Việc tính toán lại để thẩm tra hệ chống đỡ sẽ đ−ợc dựa trên:
♦ Biến dạng tổng hay biến dạng t−ơng đối quan trắc đ−ợc tại các khu vực quan trắc tăng c−ờng (tức là đ−ợc lắp nhiều thiết bị hơn);
61
♦ Khảo sát địa chất và địa cơ học tiến hành tại g−ơng đào. Các thông số cho việc phân tích lại này có thể nhận đ−ợc thông qua thí nghiệm hiện tr−ờng, bằng cách sử dụng các thiết bị nh− dụng cụ đo độ dãn nở (dilatometer), kích dẹt (flat jack), hay áp kế (pressuremeter).
Tốt nhất nên tiến hành phân tích kiểm tra theo hai giai đoạn:
♦ Giai đoạn thứ nhất dựa trên các ph−ơng pháp tính toán đơn giản hóa (ví dụ cơ học kết cấu), nhằm đánh giá trạng thái biến dạng của kết cấu chống đỡ (đàn hồi hay đàn dẻo) và nhằm xác định các thông số bất lợi nhất. Giai đoạn này có tác dụng thẩm tra xem các giả thiết thiết kế cơ bản có đúng không. Tuy nhiên, phải nhận thức đ−ợc sự thiếu chính xác không thể tránh khỏi của những giả thiết dùng trong cách tiếp cận đó cũng nh− các kết quả tính toán ra. Sẽ không thực tế nếu muốn đạt đ−ợc một mức độ chính xác cao trong các phân tích lại đó.
♦ Sau khi đã xác định đ−ợc cơ chế làm việc của hệ chống đỡ, có thể dùng tiếp phép phân tích bằng phần tử hữu hạn. Đây đang là xu h−ớng thực hành phổ biến đối với các hang ngầm lớn (nh− nhà máy thủy điện, kho chứa). Rõ ràng là, những xem xét nh− đã chỉ ra ở giai đoạn thứ nhất về độ chính xác của các kết quả tính toán cũng đ−ợc áp dụng ở đây.
Kết luận ch−ơng 3
Trong quá trình thi công các hầm và công trình ngầm, việc tính toán đ−a ra đ−ợc một giải pháp ph−ơng pháp thi công hiệu quả, tiến độ thi công công trình hợp lí là điều kiện đầu tiên và quyết định tính kinh tế của dự án. Để lựa chọn đ−ợc hệ thống chống đỡ tối −u đều phải dựa trên các kết quả quan trắc đo đạc tại hiện tr−ờng nhằm đánh giá sự ổn định của công trình và dự báo các bất th−ờng do vấn đề địa chất có thể đem lại, hay ph−ơng án khai thác công trình thích hợp nhất. Bên cạnh đó, từ kết quả có đ−ợc của các quan trắc đo đạc tại hiện tr−ờng cũng để đánh giá lại tính phù hợp về mặt lí thuyết và phát triển thêm dữ liệu kinh nghiệm trong quá trình thi công các công trình t−ơng tự.
62
Ch−ơng 4
Kết luận vμ kiến nghị
4.1 Kết luận
Đề tài đã tổng kết về quá trình phát triển và ứng dụng của NATM trong hơn 40 năm qua, ở n−ớc ngoài và Việt nam mà cụ thể là tại dự án hầm Hải Vân. Tuy cũng có những ý kiến trái ng−ợc nhau về triết lý cũng nh− về kỹ thuật của NATM, nh−ng ph−ơng pháp này vẫn tồn tại một cách khách quan, và phát triển không ngừng để phù hợp với thực tế của ngành. Có thể nói, NATM sẽ vẫn tiếp tục nổi lên nh− một trào l−u mới trong thi công hầm và công trình ngầm trên thế giới.
Mục đích của NATM là tạo dựng đ−ợc mối quan hệ giữa kết cấu chống đỡ ban đầu và lớp vỏ cố định của đ−ờng hầm, mà qua đó tận dụng khả năng tự ổn định của đất đá xung quanh đ−ờng hầm sau khi đào bằng việc lựa chọn một hệ thống chống đỡ và thời gian lắp dựng kết cấu chống phù hợp. Lí luận về khả năng tự mang tải của khối đá và đánh giá quan trắc đo đạc hiện tr−ờng là yếu tố quan trọng nhất của NATM. Đề tài đã so sánh và phân tích những điểm khác biệt giữa một dự án hầm truyền thống và dự án hầm xây dựng theo NATM. Qua đó, thấy rõ đ−ợc các đặc điểm nổi trội của NATM. Các phân tích lí thuyết về thiết kế hệ thống chống đỡ NATM tuỳ thuộc điều kiện đất đá hiện tr−ờng (ph−ơng pháp bán kinh nghiệm), tổng kết lại các ph−ơng pháp phân loại đất đá chủ yếu đ−ợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng ngầm và mỏ mà tiêu biểu là các đại diện: Terzaghi, Mostkov, Protodjakonov, Beniawski, Barton và nnk,...Từ những phân tích lí thuyết đánh giá mức độ ổn định của khối đá xung quanh hầm có thể đ−a ra các thành phần của hệ thống chống đỡ cho hầm và công trình ngầm. Trong ch−ơng 2 của đề tài cũng đối chiếu mở rộng và minh hoạ bằng hầm đ−ờng bộ Hải Vân và nghiên cứu lựa chọn thành phần chống tạm theo kinh nghiệm của Hiệp hội hầm Pháp.
Ch−ơng 3 đ−ợc tập trung chủ yếu vào kĩ thuật quan trắc trong quá trình thi công. Đây là bộ phận quan trọng nhằm đạt mục tiêu an toàn và bền vững công trình, dự báo sự tác động của công trình tới môi tr−ờng. Điều này cho phép đánh giá đ−ợc
63
khối l−ợng chống đỡ cho đoạn hầm tiếp theo, và cùng với các kết quả đo đạc ứng suất – biến dạng có thể điều chỉnh thiết kế vỏ hầm theo h−ớng có lợi nhất. Các phép đo đạc trong xây dựng ngầm bao gồm các phép đo biến dạng và phép đo ứng suất, các phép phân tích dữ liệu quan trắc tính toán theo thời gian thực. Đề tài cũng tập trung vào phân tích/ tính toán lại đ−a ra các giải pháp đối phó, so sánh giá trị ghi đ−ợc với giá trị dự báo tại các giai đoạn thi công, cũng nh− tạo cảm giác an tâm bằng các số liệu đo đạc và tốc độ biến đổi của chúng vẫn nằm trong phạm vi cho phép.
Trong quá trình xây dựng một dự án hầm, có thể thiết kế hệ thống chống đỡ theo NATM bằng cách sử dụng các ph−ơng pháp bán kinh nghiệm, ph−ơng pháp phân tích số hoặc phối hợp các ph−ơng pháp này.
Nh−ng cần nhận thức một điều rằng, khi lựa chọn ph−ơng pháp thi công hầm và công trình ngầm, dù dùng bất kỳ lý luận hay ph−ơng pháp nào, đều cần căn cứ điều kiện mọi mặt của công trình cụ thể, tổng hợp cân nhắc lựa chọn ph−ơng án thiết kế và thi công kinh tế nhất, hợp lý nhất, thậm chí ứng dụng tổng hợp nhiều loại ph−ơng pháp. NATM không phải là ph−ơng pháp phù hợp nhất và tốt nhất cho mọi tr−ờng hợp.
Đề tài đã phân tích khá rõ cơ sở lí thuyết, các ph−ơng pháp lựa chọn hệ thống chống đỡ cho hầm và công trình ngầm, cũng nh− hệ thống quan trắc đo đạc trong thi công nh− là một cấu thành của NATM. Trong đó, phân tích các dữ liệu quan trắc là cơ sở kiểm chứng lại sự đúng đắn của ph−ơng pháp đã chọn và thông qua đó có đ−ợc các ph−ơng án xử lí thích đáng.
Tuy nhiên, trong phần phân tích số, do thời gian có hạn và ch−a có điều kiện tiếp xúc với một số phần mềm có bản quyền thông dụng tính toán hầm. Chính vì vậy, đề tài ch−a thể phân tích cụ thể hơn về các áp dụng của ph−ơng pháp phân tích số trong thiết kế và xử lí các số liệu quan trắc đo đạc hầm.
4.2 Kiến nghị
Trong t−ơng lai, các hầm qua núi và các nhà ga tàu điện ngầm ở Việt Nam có nhiều triển vọng áp dụng NATM, nhất là với xu thế hiện nay dùng NATM thay cho ph−ơng pháp đào hở trong các hầm đô thị đặt nông. Để áp dụng thành công
64
NATM vào những công trình đó, thì việc nắm vững hệ thống cơ sở lí thuyết về NATM đồng thời có đ−ợc các kinh nghiệm tích luỹ từ các công trình cụ thể là những điều kiện đầu tiên để có thể tham gia vào các dự án NATM một cách tự chủ.
Một điểm l−u ý khác liên quan đến tác động của các ph−ơng pháp tính toán. Việc xử lý số liệu bằng máy tính đã cho phép có khá nhiều ph−ơng pháp tính toán chính xác dựa trên thống kê. Kết quả là độ lớn của các thành phần của kết cấu chống đỡ NATM ngày một nhỏ đi. Điều này có lợi về mặt chi phí xây dựng công trình (tiết kiệm). Nh−ng từ đây cũng nảy sinh khả năng xuất hiện các nguy cơ về tr−ớc mắt (ví dụ vấn đề tải trọng khủng bố), cũng nh− lâu dài (ví dụ vấn đề địa chất bất th−ờng có thể tiêu tốn chi phí sửa chữa bảo trì rất lớn).
Để phục vụ nghiên cứu và ứng dụng tốt hơn trong ngành hầm và công trình ngầm, kiến nghị Viện KH & CN GTVT xét mua một trong số những phần mềm có bản quyền thông dụng trên thế giới, ví dụ FLAC, UDEC, PLAXIS hoặc MISES3.
65
Danh mục Tài liệu tham khảo của đề tài
Tiếng Vi ệt
[1]. Nghiêm Hữu Hạnh, Cơ học đá, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2004.
[2]. Bùi Anh Định, Cơ học đất, Tr−ờng Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 1993.
[3]. D. G. Fredlund, H. Rahardjo, Cơ học đất cho đất không bão hòa, Tập 1 & Tập 2, Ng−ời dịch: Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Uyên, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1998.
[4]. Nguyễn Sỹ Ngọc, Trần Văn D−ơng, Địa chất công trình, Tr−ờng Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 2000.
[5]. Huỳnh Thị Minh Hằng và nnk, Địa chất cơ sở, Biên dịch từ cuốn
“Physical Geology” (Eighth Edition 1990) của Sheldon Judson, Marvin E. Kauffman, Tr−ờng Đại học kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, 1995 (L−u hành nội bộ).
[6]. Võ Trọng Hùng, Vỏ chống hỗn hợp nhiều lớp sử dụng khả năng mang tải của khối đá, Bài giảng cho lớp cao học khai thác, Tr−ờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 1993.
[7]. Nguyễn Xuân Trọng, Thi công hầm và công trình ngầm, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2004.
[8]. Nguyễn Bá Kế, Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2002.
[9]. Trần Văn Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ s− Địa kỹ thuật, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2004.
[10]. Ivakhnyuk V. A., Thiết kế và xây dựng công trình ngầm và công trình đào sâu, Ng−ời dịch: Nguyễn Thế Phùng, Hiệu đính: Nguyễn Văn Quảng, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2004.
[11]. Frolov Yu. S., Golitsynskiy D. M., Ledyaev A. P., Công trình ga và đ−ờng tàu điện ngầm, Ng−ời dịch: Nguyễn Đức Nguôn, Hiệu đính: Nguyễn Văn Quảng, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2005.
66
[12]. Bộ GTVT, Tổng Công ty TVTK GTVT (TEDI), Đề c−ơng Tổng kết xây dựng hầm Hải Vân và Dự thảo Tiêu chuẩn kỹ thuật về Ph−ơng pháp đào hầm mới của áo, 2004.
[13]. Bộ Xây dựng, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật phục vụ xây dựng công trình ngầm đô thị, Đề tài cấp Nhà n−ớc Mã số RN 01, Báo cáo tóm tắt và các h−ớng dẫn, chỉ dẫn kỹ thuật, 2003.
Tiếng anh
[14]. Taylor, D. W., Fundamentals of soil mechanics, J. Wiley, New York, 1948.
[15]. Evert Hoek, Practical Rock Engineering, Course notes, 2000.
[16]. Joseph E. Bowles, Physical and geotechnical properties of soils, Second Edition, McGraw-Hill Book Company, 1984.
[17]. The Consultant Team, Hai Van Pass Tunnel Construction Project, NATM Training Program, Course A: NATM Design Method; Course B:
Construction, 2002. (Ch−ơng trình đào tạo chuyển giao công nghệ tại hầm Hải Vân).
[18]. Japan Society of Civil Engineer (JSCE), Japanese Standard for Mountain Tunnelling, The Fifth Edition, 1996.
[19]. John O. Bickel, Thomas R. Kuesel, Elwyn H. King, Tunnel Engineering Handbook, Second Edition, Chapman & Hall, ITP, 1996.
[20]. Sauer G., Design concept for large underground openings in soft ground using NATM, International Symposium on Unique Underground
Structures Denver, USA, 12.06.1990.
[21]. M. Karakuş & R.J. Fowell, An insight into the New Austrian Tunnelling Method (NATM), KAYAMEK′2004-VII. Bửlgesel Kaya Mekaniği Sempozyumu / ROCKMEC′2004-VIIth Regional Rock Mechanics
67Symposium, 2004, Sivas, Tỹrkiye. Symposium, 2004, Sivas, Tỹrkiye.
[22]. M. Karakuş, R.J. Fowell 2003, Effects of different tunnel face advance excavation on the settlement by FEM.
[23]. M. Karakuş, R.J. Fowell 2005, Back analysis for tunnelling induced ground movements.
[24]. Hoek, E. and Brown, E.T. 1997. Practical estimates or rock mass strength. Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics Abstracts. 34 (8), 1165-1186.
[25]. Hoek, E. 1998. Tunnel support in weak rock. Keynote address, Symposium of Sedimentary Rock Engineering, Taipei, Taiwan, November 20-22, 1998.
[26]. Hoek, E. 1999. Support for very weak rock associated with faults and shear zones. The International Symposium on Rock Support and Reinforcement Practice in Mining, Kalgoorlie, Australia.
[27]. Hoek, E. and Marinos, P., 'Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses', Tunnels and Tunnelling International Part 1 – November 2000, Part 2 – December 2000.
[28]. Hoek, E, 2001. Big tunnels in bad rock, 2000 Terzaghi lecture. ASCE Journal of Gotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127, No. 9, Sept 2001, pages 726-740.
[29]. Hoek, E. 2001. Rock mass properties for underground mines, Published in Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and International Case Studies.
[30]. Kovỏri K. 1994. Erroneous concepts behind the New Austrian
Tunnelling Method, Tunnels & Tunnelling, November 1994, Vol. 26, 38-42.
[31]. John H. Curran, Reginald E. Hammah, Thamer E. Yacoub, 'A two- dimensional approach for designing tunnel support in weak rock'. Proceedings of the 56th Canadian Geotechnical Conference Winnepeg,
68Manitoba, Canada, October 2003. Manitoba, Canada, October 2003.
[32]. Victor Romereo, NATM In Soft-Ground: A Contradiction Of Terms?, Jacobs Associates, San Francisco, California
[33]. Lauffer, H. 1958. “Gebirgsklassifizierung fur den Stollenbau”, Geologie and Bauwesen, Vol. 24, No. 1, pp. 46-51. (“Mountain classification fur the gallery construction ", geology and building industry).
[34]. Lauffer, H.: Forderungen der NệT an maschinelle Vortriebssysteme, Felsbau 6, Nr. 4, 1988. (Demands of the NATM on machine propulsion systems, construction in rock).
[35]. Mỹller L. u., Fecker E., Grundgedanken und Grundsọtze der "Neuen ệsterreichischen Tunnelbauweise"- Grundlagen und Anwendung der Felsmechanik, Felsmechanik Kolloquium Karlsruhe 1978, Trans Tech Publications, Clausthal 1978, S. 247 - 262. (Basic idea and principles of the "new Austrian tunnelling method". - Bases and application of the rock mechanics, rock mechanics colloquium).
[36]. Mỹller, L., "Removing misconceptions on the N.A.T.M". Tunnels & Tunnelling. Special Issue, 1990.
[37]. Ralph B. Peck (1969), ‘Advantages and limitations of the observational method in applied soil mechanics’.
[38]. AFTES (2003), Guidelines for characterisation of the Rock masses useful for the design and the construction of underground structures
[39]. RABCEWICZ L. V., "The New Austrian Tunnelling Method. Water Power". Part One: November 1964. Part Two: December 1964. Part Three. Enero 1965.
[40]. L. v. Rabcewicz and J. Golser, "Principles of Dimensioning the Supporting System for the "New Austrian Tunnelling
Method", Water Power, March 1973.
[41]. L. v. Rabcewicz and J. Golser, "Application of the NATM to
69
Power, September and October issue, 1974.
[42]. J.Golser,"The New Austrian Tunneling Method (NATM)
(Theoretical Background - Practical Experiences), Shotcrete conference, Easton (USA), 4. - 8.10.1976.
[43]. J.Golser,"History and Development of the New Austrian
Tunnelling Method", ASCE, Engineering Foundation Conference, St. Anton, 1978.
[44]. J.Golser, E.Hackl and J. Jostl, "Tunnelling in Soft Ground
with the New Austrian Tunnelling Method (NATM)", 1977. [45]. J.Golser, "Another View of the NATM", Tunnels & Tunnelling,
March 1979, S. 41 (comments on Prof. Leoplod Mỹller’s account of the NATM which appeared in Tunnels &
Tunnelling Oct. 1978, p29).
[46]. J. Golser, "NATM in Subway Construction - Subway Bochum
Sec. B 1", ASCE Convention and Exposition, Atlanta, October 23-25, 1979, 20 Seiten.
[47]. J. Golser, "Recent Developments in the NATM", Reprinted from Water Power & Dam Construction, February 1980, 4 Seiten.
[48]. J. Golser, P.J. Mỹller and J.M. Schramm, "The NATM, a Special
Tunneling Conception and its Application in Poor Rock (Loktak)",
Proceedings GEOTECH 80, Volume 1, p. 333-345, 12 fig., Bombay 1980.
[49]. J. Golser, "ĩber die Bedeutung der NATM" - "Some Remarks on the Importance of the NATM - Historical development and experience
gained in non-European countries", PORR-Nachrichten, No. 100, 1987. [50]. J. Golser, "Richtigstellungen zu Professor Kovỏris Ansichten ỹber die
Neue ệsterreichische Tunnelbaumethode NệT", Felsbau 12, 1994, Nr. 5, S. 295 – 302. (Rectifications to professor Kovỏris opinions over the new
70
Austrian tunnel construction method NATM).
[51]. J. Golser, "Und es gibt sie doch - die NệT", Felsbau 12, 1994, Nr. 6, S. 374 - 375. (And there is it nevertheless - the NATM)
[52]. J. Golser, "NATM - History, Definition, Principles", Sommerkurs
"NATM", Juli 1995, TU Wien Proceedings of the Summercourse July 2 - 8, 1995, International Association of Civil Engineering Students, University of Technology, Vienna, Seiten 4/1 - 4/11.
[53]. Golser, J., "Controversial views on NATM", Felsbau 14, 2/96, S 69 – 75. [54]. The Highways Agency, Scottish Executive Development Department,
Welsh Assembly Government, The Department for Regional
Development Northern Ireland, Design Manual for Roads and Bridges, Volume 2, Part 9: Design Of Road Tunnels, August, 1999.