3.4 Thiết kế bê tông vỏ hầm ĐIỀU 57 Đại cương Kỹ sư thiết kế thiết kế bê tông vỏ hầm để hoàn thành tốt mục đích dự đònh sử dụng đường hầm, đảm bảo an toàn tính lâu bền [Giải thích] Kỹ sư thiết kế phải xem xét kỹ lưỡng độ bền bê tông vỏ hầm để tránh sửa chữa sau nói chung khó sửa chữa bê tông vỏ hầm sử dụng đường hầm Kỹ sư thiết kế xem xét cẩn thận điều kiện khác để thiết kế bê tông vỏ hầm (ví dụ điều kiện đất đá, điều kiện chòu tải, mức độ quan trọng công trình) bê tông vỏ hầm phục vụ mục đích sau: (1) Khả sử dụng i) Giảm rò rỉ nước (ví dụ nước ngầm) tăng độ kín nước ii) Cải thiện hiệu công việc kiểm tra bảo dưỡng đường hầm sử dụng iii) Cải thiện hệ số độ nhám hiệu sử dụng đường hầm dẫn nước iv) Đỡ đường dây, đèn chiếu sáng thiết bò thông gió cao đầu (2) Đặc điểm cường độ i) Yêu cầu áp dụng lực hạn chế đường hầm ổn đònh trường hợp lớp bê tông vỏ hầm chưa ổn đònh xây dựng với biến dạng ii) Trong trường hợp mà ngoại lực phát sinh áp lực thủy lực tải trọng sau xây lớp bê tông vỏ hầm, ngoại lực lớp bê tông vỏ hầm chống đỡ iii) Tăng yếu tố an toàn cấu trúc có yếu tố tính không đồng đòa chất, chất lượng không đồng khả chống đỡ đất đá neo đá bò ăn mòn iv) Cải thiện độ bền cấu trúc ngoại lực thay đổi, hủy hoại đất đá vật liệu chống đỡ đường hầm sử dụng Bê tông vỏ hầm cung cấp chức thiết kế động lực Khi bê tông vỏ hầm không cung cấp chức động lực bê tông vỏ hầm xây dựng để đạt khả sử dụng vừa nêu Thường xác đònh bề dày thiết kế tiêu chuẩn bê tông vỏ hầm đường hầm xuyên núi với giả thiết ngoại lực phải phân bố Bê tông vỏ hầm phân bố ngoại lực trường hợp sau: i) Khi tin áp lực đất áp lực thủy lực tác dụng lên bê tông vỏ hầm ii) Khi rung động giao thông tải trọng thay đổi điều kiện môi trường (ví dụ đào, đổ lấp) tác động lên đường hầm tương lai iii) Khi cần phải xây bê tông vỏ hầm trước chuyển dòch đất đá ổn đònh giống đá trương nở iv) Khi lập kế hoạch xây dựng cặp đường hầm xây dựng vùng kế cận Khi bê tông vỏ hầm cung cấp chức động lực bề dày, cường độ số lượng bê tông cốt thép làm vỏ hầm thường xác đònh phép phân tích khung dựa phương pháp ứng suất cho phép kỹ thuật thiết kế phương pháp phần tử hữu hạn Cần phải cải thiện chức cấu trúc chống đỡ dựa vào gia cố bê tông cốt thép bê tông sợi thép, tạo mặt cắt ngang hầm kín đổ bê tông vòm ngược, lớp bê tông vỏ hầm có cường độ cao để chống đỡ áp lực cao đất đá (ví dụ đất đá trương nở, áp lực nước ngầm, áp lực không đối xứng đất, v v ) Xem xét đổ bê tông vòm ngược trường hợp sau: i) Khi điều kiện đất đá xấu, ii) Khi dự kiến tải trọng thay đổi tương lai, iii) Khi có khả phải bơm nước đục, iv) Khi cửa hầm bò tổn hại áp lực không đối xứng đất, tải trọng, động đất Có thể phải dùng loại bê tông kín nước làm bê tông vỏ hầm mực nước ngầm thay đổi việc đào hầm gây dòng nước chảy vào môi trường xung quanh chòu ảnh hưởng bất lợi lún đất đá bề mặt Trong trường hợp cần phải thiết kế bê tông vỏ hầm cách xem xét kỹ lưỡng hình dạng, độ bền yếu tố khác bê tông vỏ hầm chòu tác dụng áp lực thủy lực ĐIỀU 58 Hình dạng bê tông vỏ hầm Kỹ sư thiết kế phải xác đònh hình dạng bê tông vỏ hầm để bảo đảm mặt cắt bên cần thiết, truyền lực dọc trục không bò gián đoạn giảm đến tối thiểu uốn cong [Giải thích] Bê tông vỏ hầm có hình dạng thường gặp kiểu vòm đưa vào mặt cắt bên vò trí khai đào thiết kế với khả chòu tải phù hợp với tải trọng tác dụng áp lực đất Khi bê tông vỏ hầm có đường cong gấp góc mà điểm đặt lực dọc trục dòch xa trục mặt cắt uốn cong tăng lên Vì vậy, người kỹ sư thiết kế phải xác đònh hình dạng bê tông vỏ hầm cho đường tròn, vòm đường thẳng có đường tiếp tuyến chung điểm kết nối Hơn nữa, phải tránh phần thẳng dài, tải trọng tác dụng lên làm tăng độ uốn cong Cũng xem xét gia cố phần nối với đường hầm hoạt động nơi giao hình dạng khác với hình dạng điển hình mặt cắt ngang H*.3.10 giới thiệu hình dạng bê tông vỏ hầm theo tính chất H*.3.10 Hình dạng bê tông vỏ hầm tùy theo tính chất Cường độ tổng thể bê tông vỏ hầm không bò suy giảm nơi làm kho chứa chỗ lõm để đặt thiết bò điện ĐIỀU 59 Bề dày thiết kế bê tông vỏ hầm (1)Bề dày đường thiết kế cho biết bề dày bê tông vỏ hầm (2) Kỹ sư thiết kế phải xác đònh bề dày bê tông vỏ hầm tùy theo mục đích dự đònh đường hầm có tính đến điều kiện đất đá, kích thước hình dạng mặt cắt ngang, tải trọng tác dụng, vật liệu làm bê tông vỏ hầm, hiệu làm việc yếu tố khác [Giải thích] (1) Kỹ sư thiết kế phải xác đònh đường thiết kế bề dày có ý đến bề dày chức bê tông vỏ hầm, phương pháp xây dựng yếu tố khác (2) Bề dày thiết kế tiêu biểu thường chấp nhận 20 – 40 cm dựa kích thước mặt cắt (nhưng trừ điều kiện đất đá không ổn đònh khu vực gần cửa hầm) Bê tông vỏ hầm có yêu cầu chòu tải lớn để hợp với điều kiện đất đá xấu, đất đá phủ áp lực không đối xứng Trong trường hợp áp lực đất tăng lên, bề dày dễ dàng nới mặt cắt đào mở rộng Hơn nữa, đề phòng vết nứt uốn đơn giản cách tăng bề dày bê tông cốt thép có cường độ kéo thấp Do đó, người kỹ sư thiết kế thay đổi bê tông vỏ hầm để đạt hình dạng có lợi động lực chọn bê tông cốt thép bê tông sợi thép để tăng cường độ uốn Bê tông vỏ hầm thiết kế phù hợp với mức độ yếu tố đường hầm có mặt cắt lớn phẳng, đường hầm đô thò nơi có kế hoạch xây dựng xung quanh đường hầm ĐIỀU 60 Hỗn hợp bê tông làm bê tông vỏ hầm Kỹ sư thiết kế lo liệu hỗn hợp bê tông vỏ hầm đạt cường độ mong muốn, đủ tính lâu bền hiệu làm việc tốt [Giải thích] Cường độ mong muốn bê tông vỏ hầm thay đổi tùy theo điều kiện tính chất đất đá, hình dạng bê tông vỏ hầm, kiểu hệ thống chống đỡ tải trọng tác dụng lên bê tông vỏ hầm Cường độ quy đònh bê tông thường điều chỉnh khoảng từ 18 – 24 N/mm trừ trường hợp đặc biệt Thêm vào cường độ mong muốn nêu trên, kỹ sư thiết kế thiết kế hàm lượng đơn vò xi măng, tỉ số nước – xi măng, độ sụt yếu tố khác có tính đến vật liệu sử dụng điều kiện xây dựng Hơn nữa, nhằm bảo đảm hiệu làm việc tuyệt hảo cần phải có loại hỗn hợp bê tông không thay đổi khả bơm Khả bơm bê tông khả làm việc độ sệt chi phối, phải thiết kế hỗn hợp bê tông vỏ hầm cách xem xét khả tháo bê tông xác đònh dựa vào yếu tố này, tỉ số nước – xi măng cường độ xác đònh giảm đến tối thiểu nhiệt tỏa hydrat hoá Phải áp dụng biện pháp đặc biệt chống lại ảnh hưởng bất lợi cho hỗn hợp bê tông yếu tố có hại độ mặn sinh vật diện mạch nước nóng đất đá gây ĐIỀU 61 Các biện pháp đề phòng vết nứt bê tông vỏ hầm Kỹ sư thiết kế vạch biện pháp đề phòng hình thành vết nứt có hại bê tông vỏ hầm [Giải thích] Dễ dàng tạo vết nứt bê tông vỏ hầm biến dạng tải ứng suất căng co ngót bê tông (Ứng suất căng co ngót bê tông hạn chế chủ yếu bê tông phun) Các vết nứt bê tông vỏ hầm làm giảm mạnh cường độ độ kín nước bê tông vỏ hầm, ảnh hưởng bất lợi đến tính lâu bền, an toàn chức gốc bê tông vỏ hầm rò rỉ nước, hình thành cột băng nhọn đầu từ nước giọt, đóng băng tan băng Những yếu tố gây ứng suất co ngót bê tông vỏ hầm sau: i) Co ngót giảm nhiệt độ đông cứng bê tông, ii) Co ngót giảm nhiệt độ đường hầm, iii) Co ngót khô độ ẩm thấp đường hầm Các biện pháp đối phó với vết nứt sau: i) Cách ly với bê tông phun (giảm co thắt bên ngoài), ii) Cải thiện chất lượng bê tông vật liệu (giảm ứng suất co ngót tăng cường độ kéo), iii) Đặt mối nối gây nứt (kiểm soát hình thành vết nứt), iv) Cải thiện môi trường đặt bê tông Phương pháp cách ly bê tông phun bê tông vỏ hầm xem phương pháp hiệu Đã dùng phương pháp phun vật liệu cách ly, phương pháp thường dùng đặt đệm cách ly màng chống thấm nước Để cải thiện chất lượng bê tông sử dụng phương pháp thêm phụ gia giãn nở chất giảm co ngót vào bê tông, giảm hàm lượng đơn vò xi măng hàm lượng đơn vò nước phụ gia siêu dẻo sử dụng xi măng tỏa nhiệt (xi măng pha trộn) Hơn nữa, để cải thiện vật liệu làm bê tông sử dụng phương pháp khác dùng lưới dây thép sợi thép hỗn hợp Mối nối gây nứt, biện pháp để kiểm soát vò trí phương hướng vết nứt hình thành đặt trước lớp kết dính vào chỗ quy đònh để giảm hình thành vết nứt Thêm nữa, có phương pháp cải thiện môi trường nơi đặt bê tông cách giảm nhiệt độ kiểm soát độ khô bên đường hầm với việc việc giảm nhiệt độ hỗn hợp bê tông cách làm nguội cốt liệu Hiện khả thực biện pháp xử lý lý tưởng kiểu vết nứt đặc biệt Vì vậy, cách ưa chuộng dùng phối hợp biện pháp có để đạt hiệu suất tổng hợp ĐIỀU 62 Đổ vòm ngược Vòm ngược đổ vùng gần cửa hầm, mặt cắt đất đá yếu, chỗ dự đoán có tác dụng áp lực đất không đối xứng nơi có khả tạo thành bùn lầy [Giải thích] Trong đất đá bò tổn hại xảy vấn đề gia tăng áp lực bên hông tác dụng lên đường hầm, tác dụng áp lực không đối xứng thiếu khả chòu tải chân bê tông vỏ hầm Những vấn đề gây lực lớn mặt cắt làm biến dạng bê tông vỏ hầm Đối với trường hợp phải xây dựng vòm ngược sớm tốt để tạo vòm kín mặt cắt hầm ổn đònh cấu trúc đường hầm Hơn nữa, xem xét đổ bê tông vòm ngược trường hợp sau: nơi phải cải thiện khả chống động đất vùng nứt nẻ, nơi có khả cao thay đổi đòa hình xây dựng vùng lân cận đất đá phủ, nơi đường hầm qua khu vực đô thò, nơi dự đoán bò ngập lụt phải dùng máy móc nặng lớn để bốc xúc Người ta cho thường đổ vòm ngược đá pelit hầm đường hầm đường sắt ĐIỀU 63 Kết cấu vòm ngược Kỹ sư thiết kế thiết kế hình dạng bề dày hợp lý vòm ngược dựa điều kiện đất đá yếu tố khác [Giải thích] Vòm ngược chống lại ngoại lực từ vòm tường bên ổn đònh toàn bê tông vỏ hầm đường hầm Thường thiết kế hình dạng bề dày bê tông vòm ngược dựa theo kinh nghiệm xây dựng khứ Tuy nhiên, điều ưa chuộng xác đònh riêng rẽ yếu tố mặt cắt ngang lớn, áp lực đất đá tác dụng mạnh lên đường hầm, đất đá không bền vững với đất đá phủ đường hầm qua đô thò Trong Bảng* 3.11 giới thiệu bề dày tiêu chuẩn vòm ngược cho hầm đường Bảng* 3.11.Bề dày tiêu chuẩn vòm ngược cho hầm đường Loại đất đá B CI CII Bề dày 40 (cm) (trường hợp đặc DI DII 45 50 E Xác đònh theo thiết kế biệt) (Đối với bề rộng khoảng trống bên khoảng 10 m) “Tiêu chuẩn công nghệ cho hầm đường (Chương kết cấu) giải thích” Hiệp hội Đường Nhật Bản “Quy tắc thiết kế (Tập 3) Tập đoàn Đường Cao tốc công cộng Nhật Bản