bai giang cong trinh ngam

Tuy nhiên, với những nhận thức hiện nay, khối đất/đá, đặc biệt là khối đá cũng được sử dụng, phát huy để có thể tiếp nhận hoặc tham gia tiếp nhận các tác động cơ học tải trọng, cho nên

Chương 1 Mở đầu

1.1 Khái niệm và định nghĩa

Một công trình ngầm được hiểu là một khoảng không gian trống, được thi công xây dựng trong lòng vỏ trái đất (kể cả trong nước hoặc dưới nước) Cho đến nay có nhiều loại công trình ngầm, với các mục tiêu hay chức năng sử dụng khác nhau Tùy theo mục đích và phạm vi sử dụng có thể phân ra các loại:

 Công trình ngầm dân dụng, quốc phòng và công nghiệp, gọi chung

là công trình ngầm dân dụng và công nghiệp (CTNDD&CN)

Giữa hai nhóm công trình ngầm này có những đặc điểm khác biệt rõ rệt, thông qua bảng so sánh đơn giản như trong bảng 1-1

Bảng 1-1 Một số đặc điểm liên quan với nhóm cong trình ngầm

 Chức năng sử dụng

 Nhóm người sử dụng

 Thời gian sử dụng

-phục vụ khai tthác khoáng sản -am hiểu về công ttrình ngầm -có giới hạn

-các mục ttiêu khác nhau -không hoặc ítt am hiểu -lâu dài

Quá trình hình thành và tồn tại của một công trình ngầm có thể phân ra ba giai đoạn là:

 Chuẩn bị, bao gồm các khâu lập dự án, khảo sát, thiết kế,

 Thi công xây dựng

 Sử dụng và vận hành

Những kinh nghiệm, nhận thức và các phương pháp quy hoạch, thiết kế

và thi công khác nhau, tích lũy được cho đến nay, thực sự là khổng lồ và trong thực tế cũng còn có nhiều quan điểm, xu hướng khác nhau Tuy nhiên các xu hướng này cũng luôn được bổ trợ, hoàn thiện và phát triển Nhiều quan niệm cũ, lạc hậu dần ít được sử dụng, nhưng vẫn còn có giá trị kinh điển, cơ bản; các phương pháp mới, hiện đại ngày càng được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và xã hội cao Ngày nay, với các phương pháp đã có, hoàn toàn có thể thi công xây dựng được các công trình ngầm trong mọi điều kiện của vỏ trái đất, đương nhiên có sự khác biệt khi thi công trong khối đất và khối

đá, sau đây gọi chung là khối đất/đá

Để thi công xây dựng các công trình ngầm đã có nhiều phương pháp

được phát triển, có thể phân ra hai nhóm chính là:

 Các phương pháp thi công ngầm (cũng còn gọi là phương pháp mỏ)

 Các phương pháp thi công lộ thiên

Thi công ngầm có đặc điểm là mọi công tác tách bóc đất/đá và lắp

dựng kết cấu nhân tạo đều được thực hiện trong lòng đất Theo phương thức hay phương pháp đào, tách bóc đất/đá có thể phân các phương pháp thi công ngầm

ra hai nhóm, như trên sơ đồ hình 1-1)

Hình 1-1 Phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công ngầm

Khái niệm ‘phương pháp thi công thông thường’ và ‘phương pháp thi công bºng máy’ được sử dụng chỉ có ý nghĩa tương đối, không hoàn toàn liên quan với việc sử dụng các máy thi công Các phương pháp thuộc vào nhóm thi

Các phương pháp thi công ngầm

Phương pháp thi

công thông thường

Phương pháp thi công bằng máy

khoan-

nổ mìn

máy

đào xúc, máy xới

máy

đào lò

RH

máy khoan hầm TBM

máy khiên

đào SM

kích

ép ống,

đào hầm nhỏ

khiên

đào toàn gương

đào từng phần gương

công thông thường là các phương pháp cho phép tách phá đất/đá tạo nên khoảng trống ngầm có tiết diện với hình dạng và kích thước bất kỳ Các phương pháp thi công bằng máy thường cho phép tạo nên các khoảng trống ngầm với tiết diện

có dạng xác định (chủ yếu là hình tròn), ít biến động trong quá trình thi công Trong thực tế cũng còn nhiều cách phân nhóm khác nhau, tùy theo tiêu chí

được sử dụng để phân nhóm Chẳng hạn nếu chú ý chu trình

đào có thể phân thành hai nhóm là thi công theo chu kỳ và thi công liên tục, ví

dụ như trên hình 1-2

Các phương pháp thi công thuộc nhóm thi công lộ thiên có đặc điểm chung là toàn bộ hay từng đoạn, từng bộ phận của kết cấu nhân tạo được thi công trên mặt đất hay trong các hào thi công, hoặc các hố đào Các phương pháp thi công lộ thiên có thể được phân ra ba nhóm, theo phương thức lắp dựng các kết cấu nhân tạo như trên hình 1-3

Nói chung, dù thi công bằng phương pháp ngầm hay bằng phương pháp

lộ thiên, công việc quan trọng là phải tách bóc được một phần đất/đá để tạo ra khoảng trống ngầm (ngoại trừ phương pháp hạ chìm trong nước), nghĩa là gây tác động làm thay đổi trạng thái vật chất của khối đất/đá Trong trường hợp này biến đổi trạng thái vật chất sẽ gây ra các biến đổi trạng thái vật lý/cơ học ban

đầu và do vậy trong khối đất/đá xung quanh khoảng trống ngầm sẽ diễn ra

máy đào từng phần máy đào toàn g ơng

máy khoan hầm TBM

máy khiên đào

SM

Hình 1-2 Phân nhóm

theo quy trình đào

khoan-nổ mìn máy đào xúc

Ph −ơng pháp đào

 khối đất/đá chuyển sang trạng thái mất ổn định với các mức độ thể hiện

đa dạng

Hình 1-3 Các phương pháp thi công lộ thiên

Nếu dưới các dạng tác động khác nhau, khối đất/đá vẫn ổn định và đáp ứng các yêu cầu theo chức năng sử dụng của công trình ngầm trong khoảng thời gian cần sử dụng, khi đó có thể sử dụng khoảng trống mà không cần đến các biện pháp kỹ thuật nào cả Ngược lại, nếu khối đất/đá mất ổn định (nghĩa là

có thể xuất hiện các hiện tượng tróc vỡ, tróc lở, sập lở, trượt lở , cũng như biến dạng, dịch chuyển đủ lớn), cần thiết phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật thích hợp để có thể:

 đảm bảo an toàn và ổn định khoảng không gian ngầm cũng như khối

đất/đá theo các yêu cầu nhất định trong quá trình thi công;

 đảm bảo bền vững và ổn định trong quá trình khai thác, vận hành;

 bảo vệ được các công trình đã và đang được xây dựng ở khu vực lân cận Các kết cấu nhân tạo cần thiết được lắp dựng để có thể sử dụng khoảng không gian ngầm an toàn và ổn định trong các điều kiện nhất định, được gọi chung

với khái niệm kết cấu công trình ngầm hay kết cấu chống Tuy nhiên, với

những nhận thức hiện nay, khối đất/đá, đặc biệt là khối đá cũng được sử dụng, phát huy để có thể tiếp nhận hoặc tham gia tiếp nhận các tác động cơ

học (tải trọng), cho nên trong nhiều trường hợp khái niệm ‘kết cấu công trình ngầm’ cũng được hiểu là tổ hợp bao gồm các kết cấu nhân tạo và khối đất/đá,

nghĩa là toàn bộ hay một bộ phận của khối đất/đá cũng được coi là một bộ

Ph −ơng pháp thi công lộ thiên

phận của kết cấu công trình ngầm Cũng vì vậy, thông thường sẽ sử dụng khái

niệm kết cấu chống, nếu chỉ đề cập riêng đến các kết cấu nhân tạo Khái niệm kết cấu công trình ngầm được sử dụng mang tính tổng quát hơn Các loại kết

cấu chống cùng với các phương pháp lắp dựng cũng được hiểu với khái niệm

‘phương pháp chống’

Cho đến nay có nhiều dạng kết cấu công trình ngầm đã được phát triển với những đặc thù sử dụng khác nhau Nói chung các kết cấu được hình thành trước hết phụ thuộc vào điều kiện ổn định của khối đất/đá vây quanh khoảng trống, phụ thuộc vào phương pháp thi công và phụ thuộc vào chức năng của công trình ngầm

Với những đặc điểm khác nhau về mục tiêu sử dụng, thời hạn sử dụng, nên các công trình ngầm trong ngành mỏ và các công trình ngầm trong xây dựng dân dụng và công nghiệp được quy hoạch, thiết kế và thi công xây dựng với những quan điểm và yêu cầu khác nhau Do vậy những yêu cầu và đòi hỏi

về loại hình và quy mô các kết cấu công trình ngầm cũng có những đặc thù riêng

Cơ học công trình ngầm (chính xác hơn là Cơ học kết cấu công trình

ngầm) được coi là một lĩnh vực chuyên môn với các nhiệm vụ:

 nghiên cứu và phát triển các loại hình kết cấu công trình ngầm

 nghiên cứu và phát triển các phương pháp tính toán, thiết kế các kết cấu công trình ngầm

Nếu như trong xây dựng thường nói đến môn kết cấu công trình và cơ học kết cấu một cách riêng rẽ, thì trong xây dựng công trình ngầm khái niệm cơ học kết cấu công trình ngầm bao hàm cả kết cấu công trình ngầm và vấn đề

tính toán thiết kế Tuy nhiên các loại kết cấu chống và vấn đề tính toán các kết cấu công trình ngầm cũng như các phương pháp lựa chọn, thiết kế riêng biệt

đều có những đặc thù riêng, đặc trưng bởi những tác động khác nhau của các khối đất/đá cũng như các phương pháp thi công xây dựng và các quan điểm phân tích đánh giá khác nhau Ngày nay, tính toán kết cấu công trình ngầm không chỉ dừng lại theo các nguyên tắc của cơ học kết cấu, mà còn vận dụng các kiến thức của cơ học vật rắn biến dạng, cũng như phát triển các mô hình, phương pháp tính riêng, liên quan với những đặc điểm đa dạng của các khối

đất/đá

Tại đây cũng cần lưu ý rằng các kết cấu được sử dụng để bảo vệ thành hào, hố đào trong phương pháp thi công hở (Hình 1-4) cũng rất đa dạng và

Tường bảo vệ là bộ phận của kết cấu công trình

dựng các công trình xây dựng khác, với các chức năng khác nhau, do vậy việc tính toán, thiết kế các kết cấu này được giới thiệu riêng trong giáo trình Kỹ thuật nền móng

Hình 1-4 Phương thức đào và bảo vệ hào bằng phương pháp hở

1.2 Nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản đối với kết cấu công trình ngầm

Mục đích chung của việc lắp dựng kết cấu công trình ngầm là để đảm bảo an toàn, bền vững và ổn định khoảng không gian ngầm, cụ thể nhằm bảo

vệ, đảm bảo an toàn, đảm bảo điều kiện hoạt động bình thường cho con người, các trang thiết bị, phương tiện kỹ thuật trong không gian ngầm Tuy nhiên các nhiệm vụ cụ thể của từng loại kết cấu công trình ngầm cũng còn phụ thuộc cả vào các yêu cầu riêng, mục tiêu sử dụng riêng

Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của kết cấu công trình ngầm là:

a) Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kỹ thuật;

b) 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

Phương pháp thi công hở

Bờ dốc

tự nhiên

Tường cọc-ván

Các giải pháp gia cường, tăng sức

Tường cọc khoan nhồi

Tường hào nhồi

Neo, chốt

Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các kết cấu công trình ngầm mỏ cũng có thể phải đảm nhận những nhiệm vụ phụ khác, tuỳ thuộc vào những đòi hỏi, các yêu cầu xuất phát từ điều kiện thực tế và tự nhiên như:

 Bảo vệ khối đá xung quanh các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá;

 Bảo vệ các đường lò khỏi bị nước xâm nhập

Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ này không mang ý nghĩa đặc biệt, song cũng có những trường hợp chúng lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải đào qua các lớp đất/đá chứa nước

Các công trình xây dựng dân dụng, quốc phòng và công nghiệp thường

có tuổi thọ cao hơn, thậm chí vĩnh cửu, cho nên ngoài nhiệm vụ đáp ứng các mục tiêu chung đề ra cho các kết cấu công trình ngầm, tùy theo chức năng của

công trình, chúng còn phải thoả mãn những yêu cầu cụ thể khác nhau như cách nước, chống cháy, thẩm mỹ, vật lí khí hậu và đặc biệt là độ bền vững hay ổn

định lâu dài (bền lâu)

Ngày nay các thành tựu nghiên cứu của các lĩnh vực cơ học đất/đá

đã khẳng định rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải

đảm bảo, gìn giữ được độ bền hay khả năng mang tải của khối đất/đá, để có thể

phát huy, sử dụng khối đất/đá thành một bộ phân chịu tải Vì vậy các biện pháp chống giữ được sử dụng cũng cần đáp ứng yêu cầu là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá Trong

trường hợp lý tưởng chỉ nên coi kết cấu chống là một dạng gia cố hay gia công

bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, trong thực tế các kết cấu chống cũng thường

đạt được độ cứng vững nhất định, nên có thể tiến hành tính toán thiết kế và kiểm chứng được

Nói chung, để đảm bảo, giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cũng như đảm bảo ổn định, bền vững lâu dài cho các công trình ngầm, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau:

Lựa chọn vị trí hợp lý bố trí công trình ngầm;

Lựa chọn được hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt

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

Lựa chọn các phương pháp và giải pháp thi công hợp lý;

Lựa chọn phương pháp chống giữ hợp lý;

Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá/đất và kết cấu công trình ngầm;

Mặc dù các kết cấu công trình ngầm có thể được lựa chọn và thiết kế theo các phương pháp, quan điểm khác nhau tùy theo các chức năng khác nhau của các công trình ngầm, song nói chung khi lựa chọn và tính toán các kết cấu công trình ngầm đều xuất phát từ các yêu cầu chung, mang tính tổng thể là: 1)Yêu cầu kỹ thuật

Kết cấu công trình ngầm phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất

định Kết cấu công trình ngầm phải bền, nghĩa là phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của kết cấu chống trong giới hạn cho phép Kết cấu công trình ngầm phải ổn định tức là dưới tác dụng của áp lực đất đá, các loại tải trọng và các tác động khác của môi trường, vẫn phải giữ được kích thước và hình dạng ban đầu, hoặc kích thướcvà hình dạng nhất định theo yêu cầu sử dụng cụ thể Tùy theo yêu cầu sử dụng cụ thể kết cấu công trình ngầm cần phải bền vững lâu dài

2) Yêu cầu theo chức năng sử dụng

Nói chung các kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép áp dụng được các khả năng cơ giới hóa trong thi công (tùy theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy; sức cản thủy động nhỏ, trong nhiều trường hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách nước, thẩm mỹ

3) Yêu cầu kinh tế

Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm

do vậy được lựa chọn và thiết kế sao cho tổng vốn đầu tư ban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải là nhỏ nhất

1.3 Loại hình kết cấu công trình ngầm

Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là những kết quả, hiểu biết mới trong lĩnh vực cơ học đất, cơ học đá và thành tựu của lĩnh vực khoa học vật liệu, các kết cấu chống đựơc phát triển và sử dụng trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm ngày càng phong phú và đa dạng Sự phát triển đó cũng góp phần phát triển những công nghệ, phương pháp thi công mới, ngày càng có hiệu quả hơn Đồng thời chính những đòi hỏi về chất lượng ngày càng cao hơn, kinh tế hơn trong thực tế cũng đã tạo cơ sở cho việc phát triển nhiều loại vật liệu và kết cấu chống mới

Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình kết cấu chống các công trình ngầm, phục vụ việc phân tích lựa chọn theo những yêu cầu khác nhaucó thể sơ bộ phân loại các kết cấu chống theo những dấu hiệu khác nhau

1 Phân loại theo đặc điểm cấu tạo

Dựa theo đặc điểm cấu tạo, các kết cấu chống được phân ra ba nhóm chính

là: khung chống, vỏ chống và kết cấu tích hợp hay "hoà nhập" vào khối đá

Trên bảng 1-3 là ví dụ phân nhóm các dạng kết cấu chống theo đặc điểm cấu tạo, đồng thời cũng sơ lược giới thiệu về vật liệu chống cũng như hình dạng và tính năng, chức năng của các loại kết cấu chống đó

Lắp ghép từ các cấu kiện dạng khối, dạng tấm hay

đổ, xây tại chỗ, phun tại chổ

Các  khoan phụt  khung gỗ  vỏ xây bằng gạch, đá,

đá bê tông

 vỏ lắp ghép từ các cấu

kiện đúc trước: tấm pa nen bê tông cốt thép, các tấm tuyp-bing (gang, thép, bê tông cốt thép, bê tông sợi thép)

 vỏ bê tông liền khối:

bê tông phun, bê tông thường, bê tông cốt thép

 vỏ thép

Một kết cấu công trình ngầm có thể ở dạng độc lập của các kết cấu cơ bản dạng khung, dạng vỏ hay dạng tích hợp; có thể hợp thành từ một hay nhiều loại vật liệu; có thể ở dạng tổ hợp hay hỗn hợp của các dạng kết cấu

khác nhau Cũng vì vậy đôi chỗ còn sử dụng khái niệm tổ hợp kết cấu chống hay hệ thống kết cấu chống

Nói chung một tổ hợp kết cấu công trình ngầm được lựa chọn và thiết kế phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:

 mức độ ổn định và các đặc điểm địa chất, địa kỹ thuật của khối đá,

 chức năng của công trình ngầm,

 phương pháp thi công xây dựng công trình ngầm

2 Phân loại theo vật liệu

Nói chung trong xây dựng công trình ngầm, mọi loại vật liệu xây dựng

như gỗ; thép, kim loại; gạch, đá, bêtông; vật liệu tổng hợp đều có thể được sử

dụng, tùy theo yêu cầu và chức năng của công trình ngầm cũng như những đòi hỏi đối với các kết cấu chống Ngoài các vật liệu xây dựng thông thường, trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm cũng phát triển một số vật liệu với tính năng hay đặc điểm sử dụng riêng, như các loại thép hình, các ván thép

3 Phân loại theo hình dạng kết cấu

Các kết cấu chống có thể được lựa chọn, thiết kế và lắp dựng với nhiều hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm xuất hiện áp lực hay tải trọng lên kết cấu chống, tùy thuộc vào loại và hình dạng của công trình ngầm, đặc điểm cấu trúc của khối đá và các yêu cầu kỹ thuật Nói chung trong thực tế các kết

Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống

Hình Liên kết với một vùng Kết cấu chống dạng Kết cấu chống dạng vỏ chữ dạng, khối đá tạo ra dầm,vành khung hình thang, chữ nhật, đa giác, vòm, tròn, cấu hay vòng chịu tải; treo nhật, đa giác, các dạng ellíp

tạo chốt giữ, gia cố, ô ống ; hình vòm, tròn, ellíp Tiếp xúc diện với mặt lộ

tạo nên vùng được gia Khung chống dạng kín khối đá, với các dạng liên

cố, được đông cứng hay hở kết khác nhau

hình dạng bất kỳ, gia cố bề mặt khối đá

4 Phân loại theo chức năng, nhiệm vụ

Tùy thuộc vào mức độ mất ổn định của khối đất/đá, tùy thuộc vào phương pháp thi công và tùy thuộc vào loại công trình ngầm, một số loại kết cấu nhân tạo có thể được lắp dựng trước, trong hoặc sau khi thi công khoảng

không gian ngầm Các kết cấu nhân tạo này thường được gọi là kết cấu chống tạm hay kết cấu bảo vệ

Cũng tùy thuộc vào loại khối đất/đá, tùy thuộc vào chức năng của công trình ngầm cũng như thời gian cần sử dụng (tuổi thọ), một số loại kết cấu nhân tạo được lắp dựng để đảm bảo bền vững và ổn định công trình ngầm trong suốt quá trình sử dụng, vận hành khoảng không gian ngầm, thỏa mãn các yêu cầu

theo chức năng của công trình ngầm Loại kết cấu này được gọi là kết cấu chống cố định

Chủ yếu làm kết cấu chống

cố định, riêng bê tông phun, vỏ tuyp-bing có thể

có chức năng chống tạm và chống cố định

5 Phân loại theo tính năng kỹ thuật

Tùy theo tính năng kỹ thuật, các kết cấu chống thường được phân biệt

theo hai nhóm là kết cấu tích cực, gia cố hay chủ động và kết cấu thụ động, chống đỡ

Kết cấu chống có thể cải thiện được trạng thái của khối đá, hoặc cải thiện được khả năng nhận tải và biến dạng của khối đá được gọi là kết cấu tích

cực, chủ động hay kết cấu gia cố khối đá và cũng còn được gọi là kết cấu chống giữ Các kết cấu với chức năng chủ yếu là tiếp nhận các tác động cơ học

hình thành do các quá trình biến đổi cơ học trong khối đất/đá, được gọi là kết cấu

thụ động hay kết cấu chống đỡ

Chủ yếu đóng vai rò kết cấu chống thụ

động, tiếp nhận các loại tải trọng

6 Phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu

Theo tính chất hay biểu hiện biến dạng và khả năng chịu tải, có thể phân

các kết cấu chống thành các nhóm là rất cứng, cứng và mềm với các đặc điểm

được định nghĩa như trong bảng 1-2

Bảng 1-2 Loại kết cấu và các khả năng nhận tải tương đối

Kết cấu

chống

Biểu hiện cơ học Khả năng nhận tải tương đối

mômen lực dọc rất cứng như một cố thể-biến dạng

gọi là kết cấu chống linh hoạt hình dạng và linh hoạt kích thước

7 Phân loại theo mức độ liên kết, tiếp xúc với khối đất, đá

Tùy theo sự liên kết cũng như tiếp xúc với khối đá vây quanh khoảng không gian ngầm, các loại kết cấu chống được phân ra các nhóm sau:

- kết cấu xâm nhập, hòa nhập vào khối đất/đá, hay tích hợp với khối đất/ đá,

ví dụ các loại neo, vữa khoan phụt, các kết cấu cọc, ván thép và ô ống;

- kết cấu không liên kết, liên kết ít, hoặc liên kết hoàn toàn với khối đá vây quanh không gian ngầm, thể hiện qua khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp xuất

hiện tại bề mặt hay vị trí tiếp xúc giữa mặt lộ của khối đất/đá và kết cấu chống

Sau đây phân tích và giải thích rõ hơn một số khái niệm và vấn đề cơ bản

Kết cấu chống tạm

Kết cấu chống tạm cũng còn gọi là kết cấu bảo vệ, có nhiệm vụ trước

tiên là chống giữ khoảng không gian ngầm từ sau khi đào cho đến khi lắp dựng kết cấu chống cố định Mặc dù chỉ được gọi là tạm thời, song kết cấu này đặc biệt có ý nghĩa trong xây dựng công trình ngầm, bởi lẽ khả năng biến dạng, mối liên kết với khối đất/đá và thời điểm lắp dựng chúng có ảnh hưởng lớn đến

sự thành công về kỹ thuật và kinh tế của một biện pháp xây dựng Trong thực

tế, nhất thiết phải có biện pháp bảo vệ người và thiết bị khi tiếp tục đào một chu

kỳ mới hay một đoạn công trình ngầm mới, nếu khối đá không có đủ thời gian

ổn định không chống cần thiết

Kết cấu chống tạm được lắp dựng tùy thuộc mức độ ổn định của khối đá,

cụ thể:

 có thể phải lắp dựng trước khi đào, hoặc

 có thể lắp dựng trực tiếp ngay sau khi đào hay sau một khoảng thời gian nhất định sau khi đào, hoặc

 phối hợp cả trước và sau khi đào khoảng không gian ngầm

Khi thời gian tồn tại ổn định (thời gian ổn định không chống) của khối

đất/đá rất nhỏ (vài giây, vài phút), bắt buộc phải sử dụng các giải pháp chống trước để bảo vệ khỏang không gian ngầm sau khi đào, tức là tiến hành lắp dựng kết cấu chống tạm thích hợp trước khi tiến hành đào khoảng trống Kết cấu chống trước có nhiều dạng khác nhau Các kết cấu cổ điển thường là đóng nhói,

đóng cọc bằng gỗ; ngày nay được thay thế bằng cọc thép, ván thép; ngoài ra tùy theo điều kiện thực tế còn sử dụng các biện pháp như khoan phụt (khoan ép gia cố), neo khoan phụt, ô ống bảo vệ

Ví dụ một kết cấu chống tạm kết hợp chống trước và chống sau khi đào,

sử dụng trong trường hợp gặp khối đất/đá kém ổn định, thường ở dạng tổ hợp của các loại hình trên như cọc thép kết hợp với bê tông phun và khung thép

Các kết cấu chống tạm lắp dựng sau khi đào thường được tạo nên từ

bêtông phun, neo, lưới thép, lưới chất dẻo, khung gỗ, khung thép ở quy mô và

mức độ kết hợp nhất định, tùy thuộc vào mức độ ổn định của khối đá

Thép tấm hay ván thép được sử dụng chủ yếu khi thi công công trình ngầm được bố trí trong khối đất Chúng được bố trí lệch nhau, có đoạn chồng lên nhau Do kỹ thuật thi công thường tạo nên các khoảng rỗng, do vậy các khoảng rỗng lại phải được lấp đầy bằng vữa hay bê tông phun, nhằm hạn chế dịch chuyển Sau đó trong quá trình đào các khung thép được lắp dựngvà

khoảng hở giữa khung thép và ván ép bằng thép lại được phu phủ bằng bê tông phun

Khi thi công trong khối đất/đá mà không thể ép ván thép nữa, cọc thép

sẽ được sử dụng Cọc thép có thể được đóng vào các khoảng hở trong khối

đất/đá mềm nhờ búa khoan khí nén hay thủy lực hoặc đóng vào lỗ khoan khi gặp đá cứng, đương nhiên trong trường hợp sau kết hợp với vữa chèn Chiều dài các cọc thường phải lớn hơn ba lần khoảng cách giữa các khung thép

Kết cấu chống tạm có thể làm nhiệm vụ trám chốt bề mặt khối đá trên biên khoảng trống ngầm sau khi đào, nhằm hạn chế hiện tượng tơi rời, tróc vỡ

đá vào khoảng trống đang thi công và tạo khả năng hình thành vùng chịu tải trong khối đá Mục tiêu này đạt được bằng sử dụng bê tông phun với chiều dày

từ 3cm đến 5cm Trong thực tế, lớp vỏ mỏng bê tông phun này không chỉ làm nhiệm vụ bít trám, hay chốt giữ mà còn có khả năng hạn chế biến dạng của khối đá ở mức độ nhất định; ngoài ra cũng tạo nên một lớp vỏ mỏng bảo vệ khối đá trước tác động phong hóa Bê tông phun có thể được phun rất sớm và trở thành một bộ phận của khối đá, có khả năng tự mang tải Cũng chính vì thế giải pháp này cho phép hạn chế biến dạng, ngăn chặn khả năng giảm bền của khối đá

Các loại khung và vỏ chống tạm có thể có độ cứng khác nhau, từ rất cứng, cứng đến mềm

Kết cấu chống tạm rất cứng là kết cấu có thể tự đứng vững, hay tồn tại

mà không cần có ảnh hưởng của khối đá (ngay cả khi không tựa vào khối đá)

và thường chỉ biến dạng nhỏ khi chịu tác động cơ học Vì vậy dịch chuyển cũng như biến dạng do phân bố lại ứng suất của khối đá sẽ bị hạn chế Đươngnhiên chính vì thế trong kết cấu bảo vệ rất cứng có thể xuất hiện tải trọng (ứng suất) lớn hơn là ở kết cấu có thể biến dạng nhiều Điều này đã được giải thích khi phân tích tương tác giữa khối đá và kết cấu chống trong cơ học đá.Thực tế tải trọng sinh ra do biến đổi của trạng thái ứng suất rất khó xác định hợp lý khi thiết kế, đặc biệt là việc xác định tỷ số giữa áp lực hay tải trọng theo hai phương vuông góc với nhau Vì vậy các loại kết cấu bảo vệ rất cứng, được lắp dựng trước khi trạng thái ứng suất thứ sinh hình thành ổn định, thường cũng

được thiết kế quá lớn Cũng chính vì vậy kết cấu bảo vệ rất cứng thường chỉ

được sử dụng khi cần thiết phải hạn chế hoặc ngăn chặn biến dạng lớn

Kết cấu chống tạm cứng thường được thiết kế, sao cho chúng là ổn định ở

độ sâu nhỏ vùng chịu tải hay nhận tải trong khối đá chắc chắn không thể hình thành được, hoặc sự liên kết với khối đá rất hạn chế hay không có được

Kết cấu mềm là kết cấu có khả năng biến dạng nhiều Nhờ có khả năng

biến dạng lớn của kết cấu nên quá trình biến đổi ứng suất từ trạng thái nguyên sinh sang trạng thái thứ sinh xảy ra như một quá trình tự điều khiển hay tự điều chỉnh Nói chung loại kết cấu này chủ yếu chỉ tiếp nhận được lực nén dọc theo mặt cắt, khả năng chống uốn nhỏ, do vậy cũng huy động được khả năng tự mang tải của khối đá và làm cho tác động gây uốn trong kết cấu bảo vệ chỉ hình thành ở mức độ nhỏ Trong trường hợp giới hạn có thể coi kết cấu này là

vỏ gia cố bề mặt Hiện nay kết cấu này thường là bê tông phun không hoặc có lưới thép, cốt thép Trong tương lai gần sẽ tính tới khả năng áp dụng rộng rãi

bê tông phun với sợi thép

Giữa khối đá và kết cấu có thể có thể hình thành những mối liên kết ở mức độ nhất định Đương nhiên hệ thống tổng hợp kết cấu chống-khối đá chỉ

có thể làm việc tốt, nếu như đảm bảo có được sự tiếp nhận hay chuyển tiếp tốt các thành phần lực pháp tuyến và tiếp tuyến giữa khối đá và biên đào Các kết cấu dạng khung như khung gỗ, khung thép, khung bê tông cốt thép đúc trước thường không cho phép tiếp nhận áp lực tiếp tuyến, bởi lẽ chúng chỉ tiếp xúc với khối đá ở dạng không chặt chẽ, ở dạng điểm hoặc mặt cục bộ, nếu không

kể đến các biện pháp tạo tiếp xúc khác Bê tông phun là một dạng kết cấu chống lý tưởng tạo ra liên kết toàn phần với khối đá

Thời gian lắp dựng kết cấu chống tạm có ý nghĩa rất quan trọng trong

xây dựng công trình ngầm, bởi vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thi công cũng như phụ thuộc vào quá trình đó Cụ thể là thời gian lắp dựng phụ thuộc vào đặc điểm cơ học của khối đất/đá (thời gian tồn tại ổn định không chống) và lại có quan hệ phụ thuộc với biện pháp thi công Nếu có thể khẳng

định hay hy vọng là trong quá trình biến đổi ứng suất khối đá vẫn ở trạng thái

đàn hồi, hoàn toàn có thể lắp dựng kết cấu bảo vệ sớm như có thể (chỉ để ngăn ngừa đá rơi) Nhưng nếu phải tính đến khả năng xuất hiện biến dạng dẻo, thời

gian lắp dựng kết cấu bảo vệ phải được lựa chọn tùy thuộc vào đường đặc tính của khối đá và đường đặc tính của kết cấu bảo vệ, sao cho biến dạng của khối

đá được điều khiển để chỉ xảy ra ở mức hạn chế và tải trọng tác dụng lên kết cấu chống chỉ xuất hiện ở giới hạn nhất định

Trong trường hợp thi công đào theo sơ đồ chia gương, thời gian lắp dựng không chỉ được lựa chọn cho phần vòm, mà còn phải chú ý đến thời điểm có thể tạo kết cấu kín tòan bộ trên chu vi khoảng trống (thời gian kết thúc tạo vành bảo vệ), tức là thời điểm tạo vành bảo vệ cũng như hệ thống bảo vệ kết

cấu chống-khối đá Thời gian kết thúc vành bảo vệ là khoảng thời gian kể từ

lúc mở gương đào cho đến lúc kết thúc lắp dựng kết cấu chống trên mặt cắt

ngang Nói chung có thể phát biểu rằng, biểu hiện của khối đá được điều chỉnh càng thuận lợi, nếu thời gian kết thúc vành bảo vệ càng ngắn Thời gian kết thúc vành bảo vệ có thể rút ngắn nhờ lựa chọn hợp lý biện pháp thi công và

đặc biệt là vật liệu chống tạm thích hợp Trong tương lai, chắc chắn bê tông phun sợi thép sẽ tạo được khả năng rút ngắn tối đa thời gian kết thúc vành bảo

vệ, vì nhờ giảm được các công việc và các công đoạn thi công; hiện tại có thể giảm được 1/3 thời gian lắp dựng kết cấu bảo vệ nếu sử dụng bê tông phun sợi thép so với các kết cấu chống khác cho trường hợp tương đương

Không kể đến phương pháp thi công các công trình ngầm bằng máy khoan hầm, có thể nhận thấy rằng, xu hướng của xây dựng công trình ngầm hiện đại là sử dụng kết cấu bảo vệ trên cơ sở bê tông phun Kết cấu bảo vệ trên cơ sở bê tông phun thường bao gồm các bộ phận là:

 bê tông phun, có thể có lưới thép, sợi thép,

 neo,

 khung thép hình hay khung thép tổ hợp

Bê tông phun cho phép tạo ra kết cấu liên kết toàn phần với khối đá, không

có khoảng rỗng, khe hở Với khả năng được coi là gia cố tạm thời cho khối đá,

sẽ tạo nên kết cấu liên hợp kết cấu chống-khối đá, với khối đá là bộ phận chịu tải chính Bê tông phun có thể được phun không hoặc có cốt bằng lưới thép hay sợi thép Thông thường không thể loại bỏ cốt khi sử dụng bê tông phun

Khung thép từ thép hình cũng như khung thép tổ hợp (là khung thép

được hàn từ các thanh thép tròn theo kiểu dáng nhất định) là loại kết cấu đảm bảo chắc chắn chức năng bảo vệ, đặc biệt là khi kết hợp với bê tông phun sẽ cho phép có khả năng mang tải ngay tức thời Ngoài ra nó thỏa mãn yêu cầu của cốt kín, tạo nên vành kín cho vỏ bê tông phun, đồng thời là bộ phận phụ trợ tạo dáng, định hình và cho phép thực hiện công tác đo đạc, điều chỉnh được thuận lợi

Tác dụng của hệ kết cấu chống-khối đá được tăng cường phần nào chính nhờ có các loại neo Với chức năng gia cố khối đá, neo gây ra các tác động làm giảm ảnh hưởng của tính bất đồng nhất trong khối đá như do sự có mặt của các lớp đá, các hệ khe nứt khác nhau, hoặc các khe nứt hình thành do quá trình tơi rời do nổ mìn hoặc do biến dạng Khi kết cấu neo được lắp dựng thành hệ thống neo, sẽ huy động được vùng khối đá rộng hơn tham gia vào vành hay vòm chịu tải

Với các giải pháp kỹ thuật khác nhau, ví dụ tạo khe biến dạng dọc theo

công, giảm bớt công đoạn, mà có thể tạo nên vỏ bê tông phun có khả năng nhận tải cao, đồng đều Đồng thời khi kết hợp với khung thép sẽ cho phép có thể phun được một lớp bê tông phun đủ dày theo yêu cầu Từ dữ liệu thi công

đường hầm Crapteig ở Thụy sỹ cho thấy, khi sử dụng bê tông phun sợi thép có thể giảm chiều dày vỏ chống được 3cm, cụ thể là còn 10cm, kinh phí chỉ còn bằng 75% so với bê tông phun có cốt thép Ngoài ra, bình thường một chu kỳ

đào trong đá phiến mất 12 giờ, khi sử dụng bê tông phun sợi thép chỉ còn cần 9 giờ Nhờ đó tiến độ thi công đã tăng từ 4,5m lên 6m một ngày

Kết cấu chống cố định

Kết cấu chống cố định có nhiệm vụ đảm bảo độ bền và độ ổn định lâu

dài cũng như đáp ứng các chức năng kỹ thuật của công trình ngầm trong suốt thời gian sử dụng công trình ngầm Thông thường, trong xây dựng công trình ngầm dân dụng, kết cấu chống cố định được lắp dựng sau khi quá trình biến

đổi cơ học, cụ thể là phân bố lại ứng suất và biến dạng, đã kết thúc và chúng

được thiết kế ở dạng kết cấu cứng hoặc rất cứng

Trong lĩnh vực khai thác hầm lò, kết cấu cứng được sử dụng chủ yếu cho các công trình có tuổi thọ lâu dài, nằm ngoài khu vực khai thác mỏ, như các hầm trạm, các lò cái vận chuyển chính, kết cấu giếng mỏ Trong các trường hợp khác, chẳng hạn cho các đường lò cơ bản, lò chuẩn bị tại các mỏ hầm lò, kết cấu chống cố định nhiều khi chỉ khác kết cấu chống tạm ở mật độ, hoặc ở giai đoạn làm việc của kết cấu; trong nhiều trường hợp ít có sự phân biệt đáng

kể giữa kết cấu chống tạm và chống cố định

Kết cấu chống cố định thường là bê tông cốt thép hoặc bê tông đổ tại chỗ Tuy nhiên, trong ngành mỏ và khi thi công các công trình ngầm dân dụng bằng máy khoan hầm cũng sử dụng các tấm bê tông cốt thép đúc sẵn, còn gọi

là các tấm tuýp-bing khi công trình có dạng tròn

Kết cấu chống hai lớp và kết cấu chống một lớp

Trong công tác xây dựng các công trình ngầm dân dụng, như các đường

hầm, thường nói đến dạng kết cấu chống hai lớp vỏ hoặc kết cấu một lớp vỏ

Trước đây, cũng như hiện tại, thông thường vỏ chống các công trình ngầm

được chia ra thành lớp vỏ ngoài (vỏ chống tạm) và lớp vỏ trong (vỏ chống cố

định) Vỏ chống vì vậy được gọi là vỏ hai lớp hay kết cấu chống hai lớp Do

yêu cầu về tính kinh tế, nên xu thế chung cho thấy cần thiết phải tích hợp lớp

vỏ thứ nhất với lớp vỏ thứ hai, để sao cho trong trường hợp lý tưởng sẽ trở thành

một vỏ chống thống nhất, tức là tạo ra kết cấu chống một lớp Tuy nhiên,

để đạt được mục tiêu này, sự hình thành các loại vỏ đó đòi hỏi các kỹ thuật và công nghệ khác nhau, được giới thiệu khái quát sau đây

Két cấu chống hai lớp là kết cấu thông thường hay truyền thống Trước tiên chúng được phân biệt rõ ràng qua chức năng là vỏ chống tạm và vỏ chống

cố định Lớp vỏ ngoài, hay lớp thứ nhất được lắp dựng trong quá trình đào khoảng trống ngầm và kết hợp với khả năng tự mang tải của khối đá tạo nên kết cấu bảo vệ, kể từ thời điểm sau khi đào, tạo ra khoảng trống ngầm đến khi lắp dựng vỏ chống cố định Hai lớp vỏ thường được ngăn cách bởi một lớp chống thấm hay cách nước, chẳng hạn bằng một lớp chất dẻo cùng với các hệ thống bảo vệ khác (như vải địa kỹ thuật); hoặc bằng một lớp vỏ ngăn cách, như vải nhựa polyetylen, nếu lớp vỏ trong là bê tông cách nước (không thấm), đồng thời cũng để phân cách không cho hai lớp vỏ liên kết với nhau Kết cấu vỏ hai lớp cũng có thể không có lớp cách nước hay lớp ngăn cách, chẳng hạn lớp vỏ

bê tông phía trong là bê tông chống thấm được đổ trực tiếp kế theo lớp vỏ bê tông phun bên ngoài, trong trường hợp thi công hầm ở điều kiện có nước ngầm Nói chung, với quan điểm vỏ hai lớp thì lớp vỏ ngoài thường được xem là lớp vỏ

sẽ bị hủy hoại theo thời gian, có tuổi thọ ngắn Do vậy, lớp vỏ trong phải

đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ ổn định lâu dài và các tính năng sử dụng

Điều này xuất phát từ giả định là lớp vỏ ngoài bị phá hủy và coi như không tồn tại Ngược lại, cũng có quan điểm cho rằng, lớp vỏ ngoài đóng vai trò chính làm kết cấu chịu tải, lởp vỏ trong chỉ mang ý nghĩa cấu tạo và các yêu cầu thẩm mỹ, hoặc chống lại các tác nhân phá hoại hình thành trong quá trình vận hành Kết cấu chống của đường hầm Hải Vân là ví dụ điển hình cho loại kết cấu này

Tuy nhiên trong thực tế có nhiều ví dụ chứng tỏ rằng, lớp vỏ ngoài, tại trạng thái cuối cùng vần có khả năng mang tải và có thể tính toán, kiểm định

được và ý tưởng về kết cấu một vỏ được hình thành có ba yếu tố:

 Lớp vỏ ngoài thực tế không bị phá hủy đến mức như vẫn tồn tại trong các giả định lý thuyết;

 Ngày nay hoàn toàn có thể sử dụng bê tông phun ở dạng bê tông kết cấu Như vậy, nếu đã xem lớp vỏ ngoài là một bộ phận của vỏ chống cố định, việc tạo ra lớp vỏ trong chỉ nên xem là tạo một lớp bổ sung của lớp vỏ

đã tồn tại, để đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu về độ bền và độ ổn định lâu dài Như vậy có thể giảm được khối lượng hay thể tích đá đào ra cũng như khối lượng hay thể tích của kết cấu;

 Bằng cách sử dụng bê tông sợi thép cũng như bê tông phun sợi thép cho phép rút ngắn được thời gian thi công

phận của lớp và chống cố định là phải tạo ra mối liên kết toàn phần của ‘khe công tác’ giữa hai lớp

Trong thực tế cũng còn nói đến kết cấu vỏ nhiều lớp, phân biệt bởi đặc

điểm cấu tạo, vật liệu trong từng lớp và các lớp này có thể được thiết kế riêng

rẽ, song về khả năng chịu tải tổng thể vẫn có thể xem là kết cấu một vỏ hay kết cấu một lớp

1.4 Vài nét về lịch sử phát triển

Cho đến khoảng thập kỷ 50 của thế kỷ 20 để chống đỡ (bảo vệ) các công trình ngầm vẫn chủ yếu sử dụng kết cấu khung bằng gỗ Sau đó các kết cấu khung thép, bê tông phun và neo mới dần dần được sử dụng Tuy nhiên, ngay từ lâu, trước đó, đã có các ý tưởng thúc đẩy việc tìm các phương án thay dần gỗ trong xây dựng mỏ và công trình ngầm, vì các yếu điểm của loại kết cấu này là tốn nhiều thời gian và công sức khi đào vượt tiết diện nhiều, tính linh họat kém và dễ bị cháy

Kết cấu thép được sử dụng đầu tiên ở dạng các thép đường ray đã qua sử dụng và lúc đầu thường ở dạng phối hợp với kết cấu gỗ Sự ra đời của ngành cán thép vào đầu thế kỷ 19 đã góp phần thay thế kết cấu khung gỗ bằng kết cấu khung thép ngày càng nhiều hơn Cho đến khoảng cuối thể kỷ 19, đầu thế

kỷ 20 tại các nước phát triển trên thế giới, hầu như gỗ đã bị thay thế hòan toàn trong xây dựng công trình ngầm khi đào qua các khối đá có áp lực mạnh (Fayol 1885; Mathet 1888; Koehler 1900) Một ví dụ, được coi là điển hình, là

sử dụng kết cấu thép khung chữ nhật 2,5x2,8m để chống giữ đoạn hầm áp lực lớn tại đường hầm Simplon (Pressel 1906)

Lịch sử áp dụng bê tông phun trong xây dựng công trình ngầm gắn liền với sự phát triển của các loại máy phun có tính năng kỹ thuật ngày càng tốt hơn và độ an toàn, tính ổn định ngày càng cao hơn Ngay sau khi đăng ký bản quyền máy phun khô đầu tiên (‚cement gun‚) của Akeley 1911, một đường hầm ở Mỹ đã được sửa chữa bằng bê tông phun (Teichert 1979) Cũng tại Mỹ, trong lĩnh vực khai thác hầm lò đã bắt đầu sử dụng bê tông phun để chống giữ các đường lò tại các mỏ Bruceton, Pennsylvania từ 1914 (Rice 1918) Trước

1920 vỏ bê tông phun kết hợp với lưới thép đã được sử dụng để bảo vệ đường hầm đường sắt ở Illinois Vào đầu thế kỷ 20, các máy bê tông phun khô (bê tông phun trộn khô) đã xâm nhập vào châu Âu, đặc biệt là tại vùng núi Alp Các đường hầm áp lực của nhà máy điện Buendner và của nhà máy điện Amsteg đã sử dụng bê tông phun (gunit) làm kết cấu bảo vệ Tại đường hầm

đường sắt Coldrerio và Massagno ở Tessin đã sử dụng bê tông phun để sửa chữa Hình 1-5 cho thấy hình ảnh sử dụng bê tông phun để cải tạo đường hầm

đường sắt thành đường hầm ô tô Ulmberg tại Zuerich vào năm 1927 (Kovari 2001)

Hình 1- 5 Sử dụng bê tông phun tại Thụy sỹ ( đường hầm Ulmberg 1927)

Năm 1922, đường hầm áp lực dài 6 km của nhà máy điện Heimbach tại

Đức đã được phun phủ bằng bê tông phun Tuy nhiên bê tông phun được sử dụng nhiều, bắt đầu cùng với sự ra đời của các máy phun công suất cao Máy phun có kết cấu trục xoắn do Senn phát triển mới được coi là máy phun bê tông

’thực sự’ đầu tiên, bởi lẽ lần đầu tiên cho phép sử dụng cốt liệu đến 25 mm, với công suất đạt được là 3m3/giờ Từ đó hình thành khả năng sử dụng bê tông phun như là một bộ phận chủ đạo trong xây dựng công trình ngầm Một số ví

dụ áp dụng như các đường hầm dẫn nước Maggia của nhà máy điện tại Tessin

1952, hai đường hầm của tuyến đường ô tô Axen (Frey-Baer 1955; Sonderegger 1955; Sonderegger 1956) tại áo Từ 1957 tại ý và từ 1964 tại

Đức đã sử dụng bê tông phun trong thi công công trình ngầm tiết diện lớn trong lĩnh vực giao thông

Lịch sử áp dụng neo có lẽ được bắt đầu với các giải trình bản quyền của Stephan, Froehlich và Kloepfel vào những năm 1913 (Hình 1-6) Sự bùng nổ

người ta mới thấy một báo cáo về thử nghiệm neo vào những năm 1936 và 1937 tại mỏ khai thác kền ở phía nam Misouri ở Mỹ (Weigel 1943) Vào thập kỷ 40, người Hà Lan Beyl có báo cáo về kết quả thử nghiệm neo thành công tại Anh (Beyl 1945/1946) Bằng cách đo dịch chuyển, hội tụ của đường hầm

ông ta đã khảo sát ảnh hưởng của neo đến các biểu hiện của khối đá và khẳng

định rằng, cần thiết cắm neo ngay sau khi đào Sau năm 1945 neo được sử dụng ngày càng nhiều, bắt đầu là trong khai thác mỏ ở Mỹ (Conway 1948; Thomas 1948) và sau 1952 ở châu Âu, tại các mỏ ở Anh, Pháp, Đức

So với khung thép và bê tông phun, neo được hạn chế sử dụng trong ngành mỏ từ lâu; song sau một khoảng thời gian ngắn kết cấu neo đã thay thế kết cấu gỗ trên thế giới Kết cấu neo được sử dụng trong công trình ngầm đầu tiên là tại đường hầm dẫn nước tại đập nước Keyhole, Wyo ở Mỹ vào năm

1950 (Anonymous 1951) Đột phá sử dụng neo thực sự xảy ra trong xây dựng công trình ngầm là tại đường hầm dẫn nước 42km của dự án Delaware Water Supply Aqueduct ở New York (Nolan 1952; Pierce 1953) Tại đây, do khả năng cung cấp các khung thép gặp khó khăn, nên neo kết hợp với bê tông phun

đã được sử dụng thay thế khung thép hình vòm Trên 19,5 km đường hầm

đã được bảo vệ thành công bằng neo và cũng vì thế đã giảm được khoảng 85% lượng thép, nếu sử dụng khung thép

Hình 1-6 Hình ảnh sử dụng neo đầu tiên trong lĩnh vực

khai thác mỏ năm 1913)

Như vậy, với những cải tiến của công nghệ bê tông phun trong thập kỷ

50 thế kỷ 20, vai trò của khung chống gỗ đã bị loại trừ trên thế giới, kể cả

khoan tấm thép

trong lĩnh xây dựng công trình ngầm Thêm vào đó là việc áp dụng thành công các kết cấu phối hợp bê tông phun, neo và khung thép Tuy nhiên, tại nhiều mỏ hầm lò của Việt Nam, gỗ vần còn là một loại vật liệu quan trọng

Nói chung , trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm và mỏ, việc cải tiến và phát triển các kết cấu bảo vệ vẫn luôn là vấn đề được quan tâm thích

đáng Kết cấu hợp lý không chỉ đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật mà thường đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể

1.5 Nguyên tắc và phương pháp lựa chọn, thiết kế kết cấu chống

Nói chung, trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trong Cơ học đá, kết hợp với sự phát triển của các loại vật liệu và kết cấu chống mới, sự phát triển của các phương pháp tính toán, thiết kế, kết hợp với kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng để có thể có được một giải pháp hợp lý về kinh tế và kỹ thuật đối với kết cấu công trình ngầm cần thiết phải tiến hành các công tác cơ bản sau:

 Nghiên cứu, đánh giá mức độ ổn định của khối đá xung quanh các đường lò, các công trình ngầm sau khi đào, từ đó cho phép dự báo áp lực đất/đá hay áp lực mỏ, trên cơ sở

phân loại khối đá, kinh nghiệm thực tế, phân tích lý thuyết, đo đạc;

Nói chung các kết cấu chống cố định của công trình ngầm thường phải chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau Các yếu tố cơ bản được thể hiện trong bảng 1-4

Bảng 1-4 Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu chống

 Tỏa nhiệt trong quá trình thủy phân, co ngót (bê tông)

 áp lực khi bơm ép chèn các khe, chèn phía nóc

 Các trạng thái vận chuyển đối với các kết cấu đúc sẵn ( các tấm lắp ghép, tuýpbing, các ống đúc sẵn)

 Các lực nén ép khi thi công,

Từ điều kiện sử dụng, khai thác:

 Tác dụng của nhiệt độ từ không khí, nước thải, cũng như các yếu

tố tương tự

 Các tác động hóa học bởi khí thải, nước

 Các tác động do giao thông, vận chuyển

 Tác động của các hạt đá, cuội có trong nước (đối với các

đường hầm dẫn nước)

 Tác động do cháy trong các công trình giao thông ngầm

Mô hình KCC, mô hình tương tác khối đá - KCC

Xác định kích

cấu chống

Tính toán, thiết kế kết cấu chống nhất thiết phải chú ý đến các yếu tố tác

động này, tùy theo từng chức năng, nhiệm vụ cụ thể của công trình ngầm và

điều kiện cụ thể của khối đất/đá Công tác thiết kế và thi công kết cấu chống

cố định dựa trên cơ sở tác động tương hỗ giữa kết cấu chống và khối đá, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn cũng như chiều dài công trình ngầm Các bước công tác được cụ thể hóa như trên trên sơ đồ hình 1-7

Hình 1-7 Sơ đồ lựa chọn, thiết kế vật liệu và kết cấu chống (KCC) hợp lí

Lý thuyết, kinh nghiệm

 Phương pháp thi công 

 Phản ứng, tính chất của kết cấu chống

 Giải pháp tăng cường cho kết cấu chống

Lựa chọn loại kết cấu chống:

kết cấu chống tạm, cố định (neo, bê tông phun, khung thép, bê tông v v )

Đánh giá lại thiết kế

 Lựa chọn các loại kết cấu và vật liệu chống khả dĩ

theo yêu cầu về chức năng của công trình ngầm, kinh nghiệm thực tế;

 Dự tính kinh tế để lựa chọn kết cấu hợp lí,

 Đo đạc, quan trắc, phân tích kinh tế thực tế, khi cần thiết phải

điều chỉnh lại thiết kế cho phù hợp với điều kiện thực tế

Đương nhiên, trong thực tế, không phải bao giờ cũng có thể giải quyết được bài toán đặt ra một cách mỹ mãn, bởi lẽ vấn đề này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố rất phức tạp khác nhau Chẳng hạn, như đã biết trong cơ học đá, riêng mức độ ổn định của khối đá cũng đã phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác nhau, ví dụ các yếu tố cơ bản có thể xếp vào 4 nhóm sau:

1) Bản chất của khối đá/đất, được đánh giá qua các đặc điểm địa chất (thành phần vật chất, cấu tạo, kiến trúc), các điều kiện địa chất thuỷ văn, các tính chất cơ lý của đá và khối đá, của hệ thống các mặt phân cách, gián đoạn (các khe nứt, các mặt phân lớp, các nếp uốn, các đứt gãy và phay phá) trong khối đá

2) Trạng thái ứng suất nguyên sinh trong khối đá/đất dưới tác động của lực trọng trường và lực kiến tạo

3) Các tác động kỹ thuật, đặc trưng bởi công nghệ đào, hình dạng, kích thước và chức năng sử dụng của công trình ngầm

4) Môi trường xung quanh đặc trưng bởi độ ẩm, nhiệt độ trong không gian sau khi đào liên quan đến tác động phong hoá làm biến đổi cấu trúc cũng như tính chất cơ lý của khối đá

Sự phức tạp của vấn đề cần nghiên cứu không chỉ do số lượng lớn các yếu tố ảnh hưởng mà còn do tính đa dạng và ngẫu nhiên của các yếu tố đã nêu

Cơ học công trình ngầm bao hàm ngoài việc tính toán thiết kế kết cấu công trình ngầm còn có những nghiên cứu cơ học khác liên quan với công tác xây dựng công trình ngầm (mô phỏng quá trình thi công…)

Việc tính toán, thết kế kết cấu công trình ngầm được thực hiện bởi các phương thức khác nhau, có thể phân ra ba nhóm là:

 Tính toán theo trực giác, cụ thể là các chuyên gia công trình ngầm

xem xét đá, khối đá (chẳng hạn từ các lõi khoan thăm dò) và xác định theo cảm nhận về kết cấu neo, lực kéo căng neo cũng như chiều dày vỏ

bê tông;

 Tính toán theo kinh nghiệm, thực nghiệm, nghĩa là từ các nguyên tắc

kinh nghiệm đúc rút từ thực tế có thể lựa chọn và xác định kích thước kết cấu công trình ngầm phù hợp với chất lượng của khối đá; hiện tại bằng phương thức này loại kết cấu chống và kích thước được sử dụng sẽ

được lựa chọn dựa vào các bảng phân loại khối đá Thông thường các nguyên tắc kinh nghiệm được diễn đạt bằng bảng biểu, đồ thị hoặc các công thức không chặt chẽ về thứ nguyên;

 Tính toán hợp lý, cụ thể là từ các kết quả đo đạc, thí nghiệm, phân tích

và mô tả toán học về các tính chất của vật liệu sẽ dẫn dắt đến các phương trình, có chú ý đến các quy luật cơ học, để mô tả các tính chất,

đặc điểm của khối đá và của kết cấu công trình cũng như tác động tương

hỗ giữa chúng Bằng phương thức này đã xuất hiện nhiều phương pháp tính toán khác nhau với các sơ đồ tính, mô hình vật liệu, quan hệ tương tác giữa kết cấu với môi trường đất đá khác nhau Các bài toán hình

thành trên cơ sở này được giải bằng phương pháp giải tích hoặc phương

một cách đơn giản hơn, như GAUSS đã nói: ‚ngay cả trong những trường hợp thật phức tạp, nếu không có sự hỗ trợ này thì các vĩ nhân cũng có thể bị ngất xỉu‛

Trong thực tế ba phương thức này ít khi xuất hiện riêng lẻ Thông thườngchúng được kết hợp lại, tùy theo quan điểm, thói quen của người làm công tác thiết kế Liệu một trong các phương thức nêu trên là có ích hay cần thiết, là một vấn đề vẫn được các nhà chuyên môn với các trường phái khác nhau tranh luận Cũng vì vậy một trong những yêu cầu và mục tiêu quan trọng đối với công tác nghiên cứu khoa học là chuyển hóa được các nguyên tắc thiết kế trực giác, thiết kế theo kinh nghiệm vào trong các tính toán thiết kế hợp lý Chỉ có như vậy mới có thể đưa ra những khẳng định cho phép kiểm chứng

được và mới có khả năng nâng cao được nhận thức, hiểu biết Hiện nay, vẫn còn có

quan điểm cho rằng phương thức tính toán hợp lý trên cơ sở môi trường liên tục

là không áp dụng được, bởi lẽ khối đất đá thực sự là môi trường phức tạp, không

đồng nhất Đương nhiên quan điểm này là không lô dích, bởi lẽ tính không

đồng nhất không còn là nguyên nhân hạn chế phương thức tính toán hợp lý mà hoàn toàn có thể chú ý được trong tính toán Ngoài ra, bằng các phương pháp

số, với sự trợ giúp của máy tính thì phương pháp tính toán hợp lý không còn là vấn đề nan giải Cũng vì vậy, trong tài liệu này sẽ chủ yếu đề cập

đến các bài toán giải bằng phương pháp giải tích, dẫn đến các biểu thức hay công thức giải tích Mục đích là cho người học, người đọc có được hiểu biết khái quát về các vấn đề trong cơ học công trình ngầm

Tính toán, thiết kế công trình ngầm đương nhiên còn phải sử dụng các mô hình môi trường liên tục, đặc trưng ở mức độ đơn giản hóa, lý tưởng hóa cao

Điều này là khó tránh khỏi, vì:

 Vấn đề cần nghiên cứu thực sự là bài toán không gian về các trường ứng suất và biến dạng, ít nhiều có biến động theo thời gian;

 Các biểu hiện của vật liệu là phức tạp (dị hướng, biến dạng không hồi phục, quan hê giữa ứng suất và biến dạng là đa dạng và phí tuyến, chảy dẻo, long rời, giảm bền, trương nở, nứt nẻ, lưu biến);

 Biến động mạnh trong không gian về các tính chất vật liệu (điều kiện

địa chất, địa chất thủy văn), mà trong thực tế khó thâu tóm hết được Mặc dù cho đến nay có nhiều phương pháp nghiên cứu đã được phát triển và

áp dụng, song nói chung các tính toán địa cơ học luôn chỉ là những tính toán, những dự đoán gần đúng Lý do đơn giản là công tác xây dựng công trình ngầm

có bản chất khác cơ bản so với việc xây dựng các công trình trên mặt đất Sự khác nhau đó có thể nhận thấy qua so sánh đơn giản sau:

 Tải trọng:

o Công trình xây dựng trên mặt đất được tính toán, thiết kế với tải trọng cho trước khá chính xác

o Đối với các công trình ngầm, khối đất/đá là vật liệu xây dựng, vừa

là thực thể gây tải trọng cũng vừa là thành phần chịu tải; hệ thống khối đất/đá và kết cấu chống hợp thành hệ thông chịu tải, nhưng cũng lại gây tải trọng qua tác dụng tương hỗ lẫn nhau

 Phương thức chịu tải:

o Các công trình xây dựng trên mặt đất nhận tải dần dần (tự trọng)

và sau khi đã xây dựng (tải trọng cuối cùng bên ngoài);

o Việc tính toán, thiết kế các kết cấu của công trình trên mặt đất

được tiến hành trên cơ sở tổ hợp tải trọng khả dĩ;

o Tính toán các công trình ngầm thực chất trên cơ sở dự báo ứng suất, biến dạng, bởi vì có sự phụ thuộc phức tạp vào công tác thi công và trình tự thi công;Tác động cơ học không hình thành do chất tải vào khối đá mà do giảm tải (không thuận lợi);

Cũng vì vậy mà trên thế giới vẫn luôn có câu hỏi được đặt ra là: có nhất thiết phải tính toán, thiết kế kết cấu công trình ngầm hay không? Câu trả lời của đa số các chuyên gia là; tính toán thiết kế kết cấu công trình ngầm không chỉ là có ích mà còn là cần thiết, bởi vì nó cung cấp nhận thức về các quá trình cơ học diễn ra trong khối đất đá và kết cấu

Như đã nhắc đến, cơ học công trình ngầm làm việc với các mô hình

Đương nhiên rất khó có thể bao quát hết bằng mô hình Và điều quan trọng là

không được nhầm lẫn giữa ‚mô hình‛ và ‚thực thể‛ Mô hình hình thành bởi sự

suy tưởng đơn giản hóa, lý tưởng hóa thực tế, thông qua những gì còn đặc trưng trong mô hình Việc lựa chọn mô hình hợp lý phản ánh nhận thức và suy nghĩ

kỹ thuật, đánh giá trực giác đúng đắn Trong mọi trường hợp, mô hình cần phải phù hợp, được định nghĩa rõ ràng và có tính bao quát Đồng thời mô hình tính phải tuân thủ các nguyên tắc cơ bản trong cơ học (chẳng hạn các

điều kiện cân bằng…) Hiện tại trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm vẫn còn có các mô hình được sử dụng, được xây dựng từ cảm nhận trực giác về

điều kiện địa chất, địa kỹ thuật, song không đảm bảo đủ chính xác để được coi

là mô hình cơ học Các mô hình này chỉ nên xem là mô hình khởi đầu cho một giai đoạn mới trước khi có được mô hình cơ học hợp lý

Nếu việc tính toán cơ học được thực hiện trên cơ sở mô hình cơ học hợp

lý, thì sẽ cho phép có được những nhận định quan trọng cho công tác xây dựng công trình ngầm Các nhận định này cần thể hiện ở dạng các phương trình và phải thể hiện rõ ràng là chúng hình thành trên cơ sở nào Tuy nhiên các kết quả số lại cần phải sử dụng có cân nhắc cẩn trọng, bởi vì như đã nhắc đến là:

 Các dữ liệu vào không chính xác;

 Các phương trình có được từ mô hình đã mô phỏng đơn giản hóa thực

tế Mặc dù vậy, các phương trình này vẫn có ý nghĩa quan trọng, vì chúng cho thấy được đại lượng vật lý nào thể hiện vai trò quan trọng trong vấn

đề được khảo sát Ngoài ra các kết quả định tính của các phương trình này hoàn toàn có thể sử dụng để thiết kế, xác định kích thước kết cấu công trình,

kết hợp với các ‚hệ số an toàn, ổn định‛ đã được khẳng định bằng trực

giác, kinh nghiệm Ngoài ra các phương trình này cũng được sử dụng khi

có sự cố xảy ra, để phân tích nguyên nhân, tìm giải pháp khắc phục Trong thực tế xây dựng công trình ngầm các phương trình này cũng được sử dụng làm cơ sở cho ‚phương pháp quan trắc‛, trong đó các biểu hiện của kết

cấu (trong và sau khi xây dựng)

được đánh giá thông qua đo đạc Chẳng hạn từ các kết quả đo đạt được giá trị xác định nào đó, có thể cho phép đưa ra biện pháp xử lý hợp lý

Ngoài ra cũng không nên đánh giá thấp các kết quả tính toán giải tích nhận

được từ các bài toán đơn giản, bởi vì chúng lại cho phép kiểm tra, kiểm định

được tính chính xác, hợp lý của các phương pháp số (ví dụ phương pháp phần

tử hữu hạn)

Các tài liệu tham khảo tiếng Việt:

1) Phí Văn Lịch: áp lực đất đá và chống giữ công trình ngầm Tập I và

II

Đại học Mỏ -Địa chất 1972

2) Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Cường, Phí Văn Lịch, Lê Văn Thưởng: Cơ sở thiết kế công trình ngầm Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1981 Phần thứ ba: Chương VI, VII, VIII, IX và X

3) Nguyễn Văn Quyển, Nguyễn Văn Đước: Cơ sở xây dựng ngầm trong

mỏ Tập I Đại học Mỏ -Địa chất 1991.Chương V,VI,VII

Chương 2 Kết cấu chống tích hợp với khối đá

Trong nhóm các kết cấu tích hợp vào khối đá, có thể phân sơ bộ theo tính năng thành hai nhóm là:

1 Các kết cấu và giải pháp cải thiện khả năng mang tải của khối đá bao gồm

2 Ngoài ra các kết cấu sau đây cũng có thể coi là biện pháp cải tạo khối

đất/đá nhưng ở mức độ hạn chế và thường chỉ là một bộ phận của kết cấu hoàn chỉnh:

2.1 Khoan phụt (khoan phun, khoan ép) và đóng băng

Các giải pháp này sẽ được đề cập nhiều trong bài giảng “Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt” Do vậy ở đây chỉ lược qua và cho thấy xu thế phát triển hiện tại

Khoan phụt là một phương pháp bơm ép các chất lỏng dạng nhũ tương, huyền phự hoặc vữa vào trong khối đất đá, có khả năng đông cứng sau thời gian xỏc định, với mục đích lằm tăng khả năng nhận tải, tăng độ cứng (giảm khả năng biến dạng), tăng độ chặt, tăng độ kín nước của khối đỏ

Có ba phương pháp cơ bản là

 Khoan phụt áp lực thấp, (low pressure grouting)

 Khoan phụt cân bằng, (compensation grouting)

 Khoan phụt áp lực cao, cũn gọi là phụt tia (jet grouting)

Khoan phụt áp lực thấp

Vật liệu phụt được bơm ép vào các lỗ

hổng, khe nứt, nhờ có các nút hai đầu (nút

đôi (double packer) di chuyển được, với

áp lực đủ lớn để có thể bơm chất phụt vào

khối đá, nhưng cũng đủ nhỏ để không gây ra

thêm các vết nứt trong khối đá

Khoan phụt cân bằng

Khoan phụt tia (Jet grouting)

 Mục đích là làm phá vỡ khối đất đá với áp lực tăng dần, đưa chất khoan phụt vào để làm „‟trương‟‟ khối đất

đá (tăng thể tích)

 Sử dụng để cân bằng hiện tượng sụt lún mặt đất, nhằm „nâng‟ mặt đất về trạng thái ban đầu

 Cũng còn gọi là kích ép bằng chất khoan phụt (grout- jacking)

 Phải thận trọng vì sẽ gây tải trọng mới tác dụng lên kết cấu chống

 Sử dụng áp lực cao (300 đến

600 bar) để phụt vữa xi măng

vào khối đất (rời) nhờ vòi phụt

ngang ở phía dưới của ống

khoan phụt,

 Tia khí phụt làm tơi rời đất

Trong khi ống khoan phụt

được xoay đều và được kéo

dần ra, vữa xi măng được phụt

vào khối đất đá xung quanh,

tạo nên một cột hỗn hợp hình

trụ;

 Hiện tại có các kỹ thuật phụt

khác nhau: tia đơn, tia kép đôi,

tia kép ba

từ 0,6 đến 1,2m Trong đất rời, cát có thể

đạt đường kính lớn hơn Khoan phụt tia

đơn ít có hiệu quả đối với khối đất dính,

đất bột

Một hệ ống kép được sử dụng để có thể phụt riêng rẽ hai pha là vữa phụt và khí vào vòi phun Tia vữa làm rời và trộn vào

đất Tia khí tăng khả năng làm rời đất và

đẩy vữa vào sâu trong khối đất Cột hỗn hợp đạt trên 1m trong đất chặt trung bình

và chăt, trong đất rời, cột hỗn hợp đật trên 1,8m Phun tia kép đôi có hiệu quả trong

đất dính hơn so với tia đơn

Vữa phụt, khí và nước được bơm vào riêng rẽ qua ống đến các vòi phụt Các tia khí và nước

đồng hướng kính tốc độ cao làm tơi rời khối

đất Tia vữa phụt được đẩy vào ở vòi phía dưới với áp lực nhỏ hơn Bằng cách này quá trình làm tơi rời và trộn cứng được tách riêng rẽ và tạo cột hỗn hợp chất lượng tốt hơn Có thể đạt

đường kính cột hỗn hợp từ 0,9m đến 1,5m

Phương pháp này được sử dụng tốt với khối đất dính kết

Dựa vào thời điểm tiến hành khoan phụt người ta phân thành hai nhóm:

 Khoan phụt trước (pregrouting)

 Khoan phụt sau (postgrouting)

áp dụng trong xây dựng công trình ngầm

 Khoan phụt được sử dụng để tăng khả năng chịu tải, giảm biến dạng của khối đá, hay nói cách khác là làm tăng chất lượng khối đá xung quanh công trình ngầm, ngăn chặn tác động phá họi của nước và xâm nhập của nước;

 Các lỗ khoan so le, chiều dài đến 20m, được khoan từ gương và phụt các tia vữa chồng nhau có thể tạo ra vòm hay „ô‟ bảo vệ cho công tác thi công

Ví dụ áp dụng

Tạo các vòm bảo vệ được gia cố, vòm chống thấm; tạo các ‚cột‛ đỡ các kết cấu chống đã thi công ở phần vòm, tạo thành kết cấu ‚đón đỡ‛ theo phương thức đón đỡ của Bỉ

Sơ đồ thi công

Khi thi công hầm trong khối đất hoặc khối đá yếu, vòm bảo vệ bằng khối

đất đá được khoan phụt được thi công vượt trước, tiếp đó là công tác đào,

xúc…

Tùy theo sự phủ chồng lên nhau của các phần khối đất đá được khoan phụt, chúng ta phân biệt giữa khoan phụt phủ đơn hay phủ kép, phụ thuộc vào mức

độ ổn định của khối đất, đá

Khối vật liệu khoan phụt vào các đới phá hủy thường được ép, phụt vào giữa hai nút, từ các lỗ khoan cắm vào khu vực cần khoan phụt

Chiều dài lỗ khoan thông thường 20m đến 30m Khoảng cách giữa miệng lỗ khoan 1,5m đến 2m

Các lỗ khoan cũng có thể được khoan tỏa ra từ các đường hầm để gia cố, hoặc làm tăng khả năng chống thấm cho khối đá vây quanh

 Sơ đồ bố trí lỗ khoan dạng quạt

 Chiều dài lỗ khoan 21m

 Khoảng cách giữa các lỗ khoan 1,2 m

 Góc nghiêng 70

Sơ đồ thi công khi sử dụng TBM thi công hầm

T×nh tr¹ng ®iÓn h×nh khi khoan

phôt trong thi c«ng b»ng TBM

Hình dạng và kích thước các khối khoan phụt được thiết kế và thi công tùy thuộc vào các điều kiện và yêu cầu cụ thể Nhiều loại vật liệu khác nhau

được sử dụng làm vật liệu khoan phụt, được lựa chọn sử dụng tùy theo điều kiện cụ thể, phụ thuộc vào đặc tính, hình dạng, kích thước của các hệ thống khe nứt, tính thẩm thấu, yêu cầu gia cố hay chống thấm, hoặc kết hợp cả hai chức năng đó

 Vữa dẻo nhiệt

Các dạng của các khối đ−ợc khoan phụt

Thông thường trong các phương pháp thi công ccổ điển, đào hầm trong

đất ván thép được ép vào phía trước gương, gối trên các khung thép làm nhiệm vụ bảo vệ phía nóc hoặc cả phần vòm của khoảng trống chuẩn bị

đào Khi thi công trong khối đất rời, có xu thể rơi, chảy vào khoảng trống, sẽ tạo nên các khoảng hở, đặc biệt là ở khu vực các tấm ván gối lên nhau Từ kinh nghiệm thực tế cho thấy có thể hạn chế sụt lở, sụt lún bằng cách lấp đầy các khoảng hở bằng vữa bê tông hoặc bê tông phun, cũng như nêm, chốt Biện pháp này đồng thời cũng để đảm bảo điều kiện gối tựa, tránh gây sập lở Một lớp vỏ bê tông phun đồng thời cũng góp phần hạn chế biến dạng của các tấm thép