THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG THẤM VÀ THOÁT NƯỚC,
THIẾT KẾ CỬA HẦM
3.5
ĐIỀU 64

Thiết kế hệ thống chống thấm nước và thoát nước

Đại cương

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế các hệ thống chống thấm nước và thoát nước
phù hợp với việc sử dụng đường hầm để duy trì các chức năng của đường hầm
và đề phòng sự hư hỏng bê tông vỏ hầm và các thiết bò khác.
[Giải thích]
Nước rò rỉ vào đường hầm không chỉ làm xuống cấp các chức năng của
các thiết bò ở bên trong đường hầm và giảm tính lâu bền của chúng mà còn có
tác động bất lợi cho việc đi lại trên đường vì nước đóng băng trong mùa đông.
Vì vậy phải thiết kế hệ thống chống thấm nước và thoát nước phù hợp.
Trong khi đào đường hầm xuyên núi, nước ngầm bao quanh đường hầm
thường cho thoát hẳn chứ không cho dừng lại bên ngoài bê tông vỏ hầm để
kiểm soát áp lực cực kỳ cao của nước ngầm hoặc đề phòng rò rỉ nước qua bê
tông vỏ hầm. Trong khi đào đường hầm qua đất đá không bền vững ở các vùng
đô thò, việc thoát nước ngầm đôi khi gây lún đất đá. Do đó cần phải thiết kế và
xây dựng những đường hầm kín nước không bao giờ gây ra việc hạ thấp mực
nước ngầm trong và sau khi xây dựng. Như vậy, phải thiết kế hệ thống chống
thấm nước và hệ thống thoát nước riêng biệt nhau cho các đường hầm thường
và đường hầm kín nước.
Những biện pháp đối phó với sự rò rỉ nước gồm có:


i)

chống thấm nước bằng các màng chống thấm sau khi dùng những biện
pháp phù hợp phía sau bê tông vỏ hầm để đề phòng rò rỉ bên trong bê
tông vỏ hầm.

ii) thoát nước để cho dòng nước chảy vào đường hầm thoát ra suôn sẻ.
iii) kiểm soát sự rò rỉ nước qua các mối nối bằng cách làm gián đoạn hoặc
dẫn nước đi mặc dù có hệ thống chống thấm nước.
Các phương pháp thoát nước giới thiệu trên H*.3.11.

ĐIỀU 65 Chống thấm nước
Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế hệ thống chống thấm nước phù hợp với điều
kiện đất đá và việc sử dụng đường hầm. Vật liệu để chống thấm nước phải bền,
dễ dàng xây dựng và khó đứt trong khi xây dựng.
[Giải thích]
Phải thiết kế hệ thống chống thấm nước phù hợp với điều kiện đất đá và
việc sử dụng đường hầm vì nước rò vào đường hầm gây khó khăn cho việc đi
lại trên đường do nước đóng băng trong mùa đông. Sự rò rỉ nước cũng làm giảm
tính lâu bền của bê tông vỏ hầm và trong nhiều trường hợp có tác động bất lợi
đến các thiết bò trong đường hầm. Phải xác đònh cẩn thận khu vực xây dựng bởi
vì một khu vực thậm chí không có dòng nước chảy vào vẫn phải chòu đựng sự rò
rỉ nước sau khi xây dựng xong bê tông vỏ hầm vì những thay đổi về điều kiện
nước ngầm.
Có ba phương pháp tiêu biểu về chống thấm nước cho đường hầm xuyên
núi, đó là sử dụng màng chống thấm, phun chống thấm và áo chống thấm. Hiện


nay, màng chống thấm được sử dụng thường xuyên hơn các phương pháp khác
vì màng có thể tạo ra một lớp chống thấm nước đáng tin cậy và có chất lượng
đồng đều. Phun và áo chống thấm có thể thực hiện dễ dàng và phủ kín trọn vẹn
bề mặt cần chống thấm. Tuy nhiên, dùng hai phương pháp này khó tạo ra một

lớp chống thấm nước có bề dày không thay đổi.

H*.3.11. Ví dụ về chống thấm nước và thoát nước


Vật liệu làm màng chống thấm gồm có nhựa cao su, cao su tổng hợp và
chất dẻo. Những vật liệu chính đang dùng ở Nhật đối với các đường hầm xuyên
núi là rất nhiều loại chất dẻo như etylen, vinyl axetat (EVA), polivinyl clorit
(PVC) và etylen co-polime bitum (ECB). Hiện nay, ở Nhật Bản thường dùng
loại màng chống thấm có bề dày 0,8 – 1,2 mm, tuy vậy nên xác đònh bề dày
theo mục đích của màng và việc sử dụng đường hầm.
Các vật liệu dùng cho hệ thống chống thấm nước phải có đủ độ giãn nở
và cường độ để chống lại tác động cơ học trong khi xây dựng hệ thống này và
đổ bê tông vỏ hầm, chống lại áp lực của bê tông tươi và áp lực nước. Các vật
liệu cũng phải có cấu trúc và chất lượng đảm bảo tính lâu bền so với các thành
phần của bê tông và dòng nước chảy vào. Đặc biệt là trong các đường hầm kín
nước, áp lực cao của nước có thể tác động lên hệ thống chống thấm nước, vì
vậy cần có một công trình nghiên cứu đầy đủ về loại, vật liệu, quy cách kỹ
thuật và khu vực xây dựng hệ thống chống thấm nước. Cần phải tạo ra một lớp
chống thấm nước liên tục, vì vậy các chỗ nối trên màng chống thấm cũng phải
có cường độ và độ kín nước quy đònh.

ĐIỀU 66

Thoát nước

Kỹ sư thiết kế sẽ thiết kế một hệ thống thoát nước phù hợp để dẫn nước
suôn sẻ và thoát nước chảy vào.
[Giải thích]
Trong khi thiết kế hệ thống thoát nước phải xác đònh vò trí lắp đặt, kết

cấu, mặt cắt, v..v.. có tính đến việc sử dụng, điều kiện đòa điểm, lượng nước


chảy vào, độ dốc theo chiều dọc và ngang của đường hầm, sự cần thiết phải có
vòm ngược, kết cấu đường và các yếu tố khác.
Nước chảy vào đường hầm gom vào phía sau bê tông vỏ hầm có xu
hướng chảy từ điểm thấp nhất của mặt cắt đường hầm. Chọn vò trí rãnh thoát
không phù hợp làm cho nước đọng lại ở ngang mực nền và làm hư hỏng nền do
phải bơm bùn. Ống thoát nước thường đặt giữa đường hầm vì điểm thấp nhất
của mặt cắt đường hầm thường ở giữa đường hầm. Trên H*.3.12 giới thiệu
phương pháp thoát nước vừa nêu. Các vật liệu gom nước như đệm thoát nước,
đặt giữa bê tông phun và bê tông vỏ hầm hoặc đặt ống có khoan lỗ vào trong
đất đá để thoát nùc. Các ống thoát nước nằm ngang đặt cách nhau một khoảng
phù hợp để dẫn nước vào ống thoát ở trung tâm.

H*.3.12.

Các ví dụ về hệ thống thoát nước


Nếu nhấn mạnh sự thoát nước có hiệu quả trong những mặt cắt cần đến
vòm ngược, một ống thoát nước đặt ở đáy vòm ngược có lợi thế vì nước thoát ra
từ điểm thấp nhất.
Mặt khác, ống thoát nước cũng thường được đặt tại mặt cao nhất của vòm
ngược trong những trường hợp sau:
(i)

Khi ống thoát nước đặt ở dưới vòm ngược không ngang tầm như trong
mặt cắt không có vòm ngược. Trong điều kiện đó cần phải đào khá
nhiều để điều chỉnh độ cao và việc đó được bù đắp bằng lợi ích đã

nêu trên đây.

(ii) Khi đặt ống thoát nước ở mặt đáy vòm ngược làm xáo trộn đất đá
không bền vững.
(iii) Khi những phần hạt mòn trong đất đá không bền vững trôi vào ống
thoát nước cùng với dòng nước đi vào, điều này chắc chắn tạo ra
những chỗ trống trên mặt đáy của vòm ngược làm lún đất trên bề mặt.

3.6
ĐIỀU 67

Thiết kế vùng cửa hầm

Đại cương

Vùng cửa hầm của đường hầm được thiết kế dựa trên sự xem xét kỹ lưỡng
điều kiện đất đá, kích thước mặt cắt ngang, điều kiện đòa điểm, ảnh hưởng đến
môi trường xung quanh và phương pháp xây dựng cửa hầm.
[Giải thích]


Vùng cửa hầm thường có tầng đất đá phủ mỏng và khó tạo thành vòm đất
đá.
Đòa điểm của cửa hầm thường ở vùng đất yếu về mặt đòa chất, cùng với
điều đó là sự xói mòn phát triển và một đòa hình phức tạp hình thành. Như vậy,
việc đào hầm hoặc xây dựng cửa hầm chắc chắn gây ra trượt lở đất và trượt mái
dốc. Khi đường hầm đang hoạt động, cửa hầm dễ bò ảnh hưởng của thiên tai và
khí tượng như đá rơi, tuyết lở, mảnh đá trôi và động đất. Đôi khi đường hầm có
thể chòu tải trọng của đất đá phủ hoặc áp lực của đất sau khi đã đi vào phục vụ.
Cần phải nắm chắc tất cả những điều kiện nêu trên trước khi thiết kế cửa hầm.

Trong Bảng* 3.12 liệt kê những vấn đề có thể gặp chủ yếu trong khi xây dựng
cửa hầm và những suy xét để thiết kế.
H*.3.13 giới thiệu vùng cửa hầm, thường được xác đònh là một vùng có
chiều sâu lớp đất đá phủ bằng 1 – 2 D, ở đó khó phát triển vòm đất đá. Tuy
nhiên, khó đưa ra được một đònh nghóa chính xác. Phải xác đònh vùng này theo
những điều kiện đất đá đặc biệt.


ĐIỀU 68

Thiết kế vùng cửa hầm

(1) Để thiết kế vùng cửa hầm, người kỹ sư thiết kế xem xét ảnh hưởng
đến độ dốc của cửa hầm, sự hài hòa với cảnh quan xung quanh, phương pháp
xây dựng và những thay đổi trong tương lai đối với các kế hoạch phát triển hoặc
việc sử dụng đất trong vùng lân cận.
(2) Kỹ sư thiết kế xem xét những điều kiện đất đá hoặc cường độ đòa chấn
khi cần thiết cho việc thiết kế hệ thống chống đỡ hoặc bê tông vỏ hầm ở vùng
cửa hầm.
(3) Kỹ sư thiết kế chọn và thiết kế những biện pháp hiệu chỉnh hợp lý đối
với những vấn đề có thể xảy ra trong khi xây dựng đường hầm.

Bảng* 3.12. Những vấn đề có thể gặp tại mặt cắt cửa hầm và những lập luận
để thiết kế

Vấn đề

Lập luận

Hỏng mái


Việc xây dựng ở vùng cửa hầm đôi khi gây hỏng mái dốc hoặc

dốc hoặc

trượt lở. Điều này được gắn cho sự làm tơi do đào đường hầm

trượt lở

hoặc cắt phần mái dốc do xây dựng cửa hầm. Khi có khả năng
hỏng mái dốc hoặc trượt lở do đào đường hầm thì phải đưa


những biện pháp bảo vệ mái dốc trước khi đào hầm.
Áp lực

Áp lực không đối xứng có thể tác dụng lên mặt cắt của đường

không đối

hầm và có thể xuất hiện ứng suất lớn trong đường hầm tùy

xứng

theo vò trí của mái dốc và hầm. Nếu không làm cho đường hầm
ổn đònh thì phải có biện pháp cân đối áp lực của đất bằng cách
đổ vật liệu đối trọng hoặc cắt để ổn đònh mái dốc.

Đất đá


Tại vùng cửa hầm lớp đất đá phủ có chiều dày nhỏ, tổng tải

không đủ

trọng ở trên đường hầm đôi khi có thể tác dụng lên đường

khả năng

hầm. Đất đá ở vùng cửa hầm gồm các trầm tích không bền

chòu tải

vững hoặc nằm trong vùng phong hóa, vì vậy vùng đáy thường
bò lún hoặc biến dạng do đất đá không đủ khả năng mang tải.
Phải thực hiện việc thiết kế không chỉ cửa hầm mà cả phương
pháp xây dựng để cho đất đá có thể đạt được khả năng mang
tải.

Sập gương

Ở vùng cửa hầm đất thường yếu và cố kết kém. Ngay cả khi
đất đá chứa các loại đá cứng, các đứt gãy và vùng nứt nẻ có
thể làm cho các nứt nẻ phát triển. Trong nhiều trường hợp
gương có thời gian đứng vững ngắn. Khi gương không thể đứng
vững lâu dài thì cần phải nghiên cứu áp dụng một phương pháp
khai đào hay phương pháp phụ để bảo vệ gương không bò sập.

Lún đất mặt

Tại vùng cửa hầm đất đá phủ ít, đất đá thiếu khả năng mang

tải và gương có thời gian đứng vững ngắn chắc chắn gây ra tác
động lún truyền cho đất đá trên mặt. Đối với các công trình
trên mặt đất phải hạn chế lún cần đưa ra những biện pháp phù


hợp để đề phòng bất kỳ vấn đề nào và áp dụng một phương
pháp phụ khi cần.
Đá rơi, luồng Phải thiết kế vùng cửa hầm để cho cửa hầm ở một vò trí không
mảnh đá

có đá rơi, mảnh đá trôi hoặc tuyết lở. Khi không thể đònh vò

hoặc tuyết lở cửa hầm như vậy thì phải đưa ra những biện pháp phù hợp
chống lại tai họa có thể xảy ra.
Các công

Cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của việc xây dựng đường hầm

trình lân cận

đến các công trình hiện có trong vùng lân cận như nhà, tháp
bằng thép, đường bộ và đường sắt, và tác động của tiếng ồn và
khí thải sau khi đường hầm đi vào phục vụ.

H*.3.13 Vùng cửa hầm tiêu chuẩn (hầm đường cao tốc)

[Giải thích]


(1) Trong khi xây dựng cửa hầm phải xem xét sự ổn đònh mái dốc cửa

hầm, sức mang tải của đất đá, mối quan hệ giữa trục và mái dốc của đường
hầm, các phương pháp đào cửa hầm và đào đường hầm, và sự tương thích với
cảnh quan xung quanh. Phải tránh cắt sâu vào mái dốc để rút ngắn chiều dài
của đường hầm vì điều đó chắc chắn làm sụt lở mái dốc hoặc gây trượt lở đất.
Khi mái dốc của cửa hầm không ổn đònh thì việc đònh vò cửa hầm hơi tiến về
phía trước phối hợp với đổ vật liệu đối trọng thường tạo ra điều kiện thuận lợi.
(2) Tại các vùng cửa hầm đất đá phủ ít và vòm đất đá khó phát triển. Như
vậy toàn bộ đất đá phủ có thể tác dụng lên đường hầm và cần những hệ thống
chống đỡ rất cứng để có thể chống đỡ tải trọng.
Bê tông vỏ hầm cần phải được gia cố với bê tông vòm ngược và cốt thép.
Phải áp dụng việc thoát nước và chống thấm nước khi thấy cần thiết để bảo
dưỡng vì sự rò rỉ nước và đóng băng dễ xảy ra trong vùng cửa hầm. Phải nghiên
cứu tác động của động đất trong điều kiện đất yếu vì động đất gây tác động bất
lợi cho vùng gần cửa hầm.
(3) Cần phải nghiên cứu tổng hợp các vấn đề có thể xảy ra trong khi xây
dựng đường hầm như trượt lở, đất đá không đủ khả năng chòu tải, áp lực không
đối xứng, lún đất mặt và thiên tai vì mục đích an toàn, xây dựng dễ dàng và
kinh tế. Sau đó phải thiết kế những biện pháp hiệu chỉnh tương ứng. Trong
Bảng*3.13 liệt kê những giải pháp cho những vấn đề có thể xảy ra.


ĐIỀU 69

Thiết kế cửa hầm

(1) Cửa hầm do kỹ sư thiết kế phải bảo vệ khu vực cửa hầm. Khi thiết kế
kỹ sư phải tính đến điều kiện đất đá, điều kiện khí tượng, kích thước đường hầm
và các chức năng, sự hài hòa với cảnh quan xung quanh tùy theo việc sử dụng
đường hầm.
(2) Kỹ sư thiết kế chọn đòa điểm và kiểu cửa hầm có tính đến đòa hình và

đòa chất ở phía sau cửa hầm, khả năng chòu tải của đất đá, sự ổn đònh của mái
dốc, các công trình lân cận, phương pháp xây dựng, kết cấu và hình dạng của
những mặt cắt lộ thiên.
[Giải thích]
(1) Cửa hầm bảo vệ khu vực cửa hầm khỏi bò trượt lở, đá rơi, tuyết lở
xuống bề mặt mái dốc và đòi hỏi một thiết kế ổn đònh về mặt cơ học. Vẻ ngoài
và hình dạng cửa hầm phải được xác đònh phù hợp với việc sử dụng đường hầm
và duy trì sự tương thích với điều kiện thiên nhiên và cảnh quan xung quanh.
Trong Bảng*3.14 giới thiệu các đặc điểm của những kiểu cửa hầm phổ biến.
(2) Xác đònh vò trí của cửa hầm không chỉ dựa trên cơ sở những suy xét
liên quan đến sự đề phòng thiên tai và tai họa khí tượng mà còn đến những yếu
tố như đòa hình và đòa chất xung quanh cửa hầm, khả năng chòu tải của đất đá,
sự ổn đònh của mái dốc tự nhiên, ảnh hưởng đến việc xây dựng và mối quan hệ
với các thiết bò bảo dưỡng quanh cửa hầm, và kết cấu mặt cắt lộ thiên như các
cây cầu.


Bảng* 3.13. Các giải pháp thiết kế để đề phòng những
vấn đề có thể xảy ra tại mặt cắt cửa hầm

Vấn đề

Trượ
t lở
đất

Giải pháp

Sụt
lở

mái
dốc

chính
Bảo vệ mái





dốc
Tường chắn





Cắt

để

Lún
đất
mặt

Sập
gương

Áp


Đất đá

lực

không

không đủ khả
đối

năng

xứng

chòu tải











hoặc đổ vật
liệu

bằng
đứng


neo

vữa không khí,
v.v…

đối

trọng
Gia cố trước

Tường chắn mở
rộng
Xi măng đất,

ổn

đònh mái dốc

Chú thích













Neo
Cọc bê tông



bảo vệ trượt




Cọc

bê

tông

Caisson, cọc bê



lở

tông cốt thép
chữ H, cọc ống

Thoát

thép

Thoát

nước

(trên mặt đất





nước

bằng ống gom



và bên trong

nước và khoan

đường hầm)
Phụt vữa

thoát nước

Ổn












đònh

Bê tông phun ở

gương

gương, neo

ở

gương, bảo vệ


bằng



ống

đỡ

phần trên, thanh
thép phía trước

gương, ống thép
phía

trước

gương, phụt vữa
tia ngang, bê
tông

vỏ

hầm

trước.
Hệ thống chống

Gia cố chân






đỡ bằng thép


nghiêng

có


cánh, neo gia cố
chân, phụt vữa
gia

cố

chân,

vòm ngược tạm
thời
Ghi chú

:  phương pháp thông thường