Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp thi công đường hầm bằng khiên đào trong điều kiện địa chất phức tạp đến các công trình lân cận tại Hà Nội (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN TIẾN LỢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT PHỨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN TIẾN LỢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP THI CÔNG

ĐƯỜNG HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT PHỨC TẠP

ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH LÂN CẬN TẠI HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Hà Nội - 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN TIẾN LỢI KHÓA: 2019 – 2021

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP THI CÔNG

ĐƯỜNG HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT PHỨC TẠP

ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH LÂN CẬN TẠI HÀ NỘI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng

Mã ngành: 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS PHẠM ĐỨC CƯỜNG 2.TS ĐỖ MINH TÍNH

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội - 2021

LỜI CẢM ƠN

Tác giả Luận văn xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Sau đại học, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành bản Luận văn này cũng như trong quá trình học tập 02 năm vừa qua

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Đức Cường và TS

Đỗ Minh Tính, 2 người thầy đã hết lòng hướng dẫn trong suốt thời gian làm Luận văn tốt nghiệp

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Hội đồng khoa học đã đóng góp các ý kiến quý báu để tác giả hoàn chỉnh Luận văn này

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn trong lớp cao học CH19X2

đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập thông tin, tài liệu và đóng góp những ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện Luận văn

Đề tài nghiên cứu của Luận văn liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp khác nhau, trong đó các cơ sở pháp lý còn hạn chế, số liệu thu thập phục vụ luận văn gặp khó khăn Mặt khác trình độ người nghiên cứu còn có những hạn chế nhất định, nên bản Luận văn khó tránh khỏi những sai sót Tác giả rất mong nhận được các nhận xét và góp ý để Luận văn được hoàn thiện hơn Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn và kính chúc Thầy Cô, bạn bè dồi dào sức khỏe và gặp nhiều thành công trong cuộc sống

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Lợi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc

rõ ràng

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Lợi

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục từ viết tắt

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình, sơ đồ

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 1

 Tính cấp thiết của đề tài 1

 Mục tiêu đề tài luận văn 2

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

 Nội dung nghiên cứu của đề tài 3

 Phương pháp nghiên cứu 4

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

 Cơ sở tài liệu chủ yếu của luận văn 4

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Thực trạng quy hoạch hệ thống đường sắt đô thị tại Hà Nội 5

1.2 Khái quát về các biện pháp thi công đường hầm và ảnh hưởng của chúng tới môi trường xung quanh 9

1.2.1 Phương pháp đào mở 9

1.2.2 Phương pháp đào kín 11

1.2.3 Phương pháp hầm dìm 13

1.3 Khái quát điều kiện địa chất khu vực Thành phố Hà Nội 15

1.3.1 Đặc điểm địa tầng [Báo cáo khảo sát địa chất của, Dự án tuyến Metro thí điểm thành phố Hà Nội, đoạn Nhổn - Ga Hà Nội, Ban dự Án đường sắt đô

thị Hà Nội ( HRB)] 15

1.3.2 Đặc điểm nước dưới đất 17

1.4 Thực trạng nghiên cứu về ảnh hưởng của biện pháp thi công bằng khiên đào tới lún mặt đất 18

1.5 Tiêu chuẩn khống chế độ lún công trình xây dựng xung quanh đường hầm 21

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN KHI THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO 23 2.1 Giới thiệu phương pháp thi công đường hầm bằng khiên đào 23

2.1.1 Lịch sử phát triển hầm theo phương pháp khiên (shield) 23

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của robot khiên đào TBM 25

2.1.3 Cấu tạo, phân loại khiên đào 29

2.1.4 Căn cứ chọn loại khiên 35

2.1.5 Các phương pháp mới thi công bằng khiên đào 36

2.1.6 Ưu khuyết điểm của biện pháp thi công hầm bằng khiên đào 36

2.2 Phân tích nguyên nhân gây biến dạng đất nền do thi công bằng khiên đào trong điều kiện địa chất phức tạp 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng 41

2.3.1 Phương pháp số 42

2.3.2 Phương pháp mô hình 45

2.4 Trạng thái ứng suất - biến dạng của khối đất quanh đường hầm 46

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MÔ HÌNH SỐ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG

CỦA BIỆP PHÁP THI CÔNG BẰNG KHIÊN ĐÀO TỚI CÔNG TRÌNH

LÂN CẬN 50

3.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn 50

3.2 Giới thiệu về phần mềm Plaxis 56

3.3 Phân tích mô hình đánh giá ảnh hưởng của biện pháp thi công bằng khiên đào tới công trình lân cận 58

3.3.1 Thiết lập mô hình: 58

3.3.2 Thiết lập mô hình xét đến ảnh hưởng xây chen: 60

3.3.3 Mô phỏng quá trình cân bằng áp lực 62

3.3.4 Một số phương pháp đánh giá ảnh hưởng lún bề mặt các công trình lân cận: 66

3.4 Lập mô hình phân tích công trình lân cận Ga Văn Miếu – Ga Hà Nội71 3.4.1 Giới thiệu công trình: [https://mrb.hanoi.gov.vn/] 71

3.4.2 Đặc điểm địa chất công trình: 73

3.4.3 Phân tích trường hợp công trình xây dựng lân cận là móng nông, khu dân cư: 75

3.4.4 Phân tích trường hợp công trình xây dựng lân cận là móng cọc: 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

 Kết luận 84

 Kiến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Method

19

Hình 2.11 Thiết bị bịt kín 3 cấp sau đuôi khiên 32

Hình 2.14 Thi công đường hầm theo phương pháp khiên không bị

Hình 2.15 Hầm theo phương pháp khiên có thể bảo vệ tự nhiên

Hình 3.16 Sự dịch chuyển bề mặt theo chiều ngang và sự biến

Hình 3.18 Trắc dọc lún dọc đối với công tác thi công gương hầm

Hình 3.19 19 Vị trí thi công Tuyến ngầm giữa ga Văn Miếu (S11)

Hình 3.22 Biến dạng nhiệt quá trình lún khi khoan máy TBM khu

Hình 3.24 Mô hình máy TBM và móng nông khu dân cư gần với

Hình 3.25 Biến dạng lún quá trình khoan hầm TBM khu dân cư

Hình 3.26 Biến dạng nhiệt quá trình lún khi khoan máy TBM khu

Hình 3.27 Biểu đồ lún khu dân cư gần với tuyến hầm và xa tuyến

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

1

MỞ ĐẦU

 Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, cùng với tốc độ phát triển ngày càng nhanh của kinh tế và xã hội, tiến trình đô thị hóa cũng đang trong thời kỳ phát triển nhanh chóng Qua nghiên cứu cho thấy tỷ lệ đô thị hóa của cả nước đã tăng nhanh từ 30,5% năm

2010 lên khoảng 40% năm 2020; mục tiêu tỉ lệ đô thị hóa đến năm 2025 đạt 45%, đến năm 2030 đạt khoảng 50% Cùng với các quá trình đô thị hóa, không gian đô thị được mở rộng, hình thành một số cực tăng trưởng chủ đạo tại các đô thị lớn, nhất là tại hai đô thị loại đặc biệt là Thủ đô Hà Nội và TP Hồ Chí Minh

Hạ tầng kỹ thuật đô thị được chú trọng đầu tư theo hướng đồng bộ và từng bước hiện đại, hạ tầng xã hội đô thị được đa dạng hóa, tăng quy mô và cải thiện chất lượng phục vụ Qui mô các đô thị càng lớn, dân số cũng sẽ càng ngày càng đông Nhằm làm giảm áp lực giao thông, dịch vụ công cộng, tạo môi trường sống tốt cho cư dân, trong những năm trở lại đây chính phủ cũng như chính quyền tại các đô thị lớn đã bắt đầu chú trọng tới việc xây dựng và phát triển không gian ngầm, nhất là hệ thống đường giao thông đô thị (xe buýt điện, đường sắt trên cao, đường sắt trên cao kết hợp đi ngầm, tàu điện ngầm…) Trong đó, đường tàu điện ngầm không chỉ giúp cho việc giải quyết giảm ùn tắc giao thông trên mặt, mà nó còn hiện thực hóa việc khai thác và lợi dụng không gian ngầm

đô thị Theo quyết định số 519/QĐ -TTg ngày 31 tháng 3 năm 2016 về việc phê duyệt qui hoạch giao thông vận tải thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, hệ thống đường sắt đô thị Hà Nội sẽ gồm 9 tuyến Trong đó, có năm tuyến (tuyến số 2, tuyến số 3, tuyến số 5, tuyến số 7 và tuyến số 8) có sự kết hợp giữa đi trên cao và đi ngầm

Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ thi công, quản lý vận hành đường sắt đô thị còn khá mới mẻ Hiện nay, chúng ta đã và đang tiến hành triển khai xây dựng một số tuyến đầu tiên tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Thực tế triển khai cho

2 thấy, chúng ta còn thiếu kinh nghiệm trong công tác thiết kế, thi công xây dựng Điều này dẫn tới quá trình thực hiện đã gặp không ít khó khăn, hệ quả là phần lớn các dự án bị kéo dài thời gian thi công, điều chỉnh tăng vốn đầu tư

Tại Thành phố Hà Nội, nơi có mật độ dân số đông đúc với 2.398 người/km2, đứng thứ 2 cả nước sau thành phố Hồ Chí Minh, trong đó phần lớn dân số tập trung ở các quận nội thành cũ Đây chính là nguyên nhân làm cho mật

độ xây dựng ở các quận nội thành Hà Nội cao hơn hẳn các khu vực khác Ngoài

ra, một thực trạng đang diễn ra là quá trình thực hiện qui hoạch xây dựng tại Hà Nội còn thiếu sự đồng bộ, chưa có sự gắn kết giữa qui hoạch phát triển không gian với kết cấu hạ tầng, đặc biệt là quy hoạch mạng lưới giao thông Ngoài ra, phần trung tâm Hà Nội nằm trong vùng có cấu trúc địa chất và điều kiện địa chất thủy văn hết sức phức tạp Trong phạm vi chiều sâu tới 30m chủ yếu là các thành tạo địa chất trẻ, tính chất biến đổi phức tạp, bề dày và qui luật phân bố không theo qui luật, tồn tại nhiều loại hình nước dưới đất…Với những đặc điểm nêu trên, quá trình triển khai các dự án xây dựng hệ thống đường sắt đô thị tại

Hà Nội, đặc biệt là những đoạn tuyến đi ngầm đã gặp phải rất nhiều khó khăn do xung đột trong qui hoạch và luôn tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn Điều này đặt

ra bài toán cần phải nghiên cứu giải quyết là đảm bảo an toàn các công trình có sẵn khi triển khai thi công các đoạn/tuyến đường hầm đường sắt đô thị

Hướng tới mục tiêu góp phần nhỏ trong giải quyết vấn đề nêu trên, tác giả

lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp thi công đường hầm bằng khiên đào trong điều kiện địa chất phức tạp đến các công trình lân cận tại Hà Nội” cho luận văn của mình

 Mục tiêu đề tài luận văn

Tác giả tiến hành tổng kết các phương nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của phương pháp thi công bằng khiên đào tới sự lún mặt đất và lún các công trình xây dựng có sẵn Trên cơ sở nguyên lý làm việc của cân bằng áp lực đất - khiên

3 đào, sử dụng các phân tích lý thuyết để tìm ra qui luật thay đổi trạng ứng suất - biến dạng trong khối đất, từ đó thiết lập mô hình tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng thông qua phần mềm Plaxis Kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra được dự báo về những tác động của quá trình thi công đường hầm tàu điện ngầm bằng khiên đào tới các công trình lân cận dọc tuyến đường đi qua Từ đó, giúp đưa ra những giải pháp đảm bảo an toàn cho các công trình có sẵn đó trong suốt qua trình thi công và vận hành đường tàu điện ngầm

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Những ảnh hưởng tới công trình xây dựng có sẵn nơi đoạn tuyến đường hầm thi công bằng phương pháp khiên đào đi qua, với khu vực có cấu trúc địa chất phức tạp tại nội đô Hà Nội

 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở tính phức tạp của điều kiện thi công (điều kiện địa chất và địa chất thủy văn phức tạp, mật độ xây dựng dày ), luận văn sẽ tiến hành tổng kết các phân tích lý thuyết, công thức thực nghiệm và mô phỏng bằng phần tử hữu hạn để nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thi công bằng khiên đào tới lún mặt đất và các công trình lân cận Một số nội dung chính của luận văn như sau: (1) Đánh giá khái quát về điều kiện địa chất, nước dưới đất khu vực Thành phố Hà Nội;

(2) Khái quát về biện pháp thi công đường hầm bằng khiên đào;

(3) Phân tích các nguyên nhân chủ yêu gây lún mặt đất và ảnh hưởng tới công trình xây dựng dọc tuyến đường tàu điện ngầm khi thi công bằng khiên đào Các công thức lý thuyết và thực nghiệm dùng trong tính toán, dự báo ảnh hưởng lún mặt đất khi thi công đường hầm;

(4) Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của đất nền khi thi công đường hầm bằng khiêng đào Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng các ảnh hưởng quá trình thi công đường hầm tới công trình lân cận;

4 (5) Ví dụ cho một đoạn tuyến đi ngầm của tuyến đường sắt đô thị Hà Nội

 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nội dung nêu trên, luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau:

- Phương pháp địa chất truyền thống: thu thập, phân tích và đánh giá điều kiện địa chất và nước dưới đất khu vực Hà Nội

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Phương pháp mô hình hóa

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của luận văn có ý nghĩa:

- Về mặt khoa học: đề xuất phương pháp tính và mô hình tính hợp lý trong

dự báo những tác động của việc thi công đường hầm tàu điện ngầm bằng khiên đào tới các công trình lân cận

- Về mặt thực tiễn: cung cấp tài liệu có ý nghĩa là cơ sở giúp các nhà quản

lý dự án, chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế, đơn vị thi công tránh được các rủi ro

có thể gặp phải trong quá trình thi công đường hầm bằng khiên dào trong điều kiện địa chất phức tạp

 Cơ sở tài liệu chủ yếu của luận văn

- Quy hoạch đường sắt đô thị Thành phố Hà Nội tới năm 2030, định hướng

2050

- Bản đồ địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực Hà Nội

- Báo cáo kết quả kết quả khảo sát địa kỹ thuật cho Khu Ga ngầm Kim Mã thuộc tuyến đường sắt đô thị Nhổn - Ga Hà Nội (Tuyến số 3)

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.1 – Nhà E – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

website: http://thuviendhkt.net

Email: thuvien@hau.edu.vn

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Lưu ý: Tất cả những tài liệu trôi nổi trên mạng (không phải trên trang web chính thức của Trung tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) là

những tài liệu vi phạm bản quyền Nhà trường không thu tiền, và cũng không phát hành có thu tiền đối với bất kỳ tài liệu nào trên mạng internet

84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Xây dựng hệ thống đường sắt đô thị là một giải pháp tất yếu mà các đô thị lớn lựa chọn để giải quyết bài toán ách tắc giao thông hiện nay, nó góp phần cho việc hình thành các đô thị hiện đại Tuy nhiên, trong quá trình thi công đã gây ra không ít những tác động đến môi trường xung quanh, trong đó gây lún cho các công trình lân cận là một trong những vấn đề thời sự nhất cần được quan tâm, đánh giá Trên cơ sở tổng kết, phân tích kết quả nghiên cứu những vấn đề có liên quan đã được thực hiện ở các nước trên thế giới; đánh giá thực trạng thi công một số tuyến tầu điện ngầm tại Hà Nội; lập mô hình phân tích, tính toán ảnh hưởng của biện pháp thi công bằng khiên đào tới các công trình lân cận khi thi công đoạn tuyến nằm trục đường Quốc Tử Giám và khu dân cư phường Văn Chương thuộc dự án tuyến đường sắt đô thị Nhổn -

Ga Hà Nội, tác giả có một số kết luận sau:

 Kết luận

1 Thi công đường hầm bằng khiên đào là một biện pháp thi công đã được áp dụng phổ biến ở các nước phát triển trên thế giới Tuy nhiên, tại Việt Nam đây là một trong những biện pháp thi công lần đầu tiên được áp dụng cho dự án đường sắt đô thị tại hai thành phố lớn Hà Nội và Hồ Chí Minh Do các đặc điểm về điều kiện địa chất công trình, điều kiện nước dưới đất khác nhau, nên những tác động của biện pháp thi công này tới môi trường xung quanh vẫn chưa được tổng kết, đánh giá có hệ thống

2 Hà Nội nằm trong khu vực đồng bằng sông Hồng, các kết quả nghiên cứu cho thấy khu vực nội thành Hà Nội có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn khá phức tạp, cá biệt có những khu vực rất phức tạp (có mặt nhiều lớp đất yếu phân bố đan xen, không theo quy luật, bề dày lớn; cùng lúc tồn tại từ 2 đến 3 tầng chứa nước ) Ngoài ra, các quận nội thành Hà Nội có mật độ xây dựng cao, việc qui hoạch các công trình xây dựng còn chưa theo