BẢI GIẢNG AN TOÀN VÀ VỆ SINH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM,PGS TS KS LÊ KIỀU

AN TO N V Vệ SINH
TRONG QUá TRìNH THI CÔNG
CÔNG TRìNH NGầM
Ngời soạn : PGS Lê Kiều
Trờng Đại học Kiến trúc Hà nội
CHNG 1: TNG QUAN V AN TON V V SINH TRONG THI
CễNG CễNG TRèNH NGM
1.1 S phỏt trin cụng trỡnh ngm trờn Th Gii
Thi xa xa con ngi ó bit o cỏc hm c bit khai thỏc qung m
v than ỏ. Ngi La Mó ó xõy dng ng hm ngm thu li n nay vn
cũn tt. Tỏc phm u tiờn vit v xõy dng cỏc ng hm l cun De la
mộtallica do mt ngi c Georg Bawer vit v xut bn vo nm 1556. Cụng
trỡnh ngm hin i u tiờn l ng hm Malpas, di 155 m c xõy dng t
nm 1676 n nm 1681 cho kờnh o Mdi Phỏp [11].
n th k th XIX, c bit vo th k XX, do yờu cu m giao thong
ng b, ng thu, ng st v giao thụng thnh ph mi phỏt trin mnh
m, nht l giao thụng hm ng b, ng thu, ng st hm cho tu in
ngm.
Hm ng b Simplon qua dóy nỳi Alpes-Penins nm gia Valacs (Thy
S) v Piemonte (í) di 19.730m cao 2.009m. ú l ng hm trờn nỳi
cao c xõy dng sm nht v di nht trờn th gii vo thi ú.
Vo th k XX cỏc th ụ ln trờn th gii ó xõy dng mng li tu
in ngm ụ th hin i c bit, Moskva.
Trung Quc, sau ngy gii phúng 1949 n nay ó xõy dng hn
4000km hm ng st di vo loi nht th gii .
Nm 1995 Trung Quc ó xay dng hm ng b Tn Lnh di 19,45
km ó to mt bc t phỏ mi v k thut xõy dng trong nc.
Vo cui th k XX k thut xõy dng hm ngm qua sụng, qua eo bin
t bc phỏt trin mi ó cú nhiu phng phỏp thi cụng hu hiu. Nm 1984,
Nht Bn ó xõy dng ng hm Thanh Hm xuyờn qua eo bin Tõn Hi Hip
di 53,85 km. Nm 1991, nc Anh v nc Phỏp hp tỏc xõy dng ng hm

xuyờn qua eo bin Manche ni lin nc Anh v Phỏp di 50 km (trong ú cú
37,5 km nm sõu cỏch mt nc bin khong 100 met,
1
Hình 1.1: Hầm ngầm qua eo biển Manche giữa nước Anh và nước Pháp
1.2 Sự phát triển công trình ngầm ở Việt Nam.
Vấn đề khai thác, sử dụng hiệu quả không gian ngầm đô thị và xây dựng
các công trình ngầm đô thị đang thu hút sự chú ý không chỉ giới chuyên môn mà
là còn mối quan tâm của các nhà lãnh đạo các thành phố lớn và các cơ quan
quản lý cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị.
Trước cách mạng tháng Tám 1945 ở Việt Nam năm 1930 đã xây dựng
hầm giao thông thuỷ Rú Cóc (ở xã Nam Sơn huyện Anh sơn tỉnh Nghệ An ).
Hầm ngầm xuyên qua núi giúp cho thuyền bè đi lại từ phía thượng lưu xuống hạ
lưu sông Lam để tránh đi qua đập nước Đô Lương. Ngành đường sắt có vài hầm
ngầm ở miền Trung mà điển hình là hầm Phước Tượng trên đèo Hải Vân thuộc
địa phận thừa Thiên Huế [11].
Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hàm được xây dựng nhiều song
chủ yếu là hầm ngắn nằm trong núi phục vụ quốc phòng làm kho tàng hay công sự.
Ở tỉnh Quảng Ninh hầm lò được xây dựng khá nhiều song chủ yếu là hầm
phục vụ khai thác than.
Sau ngày thống nhất đất nước năm 1975, nước ta mở đầu xây dựng hầm
Dốc Xây trên quốc lộ ra ở phía Nam tỉnh Ninh Bình dài khoảng 100m. Trong
công cuộc xây dựng đất nước hiện đại quy mô hiện nay, nước ta đã xây dựng
xong hầm đường bộ qua đèo Hải Vân dài 6km, đường hầm này đã rút ngắn thời
gian qua đèo từ 1 giờ xuống khoảng 15 phút; giao thông Nam Bắc đã rất nhanh
chóng và an toàn. Tháng 5/2002 ta đã khánh thành hầm Aroàng I trên đường Hồ
Chí Minh dài 453m và tiếp tục xây dựng hầm Aroàng II [11]. Dự án xây dựng
tuyến tầu điện trên cao kết hợp đi ngầm theo hướng Tây - Đông ( Nhổn - Bắc
Cổ) tại Hà Nội và các dự án 4 tuyến metrô, tổng cộng gần 50 km, dự án khu
thương mại dịch vụ kết hợp bãi đỗ xe ngầm Lê Văn Tám, tại Thành phố Hồ Chí
Minh. Dự án xây dựng đường hầm Thủ Thiêm qua sông Sài Gòn đã được khởi

công vào tháng 11/2005 cũng được xem là mốc khởi đầu cho công cuộc xây dựng
ngầm của không chỉ Thành phố Hồ Chí Minh mà còn của cả nước [14].
2
Trong tương lai không xa hầm và công trình ngầm ở đất nước ta sẽ có
bước phát triển mới rất to lớn khi các tuyến đường giao thông phải đi vào các
vùng đối núi hiểm trở hoặc vùng đô thị lớn.
1.3. Một số công nghệ thi công đường hầm.
1.3.l Đào hầm bằng phương pháp truyền thống
Phương pháp mỏ là phương pháp truyền thống được áp dụng sớm nhất để
xây dựng hầm. Tuỳ theo tình hình địa chất cụ thể, người ta có thể thực hiện đào
hầm theo các cách khác nhau.
Trong đất đá cứng chắc có thể tiến hành đào toàn tiết diện mà không cần
chống đỡ. Phương pháp mỏ tuy ra đời đã lâu nhưng vẫn không mất đi vị trí của
nó trong thời đại ngày nay, nó là phương pháp chủ lực được áp dụng để xây
dựng hầm trong các tầng đá cứng chắc ổn định, đặc biệt là các hầm qua núi.
Trong đất đá mềm yếu, phương pháp mỏ vẫn có thể để áp dụng tuy nhiên
trong trường hợp này ưu thế (như về giá thành, tiến độ, khả năng cơ giới hoá thi
công …) thường nghiêng về các phương pháp khác. Vì vậy ngày nay trong đất
yếu thông thường chi sử dụng phương pháp mỏ để xây dựng các hầm hoặc các
đoạn hầm ngắn (không quá 300m) khi mà các phương pháp khác trở nên không
kinh tế. Theo phương pháp này người ta tiến hành đào hang, chống đỡ tạm vách
hang và sau đó xây dựng vỏ hầm.
Có nhiều biện pháp thi công hầm theo phương pháp truyền thống, tùy theo
điều kiện địa chất người ta có thể áp dụng các phương pháp thi công tác nhau.
Hình 1.3.1 : Trình tự đào hầm theo các phương pháp khác nhau
a- Phương pháp đào toàn tiết diện; b- Phương pháp bậc thang;
c- Phương pháp vòm trước tường sau; d- Phương pháp nhân đỡ;
e- Phương pháp phân mảnh đào toàn tiết diện
Trong điều kiện địa chất tốt có hệ số kiên cố f≥4, có thể tiến hành thi công -
đào toàn tiết diện (hình l.3.la) hoặc đào bằng phương pháp bậc thang (hình 1 3.l b).

Trong đất đá yếu (f≤4) đòi hỏi phải chống đỡ nhanh phần không gian vừa
tạo nên. Các phương pháp đào từng bộ phận: phương pháp nhân đỡ, phương
pháp vòm trước tường sau (hình 1.3.1 c, d, e) thường được sử dụng để thi công
3
các hầm cho chiều dài ngắn (nhỏ hơn 300m) hoặc đoạn tuyến nằm trong đá yếu
cũng như trong các vùng đá nứt nẻ mạnh có độ cứng f
k
= 1-4.
Để đào hầm theo từng bộ phận, đầu tiên người ta tiến hành hang dẫn (có
thể là một hang dẫn hoặc hai hang dẫn) sau đó tiến hành đào mở rộng toàn bộ
tiết diện và xây vỏ.hầm theo thứ tự như ghi trên hình vẽ 1.3.1. Trong quá trình
đào đất đá phải khẩn trương chống đỡ, bảo vệ vách hầm. Chống đỡ hầm được
thực hiện nhờ các vì chống tạm thời.
Vì chống tạm thời là một kết cấu được lắp dựng ngay sau khi đào đất đá,
nó có tác dụng tạm thời bảo vệ, giữ tim mái vòm và thành bên của khoang đào,
tránh những sập lở trong thời gian thi công.
Hình thức cấu tạo của vì chống tạm thời phải phù hợp với phương pháp
thi công và tình hình địa chất. Vì chống tạm thời phải có đủ cường độ và độ ổn
định để chịu được áp lực của đất đá ở trên, ngăn ngừa được biến dạng của mặt
cắt khoang đào, tránh được sụt lở đất đá.
Vì chống phải có kết cấu đơn giản và thuận tiện, dễ dàng tháo lắp tại chỗ.
Vì chống cũng phải được tiêu chuẩn hoá để có thể dùng được ở nhiều nơi, nhiều
lấn và có thể thay thế lẫn nhau. Ngoài ra vì chống sau khi lắp đặt phải không
được chiếm quá nhiều khoảng không bên trong khoang đào.
Trong những năm gần đây, vì chống gỗ đã được thay thế bằng vì chống
thép; vì chống neo và bê tông phun có dạng như hình vẽ.
Hình 1 3.2: Vì chống áp (a): vì chống neo và bê tông phun (b).
Nhận xét: Đào hầm bằng cách chia nhỏ tiết diện, kết hợp sử dụng vì
chống tạm thời là phương pháp đào hầm truyền thống đã từng được áp dụng
rộng rãi. Việc chia nhỏ, đào từng bộ phận làm tăng tính ổn định tương đối của

đất đá xung quanh hang đào và dễ dàng thực hiện che chống cục bộ. Đào từng
bộ phận nên mặt bằng công tác bị thu hẹp, các dây chuyền cản trở lẫn nhau, khó
khăn cho việc cơ giới hoá, công tác đào hầm bằng thủ công vất vả nặng nhọc,
tiến độ thi công chậm, hiệu quả kinh tế thấp.
1.3.2.Phương pháp đào mở thi công công trình ngầm
Phương pháp đào mở là những biện pháp hay dùng để thi công những
công trình ngầm đặt nông
4
Ưu điểm : Phương pháp đào mở có thể sử dụng máy làm đất và các máy
thi công khác nhau với mức độ cơ giới hoá cao có thể thi công sát với tường
ngoài của công trình hiện hữu, thi công chống thấm còng trình ngầm đơn giản
hơn và có chất lượng hơn.
Nhược điểm :
- Chiếm không gian, ồn ào và để gây ách tắc giao thông.
- Vạch tuyến khó khăn và bị gò bó.
- Nhiều phát sinh trong quá trình thi công dấn tới phá vỡ tiến độ thi công
dự kiến và tăng vốn đầu tư.
- Chuyển vị lớn các công trình lân cận hiện hữu.
- Các vấn đề liên quan đến kinh tế - xã hội như di dân giải phóng mặt bằng
dành không gian phục vụ xây dụng, tổ chức lại các tuyến giao thông,… là các vấn
đề luôn luôn nan giải khó giải quyết nhanh gọn để thi công đúng thời hạn.
* Một số phương pháp chống giữ hố đào thi cóng công trình ngầm .
- Thi công công trình ngầm trong các hố đào mở cho các công trình dân
dụng và công nghiệp thường gồm 2 giai đoạn chính.
- Giai đoạn 1 : Thi công tường chắn, đào đất, chống giữ tường theo trình
tự đào che đến đáy hố đào của công trình.
- Giai đoạn 2: Thi công công trình ngầm (theo phương pháp truyền thống)
bắt đầu từ đáy lên trên song song vời tháo dỡ dần các kết cấu chống đỡ tạm cùng
với việc chèn lấp để chung quanh và trên não công trình ngầm. Khi công
trình nắm được thi công theo phương pháp từ trên xuống, hệ thanh chống được

thay thế bằng các sàn tầng hầm từ đỉnh đến đáy cùng với việc đào sâu dần cho
đến đáy hố đào. Theo phường pháp này, tường chắn hố đào sẽ được thiết kế như
là một bộ phận của kết cấu công trình ngầm.
a) Chống giữ tạm hố đào bằng trụ cứng và bản cọc thép:
Tường trụ cứng
Khi đáy của công trình ngầm không sâu như các colectơ kỹ thuật, đường
vượt ngắn trong các đố thị, tầng hầm (khoảng 1-2 tầng) của nhà cao tầng hay
một số tuy nen kỹ thuật hoặc kho chứa nguyên liệu thô trong các nhà máy,
tường trụ có bưng gỗ hoặc cọc bản thép có thể dễ sử dụng để thi công chống giữ
thành hố móng trong vùng có mấy độ xây dựng cao.
Cọc b¶n thép
Cọc bản thép thường được dùng làm tường cừ cho các hố đào sâu (không
quá 11m) để thi công một số công trình dân dụng và công nghiệp.
Độ cứng của cọc bản thép phải được lựa chọn thích hợp tuỳ theo loại đất
bị xuyên qua để chịu được áp lực đất, nước và ứng suất phát sinh khi hạ.
Để giữ ổn định tường cừ bản thép thường được sử dụng một số phương
pháp như neo đất, hệ thanh chống ngang cớ hoặc không có trụ đỡ trung gian tuỳ
theo bề rộng hố móng và cũng có thể dùng hệ các thanh chống xiên tỳ lên đảo
trung tâm (móng hoặc đầu cọc).
Giữ hố đào bằng cọc khoan nhồi hoặc cọc xi măng đất.
Loại tường này thường gồm các cọc khoan nhồi đặt sát hoặc cách nhau
(có thể tới 1m) hoặc can nhiều với nhau nếu có công nghệ thi công nhiều cọc
5
đồng thời để tạo thành một tường liên tục. Khi xây chèn trong khu vực đô thị có
mật độ xây dựng cao, loại tường này cho phép thi công sát gần với công trình
hiện hữu và chúng thích hợp cho nhiều loại đất nền khác nhau. Nhược điểm của
loại tường này là không ngăn được nước và để khắc phục có thể bố trí thêm các
cọc xi măng - đất giữa các cọc khoan nhồi hoặc làm thành một hàng ngoài
chống thấm. Công nghệ khoan hiện nay cho phép thi công các cọc với kích
thước rất đa dạng. Khoan guồng xoắn CFA tạo ra các cọc có đường kính 300,

450, 600, 700 mm. Máy khoan Benoto có thể thi công cọc đến 880, 1080, 1180
mm còn máy khoan BG của hãng Bauer có thể 600-1500mm. Độ sâu cọc hiện
nay đã vượt quá 30-40m.
Cọc xi măng - đất cũng có thể sử dụng làm tường cho một số công trình
đô thị đơn giản hoặc cho các công trình ngầm đô thị có độ sâu không lớn . Cọc
xi măng-đất cũng có thể thi công theo phương pháp mới hiện đại là phương
pháp trộn sâu và phương pháp phun ép vữa áp lực cao.
Chống giữ hố đào bằng tường BTCT liên tục.
Tường liên tục BTCT đỗ tại chỗ cho độ cứng rất lớn và khi kết hợp với neo
đất sẽ tạo thành trong đất một loại công trình ngầm rất ổn định vì thế loại tường này
thường được sử dụng làm tường ngoài cho nhiều loại công trình ngầm như tầng
hầm các nhà cao tầng, cho các nhà ga tầu điện ngầm, cho các giữa ô tô ngầm .
Tường liên tục BTCR đúc sẵn : Yêu cầu kỹ thuật quan trọng của tường
BTCT đúc sẵn - lắp ghép là sự liên tục của công nghệ, tuân thủ nghiêm ngặt tiến độ
nhằm đảm bảo chất lượng các mối nối. Các điểm nhấn mạnh của công nghệ này là:
- Giảm thiểu tính phức tạp của quá trình thi công hiện trường, tiến độ thi
công nhanh, thường lắp ghép theo trình tự tấm 1 và 2 trước, còn tấm 3 lắp giữa
hai tấm đã thi công trước.
- Giảm thiểu và tránh được công tác bê tông, đóng nhổ hiện trường.
- Chất lượng bê tông được kiểm soát chặt chẽ nên có thể giảm được bề
dày của tường, chống thấm tốt hơn và bề mặt tường hoàn thiện hơn.
Thi công ngầm bằng phương pháp " trên - xuống ".
Một trong các ưu điểm của phương pháp này là có thể thi công đồng thời
phần ngầm và phần nổi của công trình xây dựng . Trong phương pháp "trên -
xuống” có thể thay việc làm bằng làm neo hoặc làm các dầm ngang BTCT với
các trụ chống trung gian đỡ sàn và dầm.
Do khi thi công phần phía đuôi sàn tầng trệt đều phải thực hiện ở bên dưới
sàn và tường cừ được thực hiện từ trên mặt nên phương pháp này còn
được một số tác giả gọi là phương pháp bán mở.
1.3.3. Phương pháp khiến đào

Phương pháp khiên đào là phương pháp chủ yếu được áp dụng để đào
Mêtrô trong điều kiện hầm nằm dưới sâu trong tầng đất mềm yếu. Phương pháp
khiên đào cho phép giảm nhẹ công tác đào chống tạm, một công việc thường là
tốn kém, phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nếu thi công bằng phương
pháp truyền thống.
6
1.3.2.1 Cấu tạo và hoạt động của khiên
Khiên đào đơn giản là một ống thép có đường kính lớn hơn đường kính
vỏ hầm, có tác dụng thay thế cho vì chống tạm. Khi xây dựng hầm, toàn bộ các
công tác chính là đào và xây lắp vỏ hầm được tiến hành trong phạm vi của
khiên. Khiên có thể di chuyển được nhờ các kích thuỷ lực bố trí ở phần than, khi
di chuyển kích tỳ vào kết cấu vỏ hầm được lắp ráp ở phần đuôi. Cấu tạo của
khiên đào bao gồm 3 phần chính:
Phần đầu có các vách ngăn để thuận tiện cho việc đào đất ở gương và
chóng đỡ mặt gương đào. Phần thân bố trí các kích thuỷ lực để di chuyển khiên.
Phần đuôi bố trí các thiết bị để lắp ráp và xây dựng vỏ hầm.
Hình l.3.3: Cấu tạo của khiên đào tiêu chuẩn
Do khiên là một ống thép cho nên các hầm thi công bằng phương pháp
này thường có dạng hơn với kết cấu được lắp ghép từ các vì chu bin gang hay bê
tong cốt thép. Sau khi đào đất ở gương đào một đoạn bằng bề rộng của một vòng
vỏ hầm, khiên tiến về phía trước nhờ các kích thuỷ lực bố trí ở xung quanh phần
thân của khiên. Khi khiên di chuyển, các kích tỳ vào vỏ hầm vừa lắp (hoặc khối
bê tông vừa đổ), có tác dụng ép chặt bê tông lại chính vì vậy mà có tên gọi là bê
tông toàn khối thép. Khiêm tiến về phía trước để lại phần đuôi một khoảng vừa
đủ để lắp ráp hoặc đổ bê tông thêm một vòng vỏ hầm tiếp theo.
1.3.2.2. Phân loại khiên đào
Tùy theo phương thức đào đất, theo phương pháp gia cố bề mặt gương
đào, người ta có thể phân thành các loại khiên như sau:
7
Theo phương pháp đào đất người ta phân khiên ra hai trường hợp: Khiên

thủ công và khiên cơ giới. Về cơ bản hai loại khiên này chỉ khá biệt nhau về cơ cấu
đào đất.
- Khiên thủ công: với loại khiên này, đất được đào bằng thủ công nhờ các
dụng cụ cơ giới cầm tay.
- Khiên cơ giới: được trang bị các thiết bị tự hành để đào đất, ngày nay bộ
phận đào thường có cấu tạo dưới dạng mâm quay, ngoài ra khiên còn được trang
bị cơ cấu tự đồng vận chuyển đất ra bên ngoài. Trong các khiên cơ giới, mức độ
nặng nhọc giảm đi rất nhiều, tốc độ mở hầm tăng, đảm bảo chu tuyến hầm đào
phẳng cho phép sử dụng các dạng vỏ hầm hợp lý.
Hình 1.3.4: Cấu tạo khiên thủ công
8
Khiên đào
Khiên hở Khiên có
buồng tạo áp
Khiên cơ giới Khiên thủ công Khiên tạo áp
bằng đất đào
Khiên tạo áp
bằng khí nén
Khiên tạo áp
bằng vừa sét
Hình 1.3.5: Cấu tạo khiên cơ giới
1-Phần đầu khiên; 2-Mâm quay; 3-Lưỡi cắt đất; 4-Thân khiên;
5-Bộ phận truyền động; 6-Kích đẩy khiên; 7-Phần đuôi khiên
Theo phương pháp tạo áp bảo vệ mặt gương đào, người ta phân ra khiên tạo áp
bằng dung dịch vữa sét, khiên tạo áp bằng đất và khiên tạo áp bằng khí nén.
1.4.2.1 Khiên tạo áp bằng dung dịch vữa sét
Khiên tạo áp bằng dung dịch vữa sét là loại khiên sử dụng dung dịch vữa
sét nhằm tạo ra áp lực cân bằng với áp đất và nước ngầm tại gương đào.
Hình 1.3.6: Sơ đồ cấu tạo khiên tạo áp bằng dung dịch vữa sét
Nguyên tắc: Khi đào hầm trong địa tầng mềm yếu, dung dịch vữa sét

được bơm vào buồng đào với áp lực đủ lớn nhằm tạo ra áp lực cân bằng áp lực
đất và bảo đảm ổn định cho gương đào. Trong quá trình đào hầm, lượng vữa sét
được bơm vào cân bằng với lượng bùn đất chuyển ra ngoài. Bùn đất sau khi
chuyển ra bên ngoài sẽ được đưa tới bể lọc đặt trên mặt đất. Tại đó công tác lọc
thu lại vữa sét được tiến hành, lượng vữa sét thu lại sau quá trình lọc lại tiếp tục
theo chu trình được bơm vào buồng đào còn các chất thải được đưa tới bãi thải.
9
Hình 1.3.7: Sơ đồ nguyên tắc tạo áp bằng dung dịch vữa sét
Ưu điểm: Phương pháp này không làm cho đất bị lún sụt hay bị vồng lên
như ở một số phương pháp khác. Vụn đất mà loại khiên này thải ra là vữa bùn
đặc, ống dẫn bùn có kết cấu đơn giản, tiện lợi so với các hình thức thải đất khác.
Do quá trình thải đất được thực hiện bằng ống kín nên hiện trường thi công cũng
như dọc tuyến đường hầm sạch sẽ. Điều khiển loại khiên nén vữa bùn này cũng
tương đối dễ, có thể thực hiện điều khiển từ xa.
Nhược điểm: Do mâm dao cắt xén và buồng chứa vữa sét bịt kín trước
mặt nên không thể quan sát tình trạng thi công tại mặt đào, vì vậy việc xử lý và
khắc phục sự cố mặt đào rất khó khăn. Khiên nén bùn nước cần phối hợp với
thiết bị đồng bộ để phân lọc dung dịch bùn sét, trong khi kết cấu của thiết bị
phân lọc bùn sét lại phức tạp, quy mô khá lớn. Khiên nén sử dụng vữa sét là loại
khiên phức tạp hơn so với các loại khiên khác và giá thành cũng đắt hơn.
Phạm vi áp dụng: Khiên tạo áp bằng dung dịch vữa sét có phạm vi sử
dụng tương đối rộng. Có thể áp dụng cho cả các loại đất dính ngập nước cho đến
các loại đất rời. Phạm vi áp dụng của khiên cho các loại đất có đường kính hạt
khác nhau.
1.4.4.2. Khiên tạo áp bằng đất
Khiên tạo áp bằng đất là loại khiên được phát triển trên cơ sở tổng kết các
ưu điểm của khiên tạo áp bằng dung dịch vữa sét và các loại khiên khác. Khiên
tấop bằng đất là loại khiên sử dụng chính đất đá mới đào ra trong buồng đào
nhằm tạo ra áp lực cân bằng với áp lực đất và nước ngầm của gương đào.
10

Hình 1.3.8. Cấu tạo của khiên đào cân bằng áp lực bằng đất
Nguyên tắc: Trong quá trình đào, đất vụn liên tục bị xén trong khoang
đào. Khi lượng đất trong khoang đào đạt tới một lượng nhất định sẽ gây ra áp
lực đủ lớn để chống lại áp lực đất và áp lực nước ngầm, đảm bảo giữ ổn định
cho gương trong quá trình đào. Khi đó chỉ cần khống chế cho lượng đất mà máy
đào được cân bằng với lượng đất đưa ra khỏi khoang thì công tác đào có thê tiến
hành một cách nhịp nhàng.
Hình 1.3.9. Sơ đồ nguyên tắc tạo áp lực bằng vụn đất
Ưu điểm: Khiên sử dụng cân bằng áp lực đất không có thiết bị xử lý bùn
sét, tốc độ thi công khá cao. So với khiên nén vữa sét thì giá thấp hơn, hiện
tượng sụt lún bề mặt đất tương đối nhỏ.
Nhược điểm: Do máy có tấm ngăn bịt kín mặt đào, do đó quan sát trực
tiếp tình hình mặt đào và loại trừ sự cố mặt đào tương đối khó khăn. Mũi dao và
mâm cắt bị ma sát tương đối khi cắt qua địa tầng nên tuổi thọ lưỡi dao ngắn hơn
so với khiên bùn vữa sét.
Phạm vi áp dụng: Khiên cân bằng áp lực đất có thể áp dụng với phạm vi
chất đất và điều kiện địa chất tương đối rộng. Có thể dùng trong tầng đá dính
kết, không dính kết, thậm chí có lẫn đá cục và nhiều tầng địa chất phức tạp khác
có hoặc không có nước. Phạm vi áp dụng của khiên được thể hiện trên sơ đồ
hình 1.26.
1.4.2.3. Khiên tạo áp bằng khí nén
Trong địa tầng ngậm nước hoặc cát chảy để bảo đảm độ ổn định của khối
đất, người ta sử dụng khiên tạo áp bằng khí nén áp lực cao nhằm cân bằng với
áp lực đất và nước ngầm tại gương đào.
11
Hình 1.3.10. Cấu tạo khiên tạo áp bằng khí nén
1-Vách ngăn có cổng; 2-Cổng người qua; 3-Cầu sự cố; 4-Thang;5 Cổng có
màng chắn; 6-Máy lắp có vì tubin; 7-Khiên; 8-Cổng vận chuyển; 9-Cổng sự cố;
10-Cổng ống;11-ống xi phông; 12-ống thoát nước; 13- Lỗ để rải mạng kỹ thuật.
Nguyên tắc: Không gian giữa buồng đào và gương đào được bơm không

khi vào với áp suất cao hơn áp lực của nước ngầm nhưng không vượt qua áp
suất bên ngoài 2 atm. Dưới tác dụng của khí nén nước ngầm bị ép ngược về phía
địa tầng khoảng 0,1-0,4, nhờ đó nền đất ngậm nước ở gương đào trở nên khô ráo
và công việc thi công được tiến hành thuận tiện hơn.
Hình 1.3.11. Sơ đồ nguyên tắc tạo áp bằng khí nén
Ưu điểm: Do sử dụng khí nén cân bằng áp lực đất nên phương pháp này
hạn chế được các hiện tượng sụt lún hoặc gây ra các ảnh hưởng tới các công
trình lân cận. Thi công bằng khí nén đơn giản, không cần phải có các thiết bị
lọc, lưu giữ bùn sét như đối với khiên cân bằng áp lực nhờ vữa sét.
Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của phương pháp sử dụng hơi ép là
điều kiện làm việc độc hại, nặng nhọc dưới áp suất cao làm ảnh hưởng đến sức
khỏe của người công nhân.
Nhận xét: So với phương pháp truyền thống, phương pháp khiên đào đã
thể hiện những ưu điểm vượt trội về độ an toàn và tiến độ khi thi công hầm
trong đất yếu. Tuy nhiên phương pháp cũng có những hạn chế của nó như: Tiết
kiện của hầm thường được quyết định dựa vào tiết diện của khiên; khiên đào chỉ
thựuc sự mang lại hiệu quả kinh tế khi thi công các tuyến hầm có chiều dài lớn
12
như các tuyến Mêtro trong thành phố. Đối với hầm qua núi, vùng địa chất
thường có chiều dài ngằn, áp dụng phương pháp khiên đào là không hợp lý.
1.3.4. Phương pháp NATM (New Austria Tuneling Methol)
1.3.3.1. Quá trình hình thành ý tưởng về NATM
Từ những năm 50 của thế kỷ 20, qua kinh nghiệm đào hầm mỏ, Giáo sư
Tiến sĩ L.V. Rabcewicz đã phát hiện ra cơ chế phá hoại của hầm không chống
đỡ có các trạng thái sau:
Trạng thái đơn trục của đường hầm:
Sau khi đào, ứng suất của khối đá xung quanh tường hầm sẽ bị
chuyển từ trạng thái ba trục, sang trạng thái đơn trục do việc
đào đã làm mất lực đối khác
Biến dạng đỉnh vòm và vòm ngược:

Sau đó cường độ kéo tập trung tại đỉnh vòm và vòm ngược,
biến dạng của đá dần gia tăng tại đỉnh vòm và vòm ngược do
cường độ chịu kéo của đá thấp hơn nhiều so với cường độ chịu
nén.
Tập trung của ứng suất nén:
Do biến dạng kéo, cường độ kéo tại đỉnh vòm và vòm ngược
giảm, ứng suất nén có cường độ lớn sẽ tập trung ở vách hầm
Vách tường hầm bị nứt ra:
Vách tường hầm bị nứt dưới tác dụng của ứng suất chịu nén
cao
Gia tăng vùng biến dạng:
Khối đá nằm trên vòng hầm trở nên không ổn định do suy
giảm sức chịu tải tại chân vòm hầm. Cuối cùng thì vùng bị biến
dạng của vòm hầm sẽ diễn tiến theo đề suất của K.Tezaghi.
Chú thích: Lực kéo
Lực nén
Hình 1.3.12. Phân bố ứng suất xung quanh một hang ngầm dưới áp lực thủy
tĩnh
(theo Kastner, trích dẫn bởi Rabcewicz 1964)
Để tránh các hiện tượng trên xảy ra, sử dụng một lớp bê tông phun mỏng
và neo có thể hiệu quả hơn kết cấu chống đỡ bằng gỗ hoặc thép.
13
Các công trình nghiên cứu của Giáo sư L.V. Rabcewicz và tiếp độ là các
Giáo sư L.Muller và F.Pacher đã cho thấy rõ mối quan hệ giữa áp lực địa tầng
tác dụng lên kết cấu chống hầm và chuyển vị trí của vách hang đào và sự cần
thiết phải hạn chế và kiểm soát biến dạng này với mục đích tận dụng khả năng
chịu tai của khối đá xung quanh.
Hình 1.3.13. Các đường cong tương tác giữa đất nền-kết cấu chống
(theo L.Muller & Pacher, được Rabcewicz)
1.3.3.2. Khái niệm về NATM

Phương pháp NATM còn gọi là phương pháp nước áo mới do giáo sư
người áo Rabcewicz đề xuất vào năm 1963. Đây là phương pháp xây dựng hầm
trong nền đá cứng và mền đang được áp dụng khá rộng rãi trên thế giới. Nó dựa
trên cơ sở các kiến thức hiểu biết trong lĩnh vực cơ học đá và địa chất công
trình, ý tưởng chính của phương pháp NATM là tận dụng tối đa khả năng chịu
lực đất đá xung quanh công trình, coi môi trường đất đá như là một bộ phận của
hệ thống chống đỡ hầm. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bê tông
phun và neo để gia cố khối đá kết hợp với quan trắc đo đạc để kiểm soát trạng
thái ứng suất biến dạng của vách hang đào. Bê tông được phun lên vách hang
ngay sau khi đào, tạo ra một lớp vỏ mềm có tác dụng hạn chế biến dạng của
vách hang, tăng khả năng liên kết và ngăn ngừa tình trạng xuống cấp của đất đá
quanh hang. Các non có tác dụng hình thành vòm đá tự nhiên như là kết cấu
chống đỡ, chịu lực cho công trình.
Hình 1.3.14. Tác động vòm đá của hệ thống chống đỡ NATM
(theo L.Muller & Pacher, được Rabcewicz)
14
Phương pháp NATM do các kỹ sư người áo đề xuất và phát triển nên có
tên gọi là phương pháp nước áo và để phân biệt với phương pháp xây dựng hầm
truyền thống cũ của áo (phương pháp phân mảnh đào toàn tiết diện) người ta gọi
là phương pháp mới này là phương pháp nước áo mới. Còn NATM là tênn của
phương pháp này viết tắt bằng tiếng Anh.
1.3.3.3. Các nguyên tắc cơ bản của NATM
Phương pháp NATM được xây dựng và phát triển dựa trên các nguyên tắc
cơ bản sau:
- Kết cấu hầm là tổ hợp cả vỏ hầm và khối đất đá xung quanh trong đó đất
đá là kết cấu chống đỡ chính của hầm.
- Chọn tiết diện hầm dạng cong trơn tru để tránh hiện tượng tập trung ứng suất.
- Thi công hầm phải tiến hành sao cho hạn chế tối đa các tác động phá
huỷ môi trường đất đá xung quanh. Đào bằng TBM là tết nhất, nếu đào hầm
bằng khoan nổ thì phải dùng phương pháp nổ mìn tạo biên.

- Sau khi đào phải tiến hành phun gia cố vách hang càng sớm càng tốt để
duy tư liên kết giữa các khối đất đá, tránh làm cho đất đá bị giảm yếu, lỏng lẻo
gây bất lợi cho độ ổn định của mang đào.
- Bê tông phun phải tạo ra một lớp vỏ mỏng, mềm có khả năng biến dạng
(có tính co dãn) và tiếp xúc chặt với vách hang. Tính mềm dẻo của lớp vỏ bê
tong phun là hết sức quan trọng, nó có tác dụng hạn chế nhưng vẫn cho phép đất
đá biến dạng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân bố lại ứng suất xung quanh
công trình, tạo ra trạng thái cân bằng mới và giảm thiểu nội lực trong kết cấu.
Như vậy chiều dày lớp bê tông phun không cần lớn, do đó có thể tiết kiệm vật
liệu và chi phí xây dựng công trình.
- Nhanh chóng lắp đặt neo tạo vòm đá để tăng khả năng chịu lực cho môi
trường đất đá xung quanh công trình.
Trong quá trình thi công hầm, thường xuyên kiểm soát trạng thái ứng suất
biến dạng của đất đá xung quanh công trình bằng cách đó chuyển vị ngang, chuyển
vị đứng của vách hang và ứng suất trong khối đá. Nhờ kiểm soát được trạng thái
biến dạng của đất đá có thể tăng giảm các biện pháp gia cố chống đỡ, điều chỉnh
theo tính chất đất đá gặp phải cũng như tối ưu hoá quá trình thi công hầm. Chính vì
vậy có thể nói rằng phương pháp NATM là phương pháp có tính mềm dẻo.
- Đo đạc thường xuyên tình trạng vách hang sẽ cho ta biểu đồ biến dạng
tắt dần của vách hang đào theo thời gian.
- Hầm phải kín bao gồm cả vòm ngược để tạo ra kết cấu dạng ống trụ, vì
kết cấu này chịu được áp lực cao. Do vậy khi thi công càng nhanh chóng đào và
xây dựng vòm ngược càng tốt vì điều này sẽ giúp cho biến dạng vách hang đào
nhanh chóng ổn định.
- Kết cấu vỏ hầm phía trong phải mỏng, mềm dẻo để giảm thiểu mô men
uốn trong kết cấu. Thời gian xây dựng vỏ hầm phải căn cứ vào kết quả đo đạc.
Thường là khi biến dạng đã tắt, hang đào đã ổn định và vỏ hầm được xây dựng
như để trang trí và làm tăng hệ số an toàn cho công trình.
1.3.3.4. Ưu nhược điểm của phương pháp NATM
Ưu điểm:

15
Phạm vi ứng dụng rộng, có thể dùng phương pháp NATM cho nhiều loại
đất đá với các điều kiện địa chất khác nhau.
- Có khả năng thích ứng khi mặt cắt ngang hầm thay đổi.
- Kết cấu chống đỡ hầm gọn nhẹ, vì vậy NATM là phương pháp thi cõng
hầm hiệu quả và tiết kiệm.
- Có thể linh hoạt điều chỉnh kết cấu chống nấm cũng như các biện pháp
thi công tuỳ thuộc vào tình hình địa chất cụ thể khi đào hang.
Nhược điểm:
- Đòi hỏi trình độ quản lý, giám sát và tổ chức thi công cao.
- Phải có đội ngũ cán bộ và công nhân lành nghề cũng như trang thiết bị
máy móc thi công phù hợp (máy khoan máy phun bê tông. thiết bị lắp đặt vã thử
nghiệm neo, thiết bị thi công lớp phòng nước mềm ).
- Yêu cầu cao đối với vật liệu và chất lượng công trình.
- Mức độ rủi ro cao hơn cho cả chủ đầu tư và nhà thầu. Dùng phương
pháp NATM nếu không đặt ra yêu cầu cao trong thiết kế, thi công và giám sát
tại hiện trường, có thể dẫn đến các hậu quả khó lường.
Hình 1.3.15 : Sự khu biệt trong phân bố ứng suất xung quanh hầm giữa phương
pháp truyền thông và NATM
Nhận xét : Qua những phân tích trên cho thấy NATM là phương pháp thi
công tiên tiến, cho phép đào hầm qua núi trong những vùng có điều kiện địa
chất
phức tạp mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về an toàn, tiến độ và hiệu quả kinh
tế.
1.4. Sự cố về an toàn và vệ sinh trong thi công công trình ngầm
1.4.1. Sự cố về an toàn và vệ sình trong thi công công trình ngầm ở Việt Nam
Đặc điểm trong thi công đường hầm là ở mỗi công trình, vị trí khác nhau
thì có điều kiện tự nhiên khác nhau dẫn đến các hiện tượng sạt trượt và biện
pháp xử lý cũng khác nhau. Dưới đây là một số công trình đã bị xẩy ra sự cố
a) Công trình hầm đường bộ qua đèo Hải Vân .

* Đào hầm trong đá khi gặp đá yếu và nước ngầm lớn tại Hải Vân.
16
Tại hầm ngầm phía Nam, hầm chính đoạn lý trình 6+198, 6+267 và
5+778, hầm lánh nạn đoạn 6+201 khi thi công đã gặp lượng nước ngầm lớn
phun ra từ mặt gương hầm qua các lỗ khoan gương. Nước ngầm kết hợp với đá
bị nứt nẻ nhiều làm cho công tác khoan rất khó thực hiện.
* Sụt lở khối nêm đá.
Tại lý trình 5+889 sau khi nổ mìn và xúc đá, Kỹ sư của Nhà thầu và Tư
vấn đã dự đoán khả năng sụt lở của khối nêm đá và quyết định khoan gia cố
ngay bằng các neo Swellex, nhưng sau khi chọc khoan và bặt đầu khoan neo thì
một khô đá lớn (~ 6m3) đá rơi xuống và rất may mà không có tai nạn xẩy ra.
* Sử lý sụt hầm trong điều kiện địa chất đặc biệt tại Hải Vân.
- Sạt lở tại lý trình 0+29 (0+00=7+897.825)
Khi đào đến lý trình 0+27 hầm chính, Nhà thầu đã tiến hành khoan phụt
tạo ô cho chu kỳ tiếp theo, sau khi xong công tác khoan phun tạo ô thì ngày
5/9/2001 có một khối lượng đất tại đỉnh hầm bị sụt lở kéo theo các ống tạo ô bị
gục xuống. Nhà thầu đã phun bê tông liên tục vào vùng bị sạt lở nhưng hiện
tượng sạt lỡ vẫn tiếp tục gia tăng và tạo thành hốc rỗng trên đỉnh hầm. Đất khu
vực này đất yếu và lượng nước ngầm lớn. Khi hiện tượng sụt lở vãn tiếp tục gia
tăng nhà thầu đã lấp lại gương hầm bàng đá, đồng thời dùng thiết bị nâng lưới
thép CQS6 vào và phun bê tông. Tuy nhiên biện pháp này chỉ ngăn được tạm
thời trong ngày 06/9/2001 và ngày 07/9/2001 . Đến ngày 08/9 và ngày 09/9 do
lường mưa lớn kéo dài làm cho mực nước ngầm tăng cao làm cho sát lở tiếp.
Sạt lở và bùng nền tại hầm dẫn trước Hải Vân.
Khi đào hầm dẫn trước đến lý trình 0+55 thì có hiện tượng đất bão hoà
chảy ra từ góc gương hầm dẫn, Nhà thầu đã chèn bao cát và phun bê tông. Sau
khi ban tra thì tại lý trình 0+55 trở ra đến 0+29 thì thấy ró vết nứt tại vị trí nền
hầm dẫn tại vị trí 0 + 35. Nền nhà thầu phải gia cố tăng cường dẫn bằng phun bê
tong dày 15cm có lưới thép d16mm đan 200x200. Tiếp theo là đào hầm dẫn
chia thành hai bậc để giảm diện tích lưu thong trong khi đào.

Hình 1.4.1. Đất gặp nước trở thành bùn tại hầm Hải Vân.
b. Công trình thỷ điện Sơ La
Tại hầm thoát nước cao độ 180 bờ trái khi đào đến lý trình 0+45 thì xẩy ra
sạt lở, đá vì vụn lẫn đất sụt xuống lấp kín gương hàm chiều cao phá hủy 5-7m
so với nóc hầm. Nếu tiếp tục xúc thì khoảng phá hủy sẽ càng phát triển.
17
c. Sạt trượt tại hầm dẫn nước - Công trình thủy điện Ba Hạ.
Ngày 20 tháng 8 năm 2006 tại hầm chính số 1 giai đoạn gia cố vì chống
tạm từ lý trình 0+720.3 đến lý trình 0+815.3 xảy ra xự cố sạt vách hầm từ bên
trái từ cung vì nằm ngang trên đỉnh tới phần chân cụ thể như sau.
- Từ lý trình 0+720.3 đến lý trình 0+774.0 kết cấu bê tong gia cố tạm đã
bị phá vỡ, toàn bộ thép cánh trái bị chuyển rất lớn theo phương ngang ra tim
hầm, biên độ chuyển vị từ 2.8m đến 7.3m.
- Lý trình 0+774.0 đến 0+815.3 phần chân vì bên trái bị chuyển ra tim
hầm với biên độ từ 0.45 đến 0.55. Đất đá vỡ vụn nhỏ sạt xuống từng đợt theo
khoảng trống giữa bê tong gia cố tạm và vách đá.
- Đến ngày 21 tháng 8 năm 2006 các khối đá trên nóc và vách hầm từ lý
trình 0+774.0 đến lý trình 0+815.3 sập xuống lấp kín toàn bộ đoạn hầm. Phần
nóc hầm đất đá sụt lở thành hố tạo thành hố trống kích thước cao khoảng 12m,
dài 12m, rộng 10m.
Hình 1.4.2. Sụt lở đất dẫn nước số 1 – công trình thủy điện Ba Hạ.
1.4.2. Sự cố về an toàn và vệ sinh trong thi công công trình ngầm trên Thế Giới.
Trong thi công hố đào như sạt lở thành, hệ thống chắn giữ, gây lún nứt
thậm trí nghiêng hoặc sập những công trình lân cận. Ví dụ ở Anh, trong những
năm 1973 – 1980 khi phân tích những sự cố nghiêm trọng của hố đào (hơn 6m
hoặc nông hơn)
- Hố đào không chắn giữ có chắn giữ chiếm 63 % các trường hợp.
- Hệ thống chắn giữ làm việc quá giới hạn: 20% các trường hợp.
- Chắn giữ không đầy đủ: 14% các trường hợp.
- Mất ổn định mái dốc khi đào mở: 3% các trường hợp.

- Hơn nữa, tổng kết còn thấy hơn 1/3 sự cố nghiêm trọng trong thời kỳ này
xẩy ra trong nền đất đắp hoặc ở những nơi mà đất bị xáo trộn do thi công đất.
Ở Trung Quốc trong những năm gần đây chỉ mới phân tích hơn 160 sự cố
hố đào đã cho thấy 5 vấn đề cần quan tâm theo bảng số liệu sau.
TT Nguyên nhân gây sự cố Số lần phát sinh Tỷ lệ % sự cố
1 Vấn đề thuộc quản lý 10 6
2 Vấn đề thuộc khảo sát 7 3,5
3 Vấn đề thuộc thiết kế 74 46
4 Vấn đề thuộc thi công 66 41,5
18
5 Vấn đề thuộc quan trắc 5 3
Qua đó ta thấy những sai lầm thuộc thiết kế chiếm 46% trường hợp và do
thi công chiếm 41,5% trường hợp, trong đó chú ý có đến 30% trường hợp là khi
thi công ở nền đất yếu với mực nước ngầm cao, gây tổn thất hàng triệu đến
hàng, chục triệu nhân dân tệ (Tiền Trung Quốc), có thương vong về người, làm
chậm tiến độ trực công, tăng giá thành công trình, ảnh hưởng xấu đến sinh hoạt
bình thường của nhân dân quanh vùng gây hậu quả không tết về mặt xã hội [5] .
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ AN TOÀN VÀ VỆ SINH
TRONG THI CÔNG ĐUỜNG NGẦM
2.1. Nghiên cứu một số vấn đề đặc thù trong thi công đường ngầm.
2.1.1. Sập vách đào.
Công tác thi công đào đất trong công tác thi công công trình ngầm khi mộ
lượng nhất định đất đá được đào, sẽ có sự phân phối lại ứng suất trong nền đất.
Điều này sẽ gây ra các dịch chuyển của nền đất, có thể xẩy ra nhanh đối với đá
cứng hoặc chậm đối với đất sét chối hoặc phát triền nhanh đối với đất sét mềm
hoặc rất mềm. Nếu các tác động và biến đổi này có thể xác định được vị trí thì
cần ngay hệ thống chống đỡ để ngăn chặn sự phát triển các phá huỷ hoặc hư
hỏng nếu không thì sẽ gây ra sập.
Trong trường hợp thi công bằng phương pháp đào hở nếu khối lượng đất
đắp gần thành hố đàn quá lớn không tính toán trước thì sẽ xẩy ra sập vách đào

làm mất an toàn.
Khi có sự thay đổi đột ngột trong điều kiện nền đất, nếu không chống dở
kịp thời sẽ gây mất an toàn thi công. Với nền đất rời khi mà có hiện tượng bùn
và cát chảy xuất hiện thị sự lún sụt và mất ổn định của bề mặt hố đào rất cao.
Hiện tượng lún sụt thường xẩy ra ở các loại đất khác nhau.
Đối với đất hạt : đất hạt không cố kết có rất ừ hoặc có thể nói là không có
khả năng tự đứng ổn định, và chúng thường phải tựa góc lên nhau. Sự phá
vỡ kết cấu ổn định đất hạt thường xuất hiện : Đùn ra nhanh hay chậm khi vật
liệu đất hạt bị khô lại hoặc mất nước do ứng suất lớn. Chảy nhão đối với các vật
liệu đất hạt khô có độ cố kết thấp. Chảy như một hỗn hợp sệt khi vật liệu đất hạt
trở thành lỏng.
Đối với cát và sỏi: Chúng không có tính dẻo và chỉ có một ừ khả năng
chịu lực nhưng chỉ với một lượng vật liệu rời nhỏ có thể nhanh chóng phá huỷ
bất kỳ cấu tạo dạng thành vòm chịu lực nào cát và sỏi làm xuất hiện hiện tượng
lún sập nhanh và đột ngột nhất là khi có lượng nước xuất hiện .
Đối với loại đất cố kết : Trong đất này độ cố kết và dẻo nhất định. thay đổi
tăng dần từ bùn sang đất sét, các phá huỷ có thể xẩy ra trong các trường hợp sau.
- Đùn ra khi nền đất bị khô hoặc mất nước do ứng suất lớn, những rạn nứt
chứ không chảy nhão.
- Ép chặt, như khi đất sét bị mất nước do ứng suất lớn và đùn ra từ từ mà
không có các vết rạn nứt có thể nhìn thấy bằng mắt.
- Chảy ra do rung động hoặc sự hoá lỏng trong môi trường ẩm ướt hoặc
bùn đẫm nước, và do sự dung động của đất sét.
19
- Phồng lên với loạt đất sét hút nước, có thể do áp suất khí quyển hay thể
tích tăng.
Đối với đất sét : Đối với loại đất sét mềm, và cả với đất sét cứng khi xuất
hiện tính không liên tục (như đối với các mặt trượt hoặc “sườn trượt” nếu không
lắp dựng hệ thống chống đỡ tạm sớm thì sẽ gây ra sập.
Đối với bùn lỏng : Mức độ cố kết của bùn lỏng có thể bị giảm xuống đột

ngột khi có sự thay đổi đột ngột lượng nước bên trong. Khi đó bề mặt phải
chống đỡ toàn bộ, hoặc dùng biện pháp máy TBM.
Đối với nền đất lấp và nền đất ô nhiễm : Nền đất lấp,.hay gặp khi thả các
giếng chìm, thường không ổn định và yêu cầu cần phải chống đỡ toàn bộ.
* Khi tiến hành thi công đường hầm băng phương pháp khiên trong đất
mềm, nói chung có thể làm cho mặt đất lún xuống và đường hầm lún sụt trong
giai đoạn thi công và giai đoạn vận doanh. Khi mặt đất lún xuống và đường hầm
lún sụt đạt đến mức độ nhất định sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường
của kiến trúc trên mặt đất, công trình ngầm dưới đất, và bản thân đường ngầm.
Khi thi công bằng biện pháp nhiên nguyên nhân dẫn đến mặt đất lún
xuống do các loại nguyên nhân sau.
- Thay đổi trạng thái ứng suất ban đầu của địa tầng : Khi dùng khiên loại
ngực trần thì lúc ban đầu đào, ứng suất trên mặt đào ở trạng thái bị phóng thích,
khối lượng đất trên mặt đào chịu ứng suất che chống ngang nhỏ hơn ứng suất
bên nguyên thuỷ, nên khối đất phía trên mặt đào bị mất cân bằng và chuyển
động vào phía trong khiến, dẫn đến lún sụt mặt đất phía trên của khiên. Đối với
khiến dập ép kẻo ngực bịt kín, do dồn đất quá nhiều hoặc quá ít hoặc khi do áp
suất đất trên mặt đào hờ nên long rời hoặc bị dồn ép, làm cho ứng suất ban đầu
của khối đất trên mặt đào thay đổi mà dẫn đến làm cho mặt đất lún xuống hoặc
vồng lên.
- Do sự thay đổi mực nước ngầm: Do mực nước ngầm bị thay đổi nên
sinh ra lún sụt.
Do phun vữa bịt khe hở sau đuôi khiên không đầy đủ. Khi phun vữa bịt
kín không kịp thời, ép lượng vữa không đủ. áp suất không thoả đáng sẽ làm cho
khối đất xung quanh phía sau đuôi khiến mất trạng thái cân bằng ban đấu mà di
động vào trong khe hở đuôi khiên tạo thành sụt địa tầng .
2.1.2 Khí độc.
Trong công tác thi công hầm thường gặp phải rất nhiều loại khí độc, chất
gây ô nhiễm do tự nhiên trong lòng đất phát sinh ra hay do các thiết bị máy móc
làm ảnh hưởng nghiêm trọng sức khoẻ người lao động và có thể gây chết người.

Khí ngầm là khí tự nhiên toả ra từ lòng đất hay gặp phổ biến là khí
cacboníc (CO
2
). khí mê tan (CH4), Hidrôsunphua (H
2
S) vv Sự có mặt của các
khí này trong hang đào, tuỳ theo nồng độ gây mức độ nguy hiềm khác nhau tới
sức khoẻ của con người.
20
Tổng kết về các chất gây nhiễm không khí thường hay gặp nhất.
Chất gây ô nhiểm
Nồng độ
tương đối
(ppm)
Mối nguy hiểm Các nguồn cơ bản.
Carbon Monoxide CO 0,07 Độc hại Chất nổ động cơ
Carbon Doxide CO
2
1,53 Độc hại
Tự nhiên, động cơ,
hàn, chất nỏ
Nitrogen Doxide
NO
NO
2
1,04
2,62
Độc hại
Độc hại cao
Cháy nổ

Động cơ
Methane CH
4
0,55 Cháy nổ và ngạt thở Tự nhiên
Hydrogen Sufide H
2
S 1,19 Độc hại và cháy nổ Tự nhiên
Sulfur Dioxide SO
2
2,26 Độc hại Tự nhiên
Propane 1,55 Cháy nổ và ngạt thở Rò rỉ
Butane 2,05 Cháy nổ và ngạt thở Rò rỉ
Acetylene 0,91 Cháy nổ và ngạt thở Rò rỉ
Ammonia NH
3
0,59 Độc hại Vật liệu hữu cơ
Hợp chất hữu cơ cơ
thể hơi
Các
loại
Độc hại và cháy nổ Đất ô nhiễm
Chất hữu cơ
Các
loại
Độc hại Chất thải công nghiệp
Thiếu oxy O
2
Độc hại Tự nhiên sử dụng hết
Thừa oxy O
2

Tăng rủi ro cháy nổ
Oxy lưu trong đường
ngầm, buồng kín
Hơi xăng/dầu diesel Cháy nổ Tràn ra ngoài
Ozone O
3
1,66 Độc hại Hàn
Radon Rn Bụi phóng xạ Rò rỉ
Ta xét cho từng loại khí như sau :
a) Chất gây ngạt đơn giản.
Một số khí Gas và hơi ẩm nào đó, khi có trong không khí ở một mức nhất
định về khối lượng, thì trở thành chất gây ngạt đơn giản. Không cần các tác
động sinh lý tích cực, chúng làm giảm mật độ ôxy qua việc làm loãng ôxy đến
một mức thấp hơn mức cơ thể con người cần được thở. Một vài chất gây ngạt
đơn giản cũng tạo ra mối nguy hiểm cháy nổ, như khí Methane.
Khí Nitơ thoát ra từ các hoạt động làm đông cứng nền đất cũng gây ra
mối
nguy hiểm nếu chúng có cơ hội tích tụ lại trong đường ngầm.
b) Khí Carbon Monoxide.
Khí Carbon Monoxide là loại chất độc cao và ít khi có trong điều kiện tự
nhiên. Nó thường được tạo ra khi đất cháy những chất có chứa Carbon, đặc biệt
là với các đám cháy yếm khí. Nó có thể xuất hiện trong môi trường khí đường
ngầm do hiện tượng cháy âm ỉ than và gỗ, hoặc ở mức nghiêm trọng hơn, từ
hiện tượng cháy ngầm bên trong. Nguồn tạo ra thông thường của nó là tự các
động cơ đất trong. Động cơ diesel thường thải ra khói với mật độ khí Carbon
21
Monoxide thấp hơn, số lượng cụ thể phụ thuộc vào kích cỡ động cơ, mức độ duy
tu bảo dưỡng và trạng thái hoạt động.
Chất nổ sử dụng để phá đất đá cũng sinh ra khí Carbon Monoxide.
Khí Carbon Monoxide có khả năng gây cháy nổ khi chúng tập trung lại ở

mức giữa 12.5% và 74.2%.
c) Khí Carbon Dloxide (CO
2
)
Khí carbon Dioxide có trong điều tiện tự nhiên, đặc biệt ở những nơi đá
núi lửa xuyên qua các vỉa than Carbon và ở nơi nước chứa Axits chảy vào mạch
cẩm thạch hay các loại đá vôi. Nó cũng xuất hiện tại nơi khí thổi ra của động cơ
đất trong khi chúng đất cháy nhiên liệu gốc Carbon và tại nơi tiến hành phá nổ.
Khí Carbon Dioxide nặng hơn không khí và do đó có thể tích tụ tại những nơi
trũng và thấp và các hố gas.
Khí Carbon Dioxide thường có tác dụng như một chất gây ngạt đơn giản.
Khi Carbon Dioxide xuất hiện tự nhiên dưới lòng đất, nó thường xuyên hiện
cùng với hiện tượng thiếu ôxy. Chất khí này không cháy nổ.
d). Các loại ôxit Nitơ
Các loại ôxit Nitơ cơ bản thường gặp là Nước Oxide (NO) và Nitrogen
Dioxide (NO
2
) chúng thường có tại nơi phá nổ, cắt hàn và khói thải động cơ. Tất
cả các hợp chất của chúng đều có độ độc cao, đặc biệt là Nitrogen
Dioxide, gây ra tác động xấu tới tế bào phối một cách lặng lẽ mà không có biểu
hiện lâm sàng lớn nào, nhưng có thể sẽ gây ra sự phá hủy nghiêm trọng ngay
sau đó qua các biểu hiện như viêm phổi cấp tính chưa có thuốc chữa trị.
e). Khí Methane (CH4) và các khí chứa Hydrocarbon khác
Khí Methane là một loại khí gas có khả năng cháy nổ can xuất hiện tự
nhiên trong mỏ than hoặc các vỉa than, và trong than bùn và có thể thấy cả trong
đá ngậm nước rỗng hoặc chúng tan trong nước. Nó cũng có thể được tạo ra từ
bất kỳ nền đất nào chứa chất hữu cơ như bùn sông suối và sự phân hủy sinh học
của chất thái hữu cơ, như rác thải sinh hoạt. Khí Methane được thấm vào nền đất
từ những ống dẫn khí gas phục vụ cho sinh hoạt bì vỡ nứt. Khi trộn lẫn với các
khí gas có khả năng cháy nổ khác, đặc biệt là với Hydrocarbon thì nó được gọi

là “hơi gây cháy”. Nó không phải là chất độc, nhưng có thể gây ngạt do làm
loãng mật độ ôxy trong không khí.
Những nguy hiểm cơ bản nhất là khả năng cháy và nổ các khí gas
Hyđrocarbon khác như khí gas tự nhiên hay LPG gas có thể xuất hiện do rò rỉ
hoặc thấm tràn ra nền đất .
f) Hyđrogen Sulfide (H
2
S)
Hydrogen Sulfide có độ độc cao và có mùi đặc trưng (mùi trứng thối).
Khi
tiếp xúc với khí gas này ở mức độ tập trưng cao, như > 150 ppm sẽ làm
giảm độ nhậy cảm của hệ thẩn kinh khứu giác. Nó cũng dễ cháy và tại mức độ
tập trung giữa 4.3% và 46.0 % có thề gây nổ, dẫu rằng những mức độ tập trưng
này ít khi có khả năng xuất hiện trong điều kiện đường ngầm. NÓ xuất hiện tự
nhiên như một sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ có chứa Sulfur
hoặc là kết quả của quá trình phản ứng nước axit trong quặng Sunphít.
22
Khí gas này làm cho khó thở và đau mắt, tương ứng gây ra bệnh viêm
phổi và viêm màng mắt. Nó có thể gây ra hiện tượng hôn mê và sau đó gây chết
người do bị liệt phổi.
g) Sulfide Dioxide (SO
2
)
Sulfide Dioxide là chất độc, gây hạ cho phổi. Nó có trong tự nhiên ở các khu
vực núi lửa và cũng có trong khói thải của động cơ và nhiên liệu có chứa lưu huỳnh
bị đốt cháy. Trong các khu vực công nghiệp, nô là một loại chất gây ô nhiễm không
khí thông thường. Nó có thể được phát hiện rất dễ dàng bởi mọi người khi hít thở
phải do có mùi đặc trưng và sau đó là vị của nó khi chạm vào lưỡi
h). Khí gas dùng để cắt và hàn.
Propane, Buttane và Acetylene sử dụng trong việc cắt và hàn có thể tạo

nên hỗn hợp có khả năng gây nổ khi tiếp xúc với không khí. Những bình chứa
khí Gas này có thể nổ tung ở nhiệt độ cao hoặc tác động khác bên ngoài. Bình
chứa Acetylene có thể bị nổ nếu gặp nhiệt độ cao do sự phân tách nhiệt của
Acetylene.
Điều nguy hiểm này có thể tồn tại trong một độ cao khoảng thời gian sau
khi bình chứa đã được chuyển khỏi khu vực có nhiệt độ cao, thậm chí Propane
và Buttane chúng nặng hơn không khí nên có thể sẽ tích tụ lại tại các khu vực
thấp của đường ngầm.
i) Khói sinh ra tử việc cắt và hàn.
Khói sinh ra từ việc cắt và hàn thường chứa chất độc hại. Thành phần cấu
tạo và số lượng phục thuộc vào việc cắt hàn hợp kim nào và phương pháp cụ
thể, nhưng nói chung thành phần chủ yếu là oxit Nitơ, ozone, Carbon Dioxide,
Carbon Monoxide, Oxit kim loại và Florua.
k). Hơi xăng/diezel.
Hơi xăng/diesel có chứa chất độc hại, nguy hiểm về cháy nổ. Cặn xăng và
dầu diesel trong nền đất có thể còn có trong những khu vực lân cận của
kho hoặc
nơi sử dụng xăng dầu hiện tại.
h). Amonia.
Khí Amonia có thể xuất hiện khi sử dụng vữa hóa chất nào đó và chúng
cũng có trong đường ngầm xuyên qua bùn hữu cơ gần cửa sông, cũng có thể
xuất hiện từ phản ứng hóa học giữa vữa gốc xi măng và đất nền.
m). Hợp chất hữu cơ bay hơi (VOSs)
Một loại hợp chất hữu cơ bay hơi (VOSs) thường thấy trong đất ô nhiễm
do các quá trình sản xuất công nghiệp gây ra như sản xuất khí gas, than cốc hay
nhựa đường VOSs bao gồm Benlene, Toluene, Xylene và các hợp chất của
chúng. Chúng gây nguy hiểm cho sức khỏe, một vài loại VOSs còn gây ung thư,
và mức LRLs là tương đối thấp trong khoảng 1% thề tích. Khi VOSs được phát
hiện trong đường ngầm, cần phải xin ý kiến tư vấn của chuyên gia về cả vấn đề
rủi ro vệ sinh của người sử dụng và cả rủi ro xuất hiện cháy nổ.

n). Các khí gas độc hại khác.
Các chất gây ô nhiễm không khí khác có thể xuất hiện nhưng nói chung
thường là không nhiều trong đường ngầm. Một vài loại khí gas độc hại có khối
23
lượng lớn được hình thành dần dần trong quá trình cháy, đặc biệt là khi nhựa tổng
hợp cháy tạo ra Hydrongen Chlonde, Hydrogen Cyanide và íocyanate độc hại.
Hiện tượng thấm ngầm từ hệ thoát nước thải có thể gây ra hiện tượng chất
hóa tan hữu cơ xuất hiện trong đường ngầm.
2.1.3. Ngập lụt.
Nước ngầm là một trong những trở ngại chủ yếu khi xây dựng công trình
ngầm. Nước ngầm còn có thể gây ra các sự cố bất ngờ khi thi công như khi gặp
túi nước ngầm lớn, gặp đáy của dòng sông ngầm làm cho quá trình thi công bị
ngừng trệ, đôi khi phải bẻ tuyến đi vòng để tránh. Nguy hiểm nhất là trường hợp
khi thi công gặp phải nước ngầm ở vùng phá huỷ kiến tạo. Dòng nước ngầm này
thường kéo dài và nối với một mạch nước ngầm lớn. Đối với các túi nước
tích tụ
trong các hang động thì mức độ nguy hiểm kém hơn. Trong quá trình thi
công nếu xảy ra trường hợp chọc thủng vào lòng sông. suối ngầm thì sẽ đặc biệt
nguy hiểm. Trong thực tế đã xảy ra trường hợp hầm bị ngập do cắt qua tầng bị
ngập nước (hình vẽ 2.l a) Có trường hợp xảy ra sự cố do không xác định được
chính xác vị trí tầng đất đá ngậm nước nằm bên dưới lòng sông, suối (hình vẽ 2.l
b)
h
1
; h
2
lần lượt là chiều sâu lớp đất đá rời rạc ngậm nước theo dự đoán và
theo thực tế.
Tác hại chủ yếu củ8 nước ngầm thể hiện ở các điểm sau:
- Làm cho địa tầng giảm yếu dẫn đến giảm tính ổn định, tăng tính chảy

dẻo của đất, áp lực địa tầng tăng nhanh .
- Một số loại địa tầng như đá vôi bùn, đất sét, cát khi gặp nước trở nên rời
rạc, thậm chí có khi thành bùn cát chảy mất hết khả năng chịu lực. Một số loại
khác có độ cứng lớn nhưng dưới tác dụng của dòng nước làm cho độ rỗng tăng
lên, đất đá trở nên rời rạc, độ cứng giảm xuống.
- Một số loại đất đá khác như:
Đất sét và thạch cao khan khi gặp nước thi phát sinh trương nở thể tích
làm tăng áp lực tác dụng lên vỏ hầm.
24
Lớp đất đá có thế nằm xiên, khi có nước ngầm thấm vào gây hiện tượng
trượt lở, tăng áp lực cục bộ ở các mặt xiên. Đặc biệt nước ngầm có chứa các
thành phần hoá học có tính chất ăn mòn bê tông gây phá hoại kết cấu vỏ hầm.
Nước ăn mòn có thể phá huỷ bê tông vỏ hầm, đòi hỏi bê tông phải có các thành
phần đặc biệt chống ăn mòn.
- Nước ngầm thường có nhiệt độ cao, làm cho hầm vừa nóng vừa ẩm gây
ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của công nhân trong quá trình thi công. Trong quá
trình khai thác, nếu không được phòng nước tốt cho vỏ hầm, nước ngầm sẽ làm
giảm độ bám của mặt đường, ở một số nước có nhiệt độ thấp còn xảy ra hiện
tượng đóng băng trong hầm vv… Vì vậy việc chống nước ngầm trong giai đoạn
thi công và khai thác là một vấn đề quan trọng đang được áp dụng ở nhiều nước.
Nước không những chỉ là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến thi công bình
thường của đường hầm là mối hiểm hoạ cho công tác an toàn lao động. Nếu như
việc thi công đường ngầm được thi công từ hầm ngầm bị ngập thì mọi người có
thể bị cô lập bên trong và không thể thoát hiểm được. Nếu hầm ngầm dốc dần
xuống từ đáy ngầm đến mặt ngắm thì nước sẽ tích tụ ở đáy.
Trong công tác đào đường hầm nếu đàn đất dưới nước hoặc dưới mực
nước ngắm, luôn luôn có ngập lụt xuất hiện và làm rửa trôi nền đất tại mặt đào.
Ngập lụt có thể làm bỏng hay nứt vỡ lớp áo hầm, các rãnh chìm, hoặc do đặc
tính địa chất khác có liên quan đến nguồn nước ngầm.
Việc hố thăm không bịt kín hoàn toàn các lỗ thăm dò có thể gây ra nhiều

mối nguy hiểm. Ngập lụt có thể xẩy ra trong đường ngầm hay hầm liền kề.
Trong trường hợp này nước chảy vào từ các hầm kề bên có thể xẩy ra các hư
hỏng nghiêm trọng cho máy thị công TBMS và sau đó gây sập bề mặt đất không
được chống đỡ cẩn thận.
Trong khi thi công đường ngầm có dùng khí nén, có rủi ro tiềm ẩn về việc
xuất hiện hiện tượng ngập lụt.
2.1.4. Cháy nổ.
Bất kỳ ngọn lửa hoặc điểm sinh nhiệt nào, hoặc bất kỳ tàn lửa hai tia lửa
điện nào có thể tạo nên một mối đe dọa tiềm ẩn về cháy nổ các hỗn hợp khí gas
có khả năng cháy nổ.
Điểm sinh nhiệt có thể được tạo ra do sự ma sát của thiết bị máy móc (bao
gồm cả phanh hãm), do sự quá tải hoặc làm nguội không đúng quy cách
các dây điện hay bóng đèn, do hệ thống tiếp đất bị hỏng hay dòng điện bị dò rỉ,
hoặc do quá trình cắt mà mài kim loại.
Tia lửa có thể được sinh ra khi có sự tiếp xúc mạnh giữa đá cứng và kim
loại. Do vậy, máy cắt gọt hay các thiết bị tương tự khác cần được để hoạt động
tại độ thấp và được làm nguội bằng vòi hay ống phun nước. Nhôm và các hợp
kim nhẹ có thể tạo ra lượng lớn tia lửa khi va đập với các loại đá cứng và kim
loại khác. Những hợp khí này phải bị loại bỏ hoàn toàn trong thì công đường
ngầm nếu thấy có khả năng xuất hiện khí Methane .
Tia lửa có thể được tạo ra sự tích tụ tĩnh điện trong lớp vật liệu bảo vệ
nhiệt khí có ma sát, như các dây dẫn động lực cao su, nilông và các vật liệu
25