CHương 3 các công nghệ thi công công trình ngầm

Chương công nghệ thi công CTN I Tổng quan phương pháp thi công công trình ngầm giới Dựa theo phá vỡ lớp đất đá phía bên công trình ngầm, phương pháp thi công công trình ngầm chia thành hai nhóm phương pháp chính: - Phương pháp thi công đào lộ thiên - Phương pháp thi công đào chui Do đặc điểm, yêu cầu công trình ngầm quân nên nội dung nghiên cứu tập trung vào phương pháp thi công đào chui sau: + Phương pháp mỏ truyền thống + Phương pháp NATM + Phương pháp Khiên đào (SM) + Phương pháp khoan đào (TBM) + Phương pháp kích đẩy (pipe jacking) Phương pháp mỏ truyền thống Đây l phương pháp thi công phổ biến dùng để thi công hầm lò khai thác khoáng sản Nhiều đường hm giao thông, thuỷ lợi v quân thi công theo phương pháp ny Theo phương pháp ny đường hầm thi công đá cứng khoan nổ mìn v thường cần chống đỡ tạm đơn giản Trường hợp đường hầm thi công điều kiện địa chất yếu, không ổn định sử dụng kết cấu chống tạm khung gỗ, vòm thép, khung sườn thép Hệ thống vỏ cuối đường hầm l kết cấu bê tông, bê tông cốt thép Đôi người ta sử dụng hệ thống neo v bê tông phun lm kết cấu che chống tạm Quy trình thi công theo phương pháp mỏ truyền thống biểu diễn sơ đồ hình 1.1 Nguyên tắc thi công theo phương pháp mỏ truyền thống l: - Giảm đến mức tối thiểu việc lm xáo động khối đất đá xung quanh đường hầm - Chống tạm sớm nhằm hạn chế ổn định đất đá Quy trình thi công liên tục kiểm tra ổn định kết cấu chống tạm, cần thiết phải gia cường, thay - Khi tháo dỡ hệ thống chống tạm để lắp dựng ván khuôn đổ bê tông vỏ hầm cần thực cẩn thận theo trình tự định nhằm tránh sụt lở đất đá lm ổn định Trường hợp sử dụng kết cấu chống tạm thép bê tông cốt thép không cần phải tháo dỡ để tránh nguy hiểm - Sau tháo dỡ chống tạm tiến hnh đổ bê tông vỏ hầm Công tác chuẩn bị Xây dựng phương án thi công Thi công đào Thi công chống tạm Kiểm tra hệ chống tạm Bổ sung Hoặc thay Thi công vỏ hầm vĩnh cửu Hoàn thiện công trình Hình1 1: Quy trình thi công hm theo phng pháp m truyn thng Thi công theo phương pháp mỏ truyền thống có công đoạn đo, chống tạm, đổ vỏ hầm, liên hệ chặt chẽ với phơ thc rÊt nhiỊu vào ®iỊu kiƯn ®Êt đá, kích thước mặt cắt ngang đường hầm lực lượng, trang bị thi công Theo trình đào đất đá (đối với đường hầm ngang) có th phân thnh: Đo ton mặt cắt; đo kiểu bậc thang (trên, dưới); đo hang dn (hang dẫn giữa, hang dn tường, hang dẫn trên, hang dẫn kết hợp nhiều hang dẫn ) Theo trình thi công vỏ hầm thường chia lm loi: Phương pháp tường trước, vòm sau v phương pháp vòm trước, tường sau + Phng pháp tng trc, vòm sau: số nơi gọi l phương pháp thuận Phương pháp ny phù hợp với điu kin đất đá ổn định + Phương pháp vòm trước, tường sau: số nơi gọi l phương pháp nghịch, trước tiên đo phần mặt cắt đường hầm, tiến hnh xây dựng vỏ sau đào phần bên thi công phần tường hầm Phương pháp sử dụng ®èi víi ®­êng hÇm tiÕt ®iƯn lín, ®iỊu kiƯn ®Êt đá ổn định * ưu nhược điểm phương pháp + ưu điểm: - áp dụng rộng rãi cho loại địa chất khác - áp dụng rộng rãi cho dạng tiết diện khác đường hầm - Có thể áp dụng điều kiện khác trang thiết bị nhân lực + Nhược điểm: - Không phát huy khả tự chịu tải môi trường - Tốc độ thi công phụ thuộc nhiều vào tình trạng trang thiết bị kỹ thuật Một số phương pháp thi công khác a/ Thi công đường hầm theo công nghệ NATM Quá trình triển khai thi công hầm theo NATM gồm bước: Các công tác chuẩn bị; lập phương án thi công; thi công đo; chống đỡ ban đầu; đo đạc giám sát biến dạng; thi công lớp phòng nước; thi công lớp vỏ vĩnh cửu (nếu cần) v số công tác khác Quy trình thi công hầm theo NATM cã thĨ biĨu diƠn nh­ h×nh 1.2 (chèng đỡ trước cải tạo địa tầng) Điều chỉnh PA thi công Công tác chuẩn bị Xây dựng phương án thi công Thi công đào chống đỡ ban đầu No Đo đạc giám sát biến dạng So sánh với tiêu chuẩn Điều chỉnh phương pháp đào Điều chỉnh kết cấu chống No yes Thi công lớp cách nước Thi công lớp vỏ sau Hoàn thiện công trình Hình1 2: Quy trình bước thi công hầm theo NATM 10 * ưu nhược điểm phương pháp + ưu điểm: - áp dụng rộng rãi cho loại địa chất khác - Phát huy khả tự chịu tải đất đá - Tốc độ thi công tương đối nhanh + Nhược điểm: - Chỉ phát huy ưu điểm nguyên lý làm việc tiết diện tròn gần tròn - Đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị trình độ đội ngũ thi công b/ Thi công hầm phương pháp khiên đào (Shield method -SM) Điều kiện áp dụng: Phương pháp khiên đào áp dụng điều kiện địa chất địa chất thuỷ văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi Hoặc vị trí thi công phương pháp hở qua khu di tích, khu dân cư đô thị khu công nghiệp, *Ưu nhược điểm phương pháp + ưu điểm: - áp dụng rộng rãi cho loại địa chất khác nhau, đặc biệt thích hợp thi công địa chất yếu - Tốc độ thi công tương đối nhanh + Nhược điểm: - Chỉ phù hợp cho đường hầm có tiết diện không thay đổi, tuyến hầm không phức tạp - Đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị trình độ đội ngũ thi công 11 c/ Thiết bị khoan đào hầm (TBM) TBM hệ thống đảm nhiệm chức năng: đẩy, quay xoắn, giữ ổn định luân chuyển, vận chuyển đất đào, lái, thông gió chống đỡ quanh hang đào Trong hầu hết trường hợp, chức thực liên tục chu trình khai lò Hình 3.1 phác hoạ TBM điển hình thiết kế để vận hành đá cứng Bộ phận đầu cắt cho quay đẩy vào bề mặt khối đá, làm cho đĩa-lưỡi phay bập vào phá vỡ đá mặt gương hầm Có thể tăng cường phản lực chống lại (reaction) tác động lực đẩy xoắn cách dùng trụ chống (thiết bị kẹp) nới dài (extended) áp vào vách hầm, dùng lực ma sát đầu cắt khiên vách hầm, hệ giằng tựa vào phận chống đỡ lắp đặt phía sau TBM *Ưu điểm việc sử dụng TBM bao gồm + Ưu điểm: - Tốc độ đào cao hơn, vận hành liên tục - Mức độ huỷ hoại khối đá - Biên đào nhẵn, giảm thiểu diện tích đào thừa, yêu cầu chống đỡ - Vụn đất đào thải có tính chất đồng - An toàn nhân lực bảo vệ môi trường cao - Có khả giới hoá toàn trình xây dựng - Có thể áp dụng tối đa cấu kiện đúc sẵn - Có thể điều khiển tự động hoá từ xa + Nhược điểm TBM: - Dạng hình học thường cố định tròn - Công trình ngầm thường đào qua nhiều loại địa chất địa chất thuỷ văn khác nhau, đào TBM mức độ rủi ro cao đòi hỏi 12 phải có biện pháp gia cố, sử lý phụ trợ, tính linh hoạt bị hạn chế điều kiện địa chất phức tạp - Chi phí đầu tư cao Khó khấu hao hết cho dự án xây dựng - Công tác lắp đặt hệ thống chống giữ gương khó khăn phức tạp thi công TBM gặp phải đất yếu, chảy lỏmg - TBM đòi hỏi vật tư, phụ tùng thay đặc chủng, đắt nước chưa sản xuất d/ Ngoài công nghệ thi công hầm theo phương pháp kích đẩy (PipeJacking) II Thực trạng thi công công trình ngầm Việt Nam Trong năm gần đây, nhu cầu phát triển kinh tế hoàn thiện sở hạ tầng cung cấp điện cho kinh tế nên nhiều hầm xây dựng Đặc biệt, lĩnh vực xây dựng thuỷ điện, nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, thuỷ điện Yaly, tiếp sau loạt thuỷ điện xây dựng Đại Ninh, Buôn Kuốp, Sê San, thuỷ điện vừa nhỏ vùng Tây Bắc, Tây Nguyên, lưu vực sông có tiềm phát triển thuỷ điện Các công nghệ thi công hầm có Việt Nam Hiện tại, Việt Nam có lực lượng đông đảo lĩnh vực xây dựng công trình ngầm - kể quy mô số lượng Các công nghệ trang thiết bị lĩnh vực xây dựng hầm có bước chuyển biến rõ rệt - Suốt thời gian dài, Việt Nam thuộc địa Pháp, nơi cung cấp nguyên vật liệu, hàng nông sản, khoáng sản,cho nước Pháp Do vậy, tuyến đường sắt Bắc Nam xây dựng mục đích chuyên chở hàng hoá cho nước Pháp Một loạt hầm đường sắt 13 xây dựng tuyến đường sắt Trong năm chiến tranh, nhiều hầm bị phá huỷ bom đạn yêu cầu phục vụ chiến tranh Sau thống đất nước, hầm khôi phục với tuyến đường sắt trở thành phần giao thông quan trọng góp phần đáng kể vào việc chuyên chở hành khách, hàng hoá Các hầm đường sắt xây dựng thủ công thuốc nổ, choòng, khoan tay, lại bị hư hỏng chiến tranh nên nhiều hầm bị xuống cấp nghiêm trọng hầm đường sắt số 9, 13 khu vực đèo Hải Vân - Trong năm 70 (thế kỷ 20) trở trước, tình hình khách quan nên lĩnh vực xây dựng công trình ngầm dân dụng Việt Nam Chỉ có hai hầm đường sắt tuyến Hà Nội Lạng Sơn Trung Quốc xây dựng để cung cấp nhu yếu phẩm yêu cầu phục vụ chiến tranh Các hầm đường sắt hầu hết xây dựng theo công nghệ khoan nổ truyền thống Sau năm 1978, tuyến đường sắt không sử dụng Các thiết bị thi công hạn chế - Khi xây dựng nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Việt Nam có số lượng hạn chế máy chuyên dụng thi công hầm máy cào vơ (Liên bang Nga), số máy khoan sử dụng ép,Hầu hết thiết bị có nguồn gốc từ Liên Xô cũ - Dự án hầm đường qua đèo Hải Vân dự án có quy mô lớn Việt Nam lĩnh vực hầm giao thông áp dụng công nghệ thi công hầm áo (NATM) Việt Nam, sở hữu khối lượng đáng kể thiết bị thi công hầm Điển máy khoan Boltex, máy phun bê tông Aliva, máy bốc dỡ xe vận tải chuyên dụng Ngoài ra, hệ thống khoan thuỷ lực sử dơng 14 phỉ biÕn, nh­ khoan thủ lùc Boomer Bªn cạnh đó, máy quan trắc cho phép đo đạc mức độ biến dạng hầm, mức độ xác biên hầm trắc dọc hầm trang bị thiết bị đại - Thuỷ điện Đại Ninh (Lâm đồng) công trình Việt Nam sử dụng thiết bị khoan hầm (TBM) với đường kính 6.4m để thi công đường hầm dẫn nước công nghệ lần áp dụng Việt Nam cho phép giới hoá thi công cách tối đa - Thuỷ điện Yaly sử dụng tổ hợp Robbin để thi công hạng mục giếng đứng - Một số dự án hầm giao thông đô thị triển khai dự án hầm cho người Ngã tư sở (Hà nội), hầm vượt đường nút giao thông Kim Liên - Đại Cồ việt (Hà nội),đã sử dụng công nghệ thi công đào lấp (Cut and cover) - Dự án thoát nước Nhiêu Lộc - Thị Nghè (Tp Hồ Chí Minh) sử dụng công nghệ thi công kích đẩy (pipe jacking) - Dự án hầm Thủ Thiêm bắc qua sông Sài gòn (Tp Hồ Chí Minh) sử dụng công nghệ hầm dìm - Sắp tới, dự án Metro Hà nội, Tp Hồ Chí Minh triển khai xây dựng, dự án dự kiến thi công phương pháp khiên đào (shield method - SM) Như vậy, thấy Việt Nam áp dụng nhiều công nghệ đại xây dựng công trình ngầm từ lĩnh vực xây dựng hầm dẫn nước thuỷ điện hầm giao thông, hầm kỹ thuật, Việc đầu tư trang thiết bị xây dựng công trình ngầm hoàn toàn phụ thuộc vào tình hình phát triển công nghệ lĩnh vực 15 Trang thiết bị thi công công trình ngầm Việt Nam Sơ bộ, kể đến thiết bị thi công hầm tính sử dụng ë ViƯt Nam nh­ sau: a/ ThiÕt bÞ bèc xóc - Các máy cào vơ Hình 1.3: Các máy cào vơ 16 L120C Hình 1.4: Máy xúc - Xúc tự lật Hình 1.5:Mỏy xỳc Tụrụ 17 b/ Thiết bị khoan hầm Hình 1.6:Mỏy khoan Boomer Hình 1.7:Cỏc mỏy khoan thu lc 18 Hình 1.8:Mỏy khoan neo Boltex c/ Thiết bị khác Hình 1.9:Mỏy bm va Aliva 19 Hinh 1.10: Xe trn bờ tụng d/ Tổ hợp thi công H ỡnh 1.11: Tổ hợp Robbin 20 ... án thi công Thi công đào Thi công chống tạm Kiểm tra hệ chống tạm Bổ sung Hoặc thay Thi công vỏ hầm vĩnh cửu Hoàn thi n công trình Hình1 1: Quy trình thi công hm theo phng pháp m truyn thng Thi. .. trang thi t bị nhân lực + Nhược điểm: - Không phát huy khả tự chịu tải môi trường - Tốc độ thi công phụ thuộc nhiều vào tình trạng trang thi t bị kỹ thuật Một số phương pháp thi công khác a/ Thi. .. trình triển khai thi công hầm theo NATM gồm bước: Các công tác chuẩn bị; lập phương án thi công; thi công đo; chống đỡ ban đầu; đo đạc giám sát biến dạng; thi công lớp phòng nước; thi công lớp vỏ