7 các PHƯƠNG PHÁP PHỤ đào ĐƯỜNG hầm XUYÊN núi

7. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤ ĐÀO ĐƯỜNG HẦM
XUN NÚI
7.1

Đại cương

ĐIỀU 167 Sử dụng phương pháp phụ
Quyết đònh về sử dụng một phương pháp phụ được đưa ra sau khi
nghiên cứu cặn kẽ mục đích và hiệu quả của phương pháp đó.
[Giải thích]
Phương pháp phụ là một phương pháp xây dựng phụ hoặc đặc biệt được
sử dụng để bảo đảm sự ổn đònh của gương, sự an toàn của đường hầm và để bảo
vệ môi trường trong những trường hợp mà các mô hình chống đỡ thông thường
như neo đá, bê tông phun hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép tỏ ra không đủ
hoặc không có lợi thế.
Những phương pháp phụ dùng phổ biến gồm có các phương pháp dùng
thanh chống thép đỡ áp lực vòm trần, lắp neo ở gương, phun bê tông ở gương,
lò phụ thoát nước, khoan thoát nước, ống gom nước, giếng sâu, phụt vữa, hệ
thống ống chống đỡ phần trên, ống thép lắp phía trước gương và tường phân
cách.


ĐIỀU 168 Vai trò của phương pháp phụ
(1) Trong những trường hợp có nhận xét là cần một phương pháp phụ
trong khi xây dựng đường hầm thì phải chọn một phương pháp phụ phù hợp
sau khi đánh giá độ an toàn của đường hầm, ảnh hưởng của môi trường, tính
hiệu quả, tính kinh tế và sự tương thích với phương pháp đào đường hầm.
(2) Trong những trường hợp có nhận xét rằng kết hợp việc sử dụng một
phương pháp phụ vào thiết kế gốc là hợp lý thì phải áp dụng những biện pháp
phù hợp dựa vào sự đánh giá toàn diện điều kiện đất đá, điều kiện môi trường
và phương pháp xây dựng.

[Giải thích]
Trên H*.7.1 giới thiệu sơ đồ khảo sát, thiết kế và xây dựng khi chọn một
phương pháp phụ.

ĐIỀU 169 Áp dụng phương pháp phụ
Trong những trường hợp áp dụng một hay nhiều phương pháp phụ thì
phải hiểu cặn kẽ đặc điểm của mỗi phương pháp. Những điều kiện đất đá,
điều kiện môi trường được khảo sát dựa vào sự hiểu biết đó. Những chi tiết
như tiến độ và phương pháp xây dựng cũng được xem xét thấu đáo.
[Giải thích]
Rất nhiều phương pháp phụ đã phát triển và đưa vào sử dụng trong thực tế.
Trong Bảng*7.1 tổng hợp tóm tắt những phương pháp phụ đại diện.
1) Ổn đònh gương


Phương pháp đào hầm xuyên núi căn cứ vào khả năng tự chống đỡ của
gương đang đào và vòm hầm cho đến khi lắp xong hệ thống chống đỡ. Trong
những trường hợp mà gương đang đào không thể tự chống đỡ cho đến khi hoàn
thành việc chống đỡ vì các điều kiện đất đá thì phải áp dụng những biện pháp
ổn đònh gương phù hợp để bảo đảm xây dựng an toàn, nhòp nhàng và hiệu quả.


Ghi chú: : phương pháp tương đối phổ biến; : phương pháp sử
dụng tùy hoàn cảnh; * những
biện pháp hoặc là khó thực hiện bằng các máy móc thông thường
để xây dựng hầm và
các phương tiện kiểm soát hoặc là ảnh hưởng lớn đến chu kỳ xây
dựng
2) Kiểm soát dòng nước chảy vào
Nếu dòng nước chảy vào hoặc có thể chảy vào đường hầm tại gương

đang đào thì cần phải cho thoát nước ngầm để ổn đònh gương đang đào và cải
thiện hiệu quả xây dựng.
3) Kiểm soát lún bề mặt


Những phương pháp kiểm soát lún bề mặt trong khi xây dựng đường hầm
gồm có hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, phụt vữa ngang và ống thép lắp
phía trước gương. Khi phải đề phòng việc thoát nước ngầm gây lún bề mặt thì
có thể dùng phương pháp phụt vữa bằng các hóa chất là huyền phù thủy tinh
lỏng hoặc dung dòch thủy tinh lỏng.
4) Bảo vệ những công trình lân cận
Khi đào đường hầm ở khu vực đô thò đôi khi không tránh khỏi những
trường hợp phải thực hiện việc xây dựng gần những công trình hiện có trên mặt
đất như nhà và cầu. Trong những trường hợp như vậy phải áp dụng những biện
pháp đúng và cần thiết để bảo vệ những công trình đó.

ĐIỀU 170 Chọn phương pháp phụ
Khi chọn phương pháp phụ, các quyết đònh được đưa ra sau khi xem xét
kỹ lưỡng mục đích, tính hiệu quả, tính kinh tế của phương pháp có cân nhắc
các yếu tố như điều kiện đất đá, điều kiện đòa điểm và phương pháp xây
dựng chính.
[Giải thích]
Trên H*.7.2 giới thiệu một sơ đồ tiêu biểu để chọn phương pháp xây
dựng phụ dựa trên các điều kiện đòa điểm và mục đích của phương pháp đó.


H*.7.2. Sơ đồ chọn phương pháp phụ trong khi xây dựng

7.2 Phương pháp phụ để xây dựng đường hầm an toàn
ĐIỀU 171 Phương pháp phụ ổn đònh gương

Chọn các phương pháp phụ để ổn đònh gương hầm sau khi xem xét kỹ
lưỡng hiệu quả của mỗi phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm và phương
pháp xây dựng trên cơ sở các kết quả khảo sát liên quan đến điều kiện đất đá
và điều kiện đòa điểm.
[Giải thích]
Nói chung, ổn đònh gương là nói về ổn đònh khu vực gương hầm kể cả
chính gương hầm. Các biện pháp ổn đònh gương có thể được phân loại rộng
thành ba loại: (1) ổn đònh vòm, (2) ổn đònh gương, (3) ổn đònh chân. Ổn đònh
gương liên quan chặt chẽ với dòng nước chảy vào từ khu vực gương, vì vậy
bước đầu tiên cần quyết đònh là có cần áp dụng các biện pháp đối phó với dòng
nước chảy vào hay không.


1) Ổn đònh vòm hầm
i)

Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa

Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa là một phương pháp
phụ dùng các neo, thanh thép hoặc ống thép ngắn hơn 5m cắm vào đất đá xung
quanh vòm trên của hầm như trên H*.7.3(a). Các tác dụng của phương pháp
này là tăng cường độ kháng trượt biểu kiến của vòm và ngăn ngừa đất đá bò tơi
ra ở phía trước gương hầm. Nói chung, các thanh thép gia cố và khoảng cách
giữa các thanh đó và đất đá được bơm đầy bằng xi măng nhão hoặc vữa xi
măng.

H*.7.3. Phương pháp thanh lắp phía trước gương

ii)

Thanh lắp phía trước gương kiểu phụt vữa

Thanh lắp phía trước kiểu phụt vữa là một phương pháp phụ dùng neo và
ống thép dài đến 5 m cắm vào đất đá phía trên và phía trước gương hầm như
trên H*.7.3(b), rồi dùng xi măng nhão hoặc vữa hóa chất đông kết nhanh phụt
vào dưới áp lực để tăng cường sự ổn đònh của vòm trên của hầm.
iii)

Ống thép lắp phía trước gương

Đây là phương pháp gia cố đất đá không ổn đònh như sườn tích, các vùng
nứt nẻ hoặc đất đá không bền vững, những loại đất đá như vậy không tạo ra
hiệu ứng vòm để giảm sự dòch chuyển ở phía trước gương và ổn đònh gương.


Trong phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương, trước khi đào hầm, các
ống thép được cắm vào đất đá theo chu vi phía trên của mặt cắt ngang đường
hầm đã đònh. Dùng xi măng nhão trám chỗ rỗng giữa ống thép và đất đá để bảo
đảm sự tiếp xúc khít chặt giữa hai thành phần đó. Phương pháp thanh lắp phía
trước gương kiểu bơm đầy vữa có thể sử dụng để tăng cường sự ổn đònh đất đá
là một ví dụ. Một ví dụ khác là phương pháp thanh lắp phía trước gương kiểu
phụt vữa gia cố đất đá bằng xi măng nhão hoặc hóa chất phun vào đất đá xung
quanh ống thép và tạo ra một hỗn hợp gia cố gồm ống thép và vật liệu trám.
2) Các phương pháp ổn đònh gương hầm
Những biện pháp ổn đònh gương hầm gồm có phun bê tông hoặc lắp neo
đá tại gương, đào vòng chừa phần giữa và giảm chiều dài vòng đào.
Chiều cao của mỗi gương hầm có thể giảm xuống bằng cách chia mặt cắt
ngang đường hầm thành những đường hầm nhỏ hơn, có thể giảm bớt những yêu
cầu chống đỡ bằng cách rút ngắn thời gian đào để giảm đến tối thiểu thời gian
gương không được chống đỡ.

i)

Phun bê tông phun gương hầm

Trong phương pháp này, bê tông phun lên gương thành lớp dày 3 – 10 cm
ngay sau khi khai đào để tăng thời gian tự đứng vững của gương như trên H*7.4.


ii)

Neo đá ở gương

Mục đích lắp đặt neo đá lên gương là ổn đònh gương hầm bằng cách dùng
các neo đá để chống đỡ một phần hay toàn gương. Phương pháp lắp neo đá lên
gương như trên H*.7.5 càng hiệu quả hơn khi sử dụng phối hợp với phương
pháp phun bê tông lên gương.
Có thể dùng neo đá phụt vữa để tăng cường hiệu quả gia cố gương. Trong
trường hợp đào cơ giới thường dùng neo chất dẻo cốt sợi thủy tinh (FRB – fiber
reinforced plastic) vì dễ cắt.
iii)

Bơm vữa

Bơm vữa là phương pháp ổn đònh gương được phép dùng vật liệu không phải
là hóa chất như xi măng nhão hoặc thủy tinh lỏng để hóa cứng trong đất. Một
trong những mục đích của phương pháp bơm vữa là giảm dòng nước chảy vào
đường hầm do hạ thấp khả năng thấm nước của đất. Một mục đích khác là
bơm vữa vào các nứt nẻ trong đất đá bò nứt nẻ mạnh có thể bò sập để gia cố
đất đá (xem H*.7.6).

3) Các phương pháp ổn đònh chân
i)

Mở rộng chân hệ thống chống đỡ

Phương pháp tăng bề dày của bê tông phun ở chân và phương pháp lắp
thanh chống đỡ nghiêng hình cánh lên chân hệ thống chống đỡ bằng thép
thường được sử dụng để mở rộng vùng chống đỡ của chân chống (xem H*.7.7).
ii)

Vòm ngược tạm tại phần vòm trên của hầm

Vòm ngược tạm tại phần vòm trên của hầm tạo mặt cắt kín cho phần vòm
trên này. Phương pháp này tạo sự ổn đònh chân rất hiệu quả. Tuy nhiên, hiệu
suất làm việc tại bậc cấp giảm vì phải tháo dỡ vòm ngược tạm (xem H*.7.8).
iii)

Lắp đặt neo và đóng cọc gia cố chân

Lắp đặt neo và đóng cọc gia cố chân đòi hỏi lắp đặt neo đá hướng xuống
dưới và/hoặc các ống thép đường kính nhỏ nhằm mục đích giảm sự tập trung
ứng suất trong vùng đất đá tiếp xúc của hệ thống chống đỡ nền phần vòm
trên hoặc để ngăn ngừa sập đất đá khi đào bậc cấp. Nếu cường độ của đất đá
xung quanh quá thấp thì có thể gia tăng cường độ của đất đá quanh khu vực
chân bằng cách lắp đặt neo và bơm xi măng nhão hoặc hóa chất. Trên H*.7.9
giới thiệu một ví dụ về đóng cọc gia cố chân nhằm mục đích giảm biến dạng
của đường hầm và đạt khả năng chòu tải yêu cầu đối với đất đá.

Loại vật liệu vữa
Loại dung dòch
nước – thủy tinh
Loại dung dòch
nước – thủy tinh

Thời gian
đông kết
Trong vòng
30 giây
Khoảng
10 giây

Tỷ
lệ
1
3

Ghi chú
Bơm vữa
lần đầu
Bơm vữa
lần hai

H*.7.6. Phương pháp bơm vữa

H*.7.7. Vì chống thép với tấm đỡ có cánh


H*.7.8. Vòm ngược tạm tại phần vòm trên

H*.7.9. Đóng cọc gia cố chân

ĐIỀU 172 Phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào
Chọn các phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào sau khi xem
xét kỹ lưỡng các yếu tố như tiến độ xây dựng đường hầm và phương pháp xây
dựng trên cơ sở những kết quả khảo sát điều kiện đất đá và điều kiện đòa
điểm.
[Giải thích]


Nếu nước chảy vào với vận tốc lớn thì thời gian đứng vững của gương
hầm sẽ ngắn hơn gây khó khăn cho việc đào đường hầm, sập gương, bê tông
phun dính kết không tốt và giảm hiệu suất đào hầm.
Có thể chia các biện pháp kiểm soát dòng nước chảy vào thành hai loại:
thoát nước và cách ly nước. Phương pháp thoát nước thường được sử dụng
hơn phương pháp cách ly nước. Có những trường hợp không thể hạ mực nước
ngầm vì điều kiện đất đá trên mặt hoặc nước ngầm dồi dào cho nên phải xem
xét cặn kẽ môi trường thủy lực để áp dụng các biện pháp thoát nước.
1) Các phương pháp thoát nước
i)

Khoan thoát nước

Khoan thoát nước là phương pháp thoát nước qua lỗ khoan để hạ áp lực nước và
mực nước ngầm. Khoan thoát nước là biện pháp được sử dụng rộng
rãi nhất (xem H*.7.10).
ii)

Lò thoát nước

H*.7.10. Sử dụng phối hợp lò thoát nước và khoan thoát nước


Lò thoát nước là phương pháp thoát nước dùng đường lò nhỏ đào bên trong
hoặc bên ngoài gương hầm. Thường dùng phương pháp này phối hợp
với khoan thoát nước.
iii)

Ống gom nước

Phương pháp ống gom nước dùng các ống góp để nước ngầm thoát ra ở áp
lực âm (xem H*.7.11).


iv)

Giếng sâu

Phương pháp thoát nước bằng giếng sâu là phương pháp dùng giếng đường kính
thường vào khoảng 300mm được đặt sâu xuống và bơm nước từ dưới
lên để hạ thấp mực nước ngầm (H*.7.12).
2) Cách ly nước
Các phương pháp cách ly nước gồm phương pháp phụt vữa, phương pháp
khí nén và phương pháp tường ngăn. Phương pháp phụt vữa thường dùng nhất
nhưng đắt hơn phương pháp thoát nước và đòi hỏi phải xem xét điều kiện môi
trường. Phương pháp phụt vữa nhằm mục đích cải thiện đất đá bằng cách phụt
hóa chất vào đất đá ở phía trước hoặc gần gương hầm để bòt kín khe nứt hoặc
chỗ rỗng trong đất mà nước chảy qua đó. Chất vữa dùng trong phương pháp này
gồm có vật liệu phi hóa chất như xi măng nhão và hóa chất như thủy tinh lỏng

(xem H*.7.13).

H*.7.13. Phụt vữa từ bên trong đường hầm


7.3 Những phương pháp phụ bảo vệ môi trường
ĐIỀU 173 Những phương pháp phụ bảo vệ lún bề mặt
Chọn các phương pháp phụ để bảo vệ lún bề mặt sau khi xem xét thấu
đáo hiệu quả và khả năng áp dụng mỗi phương pháp, tiến độ xây dựng đường
hầm và phương pháp xây dựng. Trước khi chọn các phương pháp phụ phải
nghiên cứu cẩn thận các điều kiện đất đá, các công trình trên mặt đất và công
trình ngầm là những nơi chắc chắn bò ảnh hưởng vì lún bề mặt.
[Giải thích]
Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, phương pháp
phụt vữa tia ngang, phương pháp lắp ống thép phía trước gương và phương pháp
tiền gia cố đứng được sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt do đất đá bò tơi ra khi
đào đường hầm. Phương pháp phụt vữa và phương pháp làm đóng băng cũng
được sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt do thoát nước ngầm.
1) Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên
Phương pháp dùng hệ thống ống thép chống đỡ phần vòm trên làm giảm
lún bề mặt nhờ gia cố đất đá xung quanh đường hầm bằng các ống thép vững
chắc. Tiến hành khoan ngang quanh chu vi đường hầm và cắm ống thép vào lỗ
khoan, sau đó trám vữa những chỗ trống bên trong và bên ngoài ống thép.
Trên H*.7.14 giới thiệu một hệ thống chống đỡ phần vòm trên bằng ống
thép đường kính lớn dùng cho đường hầm chạy dưới một con đường chính nhiều
xe cộ.



2) Phöông phaùp phuït vöõa ngang

Trong phương pháp này một khu vực gia cố tạo khung hình vòm hình
thành trong đất đá ở phía trước gương hầm để giảm hiện tượng đất đá tơi ra và
lún bề mặt. Một máy khoan chuyên dùng khoan 10 – 15 lỗ khoan sâu có phụt
vữa . Khi cần khoan từ từ rút ra thì từ cuối cần khoan một chất làm cho đất hóa
cứng được phun vào dưới áp suất cao tạo thành một hỗn hợp đất – chất hóa
cứng dưới dạng một cột chắc và đồng nhất. Một số cột như vậy nằm theo chu vi
đường hầm có thể tạo ra một khu vực được gia cố. Một biến thể của phương
pháp này là cắm những ống thép vào các cột đất – chất hóa cứng để tăng cường
độ vững chắc của các cột theo hướng dọc. Trên H*.7.15 giới thiệu một ví dụ về
phụt vữa ngang áp dụng cho một đường hầm nông đi dưới một sân golf.
3) Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương
Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương là phương pháp ngăn
ngừa lún bề mặt nhờ độ bền của ống thép và tác dụng cải thiện đất đá. Những
ống thép dài đường kính khoảng 50 – 100 mm đặt theo chu vi đường hầm và
phụt vữa từ ống thép vào đất đá. Phương pháp này phối hợp chức năng của
phương pháp thanh lắp phía trước gương kiểu bơm vữa và phương pháp dùng
ống thép chống đỡ phần trên.
Phương pháp này tạo ra khu vực đất đá được cải thiện có chiều dài
khoảng 10 – 15m. Có thể thực hiện phương pháp này hoặc là bằng một máy
chuyên dùng có thể tạo ra các cột đất – chất hóa cứng mà không cần ghép các
ống thép với nhau, hoặc là phương pháp ống kép dùng máy khoan thủy lực
ghép các ống thép lại với nhau khi công việc xây dựng tiến triển. Trên H*.7.16
giới thiệu một ví dụ về ống thép lắp phía trước gương thực hiện bằng máy


chuyên dùng để ngăn ngừa sự biến dạng của đất đá xung quanh đường hầm có
mặt cắt ngang lớn đi dưới một khu vực dân cư.

H*.7.16. Ống thép lắp phía trước gương
4) Phương pháp tiền gia cố đứng
Trong phương pháp tiền gia cố đứng một dãy các thanh như thanh thép
gia cố dựng gần thẳng đứng từ bề mặt đất và đóng xuống đất đá trước khi bắt
đầu khai đào đường hầm.
5) Phương pháp phụt vữa


Phương pháp phụt vữa đôi khi được sử dụng nhằm lợi dụng tác dụng vòm
của đất đá được gia cố cũng như các tác dụng thẩm thấu và cố kết.
Trên H*.7.17 giới thiệu một ví dụ về sử dụng phối hợp phương pháp tiền
gia cố thẳng đứng và phương pháp phụt vữa hóa chất để đề phòng lún bề mặt
đối với đường hầm trong đất đi qua ngay dưới nhà cửa và con đường.

H*.7.17. Sử dụng phối hợp phương pháp tiền gia cố đứng và phụt vữa hóa chất


ĐIỀU 174 Các phương pháp phụ bảo vệ các công trình lân cận
Chọn các phương pháp phụ bảo vệ các công trình lân cận sau khi xem
xét kỹ lưỡng hiệu quả và khả năng áp dụng mỗi phương pháp, tiến độ xây
dựng đường hầm và phương pháp xây dựng. Trước khi chọn các phương pháp
phụ phải khảo sát cẩn thận các điều kiện đất đá, các công trình trên bề mặt
và công trình ngầm là những nơi thường bò ảnh hưởng vì lún bề mặt.
[Giải thích]
Có thể chia các phương pháp phụ sử dụng để bảo vệ các công trình hiện
có ở gần đường hầm đã lập kế hoạch thành phương pháp gia cố đất đá/cải thiện
đất đá, phương pháp tường ngăn hoặc gia cố công trình hiện có. Phương pháp
gia cố/cải thiện đất đá có mục đích đề phòng chuyển dòch. Phương pháp phụt
vữa hóa chất và phương pháp phụt tia vữa và trộn là những ví dụ về các phương
pháp gia cố/cải thiện đất đá.

Phương pháp tường ngăn là một kỹ thuật đề phòng sự lan truyền chuyển
dòch nhờ cách ly một công trình hiện có và đường hầm. Tùy theo kiểu tường
ngăn mà có thể chia nhỏ phương pháp này thành phương pháp chồng lá thép,
phương pháp tường ngăn bằng cọc, phương pháp phụt tia vữa và trộn và phương
pháp cột ống thép.
Có thể phân loại phương pháp bảo vệ công trình hiện có thành phương
pháp gia cố trực tiếp hoặc là phương pháp trụ chống. Trên H*.7.18 giới thiệu
những tường ngăn xây hai bên hông của một đường hầm đi qua dưới một chiếc
cầu để ngăn ngừa lún cầu.


H*.7.18. Vớ duù ve xaõy tửụứng ngaờn