Nghiên cứu tính toán và công nghệ thi công hầm trong đất yếu TP hồ chí minh (bản full)

Tuy nhiên, do tính chất phức tạp về kỹ thuật, công.nghệ xây dựng, công nghệ quản lý khai thác đồng thời đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn nên cần phải nghiên cứu kỹ các yếu tố ảnh hưởng của

ĐẠI HỌC GIAO

TOM TAT

Đề tài nghiên cứu:

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ CÔNG NGHỆ THỊ CÔNG

HAM TRONG DAT YEU TP, HO CHi MINH

Chủ nhiệm đề tài: Th§ Nguyễn Anh Tuấn

“Tham gia thực hiện: — Lê Thanh Bình

TRUONG PAI HOC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM |}

TP Ho Chi Minh - năm 2012

1.2 Hign trạng giao thông công cộng thành phố Hồ Chí Minh 04

2.3.2 Kết cầu vỏ hằm 09

2.3.3 Phân tích chọn kết cấu hợp lý cho tuyến metro 10

2.4 Nhận xét

'CHƯƠNG 3: Công nghệ thi công hầm trong đất yếu

3.1 Thi công nhà ga bằng phương pháp tường trong đất có neo 3.1.1 Công nghệ xây dựng tường trong đất

3.1.2 Công nghệ xây dựng neo đất 3.2 Thi công hầm bằng phương pháp khiên đào TBM

3.2.1 Cau tao may khoan đào TBM

4.2.2.1 Thông số kĩ thuật của tường cọc Efiret 21

4.2.2.3 Tính toán chuyển vị và moment uốn của tường, 23

4.2.2.4 Tìm khoảng cách bố trí neo hợp lí 29 4.3 Nghiên cứu tính toán ôn định và biến đạng tuyến ham 32 4.3.1 Thông số kỹ thuật 32

4.3.2.1 Mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn 33 4.3.2.2 Tính toán cho trường hợp 2 hằm song song 34

4.3.2.3 Tính toán cho trường hợp 2 hằm trên dưới 37

4.3.2.4 Tính toán cho trường hợp 2 hầm đặt lệch 43

Kết luận và kiến nghị 50

Ùn tắc giao thông giờ cao điểm trong Tp Hồ Chí Minh 04 Cấu tạo máy khoan đào TBM với khoang cân bằng ấp lực đất 14 Cấu tạo máy khoan đào TBM với khoang cân bằng dung dịch bentonite cao

: Sơ đồ quá trình thi công hầm bằng khiên đào - TBM 17

: Mặt cắt ngang hầm z 20

: GÐ l: thi công tường trong đất 24 : GĐ 2: Đào đất đến cao độ hàng neo 1 24 : GÐ 3: Lap dat neo 1 25 : G 4: Đào đất đến hàng neo 2 25 : GD 5: Lap dat hang neo 2 26 : GÐ 6: Đào đến cao độ yêu cầu 26 : Thay đổi mực nước ngầm trong hồ đào khi đào đất 27 Hình 4.11: Mô phỏng dòng chảy của nước ngầm khi bị thay đổi 27

Hình 4.12: Lưới chuyển vị của mô hình sau khi đã tính toán xong 28 _Hình 4.13: Cơ chế trượt của mô hình khi đào lớp đất cuối cùng 28

Hình 4.14: Kết quả chuyển vị ngang và momen uốn lớn nhất của cừ 29

Hình 4.27: Lưới biến dạng

huyền vị đứng

: Lún mặt đất : Ứng suất hữu hiệu

: Moment uốn hầm trên

: Moment uốn hầm dưới

: Lún mặt đất

: Moment uốn hầm trên : Moment uốn hằm dưới : Lực cắt hầm trên

: Lực cắt hầm dưới : Lực dọc hằm trên 4.46: Lực đọc hầm dưới

Bảng 1.1: Thống kê khối lượng vận chuyển hành khách hàng năm của TP.HCM Bảng 4.1: Bảng tổng hợp các thông số đất nền

Bang 4.2: Các đặc trưng của tường trong đất Bảng 4.3: Các đặc trưng của chiều dài đoạn neo không liên kết Bảng 4.4: Các đặc trưng của chiều dài đoạn neo liên kết (5m) Bảng 4.5: Thông tin tuyến hầm và may TBM

Hằm và các không gian ngầm ngày càng có vai trò quan trọng trong một hệ thống

giao thông hiện đại Hiện các đô thị trong nước và trên thể giới đang phải đối mặt với tắc nghẽn và ùn tắc giao thông, Kết cầu hạ tằng cũ đã 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 đang được đặt ra một cách cấp

bách 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 tắt yếu của thế giới hiện đại

Tuy nhiên, do tính chất phức tạp về kỹ thuật, công.nghệ xây dựng, công nghệ quản

lý khai thác đồng thời đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn nên cần phải nghiên cứu kỹ các yếu

tố ảnh hưởng của môi trường đất đối với kết cấu của đường hằm; lựa chọn kết cấu và phương pháp thi công hợp lý Bên cạnh đó, cần nghiên cứu tính toán ôn định và biến dạng của công trình đường hầm để đảm bảo an toàn, hạn chế các sự cố trong quá trình thi công

.và khai thác

Lý thuyết tính toán kết cấu công trình ngầm đã được quan tâm từ lâu cùng với việc xây dựng các công trình ngầm trên thế giới Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã có nhiều nhóm phương pháp tính toán kết cấu công trình ngầm Tuy nhiên do sự khác

biệt quá nhiều về điều kiện địa chất, phương pháp thỉ công và dạng kết cầu mà mỗi nhóm

phương pháp tính chỉ phù hợp với những dạng công trình nhất định

Căn cứ vào phân tích lý thuyết và mô hình toán học, các phương pháp thường sử

để phân tích tính toán ồn định và biến dạng kết cấu công trình ngầm như phương

Trong nghiên cứu này, phương pháp phần tử hữu hạn được dùng để tính toán trang

ứng suất - biến dạng và ồn định của nền đất yếu xung quanh đường hằm metro tuyến ành - Suối Tiên, thành phố Hỗ Chí Minh

TONG QUAN VE DIEU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG

GIAO THONG CÔNG CONG THANH PHO HO CHi MINH

1.1 TONG QUAN VE DIEU KIEN TY NHIEN TP HO CHi MINH

Khi xây dựng các công trình ngầm nói chung và metro nói riêng cần phải khảo sát điều tra rõ tình hình địa chất công trình, địa chất thủy văn, tính chất mạch nước ngầm, các yếu tố khí hậu và các công trình khác có ảnh hưởng đến việc lập phương pháp thi công, chọn kết cấu vỏ hằm và biện pháp bảo vệ dưới tác dụng xâm thực của mạch nước ngầm

1.1.1 Khí hậu thời tiết =

‘Thanh phố Hồ Chí Minh nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, đồng thời gần biển cho nên khí hậu thành phố lại mang tính chất hải dương, điều hòa ổn định hơn các vùng lân cận; rất ít có bão lụt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau

Đó là điều kiện thuận lợi cho mạng lưới giao thông vận tải, có thể đi lại 24/24 giờ

-trong suốt quanh năm, không phải lo đối phó với những bắt trắc của thiên nhiên như gió

‘bio, mù sương, ngập Ì 1.1.2 Thủy văn và dòng chảy

~ Thủy văn: nhìn chung thành phố Hồ Chí Minh nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống

g Đồng Nai - Sài Gòn, vừa chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều Biển Đông và bị tác tất rõ nét của việc khai thác các bậc thang, hồ chứa thượng lưu hiện nay và trong

ơng lai

~ Nước ngầm: Mực nước gần trong khu vực đô thị của thành phó Hồ Chí Minh tiền

an tới mặt đất Phạm vi mực nước ngầm nằm trong khoảng từ 0.1 đến 5.42m dưới mặt

Ất tự nhiên Chiều sâu của mực nước ngầm có thay đổi tùy thuộc vào lượng mưa và cao

nước sông Sài Gòn

Thanh phố Hồ Chí Minh nằm ở phía bắc lưu vực sông Mêkông Phần chủ yếu của thành phố nằm trên dải đất sông bồi được bao bọc ở mạn Bắc và mạn Tây bởi châu thỏ

của sông Sài Gòn và các nhánh của nó, ở mạn Đông bởi thung lũng sông Vàm Cỏ Đông

và phía nam bởi thung lũng sông Sài Gòn và dòng chảy sông Nhà Bè Bản thân dải đất

cao cũng bị chia cắt bởi rất nhiều sông rạch như như rạch Thị Nghè và rạch Lò Gốm

Căn cứ vào các báo cáo đánh giá kết quả khảo sát địa chất của thành phố Hỗ Chí Minh và kết quả khoan thăm dò thực hiện trong khuôn khổ của nghiên cứu khả thi hai

tuyến ưu tiên đường sắt đô thị do công ty tr vấn TEWET và Trung tâm Nghiên cứu phát triền Giao thông vận tải phía Nam lập, đất xây dựng treng thành phố Hồ Chí Minh có thể được phân chia tới độ sâu 50-60m gồm 5 tang:

- Lớp A: Lớp đất sét và á sét từ rất mềm cho đến mém (Holocene /aQ,, va abO, )

Lớp A có độ âm tự nhiên cao (trung bình 63.4%), độ dẻo lớn (chi số déo trung bình

30.2%), khả năng chịu nén lớn Giá trị SPT thay đổi từ 0 đến 2 búa Chỉ số thám (k) từ

2,10*10° và 5.66*10° cm/s cho thay lép A không thắm nước

- Lớp B: Lớp đất sét éo, 4 sét va 4 cat, tir m&m cho dén rat cimg (Pleistocene

‘thuong /hé ting Cit Chi (aQj,cc)) Trong các lỗ khoan thăm dò, đỉnh lớp B có độ sâu từ 0.92 đến 9.5m dưới mặt đất _(trung bình 2.7m) Bề dày thay đổi từ 1.7 đến 10.2m (trung bình 4.84m)

Độ ẩm tự nhiên trung bình 21.58% Chỉ số dẻo trung bình 15.6% Giá trị SPT thay

từ 1 đến 28 búa là phổ biến Chỉ số thám (k) thấp khoảng 10'°cho thấy lớp B không

~ Lớp C: Cát có độ chặt từ thấp đến trung bình và á cát, cát bùn từ rất xóp cho đến

chặt vừa (Pleistocene thượng / hệ tầng Cú Chỉ (a Øjcc ))

Đỉnh lớp C ở độ sâu từ 3.5 đến 33.9m dưới mặt đắt (trung bình 9.1m) Bề dày thay

13.2 đến 35.5m (trung bình 26.9m)

Giá trị SPT thay đổi từ 2 đến 50 búa, giá trị từ 8 đến 25 búa là phổ biến chủ yếu là tời rạc đến chặt vừa

Thủy Đông F Tầng trên (amØ,, „rdz ))

Đỉnh lớp D ở độ sâu từ 27.5 đến 44.5m dưới mặt đất (trung bình 33.9m) Bề dày

thay đổi từ 2.6 đến 18.8m (trung bình 2.6m)

Giá trị SPT thay đổi từ 9 đến trên 5 búa, giá trị từ 22 đến 40 búa là phỏ biến cho thấy chủ yếu là ở trạng thái cứng đến rất cứng

Chỉ số thắm (k) thấp khoảng 10 °cho thấy lớp D không thấm nước

- Lớp E: Sét cát từ chặt đến rất chặt, á cát và cát hỗn hợp với á cát (Pleistcene

trung và thượng / Thủy Đông F Tầng dưới (amÓ,, ,„dg )),

Đỉnh lớp E có độ sâu từ 42 dén 56.8m dưới mặt đất Bề đày thay đôi từ 3.5 đến

Đánh giá khả năng chịu tải của đất nền:

Lớp A và B với giá trị SPT trung bình thay đổi từ 0.96 đến 9.4 búa không đủ chắc

để cho phép xây dựng móng nông cho các nhà ga và đường khu gian Vì vậy móng sâu

cầu xây dựng là chủ yếu Cọc khoan nhồi đường kính khoảng I.2m cạn và đóng sâu xuống lớp đất D và E

- Lớp C có trị số trung bình é„ trung bình 16.6 búa/ft, trị số đồng nhất (Ic) là 57 Ca hai trị số này không thỏa mãn yêu cầu vì vậy lớp C không thể phù hợp với loại sâu Sự thể hiện cát chảy trong lớp đất này là rất có thể

- Lớp D có trị số N,,trung binh 31.1 buia/ft, tri số đồng nhất (Ic) trung bình là 0.95

ố cụ, (lấy trung bình) là 0.3 MN/” Mặc dù trị số đồng nhất nằm ở ngưỡng

dat, đi giá trị W„; cao và e„„ lớp đất này có thể xem là đủ khả năng chịu tải

l nhiên do bề dày dưới 7m ở một vài lỗ khoan cho thấy lớp này không thể sử dụng là

'chịu tải một mình cho móng sâu trên toàn bộ khu vực được xem xét

X„ cao, đây là lớp chịu tải tốt Đáy lớp E còn chưa gặp tới trong các lỗ khoan thăm dò,

tuy nhiên theo chiều sâu đạt được trong các lỗ khoan thì lớp E có khả năng đạt đến độ sâu 7m

1.2 HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG CÔNG CỘNG TP HO CHi MINH 1.2.1 Hiện trạng giao thông công cộng

1.2.1.1 Hiện trạng về cơ sé ha ting 'Vào đầu thế kỷ 20, quy hoạch tổng thể thành phó Hồ Chí Minh do Pháp xây dựng

với quy mô 500.000 dân Trải qua các quá trình lịch“&ử dân số trong thành phố tăng

nhanh, dân số tính tới thời điểm hiện tại là hơn 10 triệu dân với diện tích đất là 2.095kmẺ

Mặc dù đã được đầu tư nâng cấp liên tục nhưng hệ thống giao thông trong thành phố vẫn

còn rất yêu kém, không đáp ứng được nhu cầu đi lại của nhân dân, điều đó được minh

chứng cụ thể qua số lượng những vụ ùn tắc hàng ngày vào giờ cao điểm

Hình 1.1: Ùn tắc giao thông giờ cao điểm trong Tp Hồ Chí Minh Thành phô Hồ Chí Minh là đầu mối giao thông quan trọng của cả miễn Nam bao

n đường sắt, đường bộ, đường thủy và đường không Tuy nhiên hiện nay hệ thống

bộ vẫn là chủ đạo trong giao thông vận tải đô thị

1.2.1.2 Hiện trạng các phương tiện tham gia giao thông của TP

Với vị trí là trung tâm kinh tế văn hóa xã hội lớn nhất của cả nước nói chung và 'khu vực phía Nam nói riêng Hàng ngày có rất nhiều các phương tiện giao thông lưu

các tỉnh thành khác

Tính tổng cộng, TP.HCM đã có khoảng trên 6 triệu xe cơ giới lưu thông trên

đường hàng ngày, riêng ô tô chiếm 9% Không dừng lại ở đó, theo thống kê cứ bình quân

1 phút TP HCM lại có thêm 1 xe máy và,L5 phút có thêm 1 xe ô tô đăng ký mới đưa vào

sử dụng Với tốc độ tăng phương tiện như hiện nay, chỉ cần lấy 1 xe gắn máy lưu thông

chiếm 5m” diện tích mặt đường, mỗi xe ôtô cần 20m” thì sau một đêm, thành phố cẩn đến

8.000m” mặt đường cho phương tiện mới đăng ký lưu thông

Như vậy, mỗi năm để giải quyết cho nhu cầu lưu thông của số phương tiện đăng ký mới, thành phó phải cần thêm gần 3 triệu mét vuông mặt“đường, trong khi những năm vừa qua điện tích mặt đường tăng thêm không đáng kẻ

Đối với quy mô hiện nay và triển vọng phát triển của thành phố Hồ Chí Minh, chỉ

thống metro mới đủ khả năng khôi phục lại hệ thống giao thông công cộng Thay vì

tỷ lệ 6.2% như hiện nay, trong tương lai hệ thống giao thông công cộng có thể đảm tới 60 nhu cầu giao thông trước năm 2020 (theo Sở Giao thông vận tải thành phố 'Minh)

Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi tại thành phố có hơn 13.42% diện tích dành cho

thông và chỉ 14% đường phố đủ bề rộng để đáp ứng cho sự lưu thông của xe buýt

L những ưu diểm của hệ thống metro như năng lực vận tải cao, lưu thông liên tục,

mất đi phần quan trọng những di sản bảo tồn văn hóa và những khu nhà đa dụng Giải

pháp này cũng làm giảm tối thiểu sự thiếu hụt mặt đường phó, là điều rất cần thiết cho phương tiện lưu thông cá nhân cũng như xe buýt công cộng

1.3 Nhận xét

Hiện nay thành phố đã chịu sức ép quá tải do cơn lốc đô thị hóa gây ra và hiện là

một trong những thành phố có mức độ kẹt xe, ùn tắc giao thông vào bậc nhất trong khu

vực Điều này đã gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, sức khỏe con người và môi trường của

thành phố

Nhằm giải quyết các vấn đề trên và tăng khả năng vận tải hành khách công cộng,

theo quy hoạch phát triển giao thông vận tải của thành phố Hồ Chí Minh trong tương lai _thành phó sẽ có 6 tuyến metro, 3 tuyến xe điện mặt đất, 2 tuyến đường sắt nhẹ trên cao

- Và hiện tại 2 trong số 6 tuyến metro đã bắt đầu khởi công xây dựng

Tuy nhiên, việc phát triển một mạng lưới các tuyến metro trong trung tâm thành

ố, nơi mà đã quá chật trội cho việc bố trí thêm các tuyến đường, là một vấn đề rất khó

a thành phố

Bên cạnh đó, đối với Việt Nam lần đầu tiên xây dựng metro, chưa có kinh nghiệm

ð tính chất phức tạp về kỹ thuật, công nghệ xây dựng, công nghệ quản lý khai thác

tư lớn nên cần phải nghiên cứu kỹ các yếu tố ảnh hưởng, môi trường đất đối của đường hầm metro và lựa chọn kết cấu phù hợp với lện của nước ta nói chung và trong điều kiện đất yếu ở thành phó Hồ Chí Minh nói

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CUA HAM TRONG DAT YEU

2.1 Khái niệm về đất yếu Đắt yếu nói chung là loại đất sét có độ âm tự nhiên lớn, ở trạng thái dẻo mềm đến

trạng thái đẻo nhão đến nhão như bùn sét, đắt loại sét, đất bột bão hòa nước, sức chịu tải

thấp, tính nén cao

Loại đất yếu chủ yếu phổ biến ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh là bùn sét Bùn

sét và đất bùn là trằm tích trong môi trường nước lặng (tĩnh) hoặc trong hoàn cảnh nước chây chậm chạp, qua tác dụng sinh hóa hình thành các dạng sét Loại đất dạng sét này chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định nên có màu xám đen, xanh đặc trưng Bùn sét có

độ âm thiên nhiên thay đổi lớn hơn giới hạn chảy (W > 1#, ), hệ số rỗng tự nhiên e > 1.5

Khi ham lượng hữu cơ lớn hơn 10% gọi là đất hữu cơ

2.2 Tải trọng tác dụng lên hằm Tải trọng tác dụng lên đường hằm được chia làm hai loại: tải trọng thường xuyên Đao gồm trọng lượng bản thân công trình ngằm, trọng lượng các lớp áo đường và các hạng mục kỹ thuật khác, áp lực đất và nước cũng như trọng lượng nhà cửa kiến trúc bên

ên và các công trình lân cận hố đảo gây nên, lượng ứng suất trước của cốt thép Tài 'trọng tạm thời xuất hiện do các phương tiện giao thông chuyển động trên đường ngầm

đo ô tô gây nên Tải trọng tạm thời còn có một số loại chỉ xuất hiện trong giai đoạn công công trình, đặc tính tạm thời còn do tác dụng của các yếu tố sau gây nên: sự biến

nhiệt độ: hiện tượng trương nở của đất và các tác dụng đặc biệt (động đất, va

) hoặc đo các sự có gây nên

“Tắt cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên công trình đồng thời hoặc vào các thời

êm khác nhau, do các tổ hợp tải trọng khác nhau, có thể gây nên các trạng thái ứng suất

au trong kết cấu Để tính toán kết cấu công trình ngầm cân tìm ra tổ hợp tải trọng

lợi nhất (cơ bản và đặc biệt) khi chúng tác dụng lên kết cấu xuất hiện nội lực lớn nhất

Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng thường xuyên và các tải trọng tạm

thời do các phương tiện giao thông gây nên kể cả tải trọng khai thác và xây dựng tạm thời

Tổ hợp đặc biệt bao gồm các tải trọng thường xuyên và tạm thời của tổ hợp cơ bản

cộng thêm các tác động đặc biệt Đưa các tải trọng này hay tải trọng khác vào tổ hợp cơ

'bản hoặc tổ hợp đặc biệt mang tính chất quy ước và phụ thuộc vào tình hình cụ thể Trong

nhiều trường hợp tính toán được tiến hành theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra cho tổ

~ Phân loại theo số lượng đường: hằm khu gian được phân ra làm hằm tuyến đơn,

uyến đôi và nhiều tuyến Hằm tuyến đơn chỉ để cho tàu chạy theo một hướng, hằm tuyến xây dựng để tàu chạy theo cả hai hướng còn hằm nhiều tuyến thì có từ ba đến sáu

Số lượng đường trong những hẳm khu gian phụ thuộc vào mật độ hành khách của

vào độ sâu đặt hẳm vào loại đường ke của ga và phương pháp xây dựng hằm Khi

ham thi cng bing phương pháp đào kín thì đa số hầm nối ga là tuyến đơn Tuy nhiên

có một số hẳm tuyến đôi xây dựng bằng phương pháp kín ở các độ sâu khác nhau

biến trên thế giới hiện nay các hằm tuyến đôi áp dụng chủ yếu cho hằm đặt nông, thi

ng bằng phương pháp lô thiên

~ Phân loại theo hình dạng cấu tạo: Hằm khu gian được chia ra làm hẳm một nhịp, Lhai nhịp và hẳm nhiều nhịp; hằm một vòm và hằm hai vòm Ba nhóm đầu là phân

mM đối với hầm có trần phẳng, hai nhóm sau là cho hẳm có vỏ dạng vòm

.~ Phân loại theo vật liệu: Trước đây vo ham cé thể được xây dựng bằng gạch đá, Hiện nay thì vật liệu chủ yếu là bằng bêtông và bêtông: cốt thép hoặc hỗn hợp loại vật liệu này Vật liệu để xây dựng kết cấu cần có độ bền cao, có tính chống,

thấm, chống phong hóa tốt và phải ổn định với những tác động xâm thực hóa học và điện

hóa

2.3.2 Kết cấu vỏ hằm

Hiện nay trên thế giới, kết cấu vỏ hằm có nhiều dạng khác nhau Việc chọn loại vỏ ham phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện sử dụng vật liệu địa phương, phương pháp

thi công, phương tiện cơ giới, điều kiện địa chất thủy văn, kinh tế, kinh nghiệm

Hình dạng và kích thước của tiết diện ngang hằm được xác định bởi công dụng của

nó Không gian bên trong của hẳm giao thông phải đủ để phương tiện giao thông va người

qua lại, đủ bó trí các trang thiết bị cẩn thiết Vì thể tiết diện ngang hằm phải thỏa mãn khổ

ham qui định đối với từng loại giao thông

Khé ham là một đường biên không cho phép bất cứ bộ phận nào của công trình vĩnh cửu xâm phạm vào bên trong nó kể cả những sai lệch do đào hẳm và xây vỏ

Đối với hằm đường sắt khoảng cách giữa hai mép trong của ray là 1435mm, chiều

‘cao ciia khé ham là 6550mm

Đối với khổ hẳm tuyến đôi, khoảng cách giữa hai tim các tuyến là 4000mm, chiều

tao của khô hằm là 6550mm

'Khi hầm nằm trên đường cong phải bố trí siêu cao, tính toán độ siêu cao phụ thuộc

tốc độ chạy tàu, bán kinh cong; từ đó xác định thêm độ mở rộng khổ hẳm

> Két cdiu vo hẳm dạng khung

Két cdu vd him có dạng khung một nhịp hay nhiều nhịp, lắp ghép hoặc hoặc toàn

hôi bằng bêtông cót thép chủ yếu sử dụng ở những đoạn thi công lộ thiên

> Két cdu vé hdm dang vòm, dạng tròn

Kết cấu vỏ hẳm thường có hình dạng và cầu trúc khác nhau tùy thuộc vào trạng thái

tẳng bao quanh, điều kiện thi công

Kết cdu vo him thi công bằng phương pháp mỏ, trong điều kiện địa chất tốt, đá

2.3.3 Phân tích chọn kết cấu hợp lý cho tuyến metro Tùy theo đặc điểm sử dụng của từng loại kết cấu hằm đã nêu, và theo điều kiện địa

chất, thủy văn, đặc biệt theo phương pháp thi công trên tuyến ta chọn ra dạng kết cấu hợp

lý cho đoạn tuyến metro như sau:

~ Trong trường hợp thi công bằng phương pháp đào lắp, chiều sâu đặt đáy hằm khoảng 12 đến 15m, chọn dạng kết cầu hằm bằng bêtông cốt thép lắp ghép dạng khung là

hợp lý nhất

- Trường hợp thi công bằng phương pháp đào kín với thiết bị đào hằm EPB (Earth

Preesure Balance), chon két cdu him bằng bêtông cốt thép lắp ghép dang tròn

2.4 Nhận xét -

Xây dựng hằm trong đất yếu bão hòa nước là một bài toán phức tạp, đặc biệt khi

_công trình đi qua các thành phố đã xây dựng dày đặc các công trình khác bên trên cũng

“như hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác Trong điều kiện trên xây dựng ham thường làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận, điều kiện sinh hoạt và giao thông đô

Vì vậy phải lựa chọn kết cấu hợp lý và phương pháp thi công phù hợp với từng điều

cụ thể

CHUONG 3 CONG NGHE THI CONG HAM TRONG DAT YEU

Xây dựng công trình đường hằm gây ra sự thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng

tự nhiên của khói đất, vì đó dẫn đến xuất hiện trường biến dạng tắt dần trong khối dat

xung quanh hằm, quá trình đó diễn ra liê tục không dứt và khi tồn tại đắt yêu (tương đối)

ở các lớp phía trên vòm hằm, biến dạng đó đạt đến bề mặt đất và tạo thành vùng biến

dang

Nếu lựa chọn phương pháp thi công không phù hợp hay không tuân thủ các tiêu

chuẩn, quy trình thi công có thể đẫn đến bién dang vượt quá giới hạn cho phép và mắt ôn

_định của công trình, thậm chí dẫn đến phá hoại 7

Phuong pháp thi công công trình đường hằm được lựa chọn căn cứ vào điều kiện _địa chất va thủy văn; kết hợp với kích thước mặt cắt đường hằm; chiều dài, kiểu vỏ, công

năng sử dụng và trình độ kỹ thuật thi công cùng một số nhân tố khác

Trong chương này tập trung nghiên cứu phương pháp thi công nhà ga bằng phương

tường trong đất có neo và thi công hằm bằng phương pháp khoan đào TBM (Tunnel

Boring Machine)

3.1 Thi công nhà ga bằng phương pháp tường trong đất có neo 3.1.1 Công nghệ xây dựng tường trong đắt

Trong nghiên cứu này trình bày công nghệ thi công tường toàn khối

Việc xây dựng tường bằng bê tông và bê tông toàn khói, về nguyên tắc, có thẻ thực

gn theo hai sơ đồ công nghệ: tường hào trong đất và tường cừ các cọc cát Khi ở gần các móng nhà đã tồn tại, trong đắt không đủ bền, cũng như trong những img hợp tiền độ đỗ bê tông chậm sau tiến độ đào đắt ở trong hào, thì công tác xây hào

bê tông được tiền hành theo từng đoạn ngắn riêng rẽ (một đốt hào), đào đất và đổ bê một đốt một Trong đắt ít âm én định người ta đào các đốt hào ngắn không cần

Ét Trong các đất bão hỏa, không ôn định các đốt hào được đảo trong vữa sét

'Việc xây dựng tường hao trong dat bing bê tông và bê tông cốt thép toàn khối là

một quá trình công nghệ phức tạp, lập từ các quá trình đơn giản liên hệ với nhau:

- Sau khi kết thúc đào hào và lắp đầy hào bằng vữa sét người ta chia thành từng đốt

đỗ bê tông,

- Trong đót đỗ bê tông người ta thay vữa sét đã bẳn thành vữa sạch

- Đặt cốt thép của kết cầu *

- Đỗ vào hào hỗn hợp bê tông, đẩy vữa sét ra khỏi hào

Một bước đỗ bê tông cần có chiều dài (3-6)m Chúng được chia ra bởi kết cầu chắn _ đầu đặt vào trong hảo, Kết cấu chắn đầu thường là ống thép có hàn thêm sắt góc

Đường kính của ống cần nhỏ hơn bề rộng hào (30-50)mm Kết cấu chắn đầu của

một đốt có thể được thiết lập từ cọc hàn hay cọc bê tông cốt thép đơn độc Các kết cấu

ấn đầu dùng làm ván khuôn đầu của đoạn đỏ bê tông và tạo dạng của mối nối và được

‘nit di sau 3-5 giờ sau khi đồ bê tông Về hình dạng của chắn đầu ở đầu hồi của phân đã đỏ

bê tông tạo thành rãnh đảm bảo nối chặt với đốt bên cạnh Theo chiều sau hảo (15-30)m

ời ta đặt các kết cấu chắn đầu không rút đi, được hàn một phía vào cốt thép

Sau khi chia đốt đỗ bê tông, đáy hảo được làm sạch bằng cách hạ máy bơm hoặc

lầu ông hút xuống để hút các mạt khoan hoặc các cục đất còn lại sau khi đảo hào Thay

la sét bắn bằng vữa sạch

Khung cốt thép và khối cốt thép cần đủ cứng, để không thay đổi hình dạng kết cấu

p nhận tái trong lip rap Dé ha ống bê tông trong khung cốt thép phải có tính đến các

ống thẳng đứng, Để giảm màng thép trên các thanh của khung cốt thép, với mục

thiện lực dinh của cốt thép với bê tông trước khi hạ khung cốt thép phải làm ướt thép bằng nước

.Cốt thép không được tựa lên đáy hào, vì thế khung cốt thép tựa và giữ qua các dẳm ang phếu định vị của hào

.L.2 Công nghệ xây dựng neo đắt

ông nghệ xây dựng neo bao gồm các quá trình sau: tạo lỗ khoan, đặt neo, xi mang

ng ngàm, căng neo và gia cố neo

Để gia cố các kết cầu chắn đỡ của công trình ngâm bằng các neo khoan sâu đòi hỏi

phải thực hiện các quá trình sau đây:

- Khoan lỗ có sử dụng ống vách (đối với đất không ổn định)

- Đặt neo vào lỗ khoan

~ Xi măng hóa lỗ khoan hoặc khoan mở rộng

- Căng neo vào kết cấu chắn đỡ „

Việc chọn đúng phương pháp khoan và thiết bị khoan là xác định được kết quả của

việc xây dựng neo khoan sâu

3.2 Thi công hằm bằng phương pháp khién dao TBM 3.2.1 Cấu tạo máy khoan dao TBM = Hiện nay có nhiều hãng lớn của các quốc gia khác nhau quan tâm và phát triển loại

thiết bị nay nhu Herrenknecht, Wirth (Ditc); Hitachi, Mitsubishi Heavy Industries (Nhật ); Lovat (Canada); Robbins (USA); Palmieri (Italia), M@i hãng chế tạo ra những thế

hệ máy khác nhau với những đặc điểm khác nhau nhưng nhìn chung thì một tổ hợp máy khoan đào TBM luôn có những bộ phận sau:

- Đầu cất: là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào, tốc độ quay của

lau cit thường khoảng 6-10 vòng/phút tùy loại máy Khi đĩa tròn quay, các hộp dao sẽ

lên hành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đỗ vào máng trượt sau máy và

Ta ngoài bằng thiết bị vận chuyển

~ Thiết bị vận chuyển: thông thường là hệ băng tải kết hợp xe goòng Đắt đá vụn từ

ng trượt đồ vào băng tái rồi chuyển lên các xe goòng đề đưa ra khỏi đường hảm

~ Khung máy: là kết cấu thép chịu lực, các thiết bị đều được lắp đặt trên khung

~Thiết bị di chuyển máy: Là hệ thống các xỉ lanh thuỷ lực cỡ lớn Khi máy di các chân đỡ máy co vào, xi lanh thủy lực tỳ vào thành vỏ hằm phía sau đẩy toàn

ly tiền về phía trước

Nguồn động lực: bao gồm nhiều động cơ điện có công suất lớn cung cấp năng

0 các cơ cầu khác nhau của máy

- Thiết bị nâng: ở phía sau khung máy Sau khi máy tiến lên phía trước, thiết bị nay

sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó

~ Thiết bị điều khiển: đặt trong buồng lái ở trung tâm của máy sẽ điều khiển tất cả

các chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đảo Các camera sẽ cung cấp đầy đủ cho

người lái tình hình hoạt động của máy

~ Thiết bị phụ: Cung cấp nước, khí flén, chiều sáng cho tổ hợp máy TBM

Khi thi công qua vùng có địa chất yếu thì việc đất mắt ôn định gây sạt lở hay nước ngầm chảy vào trong khiên sau đó tràn vào phần hằm đã thi công là hoàn toàn có thê xảy

ra Để tránh hiện tượng này thì người ta đã xây dựng những tô hợp khién dio ham mang

tính đặc thù trong điều kiện nền đắt yếu Trong đó phải kể đến 2 loại sau:

Tổ hợp khiên đào hằm với khoang cân bằng áp lõi "bằng đất: được bố tri một vách ngăn kín sau mâm dao, vách ngăn này cùng với vỏ khiên và mâm dao tạo thành một khoang kin Dat được đào từ mâm dao sẽ rơi vào khoang kín tạo ra sự cân bằng áp lực

- giữa đất đã đào và đất chưa đào làm cho gương đào én định không sạt lở và nước bị vách

nên không thể chảy vào tunnel Đất trong khoang kín sẽ được đưa ra ngoài đô vào

phương tiện vận tải bằng vít tải

'Hình 3.1: Cấu tạo máy khoan đào TBM với khoang cân bằng áp lực đất

chú: 1 - mâm dao; 2 - khoang chứa motor thuỷ lực đồng thời là khoang kín áp suất

bằng áp lực chống sạt gương đào; 3 - vách ngăn kín không để không khi thắm

¿4 - Xi lanh thuỷ lực đẩy khiên; 5 - Vít tải; 6 - Máy lắp ráp vỏ tunnel; 7 - Vo tunnel

ah v6 bằng thép hoặc bê tông cốt thép)

Tổ hợp khiên đảo hẳm với khoang cân bằng áp lực bằng dung dịch bentonite ở áp

suất cao: được bố trí một vách ngăn kín sau mâm dao, vách ngăn này cùng với vỏ khiên

và mâm đao tạo thành một khoang kín Dung dịch bentonite có áp suất bình thường được

bơm vào khoang này qua một đường ống dẫn, một đường ống khác, dẫn không khí có áp

suất cao được đẩy vào khoang cùng với dung dịch bentonite tạo cho khoang kín một áp

suất cao đủ lớn cân bằng với áp lực nước ngắm

Hình 3.2: Cấu tạo máy khoan đảo TBM với khoang cân bằng dung dich bentonite cao ap

Ghỉ chú: 1- mâm dao; 2 - khoang nhỏ bên trái; 3 - vách ngăn kín; 4 - ông dẫn cung cấp

dung dich bentonite; 5 - khoang nho bên phải tiếp nhận không khí cao áp để cân bằng áp lye, 6 - vách ngăn chìm; 7 - vỏ tunnel vĩnh cửu sau lắp ráp; 8 - máy lắp ráp vỏ tunnel

3.2.2 Đặc điểm của tổ hợp máy khoan đào

fh 3.3: Máy khoan đào TBM cỡ nhỏ Hình 3.4: May khoan dao TBM cỡ lớn

Ưu điểm của loại máy này là:

~ Thi công rất an toàn do có sự che chắn của khiên trong quá trình đào,

- Tốc độ thi công nhanh, quá trình thỉ công được cơ giới hóa tự động cao như đào

đất, đưa đất ra, lắp ráp vỏ hẳm

- Khi thi công không ảnh hưởng đến giao thông và các công trình bên trên mặt đắt,

đi xuyên qua đáy sông không ảnh hưởng đến giao thông thủy

~ Trong quá trình thi công không bị ảnh hưởng bởi khí hậu, thời tiết

- Không gây tiếng ồn trong quá trìñh thi công, không cản trở môi trường xung

~ Giảm thời gian xây dựng giếng đến 50% so với phương pháp thông thường

~ Nâng cao an toàn trong thỉ công do các công việc được thực hiện trong môi

ờng có áp suất thông thường

Nhược điểm:

Ngoài những ưu điểm trên thì loại máy này còn tổn tại một số nhược điểm sau:

~ Phương pháp khiên thích hợp cho các đường hằm dài, thông thường đường hằm nhơn 750m thì sử dụng khiên không kinh tế do khiên có giá rất đắt

- Yêu cầu trình độ thi công cao, cẩn phải có đội ngũ kỹ thuật lành nghề để có thể

anhanh sơ dé thi công một cách hiệu quả và an toàn

~ Yêu cầu về phối hợp kỹ thuật thi công chế tạo thiết bị, cung ứng thiết bị khí nén, tạo sẵn các tắm vỏ hằm, kết cầu chỗng thắm, phòng nước của vỏ hằm, trắc đạc thi

ng, bé tri céng dia, chuyển dịch khiên và sự điều hòa của hệ thống công trình phức

Một số yêu cầu về thì công hầm giao thông theo phương pháp TBM:

~ Đánh giá các điều kiện đất nên, nước ngằm trong khu vực xây dựng hẳm

~ Tỉnh toán kết cầu bê tông cốt thép vỏ hằm lắp ghép đảm bảo đủ khả năng chịu lực

- Phải có giải pháp ngăn và thoát nước ngắm, đảm bảo khô ráo trong quá trình thi

` š H |Yận chuyên Dao ham

Céng tac | | Thi céng hàn mi ~- Kiém tra Chk ghin fay lrận chuyến| n

chuẩn bị ging dimg| ráp khiên a it

Phụt vữa Thi công Thị công, Hoà

sau vỏ lớp cách |—>|vẻ hìmlần oT

Lắp ráp

tien ướp 2 nêu có thiện

Hình 3.5: Sơ đồ quá trình thi công hằm bằng khiên đào - TBM

- Giải tỏa mặt bằng và các công trình ngắm trong phạm vi thi công

~ Thi công đào hở tại một ga

~ Sau khi thi công nhà ga theo phương pháp đào hở, tiến hành lắp đặt các thiết bị

áy chế tạo dung dịch vữa sét, lắp đặt cần cầu đẻ chuyển đất đá ra ngoài

- Phá bỏ tường ngăn bên để mở cửa đường him May dao được lắp đặt vả theo

;hằm đã được xác định, tiền vào lòng đất để đào hằm

~ Tiến hành khoan nhánh thứ nhát đến ga thứ hai

~ Từ ga thứ hai (đã thi công xong) máy khoan tiếp tục khoan nhánh thứ nhất đến ga

w hoặc chuyển sang nhánh thứ hai để trở về ga ban đầu

~§au khi đào từng đoạn ngắn, vỏ hẳm được thi công ngay Vỏ hằm là các tắm bê

tốt thép lắp ghép, máy khoan đi đến đâu, vỏ ham được lắp ghép đến đó để tránh sụt

và trần hằm Để tránh nước thấm qua vỏ hằm, phải phun bê tông qua các lớp

1 với áp lực cao để nhét đầy khe giữa đất và vỏ hằm

- Trình tự khoan sao cho máy khoan di chuyển liên tục Căn cứ vào tỉnh hình thực

tế để định ra trình tự thích hợp Việc thi công đường hẳm sẽ căn cứ vào thiết bị, khả năng

hà ga nào có thê sẵn sàng đi vào thi công trước để định ra trình tự thi công hợp ly

hận xét

Phuong pháp “tường trong đất” là một trong những phương pháp tiễn bộ nhất để dựng các công trình ngằm và công trình đảo sâu Việc áp dụng nó trong thực tế xây

„ trong nhiều trường hợp cho phép loại trừ những công tác xây dựng đắt tiền như

ig coc cừ, hạ mực nước ngầm, đóng băng đất

Trong tương lai, phương pháp này sẽ được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là trong điều

n chật hẹp của những thành phó đã xây dựng, khi phát triển hệ thống công trình ngâm

Khoan hằm toản tiết diện sử dụng thiết bị TBM mang lại hiệu quả cao, đáp ứng

ợc các yêu cầu về môi trường và đảm bảo an toàn cho công nhân Đối với đường hằm

ó chiều dài lớn hơn 1.5km thì sử dụng thiết bi TBM sẽ tiết kiệm hơn các phương pháp

nổ thông thường cả về thời gian lẫn chỉ phí

Đặc biệt TBM không làm phá vỡ cấu trúc lớp đất xung quanh nên có thể sử dụng,

đất này kết hợp với vỏ hằm để tăng khả năng chịu lực

Với những ưu điểm như đã phân tích ở trên thì máy khoan đào TBM hoàn toàn phù

cho việc thi công đào các tuyến hằm trong xây dựng các tuyến metro của thành phố

4.1 Giới thiệu công trình

4.1.1 Đặc điễm địa chất công trình - ” Đặc điểm địa chất công trình đoạn hẳm của tuyến đường sắt đô thị Bến Thành -

“Tiên được phân bố từ trên xuống dưới như sau:

Lớp 1: Bùn sét kẹp cát (CL), màu xám đen, đôi chỗ lẫn hữu cơ Cao độ đáy lớp

"thay đổi từ -1.8Om đến -16.70m Bề dày lớp biển thiên từ 2.3m đến 17.7m

Lớp 2: Sét cát (CL), xám vàng, xám nhạt, đôi chỗ kẹp cát, trạng thái dẻo mềm

độ đáy lớp là -7.10m Bề dày lớp là 7.6m

Lớp 3: Cát sét/Cát lẫn bột (SC/SM), hạt trung, hạt nhỏ, lẫn ít sôi sạn, màu xám

đỏ nâu, xám vàng, kết cấu chặt vừa, đầu tầng kết cấu rời rạc Cao độ đáy lớp thay đối từ -32.70m đến -40.30m Bề dày lớp biến thiên từ 16.0m đến 38.2m

Lớp 4: Sét kẹp cát/Sét cát, (CH/CL), xám xanh, xám vàng, xám nâu, trạng thái

ira cứng - cứng Bê dày lớp đã khoan được biến thiên tir 8.7m đến 1 5.5m

Lớp 5a: Cát sét (SC), xám vàng, kết cấu chặt vừa Chỉ tiêu cơ lý của lớp 5a như

Hình 4.1: Tuyến metro Bến Thành - Suối Tiên

Nghiên cứu tính toán ổn định và biến dạng nhà ga Bến Thành 4.2.1 Thông số kỹ thuật

Hình 4.2: Ga Bến Thành

thấm theo phương ngang K, 1728e-2 | 4.32e-3 1728e-2 | 1296e-2

thắm theo phương đứng K, 17282 | 432e-3 | 30242 | 1728e-2 | 1296e-2

4.2.2 Tính toán 4.2.2.1 Thông số kĩ thuật của tường cọc Barret

Chọn tường cọc Barret có bề dày phù hợp và mô hình hóa chủng bằng phần tử trong Plaxis gồm EA (độ cứng), EI (momen chống uốn) Từ EA, EI phần mềm

is sẽ tính ra chiều dày tương đương của vật liệu:

Công trình được mô hình trong Plaxis bằng các phản tử 15 nút với ứng suất phẳng

tính các lớp đất được thể hiện trong bảng 4.6 Mực nước ngầm nằm cách mặt đắt Chọn bề rộng mô hình là 160m, cao 50m

Hồ đào có chiều rộng là 25m, chiều sâu đảo là 18m

2

Hồ đào được chồng đỡ bằng tường trong đắt có chiều dài là 32m

Hàng neo bên trên ở cao độ 2.7m cách mặt đất và hàng neo thứ 2 cách hàng neo

nhất 10m Khoảng cách theo phương ngang giữa các neo là 1.5m Lực neo trong các

trên và dưới lần lượt là 800kN/m và 1000 kN/m Đặc trưng của tường trong đất được

hiện ở bảng 4.7

Bảng 4.2: Các đặc trưng của tường trong đắt

'Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

Ứng xử của vật liệu =, Elastic

kN/m 7.800c+07 kN/m

Độ cứng dọc trục EA

Độ cứng khi uôn EL kNm‘/m 4.200e+06kNm‘/m

“Trọng lượng thay thê đất Ww kN/m/m 10.000

Hé 86 Poisson v : 0.120

Tổng chiều dài của neo là 20m, có góc nghiêng 30” so với phương ngang Chiều

¡ không liên kết là 15m, chiều dài liên kết là 5m Phần tử node to node được dùng dé

hình đoạn chiều đài không liên kết của neo trong đất Phần tử geoerid dùng để mô

chiều đài đoạn liên kết của neo Các đặc trưng của phẩn tử node to node và phẩn tử

d thể hiện ở bảng 4.8 và bảng 4.9 Lực neo sẽ được truyền vào neo trong quá trình tích, tính toán mà không được gán trước vào mô hình

Bảng 4.3: Các đặc trưng của chiều dài đoạn neo không liên kết (13-15m):

Kí hiệu | Đơn vị Giá t

Khe cách theo phuong ny

neo của hàng neo s6 1

Lực neo của hang neo so 2

EA

Ls

Fl F2

Do bài toán đối xứng nên chỉ mô hình cho một nửa hồ đào Mô hình bài toán được

thể hiện trên hình 4.3 Lưới phẩn tử hữu hạn được phát sinh với độ mịn tốt đẻ kết quả tính toán thêm chính xác Điều kiện ban đầu đòi hỏi phải phát sinh áp lực nước và áp lực đất

bằng hệ số Kọ Mực nước ngầm được khai báo trong mô hình ở chiều sâu cách mặt đất

2m Mô hình của bài toán như hình sau:

~ Giai đoạn I: tường bằng cọc barret được lắp đặt (hình 4.4)

Giai đoạn 2: đào đất đến tầng neo đầu tiên, bơm nước ra ngoài (hình 4.5)

_~Giai đoạn 3: lắp đặt và truyền tải trọng cho hàng neo đâu tiên (hình 4.6)

~Giai đoạn 4: đào đất đến cao độ của hàng neo thứ 2, bơm nước ra ngoài (H 4.7), 'Giai đoạn 5: lắp đặt và truyền lực cho hàng neo thứ 2 (hình 4.8)

-Giai đoạn 6: đào đất đến cao độ thiết kế (hình 4.9)

Xác giai đoạn thi công hồ đào được trình bày như bên dưới: