Mặt đất lún xuống và đường hầm sụt lún (P2)

2. Nguyên nhân lún xuống của mặt đất
Khi thi công bằng khiên, nguyên nhân dẫn đén mặt đất lún xuống có nhiều, song chủ yéu là do các loại nguyên nhân sau đây:
a. Thay đổi trạng thái ứng suất ban đầu của địa tâng
Khi dùng khiên loại ngực trần thì lúc bắt đầu đào, ứng suất trên mặt đào ở trạng thái bị phóng thích, khối đất trên mặt đào chịu ửng suất che chống ngang nhỏ hơn ứng suất bên nguyên thuỷ, nên khối đất phía trên mặt đào bị mất cân bằng và chuyển động vào phía trong khiên, dẫn đến lún sụt mặt đất phía trên của khiên. Khi khiên được đẩy lên, nếu dùng ứng suất đây chính diện lên khối đất lớn hơn ứng suất bên nguyên thuỷ của đất, thì khối đất chính diện sẽ bị khiên tác dụng dồn ép làm cho khối đất bị dịch chuyển lên phía trước và sẽ bị vồng lên phía trước của khiên. Đối với khiên dập ép kiểu ngực bịt kín, do dồn đất quá nhiều hoặc quá ít hoặc do khi áp suất đất trên mặt đào trở nên long rời hoặc bị dồn ép, làm cho ứng suất ban đầu của khối đất trên mặt đào và áp suất vữa bùn không ổn định, đều có thể làm cho khối đất trên mặt đào thay đôi mà dẫn đến làm cho mặt đất lún xuống hoặc vồng lên. Ngoài ra do khiên chạy ngoằn ngoèo hoặc chạy trên đường vòng mà dẫn đến đào sai lệnh tuyến cũng làm cho phạm vi xáo động của khối đất bị mở rộng tạo thêm cho mặt đất lún xuống. Có khi do kích bị dò dàu rụt lại có thể làm cho khiên phải tụt lùi, khối đất mặt đào bị hụt che chống cũng làm cho khối đất sụt lở hoặc bị long rời mà gây ra lún sụt cho mặt đất.
b. Sự thay đổi mức nước ngầm.
Trong thi công đường hầm bằng khiên, luôn luôn phải dùng biện pháp hạ mức nước ngầm, do nước bị hạ nên sẽ sinh ra lún cố kết. Nếu dùng giếng kim thì sẽ làm cho độ lún mặt đất đi theo phạm vi mặt trong của phễu hạ mức nước ngầm của giếng kim, lượng lún và thời gian lún có thê liên quan với tỷ số lỗ rỗng và hệ số thẩm thấu. Trong đất sét có hệ số thấm thấu tưong đối nhỏ, thời gian cố kết khá dài, do đó độ lún cũng sẽ rất chậm.
a. Phun vữa bịt khe hở sau đuôi khiên không đầy đủ.
Khe hở thi công ngoài phạm vi đường hầm phía sau đuôi khiên cần phải phun vữa bịt kín kịp thời. Khi phun vữa bịt kín không kịp thời, ép lượng vữa không đủ, áp suất không thoả đáng sẽ làm cho khối đất xung quanh phía sau đuôi khiên mất trạng thái cân bằng ban đầu mà di động vào trong khe hở ở đuôi khiên tạo thành sụt địa tầng, đặc biệt là đối với địa tầng ngậm nước không ôn định khi ép vữa bịt kín khe hở đuôi khiên không đày đủ sẽ làm cho địa tầng bị sụt rất dễ dẫn đến lún sụt mặt đất.
b. Biến dạng cùa vỏ hầm.
Sau khi vỏ hầm thoát ly khỏi đuôi khiên xong, áp lực đất và nước tác dụng lên vỏ hầm làm cho vỏ hầm phát sinh biến dạng, cũng có thể dẫn đến làm cho lún xuống một ít.
đ. Cố kết của khối đất bị xáo động
Khối đất xung quanh khiên bị xáo động sau khi khiên thi công xong sẽ hình thành khu siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đường hầm của khiên, khi khiên đi khỏi địa tầng xong, do ứng suất bề mặt của khối đất được phóng thích, siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đường hầm bèn hạ xuống, nước lỗ rỗng thoát ra dẫn đến tầng đất di động và mặt đất sụt xuống.
Ngoài ra, do tác dụng dồn ép của khiên trong khi tiến lên và tác dụng ép vữa sau đuôi khiên và một số nhân tố thi công khác, làm cho địa tầng xung quanh hình thành khu siêu áp suất nước lỗ rỗng, khu này tiêu tan trong một khoảng thòi gian ngắn sau khi khiên thi công đường hầm xong lại phục hồi nguyên dạng, trong quá trình đó địa tầng phát sinh biến dạng cố kết do thoát nước, dẫn đến mặt đất lún xuống, có nghĩa là xẩy ra lúr cố két chính. Sau khi khối đất bị xáo động xong, bộ khung của khối đất lại phát sinh biến dạng co ngót liên tục trong thời gian rất dài. Trong quá trình nhu biến của khối đất ấy sẽ làm cho mặt đất lún xuống, đó là độ lún cố kết thứ sinh. Trong đất sét mềm dẻo và chảy dẻo có tỷ số lỗ rỗng và độ nhạy lớn, lún cố kết thứ sinh xẩy ra liên tục trong một số năm. Lún cố kết thứ sinh chiếm khoảng trên 35 % tông số độ lún.