PP thi cong lo thien o cac khu vuc do thi docx

Giới thiệu1 Phương pháp lộ thiên đã được sử dụng từ nhiều năm nay để thi công các công trình giao thông ngầm dưới đất Phương pháp này bao gồm các công việc như lắp đặt các tường tạm thời

HẦM THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN

TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ Trường Đại học Giao thông vận tải

Bộ môn Cầu - Hầm

Giới thiệu

1

Phương pháp lộ thiên đã được sử dụng từ nhiều năm nay để thi công các công trình giao thông ngầm dưới đất

Phương pháp này bao gồm các công việc như lắp đặt các tường tạm thời để chống đỡ các thành bên của hố đào, hệ thống thanh chống, kiểm soát nước ngầm và chống đỡ cho các công trình lân cận khi cần

Giới thiệu

1

Các công trình giao thông nên đặt càng gần mặt đất càng tốt và nên được thi công theo kỹ thuật đào mở lộ thiên hơn

là bằng phương pháp đào hầm Các hầm chôn nông thi

công theo pp lộ thiên có 1 số ưu điểm như dễ đi xuống từ trên đường phố

Nhược điểm chính của hầm dạng này là dễ bị thủng, bị sập tại những nơi thành thị đông người qua lại

Chi phí thi công theo pp lộ thiên tăng theo chiều sâu đào Giá thành các hầm nông TC theo pp đào hầm thông

thiết kế đã được sử dụng trong việc thiết kế hệ thống chống

đỡ khi đào

Các bước trung gian trong quá trình thi công thông thường quan trọng hơn bước cuối cùng, nó quyết định việc thiết kế các bộ phận kết cấu

Hệ thống chống đỡ

2

1 số loại hệ thống chống đỡ đã được sử dụng, dùng các kỹ thuật và vật liệu khác nhau, các hệ thống này

có thể được chia thành hệ thống tường mềm và nửa cứng (Wickham và Tiedemann, 1976) Độ đàn hồi và

độ mềm là sự khác biệt chủ yếu giữa 2 hệ thống này các ví dụ tường nửa cứng đó là các tường ngang

như các tường bê tông và các cọc bê tông chồng vào nhau 1 ví dụ về tường mềm đó là các cọc ván thép

Hệ thống chống đỡ

2

Các hệ thống chống đỡ khi đào (Wilton, 1996):

 Cọc chống đứng và ván lát ngang: các cọc thép hình tròn hay các cọc BTCT được dùng làm cọc chống đứng

Hệ thống chống đỡ

2

 Cọc ván thép

Hệ thống chống đỡ

2

 Các cọc BTCT đặt sát nhau: Các cọc đặt sát vào nhau được gọi chung là hệ cọc tiếp tuyến còn

những cọc chồng lên nhau gọi là hệ cọc cắt nhau

Hệ thống chống đỡ

2

Loại hệ giằng

Hiện nay đang sử dụng 1 số loại hệ giằng Việc lựa

chọn giằng liên quan mật thiết đến hệ chống đào,

cách đào và thi công kết cấu vĩnh cữu

 Các thanh chống truyền thống: Đây là hệ giằng

bên trong

 Neo gia cố

Hệ thống kết hợp

Áp lực đất thành bên

3

Tường bên thông thường quay xung quanh chân của nó

Trong trường hợp này áp lực thành bên bằng với áp lực

thu được theo lý thuyết của Rankine Ngược lại, hố đào

cho thấy 1 dạng dịch chuyển khác của tường

Áp lực đất thành bên

3

Giới hạn đối với đường bao áp lực:

Đường bao áp lực đôi khi là các đường bao áp lực rõ

ràng Sự phân bố áp lực thực sự là 1 hàm của các bước thi công và độ cứng tương ứng của tường

Áp dụng đào các công trình sâu hơn 6m

Dựa trên giả thiết rằng mực nước ngầm thấp hơn cao độ đáy hố đào

Cát được giả thiết thấm nước tốt, áp lực thủy tĩnh bằng 0 Sét được giả thiết không thấm nước và áp lực thủy tĩnh là chưa xác định

Ổn định đáy móng

3

Sụp đáy

hố đào trong đất sét

Ổn định đáy móng

3

Ổn định đáy hố đào trong cát

Lún nền

3

Độ uốn cong thành bên phụ thuộc vào 1 số yếu tố,

trong đó quan trọng nhất là thời gian từ lúc đào đến khi lắp đặt hệ chống tạm

Tường bên bị uốn cong gây ra lún khu vực xung quanh

Độ uốn cong tường bên phụ thuộc chủ yếu loại đất bên dưới đáy hố đào

Nếu 1 lớp đất cứng nằm bên dưới lớp sét ở đáy hố

đào thì các cọc cần được tựa trên lớp địa chất tốt hơn

Nó thông thường giúp tường hố đào ít bị uốn cong hơn

Lún nền

3

Chuyển vị lớn nhất của tường bên (δH(max)) có mối

quan hệ mật thiết với hệ số an toàn chống sụp

Lún nền

3

Tường bên bị uốn cong thông thường gây ra lún nền

Biến thiên độ lún của nền theo

khoảng cách (Peck 1969)

Biến thiên độ cong tường bên

theo lún nền (Mana và Clough 1981)

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

IZRAY là bộ phận chính của Hệ thống Vận tải chủ lực Izmir trong đó có hệ thống đường sắt khi hoàn thành xong sẽ có chiều dài tới 45km

Giai đoạn đầu tiên của dự án là tuyến đường dài 11.6 km giữa 2 ga Ucyol và Bornova đang được xây dựng

Có tổng cộng 10 ga trong giai đoạn đầu của dự

án 3 trong số này là các ga ngầm, 2 ga trên cao

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

2 hầm đôi dài 1.7km nối giữa Ucyol và Bahribaba xuyên qua tầng đá andesite, thi công theo công nghệ NATM Diện tích mỗi hầm là 70m2

2 hầm này dẫn đến ga Konak, 1 công trình ngầm dài 410m thi công theo phương pháp lộ thiên

Tiếp sau ga Konak là 2 hầm đôi dài 2.8km xuyên qua tầng đất yếu, 2 hầm này được thi công theo phương pháp khiên đào cân bằng áp lực đất

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

2 hầm đôi thi công theo phương pháp EPB

Sau khi qua đoạn ga Basmane dài 533m tuyến

ĐS trồi lên mặt đất và tiếp tục trên mặt đất hoặc trên cao Hệ thống ĐS công cộng này được đưa vào sử dụng từ năm 1998

Lớp cuội sét và cuội sỏi có tuổi Neogene nằm ở độ sâu

15m Chỉ số SPT của lớp sét N=14÷30 và tăng theo chiều sâu.

Lớp đá gốc là andesite tuổi Miocene Lớp đá gốc không bị

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Mặt cắt địa chất:

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Thiết kế hầm thi công theo pp lộ thiên:

Khu gian Konak (Km 1+550~1+960), chiều sâu đào 17m, thi công trong khu vực đông dân cư nằm sát

Tháp đồng hồ lịch sử thành phố Izmir

Ga Cankaya (Km 2+708~2+906), chiều sâu đào xấp

xỉ 20m, nằm bên dưới trung tâm thương mại sầm uất Fevzi Pasa Boulevard

Ga Basmane (Km 3+500~4+053), chiều sâu đào xấp

xỉ 16m, nằm sát tòa nhà lịch sử Ga Đường sắt

Basmane

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Hầm thi công theo pp lộ thiên:

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Hệ chống đào và tường ngang ga Konak

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Các bước thi công theo pp lộ thiên:

Đào mở hố đào sâu 2m với thành bên tạo nghiêng là bước đầu tiên để giảm chiều cao tường ngang

Đào các rãnh sử dụng vữa sét betonite rồi sau đó thi công các tường ngang BTCT đổ tại chỗ

Sau đó đào đất giữa các tường và lắp 4 hàng cọc

chống thép dạng ống giữa các tường này Cọc thép

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Các bước thi công theo pp lộ thiên:

Khoảng cách ngang giữa các thanh chống s=4÷8m

Khi đào tới cao độ đáy hố, đổ lớp bê tông bịt đáy dày d= 0.75÷1m Sau đó thi công tường bao vĩnh cữu của kết cấu ga

Song song với công việc thi công tường ga, người ta tháo bỏ các thanh chống thép thành hố và thi công

lớp phòng nước

b (m)

Chiều cao tường được đỡ h(m)

Chiều sâu tường vĩnh cửu D(m)

Chiều cao tổng cộng H=h+D

Chiều sâu đào lớn nhất (m)

Konak

1+550

~ 1+960

Cankaya

2+708

~ 2+906

19.20 ~ 22.25

1.20

14.80

~ 15.60

7.65

~ 8.70

23.00

~ 24.00

20.00

đào được dự tính nhờ sử dụng phần mềm PTHH SIGMA/

W và SEEP/W của GEOSLOPE

Biến dạng đỉnh tường ngang và độ lún tương ứng của

các công trình gần kề được dự tính trong giai đoạn thiết

kế Các kết quả này đem so sánh với các kết quả đo

được Các biến dạng đo được nằm trong giới hạn cho

phép

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Lưới biến dạng đối với bước thi công thứ 2

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Công tác đo đạc:

Trong khi thi công, công việc đo đạc chi tiết tại hiện

trường được thực hiện để quan sát ứng xử của các tường ngang và các công trình lân cận

Thiết bị đo áp suất thủy tĩnh

Thiết bị đo chuyển vị góc

Thiết bị đo tải trên các thanh chống

Các điểm đo chuyển vị được bố trí tại các đầu dầm

Số lượng thbị đo tải

Số lượng các điểm

đo chuyển vị

Tại thanh chống Tại đầu dầm

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Các bước thi công và đo đạc khi xây dựng ga Cankaya

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Đo chuyển vị góc – Ga Cankaya

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Đo tải

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Khoảng cách thanh chống tại 3 ga ở giai đoạn thi công:

Số đo tải đọc được cho thấy rằng 2 hàng thanh chống đầu chịu tải quá lớn khi so sánh với tải trọng dự tính trong bước thiết kế

Trong khi đó, tải trọng đo được ở hàng thanh chống cuối cùng (sát đáy hố đào) rất nhỏ

Dựa vào các số liệu tải đọc được khoảng cách giữa các

hàng thanh chống đã được điều chỉnh lại cho phù hợp

Bảng sau cho biết khoảng cách giữa các hàng thanh chống

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Thanh chống 2 hàng đầu tiên chịu tải trọng ngang lớn nhất,

trong khi các thanh hàng 4 chịu tải trọng rất nhỏ, khoảng 30 tấn

Sự phân bố áp lực đất thấy được này không giống với sự phân

bố trong lý thuyết cho các tường nhiều cột chống trong điều kiện đất cố kết và không cố kết

Tương tự các giá trị lực xô ngang đo được tại các thanh giằng dưới cũng nhỏ hơn nhiều so với dự tính, điều này được báo cáo trong tài liệu của Xanthakos, 1994 Người ta tin rằng điều này là tác động tổng hợp của 2 yếu tố: (1) sức kháng đáy hố đào sinh

ra nhờ sức kháng bị động từ các tường ngang nằm trong lớp sét

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Nước ngầm xâm nhập vào trong hố đào:

Người ta thấy nước phụt ra ở góc phía đông của ga

Cankaya khi đào tới cao độ -18m vào ngày 23-9-1997

Nước tràn vào hố đào với lưu lượng 45m 3 /h, nước ngừng dâng lên ở mức 8m dưới mặt đất và khi đó đạt tới trạng

thái cân bằng

Công tác khảo sát chi tiết rộng khắp bao gồm khoan lỗ bổ sung, lắp thiết bị đo áp suất thủy tĩnh ở vùng lân cận nơi nước phụt ra đã được thực hiện với mong muốn tìm ra

nguyên nhân sự cố

Các biện pháp khắc phục đã được lựa chọn và thực hiện

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Nước ngầm xâm nhập vào trong hố đào:

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Nước ngầm xâm nhập vào trong hố đào:

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Các biện pháp khắc phục sau đã được chọn:

Bơm vữa xi măng - betonite và silica vào dưới các

tấm dầm ngang tại khu vực bị sự cố

Sau khi bơm vữa xong, bơm nước trong hố đào ra để kiểm tra mức độ hiệu quả của công tác bơm vữa

Khi việc bơm vữa chưa hoàn tất, thi công các giếng phụ để kiểm soát sự chênh lệch mực nước và vận tốc dòng chảy và thoát nước bằng cách dùng những

Hệ thống đường sắt nhẹ Izmir

4

Sau 1 tháng rưỡi khảo sát tỉ mĩ người ta đã quyết định

khoan 3 giếng sâu để khắc phục sự cố nước tràn

3 giếng này khoan sâu đến tậng tầng ngậm nước, 1 chiếc bên trong và 2 chiếc ở bên ngoài hố, nhờ đó nước thoát

Kết luận

5

Phương pháp thi công lộ thiên là 1 pp rất phù hợp đối với các

hầm nông trong điều kiện địa chất bất lợi, đặc biệt tại các khu vực thành thị Các máy đào hầm TBM hay khiên đào cân bằng áp lực đất EPB có thể được sử dụng để thi công các hầm dạng này

Hệ thống giao thông ngầm nên được chôn nông và thi công theo phương pháp lộ thiên

Các nguyên tắc cơ bản của pp này đã được nghiên cứu ở đây 1 loạt các hệ thống chống đào đã được giới thiệu Áp lực thành bên trong hố đào, độ ổn định móng và lún của các công trình gần kề sinh ra do đào hầm cũng đã được nghiên cứu

XIN CẢM ƠN