CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC CÔNG NGHỆ THI CÔNG PHÙ HỢP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG HIỆP HÒA
3.3. Biện pháp tổ chức thi công
3.3.5. Lý luận về công tác khoan phụt vữa trong đá
Vật liệu đá và đất có sự khác nhau cơ bản trong tính chất cho phép nước ngầm thấm qua và ảnh hưởng của công tác bơm phụt vữa vào trong khối đất đá.
Khoảng biến thiên của các giá trị như kích thước hạt, sự phân lớp, độ nén chặt, độ rỗng, độ thấm và các thông số khác của đất là rất lớn.
Giữa các hệ khe nứt trong khối đá trong thực tế không cho phép thấm nước và vữa. Cần phải hiểu và chấp nhận sự khác nhau cơ bản này giữa đá và đất, để có thể đánh giá chính xác áp lực bơm phụt vữa trong khối đá và hiểu tại sao kỹ thuật bơm phụt vữa trong đất khác trong đá.
Khi so sánh đá và đất cần phải quan tâm đến tỉ lệ nghiên cứu. Điều này rất quan trọng cần phải hiểu rõ ảnh hưởng của tỉ lệ đến mức độ chính xác của giải pháp nghiên cứu. Nếu điều kiện nghiên cứu là toàn bộ quả núi, khi đó giá trị “độ thấm” trung bình của khối đá có thể được xác định bằng phương pháp tương tự như xác định cho khối đất. Có nghĩa là khi đó có thể coi quả núi được cấu tạo từ nhiều khối rất nhỏ (được tạo ra do các hệ khe nứt) tương tự như các hạt trong đất.
Độ thấm được sử dụng để xác định và biểu diễn điều kiện nước ngầm chảy vào công trình ngầm. Khi chú ý đến thể tích của khối đá trong khoảng vài mét xung quanh đường hầm với chiều dài vài mét theo trục hầm, các hệ khe nứt và rãnh sẽ điều khiển và khống chế khả năng thấm nước và tiêu thụ vữa.
- 37 -
Các đặc tính của khe nứt trong khối đá là các thông số quan trọng trong công tác khoan phụt vữa. Một số ví dụ thực tế đã cho thấy mức độ quan trọng và tầm ảnh hưởng của các điều kiện cấu trúc của khối đá đến hiệu quả công tác khoan phụt vữa
Hình 3.4. Giá trị độ thấm trung bình của một số loại đất và đá
Trong các loại đá rắn cứng như gneisses, granite và quartzite thường không bị phong hoá, nứt nẻ ở một độ sâu nhất định. Trong trường hợp này có thể dễ dàng thực hiện công tác khoan phụt và chèn lấp khe nứt. Các đứt đứt gẫy cục bộ, đặc biệt là các vùng trượt trong cùng loại đá gốc, có thể chứa nhiều các vật liệu nhỏ mịn và đất sét. Những vùng như vậy thường cho thấy không có khả năng thấm, nhưng nếu có những mạch nước cục bộ có thể làm khó khăn cho công tác ngăn chặn nước thấm vào hầm. Những nguồn nước không thể điều khiển được trong các mạch nước như vậy có thể rửa trôi toàn bộ vật liệu nhỏ mịn khỏi các vùng đứt gãy, kết quả là làm tăng khả năng nước
10-13 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1
K (m/s) Đất
Cát, cuội, sỏi Cát sạch
Cát bùn Bùn
Đất do băng tan Sét biển
Đá phân lớp Đá mắc ma và đá biến chất không nứt nẻ
Cát kết
Đá vôi và Đôlômít Đá mắc ma và đá biến chất nứt nẻ
Đá mắc ma có khả năng thấm
Đá vôi Karstic
Đá
- 38 -
chảy vào hầm. Những ảnh hưởng như trên còn phụ thuộc vào áp lực của nước ngầm.
Những loại đá yếu hơn như đá phân lớp, đá vôi, đá sét kết, đá cát kết và một số loại đá biến chất thường nứt nẻ và phân lớp. Đối với những loại đá này, nước ngầm có thể chảy trong các khe nứt nhỏ nên khả năng thấm của đá rất lớn. Trong trường hợp này vật liệu sử dụng để làm vữa phụt cần có các kích thước hạt khác nhau và đôi khi vật liệu còn bị nén ép xung quanh các lỗ khoan phụt.
3000 kg
L? khoan
Kích thu ? c khe n? t Giá tr? dòng ch?y Kh?i lu ? ng tiêu th?
1 1 3kg
10 1000 2997kg
Hình 3.5. Ảnh hưởng của độ thấm đến dòng vữa chảy vào khe nứt 3.3.5.2. Ảnh hưởng của công tác đào hầm đến đất đá xung quanh
Quá trình đào hầm nhất là bằng công nghệ khoan nổ mìn sẽ làm gia tăng, phát triển và mở rộng các khe nứt sẵn có của đất đá xung quanh biên hầm đến một khoảng cách nào đó. Đây chính một trong những nguyên nhân làm gia tăng khả năng nước chảy vào hầm nhất là những nơi có địa hình tương đối bằng phẳng hoặc trũng, mặt đất tự nhiên trên hầm là lớp đất hoặc thảm thực vật dày đặc có khả năng giữ nước, là sông, hồ hay Biển. Chính vì vậy cần giảm thiểu các chấn động lớn ở mức có thể trong quá trình thi công nổ mìn
Lồ khoan
Giá trị dòng chảy Giá trị dòng chảy Kích thước khe nứt
Khối lượng tiêu thụ
- 39 -
phá đá để tránh hiện tượng trên. Trường hợp thi công đường hầm trong thành phố có thể sử dụng các máy đào hầm như TBM, máy khiên đào để giam chấn động. Và đây cũng chính là cách tốt để hạn chế sự phát triển và gia tăng khe nứt tránh cho nước chảy vào hầm.
3.3.5.3. Điều khiển độ thấm của đá
Hình 3.6. Mô tả một khe nứt có độ thấm lớn
Vì lý do thời gian liên quan đến giá thành và công tác khoan phụt vữa phải bao phủ được đường hầm một cách thích hợp cần các lỗ khoan (10 đến 30m) và vữa phải được bơm thông qua một cái nút ở gần miệng lỗ khoan. Với chiều dài lỗ khoan như vậy sẽ có độ thấm dọc theo lỗ khoan, đôi khi giá trị này có thể đạt cực trị.
Bắt đầu sử dụng loại vữa có tỉ số Nước/Xi = 3, chỉ với áp lực nhỏ có thể bơm được dòng vữa lớn và giả thiết là 90% dòng vữa chảy vào khe nứt lớn nhất. Tiếp theo giảm tỉ số nước/xi nhưng không tăng áp lực bơm. Có thể giả thiết rằng sau khoảng 3,5 giờ bơm 4000kg xi măng và đạt được áp lực lớn nhất cho phép (theo điều kiện cụ thể), có thể xảy ra các tình huống sau:
Mặt đất Bơm vữa
Nút lỗ khoan
- 40 -
- Xi măng xâm nhập vào khe nứt lớn nhất đến khoảng cách lớn nhất là 350m từ lỗ khoan.
- Áp lực bơm vữa tăng một cách từ từ, đặc biệt trong giai đoạn cuối của quá trình bơm.
- Vữa thấm vào các khe nứt nhỏ và trung bình với tỉ lệ mm. Điều này có nguyên nhân bởi áp lực bơm thấp trong một khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, khi áp lực bơm cuối cùng tăng lên, vữa có tỉ lệ Nước/Xi thấp và độ nhớt cao nên khả năng thấm kém.
- Một số vữa bơm bị tách thành phần còn lại ở lỗ khoan.