4.1.1.1 Các công trình ngầm trong mỏ a. Phạm vi sử dụng
Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép đ-ợc dùng để chống giữ các đ-ờng lò có thời hạn phục vụ lớn, chịu áp lực mỏ lớn, không chịu ảnh h-ởng của các công tác khai thác nh- các đ-ờng lò, hầm trạm sân giếng, các đ-ờng lò xuyên vỉa chính, đoạn cửa của các đ-ờng lò mở từ phía ngoài mặt đất.
Riêng vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối đ-ợc dùng để chống giữ các đ-ờng lò cơ bản quan trọng nhất, hoặc các đoạn lò có áp lực mỏ lớn phân bố không đều, hoặc có tác dụng không đối xứng.
Đây là những vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách n-ớc cao, khả năng chịu lực rất lớn có thể sử dụng trong những điều kiện khác nhau với nhiều dạng độ bền khác nhau. Đây là dạng kết cấu vỏ chống đ-ợc sử dụng nhiều nhất để chống giữ các đ-ờng lò cơ bản trong mỏ. ở n-ớc ta, dạng vỏ chống này đã đ-ợc sử dụng rất hiệu quả để chống giữ hàng nghìn mét lò cơ bản trong mỏ Mạo Khê.
b. -u nh-ợc điểm
- Ưu điểm: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động học nhỏ, tính chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống và đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợi cho sự làm việc của vỏ chống.
- Nh-ợc điểm: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không phát huy hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân bố không đều và giá trị dịch chuyển của biên lò lớn (v-ợt quá 50mm).
Trong đa số các tr-ờng hợp, đòi hỏi phải áp dụng biện pháp chống tạm tr-ớc khi thi công lắp dựng vỏ chống bê tông liền khối, kết quả là làm tăng chi phí thi công. Khi sử dụng loại vỏ chống bê tông liền khối trong môi tr-ờng có tính ăn mòn, xâm thực lớn, tuổi thọ của kết cấu chống giảm.
c. Đặc điểm cấu tạo:
Về hình dạng, vỏ chống liền khối có các dạng sau: vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng; vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng có vòm ng-ợc; vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng cong, có vòm ng-ợc (bao gồm cả hình tròn); vỏ chống bằng bê tông phun; vỏ chống bê tông với cốt thép mềm; vỏ chống bê tông
với cốt thép cứng. Trong đó, kết cấu vỏ chống bê tông hình vòm, t-ờng thẳng đứng đ-ợc sử dụng rộng rãi nhất, đây là dạng kết cấu chịu áp lực lớn theo ph-ơng thẳng đứng rất tốt. Dạng kết cấu vỏ chống hình vòm, t-ờng cong đ-ợc sử dụng trong khối đá xuất hiện cả áp lực hông lớn. Trong tr-ờng hợp xuất hiện cả áp lực đất đá ở phía nền thì sử dụng dạng kết cấu vỏ chống có vòm ng-ợc hoặc vỏ chống hình tròn.
Để tăng phạm vi áp dụng của loại vỏ chống này, đảm bảo cho khả năng làm việc bình th-ờng của vỏ chống trong những điều kiện mức độ dịch chuyển của biên lò lớn, có thể kết hợp vỏ chống bê tông liền khối với một lớp vật liệu lấp đầy sau khoảng trống giữ bề mặt ngoài của vỏ chống với đất đá bao quanh có tính linh hoạt.
Do khả năng chịu kéo của bê tông kém nên khi lực gây ứng suất kéo trong vỏ chống bê tông lớn đòi hỏi phải bố trí cốt thép trong vỏ chống. Cốt thép chịu lực đ-ờng kính thay đổi từ 8 đến 25mm đ-ợc lắp dựng theo ph-ơng vuông góc với trục dọc đ-ờng lò, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ lấy theo quy phạm bê tông cốt thép hiện hành. Trong thực tế, do sự biến đổi của biểu đồ mômen dọc theo vỏ chống trên mặt cắt ngang nên để thuận tiện cho thi công th-ờng sử dụng vỏ chống bê tông với cốt kép (cốt thép đ-ợc lắp dựng ở cả mặt trong và mặt ngoài của vỏ chống).
Trong nhiều tr-ờng hợp, khi khối đá mất ổn định không cho phép tháo vì thép chống tạm tr-ớc khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể l-u vì thép lại trong vỏ chống bê tông để làm cốt thép cứng. Cốt thép cứng có thể làm bằng vì thép I, thép lòng máng. Vỏ chống dạng này có thể chế tạo d-ới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chống hở.
Hình 4.1: Vỏ bê tông cốt thép liền khối hình vòm t-ờng thẳng
Một trong những nh-ợc điểm của dạng vỏ chống với khung cốt chịu lực chữ I là khả năng linh hoạt không cao. Vì thế, để khắc phục nh-ợc điểm trên có
d M â m q u a y
thể thay thế khung cốt thép cứng chữ I bằng khung cốt thép linh hoạt cấu tạo bằng thép lòng máng. Các khung thép lòng máng linh hoạt đ-ợc lắp dựng ngay sát g-ơng lò đóng vai trò làm khung chống tạm. Sau khi mất hết khả năng linh hoạt và chuyển sang chế độ làm việc “cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai trò làm cốt cứng.
d. Thi công vỏ chống
* Các sơ đồ thi công
Theo quan hệ với công tác đào mà công tác xây vỏ chống bằng bê tông, bê tông cốt thép có thể thi công theo các sơ đồ khác nhau:
- Nối tiếp sau khi đào, khoảng cách từ g-ơng đào đến vị trí xây vỏ chống bằng khoảng 10-20m. Sơ đồ này th-ờng dùng cho các đ-ờng lò dài và rộng, trong đó các công tác đào và xây vỏ không ảnh h-ởng lẫn nhau, kết cấu chống tạm không lớn và có thể sử dụng lại.
- Xây vỏ sau khi đào xong công trình: sơ đồ này dùng cho các công trình không dài và rộng lắm, đất đá khá vững chắc.
- Xây vỏ chống đồng thời với công tác đào g-ơng: sơ đồ này dùng cho các hầm trạm lớn, công tác đào và xây đ-ợc tiến hành đồng thời mà không ảnh h-ởng đến nhau.
* Ph-ơng pháp thi công:
- Ph-ơng pháp thi công bằng thủ công: đ-ợc sử dụng khi khối l-ợng đổ bê tông đổ nhỏ, hạn chế tại các đ-ờng lò có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn. Ph-ơng pháp này đòi hỏi một khối l-ợng nhân lực lớn, chất l-ợng vỏ chống thấp, làm giảm giá thành xây dựng và tăng tốc độ đào lò. Tuy nhiên ở n-ớc ta hiện nay thì đây vẫn là ph-ơng pháp thi công cơ bản áp dụng tại các đ-ờng lò, hầm trạm tại sân giếng.
- Ph-ơng pháp thi công bằng cơ giới: bê tông đ-ợc vận chuyển và đổ vào phía sau cốp pha nhờ hệ thống máy móc chuyên dùng. Cốp pha kim loại lắp ghép bằng các tấm lớn, hoặc cốp pha di động chạy trên đ-ờng ray tại các đ-ờng lò có tiết diện hình vòm và hình tròn. Hiện nay tại các mỏ hầm lò n-ớc ta ch-a sử dụng loại cốp pha di động.
* Trình tự thi công
Khi thi công vỏ chống bê tông liền khối các công việc đ-ợc tiến hành theo trình tự: tháo vì chống tạm, đào móng, sửa t-ờng, đổ bê tông móng, dựng cột và lắp dựng ván khuôn phần t-ờng, đổ bê tông phần t-ờng, lắp ván khuôn phần vòm, lát ván và đổ bê tông vòm.
Khi thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép, để tạo cho vỏ chống có hình dạng cần thiết và tạm giữ khối xây bê tông ch-a đông cứng, ng-ời ta dùng các khuôn kim loại hoặc gỗ đặt trong lò, các khuôn này đ-ợc gọi là ván khuôn (cốp pha). Kết cấu chịu tải của ván khuôn là vòm khuôn, vòm khuôn chịu toàn bộ trọng l-ợng của khối bê tông và trong một số tr-ờng hợp còn chịu cả trọng l-ợng đá nóc. Vòm khuôn có thể uốn bằng thép chữ I, thép chữ C hoặc ray nhỏ theo đ-ờng biên lò. Vòm khuôn cũng có thể ghép bằng gỗ, đóng đinh lại với nhau. Trong các đ-ờng lò tiết diện lớn, vòm khuôn gỗ đ-ợc tăng sức bằng các cột đứng và cột xiên.
Hình 4.2: Cấu tạo ván khuôn gỗ phần vòm
Hình 4.3. Trình tự đổ bê tông với ván khuôn gỗ
Vòm khuôn đ-ợc đặt trên cột qua nêm 2 chiều. Giữa các cột phải có văng dọc.
Tr-ớc hết cần có biện pháp xử lý vỏ chống tạm thời tại vị trí đổ bê tông. Nếu đất đá t-ơng đối ổn định không có nguy cơ sập lở cục bộ, có thể tháo vì chống tạm. Ng-ợc lại nếu đất đá mềm yếu, bở rời có nguy cơ sập lở cục bộ, áp lực đất đá lớn, cần giữ nguyên vì chống tạm, chỉ bắn dịch vào phía trong, gia cố cẩn thận. Mục đích của biện pháp xử lý vỏ chống tạm thời là giải pháp tiện thi công, bảo đảm cho ng-ời và thiết bị khỏi nguy cơ sập lở cụ bộ, đồng thời giảm
2000 3000 3000 4000 2 4 1 1 5 3 3 6 1- Dầm dọc 2- Cột khuôn 3- Nêm hai chiều 4- Vám lát 5- Cốppha vòm
600
1200 1200
Móng t-ờng đ-ợc đào sâu 2530cm xuống nền lò. Chiều sâu móng chọn phụ thuộc vào độ kiên cố của đất đá, khi đất đá nền có hệ số kiên cố vững chắc, chiều sâu móng có thể giảm đi. Móng đ-ợc đào bằng cuốc xẻng, xà beng hoặc búa chèn. Bê tông đổ vào móng cần đ-ợc đầm kỹ.
Các công việc đ-ợc tiến hành theo thứ tự tháo bỏ hoặc bắn dịch khung chống tạm vào phía trong, đào móng, sửa t-ờng, đổ móng, dựng cột và lắp ván khuôn phần t-ờng, đổ bê tông t-ờng, lắp ván khuôn, lát ván và đổ vòm. Nếu có cốt thép thì cốt thép phải đ-ợc buộc (hoặc hàn) thành l-ới và định vị chắc chắn tr-ớc khi đổ bê tông.
- Bê tông chỉ đ-ợc trộn ngay tại chỗ hoặc trộn từ xa chuyển bằng băng chuyền hoặc đ-ờng ống. Thời gian từ lúc đổ n-ớc vào máy trộn đến khi đổ bê tông không quá 3045 phút.
- Việc đổ bê tông phải đảm bảo cho bê tông liền khối (không bị phân lớp). Muốn vậy phải đổ bê tông liên tục, tính chiều dày mỗi lớp đổ, cách đổ và cấp phối bê tông đúng theo thiết kế.
- Bê tông đ-ợc đổ thành từng lớp, mỗi lớp dày 2030cm tuỳ thuộc vào kích th-ớc các hạt cốt liệu, loại máy đầm. Ví dụ với bê tông cốt cứng, đầm tay thì chiều dày mỗi lớp đổ bằng 3 lần kích th-ớc các hạt cốt liệu lớn nhất.
- Khi đổ phải đầm để tăng độ liên kết, tăng độ bền và độ chống thấm của bê tông, giảm chi phí xi măng (2030%) và cho phép sớm dỡ cốp pha.
Chân vòm là nơi dễ bị phá hoại nên không đ-ợc đổ phân lớp tại chỗ này. Nếu đang đổ t-ờng mà vì lý do nào đó phải dừng lại thì tốt nhất nên dừng lại ở phía d-ới chân vòm một đoạn. Sau khi bê tông đã đông cứng và đạt trên 70% độ bền thiết kế thì có thể dỡ ván khuôn.
e. Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép cho lò nghiêng
Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép đ-ợc sử dụng trong các đ-ờng lò nghiêng cơ bản. Hình dạng chủ yếu của vỏ chống trong các đ-ờng lò này là dạng vòm với t-ờng thẳng hoặc t-ờng cong.
- Khi góc dốc 150 kết cấu vỏ chống liền khối bằng bê tông, bêtông cốt thép giống nh- kết cấu vỏ chống liền khối ở lò bằng.
- Khi góc nghiêng = 150 300, móng của vỏ chống cần có đáy bằng vì vậy ng-ời ta th-ờng xây móng bậc với chiều cao bậc tì 0,41m.
- Khi góc nghiêng > 300 nền đ-ợc chống giữ bằng vòm ng-ợc dạng bậc, bằng các neo kim loại hoặc vì neo bê tông cốt thép.
- Khi góc nghiêng = 45750 vỏ chống có dạng vòm, hoặc vòm có đáy ng-ợc. Cách 1020 m theo chiều dài lò nghiêng phải xây dựng một vành đế theo toàn bộ đ-ờng biên .Việc đào đất đá trong khâu nằm giữa hai vành đế đ-ợc tiến hành d-ới các vì chống tạm, còn vỏ chống cố định đ-ợc xây dựng theo h-ớng từ d-ới lên trên.
- Khi góc dốc > 750 vỏ chống liên khối ở lò nghiêng giống nh- vỏ chống liền khối ở giếng đứng.
Vỏ chống liền khối bằng bê tông cốt thép đ-ợc sử dụng để chống giữ lò nghiêng khi áp lực mỏ lớn hoặc phân bố không đều, hay tác dụng không đối xứng.
4.1.1.2. Trong các công trình ngầm giao thông, thuỷ lợi thuỷ điện
Vỏ hầm bê tông liền khối đổ tại chỗ hiện nay đ-ợc sử dụng khá rộng rãi trong các CTN giao thông, thuỷ lợi, v.v… đóng vai trò là vỏ chống cố định có các chức năng chịu lực, cách nước, chống thấm, tạo thẩm mỹ, v.v… và được thi công sau cùng khi đã kết thúc công tác đào và gia cố tạm tại vị trí mặt cắt đổ bê tông. Vỏ bê tông có thể có hoặc không có cốt thép tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, chức năng làm việc.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm làm việc và chức năng sử dụng, bê tông có chiều dày khác nhau. Chiều dày vỏ, cốt và chiều dày lớp phủ theo chỉ dẫn của Hội công trình ngầm thế giới (ITA - International Tunnelling Association), chiều dày lớp vỏ trong cho các tuynen th-ờng không nhỏ hơn 30cm. Đối với bê tông cốt thép và bê tông chống thấm, chiều dày vỏ không nên d-ới 35cm.
Vì vỏ bê tông liền khối đ-ợc coi là kết cấu chống cứng có khả năng biến dạng, dịch chuyển hạn chế nên tại thời điểm đổ vỏ chống cố định, công tác đào công trình ngầm có thể đã kết thúc, hoặc vị trí đổ bê tông cách đủ xa so với g-ơng đang tiến hành đào, kết cấu chống tạm đã hoàn chỉnh, biến dạng và dịch chuyển của khối đá đã ngừng lại. Tuỳ thuộc vào sơ đồ thi công đã chọn, vỏ bê tông liền khối có thể tiến hành: Sơ đồ song song:Sơ đồ nối tiếp toàn phần: Sơ đồ nối tiếp từng phần, sơ đồ phối hợp.
Các yêu cầu về tính năng
Yêu cầu về độ bền
Nói chung độ bền của bê tông phải thoả mãn các yêu cầu theo bài toán tĩnh học. Tuy nhiên để chống sự hình thành các vết nứt, không nên sử dụng bê tông có độ bền quá cao, bởi lẽ do tác dụng của nhiệt độ trong quá trình ninh kết, bê tông có độ bền càng cao thì khả năng tiếp nhận công cơ học càng kém, nghĩa
là bê tông càng dòn. Độ bền của lớp vỏ ngoài đ-ợc ấn định thông qua thiết kế, ví dụ một lớp vỏ hình trụ tròn, đ-ờng kính 15m, nên có khả năng mang tải là 30MN/m2.
Yêu cầu về khả năng cách n-ớc
Nói chung có nhiều giải pháp phòng n-ớc. Tr-ờng hợp sử dụng bê tông cách n-ớc nhất thiết phải chú ý đến các tiêu chuẩn hiện hành có thể thống nhất giữa bên giao thầu và nhận thầu. Chẳng hạn đối với các đ-ờng hầm đ-ờng sắt hay đ-ờng bộ, bê tông cách n-ớc không cho phép n-ớc xâm nhập sâu hơn 30 mm. Ngoài ra cần chú ý đến khả năng xuất hiện các vết nứt. Chẳng hạn chiều rộng hay độ mở của các khe nứt không v-ợt quá 0,15 đến 0,20mm.
Các tính chất đặc biệt
Vỏ bê tông phải có tính bền sulphát, do n-ớc có thể chứa muối sulphát (>600mgSO4/l) hoặc khối đá có thành phần sulphát (>3000mg SO4/kg). Trong các tr-ờng hợp này phải sử dụng xi măng có tính bền sulphát cao. Tr-ờng hợp hàm l-ợng sulphát trong n-ớc ngầm đến trên 1500mg/l, cần sử dụng tro bay trong thành phần của chất độn.
a. Cốp pha đổ bê tông
Để thi công vỏ bê tông liền khối đổ tại chỗ bắt buộc phải sử dụng cốp pha (ván khuôn). Có hai loại cốp pha là: cốp pha lắp ghép tại chỗ và cốp pha di động. Cốp pha là kết cấu chuyên dụng, đảm bảo nghiêm ngặt hình dạng, kích th-ớc theo thiết kế của lớp vỏ bê tông.
Cốp pha lắp ghép chủ yếu đ-ợc sử dụng để thi công những đoạn hầm có tiết diện ngang thay đổi phức tạp (ngã ba, đoạn hầm cong với bán kính cong nhỏ,