Luận văn thạc sĩ : Phân tích các rủi ro địa kỹ thuật khi xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3 - Đoạn khách sạn Dawoo đến ga Hà Nội và kiến nghị một số giải pháp phòng tránh

Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu những rủi ro địa kỹ thuật trong xây dựng hầm tàu điện ngầm tuyến số 3 Nhổn – Ga Hà Nội.. Mục tiêu và

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn cao học, được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Hồng Nam, cùng sự nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Địa kỹ thuật và xây dựng công trình ngầm

Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu những rủi ro địa kỹ thuật trong xây dựng hầm tàu điện ngầm tuyến số 3 Nhổn – Ga Hà Nội Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn, do điều kiện thời gian và trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết Tác giả rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hồng Nam đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn tới anh Hoàng An Đà Giang và anh Phạm Thanh Trung đã cũng cấp cho tôi những tài liệu quý liên quan đến đề tài này Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới anh Đỗ Ngọc Anh đã cho tôi những nghiên cứu quý giá về mô hình hầm của anh Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới bạn Dương Việt Nga đã giúp đỡ tôi trong việc chạy mô hình 3D

Xin chân thành cảm ơn cơ quan, các bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên khích lệ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả

Nguyễn Kim Thìn

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan toàn bộ luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố Tất cả các trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 26 tháng 5 năm 2014

Học viên

Nguyễn Kim Thìn

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về xây dựng đường tàu điện ngầm trong đô thị trên thế giới 4

1.1.1 Sơ lược về đường tàu điện ngầm và lịch sử xây dựng 4

1.1.2 Các phương pháp thi công hầm 5

1.2 Các rủi ro liên quan đến địa kỹ thuật khi xây dựng đường hầm đô thị 12

1.2.1 Các rủi ro xảy ra do khảo sát 13

1.2.2 Các rủi ro xảy ra do thiết kế 13

1.2.3 Các rủi ro xảy ra do thi công 14

1.2.4 Các rủi ro xảy ra do quản lý 15

1.2.5 Các rủi ro khác 15

1.3 Sự cần thiết phải xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội và những thách thức 16

1.3.1 Sự cần thiết phải xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội 16

1.3.2 Những thách thức khi xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội 17

1.4 Các nội dung nghiên cứu 19

1.4.1 Nghiên cứu điều kiện địa chất, kết cấu đường hầm, biện pháp thi công hầm 19

1.4.2 Nghiên cứu mô phỏng bài toán xây dựng hầm tàu điện ngầm 20

1.4.3 Nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến mô hình bài toán đào hầm 20

1.4.4 Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền và kết cấu công trình 21

CHƯƠNG 2 22

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH TÀU ĐIỆN NGẦM HÀ NỘI TUYẾN SỐ 3 22

2.1 Giới thiệu dự án 22

2.2 Điều kiện địa chất 23

2.2.1 Phân loại đất 23

2.2.2 Mực nước thiết kế 26

2.3 Kết cấu đường hầm 30

2.4 Biện pháp thi công 34

2.4.1 Lựa chọn loại máy đào hầm 34

2.4.2 Các thông số của máy TBM và sự hoạt động 35

2.4.3 Lượng mất mát thể tích do thi công 36

2.4.4 Kế hoạch thi công 37

2.5 Tóm tắt chương II 38

CHƯƠNG 3 39

MÔ PHỎNG BÀI TOÁN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM VÀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA NỀN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 39

3.1 Phương pháp đánh giá rủi ro của các công trình lân cận 39

3.2 Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định, biến dạng 42

3.2.1 Cơ sở lý thuyết tính ổn định gương đào 42

3.2.2 Cơ sở lý thuyết tính biến dạng nền 47

3.3 Mô phỏng bài toán xây dựng đường hầm tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3 và lựa chọn các thông số đầu vào 52

3.3.1 Sơ lược về mô phỏng bài toán xây dựng đường hầm tàu điện ngầm 52

3.3.2 Mô phỏng bài toán xây dựng hầm tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3 53

3.4 Phân tích kết quả và dự báo sự cố 71

3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tham số 76

3.5.1 Thay đổi độ mất mát thể tích (VL) 76

3.5.2 Thay đổi áp lực gương hầm (Pg) 79

3.5.3 Thay đổi áp lực phụt vữa đuôi khiên (Pv) 82

3.5.4 Thay đổi thứ tự đào các hầm 84

3.5.5 Thay đổi độ sâu hầm 85

3.5.6 Thay đổi khoảng cách các hầm 87

3.5.7 Thay đổi mực nước ngầm 88

3.6 Tóm tắt chương III 90

CHƯƠNG 4 91

MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬ LÝ ĐỂ GIẢM THIỂU RỦI RO 91

4.1 K h á i q u á t v ề c á c b i ệ n p h á p p h ò n g t r á n h r ủ i r o k h i đ à o đường hầm 91

4.1.1 Các biện pháp xử lý nền 91

4.1.2 Các biện pháp thi công 94

4.1.3 Biện pháp quan trắc trong khi thi công 95

4.2 Một số biện pháp xử lý tuyến đường hầm số 3 96

4.2.1 Lựa chọn độ sâu và khoảng cách hầm và thông số thi công 96

4.2.2 Lựa chọn biện pháp xử lý nền 97

4.3 Nhận xét 102

4.4 Tóm tắt chương 4 102

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

1 Kết luận 103

2 Kiến nghị 105

3 Các vấn đề khiếm khuyết cần nghiên cứu thêm 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục 1: Các ký hiệu trên mặt cắt địa chất

Phụ lục 2: Mặt cắt địa chất từ Km 218+700 đến Km 220+00

Phụ lục 3: Mặt cắt địa chất từ Km 220+00đến Km 221+270

Phụ lục 4: Mặt cắt địa chất từ Km 221+270 đến Km 222+470

Phụ lục 5: Cao độ các lớp đất đá và độ sâu hầm

Hình 2.6 Kết quả quan trắc mực mước năm từ tháng 7 đến tháng

Hình 2.8 Đoạn tuyến từ Đại sứ quán Thụy Điển đến phố Cát Linh 31

Hình 3.14 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo phương pháp L&P tại Km 219+118 và Km 221+784 61

Hình 3.15 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo phương pháp L&P từ Km 219+923 đến Km 221+498 62

Hình 3.16 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo phương pháp L&P tại Km 219+418 và Km 221+658 63

Hình 3.17 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo mô hình 2D tại Km 219+118 và Km 221+784 65

Hình 3.18 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo mô hình 2D từ Km 219+923 đến Km 221+498 66

Hình 3.19 Kết quả tính độ lún và độ lún lệch theo mô hình 2D tại Km

Hình 3.23 Kết quả phân tích theo mô hình 3D tại Km 219+923 71

Hình 3.24 So sánh kết quả tính độ lún và độ lún lệch bằng phương pháp L&P, 2D và 3D 73 Hình 3.25 Khu vực có rủi ro cao từ Km 219+790 đến Km 220+350 75

Hình 3.27 Ảnh hưởng của VL đến độ lún và độ lún lệch tại Km

Hình 3.28 Ảnh hưởng của VL đến độ lún và độ lún lệch tại Km

Hình 3.34 Ảnh hưởng của Pv đến độ lún và độ lún lệch tại Km

Hình 3.35 Ảnh hưởng của thứ tự đào hầm đến độ lún và độ lún lệch tại

Hình 3.39 Ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước ngầm đến độ lún và độ lún lệch tại Km221+658 89

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thống kê về tàu điện ngầm ở một số thành phố lớn trên thế

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cơ lý đất nền và các chỉ tiêu tính toán 25

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá sự hư hỏng cho giai đoạn 1 và 2 39

Bảng 3.4 So sánh kết quả phân tích bằng phương pháp L&P và PTHH

Bảng 3.5 Cấp độ hư hỏng công trình ứng với các giá trị VL 79

Bảng 3.7 Độ lún lớn nhất khi thay đổi độ sâu hầm tại Km 221+658 85

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của khoảng cách hầm đến độ lún tại Km

Bảng 4.1 Ứng xử đối với độ lún quan trắc được tại đường hầm Toulon 96 Bảng 4.2 Các chỉ tiêu cơ lý tính toán lớp tương đương L1_s2 100 Bảng 4.3 Các chỉ tiêu cơ lý tính toán lớp tương đương L3&4 100 Bảng phụ

lục 5 Cao độ các lớp đất đá và độ sâu hầm

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Cu Cường độ chống cắt không thoát nước

EPB Máy cân bằng áp lực đất EPB (earth pressure balance)

Eref50 Mô đun đàn hồi tham chiếu

Erefoed Mô đun nén cố kết tham chiếu

Erefur Mô đun dỡ tải - nén lại tham chiếu

K Lực chống trượt trên mặt trượt của nêm

Kcd Hệ số áp lực chủ động

Ky Hệ số áp lực đất theo phương ngang

L&P Loganathan và Poulos

NATM Công nghệ đào hầm mới của Áo (New Astrian tunneling method)

P Áp lực gia tăng do máy TBM tạo ra trong buồng đào

qp tầng chứa nước Pleistocene

qu Cường độ khắng nén 1 trục không hạn chế nở hông

S Độ lún mặt đất tại điểm cách tim hầm một khoảng là x

SS Máy khiên vữa bùn SS (slurry shield)

Smax Độ lún mặt đất lớn nhất tại trục thẳng đứng đi qua tim hầm

Sz.max Độ lún lớn nhất tại độ sâu z

T Lực chống trượt trên mặt bên của nêm

TBM Máy khoan hầm toàn tiết diện (Tunnel boring machine)

z0 Độ sâu của đường phân chia vòm và tường hầm (springline)

 Góc tới hạn = 45º +/2

0 Lượng mất mát thể tích

n  Trọng lượng riêng của nước

' Trọng lượng riêng đẩy nổi

ben  Trọng lượng riêng của dung dịch Bentonite trộn lẫn đất đá đào ra

bh Trọng lượng riêng bão hòa

d  Trọng lượng riêng khô

tn Trọng lượng riêng tự nhiên

’  Góc ma sát trong hiệu quả

0 Tải trọng phân bố tại z = 0

ben Áp lực dung dịch bentonite tác dụng lên gương hầm

d Áp lực đất tác dụng lên gương hầm

v Ứng suất tổng theo phương thẳng đứng

'v Ứng suất hiệu quả theo phương thẳng đứng

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Hà Nội là trung tâm chính trị, kinh tế, và văn hóa của cả nước Sau chính sách Đổi Mới, Hà Nội đã đạt được một số thành tựu trong phát triển kinh tế Tuy nhiên, thủ đô của Việt Nam cũng đang đối mặt với nhiều thách thức Một trong những vấn đề nhức nhối là việc ách tắc giao thông Đó là do hệ thống giao thông của Hà Nội đã quá tải so với lưu lượng xe cộ hiện nay

Theo quyết định số 90/2008/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ ngày 09/7/2008 về việc phê duyệt quy hoạch phát triển giao thông vận tải Thủ đô Hà Nội đến năm

2020, hệ thống đường sắt khu vực thủ đô gồm 5 tuyến Hệ thống đường sắt này sẽ đóng vai trò chính trong vận tài hành khách công cộng tốc độ cao, khối lượng lớn,

có chức năng gắn kết với các khu đô thị, khu công nghiệp, các trung tâm thương mại - dịch vụ - du lịch, trường học Đoạn đường sắt Nhổn – Ga Hà Nội thuộc tuyến đường sắt số 3 có chiều dài là 12km, trong đó phần đi trên cao dài 8km (từ Nhổn đến khách sạn Deawoo) và phần đi ngầm dài 4km (từ khách sạn Deawo đến ga Hà Nội)

Đoạn đi ngầm thuộc tuyến số 3 là một trong những công trình đường tàu điện ngầm đầu tiên ở Việt Nam sử dụng công nghệ khoan hầm toàn tiết diện TBM (Tunnel boring machine) Toàn bộ các quá trình khoan đường hầm, vận chuyển đất

đá ra ngoài và lắp ghép vỏ hầm đúc sẵn đều được thực hiện bởi máy khoan hầm và

sự trợ giúp của hệ thống phụ trợ Đây là công nghệ hiện đại, được sử dụng chủ yếu

để thi công các đường hầm đô thị với đường kính và chiều dài lớn

Công nghệ TBM ngày càng phát triển và đã khắc phục được nhiều vấn đề về thi công hầm, tuy nhiên vẫn xảy ra nhiều sự cố khi thi công bằng phương pháp này Sập hầm trong đô thị kéo theo nhiều vấn đề như phá hủy các công trình lân cận, nâng cao giá thành công trình, kiện cáo bởi bên thứ 3, ảnh hưởng đến tiến độ xây dựng công trình Việt Nam lại thiếu kinh nghiệm trong việc xây dựng công tình tàu

điện ngầm đô thị, vì vậy cần thiết phải nghiên dự báo những rủi ro có thể xảy ra để

từ đó có các biện pháp phòng tránh

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm:

 Tổng quan về tình hình xây dựng đường hầm đô thị trên thế giới và các rủi ro liên quan đến địa kỹ thuật;

 Đánh giá sự ổn định của nền và các công trình lân cận khi mô phỏng quá trình xây dựng và khai thác tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3 Dựa trên kết quả mô phỏng, cảnh báo các rủi ro địa kỹ thuật có thể xảy ra do xây dựng tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3;

 Kiến nghị một số biện pháp kết cấu công trình và xử lý nền đất để tránh được các rủi ro trên nếu có

Phạm vi nghiên cứu là đoạn đi ngầm dài 4 Km thuộc tuyến tàu điện ngầm số 3, không xét phần nhà ga, dốc hạ và các công trình phụ trợ

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp tiếp cận trực tiếp hoặc gián tiếp:

 Phương pháp trực tiếp: Tiếp cận các cá nhân, các công ty, tổ chức có liên quan đến dự án nhằm khai thác số liệu công trình

 Phương pháp gián tiếp: Sử dụng thông tin truyền thông, internet và các phương tiện khác để thu thập thông tin về phương pháp phân tích và dự báo các rủi ro của việc xây dựng đường hầm tàu điện ngầm trong đô thị Các phương pháp nghiên cứu bao gồm:

 Khảo sát hiện trường và thu thập thông tin

 Phương pháp tham dự hội thảo và lấy ý kiến chuyên gia

 Nghiên cứu lý thuyết, sử dụng các mô hình số và phần mềm địa kỹ

thuật ứng dụng vào công trình thực tế

4 Những nội dung chính của luận văn

Luận văn được chia thành 5 chương bao gồm:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Giới thiệu công trình tàu điện ngầm Hà Nội tuyến số 3

- Chương 3: Mô phỏng bài toán đào đường hầm và phân tích ổn định của nền và các công trình lân cận

- Chương 4: Một số biện pháp xử lý để giảm thiểu rủi ro

- Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về xây dựng đường tàu điện ngầm trong đô thị trên thế giới 1.1.1 Sơ lược về đường tàu điện ngầm và lịch sử xây dựng

Tàu điện ngầm còn được gọi là metro, là hệ thống vận tải lớn trong đô thị chạy trên đường ray và thường có một phần lớn chiều dài tuyến đi ngầm dưới lòng đất Tàu điện ngầm là hệ thống giao thông chở khách với tốc độ cao, nhiều lượt, nhiều chuyến trong ngày, lượng khách lớn, thuận tiện và thoải mái

Đường tàu điện ngầm thường được hiểu là đi ngầm dưới mặt đất, nhưng hiện nay chỉ có một số đường là hoàn toàn dưới mặt đất, còn lại là kết hợp giữa trên và dưới mặt đất, ở nơi sầm uất thì phải làm dưới mặt đất, còn lại dùng cầu vượt hoặc đi trên mặt đất để giảm bớt khó khăn và giá thành thi công

Tuyến đường tàu điện ngầm đầu tiên được xây dựng ở nước Anh năm 1860, hoàn thành vào năm 1863, dài 6 km và được xây dựng bằng phương pháp đào hở (cut and cover) Từ đó đến nay, tàu điện ngầm đã từng bước phát triển và có diện mạo hiện đại như ngày nay

Thống kê chung về tàu điện ngầm ở một số thành phố lớn trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.1

Chiều dài (km)

Số nhà ga Vận tốc

trung bình (km/h)

cơ giới, rồi đào hầm bằng mìn Tiếp theo công nghệ đào hầm mới của Áo (NATM) được phát minh và từ đó đến nay, phương pháp này được áp dụng nhiều, nhất là các đường hầm xây dựng trong đá Việc phát minh ra máy khoan hầm (TBM) là một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng hầm Nó giúp cho việc đào hầm thuận tiện và nhanh chóng, an toàn hơn trong khu vực đô thị

Ngày nay, các phương pháp đào hầm được cải tiến Tùy thuộc vào điều kiện đất nền, diện tích mặt bằng, khả năng kinh tế… mà lựa chọn phương án khác nhau cho phù hợp Việc chọn phương án đào hầm hợp lý không những giúp tiết kiệm thời gian, kinh phí và còn đảm bảo hơn cho sự an toàn – một vấn đề không đơn giản đối với việc xây dựng hầm trong đô thị

1.1.2 Các phương pháp thi công hầm

1.1.2.1 Phương pháp đào hở

Trong phương pháp thi công đào hở, hố móng được đào lộ thiên, sau khi xây dựng công trình ngầm xong thì được lấp lại Phương pháp này thường áp dụng để thi công các công trình đặt nông khoảng từ 5m đến 15m

Nếu mặt bằng đủ rộng và đất đá có độ ổn định tốt thì có thể thi công đào mở không cần chống với độ mở mái nhất định Trong khu vực có mặt bằng chật hẹp, hay khu vực đất dễ sạt lở thì cần dùng tường trong đất để chống giữ hố đào Trình

tự thi công của phương pháp này bao gồm các bước: Thi công tường trong đất, đào

hố móng giữa 2 tường, thi công công hầm, đắp hoàn trả hố móng (hình 1.1)

Hình 1.1: Phương pháp đào hở

1.1.2.2 Phương pháp đào kín

a Phương pháp đào thủ công

Đây là phương pháp có lịch sử phát triển lâu đời, quen thuộc trong việc đào hầm mỏ thuở sơ khai và vẫn được dùng cho đến tận ngày nay Công tác đào được thực hiện bằng tay hoặc máy đào đơn giản, hầm ban đầu được chống đỡ tạm bằng

gỗ và sau đó vỏ hầm được xây dựng

Quy trình thi công hầm theo phương pháp thủ công gồm các bước: Đào đất đá, vận chuyển đất đá ra khỏi hầm, gia cố tạm thời, thi công lớp vỏ hầm Đối với hầm

có tiết diện nhỏ, có thể tiến hành đào toàn gương hầm (hình 1.2.a) Đối với hầm có tiết diện lớn thì gương hầm được chia thành nhiều phần và thực hiện đào và chống tuần tự theo từng phần (hình 1.2.b)

vỏ hầm (hình 1.3) Phương pháp khoan nổ thường áp dụng để thi công các đường hầm trong điều kiện đất đá cứng chắc

1 Khoan tạo lỗ 2 Nạp thuốc nổ 3 Nổ mìn

4.Thông gió 5 Vận chuyển đất đá 6 Thi công vỏ hầm

Hình 1.3: Phương pháp khoan nổ

c Phương pháp NATM (new Austrian tunnelling method)

Được ra đời trong những năm 60 của thế kỷ 20, phương pháp này nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm Công tác đào được tiến hành giống như phương pháp đào thủ công hay khoan nổ, tuy nhiên điểm khác là việc thiết kế vỏ hầm có tính đến khả năng tự chống đỡ của bản thân đất đá xung quanh đường hầm Biện pháp thi công phải xử lý khối đất đá trên vòm hầm sao cho đất đá

xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ Do đó, tự bản thân khối đất đá xung quanh sẽ trở thành một phần kết cấu chống đỡ hầm Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Bê tông phải được phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu (hình 1.4) Các bước thi công theo phương pháp NATM gồm: Đào đất đá, vận chuyển đất đá, gia cố tạm, thi công vỏ hầm

Hình 1.4: Gia cố tạm bằng bê tông phun [35]

Phương pháp NATM chủ yếu được áp dụng cho hầm đào trong đá, tuy nhiên hiện nay đang được nghiên cứu áp dụng cho cả hầm đào trong đất yếu

d Phương pháp kích đẩy ống

Đây là phương pháp thi công hầm bằng cách dùng kích thủy lực để đẩy các đốt hầm di chuyển đằng sau máy khoan hầm (hình 1.5) Do bị giới hạn về khả năng kích và ma sát giữa các đốt hầm và đất nền nên phương pháp này áp dụng cho các hầm không quá dài và đường kính tối đa khoảng 3m

Hình 1.5: Phương pháp kích đẩy ống [35]

e Phương pháp khiên đào

Đây là phương pháp thi công hầm mà trong đó thay thế việc chống đỡ tạm bằng một vỏ thép hình trụ gọi là khiên đào (hình 1.6), có tác dụng che chắn cho người và máy móc bên trong nó được an toàn

Việc đào hầm được thực hiện bằng thủ công hay bán cơ giới Trong quá trình đào, đất đá được vận chuyển ra ngoài và khiên tiến lên phía trước nhờ kích đẩy tựa lên vỏ hầm đã thi công xong (hình 1.7)

Hình 1.6: Khiên đào [35]

Hình 1.7: Thi công hầm bằng khiên đào qua sông S.t Clair (Mỹ) [35]

f Phương pháp khoan hầm TBM (tunnel boring machine)

Đây là bước phát triển cao hơn của phương pháp đào hầm bằng khiên đào Hầm được thi công bằng máy đào toàn tiết diện TBM Toàn bộ các quá trình thi công được cơ giới hóa và được vận hành bởi buồng điều khiển Gương hầm có thể được

ổn định nhờ vào sự cân bằng áp lực của đất đá đào ra hoặc bằng vữa Bentonite Máy cân bằng áp lực đất là dùng chính mùn đất đá khoan ra trộn lẫn với bọt để tạo vữa cân bằng với gương hầm Máy dùng Bentonite thì được cấp dung dịch bentonite vào buồng khoan, đất đá khoan ra được hòa trộn với bentonite và vận chuyển ra ngoài

bể xử lý, lọc lấy bentonite và tái sử dụng Các bộ phận cơ bản của đầu máy khoan TBM được mô phỏng trong hình 1.8

Hình 1.8: Khoan hầm bằng máy TBM [35]

7

Chú thích hình 1.8:

2 Dung dịch Bentonite 7 Đường cấp dung dịch Bentonite

5 Vỏ hầm

Quy trình khoan hầm bằng máy TBM cơ bản như sau: Đầu cắt quay để cắt đất

đá trên gương hầm Đất đá được trộn với dung dịch bentonite để đưa ra ngoài Máy khoan tiến lên nhờ kích đẩy, vỏ hầm bê tông đúc sẵn được vận chuyển và lắp đặt vào đuôi khiên đào Cuối cùng là phun vữa lấp nhét vào khoảng trống giữa vỏ hầm

và đất nền xung quanh hầm Phương pháp khoan hầm bằng máy TBM có thể áp dụng để đào các hầm có độ sâu lớn, qua các loại đất đá khác nhau, đường kính hầm lớn nhất có thể lên đến 19m và có thể đào được nhiều loại hình dạng mặt cắt ngang hầm

1.1.2.3 Một số phương pháp khác

a Phương pháp thi công đào bán hở

Đây là phương pháp dùng để thi công các hầm có độ sâu nông Phương pháp này bao gồm các bước: Đào hố móng đến cao độ nóc hầm, thi công tường trong đất, thi công nắp hầm, đào đất dưới nắp hầm và thi công các bộ phận còn lại của vỏ hầm, hoàn thiện và lấp đất hoàn trả hố móng (hình 1.9)

Hình 1.9: Phương pháp đào bán hở

1.2 Các rủi ro liên quan đến địa kỹ thuật khi xây dựng đường hầm đô thị

Việc xây dựng đường hầm đô thị đã giúp giải quyết nhiều vấn đề về giao thông,

mở rộng không gian ngầm, mang lại diện mạo mới cho nền văn minh nhân loại Tuy nhiên, việc xây dựng đường hầm cũng tồn tại nhiều rủi ro, một khi xảy ra sự cố thì

có thể gây thiệt hại lớn về kinh tế và sinh mạng con người, nhất là các đường hầm

sự cố nào đó trong quá trình đào hầm dẫn đến nước chảy kéo theo bùn đất vào hầm, gây sụt lún và ảnh hưởng đến công trình lân cận

Sập hầm có thể là do không hiểu biết không đầy đủ về điều kiện địa chất, do thiết kế sai hoặc không phù hợp, do quản lý thiếu chặt chẽ, hoặc do thi công

1.2.1 Các rủi ro xảy ra do khảo sát

Theo thống kê trên 40 vụ sập hầm thì nguyên nhân do khảo sát chiếm hơn 30% [24] Sập hầm do nguyên nhân này chủ yếu xảy ra trong khu vực có điều kiện địa chất phức tạp, việc khảo sát không đánh giá hết được sự biến đổi về điều kiện địa chất: có đứt gãy, hướng phát triển của khe nứt, đới dập vỡ, nếp lồi có khe nứt, sự thay đổi đột ngột (mức độ phong hóa của đất đá, túi cát, thấu kính đất yếu, đất cứng, túi băng tích); sét trương nở, khu vực có khí metan, khu vực có karst, có công trình

cổ yếu trong khu vực xây dựng

Sập hầm đôi khi đơn giản chỉ là địa tầng có chứa một ít tảng lăn làm cho công tác đào hầm bằng máy TBM xảy ra hiện tượng đào lẹm (over excavation) dẫn đến hình thành các hố sụt trên mặt đất, hoặc việc không lấp hố khoan khảo sát cũng có thể gây nước chảy vào hầm

1.2.2 Các rủi ro xảy ra do thiết kế

Nguyên nhân các sự cố về hầm do thiết kế chiếm trên 30% Thống kê từ 58 vụ sập hầm cho thấy thiết kế sai hoặc thiết kế thiếu bao gồm [24]:

- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn không đúng;

- Tuyến đường hầm đi giao cắt giếng nước (đào kín);

- Thiết kế neo đá dọc theo khe nứt làm giảm tác dụng của neo đá;

- Lớp đá phủ bên trên nóc hầm quá mỏng không chịu được áp lực lớp đất bên trên (đào trong đá cứng không có biện pháp chống tạm);

- Thiết kế thiếu: thiếu neo đá; thiếu quan trắc; thiếu gia cường chống đỡ đất vụn rời, đới dập vỡ, dễ sập khi khoan nổ, dễ thấm nước gây phá hoại; thiếu kết hợp giữa gia cường lưới thép bê tông phun và neo đá;

- Thiết kế xử lý không triệt để, ko thiết kế biện pháp chống cát chảy vào hố móng, cát chảy qua chân cừ gây sập hố đào;

- Phun khối lượng bê tông lấp hang quá lớn gây phá hoại nền;

- Tính toán thiếu lực tác dụng lên cừ

Nhìn chung, thiết kế hầm giao thông có một khối lượng lớn, nhiều chi tiết, phụ thuộc chặt chẽ vào số liệu khảo sát, do vậy dễ xảy ra việc thiết kế thiếu Đôi khi là

do chủ quan hoặc cũng có thể là thiếu hiểu biết dẫn đến thiết kế sai

1.2.3 Các rủi ro xảy ra do thi công

Các sự cố sập hầm do nguyên nhân thi công chiếm khoảng 20 % [24] Một số rủi ro sập hầm do thi công bao gồm:

- Sử dụng thiết bị ko phù hợp (ví dụ dùng road header không phù hợp cho địa tầng cát có áp lực nước cao hay có chứa băng tích; dùng đầu cắt có lỗ quá lớn dẫn đến không kiểm soát hợp lý được dòng mùn (hỗn hợp bùn đất) trong khi thi công);

- Chưa đánh giá được ảnh hưởng của thiết bị thi công đến độ ổn định công trình (sự rung động máy móc, sóng nổ làm yếu đất nền và công trình cổ);

- Hỏng máy trong khi thi công (dùng máy đào TBM);

- Thiết bị hoạt động không chính xác làm rơi mảnh ghép vỏ hầm (segment) (có thể do máy thi công hoặc lỗi đúc segment);

- Thiếu kinh nghiệm vận hành máy: điều chỉnh áp lực dung dịch quá lớn gây bục lớp phủ; không đánh giá được đúng lượng đất đào, tốc độ đào, điều chỉnh áp lực ko phù hợp gây sập gương hoặc gián đoạn hệ thống băng tải vận chuyển đất đá;

- Nước rò rỉ khi thay lưỡi khoan gây mất đất; rò rỉ khí nén, dung dịch gây sập gương;

- Không đọc kỹ hồ sơ khảo sát (ví dụ nổ mìn trong đá xuyên vào đất gây sập lớn)

Nguyên nhân xảy ra sự cố do thi công nhiêu khi là do khảo sát Khảo sát không đúng có thể dẫn đến lựa chọn sai phương pháp thi công, dùng thiết bị thi công không phù hợp

1.2.4 Các rủi ro xảy ra do quản lý

Các rủi ro sập hầm do quản lý yếu kém chiếm khoảng 5% [24] Nhóm các nhà bảo hiểm quốc tế trong ngành xây dựng hầm (ITIG - the International Tunnelling Insurance Group) đã phối hợp với ITA và Hội hầm Anh quốc BTS soạn thảo một tài liệu chuyên dùng cho ngành hầm, nhan đề: “Thông lệ thực hành quản lý rủi ro trong xây dựng công trình ngầm” (A Code of Practice for Risk Management of Tunnel Works - 2006) Tuy vậy từ đó đến nay, sập hầm do quản lý kém vẫn tiếp diễn, gần đây nhất là vụ sập hầm Hengqin tại Macao năm 2012 và hầm Shenzhen Trung Quốc năm 2011 Một vài sự cố về hầm do nguyên nhân này bao gồm:

- Không tuân thủ theo yêu cầu quản lý rủi ro;

- Yếu kém trong trao đổi thông tin (ví dụ: thợ khoan không thông báo cho kỹ

sư biết về sự khác thường của tốc độ khoan);

- Thi công sai quy trình (ví dụ: thi công tràn xong trước đường hầm dẫn đến ngập hầm thủy điện)

1.2.5 Các rủi ro khác

1.3 Sự cần thiết phải xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội và những thách thức 1.3.1 Sự cần thiết phải xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội

1.3.1.1 Sự quá tải của hệ thống giao thông Hà Nội

Theo thống kê năm 2011, Hà Nội có 7.365 km đường giao thông, trong đó 20%

là trục đường chính, 7 trục hướng tâm và 3 tuyến vành đai, cũng như đang quản lý hơn 4,3 triệu phương tiện giao thông các loại, trong đó riêng xe máy chiếm gần 4 triệu [37]

Theo số liệu khảo sát và tính toán vào năm 2011 của Trung tâm quản lý và điều hành giao thông công cộng (Tramoc) - Sở GTVT thì vào thời điểm này, có 33 000 người/giờ cùng hướng qua lại sông Hồng bằng cầu Chương Dương và Long Biên;

410 000 người/giờ đang sử dụng tuyến đường Ngã Tư Sở - Hà Đông Tốc độ của phương tiện giao thông vào giờ cao điểm bình quân 13 đến 15 km/h Ùn tắc giao thông xảy ra vào giờ cao điểm gần như trên tất cả các tuyến phố (hình 1.11) [37]

Hình 1.11: Ùn tắc giao thông tại Hà Nội [35]

Mỗi năm, Hà nội chỉ làm thên được từ 7 – 10 km đường mới, trong khi đó tốc

độ gia tăng phương tiện giao thông cá nhân là từ 12% đến 15%, phương tiện giao thông công cộng chủ yếu là xe bus mới chỉ đáp ứng được 9% nhu cầu đi lại Với tốc

độ gia tăng phương tiện giao thông hằng năm cao như trên thì tình hình giao thông thủ đô sẽ ngày càng tồi tệ

1.3.1.2 Những lợi ích khi xây dựng hệ thống tàu điện ngầm

Theo quy hoạch phát triển giao thông thủ đô đến năm 2020 (quyết định phê duyệt số 90/2008/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ ngày 09/7/2008), hệ thống đường sắt đóng vai trò chính trong vận tài hành khách công cộng tốc độ cao, khối lượng lớn [2]

Số liệu tính toán sơ bộ của Trung tâm Nghiên cứu cuộc sống phát triển bền vững (CSDP), chi phí tăng thêm do tiêu hao nhiên liệu và lãng phí công lao động vì

ùn tắc giao thông ở nội thành Hà Nội khoảng 36,4 tỷ VNĐ/ngày (12.812 tỷ VNĐ/năm, tương đương khoảng 600 triệu USD/năm)

Các thành phố lớn ở Việt Nam đang bị ô nhiễm không khí nghiêm trọng, nguyên nhân chủ yếu là do khí thải từ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ Kết quả từ Chương trình thử nghiệm “Khám xe máy’’ do Sở Tài nguyên môi trường

Hà Nội phối hợp với Chương trình không khí sạch Việt Nam - Thụy Sỹ và Ngân hàng Thế giới công bố vào ngày 24/5/2007 cho thấy có đến 59% số xe máy không đạt tiêu chuẩn khí thải Ùn tắc giao thông làm tăng đáng kể lượng khí thải phát ra

từ các phương tiện này

Việc phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại thủ đô sẽ góp phần làm giảm ùn tắc giao thông, bảo vệ môi trường, góp phần phát triển kinh tế

1.3.2 Những thách thức khi xây dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội

1.3.2.1 Những trở ngại do thành phố có mật độ công trình dày

Có nhiều tiêu chí để quyết định hướng tuyến tàu điện ngầm, trong đó quan trong nhất là sự kết nối với hệ thống giao thông đường bộ thuận tiện, đi qua các khu

vực có nhu cầu đi lại lớn

Thông thường, tuyến tàu điện ngầm sẽ đi dưới lòng đường hiện có để kết nối với giao thông đường bộ và tránh ảnh hưởng đến khu dân cư Tuy nhiên nó cũng phải chuyển hướng để đến các điểm kết nối của các tuyến đường khác nhau Khi đó, cần xem xét hướng tuyến hợp lý để đảm bảo bán kính cong tối thiểu theo tiêu chuẩn Mặt khác, thành phố Hà Nội là nơi có mật độ công trình xây dựng dày đặc Đặc điểm công trình xây dựng này là có sự đan xen nhiều loại công trình: mới xây dựng, xây dựng từ lâu, kiên cố, tạm, móng sâu, móng nông… Hướng tuyến cần tránh giao cắt với móng cọc của công trình xây dựng Vì vậy việc điều tra chi tiết cụ thể về công trình trong khu vực tuyến dự định khá khó khăn Một số công trình không còn tài liệu để xem xét

Do mật độ dân cư sinh sống rất lớn nên việc đảm bảo độ ổn định của công trình lân cận là hết sức quan trọng Một khi xảy ra sự cố công trình thì có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng về người và của

Trung tâm Hà Nội là khu vực Hoàng thành Thăng Long xưa kia nên sẽ có nhiều

di tích khảo cổ dưới mặt đất, trong quá trình thi công nếu gặp phải thì sẽ mất nhiều thời gian chờ đợi việc khai quật để bảo tồn di sản Việc tạm dừng thi công không chỉ ảnh hưởng đến tiến độ mà còn liên quan đến sự ổn định của công trình

Ngoài ra, một số khu vực của thành phố Hà Nội có các công trình cổ, công trình văn hóa lâu đời cần được bảo tồn Vì vậy, việc kiểm soát biến dạng nền đất là hết sức nghiêm ngặt để đảm bảo ổn định công trình, tránh nứt nẻ hư hỏng công trình

1.3.2.2 Những khó khăn về điều kiện đất nền

Địa tầng khu vực thành phố Hà Nội hình thành từ trầm tích châu thổ sông Hồng, có đặc điểm chung là sét pha xen kẹp cát mịn, có chứa hữu cơ phân bố đến

độ sâu từ 10 đến 25m Bên dưới là lớp cát chặt vừa sâu đến khoảng 30 đến 45 m, dưới nữa là lớp cuội sỏi chặt [31]

Độ sâu các tuyến tàu điện ngầm tùy thuộc vào điều kiện địa chất, tuy nhiên

thường chọn độ sâu từ 15 đến 30m Các tuyến tàu điện ngầm kéo dài sẽ đi qua nhiều khu vực có đặc điểm địa tầng khác nhau, có chứa sét yếu lẫn hữu cơ, xen kẹp thấu kính cát hay túi bùn Việc địa tầng thay đổi nhiều sẽ gây khó khăn cho công tác thiết kế, lựa chọn phương pháp thi công, và nhiều vấn đề phát sinh trong quá trình thi công

Mực nước ngầm khu vực Hà Nội cũng biến đổi tùy từng khu vực, kết quả tổng hợp một số công trình khảo sát thấy rằng mực nước ngầm biến đổi từ 8 đến 21m Nghiên cứu cho thấy có một chế độ nước ngầm không liên tục trong các lớp thấu kính cát của các lớp bên trên và một chế độ nước ngầm thứ hai tồn tại trong lớp cát cuội bên dưới Tầng nước ngầm bên dưới kết nối trực tiếp với sông Hồng và lưu chuyển thường xuyên, nó cũng chịu ảnh hưởng của quá trình bơn hút nước ngầm Việc mực nước ngầm cao và thay đổi gây phức tạp cho quá trình tính toán, dễ phát sinh các vấn đề địa kỹ thuật khi thi công như nước chảy kéo theo bùn cát vào hố móng dẫn đến biến dạng nền

1.3.2.3 Thiếu kiến thức, kinh nghiệm, và đội ngũ chuyên gia

Việc xây dựng hầm đô thị rõ ràng là có nhiều khó khăn phải đối mặt nhất là đối với Việt Nam hiện chưa có kinh nghiệm xây dựng tàu điện ngầm Đào tạo nguồn nhân lực ở nước ta cũng chủ yếu là về hầm mỏ, chưa sâu về hầm đô thị Đội ngũ chuyên gia, nhân lực am hiểu và tiếp xúc với dạng công trình này chưa nhiều Điều

đó sẽ gây khó khăn trong tất cả các khâu quản lý, thiết kế và thi công, vận hành, và như vậy sẽ mất tính chủ động trong các dự án, dễ bị chậm tiến độ và tốn kém kinh phí thuê chuyên gia nước ngoài

1.4 Các nội dung nghiên cứu

1.4.1 Nghiên cứu điều kiện địa chất, kết cấu đường hầm, biện pháp thi công hầm

Để mô phỏng, tính toán bài toán về hầm thì cần phải có đầy đủ các thông số về địa chất, kết cấu đường hầm, biện pháp thi công hầm, và cả quá trình vận hành và khai thác

Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn là yếu tố quan trọng để thiết kế tuyến đường hầm, quyết định phương pháp thi công và độ ổn định lâu dài của đường hầm Nghiên cứu số liệu về địa chất nhằm hiểu rõ sự phân bố các lớp đất đá, đặc điểm tính chất cơ lý của từng lớp đất, các yếu tố địa chất bất lợi ảnh hưởng đến việc xây dựng như sự thay đổi địa tầng đột ngột, địa tầng có các túi bùn, nước có áp… Nghiên cứu sự phân bố của nước dưới đất, áp lực nước lỗ rỗng, thành phần hóa học của nước để xem xét ảnh hưởng của nước đến công trình

Thu thập số liệu kích thước đường hầm, cấu tạo và liên kết của vỏ hầm, tải trọng của thiết bị dự kiến để đưa vào mô hình tính toán ổn định tổng thể, khả năng chịu lực của vỏ hầm do đất đá bên trên hầm tác dụng, sự dịch chuyển của vỏ hầm do thay đổi mực nước ngầm

Nghiên cứu biện pháp thi công hầm dự kiến nhằm xem xét quá trình thi công tác động làm thay đổi đất nền như thế nào, lượng đất mất đi (volume loss) là bao nhiêu, từ đó tính toán biến dạng nền, mức độ ổn định của nền và công trình lân cận

1.4.2 Nghiên cứu mô phỏng bài toán xây dựng hầm tàu điện ngầm

Sau khi đã có đủ thông số đầu vào cho bài toán thì thiết lập mô hình tính toán bài toán đào hầm Việc thiết lập mô hình cần mô phỏng đúng đắn quá trình thi công

và khả năng ứng xử của đất nền Bài toán đào hầm bao gồm các bước cơ bản:

- Điều kiện đất nền ban đầu

- Đào hầm

- Xây dựng vỏ hầm và nền móng hầm

- Giao thông đi lại trong hầm

Việc mô hình hóa càng chi tiết thì độ chính xác của bài toán càng cao

1.4.3 Nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến mô hình bài toán đào hầm

Có các phương pháp khác nhau để mô phỏng bài toán đào hầm Mỗi phương pháp có các thông số ảnh hưởng khác nhau Với cùng một phương pháp đào thì chịu

ảnh hưởng của kích thước hầm, độ sâu đặt hầm, khoảng cách giữa các hầm, các tham số đất nền … Việc nghiên cứu các tham số ảnh hưởng sẽ giúp cho việc thiết

kế, lựa chọn được phương án xây dựng hầm tối ưu

1.4.4 Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền và kết cấu công trình

Sau khi tính toán bài toán đào hầm, nếu các thông số độ an toàn không đáp ứng theo tiêu chuẩn yêu cầu thì phải có các biện pháp xử lý nền hoặc thay đổi kết cấu công trình cho phù hợp Biện pháp xử lý nền thông thường là khoan phụt vữa gia cố nền, bơm hạ mực nước ngầm, tuy nhiên tùy thuộc vào đặc điểm địa tầng khu vực

mà đề xuất giải pháp phù hợp Sau khi thiết kế biện pháp xử lý thì tính toán kiểm tra lại độ ổn định

- Đáp ứng nhu cầu giao thông tăng cao dọc theo hành lang Đông Tây;

- Góp phần chuyển từ việc sử dụng phương tiện giao thông cá nhân sang phương tiện giao thông công cộng;

- Bước đầu thiết lập một phương thức vận tải công cộng mới cho các thành phố hiện đại của Việt nam trong tương lai [2]

Theo quy hoạch, tuyến số 3 có chiều dài 21 km, nối khu phía Tây tới trung tâm thủ đô và khu vực phía Nam thành phố, sau năm 2020 sẽ phát triển tuyến lên tới Sơn Tây với tổng chiều dài tuyến 48 km Đoạn từ Nhổn đến Ga Hà Nội dài 12 km được tiến hành thí điểm trước Dự án đường sắt Nhổn – Ga Hà Nội do Ban dự án đường sắt đô thị Hà Nội làm chủ đầu tư, công ty tư vấn Systra thiết kế Đoạn này bao gồm phần đường sắt trên cao dài 8 km bắt đầu từ Nhổn chạy dọc theo Quốc lộ

32 qua Cầu Giấy, khách sạn Deawoo và phần đi ngầm dài 4 km từ khách sạn Deawoo chạy dọc theo phố Kim Mã, qua Đại sứ quán Thụy Điển, Cát Linh, Ga Hà Nội (hình 2.1) [31]

Đoạn đi ngầm gồm các phần sau:

- Dốc hạ: Là đoạn chuyển tiếp từ đường sắt trên cao và đường hầm

- Hầm và các ga số 9, 10, 11, 12

- Các giếng thoát hiểm/ cứu hộ, các hầm phụ trợ khác

Hình 2.1: Tuyến đường sắt Hà Nội số 3 [35]

Theo kế hoạch đề ra trước năm 2008, các mốc hoàn thành dự án như sau:

- Hoàn thành thiết kế cơ sở trước năm 2008;

- Hoàn thành công tác khảo sát trước tháng 2 năm 2009;

- Hoàn thành thiết kế kỹ thuật tháng 7/2009;

- Hoàn thành thi công và bàn giao các hệ thống đường hầm, cầu cạn (đường sắt trên cao), thiết bị, đầu máy toa xe vào quý 4 năm 2013

Tuy vậy cho đến nay, dự án đã bị chậm tiến độ và mới chỉ bắt đầu thi công phần móng của cầu cạn

2.2 Điều kiện địa chất

2.2.1 Phân loại đất

Dự án này được Công ty cổ phần tư vấn đầu tư và xây dựng GTVT (TRICC) khảo sát lập báo cáo nghiên cứu khả thi (NCKT) năm 2006, Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Khảo sát và Xây dựng (USCo) khảo sát giai đoạn thiết kế cơ

sở (TKCS) vào năm 2008 Khảo sát cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật (TKKT) được

Phần đi ngầm

Phần đi trên cao

tiến hành cho đến năm 2011 Cỏc quỏ trỡnh khảo sỏt đó thực hiện cỏc cụng tỏc gồm khoan xỏc định địa tầng, tiến hành cỏc thớ nghiệm hiện trường xuyờn tiờu chuẩn (SPT), thớ nghiệm xuyờn tĩnh và xuyờn tĩnh cú đo ỏp lực nước lỗ rỗng (CPT, CPTu), thớ nghiệm nộn ngang trong hố khoan, thớ nghiệm bơm hỳt nước hố khoan, lắp đặt cỏc piezometer quan trắc mực nước ngầm và đo ỏp lực nước lỗ rỗng, cỏc thớ nghiệm trong phũng xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý

Cỏc đơn nguyờn địa chất cụng trỡnh được xỏc định bằng sự phõn loại dựa vào kớch thước hạt, giới hạn atterberg, độ ẩm, giỏ trị N SPT, và độ sõu theo sơ đồ hỡnh 2.2

YES NO

N SPT < 30

có lẫn hữu cơ)

L3&4 (Sét béo, dẻo,

kém chặt đến chặt vừa) L5a (Cát mịn, cát bụi,

> 25 m

thấu kính cát bụi)

L1_s (Sét nghèo chứa

thấu kính cát bụi) L1_d (Sét nghèo chứa

L5b (Cát mịn, cát bụi,

N SPT >50

Hỡnh 2.2: Cỏc bước phõn loại đất [8]

Địa tầng dọc tuyến Metro biến đổi khỏ phức tạp, cỏc lớp cú chiều dày thay đổi nhiều, cú cỏc thấu kớnh xen kẹp, được thể hiện trong cỏc mặt cắt địa chất cụng trỡnh (phụ lục 1 đến phụ lục 4)

- Lớp đất lấp: Bao gồm cỏt mịn, sột bụi cú độ dẻo thấp, bờ tụng nhựa đường, đỏ

đổ

- L1_s: Chủ yếu bao gồm sét vô cơ nghèo (CL) có độ dẻo thấp, trạng thái từ dẻo mềm đến dẻo cứng Phụ thuộc vào độ sệt của nó, tầng này được phân chia thành lớp L1_s1 khi thí nghiệm SPT có giá trị N30 < 10 (và qc < 1MPa) và lớp L1_s2 khi thí nghiệm SPT có giá trị N30 >10 (và qc > 1MPa);

- L1_d: tầng này chủ yếu được quan sát tại khu vực bắt đầu đoạn đi ngầm tại độ sâu khoảng 30m dưới cao độ mặt đất Nó chủ yếu bao gồm sét vô cơ nghèo (CL) có độ dẻo thấp, trạng thái từ cứng đến rất cứng;

- L3&4: Tầng này là tổng hợp của tầng L3 (sét giàu - CH) và L4 (sét dẻo – MH)

từ dẻo vừa đến dẻo cao Nó chủ yếu bao gồm đất từ hữu cơ đến rất hữu cơ, trạng thái dẻo chảy;

- L5: Tầng này bao gồm cát lẫn đất bột và được phân loại là đất dạng hạt, được chia thành lớp L5a khi thí nghiệm SPT có giá trị N30<30 và lớp L5b khi thí nghiệm SPT có giá trị N30 từ 30 đến 50

- L7&8: Cuội sỏi lẫn cát hạt to, kết cấu rất chặt

Các chỉ tiêu cơ lý dùng cho tính toán được nêu trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý đất nền và các chỉ tiêu tính toán [8]

Erefoed (MPa) 5.2 5.2 5.2 2.8 10 10 150 150

Hệ số thấm K (m/s) 3E-8 3E-9 3E-9 1.5E-9 2E-6 1E-5 8E-10 5E-4

2.2.2 Mực nước thiết kế

Theo mô hình địa chất thủy văn cục bộ do Bộ tài nguyên và môi trường lập cho

dự án Metro năm 2009 gồm các tầng chứa nước chính:

- Tầng chứa nước Holocene (qh): đơn nguyên địa chất thủy văn thuộc hệ tầng Thái Bình, Hải Hưng được cấu thành bời vật liệu đất lẫn tàn tích vật liệu xây dựng, sét, bụi, cát Tại khu vực lân cận sông thì Sông Hồng là nguồn cấp nước chính cho tầng này Tại khu vực xa sông hơn, nguồn cung cấp chính của tầng này là nước mưa và nước mặt thấm xuống