3 3 thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm

3.3 Thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm
3.3.1

Đại cương

ĐIỀU 38 Đại cương
(1) Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để giữ ổn đònh ngay sau khi khai đào xong
do tạo ra một kết cấu vững chắc kết hợp với đất đá xung quanh. Nơi nào sự dòch chuyển của
đất đá có thể gây ra tác động đến đất mặt hoặc các kết cấu xung quanh thì phải áp dụng hệ
thống chống đỡ đường hầm phù hợp không có bất kỳ tác động bất lợi nào đến đất mặt hoặc
các kết cấu xung quanh.
(2) Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để bảo đảm thực hiện an toàn và có hiệu
quả tất cả các hoạt động trong đường hầm.
[Giải thích]
(1) Nói chung, những thành phần của hệ thống chống đỡ đường hầm là bê tông phun, neo đá
và các hệ thống chống đỡ bằng thép. Nơi nào các điều kiện đất đá không thuận lợi hoặc có
có những điều kiện đặc biệt (ví dụ có nhà hoặc các công trình trên mặt đất với lớp đất đá phủ
rất mỏng) thì lớp bê tông vỏ hầm được xem là một phần của hệ thống chống đỡ đường hầm.
Vấn đề cơ bản là phân tích các đặc điểm của mỗi thành phần của hệ thống chống đỡ
và dùng riêng từng thành phần hay phối hợp với nhau để thiết kế một hệ thống chống đỡ
đường hầm hiệu quả.
ĐIỀU 39 Xác đònh loại hệ thống chống đỡ đường hầm
Xem xét kỹ lưỡng các đặc điểm của điều kiện đất đá và phương pháp xây dựng đường
hầm là cần thiết để thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm. Dựa trên các điều kiện đất đá
chọn các thành phần của hệ thống chống và xác đònh loại hệ thống chống đỡ.
[Giải thích]
Hệ thống chống đỡ đường hầm phải sử dụng có hiệu quả những tính chất chống đỡ
vốn có của đất đá gốc. Để thiết kế hệ thống chống đỡ hiệu dụng cần phải đánh giá tất cả các


điều kiện đất đá như đòa lý, đòa chất, các đặc điểm vật lý, chiều sâu tầng đất đá phủ, khả

năng có dòng nước chảy vào, các mặt cắt khai đào đường hầm, hạn chế về độ lún bề mặt,
phương pháp đào đường hầm, v..v..
Các điều kiện đòa chất ở Nhật thường thay đổi và phức tạp, khó dự báo những điều
kiện đất đá chính xác trước khi khai đào, cũng khó thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm
phù hợp trước khi đào đường hầm.
Do đó, các hệ phân loại đất đá theo các chỉ số đòa chất phù hợp là những yếu tố quan
trọng để thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm. Trước khi khai đào đường hầm, cần phải
xác đònh các mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm là những cách phối hợp của bê tông
phun, neo đá hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép đối với mỗi hệ phân loại đất đá. Dùng
những mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm như trên làm thiết kế sơ bộ của hệ thống
chống đỡ đường hầm.
Trong quá trình đào đường hầm sẽ tiến hành thẩm đònh thiết kế sơ bộ này thông qua
quan trắc và theo dõi, nếu cần thì thay đổi, và sẽ được một thiết kế phù hợp của hệ thống
chống đỡ đường hầm đối với điều kiện đất đá.
Xem xét chức năng của từng thành phần của hệ thống chống đỡ đường hầm là điều
quan trọng để phối hợp các thành phần đó như bê tông phun, neo đá và hệ thống chống đỡ
bằng thép (nếu dùng).
Bảng* 3.2 giới thiệu những hạng mục để chọn các thành phần của hệ thống chống đỡ.
Thường thiết kế hệ thống chống đỡ theo cách sau:
1)

Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn,

2)

Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự,

3)

Áp dụng phương pháp giải tích.

1) Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn
Cần phải có kỹ năng và kinh nghiệm cùng với số liệu xây dựng đường hầm để xác đònh
các mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm. Sẽ là thuận lợi và thiết thực để quyết


đònh những mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm dựa trên các mô hình tiêu chuẩn
của hệ thống chống đỡ được xác đònh bằng các số liệu của đường hầm đã xây dựng.
Bảng* 3.3 giới thiệu các mô hình tiêu chuẩn của hệ thống chống đỡ hầm đường bộ.
2) Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự
Khi các điều kiện thiết kế như điều kiện đất đá hoặc mặt cắt đường hầm tương tự nhau thì
có thể thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm theo ví dụ tương tự đó. Trường hợp này yêu
cầu những nội dung sau:
i)

thu thập mọi thông tin về đường hầm đã xây dựng như đòa chất, phương pháp đào
đường hầm trong thời gian xây dựng, và đo đạc và quan trắc theo dõi, v..v..

ii)

phân tích, đánh giá những thông tin trên đây, đối chiếu với tất cả kết quả khảo
sát.

iii)

thêm những phân tích mới vào các mô hình của hệ thống chống đỡ của ví dụ đã
dùng, xác đònh các mô hình phù hợp của các hệ thống chống đỡ đường hầm.

Bảng* 3.2. Những hạng mục để chọn các thành phần của hệ thống chống đỡ
(mặt cắt khai đào 20 – 100 m2)

Đá cứng

Đứt gãy - Đá rơi
nhỏ





Bê tông vòm ngược

haiCó lớp bê tông thứ

Vì thép

Đặc
điểm

của
hệ
thống
chống
đỡ

Neo đá

Loại đá

đích

Bê tông phun

Mục

Thành phần của hệ thống
chống đỡ
Bê tông
vỏ hầm

Phương
pháp
phụ

Ghi chú

Không có ứng suất
khi tác động lên bê
tông vỏ hầm


Đứt gãy
nhỏ
(không
có
khoáng
vật sét)
Thường
có nứt nẻ

- Đá rơi
- Áp lực
đất đá bò
tơi

Đá mềm

- Đá rơi
- Áp lực
đất đá bò
tơi
- Áp lực
của đất
đá - Đá rơi

Đất
lớn
ếu tố
tin cậy
Đất đá
nhỏ
ếu
tin cậy
Đất đá

- Áp lực
đất đá bò
tơi
- Áp lực
tố của đất

- Áp lực
đất đá bò
rất nhỏ
tơi
- Áp lực
ếu tố của đất
tin cậy





















Có thể dùng vì thép

cho mặt gương phần
vòm







Ổn đònh
mặt gương
(Mặt
gương và
vòm hầm)

Bảo đảm các điều
kiện tốt cho bề mặt
bên dưới, cần có bê
tông vòm ngược cho
trường hợp bùn kết
Bê tông vòm ngược
cần thiết lập sớm













Bảo đảm các điều
kiện tốt cho bề mặt
bên dưới, bê tông
vòm ngược được ưa
chuộng

Ổn đònh
gương
(mặt
gương)

- Thiết lập sớm các
mặt cắt kín
- Bê tông phun tính
năng cao
- Quan trắc biến dạng
lún
- Giới hạn cho phép
chuyển dòch cuối
cùng


Đất đá bò ép - Áp lực
vắt
đất đá bò

tơi
- Áp lực
của đất
- Áp lực
ép vắt

Đất đá không - Áp lực
bền vững (đất đất đá bò
đá phủ ít)
tơi
- Lún bề
mặt





















Ổn đònh
mặt gương
(Ổn đònh
mặt gương
và gia cố
chân
tường
hầm)

Ổn đònh
mặt
gương,
bảo vệ lún
bề mặt và
kết cấu kề
bên

- Thiết lập sớm các
mặt cắt kín
- Bê tông phun tính
năng cao
- Lớp bê tông vỏ hầm
thứ hai là thành phần
của hệ thống chống
đỡ
- Theo dõi lún do
biến dạng

- Giới hạn cho phép
chuyển dòch cuối
cùng
- Thiết lập sớm các
mặt cắt kín
- Lớp bê tông vỏ hầm
thứ hai là thành phần
của hệ thống chống
đỡ


3) Áp dụng phương pháp giải tích
Nơi nào xem ra khó áp dụng cách 1) và 2) nêu trên, như trong các trường hợp sau đây, thì
việc thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm có thể xác đònh bằng phương pháp giải tích.
i) Khi dự kiến gặp những điều kiện đất đá đặc biệt, ví dụ áp lực lớn của đất
lên đường hầm, biến dạng lớn bất thường, v.v…
ii) Khi các mặt cắt khai đào đường hầm rất đặc biệt,
iii) Khi khó tìm được những đường hầm tương tự làm ví dụ vì những điều kiện đặc
biệt.


ĐIỀU 40

Thay đổi hệ thống chống đỡ

Kết quả quan sát và theo dõi đo đạc trong quá trình đào đường hầm cho thấy rằng thiết
kế hệ thống chống đỡ đường hầm không phù hợp thì phải thay thế ngay thiết kế đó.
[Giải thích]
Điều quan trọng là phải đánh giá chính xác tất cả thông tin theo dõi quan trắc kể cả
việc quan sát gương đào và dùng kết quả đánh giá đó để thiết kế hệ thống chống đỡ nhằm

mục đích thực hiện việc xây dựng đường hầm an toàn, kinh tế và hiệu quả. Ở chỗ nào thấy
rằng cần thay đổi hệ thống chống đỡ đường hầm để điều chỉnh theo sự thay đổi liên tục của
điều kiện đất đá thì không được chậm trễ trong việc thực hiện những thay đổi đó.
Xem xét thay đổi hệ thống chống đỡ đường hầm trong hai trường hợp sau:
1) Các thay đổi thiết kế ban đầu của hệ thống chống đỡ dùng cho khu vực không khai đào
theo những thông tin quan sát và theo dõi quan trắc.
2) Các thay đổi thiết kế ban đầu của hệ thống chống đỡ dùng cho khu vực khai đào vì gặp
biến dạng không thể dự kiến trước hoặc một điều tương tự đòi hỏi phải có các biện pháp
ổn đònh đất đá hoặc bảo vệ môi trường xung quanh.
Trong Bảng* 3.4 là những thay đổi và các biện pháp đối phó tương ứng.

Bảng* 3.4 Những thay đổi chính
Những thay đổi
i) Thay đổi trong phạm vi mô

•

Các biện pháp xử lý tiêu biểu
Thay đổi bề dày lớp bê tông phun

hình hệ thống chống đỡ gốc

•

Dùng bê tông phun tính năng cao

•

Thay đổi chiều dài và số lượng neo đá

•
•

Thay đổi khoảng cách của vì thép
Ổn đònh gương hầm (neo gương)

•

Thoát nước (lỗ khoan thoát nước, v..v..)

•

Chống lún bề mặt (đóng cọc trước)

•

Bảo vệ kết cấu kề bên (hệ thống chống đỡ có độ

ii) Áp dụng phương pháp phụ


iii) Thay đổi loại đất đá
iv) Thiết lập mặt cắt kín

•
•

cứng cao hơn, thành kiểu màng, v..v..)
Thay đổi mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm
Sớm đặt bê tông vòm ngược.

•

Tạm thời thiết lập mặt cắt kín bằng bê tông phun
vòm ngược.

v) Thay đổi phương pháp khai

•

Dùng lớp bê tông vỏ hầm tính năng cao

•
•

Bê tông vỏ hầm dự phòng
Chuyển sang phương pháp đào phần vòm trên (gồm

đào (cách thay đổi thông
thường là từ toàn gương với

cả cắt theo vòng chừa lõi)
•

bậc nhỏ sang các phương pháp

Chuyển sang phương pháp khai đào bằng hầm dẫn
trước

khác)

vi) Thay đổi mặt cắt khai đào

•
•

Chia thành nhiều mặt cắt
Thay đổi bề dày lớp bê tông vỏ hầm

thiết kế

•

Thay đổi giá trò biến dạng cuối cùng cho phép

•

Thay đổi hình dạng mặt cắt khai đào

3.3.2

Bê tông phun

ĐIỀU 41

Đại cương

Xem xét các điều kiện đất đá, mục đích sử dụng và khả năng chống đỡ để thiết kế lớp
bê tông phun đạt chức năng đầy đủ của một thành phần trong hệ thống chống đỡ đường hầm.
[Giải thích]
Bê tông phun là một thành phần thường sử dụng nhất của hệ thống chống đỡ đường

hầm và có những đặc điểm sau:
i)

Sau khi khai đào phải tạo lớp bê tông phun ngay lập tức,

ii)

Lớp bê tông phun gắn với bề mặt đất đá,

iii)

Tạo ra lớp bê tông phun theo mọi kích thước và hình dạng của đường hầm.

Trong Bảng* 3.5 liệt kê nhưng tác dụng của bê tông phun.
Bảng* 3.5. Những tác dụng của bê tông phun


ĐIỀU 42

Cường độ nén của bê tông phun

Cường độ thiết kế của bê tông phun được xác đònh có tính đến mục đích sử dụng và
các điều kiện đất đá.
[Giải thích]
Cường độ thiết kế của bê tông phun thường áp dụng là 18 Mpa. Sau 28 ngày, giá trò
này gần bằng cường độ của bê tông vỏ hầm. Một trong những mục đích của bê tông phun là
nhằm làm cho đất đá ổn đònh sớm hơn, vì vậy cần phải xác đònh cường độ ngắn hạn và độ
bền lâu dài đối với cường độ thiết kế dựa trên những điều kiện đất đá và mục đích sử dụng.

ĐIỀU 43

Hỗn hợp bê tông phun thiết kế

(1) Thiết kế hỗn hợp bê tông phun để nhận được các tính chất cần thiết là cường độ, độ
bền, “không rò nước”, sự liên kết và khả năng thực hiện.
(2) Xác đònh hỗn hợp thiết kế của bê tông phun trên cơ sở cường độ yêu cầu hoặc
cường độ thiết kế của bê tông có tính đến các điều kiện đòa điểm.
[Giải thích]
(1) Khi thiết kế hỗn hợp bê tông phun cần phải xem xét và xác đònh đúng đắn tỷ số
nước – xi măng (W/C), tỷ số cát – cốt liệu thô (S/A), kích thước lớn nhất của cốt liệu thô
(Gmax), lượng xi măng trong một đơn vò, quy cách của phụ gia, lượng nước trong một đơn vò.
1) Tỷ số nước – xi măng (W/C)
Tỷ số nước – xi măng thay đổi tùy theo phương pháp sử dụng đã chọn. Nói chung, tỉ
số này là giữa 50 - 65% khi sử dụng ướt, giữa 45 - 55% khi sử dụng khô.
Trong cả hai trường hợp, lượng xi măng trong một đơn vò là 360 kg cho 1m 3 nước. Ở
Nhật, lượng xi măng trong một đơn vò hơi quá một chút để đáp ứng cường độ thiết kế 18 Mpa
sau 28 ngày. Tuy nhiên, việc xác đònh lượng xi măng trong một đơn vò dựa trên số liệu triển
khai thực tế có tính đến cường độ ban đầu, sự liên kết, sự rơi vãi, bụi và khả năng bơm hỗn
hợp vật liệu.
2) Tỷ số cát – cốt liệu thô (S/A)
Đối với loại bê tông thường, cường độ của bê tông phun tăng tỉ lệ với môđun cỡ hạt
của cốt liệu thô. Sử dụng cốt liệu thô cỡ lớn hơn có thể gây ra tỉ lệ rơi vãi lớn hoặc là vấn đề
bơm bê tông phun, vì vậy sử dụng cốt liệu thô cỡ lớn hơn không khả thi. Thông thường, kích
thước lớn nhất của cốt liệu thô là (Gmax) dùng cho bê tông phun là 10 mm hoặc 15 mm.
3) Chất phụ gia cho bê tông phun
Phụ gia chủ yếu dùng cho bê tông phun là chất làm đông cứng. Liều lượng chất làm
đông cứng khoảng 5-8% trọng lượng xi măng theo phương pháp sử dụng ướt, tuy nhiên liều
lượng này có thể tăng lên tùy các điều kiện tại vò trí làm việc hoặc lưu lượng nước.
(2) Không giống như loại bê tông thường, cường độ của bê tông phun chòu ảnh hưởng

lớn bởi các điều kiện tại vò trí làm việc, do đó cường độ thay đổi lớn hơn so với bê tông
thường. Đề nghò xác đònh cường độ của hỗn hợp bê tông dựa vào số liệu của những trường
hợp đã có trong quá khứ và/hoặc những thí nghiệm hỗn hợp bê tông trước khi sử dụng nhằm
đáp ứng cường độ yêu cầu của các kết cấu.
Bọt silic cũng là một phụ gia có thể dùng để cải thiện cường độ, tính không rò nước,
độ bền của bê tông phun, và cũng cải thiện khả năng thực hiện như giảm tỉ lệ rơi vãi.


ĐIỀU 44 Bề dày thiết kế của bê tông phun
Xác đònh hợp lý bề dày thiết kế của bê tông phun sau khi xem xét các điều kiện đất
đá, mục đích sử dụng và diện tích mặt cắt ngang của đường hầm.
[Giải thích]
Bề dày thiết kế của bê tông phun có thể giảm ở nơi nào không có áp lực của đất đá
trong điều kiện đá cứng và ở nơi phải sử dụng bê tông phun để đề phòng đá rơi hoặc các
khối đá bò trượt. Bề dày thiết kế của bê tông phun phải lớn hơn để tăng khả năng chòu tải và
độ cứng của hệ thống chống đỡ đường hầm ở những nơi gặp áp lực lớn của đất đá hoặc bò
biến dạng lớn trong đất đá bò ép vắt, hoặc ở những nơi đất đá có khả năng chòu tải nhỏ hoặc
khả năng chòu biến dạng thấp trong đất đá không bền vững; hoặc ở những nơi phải giảm đến
tối thiểu sự lún đất đá với tầng đất đá phủ mỏng.
ĐIỀU 45

Gia cố bê tông phun

Nơi nào cần gia cố bê tông phun thì sẽ xem xét kỹ lưỡng vật liệu và phương pháp gia
cố.
[Giải thích]
Thông thường, việc gia cố bê tông phun với lưới thép hàn hoặc sợi thép sẽ được xem
xét ở nơi nào có yêu cầu về độ bền kéo hoặc độ bền dai đối với bê tông phun. Trong một số
trường hợp loại hỗn hợp bê tông cường độ cao hoặc gia cố kết cấu bằng phối hợp với vì thép
cũng được xem xét.

1) Lưới hàn
Sử dụng lưới hàn với mục đích cải thiện độ bền cắt và độ bền liên kết. Lưới hàn cũng
được sử dụng để bảo vệ vật liệu không sụt khỏi bề mặt, cải thiện độ bền dai của bê tông
phun sau khi xảy ra một vết nứt. Trong Bảng* 3.6 giới thiệu tiêu chuẩn kỹ thuật của lưới thép
hàn.
Bảng* 3.6. Tiêu chuẩn lưới hàn (JIS G 3551) (đơn vò: N/m2)
Tiết diện lỗ
Đường kính
φ 6,0 mm
φ 5,0 mm
φ 4,0 mm
φ 3,2 mm
2) Sợi thép

100 × 100 mm

150 × 150 mm

46,0
31,9
20,4
13,1

30,6
21,3
13,6
8,8


Sử dụng bê tông gia cố bằng sợi thép có hiệu quả ở chỗ có dự báo xảy ra ứng suất

phức tạp hoặc biến dạng lớn tại lối vào đường hầm hoặc các chỗ giao nhau. Bê tông phun có
sợi thép có những đặc điểm sau đây:
i)
Độ bền kéo, uốn và cắt cao,
ii) Độ bền tàn dư cao khi vượt quá độ bền kéo cực đại,
iii) Cực kỳ bền dai, và để chuyển ứng suất kéo sau khi xuất hiện vết nứt,
iv) Cực kỳ mềm dẻo,
v) Có tính bền chống va đập, đóng băng và băng tan.
Giản đồ H*.3.3 cho thấy rằng không có khác biệt gì lớn về cường độ nén của bê tông và
bê tông cốt sợi thép. Ngược lại, bê tông cốt sợi thép có cường độ cắt, cường độ uốn và
cường độ kéo lớn hơn bê tông thường. Hơn nữa, giản đồ H*.3.4 còn cho thấy rằng bê tông
cốt sợi thép có một ưu điểm mà bê tông thường không có. Đó là sau khi xuất hiện vết nứt
trong bê tông, cường độ vẫn còn đáng kể cho đến khi bê tông bò phá hủy hoàn toàn. Bê
tông cốt sợi thép có ưu thế vì bền dai.
Sợi thép thường dùng có chiều dài 25 mm, đường kính 0,6mm và tỉ số chiều dài/đường
kính khoảng 40 – 60. Lượng sợi thép dùng cho hỗn hợp thường là 0,75 – 1% theo thể tích.
Trong Bảng* 3.7 là một ví dụ hỗn hợp thiết kế tiêu biểu của bê tông cốt sợi thép.


3.3.3

Neo đá

ĐIỀU 46

Đại cương

Các neo đá được thiết kế có tính đến các điều kiện đất đá, mục đích sử dụng, tác
dụng mong muốn và khả năng thực hiện.
[Giải thích]

Neo đá liên kết với cấu tạo của đất đá có chức năng chống đỡ, vì vậy xem xét cẩn
thận sự xê dòch của đất đá để xác đònh cách bố trí neo đá, chiều dài, đường kính, kiểu liên
kết và vật liệu. Trong Bảng* 3.8 giới thiệu những tác dụng của neo đá.
ĐIỀU 47

Kiểu liên kết của neo đá

Xác đònh kiểu liên kết của neo đá dựa vào sự xem xét mục đích sử dụng neo, điều
kiện đất đá và khả năng thực hiện.


[Giải thích]
Có rất nhiều dạng neo đá. Có thể phân loại neo đá thành ba kiểu chính theo kiểu liên
kết: kiểu liên kết hoàn toàn, kiểu ma sát và kiểu trung gian.
Khi đá rất giòn dễ vỡ như đá không bền vững hoặc trong bờ nghiêng dốc của khu vực
hình nón, đôi khi khó cắm được neo đá vào lỗ khoan. Trong những trường hợp đó cần xem
xét sử dụng loại neo đá tự khoan lỗ.
Bảng* 3.8. Khái niệm về các tác dụng bắt neo đá vào đá


ĐIỀU 48

Các kích thước và bố trí neo đá

Thiết kế các kích thước và bố trí neo đá theo sự xem xét mục đích sử dụng neo, các
điều kiện đất đá và mặt cắt ngang của đường hầm.
[Giải thích]
1) Bố trí neo đá
Về nguyên tắc, neo đá được phân bố với mong muốn là để gia cố khu vực bò ảnh
hưởng bởi việc khai đào đường hầm. Thông thường, sử dụng neo đá phù hợp với cách bố trí

đã quy đònh khi thiết kế có tính đến các điều kiện đất đá.
Hình* 3.5 giới thiệu một vài ví dụ tiêu biểu về cách bố trí neo đá trong những điều
kiện đất đá khác nhau.

H*.3.5. Những cách bố trí neo đá tiêu biểu
2) Chiều dài và đường kính của neo đá
Việc xác đònh chiều dài của neo đá phụ thuộc vào những tác dụng dự kiến của neo
đá. Nơi nào dự kiến neo đá có “Tác dụng treo” khối đá hoặc “Tác dụng làm xà hỗn hợp” thì
phải lắp neo đá quá vùng đất đá bò tơi. Nơi nào dự kiến có “Tác dụng chòu tải”, “Tác dụng
vòm đất đá” hoặc “Tác dụng gia cố đất đá” thì cần bảo vệ đất đá bò biến dạng và chống lại
ứng suất của đất đá bằng độ bền kéo của neo đá. Vì vậy việc xác đònh chiều dài cần thiết
của neo đá là để có đủ lực liên kết. Đường kính của neo đá thường từ 21 – 25 mm.


ĐIỀU 49

Vật liệu và độ bền của neo đá

(1) Vì chất lượng, neo đá phải có độ bền cần thiết và tính giãn dài.
(2) Các tấm đỡ và ốc vặn là những thành phần của neo đá phải có đủ độ bền.
[Giải thích]
Bảng* 3.9 giới thiệu những tính chất lý học của tất cả kiểu neo đá liên kết.
ĐIỀU 50 Vật liệu liên kết
Vật liệu liên kết là loại có thể đạt được khả năng liên kết.
[Giải thích]
Việc chọn lựa vật liệu liên kết có tính đến các điều kiện đất đá và mục đích của neo
đá là để đủ lực liên kết trên suốt chiều của phần neo. Những điều kiện cần thiết của vật liệu
liên kết là sức bền liên kết cao trong thời gian ngắn cũng như dài, độ bền và sự chắc chắn
của vữa xi măng.
Bảng* 3.9. Các tính chất lý học của neo đá

(Tất cả các kiểu liên kết và kiểu kéo dài)
Kiểu neo đá

MÃ

Neo xoắn

STD 510 *1

Thép gai
Thép toàn ren
Ống thép co giãn

SD 354*1
SD 295*2
SS 1232*3

Đường
kính
danh

TD21
TD24
D25
D22
37 T2
37 T3

Tính chất lý học
(phần ren)

Ứng suất
Độ bền
chảy
đứt
(kN)
(kN)
153,9
207,8
179,3
242,1
120,5
172,5
113,7
185,2
-

Tính chất lý học
(phần thân bu lông)
Ứng suất
Độ bền
chảy
đứt
(kN)
(kN)
188,2
252,8
226,4
305,8
173,5
247,9

120
140
180
200

*1 : JIS M 2506 –1992
*2 : theo JIS M 2506 – 1992 thép toàn ren là thép gai
*3 : theo Tiêu chuẩn công nghiệp Thụy Điển
Những vật liệu liên kết tiêu biểu là vữa xi măng, sữa xi măng và nhựa, v..v.., trong số
đó vữa xi măng tiền chế (trộn với xi măng đông cứng sớm, phụ gia và cát mòn) được sử dụng
rộng rãi. Nhựa đóng thành viên nang, khi trộn với neo đá trong lỗ khoan nhựa sẽ biến đổi
hoá học để hoá cứng.
Có hai phương pháp trám vữa xi măng: trám trước khi đưa neo đá và bơm vữa xi
măng sau khi đưa neo đá vào. Để xác đònh phương pháp bơm vữa xi măng phải xem xét kỹ
điều kiện đất đá, điều kiện dòng nước chảy vào, v.v…


3.3.4

Hệ thống chống đỡ bằng thép

ĐIỀU 51

Đại cương

Kỹ sư thiết kế dùng hệ thống chống đỡ bằng thép theo điều kiện đất đá, có tính đến
mục đích, tác động có thể xảy ra, hiệu quả làm việc, hiệu quả kinh tế và các yếu tố khác.
[Giải thích]
Hệ thống chống đỡ bằng thép được lắp đặt sao cho đất đá có thể thực hiện chức năng
như với hệ thống chống đỡ bằng bê tông phun, neo đá và các phương tiện chống đỡ khác.

(1) Ổn đònh sớm gương hầm
Hệ thống chống đỡ bằng thép làm việc có hiệu quả trong đất và khối đá bò nứt nẻ với
thời gian tự đứng vững của gương ngắn trước khi bê tông phun và neo đá bảo đảm cường độ.
(2) Gia cố bê tông phun
Ngay sau khi xây dựng, môđun biến dạng và cường độ của bê tông phun tương đối
thấp, vì vậy cần phải dùng hệ thống chống đỡ bằng thép (theo điều kiện đất đá) cùng với bê
tông phun để cải thiện độ cứng và cường độ của hệ thống chống đỡ bằng thép và các phương
tiện chống đỡ khác.

(3) Điểm tựa chống đỡ của thanh chống thép đỡ áp lực vòm trần
Để khai đào một gương không ổn đònh, có thể thi công thanh chống thép đỡ áp lực
vòm trần (ví dụ thanh bê tông cốt thép gân, ống thép, chồng lá thép) bằng một phương pháp
phụ để chống đỡ đất đá ở phía trước gương.
Hệ thống chống đỡ bằng thép cần thiết cho những trường hợp trên H*.3.6 để làm
điểm tựa cho thanh chống thép đỡ áp lực vòm trần.

H*.3.6. Ví dụ về sử dụng hệ thống chống đỡ bằng thép làm điểm tựa
chống đỡ của thanh chống thép đỡ áp lực vòm trần


ĐIỀU 52

Hình dạng của hệ thống chống đỡ bằng thép

Kỹ sư thiết kế sẽ xác đònh hình dạng của các hệ thống chống đỡ bằng thép cho hợp với
hình dạng mặt cắt ngang khai đào, hợp lý đối với điều kiện đất đá, tải trọng tác động và các
điều kiện khác, và bảo đảm hiệu quả cao khi làm việc.
[Giải thích]
Hình dạng của hệ thống chống đỡ bằng thép bao gồm: phần vòm trên, phần nửa trên
và nửa dưới và tất cả vùng xung quanh như trên H*.3.7. Cần xác đònh hình dạng có tính đến

các điều kiện đất đá, kích thước và hướng tác động của tải trọng, phương pháp xây dựng và
các yếu tố khác.
Hình dạng chung của hệ thống chống đỡ bằng thép thường là một võng tròn, càng ít
dùng càng tốt mọi hình dạng gây ứng suất dư cho đất đá và hệ thống chống đỡ.
Mở rộng tấm bệ chân cột và sử dụng nhiều tấm lót chân là những biện pháp cần thiết
để kiểm soát độ lún của hệ thống chống đỡ. Hơn nữa, có thể dùng một thiết kế làm tăng
thêm khả năng chòu tải nhờ mở rộng thêm vùng đất đá tiếp xúc bằng phương pháp dùng
thanh chống đỡ nghiêng hình cánh.

H*.3.7. Các hình dạng khác nhau của hệ thống chống đỡ bằng thép
ĐIỀU 53

Mặt cắt ngang và vật liệu làm hệ thống chống đỡ bằng thép

Kỹ sư thiết kế sẽ xác đònh đúng đắn hình dạng và kích thước của hệ thống chống đỡ
bằng thép có tính đến không chỉ tải trọng tác động mà còn bề dày và phương pháp tạo bê
tông phun. Kỹ sư thiết kế sẽ chọn chất lượng của hệ thống chống đỡ bằng thép. Vật liệu làm
hệ thống chống đỡ bằng thép phải có tính dẻo cao và cho phép chế tạo chính xác bằng cách
uốn và hàn.
[Giải thích]
Vật liệu dùng làm hệ thống chống đỡ bằng thép là những dầm giàn thêm vào thép
hình chữ U và chữ H là những loại thường dùng hơn cả. Trường hợp dùng thép chữ U bê tông
phun dễ dàng bám vào phía sau hệ thống chống đỡ. Thép chữ L và ống thép cũng có thể
dùng cho đường hầm đường kính nhỏ. Dầm giàn phối hợp với ba thanh thép gai làm cốt (ví
dụ hệ liên kết giàn) có độ không linh động thấp nhưng kết dính tốt với bê tông phun.
Cường độ phá hoại tiêu chuẩn là 400 N/mm 2 thường được áp dụng cho vật liệu làm hệ
thống chống đỡ bằng thép. Nên dùng cách uốn nguội vì đạt chất lượng cao nhất trong khi gia


công uốn hệ thống chống đỡ bằng thép. Bảng* 3.10 liệt kê các thông số của vật liệu dùng

làm hệ thống chống đỡ bằng thép.
Bảng* 3.10. Ví dụ về thông số của vật liệu thép dùng làm hệ thống chống đỡ bằng thép

ĐIỀU 54

Khoảng cách của các khung chống thép

Kỹ sư thiết kế sẽ xác đònh khoảng cách lắp đặt vì chống thép có tính đến các điều kiện
đất đá, mục đích, phương pháp xây dựng và các yếu tố khác.
[Giải thích]
Khoảng cách lắp đặt vì chống thép sẽ được xác đònh có chú ý đến sự ổn đònh của
gương, cường độ của áp lực đất, kích thước mặt cắt ngang, mục đích dự đònh, phương pháp
khai đào, phương pháp đào hầm và các yếu tố khác. Khoảng cách lắp đặt được thừa nhận là
150 cm hoặc nhỏ hơn.


ĐIỀU 55

Các mối nối hệ thống chống đỡ bằng thép

Kỹ sư thiết kế sẽ xác đònh vò trí và cấu trúc của các mối nối trên hệ thống chống đỡ
bằng thép có tính đến hình dạng của mặt cắt đào, phương pháp xây dựng, độ lớn và sự phân
bố lực trên mặt cắt.
[Giải thích]
Các mối nối trên hệ thống chống đỡ bằng thép có thể trở thành điểm yếu kết cấu
trong các thành phần của hệ thống chống đỡ, vì vậy cần thiết kế vò trí của mối nối và cơ cấu
nối có tính đến hình dạng của mặt cắt khai đào, độ lớn và sự phân bố lực trên mặt cắt. Hệ
thống chống đỡ đất đá phải nối với nhau chắc chắn vì có thể oằn và phá hủy mối nối do bò
uốn, nhất là khi áp lực đất cao tác dụng lên hệ thống chống đỡ đất đá. H*.3.8 giới thiệu mối
nối và chân đế.

H*.3.8. Mối nối và tấm chân đế


ĐIỀU 56

Thanh giằng ngang của hệ thống chống đỡ bằng thép

Kỹ sư thiết kế sẽ lắp đặt thanh giằng ngang lên hệ thống chống đỡ bằng thép.
[Giải thích]
Các thanh giằng ngang sẽ được bắt lên hệ thống chống đỡ bằng thép mới lắp đặt để
giữ cho vì chống không đổ và sẽ được cố đònh bằng bê tông phun. Hơn nữa, sẽ xem xét
cường độ của hệ thống chống đỡ bằng thép trong những trường hợp dự kiến sẽ có ngoại lực
theo hướng đường hầm như trong ĐIỀU 164.
H*. 3.9 là ví dụ về thanh giằng ngang.

H*.3.9. Hệ thanh giằng ngang