BÀI GIẢNG TƯ VẤN GIÁM SÁT CÔNG TRÌNH HẦM

Trờng đại học xây dựng






Tài liệu
Bồi dỡng kiến thức
giám sát thi công xây dựng công trình




chuyên đề
giám sát thi công xây dựng công trình hầm











Hà nội 2009
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

2

chuyên đề
giám sát thi công xây dựng công trình hầm
PGS. T.S Phạm Duy Hoà
PGS .T.S Phan Duy Pháp
Bộ môn Cầu Hầm- Trờng Đại học Xây dựng
Nội dung
Phần i - những vấn đề chung về xây dựng hầm
Chơng I- Mở đầu
1.1. một số khái niệm cơ bản
1.1.1. Phân loại hầm
1.1.2. Xây dựng hầm bằng phơng pháp truyền thống
1.1.3. Phân loại đất đá trong xây dựng hầm
a. Phân loại đất đá theo hệ số kiên cố f của Protodiaconov
b. Phân loại đất đá theo Terzaghi
c. Phân loại đất đá theo RQD (Rock Quality Designation)
d. Phân loại đất đá theo RMR (Rock Mass Rating)
1.2. Sơ lợc về quá trình phát triển xây dựng hầm ở Việt Nam
1.3. Một số công trình hầm tiêu biểu tại việt nam
Chơng Ii- Phơng pháp Xây dựng hầm NATM
2.1. Sơ lợc về lịch sử và quá trình phát triển phơng pháp NATM
2.2. Các khái niệm và nguyên tắc cơ bản của phơng pháp xây dựng hầm natm
2.3. Các phơng pháp chống đỡ, gia cố vòm đất đá xung quanh hầm và chức năng
của các thiết bị gia cố, chống đỡ.
2.3.1. Phơng pháp chống đỡ và gia cố vỏ hầm bằng bê tông phun
2.3.2. Phơng pháp chống đỡ vỏ hầm bằng neo đá
2.3.3. Các kết cấu gia cố chống đỡ khác:
2.4. Kết cấu vỏ hầm
2.5. Đo đạc và xử lý trong thi công của NATM

2.6. u nhợc điểm của phơng pháp NATM
2.7. Một số hình ảnh xây dựng hầm hải Vân theo phơng pháp natm
Phần II - Giám sát thi công xây dựng công trình hầm
Chơng I- yêu cầu chung
1.1. Các tài liệu và tiêu chuẩn kỹ thuật dùng cho xây dựng công trình hầm.
1.2. Kiểm tra đồ án thiết kế thi công của Nhà thầu
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

3

1.3. Kiểm tra các Tiêu chuẩn thi công và Quy trình công nghệ của Nhà thầu
1.4. Kiểm tra vật liệu, cấu kiện xây dựng, sản phẩm xây dựng
Chơng II- Giám sát công tác đào, chống hầm
2.1. Giám sát công tác khoan nổ
2.2. Giám sát công tác xúc bốc và vận chuyển đất đá
2.3. Giám sát thi công hệ thống kết cấu chống đỡ
2.3.1. Giám sát thi công lới thép
2.3.2. Giám sát thi công vòm thép
2.3.3. Giám sát thi công lớp bê tông phun
2.3.4. Giám sát thi công neo
Chơng III- Giám sát công tác đo ứng suất biến dạng kết cấu chống đỡ
3.1. Nguyên tắc chung.
3.2. Số lợng và vị trí đo ứng suất, biến dạng.
3.2.1. Đo độ hội tụ và biến dạng.
3.2.2. Đo biến dạng và ứng suất đá xung quanh hầm
3.2.3. Đo ứng suất bê tông phun.
3.2.4. Đo ứng suất thanh neo.
3.3. Thiết bị và phơng pháp đo.
3.3.1. Đo hội tụ và biến dạng.

3.3.2. Đo biến dạng và ứng suất đá xung quanh hầm
3.3.3. Đo ứng suất bê tông phun.
3.3.4. Đo ứng suất thanh neo.
Chơng IV- giám sát quá trình thi công lớp phòng nớc và vỏ hầm
4.1. giám sát Xây dựng lớp phòng nớc
4.1.1. Kết cấu lớp phòng nớc
4.1.2. Kiểm tra chất lợng lớp vải địa kỹ thuật và phòng nớc
4.1.3. Giám sát công tác lắp đặt lớp vải địa kỹ thuật và lớp phòng nớc
4.2. giám sát xây dựng Vỏ hầm.
4.2.1. Vật liệu và công nghệ thi công
4.2.2. Giám sát quá trình thiết kế và chế tạo ván khuôn hầm
4.2.3. Giám sát quá trình lắp đặt, định vị ván khuôn hầm
4.2.3. Giám sát công tác đổ bê tông vỏ hầm.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

4

Phần i - những vấn đề chung về xây dựng hầm
Chơng I- Mở đầu
1.1. một số khái niệm cơ bản
Hầm là một công trình nhân tạo nằm trong lòng đất đợc dùng vào mục đích
giao thông, thuỷ lợi hoặc các hệ thống kỹ thuật khác.
1.1.1. Phân loại hầm
+ Phân loại theo mục đích sử dụng:
- Hầm giao thông (hầm đờng sắt, hầm đờng bộ, hầm đờng thuỷ, metro)
- Hầm thuỷ lợi
- Hầm kỹ thuật công chính
- Hầm mỏ
- Hầm sử dụng cho các mục đích đặc biệt

+ Phân loại theo khu vực xây dựng:
- Hầm miền núi
- Hầm đồng bằng
- Hầm dới nớc
- Hầm thành phố
+ Phân loại theo phơng pháp thi công:
- Phơng pháp lộ thiên
- Phơng pháp đào kín
- Phợng pháp hạ đoạn
- Các phơng pháp đặc biệt (đông lạnh, gia cố hoá)
1.1.2. Xây dựng hầm bằng phơng pháp truyền thống
Do đặc điểm nằm hoàn toàn dới đất, xây dựng hầm bao bồm 2 quá trình chính:
- Đào đất đá để tạo không gian cho hầm. Hay còn gọi là đào đất đá ngầm.
- Xây dựng kết cấu chống đỡ bảo vệ không gian hầm, để đảm bảo điều kiện khai
thác của công trình.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

5

Những năm trớc đây, ở nớc ta, Liên xô cũ và các nớc trên thế giới vẫn sử
dụng phơng pháp mỏ để thi công các đờng hầm. Nội dung cơ bản của phơng pháp
mỏ là: Sau khi đào hầm, để giữ ổn định đất đá xung quanh hầm ngời ta tiến hành dựng
các vì chống tạm bằng gỗ hoặc chống bằng vòm thép. Kết cấu vỏ hầm đợc thi công
bằng biện pháp đổ bê tông hoặc xây đá theo từng phân đoạn sau khi đào xong hầm một
khoảng thời gian. Sau khi bê tông vỏ hầm đạt cờng độ cho phép, để tạo sự liên kết
chặt chẽ giữa vỏ hầm và đất đá xung quanh ngời ta tiến hành bơm ép vữa vào phía sau
vỏ. Đó chính là một quá trình tổng quát của phơng pháp mỏ.

Chống đỡ bằng vì chống gỗ

Chống đỡ bằng vòm thép
Với phơng pháp thi công hầm nh thế, hiệu quả chống đỡ tạm chỉ có tại các
điểm chống và giữa vỏ hầm và địa tầng không có sự liên kết chặt chẽ với nhau nên sau
khi đào hầm xong dần dần đất đá xung quanh hầm bị biến dạng, nứt vỡ, sụt lở và đè lên
vỏ hầm. Với quan điểm nh vậy, vỏ hầm là kết cấu chống đỡ cuối cùng đảm bảo ổn
định của đờng hầm, chịu toàn bộ tải trọng đất đá (áp lực địa tầng) nên kích thớc tiết
diện rất lớn.
Việc xác định áp lực địa tầng
tác dụng lên vỏ hầm là tuỳ thuộc vào
điều kiện địa chất và trạng thái của
khối đất đá. Terzaghi và
Protodiaconov đ đa ra cách phân
loại đất đá và cách xác định áp lực
địa tầng với giả thiết coi môi trờng
đất đá xung quanh là vật thể rời rạc.

Vòm áp lực
Môi trờng rời rạc


Thuyết tạo vòm Protodiakonov
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

6

Cần nói thêm rằng, trong phơng pháp mỏ sau này ngời ta đ sử dụng vì chống
neo và có trờng hợp kết hợp với cả bê tông phun nhng vẫn chỉ coi là kết cấu chống
đỡ trong quá trình thi công, quan điểm về áp lực địa tầng vẫn nh cũ nên công nghệ

thiết kế và xây dựng hầm vẫn không có gì thay đổi.
Tóm lại, đối với phơng pháp xây dựng hầm truyền thống, toàn bộ áp lực địa
tầng là do vỏ hầm chịu. Khi thiết kế kết cấu vỏ ngời ta bỏ qua vai trò của kết cấu
chống tạm.
1.1.3. Phân loại đất đá trong xây dựng hầm
a. Phân loại đất đá theo hệ số kiên cố f của Protodiaconov
Theo đó đất đá đợc chia làm 10 nhóm (I - X) có hệ số kiên cố thay đổi trong
phạm vi từ 20 0.1. Hệ số kiên cố trong thực tế đợc xác định nh sau:
+ Trong đá cứng: f = R/100
với R là cờng độ nén dọc trục của đá (kg/cm
2
). Thí nghiệm mẫu đá hình trụ
đờng kính 42cm, cao 42mm.
+ Trong đất rời và dính:

tgf =

với

là góc nội ma sát quy ớc

Cấp
đất đá

Mức độ
bền chắc
Tên đất đá
Hệ số
kiên cố- f

I Chắc nhất Quaejit và bazan dẻo chặt chắc nhất 20
II
Rất chắc Granit rất chắc, Porfia thạch anh, phiến thạch, silic, quaejit, cát
kết và đá vôi chắc nhất
15
III
Chắc Granit chặt, cát kết và đá vôi rất chắc, quặng thạch anh, cuội kết
chắc và quặng sắt rất chắc.
10
IIIa Chắc Đá vôi chắc, granit không chắc, cát kết chắc, đá hoa, đôlômít chắc

8
IV Khá chắc Cát kết thờng, quặng sắt 6
IVa Khá chắc Phiến thạch cát 5
V Trung bình Phiến thạch sét chắc, cát kết và đá vôi không chắc, cuội kết mềm

4
Va Trung bình Phiến thạch không chắc, các loại đá mác chặt 3
VI
Khá mềm Phiến thạch mềm, đá vôi, đá phân, muối mỏ, thạch cao rất mềm,
đá mác thờng
2
VIa Khá mềm Phiến thạch bị phá hoại, than đá chắc 1,4
VII Mềm Sét chặt, than đá mềm 1
VIIa Mềm Sét pha 0,8
VIII Đất Cát pha 0,6
IX Đất rời Cát, đất đắp 0,5
X Đất chảy Cát chảy và các loại đất bị chảy 0,3
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

7

b. Phân loại đất đá theo Terzaghi
Năm 1946 Terzaghi đề xuất phơng pháp phân loại đất đá sử dụng để mô tả đất
đá và xác định ALĐT lên kết cấu chống hầm dạng vòm thép.

Điều kiện đất đá
áp lực đá Hp
Nhận xét
1. Đá cứng và nguyên khối 0
Chỉ cần vỏ hầm nhẹ khi có hiện tợng đá rơi hoặc
bắn đá
2. Đá cứng phân tầng hoặc đá phiến

0 0.5B Kết cấu chống đỡ nhẹ chủ yếu để tránh đá rơi.
3. Đá khối, nứt nẻ ít 0 0.25B
Kết cấu chống đỡ nhẹ chủ yếu để tránh đá rơi, áp
lực đá có thể thay đổi thất thờng từ điểm này
sang điểm khác.
4. Đá phân khối nhẹ 0.25B0.35(B+Ht) Không có áp lực bên
5. Đá phân khối mạnh (0.35-1.10)( B+Ht)

áp lực bên nhỏ hoặc không có
6. Đá vỡ vụn hoàn toàn nhng
không thay đổi về phơng diện
hoá học
1.10 (B+Ht)
áp lực bên đáng kể. Giảm yếu do thấm dới đấy hầm
đòi hỏi phải tiếp tục chống đỡ phần chân vòm thép

hoặc dùng khung thép dạng tròn.
7. Đá bị nén ép ở độ sâu nhỏ (1.10-2.10)( B+Ht)

áp lực bên lớn. Cần vì chống vòm ngợc. Nên
dùng khung thép dạng tròn.
8. Đá bị nén ép ở độ sâu lớn (2.10 10)( B+Ht)
áp lực bên lớn, cần vì chống vòm ngợc, nên
dùng khung thép dạng tròn.
9. Đá trơng nở thể tích
Có thể tới 250ft
không phụ thuộc
vào giá trị (B+Ht)
Cần dùng khung thép dạng tròn, trong trờng hợp
đặc biệt dùng khung chống mềm.
Ghi chú: - B là chiều rộng hầm, Ht là chiều cao hầm, Hp là chiều cao phần đất đá sụt lở trên nóc hầm tính
bằng feet (1ft = 30,48cm).
- Vòm hầm đợc coi nh nằm dới mực nớc ngầm, nếu vòm luôn nằm trên mực nớc ngầm giá trị áp lực của
các loại đất đá từ 4 đến 6 có thể giảm 50%.
c. Phân loại đất đá theo RQD (Rock Quality Designation)
Năm 1967 Deere đề xuất phơng pháp phân loại đất đá dựa trên cơ sở phần trăm
lõi khoan thu đợc đặt tên cách phân loại này là RQD (Rock Quality Designation). Chỉ
số RQD là tổng phần trăm chiều dài các phần lõi khoan (dài tối thiểu 4 inh hay 10cm)
thu đợc trên tổng chiều dài lỗ khoan.
RQD = (Tổng chiều dài các phần lõi khoan dài hơn 10cm) x 100%/ Tổng chiều
dài khoan.

Chất lợng đá RQD (%) Mô tả loại đá
Rất tốt 90 -100 Nguyên khối
Tốt 75 90 Toàn khối, ít nứt nẻ
Trung bình 50 75 Nứt nẻ, phân khối

Xấu 25 50 Vỡ mảnh, nứt nẻ, phân khối mạnh
Rất xấu 0 25 Vỡ vụn
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

8

d. Phân loại đất đá theo RMR (Rock Mass Rating)
Năm 1973 Bieniawski công bố hệ thống phân loại địa cơ hay hệ thống phân loại
khối đá theo điểm RMR. Hệ thống phân loại này dựa trên cơ sở đánh giá mức độ quan
trọng tơng đối lẫn nhau của 6 thông số chính của khối đá bằng cách cho điểm với
tổng số điểm lớn nhất là 100 điểm nh sau:

Các thông số của đá
Điểm số tối đa RMR
ứng với từng thông số
Cờng độ nén một trục của đá nguyên khối 15
Chỉ số chất lợng đá RQD 20
Khoảng cách giữa các khe nứt 20
Trạng thái của khe nứt 30
Tình trạng nớc ngầm 15
Tổng số điểm RMR 100
Hớng của khe nứt (điều chỉnh ảnh hởng hớng của khe nứt so
với trục hầm)
Giảm điểm số RMR từ 2
đến 12 điểm
Bảng phân loại đá dựa trên cơ sở tổng số điểm RMR
RMR Nhóm đất đá Mô tả loại đá
81 - 100 I Đá rất tốt
61 - 80 II Đá tốt

41 60 III Đá trung bình
21 40 IV Đá xấu
Nhỏ hơn 20 V Đá rất xấu

1.2. Sơ lợc về quá trình phát triển xây dựng hầm ở Việt Nam
Hầm đờng sắt đầu tiên đợc xây dựng ở Việt Nam là dới thời thuộc Pháp vào
khoảng năm 1901-1905 trên tuyến đờng sắt Bắc Nam Hà Nội- TP. Hồ Chí Minh. Tính
đến nay VN có 41 hầm đờng sắt với tổng chiều dài 11.900m. Hầm đờng sắt dài nhất
1182m là hầm Ba bô nô (đoạn đèo Cả Km 1224 + 221). Các hầm đờng sắt đợc xây
dựng chủ yếu vào hai thời kỳ:
- Từ năm 1901- 1936: (dới thời Pháp thuộc) 27 hầm trên tuyến đờng sắt Bắc
Nam nối Hà Nội- TP. Hồ Chí Minh. Thời gian đầu vỏ hầm đợc xây dựng bằng đá hộc,
sau này bằng BT. Kết cấu vỏ hầm điển hình của thời kỳ này là tờng bằng đá hộc xây,
vòm bằng BT. Các hầm này có tiết diện ngang nhỏ, xây dựng đ lâu lại bị ảnh hởng
của chiến tranh nhiều đoạn vỏ hầm bị phong hoá vỡ lở và rỉ nớc cần gia cố sửa chữa
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

9

để đảm bảo an toàn giao thông. Trong những năm 90, các hầm số 7, 9, 10, 13 (khu vực
Hải Vân) đ đợc gia cố sửa chữa lại bằng nguồn vốn do chính phủ Pháp tài trợ. Biện
pháp sửa chữa cũng do t vấn của Pháp đa ra là phá dỡ vòm BT cũ. Gia cố lại đất đá
bằng neo và BT phun.
- Từ năm 1968- 1970: 14 hầm trong đó đa số (12 hầm) do Trung Quốc thiết kế
và xây dựng trên các tuyến đờng sắt phía Bắc. Các hầm này bằng BT hiện vẫn khai
thác bình thờng.
Tất cả các hầm đờng sắt đều do nớc ngoài (Pháp hoặc Trung Quốc) thiết kế,
xây dựng. Các hầm này đều đợc xây dựng bằng thủ công với nhân công địa phơng.
Một số hầm đợc xây dựng trong thời chiến. Các tài liệu và kinh nghiệm để lại hầu nh

không có gì.
Mốc đánh dấu sự phát triển của lĩnh vực xây dựng hầm tại VN là công trình
thuỷ điện Sông Đà. Gần 20km hầm các loại với kích thớc khác nhau đ đợc xây
dựng với sự giúp đỡ của các chuyên gia Liên Xô. Trên công trình này đội ngũ cán bộ
kỹ thuật và công nhân VN lần đầu tiên đ đợc tiếp cận với công nghệ cũng nh các
thiết bị máy móc thi công hầm.
Với kinh nghiệm có đợc từ công trình thuỷ điện Sông Đà trong những năm 90
của thế kỷ 20 một loạt công trình thuỷ điện ngầm khác nh Yaly, Sông Hinh, Hàm
Thuận Đa Mi đ đợc xây dựng và đa vào sử dụng.
Các hầm đờng bộ ở VN xuất hiện muộn hơn. Hầm đờng bộ đầu tiên ở VN
đợc xây dựng vào năm 1982 trên công trờng thuỷ điện Sông Đà. Mặc dù là hầm giao
thông đờng bộ nhng hầm này thuộc dự án thuỷ điện Hoà Bình.
Trong những năm gần đây nhiều dự án nâng cấp cải tạo và xây dựng mới các
tuyến đờng giao thông đ đợc triển khai. Một loạt các hầm đờng bộ đ đợc xây
dựng (hầm Dốc xây, hầm Hải Vân, hầm A Roàng, hầm Đèo Ngang) và đang chuẩn bị
xây dựng các công trình hầm Đèo Cả, hầm Thủ Thiêm qua sông Sài gòn
Dự báo trong tơng lai hầm và công trình ngầm sẽ đợc xây dựng nhiều ở Việt
nam, đất nớc có ba phần t diện tích lnh thổ là núi và cao nguyên. Các tuyến đờng
giao thông quan trọng đều phải vợt qua các đèo núi cao. Ngoài ra, với tốc độ đô thị
hoá nhanh chóng, sự bùng nổ của các phơng tiện giao thông đ dẫn đến sự quá tải của
hệ thống hạ tầng GTVT gây nên tình trạng tắc nghẽn giao thông trong các đô thị. Để
giải quyết vấn nạn này xu hớng phát triển giao thông ngầm gần nh là giải pháp duy
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

10

nhất hiệu quả và triệt để.
1.3. Một số công trình hầm tiêu biểu tại việt nam
+ Công trình ngầm thuỷ điện Sông Đà: Trong những năm 80 nhà máy thuỷ

điện Hòa Bình trên sông Đà đợc thiết kế và xây dựng với sự giúp đỡ của Liên xô. Tổ
hợp công trình ngầm của thuỷ điện Sông Đà gồm gần 20Km hầm các loại với kích
thớc và hình dạng khác nhau đợc xây dựng chủ yếu trong đá cứng, thi công bằng
phơng pháp khoan nổ mìn với trang thiết bị máy móc của Liên xô chủ yếu hoạt động
bằng khí nén.
Công trình thuỷ điện Sông Đà là mốc quan trọng trong quá trình phát triển của
lĩnh vực xây dựng hầm tại Việt nam. Tại đây, nhiều vấn đề kỹ thuật thi công hầm phức
tạp đ đợc giải quyết nh công nghệ thi công hầm tiết diện lớn (hầm gian máy dài
264,5m, rộng 26m-phần vòm và 19,6m -phần tờng, chiều cao hầm 56,8m), đào giếng
ngợc, nổ mìn tạo biên, neo ứng suất trớcđ đợc giải quyết.
Về kết cấu chống đỡ hầm đ sử dụng neo, BT phun và lới thép. Tuy nhiên
chúng chỉ đợc sử dụng nh kết cấu chống tạm trớc khi vỏ hầm vĩnh cửu bằng BTCT
đợc xây dựng.
Về chống thấm cho hầm, không sử dụng lớp phòng nớc mềm mà dùng biện
pháp ép vữa lấp đầy sau vỏ hầm hoặc biện pháp khoan thu nớc ngầm.
Các hầm giao thông và các hầm thuỷ điện khác đợc xây dựng trong thập kỷ 90
cũng thi công theo công nghệ này tuy nhiên máy móc thiết bị thi công đ đợc hiện đại
hoá hoạt động bằng thuỷ lực nên tốc độ đào hầm tăng hơn nhiều.
+ Hầm đờng bộ qua đèo Hải Vân là một trong 30 hầm đờng bộ có qui mô
lớn, kỹ thuật công nghệ hiện đại nhất của thế giới hiện nay. Ngân hàng thế giới (WB)
đ cung cấp khoản kinh phí trợ giúp kỹ thuật (TA) để lập báo cáo NCTKT thông qua tổ
chức T vấn của Hiệp hội đờng cao tốc Nhật Bản. Kinh phí cho giai đoạn khảo sát đặc
biệt (thay thế cho báo cáo NCTKT), thiết kế chi tiết và xây dựng công trình đợc đầu t
bằng nguồn vốn vay từ JBIC-Nhật Bản và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam. Liên
danh t vấn bao gồm tập đoàn Nippon Koei (Nhật Bản), tập đoàn Louis Berger (Hoa
Kỳ) và Tổng Công ty thiết kế GTVT (TEDI).
Tại công trình hầm Hải Vân, lần đầu tiên phơng pháp NATM đợc áp dụng ở
Việt nam. Hầm đợc thiết kế dựa trên sự kết hợp giữa các tiêu chuẩn AASHTO-1994,
tiêu chuẩn JHPC của Nhật, Tiêu chuẩn thiết kế hầm đờng sắt và hầm đờng ô tô
Gxd ., jsc

www.giaxaydung.vn

11

TCVN 4527-88 và các tiêu chuẩn chuyên ngành khác.
Hầm có quy mô gồm một hầm chính dài 6280m, rộng 11,9m cao 7,5m đợc
thiết kế với tốc độ xe chạy 80Km/h, một hầm cứu nạn rộng 4,7m cao 4m, nằm song
song và cách hầm chính 30m. Giữa hầm chính và hầm cứu nạn có 15 hầm ngang để
thoát hiểm khi có tai nạn. Trong đó có 4 hầm cho ô tô (rộng 9m cao 7,3m) và 11 hầm
dành cho ngời đi bộ (rộng 2,8m cao 3,2m).


Hầm đờng bộ Hải vân (cửa phía Bắc)
Tại công trình hầm Hải Vân bên cạnh việc áp dụng phơng pháp xây dựng hầm
NATM, nhiều kỹ thuật tiên tiến và vật liệu mới đ đợc áp dụng trong các lĩnh vực
phòng nớc, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy và chữa cháy, giám sát và điều khiển
giao thông
Thông gió cho hầm dùng sơ đồ thông gió dọc kết hợp với lọc bụi tĩnh điện. Hầm
thông gió có chiều dài 1887m, tiết diện 36.2m2, độ nghiêng 8%, có tờng bêtông cốt
thép ở giữa chia làm 2 phần theo phơng dọc trục hầm. Một phần để xả khí bẩn từ
trong hầm ra ngoài, một nửa còn lại để cung cấp khí sạch từ bên ngoài vào hầm. Để
phục vụ cho công tác cấp khí và xả khí có 2 quạt cấp khí và 2 quạt xả khí đờng kính
2,8m đặt trong nhà thông gió ở phía cửa hầm thông gió.
Ba hầm lọc bụi tĩnh điện dạng quai chảo đợc bố trí dọc theo hầm. Hầm lọc tĩnh
điện có chiều dài 137 m, tiết diện ngang 57,69 m2. Không khí bị nhiễm bẩn do bụi và
khói thải của xe cộ khi lu thông dọc theo hầm chính đến hầm lọc bụi tĩnh điện sẽ bị
hút vào hầm lọc bụi. Tại đây các thành phần bụi bẩn trong không khí sẽ bị ion hoá và
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

12

nhiễm điện tích âm. Các hạt bụi bị nhiễm điện tích âm đợc đi qua bản cực điện tích
âm và bị đẩy vào bề mặt các tấm kim loại. Không khí đợc lọc sạch bụi bẩn sẽ đợc
thổi lại vào hầm. Các bụi bẩn trên tấm kim loại sẽ đợc rửa sạch bằng nớc, đợc lọc
và nén lại dạng cục rắn và đợc mang ra ngoài theo định kỳ.



Hệ thống thông gió hầm Hải vân
Các nhà thầu tham gia dựng phần hầm, bao gồm:
- Phần hầm phía Bắc: Liên danh Nhà thầu Hazama-Cienco6 xây dựng 3857 m
hầm chính; 3857 m hầm lánh nạn; 1877m hầm thông gió; 2 hầm lọc bụi tĩnh điện.
- Phần hầm phía Nam: Liên danh Dong Ah-Sông Đà thực hiện xây dựng 2423m
hầm chính; 2435m hầm lánh nạn; 1 hầm lọc bụi tĩnh điện.
- Cung cấp lắp đặt hệ thống điện trong hầm: Liên danh Nhà thầu ABB-Kinden-
Vinaincon.
- Cung cấp và lắp đặt hệ thống thông gió, cơ khí: Liên danh Nhà thầu
Masushita-Itochu.
- Cung cấp thiết bị vận hành bảo dỡng hầm: Nhà thầu Itochu.
+ Hầm đờng bộ qua ĐèoNgang: Tiếp theo công trình hầm Hải Vân, kỹ s và
công nhânViệt Nam đ thành công trong thi công xây dựng hầm đờng bộ qua Đèo
Ngang bằng Phơng pháp NATM. Hầm có chiều dài 495m, rộng 11,9m đợc thiết kế
cho 2 làn xe, tốc độ 60km/h
Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế, quy trình và quy phạm áp dụng bao gồm:
- Tiêu chuẩn thiết kế hầm đờng sắt và đờng ô tô TCVN 4527-88.
- Hớng dẫn sử dụng neo và bê tông phun làm kết cấu chống đỡ tạm hầm giao
thông.Tiêu chuẩn BCH 126-78 (Liên Xô).
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

13

- Tiêu chuẩn thiết kế hầm qua núi, Tiêu chuẩn Nhật Bản - 1996.
- Tiêu chuẩn thiết kế hầm theo phơng pháp NATM dùng cho thiết kế và xây
dựng hầm đờng bộ đèo Hải Vân.
Từ kinh nghiệm ở công trình hầm Hải Vân, chúng ta đ tự lực từ khâu khảo sát
thiết kế, giám sát (TEDI), Thẩm định TKKT, các ứng dụng tiến bộ kỹ thuật, quản lý
nhà nớc quá trình thi công (Cục Giám định & QLCLCTGT, Ban QLDA 85), thi công
xây dựng công trình (Công ty Sông Đà 10).
Qua các dự án hầm Hải Vân, dự án hầm đèo Ngang, khẳng định chắc chắn cán
bộ quản lý, kỹ s Việt Nam có đủ năng lực và kinh nghiệm thiết kế, thẩm định, giám
sát, thi công xây dựng hầm đờng bộ bằng phuơng pháp NATM.
Để chuẩn bị cho việc xây dựng các đờng hầm trong tơng lai theo phơng pháp
xây dựng đờng hầm tiên tiến NATM, trong tài liệu này sẽ giới thiệu để các kỹ s hiểu
đợc lý thuyết cơ bản của phơng pháp xây dựng đờng hầm đợc xem là hiệu quả
nhất hiện nay.



Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

14

Ch−¬ng Ii
Ph−¬ng ph¸p X©y dùng hÇm NATM
Ph−¬ng ph¸p x©y dùng hÇm míi cđa ¸o (New Autrian Tunneling Method ®−ỵc
viÕt t¾t lµ NATM) ® ®−ỵc nhiỊu n−íc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi c«ng nhËn lµ ph−¬ng ph¸p
x©y dùng hÇm hiƯn ®¹i vµ cã nhiỊu −u ®iĨm nỉi tréi h¬n c¸c ph¸p th«ng th−êng. ChÝnh

v× tÝnh −u viƯt cđa ph−¬ng ph¸p nªn NATM ® ®−ỵc nhiỊu n−íc ®−a vµo quy tr×nh thi
c«ng hÇm cđa m×nh nh− §øc, ¸o, NhËt B¶n ë ViƯt Nam ph−¬ng ph¸p NATM lÇn
®Çu tiªn ®−ỵc ¸p dơng ®Ĩ thiÕt kÕ vµ thi c«ng hÇm ®−êng bé xuyªn nói H¶i V©n (TP.
§µ N½ng) vµ sau ®ã ®−ỵc ¸p dơng thµnh c«ng vµo c«ng tr×nh hÇm ®−êng bé qua ®Ìo
Ngang (TØnh Hµ TÜnh).
2.1. S¬ l−ỵc vỊ lÞch sư vµ qu¸ tr×nh ph¸t triĨn ph−¬ng ph¸p NATM
Nh− trªn ® tr×nh bµy, víi ph−¬ng ph¸p x©y dùng hÇm trun thèng vá hÇm lµ
kÕt cÊu chèng ®ì ci cïng ®¶m b¶o ỉn ®Þnh cđa ®−êng hÇm, chÞu toµn bé ¸p lùc ®Þa
tÇng nªn kÝch th−íc tiÕt diƯn rÊt lín, kh«ng kinh tÕ.
Vµo kho¶ng gi÷a thÕ kû XX, dùa trªn lý thut biÕn d¹ng vµ viƯc ph©n tÝch ¸p
lùc ®Êt, ®¸, tõ kinh nghiƯm trùc gi¸c nh−ng hÕt søc s¸ng t¹o, c¸c kü s− ng−êi ¸o ® rót
ra ®−ỵc nh÷ng kÕt qu¶ trong qu¸ tr×nh thi c«ng nhiỊu ®−êng hÇm kh¸c nhau trong n−íc
vµ trªn thÕ giíi, trong sè hä cã Rabcewicz, Muller vµ Pacher.
Từ kinh nghiệm trong việc đào hầm mỏ có độ sâu lớn, Rabcewicz đã nêu ra
rằng quá trình sập hầm sẽ xảy ra theo trình tự sau:
- T¹i ®Ønh vßm vµ ®¸y hÇm ®Êt ®¸ cã xu h−íng biÕn d¹ng vµo phÝa trong nªn ë
khu vùc ®ã sÏ xt hiƯn øng st kÐo tËp trung, ®¸ sÏ bÞ nøt, rêi vµ c−êng ®é nguyªn
thủ cđa ®¸ sÏ gi¶m ®i.
- Sau khi phân phối lại áp lực quanh đường hầm, ứng suất nén thẳng đứng sẽ
tập trung ở vách hầm.
- Sau đó, vách hầm nứt ra. Khèi ®¸ trªn vßm sÏ kh«ng ỉn ®Þnh do suy gi¶m kh¶
n¨ng chèng ®ì cđa khèi ®¸ ch©n vßm và cuối cùng hầm đổ sụp xuống. Hiện tượng
này gọi là “Cherry Pit”.

Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

15

1. Trạng thái ứng suất đơn trục của vách hang
Sau khi đào hầm ứng suất của khối đá xung quanh sẽ
chuyển từ trạng thái ba trục thành đơn trục


2. Biến dạng của đỉnh hang và đáy hang
Do ứng suất kéo tập trung tại đỉnh vòm và đáy hang,
biến dạng của đá dần dần gia tăng do cờng độ chịu
kéo của đá thấp hơn so với chịu nén.
Vùng biến dạng kéo


3. Tập trung của ứng suất nén
Do biến dạng kéo, ứng suất kéo tại đỉnh vòm và đáy
hang giảm, ứng suất nén tập trung sẽ gia tăng tại vách
hầm


4. Vách hầm bị nứt ra
Dới tác dụng của ứng suất nén tập trung, đá vách hầm
bị nứt lở vào phía trong hầm




5. Gia tăng vùng biến dạng
Khối đá trên đỉnh vòm trở nên không ổn định do suy
giảm sức chịu tải tại chân vòm. Cuối cùng thì vùng
biến dạng của đất đá trên nóc hầm sẽ diễn tiến theo đề
xuất của K.Terzaghi

Quá trình sập hầm khi không chống đỡ (theo Rabcewicz)
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

16

Trong khi quan sát và giám sát những khả năng chống đỡ của khối đất đá trong
đờng hầm, Rabcewicz và các cộng sự cố gắng tạo cho khối đá thực hiện đúng chức
năng của nó nh một thành phần rất quan trọng của đờng hầm, cố gắng giúp nó khỏi
mất đi sự chống đỡ tự có và khi cần thiết sẽ gia cố thêm lực bằng một giải đá. Khái
niệm này là một thành tựu tiên phong nó khuyến khích các kỹ s sử dụng những lớp bê
tông phun mỏng thay vì phải dùng một khối lợng gỗ lớn kèm theo những tấm thép và
những vòm hầm bê tông dày lúc bấy giờ.
Một thời gian ngắn sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, sự phát triển của bê tông
phun đ cho phép những ngời xây dựng đờng hầm càng ngày càng sử dụng nhiều để
xây dựng các đờng hầm mới. Việc chế tạo ra máy phun bê tông cho phép sử dụng một
khối lợng lớn bê tông phun để thi công gia cố các khối đá trong hầm (vào thời điểm
này gọi là "Torcret"). Phơng pháp phun bê tông lên bất kỳ bề mặt nào và sử dụng phụ
gia hoá học để tạo độ cứng ngay từ ban đầu cho phép tạo một chu kỳ khoan hầm nhanh
hơn. Việc áp dụng các vì chống mềm bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lới
thép cho phép hạn chế đợc biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi đào
hầm và liên kết đợc các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho đất đá
xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm.
Sau phát minh quan trọng, kết hợp với sự phát triển của thiết bị hiện đại và sự ra
đời của nhiều loại vật liệu mới, phơng pháp xây dựng hầm NATM bắt đầu hình thành
và phát triển thành một phơng pháp xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới.

Giản đồ về khái niệm NATM của Rabcewicz
Gxd ., jsc

www.giaxaydung.vn

17

Trong cn s¸ch cđa m×nh "Gebigtack und Tunnelbau"-1944, L.V Rabcewicz
®−a ra mét hƯ thèng ¸p lùc cđa ®¸ vµ gi¶i thÝch c¸c hiƯn t−ỵng ®ã. NhiỊu nguyªn t¾c
cđa NATM ® ®−ỵc ®Ị cËp trong cn s¸ch nµy. Trong b¶n qun s¸ng chÕ 1948 cđa
«ng, c¸c nguyªn t¾c NATM ® ®−ỵc h×nh thµnh. C¸c nguyªn t¾c nµy ®−ỵc kiĨm tra
b»ng c¸c biƯn ph¸p trong c¸c t×nh hng biÕn d¹ng cơ thĨ.
Tõ n¨m 1956 ®Õn n¨m 1958 ®−êng hÇm cì lín ® ®−ỵc Rabcewicz x©y dùng ë
Venezuela theo c¸c nguyªn t¾c NATM.
T¹i ¸o c¸c thư nghiƯm ®Çu tiªn ®−ỵc tiÕn hµnh vµo nh÷ng n¨m n¨m m−¬i víi
®−êng hÇm d−íi n−íc cì nhá. N¨m 1963 ph−¬ng ph¸p x©y dùng ®−êng hÇm NATM ®
®−ỵc ®−a ra giíi thiƯu t¹i Héi th¶o c¬ häc- ®Þa chÊt t¹i Sazburg. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−ỵc
gäi lµ “míi” v× lóc ®ã ® cã ph−¬ng ph¸p trun thèng cđa ¸o.
Vào năm 1978, tiến só Muler cùng nhiều chuyên gia hầm đã tham dự hội nghò
quốc tế chuyên đề Cơ học đá được tổ chức tại Tokyo. Vào thời gian này, Công ty
Đường Sắt Quốc gia Nhật Bản đề nghò xây dựng đường xe lửa cao tốc Tohoku
Bullet theo phương pháp NATM với mục đích giảm thiểu chi phí xây dựng hầm
trong các điều kiện đòa chất không thuận lợi. Có 3 đường hầm đang được xây dựng
dự kiến xuyên qua đá granit phong hóa nặng với tầng đất phủ mỏng dưới 30m. Tuy
nhiên do hiểu sai và thiếu kinh nghiệm về công nghệ NATM, việc thi công đã gặp
nhiều trở ngại như độ lún đất bề mặt lớn, các vòm thép bò lún dưới chân phần đào
trên vòm hầm, vv , đã khiến cho tổng chi phí xây dựng dự kiến lên rất cao. Tiến só
Muller đã đến công trường và hướng dẫn thi công hầm theo công nghệ NATM. Lý
thuyết về NATM của ông được in trong cuốn “Đøng hầm BAU”. Các khái niệm và
nguyên tắc cơ bản về công nghệ NATM đề cập trong cuốn sách này nhằm giới thiệu
khái niệm chủ yếu của NATM.
Ph−¬ng ph¸p nµy ® ®−ỵc tiÕp tơc ph¸t triĨn vỊ tr×nh tù ®µo vµ chèng ®ì khèi ®Êt
®¸ xung quanh vá hÇm. C¸c ph−¬ng tiƯn chèng ®ì vµ c¸c biƯn ph¸p phơ trỵ ® ®−ỵc c¶i

tiÕn, c¸c thiÕt bÞ, kü tht vµ c¸c kü n¨ng cđa ph−¬ng ph¸p NATM ® ®−ỵc triĨn khai
vµ ¸p dơng ®èi víi nỊn mãng biÕn d¹ng lín, ®èi víi nỊn u vµ ®èi víi c¸c ®o¹n ®−êng
hÇm cã h×nh d¹ng h×nh häc phøc t¹p.
2.2. C¸c kh¸i niƯm vµ nguyªn t¾c c¬ b¶n cđa ph−¬ng ph¸p x©y
dùng hÇm natm
Ph−¬ng ph¸p x©y dùng hÇm míi cđa ¸o (NATM) lµ ph−¬ng ph¸p x©y dùng hÇm
®−ỵc h×nh thµnh trªn c¬ së lý thut ®óc rót tõ viƯc x©y dùng hÇm trong thêi gian dµi
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

18

nã bao gåm c¸c tr×nh tù, biƯn ph¸p thi c«ng vµ xư lý khèi ®¸ trªn vßm hÇm sao cho ®Êt
®¸ xung quanh hÇm ®−ỵc liªn kÕt thµnh kÕt cÊu vßm chèng ®ì, tù b¶n th©n nã sÏ trë
thµnh mét phÇn kÕt cÊu chèng ®ì hÇm (®Þnh nghÜa nµy cïng c¸c nguyªn lý c¬ b¶n ®−ỵc
xt b¶n vµo n¨m 1980).
Tr−íc khi ®µo hÇm khèi ®Þa tÇng ë trong tr¹ng th¸i c©n b»ng ỉn ®Þnh vµ tr¹ng
th¸i øng st cđa nã ®−ỵc x¸c ®Þnh bëi träng l−ỵng b¶n th©n cđa ®Þa tÇng, bëi qu¸ tr×nh
kiÕn t¹o vá tr¸i ®Êt, bëi ¶nh h−ëng cđa nhiƯt ®é vµ n−íc ngÇm. Tuy nhiªn trong thùc tÕ
c«ng tr×nh ngÇm th−êng n»m rÊt n«ng so víi bỊ dµy cđa vá tr¸i ®Êt vµ thêi gian sư dơng
còng rÊt ng¾n cho nªn trong thiÕt kÕ ta cã thĨ bá qua ¶nh h−ëng cđa tr¹ng th¸i øng st
do qu¸ tr×nh kiÕn t¹o, do nhiƯt ®é vµ n−íc ngÇm. Nh− vËy øng st ban ®Çu trong khèi
®Þa tÇng chđ u lµ do träng l−ỵng b¶n th©n cđa líp ®¸ n»m trªn nã g©y ra. ViƯc ®µo
hÇm ® lÊy ®i mét khèi l−ỵng ®Êt ®¸, mµ b×nh th−êng chóng cã chøc n¨ng tiÕp nhËn ¸p
lùc do träng l−ỵng cđa ®Êt ®¸ n»m trªn nãc hang, do ®ã trong khèi ®Êt ®¸ xung quanh
hÇm ph¸t sinh øng st kÐo, ®«i khi ®¹t trÞ sè kh¸ lín. ViƯc chun tõ tr¹ng th¸i øng
st 3 trơc sang øng st hai trơc kÐo theo sù ph¸t sinh biÕn d¹ng cđa ®Êt ®¸ bao quanh.
Khi ®Êt ®¸ trªn vßm hang biÕn ®ỉi, c¸c ho¹t ®éng trong qu¸ tr×nh x©y dùng hÇm
®−ỵc thùc hiƯn víi mơc ®Ých duy tr× hc c¶i thiƯn kh¶ n¨ng ®ì cđa khèi ®¸, nh»m ph¸t
huy tèi −u kh¶ n¨ng chèng ®ì vµo t¹o ra sù ph¸t triĨn thn lỵi cđa tr−êng øng st

trong khèi ®Êt ®¸.
Mơc ®Ých lµ duy tr× tr¹ng th¸i øng st ba trơc ®èi víi tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n thi
c«ng vµ gi¶m thiĨu tr¹ng th¸i øng st ®¬n trơc hc hai trơc lªn khèi ®¸.
Xt ph¸t tõ mơc tiªu trªn, ph−¬ng ph¸p NATM khi ¸p dơng lu«n lu«n ®¶m b¶o
c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n vµ ®−ỵc tiÕn sÜ Muller giíi thiƯu gäi lµ “22 nguyªn t¾c NATM”
nh− sau:
1. Kết cấu hầm là tổ hợp giữa đất đá và vỏ hầm, hầm chủ yếu được chống đỡ
bằng khối đá xung quanh
Đây là khái niệm cơ bản của NATM. Kỹ sư hầm phải biết cách áp dụng khái
niệm này vào việc thi công hầm. Hệ thống chống đỡ hầm chỉ giới hạn là cách hỗ trợ
cho khả năng tự ổn đònh của khối đá.
2. Vì thế, điều quan trọng là phải giữ độ bền vững của khối đá.Cách chống đỡ
truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép khơng thể ngăn ngừa sự biến dạng của khối
đá xung quanh hầm. Bê tơng được phun ngay sau khi đào hầm có thể ngăn sự biến dạng
của khối đá một cách hữu hiệu.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

19

Vẫn có một khoảng trống giữa hệ thống chống đỡ và khối đá. Khối đá xung quanh
chỉ được chống đỡ ở điểm tiếp xúc, kết quả là khối đá sẽ biến dạng hướng vào phía
trong đường hầm nhằm lấp đầy khoảng không gian nói trên, và sự phân rã của khối
đá sẽ có xu hướng phát triển đến độ sâu nào đó tính từ tường hầm. Bêtông phun trực
tiếp và gắn chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm có thể ngăn không cho khối
đá biến dạng.
Sự khác biệt trong phấn bố ứng suất xung quanh hầm
3. Sự phân rã của khối đá (loosening) phải được ngăn chặn vì nó làm cho cường
độ của đá giảm đi.
Khái niệm này chủ yếu áp dụng đối với đá cứng. Cường độ đá mềm, chẳng

hạn như lớp đá trầm tích sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, tương đối yếu và hành vi
của chúng sẽ phụ thuộc vào lực kết dính và góc nội ma sát của các hạt đất riêng.
4. Khối đá phải được giữ trong trạng thái ứng suất nén ba trục. Cường độ của
khối đá với ứng suất nén đơn trục, hai trục thấp hơn cường độ trong điều kiện ba trục.
Cường độ chòu nén của khối đá ở điều kiện nén ba trục sẽ cao hơn trong điều
kiện nén một trục. Sau khi đào hầm, vách hầm sẽ ở trong điều kiện ứng suất nở
hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt. Để duy trì trạng thái ứng suất nén
ba trục và sự ổn đònh của khối đá, vách hầm phải được phủ kín bằng bêtông phun.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

20

5. Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn từ xa. Phải thiết lập hệ thống chống
đỡ để ngăn chặn sự phân rã và nguy cơ đổ sập của khối đá. Tính kinh tế và chất lượng của
việc đào hầm sẽ tăng nếu các hệ thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp.
Ngăn chặn biến dạng nghóa là biến dạng xung quanh hầm phải được giảm
thiếu tối đa do những biến dạng xảy ra trong hầm là không thể tránh khỏi, ví dụ
biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng do nổ mìn. Vì thế, giới hạn biến dạng cho phép
cần được tính đến vào mỗi loại hệ thống chống đỡ và nên được sửa đổi từ các kết
quả đo đạc quan trắc Đòa kỹ thuật.

Mối quan hệ giữa ng suất và chuyển vị của vách hầm
6. Hệ thống chống đỡ và vỏ hầm phải được lắp đặt kịp thời. Lắp đặt các hệ thống
chống đỡ q sớm hay q muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi. Hơn nữa, hệ thống chống đỡ
cũng khơng được q mềm hay q cứng. Các hệ thống chống đỡ cần có một độ mềm
dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá.
Mối quan hệ giữa tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ và chuyển vị của
hầm được trình bày ởø “Đường cong Fenner - Pacher” –hình 6. Đường cong này đưa
ra khái niệm giảm thiểu tải trọng tác dụng lên kết cấu chống đỡ.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn

21

NÕu hƯ thèng chèng ®ì ®−ỵc l¾p ®Ỉt qu¸ sím, ¸p lùc t¸c dơng lªn kÕt cÊu chèng
®ì sÏ rÊt cao. MỈt kh¸c ¸p lùc sÏ tiÕp tơc t¨ng lªn khi l¾p ®Ỉt hƯ thèng chèng ®ì chËm.
HƯ thèng chèng ®ì ®−ỵc l¾p ®Ỉt ®óng lóc cã kh¶ n¨ng gi¶m t¶i träng ®Õn nhá nhÊt.

NÕu hƯ thèng chèng ®ì qu¸ cøng sÏ ®¾t vµ hc qu¸ mỊm th× sÏ biÕn d¹ng nhiỊu. T¶i
träng t¸c ®éng lªn hƯ thèng chèng ®ì sÏ gi¶m ®Õn nhá nhÊt khi hƯ thèng chèng ®ì cã
®é mỊm dỴo thÝch hỵp.
7. Để xác định thời gian thích hợp lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần phải nghiên
cứu khảo sát ứng xử của khối đá.
8. Khơng chỉ là việc thí nghiệm trong phòng mà việc tiến hành quan trắc sự biến
dạng của hầm rất quan trọng để xác định thời gian thích hợp chống đỡ vách đào. Thời
gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ biến dạng và loại đá cũng là những nhân tố
quan trọng để xác định thời gian chống đỡ vách đào.
Đối với công nghệ NATM, công việc không thể thiếu được là thiết bò quan
trắc. Những yếu tố được nhắc đến ở trên được xác đònh từ kết quả đo đạc quan trắc
và những tính toán mang tính thống kê dựa trên kết quả của việc quan trắc rất có ích
cho việc đoán trước được sự biến dạng ở bước đào hầm tiếp theo. Khái niệm về thời
gian tự đứng vững của khối đá được Lauffer giới thiệu, khái niệm này được sử dụng
trong việc phân loại đá và các phương pháp thiết kế đơn giản cho hệ thống chống đỡ
chẳng hạn như phương pháp RMR, Q.

Phân loại thời gian tự đứng vững của đá (Lauffer, H. 1958)
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn
Gi¸m s¸t thi c«ng x©y dùng c«ng tr×nh hÇm-2005
22

9. Nếu biến dạng hoặc sự phân rã của khối đá được dự đốn là lớn, thì bề mặt
hang phải được phun bê tơng (shotcrete) che kín. Chống đỡ bằng gỗ và thép chỉ tiếp xúc
với bề mặt tường hầm ở các điểm chống, vì vậy trong khoảng giữa các điểm tiếp xúc
biến dạng và sự phân rã của khối đá vẫn sẽ phát triển.
10. Vỏ hầm phải mỏng và có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mơ men uốn
và tránh được phá hoại do ứng suất uốn gây ra. Khơng chỉ lớp vỏ hầm ban đầu
(shotcrete) mà cả lớp vỏ hầm hồn thiện cũng cần phải mỏng.
11. Trong trường hợp cần thiết phải tăng cường hệ thống chống đỡ (ban đầu) thì
sử dụng các thanh thép, khung chống thép và neo. Tăng chiều dày lớp bê tơng vỏ hầm sẽ
khơng có lợi vì giảm diện tích tiết diện hầm.
12. Thời gian và phương pháp thi cơng vỏ hầm được quyết định dựa trên kết quả
quan trắc của các thiết bị.
Thông thường lớp bê tông vỏ hầm được thi công sau khi biến dạng của hầm
đã ổn đònh. Nếu chuyển vị có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân. Lớp
bê tông vỏ hầm phải được thiết kế đủ cường độ chống lại áp lực của đá tác dụng lên.
13. Về mặt lý thuyết, kết cấu của hầm giống như một ống hình trụ gồm vòm đất đá,
hệ thống chống đỡ và vỏ hầm liên hợp với nhau làm cho hầm tự ổn định.
Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm và tường đỡ, khối đá xung
quanh được xem như là tải trọng tác dụng lên hầm. Theo lý thuyết NATM, hầm tính
như là một kết cấu liên hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầm

Tác động vòm ®¸ của hệ thống chống đỡ NATM

Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn
Gi¸m s¸t thi c«ng x©y dùng c«ng tr×nh hÇm-2005
23

14. Cấu tạo vòm ngửa (đáy hầm) tạo nên hầm có dạng ống trụ kín. Kết cấu này
cho phép tăng khả năng chịu áp lực của đất đá.
15. Ứng xử của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp đặt hệ thống
chống đỡ cho đến khi kết cấu kín của hầm được hình thành. Mơ men uốn bất lợi xuất
hiện tại khu vực tiếp giáp của phần vòm và tường do hiệu ứng hẫng nếu như khoảng
cách giữa bề mặt gương đào phần vòm và phần tường xa nhau.
16. Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào tồn tiết diện tốt hơn
các phương pháp khác. Khi phân mảnh sẽ làm cho chất lượng khối đá xung quanh giảm
đi nhanh chóng do phân bố lại ứng suất.
Tuỳ thuộc vào quá trình đào hầm, việc phân bố ứng suất của khối đá xung
quanh sẽ xảy ra và cuối cùng đạt đến một trạng thái ứng suất mới. Khối đá xung
quanh hầm gặp phải tình trạng có tải và không tải lặp đi lặp lại trong suốt quá trình
phân bố lại ứng suất. Đôi khi trạng thái này lặp lại dẫn đến kết quả khối đá bò phá
hoại. Tuy nhiên, rất khó thực hiện phương pháp đào toàn mặt cắt ở những vùng đá
xấu như đá phong hoá nặng hoặc đất. Trong các trường hợp như vậy ta phải chia
gương hầm thành những gương nhỏ và cần phải đo đạc kiểm tra tính ổn đònh của
mỗi phần hầm đó.
17. Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng
hạn chu kỳ và sự liên tục của việc đào hầm, thời gian thi cơng vỏ hầm, thời gian kết
thúc… các yếu tố này cần được kiểm sốt để tạo ra kết cấu liên hợp đảm bảo ổn định
của đường hầm.
18. Mỗi bộ phận hầm nên có hình dạng đường tròn nhằm tránh ứng suất tập

trung bất lợi.
19. Nếu hầm được thiết kế có vỏ kép thì vỏ hầm bên trong phải mỏng. Ứng suất
cắt giữa vỏ ngồi và khối đá sẽ khơng truyền vào vỏ trong. Còn lực hướng tâm sẽ truyền
cho kết cấu vỏ kép.
20. Kết cấu liên hợp của khối đá và kết cấu chống đỡ ban đầu phải hình thành
trước khi thi cơng lớp bê tơng vỏ hầm trong. Lớp vỏ hầm bên trong chỉ có tác dụng làm
tăng hệ số an tồn cho hầm. Tuy nhiên, độ ổn định của kết cấu hầm cần được tính tốn
bao gồm cả lớp bê tơng vỏ hầm bên trong khi hầm gặp nước thấm có lưu lượng lớn hoặc
khi tính đến khả năng các neo bị ăn mòn.
21. Thiết bị đo quan trắc đóng vai trò quan trọng đối với cơng tác thiết kế và thi
cơng đường hầm. Việc đo ứng suất, chuyển vị của vỏ hầm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng
khi thi cơng hầm.
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn
Gi¸m s¸t thi c«ng x©y dùng c«ng tr×nh hÇm-2005
24

22. Áp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối địa tầng cần phải giải phóng bằng
hệ thống thốt nước.
p lực thủy tónh xung quanh đường hầm sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự biến đổi
mực nước ngầm. Hệ thống thoát nước ngầm là cách làm giảm áp lực thủy tónh hữu
ích nhất. Tuy nhiên những chi tiết về ứng suất thủy động lực trong khối đá cho đến
nay vẫn chưa được hệ thống đầy đủ.
2.3. C¸c ph−¬ng ph¸p chèng ®ì, gia cè vßm ®Êt ®¸ xung quanh
hÇm vµ chøc n¨ng cđa c¸c thiÕt bÞ gia cè, chèng ®ì.
§Ĩ ®¶m b¶o tu©n thđ c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n nªu trong mơc tr−íc viƯc lùa chän
vµ ¸p dơng c¸c hƯ thèng chèng ®ì trong hÇm cã tÝnh chÊt qut ®Þnh ®Õn sù thµnh c«ng
cđa ph−¬ng ph¸p NATM.
ViƯc chèng ®ì phÇn hÇm ® ®−ỵc ®µo ®Ĩ ®¹t ®−ỵc mơc ®Ých chÝnh lµ t¹o hiƯu
qu¶ cho vßm ®Êt, ®¸ xung quanh vá hÇm trë thµnh phÇn chÞu lùc chÝnh cđa hƯ thèng.

HƯ thèng gia cè, chèng ®ì vá hÇm lµ mét kÕt cÊu phøc hỵp bao gåm khèi ®¸ bao
quanh hÇm vµ c¸c hƯ thèng chèng ®ì kh¸c nhau nh− neo, bª t«ng phun, dÇm thÐp vµ
c¸c thiÕt bÞ kh¸c. T theo tõng ®iỊu kiƯn ®Þa chÊt, hƯ thèng gia cè, chèng ®ì ®−ỵc ¸p
dơng kh¸c nhau. Trong NATM, vỊ c¬ b¶n ®iỊu kiƯn ®Þa chÊt ®−ỵc ph©n thµnh 6 lo¹i ®Þa
chÊt theo møc ®é rêi r¹c cđa ®Êt ®¸. T−¬ng øng víi mçi lo¹i ®Þa chÊt cã mét hƯ thèng
chèng ®ì t−¬ng øng.
C¸c thiÕt bÞ chèng ®ì cÇn ph¶i ®−ỵc l¾p ®Ỉt vµo thêi gian chÝnh x¸c vµ ph¶i h×nh
thµnh mét kÕt cÊu liªn hỵp víi ®Êt, ®¸ bao quanh. TÝnh linh ®éng cđa kÕt cÊu nµy lµ
®iỊu rÊt quan träng. ChiỊu dµy líp bª t«ng phun kh«ng ®−ỵc qu¸ dµy.
2.3.1. Ph−¬ng ph¸p chèng ®ì vµ gia cè vá hÇm b»ng bª t«ng phun
Bª t«ng phun ®−ỵc sư dơng trong qu¸ tr×nh thi c«ng víi mơc tiªu lµ gia cè nhanh
bỊ mỈt ®Êt ®¸ xung quanh vá hÇm vµ g−¬ng ®µo sau khi ®µo xong mét ph©n ®o¹n hÇm.
Th«ng th−êng bª t«ng phun ®−ỵc sư dơng lµ hçn hỵp bª t«ng gåm c¸t, xi m¨ng cã ®é
mÞn cao, n−íc vµ phơ gia ®«ng cøng nhanh. Hçn hỵp vËt liƯu nµy ®−ỵc phun trùc tiÕp
lªn bỊ mỈt ®Þa chÊt xung quanh vá hÇm b»ng mét trong hai ph−¬ng ph¸p phun bª t«ng
lµ ph−¬ng ph¸p trén kh« vµ ph−¬ng ph¸p trén −ít.
Chøc n¨ng cđa líp bª t«ng phun trong viƯc gia cè vµ chèng ®ì vá hÇm bao gåm:
1. T¸c dơng chèng ®ì do liªn kÕt víi ®¸ vµ ®é bỊn chèng c¾t:
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn
Giám sát thi công xây dựng công trình hầm-2005
25

- Liên kết với đất đá để phân bố và truyền tải trọng ra đất đá xung quanh.
- Tăng độ bền kháng cắt tại các vị trí có khe nứt của khối đá, giữ cho đá đợc
toàn khối và tạo vòm đá dọc xung quanh vòm và tờng hầm.
2. áp lực bên trong và tác dụng vòm kín:
- Lớp bê tông phun tơng đối dày hạn chế đất đá biến dạng và tạo áp lực nén
trong đất đá.
- Đối với trờng hợp có thêm vòm ngợc thì khả năng chống đỡ của bê tông

phun trong vòm kín đợc hiệu quả hơn.
3. Tác dụng phân bố áp lực bên ngoài:
Lớp bê tông phun có chức năng phân bố tải trọng và truyền tải trọng lên các neo
đá và vì thép.
4. Tác dụng gia cố vùng đất đá yếu:
Nhờ tính linh hoạt, bê tông phun có thể chui vào các kẽ hở của đất đá.
5. Tác dụng che chắn:
Bằng cách che chắn bề mặt đất đá ngay sau khi khai đào, bê tông phun bảo vệ
đất đá không bị phong hoá, bào mòn đất đá, rò rỉ nớc ngầm.
2.3.2. Phơng pháp chống đỡ vỏ hầm bằng neo đá
Neo đá đợc dùng với chức năng liên kết các khối đất đá xung quanh cùng với
bê tông phun nó trở thành một hệ thống gia cố và chống đỡ một cách hiệu quả. Neo
thờng đợc dùng là neo thép SN, neo nở Swellex, neo IBO Việc lựa chọn các loại
neo đá và sơ đồ bố trí phụ thuộc vào địa chất và chức năng gia cố.
Chức năng chủ yếu của neo đá trong việc gia cố và chống đỡ vỏ hầm là:
1. Chức năng neo: Có tác dụng giữ ổn định đất đá bị tơi sau khi nổ mìn. Chức
năng này hiệu quả trong các trờng hợp đá nứt nẻ.
2. Liên kết các lớp đá lại với nhau: Neo đá đợc sử dụng tạo cho các lớp đá chặt
sít lại và chịu ứng suất cắt tại các khe nứt.
3. Tăng khả năng chịu lực của đất đá: Neo đá có chức năng làm tăng khả năng
chịu lực của đất đá do lực kéo của neo đá.
4. Tăng hiệu ứng vòm: Do neo đá làm tăng khả năng chịu lực của đất đá do đó
Gxd ., jsc
www.giaxaydung.vn