1

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của tự trọng vỏ chống bê tông đến
giá trị nội lực trong vỏ chống

MỤC LỤC
[1]


2
Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG I. Đặt vấn đề
CHƯƠNG II. Vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép
2.1. Các công trình ngầm trong mỏ
2.2. Trong các công trình ngầm giao thông, thủy lợi, thủy điện
CHƯƠNG III. Tính toán kết cấu bê tông liền khối, gạch đá
3.1. Tính toán sơ bộ vỏ chống bê tông, gạch đá liền khối.
3.1.1. Các công thức xác định sơ bộ kích thước vỏ chống
3.1.2. Tính chiều cao vòm
3.1.3. Bán kính cong của vòm bán nguyệt và góc mở của vòm nóc
3.1.4. Chiều dày đỉnh vòm nóc
3.1.5. Chiều dày chân vòm dcv
3.1.6. Các kích thước khác
3.2. Tính toán nôi lực trong kết cấu chống
3.3. Tính toán kết cấu ngầm dạng vòm có tường thẳng
3.3.1. Vỏ hầm dạng vòm có tường thẳng, trục kết cấu không liên tục
3.3.2. Vỏ hầm dạng vòm, tường thẳng có trục kết cấu liên tục
3.4 Những hạn chế

3.5. Ví dụ tính toán kết cấu bê tông liền khối
CHƯƠNG IV. Mô phỏng tự trọng vỏ chống
4.1. Mô hình chính xác hóa
4.1.1. So sánh mô hình hình thang và mô hình chính xác hóa.
4.1.2. Phân tích mô hình chính xác hóa.
4.2. Mô phỏng bài toán với phần mềm Abaqus
4.2.1. Mô phỏng so sánh vòm 3 tâm với phương pháp hình thang và
phương pháp chính xác hóa
4.2.2. Mô phỏng thay đổi chiều dày vỏ chống
4.2.3. Mô phỏng thay đổi độ cứng vỏ chống bê tông
4.3. Kết luận
CHƯƠNG V. Kết luận và kiến nghị khoa học
TÀI LIỆU THAM KHẢO

2
3
3
4
6
6
11
31
31
31
32
33
33
33
33
34

34
35
48
49
50
58
58
58
58
59
59
63
65
68
69
70

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang

[2]


3
Bảng 2.1. Giá trị mác bê tông với giá thành, thời gian thi công.
Bảng 2.2: Yêu cầu kiểm tra và nghiệm thu cốt thép trong khối đổ
Bảng 2.3: Thông số lỗ khoan phụt vữa lấp đầy
Bảng 2.4. Bảng tra hệ số kΦ
Bảng 3.1. Giá trị f và β
Bảng 3.3. Giá trị các hàm số Φi

Bảng 3.4. Các hàm số ρ1 ÷ ρ6
Bảng 3.5. Giá trị các hàm số ρ7 ÷ ρ10
Bảng 3.6. Giá trị các hàm ηi
Bảng 3.7. Giá trị nội lực trong ngoài vỏ vòm.
Bảng 3.8. Tính giá trị momen.
Bảng 3.9. Bảng tính lực dọc, lực cắt.
Bảng 3.10. Độ lệch tâm giữa M, N
Bảng 4.1. Kích thước theo phương pháp chính xác hóa từ phần mềm Autocad.
Bảng 4.2. Giá trị tự trọng.
Bảng 4.3: Kết quả so sánh giá trị ứng suất trong hai phương pháp.
Bảng 4.4. Kết quả so sánh khi thay đổi tiết diện kết cấu chống.
Bảng 4.5. Kết quả so sánh khi thay đổi độ cứng kết cấu chống với E thay đổi.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CTN: Công trình ngầm
QLKT: Quản lý kỹ thuật
KCC: Kết cấu chống

CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ

[3]

18
23
27
30
32
39
44
45

47
54
55
56
56
60
60
61
65
67


4
Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm dân dụng và công nghiệp, các vỏ chống
xây bằng gạch, đá đã được sử dụng trong thời kỳ phát triển đầu tiên. Ngày nay, do tiến
bộ kỹ thuật, do các yêu cầu về tiến độ thi công, nên các loại kết cấu đó được thay thế
bằng các kết cấu từ bê tông, ở dạng bê tông phun cũng như bê tông cốp pha đổ tại chỗ.
Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được dùng để chống giữ các đường lò các công
trình ngầm dân dụng và công nghiệp có thời hạn phục vụ lớn, tiết diện lớn. Vỏ chống
bê tông được sử dụng cho các đường lò chịu áp lực lớn, không chịu ảnh hưởng của các
công tác khai thác như các đường lò, hầm trạm sân giếng, các đường lò xuyên vỉa
chính, đoạn cửa của các đường lò mở từ phía ngoài mặt đất. Riêng vỏ chống bằng bê
tông cốt thép liền khối được dùng để chống giữ các đường lò cơ bản quan trọng nhất,
hoặc các đoạn lò có áp lực mỏ lớn phân bố không đều, hoặc có tác dụng không đối
xứng. Đây là những vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách nước cao, khả
năng chịu lực rất lớn có thể sử dụng trong những điều kiện khác nhau với nhiều dạng
độ bền khác nhau. Ngày nay, do tiến bộ kỹ thuật, do các yêu cầu về tiến độ thi công,
nên các loại kết cấu đó được thay thế bằng các kết cấu từ bê tông, ở dạng bê tông phun
cũng như bê tông cốp pha đổ tại chỗ. Với vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép dạng vòm
3 tâm tường thẳng, thành phần tự trọng vỏ chống ảnh hưởng đáng kể đến giá trị nội

lực trong vỏ chống , do đó ảnh hưởng đến việc kiểm tra bền cho vỏ chống. Việc sử
dụng vỏ dạng vòm ba tâm cho phép giảm đáng kể được tiết diện đào và tăng đáng kể
tiết diện sử dụng so với dạng vòm một tâm tường thẳng đứng. Tuy nhiên do hình dạng
phức tạp nên trong quá trình thiết kế đồ án môn học đồ án tốt nghiệp hình dạng vỏ này
ít được đề cập. Việc chính xác hóa giá trị tự trọng, hoàn thiện sơ đồ tính góp phần
hoàn thiện phương pháp tính toán vỏ chống bê tông dạng 3 tâm tường thẳng đứng.
Do vậy, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của tự trọng vỏ chống bê tông đến giá trị nội
lực trong vỏ chống là điều cần thiết.

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo vòm 3 tâm thường dùng: a) Vòm thấp dạng nửa ô van.
b) Vòm cao nửa ô van đứng.

[4]


5
Một số hình ảnh minh họa vòm 3 tâm thực tế:

Hình 1.2. Union Station Rotunda Hình 1.3. Cổng vòng cung Gateway Arch, St. Louis

Hình 1.4. Cổng dẫn nước của Roma
Hình 1.5. Cầu Askew
Trong thời gian qua đã có rất nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu
hoàn thiện phương pháp tính toán vỏ chống bê tông bê tông cốt thép như PGS.TS.Phí
Văn Lịch, GS.TS.Nguyễn Quang Phích, GS.TS.Võ Trọng Hùng. Việc tiếp tục nghiên
cứu và hoàn thiện phương pháp tính toán là hết sức cần thiết.
•
Mục tiêu của đề tài này nhằm: Chính xác hóa sơ đồ tính toán kết cấu vỏ chống bê
tông có dạng vòm ba tâm, tường thẳng khi thi công trong xây dựng công trình ngầm
dân dụng và công nghiệp.

•
Với nghiên cứu này sẽ giúp tối ưu và chính xác hóa lại các tính toán việc sử dụng
vỏ chống bê tông trong công trình ngầm có dạng vòm 3 tâm nói riêng và trong tất cả
các công trình ngầm nói riêng.

[5]


6

CHƯƠNG II. VỎ CHỐNG BÊ TÔNG, BÊ TÔNG CỐT THÉP
Giới thiệu phương pháp chống giữ lò bằng, lò nghiêng với vỏ chống bê tông
liền khối.
2.1. Các công trình ngầm trong mỏ
a. Phạm vi sử dụng
Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được dùng để chống giữ các đường lò có thời
hạn phục vụ lớn, chịu áp lực mỏ lớn, không chịu ảnh hưởng của các công tác khai thác
như các đường lò, hầm trạm sân giếng, các đường lò xuyên vỉa chính, đoạn cửa của
các đường lò mở từ phía ngoài mặt đất.
Riêng vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối được dùng để chống giữ các đường lò
cơ bản quan trọng nhất, hoặc các đoạn lò có áp lực mỏ lớn phân bố không đều, hoặc có
tác dụng không đối xứng.
Đây là những vỏ chống có tính liền khối lớn, có khả năng cách nước cao, khả năng
chịu lực rất lớn có thể sử dụng trong những điều kiện khác nhau với nhiều dạng độ
bền khác nhau. Đây là dạng kết cấu vỏ chống được sử dụng nhiều nhất để chống giữ
các đường lò cơ bản trong mỏ. 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.
b. Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: 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.
- Nhược điểm: 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.
c. Đặc điểm cấu tạo:
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 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 rộng

[6]


7
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.
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 của 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 đường lò,

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 máng. Vỏ
chống dạng này có thể chế tạo dưới hai dạng: kết cấu chống kín hoặc kết cấu chống
hở.

Hình 2.1. Vỏ bê tông cốt thép liền khối hình vòm tường thẳng
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 cấu tạo bằng thép lòng máng. Các
khung thép lòng máng 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

[7]


8
“cứng”, ta sẽ tiến hành đổ vỏ bê tông liền khối và khi đó khung cốt thép đóng vai trò
làm cốt cứng.
d. Thi công vỏ chống
* Các sơ đồ thi công
Theo quan hệ với công tác đào mà công tác xây vỏ chống bằng bê tông, bê tông cốt
thép có thể thi công theo các sơ đồ khác nhau:
- Sơ đồ nối tiếp: sau khi đào, khoảng cách từ gương đào đến vị trí xây vỏ chống
bằng khoảng 30-50m. 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.
- Sơ đồ nối tiếp toàn phần: 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. Việc thi công vỏ
chống cố định bằng bê tông được thực hiện sau khi đã chống tạm.
- Sơ đồ thi công song song: 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.
* Phương pháp thi công:
- Phương pháp thi công bằng thủ công: được sử dụng khi khối lượng đổ bê tông
đổ nhỏ, hạn chế tại các đường lò có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn. Phương pháp này
đòi hỏi một khối lượng nhân lực lớn, chất lượng vỏ chống thấp, làm giảm giá thành
xây dựng và tăng tốc độ đào lò. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay thì đây vẫn là phương
pháp thi công cơ bản áp dụng tại các đường lò, hầm trạm tại sân giếng.
- Phương pháp thi công bằng cơ giới: bê tông được vận chuyển và đổ vào phía
sau cốp pha nhờ hệ thống máy móc chuyên dùng. Cốp pha kim loại lắp ghép bằng các
tấm lớn, hoặc cốp pha di động chạy trên đường ray tại các đường lò có tiết diện hình
vòm và hình tròn. Hiện nay tại các mỏ hầm lò nước ta chưa sử dụng loại cốp pha di
động.
* Trình tự thi công
Khi thi công vỏ chống bê tông liền khối các công việc được tiến hành theo trình tự:
tháo vì chống tạm, đào móng, sửa tường, đổ bê tông móng, dựng cột và lắp dựng ván
khuôn phần tường, đổ bê tông phần tường, lắp ván khuôn phần vòm, lát ván và đổ bê
tông vòm.
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

[8]


9

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.

2000÷ 3000
3000÷ 4000

Hình 2.2: Cấu tạo ván khuôn gỗ phần vòm
6

5
600

3

4

3
2
1

1200

1200

1- DÇm däc
2- Cét khu«n

3- Nªm hai chiÒu
4- V¸m l¸t
5- Cèppha vßm

Hình 2.3. Trình tự đổ bê tông với ván khuôn gỗ
Vòm khuôn được đặt trên cột qua nêm 2 chiều. Giữa các cột phải có văng dọc.
Trước hết cần có biện pháp xử lý vỏ chống tạm thời tại vị trí đổ bê tông. Nếu đất đá
tương đối ổn định không có nguy cơ sập lở cục bộ, có thể tháo vì chống tạm. Ngược
lại nếu đất đá mềm yếu, bở rời có nguy cơ sập lở cục bộ, áp lực đất đá lớn, cần giữ
nguyên vì chống tạm, chỉ bắn dịch vào phía trong, gia cố cẩn thận. Mục đích của biện
pháp xử lý vỏ chống tạm thời là giải pháp tiện thi công, bảo đảm cho người và thiết bị
khỏi nguy cơ sập lở cụ bộ, đồng thời giảm tải trọng (áp lực đất đá) lên ván khuôn và
khối bê tông mới đổ vỏ chống.
Móng tường được đào sâu 25÷30cm xuống nền lò. Chiều sâu móng chọn phụ thuộc
vào độ kiên cố của đất đá, khi đất đá nền có hệ số kiên cố vững chắc, chiều sâu móng
có thể giảm đi. Móng được đào bằng cuốc xẻng, xà beng hoặc búa chèn. Bê tông đổ
vào móng cần được đầm kỹ.

[9]


10
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 bằng băng chuyền
hoặc đường ống. Thời gian từ lúc đổ nước vào máy trộn đến khi đổ bê tông không 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 cốt cứng, đầm tay thì chiều dày
mỗi lớp đổ bằng 3 lần kích thước các hạt cốt liệu lớn nhất.
- 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 nên 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.
e. Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép cho lò nghiêng
Vỏ chống bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng trong các đường lò nghiêng cơ
bản. Hình dạng chủ yếu của vỏ chống trong các đường lò này là dạng vòm với tường
thẳng hoặc tường cong.
- Khi góc dốc α ≤ 150 kết cấu vỏ chống liền khối bằng bê tông, bêtông cốt thép
giống như kết cấu vỏ chống liền khối ở lò bằng.
- Khi góc nghiêng α = 150÷ 300, móng của vỏ chống cần có đáy bằng vì vậy
người ta thường xây móng bậc với chiều cao bậc tì 0,4÷1m.
- Khi góc nghiêng α > 300 nền được chống giữ bằng vòm ngược dạng bậc, bằng
các neo kim loại hoặc vì neo bê tông cốt thép.
- Khi góc nghiêng α = 45÷750 vỏ chống có dạng vòm, hoặc vòm có đáy ngược.
Cách 10÷20 m theo chiều dài lò nghiêng phải xây dựng một vành đế theo toàn bộ
đường biên .Việc đào đất đá trong khâu nằm giữa hai vành đế được tiến hành dưới các
vì chống tạm, còn vỏ chống cố định được xây dựng theo hướng từ dưới lên trên.
- Khi góc dốc α > 750 vỏ chống liên khối ở lò nghiêng giống như vỏ chống liền
khối ở giếng đứng.

[10]



11
Vỏ chống liền khối bằng bê tông cốt thép được sử dụng để chống giữ lò
nghiêng khi áp lực mỏ lớn hoặc phân bố không đều, hay tác dụng không đối xứng.

2.2. Trong các công trình ngầm giao thông, thuỷ lợi thuỷ điện
Vỏ hầm bê tông liền khối đổ tại chỗ hiện nay được sử dụng khá rộng rãi trong
các CTN giao thông, thuỷ lợi, v.v… đóng vai trò là vỏ chống cố định có các chức năng
chịu lực, cách nước, chống thấm, tạo thẩm mỹ, v.v… và được thi công sau cùng khi đã
kết thúc công tác đào và gia cố tạm tại vị trí mặt cắt đổ bê tông. Vỏ bê tông có thể có
hoặc không có cốt thép tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, chức năng làm việc.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm làm việc và chức năng sử dụng, bê tông có chiều dày
khác nhau. Chiều dày vỏ, cốt và chiều dày lớp phủ theo chỉ dẫn của Hội công trình
ngầm thế giới (ITA - International Tunnelling Association), chiều dày lớp vỏ trong
cho các tuynen thường không nhỏ hơn 30cm. Đối với bê tông cốt thép và bê tông
chống thấm, chiều dày vỏ không nên dưới 35cm.
Vì vỏ bê tông liền khối được coi là kết cấu chống cứng có khả năng biến dạng,
dịch chuyển hạn chế nên tại thời điểm đổ vỏ chống cố định, công tác đào công trình
ngầm có thể đã kết thúc, hoặc vị trí đổ bê tông cách đủ xa so với gương đang tiến hành
đào, kết cấu chống tạm đã hoàn chỉnh, biến dạng và dịch chuyển của khối đá đã ngừng
lại. Tuỳ thuộc vào sơ đồ thi công đã chọn, vỏ bê tông liền khối có thể tiến hành: Sơ đồ
song song: Sơ đồ nối tiếp toàn phần: Sơ đồ nối tiếp từng phần, sơ đồ phối hợp.
Các yêu cầu về tính năng
 Yêu cầu về độ bền

Nói chung độ bền của bê tông phải thoả mãn các yêu cầu theo bài toán tĩnh học.
Tuy nhiên để chống sự hình thành các vết nứt, không nên sử dụng bê tông có độ bền
quá cao, bởi lẽ do tác dụng của nhiệt độ trong quá trình ninh kết, bê tông có độ bền
càng cao thì khả năng tiếp nhận công cơ học càng kém, nghĩa là bê tông càng dòn. Độ
bền của lớp vỏ ngoài được ấn định thông qua thiết kế, ví dụ một lớp vỏ hình trụ tròn,

đường kính 15m, nên có khả năng mang tải là 30MN/m 2.
 Yêu cầu về khả năng cách nước

Nói chung có nhiều giải pháp phòng nước. Trường hợp sử dụng bê tông cách
nước nhất thiết phải chú ý đến các tiêu chuẩn hiện hành có thể thống nhất giữa bên
giao thầu và nhận thầu. Chẳng hạn đối với các đường hầm đường sắt hay đường bộ, bê
tông cách nước không cho phép nước xâm nhập sâu hơn 30 mm. Ngoài ra cần chú ý

[11]


12
đến khả năng xuất hiện các vết nứt. Chẳng hạn chiều rộng hay độ mở của các khe nứt
không vượt quá 0,15 đến 0,20mm.
 Các tính chất đặc biệt

Vỏ bê tông phải có tính bền sulphát, do nước có thể chứa muối sulphát
(>600mgSO4/l) hoặc khối đá có thành phần sulphát (>3000mg SO 4/kg). Trong các
trường hợp này phải sử dụng xi măng có tính bền sulphát cao. Trường hợp hàm lượng
sulphát trong nước ngầm đến trên 1500mg/l, cần sử dụng tro bay trong thành phần của
chất độn.
a.

Cốp pha đổ bê tông
Để thi công vỏ bê tông liền khối đổ tại chỗ bắt buộc phải sử dụng cốp pha (ván
khuôn). Có hai loại cốp pha là: cốp pha lắp ghép tại chỗ và cốp pha di động.
Cốp pha là kết cấu chuyên dụng, đảm bảo nghiêm ngặt hình dạng, kích thước theo
thiết kế của lớp vỏ bê tông.
Cốp pha lắp ghép chủ yếu được sử dụng để thi công những đoạn hầm có tiết diện
ngang thay đổi phức tạp (ngã ba, đoạn hầm cong với bán kính cong nhỏ, v.v…), khối

lượng thi công vỏ bê tông nhỏ. Cốp pha lắp ghép được ghép nối từ các tấm, mảnh chế
tạo sẵn và có thể tái sử dụng nhiều lần. Các phần chính của cốp pha là giá vòm và các
tấm cốp pha (tấm sheet). Nhược điểm của loại cốp pha lắp ghép là tốc độ đổ bê tông
không cao.
Hiện nay, để thi công vỏ bê tông trong CTN chủ yếu sử dụng cốp pha di động. Cấu tạo
của ván khuôn di động thường bao gồm 1 xe mang dạng cổng (để cho các thiết bị vẫn
có thể di chuyển qua vị trí cốp pha đổ bê tông) và bộ phận ván khuôn có nhiều phần
nối với nhau bằng khớp, giữa xe mang và ván khuôn có bố trí các kích thuỷ lực để
nâng hạ.
Chiều dài cốp pha thường dao động từ 6-9 m, có trường hợp tới 12m (chiều dài cốp
pha liên quan đến tốc độ đổ yêu cầu, bán kính cong nhỏ nhất dọc theo tuyến cần đổ,
khả năng ổn định của cốp pha theo trục dọc, năng lực thiết bị đổ bê tông, v.v…), các
đốt cách nhau bởi khe co dãn.
Cùng với sự phát triển của lĩnh vực xây dựng CTN, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
trong công tác đổ bê tông, hiện nay có nhiều loại cốp pha di động khác nhau, phân loại
theo nguyên lý hoạt động:
Sử dụng để thi công đổ bê tông
các đường hầm tiết diện trung bình và
lớn, khung dạng khớp để chống lại lực
khi đổ bê tông. Cốp pha trang bị hệ
thống tự di chuyển dạng thuỷ lực, hệ
[12]
thống phun tia với thiết bị phân phối
kiểu “DCL” và hệ thống đầm rung tại
hông.


13

Hình 2.4. Cốp pha đổ toàn tiết diện kiểu ống lồng


[13]


14
Cốp pha I

Cốp pha II
Hộp trượt

Khung dạng Telescope

Cốp pha nền từ đốt n-2

Cốp pha nền, giai đoạn n+1

n
Cốp pha

n - 1n-2
Tấm
Khớp
Tăng đơ

Khung dạng
telescope
(khung ngang
trước và sau)

Khung telescope

Cốp pha II, trạng thái di chuyển
Cốp pha I, trạng thái đổ bê tông
Tấm cốp pha nền (trong trường hợp này đặc trước)

Hình 4.4: Cấu tạo cốp phe kép

Tăng đơ đỡ

[14]


15

Cốp pha Cifa dạng khớp, trang bị khung đỡ nếu cần thiết sử dụng cho CTN tiết diện nhỏ; hiện có cả cốp pha đặc biệt sử dụng cho CTN tiết diện l

Hình 2.5. Cốp pha đổ bê tông ống ngầm và công trình ngầm với tiết

[15]


16

Cốp pha sử dụng cho đổ toàn tiết diện hoặc CTN thi công lộ thiên với khung mang tích hợp, có thể di chuyển tương đối về phía trước dọc theo đ

Hì
Đối với các công trình ngầm giao thông, với các kích thước thông thường tốt nhất là nên sử dụng hai dàn cốp pha di động riêng
cho phần vòm và phần nền. Trong trường hợp tuy nen có kích thước nhỏ có thể sử dụng loại cốp pha kín toàn chu vi; với loại này có
thể chế tạo mỗi đốt đổ ngay trong một công đoạn.

[16]



17

Cốp pha sử dụng để đổ bê tông CTN tiết diện trung bình và lớn, định vị bằng vòng móc hoặc đinh ghim có thể táI sử dụng. Hệ thống di ch

Hình 2.7. Cốp

Sử dụng dàn hay hệ thống cốp pha tách riêng cho phần vòm và phần nền có ưu điểm là có thể lắp dựng và di chuyển các dàn
cốp pha nhẹ nhàng, đơn giản hơn, đồng thời lượng bê tông đổ trong một lần cũng có giới hạn. Khi đổ từng phần thông thường là đổ
vòm và tường đồng thời còn nền được đổ sau cùng (có thể không dùng cốp pha tuỳ thuộc vào chiều dày và hình dạng của mặt nền).
Khi đổ nền, hướng đổ bê tông giật lùi từ giữa hầm ra phía cửa để tránh hiện tượng di chuyển thiết bị trên nền bê tông tươi. Tuy nhiên
nhược điểm chính của trường hợp này là có khe công tác giữa phần vòm và phần nền.
Bằng dàn cốp pha kín toàn chu vi hay toàn vòng có thể khắc phục được khe công tác và những yếu điểm đi kèm (khả năng
chống thấm, các tác động trong quá trình đông cứng. Ngoài ra, loại cốp pha này cũng có ưu điểm hơn so với trường hợp hai dàn tách
biệt ở chỗ tiết kiệm được thời gian lắp ghép dàn cốp pha và đổ bê tông. Đồng thời cũng giảm được công việc khi bố trí cốt tại khe
công tác. Đương nhiên để có các thuận lợi này thường đòi hỏi đầu tư lớn hơn; kết cấu của dàn phải có chiều dài tối thiểu trên hai lần

[17]


18
chiều dài đốt đổ và phần nhô ra phải được chốt chặt lên phía trên và phía dưới. Nếu áp dụng cách nước bằng vải nhựa, cần phải có
biện pháp bảo vệ hợp lí.
Chiều dài dàn cốp pha được xác định trước hết sao cho thuận tiện khi sử dụng, phụ thuộc vào lượng bê tông giới hạn đổ trong
một lần, chiều dài kết cấu cho phép và cả tiến độ thi công yêu cầu. Chẳng hạn tại Đức quy định là với lớp vỏ trong cách nước cho các
tuy nen đường sắt, đường bộ, chiều dài một đốt đổ không nên quá 10m. Chiều dài không quá 12,5m khi sử dụng màng cách nước
bằng vải nhựa.
Số lượng và kích thước của các cửa sổ trên dàn cốp pha cần thiết kế cho hợp lý, sao cho việc đưa bê tông vào được dễ dàng và
quá trình đổ bê tông có thể quan sát, theo dõi nhờ các cửa sổ lân cận và khối bê tông không được rót vào khối đổ từ độ cao lớn hơn

1m.
 Khe dãn cách

Xuất hiện giữa hai khối đổ liên tiếp với mục đích chính là tránh hiện tượng bê tông bị nứt khi co giãn, tuy nhiên chiều rộng khe
dãn cách cần phải được tính toán cụ thể để đảm bảo sau quá trình giãn nở của bê tông thì khe công tác gần như được lấp kín. Chiều
rộng của khe công tác phụ thuộc vào loại bê tông được dùng, nhiệt độ bê tông khi đổ và kích thước khối đổ. Trong trường hợp có sự
chênh lệch lớn về nhiệt độ, nhất thiết phải sử dụng các băng (dải) chèn khe thích hợp, để có thể tạo ra kết cấu hợp lí. Nếu chênh lệch
về biến đổi nhiệt độ không đáng kể, có thể dùng vật liệu chèn khe dạng nén ép vào. Nếu lớp vỏ bên trong là bê tông cách nước, bắt
buộc phải sử dụng các tấm chèn khe cách nước có chiều dày không dưới 30cm.
 Khe công tác

Khi sử dụng dàn hay hệ thống cốp pha tách riêng cho vòm và nền thì giữa chúng suất hiện khe công tác giữa phần vòm và phần
nền.
Theo quy phạm, khe công tác phải đảm bảo không tạo ra sự phân cách lớn giữa hai phần bê tông vòm và nền, vì vậy tại bề mặt
công tác khi thi công phải được thi công sao cho ảnh hưởng của khe công tác đến điều kiện làm việc của bê tông là ít nhất.

[18]


19
Để cải thiện vấn đề này tại các công trường nên quan tâm đến công tác đầm bê tông cũng như khống chế thời gian từ lúc trộn
bê tông cho tới khi đổ bê tông để tránh tình trạng xuất hiện các khe nối phân tầng giữa các lớp bê tông. Để làm tốt việc này thì bề mặt
thi công đã thi công trước tại chỗ nối nên được tạo nhám cẩn thận và vệ sinh sạch sẽ.
b.

Thành phần cấp phối

 Xi măng

Khi tính toán lượng xi măng, nhiều khi phải chú ý các yêu cầu trái ngược nhau là một mặt cần có bê tông độ bền cao, đặc biệt

là độ bền sớm (liên quan với thời gian tháo cốp pha), mặt khác là hạn chế nhiệt độ trong quá trình ninh kết để tránh nứt nẻ. Do vậy
cần phải tiến hành thử nghiệm. Nhiều nước đã chuẩn hoá loại xi măng và lượng xi măng trong thành phần cấp phối. Ví dụ, có thể
dùng xi măng Portland 32,5R với hàm lượng 280 đến 300kg/m3 vào mùa hè; 300 đến 330kg/m3 vào mùa đông.
 Chất độn

Phụ thuộc vào lượng xi măng, theo kinh nghiệm trên thế giới, nên sử dụng tro bay, như vậy tạo điều kiện dễ chế biến, hạn chế
hiện tượng bất lợi là tiết vôi, góp phần làm bê tông chặt hơn và giảm nhiệt độ trong quá trình thuỷ phân. Chẳng hạn lượng tro bay có
thể thêm vào tới 60kg/m3 bê tông.
 Chất phụ gia

Để thuận tiện cho chế biến (nhào trộn, bơm, đổ) nên sử dụng phụ gia hoá dẻo. Phụ gia làm chậm đông cứng chỉ nên sử dụng
trong trường hợp đặc biệt.
 Cốt liệu

Để đảm bảo độ bền và mật độ của bê tông, cũng như nhu cầu về lượng nước hợp lý, cần sử dụng cốt liệu với thành phần cỡ hạt
(biểu đồ cỡ hạt) theo quy định. Kích thước hạt lớn nhất cần phải chọn cho phù hợp với mật độ của cốt thép, tuy nhiên không nên quá
32mm.

[19]


20
Để giảm mức độ co ngót, nên giữ cho lượng nước ở mức 1701/m 3. Khi sử dụng cốt liệu có kích thước hạt lớn nhất đến 32mm
thì lượng cát mịn cho vào nên ở mức là 400kg/m 3, còn với hạt lớn nhất là 16mm thì lượng cát mịn tương ứng là 450kg/m 3. Để hạn chế
tác động của nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đông cứng, nên sử dụng các loại cốt liệu có hệ số dãn nở nhiệt thấp (ví dụ đá ba dan,
đá vôi), sẽ thuận lợi hơn là loại cốt liệu có hệ số dãn nở nhiệt cao như đá chứa thạch anh. Cốt liệu là đá dăm cũng góp phần làm giảm
xu hướng nứt nẻ, nhờ làm tăng khả năng chịu kéo tốt hơn của bê tông. Để đảm bảo tính đồng đều của bê tông, thành phần cốt liệu
trong hỗn hợp không được sai lệch quá 7,5 % trọng lượng.
 Sợi thép


Bê tông sợi thép có thể sử dụng thay cho bê tông cốt thép trong những trường hợp nhất định. Khi sử dụng sợi thép, các vết nứt
và chiều rộng chiều sâu sẽ dàn trải ra và thuận lợi hơn so với khi sử dụng cốt thép và do vậy cải thiện tính năng sử dụng của bê tông
(hình 10-17). Mặt khác sẽ không cần các công tác đặt cốt. Càng tăng lượng sợi thép sẽ làm tăng khả năng mang tải của bê tông. Tuy
nhiên do hạn chế của quá trình chế biến mà hàm lượng sợi thép cũng chỉ có giới hạn. Nếu kết cấu vỏ có màng cách nước bằng vải
nhựa thì cần giải trình biện pháp trước khi thi công, để không gây hại đến màng chống thấm.
 Nước

Nước sử dụng cần được kiểm tra theo quy định, khi sử dụng lại nước thừa, cần chú ý để tránh ảnh hưởng của các chất phụ gia
cho vào trước đó đến quá trình ninh kết.
Bảng 2.1. Giá trị mác bê tông với giá thành, thời gian thi công.
Mác Mác Mác OK
bê
thấ
xi
cm
tông

Dm

I

ax

%

N Chi phí vật liệu cho 1m3 bê tông Thời
XM (kg)
gian

TK


[20]


21

300

m
(W)
12

măn
g
PC3
0
PC3
0
PC3
0
PC3
0
PC4
0

m
m
8-10 20

300


12

300

10

300

10

39

8-10 20

PC4
0

8-10 20

10

PC3
0

8-10 20

3001 10

PC3

0

8-10 20

3001 10
80

3001 10
80

300

80

C

Đ

PG

0,4

X
N
M
550 220

625

975


0

39

0,4

490 195

675

5,88

8-10 20

40

0,5

440 220

680

8-10 20

40

0,5

410 205


705

8-10 20

42

0,5
4

360 195

770

105
0
101
5
105
5
106
0

0,5
4

360 195

40


0,5

400 203

710

106
0

40

0,5

390 195

725

108
0

42

770

106
0

[21]

0

0,94
4,32
Sellfi
ll
3,6
R800
-S
1,031
lít132
R
4,68
lit
Sellfi
ll

9/199
6
9/199
6
9/199
6
9/199
6
1/199
7
1/199
7
4/199
7
4/199

7


22
3001 10
80

c.

PC3
0

8-10 20

40

0,5

390 195

710

108
0

3,9 lit 4/199
.R80 7
0S

Tổ chức thi công đổ bê tông

Tổ chức hướng đổ bê tông: tuỳ thuộc vào chiều dài đoạn hầm cần đổ bê tông, tốc độ đổ bê tông yêu cầu, năng lực thiết bị của nhà thầu
mà có thể sử dụng 1 hay nhiều bộ cốp pha để đổ bê tông. Trường hợp có 1 bộ cốp pha thì tiến hành đổ từ lần lượt từ điểm cuối ra đến
cửa hầm. Trường hợp có từ 2 bộ cốp pha trở lên (thường với 2 lối tiếp cận vào đoạn hầm chỉ dùng tối đa 2 bộ cốp pha) thì tiến hành
chia đoạn hầm cần đổ thành số đoạn tương ứng và tiến hành đổ từng đoạn theo hướng từ giữa ra phía đầu đoạn hầm có lối thông với
mặt đất.

Không gia cố

Có cốt thép

[22]


23

Có sợi thép

Hình 2.8. Phân bố khe nứt khi sử dụng sợi thép so với khi
không có cốt thép và có cốt thép
Trình tự đổ bê tông từng đốt:
1. Căn tẩy, chỉnh sửa biên CTN theo đúng thiết kế;
2. Vệ sinh, làm sạch bề mặt biên hầm (phun nước, khí nén);
3. Lắp dựng cốt thép cho khối đổ (có thể sử dụng hoặc không sử dụng cốp pha lắp thép tuỳ thuộc vào kích thước CTN), đặt các ống chờ

sẵn xuyên qua khối đổ phục vụ công tác bơm phụt lấp đầy sau khối đổ;
4. Di chuyển cốp pha đổ bê tông tới vị trí khối đổ, căn chỉnh cốp pha phù hợp với biên khối đổ theo thiết kế;
5. Lắp dựng cốp pha đầu đốc (bằng lưới thép mắt cáo kết hợp thanh thép gai tăng cứng hoặc các tấm sheet gỗ);
6. Đổ bê tông (thiết bị vận chuyển bê tông, bơm bê tông) song song với công tác đầm chặt (bằng đầm dùi qua các cửa sổ chờ bố trí trên

cốp pha, đàm rung gắn trên thành cốp pha);

7. Tháo ván khuôn khi bê tông đạt tối thiểu 70% cường độ thiết kế (trong điều kiện biên hầm ổn định) và 100% cường độ thiết kế (khi

biên hầm không ổn định);
8. Bảo dưỡng bê tông theo đúng tiêu chuẩn;
9. Bơm phụt lấp đầy phía sau khoảng trống giữa mặt ngoài vỏ bê tông và khối đá.

Trên hình 10-18 giới thiệu trình tự công nghệ đổ bê tông đường hầm giao thông có lắp đặt lớp màng chống thấm phía sau vỏ bê tông.

[23]


24

 Vệ sinh bề mặt khối đổ

Nền đá để đổ bê tông (của tường và vòm) khi gõ phải có tiếng vang. Khi gõ vào đá mà không phát ra tiếng vang tức là đã bị
long rời và phải được loại bỏ. Cho phép để lại những khối đá riêng rẽ không thể cạy dọn được bằng thủ công nhưng phải được gắn kết
bằng vữa xi măng (loại trừ những chỗ có vỏ thép) và phải được vẽ đường bao đánh dấu tại thực địa và đưa vào bản vẽ hoàn công của
khối đổ. Các lỗ khoan còn lại cũng như các chỗ lõm sâu cục bộ trong đá hoặc trong bê tông (không bị lấp đầy khi đổ bê tông cũng như
khi phun xi măng) sẽ được lấp đầy riêng rẽ từng chỗ bằng vữa và được thể hiện trên bề mặt bê tông ở bản vẽ hoàn công. Trường hợp
có nước ngầm chảy ra từ các vết nứt của đá thì phải thu và dẫn ra khỏi khối đổ.
Các bề mặt đá và bê tông phải được rửa sạch bằng vòi nước có áp lực và được thổi bằng khí nén. Không cho phép có nước
đọng hoặc có vết dầu mỡ trên bề mặt nền, đồng thời phải loại bỏ các màng xi măng trên mặt bê tông sẽ đổ.
Tất cả các khe nứt có độ mở ≥ 20 mm phải được chèn vữa xi măng. Khe nứt có độ mở từ 20 mm đến 1 m phải được dọn sạch
tới độ sâu ít nhất bằng hai lần chiều rộng khe nứt và được lấp đầy bằng vữa xi măng hoặc bê tông tuỳ theo chiều rộng dọn sạch cho
hết độ sâu vữa ngấm vào khe nứt.
 Công tác cốt thép:

Cốt thép trong vỏ bê tông có thể là cốt thép cứng (khung thép hình dùng làm kết cấu chống tạm sau đó giữ lại trong vỏ bê tông), cốt
thép mềm (cốt thép tròn (thường là loại có gai) liên kết theo dạng lưới: cốt thép đơn (chỉ có một lớp cốt thép) hoặc cốt thép kép (có 2

lớp cốt thép); hoặc liên kết dưới dạng thép tổ hợp (lactice girder) đặt cách quãng theo trục dọc CTN.
Cốt thép mềm trong vỏ bê tông được lắp dựng tại khối đổ trước khi di chuyển cốp pha tới vị trí khối đổ và đổ bê tông. Cốt thép được
uốn sẵn bên ngoài hầm và vận chuyển vào vị trí khối đổ bằng các thiết bị chuyên dụng. Khi kích thước tiết diện ngang CTN lớn phải
có giá lắp cốt thép (sàn công tác) hỗ trợ cho công tác này. Lưới cốt thép liên kết với nhau chủ yếu bằng hàn điện. Liên kết bằng hàn
buộc chỉ áp dụng trong CTN có kích thước nhỏ hoặc khi có sử dụng lớp màng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật hoặc nhựa không cho
phép dùng hàn điện dễ gây ra các lỗ thủng trên đó.

[24]


25
 Những yêu cầu của công tác lắp dựng cốt thép

Để công tác lắp đặt cốt thép có chất lượng cao thì khi thi công lắp đặt thép ta phải thực hiện các yêu cầu sau:
-

Phải dùng đúng số hiệu (mác), đường kính, hình dáng, kích thước của cốt thép.

-

Phải lắp đặt đúng vị trí thiết kế của từng thanh đảm bảo đúng độ dày của lớp bảo vệ

-

Thép phải sạch (không được dính bùn, đất, dầu, mỡ) và không bị han rỉ.

-

Phải đảm bảo độ vững chắc và ổn định ở các mối nối.


 Lắp dựng cốt thép

Lắp đặt cốt thép được tiến hành theo trình tự sau: Chuẩn bị, lắp đặt cốt thép, nghiệm thu công tác lắp đặt cốt thép.
o

Công tác chuẩn bị gồm các việc sau: Chuẩn bị thép, xác định vị trí lắp đặt cốt thép, đưa sàn công tác vào vị trí.

•

Trước khi lắp đặt thép thì thép phải được chuẩn bị cả về số lượng và chất lượng. Các thanh thép được gia công đúng thiết kế tại phân
xưởng gia công, những người gia công thép phải có tay nghề cao. Sau khi gia công xong thép được vận chuyển đến vị trí gần nơi lắp
dựng theo từng lô, từng chủng loại . Để phục vụ cho công tác đánh giá chất lượng cốt thép và công tác đánh giá khả năng đổ bê tông
thì trước khi đưa thép vào lắp đặt thép phải có bản lý lịch của nhà máy sản xuất và các bản phân tích của phòng thí nghiệm, các biên
bản nghiệm thu cốt thép gia công ở xưởng, biên bản thí nghiệm cơ học của cốt thép chịu lực theo quy định trong thiết kế.

•

Vị trí lắp đặt cốt thép được đội trắc địa xác định sau đó bàn giao cho đội thi công cốt thép.

•

Sau khi xác định được vị trí lắp dựng cốt thép thì đội thi công cốt thép tiến hành đưa sàn công tác (sàn để hỗ trợ việc lắp dựng cốt
thép) vào vị trí làm việc.

•

Lắp đặt cốt thép.
Khi lắp đặt thép thì có thể kết hợp lắp các thanh khác nhau để công tác định vị được dễ dàng. Dựa vào bản vẽ thiết kế xác định loại
thanh thép cần được lắp, vị trí của thanh (khoảng cách của thanh với các thanh bên cạnh và các thanh khác). Lựa chọn thanh thép
chuẩn bị lắp đặt trong số các thanh thép đã gia công, đưa thanh thép vào vị trí lắp đặt bằng thủ công sau đó định vị thanh thép. Trước

khi định vị thanh thép người công nhân lắp đặt thép phải kiểm tra lại vị trí, khoảng cách của thanh thép với các thanh khác có đúng

[25]