Bài giảng môn học Đào chống lò

Nội dung text: Bài giảng môn học Đào chống lò

1. www.geosoftvn.com/forums BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐÀO CHỐNG LÒ Chương I : Khái niệm chung Chương II : Các phương pháp bảo vệ hầm lò Chương III : Vật liệu chống lò Chương IV : Kết cấu chống giữ đường lò Chương V : Thi công đào lò bằng trong đá rắn cứng đồng nhất Chương VI : Thi công đào lò bằng trong đá mềm đồng nhất Mục đích môn học : 1- Có khả năng ứng dụng các kiến thức tổng thể về đường lò, áp lực mỏ; 2- Có kiến thức cơ bản về các loại kết cấu chống cho lò bằng, lò nghiêng, lò giếng; 3- Có kiến thức cơ bản về công nghệ thi công các đường lò trong đá rắn, đá mềm, khi đào lò bằng, lò nghiêng, lò (giếng) đứng và công nghệ chống giữ trong các đường lò đá; 4- Các nguyên tắc cơ bản về công tác an toàn lao động trong đào chống lò (an toàn lao động trong đào phá đát đá và chống giữ) bên cạnh đó là an toàn về điều kiện không khí, gió, nước, điện v v Yêu cầu môn học : 1- Nắm vững được tính năng và công dụng từng loại hình kết cấu chống trong từng loại điều kiện địa chất và kỹ thuật mỏ Việt nam; 2- Nắm vững được các khâu trong dây chuyền công nghệ đào chống lò bằng, đào chống lò nghiêng, đào chống giếng đứng; 3- Nắm vững được các biện pháp an toàn trong đào chống lò, biện pháp xử lý các tình huống do khách quan hoặc chủ quan gây mất an toàn lao động. 1
2. CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG Hiện nay cũng như trong tương lai các vùng mỏ khai thác than và kim loại ở nước ta sẽ phải tiến hành xây dựng hoặc mở rộng nhiều mỏ hầm lò. Nói chung, tại tất cả các mỏ (đang xây dựng cơ bản hoặc đang khai thác) đều phải thi công một khối lượng khá lớn các đường lò bằng, lò nghiêng. Khối lượng các đường lò bằng, lò nghiêng tại các mỏ nước ta là khá lớn. Mặt khác, do điều kiện khai thác xuống sâu và các điều kiện khai thác phức tạp khác nên khối lượng các đường lò cơ bản và các đường lò chuẩn bị ngày càng tăng tại các mỏ khai thác hầm lò. Vì vậy, nếu muốn giảm bớt thời gian xây dựng mỏ hay thời gian chuẩn bị cho một tầng khai thác, người ta cần phải tăng nhanh tốc độ thi công các đường lò chuẩn bị. Tóm lại, quá trình đào và chống các đường lò là khâu đầu tiên và quan trọng để tiến hành khai thác khoáng sản bằng phương pháp hầm lò. Đ1 Hình dạng, kích thước tiết diện ngang của đường lò Nguyên tắc và quy trình xác định kích thước tiết diện ngang đường lò. Kích thước tiết diện ngang đường lò được xác định bằng phương pháp hoạ đồ theo quy trình thể hiện trên hình 1.1: Bước 1- Xác định kích thước tiết diện sử dụng của đường lò: Trên cơ sở kích thước phương tiện vận tải, số lượng và cách bố trí các phương tiện trong lò cùng các khoảng cách an toàn theo quy phạm, ta xác định được đường bao gần đúng của tiết diện sử dụng. Bước 2 - Xác định kích thước tiết diện ngang bên trong khung chống: Lựa chọn hình dạng, kích thước tiết diện ngang đường lò có chú ý tới mức độ dịch chuyển biên lò dự kiến xảy ra theo nguyên tắc hình dạng kích thước tiết diện ngang bên trong khung chống ở trạng thái cứng (cố định) phải bao hoặc cùng lắm là tiếp xúc với đường bao gần đúng của tiết diện đã xác định. Cần lưu ý, tùy thuộc vào hướng và mức độ linh hoạt của kết cấu chống mà có phía khoảng cách ban đầu giữa thiết bị với biên bên trong khung chống tăng thêm, có phía lại bớt đi. Bước 3 - Xác định kích thước kết cấu chống. Bước 4 - Vẽ đường bao tiết diện bên ngoài đường lò. Bước 5: Xác định kích thước tiết diện khi đào: dựa vào kích thước tiết diện bên ngoài khung chống đã xác định và công nghệ thi công sử dụng. Nói chung, kích thước tiết diện đường lò sau khi thiết kế phải đảm bảo khả năng thông qua của các thiết bị vận tải và người qua lại một cách an toàn. Ngoài ra, kích thước tiết diện còn đảm bảo khả năng thông gió nữa. Quá trình lựa chọn tiết diện ngang đường lò phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: - Tính chất của các lớp đất đá và khoáng sản mà công trình phải đào qua; 2
3. Điều kiện địa chất, ĐCCT, ĐCTV Mục đích sử dụng của đường lò Đặc tính tải trọng (hướng, cường độ) tác dụng lên công KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN trình SỬ DỤNG (ĐƯỜNG BAO) Thông số thiết bị di chuyển (số làn đường, Thời gian tồn tại của đường kích thước) lò, chức năng sử dụng Loại kết cấu chống sử dụng Khoảng cách an toàn (khung gỗ, khung thép, neo) giữa thiết bị với thành Hình dạng đường lò hầm, lối người đi bộ Công nghệ thi công dự kiến (nếu có), v v (khoan nổ, TBM) Dự đoán mức độ dịch chuyển biên đường lò KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN BÊN TRONG Kiểm tra theo điều kiện X/đ kích thước vỏ chống thông gió Xác định áp lực đất đá Tính nội lực trong vỏ Kích thước kết cấu chống chống Kiểm tra bền vỏ chống KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN BÊN NGOÀI KHUNG CHỐNG Kiểm tra KT tiết diện Công nghệ thi công dự kiến ngang hợp lý theo điều (khoan nổ, com bai) kiện bền KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN ĐÀO Hình 1.1. Quy trình xác định hình dạng, kích thước tiết diện ngang đường lò 3
4. - Cường độ và hướng tác dụng của tải trọng đất đá (áp lực đất đá) lên đường lò; - Thời gian tồn tại của đường lò; loại vật liệu chống sử dụng v v và ngoài ra còn phụ thuộc cả vào công nghệ thi công đường lò dự kiến (đào bằng khoan nổ mìn, máy đào TBM, v v ). Hiện nay, trên thực tế xây dựng đường lò ở các mỏ của nước ta và các nước khác trên thế giới vẫn thường sử dụng các đường lò có tiết diện ngang hình vòm (một tâm, ba tâm hay vòm parabol, v v ), hình thang hoặc hình chữ nhật (ít gặp). Trong những điều kiện địa chất phức tạp có thể sử dụng một số dạng tiết diện như: vòm ngược, elip ngang hoặc đứng, hình tròn. Kích thước tiết diện ngang của đường lò được xác định dựa vào: - Công dụng đường lò (đường lò vận chuyển, đường lò thông gió, v v ); - Kích thước và số lượng các phương tiện vận tải sử dụng trong thời gian khai thác (kích thước tàu điện; goòng, thùng skip lò nghiêng, băng tải, máng cào, v v ); - Khoảng cách an toàn giữa các thành phần cấu tạo trong tiết diện theo qui phạm. - Khả năng biến dạng, dịch chuyển của đất đá theo thời gian. - Ngoài ra, kích thước tiết diện đường lò còn phải thoả mãn các yêu cầu về đi lại cho công nhân và yêu cầu thông gió (nếu cần). Đ2. Phương pháp đào lò, phương tiện phá vỡ đất đá 1. Phương pháp đào lò Phương pháp đào lò hay còn được hiểu là phương pháp đào, phá vỡ đất đá, khoáng sản được lựa chọn chủ yếu phụ thuộc vào độ ổn định của khối đá hoặc khoáng sản mà đường lò đào qua. Hiện nay người ta phân chia các phương pháp đào lò thành hai nhóm phương pháp chủ yếu: Các phương pháp thông thường: áp dụng khi đường lò đào trong khối đá tương đối ổn định, vững chắc. Nghĩa là đường lò được thi công trong khối đá cho phép lưu không trong một khoảng thời gian nhất định nào đó trước khi tiến hành lắp dựng kết cấu chống (hoặc để lưu không vĩnh cửu nếu điều kiện cho phép). Các phương pháp đặc biệt: được áp dụng khi thi công đường lò trong khối đá không ổn định, không vững chắc (khối đá mềm yếu, nứt nẻ mạch, đất chảy, cát chảy , v v ) hoặc trong khối đá rắn cứng, song nứt nẻ mạnh, lượng nước ngầm lớn, gương lò có thể bị mất ổn định ngay sau khi khai đào nếu không có biện pháp gia cố riêng bổ xung; hoặc tại các vỉa than có đặc tính phụt than, phụt khí đột ngột phải áp dụng các biện pháp thi công riêng. Các phương pháp thi công áp dụng trong những điều kiện đó được gọi là các phương pháp thi công công trình ngầm đặc biệt (phương pháp đóng cọc, đóng băng nhân tạo, buồng khí ép, khiên đào, v v ) 4
5. 2. Phương tiện phá vỡ đất đá và khoáng sản Tuỳ thuộc vào hệ số độ kiên cố “f” của đất đá và khoáng sản, trong quá trình thi công các đường lò người ta có thể áp dụng các phương pháp phá vỡ đất đá và khoáng sản khác nhau. Trong các mỏ hầm lò ở nước ta, khi tiến hành đào các đường lò chủ yếu người ta sử dụng phương pháp khoan nổ mìn để phá vỡ đất đá và khoáng sản. Trong một số trường hợp khi đất đá hoặc khoáng sản mềm yếu, người ta có thể sử dụng phương pháp đào thủ công. Tại các nước khác trên thế giới, bên cạnh phương pháp khoan nổ mìn, người ta còn sử dụng búa chèn, sử dụng súng bắn nước và các máy đào lò liên hợp (combai). Phương pháp sử dụng búa chèn là phương tiện thủ công bán cơ giới. Phương pháp này hiện này hầu như không được các nước trên thế giới sử dụng để thi công các đường lò trong mỏ. Cho tới nay, tại các mỏ hầm lò Việt Nam chưa tổ chức đào lò bằng búa chèn. Búa chèn chỉ được sử dụng để thực hiện các công việc phụ trợ (sửa chữa hông lò, sửa và đào rãnh nước, phá đá quá cỡ, v v ) trong quá trình thi công đường lò. Phương pháp đào lò thuỷ lực (súng bắn nước) chỉ được sử dụng tại các mỏ khai thác bằng sức nước. Ở nước ta chưa có mỏ khai thác bằng sức nước, cho nên phương pháp này vẫn chưa được sử dụng. Phương pháp đào lò bằng máy combai cho năng suất đào lò cao, tạo ra đường biên lò nhẵn và do đó có tác dụng duy trì sự ổn định của đất đá xung quanh đường lò tốt. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, trong các mỏ hầm lò mới chỉ có Công ty than Mông Dương sử dụng 01 máy đào lò. Sở dĩ máy đào lò còn ít được sử dụnglà do vốn đầu tư thiết bị ban đầu lớn, đòi hỏi phải có dây truyền công nghệ thi công đồng bộ đi theo máy và đội ngũ thợ đã qua đào tạo lành nghề để không những vận hành máy tốt mà còn phải đáp ứng được tốc độ tiến gương cao của máy nhằm đảm bạo tính hiệu qủa khi sử dụng máy combai. 5
6. CHƯƠNG II - CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ HẦM LÒ Khi đào lò vào vùng đất đá, trạng thái ứng suất cân bằng nguyên sinh bị phá vỡ, xuất hiện quá trình biến dạng, dịch chuyển, thay đổi ứng suất trong khối đất đá xung quanh đường lò để đạt tới trạng thái cân bằng mới, đây là nguyên nhân cơ bản làm sập lở đường hoặc đường lò bị biến dạng ít nhiều. Để bảo vệ đường lò được bền vững, đảm bảo kích thước như đã thiết kế ta phải nghiên cứu các biện pháp bảo vệ đường lò. Đ1. Bố trí các đường lò vào khu vực mỏ - địa chất thuận lợi : Như ta đã biết, độ ổn định của đường lò phụ thuộc vào độ bền của khối đá bao quanh đường lò. Do đó, trong điều kiện có thể,nên bố trí đường lò vào khu vực đá rắn cứng, liền khối. Song song với các biện pháp trên, để bảo vệ đường lò người ta còn để lại các lớp bảo vệ và trụ bảo vệ ở nóc lò, nền lò, giữa các đường lò với nhau. Đây là biện pháp nhằm nâng cao độ ổn định của các đường lò và giảm mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các đường lò. Theo kinh nghiệm thu được tại Liên Xô (cũ), để lại trụ bảo vệ cho đường lò ở độ sâu 600m là không kinh tế. Tuy nhiên ở nước ta, với các mỏ hầm lò hiện nay chủ yếu nằm ở độ sâu 200m trở lại thì sử dụng các lớp và trụ bảo vệ vẫn có lợi để bảo vệ các đường lò. - Lớp bảo vệ đường lò: để lại lớp bảo vệ cho đường lò chỉ có ý nghĩa nếu như vỉa khoáng sản có độ bền lớn hơn đất đá xung quanh. Tính chất liên kết giữa đất đá xung quanh với khoảng sản có ảnh hưởng rất lớn đến lớp bảo vệ. Nếu kiên kết này kém thì hiệu qủa của lớp bảo vệ sẽ giảm xuống và ngượclại. - Trụ bảo vệ để bảo vệ các đường lò gần nhau: trụ bảo vệ là một phần khoáng sản hay đất đá để lại giữa các đường lò nhằm bảo vệ cho đường lò không bị biến dạng bất lợi. + Kích thước của trụ bảo vệ (chủ yếu là chiều rộng trụ) phụ thuộc vào chiều sâu bố trí đường lò, vào phương pháp phá hoả của các gương lò chợ và tính chất cơ học của khoáng sản và đất đá xung quanh. Do các trụ bảo vệ để lại không khai thác nên đã làm tổn thất một phần tài nguyên, vì vậy phải tính chiều rộng trụ là nhỏ nhất . Theo kinh nghiệm của nước ngoài , kích thước trụ bảo vệ được tính như sau: - Đất đá ổn định : B = (3 - 4) a (m) - Đất đá ổn định trung bình : B = (4 - 5) a (m) - Đất đá không ổn định : B = (5 - 6) a (m) ở đây : a là chiều rộng đường lò khi đào (m) Khi khai đào đường lò, ta đã phá vỡ trạng thái ứng suất nguyên sinh trong khối đất đá. Bằng nghiên cứu lý thuyết và thựcnghiệm, đã xác định 6
7. đươck bán kính ảnh hưởng của công tác đào lò đến môi trường ứng suất trong đất đá là (2,5 – 3)a (a – chiều rộng đường lò, m). Theo đó, chiều rộng trụ bảo vệ (B) phải nhỏ hơn tổng bán kính ảnh hưởng của các đường lò: B < B1 + B2 Điều kiện cần thiết để trụ bảo vệ ổn định là: m . k .  . H < Rn Trong đó : k : hệ số tập trung ứng suất Rn : Giới hạn bền nén của đất đá hay khoáng sản trong trụ (kN/m2) m : hệ số dự trữ bền H - Độ sâu bố trí đường lò, m Đ2. Làm giảm trạng thái ứng suất trong khối đá Các kết quả thí nghiệm cũng như kinh nghiệm thực tiến đã chỉ ra rằng: độ ổn định và trạng thái ứng suất xung quanh đường lò phụ thuộc hình dáng, tiết diện đường lò, các kích thước của đường lò. Hệ số tập trung ứng suất trên chu tuyến đường lò phụ thuộc vào độ cong của đường biên lò. Chính vì vậy việc lựa chọn hình dạng đường lò hợp lý cũng là giải pháp tăng độ ổn định của đường lò. Trong đá bền vững có điều kiện ổn định, nếu chọn hình dạng tiết diện ngang đường lò hợp lý có thể không phải chống. Việc lựa chọn hình dáng của đường lò còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất, tình trạng đất đá xung quanh, vật liệu chống, khả năng thi công và yêu cầu sử dụng (vận tải , thông gió). Nếu các đường lò chống bằng bê tông, BTCT, gạch đá và các thanh kim loại cong thì hình dáng hợp lý nhất của tiết diện ngang đường lò là một đường cong. Phụ thuộc vào hướng tác dụng chủ yếu của áp lực mà ta có các dạng tiết diện cong khác nhau (hình 2.1). Nếu các đường lò chống bằng gỗ, BTCT đúc sẵn theo dạng thanh thẳng hoặc các thanh kim loại thẳng thì hợp lý nhất là chọn tiết diện đường lò có hình thang, hình chữ nhật, hình đa giác. Nếu xét về mặt chịu lực thì đường lò có tiết diện ngang hình chữ nhật là dễ bị biến dạng nhất, tiết diện ngang hình tròn là ổn định nhất. Việc lựa chọn hình dạng tiết diện ngang hợp lý của đường lò còn phải thoả mãn theo điều kiện bền: - ở nóc và nền đường lò bằng, nghiêng: m.kk...h < Rk -ở hai bên hông đường lò: m.kn..h < Rk 7
8. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Hình 2.1. Hình dạng tiết diện ngang các đường lò trong mỏ ở đây: m – hệ số dự trữ bền; 8
9. kk, kn – hệ số tập trung ứng suất kéo và nén;  - hệ số đẩy ngang; h - độ sâu bố trí đường lò; Rk, Rn – giới hạn bền kéo và nén của đất đá (kN/m2). Đ 3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ đào hợp lý. Quá trình đào lò là chúng ta đã tác động vào khối đá thường theo hướng làm cho khối đá có các đặc tính về ổn định kém đi. áp dụng dây chuyền công nghệ đào chống hợp lý, hạn chế những tác động đó là một trong những biện pháp hiệu quả đang được đặc biệt quan tâm trong thời gian gần đây: - Khoan nổ mìn tạo biên; -Đào lò bằng com bai; Đ4. Vỏ chống, khung chống, các biệnpháp gia cường bảo vệ đường lò. Các biện pháp chống giữ hoặc gia cường được áp dụng để nâng cao các tính chất cơ lý, độ bền và độ ổn định của đất đá xung quanh đường lò trong suốt thời gian sử dụng. Các biện pháp có thể kể tới ở đây là: - Phương pháp chống giữ + Chống giữ chủ động: neo, bê tông phun, bê tông lắp ghép, v v + Chống giữ bị động: vì chống gỗ, thép, v v - Phương pháp gia cường: + Phương pháp hoá học : thuỷ tinh lỏng (silicát natri) và canxi clorua (CaCl2) + Phương pháp điện hoá : làm chặt đất đá bằng điện (sét chứa nước) + Nhiệt học: đóng băng nhân tạo + Lý hoá: xi măng hoá , bitum hoá, v v 9
10. CHƯƠNG III. VẬT LIỆU CHỐNG LÒ Đ 1. Khái niệm và phân loại vật liệu chống lò 1. Khái niệm chung. Để xây dựng vỏ chống các công trình ngầm, người ta thường sử dụng chính các vật liệu vẫn dùng để xây dựng các công trình trên mặt đất. Tuy nhiên, do đặc điểm làm việc dưới ngầm (vỏ chống công trình ngầm (CTN) chịu áp lực mỏ với đặc trưng và hướng xuất hiện khác nhau, ảnh hưởng của nước ngầm, khí hậu mỏ tới vật liệu, v v ) nên đòi hỏi vật liệu chống lò phải có yêu cầu cao hơn. Khi xét đến đặc điểm làm việc dưới ngầm không những cần chú ý đến ảnh hưởng của chúng đến sự làm việc của vật liệu chống, mà còn cần chú ý đến điều kiện lắp dựng bản thân vỏ chống. 2. Phân loại vật liệu chống lò. Hiện nay có nhiều cách để phân loại vật liệu chống lò như sau: - Theo vai trò sử dụng trong kết cấu vỏ chống mà các vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu chủ yếu, vật liệu dính kết và vật liệu phụ. + Các vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo các cấu kiện, bộ phận mang tải của vỏ chống (kim loại, bê tông, gỗ, v v ) + Các vật liệu dính kết dùng để chế tạo vữa, bê tông, chất liên kết (xi măng, chất dẻo, v v ) + Các vật liệu phụ dùng để cải thiện các tính chất của vỏ chống hoặc giúp cho vỏ chống thoả mãn các yêu cầu đặc biệt (vật liệu cách nước, phụ gia hoá học , v v ) - Theo mức độ chịu lửa, các vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu không cháy, vật liệu không cháy nhưng biến dạng và vật liệu cháy. + Các vật liệu không cháy có độ bền nhiệt rất cao, không cháy ngay cả khi chịu tác dụng lâu dài của ngọn lửa và nhiệt độ cao (bê tông và một vài loại đá, v v ) + Các vật liệu không cháy nhưng biến dạng khi có tác dụng của ngọn lửa và nhiệt độ cao (kim loại, v v ) + Các vật liệu cháy: bị cháy khi có tác dụng của ngọn lửa (gỗ, chất dẻo, v v ) - Theo thời gian phục vụ, các vật liệu chống lò được chia ra thành: vật liệu bền (bê tông, thép, v v ) và vật liệu nhanh hỏng (gỗ) 10
11. - Theo đặc trưng biến dạng dưới tác dụng của tải trọng, vật liệu chống lò được chia ra: vật liệu dòn (bê tông, gạch, đá, v v ) và vật liệu đàn hồi dẻo (kim loại). 3. Yêu cầu đối với vật liệu chống lò: Các vật liệu chống lò cần thoả mãn các yêu cầu sau: có khả năng mang tải cao, trọng lượng bản thân nhỏ, giá thành hạ, không bị biến dạng, không bị cháy, có khả năng chống han rỉ và mục nát. Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ chống, đôi khi vật liệu chống còn phải có khả năng chống thấm, cách nước. Vật liệu chống lò được chọn phụ thuộc vào kết cấu vỏ chống, công dụng và thời gian phục vụ của đường lò, cường độ áp lực mỏ và điều kiện làm việc của vỏ chống, cũng như tính hợp lý về kinh tế của vỏ chống. 4. Các loại vật liệu chống lò 4.1. Gỗ ưu điểm : có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ; dễ gia công bằng các dụng cụ đơn giản, ngay cả tại hiện trường; có độ linh hoạt nhỏ (chịu uốn, ép); có khả năng báo trước khi bị phá huỷ; chi phí về vật liệu, vận tải và lắp dựng thấp; dễ trồng và khai thác. Nhược điểm: không đủ sức chống lại các tác động phá huỷ sinh học và các tác động cơ học lớn; dể bị cháy; không thích ứng cho các đường lò dạng vòm; mất khả năng báo trước nguy hiểm khi chịu các tác động huỷ hoại khác nhau; phụ thuộc vào yêu cầu của nền kinh tế - xã hội (bảo vệ môi trường); khả năng sử dụng lại bị hạn chế. Nói chung gỗ đã được sử dụng ngay từ những thời điểm ban đầu của nghành mỏ để làm vật liệu chống lò. Ngày nay trên thế giới vẫn còn nhiều nơi sử dụng gỗ vào các mục đích này, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Ở Việt Nam gỗ còn được sử dụng khá phổ biến, đặc biệt ở hầu hết các mỏ khai thác có sản lượng thấp. Tại các nước tiên tiến, gỗ hầu như không còn được sử dụng vào công tác chống lò. Cũng phải thấy rằng, một khi công tác khai thác còn rất thủ công và sơ đẳng thì gỗ nhiều khi có ý nghĩa quan trọng nhờ vào các đặc điểm ưu việt của gỗ. Gỗ có khả năng mang tải tương đối cao so với trọng lượng tương đối nhỏ, nên trong các trường hợp khó khăn về khả năng vận tải, lắp dựng thì việc sử dụng gỗ là dễ dàng, thuận lợi. Bằng các công cụ đơn giản như rìu, cưa đã có thể gia công chế biến tại chỗ để có được các chi tiết chống đỡ thích hợp với điều kiện cụ thể và hay biến đổi. Cũng nhờ ưu điểm này mà việc sửa chữa trở nên đơn giản. Gỗ có khả năng linh hoạt nhất định nhờ có tính chịu uốn, ép nhất định và tuỳ vào loại gỗ; đông thời lại có thể tăng thêm được chẳng hạn nhờ vát nhọn theo mức độ khác nhau. Đặc biệt đáng chú ý là các loại gỗ còn tốt, khô đều có khả năng phát tín hiệu báo trước phá huỷ ( phát ra riếng kêu "tách, tách" khi đang bị phá huỷ dần dần). Giá gỗ cũng tương đối thấp 11
12. hơn so với giá các loại vật liệu khác. Ví chi phí vật liệu thấp cùng với chí phí vận chuyển và lắp dựng thấp nên trong nhiều trường hợp, gỗ vẫn còn có ý nghĩa khá trong vai trò làm vật liệu chống. Những ưu việt về mặt kinh tế đương nhiên sẽ bị lu mờ đi, nếu như vì lí do nào đấy mà chi phí bảo dưỡng ở các đường lò chống bằng gỗ quá lớn. Đương nhiên khối lượng công tác bảo dưỡng sẽ rất lớn và tốn kém một khi áp lực đá vượt quá khả năng mang tải của gỗ hoặc điều kiện không khí trong đường lò quá xấu làm cho gỗ nhanh bị mục nát. Đối với những tác động kiểu này gỗ ít có khả năng chống lại. Tính dễ cháy của gỗ cũng gây ra nguy hiểm cho các đường lò. Đương nhiên tính dễ cháy và dễ bị mục nát cũng có thể hạn chế nhờ các biện pháp ngâm tẩm, song cũng đòi hỏi kinh phí và ở nước ta chưa được quan tâm, đôi khi còn ngại không đầu tư. Mặc dù gỗ dễ gia công, nhưng như đã nhắc đến, gỗ không thích hợp khi lò có dạng vòm, cũng chính vì thế các đường lò chống bằng gỗ khó tạo dáng làm giảm tác dụng của áp lực đá, hoặc để cho phù hợp với điều kiện xuất hiện áp lực. Khả năng sử dụng lại các cấu kiện bằng gỗ cũng rất hạn chế. Một nhược điểm nữa là: khi bị mục, ẩm sẽ mất đi khả năng báo trước sự cố. 4.2. Thép Ưu điểm: đặc tính cơ học thuận lợi; tuổi thọ cao; chiếm ít không gian; mức độ linh hoạt, biến hình cao của kết cấu thép nhờ tạo dáng các cấu kiện bằng thép một cách thích hợp; khả năng sử dụng lại tốt. Nhược điểm: chi phí vật liệu cao, trọng lượng thể tích cao; vận chuyển và lắp ráp không đơn giản; các loại thép xây dựng thông thường đễ bị ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt. Trên thế giới thép được sử dụng để chống lò đã từ giữa thể kỷ 19. Tuy nhiên từ đó cho đến cuối thế kỷ 19, đầu 20 thép không đóng vai trò đặc biệt và thực sự đựơc chú ý cũng như ngày càng có ý nghĩa quan trọng trong vòng 70 năm qua. Ưu điểm căn bản của thép là khả năng mang tải lớn, điều mà không có loại vật liệu nào sánh kịp. Do có khả năng mang tải lớn và khả năng chống lại các tác động sinh học một cách triệt để, nên nói chung các cấu kiện bằng thép có được tuổi thọ lớn hơn hẳn các cấu kiện bằng gỗ. Khả năng mang tải cao của các cấu kiện bằng thép cũng thuận lợi ngay cả khi chỉ cần khoảng không gian nhỏ, bởi lẽ khi sử dụng kết cấu chống bằng thép có thể tiết kiệm được tiết diện đào. Ngay cả trong lò chợ, so với kết cấu bằng gỗ với cùng khả năng mang tải thì kết cấu thép dễ cơ động hơn. Những khả năng chế tạo các loại thép hình đặc biệt trong thực tế là vô hạn, vì thế người ta đã chế tao ra các cấu kiện, các loại hình chống giữ bằng thép rất đa dạng với các khả năng mang tải khác nhau, với mức độ linh hoạt và khả năng biến hình khác nhau. Đặc biệt là có thể điều khiển, điều chỉnh dễ dàng để tạo ra mối tương quan thích hợp giữa mức độ linh hoạt và khả năng mang tải. 12
13. Chính vì các lí do đó mà vật liệu thép dễ thích ứng với các điều kiện địa cơ học khác nhau, đa dạng hơn là gỗ, tường xây và bêtông. Phạm vi áp dụng kỹ thuật của thép nhờ đó cũng rộng hơn so với các loại vật liệu khác. Tuổi thọ cao, như đã nhắc đến, cũng thuận lợi cho việc thu hồi, sử dụng lại nhiều lần các cấu kiện bằng thép. Tuy nhiên, những ưu điểm đã kể đến cũng kèm theo nhược điểm là giá thành cao và trọng lượng của kết cấu chống lớn. Nhược điểm nữa thể hiện rõ nét khi phải vận chuyển trong điều kiện không thuận lợi ( chẳng hạn trong khu vực khai thác vỉa dốc). Cũng vì lí do này mà thép chưa thể thay thế được gỗ ở các khu vực khai thác các vỉa có chiều dày lớn hơn 3 đến 4m. Thép xây dựng còn dễ bị ăn mòn, đương nhiên cũng có thể hạn chế nhờ sơn hoặc tạo các lớp phủ bảo vệ. Cho đến nay, thép được sử dụng ngày càng rộng khắp chủ yếu vì những khả năng đảm bảo an toàn và các nguyên nhân kinh tế. Đương nhiên khả năng này chỉ có thể nâng cao tính ưu việt về kinh tế của thép so với gỗ trong trường hợp chí phí vật liệu được bù trừ nhờ giảm chi phí bảo dưỡng hoặc sử dụng lại nhiều lần. Sự cải thiện không ngừng các tính chất của vật liệu và phát triển nhiều loại hình kết cấu chống mới làm cho thép được sử dụng ngày càng nhiều thay cho gỗ. Đây là xu hướng phát triển chung trên thế giới và đặc biệt khi đã xuất hiện các kết cấu từ thép hình nhẹ với khả năng mang tải cao cùng với yêu cầu cơ khí hoá ngày càng tăng, cũng như sự ra đời và phát triển của các kết cấu chống bằng neo. 4.3 Gạch đá và bêtông Ưu điểm: có khả năng mang tải lớn và tuổi thọ cao; chống tác động phong hoá đối với khối đá và ngăn nước chảy; sức cản khí động học nhỏ;có thể tạo ra từ các vật liệu rẻ tiền; không cháy Nhược điểm: trọng lượng lớn;chi phí vận chuyển và lắp dựng cao; sửa chữa không thuận tiện các chỗ bị hư hỏng; độ linh hoạt nhỏ hoặc rất hạn chế. Phạm vi áp dụng: chủ yếu tại các đường lò và giếng có tuổi thọ cao và dưới tác dụng của các tải trọng (áp lực) tĩnh. Ngoài ra phạm vi áp dụng của bêtông còn được mở rộng thông qua việc chế tạo các cấu kiện, các tấm bêtông làm khung chống hoặc tấm chèn. Bêtông trong ngành mỏ cũng đã được áp dụng ở dạng bêtông phun, vổ bê tông đổ tại chỗ, vỏ bê tông đúc sẵn (tubing), v v Các dạng vỏ chống thông thường từ gạch xây và bêtông hoặc gạch bêtông vốn có chiều dày tương đối lớn. Vỏ chống có thể phủ toàn bọ phần tường và vòm các đường lò hoặc bao kín toàn bọ đường lò, đặc biệt ở các giếng mỏ. Khi đó toàn bộ khối đá vấy quanh được lấp kín. Khả năng mang tải cao có được nhờ vào độ bền cao của vật liệu và chiều dày lớn. Trong điều kiện thông thường, kết cấu chống này được coi là kết cấu chống cứng. Dưới tác dụng của tải trọng chủ yếu là tĩnh, kết cấu chống thường có tuổi thọ cao hơn kết cấu gỗ và thép. Khả năng chống các tác động hoá học và sinh học cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của kết cấu 13
14. chống này. Dạng kết cấu chống kín còn hạn chế được tác động phong hoá dến khối dá vây quang và trong nhiều trượng hợp còn ngăn nước xâm nhập vào đường lò. Ngoài ra do bề mặt tương đối nhẵn, kết cấu chống này còn có sức cản khí động học nhỏ hơn so với kết cấu bằng gỗ và thép. Các loại vật liệu cơ bản của kết cấu chống này thường sẵn có và rẻ tiền hơn so với các loại vật liệu khác. Mặt khác kết cấu tường xây và bêtông không bị cháy, do vậy khi xảy ra cháy mỏ, khả năng lan truyền cháy sẽ không có nếu sử dụng kết cấu chống này. Những ưu điểm trên bị hạn chế bởi các nhược điểm là trọng lượng lớn và chiều dày lớn, kèm theo đó là chi phí vận chuyển và lắp dựng (xây, đổ bêtông ) cao. Tiết diện đào thường phải lớn hơn là khi sử dụng gỗ và thép, do vậy đòi hỏi thêm chi phí đào. Ngoài ra để có được kết cấu hoàn chỉnh cần nhiều thời gian hơn. Khi kết cấu bị phá huỷ do tác động quá mức của áp lực đá, thì việc sửa chữa thường phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với gỗ và thép. So sánh như vậy và từ thực tế ngành mỏ trong và ngoài nước cho thấy tường gạch đá xây và bêtông chỉ kinh tế hơn nếu như công trình có tuổi thọ cao và khi không có tác dụng của áp lực động. Đương nhiên bằng cách sử dụng các loại gỗ đệm có thể tào ra khả năng linh hoạt nhất định cho tường xây và bêtông. Tuy nhiên khả năng này cũng chỉ đạt được ở mức đọ hạn chế, trừ trượng hợp sử dụng gạch bêtông và đệm nhiều lớp gỗ, do vậy tường xây và bêtông hầu như không được sử dụng cho khu vực khai thác và các đường lò chuẩn bị. Đương nhiên với sự phát triển và cải tiến các cấu kiện bêtông đúc sẵn khả năng sử dụng của bêtông đã được mở rộng. Xu hướng hiện nay ở Việt nam là làm sao giảm được trọng lượng của các cấu kiện này cho phù hợp với sức khoả của công nhân trong điều kiện làm việc hiện tại. Về bê tông cốt thép, do bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém, do đó để tăng khả năng chịu kéo của bê tông người ta có thể bố trí thêm cốt thép vào trong bê tông khi đó ta sẽ có bê tông cốt thép. Các thanh cốt thép được bố trí ở miền chịu kéo của bê tông, chúng sẽ tiếp thu các ứng suất kéo, khả năng chịu lực của miền bê tông chịu kéo sẽ tăng lên rất nhiều tương ứng với khả năng chịu lực của miền bê tông chịu nén. Sở dĩ hai vật liệu khác nhau là bê tông và cốt thép có thể kết hợp làm việc được với nhau là vì: - Bê tông có khả năng liên kết chặt chẽ với cốt thép, vì vậy khi trong cấu kiện bê tông cốt thép xuất hiện ứng suất, thì cả hai vật liệu sẽ cùng nhau làm việc như một thể thống nhất. - Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần như nhau, nên bảo đảm được tính liền khối của kết cấu bê tông cốt thép. - Bê tông bao bọc ngoài cốt thép, có khả năng bảo vệ được cốt thép khỏi bị han rỉ do nước và khí ăn mòn gây nên. Cốt thép trong bê tông cốt thép được chia ra: cốt chịu lực, cốt phân bố, cốt lắp ghép, và cốt đai. 14
15. - Cốt chịu lực được bố trí ở miền chịu kéo, hoặc miền chịu nén để tiếp thu các ứng suất kéo hoặc nén. - Cốt phân bố cùng với cốt chịu lực tiếp nhận các ứng lực phụ, các ứng lực cục bộ, đảm bảo sự làm việc phối hợp của các thanh cốt chịu lực. - Cốt lắp ghép và cốt đai dùng để lắp ráp khung cốt thép, tiếp nhận từng phần các ứng lực kéo, nén và cắt. Lượng cốt phân bố và cốt lắp ghép được lấy theo qui định kết cấu. 4.4. Các vật liệu khác. 4.5.1. Thuỷ tinh dẻo: Thuỷ tinh dẻo là vật liệu keo gắn kết được cấu tạo từ sợi thuỷ tinh. Sợi thuỷ tinh ở đây có thể ở dạng sợi, dạng vải thuỷ tinh hoặc dạng bông thuỷ tinh được nén ép lại. Trong thuỷ tinh dẻo, các vật liệu dính kết thường sử dụng là keo Poliofin, keo Fenol, keo epoxi và các loại Polyme khác. Tính chất cơ lý của thuỷ tinh dẻo rất đa dạng, phụ thuộc vào tính chất của sợi cốt và chất dính kết. Bằng cách kéo sợi từ khối thuỷ tinh nóng chảy, người ta đã thu được các sợi thuỷ tinh rất mảnh. Chúng có độ bền chống kéo đứt cao (12502500pa), không bị mục nát, trương nở, rất ổn định với nhiệt độ. Các chất dính kết phải có độ bền cao, ổn định với nước xâm thực và đảm bảo luôn dính kết chắc chắn với các sợi thuỷ tinh. Ngoài chất dính kết và sợi thủy tinh, trong thuỷ tinh dẻo còn có thêm chất ổn định. Công dụng chính của chất này là chống lão hoá tính dẻo khi sử dụng. Nguyên liệu để chế tạo các chất dính kết dạng keo Polyme là khí thiên nhiên, hơi đốt hoặc các sản phẩm trưng cất dầu mỏ. Các cấu kiện của vỏ chống hầm lò bằng thuỷ tinh dẻo (xà, cột, chèn , v v ) thường được chế tạo bằng cách nén ép, nhưng cũng có thể dùng phương pháp đổ khuôn, phương pháp kéo , v v . Một trong những vật liệu thuỷ tinh dẻo đã được thử nghiệm là sợi thuỷ tinh dị hướng (CBAM) do viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) chế tạo. Nó có độ bền cao, có tính dị hướng, hầu như không bị trương nở, có đặc trưng phá hoại dòn - dẻo. Độ bền kéo của CBAM đạt 90daN/mm 2, trọng lượng riêng đạt 0,0170,019N/cm 3 (nhỏ hơn thép 4 lần). Qua thiết kế và thử nghiệm đã chứng minh được rằng: các khung chống hình thang với cột và xà dạng ống chế tạo từ CBAM nhẹ hơn bê tông cốt thép 78 lần, nhẹ hơn gỗ 3 lần. Các vật liệu này đang tiếp tục được thử nghiệm. 4.5.2. Bê tông dẻo: Bê tông dẻo là vật liệu đá nhân tạo bao gồm có keo kết dính tổng hợp, cát và đá dăm. Chất dính kết ở đây thường là furônaxêtôn êpôxy, forualđehyt và các keo khác cũng như các phụ gia hoá chất đặc biệt (sunfuabenzen, polyêtylen, polyamin , v v ). 15
16. Bê tông dẻo có độ bền nén cao (4070Mpa), độ bền kéo đạt 56Mpa, độ bền uốn đạt 1020Mpa, đặc biệt có khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt. 4.5.3. Các vật liệu Polyme. Viện mỏ A.A.Scôchimski (Liên xô) đã thiết kế và áp dụng trên qui mô công nghiệp các hoá chất trên cơ sở keo Pôliefinfênol, formalđehyt để gia cố neo, các dung dịch hoá chất trên cơ sở keo êpôxy dùng để gia cố đất đá và để giữ neo trong lỗ khoan có độ bền rất cao, nhưng do giá thành đắt, nên không thể áp dụng được. Các loại keo pôliêfin, mechievit - formalđehyt có độ bền kém hớn êpôxy, nhưng rẻ hơn, vì vậy được sử dụng rộng rãi. Nhược điểm cơ bản của tất cả các loại keo trên là chúng đều có chứa các chất độc (formalđehyt , v v ) đòi hỏi phải có biện pháp để phòng cẩn thận. Trong điều kiện mỏ phải tăng chi phí thông gió cho các đường lò sử dụng loại keo này. CHƯƠNG IV: CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM Sau khi khai đào công trình ngầm, trạng thái cơ học cân bằng tự nhiên của khối đá xung quanh công trình bị biến đổi chuyển sang trạng thái cân bằng mới. Ở trạng thái cân bằng mới này, khối đá có thể ổn định hay không ổn định. Khối đá là ổn định nếu như các biến đổi cơ học không làm thay đổi hình dạng và kích thước của công trình ngầm (khoảng trống) sau khi đào và trong suốt thời gian tồn tại của công trình. Ngược lại, khối đá là không ổn định. Nếu khối đá ổn định sau khi đào công trình ngầm, công trình ngầm có thể để lưu không. Trong trường hợp khối đá có khả năng mất ổn định thì phải tiến hành các biện pháp gia cường, chống giữ bổ xung cho khối đá. Đ 1. Khái quát chung về kết cấu chống Mục đích của việc tạo ra KCC là để giữ ổn định khoảng không gian ngầm, bảo vệ, đảm bảo an toàn và hoạt động bình thường cho con người, các thiết bị, phương tiện kỹ thuật, v v trong đó. Tuy nhiên, các nhiệm vụ cụ thể của KCC được đặt ra tuỳ thuộc vào mục tiêu sử dụng công trình ngầm. Trong lĩnh vực khai thác mỏ hầm lò, nhiệm vụ chủ yếu của KCC là: Ngăn chặn đá rơi, sập lở vào người lao động, trang thiết bị kỹ thuật; Hạn chế dịch chuyển của khối đá và giữ ổn định khoảng trống đảm bảo các công tác vận hành, vận chuyển và thông gió hay nói cách khác là khả năng thông quá của đường lò. Ngoài hai nhiệm vụ chính đó các KCC còn có những nhiệm vụ phụ khác tuỳ thuộc những đòi hỏi từ điều kiện thực tế như: 16
17. Bảo vệ khối đá xung quang các công trình ngầm trước các tác động phá huỷ của các tác nhân phong hoá; Bảo vệ các đường lò bị nước xâm nhập. Trong nhiều trường hợp, các nhiệm vụ phụ này không có ý nghĩa, song có những trường hợp nó lại trở thành rất quan trọng, chẳng hạn khi phải dào qua các lớp đá chứa nước. Ngày nay, trên cơ sở các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực Cơ học đá cho thấy rằng khi thi công xây dựng các công trình ngầm cần thiết phải đảm bảo gìn giữ được độ bền hay khả năng mang tải của khối đất, đá. Các biện pháp chống giữ cần thoả mãn các nhiệm vụ là phát huy, hỗ trợ cũng như gây ảnh hưởng tốt đến khả năng tự mang tải của khối đá. Trong trường hợp lý tưởng chỉ nên coi KCC là một dạng gia cố hay gia công bề mặt cho khối đá. Tuy nhiên, trong thực tế các KCC thường đạt được độ cứng vững nhất định, có thể tính toán và kiểm chứng được. Nói chung, để đảm bảo giữ gìn được khả năng tự mang tải của khối đá, cần thiết phải chú ý các điều kiện hay khả năng sau: Lựa chọn được hình dạng hợp lý cho công trình ngầm, chú ý đặc biệt đến điều kiện cụ thể về các tính chất của khối đá; Lựa chọn các phương pháp và giải pháp thi công hợp lý Lựa chon phương pháp 'chống giữ' hợp lý; Chú ý đến yếu tố thời gian đối với cả khối đá và KCC; áp dụng các phương pháp đào không gây tác động xấu đến khối đá-(có thể gọi là các phương pháp đào bảo dưỡng khối đá)- tức là ít gây ảnh hưởng đến độ bền của khối đá. 1. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế chống giữ công trình ngầm Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu chống giữ công trình ngầm có thể phân chia ra thành các yêu cầu về chức năng, kỹ thuật và kinh tế. Yêu cầu mang tính kỹ thuật: KCC phải đảm bảo có độ bền và độ ổn định nhất định trong thời gian tồn tại. KCC phải bền, nghĩa là phải chịu được các tác dụng của ngoại lực cũng như các trạng thái ứng suất sinh ra trong các cấu kiện của KCC trong giới hạn cho phép và không bị phá hoại. KCC phải ổn định tức là dưới tác dụng của áp lực đất đá và các loại tải trọng, KCC phải giữ được kích thước và hình dạng ban đầu hoặc theo yêu cầu sử dụng cụ thể. Nói chung, hai yêu cầu về độ bền và độ ổn định hiện nay thông thường nên được kết hợp lại thành một yêu cầu chung về khả năng mang tải của kết cấu chống. Yêu cầu về chức năng sử dụng: Kết cấu chống không được gây ra các trở ngại cho các quá trình sản xuất, thi công và phải cho phép khả năng cơ giới hóa (theo yêu cầu); chiếm ít không gian, thuận tiện cho việc sử dụng khoảng không gian ngầm tuỳ theo mục đích cụ thể; đảm bảo khả năng thông gió, an toàn về cháy; trong nhièu trường hợp còn phải đảm bảo các yêu cầu về cách nước, thẩm mỹ. 17
18. Yêu cầu kinh tế. Kết cấu chống phải phù hợp với thời gian tồn tại của công trình ngầm. Tổng vốn đầu tư ban đầu và giá thành bảo dưỡng, sửa chữa phải nhỏ nhất. 2. Phân loại KCC Để có thể hình dung được một cách tổng thể về các loại hình KCC các công trình ngầm có thể tổng hợp, phân tích và xem xét chúng dựa theo những dấu hiệu khác nhau; cụ thể là theo các cách phân loại các KCC theo nhiều dấu hiệu khác nhau như: phân loại theo vật liệu gỗ; thép, kim loại; bêtông, gạch, đá; vật liệu tổng hợp phân loại theo chức năng, nhiệm vụ tạm thời, cố định phân loại theo tính năng kỹ thuật tích cực, gia cố, chủ động; thụ động, chống đỡ phân loại theo đặc điểm; hình dạng kết cấu khung chống, vỏ chống, "hoà nhập" vào khối đá; hình thang, chữ nhật đa giác, tròn ellíp; vòm, móng ngựa, mõm nhái phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu rất cứng, cứng, mềm Khả năng mang tải KCC Biểu hiện cơ học mômen lực dọc rất cứng như một cố thể-biến dạng ít lớn nhỏ cứng như bán cố thể- biến dạng nhỏ lớn nhỏ mềm biến dạng nhiều nhỏ lớn phân loại theo mức độ liên kết với khối đất, đá: - không, liên kết ít, liên kết hoàn toàn - tiếp xúc giữa KCC và khối đá : điểm, diện - khả năng tiếp nhận ứng suất tiếp Trong thực tế kết cấu chống giữ CTN còn được phân loại dựa theo tính chất mối tác động giữ kết cấu chống với môi trường đất đá bao quanh. Theo đó, kết cấu chống được phân thành hai loại: “kết cấu chống bị động” và “kết cấu chống chủ động”. Bất kỳ loại kết cấu chống nào không có tính “chủ động” sinh ra lực đẩy chống lại khối đá ngay sau khi lắp đặt đều được coi là kết cấu chống “bị động”. Đối với kết cấu chống bị động, nó chỉ phát huy tác dụng chống giữ khi mà biên công trình ngầm đã có sự dịch chuyển “đủ lớn” hay nói cách khác là đến một giới hạn nào đó để gây ra sự “nén ép” tác dụng lên vỏ chống và khi đó vỏ chống sẽ sinh ra những lực chống lại nhằm hạn chế sự dịch chuyển của khối đá. Sự phản ứng này của kết cấu chống tuỳ thuộc vào độ cứng của chúng và thời gian lắp đặt. Hầu hết các dạng kết cấu chống giữ 18
19. truyền thống như: khung chống gỗ, khung chống thép, neo không ứng suất trước đều là những dạng kết cấu chống bị động. Kết cấu chống mang tính chủ động là những loại có khả năng gây tác động và hạn chế biến dạng của khối đá ngay sau khi lắp đặt. Neo ứng suất trước, vỏ chống lắp ghép, vỏ bê tông liền khối, vỏ bê tông phun là những ví dụ điển hình cả dạng kết cấu chống chủ động. CHỐNG GIỮ LÒ BẰNG I - KHUNG CHỐNG LẮP GHÉP Đ 2. KHUNG CHỐNG GỖ 1. Điều kiện sử dụng. Khung chống bằng gỗ được sử dụng để chống các đường lò, các công trình ngầm với áp lựa đất đá không lớn, thời gian phục vụ ngắn (không vượt quá 2 ~ 3 năm) và không vượt quá 5 đến 7 năm khi gỗ được ngâm tẩm. Khung chống gỗ được sử dụng rộng rãi để chống các đường lò chuẩn bị và khai thác của các mỏ than, mỏ quặng. Khung chống gỗ có các ưu điểm: Gỗ phân bố rộng rãi trong thiên nhiên (dễ tìm, dễ cung cấp). Dễ gia công chế tạo các cấu kiện của vỏ chống. Thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt trong lò. Có khả năng biến dạng lớn nên có thể ngăn ngừa hiện tượng sụt lở của đường lò Nhược điểm của khung chống gỗ : Tuổi thọ kết cấu chống gỗ thấp (đặc biệt trong các đường lò thông gió) do gỗ dễ mối mọt, nấm và dễ cháy. Khả năng mang tải không lớn. Không đủ độ bền khi áp lực đất đá lớn. 19
20. Khó tạo cho hầm lò tiết diện ngang hợp lý (hình vòm cong có độ linh hoạt đủ lớn). 2. Cấu tạo. Kết cấu chống bằng gỗ để chống giữ các đường lò bằng thường là dạng khung chống hở tạo nên từ ba cấu kiện mang tải cơ bản (hình 2): xà nóc (1), hai cột hông (2). Xà và cột thường làm bằng gỗ tròn 16 - 30. Cột thường đặt nghiêng một góc = 80 - 85 0 đôi khi đến 90 0 so với phương ngang để tăng cường khả năng chịu áp lực hông. Thông thường khi đào, tiết diện ngang của đường lò không đúng với kích thước thiết kế cho nên ta phải đóng nêm định vị (4) ở đầu xà và đầu cột để định vị khung chống thật chắc chắn. Khi giữa các khung chống có khoảng cách, tuỳ theo mức độ nứt nẻ của đất đá và khoảng cách giữa các khung chống mà bên ngoài khung chống phải có chèn (4). Chèn vừa có tác dụng ngăn không cho đất đá vụn rơi vào lò đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, vừa có tác dụng làm cho áp lực đất đá tác dụng đều lên kết câu chịu lực (xà và cột). Việc chèn dầy hay thưa đều phải căn cứ vào tình trạng thực tế của đất đá khi đào lò: Khi đất đá nứt nẻ có nhiều nguy cơ sụt lở cục bộ thì nhất thiết phải chèn khít, trường hợp ngược lại có thể chèn thưa. Tuy nhiên khi chèn khít cũng như khi chèn thưa đều phải đảm bảo chèn kín nóc nghĩa là không để lại khoảng trống giữa đất đá xung quanh với vật liệu chèn. Vật liệu chèn thường là gỗ bổ, ván gỗ, , v v Phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất đá và khả năng mang tải của khung chống mà khoảng cách giữa các khung chống có thể thay đổi. Khoảng cách này thường bằng 0,5 đến 1 m. Văng dùng để giữ nguyên khoảng cách giữa các khung chống theo phương dọc trục lò, chống lại tác dụng sô đổ khi nổ mìn. Văng thường làm bằng vật liệu gỗ tròn 10 - 14. Thanh giằng dùng để liên kết các khung chống với nhau theo phương dọc trục lò. Giằng thường làm bằng gỗ 10 - 14 giằng thường được giữ vào cột nhờ đinh đỉa. Cột được chôn vào lỗ chân cột đào trong đất đá nền lò. Tuỳ theo đất đá mềm yếu hay cứng mà lỗ chân cột được đào sâu hay nông. Trong đất đá kiên cố và trung bình lỗ chân cột thường được đào sâu 10 - 25cm với mục đích giữ cho chân cột khỏi bị bật ra khi khung chống chịu áp lực đất đá. Ở phía có rãnh nước, lỗ chân cột phải đào sâu hơn đáy rãnh nước 10 - 15cm để chân cột không phá huỷ đáy rãnh nước. Để tạo độ linh hoạt xác định nào đó cho kết cấu chống gỗ, chân cột thường được đẽo nhọn dưới dạng hình chóp hoặc hình nêm. Kết cấu chống gỗ dạng hở thường có dạng hình thang (hình 2a) vì nó cho phép giảm chiều dài xà nóc (làm việc ở chế độ chịu uốn) xuống 15 ~ 20%. Do mômen uốn tỷ lệ thuận với bình phương chiều dài xà nên giải pháp này mang lại hiệu quả lớn. Trong trường hợp áp lực nền lớn cần phải dùng thêm cấu kiện mang tải thứ tư là dầm đáy. Kết quả sẽ tạo nên khung chống kín như hình vẽ (hình 2b). 20
21. Ngoài những dạng kết cấu chống gỗ đối xứng tiêu chuẩn như hình thang hở, chữ nhật khép kín, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, thế nằm của vỉa khoáng sản, góc nghiêng của lớp đá nóc mà có thể sử dụng các dạng kết cấu chống gỗ không đối xứng. Khi vỉa thoải (góc dốc < 12 0) và lớp đá nóc bền vững - liền khối (cát kết, sét kết) thì các đường lò dọc vỉa nên được chống giữ bằng kết cấu chống gỗ với xà nóc nghiêng (hình 2c) còn khi đường lò đào dọc vỉa dốc (lớn hơn 70 0) thì nên lắp dựng một phía cột chống nghiêng theo vách treo của vỉa (hình 2d). Trong cả hai trường hợp cần cố gắng tận dụng khả năng mang tải của lớp đá nóc vỉa. Ngoài ra, tuỳ theo điều kiện, đặc điểm thế nằm của vỉa mà có thể áp dụng một số dạng kết cấu chống gỗ hợp lý khác Liên kết giữa các cấu kiện của khung chống gỗ phải đảm bảo tính vững chắc trong liên kết, không làm giảm yếu quá nhiều khả năng chịu lực của khung chống, đơn giản dễ thi công lắp ghép, phân bố lực đồng đều lên cấu kiện. Nếu khung chống gỗ chịu tải trọng chủ yếu từ phía nóc công trình nên sử dụng mối nối dạng mộng thang hay mộng xiên (hình 3a và 3b). Khi áp lực hông lớn, nên áp dụng khớp nối dạng hình 3c. Lúc này cột chịu lực trên toàn tiết diện, còn xà nóc ít chịu lực hơn. Khi tiến hành sửa chữa đường lò hoặc trong các kết cấu chống gỗ tạm thời có thể sử dụng khớp nối dạng khe (hình 3d). Cột chống liên kết với dầm đáy nhờ mộng nối (hình 3e) hoặc mộng khớp (hình 3g). 1 4 2 a b 3 c d Hình 2: Các dạng khung chống gỗ khác nhau 21
22. a) b) c) e) g) d) Hình 3: Kết cấu mối nối, liên kết các cấu kiện trong khung chống gỗ Trong trường hợp áp lực nóc quá lớn, khung chống bình thường không đủ khả năng mang tải, người ta phải dùng các khung chống tăng sức như hình 4: 3 2 1 a) b) 4 3 3 4 2 2 c) d) 22
23. Hình 4: Kết cấu khung chống gia cường khung chống gỗ 1 - Cột gia cường; 2 - Thanh giằng xiên; 3 - Thìu; 4 - Thanh giằng ngang Phương pháp tương đối hữu hiệu và đơn giản để tăng sức cho kết cấu chống gỗ là biện pháp sử dụng cột chống gia cường (hình 4a). Nếu quá trình lắp dựng cột được thực hiện tốt thì khả năng mang tải của xà nóc có thể tăng lên 3 ~ 4 lần. Tuy nhiên việc lắp dựng cột gia cường sẽ cản trở hoạt động bình thường trong đường lò nên trong nhiều trường hợp không thể áp dụng được. Để thay thế có thể áp dụng phương pháp giằng xiên - dầm dọc (hình 4b). Trong trường hợp xà nóc có chiều dài lớn có thể sử dụng khung gia cường “giằng xiên - dầm dọc - giằng ngang - dầm dọc - giằng xiên” (hình 4c). Trên hình 4d giới thiệu khung chống gia cường kết cấu dạng kín. Dạng kết cấu này đòi hỏi chi phí vật liệu chống lớn và tính phức tạp cao trong quá trình lắp đặt. Ngoài ra, khung chống gia cường sẽ làm giảm tiết diện sử dụng của đường lò, giảm khả năng thông qua và vận tải trong đường lò. Trong những điều kiện đó nên chuyển sang áp dụng kết cấu chống bằng kim loại. 3.Thi công. Trước khi dựng khung chống gỗ ta cần phải làm các công tác chuẩn bị như sửa lại biên lò, đập tẩy những chỗ đất đá mấp mô trên biên lò bằng búa chèn, búa chim hoặc thuốc nổ. Biên hầm lò thường được đào bằng khoan nổ mìn nên thường lồi lõm không đúng với kích thước thiết kế, cần phải sửa lại. Đào lỗ chân cột: lỗ chân cột phải đào sâu từ 10-15cm trong đất đá kiên cố và trung bình, 15-20cm trong đất đá trung bình và trong đất đá mềm yếu là 20-25cm. Lỗ chân cột cũng được đào bằng búa chèn, cuốc chim hoặc thuốc nổ. Nếu có dần nền thì dầm nền cũng phải được chôn ngập (1/2) đến 1 đường kính. Trình tự dựng khung chống: đặt dầm nền (nếu có). Dựng từng cột một, giữ tạm cột bằng chèn nhói, các thanh giằng cài vào cột của các khung chống cũ đã dựng trước hoặc giữ tạm cột bằng các cột đỡ nghiêng. Sau khi đã dựng cột thì đưa xà lên bằng tay hoặc bằng các kích nâng. Khi lên xà phải kiểm tra sự ăn khớp giữa đầu xà và đầu cột để sao cho không có hiện tượng treo cằm hoặc trùng cằm (hình 5). Hai hiện tượng trên đều có thể làm cho cột và xà dễ bị gẫy. Tiếp theo, tiến hành điều chỉnh khoảng cách, độ cao, độ thách (độ nghiêng chân cột) của khung chống sao cho khung chống nằm trong mặt phẳng vuông góc với trụclò. Sau đó thực hiện đóng nêm đầu xà và đầu cột để định vị khung chống. Cuối cùng cài chèn phía sau khung chống tại nóc và hông của đường lò. Mật độ cài chèn phụ thuộc vào hiện trạng đất đá xung quanh đường lò. Trong quá trình cài chèn, nếu phát hiện khoảng trống phía sau khung chống thì phải tiến hành kích chặt, chèn kỹ bằng các đầu gỗ hoặc nêm đá. 23
24. Hình 5: Hiện tượng mối nối không phù hợp giữa xà và cột: a. treo cằm; b. Chùng cằm Đ 3. KHUNG CHỐNG KIM LOẠI 1.Điều kiện sử dụng Khung chống kim loại là một trong những loại kết cấu chống được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất để chống giữ các đường lò. So với kết cấu chống gỗ, kết cấu chống bằng kim loại có nhiều ưu điểm hơn: - Có khả năng mang tải lớn; - Thuận tiện cho việc lắp đặt, sử dụng được trong các đất đá có độ bền bất kỳ, trong các đường lò có áp lực mỏ đã xác định cũng như trong các đường lò nằm ở trong vùng ảnh hưởng của công tác khai thác; - Làm khung chống tạm thời cũng như làm khung chống cố định, làm khung chống cứng cũng như làm khung chống linh hoạt. Khung chống tạm thời bằng thép có thể sử dụng được nhiều lần. Khung chống cố định bằng thép có thể sử dụng với nhiều thời gian phục vụ khác nhau, thông thường đường lò cần phục vụ từ 5-7 năm trở lên đều có thể chống bằng khung chống thép. Trong những điều kiện thông thường, nên sử dụng khung chống thép với những đường lò có thời gian tồn tại 20-25 năm. Nhưng có một điều cần lưu ý là thép kim loại rễ bị han rỉ trong môi trường 24
25. ẩm ướt, có nước xâm thực. Vì vậy khi sử dụng khung chống thép trong các đường lò có nước cần phải có biện pháp chống rỉ cho thép. 2.Cấu tạo khung chống thép Các khung chống thép được sử dụng ở lò bằng và lò nghiêng có thể phân chia thành: kết cấu chống cứng, kết cấu linh hoạt kích thước và kết cấu linh hoạt hình dáng. a) Kết cấu chống cứng Khung chống hình thang. Về mặt kết cấu, khung chống thép hình thang tương tự khung chống gỗ, cũng gồm có một xà nóc và hai cột (và có thể có thêm dầm nền). Các khung chống thép hình thang có thể là khung kín hoặc khung hở. Các cấu kiện của khung chống thường được chế tạo từ thép đường ray cũ hoặc từ các dầm thép chữ I số hiệu 16-20 hoặc hơn nữa. Cột và xà nóc của khung chống hình thang có thể liên kết với nhau như bản đệm, thép góc với bu lông bản ốp v v như hình vẽ (Hình 6). Văng bằng gỗ giống như khung chống hình thang bằng gỗ. Các thanh giằng thường bằng thép góc hoặc thép bản dày 10-15mm bắt bu lông giữ vào cột chống. Chèn có thể bằng gỗ, bằng các tấm thép hình gợn sóng v.v. 25
26. Hình 6: Khung chống cứng hình thang bằng thép Ở khung chống hở, chân cột đặt trực tiếp vào hố chân cột dưới nền. Khi đất đá dưới nền mềm yếu, để tránh khả năng lún chân cột thì chân cột được hàn thêm một bản đệm hoặc tỳ lên dầm dọc bằng gỗ qua bản đệm hàn. Ưu điểm của khung chống hình thang là đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt. Nhược điểm: kết cấu là kết cấu cứng, khả năng mang tải kém hơn khung chống hình vòm có cùng chi phí. Khung chống hình vòm Các khung chống hình vòm cứng có khả năng mang tải cao hơn khung chống thép hình thang có cùng chi phí thép. Chúng thường được sử dụng ở những đường lò có áp lực đất đá ổn định. Khung chống gồm có hai nửa vòm uốn bằng thép hình I12-I18 hoặc thép đường ray, hai nửa vòm này được nối cứng với nhau nhờ bu lông bản nối hoặc các liên kết tương đương khác (hình 7). Mối nối là vị trí yếu nhất trong toàn bộ khung chống. Ngoài ra, chiều dài từng cấu kiện còn quá lớn nên rất khó khăn khi vận chuyển trong đường lò. Khung chống kim loại dạng vòng kín (hình 8) cấu tạo từ 3 đến 4 cấu kiện liên kết với nhau bằng bản đệm và bulông. Dạng kết cấu này nên sử dụng trong điều kiện có áp lực đất đá lớn xuất hiện từ cả 4 phía. Khi đó khả năng mang tải của kết cấu chống kín được tận dụng tối đa. Cũng giống như kết cấu chống dạng vòm, mối nối giữ các cấu kiện là vị trí yếu nhất trong toàn bộ khung chống. 26
27. Hình 7: Khung chống cứng hình vòm bằng thép Hình 8: Khung chống cứng kín bằng thép b) Khung chống kim loại linh hoạt kích thước Khung chống được uốn bằng thép lòng máng. Nó gồm có một xà cong và hai cột cong. Xà cong và cột cong được nối với nhau bằng một liên kết đặc biệt là liên kết bu lông - gông (mỗi liên kết 2 bộ gông), chính nhờ có liên kết này mà đầu xà được lồng vào trong lòng cột. 27
28. Hình 9: Khung chống thép linh hoạt về kích thước Với áp lực nhỏ, khung chống làm việc như một khung chống cứng. Khi áp lực đất đá lớn hơn lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các cấu kiện (lực ma sát này tạo ra nhờ lực xiết các bu lông gông) các cấu kiện bắt đầu bị trượt lên nhau, cụ thể là xà bị trượt trên cột. Tốc độ biến dạng của khối đất đá bên trên nhờ vậy mà giảm đi, áp lực tác dụng lên khung chống nhỏ hơn lực ma sát các cấu kiện không bị trượt nữa. Biến dạng của đá nóc tăng dần theo thời gian, áp lực lên khung chống lại lớn dần và đến một lúc nào đó lại lớn hơn lực ma sát, các cấu kiện lại trượt. Cứ như vậy cho đến khi khai thác hết độ linh hoạt của khung chống. Độ linh hoạt của khung chống theo phương thẳng đứng đạt đến 300-500mm. Để tăng độ linh hoạt của khung chống trong trường hợp cần thiết có thể sử dụng khung chống gồ 5 đoạn cấu kiện (hình 10). Khung chống thép linh hoạt hình vòm được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong các đường lò chịu ảnh hưởng của công tác khai thác, ở đó áp lực đất đá thay đổi. 28
29. Hình 10: Khung chống linh hoạt kích thước gồm 5 đoạn cấu kiện c) Khung chống kim loại linh hoạt về hình dạng Khung chống có hai loại khung chống năm khớp và khung chống ba khớp. Các thanh cấu kiện của khung chống lằm bằng thép I hay thép ray và được sử dụng ở những nơi có áp lực tác dụng thay đổi về hướng hoặc tác dụng lệch. Loại khung chống ba khớp có kết cấu đơn giản hơn vì chúng gồm hai đoạn cung cong bằng thép chữ I hoặc thép đường ray, ở đầu có hàn các bản đệm cong để ôm lấy các thìu gỗ (hoặc bê tông cốt thép) tạo thành khớp (hình 11a). Loại khung chống năm khớp hai đoạn xà cong, hai cột và ba thìu (hình 11b). Hai đầu của đoạn xà cong được hàn đế cong để ôm thìu nóc và thìu hông. Đường kính thìu gỗ bằng 18 - 22cm, chiều dài của thìu gỗ thường bằng 2-3 lần khoảng cách giữa các khung chống, tức là trên mỗi thìu gỗ có đặt 2-3 khung chống. Cột của mỗi khung chống có thể bằng gỗ, thép hoặc bê tông cốt thép. Nhờ có khớp mà khi có tải trọng thay đổi hướng hoặc tác dụng lệch thì các cấu kiện có khả năng xoay quanh khớp giảm mô men uốn đi, khung chống bị biến dạng mà không mất khả năng mang tải. a) b) 29
30. Hình 11: Khung chống thép linh hoạt về hình dạng 3.Thi công lắp dựng khung chống kim loại Thi công khung chống cứng hình thang: tương tự như khung chống gỗ. Để tăng cường khả năng chịu tải của khung chống thép hình thang, các lỗ chân cột được đào rộng thêm để đặt đế chân cột, hoặc đào các rãnh để đặt thìu doch bằng gỗ. Do các xà và cột bằng thép có trọng lượng lớn hơn gỗ nên để thuận tiện cho quá trình lắp dựng nên sử dụng các thiết bị nâng cấu kiện. Các mỏ hầm lò của nước ta vẫn chủ yếu lắp dụng bằng thủ công. Thi công khung chống cứng hình vòm: trước khi dựng khung chống cũng phải làm các công tác chuẩn bị, đào hố chân cột, dựng một nửa vòm lên, dùng chèn nhói giữ tạm sau đó dựng nốt nửa kia. Bắt bu lông, điều chỉnh xê dịch cho đúng vị trí sau đó lèn chặt chân cột, xiết chặt bu lông, đánh văng, cài chèn và chèn chặt khoảng hở sau khung chống. Thi công khung chống linh hoạt về kích thước: lần lượt dựng từng cột một, dựng được cột nào dùng chèn nhói và thanh giằng giữ tạm cột đó lại. Sau đó lên xà cong bằng tay hoặc bằng kích nâng, điều chỉnh độ cao thấp và độ thẳng đứng sau đó bắt bu lông. Chú ý xiết đều các bu lông để khung chống lún đều. Sau đó bắt giằng, đánh văng và cài chèn. Thi công khung chống linh hoạt về hình dạng: Trình tự lắp dựng khung chống ba khớp giống như khung chống cứng hình vòm hai đoạn. Chỉ khác ở chỗ phải tiến hành lên thìu nóc trước khi lắp dựng từng thanh chống và thường phải tiến hành đặt các thìu dọc dưới nền lò. Đối với loại năm khớp, chúng được lắp dựng như sau: - Lắp thìu nóc: Một đầu mộng (thường có dạng mũ ông công) được ănkhớp với mộng của thìu cũ. Đầu thìu sát ương được đỡ bằng cột bích tạm thời. Sau đó tiến hành lên tiếp hai thìu hông. Hai thìu hông được giữa bằng các cột đạp tạm thời. - Lắp đặt từng đoạn xà cong: đầu tiên cho một đầu xà cong dựa lên thìu hông để làm điểm tựa. Sau đó lựa để cho đầu xà cong ăn khớp với thìu nóc. Sau khi đã lên xong hai đoạn xà cong, điều chỉnh cho chúng nằm trong mặtphẳng vuông góc với trục lò và tiến hành lắp dựng các cột chống. - Lắp dựng hai cột cố định phía dưới các xà cong. - Kiểm tra toàn bộ khng chống theo các yêu cầu kỹ thuật. Sau đó đóng nêm các thìu và cài chèn nóc và hông lò. Cuối cùng tháo cọt bích và các cột đỡ tạm thời. Đ 4: Khung chống bê tông cốt thép Điều kiện sử dụng Khung chống bê tông cốt thép chỉ được sử dụng rất hạn chế trong chống giữ các đường lò trong mỏ do có một số nhược điểm sau: 30
31. Khung chống bê tông cốt thép phức tạp khi chế tạo, giá thành tương đối cao; Không có thiết bị cơ giới hoá và chi phí cho công tác lắp dựng lớn. Tuy nhiên khung chống bê tông cốt thép cũng có nhiều ưu điểm như: Có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng; Không phải sử dụng khung chống tạm; Khung chống bê tông cốt thép chế tạo sẵn tại các nhà máy đảm bảo chất lượng, v v 1. Cấu tạo Khung chống bê tông cốt thép kết cấu cứng (hình 12a): có hình dạng hình thang, cấu tạo gồm một xà nóc và hai cột chống bằng bê tông cốt thép. Cột chống có tiết diện ngang hình thang với đầu hình chữ nhật để dễ dàng liên kết với xà nóc. Chiều dài cột chống thay đổi từ 2,1 ~ 3,0m. Xà nóc có tiết diện hình thang với độ cao thay đổi, liên kết trực tiếp với cột chống bằng gối tựa. Khung chống dạng này sử dụng để chống lò một đường xe có tuổi thọ lớn hơn 3 năm, xây dựng trong khối đá ổn định và tương đối ổn định. Ngoài dạng tiết diện ngang bằng bê tông cốt thép đặc, hiện nay còn có dạng tiết diện rỗng ruột để giảm bớt trọng lượng khung chống (hình 12b). Khung chống bê tông cốt thép kết cấu linh hoạt hình thang (hình 12c): có tiết diện các cấu kiện trong khung chống rỗng ruột. Cột chống và xà nóc có cùng dạng tiết diện, đường kính lỗ rỗng phía trong cấu kiện bằng 114mm. Khả năng linh hoạt của khung chống đạt được nhờ sự dịch chuyển cột chống gỗ lắp vào trong lỗ rỗng của cột chống bê tông cốt thép dưới tác dụng của ngoại lực. Đoạn cột gỗ này có đường kính lớn hơn đường kính lỗ rỗng cột chống từ 5 đến 10mm tuỳ thuộc vào tỷ trọng của gỗ. Khung chống loại này thường dùng để chống lò một đường xe có áp lực nóc tương đối lớn. Khung chống bê tông cốt thép hình vòm (hình 12d ): cấu tạo từ hai cột chống thẳng (1) và hai cấu kiện hình vòng tại nóc (2). Tiết diện ngang của cột hông và xà nóc có hành dạng chữ T. Các cấu kiện liên kết với nhau bằng những đoạn thép lòng mo (3), lá thép (4) và bản đệm bulông (5). Độ linh hoạt đạt được nhờ sự dịch chuyển các cấu kiện tại vị trí mối nối. a) b c) ) d 31 ) e) Hình 12: Khung chống bê tông cốt thép
32. Khung chống bê tông cốt thép dạng vòng tròn (hình 12e): dùng để chống giữ các đường lò xây dựng trong đất đá yếu, không ổn định, chịu tải trọng lớn từ cả nóc, hông và nền công trình. Khung chống cấu tạo từ 4 đến 6 cấu kiện hình cong có tiết diện hình thang. Các cấu kiện liên kết với nhau cũng tương tự như kết cấu hình vòm. Kết cấu chống dạng này có ưu điểm là các cấu kiện có thể lắp lẫn nhau, thay đổi kích thuớc đường lò cần chống giữ bằng cách thay đổi số cấu kiện trong một vòng chống. Độ linh hoạt của khung chống đạt được nhờ sự dịch chuyển lại gần nhau của các cấu kiện tại vị trí mối nối (các cấu kiện được lắp dựng cách nhau một khoảng 6 đến 7cm trong mối nối). Tại thời điểm hết khả năng linh hoạt, khung chống làm việc như kết cấu khớp. II - VỎ CHỐNG LẮP GHÉP Đặc điểm của vỏ chống lắp ghép khác với khung chống lắp ghép là ở chỗ các cấu kiện cấu thành vỏ chống lắp ghép không chỉ thực hiện chức năng mang tải mà còn thực hiện cả chức năng ngăn ngừa, bảo vệ. Các cấu kiện của vỏ chống lắp ghép (tuybing, bê tông cốt thép đúc sẵn) được chế tạo tại nhà máy dưới dạng thành phẩm và chuyển đến địa điểm xây dựng để lắp dựng trong công trình. Nhìn chung, vỏ chống lắp ghép cũng có những ưu điểm tương tự như khung chống bê tông cốt thép. Đ 5. Vỏ chống tuybing lắp ghép 1. Điều kiện sử dụng Vỏ chống tuybing lắp ghép được sử dụng để chống giữ các đường lò cơ bản đào trong đất yếu, trong vùng chịu ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ. 2. Cấu tạo 32
33. Vỏ chống lắp ghép tuybing thường được chế tạo dưới hai dạng: tuybing mặt hông tiếp giáp cong và tuybing mặt hông tiếp giáp phẳng. Vỏ chống lắp ghép tuybing mặt hông tiếp giáp cong là một kết cấu lắp ghép kín liên tục, cấu tạo từ các khối tuybing mặt nhẵn lắp ghép với nhau. Tuybing là một cấu kiện hình trụ mặt nhẵn, phía lõm hướng về phía công trình ngầm. Tuybing được chế tạo với cạnh sườn lồi được tăng độ bền, độ cứng. Để tạo điều kiện dễ dàng khi lắp dựng, trong tuybing có gắn sẵn các móc. Số lượng tuybing trong vòng chống khoảng từ 5 đến 7. Chiều rộng mỗi khối tuybing thông thường là 1m. Các vòng tuybing liên kết với nhau bằng các mạch liên kết ngang. Phương pháp này được thực hiện nhờ các tuybing bán kết cấu (một nửa tấm tuybing). Gân sườn tuybing theo phương bán kính có một đầu lồi (bán kính lồi 200mm) và một đầu lõm (bán kính lõm 240mm), nhờ đó mối liên kết khớp trên các mặt cong giữa các tấm tuybing được bảo đảm. Vỏ chống lắp ghép tuybing mặt hông tiếp giáp cong được sử dụng để chống giữ các đường lò xây dựng cơ bản nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ khi không có hiện tượng bùng nền. Vỏ chống lắp ghép tuybing mặt hông tiếp giáp phẳng dùng để chống giữ các đường lò bằng, lò nghiêng một đường xe hoặc hai đường xe được đào trong khối đá tương đối ổn định hoặc mất ổn định (góc nghiêng tối đa đường lò thường không vượt quá 250). Vỏ chống lắp ghép tuybing mặt hông tiếp giáp phẳng có thể có dạng hình vòm, hình tròn và hình móng ngựa kết cấu kín. Trong vòm chống tuỳ theo kích thước tiết diện công trình mà số lượng tấm tuybing trong một vòng có thể thay đổi từ 5 đến 7. Tuybing là một kết cấu hình trụ bê tông cốt thép mặt nhẵn lõm hướng về phía trong đường lò. Biên ngoài tuybing được chế tạo với cạnh gờ vững chắc. Tuybing có hai loại về kích thước: tuybing toàn phần và tuybing bán phần. Các vòng chống được liên kết với nhau bằng mối liên kết mạch ngang theo phương pháp đặt tấm tuybing bán phần tại đáy để tạo sự so le nhau giữa các mạch nối của hai vòng chống liền kề. 3. Thi công Trước khi tiến hành lắp ráp các vòng tuybing phải thực hiện công tác kiểm tra và tẩy sạch các hong đá mỏi trên biên lò. Sau đó chuẩn bị bề mặt đáy đường lò để lắp tấm tuybing đầu tiên trong vòng chống. Các tấm tuybing tiếp theo đượclắp dựng theo chiều từ dưới lên. Để lắp ghép các tấm tuybing, tại một số nước đã sử dụng thiết bị tự hành có tay nâng. Để đảm bảo sự làm việc tốt của vỏ chống, khoảng trống phía sau vỏ tuybing (nếu có) phải được chèn lấp đầy cẩn thận và đồng đều bằng đất đá thải trên suốt chu vi lò. Đ 6: Vỏ chống lắp ghép từ các khối bêtông đúc sẵn 1.Điều kiện sử dụng Vỏ chống bằng bê tông cốt thép đúc sẵn chưa được sử dụng rộng rãi nhưng hiện nay đã có khá nhiều loại vỏ chống đã được thiết kế và sử dụng với nhiều điều kiện địa chất khác nhau đã cho kết quả khá tốt. Trong tương lai, cùng với việc tăng mức độ cơ giới hoá trong các mỏ, khung chống bê 33
34. tông cốt thép đúc sẵn sẽ được sử dụng rộng rãi. Các cấu kiện của khung chống bê tông cốt thép lắp ghép được sản suất hàng loạt bằng bê tông thông thường hoặc bê tông ứng suất trước ở phân xưởng trên mặt đất. So với vỏ chống bê tông liền khối, khung chống bê tông cốt thép đúc sẵn có rất nhiều ưu điểm : Có thể lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng đồng thời với các công tác khác trong gương lò, các cấu kiện của nó được chế tạo hàng loạt được đông cứng trong điều kiện dưỡng hộ tốt nên chất lượng cao hơn. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là trọng lượng các cấu kiện nặng và chi phí kim loại lớn. 2. Cấu tạo Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn là một kết cấu chống linh hoạt nhiều khớp. Vỏ chống được lắp dựng từ các khối bê tông đúc sẵn hình nêm. Tại các vị trí mối nối, để kết cấu chống có tính linh hoạt và đảm bảo tính truyền lực theo mặt tiếp xúc giữa các tấm thường bố trí các tấm đệm gỗ dầy 30 đến 40mm. Khoảng trống sau vỏ chống phải được lấp đầy bằng đá hay loại vật liệu khác để đảm bảo sự tiết xúc giữa bề mặt ngoài vỏ chống với đất đá bao quanh. Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông cốt thép đúc sẵn có hai dạng: vỏ chống kín và không kín (hở). Dạng vỏ chống kết cấu kín được dùng để chống giữ trong các đường lò xây dựng trong đất đá mềm yếu, không ổn định, chịu tác dngj của áp lực đất đá từ cả bốn phía. Dạng vỏ chống kết cấu hở không có vòm ngược được dùng trong khối đá tương đối ổn định, không có hiện tượng bùng nền. Chiều dầy của mỗi tấm bê tông cốt thép đúc sẵn được xác định tuỳ thuộc vào yêu cầu mang tải cả vỏ chống và có thể đến 400mm. Các khối nóc có lỗ trung tâm để lắp ráp, treo thiết bị và phun ép vữa lấp đầy hoặc gia cố phía sau vỏ chống nếu cần. 34
35. Hình 13: Vỏ chống lắp ghép từ các khối bê tông đúc sẵn 3. Thi công vỏ chống Việc lắp đặt các vỏ chống bê tông cốt thép đúc sẵn đòi hỏi trình độ cơ giới hoá cao, trọng lượng các cấu kiện rất nặng 90-400kg nên nếu lắp bằng tay không những nặng mà còn nguy hiểm. Hiện nay đã có nhiều máy nâng, máy chống lò để xây dựng các vỏ chống nhưng các máy mới chỉ giải quyết được khâu nâng các cấu kiện nặng còn các thao tác khác vẫn phải làm bằng tay, vì vậy đây là vấn đề cần nghiên cứu kỹ hơn. III - VỎ CHỐNG LIỀN KHỐI Kết cấu vỏ chống liền khối để chống giữ các đường lò được chế tạo bằng vật liệu bê tông, bê tông cốt thép. Đây là dạng kết cấu vỏ chống được sử dụng nhiều nhất để chống giữ các đường lò cơ bản trong mỏ. Ngoài ra, trong dạng kết cấu vỏ chống liền khối còn sử dụng loại vật liệu gạch đá xây. Ở nước ta, dạng vỏ chống này đã được sử dụng rất hiệu quả để chống giữ hàng nghìn mét lò cơ bản trong mỏ Mạo Khê. Tuy nhiên, hiện nay loại vật liệu này ít được sử dụng. Về hình dạng, vỏ chống liền khối có các dạng sau: vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng; vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng có vòm ngược; vỏ chống bê tông hình vòm, tường cong, có vòm ngược (bao gồm cả 35
36. hình tròn); vỏ chống bằng bê tông phun; vỏ chống bê tông với cốt thép mềm; vỏ chống bê tông với cốt thép cứng. Trong đó, kết cấu vỏ chống bê tông hình vòm, tường thẳng đứng được sử dụng rỗng rãi nhất, đây là dạng kết cấu chịu áp lực lớn theo phương thẳng đứng rất tốt. Dạng kết cấu vỏ chống hình vòm, tường cong được sử dụng trong khối đá xuất hiện cả áp lực hông lớn. Trong trường hợp xuất hiện cả áp lực đất đá ở phía nền thì sử dụng dạng kết cấu vỏ chống có vòm ngược hoặc vỏ chống hình tròn. Đ 7: Kết cấu vỏ chống bê tông liền khối 1. Cấu tạo và phạm vi sử dụng. Kết cấu vỏ chống bê tông liền khối có ưu điểm sau: độ bền vững cao, khả năng chống cháy tốt, sức cản khí động học nhỏ, tính chống thấm của vỏ chống tốt, vỏ chống và đất đá bao quanh có sự liên kết tốt có lợi cho sự làm việc của vỏ chống. Tuy nhiên, loại vỏ chống này cũng có một số nhược điểm nhất định: không có khả năng chịu tải ngay sau khi lắp dựng, không phát huy hiệu quả trong điều kiện tải trọng đất đá phân bố không đều và giá trị dịch chuyển của biên lò lớn (vượt quá 50mm). Trong đa số các trường hợp, đòi hỏi phải áp dụng biện pháp chống tạm trước khi thi công lắp dựng vỏ chống bê tông liền khối, kết quả là làm tăng chi phí thi công. Khi sử dụng loại vỏ chống bê tông liền khối trong môi trường có tính ăn mòn, xâm thực lớn, tuổi thọ của kết cấu chống giảm. Để tăng phạm vi áp dụng của loại vỏ chống này, đảm bảo cho khả năng làm việc bình thường của vỏ chống trong những điều kiện mức độ dịch chuyển của biên lò lớn, có thể kết hợp vỏ chống bê tông liền khối với một lớp vật liệu lấp đầy sau khoảng trống giữ bề mặt ngoài cuả vỏ chống với đất đá bao quanh có tính linh hoạt. Do khả năng chịu kéo của bê tông kém nên khi lực gây ứng suất kéo trong vỏ chống bê tông lớn đòi hỏi phải bố trí cốt thép trong vỏ chống. Cốt thép chịu lực đường kính thay đổi từ 8 đến 25mm được lắp dựng theo phương vuông góc với trục dọc công trình, chiều dầy lớp bê tông bảo vệ lấy theo quy phạm bê tông cốt thép hiện hành. Trong thực tế, do sự biến đổi của biểu đồ mômen dọc theo vỏ chống trên mặt cắt ngang nên để thuận tiện cho thi công thường sử dụng vỏ chống bê tông với cốt kép (cốt thép được lắp dựng ở cả mặt trong và mặt ngoài của vỏ chống). Trong nhiều trường hợp, khi khối đá mất ổn định không cho phép tháo vì thép chống tạm trước khi đổ vỏ bê tông liền khối thì có thể lưu vì thép lại trong vỏ chống bê tông để làm cốt thép cứng. Cốt thép cứng có thể làm bằng vì thép I, thép lòng mo. Vỏ chống dạng này có thể chế tạo dưới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chống hở. Một trong những nhược điểm của dạng vỏ chống với khung cốt chịu lực chữ I là khả năng linh hoạt không cao. Vì thế, để khắc phục nhược điểm trên có thể thay thế khung cốt thép cứng chữ I bằng khung cốt thép linh hoạt 36
37. cấu tạo bằng thép lòng mo. Các khung thép lòng mo linh hoạt được lắp dựng ngay sát gương lò đóng vai trò làm khung chống tạm. Sau khi mất hết khả năng linh hoạt và chuyển sang chế độ làm việc “cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai trò làm cốt cứng. 2. Thi công vỏ chống Theo quan hệ với công tác đào mà công tác xây vỏ chống bằng bê tông, bê tông cốt thép, gạch đá có thể thi công theo các sơ đồ khác nhau: - Nối tiếp sau khi đào, khoảng cách từ gương đào đến vị trí xây vỏ chống bằng khoảng 10-20m. Sơ đồ này thường dùng cho các đường lò dài và rộng, trong đó các công tác đào và xây vỏ không ảnh hưởng lẫn nhau, kết cấu chống tạm không lớn và có thể sử dụng lại. - Xây vỏ sau khi đào xong công trình: sơ đồ này dùng cho các công trình không dài và rộng lắm, đất đá khá vững chắc. - Xây vỏ chống đồng thời với công tác đào gương: sơ đồ này dùng cho các hầm trạm lớn, công tác đào và xây được tiến hành đồng thời mà không ảnh hưởng đến nhau. a- Thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép: Khi thi công vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép, để tạo cho vỏ chống có hình dạng cần thiết và tạm giữ khối xây bê tông chưa đông cứng, người ta dùng các khuôn kim loại hoặc gỗ đặt trong lò, các khuôn này được gọi là ván khuôn (cốp pha). Kết cấu chịu tải của ván khuôn là vòm khuôn, vòm khuôn chịu toàn bộ trọng lượng của khối bê tông và trong một số trường hợp còn chịu cả trọng lượng đá nóc. Vòm khuôn có thể uốn bằng thép chữ I, thép chữ C hoặc ray nhỏ theo đường biên lò. Vòm khuôn cũng có thể ghép bằng gỗ, đóng đinh lại với nhau. Trong các đường lò tiết diện lớn, vòm khuôn gỗ được tăng sức bằng các cột đứng và cột xiên. Vòm khuôn được đặt trên cột qua nêm 2 chiều. Giữa các cột phải có văng dọc. Các công việc được tiến hành theo thứ tự tháo bỏ hoặc bắn dịch khung chống tạm vào phía trong, đào móng, sửa tường, đổ móng, dựng cột và lắp ván khuôn phần tường, đổ bê tông tường, lắp ván khuôn, lát ván và đổ vòm. Nếu có cốt thép thì cốt thép phải được buộc (hoặc hàn) thành lưới và định vị chắc chắn trước khi đổ bê tông. - Bê tông chỉ được trộn ngay tại chỗ hoặc trộn từ xa chuyển băng chuyền hoặc đường ống. Thời gian từ lúc đổ nước vào máy trộn đến khi đổ bê tông không lâu quá 30-45 phút. - Việc đổ bê tông phải đảm bảo cho bê tông liền khối (không bị phân lớp). Muốn vậy phải đổ bê tông liên tục, tính chiều dày mỗi lớp đổ, cách đổ và cấp phối bê tông đúng theo thiết kế. - Bê tông được đổ thành từng lớp, mỗi lớp dày 20-30cm tuỳ thuộc vào kích thước các hạt cốt liệu, loại máy đầm. Ví dụ với bê tông cứng, đầm tay thì chiều dày mỗi lớp đổ bằng 3 lần kích thước các hạt cốt liệu lớn nhất. 37
38. - Khi đổ phải đầm để tăng độ liên kết, tăng độ bền và độ chống thấm của bê tông, giảm chi phí xi măng (20-30%) và cho phép sớm dỡ cốp pha. Chân vòm là nơi dễ bị phá hoại nếu không được đổ phân lớp tại chỗ này. Nếu đang đổ tường mà vì lý do nào đó phải dừng lại thì tốt nhất nên dừng lại ở phía dưới chân vòm một đoạn. Sau khi bê tông đã đông cứng và đạt trên 70% độ bền thiết kế thì có thể dỡ ván khuôn. b- Thi công vỏ chống gạch đá: - Trình tự thi công như trên. - Kết cấu ván khuôn tương tự như vỏ chống bê tông. Khi xây cần theo đúng quy phạm, chẳng hạn cần phải đảm bảo một số yêu cầu sau: + Mạch dọc của hàng gạch trên và hàng gạch dưới không được trùng nhau mà phải lệch nhau 1/2-1/4 viên gạch. + Mạch dọc trong mỗi hàng phải thẳng suốt chiều cao viên gạch. Mạch ngang của từng hàng cũng phải thẳng. + Mạch xây không được trùng ở góc tường, ở chỗ các bộ phận giao nhau. + Mạch hướng tâm của vòm nóc không được trùng với đỉnh vòm v.v. 8. Vỏ chống bê tông phun 1. Cấu tạo và phạm vi sử dụng Vỏ chống bê tông phun là một dạng khác của vỏ chống bê tông liền khối được sử dụng để chống giữ các đường lò xây dựng trong đất đá ổn định, ít nứt nẻ, nằm ngoài vùng ảnh hưởng của công tác khai thác lò chợ. Vỏ chống bê tông phun là loại vỏ chống mới hiện nay đang được sử dụng rất hiệu quả trong các đường lò ở Việt nam và trên thế giới. Vỏ chống bê tông phun có khả năng mang tải ở những mức độ khác nhau: ngăn ngừa, bảo vệ, chống phong hoá cho bề mặt đất đá; làm vỏ chống tạm; thực hiện chức năng mang tải chính. Hỗn hợp vữa bê tông phun lên bề mặt công trình ngầm không chỉ làm giảm độ gồ ghề của bề mặt mà còn xâm nhập vào các khe nứt trên biên công trình. Kết quả là tạo nên một vòng đá gia cường cùng với vỏ chống thực hiện chức năng mang tải hay nói cách khác là huy động được khả năng mang tải của khối đá. Ngoài ra, vỏ chống bê tông phun còn có ưu điểm là có thể áp dụng cho đường lò có hình dạng bất kỳ và có khả năng sử dụng kết hợp với nhiều dạng vật liệu chống khác. Vỏ chống bê tông phun có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các loại vật liệu chống khác như vì neo, khung chống thép, v v Trong những trường hợp đó, bê tông phun đóng vai trò ngăn ngừa, chống sụt lở của đất đá bề mặt biên đào trong vùng nằm giữa các khung chống, thanh neo. Để tăng khả năng mang tải của bê tông phun, hiện nay có sử dụng các dạng bê tông phun có lưới thép, bê tông phun sợi thép. 38
39. Vỏ chống bê tông phun sử dụng rất hiệu quả khi áp dụng với công nghệ nổ mìn tạo biên. Bởi vì trong trường hợp đó sẽ giảm được hiện tượng đào lẹm, đảm bảo độ nhẵn phẳng của bề mặt biên đào, giảm mức độ phá huỷ đất đá trên biên. Điều này có tác dụngtránh hiện tượngtập trung ứng suất tại những điểm lồi lõm trên biên công trình không có lợi cho vỏ chống đồng thời đảm bảo chức năng của vỏ bê tông phun là huy động khả năng mang tải của khối đá cùng làm việc 2. Thi công vỏ chống bê tông phun Có hai loại bê tông phun cơ bản: - Bê tông phun trộn khô - Bê tông phun trộn ướt Đối với bê tông phun trộn khô, các thành phần trong hỗn hợp bê tông được trộn khô với nhau trước khi hoà với nước tại đầu vòi phun. Đối với bê tông phun trộn ướt, các thành phần của nó cũng tương tự như đối với bê tông phun trộn khô, chỉ khác ở chỗ nước được trộn với các thành phần khác ngay tại thùng trộn còn tất cả các phụ gia được thêm vào trong hỗn hợp tại đầu vòi phun. Trong thực tế, phương pháp sử dụng bê tông phun trộn khô thông thường được sử dụng nhiều nhất. Chất lượng của lớp bê tông phun phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng trong hỗn hợp và thiết kế thành phần hỗn hợp trộn. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào trình độ và kỹ năng của người thực hiện phun bê tông. Ở đây giới thiệu một thiết kế thành phần hỗn hợp điển hình tính theo phần trăm trọng lượng khô: Xi măng 15 - 20% Cốt liệu thô 30 - 40% Cốt liệu mịn, cát 40 - 50% Phụ gia 2 - 5% Tỷ lệ nước/ximăng (theo trọng lượng) đối với hỗn hợp bê tông phun trộn khô nằm trong giới hạn 0.3 - 0.5 và sẽ được điều chỉnh bởi người vận hành cho phù hợp với điều kiện thực tế. Để làm tăng khả năng liên kết, độ bền chịu uốn, chịu cắt, giảm sự hình thành các khe nứt co ngót trong bê tông có thể sử dụng biện pháp bổ xung vào trong lớp bê tông phun các sợi thép dài 50 mm đường kính 0.4-0.8 mm. Chúng sẽ được thêm vào trong hỗn hợp bê tông phun theo các chỉ dẫn của nhà sản xuất. Khi phun bê tông, đầu vòi phun nên giữ vuông góc với bề mặt phun và cách đó một khoảng 1.0 m. Trong trường hợp dùng làm vỏ chống cố định, bê tông phun thường có chiều dày từ 100 mm - 500 mm. Nếu bê tông phun có chiều dày lớn, chúng sẽ được phun thành nhiều lớp để giảm lượng rơi, mỗi lớp dầy 50-70mm. 39
40. IV – CÁC DẠNG KẾT CẤU CHỐNG KHÁC Đ 9. Vì neo 1. Giới thiệu chung Vì neo là một dạng kết cấu chống mang tính chủ động hiện nay đang được áp dụng rất rộng rãi trong ngành mỏ Những lý do để neo được sử dụng rộng rãi bao gồm: 40
41. - Tính đa năng có thể sử dụng với mọi công trình có hình dạng, tiết diện khác nhau; - Sử dụng đơn giản và nhanh chóng; - Gía thành tương đối rẻ; - Có thể cơ giới hoá công tác lắp đặt neo. Khi sử dụng neo, các thông số của chúng như mật độ neo, chiều dài neo có thể thay đổi, đây là một yêu cầu thường xuyên được đặt ra để sử dụng neo phù hợp với điều kiện khối đá tại nơi sử dụng. Một ưu điểm khác nữa là neo có thể dễ dàng kết hợp với các dạng kết cấu chống khác chẳng hạn như với các kết cấu chống giữ mang tính bị động đã đề cập ở trên, lưới thép, BTP hoặc vỏ bê tông đổ tại chỗ. Ngoài ra, việc lắp đặt neo ngay sau khi nổ mìn chính là chìa khoá quan trọng để duy trì tính liền khối ban đầu của khối đá. Có rất nhiều những loại neo có ưu điểm là cung cấp khả năng mang tải, giữ ổn định khối đá ngay lập tức sau khi lắp đặt. Một sơ đồ thể hiện quy trình sử dụng biện pháp gia cố bằng neo được đưa ra trên hình 14. Một điều rất quan trọng đó là tất cả các kỹ sư thiết kế đều phải nắm được và hiểu rõ quy trình này. 2. Phân loại neo Ngày nay trên thế giới thường sử dụng một số các loại neo khác nhau. Nhiều loại neo cho thấy chúng có sự khác nhau không đáng kể về mặt kết cấu và đều dựa trên cùng một khái niệm (nguyên lý) gia cố chung. Trên cơ sở các ứng dụng thực tế, sau khi xem xét các hệ thống neo điển hình, có thể sắp xếp các loại neo khác nhau thành các nhóm với những đặc trưng mang tính đại diện cho từng nhóm. Trong phạm vi cuốn sách này, đối với mỗi nhóm neo, chỉ xem xét những loại neo được sử dụng rộng rãi nhất. Các loại neo được xem xét bao gồm: - Neo cơ học. - Neo dính kết và neo cáp - Neo ma sát Trước khi xây dựng Trong khi xây dựng Sau khi xây dựng -Kết quả khảo sát ban đầu -Khảo sát chi tiết điều kiện Đánh giá kết điều kiện địa cơ học khối đá địa cơ học khối đá quả trong -Mức độ đòi hỏi của -Lắp đặt neo thời gian dài công trình (quy mô, tầm -Sử dụng các phương pháp đánh giá kết quả gia cố quan trọng, thời gian tồn 41 tại ) -Các trường hợp tương tự trước đây -Lựa chọn loại neo -Xem xét kinh nghiệm -Thiết kế sơ bộ -Xem xét thiết kế -Lựa chọn phương pháp đánh giá kết quả -Thiết kế mới
42. Hình 14: Sơ đồ thi công neo 2.1 Neo cơ học. Các loại neo có kết cấu mở rộng để liên kết với khối đá, kể cả dạng tiêu chuẩn hay phi tiêu chuẩn, đều được gọi chung là neo cơ học. Sự mở rộng của khoá neo đều tuân theo những nguyên tắc chung đối với cả các loại neo cơ học. Khi xoay thân neo trong quá trình lắp đặt, phần kết cấu dạng nêm tại khoá neo sẽ bị kéo lùi về phía miệng lỗ khoan. Thanh nêm sẽ gây ra lực đẩy các cánh của khoá neo sạng phía bên khiến chúng mở rộng ra và ép sát lên bề mặt thành lỗ khoan. Hai cơ chế chính để khoá neo liên kết với thành lỗ khoan đó là: ma sát và khóa cứng. Trong đó, cơ chế khoá cứng đóng vai trò quan trọng hơn đối với mục đích tạo ra tác động chống giữ tối ưu của neo. Neo cơ học đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành mỏ, đặc biệt trong khai thác than, ngoài ra chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng dân dụng. Để có thể sử dụng làm kết cấu chống cố định, khoảng trống giữa thân neo và thành lỗ khoan được lấp đầy bằng các chất lấp nhét. Do đặc tính làm việc của neo nên trong thực tế neo cơ học chỉ được sử dụng trong các điều kiện môi trường đá cứng và tương đối cứng. Không nên sử dụng chúng trong điều kiện đá rất cứng bởi khi đó đầu neo nở sẽ không có khả năng liên kết tốt với thành lỗ khoan và neo sẽ bị phá huỷ (tách chẻ) dưới tác dụng của tải trọng. 2.2 Neo dính kết và neo cáp. Neo dính kết và neo cáp sử dụng các chất dính kết bên trong lỗ khoan bằng vữa xi măng hoặc chất dẻo. Liên kết giữa neo và khối đá trên suốt toàn bộ chiều dài của neo được thực hiện theo 3 cơ chế sau: - Liên kết hoá học - Liên kết ma sát và - Khoá cứng 42
43. Hai dạng sau là những cơ chế liên kết quan trọng nhất. Biện pháp sử dụng liên kết bằng hoá học ít khi được sử dụng. 2.2.1 Neo dính kết. Neo dính kết đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ 40 năm trước đây trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và các ngành kỹ thuật dân dụng. Hầu hết các loại kết cấu neo dính kết đều bao gồm các thanh thép trơn hoặc thép gân được dính kết trên suốt chiều dài của thanh neo. Vật liệu thông thường sử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng hoặc chất dẻo. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu chống tạm hoặc kết cấu chống cố định trong các điều kiện khối đá khác nhau. Loại neo làm từ thép gân thường được sử dụng nhiều nhất để làm vỏ chống cố định, đặc biệt trong các công trình xây dựng dân dụng. Cách đây một vài năm đã có những dự đoán cho rằng chất dẻo sẽ được sử dụng để thay thế vữa xi măng làm chất dính kết trong neo. Song vì một số lý do mà chủ yếu là do giá thành còn cao nên hiện chất dẻo vẫn còn ít được sử dụng. 2.2.2. Neo cáp. Neo cáp dính kết đã được sử dụng từ khoảng thời gian 20 đến 30 năm trước đây để gia cố cho các công trình nằm trong đá. Với cùng mục đích đó, neo cáp đã được sử dụng trong ngành công nghiệp mỏ bắt đầu từ khoảng 15 đến 20 năm trước đây. Neo cáp được định nghĩa là một kết cấu gia cố, thông thường được tạo ra từ các tao hoặc sợi cáp, lắp đặt có ứng suất hoặc không ứng suất trước và được dính kết bằng vữa xi măng. Neo cáp gia cố khối đá có thể có chiều dài bất kỳ. Sử dụng neo cáp trong xây dựng mỏ nói chung khác so với khi sử dụng trong xây dựng dân dụng. Trong xây dựng mỏ, chủ yếu sử dụng loại neo cáp không ứng suất trước dính kết trên toàn bộ chiều dài neo bằng vữa và nói chung chỉ dùng làm vỏ chống tạm thời. Trong khi đó, đối với xây dựng dân dụng, thường sử dụng loại neo cáp ứng suất trước làm thành kết cấu chống cố định. Hầu hết tất cả các loại neo cáp đều sử dụng vữa xi măng làm chất dính kết. Cáp thường sử dụng loại có đường kính 15.2 mm, gồm 7 sợi thép bện xoắn với nhau và thông thường trong mỗi lỗ khoan sử dụng 2 sợi cáp. Nhằm mục đích làm tăng độ bền liên kết giữa sợi cáp với vữa dính kết cũng như để tăng độ cứng của kết cấu neo, sợi cáp thường có cấu tạo kiểu bện hở hoặc kiểu "túm lồng chim". Đối với các sợi cáp loại này cũng thông thường sử dụng hai sợi cáp trong mỗi lỗ neo. 2.3 Neo ma sát. Có thể coi neo ma sát là loại neo tiên tiến nhất trong lĩnh vực gia cố đá. Hai loại neo ma sát điển hình bao gồm: "neo ống chẻ"- Split set và "neo ống nở"- Swellex. Đối với cả hai loại neo trên, sức kháng ma sát chống lại hiện tượng trượt (riêng đối với neo Swellex bao hàm thêm cả cơ cấu khoá) được tạo ra nhờ áp lực hướng kính tác dụng từ neo lên thành lỗ khoan trên suốt chiều dài của neo. Neo ma sát là loại neo duy nhất mà trong đó tải trọng từ khối đá 43
44. được truyền trực tiếp lên neo không qua bất kỳ kết cấu trung gian nào khác như kết cấu khoá cơ học hay chất dính kết sử dụng trong các loại neo cơ học và neo dính kết. Mặc dù ở trên, khi trình bày, ta gộp chung cả hai loại neo trên vào nhóm neo ma sát song giữa chúng vẫn có những sự khác nhau đáng kể. Sự khác nhau đó nằm trong cơ chế liên kết giữa neo với thành lỗ khoan, tính tác động gia cố đối với khối đá của từng loại cũng như quy trình lắp đặt chúng. Nói một cách chính xác, chỉ có duy nhất loại neo ống chẻ được gọi là neo ma sát và vì vậy đôi khi còn gọi là neo ma sát ống chẻ ổn định khối đá. Cơ chế liên kết của neo Swellex bao gồm cả ma sát và khoá cứng. Đối với loại neo Swellex EXL, khi tải trọng tác dụng trong neo đạt tới độ bền kéo cuối cùng của neo thì nó mới bắt đầu trượt. Loại neo này có khả năng chịu những biến dạng lớn mà không có sự phá huỷ neo xảy ra. Nhờ đặc tính có khả năng chịu những biến dạng lớn mà hai loại neo: neo ống chẻ và neo Swellex EXL rất phù hợp để sử dụng trong điều kiện đất đá có tính biến dạng lớn. Phạm vi áp dụng chủ yếu của neo ống chẻ là trong công nghiệp Mỏ còn đối với xây dựng dân dụng thì nó rất ít khi được sử dụng. Trong khi đó, neo Swellex có thể sử dụng trong tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm kết cấu gia cố trong các đường hầm dân dụng. 3. Lắp đặt neo Công tác lắp đặt neo đá và neo cáp nên được tổ chức sao cho chúng trở thành một phần bên trong của chu trình đào và kết cấu neo đóng vai trò là một kết cấu chống tạm thời. Hoặc sau đó có thể lắp đặt bổ xung thêm neo để tạo thành kết cấu chống cố định. Việc lựa chọn loại neo lắp đặt nên dựa trên cơ sở xem xét một cách tổng thể hệ thống kết cấu chống dự kiến (xem xét sự làm việc đồng thời giữa neo và các dạng kết cấu chống khác, ví dụ như bê tông phun, vỏ bê tông đổ tại chỗ, v v ). Những người có kinh nghiệm, được đào tạo và có năng lực tốt sẽ giúp thi công lắp đặt neo đạt chất lượng tốt nhất. Nói chung cho đến thời gian gần đây, lắp đặt neo cáp vẫn còn là một vấn đề trong khi thi công. Công nghệ lắp đặt neo cáp vẫn thông thường sử dụng những quy trình lắp đặt thủ công. Mặc dù vậy, ngày nay đã có nhiều loại thiết bị thực hiện cơ giới hoá toàn bộ công tác khoan cắm neo tương ứng với tất cả các loại neo kể cả neo đá và neo cáp. Các thiết bị này có thể thực hiện việc lắp neo theo một chu trình khép kín hoàn toàn. Công suất lắp đặt neo đối với các máy khoan cắm neo thường khá lớn và chất lượng neo lắp đặt ổn định hơn so với lắp đặt neo bằng thủ công. Cũng như vậy, đối với yếu tố an toàn và sức khoẻ của con người, sử dụng các thiết bị lắp đặt neo sẽ tạo điều kiện làm việc tốt hơn. Tuy nhiên, để lựa chọn loại máy khoan cắm neo cũng cần căn cứ vào khối lượng công việc để đảm bảo chi phí sử dụng thiết bị (tính toán khấu hao thiết bị hợp lý). Có một số sự khác nhau giữa neo đá và neo cáp trong sử dụng và trong kỹ thuật lắp đặt neo. Trước khi thực hiện lắp đặt neo, một điều rất quan trọng 44
45. là phải thực hiện tốt công tác cậy chọc đá om. Một nguyên nhân thường gây ra những tai nạn trong thi công CTN chính là do không thực hiện tốt công tác này sau khi nổ mìn. Thông thường vẫn sử dụng biện pháp cạy chọc đá om bằng các thiết bị cơ giới và nói chung nó cho kết quả tốt đồng thời an toàn đối với những người thực hiện công việc. Mặc dù vậy, nếu cạy chọc đá om "quá mức" có thể gây ra những tác động không có lợi tới tính ổn định của khối đá. Chính vì vậy, phải rất cẩn thận khi thực hiện công việc này. Khi không thể sử dụng biện pháp cơ giới thì có thể sử dụng biện pháp thủ công nhưng phải đảm bảo những cục đá nhỏ không bị rơi xuống do hậu quả của quá trình biến dạng đường hầm, do ảnh hưởng của những chu kỳ nổ mìn tiếp theo hay của công tác khoan tại những khu vực lân cận. 3.1 Lắp đặt neo cơ học Đường kính lỗ khoan là yếu tố quyết định khi lắp đặt các neo cơ học. Không thể lắp đặt thanh neo khi đường kính lỗ khoan quá lớn hoặc quá nhỏ. Để lắp đặt, thanh neo được đút vào trong lỗ khoan sao cho tấm đệm ép sát vào bề mặt đá. Tiếp đó tiến hành vặn đai ốc cho tới khi đạt được lực xoắn cần thiết. Công việc này có thể thực hiện bằng một thiết bị có khả năng tự động dừng khi áp lực đo được tương ứng với mô men xoắn định trước. Phạm vi mô men xoắn áp dụng thông thường là 135 - 340 Nm (100 - 250 ft-lb) hoặc 4.5 KN so với 50% giá trị giới hạn dẻo của neo hoặc bất cứ giá trị nào nhỏ hơn khả năng mang tải của neo. Sau khi đã tạo ra lực xoắn, lực kéo trong neo tăng, kết cấu khoá neo cơ học tại đáy lỗ khoan sẽ được liên kết chắc chắn với thành lỗ khoan. Mối quan hệ giữa lực xoắn-lực kéo trong neo có thể thay đổi khi sử dụng biện pháp xoắn đặc biệt. Mặc dù vậy vẫn tồn tại một mối liên hệ tuyến tính giữa lực xoắn và lực kéo trong neo có thể viết dưới dạng: P = CT (1) ở đây:P- Lực kéo trong neo, N; T- Lực xoắn, Nm; C- Hằng số, theo kinh nghiệm C = 50; 40 tương ứng với đường kính neo 16 và 19 mm. Các yếu tố có ảnh hưởng tới giá trị của C bao gồm lực đẩy hướng lên trên trong quá trình lắp đặt neo và góc cắm neo. Hiệu quả làm việc của kết cấu khoá neo tại đáy lỗ khoan phụ thuộc rất nhiều vào hai "điểm" liên kết của cơ cấu với thành lỗ khoan và vào sự tiếp xúc giữa tấm đệm với bề mặt đá. Ngoài đường kính lỗ khoan, các yếu tố khác như loại đá, mức độ bảo toàn trạng thái ban đầu của khối đá tại thời điểm lắp đặt neo cũng có ảnh hưởng tới lực liên kết giữa neo và khối đá. Trong điều kiện đá cứng, neo có thể đạt được khả năng mang tải cao. Mặc dù vậy, nếu neo được lắp đặt cách khu vực nổ mìn 10 - 20m, chúng có thể bị mất lực kéo trong thân neo và vì vậy phải tiến hành kéo lại neo. Trong những loại đá yếu hơn, hiệu quả gia cố của neo sẽ bị giảm bởi những phá huỷ cục bộ của khối đá xung quanh khoá neo khi nó ép mạnh lên thành lỗ khoan. Nếu 45
46. khối đá có các điều kiện khác thuận lợi song các khe nứt lại chứa chất lấp nhét dạng sét thì chính các chất lấp nhét này sẽ đóng vai trò ảnh hưởng rất quan trọng. Nói chung, trong các loại đá rất yếu như đá phiến hoặc đá cát kết hạt mịn đã bị phá huỷ, không nên sử dụng neo cơ học. Khi neo chỉ sử dụng để làm kết cấu chống tạm, công tác lắp đặt và hiệu quả sử dụng neo không phụ thuộc vào điều kiện nước ngầm trong lỗ khoan. Trong trường hợp sử dụng neo để làm kết cấu chống cố định, biện pháp phụt vữa sau khi lắp đặt sẽ được áp dụng. Thời gian lắp đặt một thanh neo cơ học dài 2m (không kể thời gian khoan lỗ cắm neo) vào khoảng 75 giây. 3.2 Lắp đặt neo dính kết và neo cáp. Quy trình lắp đặt neo cáp và neo dính kết cho thấy chúng có những điểm khác nhau song cũng có những điểm giống nhau. Một trong những điểm khác nhau chủ yếu là đối với neo cáp không bao giờ sử dụng chất dẻo làm chất dính kết. Mặc dù vậy, khi sử dụng xi măng làm chất dính kết thì quy trình lắp đặt hai loại neo hầu như không khác nhau. 3.2.1 Lắp đặt neo dính kết. Quy trình lắp đặt các neo dính kết khi sử dụng vữa xi măng hay chất dẻo đều rất giống nhau. Vữa dính kết có thể được đưa vào trong lỗ khoan bằng cách bơm hoặc đựng sẵn trong các túi riêng. Khi sử dụng biện pháp bơm vữa vào trong lỗ khoan, trước hết đút ống phụt vữa vào tới đáy của lỗ khoan, sau đó vừa phụt vữa vừa rút ống ra rút cho đến khi lỗ khoan đã được lấp đầy vữa. Một điều rất quan trọng phải được đảm bảo là khi rút ra thì ống luôn tiếp xúc đầy đủ với chất dính kết (vữa hoặc chất dẻo) để tránh hình thành những túi khí trong neo. Sau khi lấp đầy vữa trong lỗ khoan, đút thanh neo vào xuyên qua lớp vữa cho tới khi thanh neo chạm vào đáy lỗ khoan hoặc khi tấm đệm ngoài của neo tiếp xúc với bề mặt của khối đá. Để giữ cho vữa không bị trôi ra ngoài trong trường hợp lỗ khoan có phương hướng thẳng đứng lên trên thì chiều dày vữa (chiều dài đoạn lỗ khoan được phụt vữa của) phải đủ lớn. Thông thường đối với vữa dính kết bằng xi măng sử dụng hỗn hợp có tỷ lệ nước/xi măng tính theo trọng lượng bằng 0.3 - 0.35 và ngoài ra có thể sử dụng thêm các phụ gia đông kết nhanh. Thông thường vữa xi măng được trộn sẵn trước. Sau khi đã bơm vữa vào trong lỗ khoan, cần phải bịt kín miệng lỗ khoan, điều này đặc biệt rất quan trọng khi lỗ khoan hướng thẳng đứng lên trên. Khi đó, việc bịt kín miệng lỗ khoan đóng vai trò để ngăn không cho lượng vữa thừa chảy ra ngoài lỗ khoan sau khi cắm neo cũng như để ngăn không cho thanh neo bị tụt ra ngoài cho tới khi vữa đã đạt độ đông cứng cần thiết. Sau khi đã phụt vữa vào trong lỗ khoan thì đường kính lỗ khoan không gây ảnh hưởng tới kết quả cuối cùng. 46
47. Một biện pháp để lắp đặt neo dính kết nhanh chóng và thuận tiện hơn là sử dụng các túi đựng vữa. Các túi để đựng vữa xi măng hay chất dẻo hiện nay rất sẵn có. Thông thường nhất là sử dụng các túi xốp chứa xi măng và phụ gia, các túi này được nhúng vào trong nước trước khi đưa vào trong lỗ khoan. Khi sử dụng các túi chất dẻo đòi hỏi cần có thêm khâu trộn trong khi đối với vữa xi măng không có giai đoạn này. Chất dẻo được hoà trộn với nhau khi ta xoay thanh neo làm thủng túi đựng chất dẻo. Có thể sử dụng biện pháp vừa dùng các túi vữa xi măng vừa dùng các túi vữa chất dẻo trong cùng một lỗ khoan để làm giảm giá thành một neo so với trường hợp sử dụng hoàn toàn bằng chất dẻo Khi dùng các túi đựng vữa sẽ không còn vấn đề phải tránh hiện tượng trào vữa thừa ra ngoài lỗ khoan sau khi lắp đặt. Tuy nhiên vẫn còn một yêu cầu phải giải quyết là làm thế nào để giữ thanh neo trong các lỗ khoan thẳng đứng hướng lên trên cho tới khi vữa đã đông kết. Biện pháp tốt nhất là bịt kín miệng lỗ khoan theo cách đơn giản nhất. Cũng trong trường hợp sử dụng các túi đựng vữa dính kết đưa vào trong lỗ khoan, khi đó đường kính lỗ khoan có ảnh hưởng tới cả quá trình trộn của vữa cũng như việc lấp đầy lỗ khoan. Do đó phải tuân theo các chỉ dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất. Loại neo dính kết toàn phần là một trong những loại neo thông thường được sử dụng nhiều nhất. Cũng có thể đó là hệ thống neo có tính đa năng nhất. Khi kết cấu neo bao gồm vữa xi măng và thép gân tiêu chuẩn, giá thành của nó sẽ rẻ nhất trong số các dạng kết cấu gia cố đá. Tuy nhiên, một điều cần thiết là phải kiểm tra chất lượng của cả xi măng và chất dẻo trước khi đem sử dụng nếu như chúng đã được lưu giữ lâu ngày trong các kho ngầm. Một vài thí nghiệm kiểm tra đã chỉ ra rằng sẽ rất khó khăn để đạt được chất lượng phụt vữa tốt. Thời gian lắp đặt đối với neo dài 2.0m được dính kết bằng chất dẻo trên suốt chiều dài neo (không tính thời gian khoan cắm neo) thông thường là 75 giây. 3.2.2 Lắp đặt neo cáp. Các loại neo cáp ngắn (chiều dài nhỏ hơn 6 m) có thể sử dụng để thay thế các thanh thép trơn hoặc thép gờ trong kết cấu neo. Quy trình lắp đặt các neo cáp loại ngắn tương tự như đối với neo đá thông thường, ngoại trừ đối với neo cáp không sử dụng các chất dính kết bằng chất dẻo hoặc chất dính kết đựng trong túi. Thời gian lắp đặt đối với neo cáp dài 2 m và được dính kết đầy đủ bằng vữa xi măng trên suốt chiều dài của nó (không tính thời gian khoan lỗ neo và thời gian dưỡng hộ) thông thường là 100 giây. Đối với neo cáp loại dài (chiều dài neo lớn hơn 6 m) chỉ sử dụng vữa xi măng làm chất dính kết. Quy trình lắp đặt neo cáp dài trong các lỗ khoan nằm ngang và nghiêng hướng xuống dưới như sau: - Nhét ống phụt vữa tới tận đáy lỗ khoan - Phụt vữa vào trong lỗ khoan 47
48. - Rút ống phụt vữa ra -Đút cáp vào tới hết chiều dài của lỗ khoan. Cần chú ý đảm bảo việc xác định chính xác chiều dài đoạn cáp đã đưa vào trong lỗ khoan và so sánh nó với chiều dài lỗ khoan ghi trong nhật ký khoan. Việc làm này sẽ giúp cho cáp được đưa vào đến hết chiều dài lỗ khoan. - Công tác lắp đặt các thanh neo cáp dài trong các lỗ khoan nằm ngang và hướng nghiêng lên phía trên bao gồm: - Đầu tiên, đút cáp vào tới đáy của lỗ khoan. Đồng thời với nó là đưa vào một ống nilon cứng hoặc ống phủ nhựa polyetilen. - Sau khi đã đút đoạn ống vào tới độ sâu 0,5 m, bịt kín miệng lỗ khoan. Trong các lỗ khoan nghiêng, cần thiết phải bịt miệng lỗ khoan sao cho đoạn ống không bị tụt ra ngoài. Các bộ phận để giữ cố định các sợi cáp trong lỗ khoan có thể đặt tại đáy hoặc miệng lỗ khoan. - Sau khi đã bịt kín miệng lỗ khoan và giữ cố định cáp neo, tiến hành lấp đầy lỗ khoan bằng vữa xi măng, khí được thoát ra ngoài lỗ khoan qua đoạn ống nilon hoặc ống phủ nhựa polietylen. Lỗ khoan được coi là đã lấp đầy khi có một lượng vữa nghèo chảy ra tại miệng ống. - Bít kín đoạn ống và cắt bỏ đầu ống thừa. 3.3 Lắp đặt neo ma sát. Quy trình lắp đặt của hai loại neo: neo ống chẻ và neo ống phồng hoàn toàn khác nhau. Khi lắp đặt, neo ống chẻ được đẩy vào trong lỗ khoan nhờ lực bên ngoài. Đường kính lỗ khoan phải nhỏ hơn so với đường kính ống neo. Để lắp đặt, thông thường sử dụng búa khoan kiểu ống lồng hoặc giá khoan khí nén. Công tác lắp đặt neo đôi khi sẽ trở nên khó khăn khi tiến hành trong không gian chật hẹp. Đường kính lỗ khoan không hợp lý là nguyên nhân chủ yếu gây phá huỷ neo trong quá trình lắp đặt. Ngoài ra đường kính lỗ khoan cũng đóng vai trò quyết định tới hiệu quả gia cố (khả năng mang tải) của neo ống chẻ. Nếu đường kính lỗ khoan quá nhỏ thì sẽ rất khó để đút được ống neo vào trong lỗ khoan còn nếu đường kính lỗ khoan quá lớn thì áp lực từ ống neo tác dụng lên thành lỗ khoan lại không đủ độ lớn cần thiết. Không thể gây ứng suất trước đối với loại neo này song chúng có khả năng gia cố cho khối đá ngay sau khi lắp đặt. Neo ống chẻ không phù hợp để làm kết cấu chống cố định nhưng có thể sử dụng trong nhiều điều kiện đất đá khác nhau trừ trường hợp khối đá đã bị phá huỷ rất mạnh hoặc đá quá mềm. Thời gian lắp đặt đối với neo ống chẻ dài 1.8m (không kể thời gian khoan lỗ) vào khoảng 40 giây. Việc lắp đặt neo ống phồng Swellex nói chung là đơn giản, không đòi hỏi sự trợ giúp của bất kỳ thiết bị máy móc nào sau khi đã khoan lỗ cắm neo. Trong trường hợp lắp đặt neo bằng thủ công, ống neo được đút vào trong lỗ 48
49. khoan và sau đó dùng máy bơm nước áp lực cao để làm nở phồng ống neo ép chặt lên thành lỗ khoan. Công tác bơm được tiến hành bằng tay. áp lực thổi phồng sẽ làm cho ống thép giãn nở và biến dạng phù hợp theo bề mặt ghồ ghề của thành lỗ khoan và nhờ đó tạo ra lực chốt giữ neo trong lỗ khoan. Nhưng cũng chính sự giãn nở của ống neo sẽ làm co ngắn chiều dài của neo. Điều này khiến cho tấm đệm bị kéo ép sát vào bề mặt khối đá. Tải trọng từ tấm đệm tác dụng ngược trở lại khối đá xấp xỉ 2.0 tấn. Ưu điểm của loại neo này là chúng phát huy hết khả năng mang tải của mình ngay sau khi được lắp đặt và ngoài ra đường kính lỗ khoan không gây ảnh hưởng tới hiệu quả gia cố (khả năng mang tải) của neo. Hiệu quả gia cố của neo sau khi lắp đặt không phụ thuộc nhiều vào trình độ của người thợ do áp lực nước bơm đã được quy định ở một giá trị nhất định, tại đó máy bơm sẽ tự ngừng hoạt động. Neo ống phồng Swellex có thể sử dụng trong một phạm vi rất rộng các điều kiện đất đá khác nhau từ đất rất mềm tới đá rất cứng hoặc đá đã bị phá huỷ. Tuy nhiên không nên sử dụng chúng để làm kết cấu chống cố định trừ trường hợp có biện pháp bảo vệ chống lại các tác động ăn mòn của môi trường. Cả hai loại neo ma sát trên đều có thể sử dụng trong môi trường có nước ngầm, thậm chí nước ngầm áp lực cao. Thời gian lắp đặt đối với neo Swellex dài 2.4m (không kể thời gian khoan lỗ cắm neo) vào khoảng 25 giây. QUY TRÌNH THIẾT KẾ CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM Quá trình thiết kế vỏ chống cho công trình ngầm bào gồm lựa chọn kết cấu, thông số và tính toán phải theo một trình tự nhất định cụ thể như sau (hình 1): Nghiên cứu, đánh giá mức độ ổn định của khối đá xung quanh các đường lò sau khi đào, từ đó cho phép dự báo áp lực đất, đá hay áp lực mỏ: phân loại khối đá, kinh nghiệm thực tế, phân tích lý thuyết, đo đạc; Lựa chọn các loại kết cấu và vật liệu chống khả dĩ: theo yêu cầu về chức năng của công trình ngầm, kinh nghiệm thực tế; Mô hình hoá các KCC khả dĩ: xây dựng sơ đồ tính: phân tích tương tác giữa KCC và khối đá, các giải pháp kỹ thuật có thể áp dụng và ảnh hưởng đến mối tương tác đó, Tính toán và thiết kế kích thước của các kết cấu đã được chọn theo các yêu cầu về khả năng chịu tải và ổn định: xác định nội lực, kiểm định theo các tiêu chuẩn bền, tiêu chuẩn ổn định Dự tính kinh tế để lựa chọn kết cấu hợp lí 49
50. Đo đạc, quan trắc, phân tích kinh tế thực tế: điều chỉnh lại thiết kế Các công tác được cụ thể như trên trên sơ đồ hình 1. Đương nhiên, trong thực tế, kể cả ở các nước tiên tiến không phải bao giờ cũng có thể giải quyết được bài toán đặt ra một cách mỹ mãn, bởi lẽ vấn đề này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố rất phức tạp khác nhau. Chẳng hạn riêng mức độ ổn định của khối đá cũng đã phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác nhau. Các yếu tố cơ bản có thể xếp vào 4 nhóm sau: Bản chất của khối đá, được đánh giá qua các đặc điểm địa chất (thành phần vật chất, cấu tạo, kiến trúc), các điều kiện địa chất thuỷ văn, các tính chất cơ lý của đá và khối đá, của hệ thống các mặt phân cách, gián đoạn (các khe nứt, các mặt phân lớp, các nếp uốn, các đứt gãy và phay phá) trong khối đá. Phân tích mức độ ổn định, dự đoán - Kinh nghiệm. tải trọng tác dụng lên vỏ chống50 - Các kiến thức thực tế. - Đo đạc và quan sát tại hiện trường. Các điều kiện địa tầng. Lựa chọn loại kết cấu chống Chức năng công trình. (bê tông, vì thép, neo v v ) Kích thước công trình Thời gian tồn tại Giá thành hệ thống chống Mô hình Phản ứng của kết cấu tính Mô hình hoá KCC chống Giải pháp tăng cường cho kết cấu chống Các thành phần nội lực Phân tích KCC (M. N. Q). Dịch chuyển. Các tiêu chuẩn bền Xác định kích thước và ổn định của KCC Lý thuyết đàn hồi. Lý thuyết dẻo Tính ổn định của kết Quan sát thực tế tại cấu chống. Đánh giá lại hiện trường. Giá thành kết cấu thiết kế Phân tích hiệu quả chống. kinh tế tổng thể.
51. Hình : Sơ đồ nghiên cứu lựa chọn kết cấu và vật liệu chống hợp lí Trạng thái ứng suất nguyên sinh trong khối đá dưới tác động của lực trọng trường và lực kiến tạo. Các tác động kỹ thuật, đặc trưng bởi công nghệ đào, hình dạng, kích thước và chức năng sử dụng của CTN. Môi trường xung quanh đặc trưng bởi độ ẩm, nhiệt độ trong không gian sau khi đào liên quan đến tác động phong hoá làm biến đổi cấu trúc cũng như tính chất cơ lý của khối đá. Sự phức tạp của vấn đề cần nghiên cứu không chỉ do số lượng lớn các yếu tố ảnh hưởng mà còn do tính đa dạng và ngẫu nhiên của các yếu tố đã nêu. 51
52. Ngoài ra vấn đề đặt cũng còn phụ thuộc vào các yếu tố 'chủ quan' của đơn vị sản xuất, cụ thể là: Điều kiện cung cấp vật tư, thiết bị. Điều kiện công nghệ. 52
53. CHƯƠNG V. THI CÔNG ĐÀO CÁC ĐƯỜNG LÒ BẰNG TRONG ĐÁ RẮN, ĐỒNG NHẤT Trong công tác đào - chống lò người ta chia ra : - Các đường lò bằng: là những đường lò gần như song song với mặt đất (góc nghiêng so với phương ngang của mặt đất: 0o 10o) - Các đường lò nghiêng: là những đường lò nghiêng so với phương ngang một góc thoả mãn: : 10o 75o. - Giếng đứng: là những đường lò nghiêng so với phương ngang một góc thoả mãn: : 75o 90o. 1. Khái niệm chung Trong thực tế, các đường lò bằng trong mỏ thường được đào trong đất đá tương đối rắn chắc, còn những điều kiện địa chất phức tạp thường ít gặp. Do đó, trong môn học này chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp đào lò bằng trong đất đá rắn chắc. Để thi công các đường lò trong đất đá rắn chắc, ở nước ta phần lớn là bằng phương pháp khoan nổ mìn. Công tác khoan nổ mìn và xúc bốc đất đá ở hầu hết các mỏ là bằng thủ công, do đó chi phí nhân công lớn, tốc độ đào lò thấp và giá thành đào - chống một mét lò thông thường rất lớn. Tuỳ theo điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, thiết bị thi công hiện có, diện tích tiết diện ngang gương đào mà người ta có thể tiến hành đào gương theo toàn tiết diện hoặc chia gương đào thành dạng bậc thang hoặc các dạng khác để thi công đường lò. Trong ngành mỏ, các đường lò cơ bản thường được đào toàn tiết diện, còn trong xây dựng các công trình ngầm, một số các hạng mục công trình lớn như gian máy, gian biến thế, v v thường được thi công theo phương pháp chia gương. 2. Sơ đồ công nghệ thi công. Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân chia các sơ đồ công nghệ thi công đường lò. Theo nhiều tác giả, đặc điểm quan trọng nhất để phân loại các sơ đồ công nghệ thi công đường lò là trình tự hoàn thành hai công việc chính trong quá trình thi công: công tác chống tạm thời (nếu có) và công tác chống cố định. Trên cơ sở mối quan hệ giữa hai công việc chủ yếu trong thi công đường lò, người ta phân chia các sơ đồ thi công thành các sơ đồ thi công nối tiếp, sơ đồ thi công song song và sơ đồ thi công phối hợp. 3.1. Sơ đồ thi công nối tiếp. Trong quá trình thi công các đường lò người ta có thể áp dụng một trong hai sơ đồ: nối tiếp toàn phần và nối tiếp từng phần. Sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần: Trong sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần, đường lò được đào và chống tạm cho đến hết chiều dài theo thiết kế. Sau đó, người ta mới tiến hành chống 53