chương 5, thi công hầm giao thông, NHỮNG CĂN CỨ, ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ,XÂY DỰNG HẦM

CHƯƠNG 5:

THI CÔNG HẦM GIAO THÔNG


5.1 – NHỮNG CĂN CỨ ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG
NGHỆ XÂY DỰNG HẦM
- Mục tiêu sử dụng: hầm giao thông, hầm thuỷ điện, hầm thuỷ lợi,
hầm quân sự…
- Các yêu cầu của công trình: hình dạng kích thước tiết diện, độ
sâu, chiều dài, độ ồn, chấn động…., các vấn đề về kinh tế, kiến
trúc cảnh quan….
- Điều kiện địa chất: đất yếu, đất tốt, đá cứng….
- Điều kiện thuỷ lực, thuỷ văn…..


5.2 – THI CÔNG HẦM THEO PHƯƠNG PHÁP
MỎ





6

5

B2

5

B3

B4

B5

B6


6

5

B2

5

B3

B4

B5

B6


6

5

B2

5

B3

B4

B5

B6





5.3 – THI CÔNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
NATM
5.3.1 – LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ THI CÔNG
HẦM THEO PHƯƠNG PHÁP NATM:

- Ý tưởng thi công hầm theo phương pháp Áo mới (New Austrian
Tunneling Method - NATM) được đề xuất bởi giáo sư người Áo
từ năm 1948, dựa trên nhiều ý tưởng và sang chế trước đó.
- Phát minh ra khiên đào tròn năm 1811, phát minh máy phun bê
tông năm 1908….
- Trong những năm 50 của thế kỷ 20 nhiều đường hầm giao
thông, thuỷ điện trong núi đá ở Áo, Vênêzuêla đã bắt đầu được
xây dựng theo NATM.
- Năm 1954 Bruner đã sử dụng bê tông phun để làm ổn định đất

trong quá trình đào hầm,
- Năm 1955 phát triển hệ thống neo trong thi công hầm, năm
1960 Muller đã áp dụng một cách có hệ thống hệ đo đạc thực
nghiệm trong thi công hầm.


- Năm 1962 tại hội nghị địa cơ học lần thứ XIII ở Áo, công nghệ
NATM chính thức được giới thiệu.
- Năm 1964 lần đầu tiên tài liệu về thi công hầm theo NATM
bằng tiếng Anh được xuất bản.
- Năm 1969 lần đầu tiên áp dụng NATM trong đất mềm khi thi
công hệ thống đường tàu điện ngầm ở Frankfurt (Đức).
- Công nghệ thi công đường hầm theo NATM còn được biết đến
dưới một số cái tên khác như: phương pháp đào liên tục;
phương pháp chống đỡ bằng bê tông phun.
- Với tính linh hoạt,dễ áp dụng trong nhiều điều kiện đất đá khác
nhau và có chi phí hợp lý nên NATM được phát triển ở nhiều
nước trên thế giới
- Theo thống kê, tại Đức có tới hơn 64% các đường hầm giao
thông được thi công bằng NATM. Ở châu Á, các nước và vùng
lãnh thổ sớm áp dụng NATM trong thi công đường hầm là Nhật
Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc. Cùng theo tiến trình
phát triển đó những nguyên lý và kỹ thuật, kinh nghiệm thi công
theo NATM cũng được hoàn thiện, bổ sung thêm.


5.3.2 – KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN:

5.3.2.1 – Khái niệm:

- Việc xác định rõ khái niệm NATM đã thu hút sự quan tâm chú ý
của nhiều nhà chuyên môn, nhiều tạp chí kỹ thuật chuyên
ngành. Vì vậy, vấn đề này đã được xem xét, định nghĩa lại
nhiều lần.
- Theo Rabcevicz (1964): “NATM là một phương pháp mới thi
công đường hầm gồm lớp vỏ bê tông phun mỏng, khép vòm
bằng vòm ngửa vào thời điểm sớm nhất có thể để tạo thành
vòng kín - được gọi là “vòm bổ trợ”. Biến dạng của vòm được
đo đạc theo thời gian cho đến khi trạng thái cân bằng được xác
lập”. Có 3 điểm mấu chốt của phương pháp: Đầu tiên là sử
dụng lớp vỏ bê tông phun mỏng gia cố trong quá trình đào, thứ
hai là khép vòm sớm nhất khi có thể, thứ ba là đo đạc biến
dạng một cách có hệ thống.


- Uỷ ban quốc gia của Áo về thi công công trình ngầm thuộc hiệp
hội thi công hầm quốc tế (ITA) định nghĩa lại vào năm 1980 như
sau: “Phương pháp đào hầm Áo mới (NATM) dựa trên cơ sở
đất đá xung quanh khoang hầm có khả năng trở thành một
thành phần kết cấu mang tải chủ động giống như vòng đất đá
chịu lực”.
- Giáo sư G. Sauer (1988) đã phát biểu: “NATM là phương pháp
xây dựng công trình ngầm bằng các sử dụng tất cả các điều
kiện có thể để khai thác khả năng tự mang tải cao nhất của đất
đá nhằm tạo ra trạng thái ổn định của khoang hầm”.


5.3.2.2 - Các nguyên lý cơ bản:
+ Độ bền vốn có của đất đá phạm vi xung quanh đường hầm cần
được giữ vững và chủ động huy động đến mức độ tối đa có thể.

Như vậy kết cấu hầm được coi là tổ hợp giữa đất đá và vỏ hầm.
+ Sự huy động độ bền của đất đá phạm vi xung quanh khoang
hầm có thể đạt được bằng kiểm soát (điều chỉnh) biến dạng của
đất đá. Những biến dạng lớn có thể dẫn đến làm mất khả năng
chịu lực hoặc chuyển vị bề mặt lớn cần phải được ngăn ngừa.
+ Hệ thống chống đỡ ban đầu chủ yếu được sử dụng gồm hệ
thống neo (neo cơ học hoặc neo dính kết, ma sát) và lớp bê tông
phun mỏng linh động (có thể kết hợp với lưới thép tăng cường)
nhằm đạt được mục tiêu đã nêu ở phần trên. Đôi khi trong trường
hợp cần thiết, kết cấu chống đỡ ban đầu bằng các khung vòm
thép, vòm dầm dàn thép cũng được sử dụng. Vỏ chống vĩnh cửu
sử dụng lâu dài chỉ được thi công ở giai đoạn sau.
+ Việc khép kín vòm cần được điều chỉnh sao cho thích hợp với
điều kiện đất đá trong quá trình đào.


+ Những thí nghiệm trong phòng cùng sự giám sát ứng suất, biến
dạng của hệ chống đỡ và đất đá cần được thực hiện một cách có
hệ thống trong quá trình thi công.
+ Chiều dài của nhịp không chống đỡ cần để lại càng ngắn càng
tốt.
+ Những người tham gia việc thiết kế, thi công, giám sát thi công
đường hầm theo NATM cần phải hiểu rõ và chấp thuận những
nguyên lý của NATM đồng thời có phản ứng tích cực hợp tác giải
quyết mọi vấn đề xảy ra trong quá trình thực hiện


5.3.3 – CÔNG NGHỆ THI CÔNG HẦM THEO NATM:

5.3.3.1 - Quy trình thi công hầm theo NATM:

- Việc thiết kế quy trình đào và chống đỡ liên tục, nối tiếp nhau
trong xây dựng đường hầm là một vấn đề kỹ thuật phức tạp.
Người thiết kế cần cân nhắc đến một loạt các yếu tố nhằm lựa
chọn được một hệ thống thích hợp nhất. Những yếu tố đó có thể
gồm:
- Hình dạng, kích thước và đường hầm (mặt bằng, mặt cắt).
- Tính chất và số lượng các bộ phận chống đỡ được sử dụng.
-Khảo sát và chẩn đoán trước được những điều kiện địa tầng.
-Dự kiến trước được biến động của đất đá trong quá trình khai
đào.
-Có kế hoạch đầy đủ, chi tiết để tiến hành các công việc.
-Chuyển vị cho phép.


- Trong đó yếu tố quan trọng nhất là khảo sát xác định, dự báo
trước điêu kiện đất đá và sự biến đổi của chúng. Vì vậy, sự
hiểu biết vê bản chất của đất đá cũng như những biến đổi có
thể xảy ra trong quá trình thi công hầm là rất quan trọng và cần
thiết. Những điêu kiện đất đá gặp phải trong quá trình thi công
cần được đối chiếu với những dự báo về chúng trong bước
thiết kế. Điều đó có thể cho phép điêu chỉnh việc đào hầm và
hệ thống chống đỡ, nhằm cải tiến toàn bộ việc đào hầm một
cách tích cực.
- Quá trình triển khai thi công hầm theo NATM gồm các bước:
công tác chuẩn bị; lập phương án thi công; thi công đào; chống
đỡ ban đầu; đo đạc giám sát ứng suất, biến dạng; thi công lớp
phòng nước; thi công lớp vỏ vĩnh cửu (nếu cần) và một số
công tác khác.

5.3.3.2 - Quá trình đào, chống đỡ hầm theo NATM:
- Công tác đào, chống đỡ trong xây dựng hầm có vai trò đặc biệt
quan trọng và chiếm phần lớn khối lượng công việc thi công hầm.
Theo NATM quá trình đào, chống đỡ ban đầu là một quá trình liên
tục kết hợp, gắn bó chặt chẽ với nhau nhằm huy động được khả
năng tự mang tải của khối đất đá xung quanh khoang hầm.
-Trong đất đá cứng: Công tác đào hầm thường được tiến hành
bằng việc khoan nổ mìn tương tự như trong phương pháp mỏ.
Nguyên tắc hạn chế làm lay động đến khối đất đá xung quanh
được tuân thủ chặt chẽ trong quá trình khoan, nổ.
-Khi thi công trong đất đá mềm hơn có thể sử dụng các loại máy
đào hầm hoặc các máy đào thông thường kết hợp với đào thủ
công. Công tác chống đỡ ban đầu được tiến hành sớm, lớp vỏ
chống ban đầu thường được sử dụng là lớp bê tông phun mỏng
kết hợp với hệ neo. Việc thi công đào, chống nên sử dụng biện
pháp đào toàn bộ mặt cắt. Đối với những hầm có diện tích mặt cắt
lớn hoặc điều kiện đất đá yếu có thể chia thành các phần nhỏ với
các hang dẫn, bậc đào khác nhau,




- NATM là một phương pháp thi công linh hoạt thể hiện ở chỗ
quá trình thi công đào, chống đỡ có thể điều chỉnh phương án
đào chống từ dạng này sang sạng dạng khác dựa trên cơ sở
các số liệu đo đạc giám sát ứng suất, biến dạng, thí nghiệm địa
kỹ thuật, TN cơ học thu nhận được tại hiện trường. Một số ví
dụ về sự điều chỉnh phương án đào đó là:

- Giảm thời gian khép vòm, chẳng hạn như bằng cách thay đổi
từ dạng 5 sang dạng 6 để giảm sự lún bề mặt đến mức tối
thiểu.