7 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤ ĐÀO ĐƯỜNG HẦM XUN NÚI 7.1 Đại cương ĐIỀU 167 Sử dụng phương pháp phụ Quyết đònh sử dụng phương pháp phụ đưa sau nghiên cứu cặn kẽ mục đích hiệu phương pháp [Giải thích] Phương pháp phụ phương pháp xây dựng phụ đặc biệt sử dụng để bảo đảm ổn đònh gương, an toàn đường hầm để bảo vệ môi trường trường hợp mà mô hình chống đỡ thông thường neo đá, bê tông phun hệ thống chống đỡ thép tỏ không đủ lợi Những phương pháp phụ dùng phổ biến gồm có phương pháp dùng chống thép đỡ áp lực vòm trần, lắp neo gương, phun bê tông gương, lò phụ thoát nước, khoan thoát nước, ống gom nước, giếng sâu, vữa, hệ thống ống chống đỡ phần trên, ống thép lắp phía trước gương tường phân cách ĐIỀU 168 Vai trò phương pháp phụ (1) Trong trường hợp có nhận xét cần phương pháp phụ xây dựng đường hầm phải chọn phương pháp phụ phù hợp sau đánh giá độ an toàn đường hầm, ảnh hưởng môi trường, tính hiệu quả, tính kinh tế tương thích với phương pháp đào đường hầm (2) Trong trường hợp có nhận xét kết hợp việc sử dụng phương pháp phụ vào thiết kế gốc hợp lý phải áp dụng biện pháp phù hợp dựa vào đánh giá toàn diện điều kiện đất đá, điều kiện môi trường phương pháp xây dựng [Giải thích] Trên H*.7.1 giới thiệu sơ đồ khảo sát, thiết kế xây dựng chọn phương pháp phụ ĐIỀU 169 Áp dụng phương pháp phụ Trong trường hợp áp dụng hay nhiều phương pháp phụ phải hiểu cặn kẽ đặc điểm phương pháp Những điều kiện đất đá, điều kiện môi trường khảo sát dựa vào hiểu biết Những chi tiết tiến độ phương pháp xây dựng xem xét thấu đáo [Giải thích] Rất nhiều phương pháp phụ phát triển đưa vào sử dụng thực tế Trong Bảng*7.1 tổng hợp tóm tắt phương pháp phụ đại diện 1) Ổn đònh gương Phương pháp đào hầm xuyên núi vào khả tự chống đỡ gương đào vòm hầm lắp xong hệ thống chống đỡ Trong trường hợp mà gương đào tự chống đỡ hoàn thành việc chống đỡ điều kiện đất đá phải áp dụng biện pháp ổn đònh gương phù hợp để bảo đảm xây dựng an toàn, nhòp nhàng hiệu Ghi chú: : phương pháp tương đối phổ biến; : phương pháp sử dụng tùy hoàn cảnh; * biện pháp khó thực máy móc thông thường để xây dựng hầm phương tiện kiểm soát ảnh hưởng lớn đến chu kỳ xây dựng 2) Kiểm soát dòng nước chảy vào Nếu dòng nước chảy vào chảy vào đường hầm gương đào cần phải cho thoát nước ngầm để ổn đònh gương đào cải thiện hiệu xây dựng 3) Kiểm soát lún bề mặt Những phương pháp kiểm soát lún bề mặt xây dựng đường hầm gồm có hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, vữa ngang ống thép lắp phía trước gương Khi phải đề phòng việc thoát nước ngầm gây lún bề mặt dùng phương pháp vữa hóa chất huyền phù thủy tinh lỏng dung dòch thủy tinh lỏng 4) Bảo vệ công trình lân cận Khi đào đường hầm khu vực đô thò không tránh khỏi trường hợp phải thực việc xây dựng gần công trình có mặt đất nhà cầu Trong trường hợp phải áp dụng biện pháp cần thiết để bảo vệ công trình ĐIỀU 170 Chọn phương pháp phụ Khi chọn phương pháp phụ, đònh đưa sau xem xét kỹ lưỡng mục đích, tính hiệu quả, tính kinh tế phương pháp có cân nhắc yếu tố điều kiện đất đá, điều kiện đòa điểm phương pháp xây dựng [Giải thích] Trên H*.7.2 giới thiệu sơ đồ tiêu biểu để chọn phương pháp xây dựng phụ dựa điều kiện đòa điểm mục đích phương pháp H*.7.2 Sơ đồ chọn phương pháp phụ xây dựng 7.2 Phương pháp phụ để xây dựng đường hầm an toàn ĐIỀU 171 Phương pháp phụ ổn đònh gương Chọn phương pháp phụ để ổn đònh gương hầm sau xem xét kỹ lưỡng hiệu phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm phương pháp xây dựng sở kết khảo sát liên quan đến điều kiện đất đá điều kiện đòa điểm [Giải thích] Nói chung, ổn đònh gương nói ổn đònh khu vực gương hầm kể gương hầm Các biện pháp ổn đònh gương phân loại rộng thành ba loại: (1) ổn đònh vòm, (2) ổn đònh gương, (3) ổn đònh chân Ổn đònh gương liên quan chặt chẽ với dòng nước chảy vào từ khu vực gương, bước cần đònh có cần áp dụng biện pháp đối phó với dòng nước chảy vào hay không 1) Ổn đònh vòm hầm i) Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa Thanh thép lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa phương pháp phụ dùng neo, thép ống thép ngắn 5m cắm vào đất đá xung quanh vòm hầm H*.7.3(a) Các tác dụng phương pháp tăng cường độ kháng trượt biểu kiến vòm ngăn ngừa đất đá bò tơi phía trước gương hầm Nói chung, thép gia cố khoảng cách đất đá bơm đầy xi măng nhão vữa xi măng H*.7.3 Phương pháp lắp phía trước gương ii) Thanh lắp phía trước gương kiểu vữa Thanh lắp phía trước kiểu vữa phương pháp phụ dùng neo ống thép dài đến m cắm vào đất đá phía phía trước gương hầm H*.7.3(b), dùng xi măng nhão vữa hóa chất đông kết nhanh vào áp lực để tăng cường ổn đònh vòm hầm iii) Ống thép lắp phía trước gương Đây phương pháp gia cố đất đá không ổn đònh sườn tích, vùng nứt nẻ đất đá không bền vững, loại đất đá không tạo hiệu ứng vòm để giảm dòch chuyển phía trước gương ổn đònh gương Trong phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương, trước đào hầm, ống thép cắm vào đất đá theo chu vi phía mặt cắt ngang đường hầm đònh Dùng xi măng nhão trám chỗ rỗng ống thép đất đá để bảo đảm tiếp xúc khít chặt hai thành phần Phương pháp lắp phía trước gương kiểu bơm đầy vữa sử dụng để tăng cường ổn đònh đất đá ví dụ Một ví dụ khác phương pháp lắp phía trước gương kiểu vữa gia cố đất đá xi măng nhão hóa chất phun vào đất đá xung quanh ống thép tạo hỗn hợp gia cố gồm ống thép vật liệu trám 2) Các phương pháp ổn đònh gương hầm Những biện pháp ổn đònh gương hầm gồm có phun bê tông lắp neo đá gương, đào vòng chừa phần giảm chiều dài vòng đào Chiều cao gương hầm giảm xuống cách chia mặt cắt ngang đường hầm thành đường hầm nhỏ hơn, giảm bớt yêu cầu chống đỡ cách rút ngắn thời gian đào để giảm đến tối thiểu thời gian gương không chống đỡ i) Phun bê tông phun gương hầm Trong phương pháp này, bê tông phun lên gương thành lớp dày – 10 cm sau khai đào để tăng thời gian tự đứng vững gương H*7.4 ii) Neo đá gương Mục đích lắp đặt neo đá lên gương ổn đònh gương hầm cách dùng neo đá để chống đỡ phần hay toàn gương Phương pháp lắp neo đá lên gương H*.7.5 hiệu sử dụng phối hợp với phương pháp phun bê tông lên gương Có thể dùng neo đá vữa để tăng cường hiệu gia cố gương Trong trường hợp đào giới thường dùng neo chất dẻo cốt sợi thủy tinh (FRB – fiber reinforced plastic) dễ cắt iii) Bơm vữa Bơm vữa phương pháp ổn đònh gương phép dùng vật liệu hóa chất xi măng nhão thủy tinh lỏng để hóa cứng đất Một mục đích phương pháp bơm vữa giảm dòng nước chảy vào đường hầm hạ thấp khả thấm nước đất Một mục đích khác bơm vữa vào nứt nẻ đất đá bò nứt nẻ mạnh bò sập để gia cố đất đá (xem H*.7.6) 3) Các phương pháp ổn đònh chân i) Mở rộng chân hệ thống chống đỡ Phương pháp tăng bề dày bê tông phun chân phương pháp lắp chống đỡ nghiêng hình cánh lên chân hệ thống chống đỡ thép thường sử dụng để mở rộng vùng chống đỡ chân chống (xem H*.7.7) ii) Vòm ngược tạm phần vòm hầm Vòm ngược tạm phần vòm hầm tạo mặt cắt kín cho phần vòm Phương pháp tạo ổn đònh chân hiệu Tuy nhiên, hiệu suất làm việc bậc cấp giảm phải tháo dỡ vòm ngược tạm (xem H*.7.8) iii) Lắp đặt neo đóng cọc gia cố chân Lắp đặt neo đóng cọc gia cố chân đòi hỏi lắp đặt neo đá hướng xuống và/hoặc ống thép đường kính nhỏ nhằm mục đích giảm tập trung ứng suất vùng đất đá tiếp xúc hệ thống chống đỡ phần vòm để ngăn ngừa sập đất đá đào bậc cấp Nếu cường độ đất đá xung quanh thấp gia tăng cường độ đất đá quanh khu vực chân cách lắp đặt neo bơm xi măng nhão hóa chất Trên H*.7.9 giới thiệu ví dụ đóng cọc gia cố chân nhằm mục đích giảm biến dạng đường hầm đạt khả chòu tải yêu cầu đất đá Loại vật liệu vữa Loại dung dòch nước – thủy tinh Loại dung dòch nước – thủy tinh Thời gian đông kết Trong vòng 30 giây Khoảng 10 giây Tỷ lệ Ghi Bơm vữa lần đầu Bơm vữa lần hai H*.7.6 Phương pháp bơm vữa H*.7.7 Vì chống thép với đỡ có cánh H*.7.8 Vòm ngược tạm phần vòm H*.7.9 Đóng cọc gia cố chân ĐIỀU 172 Phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào Chọn phương pháp phụ kiểm soát dòng nước chảy vào sau xem xét kỹ lưỡng yếu tố tiến độ xây dựng đường hầm phương pháp xây dựng sở kết khảo sát điều kiện đất đá điều kiện đòa điểm [Giải thích] Nếu nước chảy vào với vận tốc lớn thời gian đứng vững gương hầm ngắn gây khó khăn cho việc đào đường hầm, sập gương, bê tông phun dính kết không tốt giảm hiệu suất đào hầm Có thể chia biện pháp kiểm soát dòng nước chảy vào thành hai loại: thoát nước cách ly nước Phương pháp thoát nước thường sử dụng phương pháp cách ly nước Có trường hợp hạ mực nước ngầm điều kiện đất đá mặt nước ngầm dồi phải xem xét cặn kẽ môi trường thủy lực để áp dụng biện pháp thoát nước 1) Các phương pháp thoát nước i) Khoan thoát nước Khoan thoát nước phương pháp thoát nước qua lỗ khoan để hạ áp lực nước mực nước ngầm Khoan thoát nước biện pháp sử dụng rộng rãi (xem H*.7.10) ii) Lò thoát nước H*.7.10 Sử dụng phối hợp lò thoát nước khoan thoát nước Lò thoát nước phương pháp thoát nước dùng đường lò nhỏ đào bên bên gương hầm Thường dùng phương pháp phối hợp với khoan thoát nước iii) Ống gom nước Phương pháp ống gom nước dùng ống góp để nước ngầm thoát áp lực âm (xem H*.7.11) iv) Giếng sâu Phương pháp thoát nước giếng sâu phương pháp dùng giếng đường kính thường vào khoảng 300mm đặt sâu xuống bơm nước từ lên để hạ thấp mực nước ngầm (H*.7.12) 2) Cách ly nước Các phương pháp cách ly nước gồm phương pháp vữa, phương pháp khí nén phương pháp tường ngăn Phương pháp vữa thường dùng đắt phương pháp thoát nước đòi hỏi phải xem xét điều kiện môi trường Phương pháp vữa nhằm mục đích cải thiện đất đá cách hóa chất vào đất đá phía trước gần gương hầm để bòt kín khe nứt chỗ rỗng đất mà nước chảy qua Chất vữa dùng phương pháp gồm có vật liệu phi hóa chất xi măng nhão hóa chất thủy tinh lỏng (xem H*.7.13) H*.7.13 Phụt vữa từ bên đường hầm 7.3 Những phương pháp phụ bảo vệ môi trường ĐIỀU 173 Những phương pháp phụ bảo vệ lún bề mặt Chọn phương pháp phụ để bảo vệ lún bề mặt sau xem xét thấu đáo hiệu khả áp dụng phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm phương pháp xây dựng Trước chọn phương pháp phụ phải nghiên cứu cẩn thận điều kiện đất đá, công trình mặt đất công trình ngầm nơi chắn bò ảnh hưởng lún bề mặt [Giải thích] Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm trên, phương pháp vữa tia ngang, phương pháp lắp ống thép phía trước gương phương pháp tiền gia cố đứng sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt đất đá bò tơi đào đường hầm Phương pháp vữa phương pháp làm đóng băng sử dụng để ngăn ngừa lún bề mặt thoát nước ngầm 1) Phương pháp dùng hệ thống ống chống đỡ phần vòm Phương pháp dùng hệ thống ống thép chống đỡ phần vòm làm giảm lún bề mặt nhờ gia cố đất đá xung quanh đường hầm ống thép vững Tiến hành khoan ngang quanh chu vi đường hầm cắm ống thép vào lỗ khoan, sau trám vữa chỗ trống bên bên ống thép Trên H*.7.14 giới thiệu hệ thống chống đỡ phần vòm ống thép đường kính lớn dùng cho đường hầm chạy đường nhiều xe cộ 2) Phương pháp vữa ngang Trong phương pháp khu vực gia cố tạo khung hình vòm hình thành đất đá phía trước gương hầm để giảm tượng đất đá tơi lún bề mặt Một máy khoan chuyên dùng khoan 10 – 15 lỗ khoan sâu có vữa Khi cần khoan từ từ rút từ cuối cần khoan chất làm cho đất hóa cứng phun vào áp suất cao tạo thành hỗn hợp đất – chất hóa cứng dạng cột đồng Một số cột nằm theo chu vi đường hầm tạo khu vực gia cố Một biến thể phương pháp cắm ống thép vào cột đất – chất hóa cứng để tăng cường độ vững cột theo hướng dọc Trên H*.7.15 giới thiệu ví dụ vữa ngang áp dụng cho đường hầm nông sân golf 3) Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương Phương pháp dùng ống thép lắp phía trước gương phương pháp ngăn ngừa lún bề mặt nhờ độ bền ống thép tác dụng cải thiện đất đá Những ống thép dài đường kính khoảng 50 – 100 mm đặt theo chu vi đường hầm vữa từ ống thép vào đất đá Phương pháp phối hợp chức phương pháp lắp phía trước gương kiểu bơm vữa phương pháp dùng ống thép chống đỡ phần Phương pháp tạo khu vực đất đá cải thiện có chiều dài khoảng 10 – 15m Có thể thực phương pháp máy chuyên dùng tạo cột đất – chất hóa cứng mà không cần ghép ống thép với nhau, phương pháp ống kép dùng máy khoan thủy lực ghép ống thép lại với công việc xây dựng tiến triển Trên H*.7.16 giới thiệu ví dụ ống thép lắp phía trước gương thực máy chuyên dùng để ngăn ngừa biến dạng đất đá xung quanh đường hầm có mặt cắt ngang lớn khu vực dân cư H*.7.16 Ống thép lắp phía trước gương 4) Phương pháp tiền gia cố đứng Trong phương pháp tiền gia cố đứng dãy thanh thép gia cố dựng gần thẳng đứng từ bề mặt đất đóng xuống đất đá trước bắt đầu khai đào đường hầm 5) Phương pháp vữa Phương pháp vữa sử dụng nhằm lợi dụng tác dụng vòm đất đá gia cố tác dụng thẩm thấu cố kết Trên H*.7.17 giới thiệu ví dụ sử dụng phối hợp phương pháp tiền gia cố thẳng đứng phương pháp vữa hóa chất để đề phòng lún bề mặt đường hầm đất qua nhà cửa đường H*.7.17 Sử dụng phối hợp phương pháp tiền gia cố đứng vữa hóa chất ĐIỀU 174 Các phương pháp phụ bảo vệ công trình lân cận Chọn phương pháp phụ bảo vệ công trình lân cận sau xem xét kỹ lưỡng hiệu khả áp dụng phương pháp, tiến độ xây dựng đường hầm phương pháp xây dựng Trước chọn phương pháp phụ phải khảo sát cẩn thận điều kiện đất đá, công trình bề mặt công trình ngầm nơi thường bò ảnh hưởng lún bề mặt [Giải thích] Có thể chia phương pháp phụ sử dụng để bảo vệ công trình có gần đường hầm lập kế hoạch thành phương pháp gia cố đất đá/cải thiện đất đá, phương pháp tường ngăn gia cố công trình có Phương pháp gia cố/cải thiện đất đá có mục đích đề phòng chuyển dòch Phương pháp vữa hóa chất phương pháp tia vữa trộn ví dụ phương pháp gia cố/cải thiện đất đá Phương pháp tường ngăn kỹ thuật đề phòng lan truyền chuyển dòch nhờ cách ly công trình có đường hầm Tùy theo kiểu tường ngăn mà chia nhỏ phương pháp thành phương pháp chồng thép, phương pháp tường ngăn cọc, phương pháp tia vữa trộn phương pháp cột ống thép Có thể phân loại phương pháp bảo vệ công trình có thành phương pháp gia cố trực tiếp phương pháp trụ chống Trên H*.7.18 giới thiệu tường ngăn xây hai bên hông đường hầm qua cầu để ngăn ngừa lún cầu H*.7.18 Ví dụ xây tường ngăn