KHẢO SÁT ĐIẠ KỸ THUẬT PHỤC VỤ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG CÁC ĐÔ THỊ LỚN

Tầm quan trọng của ĐK Địa chất• Điều kiện địa chất/đất nền có tầm quan trọng rất lớn trong mọi quyết định TK-TC hầm • Điều kiện đất nền sẽ quyết định: – Tính khả thi – Hướng tuyến – Thi

Khảo sát Địa kỹ thuật phục vụ Thiết kế và Thi công Công trình ngầm

trong các Đô thị lớn

KHOA CÔNG TRÌNH, BỘ MÔN CTGTTP - www.uct.edu.vn

Tầm quan trọng của ĐK Địa chất

• Điều kiện địa chất/đất nền

có tầm quan trọng rất lớn trong mọi quyết định TK-TC hầm

• Điều kiện đất nền sẽ quyết định:

– Tính khả thi – Hướng tuyến – Thi công & chi phí – Tính khả dụng & bảo trì của công trình hoàn thành

Công nghệ ĐKT & Quy hoạch

 Bất cứ ai khi làm quy hoạch và thiết kế hầm

đều phải xem xét cẩn trọng điều kiện đất nền

 Do đó, phải áp dụng công nghệ địa chất & ĐKT càng sớm càng tốt

 Ngay tại giai đoạn hình thành ý tưởng/thiết kế cơ sở

Những thách thức của

“môi trường ngầm”

Các chức năng lạ & độc đáo/duy nhất của đất

mang/chịu hầu hết tải trọng

– KC vỏ hầm chỉ phải chịu một phần của tổng tải

trọng

• Chúng ta gọi nó là “Hiệu ứng tạo vòm”

Các thách thức tiêu biểu của môi trường

 Độ lớn thay đổi nhiều

 Về thời gian, theo mùa, theo kích cỡ mẫu, tốc độ gia tải

 Các tính chất của vật liệu nền có một dải giá trị quá rộng

Dải giá trị độ thấm

 Là lớn hơn bất cứ thông số kỹ thuật nào khác

 Biến đổi từ 10 -7 đến 10 +3 cm/sec

 Hệ số là 10,000,000,000

 Các đơn vị sử dụng là hệ số của 10

 Để so sánh: Cường độ

 Dải biến đổi nhỏ hơn nhiều

 Từ sét yếu đến bê tông ~ 1,000

 Từ sét mềm đến thép/đá ~ 100,000

Khảo sát ĐKT

So sánh tần suất lấy mẫu

• Kết cấu bê tông

Các thách thức của Môi trường ngầm

• Khảo sát địa chất là khó khăn hơn nhiều

• Sử dụng các kỹ sư địa chất công trình và kỹ sư ĐKT được đào tạo bài bản và có kinh nghiệm

về làm hầm/ngành hầm

Thách thức đặc biệt trong các TP

• Có rất ít vỉa lộ để có thể thực nhìn & sờ thấy đất đá

• Khó tìm được vị trí an toàn để khoan thăm dò

– Vì có hệ thống hạ tầng KT ngầm hay các vật chướng ngại khác – Có thể không khoan được các lỗ đúng trên tuyến hoặc khi cần thiết

• Các lỗ khoan có thể bị bố trí không đều nhau hoặc chệch khỏi tim/hành lang tuyến

• Có thể gặp phải:

– Các vật chướng ngại

– Đất bị ô nhiễm

Cơ sở dữ liệu ĐKT cho các TP

• Tổng kết tất cả các số liệu ĐKT hiện có

– Mọi TP phải tạo lập, duy trì, & cập nhật được một CSDL như vậy

• Chú ý đến chất lượng của các mục dữ liệu; một số mục DL này lại tốt hơn những loại DL khác

• Phải bao gồm:

– Các bản ghi chép ĐKT

• Các lỗ khoan, hố thăm, hố đào tầng hầm

• Móng hiện hữu bao gồm cả các báo cáo đóng cọc – Nước, Dầu, và các Nhật ký giếng địa nhiệt

– Thông tin về nước ngầm

– Thông tin về ô nhiễm

– Thông tin về khảo cổ học

– Các đặc điểm/cấu trúc ngầm nhân tạo

• Các chướng ngại như mạng HTKT, Tường chắn biển cũ, trụ cầu, cọc, ống chống vách khoan giếng, hầm cũ, v.v…

Thông tin về nước ngầm cho các TP

• Lập hồ sơ mọi thông tin về nước ngầm

– Cao độ nước ngầm và các xu hướng áp suất

• Hiện tại (kể cả các điều kiện mạch phun)

• Tương lai (Xét đến sự nóng lên toàn cầu) – Các hướng dòng nước ngầm

• Cho các mục đích môi trường

Chương trình quản lý tài sản

• CSDL về hệ thống HTKT hiện hữu và các công trình ngầm khác

• Lập hồ sơ về Vị trí và Tình trạng

• Rất có ích cho quản lý việc thay thế có thể và chi phí nâng cấp trong khi thực hiện dự án hoặc trong

tương lai

• Là đầu vào có giá trị cho Toàn bộ việc Quy hoạch

Không gian Ngầm cho một Thành phố

Các khảo sát Địa kỹ thuật

Các Phương pháp & Nguyên tắc

KHÔNG CÒN ĐỦ NỮA NẾU CHỈ MÔ TẢ SỰ PHÂN LỚP ĐỊA TẦNG & MỰC NƯỚC NGẦM

PHẢI DỰ BÁO ỨNG XỬ PHẢI THIẾT LẬP MỘT ĐƯỜNG CƠ SỞ

Để sao cho “điều kiện ĐC thay đổi" (nếu gặp phải) có thể được

xử lý một cách êm thấm/công bằng

– Bao gồm cả các tính chất nguyên trạng căn bản

– Bị thay đổi bởi các hiệu ứng/tác động của đất nền ở quy

mô đường hầm

Ứng xử/làm việc của hầm là phức tạp

• Ứng xử của đất nền trong khi đào hầm

– Được xác định bởi NHIỀU yếu tố, bao gồm:

• Địa chất

• Các tính chất kỹ thuật của vật liệu

• Các phương tiện và phương pháp

– Phương pháp đào – Phương pháp chống đỡ đất nền và PP làm vỏ hầm – Phương pháp gia cố đất nền, nếu có

• Phân loại đất nền của bậc thầy Terzaghi

– Cứng, Lở, Nén ép, dẻo mềm, chảy, trương nở (Firm, Ravelling, Squeezing,

Running, Flowing, Swelling)

• Nói chung thì:

– Chủ đầu tư “Sở hữu Đất nền”

– Nhà thầu “Sở hữu các hiệu ứng của Phương tiện & Phương pháp”

– Nhưng những điều này là luôn luôn phụ thuộc lẫn nhau và không bao giờ rõ ràng như vậy

Thực hành trước đây

 Không có tiêu chuẩn được chấp nhận

 Về số lượng lỗ khoan

 Về khoảng cách lỗ khoan

 Về chiều sâu lỗ khoan

 Chi phí khảo sát địa chất

 1/2 đến 3+ % của chi phí xây dựng

 Vài trường hợp lên tới 8++ %

 Cấp đặc biệt so với các chỉ dẫn trên:

 Chất thải hạt nhân

 Chất thải độc hại

Khuyến nghị của USNC/TT về khảo sát

ĐKT

 1984 Nghiên cứu về thông lệ khảo sát ĐC ở Mỹ

 Ủy ban quốc gia về Công nghệ Hầm của Hoa Kỳ (U.S

National Committee on Tunneling Technology - USNC/TT)

 Giá khảo sát = 3.0 % của giá thành công trình

 Chiều dài lỗ khoan = 1.5 mét dài của lỗ khoan trên mét tuyến hầm

 Cho điều kiện hầm đô thị điển hình

Khuyến nghị của USNC/TT về khảo sát

 Không có bên chối bỏ trách nhiệm

 Lập ra một Mức/tình trạng cơ sở/ban đầu

 Việc này đã trở thành Báo cáo ĐKT Ban đầu (Geotechnical Baseline

Report - GBR), còn gọi là Báo cáo Điều kiện ĐKT

 Tạo lập Báo cáo hoàn công

Khuyến nghị về Làm bao nhiêuQuyết định quy mô dự án

 Dự án Lớn hay Phức tạp

 Dự án Nhỏ hay Thông thường

Chỉ dẫn cho Xác định Quy mô công trình

Dự án Hầm lớn hay phức tạp

 Lớn hơn 4 m về đường kính

 Chiều dài lớn hơn 300 m

 Các phương án tuyến khác nhau được xem xét

 Nhiều giai đoạn

 Các thủ tục thi công phi thông thường, phức tạp, hoặc chưa

có tiền lệ/chưa được chứng minh

 ĐK địa chất khó khăn hoặc cực khó

 Rủi ro lớn

 Việc chia sẻ rủi ro là đáng kể

Chỉ dẫn cho mức độ của nỗ lực ĐKT

Mọi dự án hầm

 Nhấn mạnh điều kiện địa chất

 Tiến hành ít nhất hai giai đoạn khảo sát

 Phải cấp tiền đủ cho giai đoạn đầu tiên

 Lựa chọn tuyến một cách tự tin

 Dự trù phương pháp thi công, KC vỏ hầm và chi phí

 Chấp thuận trước một quỹ dự phòng

 Trả lời các câu hỏi kỹ thuật nảy sinh từ chương trình khoan khảo sát ban đầu

 Chỉ dùng tiền dự phòng khi cần thiết

 Các phương án thi công khác nhau

 TBM hoặc các kỹ thuật truyền thống

 Thu thập đủ dữ liệu để giảm thiểu độ không chắc chắn

Chỉ dẫn cho mức độ của nỗ lực địa kỹ thuật

 Để khẳng định quan niệm thiết kế

 Lấy thông tin mà nhà thầu cần để đánh giá

 Năng suất thi công (tốc độ đào tiến)

 Đánh giá các chi phí và để đấu thầu dự án

Chỉ dẫn cho mức độ của nỗ lực ĐKT

Mọi dự án hầm

 Phát triển chương trình đa giai đoạn để đáp ứng các nhu cầu thực tế

 Việc phân kỳ làm tăng chất lượng và giảm chi phí

 Sử dụng các kỹ thuật phi truyền thống nếu chúng làm giảm độ bất định

 Địa vật lý

 Thí nghiệm tại chỗ

 Nén ngang trong lỗ khoan (Pressuremeter)

 TN bơm nước, v.v… nếu cần thiết

 Giếng thăm, lò/hang thăm dò, hầm hoa tiêu

Chỉ dẫn cho mức độ của nỗ lực ĐKT

Mọi dự án hầm

 Với các giai đoạn đầu của thiết kế, lập ngân quỹ, và cấp tài chính

 Chiều dài khoan = khoảng chiều dài tuyến

 Chi phí = 1.5 đến 2.25 % chi phí xây dựng

 Ngân quỹ tổng = 3.0 % xây dựng

 Kể cả dự phòng

 Việc thực hiện quỹ dự phòng phải nhanh chóng và dễ dàng

 Metan, H2S, & Ô nhiễm đất

 Chuyển thải đất đào

RỦI RO & CÁC LỰA CHỌN LÀ RẤT

NHIỀU

Rủi ro nhiều như sao trời Lựa chọn nhiều như số khả

năng ngẫu nhiên khi đổ xúc xắc!

Quản lý Rủi ro ĐKT

 Thực hiện khảo sát ĐKT một cách cụ thể để giảm độ không chắc chắn của các vấn đề có rủi

ro cao

 Xác định các vấn đề bằng cách sử dụng các Kỹ thuật Quản lý Rủi ro

 Các buổi huấn luyện bởi nhà chuyên môn kỹ thuật

Chỉ dẫn của ITA về Quản lý Rủi roTUST ,

2004

Chỉ dẫn về quản lý rủi ro khi xây dựng hầm: Hội XD Hầm

Quốc tế, Tổ công tác số 2

Chỉ dẫn Quốc tế về QL Rủi ro của ITIG

• Yêu cầu Thống kê rủi ro và RMP từ khi hình thành ý tưởng DA cho đến lúc thi công

• Ngành công nghiệp tái bảo hiểm đang đòi hỏi phải phù hợp với Quy tắc này

• Được sửa đổi theo sự góp ý của ITA Sử dụng phiên bản ngày 30/01/2006

Thông lệ thực hành quản lý

rủi ro cho xây dựng hầm

Các phiên huấn luyện về Rủi ro

• Các huấn luyện về Rủi ro khiến cho Đội dự án bắt buộc

phải xem xét đến các vấn đề tiềm tàng

• Không phức tạp

• Quá trình:

1 Xác định & mô tả đặc trưng các mối đe dọa tiềm tàng

2 Đưa ra các chiến lược giảm thiểu rủi ro

3 Xác định tỷ số chi phí/lợi nhuận cho các chiến lược này

4 Quyết định một tiến trình hành động khôn khéo

Nguồn: Reilly

Nguồn: Grasso

C R o

R r

p RMP: Xác định rủi ro RMP: Risk Identification

Ví dụ về Phân loại Xác xuất xảy ra / Tác động

K ch.nhận đc Chú ý sớm Chú ý th.xuyên quan trắc/theo dõi

K đáng kể Khó xảy ra Có thể Nhiều kh.năng Rất có thể

10 8 6 4 2

15 12 9 6 3

20 16 12 8 4

25 20 15 10 5

Metan, H2S & Ô nhiễm đất nền

 Phổ biến trong Hầm & Mỏ hơn là so với suy nghĩ trước đây

 Phải điều tra những nguy cơ này

 Quyết định quan trọng về các biện pháp an toàn và chi phí đảm bảo an toàn

Thải đất đào- Vấn đề lớn

(Thường bị bỏ qua)

• Đất đá thải được tạo ra 24 h/ngày

– Có thể gây rối loạn công cộng tiềm tàng

• Các địa điểm đổ thải đất thường là ở cách xa

– Vấn đề giá thành và gây rối loạn

• Đất đá thải đôi khi bị ô nhiễm

– Chỉ có thể đi tới một số địa điểm bãi thải rất đắt đỏ

• Đất đá thải của máy TBM EPB và Slurry cần phải được xử lý đặc biệt

Các khía cạnh ĐKT trong Thông lệ

ký kết hợp đồng

 Không có việc rũ bỏ trách nhiệm đối với các điều kiện đất nền

 Bao gồm một Điều khoản về Điều kiện Địa chất Thay đổi Công bằng

 Chia sẻ Rủi ro và Chia sẻ một cách Công bằng

 Áp dụng các yêu cầu của ITIG cho Việt Nam

 Chuẩn bị Báo cáo ĐKT Cơ sở (GBR)

 GBR cũng được gọi là Điều kiện Tham chiếu Đất nền

 Kiểm tra chéo với các thiết kế & quy định kỹ thuật

 Khiến cho GBR trở thành một phần của TL Hợp đồng

 Tạo ra Ban Giải quyết Tranh chấp (Disputes Review Board - DRB)

Khảo sát ĐKT: Kết luận

 Điều kiện địa chất khống chế mọi quyết định lớn

 Tạo cho các vấn đề về địa chất vai trò đúng mức của chúng trong khi quy hoạch TK

 Các thách thức và Lợi ích tiềm năng của Môi trường ngầm là rất to lớn

 Các chương trình khảo sát chỉ “nhìn” được một % thể tích rất nhỏ

mà hầm sẽ đào qua (0.0005%)

• Đất nền là Tải trọng và nó cũng cung cấp sự chống đỡ cho

đa phần tải trọng ngoài

Khảo sát ĐKT: Kết luận

 Phải có những nghiên cứu về rủi ro có hệ thống chính thức

 Ngay khi xác định dự án đầu tư

 Sử dụng quản lý rủi ro để hướng dẫn cho các nghiên cứu ĐKT

 Tuân theo các Chỉ dẫn: Áp dụng quy định của ITIG

• Bắt đầu Công tác KS ĐKT ngay trong giai đoạn TK ban đầu & tiếp tục các quan trắc ĐKT

– Trong khi thi công

– Lập hồ sơ hoàn công

– Trong khi vận hành công trình

Khảo sát ĐKT: Kết luận

• Nhiều thách thức tồn tại trong các TP lớn

– Khó tìm được cá vị trí lỗ khoan an toàn

– Ít vết lộ địa chất

– Nhiều chứng ngại vật; các vấn đề về khảo cổ – Đất và nước ngầm ô nhiễm

• Các thông lệ thực hành được khuyến cáo

– Cơ sở dữ liệu Địa kỹ thuật

• Các xu hướng của nước ngầm

– Chương trình quản lý tài sản (công trình hiện hữu)

– Quy hoạch chính thức cho Không gian ngầm

Khảo sát ĐKT: Kết luận

• Xác định các tính chất vật lý của khối đá ở quy mô thực

– Không chỉ là các tính chất tại chỗ cục bộ

• Sự làm việc là phức tạp & Khó xác định nguyên nhân:

– Chủ đầu tư sở hữu đất

– Nhà thầu sở hữu các phương tiện & phương pháp

• Chuẩn bị một Báo cáo Cơ sở về ĐKT (GBR) (còn gọi là Báo cáo Điều kiện Tham chiếu ĐKT)

– Phân biệt giữa cứ liệu/sự kiện thực tế và sự phân tích xử lý

số liệu

Khảo sát ĐKT: Kết luận

• Lập ngân quỹ 3% cho Khảo sát ĐKT

 Đừng tiến hành bất cứ khảo sát nào trừ phi nó đáp ứng cụ thể một nhu cầu thực sự

 Tuy nhiên, thường thì việc làm giảm độ không chắc chắn của thông tin lại chính là một nhu cầu thực sự như vậy

 Khảo sát tốt sẽ giúp giảm GIÁ THẦU:

 từ 10 đến 15 lần chi phí của khảo sát

KẾT LUẬN TỔNG THỂ

ĐK Địa chất & Công nghệ ĐKT đóng

vai trò tối quan trọng đối với Quy

hoạch, Thiết kế & Thi công

Tài liệu tham khảo

• AFTES, 1994, The Choice of geotechnical Parameters and Tests Useful

to the Design, Dimensioning and Construction of Underground Structures, Association Francaise de Travaux en Souterrain, Paris,

France

• Guglielmetti, Vittorio; Grasso, Piergiorgio; Mahtab, Ashraf; & Xu,

Shulin; Editors, 2008, Mechanized Tunnelling in Urban Areas, Taylor

& Francis Group, London, 507 pp.

• Parker, Harvey W 1996, Geotechnical Investigations, Chapter 4 of

Tunnel Engineering Handbook, 2nd Edition, edited by Kuesel & King,

Chapman & Hall, New York

• USNC/TT (1984), Geotechnical Site Investigations for Underground Projects, U.S National Committee on Tunneling Technology, National

Research Council, Washington, D.C.

• Harvey W Parker 2008 Geotechnical Surveys for Designing and

Construction of Underground Works in Big Cities Seminar on Tunnel

Construction in Soft Soil Condition, Hanoi