Cơ học kết cấu công trình ngầm - Chương 4

NQP/CHCTN
75
3.3 Khung chống bằng thép
3.3.1 Khái quát.
Thép đợc sử dụng ngày càng nhiều và thay thế gỗ từ cuối thể kỷ 19,
bởi vì thép cho phép tạo nên các kết cấu mẫu và chế tạo trớc.
Ưu điểm:
Có thể chế tạo trớc,
Có khả năng nhận tải ngay, nếu tiếp xúc với khối đá,
Có thể lắp dựng thẳng đứng hoặc nghiêng so với gơng đào tùy theo
yêu cầu.
Nhợc điểm:
Lắp dựng khó khăn, khi sử dụng loại thép hình nặng,
Mức độ linh động kém (khó thay đổi hình dạng và kích thớc tại vị trí
thi công),
Trong nhiều trờng hợp phải đặt hàng trớc, mất nhiều thời gian.

Thép hình.
Nói chung trong xây dựng công trình ngầm mỏ và dân dụng thờng sử dụng
một số loại thép hình đặc biệt, ngoài những loại thép hình thông thờng
trong xây dựng. Trên hình là một số ví dụ về các loại thép hình thông dụng
trong xây dựng công trình ngầm.

Thép đờng
ray
Thép
chữ I
Thép lòng
mo
Thép hình
chuông
Thép lòng
máng
Thép hình lòng mo
Thép
tròn
Thép
chữ U
Thép
ống
Thép
hình sao

Thép
chữ H
NQP/CHCTN
76
3.3.2 Các loại khung thép trong xây dựng mỏ và công trình
ngầm
Khung thép có thể chế tạo trực tiếp từ thép hình, nhng cũng có thể
đợc chế tạo bằng cách hàn ghép, kết nối từ các loại thép tròn có đờng kính
khác nhau. Do vậy trong thực tế thờng phân biệt khung thép hình và khung
thép tổ hợp ( Hình ).


















Hình dạng và kích thớc của các khung chống thép hình đợc chế tạo
tùy theo hình dạng tiết diện của khoảng trống đợc khai đào. Vì vậy các

khung chống bằng thép đợc chế tạo trớc theo kích thớc, tuy nhiên trong
ngành khai thác mỏ hầm lò cũng thờng sử dụng các khung chống mẫu hay
tiêu chuẩn theo các thiết kế mẫu.

3.3.3 Khung thép hình
Thông thờng, để thuận tiện và nhẹ nhàng khi sử dụng, các khung
chống bằng thép đợc chia ra nhiều đoạn. Tùy theo tính năng và yêu cầu các
mối nối có thể đợc chế tạo hay gia công ở các dạng khác nhau. Trong thực
tế phân biệt các mối nối cứng hay khớp cứng, và mối nối linh hoạt hay khớp
linh hoạt. Mối nối linh hoạt lại đợc phân ra hai loại là khớp trợt và khớp
xoay.
Khớp cứng thờng ở dạng liên kết bản đệm hay mặt bích, nối cứng với
nhau bằng đinh ốc hoặc then, chốt. Khung chống khớp cứng thờng đợc sử
dụng cho các đờng lò đá trong ngành mỏ. Trong xây dựng công trình ngầm
Khung thép hình và
khung thép tổ hợp
NQP/CHCTN
77
khung khớp cứng đợc sử dụng làm khung chống tạm khi gặp các khối đá dễ
tróc lớp hay sập lở và sau đó trở thành cốt cứng trong vỏ chống cố định. Tuy
nhiên ngày nay khung thép tổ hợp ngày càng đợc sử dụng rộng rãi, thay thế
cho loại khung cứng trong xây dựng công trình ngầm dân dụng với các lý do
khác nhau, sẽ đề cập trong mục khung thép tổ hợp.

xà thép

bản đệm

cột thép
thanh
khung
chữ I
đệm
ốc
vít
Tấm đệm lợn sóng
theo Froehlich và Schmidt
1963
Mối nối dạng chốt cứng theo Spruth
1959
Chốt móc theo Froehlich và Schmidt 1963
Tấm đệm dạng chữ U theo
Spruth 1959
Cấu tạo tấm đệm cong
NQP/CHCTN
78
Khớp trợt là khớp nối cho phép hai đọan khung nối với nhau có thể
trợt lồng vào nhau (hay trợt chồng lên nhau) một đoạn xác định. Khớp
trợt đợc tạo nên theo nguyên lý ma sát nên còn gọi là khớp ma sát và trong
thực tế có khá nhiều dạng khác nhau (Hình ). Khớp trợt hạn chế hay cũng
còn gọi là khớp linh hoạt hạn chế thờng đợc sử dụng khi khung thép đợc
chế tạo từ thép chữ I; hai đoạn khung đợc kết nối trong hộp trợt với đoạn
đờng trợt khoảng 200 đến 400mm (đơng nhiên cũng có trờng hợp đến
600mm, song khi đó khả năng chống uốn của khung bị giảm đi). Khớp trợt
thờng đợc sử dụng cho các khung chống thép tại các đờng lò trong ngành
mỏ khi gặp các trờng hợp khối đá có biến dạng lớn (ví dụ gần khu vực khai

thác, lò chuẩn bị) hoặc trong xây dựng công trình ngầm, khi trong khối đá
xuất hiện biến dạng dẻo. Khung chống có khớp trợt hay ma sát thờng đợc
gọi là khung trợt, khung ma sát hay khung chống linh hoạt kích thớc.

khớp trợt nối
bằng gông thép
tròn


Khớp trợt gông bằng thép tấm, bắt vít
hoặc cài then

khớp
ma
sát, sử
dụng
thép
tấm
gông thép tròn có móc kéo
gông tròn
với bản
đệm đúc,
cán trớc
NQP/CHCTN
79

Khíp tr−ît cµi then
khíp tr−ît h¹n chÕ,
khung thÐp ch÷ I
Hép tr−ît Gerlach,
theo Gimm 1959
H−íng dÞch
chuyÓn chÝnh
S¬ ®å m« pháng tÝnh n¨ng cña khung chèng
thÐp ba thanh (hai khíp) linh ho¹t kÝch th−íc
Theo Schuermann 1963
NQP/CHCTN
80

Khớp xoay là mối nối cho phép kết cấu có thể xoay quanh khớp ở mức
độ nhất định. Khung chống có khớp xoay, thờng gọi ngắn là khung chống
khớp có thể biến hình hay khung chống linh hoạt hình dạng, nghĩa là có thể
tự điều khiển để thích ứng với biến dạng của khối đá mà ít gây ra biến dạng
trong từng đoạn của khung. Khung chống càng nhiều khớp thì các đoạn càng
ngắn và tác động gây uốn càng nhỏ. Tuy nhiên số lợng khớp cũng có giới
hạn và thờng không quá 3. Khi sử dụng nhiều khớp hơn sẽ có thể dẫn đến
khả năng nguy hiểm là ba khớp nào đó có thể nằm trên một đờng thẳng,
trong quá trình biến dạng, dẫn đến khung mất ổn định. Thông thờng khi sử
dụng khung dạng khớp bao giờ cũng có một khớp trên nóc, có thể đợc bố trí
chính giữa nóc đờng hầm và tại vị trí nằm giữa nóc và sờn đờng hầm.
Khung chống khớp bốn đoạn, thờng có dạng đối xứng, có thêm hai khớp
phía sờn đờng hầm, để nối đoạn khung nóc hay xà nóc với các cột. Dạng
Vị trí khớp hợp lý thuỳ thuộc và hớng tác động của áp lực, theo
Voss 1962
Hớng áp lực
Hoạt động của khớp khi áp lực lệch