PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM NATM

Ph−¬ng ph¸p thi c«ng hÇm NATM
New Austrian Tunneling Method
Qu¸ tr×nh h×nh thμnh
vμ ph¸t triÓn
ph
ph
−¬
−¬
ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
thi
thi
c
c
«
«
ng
ng
h
h
Ç
Ç
m
m
natm

natm
TVGS
Phương pháp đượcápdụng phổ biếntrước NATM: PHƯƠNG PHÁP MỎ
ph
ph
−¬
−¬
ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
m
m
á
á
TVGS
ĐÀO HANG
CHỐNG ĐỠ VÁCH HANG
XÂY DỰNG KẾT CẤU VỎ
ÉP VỮA SAU VỎ
PHƯƠNG PHÁP MỎ
CHỐNG ĐỠ HẦM BẰNG VÌ CHỐNG GỖ
ph
ph
−¬
−¬

ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
m
m
á
á
TVGS
CHỐNG ĐỠ HẦM BẰNG VÌ CHỐNG GỖ
ph
ph
−¬
−¬
ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
m
m
á
á

TVGS
CHỐNG ĐỠ HẦM BẰNG VÌ CHỐNG THÉP
ph
ph
−¬
−¬
ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
m
m
á
á
TVGS
-Hiệuquả chống đỡ chỉ có tạicácđiểmchống
KÍCH THƯỚC VỎ HẦM LỚN
Vậtthể rờirạc
Vòm áp lực
- Đất đátiếptụcbiếndạng, nứtvỡ,
sụtlở cho đến khi hình thành vòm
áp lực (Protodiakonov)
-Phần đất đábêndưới vòm cân
bằng đèlênkếtcấuvỏ như mộttải
trọng, vỏ hầmlàkếtcấuchống đỡ
ph

ph
−¬
−¬
ng
ng
ph
ph
¸
¸
p
p
m
m
á
á
TVGS
1. Trạng thái đơn trục của tường hầm
Sau khi đào, ứng suất của khối đá xung quanh tường
hầm sẽ chuyển từ trạng thái ba trục thành đơn trục do
việc đào đã làm mất lực đối kháng.
2. Biến dạng đỉnh vòm và vòm ngược.
Sau đó, do cường độ kéo tập trung tại đỉnh vòm và vòm
ngược của hầm, biến dạng của đá dần dần gia tăng tại
đỉnh vòm và vòm ngược do cường độ kéo của đá không
cao so với cường độ chòu nén
3. Tập trung của ứng suất nén.
D
o biến dạng kéo, cường độ kéo tại đỉnh vòm và vòm
ngược giảm, ứng suất chòu nén cường độ cao sẽ tập
trung ở vách tường hầm.

4. Vách tường hầm bò nứt ra
Vách tường hầm bò nứt về phía trong hầm do đá bò nứt
dưới tác dun
g
của ứn
g
suất ch
ò
u nén cao.
Vùng biến dạng
kéo
Sau khi đào hầmtrạng thái ứng suấtcủa đá xung quanh
hang chuyểntừ trạngtháinenbatrục thành nen đơntrục
hoac hai truc
Vùng đỉnh và đáy hang sẽ có xu hướng biếndạng vào phía
trong nên tại đóxuấthiện ứng suấtkéotập trung. Hiện
tượng nứtvỡ của đátại đỉnh và đáy hang sẽ tăng dầndo
cường độ chịukéocủa đákém.
Do đá ởđỉnh và đáy hang bị nứtvỡ nên tại đó ứng suấtkéo
giảm, dẫn đến ứng suấtnénở vách hang tăng cao
Q TRÌNH SẬP HANG ĐÀO KHI KHƠNG CHỐNG ĐỠ
TVGS
4. Vách tường hầm bò nứt ra
Vách tường hầm bò nứt về phía trong hầm do đá bò nứt
dưới tác dụng của ứng suất chòu nén cao.
5. Gia tăng vùng biết dạng
Khối đá nằm phía trên vòm hầm trở nên không ổn đònh
do suy giảm sức chòu tải tại chân vòm hầm. Cuối cùng
thì vùng bò biến dạng của vòm hầm sẽ diễn tiến theo đề
x

uất của K.Terzaghi
Sức nén
L
ực kéo
Hình. I-2 Quá trình sập của hầm do không chống đỡ
(Bảng gốc của Rabcewicz và có sửa đổi)
Vách hầm bò nứ
t
Vách hang bị nứtlở vào phía trong hầm khi ứng suấtnén
tăng cao
Do sự biến đổicủakhối đá kê chân vòm, khối đátrênđỉnh
hang sẽ khơng ổn định và vùng sụtlở sẽ phát triểntheođề
xuấtcủa Terzaghi
NGĂN CHẶN SỰ BIẾN DẠNG CỦA KHỐI ĐÁ XUNG QUANH HẦM
- BÊ TÔNG PHUN (SHOTCRETE): DUY TRÌ TRẠNG THÁI ƯS 3 TRỤC
- NEO: LIÊN KẾT CÁC KHỐI ĐÁ
BI
BI
Ệ
Ệ
N
N
PH
PH
Á
Á
P
P
KH
KH

Ố
Ố
I Đ
I Đ
Á
Á
XUNG QUANH H
XUNG QUANH H
Ầ
Ầ
M
M
TR
TR
Ở
Ở
TH
TH
À
À
NH K
NH K
Ế
Ế
T C
T C
Ấ
Ấ
U VÒM T
U VÒM T

Ự
Ự
CH
CH
Ố
Ố
NG Đ
NG Đ
Ỡ
Ỡ
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ

C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
GIẢN ĐỒ KHÁI NIỆM VỀ NATM CỦA RABCEWICZ
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T

Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
C
C
Ủ
Ủ
A PHƯƠNG PH
A PHƯƠNG PH
Á
Á
P
P
THI CÔNG H
THI CÔNG H
Ầ
Ầ
M
M
NATM

NATM
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C
C
CƠ B
CƠ B
Ả
Ả
N
N
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C

C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
1. Kếtcấuhầmlàtổ hợpgiữa đất đávàvỏ hầm,
hầmchủ yếu đượcchống đỡ bằng khối đá xung quanh
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V

À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
2. Vì thế, điều quan trọng là phảigiữđộbềnvững củakhối đá.
Cách chống đỡ truyềnthống bằng gỗ hoặcbằng vòm thép
không thể ngănngừasự biếndạng củakhối đá xung quanh
hầm. Bê tông được phun ngay sau khi đào hầmcóthể ngănsự
biếndạng củakhối đámộtcáchhữuhiệu.
KH
KH
Á
Á

I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
3. Sự tơiracủakhối đá (loosening) phải đượcngănchặnvìnó
làm cho cường độ của đágiảm đi.
4. Khối đáphải đượcgiữ trong trạng thái ứng suấtnénbatrục.

Cường độ củakhối đávới ứng suấtnénđơntrụchoặchaitrục
thấphơncường độ trong điềukiệnbatrục.
5. Biếndạng củakhối đáphải đượcngănchặntừ xa.
Phảithiếtlậphệ thống chống đỡ để ngănchặnsự tơiravà
nguy cơđổsậpcủakhối đá. Tính kinh tế và chấtlượng của
việc đào hầmsẽ tăng nếu các hệ thống chống đỡ đượcthiếtlập
một cách thích hợp.
6. Hệ thống chống đỡ và vỏ hầmphải đượclắp đặtkịpthời.
Lắp đặtcáchệ thống chống đỡ quá sớm hay quá muộnsẽđem
lạikếtquả bấtlợi. Hơnnữa, hệ thống chống đỡ cũng không
được quá mềm hay quá cứng. Các hệ thống chống đỡ cầncómột
độ mềmdẻothíchhợp để duy trì cường độ củakhối đá
xung quanh vach hang.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T

C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
7. Để xác định thờigianthíchhợplắp đặthệ thống chống đỡ,
cầnphảinghiêncứukhảosátsuứng xử củakhối đá
xung quanh vach hang.
8. Không chỉ là việc thí nghiệmtrongphòngmàviệctiến hành quan
trắcsự biếndạng củahầmrất quan trọng để xác định thờigian
thích hợpchống đỡ vách đào. Thờigiantựđứng vững củavách
hầm, tốc độ biếndạng và loại đácũng là những nhân tố quan
trọng để xác định thờigianchống đỡ vách hang đào.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ

M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
9. Nếusự biếndạng hoặcsự toi ra củakhối đá đượcdựđoán là lớn,
thì bề mặthang phải được phun bê tông (shotcrete) che kín.
Chống đỡ bằng gỗ và thép chỉ tiếpxúcvớibề mặttường hầm ở
các điểmchống, vì vậy trong khoảng giữacácđiểmtiếpxúc
biếndạng và sự tơicủakhối đávẫnsẽ phát triển.
10. Vỏ hầmphảimỏng và có độ mềmdẻothíchhợpnhằmtriệttiêu
mô men uốnvàtránhđượcpháhoạido ứng suấtuốngâyra.

Không chỉ lớpvỏ hầmban đầu (shotcrete) mà cả lớpvỏ hầm
hoàn thiệncũng cầnphảimỏng.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ

A NATM
A NATM
TVGS
11. Trong trường hợpcầnthiếtphảităng cường hệ thống chống đỡ
(ban đầu) thì sử dụng các thanh thép, khung chống thép và neo.
Tăng chiều dày lớpbêtôngvỏ hầmsẽ khôngcólợivìgiảmdiện
tích tiếtdiệnhầm.
12. Thờigianvàphương pháp thi công vỏ hầm đượcquyết định
dựatrênkếtquả quan trắccủa các thiếtbị do dac tai hien truong.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B

C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
13. Về mặtlýthuyết, kếtcấucủahầmgiống như một ống hình trụ
gồm vòm đất đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầmliênhợpvớinhau
làm cho hầmtựổn định.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T

C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
Hiệu ứng vòm đácủa
hệ thống chống đỡ
NATM
14. Cấutạo vòm ngửa(đáy hầm) tạonênhầmcódạng ống trụ kín.
Kếtcấu này cho phép tăng khả năng chịuáplựccủa đất đá.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À

À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
15. Ứng xử củakhối đáphụ thuộc vào tiếntrìnhđào hầmvàsự lắp
đặthệ thống chống đỡ cho đếnkhikếtcấukíncủahầm được
hình thành. Mô men uốnbấtlợixuấthiệntại khu vựctiếpgiáp
củaphần vòm và tường do hiệu ứng hẫng nếunhư khoảng cách
giữabề mặtgương đào phần vòm và phầntường xa nhau.
16. Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn
tiếtdiệntốthơncácphương pháp khác. Khi phân mảnh sẽ
làm cho chấtlượng khối đá xung quanh giảm đinhanhchóng
do phân bố lại ứng suất.
KH

KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS

17. Phương pháp đào hầmcóảnh hưởng rấtlớn đếnkhối đá
xung quanh, chẳng hạnchukỳ và sự liên tụccủaviệc đào hầm,
thời gian thi công vỏ hầm, thờigiankết thúc… các yếutố này
cần đượckiểm soát để tạorakếtcấu liên hợp đảmbảo ổn định
của đường hầm.
18. Mỗibộ phậnhầm nên có hình dạng đường tròn nhằmtránh
ứng suấttậptrungbấtlợi.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả

Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
19. Nếuhầm đượcthiếtkế có vỏ kép thì vỏ hầm bên trong phải
mỏng. Ứng suấtcắtgiữavỏ ngoài và khối đásẽ không truyền
vào vỏ trong. Còn lựchướng tâm sẽ truyềnchokếtcấuvỏ kép.
20. Kếtcấuliênhợpcủakhối đávàkếtcấuchống đỡ ban đầu
phải hình thành trướckhithicônglớpbêtôngvỏ hầm trong.
Lớpvỏ hầm bên trong chỉ có tác dụng làm tăng hệ số an toàn
cho hầm. Tuy nhiên, độ ổn định củakếtcấuhầmcần được
tính toán bao gồmcả lớpbêtôngvỏ hầm bên trong khi hầm
gặpnướcthấmcólưulượng lớnhoặckhitínhđếnkhả năng
các neo bịăn mòn.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI
Ệ
Ệ
M V
M V
À
À

C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
21. Thiếtbịđoquantrắc đóng vai trò quan trọng đốivớicôngtác
thiếtkế và thi công đường hầm. Việc đo ứng suất, chuyểnvị
củavỏ hầmcóý nghĩa đặcbiệtquantrọng khi thi công hầm.
22. Áp lựccủanướcngầmxuấthiệntrongkhối địatầng cầnphải
giảiphóngbằng hệ thống thoát nước.
KH
KH
Á
Á
I NI
I NI

Ệ
Ệ
M V
M V
À
À
C
C
Á
Á
C NGUYÊN T
C NGUYÊN T
Ắ
Ắ
C CƠ B
C CƠ B
Ả
Ả
N C
N C
Ủ
Ủ
A NATM
A NATM
TVGS
C
C
Á
Á
C PHƯƠNG PH

C PHƯƠNG PH
Á
Á
P
P
CH
CH
Ố
Ố
NG Đ
NG Đ
Ỡ
Ỡ
H
H
Ầ
Ầ
M
M
PHƯƠNG PH
PHƯƠNG PH
Á
Á
P THI CÔNG H
P THI CÔNG H
Ầ
Ầ
M NATM
M NATM
TVGS