Nghiên cứu công nghệ top down thi công móng các công trình thủy lợi

Luận văn thạc sĩ

-1-

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới
các thầy cô giáo dạy và làm việc trong Trường Đại Học Thuỷ Lợi đã tận tâm giảng
dạy, truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả được học tập,
trau dồi kiến thức, đạo đức trong suốt 5 năm học tại trường cũng như thời gian học
cao học để tác giả có được ngày hơm nay.
Trước hết tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến TS Vũ Quốc Vương đã trực tiếp
hướng dẫn và giúp đỡ học viên từ lúc bắt đầu viết Đề cương đến lúc hoàn thành
luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến các Thầy cơ giáo đã truyền đạt những
kiến thức bổ ích trong q trình học tập. Xin cảm ơn phòng Đạo tạo Đại học và sau
Đại học, khoa Cơng trình đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập
cũng như trong quá trình thực hiện luận văn của tác giả.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Anh chị em đồng nghiệp nơi tác giả
đang công tác đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả hoàn thành
luận văn.
Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn sự động viên khích lệ của gia đình, sự
quan tâm chăm sóc của mọi người xung quanh, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác
giả trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp để tác giả có thêm nhiều niềm tin và
nghị lực để hoàn thành tốt luận văn được giao.
Với thời gian và trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy
cơ giáo, của các q vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn " Nghiên cứu cơng nghệ Top down thi cơng móng các cơng trình
thủy lợi ” được hồn thành tại Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi.

Hà nội, tháng 12 năm 2012

Học viên

Bùi Trọng Bình
Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-2-

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 1
MỤC LỤC .................................................................................................................. 2
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 9
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 9
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI............................................................................................... 9
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 10
IV. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ..................................................................................... 10
V. NỘI DUNG LUẬN VĂN : ............................................................................................. 10
CHƯƠNG 1.............................................................................................................. 11
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM
TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CƠNG ................................................................. 11
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI .................................................................................... 11
1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CƠNG TRÌNH
NGẦM ĐẶT NƠNG ............................................................................................................. 11
1.1.1 Phương pháp thi cơng dào mở tồn bộ hố móng ( Open cut). ................. 12
1.1.2 Phương pháp thi cơng theo trình tự từ trên xuống ( Top-down). ............. 12
1.1.3 Phương pháp thi cơng theo trình tự dưới lên ( Bottom up). ...................... 12
1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ..... 13
1.2.1 Các phương pháp thi công đường hầm. ...................................................... 13

1.2.1.1 Phương pháp khoan- nổ ............................................................................. 13
1.2.1.2. Phương pháp NATM.................................................................................. 15
1.2.1.3. Phương pháp cơ giới toàn bộ (TBM) ....................................................... 21
1.2.1.4 Phương pháp bằng khiên. .......................................................................... 22
1.2.1.6. Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm................................................ 25
1.2.1.7. Phương pháp kích ống . ............................................................................. 26
1.2.2 Các cơng đoạn thi công đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện ... 28
1.3 THI CƠNG MĨNG TẦNG HẦM TRẠM BƠM ĐỨNG TRONG CƠNG
TRÌNH THỦY LỢI .............................................................................................................. 31
Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-3-

1.3.1. Sàn lắp ráp và gian điều khiển của trạm bơm ............................................ 31
1.3.2. Gian đặt máy bơm .......................................................................................... 33
1.3.3. Buồng đặt ống hút ......................................................................................... 33
1.3.4. Xử lý móng tầng hầm buồng đặt ống hút ................................................... 36
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................ 38
CHƯƠNG 2.............................................................................................................. 39
THI CƠNG XỬ LÝ MĨNG TRẠM BƠM ĐỨNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TOP-DOWN ............................................................................................................ 39
2.1 ĐẶC ĐIỂM TRẠM BƠM ĐỨNG ............................................................................. 39
2.1.1 Mục đích xây dựng ........................................................................................ 39
2.1.2 Các kiểu trạm bơm đứng............................................................................... 40
2.2 PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG TOP - DOWN XỬ LÝ MĨNG......................... 42
TRẠM BƠM ĐỨNG ............................................................................................................ 42
2.2.1 Khái niệm chung về các phương pháp thi công ......................................... 42

2.2.2 Áp dụng phương pháp Top-down để thi cơng trạm bơm đứng ................ 43
2.2.3 Trình tự thi cơng theo phương pháp top-down ......................................... 44
2.2.4 Các hệ thống chống đỡ trong q trình thi cơng trạm bơm đứng. ......... 49
2.2.5 Thi công bê tông............................................................................................. 60
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 61
CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 62
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG..................................... 62
TỰ LÈN VÀO THÁP ĐIỀU ÁP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ................................ 62
3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................. 62
3.2 ĐẶC TÍNH VÀ VẬT LIỆU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỰ LÈN............................ 63
3.2.1. Khái niệm về bê tông tự lèn ( BTTL) ........................................................... 63
3.2.2.Đặc điểm của bê tông tự lèn .......................................................................... 64
3.2.3.Vật liệu cho sản xuất bê tơng tự lèn. ............................................................ 65
3.3 QUY TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTTL .................... 66
3.3.1. Quy trình thiết kế cấp phối BTTL ................................................................ 66
3.3.2. Nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông tự lèn ................................................ 68

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-4-

3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BTTL................................ 68
3.4.1. Thiết kế thành phần BTTL theo phương pháp bê tông truyền thống: ... 68
3.4.2.. Thiết kế thành phần BTTL của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) ..... 70
3.4.3. Thiết kế thành phần BTTL bằng phương pháp của hiệp hội bê tông
Nhật Bản (JSCE) kết hợp với phương pháp thể tích tuyệt đối..................................... 72
3.5 LỰA CHỌN VẬT LIỆU ............................................................................................... 73

3.5.1. Xi măng ........................................................................................................... 73
3.5.2.Cốt liệu ............................................................................................................. 74
3.5.3.. Đá dăm sử dụng. ........................................................................................... 75
3.5.4. Phụ gia mịn .................................................................................................... 76
3.5.5. Phụ gia giảm nước ........................................................................................ 77
3.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL ............................. 77
3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HỖN HỢP BTTL ................................. 79
3.7.1 Phương pháp xác định độ linh động (độ chẩy xoè) của hỗn hợp BTTL . 79
bằng rút côn .............................................................................................................. 79
3.7.2 Phương pháp xác định khả năng tự đầm của hỗn hợp BTTL bằng khn
hình L.................................................................................................................................. 80
3.8 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG BÊ TÔNG TỰ LÈN ..................... 81
3.8.1 Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu để sản xuất hỗn hợp BTTL ...................... 82
3.8.2 Cân đong vật liệu ........................................................................................... 83
3.8.3 Trộn hỗn hợp BTTL ...................................................................................... 83
3.8.4 Vận chuyển bê tông tự lèn ............................................................................ 84
3.8.5 Đổ bê tông tự lèn ........................................................................................... 84
3.8.6 Bảo dưỡng BTTL ........................................................................................... 84
3.9. HIỆU QUẢ KỸ THUẬT- KINH TẾ - XÃ HỘI ĐEM LẠI................................. 84
3.9.1 Hiệu quả kỹ thuật............................................................................................ 84
3.9.2 Hiệu quả kinh tế.............................................................................................. 85
3.9.3 Hiệu quả xã hội ............................................................................................... 85
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................ 86

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-5-

MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM KIỂM TRA TÍNH CHẤT CỦA HỖN
HỢP BÊ TƠNG TỰ LÈN ....................................................................................... 87
MỘT SỐ HÌNH ẢNH THI CƠNG BẰNG CƠNG NGHỆ BÊ TƠNG TỰ LÈN
TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG NĨI CHUNG VÀ THỦY LỢI NÓI
RIÊNG ...................................................................................................................... 88
CHƯƠNG 4.............................................................................................................. 89
THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL CHO TRẠM BƠM BẮC NAM
HÀ ............................................................................................................................. 89
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH............................................................. 89
4.1.1 Vị trí cơng trình ............................................................................................... 89
4.1.2 Nhiệm vụ cơng trình ....................................................................................... 90
4.1.3 Các thông số kỹ thuật ..................................................................................... 91
4.2. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTL TRẠM BƠM ........................... 91
4.2.1. Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông tự lèn và bê tơng tự lèn91
4.2.2. Tính tốn thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm. ................ 92
4.2.3. Một số tính chất của bê tơng tự lèn M250 .................................................. 94
4.2.4. Lưu ý công tác sản xuất, vận chuyển và đổ bê tông .................................. 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 100
1. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN ............................................ 100
2. NHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ ........................................................................... 101
3. KIẾN NGHỊ ..................................................................................................................... 101
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 102
PHỤ LỤC TÍNH TỐN ....................................................................................... 104

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-6-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nơng.
Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân
Hình 1-3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hồn thiện
Hình 1-4: Máy đào đường hầm TBM.
Hình 1-5: Sơ đồ thi cơng bằng khiên
Hình 1-6: Lai dắt đốt hầm Thủ thiêm.
Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy
Hình 1-8: Kích ống và giếng kích ống qua sơng Sài gịn cho loại D3000mm.
Hình 1-9: Mặt cắt ngang đường hầm khơng áp
Hình 1-10 : Mặt cắt ngang đường hầm dẫn nước có áp
Hình 1-11: Bố trí các cụm thiết bị sữa chữa trên sàn lắp ráp và gian máy
Hình 1-12: Cắt dọc và bố trí gian động cơ, gian điều khiển
Hình 1-13: Bố trí buồng hút máy bơm
Hình 1-14: Biện pháp thi cơng xử lý móng buồng hút
Hình 2-1: Nhà máy bơm loại buồng ướt máy đặt chìm
Hình 2-2: Nhà máy bơm loại buồng khơ
Hình 2-3: Trình tự các bước thi cơng
Hình 2-4: Sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốc
Hình 2- 5: Sử dụng ván thép để làm tường tầng hầm
Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại máy rung
Hình 2-7: Bố trí hệ thanh chống ngang một nhip (a) hoặc nhiều nhịp (b)
Hình 2-8: Thép dầm chữ I.
Hình 2-9: Tường thi cơng trong hào vữa sét
Hình 3-1: Thí nghiệm xác định độ chẩy x của hỗn hợp BTTL
Hình 3-2: Thiết bị thí nghiệm khả năng tự lèn của hỗn hợp BTTL.
Hình 3-3: Rút cơn kiểm tra độ linh động của hỗn hợp BTTL
Hình 3-4: Thí nghiệm độ chẩy xịe của hỗn hợp BTTL

Hình 3-5: Thí nghiệm kiểm tra khả năng tự lèn của HHBTTL bằng khn chữ U
Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-7-

Hình 3-6: Khn hình chữ U để kiểm tra khả năng tự lèn của HHBT
Hình 3-7: Thi công BTTL tại nút dầm– cột nhà 34 tầng – T34 Dự án Trung hịa
Hình 3-8: Thi cơng đập xà lan di dộng bằng bê tông tự lèn tại bãi đúc
Hình 3-9: Bơm bê tơng tự lèn vào bản đáy của đập xà lan
Hình 4-1: Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian của hỗn hợp bê
tơng tự lèn.
Hình 4-2: Biểu đồ thời gian đơng kết của hỗn hợp BTTL
Hình 4-3: Biểu đồ độ hút nước của BTTL
Hình 4-4: Biểu đồ sự phát triển cường độ nén theo thời gian

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Tính chất vật lý của xi măng PCB40 Hà Tiên I.
Bảng 3-2: Các chỉ tiêu tính chất của cát
Bảng 3-3: Thành phần hạt của cát
Bảng 3-4. Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm sau khi đã sơ tuyển
Bảng 3-5. Thành phần hạt của đá dăm 10 – 20
Bảng 3-6. Thành phần hạt của đá dăm 5 – 10
Bảng 3-7: Tính chất cơ lý Tro bay - Phả lại
Bảng 4-1: Kết quả thành phần cấp phối bê tông tự lèn cho trạm bơm
Bảng 4-2: Kết quả thí nghiệm sự tổn thất độ chẩy của hỗn hợp BTTL theo thời gian.
Bảng 4-3: Thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL
Bảng 4-4: Độ hút nước của BTTL

Bảng 4-5: Kết quả thí nghiệm cường độ nén của BTTL
Bảng 4-6: Kết quả thí nghiệm chống thấm nước của mẫu BTTL

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-8-

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
BTTL

: Bê tơng tự lèn

C

: Cát

CLL

: Cốt liệu lớn

CKD

: Chất kết dính

Đ

: Đá

N

: Nước

X, XM

: Xi măng

PG

: Phụ gia

T

: Tro bay

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

-9-

PHẦN MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Từ lâu trên thế giới các cơng trình ngầm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh
vực xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải, thủy lợi - thuỷ điện và an
ninh quốc phòng. Đặc biệt tại các nước phát triển thì trong xây dựng dân dụng các
cơng trình ngầm hay hạ tầng ngầm để phục vụ tiện ích cuộc sống như tầng hầm các
nhà cao tầng, hầm gara ô tô,…Trong lĩnh vực giao thông dễ thấy nhất là xây dựng
hệ thống thơng ngầm dưới lịng đất (Metro) trong đô thị, hầm để vượt núi, vượt
sông, vượt biền để tránh các nguy cơ tai nạn và rút ngắn được tuyến đường. Trong
công nghiệp khai thác mỏ hầm ngầm được xây dựng phổ biến để khai thác các
nguồn tài ngun q giá trong lịng đất. Trong lĩnh vực an ninh quốc phịng cơng
trình ngầm cất giữ vũ khí, quân lương đảm bảo bí mật và giảm thiểu thương vong.
Trong thuỷ lợi-thủy điện đường hầm được xây dựng để dẫn nước vào tổ máy turbin,
xây dựng bể ngầm, xi phơng…
Đặc điểm chung của các cơng trình thủy lợi là móng cơng trình chủ yếu đặt trên
nền địa chất phức tạp. Và cơng trình thi cơng trong điều kiện phức tạp về điều kiện
địa chất thủy văn, tiến độ thi cơng địi hỏi nhanh và cấp thiết để đáp ứng được bài
toán kinh tế và kỹ thuật đặt ra.
Hiện nay ở Việt Nam đang xây dựng, nâng cấp nhiều hệ thống thủy lợi nhằm
phục vụ yêu cầu mới. Trong đó có nhiều hạng mục cơng trình ngầm trong đất như
các hầm dẫn nước, tháp điếu áp...và đặc biệt là các trạm bơm đứng có quy mơ lớn.
Do vậy phải lựa chọn phương pháp thi cơng thích hợp khác với phương pháp thi
công truyền thống để đạt được hiểu quả cao nhất. Một trong những phương pháp thi
công đang được áp dụng hiện nay là phương pháp “Top - down”.
Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu công nghệ Top down thi cơng móng các cơng trình
thủy lợi’’ là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong giai đoạn hiện nay.

II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu cơng nghệ Top –Down thi cơng móng các cơng trình thủy lợi.

Học viên: Bùi Trọng Bình

Luận văn thạc sĩ

- 10 -

III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a) Cách tiếp cận
Nghiên cứu thông qua việc thu thập các tài liệu có liên quan tới đề tài như :
Các giáo trình về địa kỹ thuật, các giáo trình về thiết kế và thi cơng hầm thủy công,
thủy điện, hầm giao thông và các bài giảng về xây dựng các cơng trình ngầm .Đồng
thời nghiên cứu và tiếp cận với các tài liệu về chuyên nghành vật liệu xây dựng đặc
biệt là vật liệu bê tông. Kết hợp với tham khảo các tài liệu chuyên ngành trong nước
và nước ngoài, trên báo và mạng internet...
b) Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp tính
tốn. Lựa chọn một phương pháp tính tốn phù hợp với điều kiện Việt Nam.

IV. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
- Đưa ra được tính ưu việt hơn so với các phương pháp thi công truyền thống.
- Ứng dụng công nghệ Top-down cho thi công một cơng trình thủy lợi.
- Đề xuất đưa vào ứng dụng vật liệu bê tơng tự lèn vào thi cơng móng cơng trình
thủy lợi theo phương pháp Top-down.
- Đưa ra giải pháp vật liệu cũng như công nghệ sản xuất và thi công cho trạm
bơm Bắc Nam Hà.

V. NỘI DUNG LUẬN VĂN :
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thi cơng cơng trình ngầm trong xây
dựng và thi cơng cơng trình thủy lợi.
Chương 2: Thi cơng xử lý móng trạm bơm đứng bằng phương pháp Top - down

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào thi cơng móng các
cơng trình thủy lợi.
Chương 4: Thiết kế thành phần cấp phối BTTL cho trạm bơm Bắc Nam Hà.
Kết luận và kiến nghị

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 11 -

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG CƠNG
TRÌNH NGẦM TRONG XÂY DỰNG VÀ THI CƠNG
CƠNG TRÌNH THỦY LỢI
1.1

CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CƠNG
TRÌNH NGẦM ĐẶT NƠNG
Hầm và cơng trình ngầm đặt nơng thơng thường có chiều sâu khơng q

20m. Các loại hầm phổ biến trong đô thi như hầm cho xe cơ giới, nhà ga xe điện
ngầm, đường hầm chuyển tiếp tại các vị trí giao nhau trong giao thơng, hầm dành
cho hệ thống thốt nước thải và các cơng trình ngầm hạ tầng kỹ thuật đơ thị khác.
Cịn trong thủy lợi đường hầm được dùng để thoát lũ hoặc dẫn nước vào nhà máy
thủy điện …
Để thi công các dạng cơng trình này địi hỏi phải có những phương pháp
riêng phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật đặt ra. Nhìn chung các hố móng cho

các dạng cơng trình này chủ yếu là hố móng sâu thi cơng phức tạp.
Với những đặc thù đó muốn thi cơng các hố móng sâu này hiện nay trong
xây dựng các nhà thầu có thể thi cơng theo ba phương pháp khac nhau tùy thuộc
vào đặc thù của hố móng. Ba phương pháp đó là:
* Phương pháp 1: Phương pháp thi cơng đào mở tồn bộ hố móng (Open-cut)
* Phương pháp 2: Phương pháp thi cơng theo trình tự từ trên xuống ( Top-down)
* Phương pháp 3: Phương pháp thi công theo trình tự từ dưới lên (Bottom-up)
Trong ba phương pháp đó thì hai phương pháp cuối thi cơng theo trình tự từ trên
xuống hoặc từ dưới lên thích hợp cho thi cơng các hố móng sâu, với điều kiện địa
tầng xấu, mực nước ngầm cao hoặc điều kiện mặt bằng thi cơng chật hẹp xen trong
đơ thị. Cịn phương pháp đào mở tồn bộ hố móng thường chỉ thích hợp khi hố
móng khơng sâu (thường là dưới 5m) và tính ổn định của địa tầng xung quanh hố
móng tương đối cao.
Phương pháp cơng nghệ chính của các phương pháp thi cơng :
Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 12 -

1.1.1 Phương pháp thi công đào mở tồn bộ hố móng ( Open cut).
Đây là phương pháp cổ điển được áp dụng khi chiều sâu hố đào khơng lớn, thiết bị
thi cơng đơn giản. Tồn bộ hố đào được đào đến độ sâu thiết kế (độ sâu đặt móng),
có thể dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố
đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào khối lượng đất cần đào và nó cịn phụ thuộc
vào thiết bị máy móc, nhân lực của cơng trình. Sau khi đào xong, người ta cho tiến
hành xây nhà theo thứ tự bình thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái. Để
đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong q trình thi cơng người ta dùng các
biện pháp giữ vách đào theo các phương pháp truyền thống nghĩa là ta có thể đào

theo mái dốc tự nhiên (theo góc ϕ của đất). Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không
cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ tường hố đào.
1.1.2 Phương pháp thi cơng theo trình tự từ trên xuống ( Top-down).
Công tác thi công theo phương pháp từ trên xuống (Top down) được tiến hành theo
các bước chính như sau:
Bước1: Lắp tường kết cấu chống đỡ đất xung quanh hố móng bằng tường cừ thép,
tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ hay lắp ghép…
Bước2: Tiến hành hạ thấp mực nước ngầm xung quanh khối đào
Bước3: Đào đất trong hố móng đến cao trình của sàn trên cùng của kết cấu.
Bước4: Thi công kết cấu sàn liên kết với hệ tường vây của hố móng.
Bước5: San lấp trả lại mặt đất hiện trạng xung quanh để đảm bảo lưu thông.
Bước6: Tiếp tục tiến hành đào đất ở sàn dưới của kết cấu bằng cơ giới và chuyển ra
ngồi thơng qua lỗ chừa sẵn ở sàn.
Bước7: Tiếp tục thi cơng kết cấu và trình tự thi cơng lặp đi lặp lại cho đến khi thi
công xong tấm đáy kết cấu cơng trình.
Bước8: Khâu cuối cùng là hồn thiện bên trong.
1.1.3 Phương pháp thi cơng theo trình tự dưới lên ( Bottom up).
Phương pháp thi cơng theo trình tự từ dưới lên được áp dụng cho những hố
đào sâu trên 10m và thường dùng hệ thống chống đỡ bằng hệ thống tường hào vây
kết hợp với neo trong đất.Trình tự thi cơng theo phương pháp này khác với phương

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 13 -

pháp thi công ở trên xuống ở chỗ là phải đào đáy hố móng và thi cơng phần sàn đáy
cơng trình trước tiên.

1.2

THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY
ĐIỆN
Hầm là cơng trình nhân tạo trong lòng đất, được sử dụng khá phổ biến trong

các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân , đặc biệt là ở các nước phát triển .
Đa số các cơng trình ngầm , đặc biệt là những hầm lớn , là dùng vào mục đích giao
thông như hầm đường sắt , ôtô, hầm đường thủy – một số cơng trình loại này cịn sử
dụng hỗn hợp cho cả đường sắt và ôtô. Trong thủy lợi đường hầm được sử dụng để
thoát nước hoặc dẫn nước vào nhà máy thủy điện ,… một số cơng trình như: đường
hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện Hòa Bình, Trị An, ..
1.2.1 Các phương pháp thi cơng đường hầm.
Khi thi công hầm qua các vùng địa chất khác nhau người ta có những
phương pháp đào khác nhau như:
- Phương pháp khoan - nổ.
- Phương pháp NATM
- Phương pháp đào bằng máy (TBM)
- Phương pháp bằng khiên.
- Phương pháp đào hở - lấp lại.
- Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm.
- Phương pháp kích ống
1.2.1.1 Phương pháp khoan- nổ
Trình tự thi công phương pháp này gồm nhiều công đoạn
1.2.1.1.1. Khoan lỗ mìn.
Trong đào hầm thường dùng phương pháp nổ mìn lỗ nơng. Số lượng lỗ mìn
được khoan phụ thuộc vào độ cứng và mức độ nứt nẻ của đất đá, chiều sâu lỗ mìn,
loại thuốc nổ và trọng lượng bao thuốc. Chiều sâu lỗ mìn lấy sâu hơn chiều sâu tiến
của khoang đào.

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 14 -

5
1

α

2
3

5

W
Lk

4

Hình 1-1: Các dạng chính của nổ mìn lỗ nơng.
1- Lỗ mìn tạo mặt thống

3- Đáy lỗ mìn

5- Lỗ mìn phá

2- Phễu do lỗ mìn rãnh tạo ra

4 - Lỗ mìn sửa hoặc mìn viền

Trong đó:
W: đường cản ngắn nhất
lk: bước tiến của đường hầm hay chiều dài sau một chu kỳ khoan -nổ.
α: góc nghiêng của lỗ mìn tạo rãnh.
Trong gương đào của đường hầm, các lỗ mìn được nổ theo trình tự sau:
* Trường hợp nổ mìn sửa:
- Nổ lỗ mìn tạo rãnh (1) trước
- Sau khi tạo phễu (2) tiến hành nổ 5,4.
* Trường hợp nổ mìn viền:
- Nổ (4) trước
- Sau đó nổ (1) và (5).
Thiết bị khoan trong đường hầm hiện nay thường dùng loại máy khoan có
thể tự di chuyển hoặc được đặt trên xe. Ví dụ như khi thi cơng đường hầm dẫn dịng
Cửa Đạt sử dụng loại khoan xoay đập, có thể khoan trên tồn mặt gương đào (D =
9m), thí dụ loại Booner (Thụy Điển) gồm ba cần khoan một lần. Máy khoan này
còn dùng hỗ trợ công tác cậy đá long rời, rửa đá, đặt đinh thép hoặc neo đá vào
gương đào. Chiều sâu khoan nổ tối đa để nổ theo lý thuyết bằng bán kính Tuynen

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 15 -

song cần tính tốn nổ thử để quyết định. Kinh nghiệm ở cơng trình Cửa Đạt (Lk <

4,5m) để giảm nứt nẻ đá xung quanh tuynen, đảm bảo chống thấm tốt cũng như
giảm phụt vữa
1.2.1.1.2. Cơng tác nổ phá
Thuốc ammơnít N0-1 là loại thuốc thường dùng trong việc đào đường hầm,
nén từng thỏi 36 mm, dài 13,5 cm, trọng lượng 200 gram, khả năng phá vỡ mạnh,
yếu hơn một chút là loại chứa 62% dinamit (hệ số hao hụt 1,07 so với loại ammơnít
N0-1). Ammơnít N0-6 thường áp dụng cho những loại đá cứng trung bình.
Nổ mìn tạo mặt phẳng: phần giữa mặt cắt của đường hầm được nổ sao cho
khối lượng cịn sót lại so với thiết kế theo chu vi là nhỏ. Khối lượng còn lại này
được nổ đợt 2 nhờ các lỗ mìn bổ sung có đường kính nhỏ hơn, khoan theo đường
viền của mặt cắt, song song với trục đường hầm, khoảng cách giữa các lỗ là 20 cm.
Các lỗ mìn được nạp thuốc theo trình tự: một lỗ nạp thuốc, một lỗ khơng nạp thuốc,
sau đó lặp lại như trên. Loại thuốc có tính năng phá yếu hơn so với loại thuốc nổ đợt
1. Thuốc nổ nạp vào lỗ ước khoảng 120-150 gam/1m dài và cũng nạp theo phương
pháp nạp thuốc cách quãng. Với phương pháp này khối lượng đào sót lớn nhưng khi
sửa lại địi hỏi phải bổ sung thiết bị và gần như tăng gấp hai lần khối lượng vỏ
bêtông đường hầm.
Đối với đường hầm Cửa Đạt đã gây nổ bằng kíp nổ điện vi sai (nổ mìn tạo
rãnh trước, sau đó nổ phá cuối cùng nổ mìn sửa).
- Trường hợp 3 cấp vi sai thì có các kíp nổ ứng với 10ms, 20ms, 35ms.
- Nếu cần 4 cấp (lỗ mìn phá nhiều, nổ 2 đợt) thì có các kíp nổ ứng với 10ms,
20ms, 35ms, 50ms.
Sử dụng lỗ mìn sửa theo chu vi mặt cắt đường hầm nhằm hạn chế tối đa nứt
nẻ do nổ mìn. Qui mơ một lần nổ (ứng cấp vi sai với khối lượng thuốc nổ lớn nhất)
cần được thí nghiệm để tránh gây ảnh hưởng đến vật chống đỡ cũng như chất lượng
vỏ bêtông đường hầm đã thi công trước.
1.2.1.2. Phương pháp NATM
Việc áp dụng các vì chống mềm bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và
lưới thép cho phép hạn chế được biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 16 -

đào hầm và liên kết được các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho
đất đá xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm.
Trên lý thuyết này các kỹ sư người Áo đã nghiên cứu và đưa ra phương
pháp xây dựng hầm mới của Áo (New Austrian Tunnelling Method) bắt đầu hình
thành và phát triển thành một phương pháp xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới.
*22 nguyên tắc cơ bản của phương pháp xây dựng hầm NATM:
- Kết cấu hầm là tổ hợp giữa đá núi và vỏ hầm. Hầm được chống đỡ chủ yếu
bằng khối đất đá xung quanh
Đây là khái niệm cơ bản của phương pháp NATM. Kỹ sư hầm phải biết vận
dụng khái niệm này vào công tác đào hầm. Hệ thống chống đỡ hầm chỉ nên áp dụng
hạn chế và mang tính hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định của khối đá.
-Theo phương pháp NATM, điều quan trọng là phải duy trì cường độ nguyên
thủy của khối đá. Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vịm thép khơng
thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm. Bê tông phải được
phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu.
Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, vẫn có một khoảng trống giữa hệ
thống chống đỡ và khối đá. Khối đá xung quanh chỉ được chống đỡ thơng qua các
điểm tiếp xúc nên có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp đầy
khoảng trống nói trên. Sự rời rạc (biến dạng) của khối đá sẽ có xu hướng phát triển
đến độ sâu h tính từ tường hầm. Theo phương pháp NATM, sử dụng bêtông phun
trực tiếp và bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm nên ngăn không cho
khối đá biến dạng.
- Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý vì việc khối đá rời rạc sẽ

làm cho cường độ của nó bị giảm đi. Cường độ của khối đá, phụ thuộc chủ yếu vào
lực ma sát của mỗi phân khối đá, sẽ giảm xuống khi ma sát giảm. Nguyên tắc này
áp dụng chủ yếu đối với đá cứng. Đối với đá mềm, chẳng hạn như lớp đá trầm tích
sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính của chúng sẽ phụ thuộc vào lực dính và góc
nội ma sát.

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 17 -

- Khối đá phải được giữ trong các điều kiện ứng suất nén ba trục. Cường độ
của khối đá chịu ứng suất nén đơn trục hoặc hai trục thì thấp hơn cường độ trong
điều kiện ba trục.
Cường độ chịu nén của khối đá ở điều kiện nén nhiều trục sẽ cao hơn khối đá
trong điều kiện nén một trục. Sau khi đào hầm, vách hầm sẽ ở trong trạng thái nở
hông cho đến khi hệ thống chống đỡ được lắp đặt. Để duy trì trạng thái ứng suất nén
ba trục và sự ổn định của khối đá, vách hầm phải được phủ kín bằng bêtơng phun.
- Biến dạng của khối đá phải được ngăn chặn hợp lý. Phải thiết lập hệ thống
chống đỡ để ngăn chặn sự giãn nở (tơi) hoặc nguy cơ đổ sập của khối đá. Nếu hệ
thống chống đỡ được thiết lập một cách thích hợp thì chất lượng của việc đào hầm
sẽ tăng đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Nếu biến dạng cho phép vượt quá giới hạn, vùng biến dạng dẻo quanh hầm
phát triển và khe nứt xuất hiện. “Ngăn chặn sự biến dạng” nghĩa là giảm thiểu tối đa
sự biến dạng xung quanh hầm do những biến dạng xảy ra trong khi đào hầm là
không thể tránh khỏi, ví dụ biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng do nổ mìn. Vì thế,
giới hạn biến dạng cho phép cần được đề ra ứng mỗi loại hệ thống chống đỡ và
được cập nhật từ các kết quả đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật.

- Hệ thống chống đỡ phải được lắp đặt kịp thời. Lắp đặt các hệ thống chống
đỡ quá sớm hay quá muộn sẽ đem lại kết quả bất lợi. Hệ thống chống đỡ cũng
không được quá mềm hay quá cứng. Các hệ thống chống đỡ cần có một độ mềm
dẻo thích hợp để duy trì cường độ của khối đá.
Nếu hệ thống chống đỡ được lắp đặt quá sớm, áp lực tác dụng lên kết cấu
chống đỡ sẽ rất cao. Mặt khác áp lực sẽ tiếp tục tăng lên khi lắp đặt hệ thống chống
đỡ chậm. Hệ thống chống đỡ được lắp đặt đúng lúc có khả năng giảm tải trọng đến
nhỏ nhất. Nếu hệ thống chống đỡ quá cứng sẽ đắt, quá mềm thì khối đá biến dạng
nhiều, tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ sẽ rất cao. Tải trọng tác động lên hệ
thống chống đỡ sẽ giảm đến nhỏ nhất khi hệ thống chống đỡ có độ mềm dẻo thích
hợp.
- Để đánh giá thời gian thích hợp khi lắp đặt hệ thống chống đỡ, cần nghiên
cứu khảo sát đặc tính biến dạng phụ thuộc thời gian của khối đá.

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 18 -

- Không chỉ dựa vào cơng tác thí nghiệm trong phịng mà cịn phải tiến hành
đo đạc biến dạng đường hầm để đánh giá thời gian thích hợp lắp đặt kết cấu chống
đỡ. Thời gian tự đứng vững của vách hầm, tốc độ của sự biến dạng và loại đá là
những nhân tố quan trọng để tính tốn thời gian chống đỡ vách đào của khối đá.
Đối với phương pháp NATM, công việc không thể thiếu được là đo đạc quan trắc.
Những nhân tố được nhắc đến ở trên được xác định từ kết quả đo đạc quan trắc và
những tính tốn mang tính thống kê dựa trên kết quả của việc đo đạc quan trắc rất
có ích cho việc dự đốn được sự biến dạng ở bước đào hầm tiếp theo.
- Nếu sự biến dạng hoặc sự tơi của khối đá được dự đoán là rất lớn, bề mặt

hầm đã đào phải được phun bê tơng kín như là màn che. Kết cấu chống đỡ bằng gỗ
và thép chỉ tiếp xúc với bề mặt tường hầm ở các điểm chèn. Vì thế, đất đá giữa các
điểm tiếp xúc sẽ vẫn cịn khơng được chống đỡ nên sự biến dạng hoặc tơi của khối
đá sẽ phát triển.
- Vỏ hầm phải mỏng và có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mơ men
uốn và tránh được phá hoại do ứng suất uốn gây ra. Không chỉ lớp vỏ hầm ban đầu
(bêtông phun) mà cả lớp vỏ hầm hoàn thiện cũng cần phải mỏng.
- Trong trường hợp hệ thống chống đỡ (ban đầu) cần phải gia cường, các
thanh thép, khung chống thép và neo đá nên được sử dụng. Không nên tăng chiều
dày lớp bê tông vỏ hầm vì sẽ làm giảm diện tích tiết diện khai thác của hầm.
- Thời gian và phương pháp thi công vỏ hầm được quyết định dựa trên kết quả
quan trắc của thiết bị.
Thông thường lớp bê tông vỏ hầm được thi công sau khi biến dạng của hầm
đã ổn định. Nếu sự biến dạng có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân.
Trong trường hợp này, lớp bê tông vỏ hầm phải được thiết kế đủ cường độ chống lại
áp lực của khối đá tác dụng lên.
- Về mặt lý thuyết, cấu trúc của hầm giống như một cái ống hình trụ dày gồm
hệ thống chống đỡ và vỏ hầm cùng với môi trường đất đá xung quanh. Các cấu trúc
này hợp lại với nhau làm cho hầm tự ổn định.
Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm và trụ đỡ, khối đá xung
quanh được xem như là tải trọng tác dụng lên hầm. Theo lý thuyết NATM, hầm

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 19 -

được xem như là một cấu trúc hỗn hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ và vỏ hầm.

- Việc cấu tạo mặt cắt hầm kín bằng vịm ngược tạo nên đường ống hình trụ là
cần thiết vì cấu trúc này có thể chịu ứng suất của đá cao hơn.
- Hành vi (trạng thái) của khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm và sự lắp
đặt hệ thống chống đỡ cho đến khi kết cấu của hầm kín được hình thành. Mơmen
uốn bất lợi xuất hiện tại khu vực tiếp giáp của phần trên vòm hầm và tường (bench)
giống như kết cấu dầm hẫng khi khoảng cách giữa các bề mặt gương hầm của phần
vòm và phần tường là quá dài.
Ứng suất uốn như mô tả ở trên sẽ phát triển do lún tác động lên hệ thống
chống đỡ lắp đặt ở phần trên vịm hầm, khi sức chịu tải của móng hệ thống chống
đỡ nhỏ hơn tải trọng tác động lên.
- Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn mặt cắt tốt hơn
các phương pháp khác. Chia gương hầm thành nhiều gương nhỏ sẽ khiến cho chất
lượng khối đá xung quanh hầm giảm đi nhanh .
Tuỳ thuộc vào quá trình đào hầm, việc phân bố ứng suất của khối đá xung
quanh sẽ xảy ra và cuối cùng đạt đến một trạng thái ứng suất mới. Khối đá xung
quanh hầm gặp phải tình trạng có tải và khơng tải lặp đi lặp lại trong suốt quá trình
phân bố lại ứng suất. Đôi khi trạng thái này lặp lại dẫn đến kết quả khối đá bị phá
hoại. Tuy nhiên, rất khó thực hiện phương pháp đào toàn mặt cắt ở những vùng đá
xấu như đá phong hoá nặng hoặc đất. Trong các trường hợp như vậy ta phải chia
gương hầm thành những gương nhỏ và cần phải đo đạc kiểm tra tính ổn định của
mỗi phần hầm đó.
- Phương pháp đào hầm có ảnh hưởng rất lớn đến khối đá xung quanh, chẳng
hạn chu kỳ và trình tự đào hầm, thời gian thi cơng vỏ hầm, thời gian đóng kín vỏ
hầm, ... Các nhân tố này cần được kiểm soát để tạo ra tổ hợp kết cấu cũng như thiết
lập sự ổn định của đường hầm.
- Mỗi bộ phận hầm phải duy trì hình dạng trịn nhằm tránh sự tập trung ứng
suất bất lợi.

Học viên: Bùi Trọng Bình

Luận văn thạc sĩ

- 20 -

- Đối với hầm kết cấu vỏ đơi thì vỏ hầm bên trong phải mỏng. Bất kỳ lực cắt
tác động vào đuờng biên bên ngoài hầm và khối đá sẽ không truyền sang bê tông vỏ
hầm. Chỉ có lực hướng tâm truyền đến kết cấu vỏ đôi của hầm.
- Kết cấu tổ hợp của khối đá và kết cấu chống đỡ bên ngoài (ban đầu) phải hình
thành trước khi thi cơng lớp bê tơng vỏ hầm bên trong. Lớp vỏ hầm bên trong chỉ có
tác dụng làm tăng hệ số an toàn cho hầm. Tuy nhiên, độ ổn định của kết cấu hầm
cần được xem xét bao gồm cả lớp bê tông vỏ hầm khi hầm gặp một lưu lượng lớn
nước thấm vào hoặc dự báo sự ăn mòn của các neo đá.
- Thiết bị đo đạc, quan trắc đóng vai trị quan trọng đối với công tác thiết kế và
thi công hầm. Việc đo ứng suất tác động lên vỏ hầm và đo đạc sự dịch chuyển của
vách hầm là đặc biệt cần thiết khi thi cơng hầm.
- Giải phóng áp lực của nước ngầm xuất hiện trong khối đá bằng hệ thống
thoát nước. Áp lực thủy tĩnh xung quanh đường hầm sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự
biến đổi mực nước ngầm. Hệ thống thoát nước ngầm là cách làm giảm áp lực thủy
tĩnh hữu hiệu nhất.
Trình tự đào phân đoạn mặt cắt gương hầm theo phương pháp NATM tại
đường hầm Hải Vân như sau:
Bêtơng phun

Neo

Bêtơng phun

1

1

2b

16m

2a

19m

Bêtơng phun

2a

1

3a

2b
3b

Bêtơng phun

2a
3a

1

4

2b
3b

5
Bêtơng phun

Líp ®Ưm cho xe vËn
chun qua

Bêtơng phun

Hình 1-2: Trình tự đào phân đoạn đường hầm Hải Vân

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 21 -

Hình 1-3: Hình ảnh hầm Hải Vân sau khi hoàn thiện
1.2.1.3. Phương pháp cơ giới tồn bộ (TBM)
Thi cơng hầm theo phương pháp khoan nổ cho đến nay vẫn phổ biến. Tuy
nhiên thi công theo phương pháp này phải sử dụng nhiều nhân lực, sử dụng một
lượng lớn thuốc nổ độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Do vậy việc thi công hầm
đang dần được cơ giới hoá, để thực hiện điều này, người ta đã nghiên cứu, phát
minh và sử dụng các máy đào đường hầm chuyên dụng.
TBM là thiết bị đào hầm hiện đại được sử dụng để đào các đường hầm có tiết
diện trịn trong các điều kiện địa chất khác nhau. Máy có thể được sử dụng để đào
hầm ở vùng đá cứng, đất hoặc cát có lẫn các loại tạp chất. Đường kính đào hầm

bằng máy TBM có thể thay đổi từ 1m đến 15m. TBM là tổ hợp máy đào hiện đại,
tồn bộ các dây truyền cơng nghệ đều được cơ giới hoá từ khâu đào, xúc, vận
chuyển đều được các thiết bị chuyên dùng thực hiện.

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 22 -

Khi thi công bằng thiết bị này thực chất là q trình vị nát, cắt rời đá bởi các
đầu cắt bằng đĩa vừa quay vừa ấn vào mặt đá. Máy sẽ trực tiếp đào đất bằng mũi
khoan (lưỡi dao) được lắp phía đầu và chuyển đất đá ra ngoài bằng hệ thống băng
tải, trong khi đó phần đi máy sẽ thực hiện việc lắp ghép các vỏ hầm bằng bê tông
đúc sẵn được đưa từ ngồi vào.

Hình 1-4: Máy đào đường hầm TBM.
1.2.1.4 Phương pháp bằng khiên.
Khiên là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chống áp lực địa
tầng lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng. Đoạn đầu ống có thiết bị che chống
và đào đất, đoạn giữa của ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến lên, đi của ống
có thể lắp các ống bêtơng vỏ hầm đúc sẵn hoặc các vành thép để đổ bêtông vỏ hầm.
Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ lắp đặt (hoặc đổ tại chỗ ) một vòng vỏ
hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời người ta sẽ ép vữa ximăng cát vào khe
hở đằng sau lưng các vịng bêtơng để đề phịng hầm và mặt đất lún xuống. Phản lực
đẩy khiên tiến lên do vịng bêtơng vỏ hầm chịu đựng. Trước lúc thi cơng bằng khiên
cần xây dựng một giếng đứng, lắp ráp khiên cũng tại giếng đứng, đất đá do khiên
đào xong được đưa qua giếng đứng ra ngoài mặt đất

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 23 -

Hình 1-5: Sơ đồ thi công bằng khiên
Mỗi loại khiên đào được dùng trong phạm vi nhất định của điều kiện địa chất
và có giới hạn sử dụng hiệu quả nhất. Vì vậy để có thể lựa chọn được loại khiên đào
phù hợp nhất cần phải làm sáng tỏ phạm vi sử dụng và sử dụng hiệu quả nhất của
nó kết hợp với kinh nghiệm thi công hầm bằng khiên đào trên thế giới.
* Khiên đào khơng có áp lực cân bằng ở gương đào:
Khiên đào khơng có áp lực cân bằng ở gương đào có thể là khiên đào cơ giới
hố, bán cơ giới hoặc không cơ giới. Do đặc điểm của khiên đào loại này có mặt
trước mở tồn phần hay một phần để đào đất nên không đảm bảo sự ổn định gương
đào trong nền đất yếu. Chúng có thể được sử dụng chỉ trong các loại đất mà không
xuất hiện sự chuyển dịch tự do của đất vào phía trong khiên đào: đất sỏi chặt với cát
và sét cứng. Tuy nhiên phạm vi sử dụng chúng có thể mở rộng khi kết hợp với các
phương pháp đặc biệt khác: dùng khí nén, hạ mực nước ngầm nhân tạo, tăng cường
đất. Khiên đào bán cơ giới và khiên đào không cơ giới hoá chỉ được sử dụng hợp lý
khi xây dựng hầm ngắn với mặt cắt ngang khơng lớn.
* Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào:
Khi dùng áp lực cân bằng ở gương đào thì các khiên đào loại này đều là
khiên đào cơ giới hoá. Điều kiện làm việc hiệu quả của khiên đào lại này được xác
định bằng khả năng đảm bảo trạng thái ổn định của gương đào do khi đào đất sẽ gây

Học viên: Bùi Trọng Bình

Luận văn thạc sĩ

- 24 -

ra sự phá huỷ trạng thái ứng suất tư nhiên của khối đất. Điều đó đạt được bằng cách
tạo ra áp lực chủ động ở buồng kín sát gương đào tác dụng vào bề mặt đất ở gương
đào.
Phạm vi sử dụng hiệu quả nhất của khiên đào dạng này trong đất sét hoặc bụi
với độ ẩm cao với hàm lượng hạt cát không nhiều và khi tồn tại trong các loại đất
đó thành phần hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,05mm khơng nhỏ hơn 30%.
1.2.1.5. Phương pháp đào hở - lấp lại.
Thi công hở là tiến hành đào hào từ trên mặt đất, xây dựng cơng trình và cuối
cùng lại phủ đất hay vật liệu lên trên kết cấu cơng trình ngầm. Thơng thường với
phương pháp này kết cấu cơng trình ngầm có thể được xây dựng từ đáy hào
(phương thức tường nền) hoặc trước tiên thi cơng tường và nóc của kết cấu cơng
trình ngầm (phương thức tường nóc) và sau đó các cơng tác khác được tiến hành và
hồn thiện.
Có thể nói rằng, trong những điều kiện thông thường, phương pháp hở được
coi là phương pháp kinh tế nhất trong xây dựng các cơng trình ngầm cỡ lớn. Tùy
thuộc vào điều kiện mặt bằng thi công, hào để xây dựng kết cấu của cơng trình
ngầm có thể được thi cơng với thành hào nghiêng hoặc thẳng đứng. Nói chung
trong thành phố phương án thành hào đứng thường là giải pháp tất yếu. Việc bảo vệ
ổn định thành hào là rất quan trọng, liên quan đến ổn định của các cơng trình trên
mặt đất cũng như đảm bảo các điều kiện thi công tiếp theo. Cũng tùy thuộc vào điều
kiện đất nền, vào các cơng trình kiến trúc trên mặt đất cần được bảo vệ mà các kết
cấu bảo vệ thành hào cũng đã được áp dụng rất đa dạng. Kết cấu bảo vệ thành hào
có thể được thu hồi sau khi thi cơng kết cấu cơng trình ngầm nhưng cũng có thể
được giữ lại làm một bộ phận quan trọng của kết cấu cơng trình ngầm. Chẳng hạn
hình dáng các cơng trình có thể kiến trúc phù hợp với các yêu cầu của kỹ thuật giao
thơng, trong đó các giải pháp tối ưu về liên kết các hệ thống giao thông với đoạn

đường chuyển giao ngắn, cũng như liên kết tốt giữa các điểm đi và đến. Chênh lệch
về độ cao có thể bố trí ở mức nhỏ. Phương pháp thi cơng hở còn cho phép xây dựng
các mặt bằng đi bộ rộng liên kết với các cơng trình thương mại, nhà hàng, cơng

Học viên: Bùi Trọng Bình


Luận văn thạc sĩ

- 25 -

trình văn hóa và liên kết hợp lý với phương tiện giao thông trên mặt đất.
Tuy nhiên để áp dụng phương pháp thi công hở cần chú ý các điều kiện sau:
- Để thi công cần thiết phải có mặt bằng tự do trên mặt đất vừa đủ, như tại các
quảng trường, nút giao thông của các đường lớn, chẳng hạn một sân ga tàu điện
ngầm có chiều dài khoảng 120m, tàu tốc hành khoảng 210m.
- Do thời gian thi cơng lâu và diện tích sử dụng lớn, nên gây ảnh hưởng lớn đến
giao thông đi lại trên mặt đất. Do vậy nhất thiết phải chú ý đến các giải pháp giảm
ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất.
- Phương pháp xây dựng này cần loại trừ các mối nguy hiểm đối với các cơng
trình kiến trúc lân cận, chẳng hạn do gây lún sụt, dịch chuyển đất. Vì vậy khi độ sâu
thi cơng lớn, chẳng hạn 25m, khoảng cách đến các cơng trình kiến trúc khơng xa thì
nhất thiết phải áp dụng các biện pháp đặc biệt (tường cọc nhồi, tường hào nhồi tường trong đất).
- Với phương pháp thi cơng hở thì các tác động xấu đến môi trường sống, như
tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi. Do vậy cần phải có
các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này.
- Trong nhiều trường hợp phải tính đến các điều kiện của cơng trình kiến trúc,
nền đất và nước ngầm khi phải áp dụng lâu dài và trên diện rộng giải pháp hạ mực
nước ngầm.
- Phải tính đến các khả năng di dời, treo tạm các hệ thống cấp thoát nước, năng

lượng… để đảm bảo hoạt động bình thường, lâu dài.
1.2.1.6. Phương pháp đánh chìm từng đoạn hầm.
Cơng nghệ thi cơng hầm dìm là biện pháp thi công hầm dưới nước (như hầm
qua sông, qua biển...). Phần thân hầm được đúc sẵn trên cạn thành từng phân đoạn,
các đoạn này được làm cho nổi lên, được kéo dắt ra rồi dìm xuống vị trí đã định.
* Cơng nghệ hầm dìm được trình bày chi tiết hơn như sau:
- Nạo vét dưới đáy sông ( kênh, biển ...) thành đường hào tại vị trí đặt hầm.
- Các đốt hầm được thi công trên cạn, chẳng hạn như trong một bể đúc, một
bãi đúc, trên một bệ có thể nâng hạ được.

Học viên: Bùi Trọng Bình