NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO TRONG NƯỚC MỘT SỐ TRANG BỊ ĐỂ CƠ GIỚI HÓA ĐỒNG BỘ QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM KHẨU ĐỘ VỪA DUNG CHO QUỐC PHÒNG

Bộ khoa học công nghệ
đề tài độc lập cấp nhà nớc

Báo cáo khoa học đề tài
nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị
để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng hầm
Khẩu độ vừa và nhỏ dùng cho quốc phòng
mã số ĐTĐL - 2006/05G

chủ nhiệm đề tài :

Đại tá - Kỹ s Phan Đức Tuấn
Phó t lệnh Công binh

7916

hà nội 9 - 2009


Bộ khoa học & công nghệ
Bộ quốc phòng
bộ t lệnh công binh

Báo cáo khoa học đề tài
nghiên cứu thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị
để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng hầm
Khẩu độ vừa và nhỏ dùng cho quốc phòng
mã số ĐTĐL - 2006/05G

chủ nhiệm đề tài

cơ quan chủ trì

cơ quan chủ quản

cơ quan quản lý đề tài

1


những ngời thực hiện chính
1. Đại tá KS Phan Đức Tuấn - Binh chủng Công binh.
2. Thiếu tớng KS Hoàng Kiền - Nguyên T lệnh Công binh.
3. Đại tá ThS Phạm Nguyên Hùng - Binh chủng Công binh.
4. Thợng tá ThS Bùi Thanh Tùng - Binh chủng Công binh.
5. Thợng tá KS Nguyễn Nh Trờng - Binh chủng Công binh.
6. Đại tá PGS. TS Vũ Đình Lợi - Học viện kỹ thuật quân sự.
7. Đại tá TS Nguyễn Quang Trung - Học viện kỹ thuật quân sự.
8. Đại tá PGS. TS Chu Văn Đạt - Học viện kỹ thuật quân sự.
9. Đại tá TS Nguyễn Hoàng Thanh - Viện kỹ thuật cơ giới/TCKT.
10. Thợng tá KS Phạm Quang Vinh - Viện kỹ thuật cơ giới/TCKT.
11. Thợng tá ThS Mai Chí Thành - Viện kỹ thuật cơ giới./TCKT
12. Thợng tá KS Đào Công Hiến - Viện kỹ thuật Công binh/BCCB
13. Thợng uý KS Bùi Lê Dũng - Viện kỹ thuật Công binh/BCCB
14. Trung tá TS Nguyễn Trang Minh - Viện kỹ thuật Công binh/BCCB
15. Đại tá KS Nguyễn Hồng Hà - Nhà máy Z49/ BCCB.

2


mục lục

TT

1.1.
1.2
1.3.
1.3.

2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.

5.5.
5.6.
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.

Nội dung
Mục lục
Ký hiệu viết tắt
Mở đầu
Phần I : nghiên cứu Tổng quan
Chơng 1: Cơ sở định hớng nghiên cứu thiết kế, chế thử sản phẩm phục vụ
thi công đờng hầm quân sự khâu độ vừa và nhỏ
Công nghệ thi công đờng hầm hiện nay
Tình hình sử dụng trang bị thi công đờng hầm trong nớc
Những vấn đề về thi công đờng hầm quân sự
Kết luận chơng 1
Chơng 2: xây dựng quy trình thi công, yêu cầu kỹ thuật cơ bản cho công
tác nổ và các sản phẩm thiết bị nghiên cứu
Xây dựng quy trình thi công
Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản cho công tác nổ
Yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với các sản hẩm thiết bị nghiên cứu
Xác định năng suất của các sản phẩm thiết bị nghiên cứu
Kết luận chơng 2
Phần II: nghiên cứu tính toán thiết kế sản phẩm
Chơng 3: Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật khoan, nổ
Cơ sở tính toán hoàn thiện kỹ thuật khoan, nổ

Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật khoan, nổ trong thi công đờng hầm.
H s thit k bn v thi cụng mu phn khoan n.
Xõy dng phn mm tớnh h chiu khoan n v v thit k khoan n.
Ti liu tp hun cho cỏn b k thut thi cụng.
Kết luận chơng 3
Chơng 4: Nghiên cứu thiết kế thiết bị khoan
Công tác khoan và phơng pháp tiếp cận nghiên cứu
Thiết kế tổng thể thiết bị khoan
Tính toán thiết kế thiết bị khoan
Tính toán động học thiết bị khoan
Tính ổn định thiết bị khoan
Tính toán kiểm nghiệm bền thiết bị công tác
Kết luận chơng 4
Chơng 5: Nghiên cứu thiết kế thiết bị bốc xúc vật liệu
Các dạng máy bốc xúc và phơng pháp nghiên cứu
Lựa chọn các phơng án thiết kế máy bốc xúc
Phơng án thiết kế tổng thể máy bốc xúc
Tính toán thiết kế máy bốc xúc
Tính toán kiểm tra, hiệu chỉnh máy bốc xúc
Kết luận chơng 5
Chơng 6: Nghiên cứu thiết kế thiết bị vận chuyển
Cụng tỏc vn chuyn t ỏ trong thi cụng ng hm
Chn phng ỏn c gii hoỏ cụng tỏc vn chuyn
xut cỏc phng ỏn v la chn cỏc thit b
Tớnh toỏn c bn kt cu v n nh cỏc thit b ó la chn
Tớnh s b thi gian bc xỳc v vn chuyn bng phng phỏp c gii hoỏ
Kt lun chng 6

3

Trang
3
5
6
10
10
9
20
21
34
35
35
37
38
44
52
53
53
53
54
68
69
71
71
72
72
72
76
92
94

96
99
100
100
100
102
104
114
120
121
121
121
121
129
141
142


TT
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.

9.1.
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.

11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
12.1.
12.2.
12.3.
12.4.
12.5.
I
1.1.
1.2
1.3
1.4
1.5.
II
III.

Nội dung

Chơng 7: Nghiên cứu thiết kế thiết bị ván khuôn di động
Các yêu cầu cơ bản của ván khuôn khi thiết kế
Phơng án thiết kế ván khuôn di động
Tớnh toỏn vỏn khuụn di ng
Tớnh kim nghim bn cho khung c nh
Tớnh lc cn thit di chuyn khung di ng v khung c nh
Kết luận chơng 7
Chơng 8: Nghiên cứu thiết kế thiết bị bơm bê tông
Công tác thi công bê tông trong xây dựng đờng hầm quân sự
Phân tích lựa chọn phơng án kỹ thuật cho bơm bê tông
Xõy dng mụ hỡnh ng lc hc vn chuyn hn hp bờ tụng.
Tớnh toỏn, thit k k thut mỏy bm bờ tụng
Kt lun chng 8
Chơng 9: Nghiên cứu thiết kế thiết bị phân loại vật liệu
Tổng quan về máy phân loại vật liệu
Xác định chỉ tiêu của thiết bị nghiên cứu
Lựa chọn phơng án thiết kế thiết bị phân loại vật liệu
Tính toán chi tiết các thông số máy sàng rung
Tính bền cho kết cấu hộp sàng và khung đỡ.
Kết luận chơng 9
Chơng 10: Nghiên cứu thiết kế hệ thống bảo đảm cung cấp năng lợng
Yêu cầu chung khi tính, chọn nguồn cung cấp năng lợng
Các phơng án và lựa chọn hệ thống bảo đảm cung cấp năng lợng
Tính chọn hệ thống cung cấp năng lợng
Kết luận chơng 10
Phần III: Chế thử và thử nghiệm sản phẩm nghiên cứu
Chơng 11: Tổ chức chế thử sản phẩm
Lựa chọn đơn vị chế thử
Triển khai công việc chế thử
Kết quả chế thử các sản phẩm nghiên cứu

Đánh giá kết quả chế thử sản phẩm nghiên cứu
Chơng 12: Kết quả thử nghiệm sản phẩm
Điều kiện tổ chức nghiên cứu thử nghiệm
Những thử nghiệm trong quá trình nghiên cứu
Phơng pháp tiến hành thử nghiệm
Kết quả các chỉ tiêu của sản phẩm nghiên cứu khi thử nghiệm
Đánh giá kết quả của sản phẩm nghiên cứu, chế thử qua thử nghiệm
Phần IV: Kết luận và đề nghị
Tổng hợp kết quả nghiên cứu
Mục tiêu, phạm vi nội dung kết quả nghiên cứu
Nội dung khoa học kết quả thực hiện
Sản phẩm chế thử của đề tài
Hiệu quả của đề tài
Dự kiến khả năng áp dụng kết quả sản phẩm nghiên cứu
Kết luận
Đề nghị

4

Trang

143
143
143
149
153
153
154
155
155

156
159
164
170
171
171
171
173
177
190
195
196
196
196
203
211
213
213
213
214
217
217
220
220
220
220
221
224
225
225

225
225
226
226
227
227
228


ký hiệu và viết tắt
ký hiệu và chữ tắt

BVTQ
BQP
BTL
BXD
CNC
Cgh
CTQP
ĐTĐL
fkp
NN
NATM
M - ĐC
GTVT
HVKTQS
KTCG
KHKT&CNQS
KH&CN
KHCN&MT

KTCB
TBKT
TT
TCKT
TBM
XDCT

giải thích

Bảo vệ Tổ quốc
Bộ Quốc phòng
Bộ t lệnh
Bộ Xây dựng
Công nghệ cao
Cơ giới hóa
Công trình quốc phòng
Đề tài độc lập
Hệ số kiên cố của đất đá
Nhà nớc
Công nghệ thi công hầm theo phơng pháp áo mới
Mỏ - Địa chất
Giao thông vận tải
Học viện kỹ thuật quân sự
Kỹ thuật cơ giới
Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự
Khoa học và công nghệ
Khoa học công nghệ và môi trờng
Kỹ thuật công binh
Trang bị kỹ thuật
Trung tâm

Tổng cục kỹ thuật
Tổ hợp thiết bị thi công đào hầm
Xây dựng công trình

5


mở đầu
Xây dựng đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ đáp ứng cho nhiệm vụ an ninh quốc phòng là nội dung có ý nghĩa chiến lợc trong việc triển khai xây dựng hệ
thống công trình phòng thủ đất nớc. Những năm gần đây, nhiệm vụ đó đã và
đang đợc triển khai với số lợng lớn ở các đơn vị Công binh toàn quân.
ở nớc ta hiện nay, nhiều đơn vị xây dựng trong và ngoài quân đội đã áp
dụng rộng rãi các công nghệ, phơng tiện kỹ thuật mới của thế giới vào lĩnh vực
thi công đờng hầm. Việc sử dụng các phơng tiện kỹ thuật mới đó, không
những đã đẩy nhanh tiến độ, nâng cao năng suất thi công mà còn giải quyết đáng
kể vấn đề cải thiện điều kiện làm việc của ngời thi công trong đờng hầm.
Tuy nhiên, các tiến bộ công nghệ đó mới chỉ phù hợp cho thi công các
đờng hầm có khẩu độ lớn. Đối với thi công các đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ,
phơng pháp hiện nay chủ yếu vẫn phải tiến hành bằng các biện pháp và phơng
tiện hết sức thủ công. Những biện pháp và phơng tiện đó, không những đã làm
hạn chế năng lực và hiệu quả của các đơn vị thi công mà còn không loại bỏ đợc
tính chất nặng nhọc của công việc và nâng cao mức độ bảo đảm an toàn cho
ngời trực tiếp thi công. Tồn tại đó, đang đòi hỏi nghiên cứu KHCN về lĩnh vực
XDCT phải quan tâm giải quyết.
Trớc tình hình nhiệm vụ và thực trạng nêu trên, BTL Công binh đã kiến
nghị với Bộ Quốc phòng và Bộ KH&CN mở đề tài cấp Nhà nớc: Nghiên cứu
thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi
công đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ dùng cho quốc phòng. Mã số ĐTĐL
2006/ 05G.
Trớc kiến nghị, Bộ t lệnh Công binh đã chủ động nghiên cứu cải tiến

một số trang bị nhỏ và mở đề tài nghiên cứu thăm dò về các trang bị cơ giới hoá
thi công đờng hầm nh: thiết bị khoan tự dẫn tiến, máy bơm bê tông dùng khí
nén, thiết bị bốc xúcNhng do nhiều điều kiện chi phối, nên kết quả mới giải
quyết những khó khăn tạm thời trớc mắt; việc nghiên cứu thăm dò mới chỉ
khẳng định bớc đầu về tính khả thi của hớng triển khai nghiên cứu tiếp theo.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công
đờng hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ theo hớng cơ giới hoá phù hợp với Việt
Nam. Trên cơ sở đó đi đến thiết kế, chế tạo trong nớc một số trang bị phù hợp
với quy trình thi công nghiên cứu để nâng cao mức độ cơ giới hoá trong thi công
đờng hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ .
Đề đạt mục tiêu, nội dung cơ bản của đề tài là: nghiên cứu cơ sở định
hớng cơ giới hoá thi công đờng hầm; hoàn thiện kỹ thuật khoan nổ; thiết kế,
chế tạo các thiết bị: Bốc xúc, Khoan, Ván khuôn di động, Phân loại vật liệu,
Bơm bê tông, Thiết bị vận chuyển đất đá và thiết kế Hệ thống cấp điện, khí nén,
thông gió để phục vụ thi công cơ giới hoá đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ.
Đối tợng nghiên cứu đề tài là quy trình, biện pháp kỹ thuật và một số
thiết bị thi công nhằm để cơ giới hóa đồng bộ công việc thi công đờng hầm
quân sự khẩu độ vừa và nhỏ. Với điều kiện khả năng hiện có, phạm vi các nội
dung nghiên cứu đề tài chủ yếu tập trung giải quyết cho loại đờng hầm có hệ số
kiên cố fkp > 4 và đợc thi công theo phơng pháp mỏ truyền thống hiện nay.

6


Phơng pháp tiếp cận và nghiên cứu đề tài là dựa trên cơ sở yêu cầu kỹ,
chiến thuật của đờng hầm quân sự; các kiến thức mới về công nghệ thi công
đờng hầm; kinh nghiệm nhiều năm thi công đờng hầm của Bộ đội Công binh;
những kết quả ứng dụng công nghệ, thiết bị mới của ngành khai thác mỏ, tiến
hành lựa chọn quy trình công nghệ thi công phù hợp với năng lực và khả năng
của ngành cơ khí trong nớc. Khi nghiên cứu chế tạo các thiết bị, cán bộ thực

hiện đề tài đã dựa vào những mẫu có sẵn của nớc ngoài để lựa chọn các tính
năng kỹ thuật chính, tiến hành xây dựng nguyên lý, kết cấu và kiểu dáng phù
hợp và đi đến thiết kế, chế tạo, thử nghiệm hoàn thiện thiết bị.
Để nghiên cứu các nội dung, quá trình triển khai đề tài đợc thực hiện qua
các bớc: khảo sát thực tế; xây dựng quy trình thi công; xây dựng các chỉ tiêu kỹ
thuật; phân tích lựa chọn phơng án; tính toán, thiết kế; chế thử, thử nghiệm và
hoàn thiện sản phẩm. Đồng thời, Đơn vị chủ trì đã mời các đơn vị: Học viện
KTQS, Viện KTCGQS, Viện KH&CNQS, Trung tâm KĐKT an toàn lao động/
BXD tiến hành lựa chọn các cán bộ có đủ trình độ, khả năng để tham gia thực
hiện đề tài. Nội dung của Đề tài đã đợc phân chia thành 9 đề tài nhánh, cụ thể:
- Đề tài ĐTĐL 05/ GA: Nghiên cứu tổng quan cơ giới hoá thi công đờng
hầm quân sự khẩu độ vừa và nhỏ.
+ Đơn vị thực hiện: Học viện KTQS.
+ Chủ nhiệm đề tài: Đại tá PGS TS Vũ Đình Lợi.
- Đề tài ĐTĐL 05/ G1: Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật khoan nổ.
+ Đơn vị thực hiện: Học viện KTQS.
+ Chủ nhiệm ĐT: Đại tá TS Nguyễn Quang Trung
- Đề tài ĐTĐL 05/ G2: Nghiên cứu thiết bị bốc xúc vật liệu.
+ Đơn vị thực hiện: Học viện KTQS.
+ Chủ nhiệm đề tài: Đại tá PGS TS Chu Văn Đạt
- Đề tài ĐTĐL 05/ G3: Nghiên cứu thiết bị khoan đờng hầm.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCB.
+ Chủ nhiệm đề tài: Thợng tá KS Đào Công Hiến
- Đề tài ĐTĐL 05/ G4: Nghiên cứu thiết bị ván khuôn di động.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCB.
+ Chủ nhiệm đề tài: Thợng uý KS Bùi Lê Dũng
Đại uý KS Trần Quốc Quỳnh
- Đề tài ĐTĐL 05/ G5: Nghiên cứu thiết bị phân loại vật liệu.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCB.
+ Chủ nhiệm ĐT: Trung táTS Nguyễn Trang Minh

- Đề tài ĐTĐL 05/ G6: Nghiên cứu thiết bị bơm bê tông.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm ĐT: Đại tá TS Nguyễn Hoàng Thanh
- Đề tài ĐTĐL 05/ G7: Nghiên cứu thiết bị vận chuyển.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm ĐT: Thợng tá KS Phạm Quang Vinh
- Đề tài ĐTĐL 05/ G8: Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp điện, khi nén và
thông gió cho thi công đờng hâm.
+ Đơn vị thực hiện: Viện KTCG/ TCKT.
+ Chủ nhiệm đề tài: Thợng tá ThS Mai Chí Thành
7


Nhằm tạo điều kiện cho cán bộ tham gia hiểu rõ thực trạng thi công và tìm
hiểu các trang bị mới có thể ứng dụng khi nghiên cứu, Đề tài đã tổ chức 3
chuyến đi nghiên cứu khảo sát tại các đơn vị thi công của QK1, QK3, QK4,
QK5, Tổng công ty Đông Bắc và các đơn vị trực thuộc BTLCB. Sau chuyến đi,
các cán bộ nghiên cứu đã thu thập đợc những số liệu cần thiết để làm cơ sở
nghiên cứu cho các nội dung phân công.
Bớc vào nghiên cứu lý thuyết, Đề tài đã mở lớp tập huấn chơng trình
phần mềm Inventor cho 20 đồng chí cán bộ của Binh chủng Công binh, Viện
KTCG và Học viện KTQS. Kết quả, các đồng chí tham gia đã có thêm công cụ,
kiến thức thuận lợi để nghiên cứu đề tài cũng nh công tác ở đơn vị sau này.
Quá trình thực hiện, Đề tài đã tổ chức 2 đợt hội thảo (19 buổi), để thông
qua phơng án thiết kế (đợt 1) và đánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết (đợt 2)
của các Nhánh đề tài. Các hội thảo đã có sự tham gia cộng tác của nhiều chuyên
gia, các nhà khoa học trên các lĩnh vực đề tài quan tâm. Qua hội thảo, Đề tài đã
tiếp thu đợc nhiều ý kiến đóng góp quý báu, để hoàn thiện kết quả nghiên cứu
của mình có chất lợng cao hơn.
Nhằm khẳng định thêm tính khả thi của kết quả nghiên cứu trớc khi chế

thử, tháng 9/2008 và tháng 7/2009, BTL Công binh đã phối hợp với Trung tâm
kiểm định kỹ thuật an toàn xây dựng/ BXD tiến hành thẩm tra thiết kế kỹ thuật
và kiểm định thiết bị sau chế thử. Sau khi thực hiện, đã khẳng định kết quả
nghiên cứu hoàn toàn tin cậy để tiến hành công việc tiếp theo.
Thực hiện công việc tiếp theo, Đề tài đã triển khai chế thử 6 thiết bị tại
Nhà máy Z49 và Viện kỹ thuật CGQS.. Sau chế thử, sản phẩm đã đợc tiến hành
thử nghiệm tại công trờng thi công của các đơn vị: Quân khu I; Trung đoàn
293, Lữ đoàn 279/BCCB, Lữ đoàn 28/PKKQ. Qua thử nghiệm, sản phẩm đề tài
đã đợc kiểm chứng, điều chỉnh, bổ sung hoàn thiện để tiến tới nghiệm thu theo
yêu cầu.
Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 3/2007 - 9/ 2009, với nguồn kinh phí là
3.791 triệu đồng (ngân sách SNKH = 2700 triệu đồng, nguồn khác = 1091 triệu
đồng), kết quả đề tài đạt đợc gồm:
- Sản phẩm chính :
+ Báo cáo tổng kết đề tài
+ Báo cáo tổng kết của 9 đề tài nhánh
+Sáu thiết bị nghiên cứu chế thử (khoan, bốc xúc, vận chuyển, ván
khuôn, bơm bê tông và phân loại vật liệu).
- Sản phẩm trung gian:
+ Tóm tắt báo cáo tổng kết đề tài
+ Phần mềm tính toán, thiết kế hộ chiếu khoan nổ và mạng cấp
điện, khí nén, thông gió phục vụ thi công đờng hầm.
+ Hồ sơ thiết kế kỹ thuật của 6 sản phẩm thiết bị chế thử
+ Hồ sơ pháp lý trong quá trình triển khai thực hiện đề tài.
+ Tài liệu hớng dẫn sử dụng và quy định an toàn lao động.
- Báo cáo tổng kết đề tài có 4 phần chính.
+ Phần 1: Nghiên cứu tổng quan, gồm 2 chơng.
+ Phần 2: Nghiên cứu lý thuyết và thiết kế thiết bị, gồm 8 chơng.
+ Phần 3: Chế thử và thử nghiệm sản phẩm, gồm 2 chơng.
8

+ Phần 4; Kết luận và đề nghị.
Trong thời gian tới, khối lợng thi công đờng hầm khẩu độ vừa và nhỏ
của các đơn vị Công binh rất nặng nề. Thực hiện Đề tài: nghiên cứu thiết kế, chế
tạo trong nớc một số trang bị để cơ giới hoá đồng bộ quá trình thi công đờng
hầm khẩu độ vừa và nhỏ là để nâng cao năng lực thi công của các đơn vị Công
binh xây dựng đờng hầm trớc những đặc điểm, yêu cầu của nhiệm vụ đã nêu.
Bộ t lệnh Công binh và các đơn vị phối hợp tham gia thực hiện đề tài xin
trân trọng cảm ơn tới các cơ quan của Bộ KH&CN, Cục KHCN&MT/ BQP đã
quan tâm, chỉ đạo, tạo điều kiện giúp đỡ Đơn vị trong quá trình thực hiện đề tài.
Bộ t lệnh Công binh cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các nhà khoa học, chuyên
gia thuộc lĩnh vực nghiên cứu đề tài công tác tại: Học viện KTQS, Viện kỹ thuật
CGQS/ TCKT, Viện KH&CN Quân sự/BQP, Trờng đại học mỏ - địa chất,
Trờng đại học xây dựng, Trờng đại học giao thông vận tải, Trung tâm kiểm
định kỹ thuật an toàn lao động/ BXD là những ngời đã giành nhiều thời gian và
công sức để tham gia t vấn, đóng góp ý kiến cho nội dung, kết quả nghiên cứu
đề tài.
Tuy nội dung nghiên cứu đề tài rất cấp thiết và kết quả đạt đợc đã bám
sát mục tiêu nghiên cứu, nhng có thể sản phẩm đề tài về mặt trình độ khoa học
công nghệ còn khiêm tốn và cha giải quyết hết những mong muốn của thực tiễn
đặt ra. Nhằm có cơ hội tiếp thu, rút kinh nghiệm cho lần nghiên cứu sau (khi có
điều kiện) đạt bớc phát triển cao hơn, đội ngũ cán bộ và các đơn vị tham gia đề
tài xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của các cá nhân và tập thể quan
tâm đến nội dung, kết quả đề tài.
Ban Chủ nhiệm đề tài ĐTĐL-2006/05G

9

Phần I
nghiên cứu tổng quan
Chơng 1
cơ sở định hớng nghiên cứu thiết kế, chế thử sản phẩm
phục vụ thi công đờng hầm quân sự khâu độ vừa và nhỏ

1.1. Công nghệ thi công đờng hầm hiện nay
1.1.1. các phơng pháp thi công
Hiện nay, dựa theo sự phá vỡ lớp đất đá phía bên trên công trình ngầm, các
phơng pháp thi công công trình ngầm có thể chia ra thành hai nhóm phơng
pháp chính, đó là: - Phơng pháp thi công đào lộ thiên
- Phơng pháp thi công đào chui
Do đặc điểm, yêu cầu đối với các đờng hầm quân sự nên nội dung nghiên
cứu tập trung vào phơng pháp thi công đào chui. Phơng pháp đó cơ bản gồm:
+ Phơng pháp mỏ truyền thống
+ Phơng pháp NATM
+ Phơng pháp Khiên đào (Shield method- SM)
+ Phơng pháp khoan đào (TBM)
+ Phơng pháp kích đẩy (Pipe jacking)
a. Phơng pháp mỏ truyền thống
* Quy trình thi công theo phơng pháp mỏ truyền thống
Quy trình có thể biểu diễn bằng sơ đồ (Hình 1.1).
Công tác chuẩn bị

Xây dựng phơng án thi công

Thi công đào

Thi công chống tạm

Bổ sung
Kiểm tra hệ chống tạm
Hoặc thay thế

Thi công vỏ hầm vĩnh cửu

Hoàn thiện công trình

Hình 1.1. Quy trình thi công hầm theo phơng pháp mỏ truyền thống

* Trình tự triển khai các bớc thi công
Thi công theo phơng pháp mỏ truyền thống gồm các công đoạn: đo,
chống tạm, đổ vỏ hầm, hoàn thiện. Các công đoạn đó liên hệ chặt chẽ với nhau
v phụ thuộc rất nhiều vo điều kiện đất đá, kích thớc mặt cắt ngang đờng
hầm cũng nh lực lợng, trang bị thi công.
9


Quá trình đào đất đá (đối với đờng hầm ngang) có thể phân thnh: Đo
ton mặt cắt; đo kiểu bậc thang (trên, dới); đo hang dẫn ( hang dẫn giữa,
hang dẫn tờng, hang dẫn trên, hang dẫn giữa hoặc kết hợp nhiều hang dẫn...)
Quá trình thi công vỏ hầm thờng có thể chia lm 2 loại: Phơng pháp
tờng trớc, vòm sau v phơng pháp vòm trớc, tờng sau.
+ Phơng pháp tờng trớc, vòm sau: thờng gọi đây l phơng pháp
thuận, phơng pháp ny phù hợp với điều kiện đất đá ít ổn định.
+ Phơng pháp vòm trớc, tờng sau: thờng gọi đây l phơng pháp
nghịch. Trớc tiên đo phần trên của mặt cắt đờng hầm, tiến hnh xây dựng vỏ
và đào phần bên dới, sau đó mới thi công phần tờng hầm. Phơng pháp này
đợc sử dụng đối với đờng hầm có tiết diện lớn, điều kiện đất đá ổn định.
* u nhợc điểm của phơng pháp

- u điểm: áp dụng rộng rãi cho các loại địa chất khác nhau và các dạng tiết
diện khác nhau của đờng hầm. Có thể áp dụng đối với các điều kiện khác nhau
về trang thiết bị cũng nh nhân lực.
- Nhợc điểm: Không phát huy đợc khả năng tự chịu tải của môi trờng. Tốc
độ thi công phụ thuộc nhiều vào tình trạng trang thiết bị kỹ thuật.
b. Phơng pháp thi công theo công nghệ NATM
* Qui trình thi công đờng hầm theo NATM
Qui trình thi công đờng hầm theo NATM gồm các bớc: Công tác chuẩn bị;
lập phơng án thi công; thi công đo; chống đỡ ban đầu; đo đạc giám sát biến
dạng; thi công lớp phòng nớc; thi công lớp vỏ vĩnh cửu (nếu cần) v một số
công tác khác.
Quy trình thi công hầm theo NATM có thể biểu diễn nh hình dới (Hình 1.2)

Điều chỉnh PA thi công

(chống đỡ trớc hoặc cải tạo địa tầng)

Công tác chuẩn bị

Xây dựng phơng án thi công

Điều chỉnh

Thi công đào

phơng pháp đào

Điều chỉnh

chống đỡ ban đầu

kết cấu chống

No

Đo đạc
giám sát biến dạng
So sánh với tiêu chuẩn

No

yes
Thi công lớp cách nớc

Thi công lớp vỏ sau cùng

Hoàn thiện công trình

Hình 1.2. Quy trình các bớc thi công hầm theo NATM

* u nhợc điểm của phơng pháp
- u điểm: áp dụng rộng rãi cho các loại địa chất khác nhau. Phát huy đợc
khả năng tự chịu tải của đất đá. Tốc độ thi công tơng đối nhanh
- Nhợc điểm: Chỉ phát huy đợc u điểm của nguyên lý làm việc đối với tiết
10


diện tròn hoặc gần tròn, đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị và trình độ đội ngũ
thi công cao.
c. Phơng pháp thi công kiểu Khiên đào (Shield method- SM)

* Sơ đồ nguyên lý
Phơng pháp Khiên đào thờng đợc áp dụng trong những điều kiện địa
chất và địa chất thuỷ văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều
dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi. Hoặc tại những vị trí không thể thi
công bằng phơng pháp hở, ví dụ nh khi đi qua khu di tích, khu dân c trong đô
thị và khu công nghiệp... Các phơng pháp thi công hầm bằng Khiên đào phụ
thuộc vào các yếu tố cơ bản là địa chất, địa chất thuỷ văn của tuyến.
Sơ đồ nguyên lý công nghệ đào hầm kiểu Khiên đào đợc thể hiện ở hình
dới (Hình 1.3)

Hình1.3. Sơ đồ nguyên lý công nghệ đào hầm bằng khiên đào
1. Giếng thoát; 2. Gơng đào; 3. Khiên; 4. Thiết bị lắp vỏ; 5. Thiết bị bốc xúc;
6. Băng chuyền; 7. Goòng; 8. Sàn công tác; 9. Goòng đã xúc đầy;
10. Phần tử vỏ; 11. Cẩu; 12. Bunke; 13. Ô tô tải;

* Ưu nhợc điểm của phơng pháp
- u điểm: áp dụng rộng rãi cho các loại địa chất khác nhau, đặc biệt
thích hợp thi công trong địa chất yếu. Tốc độ thi công tơng đối nhanh.
- Nhợc điểm: Chỉ phù hợp cho các đờng hầm có tiết diện không thay
đổi, tuyến hầm không phức tạp. Đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị và trình độ
đội ngũ thi công cao.
d. Phơng pháp dùng Thiết bị máy khoan đào hầm (TBM)
* Thiết bị Máy khoan đào hầm TBM
Thiết bị Máy khoan đào hầm (TBM) là một tổ hợp thiết bị phức tạp đợc
lắp ráp dùng để đào hầm. TBM bao gồm: Bộ phận đầu cắt với các công cụ phay
cắt và các gàu ngoạm phá (Mucking bucket); Các hệ thống dùng vào các việc:
cung cấp điện năng (power), làm quay đầu cắt và tạo lực đẩy; Một hệ thống bao
chắn cho TBM trong quá trình đào hầm; Trang bị để lắp dựng hệ chống đỡ (vỏ
hầm) khối nền; Khiên che bảo vệ công nhân và một hệ thống lái. Các hệ thống
trang thiết bị bảo đảm phía sau, đảm bảo cho việc vận chuyển đất vụn đã đào,

nhân viên và phơng tiện chuyên chở vật liệu, quạt thông gió và các vật dụng
khác. TBM là một hệ thống đảm nhiệm các chức năng: đẩy, quay xoắn, giữ ổn
định khi luân chuyển, vận chuyển đất đào, lái, thông gió và chống đỡ nền quanh
11


hang đào. Trong hầu hết các trờng hợp, những chức năng này có thể đợc thực
hiện liên tục trong mỗi chu trình đào.
- Thiết bị máy khoan đào hầm điển hình: Đào hầm bằng máy liên hợp, Thiết
bị mở hầm liên hợp loại bánh xích và loại rô to.
* Ưu nhợc điểm của việc sử dụng TBM
- Ưu điểm: Tốc độ đào cao, vận hành liên tục. Mức độ huỷ hoại khối nền đá
ít hơn. Biên đào nhẵn, giảm thiểu diện tích đào thừa, yêu cầu chống đỡ ít. Đất
vụn đào thải có tính chất đồng đều. An toàn nhân lực và bảo vệ môi trờng cao
hơn. Có khả năng cơ giới hoá toàn bộ quá trình xây dựng. Có thể áp dụng tối đa
các cấu kiện đúc sẵn. Có thể điều khiển tự động hoá từ xa.
- Nhợc điểm: Chỉ áp dụng khi dạng hình học thờng cố định là tròn. Công
trình ngầm thờng đào qua nhiều loại địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau.
Khi đào bằng TBM mức độ rủi ro cao, đòi hỏi phải có các biện pháp gia cố, xử lý
phụ trợ, tính linh hoạt bị hạn chế đối với các điều kiện địa chất phức tạp. Chi phí
đầu t cao, khó có thể khấu hao hết cho một dự án xây dựng. Công tác lắp đặt
các hệ thống chống giữ ở gơng rất khó khăn, phức tạp khi thi công bằng TBM
gặp phải đất yếu, chảy lỏng. TBM đòi hỏi vật t, phụ tùng thay thế rất đặc
chủng, đắt và trong nớc cha sản xuất đợc.
* Ngoài các phơng pháp đã giới thiệu ở trên ngời ta còn sử dụng phơng
pháp thi công dùng kích đẩy (Pipe jacking)
1.1.2. Các trang thiết bị điển hình phục vụ thi công
Hiện nay, phơng pháp thi công đờng hầm đang đợc sử dụng rộng rãi và
phổ biến nhất là thi công bằng phơng pháp khoan nổ, chu kỳ của quá trình thi
công đờng hầm bằng phơng pháp khoan nổ thể hiện nh sau (Hình 1.4)

Khoan
nổ

Bốc
xúc

Vận
chuyển

Ghép
cốt pha

Đổ
Bê tông

Hoàn
thiện

Hình 1.4. Sơ đồ quá trình thi công hầm bằng phơng pháp khoan nổ

Một chu kỳ thi công hầm bằng phơng pháp khoan nổ gồm có các công
đoạn: khoan nổ, bốc xúc, vận chuyển, ghép cốt pha, đổ bê tông và hoàn thiện.
Trong đó, năm công đoạn đầu rất nặng nhọc đòi hỏi công tác cơ giới hoá. Vì
vậy, đã có một loại các nhóm trang thiết bị kỹ thuật ở các nớc tiên tiến trên thế
giới đã đợc nghiên cứu, chế tạo đa vào sản xuất nhằm cơ giới hoá ở các công
đoạn thi công đờng hầm.
a. Nhóm thiết bị khoan
Nhóm trang thiết bị khoan đợc đầu t phát triển theo các chủng loại sau:
thiết bị khoan cầm tay; thiết bị khoan bán cơ giới và thiết bị khoan cơ giới.
* Thiết bị khoan cầm tay

Thiết bị khoan cầm tay của nớc ngoài chế tạo sử dụng chủ yếu nguồn
năng lợng bằng khí nén hoặc thủy lực. Đặc điểm của máy khoan này là dễ sử
dụng, triển khai nhanh chóng, hoạt động tiện lợi và đạt hiệu quả kinh tế trong thi
công; có độ tin cậy và độ bền của thiết bị cao nên nó đợc sử dụng phổ biến trên
nhiều nớc và ở nhiều vùng lãnh thổ. Nhng nhợc điểm là các thiết bị khoan này
12


chủ yếu chỉ có máy khoan, không có giá, khi sử dụng cầm bằng tay hoặc vác
trên vai tạo ra sự làm việc rất nặng nhọc cho ngời vận hành khoan. Do đó, nó
chỉ phù hợp với làm thủ công và làm trong thời gian khoan ngắn hoặc ở những vị
trí không thể cơ giới hoá. Có một số loại thiết bị khoan cầm tay điển hình nh sau:
- Hãng Furukawa của Nhật Bản có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng
khí nén: 6D, 6D-V, 112D, 112D-V, 217D, 217D-V, 22D, 22D-V và các loại
khoan cầm tay có chân nh 312D, 317D, 322D và PD 90L ...
- Trung Quốc có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng khí nén nh:YT-24,
YL-18, YO-18...
- Nga có các loại khoan cầm tay nh dẫn động bằng khí nén nh: -13,
-19, -20, PK-60, PK-75...và dẫn động thuỷ lực nh XGR-3...
- ấn Độ có các loại khoan cầm tay dẫn động bằng khí nén nh MDS 505L,
MDS 404W, MDS 505L/FR, MDS 62K ...
* Thiết bị khoan bán cơ giới
Thiết bị khoan bán cơ giới nhằm giảm bớt sự nặng nhọc trong quá trình
khoan, các máy khoan đợc đặt trên các bộ giá khoan, ngời vận hành chỉ phải
tác động lực đẩy khoan. Đặc điểm sử dụng loại này là phải triển khai giá khoan,
sau đó lắp đặt máy khoan lên giá và vận hành khoan. So với thiết bị khoan cầm
tay, thời gian triển khai và thu hồi thiết bị lâu hơn, nhng hiệu quả khoan tốt hơn
và thời gian làm việc dài hơn. Việc định vị các lỗ khoan dễ dàng và nhanh chóng
hơn, do đó làm tăng năng suất và chất lợng khoan. Ngoài ra, các bộ giá khoan
có kết cấu đơn giản, gọn nên dễ triển khai và chiếm không gian gơng hầm

không lớn, không làm ảnh hởng đến sự di chuyển của con ngời và các trang
thiết bị khác. Hiện nay có một số bộ giá khoan điển hình là: Giá khoan cột định
cữ đứng; Giá khoan cột đỡ hơi ép; Giá để khoan BS-145M:
- Giá khoan cột định cữ đứng do Nga sản xuất đợc sử dụng khi gơng đào
có kích thớc nhỏ. Trên cột có thể đặt một hoặc hai máy khoan, cho phép khoan
gơng đào có diện tích đến 12m2. Với gơng đào có chiều cao nhỏ thì dùng cột
định cữ đứng, còn trong gơng đào có chiều cao lớn thì sử dụng cột đỡ ngang.
Giá khoan này có các loại VK-30, VK-60, VK-80 và VK-100.
- Giá khoan với cột đỡ hơi ép do Trung Quốc sản xuất dùng để thi công
đờng hầm có chiều cao không lớn (từ 1ữ2m).
- Giá để khoan BS-145M do Nga sản xuất đợc sử dụng khi gơng đào có
kích thớc nhỏ. Giá có kết cấu rất vững chắc, đặc biệt khi sử dụng giá loại này
thì hoạt động của máy khoan là hoàn toàn tự động, ngời vận hành chỉ điều
chỉnh hớng và vị trí đặt mũi khoan.
* Thiết bị khoan cơ giới
Để cơ giới hoá hoàn toàn công tác khoan, các nớc phát triển đã chế tạo
đợc các loại xe khoan tự hành với một hay nhiều cần khoan. Đặc điểm của thiết
bị khoan cơ giới là máy khoan đợc đặt trên thiết bị công tác, thiết bị này đợc
bố trí trên xe cơ sở bánh lốp hoặc xích, quá trình di chuyển xe và dẫn động máy
khoan hoàn toàn tự động, ngời vận hành chỉ đứng điều khiển các thao tác của
quá trình khoan lỗ thông qua cần hoặc hộp điều khiển. So với hai loại thiết bị
khoan trên, thiết bị khoan cơ giới cho phép triển khai và thu hồi nhanh hơn, năng
suất và chất lợng khoan tốt hơn, nhng chiếm nhiều không gian của gơng
13


hầm, ảnh hởng đến khả năng di chuyển của ngời và các trang thiết bị khác.
Một số loại thiết bị khoan cơ giới điển hình nh sau:
- Xe khoan tự hành 2SBU-70 do Nga sản xuất, là xe khoan sử dụng xe cơ sở
bánh xích, có kích thớc vừa và nhỏ để thi công những đờng hầm diện tích mặt

gơng hầm vừa và lớn.
- Xe khoan tự hành Hãng TamRock của Thụy Điển: Có các loại xe khoan tự
hành TamRock Axera một và nhiều máy khoan, nh các loại xe khoan AXERA
D05-126(H); AXERA D05-226(H); AXERA LP-126(H); MERCURY 1F/D4E50; QUASAR 1F/D3-E50; QUASAR 1F XL/D3-E50. Đặc điểm của các loại xe
khoan này là máy khoan đợc đặt trên thiết bị công tác dạng cần, thiết bị này
đợc đặt trên các xe cơ sở bánh lốp nên vận tốc di chuyển lớn hơn bánh xích.
Dẫn động khoan, thiết bị công tác và hệ thống di chuyển bằng hệ thống truyền
động thuỷ lực.
- Xe khoan tự hành Hãng Atlas Copco của Thụy Điển: Có các loại xe khoan
tự hành một hoặc hai cần khoan, nh xe khoan Rocket Boomer 104; Rocket
Boomer 281; Rocket Boomer 282 ; Rocket Boomer S1L; Rocket Boomer L2D.
Cũng giống nh các xe khoan của Hãng Tamrock, đặc điểm các xe khoan của
Hãng Atlas Copco là máy khoan đợc đặt trên thiết bị, thiết bị này đặt trên xe cơ
sở bánh lốp. Dẫn động khoan, thiết bị công tác và hệ thống di chuyển bằng hệ
thống truyền động thuỷ lực.

Hình 1.5. Máy khoan tự hành Rocket Boomer 282

- Ngoài ra, Hãng MTI của Canada có các loại xe khoan tự hành một hoặc
hai cần khoan, nh xe khoan Drift Runner MTI-1SB; Ramp Runner MTI-2MB;
Vein Runner MTI-1XSB. Hãng SANDVIK của Pháp có các loại xe khoan
Robolt 5-126 XL; Robolt 5-126 dùng để khoan các giếng đứng. Trung quốc
cũng chế tạo đợc một số loại xe khoan dùng trong công tác khai thác mỏ và xây
dựng đờng hầm.
Các loại xe khoan tự hành đều có những tính năng u việt riêng và khả năng
vợt trội khi khoan đá. Song giá thành của các sản phẩm này rất cao, kích thớc
rất lớn nên chỉ phù hợp với thi công đờng hầm khâu độ lớn, không phù hợp với
việc thi công xây dựng những đờng hầm khâu độ vừa và nhỏ.
b. Nhóm thiết bị bốc xúc
Căn cứ vào điều kiện làm việc thực tế, nhóm trang bị bốc xúc đợc thiết kế

theo hai nguyên lý nh sau: máy bốc xúc theo chu kỳ và máy bốc xúc liên tục.
Ngoài ra, để nâng cao tính đa năng của thiết bị, một số Hãng đã thiết kế máy bốc
xúc kết hợp với khoan, máy bốc xúc kết hợp với vận chuyển.
14


* Máy bốc xúc theo chu kỳ
Máy bốc xúc theo chu kỳ là máy có chu kỳ hoạt động gồm các thao tác:
đa máy về vị trí bốc xúc, đào hoặc xúc, vận chuyển và dỡ tải vật liệu. Chu kỳ
đợc lặp đi lặp lại trong suốt ca làm việc. Hoạt động theo nguyên lý này có các
loại máy sau:
+ Máy bốc xúc đất đá kiểu gầu đào
Đây là dạng máy rất phổ biến đợc nhiều Hãng nh Huyndai, Daewoo (Hàn
Quốc), Kommatsu, Kobelco, Hitachi (Nhật); Caterpillar (Mỹ); Suny (Trung
Quốc)... quan tâm nghiên cứu, thiết kế với kích thớc khác nhau. Đặc điểm
chung của máy là thiết bị công tác: cần-tay cần và gầu bố trí trên sàn quay của
xe cơ sở bánh lốp hoặc xích, sàn quay quay3600, bề rộng của máy từ 1,2ữ2,4m
và dung tích gầu từ 0,3ữ1,8m3. Hớng phát triển của các máy là thuỷ lực hoá
trong hệ thống dẫn động điều khiển nhằm nâng cao hiệu quả đào, bốc xúc đất đá
trên mặt đất, trong đờng hầm khâu độ lớn, vừa một cách dễ dàng. Với đờng
hầm khâu độ nhỏ, khả năng các máy này rất khó thực hiện.
+ Máy bốc xúc đất đá kiểu xúc lật
Đặc điểm cấu tạo gồm gầu xúc thông thờng có dung tích từ 0,7ữ3,8m3
đợc liên kết với xe cơ sở (chủ yếu là bánh lốp) bằng hệ thống khung đỡ và tay
đòn. Xe cơ sở sử dụng động cơ đốt trong để dẫn động phần di chuyển và nguồn
dẫn động cho thiết bị công tác (thờng là mô tơ thuỷ lực). Dẫn động thiết bị
công tác là hệ thống truyền động thuỷ lực. Máy không có khả năng đào nh máy
xúc kiểu gầu đào, chỉ có khả năng bốc xúc đất đá ở dạng hạt rời. Gầu xúc đợc
ấn vào trong đống vật liệu nhờ lực đẩy của hệ di chuyển, đợc đổ vào phơng
tiện vận chuyển hoặc tự chuyên chở ra nơi đổ vật liệu nên máy có thể sử dụng

bốc xúc độc lập, không cần có phơng tiện vận chuyển. Gầu xúc có thể đổ đằng
trớc hay đổ sang một bên. Khi đổ lên phơng tiện, máy cần có chuyển động
quay vòng, khi tự vận chuyển máy chỉ thực hiện chuyển động tiến và lùi. Vận
tốc di chuyển khá lớn và năng suất bốc xúc cao.
Loại này có thể bốc xúc các loại đất đá có kích thớc và độ kết dính khác
nhau theo tính năng của máy, đặc biệt là các cục đá đợc tạo ra sau khi khoan
nổ. Do vậy loại máy này có thể sử dụng cơ giới hoá quá trình bốc xúc đất đá
trong các đờng hầm có khâu độ lớn và vừa, nhng phải bảo đảm khả năng
thông gió để giảm bớt lợng khí thải do động cơ đốt trong tạo ra. Đối với đờng
hầm khâu độ nhỏ, việc sử dụng loại máy này ở dạng mi ni phụ thuộc vào chiều
rộng và dài đờng hầm, nhng hiệu quả sẽ không cao.

Hình 1.6. Một số dạng máy bốc xúc

15


+ Máy bốc xúc đất đá kiểu cào vơ
Nguyên lý hoạt động của dạng này là đất đá ở dạng hạt rời đợc thiết bị
cào vào băng tải, băng tải đổ vào phơng tiện vận chuyển hoặc đến vị trí đổ vật
liệu. Thiết bị cào có nguyên lý hoạt động theo kiểu gạt ngang và kiểu gạt đứng.
+ Máy cào vơ kiểu gạt ngang:
Loại máy này thờng di chuyển bằng bánh xích, điều khiển bằng điện.
Điển hình nh Máy cào vơ 1PNB2U của Nga. Để mở rộng khả năng làm việc
của thiết bị bốc xúc, ngoài càng cua để bốc đất đá, trên thiết bị có bố trí thiết bị
khoan nh máy MPNB và 1GPKS của Nga.
Do bị càng cua gạt đất đá hạn chế, cho nên chỉ dùng gạt đất có độ dính
kết nhỏ, gạt than hoặc đá có kích cỡ hạt không lớn. Máy chỉ phù hợp với việc cơ
giới trong đờng hầm khâu độ vừa với kích cỡ sản phẩm nổ tạo ra tơng đối
đồng đều và có độ kết dính nhỏ.

+ Máy bốc đất đá kiểu gạt đứng
Loại máy này có thể di chuyển bằng ray, cũng có loại chạy bằng bánh lốp
hay bánh xích. Dùng điện khởi động, điều khiển bằng điện hoặc thuỷ lực. Cấu
tạo của máy gồm: xe cơ sở, phía trớc có lắp một đôi tay gạt đứng, mâm tiếp
liệu, băng tải và hệ thống điều khiển. Loại này sử dụng khi gạt đất có độ kết dính
vừa, gạt than hoặc đá có độ sai lệch không đồng đều về kích thớc lớn. Do vậy,
nên sử dụng cơ giới hoá thi công đờng hầm khâu độ vừa.
+ Máy bốc đất đá kiểu gầu cào
Là loại máy có thể chạy bằng bánh lốp, bánh xích hoặc trên ray. Loại này
có hai kiểu gầu cào cần ống lồng và gầu cào cần khớp bản lề. Thiết bị công tác
quay một góc từ 300- 450 trong mặt phẳng nằm ngang. Đất đá đợc cào gạt
cỡng bức vào băng tải để đa đến các phơng tiện vận chuyển.
Máy bốc xúc dạng này có ITC-312 Vanoliner II của Đức; kls-20 của Nga.
+ Thiết bị cào đất đá
Loại máy này sử dụng cào vật liệu ở dạng hạt rời nh cát, than, sỏi và đất đá
với cỡ hạt không lớn và phụ thuộc vào kích thớc băng tải. Vì vậy có thể sử dụng
cơ giới hoá quá trình bốc xúc trong thi công đờng hầm khâu độ vừa và nhỏ.
* Máy bốc xúc liên tục
Máy bốc xúc có quá trình làm việc diễn ra liên tục, các công đoạn xúc và
đa vật liệu đến phơng tiện vận chuyển diễn ra đồng thời. Các máy này có thể
di chuyển trên bánh xích, bánh lốp hoặc trên ray. Nguồn dẫn động là động cơ
đốt trong (đối với loại tự hành) hoặc động cơ điện (đối với loại móc kéo theo).
Cấu tạo chung của máy bao gồm: thiết bị công tác và băng tải đợc đặt trên xe
cơ sở hay trên khung. Thiết bị công tác là dạng máy xúc nhiều gầu dạng xích
hay dạng rô to. Dẫn động thiết bị công tác và băng tải là hệ thống truyền động
điện hoặc thuỷ lực.
Đặc điểm của loại máy này là năng suất rất cao, làm việc với vật liệu dạng
hạt có kích cỡ không lớn và độ kết dính không cao nh cát, sỏi, đất dạng tơi, đá
dăm hay đá cục có kích thớc nhỏ. Máy đòi hỏi phơng tiện vận chuyển phải
bảo đảm đồng bộ về năng suất và có tính năng vận chuyển liên tục. Vì vậy, máy

16


thờng đợc sử dụng bốc xúc trong những đờng hầm khai thác mỏ than hoặc
quặng, trên các bãi chứa than, cát hay sỏi có phơng tiện vận chuyển lớn, dây
truyền vận chuyển dạng liên tục băng tải hoặc dạng đoàn xe goòng, ít sử dụng
trong thi công các loại đờng hầm.
c. Nhóm thiết bị vận chuyển
Hiện nay, thiết bị vận chuyển đang sử dụng bao gồm các dạng sau: xe
hầm bánh lốp, máy bốc xúc kiểu xúc lật, xe goòng chạy trên ray với nguồn dẫn
động là động cơ điện, động cơ đốt trong hoặc bằng tay, hệ thống băng tải.
Trong các đờng hầm khâu độ vừa và lớn, xe hầm bánh lốp đợc sử dụng
rất phổ biến. Đây là các xe vận tải chuyên dụng bánh lốp với thùng ben tự đổ, sử
dụng động cơ đốt trong. Các xe này có vận tốc chuyển động và khả năng chuyên
chở lớn (thể tích thùng ben thờng từ 8-15m3) nên đáp ứng đợc nhịp độ bốc xúc
của các thiết bị bốc xúc. Các Hãng chế tạo của nớc Nga, Đức, Nhật, Pháp, Hàn
Quốc, Trung Quốc, Mỹđều chế tạo các xe hầm đồng bộ với thiết bị bốc xúc.
Hãng Zanam-Legmet (Đức) có xe hầm WOW-10; Hãng Caterpilar (Mỹ) có xe
hầm K250-21 CAT.
Phơng tiện vận chuyển dạng xe goòng chạy trên ray rất phổ biến trong
thi công đờng hầm khâu độ vừa và nhỏ, có chiều dài tuỳ ý. Đặc điểm của dạng
vận chuyển này là một hoặc đoàn xe goòng liên kết với nhau chuyển động trên
hai ray đặt trên nền hầm. Nguồn dẫn động thờng là động cơ đốt trong hoặc
động cơ điện chạy bằng ác qui, đôi khi sử dụng bằng tay. Do di chuyển trên ray
nên lực cản chuyển động không lớn so với di chuyển bánh lốp nên công suất dẫn
động di chuyển không lớn, phải chi phí thêm thời gian cho việc đặt ray đến vị trí
gơng khoan nổ trớc khi bốc xúc. Kết cấu của các xe goòng phải có khả năng
tự đổ vật liệu chuyên chở. Việc chất tải lên các xe goòng đợc thực hiện bằng
các phơng tiện bốc xúc có sử dụng băng tải hoặc máy bốc xúc kiểu xúc lật.
Hệ thống vận chuyển băng tải bao gồm các băng tải bố trí nối tiếp nhau

theo chiều dài của đờng hầm, vận chuyển liên tục, phù hợp với dạng bốc xúc
liên tục. Đặc điểm của dạng vận chuyển là cho năng suất cao, nhng chiếm
không gian đờng hầm lớn, cản trở sự di chuyển của các trang thiết bị khác trong
đờng hầm, đặc biệt đối với đờng hầm khâu độ nhỏ. Khoảng cách vận chuyển
không lớn (<50m), số lợng bậc băng tải phụ thuộc vào chiều cao đờng hầm.
Do đó, dạng vận chuyển này không đợc sử dụng độc lập, thờng sử dụng làm
bớc vận chuyển trung gian từ gơng đào các đờng thông hay lò dẫn đến
khoang mở rộng.

Hình 1.7. Vận chuyển đất đá trong đờng hầm bằng xe goòng

17


d. Nhóm thiết bị thực hiện công tác bê tông
* Thiết bị bê tông đờng hầm
Thiết bị bê tông dùng để tạo ra thành hầm bê tông chịu lực cho các đờng
hầm. thiết bị bê tông có thể chia thành hai loại sau:
- Loại dùng để vận chuyển và lắp ghép các cấu kiện bê tông đã đợc đúc sẵn.
- Loại dùng để vận chuyển và đổ bê tông tại chỗ.
Đối với đờng hầm sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn, các chi tiết của vòm
hầm và đáy hầm đợc sản xuất tại nhà máy hoặc ở trạm trộn bê tông. Kết cấu
vòm hầm đợc phân chia thành các mô đun để thuận lợi cho việc vận chuyển và
lắp ghép. Phơng pháp thi công này chỉ phù hợp với những đờng hầm có khâu
độ nhỏ và phù hợp với đờng hầm có địa chất là cát.
Hiện nay, các đờng hầm giao thông, thuỷ điện và quân sự sử dụng phổ
biến phơng pháp đổ bê tông tại chỗ. Để thực hiện phơng pháp này cần có các
thiết bị cốt pha, xe vận chuyển bê tông, bơm bê tông và các thiết bị đầm.
Xe vận chuyển bê tông là các xe chuyên dụng. Vận chuyển bê tông từ nơi
trộn vào đờng hầm. Đặc điểm của các xe này là vừa vận chuyển vừa chống sự

kết lắng của bê tông, khối lợng vận chuyển không lớn, phải có khả năng tự trút
đổ vào bơm bê tông. Đối với những đờng hầm khâu độ vừa và lớn có thể sử
dụng các loại xe vận chuyển bê tông thông dụng nh xe Huydai (Hàn Quốc), có
dung tích thùng là 6m3. Đối với những đờng hầm khâu độ nhỏ, việc vận chuyển
bê tông là hết sức khó khăn, do đó phải sử dụng các xe vận chuyển chuyên dùng
có kích thớc phù hợp với khâu độ đờng hầm.
Để đa bê tông từ mặt nền lên thành và đỉnh vòm cần phải sử dụng thiết bị
bơm bê tông. Đặc điểm của thiết bị này khi làm việc là đẩy bê tông bằng đờng
ống lên độ cao, đảm bảo bê tông không bị phân tầng, phân lớp, không làm ảnh
hởng đến độ đông kết của bê tông. Hiện nay, các bơm bê tông đẩy bê tông
trong đờng ống theo nguyên lý trục vít (dạng bơm) hoặc dùng khí nén (dạng
bơm-phun). Cấu tạo chung của các bơm bê tông gồm nguồn động lực, khoang
chứa, đờng ống và thiết bị điều khiển. Một số loại bơm bê tông điển hình của
Đức và Pháp nh : Tumac P18, Mecbo...

Hình 1.8. Một số loại bơm bê tông của Đức và của Pháp

* Thiết bị ván khuôn (Cốt pha)
Trang thiết bị cốt pha đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thi công
đờng hầm, đợc sử dụng để chống tạm và ghép đổ thành bê tông chịu lực cho
vỏ hầm. Đây là nhóm thiết bị liên quan rất lớn đến vấn đề an toàn, chống sập
18


vòm hầm và lở thành hầm, đặc biệt ở những vị trí đất đá có tính chất cơ lý không
cao nh các đờng hầm đất cát, đất á sét và đá sét kếtHiện nay, các đờng
hầm sử dụng các dạng thiết bị cốt pha nh sau: loại định hình đợc chế thức sẵn,
và loại không định hình, trong đó loại định hình đợc sử dụng phổ biến nhất.
Loại thiết bị cốt pha định hình đợc chế tạo bằng vật liệu là thép hoặc gỗ
theo các mô đun khác nhau, phù hợp với qui chuẩn kích thớc của từng đờng

hầm. Loại này thờng dùng ở các đờng hầm có hệ số kiên cố đất đá cao (fpk>8)
và không cần sử dụng chống tạm, đối với đờng hầm khâu độ nhỏ (chiều rộng
<2m) có hệ số kiên cố của đất đá nhỏ (đất cát, á sét) có thể sử dụng loại cốt pha
này. Đặc điểm của loại cốt pha này là độ cứng vững và ổn định cao, thời gian
triển khai và thu hồi nhanh, góp phần nâng cao chất lợng đổ bê tông nhng đòi
hỏi kích thớc của hầm phải theo các tiêu chuẩn, công nghệ thi công đờng hầm
phải hiện đại, có độ chính xác cao, phải sử dụng các thiết bị trợ giúp triển khai
và thu hồi cốt pha.
Loại cốt pha không định hình sử dụng vật liệu là gỗ hay thép, thờng kết
hợp với chống tạm. Đặc điểm sử dụng loại này là: không chế tạo thành các mô
đun định hình, hình dạng và phơng thức ghép cốt pha đợc xác định theo đặc
điểm cụ thể của từng vị trí đờng hầm, lắp ghép và tháo dỡ bằng thủ công, không
có cơ cấu dầm rung cho bê tông. Do vậy, làm giảm chất lợng bê tông, chất
lợng và tiến độ thi công hầm, loại cốt pha này không đáp ứng đợc công tác cơ
giới hoá thi công đờng hầm.
e. Nhóm thiết bị Phân loại vật liệu
Trên thế giới, có nhiều hãng chuyên sản xuất máy gia công vật liệu xây
dựng nh: Screen Machine, Tabor Machine (Mỹ), Missuka, Furukawa (Nhật),
Watson (Anh), Shibang Machinery, Shan Bao (Trung Quốc)...đã nghiên cứu và
đa ra thị trờng các sản phẩm máy sàng rung có cấu tạo và năng suất khác
nhau. Các loại máy này đợc thiết kế theo ba dạng nguyên lý: sàng rung một
khối lợng lệch tâm, sàng rung có hớng và sàng rung tự định tâm.
Các loại sàng rung kể trên có u điểm là hiệu quả sàng cao, chất lợng
phân loại vật liệu tốt. Tuy nhiên các sản phẩm máy sàng rung hiện có đều đợc
thiết kế cho yêu cầu có năng suất lớn, chỉ sử dụng phù hợp cho các công trờng
lớn chuyên khai thác và gia công vật liệu xây dựng theo một qui trình khép kín,
diện tích mặt bằng triển khai rộng, các máy đòi hỏi phải có nguồn động lực công
suất lớn, luôn cần có hệ thống băng tải phức tạp đi kèm.

Hình 1.9. Một số dạng máy sàng vật liệu

19


g. Nhóm trang thiết bị cung cấp năng lợng phục vụ thi công
Trong phạm vi nghiên cứu, chúng ta chỉ đề cập đến nhóm trang thiết bị cung
cấp năng lợng điện và khí nén.
Hiện nay, trang thiết bị cung cấp năng lợng điện chủ yếu là các loại máy phát
điện của Trung Quốc, Nga, Đứcchạy bằng nhiên liệu diezel hoặc xăng để kéo đầu
máy phát xoay chiều 3 pha hoặc 1 pha, với bộ điều khiển và thiết bị đóng ngắt tự
động ATS, sử dụng két nớc làm mát. Toàn bộ động cơ, đầu máy phát và các thiết bị
đợc đặt trên khung giá và đợc bao kín bằng vỏ cách âm. Trên vỏ máy có các cửa
mở để kiểm tra và vận hành máy. Công suất trung bình từ 50-150 KVA, công suất
lớn từ 200-500 KVA.
Ngoài thiết bị cung cấp năng lợng điện cho các trang thiết bị dùng điện, trong
quá trình thi công đờng hầm bằng phơng pháp khoan nổ có sử dụng một số trang
bị cung cấp năng lợng dạng khí nén cho các thiết bị phục vụ thi công đờng hầm.
Đó là các thiết bị khoan máy hoặc cầm tay, máy bơm bê tông, máy làm sạch bề mặt
đờng hầm hoặc bê tông, máy phun vữa và các chất chống thấmĐể đảm bảo cung
cấp đầy đủ và hợp lý năng lợng khí nén, các máy nén khí đợc bố trí ở các đầu
đờng hầm và cấp khí qua hệ thống đờng ống. Điển hình là Máy nén khí PDS6556
của Đức; Máy nén khí VY-9/7 của Trung Quốc.
Để đảm bảo thông khí tạo ra sau nổ mìn và cung cấp không khí sạch cho
ngời thi công trong các đờng hầm có chiều dài lớn, dọc theo trục hầm phải bố
trí hệ thống thông khí. Không khí lu thông đợc tạo ra từ các máy nén khí đặt ở
cửa đờng hầm và thờng đợc dẫn vào trong hầm nhờ hệ thống ống mềm với áp
suất cao nhằm đẩy không khí trong hầm ra ngoài. Máy thông khí có nhiều loại nh
quạt ly tâm trung áp, quạt ly tâm gián tiếp, quạt ly tâm cao áp, quạt tròn cao áp. Hiện
nay, khi thông gió các đờng hầm, thờng sử dụng quạt thông gió ly tâm gián tiếp.
1.2. Tình hình sử dụng trang bị thi công đờng hầm trong nớc

ở Việt Nam, việc thi công các công trình ngầm trớc đây chủ yếu tập trung
vào các công trình thuỷ điện, thuỷ lợi và hầm mỏ. Với các công trình lớn và có
tính quốc gia đều có sự giúp đỡ về trang bị kỹ thuật cũng nh các chuyên gia của
nớc ngoài. Điển hình nh Nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình, hầm dẫn nớc Bắc
Bình-Đại Ninh, Buncốp...Đặc điểm của các công trình và đờng hầm ngầm phục
vụ các công trình này là có không gian rộng, khẩu độ lớn nên việc sử dụng các
trang bị kỹ thuật (TBKT) nh các loại máy xúc, máy khoan, vận chuyển...do
nớc ngoài chế tạo nhập vào nớc ta là tơng đối thuận tiện, khai thác đợc tính
năng của chúng, giảm nhẹ sức lao động cho công nhân xây dựng đờng hầm.
Trong những năm kháng chiến chống Mỹ và thập niên của những năm 80,
ngoài việc thi công thủ công, chúng ta đã sử dụng một số các trang thiết bị (máy
khoan, máy xúc, xe vận tải, trạm trộn và bơm bê tông, hệ thống cốt pha) của
Nga và Trung Quốc để thi công đờng hầm phục vụ cho quốc phòng và kinh tế,
ví dụ nh nhà máy thuỷ điện Sông Đà. Hiện nay, các đơn vị tham gia xây dựng
đờng hầm với các khâu độ khác nhau phục vụ cho giao thông, thuỷ điện và thuỷ
lợi nh Bộ giao thông vận tải, Tổng Công ty Sông Đà, Tổng Công ty Cavico Việt
Nam, Binh chủng Công Binhđã đầu t mua nhiều các trang thiết bị không chỉ
của Nga, Trung Quốc mà của cả các nớc Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Đức, Thuỵ
Điểnđể từng bớc cơ giới hoá công tác thi công đờng hầm. Công nghệ thi
công đờng hầm ngày càng đợc nâng lên theo hớng hiện đại, phù hợp với các
20


tiêu chuẩn của các nớc tiên tiến trên thế giới.
Gần đây nhất, tiêu biểu cho thi công công trình ngầm là thi công hầm đờng
bộ đèo Hải Vân, có chiều dài đờng hầm hơn 6 km. Hai đơn vị thi công của Việt
Nam là Sienco-6 của Bộ giao thông vận tải thi công đầu hầm phía Bắc và Tổng
công ty Sông Đà thi công đầu hầm phía Nam. Các đơn vị này đã khai thác có
hiệu quả các trang bị chính phục vụ cơ giới hoá công tác thi công đờng hầm
nh máy khoan Boomer H195 ba cần khoan, định vị tâm lỗ khoan bằng thiết bị

định vị hiện đại TCRA của Thuỵ Sĩ, sử dụng quạt thông gió Côrêman với ống gió
mềm đờng kính 900mm, bốc xúc bằng máy xúc Tôrô-400 dung tích gầu 4,5m3,
vận chuyển bằng xe Vônvô của Thuỵ Sĩ tải trọng 20 tấn và xe Huyn dai của Hàn
Quốc tải trọng 15 tấn. Sử dụng máy phun vữa Mêco của Thuỵ sĩ với công suất
phun vữa từ 6ữ21m3/h, vận chuyển vữa phun bằng xe Hyndai dung tích 6m3, sử
dụng hệ thống cốt pha di động, định vị khối bê tông đổ bằng máy TCRA-1101
của Thuỵ sĩ có cài đặt phần mềm Tênarốt để xử lý số liệu. Dùng máy bơm bê
tông BY-21 của Nhật với công suất 60m3/h, vận chuyển bê tông bằng xe Huyn
dai dung tích 6m3, đầm bê tông bằng đầm rung gắn bên ngoài cốt pha kết hợp
với đầm dùi.
1.3. Những vấn đề về thi công đờng hầm quân sự
1.3.1. Các yếu tố địa chất ảnh hởng thi công đờng hầm quân sự
1.3.1.1. ảnh hởng của địa chất công trình
Điều kiện địa chất công trình (ĐCCT) của một khu vực không gian cụ thể
nào đó là tổng hoà các yếu tố sau:
+ Điều kiện địa hình, địa mạo; + Cấu trúc địa chất;
+ Tính chất cơ lý của đất đá;

+ Địa chất thuỷ văn;

+ Các quá trình địa chất vật lý bất lợi.
Dựa vào các yếu tố này ngời ta chia ra ba cấp độ phức tạp của điều kiện
địa chất công trình là: đơn giản, trung bình và phức tạp.
Nếu một yếu tố nào đó có mức độ phức tạp nhất định, có ý nghĩa quyết định
các giải pháp xây dựng công trình thì mức độ phức tạp của điều kiện địa chất
công trình vùng (địa điểm) xây dựng phải đợc xác định theo yếu tố ấy. Lúc đó
phải tăng thêm hoặc bổ sung khối lợng công tác khảo sát cần thiết để đảm bảo
làm sáng tỏ ảnh hởng của chúng tới công trình thiết kế.
1.3.1.2. ảnh hởng của đất, đá
Theo nguồn gốc, đá đợc chia ra 3 nhóm sau:

- Đá mác ma; - Đá trầm tích; - Đá biến chất.
a. Đá mác ma: có hai loại tiêu biểu
+ Đá granit (đá hoa cơng): Loại đá này có độ cứng rất lớn với hệ số kiên cố
có thể đạt 15ữ18, thậm chí lớn hơn nữa. Vì vậy đào đờng hầm vào các loại đá
granit rất ổn định, ít khi phải lát, nhng khoan đục khó khăn, tốc độ thi công
chậm.
+ Đá ba dan (còn gọi là đá núi lửa): Thờng hay bị phong hoá tạo thành đất
đỏ rất phì nhiêu, hợp với cây cao su, cà phê. Khi cha phong hoá, loại đá này có
thể dùng làm vật liệu bê tông đợc. Đào đờng hầm vào đá ba dan cha phong
hoá rất ổn định, còn vào đá ba dan phong hoá thì không ổn định lắm nhng hiện
tợng sụt lở cũng ít xảy ra.
21


b. Đá trầm tích: Loại đá đợc hình thành do quá trình lắng đọng vật chất phá
huỷ từ đá ban đầu (đá ban đầu có thể là mac ma, biến chất và bản thân đá trầm
tích mẹ). Dựa vào điều kiện tạo thành và môi trờng trầm tích khác nhau, ngời
ta chia đá trầm tích ra làm ba loại là trầm tích cơ học, hữu cơ và trầm tích hoá
học. Một số loại đá trầm tích tiêu biểu và ảnh hởng của nó tới xây dựng công
trình đờng hầm quân sự gồm :
- Đá cuội kết: Là loại đá rắn, nhng hay bị nứt nẻ thành từng tảng riêng, cấu
tạo của đá thờng không đồng nhất, nên khi đào đờng hầm trong loại đá này
hay bị dắt choòng và gãy choòng khoan. Độ cứng của cuội kết tơng đối cao
fkp= 8ữ15, nhng chú ý là đá cuội kết ít khi tạo thành khu vực hoàn chỉnh mà
chúng thờng nằm xen với các loại sa diệp thạch, nên đào công trình vào loại đá
này thờng không ổn định. Các đờng hầm nằm trong tầng đá cuội kết xen với
cát kết và sét than, ngoài việc phải chống tạm phần cửa hầm bên trong cũng phải
chống tạm từng đoạn chiếm tới 35% chiều dài đờng hầm và làm rãnh thoát
nớc ngấm từ trong đá ra khá nhiều, với lu lợng khoảng 20ữ30 lít/phút, khi thi
công gặp nhiều khó khăn.

- Sa thạch (cát kết): Sa thạch khi bị phong hoá có màu nâu, vàng nhạt hoặc nâu
đỏ...Đào đờng hầm vào sa thạch cha phong hoá thì ổn định, chất lợng công
trình cao. Đào vào loại sa thạch mềm bở thì hay sinh ra hiện tợng sụt lở, chất
lợng công trình kém.
- Đá phấn sa (bột kết, hay alevrôlit): Độ cứng của loại đá này rất thấp, hệ số
kiên cố cao nhất cũng chỉ đạt đợc giá trị bằng 4. Đào đờng hầm vào đá phấn
sa không ổn định, hay bị sụt lở nhất là hầm khâu độ rộng. Về mùa ma, thi công
gặp rất nhiều khó khăn do nớc ngấm vào gây ra sụt lở nghiêm trọng.
- Đá sét (sét kết): Trên lãnh thổ nớc ta đá sét kết thờng cấu tạo dạng lớp
mỏng hoặc dạng lá, đào đờng hầm vào loại đá này không ổn định, dễ bị sụt lở,
chất lợng công trình kém.
- Diệp thạch: Đặc tính của đá diệp thạch là phân lớp rất mỏng, độ cứng không
cao, dễ bị phong hoá. Diệp thạch khi bị phong hoá biến thành đất vàng nhạt hoặc
nâu nhạt. Đào đờng hầm trong đá phân bố hoàn chỉnh cũng tơng đối ổn định,
ít sinh ra sụt lở, thi công nhanh. Nếu diệp thạch mà nằm xen vào các loại đá khác
thì khi đào đờng hầm rất dễ bị sụt lở ở những chỗ gặp diệp thạch.
- Đá vôi: Độ cứng của đá vôi cũng thay đổi nhiều, có loại fkp=10ữ15, có loại chỉ
đạt fkp= 5ữ7. Đào đờng hầm vào khu vực đá vôi hoàn chỉnh rất ổn định, song
chúng thờng có khe nứt lớn, hang hốc, bọng nớc nên cũng gây ra một số trở
ngại nhất định trong quá trình thi công, nớc ngầm chảy ra từ các hốc đá vôi vào
công trình.
Trong núi đá vôi thờng có những hang động rất lớn. Trớc đây trong thời
gian kháng chiến chống Pháp và Mỹ chúng ta đã tận dụng các hang động này
làm kho trạm cất dấu vũ khí trang bị Quốc phòng, hầm phòng tránh bom đạn cho
bộ đội, sở chỉ huy cho các đồng chí lãnh đạo nhà nớc và quân đội, bệnh xá, nhà
máy v.v...Ngày nay việc cải tạo hang động phục vụ cho mục đích an ninh quốc
phòng đợc đặc biệt lu ý.
c. Đá biến chất: Là loại đá đợc tạo thành do quá trình biến đổi các loại đá ban
đầu nh mac ma, trầm tích (có thể là đá biến chất sơ cấp) dới nhiệt độ và áp
suất cao. Một vài loại đá biến chất thờng gặp và ảnh hởng của nó tới xây dựng

22


công trình đờng hầm quân sự gồm:
- Đá quắczit: Loại đá này rất rắn nhng giòn, thờng bị nứt nẻ nhiều, khi đập
vỡ tạo ra các mảnh rất sắc cạnh, hệ số kiên cố của quắczit đạt tới fkp= 10ữ15.
Đào đờng hầm vào loại đá này rất ổn định, nhng đá này rắn, giòn nhiều kẽ nứt
nên khoan đào cũng gặp nhiều khó khăn nh dắt, mẻ hoặc gẫy choòng. Cờng
độ kháng nén của đá rất cao, dao động trong khoảng 1935KG/cm2ữ
2517KG/cm2).
- Đá hoa: Đá hoa cũng rất cứng, nhng giòn hơn đá vôi, tính chất sử dụng và
quan hệ với công trình cũng tơng tự nh đá vôi.
- Đá sít: Loại này cứng hơn đá sét kết, nhng giòn và nứt nẻ nhiều. Đào đờng
hầm vào đá sít ổn định hơn vào đá sét kết, nếu đào khâu độ nhỏ và vừa (<4m) thì
ít sụt lở.
- Đá gneiss: Là sản phẩm biến chất của đá mac ma (granit), nó tơng đối cứng
nhng lại giòn.
- Diệp thạch mica thạch anh: Loại đá này thờng bị biến chất cao, ép phiến
mạnh nên đã bị vò nhàu vỡ vụn nhiều, có tác dụng cho nớc ngấm xuống rất lớn,
hệ số kiên cố của diệp thạch mica thạch anh thờng thấp, fkp= 2 ữ3, rất ít nơi có
fkp= 4ữ6. Đào đờng hầm vào loại đá này không ổn định, hay sinh ra sụt lở
nhiều, nhng đào vào nơi đá cấu tạo hoàn chỉnh ít bị phong hoá thì cũng tơng
đối ổn định với điều kiện khâu độ đào nhỏ hơn 4m.
- Diệp thạch kết tinh: Hệ số kiên cố của chúng thờng thấp fkp= 2 ữ4, một vài
nơi đạt tới giá trị fkp= 4 ữ6. Đào đờng hầm vào diệp thạch kết tinh cũng tơng
đối ổn định với khâu độ nhỏ hơn 4m.
Nh vậy, chúng ta đã xem xét đợc sáu loại đá trầm tích, hai loại đá mác ma
và sáu loại đá biến chất thờng gặp nhất trong thực tế. Trong quá trình khảo sát
các công trình chiến đấu trên nhiều địa bàn của nớc ta, nhóm nghiên cứu đã tập
hợp đợc khoảng gần bốn trăm mẫu đá các loại.

1.3.1.3. ảnh hởng của sự phân lớp đất đá
Qua thực tế xây dựng đờng hầm, ta thấy lớp đá càng dày đào đờng hầm
càng ổn định, sụt lở ít xảy ra và ngợc lại, lớp đá càng mỏng đào đờng hầm
càng kém ổn định, dễ sinh ra sụt lở. Ngay trong một loại đá, nơi nào tính phân
lớp dày đào ổn định hơn nơi đá phân lớp mỏng. Vì vậy đào đờng hầm vào đá
cấu tạo đồng nhất ổn định hơn đào vào đá cấu tạo không đồng nhất. Kinh
nghiệm cho thấy, đào hầm vào nơi các lớp đá cứng xen kẽ với các lớp đá mềm
gặp nhiều khó khăn, dễ sinh ra sụt lở.
Về yếu tố thế nằm cũng liên quan tới ổn định khi đào đờng hầm. Theo
kinh nghiệm thực tế và theo lý thuyết áp lực đá thì trục đờng hầm chạy song
song với đờng phơng của lớp đá khi đào đờng hầm cũng hay sinh ra sụt lở.
Vì thế khi chọn trục hầm phải cắt đờng phơng của lớp đá một góc 25o trở lên.
Góc dốc của lớp đá cũng có quan hệ trực tiếp tới tính ổn định khi đào đờng
hầm. Theo kinh nghiệm nếu góc dốc thoải, các lớp đá trên nóc hầm dễ bị bẻ gãy,
nếu góc dốc quá lớn (70o ữ 90o) thì các lớp đá trên nóc dễ bị tụt.
1.3.1.4. ảnh hởng của sự uốn nếp, đứt gẫy
a. ảnh hởng của uốn nếp của đá
Các lớp đá khi bị uốn nếp thờng sinh ra kẽ nứt. Các kẽ nứt lại tập trung ở
23