Xem mẫu

  1. Giíi thiÖu c«ng nghÖ thi c«ng hÇm theo ph−¬ng ph¸p NATM (New Austrial tunneling method) pgs. ts NguyÕn viÕt trung ks. nguyÔn ®øc v−¬ng Bé m«n CTGiao th«ng TP - §H GTVT Tãm t¾t: Bμi viÕt nμy tr×nh bμy kh¸i niÖm chung nhÊt vÒ ph−¬ng ph¸p thi c«ng hÇm míi cña Ng−êi ¸o (NATM), giíi thiÖu tr×nh tù thiÕt kÕ, thi c«ng, c¸c −u nh−îc ®iÓm vμ ph¹m vi ¸p dông cña ph−¬ng ph¸p. Summary: This paper presents the general concept of New Austrian Tunneling Method, introducing design sequence, tunneling construction, advantages, disadvantages and the field of application of this method. Ph−¬ng ph¸p NATM bao gåm c¸c biÖn 1. Kh¸i niÖm ph¸p mµ viÖc h×nh thµnh ®Êt ®¸ xung quanh hÇm ®−îc liªn kÕt thµnh kÕt cÊu vßm chèng. Quan ®iÓm thiÕt kÕ thi c«ng hÇm theo Do ®ã viÖc liªn kÕt nµy tù b¶n th©n nã sÏ trë ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn lµ coi ®Êt ®¸ xung thµnh mét phÇn cña kÕt cÊu ®ì hÇm. Khi ®µo quanh g©y ra ¸p lùc t¸c dông lªn vá hÇm. Vá hÇm, sù c©n b»ng hiÖn cã nguyªn thuû cña hÇm khi ®ã lµ kÕt cÊu chÞu lùc chÝnh. Do ®ã c¸c lùc trong khèi ®¸ sÏ chuyÓn sang t×nh khi thi c«ng hÇm theo ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn, tr¹ng c©n b»ng míi, thø cÊp vµ còng æn ®Þnh. sau khi khai ®µo ta cÇn nhanh chãng x©y §iÒu nµy chØ cã thÓ ®¹t ®−îc th«ng qua sù kÕ dùng kÕt cÊu chèng ®ì vµ vá hÇm ®Ó chÞu sù tiÕp cña c¸c giai ®o¹n tr−íc m¾t cïng víi tiÕn t¸c ®éng cña ®Êt ®¸ xung quanh. tr×nh ph©n bæ l¹i c¸c øng suÊt ®a d¹ng. Môc §Õn nh÷ng n¨m 1957 - 1965 kü s− má ®Ých cña NATM lµ kiÓm so¸t ®−îc c¸c tiÕn tr×nh chuyÓn ®ái nµy trong khi vÉn c©n nh¾c ng−êi ¸o, Gi¸o s− TiÕn sü L. V. Rabcewicz ®· vÒ mÆt kinh tÕ vµ an toµn. ph¸t triÓn thµnh ph−¬ng ph¸p míi vÒ thi c«ng hÇm tõ nh÷ng kinh nghiÖm thi c«ng hÇm. 2. Tr×nh tù thiÕt kÕ c¬ b¶n cña Ph−¬ng ph¸p nµy thay ®æi quan ®iÓm thiÕt kÕ thi c«ng hÇm. Nã tá ra cã nhiÒu −u thÕ h¬n ph−¬ng ph¸p c¸c ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn vµ ®· ¸p dông ë 2.1. LËp tuyÕn nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi th«ng qua c¸c c«ng ViÖc lËp tuyÕn hÇm ®−îc thùc hiÖn theo tr×nh thùc tiÔn trong nhiÒu lÜnh vùc nh− ®−êng chøc n¨ng cña hÇm ch¼ng h¹n nh− c¸c ®iÒu bé, ®−êng s¾t vµ ®−êng thuû. ë ViÖt Nam kiÖn ®Þa chÊt, vÞ trÝ hÇm, kiÓm so¸t an toµn ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ¸p dông ®Çu tiªn t¹i trong vµ sau qu¸ tr×nh thi c«ng, ¶nh h−ëng dù ¸n HÇm ®−êng bé H¶i V©n vµ s¾p tíi sÏ ¸p ®Õn m«i tr−êng vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ. dông cho Dù ¸n HÇm §Ìo Ngang...
  2. - §Þnh tuyÕn hÇm trªn b×nh ®å vµ tr¾c däc theo yªu cÇu cÇn ph¶i ®−îc ®¸nh gi¸ theo cña hÇm ®−îc thiÕt kÕ ®¶m b¶o c¸c chøc quan ®iÓm cña kü s− hÇm. C¸c c«ng viÖc lµ n¨ng vµ môc ®Ých cña hÇm nh− lµ mét phÇn ph©n tÝch thÝ nghiÖm trong phßng, ®¸nh gi¸ cña tuyÕn ®−êng theo ®Þa h×nh, ®Þa chÊt, m«i c¸c tÝnh ch¸t vËt lý cña khèi ®¸, c¸c tÝnh chÊt tr−êng dùa trªn kÕt qu¶ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr−êng. vËt lý sö dông trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ. - VÞ trÝ cöa hÇm: C¸c yÕu tè chÝnh ®Ó 2.4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ quyÕt ®Þnh vÞ trÝ cña cöa hÇm lµ tuyÕn b×nh ®å Ph−¬ng ph¸p NATM lµ ph−¬ng ph¸p sö vµ tr¾c ngang cña ®−êng, ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, dông bª t«ng phun vµ neo ®¸ nh− lµ yÕu tè ®Þa chÊt khu vùc cöa hÇm. C¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chèng ®ì chÝnh ®Ó æn ®Þnh hÇm. C−êng ®é bª chÊt xung quanh khu vùc cöa hÇm khã mong t«ng phun vµ neo ®¸ sÏ dÇn dÇn ®−îc t¨ng ®îi ®−îc kh¶ n¨ng tù chèng ®ì cña ®Êt ®¸ do lªn theo thêi gian. V× vËy, yÕu tè thêi gian lµ tÇng phñ máng vµ c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt quan träng trong thiÕt kÕ chèng ®ì hÇm. Nh©n kh«ng thuËn lîi. §Ó cã hiÖu øng vßm ®Êt xung tè gi¶i phãng øng suÊt (t¸c ®éng 3 chiÒu cña quanh hÇm, ®é dµy tèi thiÓu cña líp phñ ph¶i g−¬ng hÇm) lu«n lµ nh©n tè cã t¸c ®éng t−¬ng lín h¬n 2 lÇn ®−êng kÝnh hÇm. tù nh− yÕu tè thêi gian vµ nã th−êng ®−îc ¸p dông trong thiÕt kÕ hÇm ®−îc ®µo theo - MÆt c¾t ngang hÇm: KÝch th−íc hÇm vµ ph−¬ng ph¸p khoan vµ næ m×n lµ ph−¬ng mÆt c¾t bªn trong hÇm sÏ ®−îc −íc tÝnh theo ph¸p cã c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng chèng lo¹i vµ môc ®Ých sö dông. MÆt c¾t bªn trong ®ì ®−îc l¾p ®Æt ë vïng l©n cËn xung quanh hÇm sÏ phï hîp theo kÝch th−íc hÇm, thiÕt bÞ g−¬ng hÇm. D−íi ®©y giíi thiÖu mét sè th«ng giã, thiÕt bÞ chiÕu s¸ng, thiÕt bÞ cÊp cøu, ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n: c¸c biÓn b¸o vµ dung sai cho phÐp cña c¸c sai sãt trong thi c«ng. A. Ph−¬ng ph¸p ®−êng cong ph¶n lùc ®Êt ®¸ sö dông cho thiÕt kÕ hÖ thèng chèng ®ì - ThiÕt kÕ khu vùc cöa hÇm. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n ®µn håi - dÎo ®−îc 2.2. Kh¶o s¸t chi tiÕt vµ ph©n lo¹i ®Êt sö dông ®Ó tÝnh to¸n ®−êng cong ph¶n lùc ®Êt ®¸ khu vùc tuyÕn hÇm ®¸. Lo¹i ®¸ ®−îc ®¸nh gi¸ dùa vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt, mµu s¾c trªn bÒ mÆt ®¸, ph©n bè C¸c kiÖn ®Ó gi¶i ph−¬ng tr×nh vi ph©n nµy c¸c khe nøt vµ có ®Ëp cña bóa ®Þa chÊt. Lo¹i lµ: hÖ thèng chèng ®ì ®−îc ph©n lo¹i theo tiªu + KiÓu ®−êng hÇm trßn ®µo trong m«i chuÈn kü thuËt (chiÒu dµy bª t«ng phun, chiÒu tr−êng ®ång nhÊt d−íi ¸p lùc thuû tÜnh dµi, kho¶ng c¸ch c¸c neo ®¸, kÕt cÊu khung + §iÒu kiÖn uèn cña khèi ®Êt ®¸ ®−îc tÝnh thÐp). Lo¹i ®¸ vµ hÖ thèng chèng ®ì cã liªn theo tiªu chuÈn ®−êng cong Morh - Coulomb. quan víi nhau qua hÖ thèng ph©n lo¹i ®iÓm sè khèi ®¸ (RMR). HÖ thèng ph©n lo¹i ®iÓm sè + Quy t¾c dßng ch¶y ®−îc ¸p dông ®Ó khèi ®¸ (RMR) ®−îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¸c tÝnh to¸n øng suÊt vµ søc c¨ng cña tr¹ng th¸i th«ng sè: §é bÒn nÐn ®¬n trôc cña ®¸, chØ sè dÎo. chÊt l−îng ®¸ RQD, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c - MÆt c¾t thiÕt kÕ khe nøt, t×nh tr¹ng n−íc ngÇm, sù ®Þnh h−íng cña c¸c khe nøt. - T¶i träng thiÕt kÕ 2.3. Xö lý sè liÖu ®Ó ph©n tÝch thiÕt kÕ §iÒu kiÖn ¸p suÊt thuû tÜnh ®−îc gi¶ thiÕt t−¬ng øng víi tÇng phñ, nghÜa lµ bao Sè liÖu vÒ ®Þa chÊt ®−îc ®Ö tr×nh lµ kÕt qu¶ cña sù kiÓm tra ®Þa kü thuËt vµ ®Þa chÊt gåm c¶ ¸p suÊt n−íc. øng suÊt xung
  3. quanh hÇm dù tÝnh cao h¬n ¸p suÊt n−íc SB - c−êng ®é cña neo ®¸; vµ kÕt qu¶ cña viÖc tÝnh to¸n sÏ chuyÓn LB - kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c neo ®¸ däc B sang phÝa an toµn h¬n. theo trôc hÇm. - TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chèng ®ì: Kh¶ n¨ng tíi h¹n cña neo ®¸ nhá h¬n ®é - Bª t«ng phun: Bª t«ng phun ®−îc xem bÒn vËt liÖu neo ®¸ vµ gÇn nh− b»ng víi ®é bÒn cña ®inh èc. Kh¶ n¨ng chèng ®ì cña neo nh− mét líp vá máng h×nh trô rçng cã ¸p suÊt ®¸ sÏ ®−îc ®iÒu chØnh b»ng kh¶ n¨ng tíi h¹n. ®ång d¹ng ë mÆt ngoµi. Kh¶ n¨ng chèng ®ì cña bª t«ng phun vµ sù dÞch chuyÓn cña bª - Khung thÐp t«ng phun ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh c−êng ®é bª t«ng phun. Ph−¬ng tr×nh ®èi víi vá èng h×nh trô máng ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng Pis (1 − υ 2 ) σ c .h Pis = U sc = sc , chèng ®ì cña khung thÐp: Rc E sc .h σ S .A S PiSP = trong ®ã: R S .l S Psi - kh¶ n¨ng chèng ®ì cña bª t«ng trong ®ã: phun; σc - c−êng ®é ®¬n trôc cña bª t«ng phun; RiSP - kh¶ n¨ng chèng ®ì cña khung thÐp; h - ®é dµy cña líp bª t«ng phun; σS - ®é bÒn cña khung thÐp; Rc - b¸n kÝnh cña líp bª t«ng phun; AS - diÖn tÝch tiÕt diÖn cña khung thÐp; Usc - sù chuyÓn dÞch cña bª t«ng phun; RS - b¸n kÝnh cña khung thÐp; Esc - m« duyn ®µn håi cña bª t«ng phun; lS - kho¶ng c¸ch cña khung thÐp däc theo υsc - hÖ sè Poison cña bª t«ng phun (gi¶ trôc hÇm; sö υsc = 0,2); • TÝnh to¸n ®−êng cong ph¶n lùc cña ®Êt - Neo ®¸: Kh¶ n¨ng chèng ®ì cña neo ®¸: ®¸ ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh: §−êng cong nµy ®−îc tÝnh to¸n nh− sau: C B = 2 π.R B .lB .S B + Toµn bé ¸p suÊt tÇng phñ sÏ t¸c ®éng Tæng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cho sè neo l¾p lªn hÇm ®Æt däc theo ®−êng kÝnh hÇm: + ¸p suÊt ph©n bè sung quanh g−¬ng n.C B PiB = hÇm ®−îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ sè gi¶i phãng øng 2π.R 0 .L B suÊt. trong ®ã: + Hµnh vi cña khèi ®¸ trong tr¹ng th¸i biÕn d¹ng ®−îc m« t¶ theo ®µn håi dÎo lý CB - kh¶ n¨ng chèng ®ì mét ®¬n vÞ cña t−ëng neo ®¸ (mét neo ®¸); R0 - b¸n kÝnh cña neo ®¸; + Bá qua sù nÐn Ðp cña khèi ®¸ • KÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸ tÝnh to¸n. lB - chiÒu dµi cña neo ®¸;
  4. • Thi c«ng hÖ thèng chèng ®ì B. M« h×nh ph©n tÝch b»ng m¸y Theo ®µ ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghÖ C«ng t¸c chèng ®ì ®−îc tiÕn hµnh ngay m¸y tÝnh, nhiÒu lo¹i kh¸c nhau cña m« h×nh sau khi khai ®µo ®Ó t¹o cho ®Êt ®¸ xung tÝnh sè ®−îc ph¸t triÓn trªn kh¾p thÕ giíi. Mét quanh sím cã chøc n¨ng chèng ®ì. HÖ thèng ph−¬ng ph¸p ®iÓn h×nh ®Ó m« h×nh ho¸ sù chèng ®ì kÕt hîp víi ®Êt ®¸ hoÆc b¸m s¸t ®Êt ph©n tÝch lµ ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n - ®¸ cµng gÇn cµng tèt ®Ó cho ®Êt ®¸ æn ®Þnh. mét ph−¬ng ph¸p ®· cã mét lÞc sö ph¸t triÓn HÖ thèng chèng ®ì trong ph−¬ng ph¸p NATM gÇn 40 n¨m vµ lµ ph−¬ng ph¸p rÊt h÷u Ých ®Ó gåm: bª t«ng phun, neo ®¸ vµ khung thÐp. ®¸nh gi¸ sù ph©n bè øng suÊt vµ søc c¨ng Lo¹i hÖ thèng chèng ®ì ®−îc chän tuú trªn mét mÉu liªn tôc. thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ Tr×nh tù tÝnh to¸n: Khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ r¾n ch¾c tiÕn hµnh - TÝnh to¸n tr−êng øng suÊt ban ®Çu phun v÷a, tiÕp ®ã thi c«ng neo ®¸. - M« pháng thi c«ng ®µo hÇm vµ tÝnh Khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ yÕu: tiÕn hµnh phun to¸n øng suÊt vµ sù dÞch chuyÓn xung quanh v÷a lÇn ®Çu, hÖ thèng chèng b»ng thÐp, phun hÇm. v÷a lÇn hai, tiÕp ®ã lµ thi c«ng neo ®¸. - TÝnh to¸n khu vùc uèn vµ thay ®æi m« §Æc biÖt, c«ng t¸c phun v÷a ph¶i ®−îc duyn ®µn håi vµ lùc kÕt dÝnh cña khu vùc uèn. tiÕn hµnh ngay sau khi khai ®µo ®Ó gi¶m thiÓu - TÝnh to¸n l¹i øng suÊt vµ sù dÞch sù sËp g−¬ng vµ lµm t¬i vïng xung quanh chuyÓn xung quanh hÇm. trong ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ yÕu. - LËp l¹i c¸c b−íc trªn. • Quan tr¾c ®o ®¹c sù biÕn d¹ng cña vá Kh¶ n¨ng chèng ®ì ®−îc tÝnh to¸n theo hÇm. ph−¬ng ph¸p øng suÊt bªn trong. • Thi c«ng líp phßng chèng n−íc. 3. C¸c b−íc thi c«ng chÝnh cña • Thi c«ng líp bª t«ng vá hÇm. Líp bª ph−¬ng ph¸p NATM t«ng vá hÇm ®−îc thi c«ng khi biÕn d¹ng vá hÇm ë mét chØ sè cho phÐp. Tr×nh tù thi c«ng • Thi c«ng khai ®µo b»ng næ m×n, b»ng lµ: L¾p ®Æt hÖ thèng v¸n khu«n, ®æ bª t«ng vá m¸y hoÆc nh©n c«ng. ViÖc khai ®µo cã thÓ hÇm. tiÕn hµnh toµn bé mÆt c¾t, ph−¬ng ph¸p c¾t bËc tr−íc hoÆc ph−¬ng ph¸p lß phô tr−íc,… tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, tiÕt diÖn mÆt 4. C¸c −u nh−îc ®iÓm vμ ph¹m vi c¾t ngang, giai ®o¹n x©y dùng, ®iÒu kiÖn ®Þa ¸p dông cña ph−¬ng ph¸p NATM ®iÓm... ViÖc khai ®µo hÇm ®−îc thùc hiÖn sao - Sö dông triÖt ®Ó sù chèng ®ì tù nhiªn cho ®Êt ®¸ kh«ng bÞ rêi ra ®Ó gi÷ cho ®Êt ®¸ cña ®Êt ®¸ xung quanh. V÷a phun, neo ®¸, hÖ cã chøc n¨ng chèng ®ç ë møc tèi ®a vµ mÆt thèng chèng ®ì b»ng thÐp… b¶o ®¶m sù æn c¾t cña g−¬ng cµng lín cµng tèt. ®Þnh cña ®Êt ®¸ khi thi c«ng. • Bèc xóc ®Êt ®¸: ®−îc tiÕn hµnh phï hîp - KÝch th−íc mÆt c¾t ngang lín cã thÓ víi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, ®iÒu kiÖn ®Þa ®iÓm, kÝch thiÕt kÕ lín h¬n so víi ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn. th−íc mÆt c¾t ngang hÇm, chiÒu dµi ®−êng Víi mÆt c¾t lín th× NATM hiÖu qu¶ h¬n hÇm, ®é dèc, ph−¬ng ph¸p khai ®µo, hÖ thèng ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn. truyÒn ®éng trong ®−êng hÇm, lo¹i bèc xóc, vµ cù ly vËn chuyÓn ®Õn b¶i th¶i…
  5. - §èi víi ®Êt ®¸ cøng ph−¬ng ph¸p NATM tá ra hiÖu qu¶ h¬n. Do vËy ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ¸p dông khi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ tèt. Khi ®Êt ®¸ yÕu, rêi r¹c vÉn cã thÓ thi c«ng theo NATM tuy nhiªn chi phÝ tèn kÐm h¬n do ph¶i dïng c¸c ph−¬ng ph¸p phô trî KÕt luËn: Trong lÜnh vùc thi c«ng hÇm, trªn thÕ giíi ®· vµ ®ang tån t¹i nhiÒu ph−¬ng ph¸p thi c«ng. Mçi ph−¬ng ph¸p thi c«ng ®Òu cã nh÷ng −u nh−îc ®iÓm riªng. Ph¹m vi ¸p dông cña mçi ph−¬ng ph¸p phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸, chøc n¨ng cña ®−êng hÇm, c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa ®iÓm, t¸c ®éng ®Õn m«i tr−êng xung quanh vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ... Víi mçi dù ¸n cô thÓ chóng ta cÇn xem xÐt, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ kü c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó lùa chän ph−¬ng ph¸p thi c«ng hÇm hîp lý c¶ vÒ mÆt kü thuËt, an toµn vµ kinh tÕ. Bµi viÕt trªn giíi thiÖu ®Õn b¹n ®äc nh÷ng g× chung nhÊt cña ph−¬ng ph¸p NATM, chi tiÕt c«ng nghÖ sÏ tr×nh bµy ë c¸c bµi sau. Tµi liÖu tham kh¶o [1] Japan Society of Civil Engineers - Japanese Standard for mountain Tunneling. [2] Hai Van Pass Tunnel Project. [3] NATM Training Program (course A & B)
nguon tai.lieu . vn