-ơng: sơ đồ này dùng cho các hầm trạm lớn, công tác đào và xây đ-ợc tiến hành đồng thời mà không ảnh h-ởng đến nhau

* Ph-ơng pháp thi công:

- Ph-ơng pháp thi công bằng thủ công: đ-ợc sử dụng khi khối l-ợng đổ bê tông đổ nhỏ, hạn chế tại các đ-ờng lò có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn Ph-ơng pháp này đòi hỏi một khối l-ợng nhân lực lớn, chất l-ợng vỏ chống thấp, làm giảm giá thành xây dựng và tăng tốc độ đào lò Tuy nhiên ở n-ớc ta hiện nay thì đây vẫn là ph-ơng pháp thi công cơ bản áp dụng tại các đ-ờng lò, hầm trạm tại sân giếng

- Ph-ơng pháp thi công bằng cơ giới: bê tông đ-ợc vận chuyển và đổ vào phía sau cốp pha nhờ hệ thống máy móc chuyên dùng Cốp pha kim loại lắp ghép bằng các tấm lớn, hoặc cốp pha di động chạy trên đ-ờng ray tại các đ-ờng

lò có tiết diện hình vòm và hình tròn Hiện nay tại các mỏ hầm lò n-ớc ta ch-a

sử dụng loại cốp pha di động

* Trình tự thi công

Khi thi công vỏ chống bê tông liền khối các công việc đ-ợc tiến hành theo trình tự: tháo vì chống tạm, đào móng, sửa t-ờng, đổ bê tông móng, dựng cột và lắp dựng ván khuôn phần t-ờng, đổ bê tông phần t-ờng, lắp ván khuôn phần vòm, lát ván và đổ bê tông vòm

Khi thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép, để tạo cho vỏ chống có hình dạng cần thiết và tạm giữ khối xây bê tông ch-a đông cứng, ng-ời ta dùng các khuôn kim loại hoặc gỗ đặt trong lò, các khuôn này đ-ợc gọi là ván khuôn (cốp pha) Kết cấu chịu tải của ván khuôn là vòm khuôn, vòm khuôn chịu toàn

bộ trọng l-ợng của khối bê tông và trong một số tr-ờng hợp còn chịu cả trọng l-ợng đá nóc Vòm khuôn có thể uốn bằng thép chữ I, thép chữ C hoặc ray nhỏ theo đ-ờng biên lò Vòm khuôn cũng có thể ghép bằng gỗ, đóng đinh lại với nhau Trong các đ-ờng lò tiết diện lớn, vòm khuôn gỗ đ-ợc tăng sức bằng các cột đứng và cột xiên

Hình 4.2: Cấu tạo ván khuôn gỗ phần vòm

2000  3000

3000  4000

2 4

600

1200 1200

Móng t-ờng đ-ợc đào sâu 2530cm xuống nền lò Chiều sâu móng chọn phụ thuộc vào độ kiên cố của đất đá, khi đất đá nền có hệ số kiên cố vững chắc, chiều sâu móng có thể giảm đi Móng đ-ợc đào bằng cuốc xẻng, xà beng hoặc búa chèn Bê tông đổ vào móng cần đ-ợc đầm kỹ

Các công việc đ-ợc tiến hành theo thứ tự tháo bỏ hoặc bắn dịch khung chống tạm vào phía trong, đào móng, sửa t-ờng, đổ móng, dựng cột và lắp ván khuôn phần t-ờng, đổ bê tông t-ờng, lắp ván khuôn, lát ván và đổ vòm Nếu có cốt thép thì cốt thép phải đ-ợc buộc (hoặc hàn) thành l-ới và định vị chắc chắn tr-ớc khi đổ bê tông

- Bê tông chỉ đ-ợc trộn ngay tại chỗ hoặc trộn từ xa chuyển bằng băng chuyền hoặc đ-ờng ống Thời gian từ lúc đổ n-ớc vào máy trộn đến khi đổ bê tông không quá 3045 phút

- Việc đổ bê tông phải đảm bảo cho bê tông liền khối (không bị phân lớp) Muốn vậy phải đổ bê tông liên tục, tính chiều dày mỗi lớp đổ, cách đổ và cấp phối bê tông đúng theo thiết kế

- Bê tông đ-ợc đổ thành từng lớp, mỗi lớp dày 2030cm tuỳ thuộc vào kích th-ớc các hạt cốt liệu, loại máy đầm Ví dụ với bê tông cốt cứng, đầm tay thì chiều dày mỗi lớp đổ bằng 3 lần kích th-ớc các hạt cốt liệu lớn nhất

- Khi đổ phải đầm để tăng độ liên kết, tăng độ bền và độ chống thấm của

bê tông, giảm chi phí xi măng (2030%) và cho phép sớm dỡ cốp pha

Chân vòm là nơi dễ bị phá hoại nên không đ-ợc đổ phân lớp tại chỗ này

Nếu đang đổ t-ờng mà vì lý do nào đó phải dừng lại thì tốt nhất nên dừng lại ở phía d-ới chân vòm một đoạn Sau khi bê tông đã đông cứng và đạt trên 70% độ bền thiết kế thì có thể dỡ ván khuôn

e Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép cho lò nghiêng

Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép đ-ợc sử dụng trong các đ-ờng lò nghiêng cơ bản Hình dạng chủ yếu của vỏ chống trong các đ-ờng lò này là dạng vòm với t-ờng thẳng hoặc t-ờng cong

- Khi góc dốc   150 kết cấu vỏ chống liền khối bằng bê tông, bêtông cốt thép giống nh- kết cấu vỏ chống liền khối ở lò bằng

- Khi góc nghiêng  = 150 300, móng của vỏ chống cần có đáy bằng vì vậy ng-ời ta th-ờng xây móng bậc với chiều cao bậc tì 0,41m

- Khi góc nghiêng  > 300 nền đ-ợc chống giữ bằng vòm ng-ợc dạng bậc, bằng các neo kim loại hoặc vì neo bê tông cốt thép

- Khi góc nghiêng  = 45750 vỏ chống có dạng vòm, hoặc vòm có đáy ng-ợc Cách 1020 m theo chiều dài lò nghiêng phải xây dựng một vành đế theo toàn bộ đ-ờng biên Việc đào đất đá trong khâu nằm giữa hai vành đế đ-ợc tiến hành d-ới các vì chống tạm, còn vỏ chống cố định đ-ợc xây dựng theo h-ớng từ d-ới lên trên

- Khi góc dốc  > 750 vỏ chống liên khối ở lò nghiêng giống nh- vỏ chống liền khối ở giếng đứng

Vỏ chống liền khối bằng bê tông cốt thép đ-ợc sử dụng để chống giữ lò nghiêng khi áp lực mỏ lớn hoặc phân bố không đều, hay tác dụng không đối xứng

4.1.1.2 Trong các công trình ngầm giao thông, thuỷ lợi thuỷ điện

Vỏ hầm bê tông liền khối đổ tại chỗ hiện nay đ-ợc sử dụng khá rộng rãi trong các CTN giao thông, thuỷ lợi, v.v… đóng vai trò là vỏ chống cố định có các chức năng chịu lực, cách nước, chống thấm, tạo thẩm mỹ, v.v… và được thi công sau cùng khi đã kết thúc công tác đào và gia cố tạm tại vị trí mặt cắt đổ bê tông

Vỏ bê tông có thể có hoặc không có cốt thép tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, chức năng làm việc

Tuỳ thuộc vào đặc điểm làm việc và chức năng sử dụng, bê tông có chiều dày khác nhau Chiều dày vỏ, cốt và chiều dày lớp phủ theo chỉ dẫn của Hội công trình ngầm thế giới (ITA - International Tunnelling Association), chiều dày lớp vỏ trong cho các tuynen th-ờng không nhỏ hơn 30cm Đối với bê tông cốt thép và bê tông chống thấm, chiều dày vỏ không nên d-ới 35cm

Vì vỏ bê tông liền khối đ-ợc coi là kết cấu chống cứng có khả năng biến dạng, dịch chuyển hạn chế nên tại thời điểm đổ vỏ chống cố định, công tác đào công trình ngầm có thể đã kết thúc, hoặc vị trí đổ bê tông cách đủ xa so với g-ơng đang tiến hành đào, kết cấu chống tạm đã hoàn chỉnh, biến dạng và dịch chuyển của khối đá đã ngừng lại Tuỳ thuộc vào sơ đồ thi công đã chọn, vỏ bê

tông liền khối có thể tiến hành: Sơ đồ song song: Sơ đồ nối tiếp toàn phần: Sơ đồ nối tiếp từng phần, sơ đồ phối hợp

Các yêu cầu về tính năng

 Yêu cầu về độ bền

Nói chung độ bền của bê tông phải thoả mãn các yêu cầu theo bài toán tĩnh học Tuy nhiên để chống sự hình thành các vết nứt, không nên sử dụng bê tông có độ bền quá cao, bởi lẽ do tác dụng của nhiệt độ trong quá trình ninh kết,

bê tông có độ bền càng cao thì khả năng tiếp nhận công cơ học càng kém, nghĩa

là bê tông càng dòn Độ bền của lớp vỏ ngoài đ-ợc ấn định thông qua thiết kế, ví

dụ một lớp vỏ hình trụ tròn, đ-ờng kính 15m, nên có khả năng mang tải là 30MN/m2

 Yêu cầu về khả năng cách n-ớc

Nói chung có nhiều giải pháp phòng n-ớc Tr-ờng hợp sử dụng bê tông cách n-ớc nhất thiết phải chú ý đến các tiêu chuẩn hiện hành có thể thống nhất giữa bên giao thầu và nhận thầu Chẳng hạn đối với các đ-ờng hầm đ-ờng sắt hay đ-ờng bộ, bê tông cách n-ớc không cho phép n-ớc xâm nhập sâu hơn 30

mm Ngoài ra cần chú ý đến khả năng xuất hiện các vết nứt Chẳng hạn chiều rộng hay độ mở của các khe nứt không v-ợt quá 0,15 đến 0,20mm

 Các tính chất đặc biệt

Vỏ bê tông phải có tính bền sulphát, do n-ớc có thể chứa muối sulphát (>600mgSO4/l) hoặc khối đá có thành phần sulphát (>3000mg SO4/kg) Trong các tr-ờng hợp này phải sử dụng xi măng có tính bền sulphát cao Tr-ờng hợp hàm l-ợng sulphát trong n-ớc ngầm đến trên 1500mg/l, cần sử dụng tro bay trong thành phần của chất độn

Hiện nay, để thi công vỏ bê tông trong CTN chủ yếu sử dụng cốp pha di

động Cấu tạo của ván khuôn di động th-ờng bao gồm 1 xe mang dạng cổng (để cho các thiết bị vẫn có thể di chuyển qua vị trí cốp pha đổ bê tông) và bộ phận ván khuôn có nhiều phần nối với nhau bằng khớp, giữa xe mang và ván khuôn có

bố trí các kích thuỷ lực để nâng hạ

Chiều dài cốp pha th-ờng dao động từ 6-8 m, có tr-ờng hợp tới 12m

(chiều dài cốp pha liên quan đến tốc độ đổ yêu cầu, bán kính cong nhỏ nhất dọc theo tuyến cần đổ, khả năng ổn định của cốp pha theo trục dọc, năng lực thiết bị

đổ bê tông, v.v…), các đốt cách nhau bởi khe co dãn

Xe mang có thể tự hành hoặc không tự hành Tr-ờng hợp không tự hành thì để di chuyển cốp pha phải sử dụng đầu kéo hoặc tời kéo Các xe mang nặng th-ờng di chuyển trong CTN trên ray

Cùng với sự phát triển của lĩnh vực xâydựng CTN, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công tác đổ bê tông, hiện nay có nhiều loại cốp pha di động khác nhau, phân loại theo nguyên lý hoạt động:

Cốp pha đổ toàn tiết diện kiểu ống lồng

TELESCOPIC FULL ROUND TUNNEL FORMWORK

Cốp pha đổ toàn tiết diện kiểu ống lồng hiệu quả để đổ bê tông liên tục Hệ thống di chuyển thuỷ lực kiểu “Omega” và “American” giúp cốp pha tự hành Các thiết bị phụ trợ bao gồm:

đàm rung tại hông chạy điện hoặc khí nén, hệ thống phun với ống cung cấp khớp, xe chở bê tông 2,5 – 11m 3

và bơm di chuyển trên đ-ờng tr-ợt

Telescopic, "full round" multi-scetion formwork ideal to achieve continuous advancement or block jets Self-propelled, hydraulic transport carriage available in the traditional version: "Omega" type and

"America" type Accessories include:

pneumatic or electric side-wall vibration, jet spray system with articulated feed piping, service carriages, concrete mixing trains with Trainmix with a capacity ranging from 2.5 to 11

Cốp pha tự hành (co duỗi)

SELF-REACTING TUNNEL FORMWORK

Formwork to cast medium and large cross-section linings, on-site with

an articulated structure to support the crete forces

The self-propelled, hydraulic transport and dismantling carriage, jet spray system with model "DCL"

distributor and centralised sidewall vibration system

Cốp pha nền từ đốt n-2

n - 1 n-2

Tấm Khớp Tăng đơ

Khung telescope Cốp pha II, trạng thái di chuyển

Cốp pha I, trạng thái đổ bê tông Tấm cốp pha nền (trong tr-ờng hợp này đặc tr-ớc)

Hình 4.4: Cấu tạo cốp phe kép

n

Khung dạng Telescope

Khung đầu dàn cốp pha

Cốp pha nền, giai đoạn n+1

Đối với các công trình ngầm giao thông, với các kích th-ớc thông th-ờng tốt nhất là nên sử dụng hai dàn cốp pha di động riêng cho phần vòm và phần nền Trong tr-ờng hợp tuy nen có kích th-ớc nhỏ có thể sử dụng loại cốp pha kín toàn chu vi; với loại này có thể chế tạo mỗi đốt đổ ngay trong một công đoạn

Cốp pha tự hành (di chuyển) SELF-LAUNCHING TUNNEL FORMWORK

Cốp pha sử dụng cho đổ toàn tiết diện hoặc CTN thi công lộ thiên với khung mang tích hợp, có thể di chuyển t-ơng đối về phía tr-ớc dọc theo đ-ờng dẫn nằm ngang hay nghiêng Hệ thống không yêu cầu phảI trang bị ray dẫn hoặc mặt tr-ợt do không có bánh xe Cốp pha loại này đ-ợc trang bị hệ thống

đầm rung hông và phun bê tông dạng tia h-ớng tâm

Formwork for open or "Full round"

sections with integrated carriage, mutually linked for the related forward movement along horizontal or inclined tracks The system does not require service rails to be laid or the preparation of a sliding surface since there are

no rotating wheels This formwork solution is equipped with centralised jet spray and sidewall vibration system

Cốp pha đổ bê tông ống ngầm và công trình ngầm với tiết

diện ngang thay đổi FORMWORK FOR UNDERGROUND DUCTS AND FOR TUNNELS

WITH VARIABLE CROSS-SECTIONS

Cốp pha Cifa dạng khớp, trang bị khung đỡ nếu cần thiết sử dụng cho CTN tiết diện nhỏ; hiện có cả cốp pha đặc biệt sử dụng cho CTN tiết diện lớn đổ từng phần hay liên tục; di chuyển thủ công chạy trên ray, bánh lốp hoặc trên các ph-ơng tiện di chuyển tiêu chuẩn khác

CIFA produces a wide range of variations

Articulated formwork, with a transport and dismantling carriage or platform, if necessary, designed for small cross-sections; special formwork for large cross-sections with a continuous or stopped variable profile; handling carriages on rails, on construction site tyres or on

a standard vehicle chassis