BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020 Chƣơng 1 ĐIỀU KIỆN ĐẶC BIỆT TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 1. Khái niệm Khi công trình ngầm thi công trong điều kiện địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn, địa hóa học, địa cơ học phức tạp không thể dùng được các phương pháp thông thường, phải chuyển sang phương pháp đặc biệt thì gọi là thi công công trình bằng phương pháp đặc biệt. Công trình có thể chịu một số yếu tố đặc biệt như: chứa nước, chứa khí, phay phá đứt gãy, cát chảy, nhiệt độ cao hay chịu nhiều yếu tố đặc biệt cùng xảy ra như: vừa có nhiệt độ cao, vừa chứa khí hoặc có hiện tượng bùng nền. Nhìn chung, mức độ phức tạp của điều kiện đặc biệt được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau đây: Có bao nhiêu yếu tố đặc biệt cùng xảy ra Từng yếu tố gây khó khăn cho thi công như thế nào Thiết bị đặc biệt (thiết bị chuyên dùng) để khắc phục trong thi công Giải pháp khắc phục áp dụng Tính nguy hiểm và mất an toàn trong thi công Giá thành 1m công trình so với điều kiện bình thường.
Các điều kiện đặc biệt 1. Đá có độ kiên cố rất lớn Khi độ kiên cố của đá theo Protodiakonov f>10 sẽ tạo ra sự khó khăn phức tạp trong quá trình phá đá. Hiệu quả khoan và giá thành khoan sẽ không thể bình thường, đòi hỏi thiết bị cũng có đặc tính cao phục vụ cho công tác khoan lỗ mìn phá đá hay dùng thiết bị điện từ trường, phương pháp nhiệt… để phá đá ở gương đào. Phay phá địa chất Các phá hủy cục bộ tạo ra một dải ảnh hưởng cho việc đào và chống giữ công trình.
Tại các phay phá và vùng lân cận đất đá bị vò nhàu, có nhiều diễn biến phức tạp về địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn, tính chất lý hóa của khối 1 đá thi công,… làm cho quá trình chống giữ trở lên vô cùng khó khăn, phức tạp, đòi hỏi phải có những giải pháp phù hợp. Cát chảy Cát chảy là hỗn hợp giữa nước và đất (đất chảy) gồm 2 phần lỏng và đặc. Phần đặc gồm các hạt bụi, bùn đá có kích thước hạt ≥0.005mm có thể lắng đọng trong nước. Phần lỏng gồm nước và các hạt kích thước <0.005mm nổi lơ lửng, không tự lắng đọng được, dưới tác dụng của áp lực không lớn phần lỏng chảy luồn vào các hạt của phần đặc và truyền cho chúng tác dụng của động lực học làm phần đặc bị mất ổn định và toàn bộ sẽ bị chảy nhão ra.
Lúc này, hệ số ma sát giữa các hạt của phần đặc không còn nữa, trọng lượng thể tích phần lỏng bằng trọng lượng thể tích phần đặc. Đây là hỗn hợp không ổn định, gây áp lực rất lớn lên công trình, công tác tổ chức thi công gặp nhiều khó khăn. Đá hạt vụn Tập hợp tất cả những khoáng vật không liên kiết với nhau, lực dính kết rất nhỏ hay không có. Chúng giữ được hình dạng nhờ trọng lượng bản thân của hạt và lực ma sát giữa các hạt (cát là loại đá hạt vụn nếu không chứa nước) Đá hạt vụn khó khăn cho công tác thi công, đặc biệt là công tác bốc xúc và chống giữ.
Đá mềm yếu Đá không liên kết, liên kết kém như cát và bùn, sét và bùn, sỏi, cát chứa sỏi. Đá liên kết Đá liên kết thường chắc chắn, có lỗ rỗng castơ, có khe nứt, lượng nước chảy vào công trình lớn (lớn hơn 30m3/h). Đất đá ở đáy sông cổ Đất đá ở đáy sông cổ có nhiều sỏi hoặc lớp đất phủ dày 3-40m chứa nhiều nước. Hiện tƣợng nổ khí, nổ đá Hiện tượng nổ khí, nổ đá tạo ra các xung va đập làm cho đá có chuyển dịch với gia tốc lớn, tốc độ cao, áp lực lớn.
những hiện tượng trên đặc biệt ảnh hưởng đến an toàn cho người, thiết bị thi công, tính ổn định của công trình cũng bị đe dọa. Nhiệt độ cao Nhiệt độ cao là tác nhân ảnh hưởng lớn và trực tiếp tới người và thiết bị thi công. Không có giải pháp hữu hiệu đặc thù cho quá trình này thì không cho phép xây dựng công trình được. Các giải pháp kéo theo hàng loạt các chi phí khác và các điều kiện đảm bảo.
Độ chứa nƣớc, áp lực nƣớc, tốc độ nƣớc Độ chứa nước, áp lực nước, tốc độ nước là những yếu tố hết sức phức tạp và bất lợi cho quá trình đào và chống giữ công trình ngầm. Các giải pháp hữu hiệu ngăn ngừa các yếu tố trên là cả một vấn đề lớn, phức tạp trong lĩnh vực xây dựng ngầm và mỏ. Sự sụp đổ liên tục Sự sụp đổ liên tục của biên công trình đã làm cho quá trình đào và chống bị gián đoạn. Không thể chống công trình khi chưa có giải pháp khắc phục sự sụp đổ biên công trình.
Đây cũng là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức, nhiều sáng tạo của những nhà xây dựng ngầm và mỏ. Sự chuyển dịch đất đá Sự chuyển dịch đất đá vào hang đào sớm (bùng nền) cũng mang những yếu tố bất bình thường cho công tác đào và đặc biệt là chống giữ. Ở đây cũng còn nhiều vấn đề chưa được đề cập đến và giải quyết hiện nay trên thế giới. Những yếu tố trên đây là những yếu tố hay gặp trong thực tế xây dựng công trình ngầm.
Ngoài các yếu tố kể trên còn phải kể đến hàng loạt các yếu tố góp phần ít nhiều cản trở công việc bình thường khi đào, chống công trình ngầm. Nói chung, các yếu tố tạo nên điều kiện đặc biệt trong xây dựng công trình ngầm cũng đa dạng và phong phú, thể hiện khi thì riêng rẽ, khi thì đồng thời với mức độ ảnh hưởng rất khác nhau. Nhìn chung, ở mỗi một điều kiện cụ thể cần xác định đầy đủ các yếu tố và đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố và của tổ hợp các yếu tố đến quá trình công nghệ đào, chống công trình ngầm. Từ đó sẽ rút ra những giải pháp thích hợp cho xây dựng công trình ngầm.
Phân loại các điều kiện đặc biệt Hiện nay có nhiều quan điểm phân loại điều kiện đặc biệt: 3 - Quan niệm phân chia theo đặc điểm tự nhiên của khối đá, theo đó người ta chia ra: loại bở rời, loại liền khối, loại khô, loại chứa nước… - Quan điểm chia theo nhóm các yếu tố ảnh hưởng: Nhóm ảnh hưởng đến giải pháp đào phá đá và nhóm ảnh hưởng đến các giải pháp chống giữ. Các nhóm ảnh hưởng đến giải pháp đào là các điều kiện về thủy văn, điều kiện địa chất mỏ; các nhóm ảnh hưởng đến giải pháp chống là các điều kiện về địa cơ học. Trong mỗi nhóm sẽ chia thành các phân nhóm nhỏ hơn. Cách phân loại này cũng chỉ là quy ước, mang tính chung, chưa có các tiêu chuẩn lượng hóa rõ ràng.
Vì vậy, khi phân chia mới chỉ dựa theo mặt định tính và chưa đi vào mặt định lượng của các điều kiện.1 giới thiệu bảng phân loại điều kiện đặc biệt, được dùng để định hướng các giải pháp đào và chống công trình ngầm. Phân loại điều kiện đặc biệt 1. Phƣơng pháp thi công đặc biệt Tùy thuộc vào điều kiện đặc biệt về địa lý, địa chất thủy văn, địa chất công trình, địa cơ học, địa hóa học khu vực xây dựng công trình ngầm và mỏ mà chọn lựa phương pháp thi công đặc biệt cho phù hợp. Trong từng điều kiện cụ thể khu vực xây dựng công trình cần xác định đầy đủ các yếu tố đặc biệt, đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố, tổ hợp yếu tố đến qui trình công nghệ thi công.
Ta có thể chọn một phương pháp hoặc kết hợp nhiều phương pháp dưới đây để thi công: 1) Phương pháp đóng cọc 2) Phương pháp tạo vỏ bê tông kín 4 3) Phương pháp thả vỏ chống chìm 4) Phương pháp dùng buồng khí ép 5) Phương pháp hạ mực nước ngầm 6) Phương pháp hóa học 7) Phương pháp điện hóa học 8) Phương pháp ép vữa xi măng 9) Phương pháp ép vữa đất sét 10) Phương pháp ép vữa hắc ín 11) Phương pháp đóng băng nhân tạo 12) Phương pháp dùng máy liên hợp, phương pháp khiên đào 13) Phương pháp nén ép Phương pháp 1, 2, 3, 12, 13 là phương pháp đặc biệt thực sự. Các phương pháp còn lại mang tính chất gia cố đất đá ban đầu. Câu hỏi ôn tập Câu 1. Trình bày khái niệm điều kiện đặc biệt.
Liệt kê các chỉ tiêu đánh giá mức độ phức tạp của điều kiện đặc biệt. Phân loại các điều kiện đặc biệt. Liệt kê các phương pháp thi công đặc biệt 5 Chƣơng 2 THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT 2. Phƣơng pháp đóng cọc 2.
Phƣơng pháp thi công - Cọc để thi công: bằng gỗ hay thép, cọc có thể đóng thẳng đứng hay xiên, có thể đóng một lớp hay nhiều lớp. Khi đóng nhiều lớp thì diện tích tiết diện giếng bị thu nhỏ lại, cho nên khi thi công diện tích cần phải đảm bảo điều kiện tốc độ gió 3m/s<V<8m/s. - Cọc được đóng sít nhau theo chu vi giếng tạo thành tường kín ngăn đất đá chuyển vị vào công trình, ngăn nước chảy vào khu vực thi công. Để định hướng khi đóng và liên kết các cọc thành khối cần dùng đường định hướng sát đáy miệng giếng hoặc tại gương giếng bắt đầu đóng cọc.
Ngoài ra đặt vành định hướng bằng thép phía trên. - Yêu cầu cọc gỗ phải thẳng, nhẵn, không có mắt, sẹo, chiều dài cọc 2÷6 m, chiều rộng 0,15÷0,2 m, chiều dày 0,05÷0,1 m. Cần phải tính toán cụ thể trên cơ sở chiều dài cọc và tải trọng tác dụng lên cọc. Đuôi cọc đẽo nhọn, đầu và đuôi cọc có thể bịt sắt, khi đóng không bị vỡ.
- Để đóng cọc có thể dùng phương pháp thủ công (búa tạ, vồ gỗ) hoặc dùng búa máy. Cọc được đóng lần lượt theo chu vi giếng, đóng đồng loạt với độ sâu 0,5- 0,7m rồi dừng lại bốc đất đá và đặt vòng định hướng sát gương. Khi bốc đất đá không để lộ chân cọc. Đối với đất đá mềm, ta bốc từ giữa gương giếng.
Khi bốc đất đá nếu thấy nước chảy vào gương giếng nhiều thì không nên bốc tiếp mà phải vít kín bằng bao tải, rơm, rạ. Nếu không vít sẽ gây lỗ hổng lớn xung quanh giếng và tạo thành phễu lún sụt trên mặt đất làm ảnh hưởng đến các công trình trên mặt.