13
hình thành do các quá trình biến đổi cơ học trong khối đất/đá, đợc gọi là kết
cấu thụ động hay kết cấu chống đỡ. Kết cấu tích hợp Khung chống Vỏ chống
Tính
năng
Chủ yếu đóng vai trò tích cực gia cố hay
chủ động, kể cả ở dạng liên kết cới các kết
cấu chống khác
Chủ yếu đóng vai rò kết cấu chống thụ
động, tiếp nhận các loại tải trọng

6. Phân loại theo tính chất hay biểu hiện cơ học của kết cấu
Theo tính chất hay biểu hiện biến dạng và khả năng chịu tải, có thể phân
các kết cấu chống thành các nhóm là rất cứng, cứng và mềm với các đặc điểm
đợc định nghĩa nh trong bảng 1-2.

Bảng 1-2. Loại kết cấu và các khả năng nhận tải tơng đối
Khả năng nhận tải tơng đối
Kết cấu
chống
Biểu hiện cơ học
mômen lực dọc
rất cứng nh một cố thể-biến dạng
ít
lớn nhỏ
cứng nh bán cố thể- biến dạng
nhỏ

mối liên kết với khối đất/đá và thời điểm lắp dựng chúng có ảnh hởng lớn đến
sự thành công về kỹ thuật và kinh tế của một biện pháp xây dựng. Trong thực
tế, nhất thiết phải có biện pháp bảo vệ ngời và thiết bị khi tiếp tục đào một
chu kỳ mới hay một đoạn công trình ngầm mới, nếu khối đá không có đủ thời
gian ổn định không chống cần thiết.
Kết cấu chống tạm đợc lắp dựng tùy thuộc mức độ ổn định của khối đá,
cụ thể:
có thể phải lắp dựng trớc khi đào, hoặc
có thể lắp dựng trực tiếp ngay sau khi đào hay sau một khoảng thời gian
nhất định sau khi đào, hoặc
phối hợp cả trớc và sau khi đào khoảng không gian ngầm.
Khi thời gian tồn tại ổn định (thời gian ổn định không chống) của khối
đất/đá rất nhỏ (vài giây, vài phút), bắt buộc phải sử dụng các giải pháp chống
trớc để bảo vệ khỏang không gian ngầm sau khi đào, tức là tiến hành lắp
dựng kết cấu chống tạm thích hợp trớc khi tiến hành đào khoảng trống. Kết
cấu chống trớc có nhiều dạng khác nhau. Các kết cấu cổ điển thờng là đóng
nhói, đóng cọc bằng gỗ; ngày nay đợc thay thế bằng cọc thép, ván thép;
ngoài ra tùy theo điều kiện thực tế còn sử dụng các biện pháp nh khoan phụt
(khoan ép gia cố), neo khoan phụt, ô ống bảo vệ
Ví dụ một kết cấu chống tạm kết hợp chống trớc và chống sau khi đào,
sử dụng trong trờng hợp gặp khối đất/đá kém ổn định, thờng ở dạng tổ hợp
của các loại hình trên nh cọc thép kết hợp với bê tông phun và khung thép.
Các kết cấu chống tạm lắp dựng sau khi đào thờng đợc tạo nên từ
bêtông phun, neo, lới thép, lới chất dẻo, khung gỗ, khung thép ở quy mô và
mức độ kết hợp nhất định, tùy thuộc vào mức độ ổn định của khối đá.
Thép tấm hay ván thép đợc sử dụng chủ yếu khi thi công công trình
ngầm đợc bố trí trong khối đất. Chúng đợc bố trí lệch nhau, có đoạn chồng
lên nhau. Do kỹ thuật thi công thờng tạo nên các khoảng rỗng, do vậy các
khoảng rỗng lại phải đợc lấp đầy bằng vữa hay bê tông phun, nhằm hạn chế
dịch chuyển. Sau đó trong quá trình đào các khung thép đợc lắp dựngvà

thiết kế, đặc biệt là việc xác định tỷ số giữa áp lực hay tải trọng theo hai
phơng vuông góc với nhau. Vì vậy các loại kết cấu bảo vệ rất cứng, đợc lắp
dựng trớc khi trạng thái ứng suất thứ sinh hình thành ổn định, thờng cũng
đợc thiết kế quá lớn. Cũng chính vì vậy kết cấu bảo vệ rất cứng thờng chỉ
đợc sử dụng khi cần thiết phải hạn chế hoặc ngăn chặn biến dạng lớn.
Kết cấu chống tạm cứng thờng đợc thiết kế, sao cho chúng là ổn định
ở trạng thái độc lập, nhng cho phép tiếp nhận biến dạng của khối đá đến mức
độ nhất định, để có thể phát huy khối đá trở thành một bộ phận chịu tải của hệ
thống kết cấu chống-khối đá. Loại hình này đợc sử dụng làm kết cấu chống
tạm khi công trình ngầm đi qua các vùng khối đá bị phá hủy (đới phá hủy, khu
vực khai thác) hoặc đợc bố trí ở độ sâu nhỏ (chiều dày lớp phủ nhỏ), bởi vì ở

16
độ sâu nhỏ vùng chịu tải hay nhận tải trong khối đá chắc chắn không thể hình
thành đợc, hoặc sự liên kết với khối đá rất hạn chế hay không có đợc.
Kết cấu mềm là kết cấu có khả năng biến dạng nhiều. Nhờ có khả năng
biến dạng lớn của kết cấu nên quá trình biến đổi ứng suất từ trạng thái nguyên
sinh sang trạng thái thứ sinh xảy ra nh một quá trình tự điều khiển hay tự điều
chỉnh. Nói chung loại kết cấu này chủ yếu chỉ tiếp nhận đợc lực nén dọc theo
mặt cắt, khả năng chống uốn nhỏ, do vậy cũng huy động đợc khả năng tự
mang tải của khối đá và làm cho tác động gây uốn trong kết cấu bảo vệ chỉ
hình thành ở mức độ nhỏ. Trong trờng hợp giới hạn có thể coi kết cấu này là
vỏ gia cố bề mặt. Hiện nay kết cấu này thờng là bê tông phun không hoặc có
lới thép, cốt thép. Trong tơng lai gần sẽ tính tới khả năng áp dụng rộng rãi
bê tông phun với sợi thép.
Giữa khối đá và kết cấu có thể có thể hình thành những mối liên kết ở
mức độ nhất định. Đơng nhiên hệ thống tổng hợp kết cấu chống-khối đá chỉ
có thể làm việc tốt, nếu nh đảm bảo có đợc sự tiếp nhận hay chuyển tiếp tốt
các thành phần lực pháp tuyến và tiếp tuyến giữa khối đá và biên đào. Các kết
cấu dạng khung nh khung gỗ, khung thép, khung bê tông cốt thép đúc trớc

vệ, vì nhờ giảm đợc các công việc và các công đoạn thi công; hiện tại có thể
giảm đợc 1/3 thời gian lắp dựng kết cấu bảo vệ nếu sử dụng bê tông phun sợi
thép so với các kết cấu chống khác cho trờng hợp tơng đơng.
Không kể đến phơng pháp thi công các công trình ngầm bằng máy
khoan hầm, có thể nhận thấy rằng, xu hớng của xây dựng công trình ngầm
hiện đại là sử dụng kết cấu bảo vệ trên cơ sở bê tông phun. Kết cấu bảo vệ trên
cơ sở bê tông phun thờng bao gồm các bộ phận là:
bê tông phun, có thể có lới thép, sợi thép,
neo,
khung thép hình hay khung thép tổ hợp .
Bê tông phun cho phép tạo ra kết cấu liên kết toàn phần với khối đá, không
có khoảng rỗng, khe hở. Với khả năng đợc coi là gia cố tạm thời cho khối đá,
sẽ tạo nên kết cấu liên hợp kết cấu chống-khối đá, với khối đá là bộ phận chịu
tải chính. Bê tông phun có thể đợc phun không hoặc có cốt bằng lới thép hay
sợi thép. Thông thờng không thể loại bỏ cốt khi sử dụng bê tông phun.
Khung thép từ thép hình cũng nh khung thép tổ hợp (là khung thép
đợc hàn từ các thanh thép tròn theo kiểu dáng nhất định) là loại kết cấu đảm
bảo chắc chắn chức năng bảo vệ, đặc biệt là khi kết hợp với bê tông phun sẽ
cho phép có khả năng mang tải ngay tức thời. Ngoài ra nó thỏa mãn yêu cầu
của cốt kín, tạo nên vành kín cho vỏ bê tông phun, đồng thời là bộ phận phụ
trợ tạo dáng, định hình và cho phép thực hiện công tác đo đạc, điều chỉnh đợc
thuận lợi.
Tác dụng của hệ kết cấu chống-khối đá đợc tăng cờng phần nào chính
nhờ có các loại neo. Với chức năng gia cố khối đá, neo gây ra các tác động
làm giảm ảnh hởng của tính bất đồng nhất trong khối đá nh
do sự có mặt
của các lớp đá, các hệ khe nứt khác nhau, hoặc các khe nứt hình thành do quá
trình tơi rời do nổ mìn hoặc do biến dạng. Khi kết cấu neo đợc lắp dựng thành
hệ thống neo, sẽ huy động đợc vùng khối đá rộng hơn tham gia vào vành hay
vòm chịu tải.

Kết cấu chống cố định thờng là bê tông cốt thép hoặc bê tông đổ tại
chỗ. Tuy nhiên, trong ngành mỏ và khi thi công các công trình ngầm dân dụng
bằng máy khoan hầm cũng sử dụng các tấm bê tông cốt thép đúc sẵn, còn gọi
là các tấm tuýp-bing khi công trình có dạng tròn.

Kết cấu chống hai lớp và kết cấu chống một lớp
Trong công tác xây dựng các công trình ngầm dân dụng, nh các đờng
hầm, thờng nói đến dạng kết cấu chống hai lớp vỏ hoặc kết cấu một lớp vỏ.
Trớc đây, cũng nh hiện tại, thông thờng vỏ chống các công trình ngầm
đợc chia ra thành lớp vỏ ngoài (vỏ chống tạm) và lớp vỏ trong (vỏ chống cố
định). Vỏ chống vì vậy đợc gọi là vỏ hai lớp hay
kết cấu chống hai lớp. Do
yêu cầu về tính kinh tế, nên xu thế chung cho thấy cần thiết phải tích hợp lớp
vỏ thứ nhất với lớp vỏ thứ hai, để sao cho trong trờng hợp lý tởng sẽ trở
thành một vỏ chống thống nhất, tức là tạo ra kết cấu chống một lớp. Tuy nhiên,
để đạt đợc mục tiêu này, sự hình thành các loại vỏ đó đòi hỏi các kỹ thuật và
công nghệ khác nhau, đợc giới thiệu khái quát sau đây.