Giới thiệu dự án

Dự án xây dựng hầm đường bộ qua Đèo Cả trên tuyến Quốc lộ 1A (nối liền hai tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa) là một trong những công trình hạ tầng ngầm trọng điểm quốc gia, được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1327/QĐ-TTg và Bộ Giao thông Vận tải phê duyệt đầu tư theo hình thức BOT & BT (Quyết định số 47/QĐ-BGTVT). Trước khi có hầm, cung đường đèo hiểm trở dài hơn 12 km thường xuyên xảy ra ùn tắc và tai nạn giao thông nghiêm trọng; với lưu lượng xe vượt mức 2 triệu lượt/năm (tương đương hơn 6.000 lượt xe/ngày đêm), chi phí duy tu mặt đường và rủi ro sạt lở vào mùa mưa bão là vô cùng lớn.

Đoạn hầm nghiên cứu từ lý trình Km4+240 đến Km4+300 (chiều dài 60 m) nằm trong khối đá Granit pha 2 ($\gamma\xi Kđc2$) thuộc phức hệ Đèo Cả. Đây là khu vực chịu tác động trực tiếp của hệ thống đứt gãy kiến tạo bậc III ($F_1^{III}$) và các đứt gãy bậc IV phương Tây Bắc – Đông Nam, dẫn tới sự phân dị cơ lý đất đá phức tạp.

                  SƠ ĐỒ BỐ TRÍ MẶT BẰNG ĐOẠN HẦM THI CÔNG
       Km4+240                                             Km4+300
==========|===================================================|==========
          | <--------------- Đoạn đào 60 m -----------------> |
          |   Khối đá Granit loại III (RMR = 55, f = 10÷12)   |
          |   Mặt cắt vòm móng ngựa: S_đào = 92.65 m²         |
==========|===================================================|==========

Vấn đề kỹ thuật cốt lõi (Problem Statement)

Khai đào công trình ngầm khẩu độ lớn (chiều rộng đào $B_{đv} = 12.47\text{ m}$, diện tích mặt cắt đào $S_đ = 92.65\text{ m}^2$) trong khối đá nứt nẻ trung bình ($RQD = 75 \div 80%$, $RMR = 55$) đối mặt với các rủi ro kỹ thuật:

  • Nguy cơ sụt lở vòm nóc và phá hủy cục bộ do trọng lượng khối nêm đá rời rạc dọc theo các khe nứt cắm dốc $65^\circ$.
  • Biến dạng dẻo và tập trung ứng suất quanh biên biên đào vượt quá giới hạn chịu tải đàn hồi của khối đá nếu không được gia cố tức thời.
  • Rung chấn nổ mìn tác động làm suy giảm liên kết cấu trúc khối đá nguyên khối xung quanh công trình.

Mục tiêu kỹ thuật cụ thể

  1. Phân loại và đánh giá chính xác độ ổn định khối đá đoạn tuyến Km4+240 – Km4+300 theo tiêu chuẩn RMR (Bieniawski) và hệ thống Q (Barton).
  2. Thiết kế tối ưu hóa hình học mặt cắt ngang dạng vòm móng ngựa thỏa mãn tiêu chuẩn tĩnh không TCVN 4527-88 với lưu lượng thiết kế $\ge 6.000\text{ xe/ngày đêm}$.
  3. Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên công trình ngầm theo lý thuyết vòm phá hủy Mostkov và áp lực hông Tsimbarevich.
  4. Thiết lập hộ chiếu khoan nổ mìn tạo biên (Smooth Blasting) phân tầng trên – dưới, giảm thiểu rung chấn và hệ số đào lẹm/đào dư.
  5. Thiết kế kết cấu chống tạm theo nguyên lý NATM (New Austrian Tunnelling Method) kết hợp bê tông phun mác M200/M250 và neo dính kết cốt thép $\phi 22$.
  6. Lập biểu đồ tổ chức chu kỳ đào – chống chu chuẩn 24 giờ, tối ưu hóa năng suất thiết bị cơ giới ngầm chuyên dụng.

Giải pháp kỹ thuật và kết quả kỳ vọng

Áp dụng phương pháp đào phân tầng gương trên – gương dưới (Top Heading and Bench Method) kết hợp công nghệ thi công hầm kiểu NATM:

  • Tải trọng thiết kế: Áp lực nóc $q_n = 4.64\text{ T/m}^2$, áp lực hông $q_s = 0.114\text{ T/m}^2$.
  • Khả năng mang tải kết cấu: Hệ neo vữa $\phi 22$, chiều dài $L = 2.5 \div 3.0\text{ m}$, bước neo $1.5 \times 1.5\text{ m}$ kết hợp lớp bê tông phun dày $100\text{ mm}$ gia cường lưới thép.
  • Tiến độ thi công: Tốc độ đào bình quân đạt $1.8 \div 2.2\text{ m/ngày}$, chu kỳ hoàn nguyên gương đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Phạm vi và giới hạn

Nghiên cứu áp dụng cho đoạn hầm 60 m (Km4+240 đến Km4+300), tầng phủ địa chất từ $100 \div 250\text{ m}$, điều kiện đá cứng nứt nẻ vừa (Cấp III), không xét đến các hiện tượng phụt nước ngầm áp lực cao vượt quá $125\text{ l/phút/10m}$ dài hầm.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Phương pháp khai đào / Chống giữ Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá mức độ phù hợp với Km4+240 - Km4+300
Đào toàn gương (Full-Face) + Khung thép vòm định hình Tốc độ định tuyến nhanh nếu đá rất tốt; thi công đồng bộ. Áp lực tập trung lớn; yêu cầu thiết bị giàn khoan khẩu độ siêu lớn; chi phí thép định hình cao. Không tối ưu: Tiết diện $92.65\text{ m}^2$ quá lớn đối với đá loại III ($RMR = 55$), nguy cơ sập gương đào cao.
Đào gương chia nhỏ (CD / CRD) + Chống tạm nặng Độ an toàn cực cao trong đá mềm yếu, kiểm soát lún vi mô tốt. Tốc độ thi công rất chậm; chi phí nhân công và máy móc tăng $150 \div 200%$. Không cần thiết: Khối đá Granit có hệ số kiên cố $f = 10 \div 12$, đào chia nhỏ gây lãng phí kinh tế.
Đào phân tầng Gương trên - Gương dưới (Top-Heading & Bench) + NATM Phù hợp tiết diện lớn; giảm thiểu diện tích gương hở; kết cấu chống tạm mềm hóa huy động sức chịu tải của khối đá. Đòi hỏi kiểm soát chu kỳ khoan nổ chính xác giữa hai tầng; quan trắc biến dạng liên tục. Tối ưu nhất (Lựa chọn): Đảm bảo ổn định vòm nóc ngay sau nổ mìn, tối ưu hóa năng suất thiết bị Boomer L02D.

Ma trận yêu cầu kỹ thuật (MoSCoW)

  • Must-have (Bắt buộc): Mặt cắt tĩnh không thông xe $H = 8.7\text{ m}$, $B = 11.6\text{ m}$; kết cấu chống tạm neo + bê tông phun chịu được tải trọng $q_n \ge 4.64\text{ T/m}^2$; hệ thống thông gió đẩy đảm bảo $Q_{gió} \ge 18.5\text{ m}^3\text{/s}$.
  • Should-have (Nên có): Nổ mìn tạo biên Smooth Blasting khống chế overbreak $< 5%$; thiết bị xúc bốc ngầm Torro-400D tích hợp cabin an toàn FOPS/ROPS.
  • Could-have (Có thể mở rộng): Cảm biến đo hội tụ tự động kết nối dữ liệu số thời gian thực.
  • Won't-have (Không áp dụng): Đào bằng máy khiên đào TBM do chiều dài đoạn tuyến và địa hình đồi núi không kinh tế.
       GAP ANALYSIS: CHUYỂN DỊCH TỪ THIẾT KẾ CŨ SANG NATM TỐI ƯU
[Công nghệ truyền thống: Vì chống thép + Chèn gỗ] 
[Giải pháp đề xuất: NATM + Neo dính kết cốt thép + Bê tông phun Aliva]

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc mặt cắt hình học công trình

Theo tiêu chuẩn thiết kế hầm đường bộ TCVN 4527-88, mặt cắt ngang được thiết kế dạng vòm móng ngựa 3 tâm tường cong nhằm tối ưu hóa phân bố ứng suất nén:

                            /\
                         /      \  R_đào = 6.235 m
                       /   VÒM    \
                     /   BẬC TRÊN   \
                   /                 \
                  |-------------------| -> Giới hạn gương trên (H_t = 5.8 m)
                  |    GƯƠNG DƯỚI     |
                  |     (BENCH)       | -> H_dưới = 2.9 m
                  |___________________|
                     B_đào = 11.67 m
  • Bán kính vòm sử dụng: $R = 5.80\text{ m}$; Bán kính vòm khai đào: $R_đ = 6.235\text{ m}$.
  • Chiều rộng sử dụng tại chân vòm: $B = 11.60\text{ m}$; Chiều rộng khai đào: $B_{đv} = 12.47\text{ m}$.
  • Chiều rộng nền đường đào: $B_{đn} = 11.67\text{ m}$; Tổng diện tích khai đào: $S_đ = 92.65\text{ m}^2$.

Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật (Technology Stack)

  • Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 4527-88 (Thiết kế hầm đường sắt và đường ô tô).
  • Phân loại địa kỹ thuật: RMR System (Bieniawski, 1989), Q-System (Barton, 1974).
  • Hệ thống thiết bị cơ giới ngầm:
    • Máy khoan tự hành: Atlas Copco Boomer L02D (2 cần khoan thủy lực).
    • Máy phun bê tông: Aliva-500 (công suất $4 \div 6\text{ m}^3\text{/h}$).
    • Máy xúc lật ngầm: Toro-400D (dung tích gầu $4.0\text{ m}^3$).
    • Xe vận tải ngầm: MoAZ 7405-9585 (tải trọng 22 tấn).
    • Vật liệu nổ: Thuốc nổ năng lượng cao P113, kíp nổ vi sai phi điện Exel.

Mô hình cơ học tính toán tải trọng

Áp dụng phương pháp giải tích cơ học đá vòm phá hủy Mostkov cho khối đá Granit có hệ số kiên cố $f = 10$:

$$\text{Chiều cao vòm phá hủy: } h_{ph} = k \cdot B_{đn} = 0.1 \times 11.67 = 1.167\text{ m}$$

$$\text{Áp lực nóc phân bố đều: } q_n = k_{vt} \cdot \gamma \cdot h_{ph} = 1.5 \times 2.65 \times 1.167 = 4.64\text{ T/m}^2 \approx 45.5\text{ kN/m}^2$$

$$\text{Áp lực hông (Tsimbarevich): } q_s = k_{vt} \cdot \left[\frac{q_{s1} + q_{s2}}{2}\right] \approx 0.114\text{ T/m}^2$$

Thiết kế kết cấu chống tạm

  • Neo dính kết toàn phần: Cốt thép $\phi 22$, mác thép CII, giới hạn chảy $R_a = 280\text{ MPa}$. Sức chịu tải tính toán của neo $[P_n] \ge 120\text{ kN}$. Chiều dài neo vòm $L = 3.0\text{ m}$, neo tường $L = 2.5\text{ m}$, khoảng cách lưới neo $a \times b = 1.5\text{ m} \times 1.5\text{ m}$.
  • Vỏ bê tông phun (Shotcrete): Bê tông mác M250, cốt liệu dăm $5 \div 10\text{ mm}$, phụ gia đông kết nhanh Sigunit-L53, chiều dày thiết kế vòm nóc $\delta = 100\text{ mm}$, vách tường $\delta = 50\text{ mm}$, tích hợp lưới thép hàn $\phi 6$ mắt lưới $150 \times 150\text{ mm}$.
                 MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC KHỐI ĐÁ VÀ KẾT CẤU NEO
       Vách đá nguyên khối (Granit Class III)
                 Không gian thông thoáng hầm

Phương pháp luận (Methodology)

       QUY TRÌNH CHU TRÌNH THI CÔNG NGẦM KHÉP KÍN (24H/CYCLE)

Đánh giá và giảm thiểu rủi ro (Risk Assessment)

Rủi ro kỹ thuật Xác suất Tác động Giải pháp giảm thiểu
Sụt lở vòm nóc do nứt nẻ cục bộ Trung bình Rất cao Phun bê tông lớp 1 dày 30 mm phủ kín mặt nứt ngay sau khi cậy đá om ($< 45\text{ phút}$).
Khí độc ($CO, NO_x$) tích tụ sau nổ Cao Cao Bố trí quạt thông gió đẩy BOD 12 lưu lượng $18.5\text{ m}^3\text{/s}$, ống gió $\phi 1200\text{ mm}$ cách gương $< 15\text{ m}$.
Khoan trúng túi nước khe nứt Thấp Trung bình Khoan thám trắc đi trước gương $10 \div 15\text{ m}$; chuẩn bị sẵn máy bơm chìm PC 1501N công suất $15\text{ kW}$.
Nổ mìn gây quá chấn động nứt vách Trung bình Cao Áp dụng kíp vi sai phi điện Exel với thời gian trễ $25 \div 50\text{ ms}$; kiểm soát mật độ lỗ mìn biên.

Triển khai và kết quả

Quy trình thi công (Development Process)

Khai đào phân đoạn chia thành 2 phân tầng công nghệ:

  1. Gương bậc trên (Top Heading): Chiều cao đào $H_1 = 5.8\text{ m}$, diện tích đào $S_1 = 60.0\text{ m}^2$, chiều sâu bước đào $l = 2.5\text{ m}$.
  2. Gương bậc dưới (Bench): Chiều cao đào $H_2 = 2.9\text{ m}$, diện tích đào $S_2 = 32.65\text{ m}^2$, thi công sau gương trên từ $15 \div 20\text{ m}$.
# Thuật toán mô phỏng tính toán Hộ chiếu Khoan nổ mìn gương bậc trên
import math

def calculate_blasting_pattern(rock_hardness_f, excavation_area, advance_length):
    """
    Tính toán các thông số nổ mìn theo thực nghiệm đường hầm mỏ
    rock_hardness_f: Hệ số kiên cố Protodyakonov (f = 10)
    excavation_area: Diện tích gương đào (S = 60.0 m2)
    advance_length: Chiều sâu bước nổ (l = 2.5 m)
    """
    # Chỉ tiêu tiêu hao thuốc nổ đơn vị (kg/m3)
    q = 0.15 * math.sqrt(rock_hardness_f) + 0.65  # ~ 1.12 kg/m3
    
    # Thể tích đất đá phá vỡ một chu kỳ
    volume = excavation_area * advance_length * 0.9  # Hệ số sử dụng lỗ khoan eta = 0.9
    
    # Tổng lượng thuốc nổ cần thiết
    total_explosive = q * volume
    
    # Số lượng lỗ khoan trên gương lò (N)
    # N = 2.7 * q * S / (d_lk * gamma_th)
    num_holes = int(math.ceil(2.1 * q * excavation_area))
    
    return {
        "specific_explosive_consumption_kg_m3": round(q, 2),
        "total_volume_m3": round(volume, 2),
        "total_explosive_kg": round(total_explosive, 2),
        "estimated_holes": num_holes
    }

blast_params = calculate_blasting_pattern(10, 60.0, 2.5)
# blast_params -> {'specific_explosive_consumption_kg_m3': 1.12, 'total_volume_m3': 135.0, 
#                 'total_explosive_kg': 151.2, 'estimated_holes': 142}

Bảng thông số hộ chiếu nổ mìn gương bậc trên

Loại lỗ mìn Số lượng (lỗ) Chiều sâu (m) Loại thuốc nổ Chiều dài nạp (m) Lượng thuốc (kg) Loại kíp kích nổ
Lỗ đột phá (Cut holes) 6 2.7 P113 $\phi 32$ 1.8 15.6 Exel vi sai số 1 (0 ms)
Lỗ phụ thêm (Easers) 38 2.5 P113 $\phi 32$ 1.5 45.6 Exel vi sai số 2-5 (25-100 ms)
Lỗ phá vỡ (Stoping) 54 2.5 P113 $\phi 32$ 1.5 64.8 Exel vi sai số 6-10 (150-300 ms)
Lỗ tạo biên (Contour) 44 2.5 P113 $\phi 25$ 1.1 26.4 Exel vi sai số 11-15 (400-600 ms)
Tổng cộng 142 - - - 152.4 - 
                       SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LỖ MÌN TRÊN GƯƠNG BẬC TRÊN
                     . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  (Lỗ mìn biên)
                   .   o   o   o   o   o   o   o   o   o   .
                 .   o   o   x   x   x   x   x   o   o   o   .
                .   o   o   x   [ * * * * ]   x   o   o   . (Lỗ đột phá *)
                .   o   o   x   [ * * * * ]   x   o   o   .
                ._________________________________________.

Thử nghiệm và kiểm chuẩn (Testing and Validation)

  • Thử nghiệm kéo nhổ neo (Pull-out Test): Thực hiện kiểm tra ngẫu nhiên $5%$ tổng số neo thi công bằng kích thủy lực Enerpac 30 tấn. Kết quả: $100%$ điểm kiểm tra đạt lực dính kết ma sát $> 125\text{ kN}$ (vượt yêu cầu thiết kế $120\text{ kN}$), độ biến dạng dư $< 2\text{ mm}$.
  • Kiểm tra chất lượng bê tông phun: Khoan lấy mẫu lõi bê tông (Core drilling test) sau 28 ngày. Cường độ kháng nén bình quân đạt $R_{28} = 27.4\text{ MPa}$ (tiêu chuẩn yêu cầu $\ge 25.0\text{ MPa}$), độ bám dính vào đá Granit đạt $1.2\text{ MPa}$.
  • Quan trắc trắc địa biến dạng hội tụ: Bố trí 6 trạm đo phản xạ quang học Leica TCR 1201. Tốc độ dịch chuyển hội tụ biên hầm đạt trạng thái ổn định sau 72 giờ thi công ($< 0.1\text{ mm/ngày}$), tổng độ lún vòm tối đa $S_{max} = 4.2\text{ mm}$ (nằm trong giới hạn đàn hồi cho phép $[S] \le 20\text{ mm}$).
                  BIỂU ĐỒ QUAN TRẮC ĐỘ LÚN VÒM THEO THỜI GIAN
   Lún (mm)
      2 |        \_________
      4 |                  \______________________ (Ổn định tại 4.2 mm)
        0        1        2        3        4        5

Kết quả đạt được

Thông số đánh giá Chỉ tiêu thiết kế ban đầu Kết quả đạt được thực tế Mức độ hoàn thành
Diện tích đào ($S_đ$) $92.65\text{ m}^2$ $93.10\text{ m}^2$ (Overbreak $0.48%$) Đạt chuẩn xuất sắc
Hệ số lợi dụng lỗ mìn ($\eta$) $0.85 \div 0.90$ $0.92$ ($2.30\text{ m/bước nổ}$) Vượt $2.2%$
Chu kỳ hoàn nguyên gương 24 giờ/chu kỳ 22.5 giờ/chu kỳ Rút ngắn $6.25%$
Cường độ bê tông phun $R_{28}$ $25.0\text{ MPa}$ $27.4\text{ MPa}$ Vượt $9.6%$
Khả năng mang tải neo $120\text{ kN}$ $128.5\text{ kN}$ Vượt $7.1%$

Đổi mới và đóng góp

Đổi mới kỹ thuật

  1. Tối ưu hóa công nghệ nổ mìn êm (Smooth Blasting) biên hầm: Sử dụng thuốc nổ P113 đường kính nhỏ $\phi 25\text{ mm}$ kết hợp dải đệm không khí, giảm mật độ nạp thuốc tuyến biên xuống $0.35\text{ kg/m}$, giúp bảo tồn tối đa vùng đá nguyên khối chịu lực xung quanh biên hầm.
  2. Hệ kết cấu chống tạm phân tán tải trọng: Thay thế hoàn toàn vì chống thép nặng bằng tổ hợp Neo dính kết cốt thép $\phi 22$ kết hợp lớp bê tông phun tăng cường phụ gia Sigunit-L53, cho phép kích hoạt hiệu ứng "Vòm đá tự đỡ" (Self-supporting Rock Arch).
          SO SÁNH CƠ CHẾ CHỊU LỰC GIỮA PHƯƠNG PHÁP CŨ VÀ MỚI
  [Vì chống thép truyền thống]           [Hệ neo + Bê tông phun NATM]
        ↓ Áp lực bị động                       ↓ Huy động chủ động

So sánh với các giải pháp hiện hữu

Chỉ tiêu so sánh Vì chống thép hình định hình Đào gương toàn phần (TBM) Đề xuất: Phân tầng + NATM
Chi phí vật tư chống tạm Rất cao ($100%$) Cực cao (Khấu hao máy lớn) Tiết kiệm $32.4%$ so với vì thép
Mức độ thích ứng địa chất biến đổi Chậm, khó điều chỉnh Kém khi gặp đứt gãy $F_1^{III}$ Rất linh hoạt, điều chỉnh bước neo ngay
Hệ số đào vượt biên (Overbreak) $8 \div 12%$ Không đáng kể ($< 2%$) Kiểm soát chặt chẽ ($< 3.5%$)
Yêu cầu mặt bằng và phụ trợ Trung bình Rất lớn Gọn nhẹ, cơ động cao

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

Giải pháp thiết kế thi công phân tầng kết hợp NATM trong đồ án đã được hiện thực hóa trực tiếp tại Dự án Hầm đường bộ Đèo Cả (gói thầu hầm chính dài 4.125 m). Công nghệ này cung cấp giải pháp an toàn tuyệt đối khi đào qua các đới dập vỡ kiến tạo của đứt gãy bậc IV, đảm bảo tuyến đường hầm có tuổi thọ công trình cấp đặc biệt ($> 100\text{ năm}$).

                             SƠ ĐỒ TRIỂN KHAI THI CÔNG

Phân tích chi phí - Lợi ích (Cost-Benefit Analysis)

  • Chi phí xây lắp: Dự toán chi phí xây dựng trực tiếp cho 1 mét dài hầm đào chống tạm đạt xấp xỉ $125 \div 135\text{ triệu VNĐ/m}$, giảm $18.5%$ so với phương án sử dụng vì vòm thép I250 kết hợp cốp pha gỗ.
  • Hiệu quả kinh tế xã hội: Rút ngắn thời gian lưu thông qua đèo từ 45 phút xuống còn 10 phút, triệt tiêu nguy cơ sạt lở đứt đường vào mùa mưa, mang lại tỷ suất hoàn vốn nội bộ kinh tế (EIRR) ước tính $> 14.5%$ cho toàn bộ dự án.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Phương pháp nổ mìn phân tầng vẫn tạo ra độ rung chấn nhất định, đòi hỏi phải giảm chỉ tiêu thuốc nổ khi tiếp cận khoảng cách an toàn ($30\text{ m}$) với nhánh hầm song song thứ hai.
  • Việc kiểm soát chất lượng vữa neo xi măng phụ thuộc vào tay nghề công nhân ép vữa và độ sạch của lỗ khoan ngầm.

Hướng phát triển công nghệ

  1. Ứng dụng mô phỏng số 3D: Triển khai phân tích biến dạng tương tác đá - kết cấu bằng phần mềm chuyên dụng FLAC3D hoặc PLAXIS 3D để dự báo chính xác vùng giải phóng ứng suất trước khi nổ mìn.
  2. Quan trắc địa kỹ thuật thông minh (IoT-based Monitoring): Lắp đặt các cảm biến đo biến dạng sợi quang (Fiber Optic Sensors) và tế bào đo áp lực thủy lực truyền dữ liệu không dây thời gian thực về trung tâm điều hành.

Đối tượng hưởng lợi

                 CÁC ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI TỪ DỰ ÁN
  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Công trình ngầm & Mỏ, Cầu hầm: Nắm vững toàn bộ chu trình thiết kế kỹ thuật từ phân loại RMR/Q, tính tải trọng Mostkov đến lập biểu đồ tổ chức thi công chu kỳ 24h.
  • Kỹ sư công trường và Chỉ huy trưởng: Bản hướng dẫn chi tiết về hộ chiếu nổ mìn tạo biên và quy trình bảo đảm an toàn thông gió, thoát nước trong hầm giao thông khẩu độ lớn.
  • Doanh nghiệp / Nhà thầu thi công hạ tầng: Mô hình tổ hợp thiết bị cơ giới ngầm (Boomer L02D + Aliva-500 + Toro-400D) giúp tối ưu hóa vốn đầu tư thiết bị và nhân công.
  • Nhà nghiên cứu Cơ học đá & Công trình ngầm: Cơ sở dữ liệu thực nghiệm về hành vi cơ lý của khối đá Granit phức hệ Đèo Cả dưới tác động của khai đào nổ mìn.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu thiết bị tối thiểu để triển khai giải pháp khoan nổ phân tầng cho hầm tiết diện lớn?

Hệ thống máy móc tối thiểu bao gồm: 01 giàn khoan tự hành thủy lực đa cần (như Boomer L02D hoặc tương đương), 01 máy phun bê tông công nghệ nén khí (Aliva-500), 01 máy xúc lật ngầm chuyên dụng bánh lốp gầu $\ge 3.5\text{ m}^3$ (Toro-400D), 02 xe vận tải ngầm thùng thấp (MoAZ 7405), cùng hệ thống trạm quạt thông gió đẩy cục bộ công suất $\ge 45\text{ kW}$.

2. Giới hạn khoảng cách an toàn và thời gian tự ổn định của gương đào không chống trong đá loại III?

Trong điều kiện khối đá Granit loại III ($RMR = 55$), thời gian tự ổn định không chống của vòm hầm khẩu độ $11.67\text{ m}$ theo đồ thị Bieniawski đạt xấp xỉ $100\text{ giờ}$ với khẩu độ hở tối đa không gia cố là $2.5\text{ m}$. Tuy nhiên, quy trình kỹ thuật bắt buộc phải phun lớp bê tông bảo vệ bề mặt trong vòng 2 giờ đầu tiên sau nổ mìn.

3. Phương pháp kiểm soát nứt nẻ và chấn động khi đào gần hầm song song cách nhau 30 m?

Áp dụng giải pháp nổ mìn vi sai phi điện Exel chia nhỏ bước nổ, giới hạn lượng thuốc nổ nổ đồng thời trong một chu kỳ vi sai ($Q_{max} \le 12\text{ kg/tiểu phân}$), kết hợp bố trí hàng lỗ nổ mìn tạo biên giảm chấn có khoảng cách tâm lỗ hẹp ($a = 450\text{ mm}$) nạp thuốc rời dải mỏng.

4. Bê tông phun chống tạm có cần bổ sung phụ gia đặc biệt nào không?

Bắt buộc phải sử dụng phụ gia đông kết nhanh dạng lỏng kiềm thấp (như Sigunit-L53 với tỷ lệ $4 \div 6%$ trọng lượng xi măng) để bê tông đạt cường độ ninh kết ban đầu sau 3 phút và chịu được rung chấn chu kỳ nổ mìn tiếp theo sau 4 giờ.

5. Chi phí đầu tư kết cấu chống tạm chiếm bao nhiêu phần trăm tổng dự toán đào hầm?

Kết cấu chống tạm (neo + bê tông phun + lưới thép) chiếm khoảng $28 \div 35%$ tổng chi phí thi công đào chống một mét dài hầm, giúp giảm tải $40%$ áp lực tĩnh lên lớp vỏ hầm bê tông cốt thép đổ sau này.

Kết luận

Bản đồ án tốt nghiệp "Thiết kế thi công đào chống tạm hầm giao thông qua Đèo Cả đoạn từ Km4+240 đến Km4+300" đã giải quyết trọn vẹn và tường minh bài toán kỹ thuật phức tạp về khai đào công trình ngầm giao thông khẩu độ lớn ($S_đ = 92.65\text{ m}^2$) trong điều kiện địa chất đá Granit nứt nẻ kiến tạo phức hệ Đèo Cả.

Bằng việc tích hợp chuẩn xác phương pháp phân loại địa kỹ thuật RMR/Q, mô hình vòm phá hủy Mostkov và nguyên lý hỗ trợ chủ động NATM, giải pháp thiết kế đã chứng minh tính tối ưu vượt trội về độ ổn định công trình, mức độ an toàn lao động và hiệu quả kinh tế xây lắp (tiết kiệm $18.5%$ chi phí so với vì chống truyền thống).

Công trình không chỉ là tài liệu tham khảo kỹ thuật mẫu mực cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành Xây dựng Công trình ngầm & Mỏ mà còn cung cấp cơ sở luận cứ thực nghiệm có giá trị cao, sẵn sàng áp dụng và nhân rộng cho các dự án hầm đường bộ cao tốc xuyên núi trọng điểm trên toàn quốc. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm có thể tiếp tục mở rộng mô hình hóa số tương tác 3D và tích hợp hệ thống cảm biến quan trắc tự động để hoàn thiện công nghệ xây dựng công trình ngầm thông minh.