bai giang cong trinh ngam

Chơng Mở đầu 1.1 Khái niệm định nghĩa Một công trình ngầm đợc hiểu khoảng không gian trống, đợc thi công xây dựng lòng vỏ trái đất (kể nớc dới nớc) Cho đến có nhiều loại công trình ngầm, với mục tiêu hay chức sử dụng khác Tùy theo mục đích phạm vi sử dụng phân loại: Công trình ngầm khai thác khoáng sản, Công trình ngầm thủy lợi, thủy điện Công trình ngầm giao thông, Công trình ngầm công nghiệp, Công trình ngầm quốc phòng, Công trình ngầm dân dụng, Công trình ngầm đặc biệt Sau đây, đơn giản, phân hai nhóm lớn Công trình ngầm mỏ hầm lò, gọi công trình ngầm mỏ (CTNM) Công trình ngầm dân dụng, quốc phòng công nghiệp, gọi chung công trình ngầm dân dụng công nghiệp (CTNDD&CN) Giữa hai nhóm công trình ngầm có đặc điểm khác biệt rõ rệt, thông qua bảng so sánh đơn giản nh bảng 1-1 Bảng 1-1 Một số đặc điểm liên quan với nhóm cong trình ngầm CTNM CTNDD&CN Chức sử dụng Nhãm ngưêi sư dơng Thêi gian sư dơng -phơc vơ khai tthác khoáng sản -am hiểu công ttrình ngầm -có giới hạn -các mục ttiêu khác -không ítt am hiểu -lâu dài Quá trình hình thành tồn công trình ngầm phân ba giai đoạn là: Chuẩn bị, bao gồm khâu lập dự án, khảo sát, thiết kế, Thi công xây dựng Sử dụng vận hành Cã thĨ nãi r»ng mäi c«ng viƯc ba giai đoạn đợc phát triển đổi theo thêi gian cïng víi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc kỹ thuật, với kinh nghiệm thu đợc trình thi công nh trình sử dụng vận hành Những kinh nghiệm, nhận thức phơng pháp quy hoạch, thiết kế thi công khác nhau, tích lũy đợc nay, thực khổng lồ thực tế có nhiều quan điểm, xu hớng khác Tuy nhiên xu hớng đợc bổ trợ, hoàn thiện phát triển Nhiều quan niệmcũ, lạc hậu dần đợc sử dụng, nhng có giá trị kinh điển, bản; phơng pháp mới, đại ngày đợc sử dụng rộng rãi mang lại hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội cao Ngày nay, với phơng pháp có, hoàn toàn thi công xây dựng đợc công trình ngầm điều kiện vỏ trái đất, đơng nhiên có khác biệt thi công khối đất vàkhối đá, sau gọi chung khối đất/đá Để thi công xây dựng công trình ngầm có nhiều phơng pháp đợc phát triển, phân hai nhóm là: Các phơng pháp thi công ngầm (cũng gọi phơng pháp mỏ) Các phơng pháp thi công lộ thiên Thi công ngầm có đặc điểm công tác tách bóc đất/đá lắp dựng kết cấu nhân tạo đợc thực lòng đất Theo phơng thứchay phơng pháp đào, tách bóc đất/đá phân phơng pháp thi công ngầm hai nhóm, nh sơ đồ hình 1-1) Các phơng pháp thi công ngầm Phơng pháp thi công máy Phơng pháp thi công thông thờng khoannổ mìn máy đào xúc, máy xới máy đào lò RH máy khoan hầm TBM hở có khiên máy khiên đào SM đào toàn gơng đào phần gơng kích ép ống, đào hầm nhỏ Hình 1-1 Phân nhóm cách gọi phơng pháp thi công ngầm Khái niệm phơng pháp thi công thông thờng phơng pháp thi công bng máy đợc sử dụng có ý nghĩa tơng đối, không hoàn toàn liên quan với việc sử dụng máy thi công Các phơng pháp thuộc vào nhóm thi công thông thờng phơng pháp cho phép tách phá đất/đá tạo nênkhoảng trống ngầm có tiết diện với hình dạng kích thớc Các phơng pháp thi công máy thờng cho phép tạo nên khoảng trống ngầm với tiết diện có dạng xác định (chủ yếu hình tròn), biến động trình thi công Trong thực tế nhiều cách phân nhóm khác nhau, tùy theo tiêu chí đợc sử dụng để phân nhóm Chẳng hạn ý chu trình đào phân thành hai nhóm thi công theo chu kỳ thi công liên tục, ví dụ nh hình 1-2 Phơng pháp đào Đào theo chu kỳ khoan-nổ mìn máy đào xúc Đào liên tục máy đào phần máy đào toàn g ơng máy khoan hầm TBM máy khiên đào SM Hình 1-2 Phân nhóm theo quy trình đào Các phơng pháp thi công thuộc nhóm thi công lộ thiên có đặc điểm chung toàn hay đoạn, phận kết cấu nhân tạo đợc thi công mặt đất hay hào thi công, hố đào Các phơng pháp thi công lộ thiên đợc phân ba nhóm, theo phơng thức lắpdựng kết cấu nhân tạo nh hình 1-3 Nói chung, dù thi công phơng pháp ngầm hay phơng pháp lộ thiên, công việc quan trọng phải tách bóc đợc phần đất/đá để tạo khoảng trống ngầm (ngoại trừ phơng pháp hạ chìm nớc), nghĩa gây tác động làm thay đổi trạng thái vật chất khối đất/đá Trong trờng hợp biến đổi trạng thái vật chất gây biến đổi trạng thái vật lý/cơ học ban đầu khối đất/đá xung quanh khoảng trống ngầm diễn trình biến đổi học khác Các kết nghiên cứu, phân tích học đất/đá chứng tỏ hậu trình biến đổi dẫn đến dạng biểu khác là: khối đất/đá trạng thái ổn định khối đất/đá chuyển sang trạng thái ổn định với mức độ thể đa dạng Phơng pháp thi công lộ thiên Thicônghở Hạdần hạchìm Hình 1-3 Các phơng pháp thi công lộ thiên Nếu dới dạng tác động khác nhau, khối đất/đá ổn định đáp ứng yêu cầu theo chức sử dụng công trình ngầm khoảng thời gian cần sử dụng, sử dụng khoảng trống mà không cần đến biện pháp kỹ thuật Ngợc lại, khối đất/đá ổn định (nghĩa xuất hiện tợng tróc vỡ, tróc lở, sập lở, trợt lở , nhbiến dạng, dịch chuyển đủ lớn), cần thiết phải áp dụng biện pháp kỹ thuật thích hợp để có thể: đảm bảo an toàn ổn định khoảng không gian ngầm nh khối đất/đá theo yêu cầu định trình thi công; đảm bảo bền vững ổn định trình khai thác, vận hành; bảo vệ đợc công trình đợc xây dựng khu vực lân cận Các kết cấu nhân tạo cần thiết đợc lắp dựng để sử dụng khoảng không gian ngầm an toàn ổn định điều kiện định, đợc gọi chung với khái niệm kết cấu công trình ngầm hay kết cấu chống Tuy nhiên, với nhận thức nay, khối đất/đá, đặc biệt khối đá đợc sử dụng, phát huy để tiếp nhận tham gia tiếp nhận tác động học (tải trọng), nhiều trờng hợp khái niệm kết cấu công trình ngầm đợc hiểu tổ hợp bao gồm kết cấu nhân tạo khối đất/đá, nghĩa toàn hay phận khối đất/đá đợc coi phận kết cấu công trình ngầm Cũng vậy, thông thờng sử dụng khái niệm kết cấu chống, đề cập riêng đến kết cấu nhân tạo Khái niệm kết cấu công trình ngầm đợc sử dụng mang tính tổng quát Các loại kết cấu chống với phơng pháp lắp dựng đợc hiểu với khái niệm phơng pháp chống Cho đến có nhiều dạng kết cấu công trình ngầm đợc phát triển với đặc thù sử dụng khác Nói chung kết cấu đợc hình thành trớc hết phụ thuộc vào điều kiện ổn định khối đất/đá vây quanh khoảng trống, phụ thuộc vào phơng pháp thi công phụ thuộc vào chức công trình ngầm Với đặc điểm khác mục tiêu sử dụng, thời hạn sử dụng, nên công trình ngầm ngành mỏ công trình ngầm xây dựng dân dụng công nghiệp đợc quy hoạch, thiết kế thi công xây dựng với quan điểm yêu cầu khác Do yêu cầu đòi hỏi loại hình quy mô kết cấu công trình ngầm có đặc thù riêng Cơ học công trình ngầm (chính xác Cơ học kết cấu công trình ngầm) đợc coi lĩnh vực chuyên môn với nhiệm vụ: nghiên cứu phát triển loại hình kết cấu công trình ngầm nghiên cứu phát triển phơng pháp tính toán, thiết kế kết cấu công trình ngầm Nếu nh xây dựng thờng nói đến môn kết cấu công trình học kết cấu cách riêng rẽ, xây dựng công trình ngầm khái niệm học kết cấu công trình ngầm bao hàm kết cấu công trình ngầm vấn đề tính toán thiết kế Tuy nhiên loại kết cấu chống vấn đề tính toán kết cấu công trình ngầm nh phơng pháp lựa chọn, thiết kế riêng biệt có đặc thù riêng, đặc trng tác động khác khối đất/đá nh phơng pháp thi công xây dựng quan điểm phân tích đánh giá khác Ngày nay, tính toán kết cấu công trình ngầm không dừng lại theo nguyên tắc học kết cấu, mà vận dụng kiến thức học vật rắn biến dạng, nh phát triển mô hình, phơng pháp tính riêng, liên quan với đặc điểm đa dạng khối đất/đá Tại cần lu ý kết cấu đợc sử dụng để bảo vệ thành hào, hố đào phơng pháp thi công hở (Hình 1-4) đa dạng tùy thuộc vào phơng pháp đào, dạng thành hào, hố đào, nh điều kiện khối đất/đá Bởi loại kết cấu không liên quan với việc thi công xây dựng công trình ngầm, mà đợc sử dụng rộng rãi trình xây dựng công trình xây dựng khác, với chức khác nhau, việc tính toán, thiết kế kết cấu đợc giới thiệu riêng giáo trình Kỹ thuật móng Phơng pháp thi công hở Để bờ dốc (thành hào nghiêng) Thành hào thẳng đứng, có tờng bảo vệ Bờ dốc đợc gia cè Bê dèc tù nhiªn T−êng cã thĨ thu håi Khung chèng T−êng cäc-v¸n T−êng cäc cõ Neo, chèt T−êng bảo vệ phận kết cấu công trình Tờng cọc khoan nhồi Tờng hào nhồi Các giải pháp gia cờng, tăng sức Hình 1-4 Phơng thức đào bảo vệ hào phơng pháp hở 1.2 Nhiệm vụ yêu cầu kết cấu công trình ngầm Mục đích chung việc lắp dựng kết cấu công trình ngầm để đảm bảo an toàn, bền vững ổn định khoảng không gian ngầm, cụ thể nhằm bảo vệ, đảm bảo an toàn, đảm bảo điều kiện hoạt động bình thờng cho ngời, trang thiết bị, phơng tiện kỹ thuật không gian ngầm Tuy nhiên nhiệm vụ cụ thể loại kết cấu công trình ngầm phụ thuộc vào yêu cầu riêng, mục tiêu sử dụng riêng Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu kết cấu công trình ngầm là: a) Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào ngời lao động, trang thiết bị kỹ thuật; b) Hạn chế dịch chuyển khối đá giữ ổn định khoảng trống đảm bảo công tác vận hành, vận chuyển thông gió Ngoài hai nhiệm vụ kết cấu công trình ngầm mỏ phải đảm nhận nhiệm vụ phụ khác, tuỳ thuộc vào đòi hỏi, yêu cầu xuất phát từ điều kiện thực tế tự nhiên nh: Bảo vệ khối đá xung quanh công trình ngầm trớc tác động phá huỷ tác nhân phong hoá; Bảo vệ đờng lò khỏi bị nớc xâm nhập Trong nhiều trờng hợp, nhiệm vụ phụ không mang ý nghĩa đặc biệt, song có trờng hợp chúng lại trở thành quan trọng, chẳng hạn phải đào qua lớp đất/đá chứa nớc Các công trình xây dựng dân dụng, quốc phòng công nghiệp thờng có tuổi thọ cao hơn, chí vĩnh cửu, nhiệm vụ đáp ứng mục tiêu chung đề cho kết cấu công trình ngầm, tùy theo chức công trình, chúng phải thoả mãn yêu cầu cụ thĨ kh¸c c¸ch nưíc, chèng ch¸y, thÈm mü, vật lí khí hậu đặc biệt độ bền vững hay ổn định lâu dài (bền lâu) Ngày thành tựu nghiên cứu lĩnh vực học đất/đá khẳng định thi công xây dựng công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo, gìn giữ đợc độ bền hay khả mang tải khối đất/đá, để phát huy, sử dụng khối đất/đá thành phân chịu tải Vì biện pháp chống giữ đợc sử dụng cần đáp ứng yêu cầu phát huy, hỗ trợ nh gây ảnh hởng tốt đến khả tự mang tải khối đá Trong trờng hợp lý tởng nên coi kết cấu chống dạng gia cố hay gia công bề mặt cho khối đá Tuy nhiên, thực tế kết cấu chống thờng đạt đợc độ cứng vững định, nên tiến hành tính toán thiết kế kiểm chứng đợc Nói chung, để đảm bảo, giữ gìn đợc khả tự mang tải khối đá, nh đảm bảo ổn định, bền vững lâu dài cho công trình ngầm, cần thiết phải ý điều kiện hay khả sau: Lựa chọn vị trí hợp lý bố trí công trình ngầm; Lựa chọn đợc hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, ý đặc biệt đến điều kiện cụ thể tính chất khối đất/đá; Lựa chọn phơng pháp giải pháp thi công hợp lý; Lựa chọn phơng pháp chống giữ hợp lý; Chú ý đến yếu tố thời gian khối đá/đất kết cấu công trình ngầm; áp dụng phơng pháp khai đào không gây tác động xấu đến khối đất/đá-(có thể gọi phơng pháp đào bảo dỡng khối đất/đá)- tức gây ảnh hởng làm thay đổi độ bền khả biến dạng khối đất/đá Mặc dù kết cấu công trình ngầm đợc lựa chọn thiết kếtheo phơng pháp, quan điểm khác tùy theo chức khác công trình ngầm, song nói chung lựa chọn tính toán kết cấu công trình ngầm xuất phát từ yêu cầu chung, mang tính tổng thể là: 1)Yêu cầu kỹ thuật Kết cấu công trình ngầm phải đảm bảo có độ bền độ ổn định định Kết cấu công trình ngầm phải bền, nghĩa phải chịu đợc tác dụng ngoại lực nh trạng thái ứng suất sinh cấu kiƯn cđa kÕt cÊu chèng giíi h¹n cho phÐp Kết cấu công trình ngầm phải ổn định tức dới tác dụng áp lực đất đá, loại tải trọng tác động khác môi trờng, phải giữ đợc kích thớc hình dạng ban đầu, kích thớcvà hình dạng 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 sử dụng Nói chung kết cấu chống không đợc gây trở ngại cho trình sản xuất, thi công phải cho phép áp dụng đợc khả giới hóa thi công (tùy theo yêu cầu); chiếm không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả thông gió, an toàn cháy; sức cản thủy động nhỏ, nhiều trờng hợp phải đảm bảo yêu cầu cách nớc, thẩm mỹ 3)Yêu cầu kinh tế Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn công trình ngầm đợc lựa chọn thiết kế cho tổng vốn đầu t ban đầu giá thành bảo dỡng, sửa chữa phải nhỏ 1.3 Loại hình kết cấu công trình ngầm Cùng với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt kết quả, hiểu biết lĩnh vực học đất, học đá thành tựu cđa lÜnh vùc khoa häc vËt liƯu, c¸c kÕt cÊu chống đựơc phát triển sử dụng lĩnh vực xây dựng công trình ngầm ngày phong phú đa dạng Sự phát triển góp phần phát triển công nghệ, phơng pháp thi công mới, ngày có hiệu Đồng thời đòi hỏi chất lợng ngày cao hơn, kinh tế thực tế tạo sở cho việc phát triển nhiều loại vật liệu kết cấu chống Để hình dung đợc cách tổng thể loại hình kết cấu chống công trình ngầm, phục vụ việc phân tích lựa chọn theo yêu cầu khác nhaucó thể sơ phân loại kết cấu chống theo dấu hiệu khác Phân loại theo đặc điểm cấu tạo Dựa theo đặc điểm cấu tạo, kết cấu chống đợc phân ba nhóm là: khung chống, vỏ chống kết cấu tích hợp hay "hoà nhập" vào khối đá Trên bảng 1-3 ví dụ phân nhóm dạng kết cấu chống theo đặc điểm cấu tạo, đồng thời sơ lợc giới thiệu vật liệu chống nh hình dạng tính năng, chức loại kết cấu chống Bảng 1-3 Các loại kết cấu chống Kết cấu tích hợp Khái niệm Các dạng kết cấu Các thành phần kết cấu nhân tạo xâm nhập vào khối đá hay tích hợp với khối đá khoan đóng băng cọc, ván, ống neo Khung chống Vỏ chống Lắp ghép từ cấu kiện Lắp ghép từ cấu kiện dạng (thẳng hay dạng khối, dạng hay cong) đổ, xây chỗ, phun chổ khung gỗ vỏ xây gạch, đá, đá bê tông khung kim loại vỏ lắp ghép từ cấu khung bê tông cốt kiện đúc trớc: pa thép đúc trớc nen bê tông cốt thép, khung hỗn hợp hay tuyp-bing (gang, khung kết hợp từ thép, bê tông cốt thép, bê dạng khung vật liệu tông sợi thép) khác vỏ bê tông liền khối: bê tông phun, bê tông thờng, bê tông cốt thép vỏ thép 10 Hình 4-8 Biện pháp ghép để kín nớc Hình 4-9 cho thấy tuyp bing sau đợc chế tạo vỏ chống sau đợc lắp dựng Hình 4-9 Các tuyp bing vỏ chống sau lắp ghép Vỏ tuyp bing lần đợc sử dụng nớc ta thủy điện Đại Ninh Vỏ đợc cấu thành từ cong đúc trớc đợc ghép lại với liên kết bu lông Các đờng hầm nằm dới đáy sông, biển đợc thi công phơngpháp hạ chìm hay dìm, thờng đợc đúc trớc đốt, sau đợc kéo vị trí lắp dựng, đợc hạ chìm liên kết với nha Trên hình 410 số dạng kích thớc đốt hầm đúc trớc, theo tÝnh to¸n thiÕt kÕ qua c¸c thêi kú kh¸c nhau, cho thấy phần tiến lĩnh vực NQP/CHCTN 4- 10 Hình 4-10 nớc ta hầm dới sông đàu tiên hm dỡm Th Thiờm, mt đường hầm vượt sơng Sài Gòn xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh Đường hầm có sáu xe tơ, dìm lòng sơng Sài Gũn (Hình 411) Hình 4-11 Các đốt hầm đúc trớc cho đờng hầm Thủ thiêm Trờn hỡnh 4-12 l v thép lắp ghép chuẩn bị trước thả xuống ging NQP/CHCTN 4- 11 Hỡnh 4-12 4.3 Vỏ bê tông liền khối Với công nghệ bê tông liền khối đợc phun chổ (bê tông phun), đổ chổ nén ép chỗ 4.3.1 Vỏ bê tông phun Sau khai đào khoảng trống, phủ lên bề mặt khối đá lớp bê tông phun với mục đích bảo vệ gia cố bề mặt gây tác động ngăn chặn trình phá vỡ, tơi rời khối đá Nh cải thiện đợc biểu khối đá Thông thờng phận chịu tải khối đá (Hình 4-13) Hình 4-13 Tuy nhiên, với tiến kỹ thuật công nghệ bê tông phun, vỏ bê tông phun đợc sử dụng với chức khác tù thuộc vào chiều dày, dạng kết hợp với kết cấu chống khác (Hình 4-14) - Gia cố bảo vệ toàn hay phần bề mặt khối đá (khi chiều dày lớp phun tõ 3-10cm) NQP/CHCTN 4- 12 - T¹o mét líp vỏ chịu tải liên kết chặt chẽ với khối đá (khi chiều dày >1035cm) Tác dụng bít trám nh vữa trát; bịt khe nứt, chốt chất lấp nhét; ngăn nớc vào Chống phong hóa (chống lại tác động phá hoại đá không khí nớc) Kt hp khung thép tạo thành kết cấu chống chịu tải H×nh 4-14 Để tăng khả mang tải sử dụng đến hai lớp cốt, với mục tiêu đặc biệt sử dụng bê tông phun sợi thép Ưu điểm bê tông phun tính biến dạng đàn hồi dẻo, đặc biệt trạng thái vữa Biến dạng dịch chuyển khối đá giai đoạn bê tông phun hoá cứng dễ gây nứt nẻ lớp bê tông phun Và nhờ vết nứt nhận biết đợc dịch chuyển sớm công trình, đồng thời cho biết vấn đề liên quan tới ổn định công trình Về mặt công nghệ sử lý cách tạo khe (rãnh) lớp bê tông phun, khe (rãnh) chạy song song với trục đờng hầm Đặc điểm bê tông phun liên kết toàn diện với khối đá Bằng cách cho thêm phụ gia có đợc vỏ bê tông phun có độ bền sớm tốt ứng dụng bê tông phun công trình ngầm lí giải theo dấu hiệu sau: - Phủ làm chặt đợc thực đồng thời - Có thể tạo lớp liên kết phía đỉnh đầu mà không cần cốp pha - Liên kết liên tục (không có khoảng trống) với khối đá - Dính kết tốt với khối đá tạo hệ thống mang tải cho/cùng khối đá - Có thể tạo chiều dày lớp linh hoạt khác chu trình - Tạo dáng NQP/CHCTN 4- 13 - Có thể phun phủ sớm phạm vi khácnhau - Trong thời kỳ bê tông phun đông cứng, vỏ bêtông phun mềm mại (linh hoạt) chịu uốn - Có thể sử dụng phối hợp với neo, lới thép, bê tông khung thép Ngày bê tông phun không đợc sử dụng làm kết cấu chống tạm (kết cấu bảo vệ) mà làm kết cấu chịu tải hệ tổ hợp khối đá- vỏ bê tông phun Khi bê tông phun đợc sử dụng làm lớp vỏ bảo vệ (chống tạm), thời điểm phun khối đá chịu thêm tác động trọng lợng bê tông phun cha thật đợc bảo vệ (cha có phản lực), nhiên áp lực phun cao nên bê tông phun xâm nhập vào khe nứt, kẽ hở tạo nên hiệu ứng nêm, chốt, ngăn chặn đợc tợng tróc vỡ tơi rời khối nứt Nếu mặt lộ khối đá xuất nớc, việc phun phủ gặp nhiều khó khăn Trong trờng hợp cần tìm cách thu nớc, dẫn nớc thoát nớc Tuy nhiên lợng nớc nhỏ tiến hành phun bê tông nhng lớp mỏng (2cm) với phụ gia đông cứng thật nhanh (chẳng hạn loại phụ gia Sika shot), có tác dụng hãm ngăn cản xuất nớc Trờng hợp gặp loại nớc có tính bào mòn (xâm thực) cao, lúc xi măng, loại phụ gia, cốt liệu, chất bổ trợ phải có yếu tố bền với sunfat bêtông phun cần chặt xít, lỗ rỗng cho ®é s©u x©m nhËp cđa nưíc rÊt nhá Khi nưíc ngầm có tính bào mòn cao mà cốt liệu lại không bền axit dẫn tới tợng nguy hiểm lắng đọng trình thoát nớc Do cốt liệu cần không chứa vôi; chất phụ gia đông cứng nhanh đợc chọn để sử dụng tợng kết tụ, không làm độ bền giảm nhiều không chứa hợp chất clo (chất lợng), tạo nên hợp chất clo Trong lĩnh vực xây dựng, bê tông phun đợc sử dụng với nhiều chức kh¸c TÝnh dƠ thÝch øng, tÝnh kinh tÕ cđa loại vật liệu xây dựng sở ứng dụng bê tông phun không xây dựng dân dụng nói chung, mà đặc biệt lĩnh vực xây dựng công trình ngầm Các ví dụ ứng dụng sau phổ biến: Chống tạm hay bảo vệ xây Chống thấm Bảo vệ thành hố đào dựng đờng hầm, hầm trạm Chông cố định xây dựng Bảo vệ sờn dốc đờng hầm, hầm trạm Lớp vỏ bảo vệ (phun lên kết cấu Chống tạm mỏ hầm lò thép) Tu sửa kết cấu bê tông (thay Lớp chống bào mòn bê tông, gia cố kết cấu bê tông Lớp chịu tải mỏng cho công tăng chiều dày) trình đặc biệt Trùng tu công trình kiến trúc Tạo dáng cổ NQP/CHCTN 4- 14 Đơng nhiên phạm vi sử dụng đặc biệt có ý nghĩa xây dựng công trình ngầm, mỏ tu sửa kết cấu bê tông Trong xây dựng công trình ngầm, mỏ bê tông phun đợc sử dụng với hai chức kết cấu chống bảo vệ làm kết cấu chống cố định cho phần vòm Ngoài bê tông phun đợc áp dụng cho công tác bê tông khác Ngày nay, với kết cấu bê tông đổ chỗ, vỏ tuýp-bing, bê tông phun trở thành loại kết cấu quan trọng phơng pháp thi công, đợc gọi phơng pháp bê tông phun Những hạn chế có ứng dụng nguyên nhân kỹ thuật kinh tế so với phơng pháp bê tông khác Đơng nhiên kỹ thuật công nghệ, bê tông phun ngày đợc cải thiện phát triển Với phơng pháp đào hầm áo, bê tông phun đợc sử dụnglàm vỏ chống bảo vệ cho công trình tiết diện lớn đợc đào đieuf kiện địa chất xấu (Hình 4-15) Hình 4-15 4.3.2 Vỏ bê tông đổ chỗ Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm, bê tông liền khối hay bê tông đổ chỗ, gọi bê tông cốp pha đợc sử dụng chủ yếu cho kết cấu chống cố định Do nguyên nhân thi công, nên chiều dày tối thiểu thờng dao động khoảng 20cm đến 30cm Tùy theo yêu cầu cụ thể, liên quan với chức công trình ngầm, phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn khối đá, NQP/CHCTN 4- 15 vỏ bê tông đợc sử dụng dạng bê tông thờng, bê tông cốt thép, bê tông sợi thép, bê tông cách nớc (hình 4-16) Nói chung mỏ khai thác hầm lò, vỏ bê tông thờng đợc sử dụng đờng lò bản, có tuổi thọ cao chịu ảnh hởng công tác khai thác, chẳng hạn đờng lò vận chuyển chính, giếng thông gió, hầm trạm, đặc biệt hầm gom nớc Tại công trình ngầm dân dụng, vỏ bê tông thờng đợc tính toánlà vỏ chống cố định, chịu tải Vỏ bê tông vỏ kín nên ngăn không cho nớc rỉ, dột vào khoảng trống sử dụng, đợc sử dụng đặc biệt đờng hầm dẫn nớc áp lực Vỏ bê tông đợc sử dụng vớitính chất vỏ cấu tạo, hạn chế tác động phong hóa, hủy hoại khối đá từ môi trờng không khí công trình ngầm vận hành, ví dụ ngăn nớc, khí thải đờng hầm giao thông vào khối đá, kết cấu phía Hình Cấu tạo vỏ chống cố định bê tông cốt thép NQP/CHCTN Hình 4-16 Cấu tạo vỏ hầm dẫn nớc 4- 15 Chẳng hạn công trình ngầm giao thông khu vự đô thị kết cấu bê tông cốt thép Cốt thép đợc bố trí sở tính toán học (tĩnh học) lấy theo quy định lợng cốt thép tối thiểu, đợc chọn theo yêu cầu đặc biệt, ví dụ yêu cầu chống thấm Cốt thép thờng đợc sử dụng dạng lới, hay thép hàn Đối với đờng tàu điện ngầm, môi trờng có nớc ngầm vỏbê tông cốt thép thờng phải bê tông cách nớc (không thấm nớc) Khi có yêu cầu tránh tạo nên ứng suất tiếp tác dụng với khối đá lớp vỏ bảo vệ chẳng hạn bê tông phun, thờng sử dụng biện pháp ngăn cách sau (Hình 4-17) : vữa lấp đầy kết hợp với vải nhựa, vải nhựa, nhựa tổng hợp, dạ, nỉ quét vôi quét phủ vật liệu khác Hỡnh 4-17 Vì bố trí cốt thép lớp vỏ bảo vệ, vấn đề nh ăn mòn, ổn định lâu dài, mức độ dính bám với lớp vỏ bê tông sau (lớp trong) thờng không đợc phân tích, đánh giá đầy đủ, chủ đầu t nh chuyên gia thẩm định thờng yêu cầu phải có lớp vỏ thứ hai, với chức tiếp nhận toàn tải trọng đảm bảo ổn định lâu dài công trình Tuy nhiên yêu cầu hiệu kinh tế, nên nảy sinh nhu cầu công tác nghiên cứu phát triển để tận dụng toàn hay phần lớp vỏ (vỏ bảo vệ) làm chức vỏ cố định, kết hợp để tạo thành dạng kết cấu mét líp vá Tõ kinh nghiƯm thùc tÕ trªn thÕ giới hình thành dẫn sau lĩnh vực xây dựng công trình ngầm : Kết cấu chống liên kết chống trợt hai lớp vỏ Trong trờng hợp nội lực phân bố hai lớp vỏ tùy theo độ cứng lớp, đơng nhiên đơn giản nhiều tính toán thiết kế thờng không ý đến lớp ; Kết cấu có khả truyền lực tiếp tuyến hai lớp Trong trờng hợp cã thĨ tÝnh néi lùc kÕt cÊu víi gi¶ thiết kết cấu vỏ lớp, nhiên phải kiểm định khả tiếp nhận ứng suất tiếp ranh giới hai lớp Sau giới thiệu số quan điểm liên quan với dạng vỏ bê tông từ kinh nghiệmn thực tế 1) Quan điểm lớp vỏ cần có lợng cốt thép tối thiểu Khi tiết diện ngang chịu nén ép toàn phần, sử dụng bê tông với mác M250, cần thiết phải đảm bảo lợng cốt thép khoảng 1,5cm2 mét dài với cốt chịu lực cốt đặt cách không 0,25m (hinhf 4-18) Hình 4-18 Khi tiết diện ngang không chịu nén hoàn toàn, sử dụng bê tông mác 250 (M250), cốt đợc bố trí theo mạng ô vuông cần tuân theo dẫn sau, tïy theo chiỊu dµy cđa vá :  0,1% diện tích tiết diện bê tông, chiều dày vỏ 0,30m ; 0,07% diện tích mặt cắt bê tông, chiều dày vỏ 0,55m Khoảng cách cốt không đợc 0,20m chọn giá trị nội suy tuyến tính chiều dày vỏ dao động 0,30m 0,50m Chiều dày bê tông phủ lên loại cốt thép hai phía (khối đá khoảng trống) tối thiểu phải 3cm Chiều dày lớp phủ bê tông lên lớp cốt chịu tải phía khoảng trống tối thiểu phải 5cm Yêu cầu lợng cốt thép tối thiểu xuất phát từ lí tồn tác động nhiệt độ, co ngót, từ biến, không ý đợc lực tập trung riêng, tải trọng không xác định từ phía khối đá tính toán thiết kế Đơng nhiên lại thờng trờng hợp lý giải rõ ràng, nêu thiết kế có hay kiểm chứng tải trọng sử dụng giải pháp công nghệ ®Ĩ xư lý co ngãt nµo Trong thËp kû 70 kỷ 20 thờng đánh giá cao vai trò cốt cấu tạo, sau có yêu cầu thấp Ví dụ Đức xây dựng tuyến tàu điện ngầm Munchen (Muynich) bê tông có 0,2% cốt thép Trong đoạn hầm sử dụng vỏ tuýp bing (các bê tông cốt thép đúc sẵn), lớp vỏ đợc xây dựng cốt thép Tại áo nhiều nớc khác lớp vỏ chống đờng hầm đờng lò dẫn nớc thờng cốt thép, ngoại trừ tác động học đòi hỏi bê tông phải có cốt Các trờng hợp phải có cốt lớp vỏ bê tông chịu uốn mạnh, hình thành vết nứt Trong trờng hợp kiểm định theo phá hủy có ý đến cốt thép Lớp vỏ đờng hầm Hải Vân, đợc xây dựng có chiều dày 30cm cốt thép Tuy nhiên theo Springerschmidt Wagner (Stellungsnahme zur DSV 853 Unveroeffentlicht, 1982) cần thiết phải chó ý ®Õn viƯc sư dơng cèt thÐp, cho vùng bị nứt (trạng thái II) kết cấu phải có khả chịu uốn cứng so với vùng bê tông không bị nứt (trạng thái I) Lợng cốt thép tối thiểu trờng hợp theo F.Leonhardt vµ E Moenig [] (Leonhardt, F und E Moennig: Vorlesung ueber Massivbau Berlin 1973, 1974), sư dơng thép thép xây dựng cần đợc ý xem sét nh sau : =0,10% với bê tông mác thấp mác M250, =0,14% với bê tông mác thấp mác M450, =0,18% với bê tông mác thấp mác M550, tỷ số diện tích tiết diện cốt vùng chịu kéo tiết diện toàn bê tông Lợng cốt thép tối thiểu đơng nhiên không làm tăng khả chịu tải, nhng trờng hợp gặp cố hạn chế khả sập lở cục bê tông bị phá hủy Tác dụng bảo vệ cốt thép đơng nhiên có ý nghĩa, nh với tải trọng giả định, áp lực từ phía khối đá tác động bê tông bị nứt, sau suy giảm, nghĩa sau tợng biến dạng, dịch chuyển từ phía khối đá vào khoảng trống trạng thái ổn định hình thành không cần đến lớp vỏ Tuy nhiên điều không dám dự tính đến khả khối đá không ngừng dịch chuyển Khi kể vỏ hầm có cốt bị phá hủy Nói chung nhà kỹ thuật hầi nh thống lợng cốt théptối thiểu không góp phần tăng khả chịu tải hay an toàn vỏ bê tông Nhng lợng cốt thép tối thiểu làm tăng khả biến dạng phá hủycủa kết cấu chịu uốn Và từ tính đến tăng mức độ an toàn cho công trình ngầm xảy cố Các trờng hợp tải trọng có tính định chẳng hạn hiệp tợng sập lở khối đá gây tác động uốn vào lớp vỏ Song có trờng hợp đặc biệt xảy sau lopứ vỏ bị phá hủy khối đá trở trạng thái ổn định Và tải trọng đủ lớn tính toán, kiểm định xác định đợc lợng cốt thép cần thiết Mặt khác cần xém sét tới khả suy giảm độ bền chịu uốn vỏ bê tông gây hình thành ứng suất bên co ngót biến đổi nhiệt độ Và từ tính đến khả khắc phục thông qua lợng cốt thép định Thực tế cho thấy ứng suất nội giữ mức cờng độ nhỏ thông qua giải pháp công nghệ bê tông, ví dụ biện pháp bảo dỡng sau đổ Khi xuất vết nứt dọc theo trục hầm, khắc phục ép nhựa chèn khe tạo liên kết chịu lực cho khe nứt trờng hợp sử dụng giải pháp làm kín phòng nớc chí không cần thiết phải triển khai biện pháp Ngoài ra, suy sét bê tông bị nứt nẻ, tác động hiệu ứng vòm mà đảm bảo có đợc khả nhận tải Các bờ khe nứt vần có khả tiếp nhận tải trọng cắt Do vậy, lợng cốt thép tối thiểu cha hẳn có tác dụng đáng kể đến khả chịu tải không thiết phải có bê tông 2) Lớp vỏ bê tông cách nớc Bê tông cách nớc thờng bê tông mác 250 có chiều dày tối thiểu sau :  vá chØ tõ mét líp, chiỊu dµy lµ 0,4m ;  vá cÊu thµnh tõ hai líp, lớp vỏ cách nớc có chiều dày 0,3m 3) Lớp vỏ cốt Nói chung bê tông toàn khối cần có cốt loại bê tông từ mác 250, song cốt : không đòi hỏi vỏ bê tông cách nớc ; lớp vỏ đợc thiết kế với vai trò vỏ cấu tạo (hầm Hải Vân) 4.3.2 Bê tông nen ép chỗ Cho n bê tông nén chủ yếu sử dụng đào hầm máy khiên lưỡi dao Vữa bê tông nén ép vào khoảng khơng gian phía sau đầu đào Khoảng khơng gian phía ngồi khối đá, phía hệ thơng cốp pha trượt phía trước cốp pha đầu đóc Vữa bê tơng đưa vào bừng hệ hống ống dẫn Bê tông bơm máy bơm bê tông Các ống dẫn bố trí cốp pha đầu đóc cốp pha trượt (Hình 419) Hình 4-19 Khoảng khơng gian trống phía sau máy khiên đào ln cấp đầy bê tơng Vì phải đảm bảo để vữa bê tơng truyền tải lên tồn kết cấu chống mà khơng có suy giảm Đương nhiên đieuf thực bê tông dạng lỏng Khi bê tơng bán cứng áp lực bơm không đủ khả để truyền áp lực đến tồn chu vi vỏ chống, sức khằng cắt hay trượt tăng dần Do vữa bê tông phải trạng thái lỏng đủ lâu, có khả chảy Cũng khơng sử dụng cốt liệu đá dăm Bê tơng có thành phần vữa cao, ngồi có thêm chất độn tro bay hóa chất Nhờ tính cahyr dẻo tăng thời gian đông cứng chậm lại Chiều dài mõi đốt đổ phụ thuộc vào phát triển độ bền bê tơng tiến độ đào dự kiến cơng trình Điều quan trọng lf vần đề truyền lực chống đỡ khối đá phía sau khiên đào phạm vi nén bê tông Bê tông phải có tính chảy dẻo đủ dài Điều gặp khó khắn khi khối đá có độ thẩm thấu lớn, với thành phần vật chất hạt rời Khi áp lực nén bê tông tăng nhanh áp lực lỗ rỗng, bê tông mát nước nhanh lmf giảm tính chảy dẻo Do sử dụng cần thăm dó, phân tích kỹ khả Bê tơng nén có ưu điểm là: ▪ hạn chế lún sụt ổn định áp lực đất trình đào điều kiện địa chất định; ▪ việc chống đỡ tiến hành song song với công tác đào (thi công liên tục) Tuy nhiên bê tơng nén có nhước điểm sau: ▪ cốt bê tơng sợi thép, khơng thể sử dụng cốt thép dạng lưới; sợi thép phí mặt nhẵn cốp pha khơng đóng vai trò truyền lực làm cho vỏ khơng kín nước, xuất vị trí xâm nhập nước ngầm từ bên ngồi; tiêu chuẩn vỏ cách nước không đảm bảo; ▪ sử dụng sợi thép phải sử dụng máy bơm hai pittong; máy khơng làm việc liên tục nên khơng giữ ổn định áp lực lên vòng bê tông; ▪ lượng sợi sử dụng tối đa khoảng 50% (60kg/m3), làm giảm khr nhận tải vỏ; ▪ khả nang chống thấm khơng tốt số vị trí cốp pha đầu đốc làm giảm áp lực phân bố áp lực khơng đều; ▪ phải sử dụng ống dẫn bê tông, nên máy khiên đào có đường kính lớn dẫn đến phân bố ỏp lc khụng u; 4.3.3 Một số quy định tiêu chuẩn vỏ bê tông phun bê tông Hiện có nhiều quy định khác vỏ bê tông Các quy định dựa sở kinh nghiệm thực tế, sở phân tích, tính toán cha thất thỏa thuyết Sau giới thiệu Quy định Hội công trình ngầm giới ITA-International Tunneling Assosiation Chiều dày tối thiểu vỏ bê tông phun (vỏ chống cố định, nhận tải) o 15cm đờng lò (hầm) xuyên vỉa, giếng đứng o 20cm tiết diện đào đến 50m2 o 25cm2 tiết diện đào lớn Chiều dày tối thiểu vỏ bê tông liền khối phía o 20cm vỏ bê tông thờng (không có cốt thép), o 25cm vỏ bê tông cốt thép, o 30cm vỏ bê tông cách nớc phÝa  ChiỊu dµy tèi thiĨu cđa líp phđ o 3cm lớp phủ phía ngoài, lớp đợc bảo vệ lớp vải cách nớc, o 5-6cm cho líp phđ phÝa ngoµi, nÕu líp nµy tiÕp xúc trực tiếp với nớc ngầm, o 4-5cm mỈt phÝa 4.4 Vá thÐp tÊm Vỏ thép có hai ưu điểm cách nước tuyệt đối khả chịu kéo tốt Vì xây dựng cơng trình ngầm vỏ thếp thường sử dụng càn cách nước có nước áp lực cao Thực tế vỏ thép thường gặp dạng lớp đệm hay ngăn cách lớp bê tông vỏ giếng mỏ điều kiện địa chất thủy văn phức tạp Trên hình 4-19 ví dụ vỏ giếng có cấu tạo theo nguyên lý “vỏ trượt), áp dụng điều kiện địa chất địa chất thủy văn phức tạp Vỏ bao gồm nhiều lớp, từ ngồi (phía khối đá) vào tong vỏ xây đá bê tông, lớp nhựa asphan, vỏ thép hàn kín vỏ bê tơng cốt thép Như hai lớp vỏ trượt mặt tiếp xúc có lớp asphan Nhờ áp lực khơng từ phía trở thành phân bố lên lớp vỏ Nguyên lý vỏ trợt a) vỏ bê tông cốt thép b) vá thÐp tÊm c) vá nhùa asphan d) vá xây đá bê tông e) Vữa chèn Hỡnh 4-19 Trên hình 4-20 cho thấy vỏ thép đợc hàn kín làm lớp vỏ chịu áp lực nớc đờng hầm dẫn nớc củ công trình thủy điện Các vỏ thép thờng dày từ 10mm đến 40mm trờng hợp áp lực nớc caotrên 100m cốt nớc Trong thi công vỏ thếp đợc lắp trớc vf đợc sử dụng nh cốp pha để đổ vỏ bê ông phía Hình 4-20 Để tránh tợng ổn định phồng rộp v thép, điều kiện áp lực nớc biến động, phía mặt vỏ thép đợc bố trí vòng neo), giữ v áp chặt vào vỏ bê tông (Hình 4-21) H×nh 4-21 ... Khung chống Vỏ chống Lắp ghép từ cấu kiện Lắp ghép từ cấu kiện dạng (thẳng hay dạng khối, dạng hay cong) đổ, xây chỗ, phun chổ khung gỗ vỏ xây gạch, đá, đá bê tông khung kim loại vỏ lắp ghép