THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM

NGUYÊN XUÂN TRỌNG

THI CỔNG HÂM
VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM
(Tải bản)

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG
HÀ NỘI -2 0 1 0


Lồi tựa
Thực tiễn lì í>ùy củ IIỊ* đ ỏ i hỏi con n ạitừi p h ả i c ó nhiều khôn ÍỊ gian dư ới đ ấ t vù như vậy c'ÙÌÌỊĨ

(lời hôi phái có kĩ thuật ĩhi công hám và côĩìiỊ ĩrình lỉiỊcun ỉìỊỉày càng cao. Đê dớp LtiĩiỊ yừu cầu
d ỡ m un 1963 plìianìỊỊ p h á p N A T M ra đời ịNe\\' Aitstriun Tunndiììsị M e t h o d - phuxmịị p h á p
x â y (luni> hầm Ả o m ời) vù đ à đư ợc c á c nuớc c ôn g nhận lù công nghệ tiên tiến, hiện dụi vù đã

duợc ãp dụng rôỉiiỊ rdi trôn khắp ĩ!ìế gioi trong xây dinĩỊỊ hầm. Vậy N A T M lủ ỈỊÌ? Kỉ thuật cụ
tììếììììtt' t!ỉCũĩìùo?

Dựa vào lài liợit của Mỹ, Anh, Pháp và m ột s ố nước châu Alt, cùa Nhật và đặc hiệt của
Tntìịiị Qỉiòc mới đây lác Sịiá đà c ố iỊắiiiỊ biên SOOÌÌ cuốn “Thi cỏn LỊ h ầ m và côn g trình

ỈĨÍỊÍh ì i ắ' ỉ rom* (tó có ạìói thiệu pìunm g pháp thi côỉỉiỉ hầm tììeo NATM. DồỉỉiỊ ihừi, túc iịiú vần
ílàỉìlì Ị)hần thích iíúỉii’ cho phương p h á p truyền ĩhổiìỊ* và cúc plìiroiìị* p h á p khác.

O uyíiì sách i>ồm 9 clurơiiiỊ và ỈÌÌỘI s ổ phụ lục về máy vù hình (ình ĩhi cômỉ lìầỉii . Ba

chinnìỉị dầu chít yctt iỊiửi thiệu phmmỉị pháp thi côiììỊ hầm theo NA TAI ĩrân ilìểỊỊiới rnmỊị đó
có Việi Nam. Các c/ iuviỉị ; khúc iỊiYri ĩhiựu: ỊìhinmỊỊ pháp í/ỉ/ CÔIỈỊỈ hầm truyền thống, hầm chôn
n ó n ” , h ầ m ( l à o l ỉ i Ị ằ m , t h i c ô i ỉ i Ị b a n {Ị k l ỉ i c n , Ị h i CỎ IIỊỊ h ụ c l o ợ u , ỉ l ì i c ô n g v ù ỉ ì i i i l n t c h ấ t d ặ c b i ệ t ,

ntnỊỊ úiìi> khi nén diện ĩiuức thông ÍỊÌÓ, chiếu sáỉĩỊỊ, l ố chức và C/IICÌIỈ lí thỉ côn\Ị theo phuxmỊ*
phiÌỊ) mõi.
S á c h x ồ m n h iê u ììộ i d ỉ i ì ì ỉ ị p h o n q p h ú c ô th ổ (lùn g là m l à i liệ u c h o CCUÌ b ọ ỊịU ĩn g (lạy, s in h

viên niỊÙỉili hầm vủ CÔIỈÍỊ trình ỊìiỊầỉỉi ở trường Đại học , Trung học và (lùỉig lù/n tài liệu tham
kh áo, lìỊịlìiân cửu cho cún b ộ kĩ thuật, cún bộ quán lí, côm* nhân thì c ô n ạ Iiiịcuih tiầềìì YÌỈ côn g
í rình niịầm ớ các nyành có licìi quan.

Tác iịiú rất cám ơn GS. TS LiiOHiỊ PhirơnỊỊ Hậu đã aiĩìỊỊ cấp lủi Ỉiậỉt về hầm vờ cỡnx trình
ìỉiỊầni bih' dại học của TmiiíỊ Quốc, XIlất hùn nam 1999; GS. TS Tăng Văn Đoàn đã qóp ý về
ĩhóiiỊị ỉ>iú (hiừní* hum vù Cỉtỉìg cấp iu liệu vẻ ílìi cỏìiịị hầm đuờiig bộ đèo H ải Ván.
V à i lò ỉỉỊỊ ỈHOỈỈỊỈ m u ố n c u n g c ấ p ỉỉỉọ t CÔÍÌỊỊ n g h ệ m ớ i và p lu tc vu b ạ n đ ọ c k ịp th ờ i, n lu n ĩiị

trình clộ cỏ hạn. tài liệu tham kháo khôn " ìihiéu nùi kĩ ílỉiiậí lại mới và phức ĩạpt vì vậy không
th ế t r á n h k h ỏ i th iế u s ó t, tá c ẹ iâ r ấ t m o n g đ ộ c g iá g ó p

V v ù c h i Ị Ị Ì á o , b ố s u n g đ ể s á c h ỉiỸ ỊÙ y c à n g

lìit ù iì ỊÌìiỌ ìì hon.

Tác giả

3


Chương ỉ

KHÁI NIỆM CHUNG

1.1. So’ luực lịch sử về phát triển xây dựng đuừng hầm và cõng trình ngầin
Tiiòi thưựim cổ con người đã hiết đào các hầm nsiàm đặc biệt đê khai thác quặng m ỏ và
tluan đá. Người La Mã đã xây đựng các dường ham ngiim thúy lọi đcn nay vẫn còn tốt .Tác
phiẩm đầu tiên viết về xây dụn" các đường hầm là cuốn De ra métallica do một người Đức
Gieorg Bavvor (tên Latin là Georg Agricola) viốt và xuất bản vào năm 1556. Công trình nsầm
hiiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas, dài 155 m được xây dựng từ năm 1676 đến năm 1681
clìio kênh dào Midi ứ miền Nam mrức Pháp.
Đen thế ki thứ XIX, dặc bÌỊ't vào thẻ kỉ XX, dô yêu cầu mà giáo thông dường bộ, dường
thiủy, itirànsĩ sắt và siao thông thành phố mới phất triển mạnh mẽ. nhất là ciao thông hầm
đuiừng bộ, dưừng SUL, dường thủy và ham cho tàu diện ngầm.
Đã xuất hiện hầm đườrm bộ Simplon qua dãy núi A lpcs- Penins nằm ỉĩiữu Valacs (Thụy
S ĩ ) và Piemonie ( Y) dài 19.730m ở độ cao 2.009m. Dó là dưừim ham trên núi cao đirợc xây
dụmg sớm nhất và dài nhất trên thé giới vào thời đó.
Vào thế kỉ XX ở các tlìủ đó lớn trên thế giới đã xây (lụns mạn 2 lưới tàu điện ngầm đô thị
hiện đ.ũ dặc hiệl ớ Mạc Tư Khoa.
ỏ Tru na Quốc, sau ngày giải phóng 1949 đến nav đã xây dựng hơn 4.000km hầm đườns
sắt dài vào loại nhất thế giới.
Năm 1995 Tn.mil Quốc đã xây dựng hầm đường bộ Tần Lĩnh dài 19.45km đã tạo một
buúe CỘI phá ni(Vi vò kĩ thuật xây dựnii ở trong nước.
Vào cuối thể kỉ XX kĩ thuật xày dựng hầm ngầm qua sông, qua eo biên đạt bước phái
triển .nói dã có nhiều pliưưng pháp thi công hữu hiệu. Năm 1984, Nhật Bán đã xây clựns
đường hầm Thanh Hàm xuyên qua co biên Tân Hải Hiệp dài 53,85 km. Năm 1991. nước
A n h VÀ n ư ớ c P h á p h ợ p tá c x â y d ự n g đ ư ờ n ỉi h ầ m x u y ê n q u a c o h iê n M a n c h e n ố i liề n lurớc

Anh và nirớc Pháp dài 50km (tron” đó có 37,5km nam sâu cách mặt nước biên khoảng

lOOin; (hình 1.1).


Lodres80kta

ANGLERRE

Folkesíone -

MANCHE

——

Hầm giảm áp

uuơnyi crnĩỉ

Hám liên lạc ngang
g _ J đ ư ờ n g kính 3,30m)

/alais
Điểm nút

Khoảng cách tử màt biến

đế n hầm khoảng lOOm

Hám
Điểm nút
Sangalle

FRANCE

S Ệ■* Ề

!& ■

.

Paris:225km

Hắm ngầm dài 50 km
(trong đố cỏ 37,5km dưới' biển)

s y

Hắm còng vụ

23/

(đường kinh 4,5m)
"

H ìn h 1 .1 . H ầm

Hai đường hầm độc lập
(đường kính 7,30m)

ngầm qua e o biên M a n ch e «iữa nước A n h và nước Pháp.

Trước Cách mạng T háng Tám 1945 ở Việt N am năm 1930 có xây dựng hầm giao thòng
thủy Rú Cóc (ở xã Nam Sơn, huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An), hầm naầm xuyên qua núi ỵiúp
cho thuyền bè đi lại lừ phía thượng lưu xuống hạ lưu sông Lam đê tránh đi qua đập nước Đô
Lương. N°ành đường sắt có vài hầm ngầm ở miền Trune mà điển hình là hầm Phước Tưọnẹ

trên đèo Hai Vàn thuộc địa phận tỉnh Thừa Thiên Huế.
Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hầm được xây dựng nhiều son" chủ yếu là
hằm ngắn nằm trong núi phục vụ quốc phòng làm kho tàng hay công sự.

ơ tỉnh Quảng Ninh hầm lò được xây dựng khá nhiều chủ yếu phục vụ khai thác than.
Sau ngày thống nhắt đất nước năm 1975, ta m ở đàu xây đựng hầm Dốc Xây trên quốc lộ
l A ở phía nam tình Ninh Bình dài khoảng lOOm. Trong công cuộc xây dựng đất nước hiện đại
quy mô hiện nay, nước ta đang xây dựrg hầm đường bộ qua đèo Hải Vàn dài trên 6kin; Khi
xây dựng XOIĨS sẽ rút ngắn thời gian qua đèo từ m ộ t giờ xuống k h o ản e 15 phút; giao thôn"
Nam Bắc sẽ rất nhanh chóng và an toàn tiện lợi. T h á n s 5/2002 ta đã khánh thành hàm Aroànỉi
I trên đườna Hồ Chí M inh dài 453m và tiếp tục xây dựng hầm Aroàng II.
T rons lương lai không xa hầm và công trình ngầm ở đất nước ta sẽ có bước phát triền
mới rất to lớn khi các tuyến đường giao thông phải đi vào các vùng đồi núi hiểm trờ hoặc
vùng đô thị lớn.
Với bước phát triển khoa học kĩ thuật như vũ bão và sự ra đời công nghệ mới - công imhệ
xây dựng hầm Áo mới New Austrian Tunneling M ethod N A T M - con nu ười có thể xây ilựnu
ngầm dưới đất ở các vùng địa chất phức tạp khác nhau làm cho công trình xây dựíVí hàm vỳ
công trình nsầm an toàn, kinh tế và càng ngày càng hấp dẫn.


1.2. C ác kiểu công trìn h chủ yếu
1.2.1. H ầm ngầm cho tàu thuyền
Các hầm ngầm cho tàư thuyền đi qua
đều có kích ihước lớn. v í dụ hàm ngầm Rove
ở nước Pháp aiữa thành phố Marseille và
hồ Berve dài 7km đã có khâu độ 22m (hình
1.2). Hầm ngầm một chiều Panneterie trên
kênh đào phía bắc nước Pháp có khẩu độ
lOm chiều cao bên trong 8,90m (hình 1.3).

Hình 1.2. Hầm Iiíiầin R o v e

Mặt cắt ướt của kênh đào ít nhất phai
bằng hai lần mặt cắt ướt của tàu. Đường
kéo thuyền đôi khi được xây nhô raở phía
trên đế tăníĩ thêm diện tích ướt cho kênh
và do đó làm íỉiam lực cản của thưyền và
xà lan. Mặt cắt dọc của đường hàm ấy
thường phẳng ngang.
Ở Việt Nam ta thời Pháp thuộc đã

xây dựng hầm núi Cóc tại xã Nam Sơn,
huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An để tạo
thuận lợi cho tàu thuyền từ thượng lưu

Hình 1.3. Hàm ngầm Panneterie

sông Lam xuốnsí hạ lưu, tránh dập nước Đô
Lương.
1.2.2. H ầ m th ú y lợi
Hầm thủy lợi luôn luôn có mặt cắt hình
tròn vì cho lưu lượng tối đa với một tiết diện
đã cỏ. Tuyến của đường hầm thủy lợi càn
tránh các điểm cao và bám lấy các đường
đồiiíỉ mức càn° sát càng tốt. Ta có thể lựa
chọn các lớp đất có lợi để đi qua và thay đôi
tuyến cắm càn s ngắn càng tốt.

Hình 1.4. Kiểu mặt cắt c ố n g ngầm thường
thay ở Paris.

1.2.3. C ông ngầm
Cống ngầm thường có mặt cắt hình trứng và có chậu ở đáy đê tăníỉ tốc độ dòng chảy cho
các lưu lượn2 bé. cốnsi phải có độ dốc tối thiêu bằng 2%0. Người có thê xuống kiểm tra được
vì chúns có chiều cao trên 2m (hình ] .4) tính từ đáy. c ố n g gom và cóng tháo có kích thước lớn

hon(hình 1.5)
7


ì . 2.4. Hầm đường sắt
Các hầm dư ờ n a đôi (hình ].6)
thưừiig có khâu độ 8 đến 9un và các
hầm iluờng một t ừ 4,5 đen 5,5m. Khâu
độ phụ

thuộc vào các điều kiện cho

phép cúc nhân viên dirờng sắt qua lại
tronu lúc tàu chạy. Đối vứi đưòmu hằm
đôi khẩu độ 8m thì cấm qua lại; khau
độ 8.70m là tối thiểu cho phép một

•C '!Q gom to

Cồng gor

H ìn h 1.5. K ièu mật cắt con g nom .

người đứng dẹp vào vách hầm để khỏi

va vào tàu chạy. T ùng quăng người ta
bố trí các hốc tron? tuừníì đê (Cho người
tránh tron 2 lúc đoàn tàu đi qua.
Ớ Trunsỉ Q u ố c, trẽn các tuyến
đường đơn rộ ne 4,5m , đưởng đôi rộng
8,5ni và đuừnu hàm địa pharơng đều
có kích thiết kế hầm tránh cho người
và \e .
T ro n g Ihời gian g ần đày Việt
N am ta cũng xây dựng hầm đường sắt
qua đ èo Mai V ân (thuộc tỉnh Thừa
T hiên Huế).

Hình 1.6.1l a m trong đường cong tuyên Liart cíỏiì
■
Mézière (Pháp)

1.2.5. D ư ờ n g tà u điện ngầm
Kích thước của đường tàu điện
ngầm tùy theo việc bố trí theo tuyến
một hay ỉuvcn đôi hoặc nhiều hơn.
Chiều rộng hoặc đườne kính trong thay
đổi từ 3,30m đối với đường óng Luân
Đôn đén 9m đối với hầm đường đôi
khô thông thường hoặc cao hơn đối
với các hầm có 3 đến 4 đường 2 Íao
ihôim.
Các nhà ga cho hai đường (hình
1.7) có khẩu độ 12 đến 15 m. Cúc nhà
ca hai dirờiis của tuyến vùng Đông Tây

H ìn h 1.7. Hầm ngầm hai làn xe kiêu thườne

cùa Paris có khâu độ lớn hơn 20m.

thây trên đ ư ờ ns tàu điện niz;ìnì ờ Piiris.

8


Ntnrời ta ihiết kế rất rộng vì lirợng hành khách
dự kiến rất lớn ừ các điếm nối với mạng lưới
iiiao ihôntí đô thị (hình 1 s và 1.9).
Đê vạch tuyến có hai quan niệm thực
hiện. T hứ nhai iiLHiừi ta bám sát các tuyến
đường sẵn có bììnu mọi cách có thế, như vậy
các tuyến mới sẽ sát mặt đất hơn và thông
thường khôn Si Siặp mrức. Việc xây dựns các
cùiìíi trình sẽ kinh té, không có hoặc ít sặp

Hình 1.8. Nhà sa hai làn xe, kiêu
thườna thây cùa tàu diện naầm ở Paris.

chuyện đền bù và các rắc rối "ây ra cho các bắt động sản đều bị hạn chế. Tuy nhiên, tuyến chạy
'Jần sát mặt đát đòi hói phai tránh các cốníỉ nỉỉầm và côn? trình hiện có chiếm khoang 10 đến
20% tổnsĩ công trình xây dựng. Tron 5 các thành phố mà các tuyen đirờns k h ô n " ilìẳnii. nếu
theo quan niệm này người ta phải thiết ké một tuyến tàu điện ngầm ngoằn ngoèo thì quả bất lợi
cho côn í: việc kinh doanh và sức khỏe cho hành khách sau này.

Hình 1.9. Hằm ở Saint- Cloud (Pháp).

Nếu người ta chấp nhận đi qua khu vực tư nhân, thì bắt buộc phai xây dựníĩ hầm tàu điện
ớ một độ sâu nào đó. Giải pháp ấy có thê tlụrc hiện được nếu tồn tại ở dưới sâu một lóp đái chắc,
sonu dễ thi c ô ns n liư ở Luân Đôn. Trons tnrờng hợp như vậy, giá thành các cô nu trình đi vào
hầm khá cao, hơn nữa thời gian và công sức từ sân ga lên mặt đất tăng lên đán ụ kê.
Cuối cùng, trong các thành phố lớn, người ta đi đến xếp chồng lên nhau nhiều m ạn " lưới
tàu diện neầm. Như ở Paris, từ 10 đến 15m ở dưới đất đâu đâu cũng chàng chịt mạng lưới tàu
điện ncầm đô thị và các công trình vệ sinh. Mạng lưới tàu điện ngầm của vùiìiỉ sẽ phái đặt ở
đọ sâu thay đôi từ 15 đến 30m, nói chun? nằm trong lóp nước giếng và tron í các địa tầim thay
dối từ đá vôi đến cát và sỏi. Do đó người ta phải có nhiều phương án thi cô n s đắt đỏ làm chậm
lién độ cônsĩ trình.
9


1.2.6. Hầm đường bộ
Trước đ âv.liầm đuờna bộ trên thế giới chi có một
chiều. Ngày nay, nói chung hầm điiờng bộ có hai chiều
và có khẩu độ 9 đến lOm và thỉnh thoảng có vùng mở
rộng để cho phép dìmg xe. Hầm đường bộ S ‘- Cloaud
trên đườim cao tốc phía tây ờ neoại ô Puris íiồm 5
đường và có đường kính bằna 17m.
Hầm đường bộ đèo Hải Vân (Việt Nam) khẩu
độ 12,85m cao 1 l,0 m dài hơn 6km, khởi côna ngày
1/10/2000 và sẽ hoàn thành vào tháng 10 năm 2004
(hình 1,9a). N ăm 2003 khởi công hàm đuửng bộ qua
đèo Ngang (giáp giới tỉnh Nghệ An và tỉnh Quảng Bình) và sau đó sẽ chu rin bị khởi côn" hãm
imầm chui qua s ô n s Sài Gòn.
l o m lại hầm và công trình ngầm ở nước ta sẽ gắn với mọi côn" trình xây dựng

cơ hãn

của nền kinh tế quốc dân một cách hĩrn cơ và sẽ có bước phát triển mới troniỉ sựnghiệp xây
dựnỵ đất nước la thành một nước công nghiệp hóa và hiện dại hóa.
1.3. L í lu ậ n co* b ả n và q u á trìn h p h á t triển trong thiết k ế và thi công d ư ờ n g h ầ m
ì . 3.1. G iới th iệ u ch u n g
Từ thế kỉ thứ XVIII lại đây, loài nsỊười yêu cầu không gian dưới đất tmày càng nhiều,
CỈO vậy công tác nghiên cứu công trình dưcri uất có bước phát triển đột phá mãnh liệt. Tron Sĩ
thực tiễn phần lớn công trình dưới đất người ta nhận llúrc phổ biến được vấn đề cốt lõi cùa
hầm và công trình ngầm được quy két vào hai khâu mấu chốt là đào hầm và cho chốna. ( o
nghĩa là đào nh ư thế nào mới có lợi cho hầm ôn định và tiện lợi cho che chống. Ncu khi cán
che chống thì che c h ố n " như thế nào để đảm bảo ôn định một cách có hiệu qua và lại liýn
lợi cho việc đào hằm. Đó là hai vấn đề cùng dựa vào nhau và hạn chế lẫn nhau trong hầm
và công trình ngầm . Các còng tác khác chỉ là biện pháp giãi quyết và xử lí phục vụ cho víín
đề cốt lõi áy.
Trong quá trình xây đựng hàm và côna trình 11«ầm, qua các thời kỳ khác nhau, xoay
quanh thực tiễn và nghiên cứu vấn đề cót lõi trên, nsười ta đã đề xuất các lí luận khác nhau và
dần dần sáng lập ra các hệ thốnỉĩ lí luận khác nhau. Mỗi loại hệ thống lí luận đều có khái niệm
công trình, nguyên lí sức bền, biện pháp công trình cho đến phưon« pháp thi công riêng cúa
mình.
Một loại lí luận truyền thống của thế kỉ 20 là “Lí luận tải trọng lon" rời”. Nội dune cốt
lõi của lí luận này là: Đất đá có khả năng tự ôn định, không phát sinh tải trọng; đất (tá
không ổn định có th ể gây ra sụt lở môi chất cần phải dùnu kết cấu đê che chốniỉ. Như vậy,


tải trọns tác dụng lên kết cấu chống tức là trọng lực khối đất đá đã bị long rời trong một phạm
vi nhất định có khả năng sụt lở. Đó là lí luận truyền thống. Đại diện cho phái đó có Terzaghi
vù Proiôđiacônôp và một số khác. Quan điểm này vần còn được ứng dụng rộng rãi cho đến
ngày nay.
Còn một loại lí luận nữa là lí luận che chống hiện đại được đề xuất vào thập kỉ 50, được gọi
1à “Lí luận đất đá chịu lực”. Nội dung cót lõi là: Đất đá ôn định hiển nhiên là nhờ bản thân có
năns lực chịu tải tự ổn; đắt đá xung quanh mất ổn định là cả một quá trình, nếu trong quá trình

đó ta cunu cấp một sự hỗ trợ hoặc hạn chế càn thiết, thì đất đá xung quanh vần có thê trở lại
trạnsỉ thái ôn định. Đại biêu cho loại hệ thống lí luận đó có các nhân vật sau: K.V.Rabcewicz,
Miỉei' Fecher, Fenner Talobre và H. Kastener cùn« một số khác. Đó ià m ột loại lí luận tương
(lối hiện đại. Nó đã thoát li luồng suy n£>hĩ về vấn đề cân nhắc công trình trên mặt đất và càng
gần với thục tế cônu trình dưới đất, gần nửa thế kỉ trở lại đày đã được tiếp thu rộng rãi, đẩy
mạnh ứnu dụiiii và cànsi biểu hiện tiền đồ phát triển rộníĩ lớn.
Từ trên ta có thể thấy lí luận đầu tiên rất chú ý đến kết quả và xử lí theo kết quả; còn loại
lí luận thứ hai thì rất chú ý đến quá trình và tiến hành khống ché đối với quá trình, tức là lợi
dụ nu đầy đủ năna, lực chiụ tải của đất đá vây quanh, do đó hai loại hệ thống lí luận, về nuuyên
lí và phirơno pháp mà nói, mỗi loại tự biếu hiện đặc điếm khác nhau. Bang 1.1 sẽ thuyct minh
và so sánh hai loại hệ thống lí luận lớn ay.
Điều cần chú ý : Cônạ trình hầm và công trình ngầm đều khai thác không gian dưới đất
trong khói đất đá chịu ứng suất, khi lựa chọn phương pháp thi công, dùng bát kì lí luận hay
phuơnq pháp nào, đều cần căn cứ điều kiện mọi mặt của công trình cụ thể, tổng hợp cân nhắc
lựa chọn phương án thiết kế và thi c in g kinh tế nhất, hợp lí nhất, thậm chí ứna dụng tông hợp
nhiều loại phưưim pháp, đó là một quá trình lựa chọn lối im của động thái chịu nhiều nhân tố
ánh hươniĩ.
1.3.2. T h u yết m inli và so sánh hai hệ thốn - lí luận

Bảng 1.1
r ..... ..... 1

Nhạn
ihức
11

Lí luận đất đá chịu lực
3
Tuy nhicn đất đá xmm quanh có năn 2: Tuy nhiên đất đá vây quanh có thê phát
lực chịu tái nhất định, nhưne rất có khả sinh long rời đi đén mất ổn định, nhưng

năn SI do bị I0112: rời phát triến mà đi trong quá trình bị long rời vãn có năne lực
đen mất ôn định, kết quả là sinh ra tác chiu tải nhất đinh, khônơ chỉ cần hết sửc lơi
chum lải trọim lên kết cấu chốn" đỡ. dụng mà còn cân ơiữ gìn, bảo vệ và tăng
Đó là n^uồn iíốc của tải trọng đất đá cường năng lực chịu tải đó. Đó là cách xem
xốt chính đối vơi đất đá vây quanh.
vâv quanh
Lí luận tải trọng long ròi
2


1

Ị

2
Cơ học đất đá xem đât đả vây quanh là

3
ị
Cơ học đá, xem đá vâv quanh là khôi đá

khối hạt rời. đe tính toán tài trọ 112 phân
bô lớn hay nhỏ của nó phát sinh đối

íms suất, phân tích tính toán trạng thái vù
r
'
t
'
'

qua trinh biên hóa ứng suât- biên dạiìii va

với kết cấu chống.

xem hệ chống là điều kiện biên giới cứa

Cơ học kết cáu xem hệ clìôns và vỏ

khôi đủ bị ímg suât, có tác dụng khống chè

! hầm là két cấu clhịu tâi để tính toán nội

ứng suai - biến dạns của đá vây quanh,

lực của chúng cho thật họp lí; lập nên

kiếm tra hiệu qua tấc dụns; và làm cho tôi

hệ thống cơ học "Tải trọn? - kết cấu”

ưu hóa. Lập nên hệ thống cơ học "Vi nh;mi

lấy lải trọng bất lợi nhất tôns hợp lại

- che chốn*" lấy trạng thái thực tế ínm sum

làm tải ironơ thiết kế kết cấu

- biến dạng làm trạng thái thiết ké chon*:

Ị

Ị
Neu\ên lí
CO' học

V

.

đỡ.

1
1

CL>
'Õ
o
«r-Ịu
u

Cân nhắc vấn đề đất đá rắt có the bị

Khi can tlìict, dùns thanh neo và phụt bí*

lonii rời sụt lở sau khi đào xong, cho

tông, kẽt hợp với cấu kiện mềm tiến hành

nên chia đọan sau khi đào xong, kịp

che clìốn2 sơ bộ, đe kièrn ché quá trình đai

thời dùns hệ thống tạm thời có độ

đá long rời hien dạng siữ gìn và lăng CLiừiU’

cứng tương đối íởn tiến hành che

năng lực chịu tai của đất đá; che chốns Sir

chốníĩ, đợi cho khi đà đào thành hình

bộ sẽ tạo thành một bộ phận của két cáu

vỏ hằm xong, dần dần thảo đỡ hẹ

chịu tải, két hợp xây vỏ hàm lan hai níiay

chống và dùng vỏ hầm toàn khối dày

(cũng bao gồm cả đất đá được iỊÌa cố) CỪIIÍỊ

làm hệ che chóng vĩnh cửu.

nhau tạo thành một hộ ihốiiii kct câu chịu

1

tải liên hợp

ZJj
ou
CL
r~-

'<55
xỉ
o
Q

•O'
'V*'

sD
N<
"O
'5
r->
3
p

12

Đào hầm thường dùnvĩ cách chia và

Đào ham thường đìmu cách đào mặt cát lớn

đào lùng phần để tiện lắp hệ thanh

để tránh làm xáo dộiiii đất đá một cách lói

chống. Đào sâu băng phương pháp

thiểu. Cùng clùne phá nô và máy móc à r

khoan lỗ mìn và cơ giới nhỏ

lớn và truim bình

Cấu kiện hẹ thống tạm thời dễ thấy, dễ

Bố trí neo và phun thòi kỳ đau được tiêu

hiểu. CÔI1S Iichệ lươn2 đối đơn eiân. dễ

hành theo yêu cầu, rãi ihícỉi úìiiĩ với điêu

thao tác. Khi gặp đat đá rời rạc. vụn

kiện, côim nghệ kluì phức tạp. Đo đạc JÚI1^

nát, thậm chí có nước, càn lấp đày vật

thãi của đất đả phái yêu cầu cao.

liệu che lẽn vách hầm cũng thu được

Khi gặp đất đấ rời rạc, vụn nát, thậm chí cú

công hiệu. Khi thảo hệ chống tạm thời

nitức, can dùng phương pháp xử lỷ (như phun

khá phức lạp, càne không an toàn, nêu

vữa) để chống; đỡ, mới có thể tiếp lục thi côim.

không tháo được, sẽ 2 ây lãng phí lại

Khôn? can tháo dở hệ chốniĩ của thời kỳ

làm cho điều kiện chịu lực của vó hâm

đau, thi công an toàn, kết câu che chông

không tốt.

chịu lực tốt.


1- Sau khi đào hầm xong, đất đá phát
sinh long rời đó là điều tất nhiên,
nhưng sinh ra sụt lở là điêu ngâu nhiên
nên phải phấn đoán chính xác khả
năng sụt lở to hay nhỏ phát sinh trong
từng loại đất đả;
2 - Cho dù đất đá không bị sụt lở, song
ị đã bị long rời ra cũng có thể đặt tải
trộn 2: lên kết cấu che chống nẽn can
chuẩn xác xấc định tải trọng phân bố

lớn hay bé;

1- Đất đá xung quanh là bộ phận chịu tải
chính, cho nên trong khi thi công can hết
sức bảo vệ đất đả xung quanh, giảm thiểu
lay động;
2 - Che chống ban đầu và vỏ xây vĩnh cửu
chỉ có tác dụng gò bó đất đả xung quanh mà
thôi; chúng cũng cho phép đất đá xung quanh
phát sinh biến dạng có mức độ để phất huy
năng lực chịu tải của đất đá, lại ngăn chặn đất
đá biến dạng quá mức đi đến mất ồn định,
cho nên che chóng trong thời kì đầu tót nhất
nên dùng kết cấu mềm vỏ mỏng;

u
?«£
(U
'*5
vorỊ

3 - Đê bảo đảm ôn định của đất đá, cần
căn cứ tải trọng phân bố to hay nhỏ mà
thiết kế che chống tạm thời và xây vỏ
vĩnh cửu làm kết cấu chịu tải và làm
cho kết cấu chịu lực hợp lí.

3 - Động thái ứng suất- biến dạng của đất
đá vây quanh cần phải được dự đoán xem
nó có thể đi vào trạng thái ổn định không?

Vì thế lấy đo đạc làm biện pháp đê nắm
vững động thải đất đá xung quanh tiến
hành giảm sảt và điều khiển thi công và

0

điều chỉnh thiết kế, nhăm đề xuất cách che
chốn" thích đáng, kịp thời và theo cảch
tnrớc mềm sau cứng, chiếu theo yêu cầu
cần thiết mà đề xuất cung ứng;
4 - Cho dù kết cấu chịu tải được thiết 4 - Mất ổn định toàn bộ hệ thống thường là
ke theo tải trọng tô hợp bất lợi nhất, do phá hoại cục bộ phát triển lên, cho nên
nhưng khi thi công cũng cần hết sức kết cấu che chống cần hết sức bịt kín và
tránh làm cho long rời thêm và phát I sơm nhất ràng buộc đất đá xung quanh một
sinh sut lở
cách đầy đủ, nhất là khi gặp đất đá vụn nát,
mềm yếu, cần xây kịp thời vòm đáy, làm
cho hệ thống và đất đả cùng kết thành một
vành chịu tải khép kín.

1.4. K h á i n iệ m về p h ư o n g p h á p Áo m ó i (New Austrian Tunneling M ethod - N A TM )
(Theo tài liệu của giáo sư D.I. Golser Viện cơ học đ ấ t , hầm và công trình ngầm, trường Đại
học tổnơ hợp Leoben - Áo)

1.4.1. Lịch sử và định nghĩa
Cho đến giữa thế kỉ XX, trong côn 5 nghệ xây dựng hầm, đầu tiên người ta dùng gỗ và sau
(tó dùnu vòm thép để che chống tạm thời cho đến khi hệ chống cuối cùng được dựng lên. Hệ
clìổna cuối 011112 là một hàng gạch hay bê tông (hình 1.10).

13

Năm 1944, Giáo sư người Ao
L.V.Rabcesvic/ đã cho xuất bản
quvẽn sách "Ap lục đất LỈá núi và
xây dụng hầm ", tron” đó giói thiệu
sự can thiét phái si am nhỏ biến
daiiíi với mục đích lợi dung khả
IUÌ11U c h ịu tái c ủ a khối đ ấ t đ á và

mối quan hệ qua lại giữa lực chống

đỡ và biến dạng. Một số nauyên lí

Hmh U 0 - Phl|ơng pháp Áo cũ (phương pháp làm

Ị
cua N ATM cũníi được vạch ra

hầm này cũng tươníĩ tự với các nước trên thế siới).
J
°
&
&

tronsi quyên sách đó. Năm 1948, các nsuyên ií của NATM dã được công bố do CÔ112 cùa
L. V.Rabce\vicz. Tinh thần chính của nội dung là: với một che chống dẻo đầu tiên một sự càn
bằnii mới đã dạt được. Việc ấy phải được kiêm soát bằns các do đạc tại chỗ. Sau khi đã dạt
được sự cân bang mới đó thì một vòm bên trong sẽ đirợc xây dt.mil. Trong nhữniĩ trường h ,rp
riêng, vòm bên trong đó có thê bỏ đi.

Từ năm 1956 đén năm 1958 các hầm kích thước lớn đã được Rabcewicz xây dựntĩ ớ
Venezuela theo ncuyẽn lí của NATM.
Năm 1963 “Plnrơng pháp xây dựng hầm Áo mới” dược giới thiệu tại hội níihị Cơ học dắt

đá tại Salzburg. Phương pháp (lược gọi Ịà Ao mới vì trước đó ctũ tồn tụi phương pháp “Áo t ù ”
và được đặt lên là “Áo mới” đã được các kĩ sư người Áo phát triển.
Plurưiiỉi pháp đã dược phát triển lên dần với các biện pháp đào và che chóng mới. Các
phươiiíỉ tiện che chóníi và biện pháp kèm tlico đã được cải thiện với nhiều tran 2 bị mới. Kĩ
thuậl diễn sriiíi cìnm với tay nghề cao đã mở rộ na; việc áp dụng NATM cho các loại đất rất deo
với biến dạns lớn cho đến đất mềm, với các mặt cắt hầm lớn hoặc hình thù phúc tạp.
Định imhĩa N ATM như sau:
Phưoim pháp xây dựng hầm kiêu Áo mới (NATM) là một phương pháp tron" đó các cau
tạo đất đá xung quanh hầm hợp thành một kết cấu che chốntr thống nhất hình trụ tròn. Do dó,
các cấu lạo đất đá bản thân sẽ là một bộ phận của kết cấu che chống.
Định ìmhìa nói trên với các nguyên lí chủ yếu đã được công bố vào năm 1980.
ì . 4.2. Q uan niệm c ơ bán cứa N A T M
Với việc đào một đường hàm trường Ún2 suất ban đầu trong khối đá bị thay đổi thành một
trường úne suất thử sinh ít thuận lợi hơn. Dưới vòm nham thạch đó, phần lứn các quá trình sắp
xếp lại íms suất Iheo thời gian sẽ xảy ra, bao ỵồm cả vùng deo cũng như vùng đàn hồi.
Duứi hoạt độníĩ của vòm nham thạch, các hoạt động của chúng ta phai nhăm duy trì hoặc
cái thiện kha năng chịu tải của khối đá, hoặc nhằm lợi dụng khả năng chịu tải đó và nhằm để
iíây ra một sự phái triển trường ứng suái thứ sinh có lợi hơn.


Mục đích của chúng ta là duy trì điều kiện tải trọng theo ba trục cho tát cá các giai đoạn và
đê giám thiêu các tình hình chịu ứng suất một trục hay hai trục trong khôi đá.
Sau đây là một số hình vẽ thể hiện quan niệm khác nhau giữa xưa và nay về xây dựne hầm
và công trình ngầm.

Hình l.lOa. Khối đá là một bộ phận quan trọng nhất của hệ chống.

Hình 1.11. Trạng thái biến dạng và ứng suất càn phải dirợc bảo vệ.

15


Hình 1.12. Đ e phòng lo n g rời củ a kết cấu đá.

H ìn h 1 .1 3 . C h e chốne: ban đầu và cu ố i cù n " vơi c á c lớp m ỏ n g .

16


caụ chòng vòng tròn

r t t t t t T T J pc

đá

Him, 1.15. Vè co bin duậng hầm là mộ, cá, ông ta o gồm ké, cáu chống vông ,ròll
cua khôi đât đá bao bọc xung quanh

17


Hình 1.18. Huy động hợp lí đúng mức một kết cấu chống vòng tròn
của đất đá bao bọc xung quanli hầm.

Hình 1.19. Kết cấu che chống ăn khớp với đo đạc kĩ thuật; đo đạc biến dạng
và ứng suất phải bám sát thi công để điều chỉnh che chống kịp thời bảo đảm an toàm.

1.4.3. Nguyên lí cơ bản cứa NATM
T ừ những quan niệm trên rút ra nguyên lý cơ bản của NATM như sau:
(1) Bảo vệ sức bền của khối đất đá: Đào cẩn thận đế tránh làm long rời có hại và lắip đặt
thật nhanh các phương tiện che chống tăng cường. Phun bê tông, lắp đặt neo, lắp mạn°; lưới
cốt thép và giá vòm thép sát với mặt đào hỗ trợ cho việc bảo vệ sự toàn vẹn của khối đíất đá.
(2) Nhanh chóng tạo hình dáng đường hầm tròn khép kín: để tránh các tập trung ứngí suất
vào các góc mà ở đó các cơ ché phá hoại tiềm tàng sẽ phát xuất.


(3) Lập vỏ mỏng và dẻo: che chống lần đầu phải dẻo nhằm để giảm thiểu các mô men uốn
và đê tạo thuận lợi cho quả trình sắp xép lại ứng suất mà không tạo ra các lực cục bộ bất lợi cho
lớp vỏ. Sau đó neo chặt các lóp che chống lần thứ nhất vào khối đất đá, ngoài ra không cần che
chốn? phụ nào khác vì sẽ làm tăng bề dày lóp vỏ.
Lớp vỏ phải tiếp xúc hoàn toàn với vi nham đào ra. Việc phun bê tông sẽ đáp ứng yêu
cầu đó.
(4) Đo đạc thường xuyên tại chỗ.
Quan trắc trạng thái đường hầm trong quá trình thi công là một phần thống nhất của
NATM. Với các phương tiện đo đạc tại chỗ hiện đại như: nghiêng kế, các tế bào theo dõi nội
lực, máy đo áp suất và bién dạng, kinh vĩ lade

V.V....

và với việc theo dõi và diễn giải các biến

dạng, ứng suất và lực căng, người ta có thể tối ưu hóa các phương pháp thi công và yêu cầu
che chống.
(5) Các cơ chế phả hoại thường xảy ra, có các loại: phá hoại theo hình ống khói, hình
vòm thường xảy ra từ đỉnh vòm do khối đá bị long rời hoặc thiếu ứng suất ngang tại vòm; phá
hoại chẻ và oằn thường xảy ra cạnh tường cánh hoặc vòm đáy; phá hoại cắt phát triển khi vi

nham bị áp suất cao do sự khống chế bên không đủ.
Những phá hoại ấy nói chung có tính chất từ từ và có thể kiểm soát được với thông tin của
quan trắc thận trọng tại chỗ.
(6) Áp dụng thực tế: N ATM thích họp với xây dụng đường hầm bằng máy đào TBM
(Tunneling Boring Machine) và bằng khiên. N A T M lại còn có ưu điểm trong các đề án đường

hầm với các điều kiện địa kĩ thuật thay đổi thường xuyên do cách giải quyết mềm dẻo và tính
đáp ứng tốt với các đièu kiện thay đổi. Phương pháp cũng có ưu điểm trong hình dáng hình
học phức tạp, trong các mặt cắt lớn và trong đất xấu.
N ATM được áp dụng có kết quả cho các loại đường hầm phục vụ giao thông cũng như
phục vụ mọi mục đích khác, như: thủy lợi, thủy điện, kho tàng và mục đích khác nhau, thích
hợp với đá cũng như đất mềm.
Bước phát triển mới về các kĩ thuật đào, kĩ thuật neo và phun bê tông cũng như các tính
toán số học và trang thiết bị đo đạc thí nghiệm làm cho việc sử dụng không gian dưới đắt ngày
càng kinh tế và hấp dẫn.
Một số máy dùng cho NATM

Hình 1.20. Xe khoan lỗ mìn bánh lốp tự động
19


Hình 1.21. Máy phun bêtông BuffaIo

Hình 1.22. X e

đ ổ đất đá tự lật c ở lớn


Chuơng 2
PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM VÙNG NÚI VÀ NATM

2.1. KHÁI NIỆM C ơ BẢN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM
Thi công đường hàm là thuật ngữ gợi chun« phương pháp thi công xây dựng, kĩ thuật thi
công và quản lí thi công các đường hầm và công trình ngầm.
Lựa chọn phưưng pháp thi công chủ yếu phải dựa vào điều kiện địa chất và địa chất thủy
văn, kết hợp với kích thước mặt cắt đường hầm chiều dài, kiểu vỏ, công năng s ử d ụ n g và trình
độ kĩ thuật thi công cùng một số nhân tố khác nghiên cứu cân nhắc tổng họp lại đ ể quyết định.
Dựa vào tình hình tầng đất mà đường hầm xuyên qua và sự phát triển phương pháp thi công
dườ ns hầm hiện nay, phương pháp thi công đường hầm có thể phân loại theo các phươiiíí thức
sau dây:
{ Phương pháp thi € 011«!
đuxrnu ham trên núi

Phương pháp m ỏ truyền tliỏns;
Pháp pháp Á o mới.

Plurưng pháp ihi CÔI1lĩ
\ dirờiiii ham Iiôna và
trona đất mê 111

Phươniỉ
Phương
J Phươnu
Phươna
Phươii"
V Phưưntí

pháp
pháp
pháp

pháp
pháp
pháp

dùna máy đào các loại.
đào lộ thiên;
tưcVne liên tục dưới đất:
đào dưới nắp;
đào ngầm nông;
khiên.

Phươnií pháp thi cônẹ
Phươno pháp hạ chìm:
^ đưừiiL’ liàm dưới đáy rurớc\ Phương pháp khiên.
Kĩ thuật thi công dường ham chủ yếu nghiên cứu giải quyết: các phương án và biện pháp
kĩ thuật cần thiết cho các loại phươno pháp thi công đường hầm nói trên (như phươnsi án và
biện pháp thi c ô n s dào, tiến sâu, che chắn, xây vỏ); biện pháp thi công khi đường hầm di qua
các vùna địa chất đặc biệt (như: đất trương nở, hang động caxtơ, đất sụt, cát chảy, tầng đất có
khí Ittêian V.Y...); phương pháp và phương thức thông gió, chống bụi, p h ò n ” khí độc. chiếu
sáng, tlìôníĩ ạió, cun" cấp điện nước và phương phcáp đo đạc giám sút, k h ó n s chế đối vứi các
íhay đôi giới chất của hầm.


Quản lí thi côim đường hầm chủ yếu giai quyết thiết ké tổ chức thi công (nhu lựa c họ n
phươnq án thi công, biện pháp kĩ thuật thi công, hố trí hiện trườn", khống chế licn đệ, c u n "
íniu vật liệu, bố trí lao động, máy móc v.v...) và m ột số vắn đề khác như quản lí kĩ thuậ\ q u á n
lí ké hoạch, quản ií chất lượng, quản lí kinh lế, quản lí an toàn v.v...

2.2. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KỈ THUẬT TIII CỒNG ĐƯỜNG 1IÁM
Theo đà phát triển kinh té, kĩ thuật khoa học của thế ki 21 trên loàn thế giới, ơi ao thtôim

vận tải, thủy lợi, thủy điện,... đặc biệt giao thông ngầm cho đến lợi dụntỉ khôn li giai, t r o n ”
các vùng thành phố càng đề ra các yêu càu c à n s ngày c à n " cao, cànư ngày càim lới:, c à n g
imày càniĩ khó đối với đườna hầm và cônỉi trình ngầm. Việc xây dựng đại quy mỏ CÔIIS
trình ngầm đã đây m ạnh tiến bộ khoa học kĩ thuật xây ciựns đườnc hầm. Thực tiễn c ô n 2
trình che chắn phần lớn bằng cắm neo và sự phát triển nhanh chóniỉ cơ học đít đã dan don
tạo thành lí luận che chắn hiện đại, trên cơ sớ đó đã xuất hiện nhiều phirơna pháp thi côiiiỉ
mói c àn a có hiệu quả nhu: phương pháp Áo mới, phương pháp N auy, phương pháp dào
ngầm chôn cạn. sỉr d ụ n " các máy đào, máy khiên với trang bị kĩ thuậi hiện đại có thè tlliícli
írnạ với việc đào các loại địa tầng đá rắn hay đất m ềm có nước; tính tin cậy, tính bén lâu,
tính c ơ đ ộ n s và năng suất c a o c ủ a c h ú n g đã l à m c h o c h ú n g trở thành các loại máv C'ìmg

nvzà\ càng được ứn 2 dụng rộng rãi. Việc cải tién các mũi khoan và việc xuất hiện các a o xe
khoan thủy lực, việc khai triển các trang thiết bị bốc đá và vận chuyên đá nănu lực lới, việc
sáng ché ra vật liệu nổ loại mới và việc hoàn thiện kĩ thuật nổ phá, các tiến bộ kĩ th lậu cúi
thiện môi trườn l—
2 đất ctá và kĩ thuật
• che chắn, cải thiện
• hoàn cảnh và điều kiện
« thi cc ns:!.
fc_- dã
111111«: cao được tóc độ đào hầm rắt nhiều làm cho kĩ thuật đào hầm bằniĩ p h ư ơ ns pháp k h o a n
lỗ nổ mìn càng thêm đổi mới. Việc phát triển kĩ thuật thi công đirờng hầm hằng hí C-I)ìm
xuống đáy nước đã cung cấp một phương pháp mới có hiệu quả để’ đường hầm xuyên qua
đáy sông, ngòi, eo biển. Tiến bộ về kĩ thuật xây dựng đườníỉ hầm đã tạo ra cơ sớ p h ú t.rièn
00112 trình dường hầm dài và lớn đồng thời là nền m óng lựi d ụ n s và khai phá không nưầm dưới đất. CÙIIỈI với việc xây d ự n g h ầ m và cô n g trình n g ầ m đại q u y m ô cà n g tò i hỏi

các yêu cầu mới ngày càng cao đối với kĩ thuật xây dựng đường hầm. Đê đáp ứng yìu cầu
phát triển xây d ự n g đirừng h ầ m đại quy m ô từ n ay về sau và triển v ọ n u p h irơ n a hướng Ịplìát

triên thi công đườne hầm các nhà thi công đường hầm, cần tập trung triển khai míy mặt
CÔIÌÍỈ tác n h ư sau:

a. Tăng cưònĩỊ công tác điều tra kháo sát địa chất tron ẹ thi cỏn lị đuòỉiq hầm,
Công tác khảo sát điều tra địa chất trong giai đoạn thiết kế đường hầm có ý nghĩí tirọno
yếu trong việc quyết định phương án, nhưiis chí cung cấp một số mô tả khái quát về tìm lhình
địa chất cho vị trí hầm thì không thể chỉ đạo đày đủ thi công được, cần phải tiến hành tlhôm
một bước điều tra khảo sát địa chất sau khi đã đào đất để thi cône. Vì thc. phai cỏ nhièu loại
hiện pháp điều tra kháo sát đê thu thập được đầy đủ thôn" tin tư liệu về địa chất càngnlhicu
càng tốt đó là một vấn đề trọng yếu đê tiến hành thi côntỉ một cách thuận lợi.
22


h. Tậự” nhanh cơ giới lìớci thi cônỊị đnmiq liổm.
T áng nhanh cơ giới hóa thi công đường hầm là biện pháp trọng yếu đẩy nhanh tiên độ thi
cởm , là m ột m ặt quan trọn a đ ể rút ngắn khoảng cách thua kém củ a thi cô ng đư ờng hầm giữa
niớc ta với nước lìỉioài.
V ê mặt ứ nẹ dụng thao tấc khoan nõ rộ ng rãi nhấl tạo ra mấy dây ch u y ền thao tác c ơ giới

lua láy các cỗ irtáv khoan làm tru na tàm í dường dây thao tác đào phá, vận chuyển đá ra;
điờnỵ dãy thao tác phun bê tông, đườiiiĩ dây thao tác lắp vỏ và đô bê tông...) có thể làm cho

ptươns pháp lắp vỏ khoan nổ càng thích ứng mạnh hơn, hiệu quả đầu tư rõ ràng hơn. Trong
điờng 1làm đặc biệl dài, áp d ụ n g kĩ thuật cơ tù ới hóa tông hợp toàn m ật cắt lấy m áy đào hầm
làn trung tâm (từ khâu đào đá, vận ch uvèn đất đá ra và xây vỏ) đê có đột p h á tốc độ cao, hiệu

suit cao và chất ítrợns cao trong thi CÔ112 các đường hầm dài. Phát triển cơ giới hóa thi côn 2
tong khiên và Ihi CÔI1ÍI bằng hạ ch ìm các 0112, thi c ô n ” tự đ ộn ạ hóa làm cho "iao ihông iiỉium
itrứi các thàn h phố và s ia o thông dưới đáy các sông càng phát triển nh an h chóng.

c. Tăng ciròỉHỊ nạhiên cứu Ínìíị dụng kĩ thuật thi công mói
ứ n tỉ dụn g kĩ ihuật m ới thi côn g đườim h ầm có tác dụng rất rõ ràn g troiiii việc nân u cao
ciất lượiiL1 thi côiiii và đây nhanh tiến độ thi công. Hiện nay có m áy n s h ic n círn ứng dụ n e
ciính như sau:
(1) M áv khoan da hoặc cồ xe khoan lỗ có năng lực khoan lỗ cao, vật liệu lìơp kim lốl đô

lùn mũi khoan, cúi tiến hình dán Sĩ mũi khoan đê tăng nhanh tốc độc khoan lồ; lìm tòi các vật
lệu nô phá càn g có hiệu q u ả hơn; níỉhiên cứu thiết kế nổ phá tối ưu d ù n g m áy tính k h ố n " chế
kioan lô; nâng cao năng lực khoan lỗ nô phá theo chưưnu trình m áy tính.

(2) Tăng cường nghiên cCm úng dụiuĩ có chất lượim việc phun bê tôns tươi và phun bê
1)11” sợi th ép, hoàn thiện côn g niĩhệ thi CÔI11Ĩ, cai thiện điều kiện thi công , nâng cao chất lượn ạ;

liệu qua, lốc độ che chóniì;
(3) T ă n 2 cườns nghiên cứu phương hướng phát triển ímg dụnq vỏ hầm đúc sẵn lắp |h é p ,
Itiu cho vó hê íôns đúc sẵn đạt được mác cao, sai số kích thước nhỏ. điều kiện lắp ahép chính
ú c bám sai mặt đất đá mới đào ra.
(4) Tiến lên mộl bước nchiên cứu làm tốt công tác hoàn thiện dặc biệt là nghiên cứu kĩ
luiật phun vữa (thiết bị phun vữa. vật liệu, công Iiiíhệ) đè nâng cao năn" Lực đối phó với địa
ihấi xấu,
d. T ú iiíị cirùni> Itiự ii đ ạ i h ó a t lii CÔIÌÍỊ đ ư tm ịị lư ìn i

Phưona thức ứn« dụne quản lí hiện dại hóa thi côns đường hầm có thể phát huy hiệu suất
lơ

iĩiới, báo

dam chất lượng cônỉỊ trình và an toàn thi công đến mức tối đa. Đó cũng là mặt

rọns yêu dè rút imắn khoansr cách thua kém kĩ thuật Sĩiữa thi còng đ u ờ n s liam nước la và

Iirửc nè oài.


2 .3 . P H Ư Ơ N G P H Á P Á O M Ớ I - N A T M

Phươnq pháp thi công thường gặp các dường hầm trên núi được gọi là phương pháp mỏ,
bởi vì phươna pháp này được ứng dụng sớm nhất vào việc đào hầm lò khai thác mỏ.
T ro n s phương pháp mỏ, phần lớn các trường hợp đều dùng khoan lỗ mìn nô phá đíít li á
nên cũng gọi là phương pháp khoan nổ. Từ xu thế phát triển công trình đườnu hàm mà xẽt,
phiiưntỊ pháp khoan n ổ vẫn là phương pháp thường dù ne để đào hàm trên núi từ tnrớe đến nay
c ũ n '4 như từ nav về sau.
T ro n e p h ư ơ n s pháp mỏ, phương pháp che chống sau khai đào hầm hào, đại thể phân làm
hai loại: che chống bằng kết cấu thép gỗ, che chông bằng neo phun bê tông.
v ề phương pháp thi công, người ta quen gọi phương pháp thi công dùng khoan nổ đế đào
kết hợp với ch e c h ố n g b ằng cấu kiện thép gỗ là “phương pháp m ỏ truyền th ố n g ” và nếu dìins

phương pháp thi công khoan nổ để đào kết hợp với che chống bàng neo phun thì gọi là
"Thương pháp Á o m ới”.
Như phần 1 - 3 đã giới thiệu “Lí luận tải trọng rời” là lí luận được rút ra trên cơ sở phương
pháp mỏ truyền thốns, và “Lí luận đá chịu lục” lại được rút ra trên cơ sở phương pháp Áo mói.
S ơ lược về phương pháp mỏ truyền thống và phương pháp Áo mới như sau:

2.3.1. Phuưng pháp mỏ
P hư ơns pháp m ỏ truyền thống lầ phương phấp phất triển lên trong thực tiền thi cônỉi lâu
dài của con người. Phương pháp này dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chắn tạm thời, đợi
cho đến khi đường hầm đã hình thành xong, dần dần đem hệ che chắn tạm thời thay đổi bang
vỏ xây dày toàn khối có tính vĩnh cửu.
Che chống bằng két cấu gỗ không bền, thay đổi phức tạp lại khôns an toàn, hiện nay ít
dùng.
Che c hổng bằng kết cấu thép có ưu điếm lâu bền và dễ ăn khớp với hình dạng hầm lò. ít

phai thay đồi, rất an toàn.
Giới xây dựng Nhật Bản có thói quen gọi phương pháp mỏ dùngcấu kiện thép làm hệ che
chóng là “Phương pháp bản lưng”
Cũng có khi người ta dùng cấu kiện thép gỗ, hay bê tông hoặc bê tông lắp ghép làm hệ
che chóng tạm thời.

2.3.2. Phuưng pháp Áo mói
Phươns pháp thi công đườno hàm mói của Áo (New Austrian Tunneling M eth o d - NATM)
là do n hà bác học người Áo K .v Rabcewicz đề xuất ra trước tiên. Phương pháp này lấy phun
bê tông và neo làm biện pháp che chống chủ yếu, thông qua giám sát đo đạc khống chế biến
dạnt: giới chất, tiện cho việc phát huy phương pháp thi công dùng năne lực tự chịu tải cùa đất
đá. Phương pháp này dựa trên cơ sở kĩ thuật phun neo tổnơ két lại và đề xuất ra.


Kĩ thuật che chống bằng phun neo so với kĩ thuật che chống bằng cấu kiện thép gỗ, không
chỉ khác nhau vè biện pháp, nhưng quan trọng hơn là khái niệm về công trình không giống
nhau. Đ ó là một bước tiến thêm trong nhận thức và lí giải rõ hơn về vấn đề hầm và c ô n " trình
ntiầun. Do việc áp cluns và phát triển kĩ thuật che chống bằng phun neo đã dẫn lí luận hầm và
côms trình ngầm bước vào lãnh vực mới của lí luận hiện đại và cũng khiến cho việc thiết ké và
thi c ô n a hầm và công trình ngầm càng phù họp thực tế công trình dưới đất, tức là việc nhất trí
oiĩrra hệ thố 112 lí luận thiết kế - phương pháp thi c ô n g - kết cấu và trạns thái công tác (kết quả).
Do vậy, phương pháp thi công Áo mới là một ioại phương pháp thi công đã được íma clụng
rộn g rãi trong phạm vi toàn thế giới.
Chương này tập trung giói thiệu nội dung đào, che chống và đo đạc trong phương pháp thi
côrag đường hầm trên núi theo phương pháp Á o mới. Thi công bằng phương phấp mỏ sẽ giới
thiệu tro ns điểm 2.10.

2.3.3. Trình tự và nguyên tắc cơ bản thi công theo phutmg pháp Áo mới

/. Trình tự thi công theo phươìig pháp Áo mới

Trình tự thi công theo phưcmg pháp Áo mới có thê dùng hình vẽ 2.1 đ ể biêu thị.

Hình 2.1. Trình tự thi công theo phương pháp Áo mới
25


2. Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới
Nguyên tắc cơ bản của thi công theo phương pháp Áo mới có thể quy nạp như sau: ít làm
lay đôns, phun neo sớm, chăm chú đo đạc, nhanh chóng khép kín.
- ít làm lay động: khi tiến hành đào m ở đường hầm, cần hết sức 2 ìam thiêu số lần lay

độníi đất đá, c ư ờ n s độ lay đ ộ n g , ph ạm v i lay đ ộ n g và thời gian lay đ ộ n s liên tục k é o dài. Vì
thế nên dùniĩ m áy đ ào đất đá m à k h ôn " d ìin í ph ương pháp kh oan nô đ ể đào. Khi dùng
phirơng pháp khoan n ô đ ể đ ào, cần phải n g h iêm khắc tiến hành k h ố n g c h ế nô phá dù ng cách
đào tiết diện lớn; căn c ứ loại đất đá, ph ương pháp đào, điều kiện c h e c h ố n g lựa ch ọ n họp lý
chiều dài đà o sâu m ột tuần hoàn; đ ố i với đất đá tự ôn định kém ch iều dài đ ào sâu tuần hoàn
nên imắn lại; v iệc c h e ch ố n g phải khẩn trương th eo kịp mặt đào, rút n aắn thời íĩian đê đái ctú
bị b o n g rời kh ôn g ch e ch ốn g.
- Phun neo sớm: sau khi đào xong cần che chống phun neo thời kỳ đầu, làm cho ứng

suất đất đá đi và o trạ na thái k h ố n g c h é ổ n định. L à m như thế, m ộ t m ặt là ta k h ô n g đ ế ch o đất
đá hiến dạnu quá đ ộ m à sinh ra sụt lở m ất ổn định; c ò n m ột mặt khác là m c h o đất đá phát 11'iòii
biến dạng vừa phai, đê phát hu y đ ầy đủ năng lục tự ch ịu tải củ a m ình. K hi cần thiết c ó thê có
biện pháp ch e c h ố n g trước.
- Chăm clìiì đ o d ạ c : lấy p h ư ơ n g p h áp đo đạc bằnỉĩ máy hoặc trực q u an và so liệu đo dạc

báo dám đê đánh tỉiá trạng thái ổn định của đát đá (hoặc đất đá đã được íỉiíi cố hoặc phán đo un

xu the phát triôn d ộ n s thái củ a ch ú n g , nhằm đ ể điều ch ỉnh kịp thời hình thức c h e chốiìii,
phirưng pháp đào bới, bao đ ả m thi c ô n g được tiến hành thuận lợi và an toàn. Đ o đạc trắc địa

là một tiêu chí quan 11011« của lí luận hầm và c ô n g trình n g ầ m hiện đại, là biện pháp đê nắm
vữnq quá trình thay dôi đ ộ n g thái củ a đất đá và là căn cứ, số liệu đê tiến hành thiéi kế. thi cô n g
c ô n g trình.
- Nhanh chóng kliép kín: một mặt là chỉ phải dùng biện pháp cho cliónẹ bang phun hè

lôiiỉi n ẹ a y , tránh c h o đất đã bị b ó c trần dài ngày bị g iả m sút cư ờ n g đ ộ và tính ôn định, nhắt là
đối với địa tầng m ề m yếu dễ bị p h o n g hóa; cò n mặt khác trọng y ếu hơn là nếu kịp thời che
ch ốim bịt kín thì k h ôn g chỉ ngăn k h ô n g c h o đất đá biến dạnsi m à cò n làm c h o lớp c h e ch ốn ụ và
tầng đất ở và o trạ 112 thái c ộ n g đ ồ n g hợp tác ch ịu lực tốt với nhau.
2.4. CÔNG TÁC ĐÀO HẦM
Thi c ô n 2 đường hầm là phải đào lấy đi khối đất đá trong phạm vi 1ÒI1ÍỈ hầm và hết sức L’iữ

đ ộ 011 định đất đá tron" đường hầm . N h ư vậy, c ô n g tác đào là quan trọng nhắt tron s thi cõiìiĩ
đường hầm và là côn" tác mấu chốt. Trong quá trình đào đường hầm đất đá cỏ ổn định hay
khỏiiii, chủ yếu là do điều kiện địa chất công trình của bản thân đất đá, nỉum s việc đào đất đá

cũ n g có ảnh hưởng trục tiếp và trọng y ếu đến trạng thái ổn định củ a đất đá xun 2 quanh. Vì 1110,
imuyên tắc căn bủn của c ô n 2 tác đào hầm là: trên cơ sở bao đảm ổn định đất đá xun" quanh
26


lu>ặ'C ciám thiếu lay độiiíi đến đất đá vây quanh, lựa chọn phương p háp đào và ph ư ơnc thírc tiến

s;iu, tìm mọi cách nâng cao tiến độ đào sâu.
Mục này chủ yếu sziới thiệu phương pháp thi cõng đào hầm, phương pháp đào tiến sâu và
năuycn tắc lựa chọn chúng, cùng với việc siới thiệu tương đối chi tiết phương thức đào sâu
b ầ a g khoan lỗ no phá.

2.4.1. Phương pháp đào hầm
"Trong lỉii cônsĩ đường hầm, phương pháp đào là một trong nhữnc nhân tố trọn 2 vểu anh

hườn ỉ đen đất đá vây quanh, v ì thế, khi lựa chọn plurơns pháp đào càn tiến hành phân tích
lốn " hợp các nhân tố có liên quan như: hình dạng mặl cắt dường hẩm to hay nhỏ, điều kiện địa
cliất CÔ11" trình của đất đá xung quanh, điều kiện che chống, yêu càu về thời hạn , chiều dài
CÔIUỈỊ trườn", năng lực c ơ giớ i được trang bị, tính kinh tế v.v... trên c ơ s ở phân tích đó lựu chọn

dê dÍMiì plurơns pháp đào thích đáng. Nhất là điều kiện che chống thích ứníí với nó.
Phươiìỉi pháp đào đường hầm thực tế là chỉ phương pháp đào hầm thành hình. Theo tình
h ìn h các bộ phận mặt cắt đường đào có thể chia ra làm: phương pháp đào toàn mặt cắt,
phương pháp đào bậc thang, phương pháp đào từng bộ phận.

ỉ. Plutmig pháp đào toàn mặt cắt
?huơníí pháp đào loàn mặt
cắt (l ình 2.2) là chì cách Iheo thiết
kế đcO toàn mặt cắt đõ hình thành
luum.
Ưu khuyết điểm của phương
ptúipđùo toàn mặt cắt:
.1) Đào toàn mặt căt có không
g ia n công tác tương đối lớn thích

Hình 2.2. Phương pháp đào toàn mặt cắt
/. Dát, loàn m ị t c ắ t ; 2. Che chống bàng phun neo; 3. Vó bẽ lỏng

h ợ p với thi công cơ giới hóa đồns bộ loại lớn, tốc độ thi công tươno đối nhanh và do chỉ có
m ọ t mặt công tác nên rất tiện cho tế chức và quan lí thi công. Nói chung, nên tăng cuxrna sử
tlụ.ní phươne pháp đào toàn mặt cắt. Nhưng, mặt đào tương đói lớn, tính ổn định của đát đá
liiun thấp, và mỗi lượng tuần hoàn côn" tác lươníi dối lớn vì vậy yêu cầu nãnỉỉ ỉực dao, nărra
lực >uất đất đá và năng lực che chốns tirưna írnsi tương đối mạnh.
b)

Sứ dụng đào toàn mặt cắt sẽ có được tỉ số thước đào mặt cắt khá lớn (tức tỉ số giữa diện

lích mạt cắt và số thước đào sâu) có thê dạt đirợc hiệu quả nổ phá khá tốt, vả lại só lần chấn
Jộ>ni, đối với đắt đá xung quanh tirơns đối ít, có lợi cho ổn định đất đá. Nhưn», cườim độ mỗi
lan ihấn độnii khá mạnh, vì thế yêu cầu k hống chế chặt chẽ thiết kế nổ phá, nhất là dổi với

vùiiụ đắt đá có tính ôn định tương đôi kém.
DÙI1 ÍI phương pháp đào toàn mặt cắt cần chú ý các việc sau: