THIẾT KẾ CÁC NHÁNH CHỖ MỞ RỘNG VÀ ĐƯỜNG HẦM LÂN CẬN 3.7 Thiết kế nhánh chỗ mở rộng ĐIỀU 70 Đại cương Kỹ sư thiết kế thiết kế nhánh chỗ mở rộng đường hầm có cân nhắc đến mục đích nhánh chỗ mở rộng điều kiện đất đá mà bảo đảm an toàn ổn đònh đường hầm đất đá xung quanh nhánh chỗ mở rộng có hình dạng đặc biệt phức tạp [Giải thích] Mặt cắt lớn nơi có nhánh chỗ mở rộng, nói chung lớn mặt cắt thông thường phức tạp cấu tạo Vì lẽ đó, đất đá phát sinh ứng suất phức tạp có xu hướng không ổn đònh Đối với nhánh chỗ mở rộng cần phải nghiên cứu phương pháp xây dựng, hệ thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm cách gia cố việc xây dựng kinh tế bảo đảm ổn đònh cho đường hầm đất đá xung quanh Nơi điều kiện đất đá không thuận lợi nhánh chỗ mở rộng có hình dạng cần tiến hành khảo sát đòa chất tỉ mỉ nghiên cứu đầy đủ ổn đònh đường hầm Trong hoàn cảnh thường đòi hỏi gia cố phù hợp ĐIỀU 71 Thiết kế nhánh chỗ mở rộng Khi thiết kế nhánh chỗ mở rộng, người kỹ sư thiết kế xem xét mục đích, hình dạng, điều kiện đất đá, phương pháp xây dựng giai đoạn xây dựng, xem xét phương pháp xây dựng, hệ thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm gia cố để bảo đảm ổn đònh cho toàn tiết diện sau xây dựng [Giải thích] Trên H*.3.14 giới thiệu kiểu nhánh chỗ mở rộng khác Các đường hầm nhánh tác động lẫn khoảng cách đường hầm nhánh thay đổi từ 1D – 4D (D: bề rộng khai đào đường hầm) tùy theo điều kiện đất đá Do cần phải gia cố để ổn đònh đất đá đường hầm Vì ổn đònh đất đá thiết kế đường hầm nhánh nên lấy góc nhánh gần góc vuông tốt Ngay đường hầm nhánh có góc vuông đòi hỏi gia cố để vào đường nhánh, gia cố hai bên vách vòm ngược đường hầm Khoảng cách gia cố thay đổi tùy theo hình dạng đường hầm, điều kiện đất đá phương pháp gia cố, thường lấy từ 1D - 2D theo hướng trục đường hầm Khi thiết kế buồng lọc bụi tónh điện ống thông gió cần xem xét kỹ lưỡng dòng khí động lực trước xác đònh hình dạng nhánh Đường hầm mở rộng (a) H*.3.14 thường dùng để xây dựng nhà ga hầm đường sắt Có thể mở rộng toàn gương nơi đất đá tốt Đường hầm mở rộng có mặt cắt lớn, ba đường hầm, hai hai bên, đào tường ngăn loại bỏ sau Đường hầm mở rộng (b) lập kế hoạch cho công trình nơi đậu xe khẩn cấp Vì khu vực mở rộng không lớn nên cần thay đổi loại hệ thống chống đỡ hầm Sau phương pháp hiệu để thiết kế nhánh chỗ mở rộng (i) Thiết kế dựa theo ví dụ Các ví dụ thiết kế xây dựng nhánh chỗ mở rộng nghiên cứu tỉ mỉ Cần phải nghiên cứu đầy đủ đặc điểm thiết kế (như hình dạng mặt cắt, điều kiện đất đá, phương pháp xây dựng, công việc gia cố khu vực gia cố) mà trạng thái đường hầm sau xây dựng để đưa cách đánh giá tổng hợp thiết kế trạng thái (ii) Thiết kế phương pháp giải tích Để áp dụng giải tích số cho đường hầm, phương pháp phân tích liên tục phân tích hệ thống phân tích phần tử hữu hạn thường sử dụng Các nhánh chỗ mở rộng có hình dạng cấu trúc phức tạp phát triển kiểu vòm đất đá khác với kiểu mặt cắt thông thường, đề nghò dùng phương pháp phân tích liên tục phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp bao quát đất đá Các phương pháp gia cố hệ thống chống đỡ phương pháp phụ thường sử dụng đào nhánh chỗ mở rộng Những phương pháp gia cố hệ thống chống đỡ chủ yếu phương pháp tăng độ cứng tăng số lượng chiều dài neo đá (neo sợi), tăng bề dày bê tông phun, thay đổi kích thước hệ thống chống đỡ thép Cách vữa hoá chất dùng chỗ cần tùy theo điều kiện đất đá Trên H*3.15 Bảng*.3.15 giới thiệu ví dụ đường nhánh hầm đường cao tốc Bảng* 15 Hộ chiếu hệ thống chống đỡ đường hầm Daini – Nunobiki Neo đá Hộ chiếu Phương pháp xây dựng Chiều dài vòng đào (m) Chiều dài (m) Hệ thống chống thép Khoảng cách Chu vi Dọc Khoảng cách chống đỡ (m) Hình dạng kích thước Vòm Dùng lưới thép Bê tông phun (cm) Bậc cấp Bề dày bê tông vỏ hầm Vách phía vòm (cm) J C Phương pháp vòm D “ 1,2 1,0 J-2 J-3 B A 4,0 1,2 1,2 (3,0)* (0,5)* (1,0)* 6,0 1,0 0,5 1,2 1,0 H-150 H-200 H200 “ “ - 1,5 4,0 1,5 1,5 - - - 1,2 4,0 1,2 1,2 - - - Vòm bậc cấp 70% vòm Vòm 15 40 25 40 15 50 20 60 * Thanh lắp phía trước gương (FP) cửa hầm 3.8 Thiết kế đường hầm lân cận ĐIỀU 72 Đại cương Khi thiết kế đường hầm lân cận, kỹ sư thiết kế khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng tương hỗ đường hầm thiết kế hệ thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm gia cố theo yêu cầu [Giải thích] (1) Phân loại đường hầm lân cận Các đường hầm lân cận hai hay nhiều đường hầm xây dựng đồng thời giai đoạn tác động lẫn Ở không kể đến trường hợp đường hầm không lập kế hoạch từ đầu xây dựng sau vùng lân cận với đường hầm hoàn chỉnh (ĐIỀU 34) Những ví dụ đường hầm lân cận bao gồm: (i) Các đường hầm song song, (ii) Các đường hầm có hai mặt cắt ngang kiểu ống nhòm, (iii) Các đường hầm chéo (2) Khoảng cách đường hầm lân cận Các đường hầm lân cận chòu tác động tương hỗ tái phân bố ứng suất việc xây dựng nhiều đường hầm Như vậy, điều kiện ứng suất xuất khác hẳn ứng suất xuất xây dựng đường hầm Khoảng cách cần thiết đường hầm lân cận không chòu tác động tương hỗ thay đổi tùy theo điều kiện đòa chất Các đường hầm lân cận cách khoảng hai lần (trong đất đá hoàn toàn đàn hồi) năm lần (trong đất đá mềm) đường kính khai đào (tâm đến tâm) cho không chòu tác động tương hỗ ĐIỀU 73 Thiết kế đường hầm lân cận Khi thiết kế đường hầm lân cận, kỹ sư thiết kế dự tính tác động tương hỗ đường hầm thiết kế hệ thống chống đỡ bê tông vỏ hầm phù hợp với kết dự tính Người thiết kế xem xét phương pháp gia cố đất đá xung quanh theo yêu cầu đưa biện pháp phù hợp [Giải thích] (1) Tác động tương hỗ đường hầm lân cận Trạng thái đường hầm lân cận thay đổi đáng kể tùy theo khoảng cách đường hầm, tầng đất đá phủ, điều kiện đất đá, kết cấu đường hầm, phương pháp xây dựng trình tự xây dựng Vì cần nghiên cứu trước tác động tương hỗ đường hầm (2) Những tác động việc xây dựng đường hầm lân cận Những tác động việc xây dựng đường hầm lân cận liệt kê sau đây: (i) (ii) (iii) (iv) Sự biến dạng đường hầm ổn đònh kết cấu, Chấn động, Tác động nước ngầm, Tiếng ồn việc xây dựng tác động khác (3) Dự báo tác động Mức độ biến dạng tác động lên hệ thống chống đỡ thay đổi tùy theo điều kiện đất đá, mặt cắt vò trí đường hầm lân cận, khoảng cách đường hầm, phương pháp xây dựng, cấu tạo đường hầm xây dựng trước tiên, hợp lý chức cần có đường hầm Xác đònh yếu tố ảnh hưởng đường hầm xây dựng trước tiên đường hầm xây dựng thêm dự kiến trạng thái kết cấu đất đá điều quan trọng Khi dự báo tác động, nghiên cứu trường hợp xây dựng tương tự phải bổ sung phương pháp giải tích số, giải tích lý thuyết phương pháp khác cần Để dự báo tác động chấn động phải xem xét giá trò cho phép tiêu chuẩn phải dự báo chấn động xảy đường hầm xây dựng trước tiên công thức dự báo Điều mong muốn kiểm tra công thức dự báo xây dựng nổ mìn thử nghiệm Đối với tác động nước ngầm cần xem xét thay đổi điều kiện nước ngầm tác động đến khu vực xung quanh Khi lo ngại hạ thấp mực nước ngầm gây lún có cố kết tốt tiến hành khảo sát thủy văn phân tích cố kết cần (4) Thiết kế đường hầm lân cận Xây dựng đường hầm lân cận đòi hỏi phải thiết kế hệ thống chống đỡ bê tông vỏ hầm phù hợp dựa dự báo tác động tương hỗ Đặc biệt đường hầm xây dựng trước tiên bò biến dạng đáng kể việc làm có hiệu củng cố hệ thống chống đỡ đường hầm xây dựng gia cố bê tông vỏ hầm thép Những biện pháp khác củng cố hệ thống chống đỡ đường hầm xây dựng sau để giảm tác động lên đường hầm xây dựng Đối với thiết kế đường hầm hai mặt cắt kiểu ống nhòm thu thập thêm kiến thức bổ sung từ việc xây dựng trước (i) Phương pháp đào lò phụ bên hông áp dụng nhiều trường hợp, phương pháp đào lò phụ tâm áp dụng đất đá tốt (ii) Các hệ thống chống đỡ gia cố thường xuyên so với đường hầm song song Sự gia cố hệ thống chống đỡ đường hầm xây dựng hay xây dựng sau xác đònh cho trường hợp Các đường hầm song song nằm gần nhau, nhiều trường hợp áp dụng hệ thống chống đỡ tương tự quy cách hai đường hầm xây dựng trước sau (iii) Thời điểm đặt bê tông vỏ hầm thay đổi tùy theo độ cứng đất đá: xây dựng bê tông vỏ hầm để chống lại biến dạng đất đá với vật liệu cứng xây dựng bê tông vỏ hầm sau hoàn thành việc đào để tránh tác động chấn động nổ mìn (iv) Ứng suất có xu hướng tập trung quanh màng trung tâm Vì nhiều trường hợp đất đá gia cố hệ thống chống đỡ tăng cường nhằm đề phòng đất đá tơi kiểm soát độ lún (v) Khi thiết kế màng trung tâm thường kiểm tra ứng suất thành phần phương pháp phần tử hữu hạn phân tích khung, phương pháp tải trọng đất đá rời tổng tải trọng (trường hợp đất đá phủ) cho tác dụng lên cấu trúc khung kể bê tông vỏ hầm Trên H*.3.16 giới thiệu ví dụ xây dựng đường hầm lân cận (5) Các biện pháp kiểm soát Tùy theo nhu cầu riêng phải thiết kế biện pháp kiểm soát đường hầm xây dựng hay xây dựng thêm, đất đá đường hầm lân cận Trước tiên phải thiết kế: (i) Các biện pháp đường hầm xây dựng trước (ii) Các phương pháp giảm đến tối thiểu tác động đến đường hầm xây dựng sau Tiếp theo phải đưa ra: (iii) Các biện pháp đất đá đường hầm lân cận Những khái niệm sở biện pháp kiểm soát giới thiệu Bảng* 3.16 Ở hầm lân cận, quan trắc đo đạc đặc biệt quan trọng để kiểm tra tính đắn thiết kế thi công H*3.16 Các ví dụ xây dựng đường hầm lân cận (a) đến (c) Bảng* 3.16 Những khái niệm sở biện pháp kiểm soát Nơi đưa biện pháp kiểm soát Tác động Khái niệm biện pháp kiểm soát Đường hầm xây dựng Biến dạng Kiểm soát dòch chuyển ngang Biến dạng Đường hầm xây dựng bổ sung Đất đá đường hầm Tăng độ cứng kết cấu Chống đỡ trước đất đá, đào phần gương, tạo mặt cắt hầm kín, gia cố hệ thống chống đỡ, tăng khả chòu tải chân hệ thống chống đỡ, gia cố gương đất đá phía trước gương Chấn động Kiểm soát chấn động cách nổ mìn có kiểm soát, đào giới Nước ngầm Thoát nước bòt kín nước Biến dạng Nước ngầm Tăng cường Thoát nước bòt kín nước gia cố đất đá, làm gián đoạn cọc ván thép