2.2.1.1. Khung chống gỗ.
a- Điều kiện sử dụng.
Khung chống bằng gỗ đ−ợc sử dụng để chống các công trình ngầm với áp lực đất đá không lớn, thời gian phục vụ ngắn (không v−ợt quá 2 -:- 3 năm) vμ không v−ợt quá 5 đến 7 năm khi gỗ đ−ợc ngâm tẩm. Khung chống gỗ đ−ợc sử dụng rộng rãi để chống các công trình ngầm chuẩn bị vμ khai thác của các mỏ than, mỏ quặng.
Khung chống gỗ có các −u điểm:
• Vật liệu gỗ sẵn có trong tự nhiên (dễ tìm, dễ cung cấp). • Dễ gia công chế tạo các cấu kiện của vỏ chống.
• Thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt trong công trình.
• Có khả năng biến dạng lớn nên có thể ngăn ngừa hiện t−ợng sụt lở của công trình ngầm
Nh−ợc điểm của khung chống gỗ :
• Tuổi thọ kết cấu chống gỗ thấp (đặc biệt trong các công trình ngầm thông gió) do gỗ dễ mối mọt, nấm vμ dễ cháỵ
• Khả năng mang tải không lớn.
• Không đủ độ bền khi áp lực đất đá lớn.
• Khó tạo cho công trình có tiết diện ngang hợp lý (hình vòm cong có độ linh hoạt đủ lớn).
b- Cấu tạọ
Kết cấu chống bằng gỗ để chống giữ các công trình ngầm nằm ngang th−ờng lμ dạng khung chống hở tạo nên từ ba cấu kiện mang tải cơ bản (hình 2-1): xμ nóc (1), hai cột hông (2). Xμ vμ cột th−ờng lμm bằng gỗ tròn φ16 - φ30. Cột th−ờng đặt nghiêng một góc α = 80 - 850 so với ph−ơng ngang để tăng c−ờng khả năng chịu áp lực hông. Thông th−ờng khi đμo, tiết diện ngang của công trình ngầm không đúng với kích th−ớc thiết kế cho nên ta phải đóng nêm định vị (4) ở đầu xμ vμ đầu cột để định vị khung chống thật chắc chắn.
Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất đá vμ khoảng cách giữa các khung chống mμ bên ngoμi khung chống phải có chèn. Chèn vừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vμo công trình đảm bảo an toμn cho
ng−ời vμ thiết bị, vừa có tác dụng lμm cho áp lực đất đá tác dụng đều lên kết câu chịu lực (xμ vμ cột). Việc chèn dầy hay th−a đều phải căn cứ vμo tình trạng thực tế của đất đá khi thi công CTN: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục bộ thì nhất thiết phải chèn khít, tr−ờng hợp ng−ợc lại có thể chèn th−ạ Tuy nhiên khi chèn khít cũng nh− khi chèn th−a đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa lμ không để lại khoảng trống giữa đất đá xung quanh với vật liệu chèn. Vật liệu chèn th−ờng lμ gỗ bổ, ván gỗ, v..v...
Phụ thuộc vμo các tính chất cơ lý của đất đá vμ khả năng mang tải của khung chống mμ khoảng cách giữa các khung chống có thể thay đổị Khoảng cách nμy th−ờng bằng 0,5 đến 1m.
Văng dùng để giữ cố định khoảng cách giữa các khung chống theo ph−ơng dọc trục công trình, chống lại tác dụng xô đổ khung chống khi nổ mìn. Văng th−ờng lμm bằng vật liệu gỗ tròn φ10 - φ14 (cm).
Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo ph−ơng dọc trục công trình. Giằng th−ờng lμm bằng gỗ φ10 - φ14 (cm), giằng th−ờng đ−ợc giữ vμo cột nhờ đinh đỉạ
Cột đ−ợc chôn vμo lỗ chân cột đμo trong đất đá nền công trình. Tuỳ theo đất đá mềm yếu hay cứng mμ lỗ chân cột đ−ợc đμo sâu hay nông. Trong đất đá kiên cố vμ trung bình lỗ chân cột th−ờng đ−ợc đμo sâu 10 - 25cm với mục đích giữ cho chân cột khỏi bị bật ra khi khung chống chịu áp lực đất đá. ở phía có rãnh n−ớc, lỗ chân cột phải đμo sâu hơn đáy rãnh n−ớc 10 - 15cm để chân cột không phá huỷ đáy rãnh n−ớc. Để tạo độ linh hoạt xác định nμo đó cho kết cấu chống gỗ, chân cột th−ờng đ−ợc đẽo nhọn d−ới dạng hình chóp hoặc hình nêm.
Kết cấu chống gỗ dạng hở th−ờng có dạng hình thang (hình 2-1a) vì nó cho phép giảm chiều dμi xμ nóc (lμm việc ở chế độ chịu uốn) xuống 15 ~ 20%. Do mômen uốn tỷ lệ thuận với bình ph−ơng chiều dμi xμ nên giải pháp nμy mang lại hiệu quả lớn. Trong tr−ờng hợp áp lực nền lớn cần phải dùng thêm cấu kiện mang tải thứ t− lμ dầm đáỵ Kết quả sẽ tạo nên khung chống kín nh− hình vẽ (hình 2-1b).
Ngoμi những dạng kết cấu chống gỗ đối xứng tiêu chuẩn nh− hình thang hở, chữ nhật khép kín, tuỳ thuộc vμo điều kiện địa chất, thế nằm của vỉa khoáng sản, góc nghiêng của lớp đá nóc mμ có thể sử dụng các dạng kết cấu chống gỗ không đối xứng. Khi vỉa thoải (góc dốc < 120) vμ lớp đá nóc bền vững - liền khối (cát kết, sét kết) thì các công trình ngầm dọc vỉa nên đ−ợc chống giữ bằng kết cấu chống gỗ với xμ nóc nghiêng (hình 2-1c) còn khi công trình ngầm đμo dọc vỉa dốc (lớn hơn 700) thì nên lắp dựng một phía cột chống nghiêng theo vách treo của vỉa (hình 2-1d). Trong cả hai tr−ờng hợp cần cố gắng tận dụng khả năng mang tải của lớp đá nóc vỉạ Ngoμi ra, tuỳ theo điều kiện, đặc điểm thế nằm của vỉa mμ có thể áp dụng một số dạng kết cấu chống gỗ hợp lý khác
Liên kết giữa các cấu kiện của khung chống gỗ phải đảm bảo tính vững chắc trong liên kết, không lμm giảm yếu quá nhiều khả năng chịu lực của khung chống, đơn giản dễ thi công lắp ghép, phân bố lực đồng đều lên cấu kiện. Nếu khung chống gỗ chịu tải trọng chủ yếu từ phía nóc công trình nên sử dụng mối nối dạng mộng thang hay mộng xiên (hình 2-2a vμ 2-2b). Khi áp lực hông lớn, nên áp dụng khớp nối dạng hình 2-2c. Lúc nμy cột chịu lực trên toμn tiết diện, còn xμ nóc ít chịu lực hơn. Khi tiến
hμnh sửa chữa công trình ngầm hoặc trong các kết cấu chống gỗ tạm thời có thể sử dụng khớp nối dạng khe (hình 2-2d). Cột chống liên kết với dầm đáy nhờ mộng nối (hình 2-2e) hoặc mộng khớp (hình 2-2g).
Trong tr−ờng hợp áp lực nóc quá lớn, khung chống bình th−ờng không đủ khả năng mang tải, ta phải dùng các khung chống tăng sức nh− hình 2-3.
Ph−ơng pháp t−ơng đối hữu hiệu vμ đơn giản để tăng sức cho kết cấu chống gỗ lμ biện pháp sử dụng cột chống gia c−ờng (hình 2-3a). Nếu quá trình lắp dựng cột đ−ợc thực hiện tốt thì khả năng mang tải của xμ nóc có thể tăng lên 3 ~ 4 lần. Tuy nhiên việc lắp dựng cột gia c−ờng sẽ cản trở hoạt động bình th−ờng trong công trình ngầm nên trong nhiều tr−ờng hợp không thể áp dụng đ−ợc. Để thay thế có thể áp dụng ph−ơng pháp giằng xiên - dầm dọc (hình 2-3b). Trong tr−ờng hợp xμ nóc có chiều dμi lớn có thể sử dụng khung gia c−ờng “giằng xiên - dầm dọc - giằng ngang - dầm dọc - giằng xiên” (hình 2-3c). Trên hình 2-3d giới thiệu khung chống gia c−ờng kết cấu dạng kín. Dạng kết cấu nμy đòi hỏi chi phí vật liệu chống lớn vμ tính phức tạp cao trong quá trình lắp đặt. Ngoμi ra, khung chống gia c−ờng sẽ lμm giảm tiết diện sử dụng của công trình ngầm, giảm khả năng thông qua vμ vận tải trong công trình ngầm.
c - Ph−ơng h−ớng tính toán:
Sơ đồ bài toán khung chống hình thang.
qn q1 q2 q1 q 2 VB hB VA hA B A C D hD b 2a C VC hC VD α
Sơ đồ tính toán kết cấu chống dạng hình thang. Đ−a về tải trọng phân bố đều bằng cách thay qs =
2
21 q 1 q q +
ta đ−a về dạng tải trọng phân bố đều thuần thúy theo sơ đồ sau :
Xác định phản lực gối tựạ
Tại A, B, C, D đ−ợc coi nh− các khớp vì vậy có hai thμnh phần nội lực lμ phản lực theo ph−ơng thẳng đứng vμ theo ph−ơng nằm ngang nh− hình vẽ
qnD hD