THIẾT kế các NHÁNH CHỖ mở RỘNG và ĐƯỜNG hầm lân cận

THIẾT KẾ CÁC NHÁNH CHỖ MỞ RỘNG VÀ ĐƯỜNG
HẦM LÂN CẬN
3.7 Thiết kế các nhánh và chỗ mở rộng
ĐIỀU 70

Đại cương

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế các nhánh và chỗ mở rộng trong các đường hầm có cân nhắc
đến mục đích của nhánh và chỗ mở rộng và các điều kiện đất đá mà vẫn bảo đảm an toàn sự
ổn đònh của đường hầm và đất đá xung quanh bởi vì nhánh và chỗ mở rộng có hình dạng đặc
biệt và phức tạp.
[Giải thích]
Mặt cắt lớn nhất tại nơi có các nhánh và chỗ mở rộng, nói chung lớn hơn mặt cắt
thông thường và phức tạp về cấu tạo. Vì lẽ đó, trong đất đá phát sinh ứng suất phức tạp và có
xu hướng không ổn đònh.



Đối với các nhánh và chỗ mở rộng cần phải nghiên cứu phương pháp xây dựng, hệ
thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm và cách gia cố để cho việc xây dựng kinh tế nhất và bảo
đảm sự ổn đònh cho đường hầm và đất đá xung quanh. Nơi nào điều kiện đất đá không thuận
lợi hoặc nhánh hoặc chỗ mở rộng có hình dạng duy nhất thì cần tiến hành một cuộc khảo sát
đòa chất tỉ mỉ và nghiên cứu đầy đủ về sự ổn đònh của đường hầm. Trong những hoàn cảnh
như vậy thường đòi hỏi một sự gia cố phù hợp.
ĐIỀU 71

Thiết kế các nhánh và chỗ mở rộng

Khi thiết kế nhánh hoặc chỗ mở rộng, người kỹ sư thiết kế xem xét mục đích, hình
dạng, điều kiện đất đá, phương pháp xây dựng và giai đoạn xây dựng, và xem xét phương
pháp xây dựng, hệ thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm và gia cố để bảo đảm sự ổn đònh cho toàn

bộ tiết diện trong và sau khi xây dựng.
[Giải thích]
Trên H*.3.14 giới thiệu những kiểu nhánh và chỗ mở rộng khác nhau. Các đường hầm
nhánh tác động lẫn nhau trong khoảng cách giữa các đường hầm nhánh thay đổi từ 1D – 4D
(D: bề rộng khai đào đường hầm) tùy theo điều kiện đất đá. Do đó cần phải gia cố để ổn đònh
đất đá giữa các đường hầm. Vì sự ổn đònh của đất đá khi thiết kế các đường hầm nhánh nên
lấy góc nhánh càng gần góc vuông càng tốt. Ngay cả khi đường hầm nhánh có góc vuông
vẫn đòi hỏi gia cố để đi vào đường nhánh, gia cố hai bên vách và vòm ngược của đường hầm
chính. Khoảng cách gia cố có thể thay đổi tùy theo hình dạng đường hầm, điều kiện đất đá
và phương pháp gia cố, và thường lấy từ 1D - 2D theo hướng trục đường hầm chính. Khi thiết
kế buồng lọc bụi tónh điện và ống thông gió cần xem xét kỹ lưỡng dòng khí động lực trước
khi xác đònh hình dạng của nhánh.
Đường hầm mở rộng (a) trên H*.3.14 thường dùng để xây dựng nhà ga trong hầm
đường sắt. Có thể mở rộng toàn gương tại nơi đất đá tốt. Đường hầm mở rộng có mặt cắt lớn,
vì vậy cả ba đường hầm, một ở giữa và hai ở hai bên, cùng được đào và tường ngăn sẽ loại
bỏ sau. Đường hầm mở rộng (b) lập kế hoạch cho những công trình như một nơi đậu xe khẩn
cấp. Vì khu vực mở rộng không quá lớn nên chỉ cần thay đổi loại hệ thống chống đỡ hầm.
Sau đây là những phương pháp hiệu quả để thiết kế nhánh và chỗ mở rộng.
(i) Thiết kế dựa theo các ví dụ
Các ví dụ về thiết kế và xây dựng nhánh và chỗ mở rộng được nghiên cứu tỉ mỉ. Cần
phải nghiên cứu đầy đủ không chỉ những đặc điểm của thiết kế (như hình dạng mặt cắt, điều
kiện đất đá, phương pháp xây dựng, công việc gia cố và khu vực gia cố) mà cả trạng thái của
đường hầm trong và sau khi xây dựng để đưa ra một cách đánh giá tổng hợp về thiết kế và
trạng thái.
(ii) Thiết kế bằng các phương pháp giải tích
Để áp dụng giải tích số cho các đường hầm, các phương pháp phân tích liên tục như
phân tích hệ thống và phân tích phần tử hữu hạn thường được sử dụng. Các nhánh và chỗ mở
rộng có hình dạng và cấu trúc phức tạp và ở đó phát triển một kiểu vòm đất đá khác với kiểu

ở những mặt cắt thông thường, vì vậy đề nghò dùng phương pháp phân tích liên tục như
phương pháp phần tử hữu hạn vì phương pháp này cũng bao quát cả đất đá.


Các phương pháp gia cố bằng hệ thống chống đỡ và các phương pháp phụ thường
được sử dụng khi đào các nhánh và chỗ mở rộng. Những phương pháp gia cố bằng hệ thống
chống đỡ chủ yếu là phương pháp tăng độ cứng như tăng số lượng và chiều dài của neo đá
(neo sợi), tăng bề dày bê tông phun, thay đổi kích thước hệ thống chống đỡ bằng thép. Cách
phụt vữa hoá chất cũng dùng ở chỗ nào cần tùy theo điều kiện đất đá. Trên H*3.15 và trong
Bảng*.3.15 giới thiệu những ví dụ về đường nhánh của hầm đường cao tốc.
Bảng* 3. 15. Hộ chiếu hệ thống chống đỡ trong đường hầm Daini – Nunobiki
Neo đá

Hộ chiếu

Phương
pháp
xây
dựng

Chiều
dài
vòng
đào
(m)

Chiều
dài

(m)

Hệ thống chống bằng thép

.Khoảng cách

Chu
vi

Dọc

Khoảng
cách
chống
đỡ

(m)

Hình dạng và
kích thước

Vòm
trên

Dùng
lưới
thép

Bê
tông
phun

(cm)

Bậc
cấp

Bề
dày
bê
tông
vỏ
hầm
Vách
phía
vòm
(cm)

J

C

Phương
pháp
vòm
trên

D

“

1,2

1,0

J-2

J-3

B

A

4,0

1,2

1,2

(3,0)*

(0,5)*

(1,0)*

6,0

1,0

0,5

1,2

1,0

H-150

H-200

H200

“

“

-

1,5

4,0

1,5

1,5

-

-

-

1,2

4,0

1,2

1,2

-

-

-

Vòm
trên
và bậc
cấp

70%
của
vòm
trên
Vòm
trên

15

40

25

40

15

50

20

60

* Thanh lắp phía trước gương (FP) đối với cửa hầm

3.8 Thiết kế các đường hầm lân cận
ĐIỀU 72

Đại cương

Khi thiết kế các đường hầm lân cận, kỹ sư thiết kế khảo sát và nghiên cứu ảnh hưởng
tương hỗ của các đường hầm đó và thiết kế các hệ thống chống đỡ, bê tông vỏ hầm và gia cố
theo yêu cầu.
[Giải thích]


(1) Phân loại các đường hầm lân cận
Các đường hầm lân cận là hai hay nhiều đường hầm được xây dựng đồng thời hoặc
đang trong các giai đoạn và tác động lẫn nhau. Ở đây không kể đến trường hợp những đường
hầm không lập kế hoạch từ đầu được xây dựng sau trong vùng lân cận với một đường hầm
hoàn chỉnh (ĐIỀU 34).
Những ví dụ về các đường hầm lân cận bao gồm:

(i)
Các đường hầm song song,
(ii)
Các đường hầm có hai mặt cắt ngang kiểu ống nhòm,
(iii) Các đường hầm chéo nhau.
(2) Khoảng cách giữa các đường hầm lân cận
Các đường hầm lân cận chòu tác động tương hỗ của sự tái phân bố ứng suất do việc
xây dựng nhiều đường hầm. Như vậy, các điều kiện ứng suất xuất hiện ở đây khác hẳn ứng
suất xuất hiện khi xây dựng chỉ một đường hầm.
Khoảng cách cần thiết để cho các đường hầm lân cận không chòu tác động tương hỗ
thay đổi tùy theo điều kiện đòa chất. Các đường hầm lân cận cách nhau một khoảng bằng hai
lần (trong đất đá hoàn toàn đàn hồi) cho đến năm lần (trong đất đá mềm) đường kính khai
đào (tâm đến tâm) được cho là hầu như không chòu bất kỳ tác động tương hỗ nào.
ĐIỀU 73

Thiết kế các đường hầm lân cận

Khi thiết kế các đường hầm lân cận, kỹ sư thiết kế dự tính tác động tương hỗ của các
đường hầm đó và thiết kế những hệ thống chống đỡ và bê tông vỏ hầm phù hợp với kết quả
dự tính. Người thiết kế cũng xem xét phương pháp gia cố đất đá xung quanh theo yêu cầu và
đưa ra những biện pháp phù hợp.
[Giải thích]
(1) Tác động tương hỗ của các đường hầm lân cận
Trạng thái của các đường hầm lân cận thay đổi đáng kể tùy theo khoảng cách giữa
các đường hầm, tầng đất đá phủ, điều kiện đất đá, kết cấu của đường hầm, phương pháp xây
dựng và trình tự xây dựng. Vì vậy cần nghiên cứu trước tác động tương hỗ của các đường
hầm.
(2) Những tác động của việc xây dựng các đường hầm lân cận
Những tác động của việc xây dựng các đường hầm lân cận liệt kê sau đây:
(i)

(ii)
(iii)
(iv)

Sự biến dạng của đường hầm và sự ổn đònh kết cấu,
Chấn động,
Tác động của nước ngầm,
Tiếng ồn do việc xây dựng và các tác động khác.

(3) Dự báo các tác động


Mức độ biến dạng và tác động lên các hệ thống chống đỡ thay đổi tùy theo điều kiện
đất đá, các mặt cắt và vò trí của đường hầm lân cận, khoảng cách giữa các đường hầm,
phương pháp xây dựng, cấu tạo của những đường hầm xây dựng trước tiên, sự hợp lý và các
chức năng cần có của đường hầm. Xác đònh những yếu tố ảnh hưởng của đường hầm xây
dựng trước tiên và những đường hầm xây dựng thêm và dự kiến trạng thái của các kết cấu và
đất đá là điều quan trọng.
Khi dự báo các tác động, những nghiên cứu các trường hợp xây dựng tương tự phải
được bổ sung bằng phương pháp giải tích số, giải tích lý thuyết và các phương pháp khác nếu
cần.
Để dự báo tác động của chấn động phải xem xét những giá trò cho phép tiêu chuẩn và
phải dự báo chấn động xảy ra trong đường hầm xây dựng trước tiên bằng các công thức dự
báo. Điều mong muốn là kiểm tra các công thức dự báo trong khi xây dựng bằng nổ mìn thử
nghiệm.
Đối với tác động của nước ngầm cần xem xét những thay đổi về điều kiện nước ngầm
tác động đến khu vực xung quanh. Khi lo ngại rằng sự hạ thấp mực nước ngầm gây lún do có
sự cố kết thì tốt hơn là tiến hành khảo sát thủy văn hoặc phân tích sự cố kết nếu cần.
(4) Thiết kế các đường hầm lân cận
Xây dựng các đường hầm lân cận đòi hỏi phải thiết kế các hệ thống chống đỡ và bê

tông vỏ hầm phù hợp dựa trên dự báo các tác động tương hỗ. Đặc biệt là khi đường hầm xây
dựng trước tiên có thể bò biến dạng đáng kể thì việc làm có hiệu quả là củng cố các hệ thống
chống đỡ của đường hầm xây dựng đầu tiên hoặc gia cố bê tông vỏ hầm bằng cây thép.
Những biện pháp khác là củng cố các hệ thống chống đỡ của đường hầm xây dựng sau để
giảm tác động lên đường hầm xây dựng đầu tiên.
Đối với thiết kế các đường hầm hai mặt cắt kiểu ống nhòm thì thu thập thêm kiến thức
bổ sung từ việc xây dựng trước đây.
(i)

Phương pháp đào lò phụ bên hông đã được áp dụng trong nhiều trường hợp,
phương pháp đào lò phụ ở tâm chỉ có thể áp dụng trong đất đá tốt.
(ii) Các hệ thống chống đỡ được gia cố thường xuyên hơn so với các đường hầm song
song. Sự gia cố các hệ thống chống đỡ trong đường hầm xây dựng đầu tiên hay
xây dựng sau được xác đònh cho từng trường hợp. Các đường hầm song song nằm
rất gần nhau, vì vậy trong nhiều trường hợp áp dụng các hệ thống chống đỡ tương
tự về quy cách trong hai đường hầm xây dựng trước và sau.
(iii) Thời điểm đặt bê tông vỏ hầm thay đổi tùy theo độ cứng của đất đá: hoặc là xây
dựng bê tông vỏ hầm để chống lại sự biến dạng của đất đá với vật liệu cứng hoặc
xây dựng bê tông vỏ hầm sau khi hoàn thành việc đào để tránh tác động của chấn
động do nổ mìn.
(iv) Ứng suất có xu hướng tập trung quanh màng trung tâm. Vì vậy trong nhiều trường
hợp đất đá được gia cố hoặc các hệ thống chống đỡ được tăng cường nhằm đề
phòng đất đá tơi ra hoặc kiểm soát độ lún.


(v) Khi thiết kế màng trung tâm thường kiểm tra các ứng suất thành phần bằng
phương pháp phần tử hữu hạn hoặc phân tích khung, trong phương pháp đó tải
trọng của đất đá rời hoặc tổng tải trọng (trường hợp ít đất đá phủ) cho tác dụng lên
cấu trúc khung kể cả bê tông vỏ hầm.
Trên H*.3.16 giới thiệu những ví dụ về xây dựng các đường hầm lân cận.

(5) Các biện pháp kiểm soát
Tùy theo nhu cầu riêng sẽ phải thiết kế các biện pháp kiểm soát đối với các đường
hầm xây dựng đầu tiên hay xây dựng thêm, hoặc đối với đất đá giữa các đường hầm lân cận.
Trước tiên phải thiết kế:
(i) Các biện pháp đối với đường hầm xây dựng trước
(ii) Các phương pháp giảm đến tối thiểu tác động đến đường hầm xây dựng sau
Tiếp theo phải đưa ra:
(iii) Các biện pháp đối với đất đá giữa các đường hầm lân cận.
Những khái niệm cơ sở về các biện pháp kiểm soát giới thiệu trong Bảng* 3.16.
Ở các hầm lân cận, quan trắc đo đạc đặc biệt quan trọng để kiểm tra tính đúng đắn
của thiết kế và thi công.


H*3.16. Các ví dụ về xây dựng các đường hầm lân cận (a) đến (c)
Bảng* 3.16. Những khái niệm cơ sở về các biện pháp kiểm soát
Nơi đưa ra biện
pháp kiểm soát

Tác động

Khái niệm cơ bản của biện pháp kiểm soát


Đường hầm xây
dựng đầu tiên

Biến dạng

Kiểm soát sự dòch chuyển ngang
Biến dạng

Đường hầm xây
dựng bổ sung

Đất đá giữa các
đường hầm

Tăng độ cứng của kết cấu
Chống đỡ trước đất đá, đào từng phần gương, tạo
mặt cắt hầm kín, gia cố hệ thống chống đỡ, tăng
khả năng chòu tải của chân hệ thống chống đỡ, gia
cố gương và đất đá ở phía trước gương

Chấn động

Kiểm soát chấn động bằng cách nổ mìn có kiểm
soát, đào cơ giới

Nước ngầm

Thoát nước và bòt kín nước

Biến dạng

Nước ngầm

Tăng cường và Thoát nước và bòt kín nước
gia cố đất đá,
làm gián đoạn
bằng cọc ván

thép