Nghiên cứu hiện tượng trượt ở cửa hầm và biện pháp xử lý trong quá trình thi công đường hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI




TRẦN ĐÌNH DŨNG




NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM
VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM




LUẬN VĂN THẠC SĨ








Hà Nội - 2012

TRẦN ĐÌNH DŨNG * LUẬN VĂN THẠC SĨ * HÀ NỘI - 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI




TRẦN ĐÌNH DŨNG



NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM
VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM


Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy lợi
Mã số: 60 - 58 - 40



LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Trọng Hồng

Hà Nội - 2012


0BLỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình
của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp
với đề tài
“NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM VÀ BIỆN PHÁP
XỬ LÝ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM”
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – GS. TS Vũ
Trọng Hồng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công Trình
Thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt
kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu khoa Đào tạo
sau đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Công ty Cổ phần Xây
dựng và Thương mại Tây Nguyên nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về thời
gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối
tượng nghiên cứu là một công trình có điều kiện địa chất phức tạp nên nội dung của
luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
.
Hà Nội, tháng 11 năm 2012

MỤC LỤC
18TLỜI CẢM ƠN18T 1
18TMỞ ĐẦU18T 1
18TCHƯƠNG I18T 2
18TĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ YÊU CẦU VỀ SỰ ỔN
ĐỊNH CỦA CỬA VÀO
18T 2
18T1.1. Tổng quan các phương pháp thi công đường hầm.18T 2
18T1.1.1. Phương pháp khoan nổ.18T 2
18T1.1.2. Phương pháp đào bằng khiên và máy đào TBM18T 5
18T1.1.3. Phương pháp dánh chìm.18T 8
18T1.1.4. Phương pháp đào và lấp.18T 9
18T1.2. Các bộ phận của đường hầm trong quá trình đào18T 11
18T1.3. Đặc điểm của cửa hầm.18T 15
18T1.3.1. Khái niệm18T 15
18T1.3.2. Đặc điểm của cửa hầm.18T 18
18T1.3.3. Những nguyên nhân chính gây sạt trượt ở cửa hầm.18T 20
18T1.3.4. Yêu cầu bảo hộ các cửa hầm.18T 20
18T1.4. Chống đỡ mái dốc trước cửa hầm.18T 23
18TCHƯƠNG II18T 26
18TCƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HIỆN
TƯỢNG TRƯỢT Ở CỬA HẦM.
18T 26
18T2.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng trượt của đất đá.18T 26
18T2.1.1. Loại đất và các chỉ số cơ lý của đất đá.18T 29
18T2.1.2. Thế nằm của các tầng đất đá.18T 30
18T2.1.3. Ảnh hưởng của áp lực nước trong đất đá.18T 31
18T2.2. Các phương pháp xác định khả năng trượt của đất đá mái cửa vào đường
hầm.

18T 31
18T2.2.1. Phương pháp theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn .18T 32

18T2.2.2. Phương pháp theo lý thuyết cân bằng giới hạn thuần túy.18T 32
18T2.3. Lựa chọn phương pháp tính và các thông số cần thiết – sử dụng phần
mềm
18T 47
18TCHƯƠNG III18T 72
18TLỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐỂ GIẢM THIỂU SỰ CỐ
TRƯỢT Ở CỬA HẦM
18T 72
18T3.3. Gia cố bằng kè mái18T 76
18T3.3. Gia cố bằng phun vẩy18T 76
18T3.3. Gia cố bằng neo18T 76
18T3.4. Thi công khung bê tông18T 76
18TCHƯƠNG IV18T 90
18TỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM AN.18T
90
18T4.1. Giới thiệu về công trình thủy điện Nậm An.18T 90
18T4.1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Hà Giang.18T 90
18T4.1.2. Đặc điểm hình thành và nguồn gốc cấu tạo địa tầng.18T 93
18T4.1.3. Điều kiện địa chất công trình tuyến đường hầm.18T 96
18T4.2. Lựa chọn các thông số tính toán.18T 97
18T4.2.1. Tài liệu áp dụng:18T 97
18T4.2.2. Số liệu tính toán:18T 97
18T4.3. Lựa chọn phần mềm và phân tích bài toán.18T 98
18T4.3.1. Mặt cắt tính toán:18T 98
18T4.3.2. Kết quả tính toán:18T 98
18T4.3.3. Hình thức gia cố:18T 100
18T4.3.4. Trình tự thi công:18T 101

18TCHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ18T 107

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất 54
Bảng 3.1: Các trị số dính bám đá/vữa đã và đang được kiến nghị cho thiết kế (theo
Littlejohn và Bruce 1977) 80
Bảng 3.2: Chiều dài bầu neo cho các neo đá phun vữa xi măng đã và đang được sử
dụng hoặc kiến nghị trong thực tế (theo Littlejohn và Bruce 1977 82
Bảng 3.3: Các kích thước tiêu chuẩn và độ bền đặc trưng của thép làm thanh neo
ứng suất trước 87
Bảng 4.1: Các đặc trưng hình thái lưu vực tính đến tuyến công trình 91
Bảng 4.2: Chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất 97
1BDANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Dạng chung của khiên 6
Hình 1.2: Kết cấu khiên không cơ giới hóa 6
Hình 1.3: Máy đào TBM 7
Hình 1.4: Các hình thức đào mặt cắt ngang hầm 12
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đường ống dẫn nước nhà máy thủy điện 13
Hình 1.6: Cửa hầm đèo Hải Vân 15
Hình 1.7: Sơ đồ mặt cắt dọc cửa hầm có khối đắp phản áp 16
Hình 1.8: Sơ đồ mặt cắt dọc cửa hầm có tường mặt phản áp 16
Hình 1.9: Cấu tạo tiết diện cửa hầm 17
Hình 1.10 - Hố sụt nóc cửa tạm thời phía Nam nhánh chính hầm Hải Vân khi đang
thi công 19
Hình 1.11 - Chống mái dốc trước cửa hầm 24
Hình 2.1: Các dạng mặt trượt 29
Hình 2.2: Mái dốc trên cửa hầm 31
Hình 2.3: Sơ đồ phân tích ổn định mái đất rời lý tưởng khi khô hoặc ngập nước 33
Hình 2.4: Sơ đồ phân tích ổn định của mái đất dính lý tưởng 35
Hình 2.5: Mặt trượt cung tròn 37

Hình 2.6: Đường cong quan hệ
()
gh gh
cf
ϕ
=
37

Hình 2.7: Sơ đồ tính toán ổn định theo phương pháp phân mảnh 39
Hình 2.8: Sơ đồ tính toán ổn định khi xem khối đất như vật rắn nguyên khối 40
Hình 2.9: Sơ đồ tính toán theo phương pháp của
14T K.Terzaghi14T 43
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop 44
Hình 2.11: Cửa sổ chính của chương trình geoslope 48
Hình 2.12: Các phương pháp chính trong Geoslope 49
Hình 2.13: Cửa sổ lặp tính ổn định mái dốc 50
Hình 2.14: Xem kết quả phân tích mặt trượt 51
Hình 2.15: Trường hợp mái dốc 2:1 từ cao trình 700 ÷ 710 m 52
Hình 2.16: Trường hợp hạ thấp mái dốc 1:1 53
Hình 2.17 – 2.19 (Sơ đồ tính toán TH1) 55-56
Hình 2.20 – 2.22 (Sơ đồ tính toán TH2) 57-58
Hình 2.23 – 2.26 (Sơ đồ tính toán TH3) 59-63
Hình 2.27 – 2.29 (Sơ đồ tính toán TH4) 64-65
Hình 2.30 – 2.32 (Sơ đồ tính toán TH5) 66-67
Hình 2.33 – 2.36 (Sơ đồ tính toán TH6) 68-70
Hình 3.1: Xử lý các bờ dốc xung quanh hào cửa Nam hầm Hải Vân 73
Hình 3.2: Phun vẩy gia cố mái 76
Hình 3.3: Các dạng neo gia cố 79
Hình 3.4: Neo điển hình trong đá 79
Hình 3.5: Neo điển hình trong đất 83

Hình 3.6: Quan hệ giữa hệ số sức chị tải N
R
q
R và dóc có hiệu của sức kháng cắt 84
Hình 4.1: Vị trí vùng dự án thủy điện Nậm An 90
Hình 4.2: Bản đồ địa chất khu vực xây dựng Nhà máy thủy điện 94
Hình 4.3: Kết quả tính toán cho trường hợp mái dốc 2:1 từ cao trình 700 ÷710m 98
Hình 4.4: Kết quả tính toán cho trường hợp hạ thấp mái dốc 1:1 99
Hình 4.5: Sơ đồ neo gia cố cho trường hợp mái dốc 2:1 từ cao trình 700 ÷710m 100
Hình 4.6: Sơ đồ neo gia cố cho trường hợp hạ thấp mái dốc 1:1 101
Hình 4.7-4.11: Thi công mái đào giai đoạn 1-3 102-105

1
2BMỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay đường hầm của Việt Nam đang phát triển rất mạnh, trong đó bao
gồm đường hầm phục vụ cho giao thông, thủy lợi, thủy điện… Đặc điểm của đường
hầm là hay đi qua các vùng có địa chất khác nhau: đá cứng, đất mềm… nên khả
năng trượt dễ xảy ra.
Khi thi công đường hầm, tại vị trí cửa vào là nơi đất đá bị phong hóa
nhiều, không đồng nhất, tính trượt sạt cao. Vì vậy, trong đề tài này ta sẽ nghiên cứu
bài toán ổn định mái dốc tại cửa vào đường hầm.
II. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu bản chất hiện tượng trượt ở cửa hầm.
- Nghiên cứu biện pháp gia cố khi xảy ra trượt sạt.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và
ngoài nước có liên quan đến đề tài này.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính toán, mô hình
tính toán và phần mềm hợp lý để tính toán.

IV. Kết quả dự kiến đạt được
- Xác định được phạm vi trượt.
- Xậy dựng phương pháp gia cố để giảm thiểu sự cố trượt.
V. Nội dung của luận văn:




2
6BCHƯƠNG I
7BĐẶC ĐIỂM THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÀ YÊU CẦU VỀ SỰ ỔN ĐỊNH
CỦA CỬA VÀO
22B1.1. Tổng quan các phương pháp thi công đường hầm.
35B1.1.1. Phương pháp khoan nổ.
a) Đào hầm bằng phương pháp mỏ.
- Nội dung cơ bản của phương pháp mỏ là: sau khi đào hầm, để giữ ổn định
đất đá xung quanh hầm trước khi thi công kết cấu vỏ hầm sau cùng, người ta tiến
hành dựng các vì chống tạm (thường là bằng gỗ hoặc thép). Sau khi đào xong hầm
một khoảng thời gian, kết cấu vỏ hầm mới được thi công bằng biện pháp đổ bê tông
thông thường hoặc xây đá theo từng phân đoạn. Trước khi đổ bê tông, vỏ hầm
thường được xử lý chống thấm bằng một lớp bao tải tẩm nhựa đường hoặc bằng
giấy dầu (cũng có nhiều công trình không làm lớp chống thấm). Sau khi bê tông vỏ
hầm đạt cường độ cho phép, để tạo sự liên kết chặt chẽ giữa vỏ hầm và đất đá xung
quanh người ta phụt vữa bù hoặc phụt vữa gia cố ở sau vỏ. Trong trường hợp đào
lẹm quá lớn, để tiết kiệm vật liệu vữa bơm người ta có thể chèn thêm đá.
Phương pháp khoan nổ có thể sử dụng đào toàn mặt cắt gương hầm cũng như
đào chia nhỏ mặt cắt gương hầm. Chu kỳ đào hầm được chia nhỏ thành các công
đoạn gồm khoan gương hầm, nạp thuốc mìn, nổ mìn, thông gió, xúc chuyển ra bãi
thải, dựng kết cấu chống đỡ, thi công vỏ.
Kỹ thuật khoan nổ đào hầm cơ bản thể hiện ở những điểm sau:

-Dùng phương pháp nổ mìn lỗ nông, tức là chiều sâu khoan nhỏ hơn 5m.
-Xác định chiều sâu lỗ mìn L chính là bước tiến của hầm sau một chu kỳ nổ.
-Bố trí lỗ mìn
Trong đào hầm b
ố trí 3 loại lỗ mìn:
Lỗ mìn tạo rãnh bố trí giữa gương hầm nhằm tạo mặt thoáng để hiệu quả nổ
cao.


3
Lỗ mìn phá, bố trí trên toàn bộ gương hầm nhằm phá đá.
Lỗ mìn sửa hoặc lỗ mìn viền, bố trí ở chu vi gương hầm để bảo đảm hình
dáng đường viền gương hầm phù hợp thiết kế hoặc giảm ảnh hưởng lay động do nổ
mìn đến đất đã xung quanh hầm.
Trình tự nổ như sau:
Nếu bố trí nổ mìn viền ( khi đá quá yếu nứt nẻ nhiều): nổ mìn viền trước tiên
– nổ mìn tạo rãnh – nổ mìn phá cuối cùng.
Nếu bố trí nổ mìn sửa: nổ mìn rãnh trước tiên – nổ mìn phá – nổ mìn sửa
cuối cùng.
-Ưu điểm:
+Phương pháp khoan nổ được dùng rộng rãi để đào đá cứng với mặt cắt
hầm có hình dạng bất kỳ và kích thước to nhỏ khác nhau.
+Sử dụng các thiết bị thông dụng, dễ thay thế.
+Trường hợp có máy đào hầm TBM thì trong một số trường hợp máy
không thể hoạt động được hoặc chi phí đắt nên vẫn dùng phương pháp nổ mìn để
đào, thí dụ đào hầm có mặt cắt không tròn hoặc cũng mặt cắt hầm tròn nhưng có
chiều dài hầm quá ngắn, hoặc khi gặp cấu trúc địa chất nứt nẻ nhiều, có đứt gãy
hoặc do những điều kiện cụ thể khác như mặt cắt gồm nhiều lớp địa chất khác nhau,
đá vò nát hoặc đá quá cứng (k>9) thì phương pháp nổ mìn ưu việt hơn hẳn so với
máy đào TBM.

- Nhược điểm:
Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ
thống chống đỡ và khố
i đá. Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thông qua các
điểm tiếp xúc nên vẫn có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp
đầy khoảng trống nói trên.
Đặc điểm của phương pháp nổ mìn đào hầm là các công đoạn phải theo
phương pháp tuần tự nên tốc độ đào chậm, mặt đào không đều và nhiều khuyết


4
điểm khác như: khi nổ phá địa tầng bị xáo động nhiều, an toàn kém, môi trường thi
công độc hại, lao động của công nhân căng thẳng. Ngoài ra đối với đường hầm dài,
L>1km, để đẩy nhanh tiến độ đào luôn phải mở các cửa hầm phụ để tăng thêm mặt
công tác, do đó tăng giá thành công trình.
b) Đào hầm bằng phương pháp NATM.
Khi khẩu độ hầm lớn hoặc đất đá xen kẹp lớp đất rời rạc thì áp dụng đào theo
NATM.
Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (NATM) là phương pháp xây dựng
hầm được hình thành trên cơ sở lý thuyết đúc kết từ thực tế xây dựng hầm trong
thời gian dài, bao gồm các trình tự, biện pháp thi công và xử lý khối đất đá trên vòm
hầm sao cho đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ. Do
đó, tự bản thân khối đất đá xung quanh sẽ trở thành một phần kết cấu chống đỡ
hầm.
NATM thực chất là phương pháp chia nhỏ gương hầm rồi mở rộng dần.
Trước tiên đào hầm dẫn trên hoặc dưới. Hầm dẫn được đào còn kết hợp đánh giá địa
chất khối đào. Trường hợp đất đá quá yếu, có nước ngầm thì đặt thêm các kết cấu
chống đỡ là các vòm thép hoặc bê tông.
Những dầm sắt đan thành lưới thường là một bộ phận kết cấu của NATM.
Những dầm này gồm 3 hoặc 4 thanh sắt được phủ bê tông cốt thép xếp thành hình

tam giác hoặc hình 4 cạnh, phù hợp với hình dáng của chu vi khối đào, và liên kết
với nhau thành một bộ phận chế tạo sẵn nhờ những lưới thép đan chéo đường kính
nhỏ đặt liên tục. Sau khi dựng kết c
ấu này lên những dầm thép này được phủ kín bê
tông phun và trở thành một bộ phận tăng cường cho màng chắn ban đầu.
Giống như các khung thép, những dầm sắt đan lưới thường được dựng theo
từng đoạn theo sự dịch chuyển của khối đào và được neo lại với nhau. Do đá được
gia cố nên tất cả những ứng suất sinh ra do việc đào được giữ nguyên trong đất khác
với yêu cầu chống đỡ trực tiếp, điều này càng phù hợp thực tế để đào trong đáy hầm
dẫn, tường bên và tiếp tục mở rộng mặt cắt.


5
* Ưu điểm:
- Có khả năng áp dụng trong nhiều điều kiện khối đá khác nhau
- Dễ dàng và linh hoạt để sự dụng cho các hình dạng tiết diện ngang công
trình ngầm khác nhau.
- Có tính kinh tế cao do tối ưu hoá được kết cấu chống giữ.
- Sử dụng có tính kinh tế đối với các dự án đấu thầu được phân chia thành
nhiều gói thầu nhỏ.
- Yêu cầu vốn đầu tư ban đầu tương đối nhỏ và có khả năng thu hồi vốn
nhanh.
* Nhược điểm:
- Khi áp dụng trong điều kiện có nước ngầm đòi hỏi phải có công tác khảo
sát bổ sung.
- Tốc độ tiến của gương tương đối nhỏ.
- Đội ngũ cán bộ công nhân tham gia xây dựng đòi hỏi phải được đào tạo và
đã trải qua thực tế.
- Mức độ đòi hỏi cao về vật liệu chống đỡ và biện pháp thi công.
- Có khả năng gây rủi ro với cả nhà thầu và chủ đầu tư

- Khả năng tự động hoá các công tác bị hạn chế.
36B1.1.2. Phương pháp đào bằng khiên và máy đào TBM
a) Phương pháp đào bằng khiên.
Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công bán cơ giới
dùng khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất. Khiên (Shield) là một loại kêt cấu
ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa tầng lại có thể hoạt động tiến lên
trong địa tầng.
Đoạn đầu ống có thiết bị che chống và đào đất, đoạn giữa của ống được lắp
các kích đẩy cho máy tiến lên, đuôi của ống có thể lắp các ống bê tông vỏ hầm đúc
sẵn hoặc các vành thép để đổ bê tông vỏ hầm. Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một
vòng, thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ) một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của


6
khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng sau lưng các vòng
bê tông để đề phòng hầm và mặt cắt lún xuống. Phản lực đẩy khiên tiến lên do vòng
bê tông vỏ hầm chịu đựng. Trước lúc thi công bằng khiên cần xây dựng một giếng
đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá do khiên đào xong được đưa qua
giếng đứng ra ngoài mặt đất.

Hình 1.1: Dạng chung của khiên
1. Vòng gối; 2. Vòng lưỡi; 3. vách ngăn đứng; 4. sàn di động; 5. vách nằm
ngang; 6. kích sàn; 7. kích gương; 8. Bản đệm; 9. áo khiên; 10. kích khiên; 11. đế kê
của kích

Hình 1.2: Kết cấu khiên bán cơ giới hóa


7
* Ưu điểm:

- Có thể thi công trong lòng đất sâu
- Không gây ra nhiều tiếng ồn, chấn động
- Có thể rút ngắn thời gian thi công.
* Khuyết điểm:
- Không thích hợp đào đá cứng.
b) Phương pháp đào bằng máy đào TBM.
TBM là một khối thiết bị khổng lồ có thân là một ống hình trụ, đường kính
bằng đường kính hầm, đủ chiều dài để bố trí các thiết bị bên trong như người lái,
băng chuyền, hệ thống thông gió, hệ thống điện, các kích thủy lực … Ở đầu TBM là
một khay thép có thể điều khiển quay. Trên khay được bố trí nhiều mũi thép hình
cái đục giống như những chiếc răng, hoặc những đĩa thép răng cưa hoặc kết hợp cả
hai loại. Khi quay tròn quay chậm, những răng thép được ép chặt vào trong đá, vò
nát đá cho đến khi rơi ra, chui qua những hốc trên mặt khay chảy vào một hệ thống
băng chuyền. Hệ thống băng chuyền tiếp tục chuyển đá vụn ra đuôi của TBM để xe
vận chuyển đưa ra ngoài hầm. Những kích thủy lực được gắn trên xương sống của
TBM để đẩy TBM tiến lên phía trước.

Hình 1.3: Máy đào TBM


8
Trong lúc sự vận hành TBM được coi là một quá trình liên tục, thì đó không
chỉ là vận hành đào, mà thực chất là sự vận hành của một ống hình trụ, đặc biệt khi
vỏ hầm được lắp ráp ở phía đuôi trong lúc TBM đang tiến. Công đoạn đào liên tục
cho đến khi đã đạt được giới hạn vươn tới nhờ bộ phận pittong thủy lực tỳ vào mặt
trước. Tại điểm này công đoạn đào dừng lại, đuôi của máy được chống đỡ, bộ đỡ
chính chuyển động về phía trước và những pittong được co lại. Ở điểm này tiến
hành chống đỡ tạm thời hoặc lắp vỏ cố định và chu kỳ đào lại bắt đầu. Để tiên lên
TBM phải tăng lực tỳ đủ để cắt hoặc đóng vào trong đá. Hình thức đơn giản nhất
khi TBM đào trong đá cứng cho hầm không vỏ, thì đó là TBM phải gồm đầu cắt,

mô tơ, vỏ chính, và những bộ đỡ ở phía trước, nối tiếp bởi những xilanh thủy lực
đối với khung ở đuôi và một bộ đỡ thứ hai. Trong một số máy bộ phận tỳ thủy lực
đặt xiên để chống lại lực quay.
- Ưu điểm: Tốc độ nhanh, thi công liên tục, trình độ cơ giới hóa cao, an toàn,
cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động, chất lượng che chắn bằng vỏ hầm
tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ.
-Nhược điểm: Phải vận chuyển từng bộ phận của máy vào trong hầm để lắp
ráp, thời gian lắp ráp lâu vì điều kiện phải ti
ến hành ở trong hầm. Thi công bằng
máy phụ thuộc vào điều kiện địa chất, mỗi khi đã quyết định dùng loại máy nào thì
không thể thay đổi kích thước mặt cắt và giá thành đầu tư một phần rất lớn.
37B1.1.3. Phương pháp dánh chìm.
Đường hầm dạng ống đánh chìm là loại hầm được xây dựng dưới đường
nước chảy. Dưới đáy sông hoặc đáy biển đào sẵn một hào, những đốt hầm dạng bê
tông cốt thép hoặc dạng ống thép được chế tạo sẵn trong ụ tàu của nhà máy chế tạo
tàu, hoặc trong một bãi đúc rồi cho nước vào và dùng tàu kéo đến tuyến hầm, tiến
hành đánh chìm vào hào. Sau đó bơm nước ra khỏi các đốt hầm và lắp các đệm cao
su ở đốt hầm nối tiếp với nhau đảm bảo kín nước. Ở Việt Nam có đường hầm Thủ
Thiêm qua sông Sài Gòn được xây dựng bằng phương pháp này.


9
38B1.1.4. Phương pháp đào và lấp.
Theo phương pháp này kết cấu hầm được xây dựng bên trong khối đào và
khi thi công xong sẽ được lấp lại để trả lại mặt bằng ban đầu. Phương pháp này
được dùng khi đường viền hầm đặt nông và công đoạn đào từ mặt đất là khả thi và
kinh tế. Thường phương pháp này áp dụng cho đoạn đường cần chui xuống mặt đất,
những cửa vào hầm lò và các hầm đặt trên địa hình bằng phẳng ở đó việc đặt hầm
nông là ưu điểm. Hai phương pháp thi công được áp dụng cho xây dựng hầm theo
cách đào và lấp và bottom-up và Top-down. Đối với chiều sâu đặt hầm từ 30 đến 40

feet (khoảng 10 đến 12 mét) thì phương pháp này kinh tế hơn và thực tế hơn so với
kiểu đào hầm lò hoặc dùng máy đào. Hầm thi công theo phương pháp này có kết
cấu là một khung dạng hộp cứng. Trong khác khu đô thị, do không gian cho phép là
hạn chế, hầm được xây dựng trong một khối đào mà vách đất được chống đỡ bởi hệ
thống tường có kết cấu chống đỡ. Nơi nào không gian xây dựng cho phép, trong
khoảng đất trống dành cho sự phát triển đô thị mới thì có thể áp dụng phương pháp
mở mái sẽ kinh tế hơn. Ở Việt Nam có đường hầm Kim Liên được xây dựng bằng
phương pháp top – down.
1.1.5. Phương pháp kích các ống bê tông cốt thép vào đất.
Phương pháp kích các ống bê tông cốt thép để tạo ra đường ống dẫn mà
không làm xáo trộn các công trình hoặc các hoạt động sẵn có trên mặt đất. Phương
pháp này được coi là giải pháp kinh tế khi đường ống đặt ở độ sâu lớn hơn 5m với
chiều dài lớn hơn 50m. Ví dụ như đường hầm chứa cáp, thông tin, đường hầm dẫn
nước đô thị có thể thi công theo phương pháp này.
Ống bê tông cốt thép được kích từ một hố kích tới hố tiếp nhận thường bố trí
ở những khoang tiếp cận đường ống. Những thiết bị kích chính bố trí trong hố kích
thường dùng để ấn những ống bê tông cốt thép vào lỗ đã được bộ phận phía trước
đào trong quá trình tiến lên của hệ đường ống. Năng lực của kích chính và lực đẩy
phụ thuộc vào kích thước của ống, chiều dài của đường ống và loại đất mà ống sẽ
chui vào. Thông thường có hai hoặc bốn loại kích với năng lực tới 300T và chiều
dài đẩy được 1200mm.


10
Lực kích bị chống lại bởi khối bị ép trong hố kích và tác dụng lên đầu ống bê
tông qua một đai thép. Đầu ống bê tông được bảo vệ khỏi bị phá hoại nhờ đệm gỗ
hoặc tấm đệm giữa đai thép và mặt bê tông.
Một khiên có đầu cắt bằng thép được gắn vào ống dẫn hướng nhằm bảo vệ
những người công nhân và cho phép lái và điều chỉnh tuyến.
Thông thường khiên và ống dẫn hướng được ấn vào hố tiếp nhận và tháo ra

để dùng lại. Những trạm kích trung chuyển có thể yêu cầu về chiều dài và điều kiện
đất cứng. Để giảm ma sát cho ống khi ép vào đất có thể sử dụng vữa bentonite phụt
vào đất ở xung quanh ống.
Phương pháp thi công nhìn chung đi theo một chuỗi công đoạn lặp đi lặp lại
như đào đất ở gương hầm, ép ống vào trong khối đã đào và chuyển đất thải bằng
cách xúc lên xe ray đặt ở phía đáy ống.
Giai đoạn lắp ống quan trọng nhất là khi chiều dài của 2 ống trong 3 ống đầu
tiên tiến vào những tường của hố kích và đó là kết quả sau khi ống dẫn hướng và
khiên tiến vào và phá vỡ tường hố tiếp nhận. Khi ống dẫn hướng và khiên được ép
vào tường của hố kích, nó rời khỏi những ray đỡ và được chống đỡ bởi đất ở tường
hố kích. Đất kề bên hố kích thông thường bị xáo trộn bởi việc đào hố và cần thiết
phải gia cố bằng phụt vữa và chèn gỗ.
Khi ống dẫn hướng và khiên tiến vào hố tiếp nhận, áp lực thẳng đứng củ
a đất
giảm đi và việc kiểm soát tuyến theo chiều thẳng đứng trở nên quan trọng nhất.
Thông thường việc kiểm soát tuyến được trợ giúp bằng cách gắn vào mặt thẳng
đứng bịt kín ở hố tiếp nhận bằng những tấm gỗ hoặc cọc cừ và sẽ tháo đi khi vị trí
của khiên đối diện với mặt thẳng đứng.
Tuyến của đường ống liên tục được đo và điều chỉnh trong thời gian kích
bằng cách dựa vào ánh sáng laser chiếu từ hố kích đến mục tiêu gắn ở bên trong nóc
của ống dẫn hướng hoặc khiên. Liên tục tăng điều chỉnh để tránh quá tải những chỗ
nối tiếp của ống bê tông.


11
Nhìn chung, công đoạn kích ống được tiến hành 2 ca một ngày, mỗi ca gồm
8 đến 10h và chiều dài tiến đạt được còn phụ thuộc kích thước ống và điều kiện của
đất, rất khác nhau, có thể được 1 đến 6 ống một ca. Thông thường đòi hỏi nhân lực
2 người trên mặt đất ( thợ lái cần trục), và 3 người trong ống và hố kích, (2 người
đứng ở gương hầm và 1 người đứng ở hố kích). Đối với những dự án nhỏ hơn số

người có thể giảm đến 3 vẫn đảm bảo công việc tiến hành tốt.
Trình tự thi công:
- Đào hố để kích và hố để tiếp nhận ống.
- Bố trí kích, đường ray, đặt ống, điều chỉnh tuyến.
- Tiến hành ép các ống.
Ưu điểm: Không làm xáo trộn công trình hoặc những hoạt động trên mặt đất.
Nhược điểm: Thích hợp với đất sét có cường độ chống nén không bịt kín tối
thiểu là 100Kpa. Tỷ lệ phần trăm bùn hoặc cát nhiều hơn trong sét thì giá trị của ma
sát giữa ống và đất sẽ cao hơn và hậu quả là tải trọng cần kích phải tăng.
23B1.2. Các bộ phận của đường hầm trong quá trình đào
a) Theo thiết kế quá trình xây dựng hầm bao gồm hai công đoạn chính: Đào
hầm, tức là tách bỏ đất đá từ không gian dùng để bố trí hầm, và xây kết cấu của hầm
đó là vỏ hầm
Tùy thuộc vào tính chất của địa tầng và kích thước tiết diện hầm mà việc đào
hầm được thực hiện theo một lần hoặc tiến hành trên từng phần của hầm. Trong
trường hợp đào một lần thì diện tích của gương bằng diện tích toàn tiết diện hầm
(hình 1.1a). Trong trường hợp thứ hai thì đầu tiên đào hầm dẫn vượt trước 1 có tiết
diện nhỏ hơn (hình 1.1b). Sau đó sử dụng hầm dẫn này làm cơ sở để phát triển công
tác đào đất đá, mở rộng tiết diện hầm đến kích thước thiết kế 2,4,5,7. Vỏ hầm 3,6,8
được xây dựng một lần trong hầm đã được gia cố và hoàn toàn tự do, hoặc theo
từng bộ phận một trong quá trình đào hầm.


12

Hình 1.4: Các hình thức đào mặt cắt ngang hầm.
a) 1. Diện tích gương đào 1 lần; 2. Vỏ hầm.
b) 1.Hầm vượt trước; 2,4,5,7. Phần tiết diện mở rộng; 3,6,8. Vỏ hầm.
39BViệc lựa chọn hình thái tiết diện vỏ hầm phải đảm bảo tiết diện thông thủy
công trình ngầm, chiều dày và tiết diện vỏ phải nhỏ nhất, nhưng đồng thời phải đảm

bảo yêu cầu chịu lực và đảm bảo đủ không gian của công trình ngầm. Hình dáng
của tiết diện chủ yếu phụ thuộc vào nhiệm vụ của công trình ngầm, tính chất, độ lớn
của áp lực đất, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn và phương pháp xây dựng công
trình ngầm.
Đối với đường hầm dẫn nước của nhà máy thủy điện cần đảm bảo độ dốc
cho nước có thể tự chảy trong hệ thống đường dẫn nước và gồm các bộ phận:
- Cửa nhận nước: Bao gồm cả cửa van, phai, lưới chắn rác.
- Đường dẫn nước vào có chức năng đưa nước từ nguồn nước như sông, hồ
vào buồng tuabin phát điện. Đường thải nước ra có nhiệm vụ dẫn thoát nước đã qua
tuabin phát điện ra ngoài.
- Tháp điều áp có nhiệm vụ khi nước ngừng chảy vào tuabin, xung lực của
nước sinh ra không tác dụng lên đường dẫn nước vào. Tháp điều áp có thể đặt trên


13
mặt đất hoặc trong lòng đất. Trường hợp đặt trong lòng đất thì cấu trúc của tháp
điều áp giống cấu tạo của hầm đứng. Tháp điều áp thường được bố trí ở vị trí tiếp
giáp giữa đường dẫn nước và đường ống áp lực.
- Tháp nhận nước có chức năng nhận nước ở các sông, hồ chứa nước. Tháp
nhận nước được bố trí ở cửa nhận nước của đường dẫn nước, nó có thể được bố trí
ngay trong nước hoặc trong lòng đất.
- Đường ống áp lực kết nối đường dẫn nước với tuabin phát điện có nhiệm
vụ trực tiếp cung cấp, đưa nước vào tuabin phát điện.
- Sau đường ống áp lực là gian đặt máy bao gồm tuabin, máy phát, máy điều
tốc và các thiết bị thủy công.

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đường ống dẫn nước nhà máy thủy điện
40Bb) Trong quá trình thi công để rút ngắn thời gian thông các hầm dẫn thường có
xu hướng tăng số lượng gương đào. Việc mở diện thi công đào hầm có thể tiến hành
trực tiếp từ đường đào trước cửa, từ giếng đứng, bố trí dọc tuyến hầm, hoặc qua các

hầm ngang, đào vuông góc với hướng trục hầm.
Việc đào giếng đòi hỏi chi phí lớn về phương tiện và thời gian, vì thế người
ta sử dụng để mở diện thi công chỉ trong trường hợp hầm núi nằm không sâu (đến
100-200m) và sau này giếng được sử dụng để thông gió trong thời gian khai thác
công trình.


14
Việc sử dụng các hầm ngang là cực kỳ hợp lý, bởi vì nó không đòi hỏi chi
phí lớn, đảm bảo thoát nước ngầm tự nhiên và thải đất đá đào ra một cách thuận lợi.
Tuy nhiên việc sử dụng chúng cũng được hạn chế trong những trường hợp khi tuyến
hầm đi ở khoảng cách đủ gần với sườn núi ( không lớn hơn 100-200m). Ngoài ra
còn có các lò mù để thăm dò địa chất, để tạo không gian phụt vữa gia cố.
41BNgoài ra còn có các công tác phụ trợ trong thi công hầm bao gồm:
42B- Hệ thống thông gió: để đảm bảo đủ oxy cho mọi hoạt động của con người ở
bất kỳ thời điểm nào và ở tất cả các diện thi công. Trong hầm có sự thay đổi gay gắt
của nhiệt độ không khí, điều này cũng tác động có hại cho trạng thái sức khỏe con
người. Vì thế thông gió cũng có nhiệm vụ giữ nhiệt độ và độ ẩm tối ưu ở nơi có
người, tạo điều kiện thuận lợi cho lao động trong hầm. Điều quan trọng là nhớ
thông gió để hòa loãng khí độc (do người thải ra, do nổ mìn, do xe, máy thải ra…)
- Hệ thống chống bụi: Việc có bụi trong không khí ngầm gây ra hàng loạt
bệnh nghề nghiệp cho công nhân. Công tác khoan là nguồn tạo bụi lớn nhất. Người
ta sử dụng 3 phương pháp chống bụi khi thi công công tác khoan: Dùng nước để
khử bụi, khử bụi bằng hỗn hợp không khí và chất lỏng; tách bụi bằng phương pháp
khô.
- Hệ thống thoát nước: Phần lớn công trình ngầm đều xây dựng trong điều
kiện có nước dưới đất. Ngoài ra trong quá trình đào hầm, nước kỹ thuật sử dụng
trong quá trình thi công cũng khá lớn ( khoan, công tác bê tông, các loại nước tưới
khác …). Vì vậy, để thoát được nước ngầm và nước kỹ thuật người ta phải dùng
thoát nước tự nhiên và thoát nước nhân tạo

- Hệ thống chiếu sáng: Tất cả các công trình ngầm trong quá trình thi công
đều phải chiếu sáng nhân tạo bằng điện. Việc chiếu sáng cục bộ trong gương, chỗ
làm việc cũng là bắt buộc. Ngoài hệ thống chiếu sáng cố định phải trang bị chiếu
sáng cá nhân như đèn ắc qui trong thời gian làm việc.
- Hệ thống cấp năng lượng: Khi thi công hầm ngầm bằng phương pháp mỏ (
khoan nổ mìn) mà dùng các thiết bị khí nén là chính thì không khí nén là nguồn


15
năng lượng cơ bản. Vì thế khi xây dựng các tổ hợp ngầm thường phải xây dựng
trạm cấp khí nén. Điện năng cấp cho các máy móc, thiết bị thi công hầm thường là
điện xoay chiều điện áp 380V qua biến thế riêng đặt ở gần cửa hầm.
24B1.3. Đặc điểm của cửa hầm.
43B1.3.1. Khái niệm
Cửa của công trình ngầm có tác dụng đảm bảo độ ổn định của tầng đất có
trên cửa hầm; ngăn chặn không cho nước mưa và đất đá bên trên có thể tràn vào
trong hầm, ngoài ra cửa công trình ngầm cũng đóng vai trò quan trọng trong vấn đề
mỹ quan của công trình. Chính vì vậy, cửa hầm thường cấu tạo phần tường chắn.
Tường chắn được bố trí vuông góc với trụ hầm, có thể cấu tạo thẳng đứng
hoặc xuyên theo mái của sườn núi nơi mà cửa hầm đi ra. Tường chắn của cửa vào
công trình ngầm thường làm bằng bê tông toàn khối hoặc lắp ghép từ những tấm bê
tông. Nhiều khi xây bằng đá tự nhiên. Cửa hầm thường làm nhô ra khoảng 1,5 m từ
mặt dốc địa tầng trên hầm và trên bề mặt của phần vỏ nhô ra thường lấp đất đầm
chặt và trên đó có bố trí rãnh thoát nước sang hai bên cửa hầm. Trường hợp đá
nguyên khối rất tốt, thì không cần xây vỏ cho mái, mà chủ yếu dùng bê tông phun
để gia cố.

Hình 1.6: Cửa hầm đèo Hải Vân

16
9
7
2
3 4
5
10
8
6
1
3
17
6
4
5
10
2
9
8
A)




Hình 1.7: Sơ đồ mặt cắt dọc cửa hầm
có khối đắp phản áp
1- Vỏ chống; 2- Khối đắp phản áp đã
gia cường và phủ thảm thực vật; 3- Hành
lang vòng có liên kết với khối đắ
p và rãnh

vòng; 4- Rãnh vòng đón dòng, tiêu năng và
lái dòng; 5- Kè (hoặc dầm giằng có neo gia
cường) bảo vệ bờ dốc; 6- Lỗ thoát nước giảm
áp và duy trì ổn định cho đấ
t đá xung quanh;
7- Rãnh dọc nền; 8- Bờ dốc hào thi công; 9-
Vành chắn mép ngoài đoạn vỏ hầ
m nhô ra
ngoài bờ dốc; 10- Bờ núi phía trên cửa hầm
đã gia cường và phủ thảm thực vật.
B)




Hình 1.8: Sơ đồ mặt cắt dọc
cửa hầm có tường mặt phản áp
1- Vỏ chống; 2- Tường mặt
cứng; 3- Hành lang vòng có liên kết
giằng với tường mặt; 4- Rãnh vòng
đón dòng, tiêu năng và lái dòng; 5-
Kè bảo vệ bờ dốc (hoặc hệ thống
dầm giằng có neo gia cường); 6-
Khối đắp đệm; 7- Thép liên kết; 8-
Hố ga và rãnh chân tường cánh gà;
9- Tường cánh hào cửa hầm; 10- Bờ

núi phía trên cửa hầm đã gia cường
và phủ thảm thực vật.

17

Hình 1.9: Cấu tạo tiết diện cửa hầm
Hào cửa hầm xuyên núi là phần bờ núi được đào đi với 1 số mục đích khác
nhau, trong đó cơ bản là:
- Để lộ ra bề mặt của gương ngầm ngoài cùng của hầm
- Mở không gian xây dựng cửa hầm.
- Tạo mặt bằng xây dựng sân công tác và các công trình phụ trợ của hầm.
- Xử lý sườn núi cận kề cửa và cổ hầm để đảm bảo an toàn cho chúng.
Bờ dốc xung quanh cửa hầm xuyên núi có rất nhiều hình thái khác nhau
Thông thường, có thể chia các bờ dốc xung quanh cửa hầm xuyên núi, theo hướng
nhìn từ ngoài vào cửa hầm thành 3 phần:
Một bờ dốc trên nóc cửa hầm và hai bờ dốc cánh bên cửa hầm.
Tuy rằng khi bố trí cửa hầm, nhà thiết kế đã cố gắng chọn địa điểm bờ dốc
có lợi nhất, nhưng bên cạnh việc thiết kế công trình cho phù hợp với điều kiện xung