nghiên cứu quytrình thiết kế, thi công công trình ngầm theo NATM -áo mới

2, , MỞ ĐAU Cùng với q trình đó, cơng nghệ thi cơng xây dựng nói chung, cơng nghệ thiết kế, thi cơng cơng trình ngầm Việt Nam có bước phát triển Nhiều cơng nghệ thi cơng xây dựng cơng trình ngầm tiên tiến áp dụng số cơng trình, có cơng nghệ NATM (New Austrian Tunnelling Method) Đây công nghệ tiên tiến, đại áp dụng nhiều nước giới, áp dụng có hiệu Việt Nam Việc nghiên cứu quy trình thiết kế, thi cơng cơng trình ngầm theo NATM, hiểu rõ chất để áp dụng xây dựng cơng trình ngầm nước nói chung, cơng trình ngầm qn nói riêng cần thiết Vì vậy, thi cơng theo phương pháp Áo NATM tác giả lựa chọn nghiên cứu tiểu luận Nội dung bao gồm: Lịch sử hình thành phát triển cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp NATM Khái niệm nguyên lý Công nghệ thi công hầm theo NATM Trang thiết bị cần thiết dùng công nghệ thi công NATM Một số vấn đề xây dựng cơng trình ngầm đất yếu theo NATM Ưu, nhược điểm NATM Lịch sử hình thành phát triên cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp NATM: Ý tưởng thi công hầm theo phương pháp Áo (New Austrian Tunneling Method - NATM) đề xuất giáo sư người Áo Rabcevicz từ năm 1948, ông người phát minh lớp vỏ chống đường hầm hai lớp (vỏ chống ban đầu vỏ chống cuối cùng) Tuy nhiên, trước phải kể đến ý tưởng sáng chế xây dựng đường hầm như: Phát minh khiên đào tròn năm 1811 M.I Brunel; phát minh máy phun bê tông Akeley năm 1908 áp dụng lần năm 1914 mỏ than Denver (Mỹ) Chính phát minh ý tưởng thúc đẩy đời NATM Trong năm 50 kỷ 20 nhiều đường hầm giao thông, thuỷ điện núi đá Áo, Vênêzuêla bắt đầu xây dựng theo NATM Năm 1954 Bruner sử dụng bê tông phun để làm ổn định đất trình đào hầm Năm 1955 Rabcevicz phát triển hệ thống neo thi công hầm, năm 1960 Muller áp dụng cách có hệ thống hệ đo đạc thực nghiệm thi công hầm Đến năm 1962 hội nghị địa học lần thứ XIII Salzburg (Áo), Rabcevicz giới thiệu NATM, năm 1964 lần tài liệu thi công hầm theo NATM tiếng Anh xuất Năm 1969 lần áp dụng NATM đất mềm thi công hệ thống đường tàu điện ngầm Frankfurt (Đức) Cơng nghệ thi cơng đường hầm theo NATM biết đến số tên khác như: phương pháp đào liên tục (SEM); phương pháp chống đỡ bê tơng phun (SSM; SM) Với tính linh hoạt, dễ áp dụng nhiều điều kiện đất đá khác có chi phí hợp lý nên NATM phát triển nhiều nước giới Tạp chí “Tunnel” (tháng 8/2003) thống kê, tính riêng Đức có tới 64% đường hầm giao thơng thi công NATM Ở châu Á, nước vùng lãnh thổ sớm áp dụng NATM thi công đường hầm Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc Cùng theo tiến trình phát triển nguyên lý kỹ thuật kinh nghiệm thi cơng theo NATM hồn thiện, bổ sung thêm Khái niệm nguyên lý bản: 2.1 Khái niêm: Việc xác định rõ khái niệm NATM thu hút quan tâm ý nhiều nhà chun mơn, nhiều tạp chí kỹ thuật chun ngành Vì vậy, vấn đề xem xét, định nghĩa lại nhiều lần Dưới số khái niệm đưa ra: Theo Rabcevicz (1964): “NATM phương pháp thi công đường hầm gồm lớp vỏ bê tơng phun mỏng, khép vòm vòm ngửa vào thời điểm sớm để tạo thành vòng kín - gọi “vòm bổ trợ” Biến dạng vòm đo đạc theo thời gian trạng thái cân xác lập” Rabcevicz nhấn mạnh điểm mấu chốt phương pháp: Đầu tiên sử dụng lớp vỏ bê tông phun mỏng gia cố trình đào, thứ hai khép vòm sớm có thể, thứ ba đo đạc biến dạng cách có hệ thống Khái niệm Uỷ ban quốc gia Áo thi cơng cơng trình ngầm thuộc hiệp hội thi cơng hầm quốc tế (ITA) định nghĩa lại vào năm 1980 sau: “Phương pháp đào hầm Áo (NATM) dựa sở đất đá xung quanh khoang hầm có khả trở thành thành phần kết cấu mang tải chủ động giống vòng đất đá chịu lực” Một số chuyên gia khác nêu khái niệm tương tự NATM Giáo sư G Sauer (1988) phát biểu: “NATM phương pháp xây dựng cơng trình ngầm sử dụng tất điều kiện để khai thác khả tự mang tải cao đất đá nhằm tạo trạng thái ổn định khoang hầm” Khi sử dụng thuật ngữ “tất điều kiện có thể” G Sauer định nghĩa NATM cách tổng quát khái niệm trước 2.2 Các nguyên lý bản: Ban đầu Rabcevicz đồng nghiệp ông (Mủler, Pacher ) đưa 22 nguyên lý NATM Trong trình phát triển áp dụng NATM nguyên lý đúc rút lại là: + Độ bền vốn có đất đá phạm vi xung quanh đường hầm cần giữ vững chủ động huy động đến mức độ tối đa Như kết cấu hầm coi tổ hợp đất đá vỏ hầm + Sự huy động độ bền đất đá phạm vi xung quanh khoang hầm đạt kiểm soát (điều chỉnh) biến dạng đất đá Những biến dạng lớn dẫn đến làm khả chịu lực chuyển vị bề mặt lớn cần phải ngăn ngừa + Hệ thống chống đỡ ban đầu chủ yếu sử dụng gồm hệ thống neo (neo học neo dính kết, ma sát) lớp bê tơng phun mỏng linh động (có thể kết hợp với lưới thép tăng cường) nhằm đặt mục tiêu nêu phần Đôi trường hợp cần thiết, kết cấu chống đỡ ban đầu khung vòm thép, vòm dầm dàn thép sử dụng Vỏ chống vĩnh cửu sử dụng lâu dài thi công giai đoạn sau + Việc khép kín vòm cần điều chỉnh cho thích hợp với điều kiện đất đá trình đào + Những thí nghiệm phòng giám sát ứng suất, biến dạng hệ chống đỡ đất đá cần thực cách có hệ thống q trình thi cơng + Chiều dài nhịp khơng chống đỡ cần để lại ngắn tốt + Những người tham gia việc thiết kế, thi công, giám sát thi công đường hầm theo NATM cần phải hiểu rõ chấp thuận nguyên lý NATM đồng thời có phản ứng tích cực hợp tác giải vấn đề xảy trình thực Công nghệ thi công hầm theo NATM: 3.1 Quy trình thi cơng hầm theo NATM: Việc thiết kế quy trình đào chống đỡ liên tục, nối tiếp xây dựng đường hầm vấn đề kỹ thuật phức tạp Người thiết kế cần cân nhắc đến loạt yếu tố nhằm lựa chọn hệ thống thích hợp Những yếu tố gồm: - Hình dạng, kích thước đường hầm (mặt bằng, mặt cắt) - Tính chất số lượng phận chống đỡ sử dụng - Khảo sát chẩn đoán trước điều kiện địa tầng Dự kiến trước biến động đất đá q trình khai đào Có kế hoạch đầy đủ, chi tiết để tiến hành công việc - Chuyển vị cho phép Trong yếu tố quan trọng khảo sát xác định, dự báo trước điêu kiện đất đá biến đổi chúng Vì vậy, hiểu biết vê chất đất đá biến đổi xảy q trình thi cơng hầm quan trọng cần thiết Những điêu kiện đất đá gặp phải q trình thi cơng cần đối chiếu với dự báo vê chúng bước thiết kế Điêu cho phép điêu chỉnh việc đào hầm hệ thống chống đỡ, nhằm cải tiến toàn việc đào hầm cách tích cực Q trình triển khai thi công hầm theo NATM gồm bước: Các công tác chuẩn bị; lập phương án thi công; thi công đào; chống đỡ ban đầu; đo đạc giám sát ứng suất, biến dạng; thi cơng lớp phòng nước; thi công lớp vỏ vĩnh cửu (nếu cần) số cơng tác khác Quy trình thi cơng hầm theo NATM biểu diễn Hình S '