Nghiên cứu các thông số làm việc hợp lý của hệ thống máy khoan kích ngầm phục vụ công tác thi công các công trình ngầm tại thành phố hồ chí minh đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Ưu điểm của công nghệ khoan kích ngầm: Có thể khoan được ở độ sâu lớn hơn rất nhiều so với đào hở mà không gây ảnh hưởng đến giao thông và các công trình phía trên và lân cận.. 1.2.1 Phư

PHẦN I: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, ở nước ta việc thi công đường ống vẫn sử dụng phương pháp đào lấp truyền thống, đơn giản, nhưng gây mất cảnh quang đô thị, ách tắc giao thông, ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân Trong khi đó, ở các nước phát triển trên thế giới, việc thi công đường ống ngầm đã trở nên phổ biến Tuy nhiên, việc sử dụng thiết bị nước ngoài chi phí rất cao Yêu cầu đặt ra là phải tạo ra sản phẩm có giá thành phù hợp nhưng chất lượng, độ chính xác, cũng như tuổi thọ ở mức cho phép Do đó công nghệ khoan kích ngầm đang là xu hướng phát triển và áp dụng rộng rãi trên thế giới

Ưu điểm của công nghệ khoan kích ngầm:

Có thể khoan được ở độ sâu lớn hơn rất nhiều so với đào hở mà không gây ảnh hưởng đến giao thông và các công trình phía trên và lân cận

Số lượng công nhân tham gia thi công đòi hỏi không nhiều Hiệu quả kinh tế cao và

ít ảnh hưởng đến môi trường

Thiết bị tham gia vào quá trình kích ống nhỏ gọn, không cồng kềnh Đặc biệt tiến độ và năng suất nhanh hơn và chất lượng công trình tốt hơn so với đào hở

Có nhiều công trình lớn đã áp dụng công nghệ này ví dụ như: đẩy kích ống D1500 dài 131 m qua đường Lê Trọng Tấn, đẩy kích ống qua ngã tư Thủ Đức, kích đẩy ống qua Quốc lộ 1A,… và đã đạt chất lượng tốt

Trước tình hình đó, việc nghiên cứu và tính toán các thông số đưa ra bảng biểu khảo sát có giá trị để có thể áp dụng cho các đơn vị thi công là điều rất quan trọng đối với các công ty hiện nay

Do đó đề tài nghiên cứu các thông số làm việc hợp lý của hệ thống máy khoan kích ngầm phục vụ công tác thi công các công trình ngầm tại TP Hồ Chí Minh có tính cấp thiết và phù hợp với yêu cầu thực tiễn thi công là xu hướng mà các công ty đang áp dụng hiện nay

PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN KÍCH NGẦM

1.1 Các vấn đề chung:

Hầm và các không gian ngầm ngày càng có vai trò quan trọng trong một hệ thống giao thông hiện đại Hầu hết các khu vực đô thị trên thế giới đều phải đối mặt với nhiều vấn đề lớn, đặc biệt là giao thông Kết cấu hạ tầng cũ nhìn chung là lỗi thời, không còn đáp ứng được nhu cầu đi lại và vận chuyển không ngừng gia tăng Trong bối cảnh đó thì không gian giao thông theo hướng trên cao và theo hướng đi ngầm trong lòng đất một lần nữa lại được khám phá Hơn nữa, công trình hầm có những ưu thế vượt trội so với các loại hình giao thông khác nhờ sự đi lại nhanh chóng, tiện lợi, và an toàn cao, nhất là trong trường hợp thiên tai, chiến sự Có thể nói giao thông ngầm là xu thế phát triển tất yếu của một nền kinh tế hiện đại của thế giới

Từ trước đến nay các yếu tố về địa chất, cụ thể là các điều kiện địa chất của khối nền luôn đóng vai trị chủ yếu trong việc quyết định tính khả thi chung của một dự

án hầm Bởi vậy, trình độ kỹ thuật trước đây chỉ cho phép xây dựng các hầm ngắn Ngày nay nhờ những tiến bộ về KHCN người ta có thể xây dựng được hầm ở bất

kỳ nơi nào khi cần thiết hoặc có chủ định làm Nhiều năm lại đây, những lợi ích về chính trị và đặc biệt là về môi trường trở thành những yếu tố thiết yếu, và trong một

số trường hợp, có tầm quan trọng không kém so với các yếu tố về kỹ thuật và địa chất Việc liên kết công trình hầm với các mạng lưới giao thông hiện có cũng là một yếu tố có tính quyết định Do những ràng buộc này mà các công trình hầm thường phải bố trí trên các tuyến đường đi qua khu vực địa tầng có cấu trúc không phải lý tưởng, đó là các khu vực đô thị lớn, thường nằm ở các vùng châu thổ (địa tầng mềm yếu) Mặc dù hiện nay những khía cạnh về địa chất được xem là thứ yếu

và được kỳ vọng là có thể giải quyết được với công nghệ hiện có, song trên thực tế, việc đào hầm trong đất mềm yếu vẫn là một thách đố nan giải đối với giới xây

dựng hầm, bởi vì luôn có những rủi ro khó lường

1.2 Các phương pháp thi công trên thế giới

Hiện có rất nhiều phương pháp đào hầm, có thể tạm chia thành 3 nhóm như sau: Phương pháp đào và lấp (đào hở), đào kín, phương pháp hầm dìm (khi thi công hầm trong nước Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm nhất định và tuỳ từng điều kiện địa chất, hiện trường, khả năng công nghệ cụ thể mà có thể vận dụng hợp lý

1.2.1 Phương pháp đào hở:

Kỹ thuật đào hở trong xây dựng công trình ngầm kỹ thuật đào hở là một thuật ngữ chỉ các công nghệ xây dựng công trình ngầm mà người ta xây dựng công trình ngầm bằng cách đào từ mặt đất tự nhiên đến cao độ đáy công trình ngầm, thi công rồi lấp phủ công trình ngầm Kỹ thuật này có những nhược điểm: Kỹ thuật đào hở đòi hỏi khối lượng đào đắp rất lớn, phá vỡ cảnh quan khu vực xây dựng, đặc biệt là khi công trình đặt khá sâu so với mặt đất, chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông (thực tế đã chứng minh có rất nhiều vấn đề nảy sinh khi thi công hầm chui nút Kim Liên và hầm bộ hành ở nút Ngã Tư Sở (vấn đề ách tắc giao thông, nhà dân sát với công trình thi công bị nghiêng, nứt…) Đất sét yếu và đất bùn thì việc bảo đảm ổn định nền đất rất phức tạp, sự hạn chế trong khi vạch tuyến phải bám theo các tuyến phố hiện hữu, đặc biệt bán kính cong nhỏ khi xây dựng tuyến tàu điện ngầm, nếu công trình thi công sát với móng công trình hiện có thì phải tiến hành gia cố chống đỡ những công trình này gây tốn kém

Vấn đề giải phóng mặt bằng dành chỗ cho công trường xây dựng, tổ chức lại các tuyến giao thông, tiếng ồn, chấn động…là những vấn đề kinh tế - xã hội khó giải quyết nhanh gọn để công trình khởi công đúng thời hạn

1.2.2 Phương pháp đào kín:

Khác với kỹ thuật đào hở, kỹ thuật đào kín không đào từ trên mặt đất xuống mà đào ngầm trong lòng đất để tạo ra các hang đào, sau đó công trình ngầm sẽ được

xây dựng ở trong các hang đào này Kỹ thuật này tỏ ra rất hiệu quả khi xây dựng các công trình ngầm đô thị đặt sâu, đặc biệt là khi xây dựng các công trình ngầm có mặt cắt ngang tròn hoặc hình chữ nhật Tùy theo dạng công trình là loại trọng lực hay loại áp lực mà lựa chọn công nghệ cho phù hợp Hiện nay có rất nhiều công nghệ trong kỹ thuật đào kín Hình 1.1 giới thiệu một cách phân loại các công nghệ trong kỹ thuật đào kín Theo đó kỹ thuật đào kín được phân thành 3 nhóm công nghệ chính : (1) khoan đào ngang, (2) kích đẩy, (3) sử dụng các TBM

Hình 1.1 : Phân loại các công nghệ trong kỹ thuật đào kín

a Máy khoan ngang định hướng – HDD (Horizontal Directional Drilling):

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ khoan HDD

Khoan định hướng ngang là một công nghệ cực kỳ linh hoạt được sử dụng cho

Kỹ thuật đào kín

Khoan đào ngang Kích đẩy ống Sử dụng các TBM

Đóng ống Microtunnelling

Khoan định hướngKhoan guồng xoắn

việc cài đặt tất cả mọi thứ từ các kết nối dịch vụ nhà ở và các tòa nhà, các ống và cáp dưới lòng đường và sông ngòi… HDD là thích hợp nhất cho lắp đặt đường ống

áp lực và ống dẫn nơi lớp chính xác là không cần thiết Các thành phần chính của HDD là: (1) một giàn khoan định hướng kích thước cho các công việc ở bàn

tay; (2) thanh khoan liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi khoan cho việc đẩy các mũi khoan; (3) thiết bị theo dõi và ghi lại vị trí của máy khoan và sản phẩm; (4) một chiếc xe bồn để pha chế và giữ dung dịch khoan; và (5) một máy bơm tuần hoàn cho dung dịch khoan Các thành phần khác của một hoạt động bao gồm HDD

mũi khoan, mũi doa, xoay và đầu kéo

Ưu điểm:

+ Thời gian thi công nhanh và an toàn

+ Không gây ách tắc giao thông khi thi công tại những nơi công cộng

+ Không ảnh hưởng môi trường xung quanh

+ Không đào đường do đó không ảnh hưởng đến hiện trạng mặt đường

+ Thuận lợi cho việc quản lý, sửa chữa và bảo hành các thiết bị, đường ống và dây cáp

+ Có thể thi công qua các địa hình phức tạp như tuyến xa lộ, đường băng, đường sắt, đồi núi, lòng sông, rạch…

Nhược điểm: Do sử dụng khí nén nên khả năng bị nổ các ống thép cao

b Phương pháp kích đẩy- pipe jacking:

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ phương pháp kích đẩy

Phương pháp kích đẩy là một kỹ thuật đào ngầm được sử dụng cho các công trình ngầm chủ yếu loại đường ống kỹ thuật, thi công bằng cách đẩy các đoạn ống

có chiều dài nhất định với đường kính giới hạn Phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào hở không thích hợp Phương pháp kích đẩy- về bản chất, đó là “phương pháp hạ giếng ngang” Cùng cơ sở như nhau cũng có thể gọi nó là phương pháp “khiên đào mini” Bản chất phương pháp là chống tubin kín được lắp đặt vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách

xa gương hầm Cùng trong khoang đó, người ta thực hiện kích ép vì chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát vì chống với khối đất, không gian phía sau tubin được bơm vữa sét

Trên cơ sở các phương pháp đã và đang phát triển đến nay cho thấy rằng khi tiết diện thi công nhỏ có thể sử dụng giải pháp nén ép đất (phương pháp nén xuyên qua) và khi tiết diện thi công lớn hơn phải sử dụng giải pháp tách bóc đất (phương pháp khoan qua hoặc đào qua)

Quá trình thi công được kết hợp với việc cải tạo tính chất làm việc của đất (giảm lực ma sát giữa thành ống và đất đá) bằng các dung dịch không ma sát để tăng khả năng ép đẩy của các đoạn ống (chi tiết về phương pháp kích đẩy có thể tham khảo tại các tài liệu chuyên sâu)

Có thể thấy được các đặc điểm chính của kích đẩy là giá thành tương đối rẻ hơn

so với khiên đào hay TBM, không làm gián đoạn giao thông, không gây lún bề mặt

và vận tốc đào lớn

- Ngoài những phương pháp cơ bản trên ra, còn có các phương pháp đặc biệt khác như: phương pháp làm lạnh, phương pháp nổ ép, giếng chìm hơi ép, đào vượt, phun vữa…, chúng được áp dụng chủ yếu như là các biện pháp khắc phục khi hầm chạy qua các phay phá…

Hình 1.4 Cấu tạo của đầu khoan

Bảng 1.1: Các loại dao cắt đất

Hình 1.5: MODEL SH – 253 Hình 1.6: MODEL SH – 456

Hình 1.7: MODEL SEH – 508 Hình 1.8: MODEL SEH - 616

Ưu nhược điểm:

+ Tiến độ thi công và năng suất làm việc cao

+ Giá thành tương đối rẻ hơn so với khiên đào hay TBM

+ Đòi hỏi nhiều công nhân tham gia thi công

+ Không làm gián đoạn giao thông

+ Không gây lún bề mặt vận tốc lớn

* Trình tự công nghệ kích đẩy ống có thể được mô tả tóm tắt trong 14 bước

sau:

- Bước 1: Thi công giếng điều khiển và giếng nhận

- Bước 2: Lắp đặt các bộ phận khung kích và kích thuỷ lực, điều chỉnh kích thủy lực cho đúng với tim tuyến và độ dốc tuyến như thiết kế

- Bước 3: Lắp đặt hệ dẫn hướng bằng laze Khi hệ thống này hoạt động, các tia laze sẽ xác định các điểm được chỉ định theo thiết kế Trong suốt quá trình thao tác kích đẩy ống, cần liên tục kiểm tra sự chính xác của tim tuyến đào thực tế dựa vào

hệ thống này, các sai lệch cần được điều chỉnh lập tức

- Bước 4: Lắp đặt thiết bị đào khiên hoặc máy khoan hầm - TBM và điều chỉnh

nó phù hợp với các yêu cầu thiết kế

- Bước 5: Liên kết vòng kích đẩy với khiên đào hoặc máy đào hầm

- Bước 6: Đẩy khiên đào hoặc máy đào hầm qua lỗ đã chuẩn bị trước tại giếng kích đẩy Bắt đầu quá trình đào và vận chuyển đất đào về phía giếng kích đẩy để đưa lên mặt đất và đẩy về phía trước cho đến khi khiên đào hoặc máy đào hầm được lắp đặt xong Dịch chuyển của thiết bị kích đẩy được kiểm tra bởi trung tâm điều khiển đặt bên ngoài khiên đào hoặc máy đàm hầm, ngược lại trong quá trình đào hoặc khoan đào sẽ được kiểm tra bởi các thiết bị kiểm tra đặt trong khiên đào hoặc máy đào hầm

- Bước 7: Co các đầu kích lại và đẩy các bản kích để tạo ra một khoảng trống để lắp các đốt ống

- Bước 8: Lắp đặt đốt ống đầu tiên vào rãnh kích đẩy Để thao tác khoan được êm thuận, các trạm kích trung gian có thể được lắp sau khiên đào hoặc máy đào hầm

- Bước 9: Liên kết bản kích đẩy với ống và ống với khiên đào hoặc máy đào hầm

- Bước 10: Đẩy ống đầu tiên về phía trước, đào, vận chuyển đất ra giếng kích đẩy

và đưa lên mặt đất

- Bước 11: Đẩy ống đầu tiên về phía trước, đào, vận chuyển đất ra giếng kích đẩy

và đưa lên mặt đất

- Bước 12: Di chuyển khiên đào hoặc máy đào hầm ra khỏi giếng

- Bước 13: Di chuyển thiết bị kích, các trạm kích trung gian và các rãnh kích ra khỏi giếng kích đẩy

- Bước 14: Dọn dẹp mặt bằng thi công theo quy định

c Phương pháp đào hầm bằng cơ giới hoá (TBM và SM):

Trẻ hơn về tuổi đời, song hành với NATM là sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp thi công hầm cơ giới Cường độ và nhịp độ phát triển của phương pháp đào hầm cơ giới hoá ngày nay đã đưa đến việc ITA quyết định tổ chức phiên họp mở rộng tại Hội nghị Toronto dành trọn vẹn cho chuyên đề này Sơ đồ nguyên

lý đào hầm cho các phương pháp TBM, SM(khiên), hay TBM Mini và kích đẩy (Pipe-Jacking) về cơ bản là như nhau

Những thiết bị cơ giới hoá đào đất để làm hầm khá đa dạng, kể từ loại máy xúc có trang bị răng xới, các thiết bị thuỷ lực và các máy đào hầm đa hình cho đến các TBM có cấu tạo khác nhau Ngày nay, TBM là phương pháp đào hầm phổ biến nhất

Về cơ bản phương pháp TBM và SM có rất nhiều điểm giống nhau, sự khác nhau với các tổ hợp đào hiện đại chỉ ở cấu tạo bộ phận công tác (đào phá đất đá - khoan đào) và cấu tạo vỏ bảo vệ (vì chống- khiên)

Mặc dù có nhiều loại phương tiện kỹ thuật đang thịnh hành, song TBM, hay

SM và sau này cả kích đẩy (Pipe-Jacking hay mini khiên), thiết bị chuyên dùng, có thể cơ giới hoá được toàn bộ các khâu: đào, chống đỡ, thi công áo hầm và chuyển vận đất thải, đã được công nhận là một trong những đột phá quan trọng về công nghệ thi công hầm

Kỹ thuật đào hầm bằng khiên (SM), một biến thể của TBM đã được phát triển theo một chiều hướng mà việc ứng dụng hiện nay cho phép thi công an toàn ngay cả trong điều kiện đất rất mềm yếu, có ngậm nước như các loại đất trầm tích chẳng hạn Khi thi công sẽ có hiện tượng lún bề mặt đáng kể trong các trường hợp

mà độ dày tầng đất phủ là nhỏ Tuy nhiên bằng biện pháp dùng vữa phun được kiểm soát tốt để chèn lấp vào khe hổng sau vỏ hầm thì vẫn có thể kiềm chế lún ở mức độ nhỏ, và tránh được những thiệt hại nghiêm trọng đối với các công trình lân cận

Hình 1.9: Thi công đào hầm Hình 1.10: Đầu mũi khoan máy TBM

d Phương pháp khoan nổ truyền thống và NATM:

Phương pháp thi công công trình ngầm truyền thống hay còn gọi là phương pháp mỏ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm

do khả năng áp dụng cho nhiều loại công trình ngầm khác nhau như: hầm giao thông, thuỷ điện, tầng ngầm… Với những hình dạng và kích thước hình học phức tạp, và xây dựng trong đất đá bất kỳ

Các bước thi công có thể được mô tả trên bảng sau đây:

Bảng 1.2: Các phương pháp thi công theo phương pháp bóc tách đất đá

Đào bằng các máy đào xúc, xúc bốc

Máy khiên đào

Đào bằng sức nước, khí nén

Hình 1.11: Các phương pháp thi công ngầm

Trong các phương pháp thi công hầm truyền thống các loại đất đá khác nhau khi chưa có các phương tiện thi công cơ giới và trong nhiều trường hợp khác, giải pháp chống đỡ tạm trong thi công dưới đây vẫn được áp dụng:

Các công đoạn cơ bản của các phương pháp thi công theo truyền thống (PPTC)

và NATM cơ bản là như nhau, sự khác nhau chỉ là vấn đề tận dụng tối đa khả năng mang tải của khối đất đá bao quanh hầm, đây cũng là hạn chế lớn của NATM vì chỉ

có đất đá có độ cứng nhất định nào đó mới có khả năng này Cũng từ đó mà các phương pháp thiết kế kết cấu vỏ hầm có những điểm khác nhau rất cơ bản Theo phương pháp truyền thông, kết cấu vỏ hầm chủ yếu được tính theo tải trọng cho trước, với các mô hình nền phổ thông: nền biến dạng cục bộ, nền biến dạng toàn bộ

Các phương pháp thi công

Phương pháp thi công bằng

máy

Phương pháp thi công thông

thường

Máy khiên đào

SM

Kích

ép ống, đào hầm nhỏ

Máy khoan hầm TBM

Máy đào lị

RH

Máy đào xúc, máy xới

Khoan

– nổ

mìn

Đào toàn phần gương

Đào từng phần gương

Có khiên

Hở

theo bán không gian đàn hồi… Với các sơ đồ tính thường được đưa về hệ thanh làm việc trong môi trường đàn hồi hay phi đàn hồi Trong khi đó trong NATM các

đề xuất về các phương pháp thiết kế vỏ hầm chưa thật chặt chẽ, khó kiểm soát Phương pháp thi công theo truyền thống là phương pháp lâu đời nhất, có lịch sử phát triển cùng với lịch sử phát triển của ngành mỏ và đã đạt được những thành công đáng kể trong thế kỷ 20 Thành công lớn nhất của phương pháp khoan nổ chính là sự ra đời và phát triển của phương pháp thi công hầm mới của Áo – NATM, ra đời trong những năm 60 của thế kỷ 20 và nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm của hầu hết các quốc gia trên thế giới và cho đến nay vẫn chưa mất tính thời sự do các lợi ích của nó mang lại NATM kết hợp dùng các bulông neo đá và bê tông phun chủ yếu dùng để làm kết cấu chống đỡ trong thi công (vỏ hầm sơ cấp) và sau này là một bộ phận cấu thành của vỏ chịu lực trong khai thác (vỏ hầm thứ cấp) khi đào hầm trong đá cứng, đang được ứng dụng trong thi công hầm đô thị, sau gần 4 thập niên phát triển liên tục và được đúc kết, đã đạt tới độ hoàn thiện đáng tin cậy Do vậy chỗ đứng của nó được đảm bảo trong giới chuyên môn hầm Phương pháp này có tính ưu việt vì nó

có tính kinh tế trội hơn so với công nghệ khiên đào, song với điều kiện là sự chuyển dịch của đất – hậu quả của các biện pháp phòng nước không phải là một nguyên nhân gây quan ngại về môi trường

Hình 1.12: Xác định lỗ đặt thuốc nổ Hình 1.13: Khoan lỗ đặt thuốc và kích nổ

1.3 Công nghệ thi công ở TP HCM:

Công nghệ kích cống ngầm hay còn gọi phương pháp Suishin (kích đẩy) là

phương pháp thực hiện thiết lập cửa hầm đầu và cửa hầm cuối của đoạn đường cống ngầm cần lắp đặt Dùng kích đẩy máy đào từ cửa hầm đầu hướng về cửa hầm cuối, sau đó đặt các đoạn ống (bê tông) được làm sẵn nối tiếp sau máy đào và kích đẩy dần các đoạn ống này nối tiếp theo máy đào cho đến khi đầu mối chạm đến cửa hầm cuối tạo thành một đường cống ngầm dài xuyên suốt

Thành phố Hồ Chí Minh lần đầu tiên tự vận hành thành công khoan kích ngầm thi công công trình lắp đặt đường ống thoát nước D1500 chiều dài 131 mét, sâu 9 m so với mặt đường, qua quốc lộ 1 nối giữa đường Lê Trọng Tấn – Nguyễn Thị Tú (quận Bình Tân)

Đây là công trình thi công thí điểm công trình thốt nước bằng công nghệ mới: công nghệ khoan kích ngầm – Pipe Jacking Thi công bằng cách kích ngầm sẽ không chiếm nhiều không gian trên mặt đất, khối lượng đất phải đào nhỏ nên giảm được chi phí vận chuyển, ít gây ô nhiễm môi trường, lún sụt tại khu vực thi công, hạn chế gây ùn tắc giao thông

Những hình ảnh của quá trình thi công đường hầm thoát nước bằng công nghệ này:

Hình 1.14:Gia cố các đoạn ống nối Hình 1.15: Điều chỉnh khớp nối

Hình 1.16: Hạ ống Hình 1.17: Kiểm tra ống

Một số ưu điểm của kỹ thuật đào kín :

Theo tổng kết qua nhiều công trình thì kỹ thuật đào kín có khá nhiều ưu điểm

Về phương diện kỹ thuật:

- Đảm bảo được độ bền vốn có của lớp vỏ công trình ngầm

- Hạn chế được mức tối thiểu việc đào, cắt mặt bằng

- Ít rủi ro về lún

- Giảm đến tối thiểu việc chỉnh trang lại mặt bằng

- Bề mặt hoàn thiện bên trong trơn nhẵn tạo ra các đặc tính dòng chảy tốt

- Không đòi hỏi làm lớp vỏ công trình ngầm thứ hai

- Ít mối nối so với các công trình ngầm lắp ghép

- Ngăn chặn được sự xâm nhập của nước ngầm nhờ dùng các mối nối mềm kín nước

- Giảm đáng kể về các chi phí xã hội so với kỹ thuật đào hở ở khu vực đô thị

Lợi ích về an toàn của kỹ thuật đào kín: Kỹ thuật đào kín bao gồm các công nghệ

thi công luôn có tính an toàn cao hơn cho con người so với kỹ thuật đào hở Sau khi nghiên cứu rất nhiều các công trình ngầm đã được xây dựng, cục sức khoẻ và an toàn (Hoa Kỳ) kết luận rằng kỹ thuật đào kín ít xảy ra các nguy cơ tai nạn hơn so với kỹ thuật đào hở

Lợi ích về môi trường : So với kỹ thuật đào hở, việc sử dụng kỹ thuật đào kín sẽ đạt

được nhiều lợi ích thực sự về môi trường Nhìn chung, kỹ thuật đào kín giảm được lượng vật liệu đưa từ nơi khác đến và lượng vật liệu cần chuyển đi Nhờ thế mà giảm bớt số lượt xe tải qua lại và ít gây nên xáo động cho môi trường

Nhưng kỹ thuật đào kín cũng có một số nhược điểm :

- Đòi hỏi một đội ngũ thợ lành nghề và phải được đào tạo

- Không thể thay đổi nhanh được hướng tuyến hoặc cao trình đặt công trình ngầm, việc thao tác hiệu chỉnh có thể là rất tốn kém

- Giá thành thiết bị TBM còn cao và vận hành liên tục của chúng còn bị hạn chế

tế cũng như tiến độ Trong các phương pháp thi công ngầm trên thì thi công bằng công nghệ kích đẩy (Pipe Jacking) đang được phát triển mạnh và được sử dụng ngày càng phổ biến ở Việt Nam Đây chính là công nghệ thi công tiên tiến mà có khả năng áp dụng rộng rãi trong xây dựng công trình ngầm đô thị - đặc biệt là qua những nơi có đặc điểm địa chất tương đối yếu và những vị trí không thể xây dựng

lộ thiên ở các đô thị lớn của nước ta

CHƯƠNG II: MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG

2.1 Đánh giá chung:

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc trong đó có các yếu tố ảnh

hưởng sau: môi trường, mặt bằng thi công, thông số kỹ thuật (độ sâu và đường kính khoan), phương pháp tổ chức thi công, địa chất…

2.1.1 Mặt bằng thi công:

Tiêu chuẩn về các điều kiện hiện trường được xem xét để đánh giá mức độ khó

khăn (theo kinh nghiệm) khi kỹ thuật đào hở được sử dụng Thí dụ như sự tồn tại các giao cắt giữa công trình ngầm và sông suối, đường sắt, đường bộ…Có thể là một trở ngại đối với việc sử dụng các kỹ thuật đào hở để thi công Trường hợp hướng tuyến của các công trình ngầm cắt ngang qua các vùng di tích lịch sử, vùng danh lam thắng cảnh, nếu thi công theo kỹ thuật đào hở thì việc khôi phục lại hiện trạng ban đầu của các vùng này sau đó sẽ rất khó khăn và tốn kém Bên cạnh đó, việc đào và lấp mặt đường cũng làm giảm tuổi thọ của của áo đường, làm tăng chi phí sửa chữa bảo dưỡng mặt đường, ngoài ra nó còn gây khó khăn cho giao thông, sinh hoạt của người dân sống xung quanh Một trong những tiến bộ của các công nghệ trong kỹ thuật đào kín là nó gây tác động ít nhất tới hệ thống giao thông bên trên Hiện nay khi vấn đề giao thông trở thành một trong những mối quan tâm chính ở nhiều đô thị, thì đây là một nhân tố quan trọng trong việc lựa chọn các công nghệ trong kỹ thuật đào kín Sự phức tạp của mạng lưới tiện nghi công cộng ngầm hiện có cũng nên được nhìn nhận như là một tiêu chuẩn trong việc lựa chọn các công nghệ trong kỹ thuật đào kín

2.1.2 Thông số kỹ thuật:

a Đường kính của công trình ngầm:

Đường kính của công trình ngầm được thi công là một yếu tố để lựa chọn các công nghệ trong kỹ thuật đào kín Thí dụ, khoan guồng xoắn có thể được sử dụng

để thi công những công trình ngầm có đường kính thay đổi trong phạm vi từ 200

mm đến 1500 mm hoặc hơn thế nữa Chi tiết xem trong bảng:

Bảng 2.1: Lựa chọn công nghệ theo đường kính công trình ngầm(nguồn:[1])

Các công nghệ đào kín Phạm vi đường kính áp dụng

Khoan định hướng (HDD) 50-1200 mm

Các công nghệ đào kín Phạm vi độ sâu lắp đặt áp dụng

Khoan guồng xoắn (AB) Thường thay đổi từ 6m đến 30m

Khoan định hướng (HDD < 50m

MicroTunneling (MT) Thường thay đổi từ 6m đến 30m

Máy đào hầm (TBM) Thường thay đổi từ 6m đến 30m

c Chiều dài thi công của công trình ngầm:

Thông thường, khi chiều dài thi công của công trình ngầm (từ giếng điều khiển đến giếng nhận) tăng thì không theo sự phức tạp và mức độ rủi ro của dự án cũng tăng theo Chiều dài lớn nhất được xác định dựa vào công suất của thiết bị đào, loại đất nền, chiều sâu đặt công trình ngầm, đường kính của công trình ngầm Tuy nhiên, chiều dài thi công nhỏ nhất lại được xác định dựa vào những yếu tố kinh tế của dự án Chiều dài thi công quá nhỏ sẽ không kinh tế do giá trị đầu tư về công nghệ là quá cao Chiều dài thi công trong công nghệ khoan guồng xoắn thay đổi từ

12 m đến 1800 m Chiều dài thi công trong công nghệ đẩy kích ống có thể thay đổi

từ 25 m đến 225 m Chiều dài thi công trong công nghệ kích đẩy thông dụng ở Hoa

Kỳ từ 300 m đến 1050 m Tuy nhiên, việc lựa chọn chiều dài thi công hợp lý đối với các công nghệ đào kín nên theo bảng:

Bảng 2.3: Chiều dài thi công hợp lý đối với các công nghệ đào kín

Các công nghệ đào kín Chiều dài thi công hợp lý

Khoan guồng xoắn (AB) 12-150 m

Khoan định hướng (HDD) 12-800 m

2.1.3 Các điều kiện về địa chất:

Các điều kiện địa chất cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn công nghệ trong

kỹ thuật đào kín Do bản chất công nghệ, mỗi công nghệ đều có phạm vi áp dụng phù hợp Trong các thông số địa kỹ thuật, giá trị SPT là một thông tin quan trọng

để lựa chọn công nghệ thi công phù hợp Chi tiết xem trong bảng:

Bảng 1.4: Lựa chọn công nghệ phù hợp trong kỹ thuật đào kín dựa trên giá

trị SPT (nguồn:[1])

Ghi chú: + (kiến nghị sử dụng); - (có thể thích hợp); N (không nên áp dụng)

Khi không có đủ các thông số địa kỹ thuật, có thể dựa vào cách phân loại đất nền

Đá bị phong hoá nhẹ cho đến

không bị phong hoá

Ghi chú: Y (thường được sử dụng bởi các nhà thầu có kinh nghiệm với các thiết bị thích hợp); M (những khó khăn có thể xuất hiện, có thể phải có sự điều chỉnh cho thiết bị và quá trình thi công); N (không nên áp dụng)

2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ kích đẩy ống:

- Điều kiện và tình trạng đất nền: Đất dính là loại đất thuận lợi nhất để áp dụng

công nghệ kích đẩy Cũng có thể sử dụng công nghệ này trong những điều kiện đất nền không ổn định, nhưng cần phải có các giải pháp xử lý đặc biệt, chẳng hạn như

hạ mực nước ngầm và sử dụng các máy đào toàn mặt cắt mà các máy đào cân bằng

áp lực đất Tuy nhiên khi đó cần phải xem xét thật chi tiết ảnh hưởng của việc hạ mực nước ngầm tới hiện trạng theo thời gian

- Khảo sát địa kỹ thuật không đầy đủ dẫn tới các tai biến địa kỹ thuật: Trong thực

tế xây dựng như điều kiện của đất nền trong thực tế xây dựng đôi khi có thể rất khác so với những thông số địa kỹ thuật nhận được trong giai đoạn khảo sát địa chất phục vụ thiết kế dẫn đến các tai biến địa kỹ thuật trong quá trình thi công kích đẩy lún sụt bề mặt, mực nước ngầm bị hạ thấp… Ngoài ra do không đủ hồ sở lưu trữ về các công trình đã xây dựng cũng như không có đủ điều kiện khảo sát thiết bị

và kinh phí, xác suất gặp phải những chướng ngại ngầm bị vùi lấp không dự báo trước được khi tiến hành kích đẩy ống có thể khá cao trong các dự án xây dựng các công trình ngầm đô thị Khi gặp các chướng ngại ngầm, việc xử lý chúng có thể mất khá nhiều thời gian và gây rủi ro cho các trang thiết bị thi công, đặc biệt là cho khiên đào hoặc máy đào hầm Nhiều trường hợp dẫn tới phải bỏ dở dự án

- Lựa chọn sai phương pháp đào loại khiên đào hoặc máy đào: Việc lựa chọn sai

phương pháp đào loại khiên đào hoặc máy đào có thể dẫn tới không thể kiểm soát được ổn định của gương đào, dẫn tới sập đổ gương và gây mất ổn định công trình

- Những sai sót trong lựa chọn kích thước và thiết kế kế giếng kích đẩy: Gây ra sự

làm việc không phù hợp của giếng như: nước hoặc bùn đất tràn vào, đáy giếng không ổn định, tường kích thiết kế không hợp lý…, trong một số trường hợp có thể dẫn tới sập đổ giếng, gây nguy hiểm cho người và thiết bị thi công

- Không đánh giá đúng lực ma sát: Khi không đánh giá đúng lực ma sát trong quá

trình kích đẩy có thể dẫn tới hư hỏng kích, gây vượt tải và nguy hiểm cho tường kích trong giếng kích đẩy hoặc gây vượt tải cho ống trong quá trình kích

- Bố trí trạm kích trung gian và tính toán bôi trơn không phù hợp: Dẫn tới không

xác định được giới hạn của các đặc trưng ma sát của đất ảnh hưởng đến quá trình kích đẩy

- Bố trí mặt bằng xây dựng và các thiết bị phụ trợ không phù hợp: Gây ảnh hưởng

đến quá trình vận chuyển đất lên, gây khó khăn khi cấp ống hoặc gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

- Thiết kế ống, vật liệu mối nối, vật liệu chống thấm không hợp lý: Có thể gây ra

phá hoại do ống do vượt tải khi kích đẩy, gây áp lực nền lớn, gây hư hỏng kích, gây nước thấm vào đường ống đã xây dựng xong

- Lắp đặt khiên đào hoặc máy đào hầm không đúng: Đặc biệt là lối vào khiên sẽ

gây lực ma sát và ứng suất tại mối nối tăng cao ảnh hưởng đến suốt quá trình thi công kích đẩy

- Thiếu kiểu soát chặt chẽ trong quá trình thi công: Nếu thiếu kiểm soát chặt chẽ

trong thi công kích đẩy, đặc biệt là hướng tuyến và cao độ tuyến sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng Khi vượt quá dung sai cho phép của hướng và cao độ tuyến cho trong thiết kế có thể gây ra phá hoại liên kết mối nối do biến dạng quá lớn

- Không kiểm soát được lực kích đẩy trong thi công: Không kiểm soát được lực

kích đẩy khi thi công có thể gây ra sự cố cho giếng kích đẩy, gây phá hoại ống, gây

hư hỏng cho khiên đào hoặc máy đào hầm

2.3 Một số vấn đề cần chú ý khi áp dụng công nghệ kích đẩy:

Những yếu tố đã trình bày ở trên ảnh hưởng nhiều đến sự thành công của các dự

án xây dựng công trình ngầm áp dụng công nghệ kích đẩy Một yếu tố đóng vai trò quan trọng là việc lựa chọn phương pháp đào cho phù hợp Việc lựa chọn phương pháp đào phụ thuộc vào tính ổn định của nền Tính ổn định của nền phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của công tác khảo sát địa kỹ thuật

a Khảo sát địa kỹ thuật trong công nghệ kích đẩy ống:

Việc khảo sát địa kỹ thuật phải được tiến hành một cách chi tiết và đầy đủ tại hiện