Thi công ở vùng cát chảy

Cát chảy thường là đất cát, đất sét cát mịn bị tác dụng của nước không còn liên kết nữa, hình thành dạng vữa hồ chảy lỏng, rất nguy hại đối với đường hầm. Do cát chảy có thê làm cho vi nham mất ổn định sụt lở, làm cho kết cấu che chống biến dạng, thậm chí phá hoại và đổ sập. Vì thế xử lý cát chảy trước tiên nên xử lý nước, nhằm giảm thiểu lượng nước trong cát là chính.
Nên dùng mấy biện pháp sau để xử lý:

I. Biện pháp hữu hiệu
1. Tăng cường điều tra, biên soạn phương án: Trong thi công cần điều tra đặc tính cát chảy, qui mô, tìm hiểu cấu thành địa chất, độ xuyên sâu, độ chặt tương đối, phân bố đường kính hạt, chỉ số dẻo, sức chịu tải của tầng đất, phân bố tầng ngậm nước, áp lực nước ngầm và hệ số thấm… và biên soạn phương án xử lý thiết thực có thể thực hiện được.
2. Trị thuỷ một cách tổng họp dựa vào điều kiện hiện trường, vấn đề xử lý nước ngầm là vấn đề mấu chốt mỗi khi đường hầm đi qua vùng cát chảy, vùng bùn chảy. Khi thi công, tuỳ theo điều kiện hiện trường mà dùng các phương pháp xử lý : Phòng, cắt, thoát, bịt.
– Phòng: Xây dựng hệ thống rãnh thoát nước trên mặt, noi cần thiết phải bố trí rãnh đỉnh đề phòng nước mưa nước trên mặt chảy vào hầm.
– Cắt: Dùng giếng sâu hạ mức nước ở ngoài hầm về phía có nhiều nguồn nước, phía có nhiều cấu tạo khi nứt chứa nước, dùng bơm hút hét nước thoát ra ngoài hầm, giảm thiểu áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động, có tác dụng ngăn chặn nước ngầm.
– Thoát: Tại nơi có điều kiện đào hào thoát nước có đáy thấp hơn đáy hầm vè phía hạ lưu của nguồn nước thấm vào hầm chính để thoát nước, hoặc dùng biện pháp khoan lỗ nằm ngang vượt lên trước hút băng chân không hay áp lực âm, rút hết nước ngầm ra khỏi đường hầm chính.
– Dùng biện pháp phun ép vữa lấp đầy khe hở, hình thành màng bịt nước, giảm thiểu hoặc bịt kín đường thông thấm nước.
Trong các loại phương pháp thi công nói trên, cần dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và tính chất, loại hình vị trí chứa đọng của nước ngầm và cả yêu cầu về thời hạn, nhân tố hiệu ích về kinh tế kỹ thuật tống họp lại phân tích và lựa chọn để dùng cho họp lý.
3. Trước tiên phải che chống ngay sau đào và phải coi trọng che chống: Khi đào phải chia thành từng đoạn tiến hành từ trên xuống dưới, trước tiên chống sau đào che chống bịt kín, vừa đào vừa bịt kín, gặp khe hở là phải bịt, tuyệt đối không để cất phì ra qua khe hở. Cũng có thể dùng cách phun vữa xi măng, hoặc xi măng thuỷ tinh nước phun vào hoặc dùng các dịch thể hoá chất phun vào làm địa tầng đông cứng lại, sau đó đào.
Trong thi công, cần quan trắc độ lún thực tế của hệ che chống và của vỏ hầm kịp thời điều chính lượng dự trữ. Khi dùng hệ che chống cần bố trí dầm đáy và liên kết dọc ngang trên dưới một cách vững chắc để ngăn ngừa giá vòm đứt gãy. Giá vòm thép cần tăng thêm độ cứng, khi dựng phải bố trí dầm đáy, dựng thẳng và chêm chặt, chân vòm phải có điểm kê vững chắc. Sau lưng hệ chống phải lát ván kín và dùng thép hình lòng máng chèn chặt, phải cẩn thận đề phòng cát chảy ùa ra qua khe hở.
Tại chỗ vi nham tuy còn khô,song lân cận dòng cát chảy cần nhanh chóng phun neo hoặc phun bê tông gia cố vi nham đè phòng cát chảy mở rộng.
4. Phải nhanh chóng xây vỏ hầm, bịt kín thành vòm: Tại vùng cát chảy đổ bê tông bộ phận đỉnh vòm, tường bên cần rút ngắn thời gian, phải cùng với vòm đáy bịt kín thành một vòng. Như vậy, cho dù trong vi nham có xuất hiện cát chảy cũng không phá hoại được vỏ hầm đã được bịt kín.

II. Biện pháp đặc biệt
Trong mục xử lý cát chảy này, khi có điều kiện có thê phải dùng biện pháp đặc biệt: phun phụt; và làm đông. Tóm tắt giới thiệu như sau:
1. Phun phụt
Đê ra cố và làm khô một loại đất người ta có thể phun vào đó một sản phẩm thích họp. Kỹ thuật phun đã đạt nhiều tiến bộ trong các năm gần đây. Có 3 loại sản phẩm có thể dùng cho các loại đất có độ thấm giảm dần:
– Sản phẩm có gốc xi măng, cát xi măng và sét: được dùng cho các đá nứt vỡ, sỏi và cát thô;
– Sản phẩm góc silicát Na và hoạt chất: dùng xâm nhập vào trong các loại cát có hệ số thấm lớn hơn 10~5;
– Sản phẩm có gốc các loại nhựa mà tính lưu động gần với nước: cho phép phun vào trong một số loại sét;
Giá thành của sản phẩm tăng lên từ sản phẩm gốc xi măng sét đến các sản phẩm gốc silicát và cuối cùng là các loại nhựa.
Các trường họp phun này được áp dụng cho 3 loại đất đá cơ bản:
– Đất đá tự ổn định được, song nứt vỡ và trong khe hở có nước có áp suất và có khi với lưu lượng lớn;
– Đá vụn nát có nước có áp suất làm cho hoá bùn;
– Đất trầm tích, phù sa, cát chảy với tầng ngậm nước hay không có tầng ngậm nước. Với loại đất này dù thi công bằng bộ phận nhỏ hay bằng khiên đều rất khó khăn và có thể nguy hiểm xảy ra lún cho công trình bên cạnh. Đối với xử lý cát chảy, người ta cố gắng tạo ra trước xung quanh hầm đang đào một vùng bảo vệ. Có trường họp thi công phun vữa tiến hành từ trên mặt đất, nhưng có trường họp ngược lại, người ta phải thi công từ bên trong hầm tại quãng dào.
Tóm tắt cách phun vượt lên trước như sau:
Phun vượt lên trước được thực hiện từng đoạn một, vói chiều dài thích họp, người ta cố gắng làm cho các đoạn xử lý và các đoạn thi công chồng lên nhau. Chiều dài mỗi đoạn phải qua điều tra nghiên cứu xem xét cụ thể. Đối vói đá tự ổn định tốt có thể vượt hàng trăm mét, nhưng đối với cát chảy thì hạ thấp xuống chỉ vài chục mét. Tất nhiên việc đào hầm phải dừng lại cách mút vùng xử lý một số mét để đảm bảo an toàn cho đợt khoan phụt sau. Cụ thể xem hình 7.9.
Mỗi giai đoạn xử lý được thực hiện bằng một hay nhiều hình nón phụt, lồng cái nọ vào cái kia và chồng lên nhau nhiều hay ít, chiều dày của vùng xử lý phải do đặc điểm vùng cát chảy quyết định hình 7.9.
Các hình nón tròn xoay đó do nhiều lần khoan gộp lại và được phân bố theo cấc đường sinh khởi đầu từ mặt đào. Các hình nón đó lồng vào nhau và nối nhau cho đến khi vượt qua được vùng cát chảy. Đối với việc phun để gia cố đá bị nứt và đá vụn nát cũng làm tương tự song yêu cầu kỹ thuật và độ chính xác không cao như đối với cát chảy.

Hình 7.9. Sơ đồ nguyên tắc các đợt phun vượt lên trước.

Thiết bị khoan và bơm phun, bể chứa vật liệu, máy trộn vữa có thể đặt đằng sau máy đào hay khiên hoặc đặt trên xe chuyên dụng. Trạm trộn có thể bố trí ngoài hầm.