Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam Nhược điểm cần phải sửa đổi thiết kế hầm giao thông Việt Nam Weak points must have been reformed in designing communication tunnels of Vietnam Đỗ Thụy Đằnga a Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam * Dothuydang@gmail.com (corresponding author’s E-mail) Abstract Designs of road communication tunnels on land in our country recently, which are depended type design of forein country too much; even regardlessed of internal design standard This lesson bring up some main weak points must have been reformed in that designs; together with orientations in order to overcome them - Mở đầu: Ở nước ta gần xây dựng thêm nhiều hầm giao thơng, góp phần phát triển giao thơng nói riêng, đồng thời góp phần phát triển kinh tế quốc phịng nói chung Chúng thuộc nhiều chủng loại hầm khác nhau: - Hầm đường xuyên núi, như: hầm Hải Vân – hầm đường dài giới, lại có cửa nằm tầng đất đá phủ liên kết; hầm Đèo Ngang - Hầm đường chui đường giao thông đô thị, như: hầm đường xe giới Đại Cồ Việt – Kim Liên (Hà Nội), hầm nút giao thông Ngã Tư Sở (Hà Nội), nhiều hầm chui khác Hà Nội thành phố khác - Hầm đường vượt sông, hầm Thủ Thiêm (Thành phố Hồ Chí Minh) Nói chung, chúng xây dựng tảng phương pháp thi công đại; đạt hiệu kỹ thuật đáng kể Nhưng, nhà thiết kế thẩm định thiết kế phụ thuộc vào chun gia nước ngồi, khơng tránh nhược điểm thói quen họ Đặc biệt ý đồ họ lại mang tính xơ vanh: mặt, vận dụng ngun lý tự nhiên đảm bảo an tồn phịng chống thiên tai, địch họa cháy nổ bất thường; mặt khác, cố gắng kết hợp truyền bá khoa học công nghệ từ thấp đến cao, với tiêu thụ vốn cho vay hàng hóa theo tỷ lệ cao hạn chế nội địa hóa cơng nghệ sản xuất chúng; là, đề cao biện pháp nhân tạo công nghệ cao nhằm đảm bảo an tồn phịng chống thiên tai, địch họa cháy nổ bất thường sở trang thiết bị giám sát xử lý đắt tiền phải mua họ Dưới tập trung tìm nhược điểm liên quan đến an tồn thiết kế hầm giao thông đường cạn nước ta gần đây; với định hướng khắc phục chúng, để góp phần phát triển giao thơng an tồn bền vững Nhược điểm sơ đồ thơng gió đường hầm 2.1 Sơ đồ thơng gió đường hầm ô tô dài Ngay từ năm 1988 ban hành TCVN 4527 – 1988 Hầm đường sắt hầm đường ôtô – Tiêu chuẩn thiết kế [1] Trong tiêu chuẩn bắt buộc phải thiết kế thơng gió cho hầm, đảm bảo Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam phòng chống xử lý cháy nổ (kể cháy nổ xe đám cháy nổ khác) hầm giao thông nhanh chóng đạt hiệu an tồn cao (hình 1) Tuy nhiên, hầm giao thông ngắn, chiếu cố u cầu kinh tế; u cầu thơng gió thơng thường, yêu cầu phòng chống xử lý cháy nổ hầm, đáp ứng điều kiện cụ thể phương án thích hợp đó, theo sơ đồ thơng gió dọc [2] Khi hầm đường tơ khơng dài lắm; để thơng gió an toàn, tốt áp dụng sơ đồ thơng gió ngang Nhưng đơi khi, chiếu cố u cầu kinh tế; áp dụng hạn chế phương án thích hợp đó, theo sơ đồ thơng gió nửa ngang: vừa đảm bảo hầm cho xe chạy chiều, lại khống chế chất lượng xe, lưu tốc xe khoảng cách xe chạy theo làn; vừa đảm bảo công tác tổ chức điều hành, giám sát quản lý khai thác hầm ln tự động hóa; vừa đảm bảo đường giao thơng luồng gió phân đoạn không 400 mét [2] & [3] Hình Trích TCVN 4527 – 1988 Hầm đường sắt hầm đường ôtô – Tiêu chuẩn thiết kế [1] Khi hầm đường tơ dài; để thơng gió, áp dụng phương án theo sơ đồ thơng gió dọc sơ đồ thơng gió nửa ngang đó, tốn kém, mà hiệu giao thơng, hiệu phịng chống xử lý cháy nổ hầm hạn chế; hậu cố cháy nổ hầm dễ trở nên khủng khiếp Cho nên, thiết phải áp dụng phương án thích hợp theo sơ đồ thơng gió ngang (hình 2) Chỉ có thế, hạn chế tối đa khả gây cháy nổ cháy nổ lan truyền xe hầm Khi đó, mặt, xe chạy hầm làm mát gần nhau; mặt khác, gió bẩn gió nóng sinh luồng xe chạy, thu nhanh chóng qua cửa thu trần, theo ống dẫn gió bẩn, đến máng gió bẩn, đến nơi xử lý thích hợp, theo yêu cầu cụ thể [1], [2], [3], [4] & [5] Hình Sơ đồ mặt cắt ngang số đường hầm có luồng tơ chạy thơng gió ngang A/ Đường hầm nhỏ hẹp dạng vịm Máng gió nền, máng gió bẩn trần Trần ngàm cứng với vỏ hầm gia cường giằng ngàm cứng với vỏ hầm Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam B/ Đường hầm rộng lớn dạng vịm Máng gió máng gió bẩn trần Không gian trần chia thành máng, vách ngăn ngàm cứng với vỏ hầm với trần C/ Đường hầm dạng trịn có đường kính lớn Máng gió máng gió bẩn – Máng gió – Ống dẫn gió – Cửa cấp gió – Cửa thu gió bẩn – Máng gió bẩn – Ống dẫn gió bẩn Hầm Hải Vân gồm hầm hầm phụ trợ Mặc dù hầm có độ dài 6280m, vượt xa độ dài giới hạn thơng gió dọc hiệu quả, lại tổ chức xe chạy chiều; áp dụng sơ đồ thơng gió dọc đoạn, kết hợp với quạt tiếp sức lọc bụi tĩnh điện [2] Vì thế, dù có hỗ trợ hệ thống trang thiết bị đắt tiền, có chế độ tự động (các quạt tiếp sức phản lực, hệ thống lọc bụi tĩnh điện hệ thống trang thiết bị giám sát); mà lưu lượng xe chạy qua lại hầm chưa cao, khống chế tốc độ khoảng cách chặt chẽ; khả phòng chống hỗ trợ xử lý cháy nổ, cố khác hầm; đặc biệt khả tạo điều kiện an tồn cho q trình sơ tán người xe khỏi khu vực nguy hiểm hầm, đạt yêu cầu thấp Chắc chắn tương lai, nhu cầu lưu lượng chất lượng giao thông qua lại cao lên, tốt nâng cấp sơ đồ thơng gió cho hầm lên thành sơ đồ thơng gió ngang theo phương án thích hợp (hình 2) [4] Thực ra, từ đầu nên mở rộng hầm theo yêu cầu: hầm xe chạy chiều thơng gió ngang; để vừa tăng lưu lượng vận chuyển, vừa dễ đảm bảo an toàn cho hầm, vừa đỡ phải dùng số trang thiết bị đắt tiền, vừa đỡ phải đập phá cải tạo làm tăng chi phí chung Cịn việc xây dựng đường hầm thứ ba để hỗ trợ chúng nên đặt cần thiết Hình Các sơ đồ thơng gió nửa ngang, áp dụng cho hầm Đèo Cả xe chạy chiều gió: a/ Mỗi phân đoạn luồng vận tải cấp gió vào b/ Mỗi phân đoạn luồng vận tải thu gió bẩn Hầm Đèo Cả (Phú Yên – Khánh Hịa) xây dựng có độ dài 3900 m, gồm hầm đơn [6]; thuộc nhóm hầm vượt độ dài giới hạn hiệu thơng gió dọc tồn phần; thơng gió dọc phân đoạn khoảng (200 ÷ 400)m (kể có giếng gió trung gian, quạt thổi tiếp sức, làm mát lọc bụi tĩnh điện) Tuy vậy, hầm không dài; có số người cho để thơng gió cần dùng sơ thơng gió dọc phân đoạn khoảng (200 ÷ 400)m, có bổ sung quạt tiếp sức phản lực, thiết bị làm mát lọc bụi tĩnh điện; tăng cường giám sát; không xảy cố cháy nổ xe nghiêm trọng hầm Thực ra, áp dụng sơ đồ thơng gió dọc thế, khả cháy nổ xe hầm không cao; chắn phân đoạn hầm, thời điểm có hàm lượng khí cháy cao, với Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam cộng tác dụng yếu tố xấu: chất lượng xe kém, gầm xe bám nhiều bụi thấm nhiên liệu, lại xả khí thải lẫn nhiên liệu nhiệt độ cao; gió quẩn gầm xe; có tia lửa gầm xe với hầm; có bão từ ; tiềm ẩn khả cháy nổ, chí khả cháy nổ lan truyền [5] Vì thế, với hầm Đèo Cả, tốt áp dụng sơ đồ thơng gió ngang (hình 2) Hình Sơ đồ số kiểu trần hầm có khả ổn định cao Nhưng hầm không dài; phân đoạn luồng vận tải 400m xe chạy chiều gió; cho nên, để giảm mức đầu tư, chọn sơ đồ thơng gió phối hợp sau [3]: - Các nút nối luồng vận tải với hầm giếng gió, cấp gió vào; cịn phân đoạn luồng vận tải thơng gió nửa ngang dựa theo sơ đồ hình 3a, để gió bẩn từ luồng vận tải, qua cửa thu gió bẩn, dẫn theo đường hầm, máng gió bẩn độc lập đến nơi xử lý - Các hầm giếng gió, gió ra; cịn phân đoạn luồng vận tải thơng gió nửa ngang dựa theo sơ đồ hình 3b; để gió dẫn đường hầm, máng gió độc lập, qua cửa gió sạch, cấp cho luồng vận tải Thêm vào đó, vài phân đoạn luồng vận tải có thêm quạt gió tăng sức hệ thống lọc bụi làm mát, hiệu an tồn thơng gió phịng chống cháy nổ cho hầm cao Nên tận dụng khơng gian vịm để làm máng gió Khi dùng khơng gian hầm để làm máng gió, cần ý: khơng bố trí mức hầm, thiết kế vịm liên hợp với tường đứng; cịn phải bố trí mức hầm; để tăng độ an toàn giảm thiểu cố ảnh hưởng đến kết cấu vỏ hầm, nên chọn dạng hầm hình móng ngựa, dạng đường cong khép kín (hình trịn, van…) phù hợp với tải trọng cụ thể Khi dùng khơng gian phần vịm hầm làm máng gió, để phịng ngừa cố sụt trần hầm hầm Sasago (Nhật Bản) [7], cần ý: Hình Sơ đồ hầm có trần hàng cột tường đỡ - Hệ thống vỏ hầm, trần hầm giằng treo liên kết cứng liên kết bê tơng cốt thép chìm có khả chống ăn mòn chịu mỏi lâu dài - Cần tạo cho trần hầm có dạng mui thuyền, mái dốc; để có lực đạp ngang, hạn chế khả trần tự sụt tăng ổn định cho vỏ hầm; trường hợp hầm rộng cho phép tách đơi, sử dụng trần phẳng có hàng cột tường đỡ phù hợp với tổ chức vận tải (hình hình 5) [7] 2.2 Sơ đồ thơng gió hầm đường đường giao thơng thị Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam 2.2.1 Có loại hầm đường đường giao thông đô thị - Hầm đường ô tô nút giao thông mặt đô thị (như hầm Đại Cồ Việt – Kim Liên, Hà Nội) - Hầm dành riêng cho người (như hầm ngang đường Phạm Hùng, Hà Nội) hầm phân luồng cho người xe thô sơ chui ngang đường chui nút giao thông mặt đô thị (như hầm nút giao thông Ngã tư sở, Hà Nội) Đây hầm đường chui đường giao thơng mặt thị, có đặc điểm tối thiểu sau: - Khoảng cách cửa hầm xa (đo theo trục dọc nối chúng) không 500 mét Có thể bố trí bình đồ tuyến hầm cắt bình đồ đảo phân dịng dải đất phân luồng giao thơng mặt - Có trục dọc đường võng xuống; với cửa độ cao xấp xỉ Toàn hệ thống đường hầm nằm gần mặt đất chủ yếu xây dựng theo phương pháp đào hở; cho nên, dễ thiết lập giếng đứng thông từ đoạn hầm võng lên đảo giao thông hay dải đất phân luồng giao thông; để kết hợp chiếu sáng với thơng gió theo phân đoạn cánh hầm - Các cửa hầm đường ô tơ tiếp cận với lịng đường; cịn cửa hầm đường cho người xe thô sơ tiếp cận với vỉa hè Đường vào cửa hầm gồ chắn nước tràn, có độ chênh cao tương đối so với mặt đường phía ngồi tối thiểu 50 cm - Trên cửa hầm cần có mái che thơng minh; hình thành cánh chớp lật (được điều khiển từ xa), kính mờ để hạn chế nắng, chống nước mưa đón gió cần thiết Hình – Sơ đồ cắt dọc hầm đường chui đường giao thơng thị (có giếng quạt gió thơng lên đảo giao thơng mái che cửa hầm) a) – Giếng gió có ngăn theo cánh, hầm khơng có vách ngăn kín b) – Vỉa hè Giếng gió có số ngăn gấp số luồng hầm có vách ngăn kín, – Mái che thông minh kiểu chớp lật thấu quang cửa hầm – Lòng đường – Đảo giao thơng – Trạm quạt gió – Giếng gió – Bờ chắn nước 2.2.2 Do hầm chia thành đoạn ngắn không 300 mét; việc chọn sơ đồ thơng gió phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức giao thông hầm - Với đường hầm cho người xe thô sơ, điều kiện thông thường cần áp dụng sơ đồ thơng gió dọc tự nhiên phần; để dự phòng xử lý cố cháy nổ hầm, giếng gió trung gian cần có trạm quạt gió dự phịng với hệ thống cửa điều tiết đổi chiều gió - Với hầm đường ô tô chui nút giao thơng, cần áp dụng sơ đồ thơng gió dọc phần, kết hợp yếu tố thơng gió tự nhiên với yếu tố thơng gió cưỡng quạt, sở vừa bố trí Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam trạm quạt giếng gió, vừa bố trí trạm quạt cửa hầm; vận hành cho thỏa mãn u cầu gió khơng bị quẩn gầm xe chạy, để tránh tượng tích tụ khí cháy nổ vùng dễ có tia lửa điện gầm xe hầm: + Nếu hầm, xe chạy theo chiều; luồng hầm cho chiều xe chạy thơng gió độc lập vách ngăn luồng cửa bên cạnh chúng đóng kín (để gió luồng hầm xe chạy, ln cách ly với gió luồng hầm xe chạy khác); điều kiện bình thường, cần áp dụng sơ đồ thơng gió dọc tự nhiên phần Hệ thống trang thiết bị thơng gió dự phịng sử dụng để xử lý tượng thời tiết bất thường làm giảm hàm lượng ôxy hầm, đặc biệt để dự phịng để ứng phó có cố (kể cố cháy nổ) hầm + Nếu hầm, xe chạy theo chiều, khơng tách biệt luồng gió; điều kiện bình thường, cần tùy theo tương quan chế độ gió tự nhiên thay đổi bất lợi thời tiết, lưu lượng xe chạy theo chiều mà linh hoạt áp dụng sơ đồ thơng gió dọc phần với hỗ trợ từ đến trạm quạt gió cho thích hợp; riêng cần xử lý cố cháy nổ hầm, phải kết hợp vận hành quạt gió với cửa gió để khống chế đám cháy nổ theo yêu cầu 2.3 Biện luận chung thơng gió đường hầm nước ta Quá trình sử dụng hầm đường nước ta cho thấy nguy cháy nổ hầm cao [8] Rõ ràng, với hầm đường xe giới, áp dụng sơ đồ thông gió dọc đó, dù có hỗ trợ quạt tăng sức, thiết bị làm mát, thiết bị lọc bụi … khó phịng ngừa cố cháy nổ hầm Cịn áp dụng sơ đồ thơng gió nửa ngang, khả phịng ngừa có tăng lên chút ít, khả xử lý hậu cố cháy nổ hầm tăng lên đáng kể Nhưng sơ đồ thơng gió nửa ngang chi phí khơng cao, chưa đạt u cầu an tồn thơng gió phịng chống cháy nổ hầm, hầm dài, luồng hầm vận chuyển lại tổ chức xe chạy chiều Cho nên, thỏa mãn tiêu chuẩn thiết kế thơng gió hầm đường sắt hầm đường ô tô hành Việt Nam (TCVN 4527 – 1988), đủ khả tối đa phịng chống nhanh chóng ứng phó với cố cháy nổ hầm; góp phần đáp ứng yêu cầu sử dụng hầm đạt hiệu bền vững Có thể nói rằng: thiết kế thơng gió cho hầm Hải Vân nay, đạt yêu cầu “cơ bản”, chưa đáp ứng yêu cầu: “hiện đại Việt Nam” Bởi vì, giới, nhiều hầm đường ô tô đại áp dụng sơ đồ thơng gió ngang tiêu chuẩn thiết kế hành Việt Nam (TCVN 4527 – 1988), u cầu thiết kế thơng gió ngang cho đường hầm chạy xe giới Sau cân đối yêu cầu kinh tế với yêu cầu kỹ thuật an tồn mơi trường sinh thái đường hầm dài hầm Hải Vân hầm Đèo Cả, sở xác định u cầu an tồn bảo vệ mơi trường sinh thái đây, liên quan đến phát triển kinh tế vùng, với vấn đề trật tự an ninh an tồn xã hội; cho phép suy rằng, cần thực sơ đồ thơng gió ngang cho hầm Đèo Cả sớm chuyển đổi hệ thống thơng gió cho hầm Hải Vân từ sơ đồ thơng gió dọc đoạn, thành sơ đồ thơng gió ngang đoạn [2], [3], [4] & [5] Vị trí kiến trúc cửa hầm xuyên bờ núi đất đá liên kết Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam Hình 7: Sơ đồ cửa cổ hầm có tường mặt cứng - Vỏ chống; - Tường mặt cứng; - Hành lang có liên kết giằng với tường mặt; - Rãnh đón dịng tiêu lái dịng; - Hệ thống dầm, giằng gia cố; - Khối đệm; - Thép liên kết; - Hố ga rãnh thoát nước; - Tường cánh hào cửa hầm; 10 - Bờ dốc diện gia cường phủ thảm thực vật; 11 - Neo bê tông cốt thép Cửa hầm đáp ứng yêu cầu làm đẹp giữ môi trường sinh thái cân bền lâu yêu cầu mang tải, đảm bảo an tồn cho khơng gian làm việc xung quanh; đặc biệt mặt đường sân công tác trước cửa hầm từ mở gương đào, chống tạm thời cửa cổ hầm từ vào Theo sơ đồ cấu tạo, cửa hầm chia thành loại [9] & [10]: Cửa hầm có tường mặt cứng (hình 7) cửa hầm có đoạn vỏ chống dày nhơ dài với khối đắp phản áp vây quanh (hình hình 9) Nói chung, suốt q trình xây dựng sử dụng hầm; cửa hầm loại 1, vừa có nhiều ưu điểm đáng kể hơn, vừa có nhược điểm cần ý hơn: - Về vị trí, cửa hầm loại vừa tiết kiệm mặt bằng, vừa giảm bớt chiều dài hầm - Khi đất đá bờ dốc diện hào cửa hầm mềm yếu (nhất có lẫn tảng lăn) đào chống tạm thời cửa cổ hầm từ vào theo phương pháp ngầm truyền thống; lại thấy cửa hầm loại có ưu điểm vượt trội Khơng chúng có hiệu kinh tế, kỹ thuật, mỹ thuật an tồn cao q trình sử dụng; mà chúng dễ hỗ trợ hoạt động thi công hơn; xây dựng loại cửa hầm theo bước: sơ tạm thời tăng bền cố định Khi đó, để tạo áp lực vào phía bờ dốc diện hào cửa hầm, đảm bảo kết hợp giảm thiểu khả cắt trượt bờ dốc khả sụt lở đoạn cổ hầm đào chống tạm thời; trước mở gương ngầm ngồi cùng, nhanh chóng thiết lập cửa hầm sơ tạm thời, bê tông phun sợi thép bê tông phun lưới thép; cho tường có đường trọng lực rơi qua lưng tường vào bờ dốc diện hào cửa hầm Thậm chí, giai đoạn đào chống tạm thời cửa cổ hầm đất phủ mềm yếu, tiến toàn gương từ ngồi vào; dễ tạo cho chúng có độ bền cao lực phản áp lớn vừa phù hợp với yêu cầu hỗ trợ chống cắt trượt bờ dốc phía cửa hầm, vừa có khả liên kết chặt chẽ với phần kết cấu tăng bền trang trí cố định [3] & [11] Cho nên, để đảm bảo an toàn chung, cửa hầm Hải Vân Đèo Ngang cần bổ sung tường mặt cứng, với kết cấu hỗ trợ thu gom phóng vật nước mặt xuống hố ga hệ thống thoát nước mặt đường trước cửa hầm [9] & [10] Còn xây dựng hầm tới, cửa Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam hầm bên bờ dốc đấtt đá liên kết k bờ dốc đất lẫn tảng lăn, cần cố gắng ng áp ddụng sớm loại cửa hầm có tường mặt cứng ng (hình 7) Sơ đồ thường gặp để gia cố bờ b dốc diện hào cửa hầm đấtt đá liên k kết 4.1 Gần đây, hào cửa hầm m xuyên núi tầng t đất đá phủ mềm yếu đượ ợc khoét sâu vào núi, để giảm chiều dài đoạn cổ hầm m đó; v bờ dốc diện củaa chúng thư thường cao phân tầng, gia cố ng tường tư mạng dầm (dốc), giằng ng (ngang) vvới neo xiên qua nút mạng ng (hình 8, hình 9, hình 10 hình 11) Hình 9: Cửa Nam hầm m Đèo Ngang ngày khánh Hình 8: Các cửa Nam hầm mH Hải Vân ngày khánh thành 21-8-2004 [12] thành 5/6/2005 Trên thực tế, mạng kết cấu u m đáp ứng yêu cầu xử lý gia ccố bờ dốc thông thường; chưa thỏee mãn yêu cầu c xử lý gia cố bờ dốc diệện hào cửa hầm đất đá liên kết Dưới xem xét hệ h thống dầm, giằng neo xiên xử lý gia ccố bờ dốc diện hào cửa hầm đấtt đá trầm tr tích liên kết sét mềm yếu, có độ cao đáng kểể, độ dốc trung bình; với cửa cổ hầm có diện n tích mặt m cắt ngang sử dụng từ trung bình trở lên ( ), đào chống tạm thời từ vào, theo phương pháp truyền truy thống (tương tự hầm mH Hải Vân hầm Đèo Ngang) Hình 10 – Bờ dốc cửa Nam hầm Hải Vân A/ Mở gương ngầm ng hầm qua tường bê tông phun B/ Hố sụtt thủng th cửa tạm hầm ngày 10/9/2001 4.2 Nói chung, kết cấu mạng dầm, giằng gia cường lâu dài cho bờ dốc đất đá mềềm yếu (nhất đất đá trầm tích vụn rời liên kếtt sét), th bê tông cốt thép đúc chỗ hoặcc đúc ssẵn Nhưng bờ dốc diện hào cửaa hầm h xuyên núi; để giảm khả hình ình thành kh khớp dẻo, giảm độ võng cho chúng, giằng ng nằm n gác qua phía cửa cổ hầm m đào theo phương pháp ng ngầm Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam truyền thống (hình 10B); tồn hệ thống nên bê tông cốt thép đúc chỗ; nữa, chúng phải bắt đầu làm việc trước mở gương ngầm từ vào Tiếp theo, để có sở chọn sơ đồ hệ thống dầm, giằng làm việc đây, tìm hiểu đặc tính cơng tác nhóm sơ đồ hệ thống dầm, giằng đúc chỗ bê tông cốt thép, có kích thước mặt cắt ngang cữ nhật, dùng để gia cố bờ dốc diện hào cửa hầm Hải Vân, hầm Đèo Ngang số hầm khác xây dựng gần đây: 4.2.1 Trường hợp 1: Mỗi phần bờ dốc diện tầng có dạng mặt phẳng nghiêng; hệ thống dầm, giằng bố trí theo mạng; đó, dầm dốc gần theo đường hướng dốc, giằng gần nằm theo đường đồng mức (hình 8, hình 9, hình 10 hình 11) Hệ thống này, có tác dụng tốt việc chống cắt trượt bờ dốc; tự trọng lớn, lại trải rộng bề mặt bờ dốc; chúng tiềm ẩn nhiều khả gây cố cho cửa cổ hầm trình đào chống tạm thời từ vào: - Khi đất đá chúng bị lún sụt; nút mạng không đủ phản lực dễ hình thành khớp dẻo, cho phép chúng bị võng xuống, gây tải trọng phụ cục Khi tính liên kết mật độ đất đá chiều rộng không gian đào ngầm bên lớn, chúng dễ võng xuống, làm cho khối đất đá biên đào ngầm dễ sụt lở (hình 10b) Hình 11: Cửa Nam hầm Cam Đường (đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai đầu tháng 7/2013) [13] – Dầm (dốc); – Giằng (ngang) - Các dịng chảy, phóng vật độc lập từ đỉnh dốc xuống chưa bị cưỡng phân luồng thu gom xuống hố ga hệ thống thoát nước bên cạnh cửa hầm, chúng gây tác hại cho cửa hầm, đường giao thông mặt công tác trước cửa hầm [9] & [10] 4.2.2 Trường hợp 2: Mỗi phần bờ dốc diện tầng có dạng rãnh lõm, với đáy rãnh gần nằm mặt phẳng đứng với trục dọc cổ hầm; cịn hệ thống dầm, giằng bố trí theo ô mạng gần Do độ võng bề mặt này, làm cho mạng dầm, giằng hiệu hệ thống nói trên: - Chúng gây tốn hơn, lại dễ bị võng xuống nhiều hơn, gây tải trọng phụ thẳng đứng lớn hơn, làm cho khối đất đá gương đào ngầm dễ sụt lở - Chúng lại thu dòng chảy phóng vật độc lập từ đỉnh dốc xuống cửa hầm, gây tác hại lớn cho cửa hầm, đường giao thông sân công tác trước cửa hầm 4.2.3 Trường hợp 3: Mỗi phần bờ dốc diện tầng có dạng sống dọc lồi (cong lồi gẫy khúc lồi), có đỉnh lồi gần nằm mặt phẳng đứng với trục dọc cổ hầm; hệ Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam thống dầm, giằng ợc bố b trí theo mạng gần Hệ thống dầm, m, gi giằng có hiệu cao hệ thống ng nói trên; chúng vừa v khó võng xuống hơn, nhờ dễ nh nhận phản lực xơ ngang hơn; nên gây tải trọng ng phụ ph cho khối đất đá dễ sụt lở gương đào ng ngầm; lại vừa có khả phân luồng để dẫn n dịng chảy ch phóng vật độc lập từ đỉnh dốcc xu xuống hố ga tiêu thu gom rác bên cạnh nh cửa c hầm; đảm bảo không gây ảnh hưởng đếnn ccửa hầm, đường giao thông sân công tác trước cửaa hầm h Tuy nhiên, mặt cắt ngang dầm, giằng ng lớn, giằng lại bố trí theo đường đư đồng mức, nên vật liệu bị phân bố dàn trải; i; vvừa gây lãng phí; vừa gây cản dòng nước thấm m làm tăng tải t trọng mặt phẳng thẳng đứng cho cửaa vvà cổ hầm 4.3.Từ nhận định sơ nêu trên, th thấy sơ đồ mạng dầm (dốc), c), gi giằng (ngang) sử dụng tiềm ẩn n khả kh gây số cố đó: Thứ nhất, bờ dốc diện hào cửa hầm gần có góc dố ốc, nên dầm dốc gần song song vớ ới nhau, khơng có tác dụng định hướng phân dịng nư ước phóng vật từ đỉnh dốc lao xuống; ng; cho nên, bbờ dốc diện dễ để xẩy cố c phóng vật lao xuống cửa hầm, chí xuống ng ccả đường giao thông sân công tác trước cửa hầm m Thứ Th hai, dầm giằng nằm theo đường ng đđồng mức, trường hợp p nói trên, chúng v gây cản dòng nước thấm từ xu xuống theo bờ dốc, làm cho đất đá bão hòa nước, n dễ sụt lở thẳng đứng xuống ng không gian cửa cổ hầm đào theo phương pháp ngầm m từ t ngồi vào (hình 10b) Rõ ràng, sơ đồ mạng dầm, m, giằng gi địi hỏi phải có giải pháp cải tiếến Một số định hướng cải tiến n sơ đồ đ mạng dầm, giằng neo xiên: 5.1 Để bờ dốc diện hào cửa c hầm có tác dụng phân dòng chống tác hạii ccủa nước mặt nước ngầm, nên vừa tạo mặt dốc, c, kết k hợp với bổ sung biệnn pháp chuyên dùng; vvừa tăng thêm nhiệm vụ cho hệ thống dầm, giằng; ng; r chọn sơ đồ bố trí quy cách củaa chúng cho phù hhợp: - Để tiết kiệm m an toàn hơn, cần c xử lý bề mặt bờ dốc diện hào cửaa hhầm; cho giao tuyến với mặt phẳng thẳng ng đứng đ vng góc với trục dọc cổ hầm, ũng nh bình đồ, có dạng cong (hoặcc gãy khúc) lồi, l tạo sống dọc lồi phân luồng dòng chảy; rồii bbổ trí dầm dốc giằng ng nghiêng theo sơ đồ đ hình thang lệch Trong đó, dầm m ddốc (nằm theo đường hướng dốc): có mặt cắtt ngang chịu ch lực lớn có khoảng giãn cách lớ ớn dần từ xuống; để chúng vừa làm nhiệm vụ chố ống cắt trượt chống hình thành khe nứtt căng cho bbờ dốc, vừa làm nhiệm vụ phân luồng dòng chảyy phóng vật v độc lập từ đỉnh dốc xuống ng [9] & [10] Còn giằng nghiêng: có mặt cắtt ngang chịu ch lực nhỏ hơn, có chiều dài lớn dần từ xu xuống, có trục dọc không nằm theo đường đồng mứ ức, mà lệch so với mặt phẳng ngang thấp dần phía mảng bờ dốc bên cạ ạnh hầm; để chúng vừa có tác dụng giằng giữ,, đđịnh vị tăng cứng cho dầm dốc; vừa có tác dụng ng giữ gi cỏ chống xói mịn bề mặt; mà vẫnn hư hướng dòng nước trọng lực đất đá thấ ấm sang mảng bờ dốc bên cạnh hầm; tạoo thu thuận lợi cho việc điều hịa mơi trường vi khí hậu u sinh thái Thêm nữa, n bờ dốcc di diện hào cửa hầm có từ cửa hầm trở lên, hệ thống ng dầm, d giằng neo xiên đây, lại cần phải tạoo đư cửa Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam cổ hầm có sống dọc phân dòng riêng, để phòng chống tác hại dịng chảy phóng vật độc lập lao từ dốc xuống cho cửa hầm - Để chống bào mòn tăng liên kết cho đất đá bờ dốc; việc trồng cỏ, cần kết hợp với việc trồng họ si đa, để rễ chằng chịt chúng có tác dụng neo liên kết đất đá [14] - Để vừa tăng khả tháo khô, vừa tăng khả kết khối đất đá bờ dốc; sử dụng thêm neo ống thoát nước [14] 5.2 Về hệ thống neo xiên, cần từ điều kiện trường cụ thể để định hướng nhiệm vụ, với quy cách sơ đồ bố trí [15] &[16]: 5.2.1 Khi bờ dốc diện hào cửa hầm khối đá nứt nẻ mạnh có lấp nhét hạt vụn; mạng neo với quy cách hợp lý, dễ dàng nhận nhiệm vụ chịu kéo, chịu cắt, hay tổ hợp nhiệm vụ này; ngắn hạn lâu dài, đạt hiệu cao 5.2.2 Cịn đất đá khối trầm tích hạt vụn liên kết sét mềm yếu, chúng thường làm việc đạt hiệu đáng kể nhận nhiệm vụ chủ yếu chống cắt trượt tạm thời trình đào chống tạm thời cửa cổ hầm Để làm tốt nhiệm vụ chống cắt trượt với hình thành khe nứt căng bờ dốc diện hào cửa hầm nhiệm vụ chống sụt thẳng đứng cho khối đất đá từ bờ dốc xuống không gian cửa cổ hầm đào ra; neo bờ dốc đây, phải có kết cấu thích hợp với điều kiện mơi trường cụ thể, mà cịn phải có độ dài sơ đồ bố trí tương xứng với yêu cầu đặt Khi đó, kết cấu, để chúng làm việc thuận lợi, ngắn hạn lâu dài; nói chung, chúng nên có kết cấu dính kết tồn phần, có độ cứng vững khả chống ăn mòn cao; đồng thời, bên cạnh khả chịu cắt chịu uốn cao, có khả chịu kéo dọc tương đối tốt làm việc đất đá hạt vụn liên kết sét; điển kết cấu bê tơng cốt thép tồn độ dài 5.2.3 Khi có khơng gian ngầm cửa cổ hầm bờ dốc, khối đất đá vừa bị lực đẩy ra, vừa bị lực kéo xuống Trong lực kéo xuống nguy hiểm hơn, cần phải ý chống giữ cẩn thận Nhưng trước có khơng gian này, khơng thể bố trí neo bám giữ chắn vào bề mặt lộ xung quanh không gian đó; lượng nước đất đá, đơi làm khả chịu kéo dọc neo Vì thế, để gia cường tạm thời cho khối đất đá phía khơng gian này, khơng bố trí neo gần thẳng đứng 5.2.4 Dù đất đá bờ dốc diện hào cửa hầm thuộc loại hạt vụn liên kết sét, trình đào chống tạm thời cửa cổ hầm diễn điều kiện liên kết sét ổn định (thí dụ vào mùa khô); để giữ bờ dốc đây, trước thực q trình đó, cần đưa vào sử dụng hệ thống dầm, giằng nêu tiểu mục 5.1 trên, mà không cần hệ thống neo xiên phối hợp 5.2.5 Trước thực trình đào chống tạm thời cửa cổ hầm đất đá bờ dốc diện hào cửa hầm thuộc loại hạt vụn có liên kết khơng cao; để giữ bờ dốc đây, tốt nên đưa vào sử dụng hệ thống dầm, giằng neo xiên ngắn, để giảm tải cho hệ thống kết cấu chống giữ tạm thời trình đào gương cửa cổ hầm Khi đó, để hạn chế mối nguy hiểm thành phần tải trọng thẳng đứng, neo xiên nên cần có đặc tính sơ đồ bố trí hợp với định hướng tài liệu [14]&[15]; sở là: Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam - Đường ng kính thân neo xiên nên ( thực tế ) Ở phần bờ dốcc phân đo đoạn cổ hầm độ sâu , khoảng ng cách gi neo xiên ; riêng hàng neo xiên thấp tầng có tường ng chắn ch cứng chân, phải định vị với tường chắắn cứng (kể tường chắn cứng tạm thời quanh cửa hầầm) khoảng cách chúng khác, khoảng cách giữaa neo xiên xi Còn phần bờ dốc - Thân neo nên hợp với mặtt phẳng ph nằm ngang góc nhọn: ( ) - Mỗi mặt cắt thẳng đứng ng vng góc với v trục dọc cổ hầm kể từ mức đai ốcc đuôi neo xiên hàng th thứ từ lên, cần cắt qua nhấtt hàng neo toàn hệ h thống neo phải giữ đượcc nh 1/2 khối đất đá có khả sụt xuống cửa cổ ổ hầm tạo thành hố sụt thông lên mặt lộ bờ dốốc Hình 12 Cửa Nam nhánh phụ hầm h Hải Vân chống sơ neo dọc dài, chống ng ttạm thời chống thép chữ H có giằng ứng, bê tông lấp đầyy phun bê tông ph phủ bề mặt 5.2.6 Khi phải đào chống tạm m thời th cửa cổ hầm đất đá bờ dốc diệện hào cửa hầm liên kết (nhất trầm tích liên kếết sét lẫn tảng lăn); coi hệ thống dầm, giằằng neo xiên ngắn nêu tiểu mục 5.2.5, ch chuyên làm nhiệm vụ chống cắt trượt bờ dốc c Còn để phòng chống tác hại áp lực đấtt đá xung quanh biên đào cửa c cổ hầm; gây biến dạng, ng, chuy chuyển vị đất đá đây; gây sụt lở khối đấtt đá thơng lên mặt m lộ bờ dốc, thường phảii ssử dụng thêm kết cấu gia cố khối đấtt đá vây quanh biên đào trước trư tiến gương ngầm m theo toàn chi chiều dài cửa cổ hầm (neo dọc dài, khoan phụtt ép vữa v gia cường …), hay theo chu kỳ tiếnn gương ng ngầm (cọc ván đóng tỏa ra, neo ngắn tỏa ra); kếết hợp với kết cấu chống giữ bên biên đào đào llộ (hình 12) Đây vấn đề lớn, cầần trình bày riêng Kết luận: Trong số yếu tố cần n có để đ sử dụng hầm đường đạt hiệu bền vững, ng, trư trước hết thiết kế chúng phảii có tính an tồn cao, sở s kinh tế kỹ thuật cho phép Vì thếế, việc vạch nhược điểm thiết kế hầm h đường qua, với định hướng ng phù hhợp với công tác cải tạo nâng cấp hầm m cũ c công tác thiết kế hầm vô cầần thiết 6.1 – Vấn đề thơng gió đường hầầm tô xuyên núi phải đáp ứng nhiều yêu cầuu khác nhau: - Những yêu cầu dễ đáp ứng ng đường đư hầm ngắn, đường hầm m dài trung bình có llưu lượng vận chuyển qua hầm m tương đối đ nhỏ - Những yêu cầu khó đáp ứng ng đường đư hầm dài, xe chạy chiều với lưu lượ ợng tương đối lớn Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam Khi đường hầm dài xác định ô nhiễm khơng khí ngun nhân gây ung thư cao, việc thơng gió đảm bảo an tồn phịng chống cháy nổ hầm cần phải nâng cao, để phòng ngừa khả xảy cháy nổ xe lan truyền, dẫn đến sập đổ hầm, gây tai họa khủng khiếp; mà cịn để đảm bảo vi khí hậu hầm mát lành Hầm Hải Vân hầm Đèo Cả hầm dài, cần sáng suốt chi trước “những đồng tiền khôn”, để sử dụng sớm loại sơ đồ thơng gió hợp lý, cho phép phịng ngừa tối đa tai họa 6.2 – Việc chọn loại cửa hầm có tường mặt cứng khơng liên quan đơn đến sắc thái mỹ thuật, mà mang quan điểm tiết kiệm mặt đảm bảo an toàn đạt hiệu bền vững lâu dài cho cửa hầm, cơng trình quanh cửa hầm, với hoạt động giao thông qua cửa hầm; cho nên, cần cố gắng áp dụng 6.3 – Các hầm đường chui qua đường phố, qua nút giao thông đường phố công trình giao thơng ngầm thị cần giếng gió trung gian nhà che cửa hầm “thơng minh”; vừa để tiết kiệm lượng, vừa để tăng khả an tồn thơng gió phịng chống cháy nổ hầm Thế mà, chúng xây dựng theo phương pháp đào hở; cho nên, thiết kế xây dựng mới, cần cố gắng tìm giải pháp quy hoạch kiến trúc phù hợp, để kết hợp phát triển kinh tế giao thông với bảo vệ cảnh quan môi trường bền vững 6.4 - Hệ thống dầm, giằng neo xiên nghiên cứu cần đáp ứng yêu cầu tối thiểu sau: - Gia cố bờ dốc; phân luồng dòng chảy phóng vật xuống hố ga rãnh dẫn dòng bên lề đường cạnh cửa hầm - Hạn chế khả sụt lở thẳng đứng xuống khơng gian ngầm cửa cổ hầm hình thành khối đất đá yếu phía - Hiện có nhiều sơ đồ mạng dầm, giằng neo xiên khác nhau; để đạt hiệu cao; nên chọn sơ đồ mạng dầm, giằng gồm dầm dốc lớn giằng nghiêng nhỏ, bê tông cốt thép đúc chỗ, bố trí theo hình thang lệch, tạo sống dọc lồi phân luồng dòng chảy, từ mặt phẳng thẳng đứng chứa trục dọc cửa cổ hầm, sang rãnh dẫn dòng, xuống hố ga tiêu thu gom vật rắn hệ thống rãnh thoát nước mặt đường, cạnh cửa hầm, nêu mục 5.1 trên; với neo xiên qua nút mạng dầm, giằng; theo điều kiện nêu tiểu mục 5.2.5 - Sơ đồ mạng dầm, giằng khó thi cơng đơi chút; có hiệu an tồn vượt trội; cần áp dụng cho bờ dốc diện hào cửa hầm có điều kiện tương ứng tới; trước hết cho bờ dốc diện có điều kiện tương ứng số hầm Phước Tượng, Phú Gia (Thừa Thiên – Huế), Hòa Vang (Đà Nẵng) Đèo Cả (Phú Yên – Khánh Hòa) - Hơn để hỗ trợ cho hệ thống dầm, giằng neo xiên nêu; bề mặt bờ dốc xung quanh hào cửa hầm, cần trồng cỏ, kết hợp với họ si đa Sử dụng hợp lý mạng dầm, giằng neo xiên để xử lý gia cố bờ dốc diện hào cửa hầm xuyên núi mảng nghệ thuật nghệ thuật xây dựng hầm nói chung; khơng nên cơng thức hóa chúng, ứng dụng máy móc tràn lan; mà vừa phải chế hóa ưu, nhược điểm chúng, sở quy nạp suy diễn vật biện chứng đầy sắc bén: xem xét vận động, phát Vietrock2015 an ISRM specialized conference Vietrock2015 12-13 March 2015, Hanoi, Vietnam triển yếu tố ảnh hưởng, bao hàm mâu thuẫn tiền đề; để vừa sửa đổi, bổ sung, thay vài chi tiết; chí, tìm phương án khác theo hoàn cảnh cụ thể Tài liệu tham khảo: [1] - TCVN 4527 – 1988 Hầm đường sắt hầm đường ôtô – Tiêu chuẩn thiết kế Nxb Xây dựng – Hà Nội – 2003 [2] – Đỗ Thụy Đằng – Đường hầm Hải vân thơng gió chưa tốt , ? - T/C Xây dựng – Hà Nội – 10/2005 [3] – Đỗ Thụy Đằng – Vài học từ hầm Hải Vân hầm Đèo Ngang cho hầm xuyên núi khác – Báo cáo hội thảo “40 năm hợp tác Việt Nam - Nhật xây dựng: Thành tựu hội – Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm, giao thơng địa kỹ thuật” – NXB Xây dựng - Hà Nội - 2013 [4] - Đỗ Thụy Đằng - Hầm Hải Vân tương lai – T/C Người Xây Dựng – Hà Nội - 3/2006 [5] – Đỗ Thụy Đằng – Nâng cao khả phòng chống cháy nổ xe hầm Hải Vân – T/C Người xây dựng – Hà Nội – 11/2008 [6] - Công ty Cổ phần Đầu tư Đèo Cả - Quy mô Dự án Hầm đường qua Đèo Cả [7] – Đỗ Thụy Đằng & Đỗ Ngọc Anh – Bài học từ vụ sập trần hầm đường ô tô Sasago Nhật Bản T/C Người xây dựng – Hà Nội - 1&2/2013 [8] - Thế Phong & nnk - Hội thảo “Hiến kế khai thác hiệu hầm đường bền vững” [9] – Đỗ Thụy Đằng – Cơ sở thiết kế loại cửa hầm giao thơng có tường mặt cứng – T/C Người xây dựng – Hà Nội – 4/2006 [10] – Đỗ Thụy Đằng – Cửa hầm đường ôtô đèo Hải vân – T/C Xây dựng – Hà Nội – 11/2005 [11] - Đỗ Thụy Đằng – Định hướng chống giữ bờ dốc diện hào cửa hầm xuyên núi đất phủ mềm yếu, tiến toàn gương cửa cổ hầm từ vào – T/C Người xây dựng – Hà Nội – 11&12/2013 [12] – Đại Dương – Khánh thành hầm đường Đèo Ngang [13] – Cao Cường – Vũ Sơn – Đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai đoạn cuối 19 km: Khẩn trương thi cơng đích kế hoạch [14] – Đỗ Thụy Đằng – Cơ sở chọn phương án bảo vệ gia cố sườn dốc bên khối đất đá rời có liên kết sét – T/C Xây dựng – Hà Nội – 8/2011 [15] - Đỗ Thụy Đằng – Cơ sở bố trí tính tốn neo gia cường khối đá - Thông tin Tư vấn thiết kế TEDI - Tổng công ty tư vấn thiết kế GTVT - Hà Nội – 12/2007 [16] - Đỗ Thụy Đằng – Nguyên lý làm việc neo gia cường khối đá - T/C Người xây dựng – Hà Nội – 3/2008