Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (NATM) là phương pháp xây dựng hầm được hình thành trên cơ sở lý thuyết đúc kết từ thực tế xây dựng hầm trong thời gian dài, bao gồm các trình tự, biện pháp thi công và xử lý khối đất đá trên vòm hầm sao cho đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ. Do đó, tự bản thân khối đất đá xung quanh sẽ trở thành một phần kết cấu chống đỡ hầm.
PHƯƠNG PHÁP NATM (New Australian Tunnelling Method) GVHD: TS NGUYỄN DANH THẮNG (BM Cầu Đường, Khoa KT Xây Dựng, ĐH Bách Khoa Tp HCM) Email: ndthang@hcmut.edu.vn Tel: 0913-88-3456 Facebook: Nguyen Danh Thang GIỚI THIỆU Phương pháp xây dựng hầm Áo (NATM) phương pháp xây dựng hầm hình thành sở lý thuyết đúc kết từ thực tế xây dựng hầm thời gian dài, bao gồm trình tự, biện pháp thi công xử lý khối đất đá vòm hầm cho đất đá xung quanh hầm liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ Do đó, tự thân khối đất đá xung quanh trở thành phần kết cấu chống đỡ hầm SỰ KHÁC BIỆT CỦA NATM Về công tác khảo sát: - Thu thập tiêu học đất đá, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn phục vụ cho công tác thiết kế tuyến, hình dạng, tiết diện công trình, đánh giá mức độ ổn định khối đá lập phương án thi công… -Trong qúa trình thi công, khảo sát bổ sung thực cần thiết gặp điều kiện đất đá thay đổi dự kiến đường hầm ổn định mạnh sau đào để phục vụ việc điều chỉnh thiết kế hay đưa biện pháp chống giữ bổ sung Về công tác thiết kế: Không tồn khái niệm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cố định Tất thành phần kết cấu chống “ban đầu” sau xem phần kết cấu chống “cuối cùng”, khái niệm thể thời gian kết cấu chống lắp dựng khác vai trò nhiệm vụ chúng Yêu cầu tính xác hiệu giải pháp thiết kế giai đoạn trước thi công không đòi hỏi mức độ cao thường xuyên điều chỉnh, bổ sung suốt trình thi công dựa kết quan trắc thu SỰ KHÁC BIỆT CỦA NATM Về công tác thi công: - Ảnh hưởng định tới toàn trình xây dựng Khác biệt lớn việc áp dụng đánh giá vai trò công tác quan trắc phần bên chu trình xây dựng - Có tính linh hoạt cao, người thi công không bị bó buộc hay phải cứng nhắc tuân theo vấn đề đưa thiết kế, đòi hỏi phải có đủ trình độ, kinh nghiệm để đưa định xác cách nhanh giải khó khăn gặp phải trường - Công nghệ thi công khác biệt nhiều Thành công nhờ quan niệm linh hoạt trình thi công, kết hợp giải pháp khác cách hợp lý để đạt mục tiêu “bảo dưỡng” khối đá mức tối đa Đây chìa khoá để đạt yếu tố: tính an toàn, chất lượng công trình hiệu kinh tế YÊU CẦU ÁP DỤNG NATM • Công tác lập kế hoạch - Tiến hành khảo sát điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn thật thận trọng tổng quát - Xây dựng tiêu học đất, đá địa chất với ý nghĩa thực tiễn cao làm sở cho việc khảo sát, đánh giá mức độ ổn định khối đá - Chuyển hoá hợp lý nhận thức có khối đất, đá vào công tác lập kế hoạch chi tiết, theo giai đoạn thi công dạng phương án thi công cụ thể, bao gồm: trình tự thi công, kết cấu chống trình tự lắp dựng theo công đoạn hoàn thiện kết cấu chống - Lập chương trình đo quan trắc địa kỹ thuật song song với trình thi công - Cần có khẳng định, định giải pháp cho khu vực đất đá yếu YÊU CẦU ÁP DỤNG NATM * Công tác thi công - Thực xác phương án thi công lập - Ghi chép phân tích thường kỳ thông tin điều kiện khối đá, độ ổn định đường hầm sau đào để có biện pháp hợp lý, tối ưu kịp thời xác trường người có đủ kinh nghiệm để gia cố bổ sung, điều chỉnh quy trình đào chống phục vụ đoạn đào - Phải có cộng tác chặt chẽ chuyên gia đầy kinh nghiệm công việc từ giai đoạn quy hoạch, thiết thi công - Đội ngũ cán bộ, công nhân trực tiếp thi công phải có hiểu biết định phương pháp NATM, có tinh thần trách nhiệm ý thức chủ động cao công việc * Công tác điều hành, quản lý Phải có cấu tổ chức quản lý đủ mạnh để đảm bảo chất lượng, tính an toàn hiệu kinh tế công trình ƯU ĐIỂM CỦA NATM - Có khả áp dụng nhiều điều kiện khối đá khác - Dễ dàng linh hoạt để dụng cho hình dạng tiết diện ngang công trình ngầm khác - Có tính kinh tế cao tối ưu hoá kết cấu chống giữ - Sử dụng có tính kinh tế dự án đấu thầu phân chia thành nhiều gói thầu nhỏ - Kết hợp dễ dàng với phương pháp đào máy (TBM) - Yêu cầu vốn đầu tư ban đầu tương đối nhỏ có khả thu hồi vốn nhanh NHƯỢC ĐIỂM CỦA NATM -Khi áp dụng điều kiện có nước ngầm đòi hỏi phải có công tác khảo sát bổ sung - Tốc độ tiến gương tương đối nhỏ - Đội ngũ cán công nhân tham gia xây dựng đòi hỏi phải đào tạo trải qua thực tế - Mức độ đòi hỏi cao vật liệu biện pháp thi công - Có khả gây rủi ro với nhà thầu chủ đầu tư - Khả tự động hoá công tác bị hạn chế Với ưu điểm vượt trội kể trên, cộng thêm với hỗ trợ phương tiện máy móc tân tiến, NATM ngày sử dụng nhiều để thay phương pháp mỏ truyền thống để thi công hầm công trình ngầm qua núi NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG CƠ BẢN 1) Kết cấu hầm tổ hợp đá núi vỏ hầm Hầm chống đỡ chủ yếu khối đá xung quanh Hệ thống chống đỡ hầm nên áp dụng hạn chế mang tính hỗ trợ hiệu ứng tự ổn định khối đá 2) Phải trì cường độ nguyên thủy khối đá Cách chống đỡ truyền thống gỗ và/hoặc vòm thép giúp ngăn ngừa biến dạng khối đá xung quanh hầm Bê tông phải phun sau đào để ngăn biến dạng khối đá cách hữu hiệu Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, có khoảng trống hệ thống chống đỡ khối đá Khối đá xung quanh chống đỡ thông qua điểm tiếp xúc nên có xu hướng biến dạng vào phía đường hầm nhằm lấp đầy khoảng trống nói Sự rời rạc (biến dạng) khối đá có xu hướng phát triển đến độ sâu tính từ tường hầm Theo phương pháp NATM, sử dụng bêtông phun trực tiếp bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm nên ngăn không cho khối đá biến dạng 3) Biến dạng khối đá phải ngăn chặn hợp lý việc khối đá rời rạc làm cho cường độ bị giảm Cường độ khối đá, phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát phân khối đá, giảm xuống ma sát giảm Nguyên tắc áp dụng chủ yếu đá cứng Đối với đá mềm, chẳng hạn lớp đá trầm tích sau Kỷ Đệ Tam đến Kỷ Đệ Tứ, đặc tính chúng phụ thuộc vào lực dính góc nội ma sát 4) Khối đá phải giữ điều kiện ứng suất nén ba trục Cường độ khối đá chịu ứng suất nén đơn trục và/hoặc hai trục thấp cường độ điều kiện ba trục Cường độ chịu nén khối đá điều kiện nén nhiều trục cao khối đá điều kiện nén trục Sau đào hầm, vách hầm trạng thái nở hông hệ thống chống đỡ lắp đặt Để trì trạng thái ứng suất nén ba trục ổn định khối đá, vách hầm phải phủ kín bêtông phun 5) Biến dạng khối đá phải ngăn chặn hợp lý Phải thiết lập hệ thống chống đỡ để ngăn chặn giãn nở nguy đổ sập khối đá Nếu hệ thống chống đỡ thiết lập cách thích hợp chất lượng việc đào hầm tăng đồng thời đảm bảo hiệu kinh tế Nếu biến dạng cho phép vượt giới hạn, vùng biến dạng dẻo quanh hầm phát triển khe nứt xuất “Ngăn chặn biến dạng” nghĩa giảm thiếu tối đa biến dạng xung quanh hầm biến dạng xảy đào hầm tránh khỏi, ví dụ biến dạng đàn hồi và/hoặc biến dạng nổ mìn Vì thế, giới hạn biến dạng cho phép cần đề ứng loại hệ thống chống đỡ cập nhật từ kết đo đạc quan trắc Địa kỹ thuật 6) Hệ thống chống đỡ phải lắp đặt kịp thời Lắp đặt hệ thống chống đỡ sớm hay muộn đem lại kết bất lợi Hệ thống chống đỡ không mềm hay cứng Các hệ thống chống đỡ cần có độ mềm dẻo thích hợp để trì cường độ khối đá Nếu hệ thống chống đỡ lắp đặt sớm, áp lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ cao Mặt khác áp lực tiếp tục tăng lên lắp đặt hệ thống chống đỡ chậm Hệ thống chống đỡ lắp đặt lúc có khả giảm tải trọng đến nhỏ Nếu hệ thống chống đỡ cứng đắt, mềm khối đá biến dạng nhiều, tải trọng tác dụng lên hệ thống chống đỡ cao Tải trọng tác động lên hệ thống chống đỡ giảm đến nhỏ hệ thống chống đỡ có độ mềm dẻo thích hợp 7) Cần nghiên cứu khảo sát đặc tính biến dạng phụ thuộc thời gian khối đá để đánh giá thời gian thích hợp lắp đặt hệ thống chống đỡ 8) Không dựa vào công tác thí nghiệm phòng mà 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 vách hầm, tốc độ biến dạng loại đá nhân tố quan trọng để tính toán thời gian chống đỡ vách đào khối đá Đối với phương pháp NATM, công việc thiếu đo đạc quan trắc Những nhân tố nhắc đến xác định từ kết đo đạc quan trắc tính toán mang tính thống kê dựa kết việc đo đạc quan trắc có ích cho việc dự đoán biến dạng bước đào hầm 9) Nếu biến dạng và/hoặc tơi khối đá dự đoán lớn, bề mặt hầm đào phải phun bê tông kín che Kết cấu chống đỡ gỗ thép tiếp xúc với bề mặt tường hầm điểm chèn Vì thế, đất đá điểm tiếp xúc không chống đỡ nên biến dạng và/hoặc tơi khối đá phát triển 10) Vỏ hầm phải mỏng có độ mềm dẻo thích hợp nhằm triệt tiêu mô men uốn tránh phá hoại ứng suất uốn gây Không lớp vỏ hầm ban đầu (bêtông phun) mà lớp vỏ hầm hoàn thiện cần phải mỏng 11) Trong trường hợp hệ thống chống đỡ (ban đầu) cần phải gia cường, thép, khung chống thép neo đá nên sử dụng Không nên tăng chiều dày lớp bê tông vỏ hầm làm giảm diện tích tiết diện khai thác hầm 12) Thời gian phương pháp thi công vỏ hầm định dựa kết quan trắc thiết bị Thông thường lớp bê tông vỏ hầm thi công sau biến dạng hầm ổn định Nếu biến dạng có xu hướng gia tăng, cần kiểm tra kỹ nguyên nhân Trong trường hợp , lớp bê tông vỏ hầm phải thiết kế đủ cường độ chống lại áp lực khối đá tác dụng lên 13) Về mặt lý thuyết, cấu trúc hầm giống ống hình trụ dày gồm hệ thống chống đỡ vỏ hầm với môi trường đất đá xung quanh Các cấu trúc hợp lại với làm cho hầm tự ổn định Hệ thống chống đỡ truyền thống gồm phần vòm trụ đỡ, khối đá xung quanh xem tải trọng tác dụng lên hầm Theo lý thuyết NATM, hầm xem cấu trúc hỗn hợp gồm khối đá, hệ thống chống đỡ vỏ hầm 14) Việc cấu tạo mặt cắt hầm kín vòm ngược tạo nên đường ống hình trụ cần thiết cấu trúc chịu ứng suất đá cao 15) Hành vi (trạng thái) khối đá phụ thuộc vào tiến trình đào hầm lắp đặt hệ thống chống đỡ kết cấu hầm kín hình thành Mômen uốn bất lợi xuất khu vực tiếp giáp phần vòm hầm tường giống kết cấu dầm hẫng khoảng cách bề mặt gương hầm phần vòm phần tường dài Ứng suất uốn mô tả phát triển lún tác động lên hệ thống chống đỡ lắp đặt phần vòm hầm, sức chịu tải móng hệ thống chống đỡ nhỏ tải trọng tác động lên 16) Từ quan điểm phân bố lại ứng suất, phương pháp đào toàn mặt cắt tốt phương pháp khác Chia gương hầm thành nhiều gương nhỏ khiến cho chất lượng khối đá xung quanh hầm giảm nhanh chóng phân bố lại ứng suất Tuỳ thuộc vào trình đào hầm, việc phân bố ứng suất khối đá xung quanh xảy cuối đạt đến trạng thái ứng suất Khối đá xung quanh hầm gặp phải tình trạng có tải không tải lặp lặp lại suốt trình phân bố lại ứng suất Đôi trạng thái lặp lại dẫn đến kết khối đá bị phá hoại Tuy nhiên, khó thực phương pháp đào toàn mặt cắt vùng đá xấu đá phong hoá nặng và/hoặc đất Trong trường hợp ta phải chia gương hầm thành gương nhỏ cần phải đo đạc kiểm tra tính ổn định phần hầm 17) Phương pháp đào hầm có ánh hưởng lớn đến khối đá xung quanh, chẳng hạn chu kỳ trình tự đào hầm, thời gian thi công vỏ hầm, thời gian đóng kín vỏ hầm, cần kiểm soát để tạo tổ hợp kết cấu thiết lập ổn định đường hầm 18 ) Mỗi phận hầm phải trì hình dạng tròn nhằm tránh tập trung ứng suất bất lợi 19) Đối với hầm kết cấu vỏ đôi vỏ hầm bên phải mỏng Bất kỳ lực cắt tác động vào đường biên bên hầm khối đá không truyền sang bê tông vỏ hầm Chỉ có lực hướng tâm truyền đến kết cấu vỏ đôi hầm 20) Kết cấu tổ hợp khối đá kết cấu chống đỡ bên (ban đầu) phải hình thành trước thi công lớp bê tông vỏ hầm bên Lớp vỏ hầm bên có tác dụng làm tăng hệ số an toàn cho hầm Tuy nhiên, độ ổn định kết cấu hầm cần xem xét bao gồm lớp bê tông vỏ hầm hầm gặp lưu lượng lớn nước thấm vào và/hoặc dự báo ăn mòn neo đá 21) Thiết bị đo đạc, quan trắc đóng vai trò quan trọng công tác thiết kế thi công hầm Việc đo ứng suất tác động lên vỏ hầm đo đạc dịch chuyển vách hầm đặc biệt cần thiết thi công hầm 22) Giải phóng áp lực nước ngầm xuất khối đá hệ thống thoát nước Áp lực thủy tĩnh xung quanh đường hầm thay đổi tùy thuộc vào biến đổi mực nước ngầm Hệ thống thoát nước ngầm cách làm giảm áp lực thủy tĩnh hữu hiệu ...GIỚI THIỆU Phương pháp xây dựng hầm Áo (NATM) phương pháp xây dựng hầm hình thành sở lý thuyết đúc kết từ thực tế xây dựng hầm thời gian... đỡ Do đó, tự thân khối đất đá xung quanh trở thành phần kết cấu chống đỡ hầm SỰ KHÁC BIỆT CỦA NATM Về công tác khảo sát: - Thu thập tiêu học đất đá, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn phục... cao thường xuyên điều chỉnh, bổ sung suốt trình thi công dựa kết quan trắc thu SỰ KHÁC BIỆT CỦA NATM Về công tác thi công: - Ảnh hưởng định tới toàn trình xây dựng Khác biệt lớn việc áp dụng đánh