CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO ỔN ðỊNH CÔNG TRÌNH KHI ðÀO HẦM QUA VÙNG ðẤT PHAY PHÁ VÒ NHÀU
3.5. Phương phỏp ủào hầm mới của Áo (NATM) [7]
3.3.2. Nguyên lý cơ bản của ph−ơng pháp NATM
Để hiểu đ−ợc bản chất lý luận của NATM, Mueller đl tổng hợp thành 21 nguyên lý cơ bản của NATM, cụ thể là:
1. Bộ phận chịu tải chính của kết cấu công trình ngầm là khối đá.
2. Để cho khối đá tiếp nhận các tác động do quá trình biến đổi vật chất (phân bố lại ứng suất) do thi công xây dựng công trình ngầm, cần thiết phải giữ gìn khối
Mặt cắt dọc neo hệ thống
®−êng dèc,
đổi bên
Mặt cắt A-A Mặt cắt B-B
Mặt cắt C-C
khung thép tổ hợp thép cừ l−íi thÐp
bê tông phun
đá ở trạng thái không mất đi độ bền nguyên thuỷ (ban đầu) (hoặc chỉ suy giảm ở mức độ nhỏ tối thiểu).
3. Vì khối đá tiếp nhận biến dạng giảm tải (dln nở) kém hơn là chất tải thêm, cho nên cần thiết phải loại trừ các trạng thái ứng suất hai trục và đơn trục.
4. Phù hợp với các yêu cầu trên, nên các thành phần biến dạng của khối đá một mặt chỉ đ−ợc phép phát triển ở chừng mực sao cho các “phản ứng“ chống lại trạng thái biến dạng ở khu vực xung quanh công trình ngầm đ−ợc huy động, để hình thành
“vùng bảo vệ” quanh khoảng trống và ngăn chặn dịch chuyển của khối đá về phía khoảng trống. Mặt khác dịch chuyển của khối đá cần phải đ−ợc hạn chế ở mức giới hạn sao cho cường độ và mức độ phát triển của nó không hình thành vùng tơi rời do quá tải và nhờ vậy không gây ra giảm bền và tổn hại đến khả năng chịu tải của vùng khối đá trên biên.
5. Để đạt đ−ợc mục tiêu này thì kết cấu bảo vệ và chống giữ tạm đ−ợc sử dụng.
Chức năng của nó là phải điều chỉnh biến dạng của khối đá thông qua sự hình thành phản lực trong kết cấu hoặc phát triển kháng lực tích cực theo ý nghĩa trên. Nó không phải tiếp nhận những gì do khối đá giảm bền gây nên, mà cơ bản là có nhiệm vụ đảm bảo giữ khối đá ở trạng thái có khả năng mang tải, chống lại hiện t−ợng tơi rời và giảm bền.
6. Để đáp ứng mục tiêu này một cách tối −u, kết cấu chống cần đ−ợc “lắp dựng” đúng thời điểm, nghĩa là không phải là nhanh nhất nh− có thể, mà là không quá sớm và cũng không quá muộn, nhằm tạo ra các tác động thuận lợi. Thời gian cần có để khối đá biến dạng (trước và sau khi lắp dựng kết cấu chống) được lựa chọn và tận dụng sao cho phản lực của kết cấu chống đủ phát triển trước khi xuất hiện hiện t−ợng giảm bền, nh−ng vẫn hỗ trợ sự hình thành vùng bảo vệ.
7. Để đạt đ−ợc điều đó phải chú ý đến yếu tố biến dạng theo thời gian, đặc thù của từng loại khối đá và phải có các nhận định, đánh giá đúng đắn theo đặc
điểm này.
8.Phục vụ nguyên lý trên một mặt là các thí nghiệm trước đó trong khối đá và mặt khác là công tác đo dịch chuyển và biến dạng trong quá trình thi công.
9. Để bảo vệ khối đá, cơ bản là sử dụng bê tông phun do khả năng đảm bảo liên kết cần thiết và đều khắp cũng nh− phản ứng tác dụng tăng theo thời gian (nhờ đặc
tính mềm dẻo, linh hoạt), th−ờng kết hợp với neo và l−ới bảo vệ, cũng nh− với khung thép. Nó không hoạt động theo ý nghĩa của một vỏ mang tải, mà cơ bản nh− là một bộ phận liên kết chốt giữ trong một kết cấu tổng thể bao gồm bê tông, thép và khối
đá. Trong nhiều loại khối đá chỉ cần sử dụng các hệ thống bảo vệ riêng rẽ nh− bê tông phun với khung chống, có hoặc không có neo, không có khung chống cũng nh−
riêng bê tông phun, neo.
10.Vỏ bê tông phun rất thích ứng về chức năng tĩnh học, không chú ý đến sự liên kết với khối đá, nhờ các tính chất biến dạng và tính chất bền của nó trong tổng thể kết cấu đ−ợc lắp dựng, ở dạng vỏ mỏng dễ uốn. Sự suy giảm của ứng suất uốn, trong trạng thái biến dạng đầu tiên huy động phản lực của vỏ chống, đ−ợc hình thành nhờ biểu hiện dẻo cũng nh− từ biến của vỏ và hỗn hợp thích hợp của bê tông phun.
11.T−ơng ứng với quan điểm xem công trình ngầm nh− là một ống dày, phần kết cấu nền đ−ợc lắp ghép để đảm bảo vỏ bê tông phun nhận tải theo chức năng tĩnh học.
12. Lớp vỏ ngoài (trong trường hợp nhất định cấu thành với kết cấu neo) có thể
đ−ợc xem là bộ phận của kết cấu tổng thể, chừng nào chúng không bị phá huỷ do ăn mòn hoặc đòi hỏi phải bảo vệ chống ăn mòn.
13. Khoảng thời gian xảy ra các quá trình đó đ−ợc gọi là thời gian khép liền kết cấu nền là yếu tố cơ bản trong thi công và trong những điều kiện địa chất phức tạp cho việc phân tích (dự đoán nhờ vào những thử nghiệm tr−ớc khi tiến hành thi công và
đ−ợc kiểm chứng và điều chỉnh nhờ kết quả đo đạc trong quá trình thi công).
14. Hình dạng của đường hầm phải chú ý đến việc xem kết cấu là một ống kín về mặt tĩnh học, do vậy −u tiên sử dụng tiết diện trơn chu - hình tròn hay hình ôvan, loại trừ tập trung ứng suất tại các góc có bán kính cong nhỏ. Do vậy không mở rộng vai vòm và không sử dụng kết cấu đế móng rộng.
15. Để hạn chế số l−ợt các quá trình phân bố lại ứng suất và sự giao cắt của các
“vỏ bảo vệ”, nên cố gắng thi công đào với ít công đoạn và −u tiên đào toàn tiết diện hoặc thi công toàn tiết diện với phần vòm tiến tr−ớc.
16. Để tăng cường mức độ an toàn và để lắp dựng một lớp ngăn cách nước cần có một lớp vỏ thứ hai cũng đủ mảnh, liên kết nhờ chịu tải (không bằng liên kết ma sát hoặc chịu cắt (chống tr−ợt)) và không chịu ứng suất uốn.
17. Lớp vỏ trong và vỏ ngoài được tăng cường nhờ đặt cốt, khung thép hình vòm hoặc đặt cốt cho lớp bê tông phun. Trong nhiều trường hợp cũng thực hiện bằng cách tăng mật độ và chiều dài neo.
18. Khi có nhận định phải tăng tính ổn định hoặc độ ổn định cho kết cấu tổng thể, thì cần thiết phải tăng c−ờng hoặc giảm chiều dài, chiều dày của kết cấu đ−ợc khẳng định; việc phân tích dựa vào kết quả đo dịch chuyển và hội tụ của công trình.
19. Để xác định kích thước của lớp vỏ ngoài phải tiến hành đo ứng suất trong bê tông và ứng suất tiếp xúc giữa lớp vỏ và khối đá.
20. Nếu lớp ngoài đl đ−ợc tính toán đủ khỏe thì lớp trong đ−ợc thiết kế với vai trò dự trữ bền. Còn nếu lớp ngoài có cấu tạo yếu hoặc phải tính đến khả năng bị han rỉ trong quá trình sử dụng thì lớp trong đ−ợc tính toán không chỉ để đảm bảo dự trữ
bền mà phải có chức năng đảm bảo ổn định cả hệ thống.
21. Để chống lại áp lực nước từ phía ngoài và áp lực nước do chuyển động dòng trong khối đá thì trong lớp vỏ ngoài và nhiều khi cả ở lớp vỏ trong phải bố trí các ống nhận n−ớc và hệ thống thoát n−ớc.
Nhận xét chương 3
Tỏc giả luận văn ủó tổng hợp cỏc biện phỏp kĩ thuật nõng cao ổn ủịnh cụng trỡnh khi ủào hầm qua vựng ủất phay phỏ vũ nhàu ủó và ủang ỏp dụng trờn thế giới và trong nước. Những biện pháp này có tính khả thi cao dễ áp dụng:
-Giải pháp thoát nước và gia cố vùng phay phá khi có chứa nước -Giải phỏp ủúng băng nhõn tạo
-Giải pháp tạo ô vòm tiến trước ( gia cố nóc, chèn nhói) -Giải phỏp gia cố gương ủào bằng bơm ộp vữa
-Sử dụng cụng nghệ ủào hầm mới của Áo (NATM)
Những biện phỏp này ủó ỏp dụng thành cụng bước ủầu tại mỏ than Mạo Khờ ( bơm ép vữa) và tại cửa hầm phắa Nam hầm đèo Hải Vân ( NATM) .
Việc ỏp dụng cỏc giải phỏp trờn sẽ căn cứ theo ủiều kiện ủịa chất ủịa hỡnh của khu vực ủường hầm bị phay phỏ, mức ủộ nguy hại, khả năng huy ủộng thiết bị của ủơn vị thi cụng.
Có những trường hợp phải áp dụng kết hợp hai hoặc nhiều giải pháp thi công hầm khác nhau.
CH−ơng 4
Các giảI pháp cần thiết nhằm hạn chế rủi ro khi thi công hầm qua vùng đất phay phá vò nhàu
Phòng ngừa không để sự cố xảy ra thực chất là áp dụng các biện pháp cần thiết
để ngăn không cho kết cấu công trình bị phá hủy, khối đất, đá xung quanh công trình không bị sụt lở.
Để phòng ngừa sự cố trong thi công CTN, hiệu quả nhất là tiến hành các biện pháp mang tính chủ động để giảm thiểu khả năng xảy ra sự cố cũng nh− mức độ tác
động của nó khi xảy ra. Nói cách khác, cần phải đảm bảo chất l−ợng của các tất cả
công việc liên quan đến dự án.
Từ các dạng sự cố, nguyên nhân dẫn tới sự cố đl tổng hợp và phân tích cho thấy để phòng ngừa sự cố cần tập trung vào các nhóm giải pháp:[9]
• Thăm dò, điều tra, khảo sát điều kiện khối đất khu vực thi công CTN đầy
đủ, chính xác
• Quy hoạch, thiết kế hệ thống CTN phù hợp với điều kiện thực tế
• Thiết kế kết cấu CTN có chú ý tới tất cả các yếu tố có thể tác động tới công trình trong quá trình thi công và sử dụng;
• Lựa chọn biện pháp thi công và cách thức thực hiện phù hợp, đảm bảo chất l−ợng;
• Nâng cao chất l−ợng công tác chuẩn bị hồ sơ mời thầu và đấu thầu.
• Quan trắc, đánh giá ổn định CTN và các công trình bề mặt trong suốt thời gian thực hiện dự án;
• Sử dụng hệ thống quản lý, kiểm soát rủi ro, quản lý chất l−ợng nh− là một phần của dự án.
• Nâng cao năng lực đội ngũ cán bộ tham gia thực hiện dự án.