Công nghệ máy và thiết bị thi công công trình ngầm dạng tuyến phần 2

Chương CÔNG NGHỆ - MÁY VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG TUYÊN NGẦM ĐÀO KÍN VÓI KHIÊN VÀ T ổ HỢP KHIÊN 5.1 C Ô N G N G H Ệ Đ À O K ÍN Công nghệ thi công đào kín chia làm ba nhóm chính: Thi công phưoìig pháp mỏ; thi công phương pháp khiên, tổ hợp khiên thi công phương pháp áo - New Austrian Metod (NAM) Công nghệ thi công thường gặp tuyến ngầm vùng núi gọi phương pháp mỏ, phương pháp ứng dụng sớm vào việc đào hầm lò khai thác mỏ Trong phương pháp mỏ, phần lớn trường hợp dùng khoan lỗ mìn nổ phá đất đá nên gọi phương pháp khoan nổ Từ xu phát triển công trình đường hầm mà xét, phương pháp khoan nổ phương pháp thường dùng đế đào hầm núi từ trước đến từ sau Trong phương pháp mỏ, phương pháp che chống sau khai đào hầm hào, đại thể phân làm hai loại: che chống kết cấu thép gỗ, che chống neo phun bê tông Về công nghệ Ihi công, người ta quen gọi công nghệ thi công dùng khoan nổ để đào kết hợp với che chống cấu kiện thép gỗ “phương pháp mỏ truyền thống” dùng công nghệ thi công khoan nổ để đào kết hợp với che chống neo phun gọi “Phương pháp áo mới” 5.1.1 C ác công nghệ đào kín mỏ truyền thống Phương pháp mỏ truyền thống phương pháp phát triển lên thực tiễn thi công lâu dài người Phưofng pháp dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời, đợi đến đường hầm hình thành xong thay dần hệ che chắn tạm thời vỏ xây dày toàn khối có tính vĩnh cửu Che chống kết cấu gỗ không bền, thay đổi phức tạp lại không an toàn, dùng Che chống kết cấu thép có ưu điểm bền lâu xác với hình dạng hầm lò, phải thay đổi, an toàn Giới xây dựng Nhật Bản có thói quen gọi phương pháp mỏ dùng cấu kiện thép làm hệ che chống “Phương pháp lưng” Đào tuyến ngầm với phương pháp mỏ truyền thống có sơ đồ công nghệ 11 M ỏ truyền thông kết hợp với ináy đào liên họp com bai Đất đào máy đào liên hợp, dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời sau xây vỏ tunnel vĩnh cửu •Í-L r" ■ Hình 5.1 Sơ đồ bô'trí thiết bi công nghệ IIĨỎ kết hợp với máy liên hợp cotnhai: - đầu phá đất combai; - phận cào vơ combai; - cấu kiện gỗ hay thép làm che chán tạm thời; - xích tải gạt combai; -máy vận tải hầm lò M ỏ truyền thống kết hợp khoan - n ổ Đất đưa khỏi gương đào nhờ khoan - nổ mìn, dùng cấu kiện gỗ hav Ihép làm che chắn tạm thời sau xây vỏ lunnel vĩnh cửu Sơ đố bố Irí Ihiêì bị Ihc hình 5.2 Phương án dùng cho đào tuyến ngầm núi, đất có độ cứng trung bình có nước Hinh 5.2 Sơ dồ bô trí thiểt bị công nghệ mỏ kếí hợp khoan - IIÔ mìn: - gương đào; - cỗ máy khoan; - máy cào vơ; - máy vận tải hầm lò; - cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời M ỏ truyền thống kết hợp đào thủ công Đất đào sức người dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay búa chèn v.v , dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời, sau xây vỏtunnel vĩnh cửu Phương án sử dụng đầo tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, khó sạt lở, độ cứng từ nhỏ tới trung bình nước ngầm 112 Hình 5.3a Sơ dồ công nglỉệ mỏ tlìủ công: - đào đut sức người dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay búa chèn v.v - cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tam thời Hình 5.3b Khiên thủ công tiiiinel qua đáy sôngThames UK năm 1825 kỹ sư lìgườì Pháp Isambard Kiiìgdom Bniiiel (1806 - 1859} thiết kê' 5.1.2 Các công nghệ đào kín kết hợp khièn tổ hợp khién K hiên thủ công kết hợp khoan - n ổ m ìn: Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, nước ngầm Bản chcú công nghệ khoan tạo lỗ, nổ mìn, bốc xúc đất đá vận chuycn cuối thi công vỏ tunnel liền khối che chống khiên Điểm khác biệt so với công nghệ nổ mìn đất đá cứng có cấu khiên thủ công che chống mà không cần khoan neo gia cố vách lò tạm thời K hién thủ công kết hợp máy đào liên hợp com bain: Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, nước ngầm Đất đào máy đào liên hợp, dùng khiên thủ công để giữ vách lò lòng khiên xây vỏ tunnel vĩnh cửu Sơ đồ bố trí thiết bị giống liình 1.4, điểm khác biệt cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời số kết cấu khiên thủ công tự di chuyển phía trước nhờ kích K hiên thủ cô n g kết hợp đào thủ công loại thường (non pressure blance): Phương án sử dụng đào tunnel qua vùng có điều kiện địa chất ổn định, nước ngầm chiều dài tunnel nhỏ 750m Dưới che chống khiên thủ còng, đất đào sức người dụng cụ thủ công, máy khoan cầm tay búa chèn V V V Ỏ tunnel lắp từ mảnh vỏ ch ế tạo sẵn khiên, khiên di chuyển lên phía trước nhờ kích thuỷ lực đẩy vào phần vỏ tunnel vừa thi công xong 113 K hiên thủ cô n g ứ n g d ụ n g kh í n é n : Phương án áp dụng đất yếu, ngậm nước chiều dài tunnel nhỏ 750m Theo phưofng án che chống khiên thủ công đất đá đào sức người kết hợp cuốc xẻng, máy khoan cầm tay búa chèn w điều kiện áp suất cao để giữ gương đào không bị sạt lở Trong công nghệ người thợ phải làm việc điều kiện không khí áp suất cao dễ sinh bệnh “giếng chìm” Trên hình 5.4 ta thấy vách ngăn ngăn khoang thi công có áp lực cao với khoang áp lực bình thường K hí nén cấp máy nén khí 12 qua đường ống dẫn khí nén Toàn công tác đào đất, lắp ráp tổ chức khoang với điều kiện áp suất cao, đoạn tunnel đủ dài người ta di chuyển vách vào vị trí để tiếp tục chu kỳ T ổ hợp khiên thường (non p ressu re balance); Dùng để đào tunnel điều kiện địa chất tốt, nước ngầm, chiều dài tunnel > 750m Trong công nghệ tất công đoạn giới hoá hoàn toàn, đất đào nhờ mâm dao phía trước tổ hợp khiên Chi tiết sơ đồ công nghệ bố trí thiết bi xem hình 5.4 zz ì' ¥ Hình 5.4 Sơ đồ thi công Íiíiinel ứng dụng khí nén kết hợp khiên thủ công báu thủ công: - khiên; - khoang thi công; - máy lắp ráp vỏ tunnel; - camera an toàn; - cầu thoát hiểm; - vách ngăn chịu áp suất; - cabin vào; - khoang áp lực không khí bình thường; - ống dẫn khí nén; 10 - cần trục cổng; 11 - giếng đứng; 12 - máy nén khí T ổ hợp khiên g iữ g n g đào đất E P B : Tổ hợp dùng để đào tunnel vùng đất yếu, đất chảy thấm nước dạng đất sét pha sét Trên giới dùng để thi công tuyến Metro ngầm thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất nói Chi tiết sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị xem chương sau 114 T ổ hợp khiên g iư g n g đào bằ ng d u n g dịch betonite S P B : Tổ hợp dùng để đào tunnel vùng đất yếu, đất chảy nhiều nước ngầm Dung dịch betonite với gối khí nén tạo áp lực đủ lớn để khống chế áp lực nước ngầm, đảm bảo cho gưcfng đào không bị sạt lở Trên giới dùng để thi công tuyến Metro ngầm thành phố, qua đáy sông, đáy biển nơi có điều kiện địa chất nói Chi tiết sơ đồ công nghệ bô' trí thiết bị xem chưcíng sau T ổ hợp khiên hỗn hợp M ix shield: Đây tổ hợp khiên hoạt động nguyên tắc giữ gương đào hai loại khiên Tổ hợp thiết kế theo modul, tức theo cụm thay linh hoạt Nhờ phưcfng án cụm tổ hợp thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu giữ gưcfng đào tương ứng với điều kiện địa chất cụ thể Sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị theo hai tổ hợp SPB SPB chương 5.1.3 Phương pháp áo mới, công nghệ khoan nổ mìn đất đá cứng P h n g ph áp áo Phưcmg pháp thi công đường hầm áo (New Austrian Tunneling Method NATM) nhà bác học người áo K v Rabcewicz đề xuất trước tiên Phưcmg pháp lấy phun bê tông neo làm biện pháp che chống chủ yếu, thông qua giám sát đo đạc khống chế biến dạng giới chất, dựa sở kỹ thuật phun neo tổng kết lại đề xuất Hình 5.5 Giản đổ khái niệm NATM Rabcewicz Trong sách "Gebigtack und Tunnelbau"-1944, L v Rabcewicz đưa hệ thống áp lực đá giải thích tượng Nhiều nguyên tắc NATM đề cập sách Trong quyền sáng chế 1948 ông, 115 nguyên tắc NATM hình thành Các nguyên tắc kiểm tra biện pháp tình biến dạng cụ thể Phương pháp xây dựng hầm NATM nhiều nước tiên tiến giới công nhận phưcíng pháp xây dựng hầm đại có nhiều ưu điểm trội pháp thông thưòng Chính tính ưu việt phương pháp nên N ATM nhiều nước đưa vào quy trình thi công hầm Đức, Áo, Nhật Bản Việt Nam phương pháp NATM lần áp dụng để thiết kế thi công hầm đường xuyên núi Hải Vân (TP Đà Nẵng) sau áp dụng thành công vào công trình hầm đường qua đèo Ngang (Tỉnh Hà Tĩnh) Phương pháp thi công NATM tận dụng lực tự chịu tải đất đá thường thi công đất đá có khả tự ổn định hình 5.6 Hình 5.6 Trình tự s dồ công nghệ thi CÔIÌÍ’ tiinneì theo công nghệ áo NATM: - máy khoan; - neo; - lưới thép; - lớp bê lông phun (khô ướl) gia cô' tạm thời; - tổ hợp máy bcím vữ a bê tông; - xe di chuyển có lắp thiết bị quan trắc; - ván khuôn di động, - vỏ tunnel vĩnh cửu Sau đào hở vách lò người ta gia cố tạm tời khoan neo, phun bê tông lên bề mặt vách lò, đồng thời quan trắc cách cẩn thận biến dạng hầm lò khẩn trương thi công vỏ lò vĩnh cửu Kỹ thuật che chống phun neo so với kỹ thuật che chống cấu kiện thép gỗ, không khác biện pháp, quan trọng hofn khái niệm công trình không giống Đó bước tiến thêm nhận thức lí giảỉ rõ vấn đề hầm công trình ngầm Do việc áp dụng phát triển kỹ thuật che chống phun neo dẫn lý luận hầm công trình ngầm bước vào lĩnh vực lý luận đại khiến cho việc thiết kế thi công hầm công trình ngầm phù hợp thực tế công trình đất, tức việc trì hệ thống lý luận thiết kế - phưcmg pháp thi công - kết cấu trạng thái công tác (kết quả) Do vậy, phương pháp thi công áo loại phương pháp thi công ứng dựng rộng rãi phạm vi toàn giới 116 Trên ihế giới công nghệ ứng dụng cho tunnel qua đất có khả tự ổ:i định đất có khả nãng tự ổn định với công nghệ tạm gọi công nghệ đào tunr.el bàng phương pháp “chống trước đào sau Trong thực tế Việt Nam sử dụng công nghệ từ lâu, cụ thể đào hầm qua núi đá công nghệ khoan nổ mìn Tóm lại công nghệ thi công tunnel theo công nghệ áo NATM có loại với điều kiệr địa chất hoàn toàn khác là: Công nghệ “chống trước đào sau” kết hợp với cônc nghệ áo mới; Công nghệ khoan nổ mìn thi công đá cứng - NATM; Công nghé thi công tunnel NATM kết hợp máy đào liên hợp combai trình bày mục 4, 5, Trinh tự thi c ô n g th eo cô n g n g h ệ o m ói Trình tự thi công theo phương pháp áo biểu diễn theo sơ đồ sau: 117 N guyên tắc c cô n g n g h ệ áo Nguyên tắc thi công theo công nghệ áo gồm; - làm lay động: Khi tiến hành đào mở tuyến ngầm, cần giảm thiểu (số lần, cường độ, phạm vi thời gian) lay động liên tục kéo dài Vì nên dùng máy đào đâì đá mà không dùng phương pháp khoan nổ để đào Khi dùng phương pháp khoan nổ để đào, cần phải nghiêm khắc tiến hành khống chế nổ phá dùng cách đào tiết diện lớn; loại đất đá, phương pháp đào, điều kiện che chống lựa chọn hợp lý chiều dài đào sâu tuần hoàn; đất đá tự ổn định chiều dài đào sâu tuần hoàn nên ngắn lại; việc che chống phải khẩn trương theo kịp mặl đào, rút ngắn thời gian để đất đá bị bong rời không che chống - Phun n eo sớm : Sau đào xong cần che chống phun neo thời kỳ đầu, làm cho ứng suất đất đá vào trạng thái khống chế ổn định Làm thế, mặt không đâì đá biến dạng độ mà sinh sụt lở ổn định; mặt khác làm cho đất đá phát triển biến dạng vừa phải, để phát huy đầy đủ lực tự chịu tải Khi cần thiết có biện pháp che chống trước - Clìăni đ o đ c : Lấy phương pháp đo đạc máy trực quan số liệu đo đạc bảo đảm để đánh giá trạng thái ổn định đất đá (hoặc đất đá gia cố phán đoán xu phát triển động thái chúng, nhằm điều chỉnh kịp thời hình thức che chống, phương pháp đào bới, bảo đảm thi công tiến hành thụận lợi an toàn Đo đạc trắc địa tiêu chí quan trọng công nghệ, biện pháp để nắm vững trình thay đổi động thái đất đá cứ, số liệu để tiến hành thiết kế, thi công công trình - Nliaiilì chóng khép kín: Một mặt phải dùng biện pháp che chống phưn bê tông ngay, tránh cho đất bị bóc trần dài ngày bị giảm sút cường độ tính ổn định, địa tầng mềm yếu dễ bị phong hoá, mặt khác quan trọng kịp che chống bịt kín không ngăn không cho đất đá biến dạng mà làm cho lớp che chống tầng đất vào trạng thái cộng đồng hợp tác chịu lực tốt với Phương pháp NATM áp dụng luôn đảm bảo nguyên tắc tiến sĩ Muller giới thiệu gọi “22 nguyên íắc NATM" sau: (1) Kết cấu hầm tổ hợp đất đá vỏ hầm, hầm chủ yếu chống đỡ khối đá xung quanh (2) V ì thế, điều quan trọng phải giữ độ bền vững khối đá.Cách chống đỡ truyền thống gỗ vòm thép ngãn ngừa biến dạng khối đá xung quanh hầm Bê tông phun sau đào hầm ngăn biến dạng khối đá cách hữu hiệu (3) Sự phân rã khối đá (loosening) phải ngăn chặn làm cho cường độ đá giảm 118 (4) Khối đá phải giữ trạng thái ứng suất nén ba trục Cường độ khối đá với ứng suất nén đơn trục, hai trục thấp cường độ điều kiện ba trục (5) Biến dạng khối đá phải ngãn chặn từ xa Phải thiết lập hệ thống chống đỡ để ngãn chặn phân rã nguy đổ sập khối đá Tính kinh tế chất lượng việc đào hầm tãng hệ thống chống đỡ thiết lập cách thích hợp (6) Hệ thống chống đỡ vỏ hầm phải lắp đặt kịp thời Lắp đặt hệ thống chống đỡ sớm hay muộn đem lại kết bất lợi Hơn nữa, hệ thống chống đỡ không mềm hay cứng Các hộ thống chống đỡ cần có độ mềm dẻo thích hợp để trì cường độ khối đá (7) Để xác định thời gian thích hợp lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần phải nghiên cứu khảo sát ứng xử khối đá (8) Không việc thí nghiệm phòng mà việc tiến hành quan trắc biến dạng hầm quan trọng để xác định thời gian thích hợp chống đỡ vách đào Thời gian tự đứng vững vách hầm, tốc độ biến dạng loại đá nhân tố quan trọng để xác định thời gian chống đỡ vách đào (9) Nếu biến dạng phân rã khối đá dự đoán lớn, bề mặt hang phải phun bê tông (shotcrete) che kín Chống đỡ gỗ thép tiếp xúc với bề mật tường hầm điểm chống, khoảng điểm tiếp xúc biến dạng phân rã khối đá phát triển (10) Vỏ hầm phải mỏng có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mô men uốn tránh phá hoại ứng suất uốn gây Không lớp vỏ hầm ban đầu (sholcrete) nùi lứp vỏ hầm hoàii ihiện cần phải mỏng (11) Trong trường hợp cần thiêì phải tăng cường hệ thống chống đỡ (ban đầu) sử dụng Ihanh thép, khung chống thép neo Tăng chiều dày lớp bê tòng vỏ hầm lợi giảm diện tích tiết diện hầm (12) Thời gian phương pháp thi công vò hầm định dựa kết quan trắc thiết bị (13) v ể mặt lý thuyết, kết cấu hầm giống ống hình trụ gồm vòm đất đá, hệ thống chống đỡ vỏ hầm liên hợp với Hỉnh 5.7 Mặt cắt ống vòm hệ thống chồng đỡ NATM làm cho hầm tự ổn định 119 (14) Cấu tạo vòm ngửa (đáy hầm) tạo nên hầm có dạng ống trụ kín Kết cấu cho phép tăng khả nãng chịu áp lực đất đá (15) ứng xử khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm lắp đặt hệ thống chống đỡ kết cấu kín hầm hình thành M ô men uốn bất lợi xuất khu vực tiếp giáp phần vòm tường hiệu ứng hẫng khoảng cách bề mặt gương đào phần vòm phần tường xa (16) Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn tiết diện tốt phương pháp khác Khi phân mảnh làm cho chất lượng khối đá xung quanh giảm nhanh chóng phân bố lại ứng suất (17) Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ liên tục việc đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian kết thúc yếu tố cần kiểm soát để tạo kết cấu liên hợp đảm bảo ổn định đường hầni (18) Mỗi phận hầm nên có hình dạng đường tròn nhằm tránh ứng suất tập trung bất lợi (19) Nếu hầm thiết kế có vỏ kép vỏ hầm bên phải mỏng, ứng suất cắt vỏ khối đá không truyền vào vỏ Còn lực hướng tâm truyền cho kết cấu vỏ kép (20) Kết cấu liên hợp khối đá kết cấu chống đỡ ban đầu phải hình thành trước thi công lớp bê tông vỏ hầm Lớp vỏ hầm bên có tác dụng làm tăng hệ số an toàn cho hầm Tuy nhiên, độ ổn định kết cấu hầm cần tính toán bao gồm lớp bê tỏng vỏ hầm bên hẩm gặp nước thấm có lưư lượng lớn tính đến khả nãng neo bị ăn mòn (21) Thiết bị đo quan trắc đóng vai trò quan trọng công tác thiếl kế thi cống đường hầm V iệc đo ứng suất, chuyển vị ^ hầm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng thi công hầm (22) Áp lực nước ngầm xuất khối địa tầng cần phải giải phóng hệ thống thoát nước C ô n g n g h ệ “c h ố n g trước đào sau ” kết hợp với cô n g n g h ệ áo mói Khi thi công qua đất có khả tự ổn định kém, tiếp tục ứng dụng công nghệ áo mớí phải gia c ố đất yếu sâu xung quanh xung quanh toàn tiết diện tunnel bê tông đất trước đào tunnel Gia c ố đất có khả ổn định sâu công nghệ trộn sâu chỗ M ix in situ mà bật công nghệ khoan vữa cao áp (K P V C A ) đề cập kỹ chương Phưcíng án chống trước với hai giải pháp: Chống trước mặt đất (khi mật cho phép hình 5.8) chống trước cách gia c ố đất vượt lên phía trước tunnel ngang nghiêng hình 5.9 kết hợp khiên NATM Thứ tự thi công tunnel công nghệ chống trước đào sau là: 120 vạ điều kiện khác hợp lại cho phép giảm thiểu nguy an toàn trình thi công Tuy nhiên thực tế nhiều vùng đất có điều kiện địa chất vô phức tạp với túi bùn xen kẽ lớp đất cứng, túi bùn lớn linh động đến mức mà ta chọn tổ hợp khiên giữ gương đào phù hợp EPB, SPB, M IX - PB đào đất nơi khác lại tiếp tục đổ nhiêu, tiếp tục đào ta phải hút hết túi bùn khổng lồ Dự án xây dựng tuyến ngầm SM A R T - T U N N E L Malayssia ví dụ điển hình đào qua túi bùn lớn làm cho vùng có tuyến ngầm qua bị sụt sâu xuống (kể đường cao tốc bể mặt) Nếu tiếp tục đào tiếp tục làm sụt vùng lân cận V ề mặt lý thuyết thl trình sụt dừng lại bùn hút hết giống hệt ta bơm cạn hồ nước (nước bùn) thấy hở tuyến ngầm hết Có nhiều giải pháp để đào đất trường hợp là: - Đào đất điều kiện nhiệt độ âm: Nước ngầm đóng băng tự ổn định Tuy nhiên sau đào thi công xong, tunnel phải làm việc điều kiện tương tác kết cấu bê tông cốt thép môi trường túi bùn giả lỏng Để kết cấu làm việc điều kiện phức tạp Phần không bàn kết cấu - Đào đất khí nén với áp suất cực lớn, lớn áp lực nước bùn Phương án không khả thi áp lực khí phải vô lớn - Hạ nước ngầm bấc thấm kết hợp tải trọng tĩnh, phưcfng án thời gian đòi hỏi mặt mặt đất phải đủ lớn Ngoài vài giải pháp nữa, nhiên giải pháp ứng dụng mộl cách hiệu là: x lý đất yếu sâu công nghệ khoan vữa cao áp 8.2.2 Công nghệ xử lý đất yếu bàng tia vữa cao áp B ản chất cô n g n gh ệ Công nghệ gia cố đất yếu cách trộn đất yếu chỗ với xi măng tia vữa xi có áp suất cao phát minh đăng ký quyền Nhật Bản vào nãm 1971 Nhờ có tính đột phá triển vọng công tác xử lý đất yếu cho công trình hạ tầng sở công trình có tải trọng trung binh phân bố mặt đất nên vòng vài thập niên gần công nghệ ứng dụng nhiều công trình khắp giới, cho phép kỹ sư xây dựng, kỹ sư cầu đường đường ngầm giải cách hiệu toán gia cố xử lý đất yếu sâu mà không cầD đào bới với tiến độ nhanh chưa có so với công nghệ truyển thống Bản chất công nghệ gia cố đất yếu sâu khoan vựa cao áp (Jet Grouting) sử dụng động tia vữa có áp suất cao (50 - 60 MPa) vận tốc cao ( > 0 m/s) để cắt đồng thời nhào trộn tia xi măng với đất yếu theo ch ế độ trộn chỗ (mix-in-place) Hỗn hợp dung dịch xi mãng đất trộn ninh kết lại tạo 210 loại vật liệu - gọi bê tông đất (hoặc xi măng đất), với đặc tính bền, biến dạng, chống thấm khả chịu tải tốt hẳn so với đất yếu nguyên thổ trước So sánh với công nghệ ép vữa truyền thống (công nghệ dùng vữa áp suất 10 MPa để ép thấm vào đất yếu), công nghệ gia cố đất yếu cách trộn đất yếu chỗ với xi măng tia vữa xi có áp suất cao cho phép gia cố tất loại đất yếu từ cát trầm tích tới đất sét phù sa đất bùn Điểm vượt trội khác công nghệ độ xác việc tiên lượng kết gia cố đất yếu Điều cho phép Nhà thầu thiết kế tiên lượng đặc tính cơ-lý đất sau xử lý như; độ bền, khả chịu tải kích thước hình học cọc bê tòng - đất với cho phép Nhà thầu thiết k ế tiên lượng tiến độ thi công, khối lượng vật liệu giá thành công trình Công nghệ gia cô' đất yếu cách trộn đất yếu chỗ với xi măng tia vữa xi có áp suất cao có tiến độ thi công nhanh cho phép thi công nơi chật hẹp, có nhiều công trình liền kề thiết bị khoan vữa cao áp mini-jet k Tia vữa Tia vữa xi măng xi m ảng đối xứng D cột xi măng ■ đất Khoan xuống Đ ổi chiều quay vừa Đưa cốt thép độ sâu thiết kê nâng lẽn vừa phun vữa váo cột cao áp đế trộn với đất xi m ăng đất Hình 8.10 Khoan vữa cao áp (dùng động tia vữa cắt & trộn với đất) C ác cô n g n gh ệ cô n g n gh ệ gia c ố n ền đất yếu tia vữa cao áp Trên thực tế có ba dạng công nghệ khoan vữa cao áp ứng dụng để xử lý đất yếu là: công nghệ đơn pha - gọi công nghệ “S” (Single); công nghệ hai pha - gọi công nghệ “D” (double) công nghệ ba pha - gọi công nghệ “T ” (triple) a) C ông nghệ đơn p h a (Công nghệ S) Vữa với vận tốc s lOOm/s, vừa cất đất vừa trộn vữa với đất cách đồng thời, tạo cột đất - xi măng đồng với độ cứng cao hạn chế đất trào ngược lên hoãc trở lai 211 Vữa Ị Ị Dòng trảongược Vữa bơm Tia vữa Đầu phun Dòng vữa Dòng quét đơn - s Hinh 8.11 Công nghệ đơn pha (Công nghệ S) Công nghệ có pha vữa xi măng có áp suất vận tốc cao sau khỏi vòi phun cắt trộn với đất xung quanh ty khoan tạo hỗn hợp đất xi mãng Cấu tạo đầu khoan gồm nhiều lỗ phun vữa Các lỗ phun bố trí ngang hàng lệch hàng có độ lệch góc Công nghệ đơn pha dùng cho cột đất có đưòíng kính vừa nhỏ (0,4 - l,2m ) hàm lượng xi măng thể tích đất cao nên chất lượng cột xi măng đất tốt b) Công nghệ h p h a (Công nghệ D) Đây hệ thống vữa kết hợp vữa với không khí Hỗn hợp vữa xi măng bơm áp suất cao, tốc độ lOOm/s trợ giúp tia khí nén bao bọc quanh vòi phun Vòng khí nén làm giảm ma sát đất tia vữa cho phép vữa xâm nhập sâu vào đất, tạo cột đất - xi măng có đưòíng kính lớn Tuy nhiên, dòng khí lại làm giảm độ cứng cột đất có độ rỗng định so với phưcmg pháp đơn tia đất bị trào ngược nhiều hcfn Cấu tạo đầu khoan gồm có nhiều lỗ phun (bố trí ngang hàng lệch hàng, có độ lệch góc nhau) để phun vữa khí Khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa Công nghệ hai pha tạo cọc có đường kính lớn công nghệ pha, đạt tới 0,8 - l , m Dòng trào ngược Tia cao áp bọc quanh tia vữa ỉlìn h 8.12 Công nghệ hai pha (Công lìglìệ D) 212 c) C ông nghệ b a p h a ịcôn g nghệ T) Quá trình có vữa, không khí nước Không giống đcfn pha hai pha, nước bơm áp suất cao kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước điều cho phép đuổi khí khỏi cột đất gia cố Một vòi phun vữa cao áp bố trí phía vòi phun nước để phun vữa xi niãng có áp suất cao để trộn với đất sau bị xới tơi nước khí để tạo hỗn hợp xi mãng đất nước Đường kính cọc xi măng đất tăng lên đạt 2m Khí Dòng tráo ngược Nước áp tia nước Mảng bọc Dòng nước áp lực Dòng vữa Dòng quét nhóm ba - T Hinh 8.13, Công nghệ pha (công nghệ T) 8.2.3 Quy trình thi công Bước ỉ : Câng tác kh oan : Thực công nghệ khoan xoay xói nước tia thẳng đứng (phân biệt với chế vữa: tia vữa theo phưcmg nằm ngang), sử dụng loại cần khoan mũi khoan chuyên dụng cho công nghệ “S”, “D” “T ” Bước 2: Công tác vữa: Sau đưa mũi khoan đến độ sâu thiết kế, trình vữa bắt đầu Vữa qua lỗ phun nằm bên thành mũi khoan, áp suất vận tốc cao tia vữa làm phá vỡ kết cấu đất tạo thành hỗn hợp đất xi măng Nhiều kết cấu kích thước hình học đạt cách thay đổi tiêu phun Bước : T ạo cột xi m ăng đất: Quá trình nói tạo thành cột đất cách xoay liên tục tốc độ cần thiết nhấc cần khoan lên dần Khi hết lớp đất cần gia cố bơm áp suất cao ngừng hoạt động, ty khoan quay nâng lên tới mặt đất chuyển sang hố Quá trình phun vữa thực từ lên trên, vừa phun vừa xoay rút cần khoan Dòng trào ngược yếu tố quan trọng phản ánh chất lượng vật liệu xi măng - đất tạo thành, cần lấy mẫu theo quy trình quán để phân tích, thí nghiệm Ngoài ra, trình phải liên tục theo dõi ihóng sỏ' thiết kế khác áp suất vữa, lưu lượng vữa tiêu hao v.v 213 a [...]... trong thời gian thi công Tổ hợp thi t bị đào tunnel mặt cắt nhỏ được chế tạo theo mỏđun (theo từng cụm độc lập), điều này cho phép chúng ta tháo lắp nhanh và giảm thi u thời gian lắp ráp thi t bị Mỗi tổ hợp máy và thi t bị phục vụ công nghệ thi công tunnel tiết diện nhỏ gồm: • Công tơ nơ điều khiển; • Bể lắng - thi t bị tách đất; • Cầu trục với palăng điện; • Khung ép; • Bơm hút đất bùn và bơm cấp nước;... quá lớn 5 .2. 4 P h ạm vi ứng dụng của khiên và tổ hợp khiên đào Công nghệ thi công kín bằng khiên đã được ứng dụng trong xây dựng công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật ờ các đô thị như; đường ngầm thoát nước, đường cáp điện lực, viễn thông m à không cấn phải đào bới gây cản trở nhịp sống đô thị Công nghệ này được gọi là công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling (hình 5. 12) Công nghệ thi công bằng... triển về mặt kỹ thuật của thi t bị hiện có mới cho phép thi công hầm theo cơ giới hoá, thậm chí ở trong các loại đất rất khó đào 2 C ô n g n g h ệ đ à o kín b ằ n g t ổ h ợ p k h iên Trên đây là giải thích nguyên lý thi công sơ bộ bằng khiên dạng thủ công (sẽ trình bày cụ thể hơn ở phần sau) Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các thi t bị thi công tuyến ngầm, từ những khiên thủ công sơ khai ban đầu... khiên và tổ hợp khiên dùng để đào các tuyến ngầm đi qua các vùng núi đá thay cho công nghệ khoan nổ mìn để xây dựng tunnel dẫn nước cho các nhà máy thuỷ điện, các luyến ngầm giao thông đường sắt, đường bộ v.v 128 2 3 E ® !Í S £ _ 5 H 6 t^- 12 4 B I S ^ — ^15 Hinh 5. 12 Công nghệ thi công tiinnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling 1- Bể lằng hoặc máy tách đất; 2- Phòng điều khiển; 3- Cầu trục; 4- Các công trình. .. là công nghệ thi công tunnel theo công nghệ áo mới N A TM trong điều kiện đất clá cứng và rất cứng, khả nãng tự ổn định rất lớn Công nghệ này đã được sử dụng ở Việt Nam từ khá lâu, thưòfng được dùng để thi công các tunnel xuyên núi, dẫn nước cho các nhà máy ihuỷ điện Dưới đây là sơ đồ khối ihứ tự thi công tunnel bằng công nghệ khoan nổ mìn: 121 G hi c h ú : Các công đoạn cơ bản của các phương pháp thi. .. nước ngầm Trêi.i hình 5 .20 là sơ đồ cấu tạo và bố trí thi t bị của tổ hợp khiên đào tunnel không có khoang giữ gương đào Mâm dao 1 quay để cắt đất và tiến lên phía Irước Các cơ cấu dẫn động nằm trong khiên 2 Thi t bị bốc xúc đất cát là vít tải 3 đổ vào thi t bị vận tải 5 Một m.áy lắp ráp dùng để lắp ráp vỏ lò Máy lắp ráp và vít tải nằm trong đuôi khiên còn ináy vận tải thì được nối dài trong lòng tuyến. .. của tuyến ngầm nhỏ hơn 7 50 m thì sử dụng tổ hợp khiên đào ngầm không hiệu quả vé mặt kinh tế Mặt khác, mỗi một tổ hợp khiên đào ngầm chỉ có hình dáng và kích thước phù hợp với một tuyến ngầm tunnel nhất định nên việc dùng tổ hợp của tuyến này sang thi công cho tuyến có mặt cắt tiết diện khác là không phù hợp và di chuyến máy giữa các công trình gặp nhiều khó khăn do phải tháo rời và kích thước máy. .. cần thực hiện đào bới lộ thi n như các công nghệ truyền thống 129 Công nghệ này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà công nghệ đào hở khỏng thích hợp Công nghệ kích đẩy về bản chất, đó là Công nghệ hạ giếng ngang" Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là công nghệ “khiên đào mini” Bản chất công nghệ là vì chống lubin kín... tổ hợp khiên đào đường kính nhỏ (SPB) là công nghệ lắp đặt các hệ thống đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật đô thị mà không cần thực hiện đào bới lộ thi n như các công nghệ truyền thống Công nghệ này được trình bày tại khoản V thuộc mục 5.6 .2 trên đây Mục này giới thi u cấu tạo tổ hợp khiên mặt cắt nhỏ Slurryschild và Mixschild a) b) c) Hỉnh 5 .28 a) Công nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ bằng tổ hợp khiên... người 133 Khiên đào bằng thủ công là hình thức cơ bản nhất và đơn giản nhất của khiên, phần lớn chúng được dùng để đào các tuyến ngầm không dài lắm và trong tầng đất cơ bản có thể tự ổn định được Chủ yếu là 5 bộ phận gộp lại gồm: khiên, cơ cấu đẩy, cơ cấu lắp ráp và các thi t bị phụ thuộc khác (hình 5.16) Hình 5.16 Sơ dồ b ố trí thi t bị thi công đào kín bằng khiên thủ công: ' 1 - lưỡi dao làm bằng