Cơ học kết cấu công trình ngầm - Chương 3

NQP/CHCTN
61
Chơng 3. Kết cấu chống dạng khung-Khung chng

3.1 Khái niệm và kết cấu cơ bản

Khung chống là kết cấu chịu tải bị động (tiếp nhận và chống lại các
dạng tác động từ phía khối đá), đợc lắp ghép từ các cấu kiện dạng thanh
thẳng hoặc thanh cong với các cách ghép nối khác nhau, cho phép tạo nên
nhiều dạng kết cấu với tính năng và chức năng khác nhau.
Nói chung một kết cấu chống dạng hệ khung thờng bao gồm các bộ
phận cơ bản sau:
khung cơ bản, là bộ phận chịu tải cơ bản của kết cấu, kín hoặc hở
văng, thờng ở dạng thanh, đợc đóng vào giữa các khung, với nhiệm
vụ chính là đảm bảo khoảng dãn cách đều giữa các khung cơ bản và
đôi khi cũng đóng vai trò truyền tải dọc theo trục của hệ khung,
giằng, là kết cấu có tác dụng giằng các khung lại với nhau và cùng
với các thanh văng có tác dụng đảm bảo tính ổn định không gian của
hệ khung,
chèn, đợc sử dụng để chèn phía sau các khung cơ bản cũng nh
khoảng trống giữa các khung, với mục đích tạo khả năng tiếp nhận và
truyền đều tải trọng (hay áp lực từ phía khối đá lên khung) cũng nh
giữ ổn định khối đá trong phạm vi đó; vật liệu chèn rất đa dạng và
đợc sử dụng tùy thuộc vào loại công trình cũng nh các yêu cầu cụ
thể.
o vỏ chèn, thờng bằng bê tông phun hoặc bê tông phun kết hợp
với lới thép, hoặc tấm Bernold với vữa nghèo, thờng đợc sử
dụng kết hợp với khung thép khi gặp khối đá yếu, kém ổn định,
o tấm chèn, thờng đợc lắp gối lên hai khung (hoặc nhiều
khung) và có chức năng tiếp nhận tải trọng từ phía khối đá rồi
phân bố đều lên các khung (bằng tấm, thanh gỗ; băng các tấm

bê tông lới thép đúc trớc, các tấm thép)
o đá chèn, đ
ợc sử dụng chủ yếu tại các mỏ hầm lò, với mục đích
chính là lấp đầy các khoảng hở sau khung chống, sau các tầm
chèn,
o túi hay ống chèn, thờng bằng túi vải gai đợc cài khi lắp dựng
khung và sau đó bơm đầy vữa để lấp kín khoảng hở giữa khung
và biên khoảng trống, cách chèn này dợc gọi là phơng pháp
Bufflex.
nêm, có thể đợc sử dụng để nêm chốt tại các vị trí cần thiết góp phần
giữ ổn định khung cơ bản khung ổn định trên mặt phẳng của khung cơ
bản (nêm đầu cột, nêm đầu xà)
NQP/CHCTN
62
Ngoài ra, tùy thuộc vào loại vật liệu, loại liên kết giữa các thanh khung,
tùy theo yêu cầu về chức năng sử dụng, mà các khung chống có thể đợc
liên kết với nhau bằng đinh đỉa (khung gỗ), mặt bích, gông, lặp là...cũng
nh các dạng khớp khác nhau.

3.2 Khung chống bằng gỗ
3.2.1. Khái quát chung

Trong công tác thi công xây dựng các công trình ngầm, gỗ có thể đợc
sử dụng để làm kết cấu tạm hoặc cố định.
Kết cấu bằng gỗ với chức năng làm kết cấu chống cố định chỉ đợc sử
dụng trong ngành mỏ, tại các đờng lò có tuổi thọ nhỏ, thờng không quá 2
đến 3 năm ở điều kiện áp lực mỏ nhỏ và ít biến đổi. Gỗ đợc xử lý cũng có
thể đạt tuổi thọ 3 đên 6 năm hoặc lâu hơn. Một số loại gỗ và các chỉ tiêu cơ
bản đợc thống kê trong bảng 2.1

Bảng 3.1.Ví dụ đặc tính một số loại gỗ chống giữ hầm lò của Việt Nam
Giới hạn bền daN/cm
2
TT Loại gỗ Trọng lợng
thể tích
(KN/m
3
)
Nén dọc
thớ
Uốn ngang
thớ
uốn dọc
thớ
1 Thông ta 8,36 344 435 292
2 Trâm ổi 8,21 321 490 264
3 Ga 8,13 307 441 275
4 Tò tho 7,92 350 478 293
5 Vải thiều 7,71 403 413 320
6 Thang đậng 7,54 346 436 377
7 Dẻ gai 7,36 439 570 365
8 Vối thợc 7,14 342 414 297
9 Hà nu độ 6,49 331 423 295
10 Dẻ chua 6,37 378 507 304
11 Lôm côm tòng 6,24 363 459 305
12 Trám đỏ 6,15 298 396 297
13 Dẻ bộp 6,1 329 448 -
14 Sún đen 5,9 333 407 277
15 Dung đen 5,82 290 357 258
16 Chẹo trăng 5,73 310 279 286

17 Dẻ bang nôi 5,64 330 420 268
18 Dung bòng 5,41 226 289 205
19 Bọ xít 5,37 292 361 210
20 Thông nàng 5,13 228 255 179
NQP/CHCTN
63
Khi thi công xây dựng các công trình ngầm dân dụng hoặc các hầm
trạm có tiết diện lớn, kết cấu gỗ chỉ đợc sử dụng làm kết cấu chống tạm thời
và đơng nhiên sẽ đợc dỡ bỏ sau đó.
Ngày nay, do sự ra đời của các loại vật liệu và kết cấu chống mới hợp
lý hơn nh thép, bêtông phun, bêtông sợi thép và neo... vai trò kết cấu chống
bằng gỗ trong xây dựng công trình ngầm ngày càng hạn chế. Tuy nhiên gỗ
vẫn còn đợc sử dụng để xử lí trong các trờng hợp đặc biệt nh khi thi công
đào theo sơ đồ chia gơng, tại các vị trí tiết diện công trình ngầm thay đổi và
đặc biệt là khi khắc phục hiện tợng sập lở cục bộ. Gỗ với đặc điểm dễ chế
biến nên rất thích hợp làm vật liệu dự trữ không thể thiếu đợc ở mọi công
trờng xây dựng khi cần phải có các biện pháp xử lí ngay, kịp thời.
Kết cấu chống bằng gỗ nói chung có các u, nhợc điểm sau:
u điểm:
Cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng
thái nguy hiểm (khi sắp bị phá hủy có thể phát ra tiếng kêu răng rắc);
Vận chuyển dễ dàng;
Chế biến và gia công đơn giản, dễ thích ứng với điều kiện biến đổi .
Nhợc điểm:
Không liên kết với khối đá;
Biến dạng nhiều khi chịu tải;
Hầu nh không sử dụng lại đợc;
Kết cấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ, do vậy gây ra quá trình
biến đổi cơ học trong khối đá; khi dỡ bỏ hoặc thay đổi cần phải có biện pháp
gia cố và bảo vệ;

Dễ cháy, dễ mục nát và gây ra lực cản khí động học lớn;
Đòi hỏi ngời thi công có tay nghề thủ công nhất định để chế biến.

3.2.2 Kết cấu chống gỗ các công trình ngầm
nằm ngang và nằm nghiêng
Khung chống bằng gỗ hiện tại còn đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam
trong khai thác than hầm lò, đặc biệt là trong các đờng lò chuẩn bị, xuất
phát từ điều kiện kinh tế cũng nh hệ thống khai thác, các công nghệ và kỹ
thuật đang sử dụng và điều kiện địa chất mỏ phức tạp.
Nói chung, với các công trình ngằm ngang và nghiêng (lò bằng và lò
nghiêng trong các mỏ hầm lò, đờng hầm trong xây dựng dân dụng), khi thi
công xây dựng các công trình ngầm nằm ngang tiết diện lớn bằng sơ đồ chia
gơng, kết cấu chống bằng gỗ thờng đợc sử dụng dới hai dạng chính là:
dạng 'khung cửa' hay khung hộp
dạng 'khung đánh khuôn'.
NQP/CHCTN
64
Dạng khung cửa hay khung hộp.
Tùy thuộc và khả năng có thể xảy ra phá hủy của khối đá xung quanh
các công trình mà kết cấu gỗ có thể đợc sử dụng ở các dạng khác nhau: từ
dạng dầm (xà) đơn, dầm xà và một cột, kết cấu hở hay kín (Hình 3.1).



Hình 3-1
Khung hở bao gồm các cấu kiện chính là hai cột và một xà (xà nóc);
khung kín có thêm dầm nền cho trờng hợp xuất hiện áp lực nền (Hình 3-2).
Các cột, xà và dầm nền thờng bằng gỗ tròn đờng kính từ 15 cm đến 30cm.

cột
xà
dầm nền
không có
chèn hông
nêm văng dọc
nhói
chèn
c
ọc
mặt cắt A-A mặt cắt B-B
Hình 3-2: Kết cấu chống bằng gỗ cho CTN nằm ngang, nghiêng
NQP/CHCTN
65
Ngoài ra một loạt các cấu kiện khác nh nêm, dằng, chèn, đệm và
đinh đỉa cũng đợc sử dụng, nhằm tạo tiếp xúc tốt với khối dá và phân bố lực
đều lên xà, cột cũng nh dầm nền , đảm bảo cho khung chống cũng nh toàn
bộ kết cấu không gian ổn định. Trên hình 3-3 là một kết cấu gỗ hở đợc xem

là kết cấu hoàn chỉnh, đầy đủ, đơng nhiên hãn hữu gặp trong thực tế.















Trên hình 3-4 là hình ảnh một kết cấu chống bằng gỗ sử dụng cho đờng lò
hai đờng xe.

Xà nóc tiếp nhận áp lực từ phía nóc và truyền qua các cột xuống nền
đờng hầm. Các cột làm nhiệm vụ đỡ xà nóc và tiếp nhận phần nào áp lực
ngang (sờn-hông). Dầm nền, song song với xà nóc, liên kết các cột với nhau
và tiếp nhận áp lực nền.
Khung chống hở bằng gỗ thờng có dạng hình thang vừa đảm bảo
tính ổn định của khung, vừa cho phép giảm chiều dài xà nóc (nh vậy làm
giảm mô men uốn ở xà- do mô men uốn tăng theo chiều dài). Góc nghiêng
Hình 3-4. Kết cấu chống gỗ
đờng lò hai đờng xe
Hình 3-3. Cấu tạo của kết cấu chống hở hoàn chỉnh bằng gỗ
tấm
đệ
mộng xà
nóc
sờn
gốc
ngọn

xà nóc
nêm mộng cột
cột
tấm chèn,
gỗ bìa
độ thách
nền
Lỗ chân cột