Nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của máy khoan hầm cân bằng áp lực đất (tbm epb) trong điều kiện địa chất thành phố hồ chí minh

Lựa chọn phương pháp đào hầm theo tính chất của đất đá [1] Sau đây, xin được trình bày một số công nghệ thi công chính thường được áp dụng để xây dựng các công trình ngầm đô thị.. Thi c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

HOÀNG MẠNH TUẤN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY KHOAN HẦM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT (TBM EPB) TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

HOÀNG MẠNH TUẤN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY KHOAN HẦM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT (TBM EPB) TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

MÃ SỐ : 8580205

CHUYÊN SÂU: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐÔ THỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN THỊ THU HẰNG

TP HỒ CHÍ MINH – 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả luận văn xin cam đoan bản luận văn này là công trình khoa học của cá nhân tác giả, không sao chép Các số liệu, kết quả nghiên cứu, tính toán nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng

Tác giả Luận văn

Hoàng Mạnh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn với đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động

của máy khoan hầm cân bằng áp lực đất (TBM EPB) trong điều kiện địa chất Thành phố Hồ Chí Minh”, học viên đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều và vô cùng

quý báu của các thầy cô trong Khoa đã giảng dạy, trang bị và hướng dẫn tận tình cho học viên

Học viên xin chân thành cảm ơn:

- Cô Trần Thị Thu Hằng, Bộ môn Công trình Giao thông thành phố và Công trình thủy, trường Đại học Giao thông vận tải, đã tận tình hướng dẫn, động viên và cung cấp cho học viên những kiến thức vô cùng ý nghĩa để học hoàn thành luận văn này

- Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố và Công trình thủy đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu

- Ban giám hiệu Trường Đại học Giao thông vận tải, các thầy cô đã giảng dạy lớp Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông đô thị đã tạo điều kiện cho học viên trong suốt quá trình học tập

- Cảm ơn các bạn các đồng nghiệp đã giúp học viên có thêm những kiến thức

và kinh nghiệm quý báu để học viên thực hiện luận văn này

Do điều kiện về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm có hạn, Luận văn có thể còn nhiều thiếu sót, mong các thầy, cô và các bạn tham gia góp ý giúp cho Luận văn

có thể hoàn thiện hơn

Một lần nữa học viên xin chân thành cảm ơn!

Tác giả Luận văn

Hoàng Mạnh Tuấn

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1 Công nghệ thi công đào trần [1] 4

1.1.2 Công nghệ thi công đào kín [1] 11

1.1.3 Công nghệ thi công bằng khiên đào (SM – Shield Machine) [1] 15

1.1.4 Công nghệ thi công hầm kín bằng phương pháp kích ép đất (Pipe jacking) [1] 18

1.1.5 Công nghệ thi công hầm kiểu mới của Áo (New Austrian Tunnelling Method – NATM) [1] 19

1.1.6 So sánh giữa công nghệ thi công đào hở và công nghệ thi công đào kín [1] 23

1.2 Công nghệ TBM 25

1.2.1 Tổng quan 25

1.2.2 Ưu điểm 28

1.2.3 Nhược điểm 30

1.2.4 Phân loại TBM 31

1.2.5 Ổn định bề mặt TBM 34

1.3 Tình hình áp dụng công nghệ TBM 38

1.3.1 Dự án Xây dựng Tuyến Đường sắt đô thị số 1 Tp HCM, tuyến Bến Thành – Suối Tiên 39

1.3.2 Dự án Mở rộng Nhà máy Thủy điện Đa Nhim 40

1.3.3 Dự án Thủy điện Thượng Kon Tum 41

1.3.4 Dự án Thủy điện Đại Ninh 42

CHƯƠNG 2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA TBM EPB 44

2.1 Nguyên tắc chung 44

2.1.1 Các bộ phận chính của TBM EPB 44

2.1.2 Chức năng của các bộ phận chính của TBM EPB 44

2.2 Giai đoạn thiết kế kỹ thuật 45

2.2.1 Phương pháp đào hầm 45

2.2.2 Loại kết cấu đầu cắt 45

2.2.3 Loại kết cấu đỡ đầu cắt 46

2.2.4 Trình tự thực hiện khoan 46

2.2.5 Tính toán lực đẩy 47

2.3 Giai đoạn triển khai thi công 49

2.3.1 Các giai đoạn làm việc 49

2.3.2 Nguyên lý cân bằng áp lực đất 51

2.3.3 Vận hành TBM EPB 52

2.3.4 Tính toán áp lực đầu cắt 57

2.3.5 Chu trình thời gian thi công lý thuyết 60

2.3.6 Thiết bị phụ trợ bên trong TBM 61

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA TBM EPB THI CÔNG HẦM ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI TP.HCM 63

3.1 Giới thiệu chung về dự án 63

3.2 Điều kiện địa chất tự nhiên của đoạn tuyến 68

3.2.1 Đặc trưng địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh [9] 68

3.2.2 Đặc điểm địa chất dọc tuyến hầm TBM 68

3.3 Thông số kỹ thuật của TBM EPB 71

3.4 Đánh giá hiệu suất hoạt động của TBM EPB 73

3.4.1 Độ lệch không gian của tim hầm trong quá trình đào 73

3.4.2 Tốc độ xuyên 74

3.4.3 Chu trình thời gian 75

3.4.4 Lực đẩy của TBM 76

3.4.5 Lượng vữa lấp 77

3.4.6 Kết luận 79

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

4.1 Kết luận 80 4.2 Kiến nghị 80

PHỤ LỤC: SẢN PHẨM KHOA HỌC CỦA LUẬN VĂN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Lựa chọn phương pháp đào hầm theo tính chất của đất đá [1] 4

Bảng 1.2 So sánh thi công hầm dìm và hầm thi công bằng khiên đào [1] 18

Bảng 1.3 Đặc điểm khác biệt của công nghệ NATM so với công nghệ truyền thống [1] 21 Bảng 1.4 So sánh công nghệ thi công đào hở và đào kín [1] 24

Bảng 1.5 Các dự án thi công hầm áp dụng công nghệ TBM tại Việt Nam 39

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp thiết kế [6] 46

Bảng 2.2 Áp lực phía trên đầu cắt của Hầm phía Đông 58

Bảng 2.3 Áp lực phía dưới đầu cắt của Hầm phía Đông 58

Bảng 2.4 Áp lực phía trên đầu cắt của Hầm phía Tây 59

Bảng 2.5 Áp lực phía dưới đầu cắt của Hầm phía Tây 59

Bảng 2.6 Chu trình thời gian thi công tính toán 60

Bảng 2.7 Thời gian thực hiện các công việc lý thuyết 60

Bảng 3.1 Thông tin chung gói thầu 1b [6] 66

Bảng 3.2 Các thông số địa chất 69

Bảng 3.3 Mực nước ngầm thiết kế 70

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật thân khiên đào 71

Bảng 3.5 Đặc điểm kỹ thuật kích đẩy 71

Bảng 3.6 Đặc điểm kỹ thuật đầu cắt 71

Bảng 3.7 Dẫn động đầu cắt 72

Bảng 3.8 Sai lệch giữa lượng vữa lấp thực tế so với lý thuyết 79

Bảng 3.9 Thông số hiệu suất của TBM trong quá trình khoan Hầm phía Đông 79

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Thi công đoạn hầm đào trần (Cut & Cover Tunnel) 5

Hình 1.2 Các dạng mặt cắt ngang các công trình hầm thi công bằng công nghệ hầm dìm trên thế giới [1] 9

Hình 1.3 Cấu tạo mối nối giữa các đốt hầm dìm [1] 10

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí thuốc nổ trên mặt cắt ngang của một công trình ngầm [1] 14

Hình 1.5 Máy khoan hầm TBM dùng để thi công tuyến Metro số 1 thành phố Hồ Chí Minh 17

Hình 1.6 Các bộ phận chính của TBM 27

Hình 1.7 TBM có khiên cân bằng áp lực đất 28

Hình 1.8 Phân loại TBM theo điều kiện địa tầng xung quanh công trình ngầm [3] 32

Hình 1.9 Các loại TBM sử dụng cho đất yếu [2] 32

Hình 1.10 Phạm vi áp dụng các loại TBM theo đường kính hầm [4] 33

Hình 1.11 Hướng dẫn lựa chọn loại TBM theo loại địa chất xung quanh công trình ngầm 33

Hình 1.12 Cấu tạo TBM sử dụng khiên cân bằng áp lực đất (EPB Shield) 34

Hình 1.13 Cấu tạo TBM sử dụng khiên bùn (Slurry Shield) 36

Hình 1.14 Hệ thống cung cấp vữa bùn cho khiên bùn [5] 37

Hình 1.15 TBM EPB tại Dự án Xây dựng Tuyến Đường sắt đô thị số 1 Tp HCM 40

Hình 1.16 Gripper TBM tại Dự án Mở rộng Nhà máy Thủy điện Đa Nhim 41

Hình 1.17 Main Beam TBM tại Dự án Thủy điện Thượng Kon Tum 42

Hình 1.18 Double Shield TBM tại Dự án Thủy điện Đại Ninh 43

Hình 2.1 Các bộ phận chính của TBM EPB 44

Hình 2.2 Lắp ráp các bộ phận của TBM 49

Hình 2.3 Tiến hành khoan khởi đầu 50

Hình 2.4 Vỏ hầm bê tông đúc sẵn chuyển đến công trường 50

Hình 2.5 Đón máy TBM tại Ga Nhà hát Thành phố 51

Hình 2.6 Tháo dỡ TBM 51

Hình 2.7 Mô tả cân bằng áp lực của TBM EPB 52

Hình 2.8 Kích đẩy chống vào vỏ hầm đã lắp 53

Hình 2.9 TBM đang ở giai đoạn khoan 54

Hình 2.10 TBM ở giai đoạnlắp dựng các tấm vỏ hầm 54

Hình 2.11 Màn hình điều khiển TBM 55

Hình 2.12 Công tác trắc đạc trong đường hầm 56

Hình 2.13 Kết quả hoàn công đốt vỏ hầm 56

Hình 2.14 Sơ đồ làm việc hệ thống trắc đạc gắn trên TBM 57

Hình 2.15 Biểu đồ thời gian thực hiện các công việc (%) 60

Hình 2.16 Tổ hợp TBM và các thiết bị phụ trợ 61

Hình 3.1 Quy hoạch mạng lưới đường sắt đô thị Tp HCM [8] 63

Hình 3.2 Tuyến Bến Thành – Suối Tiên [8] 64

Hình 3.3 Vị trí hầm khoan và nhà ga ngầm của gói thầu 1b [6] 65

Hình 3.4 Công nghệ thi công chính tại gói thầu 1b [6] 65

Hình 3.5 Công trường Ga Nhà hát Thành phố, Ga Ba Son và Hầm đào hở 67

Hình 3.6 Hầm khoan 67

Hình 3.7 Đặc điểm địa chất dọc tuyến hầm TBM 68

Hình 3.8 Mặt cắt dọc TBM EPB 72

Hình 3.9 Mặt cắt ngang TBM EPB 73

Hình 3.10 Biến thiên độ lệch không gian của Hầm phía Tây (WB) và Hầm phía Đông (EB) 74

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ xuyên và chiều dài hầm phía Đông 75

Hình 3.12 Mối quan hệ giữa tổng thời gian cho 1m hầm và chiều dài của Hầm phía Đông (EB) 76

Hình 3.13 Sự thay đổi của lực đẩy theo chiều dài của Hầm phía Đông 77

Hình 3.14 Lượng vữa lấp sử dụng thực tế trong quá trình TBM vận hành theo các đốt hầm 78

MỞ ĐẦU

Tại sao phải nghiên cứu

Trong các đô thị, sự phát triển không ngừng của dân cư xã hội luôn vượt quá khả năng đáp ứng của cơ sở hạ tầng kỹ thuật Cùng với việc khai thác hợp lý không gian ở mặt đất và trên cao, sử dụng không gian ngầm là một trong những nhiệm vụ cấp bách đặt ra cho các đô thị chật hẹp Việc phát triển mạng lưới đường sắt đô thị với năng lực chuyên chở hành khách rất lớn, tốc độ khai thác cao để giải quyết vấn đề ách tắc giao thông đang ngày càng nghiêm trọng là tất yếu và đã chứng tỏ sự thành công trên toàn thế giới Phát triển tuyến đi cao (trên cầu cạn) kết hợp đi ngầm (trong hầm) là giải pháp thường được áp dụng Ở Việt Nam, các đô thị lớn tập trung nhiều ở vùng đồng bằng vốn có điều kiện địa chất khá bất lợi, hệ thống móng và phần ngầm của các công trình trên mặt đất phức tạp Thi công công trình ngầm bằng máy khoan hầm cân bằng áp lực đất (TBM EPB) là một giải pháp rất phù hợp Việt Nam đã có nhiều dự án xây dựng hầm giao thông lớn, nhưng chủ yếu là hầm xuyên núi thi công theo phương pháp NATM, còn việc sử dụng TBM EPB

là lần đầu tiên áp dụng tại các đoạn ngầm của hầm đường sắt đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh Việc nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của TBM EPB giúp hiểu được đặc trưng, hiệu quả làm việc của thiết bị Từ đó vươn tới mục tiêu đẩy nhanh tốc độ thi công, giảm thiểu rủi ro và sự cố để áp dụng cho thi công các hầm đô thị khác tại thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và tại các đô thị ở Việt Nam nói chung

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của máy khoan hầm cân bằng áp lực đất (TBM EPB) trong điều kiện địa chất Thành phố Hồ Chí Minh” là hợp

lý, có tính cấp bách đáp ứng yêu cầu của thực tế ngành, có khả năng áp dụng vào thực tiễn

Những vấn đề nghiên cứu chính

Đánh giá hiệu suất khoan hầm của máy đào hầm cân bằng áp lực đất (TBM EPB) khi thi công các đoạn ngầm của tuyến đường sắt đô thị để tìm cách nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị cho các công trình tiếp theo

Mục tiêu nghiên cứu

Hiểu được tường tận công nghệ, đánh giá được số liệu và áp dụng vào các dự án tương lai

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài thực hiện dựa vào một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu lý thuyết tổng quan;

- Thu thập, tổng hợp, phân tích số liệu dự án thực tế đã xây dựng;

- Đối chiếu, so sánh, đánh giá

Tổ chức luận án

- Chương 1 Tổng quan

- Chương 2 Nguyên tắc hoạt động của TBM EPB

- Chương 3 Đánh giá hiệu suất hoạt động của TBM EPB

- Chương 4 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển của tình hình kinh tế - xã hội trong cả nước nói chung và trong các đô thị nói riêng, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng hiện đại, thỏa mãn yêu cầu trong cả hiện tại và tương lai là rất cấp bách Khi quy hoạch đô thị, việc quy hoạch chức năng cho các khu vực có thể được phác thảo trước khi quy hoạch giao thông đô thị hoặc ngược lại

Ý tưởng tổ chức không gian đô thị (bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm vốn có và cụ thể của từng khu vực) được đề xuất đồng thời với mạng lưới đường phố chính (được xác định bởi việc kết nối giữa các trục giao thông chính của các khu vực lân cận và cả nước) Khi đã xây dựng được quy hoạch chung của đô thị, quy hoạch quy mô nhỏ hơn cho một khu vực nhất định có thể được thực hiện Mạng lưới giao thông và cơ sở hạ tầng kỹ thuật liên quan của nó phải có trước bản đồ quy hoạch đô thị tỷ lệ 1: 500 cho khu định cư và các khu chức năng Có tầm nhìn và đồng bộ là yếu tố then chốt để có được quy hoạch tốt, tránh được các chi phí và các vấn đề rắc rối phát sinh sau đó Tuy nhiên, nguyên tắc này không phải lúc nào cũng được tuân thủ, dẫn tới sự lệch pha giữa cơ sở hạ tầng xã hội và giao thông so với tình hình phát triển thực tế của xã hội Hệ quả cụ thể là không gian ở mặt đất và trên mặt đất ngày càng cạn kiệt, không thể đáp ứng được nhu cầu của cơ sở hạ tầng kỹ thuật và giao thông trong đô thị Trong khi đó, việc khai thác không gian ngầm ở các đô thị ở nước ta mới chỉ được bước đầu thực hiện Các công trình ngầm đô thị chưa nhiều, tồn tại rời rạc,

có quy mô nhỏ và quy hoạch hệ thống chưa được quan tâm như với các không gian ở mặt đất và trên mặt đất

Nghị định 41/2007/NĐ-CP được Thủ tướng chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam ban hành ngày 22/3/2007 về Xây dựng ngầm đô thị định nghĩa "Công trình ngầm đô thị" là những công trình được xây dựng ngầm dưới đất tại đô thị bao gồm công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm; công trình giao thông ngầm; công trình công cộng ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng [1] Trong đó [1]:

- "Công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm" bao gồm các công trình đường ống cấp nước, cấp năng lượng, thoát nước; công trình đường dây cấp điện, thông tin liên lạc; hào, tuynel

kỹ thuật và các công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật được xây dựng ngầm

- "Công trình giao thông ngầm" là công trình phục vụ giao thông được xây dựng dưới mặt đất

- "Công trình công cộng ngầm" là công trình phục vụ hoạt động công cộng được xây dựng dưới mặt đất

- "Phần ngầm của các công trình xây dựng" bao gồm tầng hầm (nếu có) và các bộ phận của công trình xây dựng nằm dưới mặt đất

Có thể nói, phát triển công trình ngầm đô thị là giải pháp cho việc phát triển cơ sở hạ tầng xã hội trong các đô thị không chỉ riêng ở nước ta Hiện nay để thi công công trình ngầm đô thị có nhiều công nghệ thi công khác nhau Việc lựa chọn công nghệ thi công phù hợp được căn cứ trên nhiều yếu tố, ví dụ như được trình bày tại Bảng 1 như sau:

Bảng 1.1 Lựa chọn phương pháp đào hầm theo tính chất của đất đá [1]

Sau đây, xin được trình bày một số công nghệ thi công chính thường được áp dụng

để xây dựng các công trình ngầm đô thị

1.1.1 Công nghệ thi công đào trần [1]

Nhóm công nghệ thi công đào trần còn được gọi là phương pháp lộ thiên hoặc phương pháp đào và lấp (Cut and Cover method) Đây là phương pháp xây dựng công trình ngầm bằng cách đào hố móng từ mặt đất (đào đắp thông thường, đào đắp trong tường khung vây cọc ván thép, đào đắp trong tường cọc BTCT, v.v ) Phương pháp này thích hợp khi xây dựng công trình ngầm đặt nông hoặc đặt sâu với giới hạn cho phép có thể đào trần

Hình 1.1 Thi công đoạn hầm đào trần (Cut & Cover Tunnel)

Công nghệ thi công đào trần thường được áp dụng cho các công trình ngầm đặt nông,

có mặt bằng phía trên công trình thông thoáng để cho phép triển khai các công tác trên mặt đất Khi lựa chọn công nghệ này, cần xem xét:

- Mức độ hợp lý về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của độ sâu đặt công trình Độ sâu đặt công trình ngầm là 10 - 15m thì phương pháp này sẽ rẻ hơn phương pháp đào kín

- Có thể tiến hành lấp đất đầy đủ bên trên đường hầm để tự do thiết kế cảnh quan trên mặt đất hay không (lắp đặt các ông dẫn tới các thiết bị xây lắp, trổng cây, )

Tuỳ vào đặc điểm của công trình, các điều kiện địa chất - thuỷ văn mà công nghệ thi công đào trần có thể được triển khai thành các phương pháp thi công cụ thể khác nhau nhưng về cơ bản quá trình xây dựng công trình ngầm theo công nghệ đào trần được tiến hành như với các công trình trên mặt đất, bao gồm các bước chính sau đây:

Có nhiều phương pháp thi công công trình hầm theo công nghệ thi công đào trần:

- Phương pháp Đào hố móng: xây dựng kết cấu của công trình ngầm trong hố móng đào sẵn rồi lấp đất trở lại để khôi phục mặt đất như trước khi tiến hành xây dựng

- Phương pháp Sử dụng vì chống di động: thay thế vì chống tạm riêng lẻ của phương pháp đào hố móng bằng tổ hợp vì chống thép di chuvển được dọc theo tường của hang

nhằm tác dụng cơ giới hoá, đẩy nhanh tốc độ thi công

- Phương pháp Đào hào (phương pháp Tường trong đất - Wall diaphragm): Tại vị trí tường bên của công trình hầm, tiến hành đào hào và xây dựng tường bằng bêtông cốt thép trong hào rồi lắp đặt tấm trần trên cao độ đỉnh hầm rồi lấp đất trở lại như ban đầu Dưới sự bảo vệ của hào và tấm trần, tiến hành đào đất ờ phần lõi và thi công nốt các phần kết cấu còn lại

- Phương pháp Từ trên xuống (Top - down): là phương pháp đào hầm mở do các kỹ

sư Nhật Bản đưa ra, đã được áp dụng để thi công hầm đường bộ tại nút giao thông Kim Liên - Hà Nội

- Phương pháp Hầm dìm (Immersed Tube): là phương pháp thi công các hầm vượt sông hoặc biển bằng cách hạ chìm từng đoạn kết cấu hầm lắp ghép dưới đáy sông hoặc biển, ở Việt Nam, công trình hầm giao thông đầu tiên được thi công theo phương pháp hầm dìm là hầm Thủ Thiêm ở Thành phố Hồ Chí Minh

Sau đây xin trình bày về phương pháp Từ trên xuống và phương pháp Hầm dìm là hai phương pháp thi công đào trần đã được áp dụng thành công ở nước ta để thi công các công trình ngầm đô thị

a) Phương pháp Từ trên xuống (Top - down)

Phương pháp thi công Từ trên xuống (Top - down) đã được ứng dụng rất thành công trong việc thi công công trình hầm ở những nơi chật hẹp, hạn chế trong việc giải phóng mặt bằng và chiếm giữ mặt bằng phía trên công trình trong quá trình thi công [1]

Trình tự thực hiện của công nghệ là sự lặp đi lặp lại tuần tự của các bước đào hố móng, chống dựng thành hố móng, lắp dựng ván sàn của các tầng hầm kế tiếp nhau từ trên xuống dưới cho đến khi đạt được cao độ đáy hố đào Khi đảm bảo được khoảng không gian cần thiết để thực hiện công tác thi công kín thì đắp trả lại mặt đất để hạn chế ảnh hưởng tới dòng giao thông hiện có tại khu vực

Công tác đào được thực hiện bằng tay tại những tầng hầm ban đầu, sau đó khi đã đủ không gian ngầm có thể sử dụng các máy đào cơ giới loại nhỏ hoặc máy đào hầm chuyên dụng để thực hiện Trong khi tiến hành đào cần bố trí các hô gom nước và máy bơm kết hợp với ống kim lọc đề phòng nước ngầm dâng cao ảnh hưởng đến quá trình thi công Khi thi công có thể gặp các mạch nước ngầm có áp nên ngoài việc bố trí các trạm bơm thoát nước còn chuẩn bị các phương án vật liệu cần thiết để kịp thời dập tắt mạch nước

Công tác giữ khô hố móng được đặc biệt quan tâm bởi sự xâm nhập của nước có khả

năng gây ra sự sụt lún thành vách hố đào, sập hố móng Việc tiêu nước mặt bằng thực hiện

bố trí các trạm bơm phục vụ công tác tiêu nước hố đào được đặt tại các cửa vận chuyển trên sàn tầng ngầm thứ nhất Đầu ống hút thả xuống hố thu nước, một đầu được đưa ra ngoài thoát an toàn vào hệ thống thoát nước thành phố Hệ thống mương dẫn nước bố trí giữa các hàng đài cọc có độ dốc i = 1 % sâu 0,5m hướng vế các hố thu nước được đào sâu hơn cốt đáy đài lm Hố này có chu vi 1,5 x 1,5 m được gia cố bằng ván và cột chống gỗ, đáy hố được đổ một lớp bê tông ổn định dày 200mm Số lượng máy bơm cần thiết được xác định bằng phương pháp bơm thử với 3 trường hợp:

- Mực nước trong hố móng hạ xuống rất nhanh chứng tỏ khả năng thiết bị bơm quá lớn Phải hạn chế lượng nước bơm ra bằng cách đóng bớt máy bơm lại sao cho tốc độ hạ mực nước phù hợp với độ ổn định của mái đất

- Mực nước trong hố móng không hạ xuống chứng tỏ lượng nước thấm hơn lượng bơm ra Cần tăng công suất trạm bơm

- Mực nước rút xuống đến độ sâu nào đó rồi không hạ thấp xuống được nữa vì độ chênh mực nước tăng

Khi tiêu nước cần chú ý hiện tượng bục lở do nền dòng nước thấm ngược hoặc hiện tượng nước thấm quá nhanh làm lôi cuốn các hạt đất Nếu biện pháp tiêu nước không hiệu quả thì phải thiết kế thêm hệ thống hạ mực nước ngầm bằng hệ thống kim lọc xung quanh công trình Máy bơm thường dùng là loại máy bơm li tâm vì chúng thích hợp với chế độ làm việc thay đổi

Công tác đo đạc trắc địa chuyển lưới trục chính công trình xuống tầng hầm là hết sức quan trọng cần phải được bộ phận trắc đạc thực hiện đúng với các sai số trong giới hạn cho phép, muốn vậy phải bắt buộc sử dụng các loại máy hiện đại, có độ chính xác cao

Phương pháp thi công Từ trên xuống cũng đã được ứng dụng rất thành công để xây dựng các tầng ngầm của toà nhà cao tầng với trình tự chi tiết như sau:

- Giai đoạn I: Thi công đặt trước cột chống tạm bằng thép hình: Cột chống tạm được thiết kế bằng thép hình 150 dài 7.2m phải được đặt trước vào vị trí các cọc khoan nhồi ngay trong giai đoạn thi công cọc khoan nhồi Công đoạn này thực hiện theo bước sau: + Cột thép được định vị cố định vào lồng thép của các cọc nhồi số 1-10 Cốt chân cột thép 150 là -9.8 m (dưới cốt đáy dài 1.5m) Cột thép được đặt tại vị trí đúng tâm của cọc nhồi

+ Hạ lồng thép và tiến hành đổ bê tông cọc nhồi theo đúng các trình tự thi công cọc

khoan nhồi

- Giai đoạn II: Thi công dầm sàn dầm tầng hầm thứ 1 (cốt -3.05 m):

+ Đào đất phục vụ thi công dầm sàn tầng hầm cốt -3.05 m Chiều sâu cần đào là 1,75

m (cốt đất tự nhiên -1,6 m, cốt đáy nền tầng hầm 1 là -3,35 m)

+ Thi công bê tông dầm - sàn tầng hầm thứ nhất, cốt -3.05 m: Thi công bê tông dầm sàn tầng hầm cốt -3,05m bao gồm các cổng tác: lắp đặt ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bê tông dầm - sàn Do tận dụng nền đất để đặt trực tiếp ván khuôn dầm sàn nên đất nền phải được gia cố đảm bảo cường độ để không bị lún, biến dạng không đều Ngoài việc lu lèn nền đất cho phẳng chắc còn phải gia cố thêm đất nền bằng phụ gia

- Giai đoạn III: Thi công dầm sàn cốt -0.05m : Sau khi dầm sàn tầng hầm cốt -3.05m

đã đạt đủ 70% cường độ thiết kế thì tiến hành công tác đổ bê tông cột từ cốt -3.05m đến cốt đáy dầm Có thể song song với việc ghép ván khuôn cho dầm sàn cốt -0.05m

- Giai đoạn IV: Thi công tầng hầm thứ 2, cốt -5,65m

+ Đào đất phục vụ thi công: Trong giai đoạn này việc thi công đào đất được tiến hành hoàn toàn thủ công bằng phương pháp đào moi Tận dụng các lỗ mở sàn tầng cốt -3.05m làm nơi vận chuyển đất lên mặt đất Khi bê tông sàn tầng hầm cốt -3.05 m đã đạt 100% cường độ thiết kế thì công tác đào đất dưới cốt -3.05m mới được tiến hành Đất đào thủ công được mang lên mặt đất và được đổ trực tiếp vào xe tải và chở đi ngay ra khỏi phạm

vi công trình Đào đất đến cốt đáy đài và đáy bể

+ Thi công bê tông đài giằng và bể ngầm gồm các nội dung như sau: Truyền cốt xuống tầng ngầm thứ hai; Phá đầu cọc đến cốt đáy đài +0.15 m, vệ sinh cốt thép chờ đầu cọc và cốt thép hình cắm vào cọc; Chống thấm đài cọc bằng m ột trong các phương pháp: phụt vữa bê tông, bi tum hoặc thuỷ tinh lỏng; Đổ bê tỏng lót đáy đài và đáy các bể ngầm; Đặt cốt thép đài cọc, bể ngầm và hàn thép bản liên kết cột thép hình, cốt thép chờ của cột; Dựng ván khuôn đài cọc và bể ngầm; Đổ bê tông đài cọc và bể ngầm ; Đổ cột đến cốt mặt sàn tầng ngầm thứ hai; Thi công chống thấm cho sàn tầng hầm; Thi công cốt thép và bê tông sàn tầng hầm; Thi công cột - lõi

b) Phương pháp Hầm dìm

Khi xây dựng công trình ngầm dưới nước thì phương pháp Hầm dìm được đánh giá

là kinh tế nhất [1] Hầm dìm gồm các đốt kết cấu BTCT thường hay BTCT dự ứng lực đúc sẵn được đặt vào rãnh (đã được đào trước) ở dưới đáy sông hay đáy biển Các đốt hầm được chế tạo tại ụ đóng tàu đặt gần vị trí xây dựng hoặc chế tạo trên một ụ nổi tuỳ thuộc

phương pháp xây dựng và thiết bị và làm cho kín nước nhờ các vách ngăn Sau khi chế tạo xong thì chở ra vị trí rồi nối lại với nhau ở dưới nước sau đó tháo những vách ngăn tạm thời rồi lấp rãnh đào bằng đất để bảo vệ vỏ hầm Hầm dìm thường sử dụng rộng rãi khi xây dựng hầm đường bộ hay đường sắt trong nền đất mềm qua các sông mà có thể đào rãnh bằng các phương tiện nổi

Hình 1.2 Các dạng mặt cắt ngang các công trình hầm thi công bằng công nghệ

hầm dìm trên thế giới [1]

Trình tự thi công một hầm dìm được tiến hành như sau:

- Thi công bể đúc (giống như một âu tàu): Các đốt hầm có thể bằng BTCT hoặc bằng thép được chế tạo ở trên cạn Đốt hầm bằng thép được chế tạo trong các xưởng cơ khí, các đốt hầm BTCT được chế tạo trong các bể đúc Bể đúc được xây dựng sao cho thuận tiện trong quá trình vận chuyển Đáy bể phải đủ thấp sao cho khi làm ngập bể các đốt hầm có thể nổi để có thể di chuyển Cần phải có các giải pháp làm khô bể trong quá trình đúc các đốt hầm

- Đào đường dìm: Để thi công đào đường dìm người ta dùng các loại thiết bị đào vét

và xói hút Đầu tiên khi đào thô cần các thiết bị năng suất lớn như gầu ngoạm, gầu xúc, tiếp đó phải dùng các thiết bị định vị có độ chính xác cao kết hợp với thợ lặn để thi công phần đáy móng Trong quá trình thi công đào đường dìm thường gặp khó khănchính là tốc

độ bồi lắng lớn Sau khi đào vét tới cao độ thiết kế tiến hành thi công phần móng của hầm

- Chế tạo các đốt hầm: Các đốt hầm bằng thép thường có mặt cắt tròn được chế tạo bằng cách cuốn các tấm thép rồi hàn các sườn tăng cường dọc Tiếp đó hàn các sườn tăng cường ngang để tạo thành vỏ thép hoàn chỉnh Các hầm bằng thép có mặt cắt hình hộp được chế tạo từ các khung rồi cấu tạo lớp vỏ bằng thép tấm Các đốt hầm bằng bê tông được ch ế tạo trong bể đúc giống như thi công cống hộp BTCT nhưng kích thước lớn hơn

nhiều Trong quá trình thi công bê tông vỏ hầm cần phải khống chế được nứt do nhiệt thuỷ hoá xi măng trong bê tông và biến dạng đáy bể Trong giai đoạn này cần phải chú ý thi công các chi tiết mối nối, các bể chứa nước tạm thời, các kết cấu làm kín nước hai đầu

- Di chuyển các đốt hầm: Các đốt hầm được làm kín nước hai đầu trong bê đúc hay trong xưởng Khi cho ngập nước bể đúc hoặc hạ thuỷ vỏ thép các đốt hầm sẽ tự nổi Tiếp

đó bố trí các ca nô hoặc xà lan theo sơ đồ thích hợp để lai dắt các đốt hầm ra vị trí đặt hầm

Mối nối mềm: bằng cáp dự ứng lực, chốt chống cắt, hoặc gối đệm cao su

Mối nối cứng: bằng BTCT hoặc thép tấm

Hình 1.3 Cấu tạo mối nối giữa các đốt hầm dìm [1]

Các hầm đã xây dựng trên thế giới thường dùng kiểu nối Gina Omega (đệm cao su Gina và lớp ngăn nước có dạng hình chữ Ω) Trình tự kiểu nối này là:

- Vận hành kích kéo để đệm cao su Gina bị ép giữa 2 đốt

- Bơm phần nước kẹp giữa hai vách ngăn nước ra Khi đó áp lực thuỷ tĩnh phía đầu kia của đốt sẽ đẩy đốt sau ép chặt vào đốt trước đó

- Lắp đặt lớp ngãn nước thứ cấp dạng Omega

- Lắp các bộ phận chịu lực bằng cáp cường độ cao hoặc bằng thép

- Công tác bên ngoài: Công tác bên ngoài bao gồm việc lấp đá hoặc các vật liệu thích hợp để giữ ổn định hầm theo phương ngang và bảo vệ bản nắp hầm bên trên tránh được các tác động của ngoại lực

- Công tác bên trong: Khi mối nối được thi công xong, các vách ngăn kín nước sẽ được dỡ bỏ Đốt dầm mới được thông với phần đã thi công Tiếp đó tiến hành các công việc bên trong như đổ bê tông dằn, lắp đặt các hệ thống thiết bị điện, các kết cấu trang trí Yêu cầu về thi công hầm giao thông theo phương pháp dìm: ngoài các yêu cầu chung

đã nêu thì cần chú ý đến các yêu cầu sau:

- Đánh giá các điều kiện về đất nền, mực nước và chiều sâu, vận tốc dòng chảy trong khu vực xây dụng hầm theo các phương pháp được quy định trong tiêu chuẩn chuyên ngành

về khảo sát thiết kế và xây dựng hầm qua sông

- Tính toán kết cấu BTCT vỏ hầm lắp ghép đảm bảo đủ khả năng chịu lực trong thi công

- Lập và thực hiện chu trình thi công hầm hợp lý và nhanh nhất, thi công hầm không ảnh hưởng đến giao thông đường thủy

1.1.2 Công nghệ thi công đào kín [1]

Công nghệ thi công đào kín bao gồm một nhóm các phương pháp thi công khác nhau như phương pháp khoan nổ (Drill and blast), phương pháp mỏ (Mining method), đào moi, đào chui, v.v Quá trình xây dựng công trình ngầm và các biện pháp kỹ thuật gần giống như quá trình đào hầm lò khai thác mỏ và khoáng sản, thường đào hang dẫn, đào mở rộng, chống đỡ vách hang, đổ vỏ hầm, lắp đặt thiết bị và hoàn thiện

Công nghệ thi công đào kín đào hầm trên toàn bộ tiết diện hoặc từng phần của tiết diện cùng với việc thay thế phần đất đá đào đi bằng các vì chống tạm Khi đào toàn bộ tiết diện thì thường xây vỏ công trình ngầm bằng bêtông toàn khối đổ tại chỗ hoặc lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn Khi đào hầm từng phần của tiết diện thì đầu tiên đào một hay nhiều

hang có tiết diện nhỏ vượt trước (hang dẫn) rồi từ đó tiến hành mở rộng tới đường biên thiết kế của công trình Trong trường hợp này, công tác đào hang tiến hành song song với việc xây dựng vỏ hầm Để vỏ hầm tiếp xúc với đất đá, người ta tiến hành ép vữa xim ăng vào sau vỏ hầm Công nghệ thi công này có thể được áp dụng cho các công trình hầm có tiết diện ngang dạng bất kỳ, trong hầu hết các điều kiện địa chất - thuỷ văn, nhất là khi mặt bằng phía trên công trình có chướng ngại không thể triển khai thi công được, đặc biệt phù hợp cho các công trình hầm xuyên núi

Một trình tự cơ bản của công nghệ thi công đào kín được thực hiện như sau:

- Bước 1: Đào hầm bầng nhiều phương pháp khác nhau: sử dụng các máy móc cơ giới, nổ mìn, v v

- Bước 2: Lắp dựng các vì chống ban đầu: được lắp dựng đồng thời với việc đào hầm với mục đích để ổn định cho hầm sau khi đào, giữ an toàn cho công nhân Đất nền càng tốt thì vì chống càng giảm Vì chống ban đầu gồm có nhiều loại:

+ Sườn chống bằng gỗ, thép hoặc lưới thép: Sườn chống bằng gỗ là loại vì chống được dùng lâu đời nhất Ngày nay đã dùng các sườn chống bằng thép vòm hoặc các sườn bằng BTCT kết hợp với bêtông phun Tăng cường đất đá bằng neo, sườn và lưới thép phun

bê tông thì địa tầng sẽ có sức chống đỡ tốt với giá thành rẻ Nhưng nếu lực tác dụng của địa tầng quá lớn như trong trường hợp đất yếu và đất phong hóa thì phải bố trí thêm lưới

và sườn thép

+ Bêtông phun: thường sử dụng làm vì chống ban đầu cho nhiều hầm, được phun vào vách đất mới, đào bằng các lớp dày 50-130mm Mục đích là để giữ kích thước hình dạng hầm như tiết diện ngang, chỗ mở rộng, chỗ giao nhau tại thời điểm ngay sau khi đào hầm với độ dày thích hợp và có thể thay đổi theo sự biến đổi tình hình đất đá Đây là loại vật liệu dòn nên bêtông phun khi làm vì chống ban đầu cho hầm phải có cốt thép để đảm bảo khả nãng chịu biến dạng và độ bền dẻo Ban đầu, cốt thép có thể là các lưới thép buộc hay hàn nhưng ngày nay đã được thay thế bằng cốt sợi với hỗn hợp xi măng và cốt liệu Ngoài khả năng tăng cường độ bền dẻo và chịu biến dạng cho kết cấu hầm, cốt sợi còn có thể tăng khả năng chống mỏi và chống xung kích cho bêtông phun Để sử dụng tốt bêtông phun dùng bột silice (microsilicat) có thể giảm độ rỗng, tăng tỉ trọng, cường độ và chống thấm tốt

+ Neo và bulông: giúp địa tầng phía sau chịu được trọng lượng bản thân và phát huy cường độ vốn có của đất đá để chịu được toàn bộ tải trọng do đất đá gây ra

- Bước 3: Bố trí các lớp chống thấm

- Bước 4: Lắp dựng vì chống cuối cùng: khi vì chống ban đầu không đủ khả năng đáp ứng yêu cầu chống đỡ lâu dài cho kết cấu hầm thì phải bố trí vì chống cuối cùng Nếu vì chống ban đầu làm bằng đốt BTCT lắp ghép thì có thể dùng để làm vì chống cuối cùng

Có nhiều loại vì chống cuối cùng:

+ Bê tông đúc tại chỗ có hoặc không có cốt thép

+ Lõi thép bọc bằng bê tông hoặc vữa

- Bước 5: Quan trắc, đo đạc kiểm tra hầm để tiến hành các trình tự tiếp theo

Người ta thường áp dụng một số phương pháp đào hầm khác nhau trong quá trình thi công công trình ngầm bằng công nghệ đào kín như sau:

- Phương pháp đào toàn bộ tiết diện: gương đào được mở một lần trên toàn bộ tiết diện ngang của hầm

- Phương pháp đào bậc thang: phân chia tiết diện hang đào thành nhiều mảnh rồi đào tuần tự trên toàn gương nhằm tác dụng đảm bảo sự ổn định của hang trong quá trình thi công và giảm bớt khó khăn cho công tác khoan đào và xây dựng vỏ hầm Có 3 cách mở gương chính:

+ Phương pháp bậc thang trên: tiến hành đào hang dẫn ở phần trên theo suốt chiều dài hầm, sau đó sử dụng hang dẫn này làm mặt thoáng để thi công phần hang còn lại + Phương pháp bậc thang bên: đào phần chính giữa của hang, ổn định nóc hang rồi tiếp tục đào hai bên thành hang

+ Phương pháp bậc thang dưới: đào phần trên của hang rồi đổ bêtông phần vòm rồi tiến hành đào bậc dưới, đổ bêtông vỏ hang tuần tự và cuối cùng mới thi công phần đáy hầm

- Phương pháp vòm trước: đào đất đá, chống đỡ rồi đổ bêtông vỏ hầm ở phần đỉnh hang rồi dưới sự bảo vệ của phần vòm bêtông này, tiến hành đào các bộ phận trên gương rồi xây dựng phần tường hầm và đáy hầm

- Phương pháp nhân đỡ: đào các hang dẫn ở thành bên của gương rồi đổ bê tông một

bộ phận vỏ hầm Sau đó đào hang dẫn tại đỉnh gương, mở rộng không gian trong phần vòm rồi đổ bê tông phần đỉnh hang tựa trên phần tường bêtông đã có Cuối cùng đào phần lõi trên gương dưới sự bảo vệ của vỏ hầm đã có

- Phương pháp phân mảnh đào toàn tiết diện: tiến hành đào từng hang dẫn theo một trình tự nhất định trên gương đào, đồng thời với quá trình lắp dựng vì chống trên từng hang

dẫn Sau khi đào xong toàn bộ tiết diện thì đổ bê tông vỏ hầm

- Phương pháp đào có gia cố trước: dùng các biện pháp để gia cố trước vách hang rồi mới tiến hành đào hầm Có thể chọn lựa biện pháp gia cố phù hợp:

+ Khoan lỗ và lồng các ống thép xung quanh chu vi hang

+ Sứ dụng các chất gia cố nhân tạo đưa vào khối địa tầng xung quanh hang cần gia cố: xi măng, vữa sét, silicat ,

+ Đóng băng nhân tạo các loại đất bão hoà nước xung quanh hang

Trong số các phương pháp thi công thuộc công nghệ thi công đào kín, phương pháp Khoan nổ (Drill and blast) được áp dụng phổ biến hơn cả Thực chất đây là phương pháp thi công công trình ngầm bằng việc sử dụng kết hợp thuốc nổ với máy đào cơ giới Công tác tính toán thiết kế nổ mìn cần được thực hiện rất nghiêm ngặt Nổ mìn tạo biên sao cho kết quả nổ mìn tốt nhất là ít phá hoại đá phía ngoài và ít có chỗ đào vượt Để làm được việc

đó phải kiểm tra tốt việc nổ mìn tạo biên, phải đảm bảo nền không bị phá vỡ nhiều và ít bị đào vượt vì những lý do sau:

- Nếu ít bị phá vỡ thì nền sẽ ổn định hơn và giảm nhẹ các vì chống;

- Thao tác công việc được an toàn nhờ đá ít rơi;

- Ít phải trát phủ bề mặt khi hầm không phải xây vỏ;

- Đối với hầm có xây vỏ thì giảm bớt lượng bê tông để lấp phủ chỗ đào vượt

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí thuốc nổ trên mặt cắt ngang của một công trình ngầm [1]

Chấn động nổ mìn cần được tính toán do việc nổ mìn sẽ tạo ra chấn động truyền qua

nền đất như là làn sóng chuyển vị và ứng suất Trong các khu vực đô thị, việc kiểm soát chấn động do nổ mìn là rất quan trọng để giảm thiểu mọi ảnh hưởng xấu của việc thi công công trình ngầm đến dân cư sinh sống và các công trình đã có xung quanh khu vực xây dựng công trình ngầm Chu trình đào hầm bằng phương pháp Khoan nổ (Drill and blast) gồm các bước sau đây:

- Khoan lỗ và nạp thuốc nổ: công tác nạp thuốc nổ trên mặt gương đào cho đến nay vẫn bắt buộc thực hiện thủ công với sự thực hiện của các công nhân Lượng nổ đã được tính toán khối lượng thuốc nổ chính xác được đưa vào lỗ với chiều sâu đặt theo tính toán

- Nổ mìn và sau đó dùng quạt để thổi thoát khói mìn

- Thu dọn và vận chuyển đá thải: công tác này được thực hiện với thiết bị thu dọn và chuyên chở như: xe tải nhỏ (chạy bằng bánh lốp dùng trong các hầm ngắn); xe tải (xe tải goòng dùng trong các hầm dài) hoặc băng tải

- Mài nhẵn đỉnh hầm và tường để chọc đá rơi: đây là một bước quan trọng khi đào hầm Khi nổ mìn có một số hòn đá đã vỡ ra nhưng chưa rơi xuống được, một số hòn đá nhô ra ngoài Những hòn đá này có thể sau một thời gian mới rơi gây m ất an toàn cho người làm việc Những hòn đá rơi nhô ra sẽ làm cho tải trọng trên vỏ hầm không đồng đều

Để đập rơi những hòn đá này thường phải dùng gậy sắt nặng chọc (hoặc dùng máy mài điều khiển tự động)

- Lắp dựng vì chống ban đầu

- Chuyển dịch lên phía trước các đường ray, quạt và các phương tiện

Việc đào hầm có thể tiến hành bằng hai cách cơ bản sau:

- Đào toàn tiết diện: Phần nhiều các hầm được đào toàn tiết diện Toàn bộ phần đào được khoan và nổ mìn một lần

- Đào phân mảnh: đôi khi, do tình hình địa chất hay kích thước thiết bị hạn chế phải phân mảnh để đào Thông thường phân làm hai mảnh trên và dưới, mảnh trên thường được đào trước, tiếp đó đào mảnh dưới như một phần bậc thềm Lỗ khoan bậc thềm có thể là lỗ nằm ngang hay lỗ đứng, cách làm như trong mỏ đá Có thể có nhiều cách phân mảnh, có thể đầu tiên nổ mìn một hang đỉnh, sau đó sẽ phân các mảnh bên và các mảnh bậc thềm ở dưới

1.1.3 Công nghệ thi công bằng khiên đào (SM – Shield Machine) [1]

Công nghệ thi công này thực chất là phương pháp xây dựng công trình ngầm sử dụng

vì chống cơ giới gọi là khiên đào Dưới sự bảo vệ của khiên đào, người ta tiến hành các

công tác đào hầm và lắp dựng các kết cấu chống đỡ hầm Khiên đào là một vì chống kim loại khép kín trên toàn bộ chu vi hang có thể kết hợp với các cơ cấu m áy móc đào hầm, dọn dẹp đất đá, lắp dựng vì chống Khiên đào có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, chữ nhật, elíp Dạng tròn được sử dụng rộng rãi trong xây dựng hầm Loại hình chữ nhật và hình thang sử dụng đào đường thông và hang dẫn là những đường hầm có diện tích mặt cắt ngang nhỏ

Có nhiều loại khiên đào khác nhau:

- Khiên đào cố định: được lắp ghép bằng gang hoặc bêtông cốt thép Khiên đào chỉ

có tác dụng cắt đất đá và tạo vỏ bảo vệ để tiến hành các công tác thi công khác Việc đào xúc đất đá được thực hiện bằng các máy bốc xúc chuyên dụng hoặc nhờ hệ thống băng truyền và xe goòng đưa tới vị trí giếng tập kết để chuyển lên mặt đất Việc thi công vỏ hầm được tiến hành thủ công

- Khiên đào cơ giới: ngoài chức năng cơ bản giống như loại cố định, khiên đào cơ giới có thể di động được nhờ hệ thống kích đẩy

Công nghệ thi công hầm bằng khiên đào thích hợp khi xây dựng hầm đặt sâu hoặc hầm đặt nông xây dựng bên dưới mặt đường ô tô, áp dụng cho công trình hầm nằm trong những điều kiện địa chất - thuỷ văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi, khi mặt bằng phía trên công trình có chướng ngại không thể triển khai thi công được, thường dùng khi xây dựng các hầm xuyên núi Máy khoan hầm TBM (Tunnel Boring Machine) có thể coi là dạng khiên đào được

cơ giới hóa bậc cao, thậm chí toàn bộ, có thể sử dụng cho hầu hết các loại địa tầng khác nhau, dưới các điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn khác nhau Có nhiều loại TBM dùng trong đá cứng, cho đất yếu, không có vỏ hoặc có vỏ bảo vệ Cùng một lúc TBM có thể đảm đương nhiều công tác khác nhau:

- Đào hầm trong đất đá;

- Vận chuyển đất đá đào ra khỏi mặt đào;

- Duy trì kích thước và độ dốc của đường hầm;

- Chống đỡ tạm thời cho công trìn ngầm đến khi hoàn thành kết cấu chống đỡ chính;

- Xử lý các điều kiện địa chất bất lợi trong quá trình thi công

Công nghệ TBM đã và đang được áp dụng để thi công nhiều công trình ngầm đô thị, đăc biệt là các công trình ngầm metro, LRT (Light rapid transport) Các loại TBM ngày càng được thiết kế đa dạng đáp ứng cho các điều kiện địa tầng khác nhau, cho các loại công

trình ngầm khác nhau Máy khoan hầm TBM là thiết bị có thể chịu được áp lực lớn, cường

độ làm việc cao, liên tục trong thời gian dài, làm việc được trong các môi trường bất lợi (có nước ngầm, ăn mòn, đứt gãy địa chất, v.v ) TBM đã được lựa chọn là công nghệ thi công cho tuyến hầm metro đầu tiên ở thành phồ Hồ Chí Minh (tuyến đường sắt đô thị số 1: Bến Thành – Suối Tiên) và ở Hà Nội (tuyến đường sắt đô thị số 3: Nhổn – ga Trần Hưng Đạo)

Hình 1.5 Máy khoan hầm TBM dùng để thi công tuyến Metro số 1 thành phố Hồ

Chí Minh

Khi xây dựng công trình hầm vượt chướng ngại nước (sông, biển), cần so sánh mức

độ phù hợp của phương án thi công theo công nghệ hầm dìm và công nghệ thi công bằng khiên đào như sau:

Bảng 1.2 So sánh thi công hầm dìm và hầm thi công bằng khiên đào [1]

1.1.4 Công nghệ thi công hầm kín bằng phương pháp kích ép đất (Pipe jacking) [1]

Đây là một phương pháp được áp dụng chủ yếu để thi công những công trình ngầm

có kích thước không lớn, thường có dạng mặt cắt ngang hình tròn với đường kính tối đa lên tới 3m, thường phù hợp để áp dụng cho các hầm kỹ thuật hoặc các hầm chui dân sinh, hầm đi bộ trong đô thị Đây được xem là một công nghệ hoàn hảo trong việc tiết kiệm tối

đa vật liệu phục vụ thi công Việc thi công kích ép các đốt vỏ hầm được thực hiện từ các giếng đào thẳng đứng Tuỳ theo năng lực của thiết bị ép và tính kinh tế của chiều dày vỏ hầm mà có khoảng cách giữa các giếng ép thích hợp Sau khi ép xong thì vỏ hầm chính là kết cấu chống đỡ, tiến hành moi đất bên trong lòng nhờ sự bảo vệ của vỏ hầm

Nếu lực ép quá lớn thì phải dùng kết hợp áo vữa sét bentonite để làm giảm ma sát giữa vỏ hầm và địa tầng Trường hợp khó khăn thi công ép tới đâu tiến hành đào moi đất trong lòng hầm tới đó

Trình tự công nghệ như sau:

- Bước l: dọc theo tuyến đã định, tuyến hầm được phân thành các đoạn ngắn, ở từng đoạn sẽ có hai giếng đứng được thi công sâu hơn cao độ thi công của công trình hầm tại vị trí đầu và cuối của đoạn hầm Kích thước của giếng phải đảm bảo đủ để bố trí thiết bị kích

ép Đối với hầm có chiều dài < 100m thì chỉ cần một giếng ép

- Bước 2: Đưa thiết bị xuống giếng tới vị trí mặt gương đào Kích từng đoạn ống dẫn hướng (D = 100-150 mm) từ giếng đầu tới giếng cuối của đoạn hầm

- Bước 3: Mở rộng bằng mặt gương tới đường kính bằng đường kính ngoài của hầm

- Bước 4: Đẩy các đoạn vỏ hầm đúc sẵn từng đốt một và kết thúc ở giếng tiếp theo

- Bước 5: Moi đất bên trong lòng hầm nhờ sự bảo vệ của vỏ hầm đúc sẵn

Vì lực ma sát giữa địa tầng và vỏ hầm tăng nhanh theo kích thước vỏ hầm và chiều dài giữa hai giếng đứng nên phương pháp này mới chỉ được áp dụng cho các hầm có mặt cắt ngang nhỏ (D < 3m)

Thi công công trình hầm bằng công nghệ kích ép đất sẽ không ảnh hưởng tới việc tổ chức giao thông bình thường trên mặt đất tuy nhiên cũng gặp phải nhiều điều khó khăn như việc bảo đảm thẳng hướng đẩy, mối nối giữa các lóp chịu lực ép lớn khi đẩy Công nghệ này không áp dụng được cho các hầm cong trên mặt bằng (có bán kính đường cong bằng >0) và dễ gây nứt vỡ kết cấu đất thậm chí cả m ặt đường phía trên do tính chèn ép lớn vào địa tầng xung quanh Đối với hầm đi bộ tiết diện hầm khá lớn nên khi áp dụng công nghệ này đòi hỏi hệ thống kích đẩy lớn

1.1.5 Công nghệ thi công hầm kiểu mới của Áo (New Austrian Tunnelling Method – NATM) [1]

Công nghệ thi công hầm NATM (New Austrian Tunnelling Method) là công nghệ xây dựng hầm mới của Áo đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới áp dụng để xây dựng các công trình hầm và công nhận là phương pháp xây dựng hầm hiện đại và có nhiều ưu điểm so với các phương pháp thông thường Ở Việt Nam, phương pháp NATM lần đầu tiên được áp dụng để thiết kế và thi công hầm đường bộ qua đèo Hải Vân với sự giúp đỡ

vể khảo sát, thiết kế, thi công của Nhật Bản Sau đó, công nghệ thi công này đã được các

kỹ sư Việt Nam áp dụng thành công vào thi công công trình hầm đường bộ Đèo Ngang Vào khoảng giữa thế kỷ XX, dựa trên lý thuyết biến dạng và việc phân tích áp lực đất

đá, từ kinh nghiệm trực giác nhưng hết sức sáng tạo, các kỹ sư người Áo, tiêu biểu là Rabcewicz, Muller và Pacher đã rút ra được những kinh nghiệm thực tế trong quá trình thi công nhiều công trình hầm khác nhau trong nước và trên th ế giới Trong khi quan sát và giám sát khả năng chống đỡ của khối đất đá trong đường hầm, họ cố gắng tạo cho khối đá thực hiện đúng chức năng của nó như một thành phần rất quan trọng của hầm, cố gắng giúp

nó không mất đi khả năng tự chống đỡ và khi cần thiết sẽ sử dụng thêm kết cấu chống đỡ

hỗ trợ

Một thời gian ngắn sau chiến tranh thế giới II, sự phát triển của bê tông phun đã tạo điều kiện cho người xây dựng hầm áp dụng ngày càng phổ biến để xây dựng các đường hầm mới Việc chế tạo ra máy phun bê tông cho phép sử dụng một khối lượng lớn bê tông phun để thi công gia cố khối đá trong hầm Phương pháp phun bê tông lên bất kỳ bề mặt nào kết hợp với các phụ gia tạo độ cứng cho bê tông rất sớm sau khi phun cho phép thi công một chu kỳ khoan hầm nhanh hơn Việc áp dụng các vì chống mềm bằng neo thép kết hợp với bê tông phun và lưới thép cho phép hạn chế được biến dạng của khối đất đá xung quanh hầm sau khi đào hầm và liên kết được các khối đá lại với nhau một cách có hiệu quả, làm cho đất đá xung quanh hầm trở thành một phần của kết cấu chống đỡ hầm Khái niệm này là một thành tựu tiên phong khuyến khích các kỹ sư sử dụng những lớp bê tông phun mỏng thay vì phải dùng một khối lượng gỗ lớn kèm theo những tấm thép

và những vòm hầm bê tông dày lúc bấy giờ Sau phát kiến quan trọng, kết hợp với sự phát triển của thiết bị hiện đại và sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới, phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (NATM ) bắt đầu hình thành và phát triển thành một công nghệ thi công hầm tiên tiến trên thế giới

Đặc điểm khác biệt của công nghệ NATM so với các công nghệ thi công truyền thống được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.3 Đặc điểm khác biệt của công nghệ NATM so với công nghệ truyền thống

- Thi công hầm trong môi trường đá phong hoá, đất tốt ít nước ngầm, sét dẻo đến dẻo mềm: Thực hiện đào từng phần mặt cắt, xây dựng kết cấu chống đỡ, kiểm soát biến dạng hầm đào

- Thi công hầm trong môi trường đất yếu và đặc biệt yếu, vùng nước ngầm lớn và có cát chảy: Thực hiện bơm vữa xi măng, hoá chất gia cố, đào từng phần mặt cắt, xây dựng kết cấu chống đỡ, kiểm soát biến dạng hầm đào

Các ưu điểm cơ bản của công nghệ NATM gồm có:

- Sử dụng triệt để sự chống đỡ tự nhiên của đất đá xung quanh kết hợp với vữa phun, neo đá, hệ thống chống đỡ bằng thép bảo đảm sự ổn định của đất đá khi thi công

- Kích thước mặt cắt ngang lớn có thể thiết kế lớn hơn so với phương pháp cổ truyền Với các công trình hầm có mặt cắt ngang lớn thì NATM có hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống

- Đối với đất đá cứng, NATM tỏ ra hiệu quả hơn Do vậy phương pháp này được áp dụng khi xây dựng hầm trong điều kiện đất đá tốt Khi đất đá yếu, rời rạc vẫn có thể thi công theo NATM tuy nhiên chi phí tốn kém hơn do phải dùng các phương pháp phụ trợ Đây là phương pháp thi công hầm mới, đã được áp dụng để thi công nhiều hầm đường

bộ lớn ở nước ta hiện nay như Hải Vân 1 và 2, Đèo Ngang, Đèo Cả , Cù Mông, Cổ Mã, A9, A-roằng v.v… có nhiều ưu điểm như sau:

- Sử dụng triệt để chống đỡ tự nhiên của đất đá xung quanh

- Kích thước mặt cắt ngang lớn hon so với khi sử dụng các phương pháp truyền thống

- Hiệu quả hơn trong đất đá cứng

Phương pháp này thường áp dụng trong điều kiện đất đá tốt Khi đất đá yếu rời rạc vẫn có thể áp dụng NATM nhưng chi phí tốn kém hơn do phải dùng các phương pháp phụ trợ

NATM có thể sử dụng có hiệu quả trong xây dựng những hầm có tiết diện lớn trong nền đá rất yếu Trong nhiều trường hợp phương pháp này có thể dùng được cho cả trường hợp đất rời, đôi khi phải phối hợp với khí ép để kiểm soát nước ngầm

Khi sử dụng NATM trong đất mềm cần phải thực hiện hết sức cẩn thận bởi các nhà thầu có nhiều kinh nghiệm trong loại công việc này Khi không chú ý thi công cẩn thận thì NATM cũng khó tránh khỏi những thất bại hư hỏng Một số hư hỏng phần nhiều ở ngay hay gần gương đào, phải được ghi chép đầy đủ Đa phần các hư hỏng xảy ra dưới lớp phủ mỏng với điều kiện địa chất và nước ngầm không tốt hoặc là do sử dụng sai không đủ bề dày và cường độ của bê tông phun, đặt vì chống muộn hoặc việc đào hầm tiến lên quá sớm khi bê tông phun chưa đủ cường độ

Khi xây dựng hầm trong đất yếu để bảo đảm an toàn thì các vì chống phải được lắp đặt ngay sau khi đào hầm NATM sẽ thích hợp cho đất yếu thì tự nền đất có thể duy trì được càng lâu càng tốt Nhưng dù sao cũng có những trường hợp nền đất yếu không phù hợp cho một gương đào mà đoạn chưa hoàn chỉnh vỏ hầm quá ngắn như trường hợp đất chảy hay sụt Có thể giảm khả năng mất ổn định bằng cách hạ mức nước ngầm hay bơm vữa hoặc bằng các cách gia cố đất nền khác, nếu không cải thiện được thì NATM sẽ không thích hợp Trong những trường hợp như vậy dùng phương pháp khiên đào kín sẽ bảo đảm

an toàn hơn cho công việc xây dựng hầm

1.1.6 So sánh giữa công nghệ thi công đào hở và công nghệ thi công đào kín [1]

Việc so sánh được tiến hành dựa trên mức độ ảnh hưởng của quá trình thi công đối với hiện trạng công trường, môi trường khu vực, các công trình liền kề và địa tầng xung quanh công trình chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

- Ô nhiễm không khí và tiếng ồn,

- Ô nhiễm nước mặt và nước ngầm ,

- Độ rung động,

- Độ sụt lún,

- Đất đá thải,

- Ảnh hưởng tới các công trình phía trên mặt đất và các công trình liền kề

Các hiện tượng này gây ra do các hoạt động đào hầm, xây lắp các kết cấu chống đỡ, vận chuyển vật liệu, đất đá thải và các hoạt động khác bên trong công trường Việc so sánh được thể hiện trong bảng sau đây:

Bảng 1.4 So sánh công nghệ thi công đào hở và đào kín [1]

1.2 Công nghệ TBM

1.2.1 Tổng quan

Máy khoan hầm TBM (Tunnel Boring Machine) là tên chung cho các loại/tổ hợp thiết

bị đào hầm tiên tiến thay thế cho phương pháp đào hở truyền thống hoặc khoan nổ trong địa chất cứng, đây là tổ hợp thiết bị thi công phù hợp và là lựa chọn ưu tiên cho các dự án đường sắt đô thị ngầm, hầm dẫn nước thủy điện, hầm giao thông có các hạng mục khoan ngầm, giảm thời gian xây lắp và đưa dự án sớm đi vào hoạt động, hầu hết các đường hầm đường sắt trên thế giới đều sử dụng công nghệ này TBM thường được sử dụng vì độ an toàn cao do làm việc phía trong thiết bị, cũng như trong đào hầm ở địa chất đất mềm yếu bên dưới mực nước ngầm để giảm hoặc ngăn độ lún bề mặt

Năm 1846, tại Turin (Italia), mẫu máy TBM tiền thân đã xuất hiện, được thử nghiệm

và đưa vào áp dụng thi công hầm Cỗ máy này rất cồng kềnh, áp dụng thực tế không hiệu quả Gần 100 năm sau, đến năm 1930, J.S Robbins mới nghiên cứu và cho ra đời mẫu máy TBM đầu tiên với những tính năng tương đối giống như máy TBM ngày nay Những năm

1950, TBM được áp dụng rộng rãi trong đào hầm núi đá Đến nay, máy TBM ngày càng được hoàn thiện hơn và trở thành công nghệ số 1 trong thi công các công trình liên quan đến đào hầm như giao thông, thủy điện Đào hầm bằng công nghệ TBM thi công phần lớn dưới mặt đất nên không tốn diện tích phục vụ thi công và hầu như không làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng trên mặt đất Đặc điểm của hầm tàu điện ngầm là rất nông (chỉ khoảng -10 đến -15m so với mặt đất), đa số hầm có địa chất rất phức tạp, mức nước ngầm cao , nên việc thi công bằng công nghệ TMB đã giải quyết được tất cả những vấn đề trên trong khi tất cả các phương pháp khác không làm được [2]

Thi công công trình ngầm bằng công nghệ TBM là phương pháp thi công liên hoàn

từ khoan hầm – giữ ổn định gương đào - gia cố vỏ hầm - lắp ghép hoàn thiện vỏ hầm theo một chu trình khép kín TBM thực chất là một tổ hợp máy đào hầm có thể thực hiện được các hạng mục thi công hầm gồm có:

- Đào hầm bằng phương pháp nghiền nát đá,

- Bốc xúc và vận chuyển đất đá ra bên ngoài,

- Lắp dựng các kết cấu chống đỡ và lưới thép (nếu có)

- Thi công lớp bêtông phun (lớp shortcrete), lớp hoàn thiện (lớp lining) hoặc lắp dựng kết cấu vỏ hầm đúc sẵn

Quá trình thi công được thực hiện cơ giới hoá toàn bộ, giúp đẩy nhanh tốc độ thi công

công trình Có thể nói TBM đi đến đâu đường hầm được hoàn thiện ngay đến đó

Yêu cầu về thi công hầm giao thông theo phương pháp TBM: ngoài các yêu cầu chung của việc thi công công trình hầm, cần chú ý đến các yêu cầu sau:

- Đánh giá các điều kiện về đất nền, nước ngầm trong khu vực xây dựng hầm theo các phương pháp được quy định trong tiêu chuẩn chuyên ngành về khảo sát thiết kế và xây dựng hầm trong môi trường đất yếu

- Tính toán kết cấu bê tông cốt thép vỏ hầm lắp ghép đảm bảo đủ khả năng chịu lực trong thi công

- Phải có các giải pháp ngăn và thoát nước ngầm, bảo đảm hầm luôn khô ráo trong quá trình xây dựng

- Lập và thực hiện chu trình thi công đào hầm hợp lý và nhanh nhất, thi công hầm không ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất

- Kiểm soát được trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu vỏ hầm, nền đất xung quanh vỏ hầm cũng như lún sụt trên mặt đất khu vực thi công hầm bên dưới

- Chỉ được vận hành thiết bị TBM về phía trước khi đã thực hiện bơm vữa đủ áp lực thiết kế phía sau vỏ hầm và đất nền xung quanh

Có rất nhiều dạng máy TBM, có thể có toàn bộ các tính năng như đã nêu ở trên hoặc một phần của các tính năng đó Tuy nhiên, thông thường một máy TBM gồm có một số bộ phận cơ bản như sau:

(3) vít tải – screw conveyor, (4) thiết bị lắp vỏ hầm – segment erector

(5) kích đẩy – thrust cylinder (6) khiên – shield

(7) động cơ cắt – cutter motor

Hình 1.6 Các bộ phận chính của TBM

Chức năng của các bộ phận chính của TBM như sau:

- (1) Đầu cắt: Cắt vật liệu đào trong quá trình TBM di chuyển về phía trước bằng cách xoay tròn, trên đầu cắt có các răng hỗ trợ quá trình cắt

- (2) Khoang đào: Chứa đất sau đầu cắt để cân bằng áp lực mặt

- (3) Vít tải: Chuyển đất đào từ khoang đào ra ngoài đến bãi thải, tốc độ vít tải được điều chỉnh để duy trì áp lực đất trong khoang đào và áp lực mặt trong quá trình TBM tiến

- (6) Khiên: Là lớp vỏ cố định đầu cắt, vít tải, hệ thống phun vữa, sàn thao tác và các

hệ thống khác, ngăn cách kín nước và chống đỡ áp lực đất xung quanh trong quá trình đào

và lắp các tấm vỏ hầm

- (7) Động cơ cắt: Cung cấp lực cho đầu cắt bằng năng lượng điện

Cấu tạo chi tiết của TBM sẽ quyết định biện pháp thi công công trình hầm phụ thuộc vào biện pháp ổn định gương đào trong quá trình thi công:

- Thi công hầm theo phương pháp đào hở mặt (Open Face Tunneling Boring Machines, OF - TBM): dùng khiên chống đỡ ngay lập tức sau khi khoan lấy đất - phương pháp này phù hợp trong môi trường chủ yếu có tính sét cao - sét cứng và dẻo cứng có thể lẫn lăng kính cát, trong trường hợp đất yếu không ổn định hoặc nằm dưới mực nước ngầm

có thể kết hợp với khí nén

- Thi công hầm theo phương pháp dùng vữa sét có áp lực: (Betonite Slurry Tunneling Boring Machines, BS - TBM): phần trước của máy là khoang chất lỏng chứa betonite được kiểm tra và khống chế áp lực hợp lý, đầu đào quay vòng giữa máy và hầm đào Đất trong phần mới đào được lấy ra cùng với betonite, áp lực vữa giữ ổn định vách đào và vữa betonite thấm vào đất trước mũi khoan tạo ra lớp màng chống thấm cùng với áp lực trong khoang vữa, áp lực này không chỉ giữ ổn định mặt gương hầm mà còn kiểm tra chuyển vị của đất ở gương hầm Điểm bất lợi của phương pháp này là hệ thống lưu thông vữa betonite phức tạp

- Thi công hầm theo phương pháp dùng khoang tạo áp lực cân bằng (Eath Pressure Balance Tunneling Boring Machines, EPB - TBM): tương tự như (BS) TBM, khoang tạo

áp suất được đặt phía trước, hệ thống lấy đất dạng xoắn ruột gà, áp lực trong khoan cắt đất được thay đổi giảm dần về áp lực không khí bên ngoài Khác biệt giữa BS TBM và EPB TBM là áp lực tạo ra trong khoang lấy đất bằng thủy lực và của EPM TBM là sử dụng thành phần hạt của đất

Hình 1.7 TBM có khiên cân bằng áp lực đất

1.2.2 Ưu điểm

Ưu điểm của thi công hầm bằng TBM là tốc độ thi công ổn định, do việc sử dụng các tấm vỏ hầm đúc sẵn nên dễ dàng chủ động và kiểm soát được tiến độ và chất lượng Thi công ngầm bên dưới lòng đất nên không chiếm dụng mặt bằng bên trên, giảm thiểu ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế xã hội của vực đang thi công hầm khoan do không phải

rào chắn để thi công, giảm thiểu chi phí di dời, phá bỏ cũng như tái lập các công trình hạ tầng kỹ thuật hiện hữu phía trên khi thi công hầm Công trình ngầm thi công bằng TBM có

độ an toàn cao và an toàn nhất so với các phương pháp thi công hầm khác Trong đô thị, thi công bằng TBM ít gây xáo trộn địa chất nên còn giảm thiểu được ảnh hưởng đến các công trình đô thị hiện hữu xung quanh đường hầm Đào hầm xuyên núi sử dụng TBM còn hạn chế chấn động so với phương pháp khoan nổ, đẩy nhanh tốc độ thi công và sớm đưa vào khai thác Tiết diện hầm ổn định về mặt hình học, chất lượng dễ kiểm soát

Ngoài việc là công nghệ không thể thay thế khi thi công các công trình tàu điện ngầm, công nghệ TBM cũng được nhiều nhà thầu lựa chọn khi thi công các công trình ngầm bởi nó có nhiều ưu việt, cụ thể là [2]:

- Độ an toàn: So sánh với các phương pháp đào hầm khác thì đây là phương pháp đào hầm an toàn nhất Hầm được đào trong vỏ sắt bảo vệ của máy TBM Hầm đào đến đâu, vỏ bê tông vĩnh cửu được lấp tới đó, khoảng không giữa vỏ bê tông và lớp đất ngoài được phun vữa bê tông chất lượng cao hoặc hỗn hợp silicat đạt tiêu chuẩn nên việc sập hầm không xảy ra Kỹ sư, công nhân tham gia thi công cũng được an toàn hơn so với các phương pháp khác

- Tính kinh tế trong thiết kế vỏ hầm: Ta biết ưu điểm lớn nhất của công nghệ khoan – nổ mìn chính là có thể tạo ra hình dạng gương đào bất kỳ nhưng nhược điểm là

có thể bị đào vượt ra ngoài chu tuyến thiết kế của đường hầm (đào lẹm hay thừa tiết diện) Thực tế cho thấy tỉ lệ vượt ngoài tiết diện có thể từ 10%~20%, thậm chí nhiều hơn tùy vào phương pháp, trình độ của người lập hộ chiếu nổ mìn và tính chất của đất đá Điều này kéo theo phát sinh lượng lớn vật tư, vật liệu dùng tăng thêm KCC

để bù vào phần đào đã tăng thêm, làm phát sinh chi thêm cả chi phí nhân công, ca máy dẫn đến tăng tổng mức đầu tư cho công trình dẫn đến tăng giá thành sản phẩm Đối với công nghệ TBM thì vấn đề này được hạn chế đến mức thấp nhất, theo các nghiên cứu gần đây cho thấy lượng lẹm này đối với khi thi công bằng TBM chỉ còn nhỏ hơn 5%

- Không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh: Máy TBM đào đất và lắp vỏ hầm hoàn toàn tự động, nếu thi công tàu điện ngầm thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy bình thường Ngoài ra, việc thi công nhanh là ưu điểm nổi bật của công nghệ TBM vì mỗi ngày có thể đào và lắp vỏ bê tông trung bình từ 10-20m Đó là chưa kể đến những ưu điểm khác như ít làm ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao khi công