Sau khi đào đường hầm xong, trừ khi đất đá hoàn toàn tự ổn định không cần gia cố ra, thì ở chỗ đất đá không đủ năng lực ổn định cần phải gia cố mới có thể làm cho đất đá đi vào trạng thái ổn định, như vậy được gọi là gia cố lần đầu. Khi cần thiết, còn phải tiến hành phun vữa gia cố, thoát nước, sau đó mới có thể đào tiếp.
Cân nhắc đến thời hạn phục vụ rất lâu dài sau khi đường hầm đưa vào sử dụng, khi thiết kế phải dùng bê tông hay bê tông cốt thép để xây vỏ bên trong bảo đảm ổn định lâu bền, giảm thiểu lực cản và đạt mĩ quan cho đường hầm trong quá trình phục vụ, được gọi là gia cố lần hai. Ở đây chỉ nhắc đến biện pháp gia cố lần đầu:
3.2.1. Treo (neo, phun bê tông).
3.2.1.1. Thanh neo hoặc dây neo (gọi tắt là neo).
Neo là một dạng cấu kiện dạng thanh hoặc dây, được chế tạo bằng kim loại hoặc vật liệu khác có tính năng chịu kéo cao. Người ta sử dụng một loại thiết bị cơ giới nào đó và chất kết dính, thông qua thao tác thi công làm cho chúng lắp được vào trong lòng các kết cấu công trình.
Chống đỡ bằng neo là một loại biện pháp chống đỡ mới. Neo có tính ưu việt về kinh tế kỹ thuật và có thể thích nghi với tính chất và điều kiện địa chất khác nhau, làm cho neo được ứng dụng rộng rãi và nhanh chóng phát triển trong lĩnh vực xây dựng, nhất là trong hầm và công trình ngầm.
Vữa xi măng cát Thân neo Bản đệm
Hình 3.1: Thanh neo phổ thông dính kết bằng vữa xi măng cát.
Có rất nhiều loại neo, nếu chiếu theo hình thức neo chặt vào vật thể được chống, có thể phân làm mấy loại sau:
- Kiểu neo chặt ở đầu:
Thanh neo kiểu có đầu neo chặt lợi dụng sức neo chặt của đầu neo trong và ngoài để hạn chế đất đá biến dạng và long rời. Loại này dễ lắp ráp, công nghệ đơn giản, lắp ráp xong có thể phát huy tác dụng được ngay. Nhưng thân neo dễ bị ăn mòn, đầu neo dễ bị long rời, ảnh hưởng đến lực neo kết lâu dài, thường dùng gia cố công trình ngầm tạm thời trong đá cứng. Trong đường hầm thường dùng làm neo cục bộ.
- Kiểu dính kết suốt cả chiều dài:
Thanh neo dính kết toàn bộ chiều dài, dùng vữa xi măng cát hoặc keo, làm vật liệu dính kết nhét đầy, không chỉ có tác dụng chống cắt, chống kéo mà còn chống được ăn mòn, có năng lực neo giữ lâu dài khá bền. Loại neo này lắp ráp cũng khá đơn giản, khi công trình ngầm các loại không có yêu cầu gì đặc biệt, có thể dùng đại trà cho việc che chống lần đầu và che chống vĩnh cửu. Trong công trình đường hầm, thường dùng làm loại neo hệ thống và neo vượt trước.
- Thanh neo ma sát:
Là một loại ống thép có đục lỗ dọc theo thân ống (hoặc làm biến dạng trước).
Người ta đem loại ống ấy đóng vào trong lỗ khoan đường kính nhỏ, tăng ma sát đối với vách lỗ, do đó mà giữ chặt đất đá xung quanh lỗ không bị biến dạng. Loại này lắp ráp dễ dàng, lắp xong có tác dụng ngay. Nhưng vách ống của neo dễ bị ăn mòn, vì thế không thích hợp cho che chống vĩnh cửu.
- Thanh neo kiểu hỗn hợp sử dụng phương thức neo chặt ở đầu với phương thức neo chặt bằng dính kết toàn bộ chiều dài, Phương thức neo hỗn hợp có ưu điểm là: kéo ứng suất trước được và có ưu điểm của thanh neo dính kết toàn bộ chiều dài.
Nhưng thi công lắp ráp tương đối phức tạp, nên nhìn chung dùng dể gia cố loại kết cấu công trình có thể tích lớn, phạm vi rộng như: mái taluy cao, đập lớn, đường hầm loại lớn v.v…
3.2.1.2. Phun bê tông.
Phun bê tông là một loại kết cấu chống đỡ kiểu mới, cũng là một loại công nghệ mới. Người ta sử dụng máy phun bê tông theo một trình tự hỗn hợp nhất định, dùng bê tông đá nhỏ trộn thêm chất ninh kết, phun nhanh vào bề mặt vách đá, sẽ nhanh chóng cố kết thành một tầng kết cấu chống giữ, do đó mà phát huy tác dụng bảo vệ đối với đất đá long rời.
Hình 3.2. Hình ảnh sau khi phun bê tông tại hầm dẫn nước Sông Côn 2 Phun bê tông có thể dùng để chống đỡ vĩnh cửu hay tạm thời đối với các công trình đường hầm, cũng có thể cùng với các loại neo, lưới thép, khung vòm thép, tạo thành một kết cấu chống đỡ phức tạp. Phun bê tông có tính linh hoạt rất lớn, có thể căn cứ nhu cầu mà chia nhiều lần để tăng thêm bề dày. Vì vậy ngoài việc dùng cho công trình ngầm ra, còn ứng dụng rộng rãi cho các kết cấu tăng cường như: bảo vệ mái ta luy, gia cố đê đập, bảo vệ hố móng … của các công trình trên mặt đất.
§Çu phun
Nước Cốt liệu mịn
Cốt liệu thô
Xi m¨ng
Máy trộn Máy phun
KhÝ nÐn
ChÊt ninh kết nhanh
Hình 3.3: Dây chuyền công nghệ phun khô, phun ẩm.
3.2.2. Khung chống (bằng gỗ hoặc bê tông cốt thép).
Dù dùng phun bê tông hay mắc neo hoặc thêm mạng lưới cốt thép, sợi thép vào bê tông, cũng đều chủ yếu lợi dụng tính mềm và tính dẻo dai của chúng, tăng thêm độ cứng toàn khối. Song, đối với việc chống đỡ đất đá long rời không bị vụn nát nhiều thì độ ổn định của chúng còn có thể chịu được, còn khi đất đá mềm yếu nghiêm trọng, tính ổn định của chúng kém nên yêu cầu gia cố phải có độ cứng khá lớn để ngăn chặn biến dạng quá độ và chịu đựng bộ phận tải trọng làm long rời, vì vậy nên dùng khung thép. Nó có sức bền đảm bảo khả năng chịu lực.