THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG HẦM METRO HANOI + BẢN VẼ

+ Trong khi đó, điều kiện địa hình địa chất của thành phố Hà Nội cũng khá phứctạp, việc quy hoạch chưa hợp lý tại các vùng đông dân cư đã làm cho việc sử dụng cácphương tiện công cộng tr

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 VAI TRÒ CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ 6

1.2 TÍNH PHÙ HỢP CỦA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG CÔNG CỘNG Ở HÀ NỘI 7

1.2.1 Vai trò của giao thông ngầm 7

1.2.2 Tính phù hợp đối với việc phát triển giao thông tại Hà Nội 8

1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN 9

1.4 QUY MÔ DỰ ÁN TUYẾN 13

1.5 ĐẶC ĐIỂM ĐOÀN TÀU 14

1.6 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TUYẾN 15

1.7 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC GA NGẦM 18

1.8 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN TUYẾN ĐI QUA 19

1.9- ĐIỀU KIỆN MẶT BẰNG KHU VỰC THI CÔNG 21

PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ 22

2.1 ĐOẠN CHUYẾN LỰA CHỌN THI CÔNG 22

2.1.1 Đặc điểm 22

2.1.2 Điều kiện địa chất đoạn tuyến đi qua 22

2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 24

2.2.1 Phương án hầm đơn 24

2.2.2 Phương án hầm đôi chạy song song 25

2.3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ 26

2.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công 26

2.3.1.1 Các phương pháp thi công hệ thống mêtro trong thành phố 26

2.3.1.2 Lựa chọn khiên đào khi thi công hầm trong đất yếu 32

2.3.1.3 Kết luận 37

2.3.2 Tóm tắt công nghệ 38

2.3.2.1 Định nghĩa 38

2.3.2.2 Đặc tính thiết kế : 38

2.3.2.3 Cấu tạo của máy TBM : 39

2.3.2.4 Quá trình tuần hoàn thao tác thi công của máy đào mui trần 40

2.3.2.5 Thi công vỏ hầm : 42

2.4 KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM 43

2.4.1 Kết cấu vỏ hầm 43

2.4.2 Kết cấu phần trên 48

2.4.3 Cấu tạo hệ thống cấp điện - tiếp điện, chiếu sáng 49

2.4.4 Hệ thống thoát nước 53

2.5 THÔNG GIÓ TRONG HẦM 53

2.5.1 Thành phần các khí độc hại trong hầm 53

2.5.2 Thông gió trong đường hầm đặt sâu 54

2.6 ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 55

2.6.1 Phương án hầm đơn 55

2.6.2 Phương án hầm đôi chạy song song 56

PHẦN III:THIẾT KẾ KỸ THUẬT 57

TÍNH TOÁN KẾT CẤU 57

1.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 57

1.2.1 Áp lực địa tầng thẳng đứng 57

1.2.2 Áp lực địa tầng nằm ngang 57

1.2.3 Trọng lượng bản thân vỏ hầm 57

1.2.4 Áp lực thủy tĩnh 58

1.2.5 Phản lực địa tầng 58

1.2.6 Tải trọng do ảnh hưởng của đường hầm song song với nó 58

1.2.7 Tải trọng do các công trình trên mặt đất 58

1.2.8 Tải trọng tạm thời 58

1.2.9 Tải trọng đặc biệt 58

1.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HẦM 59

1.3.1 Kết cấu vỏ hầm 59

1.3.1.1 Vai trò của vỏ hầm: 59

1.3.1.2 Mặt cắt kết cấu 60

1.3.2 Mô hình tính 60

1.3.3 Tính toán nội lực 60

1.3.4 Kiểm toán nội lực tại các tiết diện: 62

1.3.5 Tính toán kiểm tra điều kiện mối nối giữa các mảnh ghép 62

1.3.6 Kiểm tra điều kiện chịu ép mặt tại các mối nối: 63

1.4 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP 64

1.4.1.Tính toán cốt thép chịu mômen: 64

1.4.3 Tính toán cốt thép chịu lực cắt: 65

PHẦN IV: THIẾT KẾ TỔ CHỨCTHI CÔNG 67

CHƯƠNG 1: BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 67

1.1 ĐIỀU KIỆN THI CÔNG VÀ CĂN CỨ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 67

1.1.1 Điều kiện thi công 67

1.1.2.Căn cứ lựa chọn công nghệ 67

1.1.3.Vật liệu xây dựng 70

1.1.4.Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công 71

1.1.5 Chuẩn bị hệ thống đảm bảo hậu cần và thi công bể chứa chất thải 71

1.2 Biện pháp thi công giếng xuất phát 71

1.3 Biện pháp lắp ráp khiên đào 73

1.4 Vận hành khiên đào 77

1.5 Biện pháp vận chuyển chất thải lên mặt đất 80

1.6 Biện pháp đúc các mảnh hầm 80

1.6.1 Bê tông : 81

1.6.2 Cốt thép : 82

1.6.3 Cốp pha : 83

1.6.4 Thi công bê tông chống thấm 83

1.6.5 Chống thấm cho các mảnh hầm lắp ghép 83

1.7 Biện pháp lắp ráp mảnh hầm 85

1.8 Biện pháp lắp đặt đường ray 85

1.9 Các thiết bị phụ trợ thi công 86

1.9.1 Thiết bị ngoài hầm 86

1.9.2 Thiết bị trong hầm 87

1.10.Giải pháp thi công đổ vỏ bê tông chống thấm bên trong hầm 88

1.11 Công tác chuẩn bị mặt bằng 89

1.12 Công tác phụ trong thi công 89

1.12.1 Thông gió trong thi công: 89

1.12.2 Cấp nước trong thi công : 89

1.12 3.Cung cấp điện cho thi công 90

2.1 Thiết kế kết cấu thành giếng 91

2.2 Chọn chiều dài một đốt thi công 91

2.2.1 Giai đoạn khởi đầu của TBM 91

2.2.1 Thi công một đốt thi công 91

2.3 Xác định áp lực đất tác dụng lên gương đào 92

2.4 Xác định lực đẩy của kích di chuyển 93

2.4.1 Đường kính ngoài của khiên D 93

2.4.2 Độ nhanh nhạy của khiên L M /D 94

2.4.3 Chiều dài khiên L 95

2.5 Các công tác phụ trong thi công hầm 97

2.5.1 Công tác thông gió 97

2.5.2 Chiếu sáng 99

2.5.3 Cấp thoát nước thi công 100

2.6 Thi công vỏ chống thấm 100

2.6.1.Công tác cốp pha 100

2.6.2.Công tác cốt thép 101

2.6.3.Công tác đổ bê tông 101

2.7 Tổ chức thi công 104

2.7.1.Các điều kiện để lập kế hoạch 104

2.7.2 Công tác tổ chức kỹ thuật 104

2.8 Lập bảng tiến độ thi công 104

2.9 Các biện pháp an toàn trong quá trình xây dựng 105

2.9.1.Biện pháp kỹ thuật an toàn khi tổ chức mặt bằng xây dựng 105

2.9.2 Biện pháp an toàn 105

CHUYÊN ĐỀ 106

MỞ ĐẦU 107

PHẦN I: CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG HẦM BẰNG MÁY TBM 108

1.1 Tổng quan về các loại máy TBM 108

1.2 Sự cố khi thi công hầm bằng máy TBM 110

1.3 Biến dạng của nền đất yếu khi thi công hầm trong đất yếu 112

1.3.1 Sự hình thành biến dạng 112

1.3.2 Ảnh hưởng của biến dạng mặt đất đến các công trình xây dựng gần kề 117

1.3.3 Kết luận 119

PHẦN II:MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 120

2.1.Mô hình không gian 120

2.2.Mô hình phẳng 122

PHẦN III:GIẢI BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH GƯƠNG ĐÀO BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D TUNNEL 129

3.1 Giới thiệu về phần mềm Plaxis 129

3.2 Giải bài toán ổn định gương đào bằng Plaxis 3D 131

3.2.1 Input 132

3.2.2 Calculation 137

3.2.3 Output 139

3.3 Kết luận 148

KIẾN NGHỊ 148

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 149

LỜI NÓI ĐẦUThủ đô Hà Nội là một trung tâm văn hoá - chính trị của cả nước Sự phát triểncủa thủ đô có ảnh hưởng rất lớn tới sự phát triển của đất nước Hệ thống giao thôngcủa thành phố đang phát triển không ngừng Riêng tốc độ phát triển của các phươngtiện giao thông đường bộ trong các năm 1996 tới nay là khoảng : 8 - 13% đối với xemáy, và 5 - 8% đối với xe ôtô Chủng loại phương tiện cũng ngày càng đa dạng vàphong phú hơn Hệ thống cơ sở vật chất hạ tầng cho giao thông cũng có nhiều thayđổi Nhiều tuyến đường lớn nhỏ tiếp tục được qui hoạch, mở rộng hợp lý, đạt yêu cầu

về tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo phục vụ tốt cho các hoạt động lưu thông Tuynhiên cũng giống như các thành phố trên thế giới Hà Nội cũng gặp rất nhiều khó khăn

về giao thông đô thị:

+ Giao thông tại thành phố đang quá tải, nhất là vào giờ cao điểm luôn xảy raách tắc tại các nút giao thông lớn do nhu cầu đi lại của người dân không ngừngtăng lên

+ Mức độ ô nhiễm môi trường do khí thải xe cộ, ô nhiễm tiếng ồn đã lên mứcbáo động

+ Tại các khu phố đông dân cư, việc mở rộng hay quy hoạch lại đường rất khóthực hiện do liên quan đến các yếu tố lịch sử văn hoá và kiến trúc của thành phố,trong khi đó việc giải phóng mặt bằng còn nhiều bất cập, kéo dài và chi phí lớn

+ Trong khi đó, điều kiện địa hình địa chất của thành phố Hà Nội cũng khá phứctạp, việc quy hoạch chưa hợp lý tại các vùng đông dân cư đã làm cho việc sử dụng cácphương tiện công cộng trên mặt đất và trên cao gặp rất nhiều khó khăn vì hệ thốngđường quá chằng chịt, nhỏ bé và hệ thống dây điện, cáp điện thoại đã tạo thành cácmạng nhện rất khó giải quyết ở trên cao

Trong khi đó, tốc độ phát triển của hệ thống giao thông vận tải đô thị(GTVTĐT) chưa đáp ứng được nhu cầu đi lại của người dân thủ đô Xu thế phát triểnhiện nay của toàn bộ hệ thống GTVTĐT ở Hà Nội chưa cân đối và hợp lý Điều này

có thể thấy rõ ở sự phát triển thiếu hài hoà giữa số lượng và chủng loại của cácphương tiện giao thông với hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị Hệ thống cơ sở hạ tầng tuyphát triển nhanh và dần dần được hiện đại hoá nhưng không theo kịp với tốc độ phát

vì thế hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị vẫn nhanh chóng bị quá tải và xuống cấp nghiêmtrọng

Hiện trạng và viễn cảnh không xa của tình hình giao thông tại Hà Nội cho thấyvấn đề đã mang tính cấp bách Song song với các biện pháp tăng cường quản lý giaothông, thì việc phát triển vận tải hành khách công cộng với khối lượng lớn cũng đượcxem là giải pháp cần thiết và hợp lý Trước thực trạng như vậy giải pháp khắc phụcmang lại hiệu quả về nhiều mặt là xây dựng hệ thống giao thông ngầm, mà nổi bật là

hệ thống tàu điện ngầm

Tàu điện ngầm đã xuất hiện trên thế giới từ rất lâu, qua thời gian nó đã chứngminh tính tối ưu, hợp lý trong việc giải quyết các vấn đề giao thông tại các thành phốlớn đông dân cư, nó hạn chế được tối đa các vấn đề của đô thị hiện đại như ô nhiễm,tắc nghẽn, ồn ào, nhu cầu đi lại không ngừng tăng lên nhờ những ưu điểm nổi trội: tốc

độ cao, khả năng vận chuyển hành khách lớn, di chuyển êm, ít gây ô nhiễm môitrường, nâng cao mức sông của người dân đô thị

Việc xây dựng hệ thống tàu điện ngầm có ý nghĩa lớn trong giải quyết vấn đềgiao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý Xuất phát từ vấn đề trên ,vớinhững kiến thức đã được học trong trường, em chọn đề tài tốt nghiệp: ”Thiết kế và tổchức thi công hầm Metro ”

Trong quá trình hoàn thiện đồ án này, em rất cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tìnhcủa kỹ sư Nguyễn Thạch Bích, giảng viên bộ môn Cầu Hầm, cùng một số thầy côkhác ở các bộ môn trong trường đã trang bị cho em những kiến thức quý báu vềchuyên ngành Cầu Hầm trong suốt những năm học vừa qua

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo lại khôngđầy đủ và làm về một lĩnh vực còn khá mới mẻ nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vìvậy em rất mong muốn sự phê bình, góp ý của các thầy cô, và các bạn sinh viên trongtrường để vững vàng trong công tác của mình sau này

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2008

Sinh viên

Chử Ngọc Minh Chiến

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 VAI TRề CỦA CễNG TRèNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THễNG

- Tăng cường cấu trỳc quy hoạch, kiến trỳc của đụ thị

- Giải phúng nhiều cụng trỡnh cú tớnh chất phụ trợ ra khỏi mặt đất

- Sử dụng đất đai đụ thị hợp lý cho việc xõy dựng nhà ở, tạo ra cỏc cụng viờn, bồnhoa, sõn vận động, khu vực cõy xanh, cỏc vựng ’’ khụng cú ụ tụ ”

- Tăng cường vệ sinh mụi trường đụ thị

- Bảo vệ cỏc tượng đài kiến trỳc

- Bố trớ hiệu quả cỏc cụm thiết bị kỹ thuật

- Trong trường hợp cần thiết, cụng trỡnh ngầm cũn dựng cho mục đớch quốc phũng

- Giải quyết được vẫn đề giao thụng

Bên cạnh đó, việc quy hoạch hợp lý các khu chung c, các khu công nghiệp, ờng học, công viên khu vui chơi giải trí… phải kết hợp với việc bố trí mạng lới giaothông để tạo nên một khối thống nhất, hiệu quả nhất…, nhng đồng thời phải đáp ứng

tr-đợc yêu cầu về kiến trúc, thẩm mỹ của đô thị Trong công tác phân vùng và bố trímạng lới giao thông theo mặt đứng không gian đô thị thì phơng án vừa giải quyết hợp

lý vấn đề giao thông đô thị vừa cho phép khai thác và tận dụng đợc không gian đô thị

đó là thiết kế hệ thống giao thông ngầm, trong đó điển hình là hệ thống tàu điện ngầm

1.2 TÍNH PHÙ HỢP CỦA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THễNG CễNG CỘNG Ở HÀ NỘI

Song song với sự phát triển về xã hội và kinh tế, các phương tiện giao thông

nói chung và các phương tiện giao thông trong thành phố nói riêng cũng có sự phát

triển mạnh mẽ Trong các thành phố hệ thống các phương tiện giao thông rất đa dạng

về loại hình và phong phú về thể loại

Theo cách phân loại về loại hình có các phương tiện giao thông công cộng như:

xe buýt, xe điện; và các phương tiện giao thông cá nhân như: xe đạp, xe máy, ôtô, tàu

thuyền

Theo cách phân loại về không gian bố trí thì gồm các phương tiện chạy trên

mặt đất như ôtô, xe đạp, xe máy, tàu hỏa…; các phương tiện dưới mặt đất như tàu

điện ngầm, tàu chạy bằng đệm từ; phương tiện trên cao như các hệ thống đường sắt

trên cao, đường không

Theo cách phân loại về nguyên tắc hoạt động có phương tiện thô sơ, phương

tiện chạy bằng động cơ: động cơ xăng, động cơ điện; phương tiện chạy bằng đệm từ

Khi đô thị phát triển nhanh, khối lượng vận chuyển hành khách lớn đến mức

mạng lưới giao thông hành khách hiện tại trên mặt đất ( tàu điện, ô tô bus,…) không

thể đáp ứng được Dẫn đến yêu cầu tất yếu phải có một loại phương tiện khác giải

quyết vẫn đề đó Ngày nay, tau điện ngầm là dạng giao thông vận tải hành khách lớn

nhất, tiện nghi và hoàn thiện nhât

Tàu điện ngầm có đại bộ phận tuyến đường nằm sâu trong lòng đất, ngoại ômới chạy, có thể có những đoạn chạy trên mặt đất, cầu cạn hoặc đê cạn để phù hợp

với mạng lưới giao thông chung và để tiết kiệm đầu tư xây dựng

- Chi phí xây dựng tuyến đường thường rất đắt: khoảng 50 triệu đôla/km

- Thời gian xây dựng 1 tuyến dài 20 km mất từ 5 đến 15 năm Thu hồi vốn lâu

- Kĩ thuật thi công phức tạp, đòi hỏi công nghệ hiện đại, trình độ cao

Tuy nhiên, tàu điện ngầm cũng có nhiều ưu điểm nổi bật không thể phủ nhận:

- Do tuyến đường hoàn toàn cách li nên dễ dàng thực hiện tự động hoá giúp cho

mật độ tàu chạy có thể đạt 2-3 phút/tàu, tốc độ cao nhất 90 km/h, bình quân 40 –

50 km/h

- Lượng hành khách vận chuỵển lớn: 60.000 - 80.000 lượt người/h (đối với tàu 1

chiều) có thể thoả mãn được yêu cầu đi lại trong giờ cao điểm, góp phần giải

quyết tình trạng ách tắc giao thông

thoải mái cho hành khách.

- Giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng

1.2.2 Tính phù hợp đối với việc phát triển giao thông tại Hà Nội

Với những đặc điểm trên của thành phố Hà Nội, thì tiêu chí để đưa ra một hìnhthức vận tải hành khách công cộng hợp lý là như sau:

- Phù hợp với giao thông ở Hà Nội cho phép đáp ứng nhu cầu của người dân thànhphố và hạn chế các phương tiện cá nhân

- Phù hợp với “Sơ đồ quy hoạch tổng thể phát triển đô thị và hệ thống đường sắt

đô thị đến năm 2020”, đồng thời cho phép phát triển các dự án đô thị và kinh tếcủa thành phố cũng như các trung tâm, văn hoá và du lịch

- Phù hợp với khả năng tài chính của thành phố Hà Nội

- Một hệ thống tiến tiến, hiện đại và có khả năng mở rộng tuyến để khai thác khinhu cầu đi lại của người dân tăng cao

- Thân thiện với môi trường, chủ yếu là các di tích lịch sử văn hoá và không gianthiên nhiên, hạn chế tối đa sự ô nhiễm về khói bụi cũng như tiếng ồn và giảmthiểu tai nạn giao thông

- Cho phép tái tổ chức có hiệu quả những mạng lưới vận tải công cộng khác (xebuýt và hệ thống đường sắt khác)

Sự phát triển của hình thức giao thông đường sắt nội đô, nhất là hệ thống tàuđiện ngầm, được coi là một hình thức vận tại hiệu quả hiện đại tại Châu Âu và Mỹ,cũng như một số thành phố lớn khác trên thế giới sẽ phù hợp với sơ đồ phát triển hệthống giao thông đường sắt nội đô đến năm 2020 vì:

- Hệ thống tàu điện ngầm đặt sâu đảm bảo sự thuận lợi cho dân cư tại các vùng đôthị và tăng cường các điều kiện về an toàn giao thông

- Việc di chuyển trên một tuyến riêng, khổ tĩnh không riêng và di chuyển ngầmdưới đất làm giảm tối đa tiếng ồn đặc trưng của đường sắt

- Nhờ có các trục giao thông ngầm mà việc tiếp cận mạng lưới giao thông trên mặtđất đối với hệ thống được dễ dàng

- Tính ưu việt của hệ thống càng tăng lên khi giá thành đất đô thị ngày càng tăng

và kỹ thuật thi công ngày càng phát triển, trong khi rất cần duy trì không gian củathành phố nhất là tại các khu phố cổ Khi điều kiện địa chất công trình và thuỷ

- Không những vậy với khả năng vận chuyển hành khách lớn, tốc độ cao các tuyếntàu điện ngầm sẽ đáp ứng nhu cầu đi lại dễ dàng hơn.

Tất cả những biện pháp đó đã giúp cho giao thông công cộng trở nên hấp dẫn hơn

Bảng 1.1 : Xu hướng phân bổ phương tiện giao thông của thành phố khi có các dự án

về đường sắt nội đô

1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN

Tên dự án: Tuyến đường sắt đô thị thí điểm Thành phố Hà Nội, đoạn

Nam Thăng Long - Giáp Bát

Cơ quan chủ quản dự án: Ủy ban Nhân dân Thành phố Hà Nội.

Chủ đầu tư: Ban Quản lý, Phát triển vận tải công cộng và xe điện Hà Nội.

Địa điểm xây dựng: Điểm đầu Nam Thăng Long (huyện Từ Liêm), điểm cuối

Giáp Bát (Quận Hoàng Mai)

Cơ sở thiết kế:

Quy hoạch tổng thể Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phêduyệt tại Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20 - 6 - 1998 đã xác định: “Việcphát triển giao thông vận tải của Thủ đô phải lấy phát triển hành khách côngcộng làm khâu trung tâm, bảo đảm tỷ lệ vận tải hành khách công cộng đếnnăm 2010 là 30% và đến năm 2020 là 50% số lượng hành khách Cần ưu tiên cho việcxây dựng hệ thống đường sắt đô thị để tạo nên những trục chính của mạng lưới vận tảihành khách công cộng của Thủ đô”

đường sắt nội đô trên mặt đất,trên cao và đi ngầm vận chuyển hành khách từ các vùngphụ cận Đông - Tây - Nam - Bắc vào trung tâm thành phố, với Ga Hà Nội là điểmgốc, tuyến thiết kế thuộc giai đoạn 5 của dự án, được dự kiến khởi công vào 2010nhằm bảo đảm vận chuyển lượng hành khách di chuyển theo hướng Nam - Bắc củathành phố.

(km)

Năm xây dựng Hệ thống dự kiến

1 Yên Viên – Ngọc Hồi 24.6 2003 – 2009 Tàu điện trên cao có sử

dụng các làn đường sắt

3 Voi Phục – Cầu Giấy – Cầu

Diễn

8.00 2008 – 2012 Tàu điện hoặc Metro

4 Ga Hà Nội – Nội Bài 21.60 2010 – 2015 Tàu điện hoặc Metro có

sử dụng ĐS Nam Thăng Long – Tang Mi

5 Giáp Bát – Nam T.Long 18.90 2010 – 2015 Tàu điện hoặc Metro

6 KS Deawoo – Láng – Hoà Lạc 32.10 2010 – 2015 Tàu điện hoặc Metro

7 Bưởi - Đông Anh – Sóc Sơn 23.90 2010 – 2015 Liên quan đến sự phát

triển của khu Nam Thăng Long “Hanoi New Town”

8 Cổ Bi – Kim Nỗ 25.50 2010 – 2015 Liên quan đến sự phát

triển của khu Nam Thăng Long “Hanoi New Town”

Bảng 1.1 : Mạng lưới và dự án đầu tư đường sắt đô thị đến năm 2020 của Hà Nội

a Lưu lượng giao thông rất lớn

Nếu tính cả hai hướng thì số lượng xe mỗi giờ dao động từ 7.500 đến trên 22.000

xe Ðây là một trong những mức lưu lượng cao nhất thế giới Nếu so với Lyon (thànhphố có quy mô tương đương với Hà Nội nếu chỉ tính riêng khu vực đô thị) thì lưulượng xe trên đường ôtô đô thị vào giờ cao điểm chỉ đạt khoảng 7.000 xe/h theo mỗihướng.

Trên tổng số các trục đường được điều tra, lưu lượng giao thông theo hướng vàonội thành đạt mức cao nhất vào buổi sáng, còn hướng ra ngoại thành đạt mức cực điểmvào buổi chiều Cụ thể như sau :

+ Buổi sáng có 49 332 người đi ra khu vành đai và 85 873 người đi vào trung tâm,tức là mức chênh lệch lên tới 74%,

+Buổi chiều có 60 196 người đi vào trung tâm và 76 535 người đi ra khu vành đai,tức là mức chênh lệch đạt 27%

Những số liệu này cho thấy rõ các luồng di chuyển luân phiên hai chiều giữa nơi

ở và nơi làm việc Vào buổi sáng, những khu vực ở trung tâm thành phố luôn thu hútnhiều lao động sống ở những khu vành đai, sau đó đến giờ cao điểm buổi chiều nhữngngười này lại trở về nhà sau giờ làm việc

Bảng 1.2: Dự báo nhu cầu đi lại của người dân thủ đô

d Ðổi mới trong giao thông công cộng

Năm 2000 giao thông công cộng chỉ đáp ứng 4% nhu cầu đi lại, tức là ở mứcthấp nhất trong số các nước Ðông Nam Á Tình hình này là kết quả của một quá trình

số lượng hành khách đã giảm từ 76,5 triệu người vào năm 1978 (khoảng 25 - 30% lưulượng giao thông) xuống chỉ còn 3,9 triệu người vào năm 1992 Sự suy giảm này là

do xe máy ngày càng được ưa chuộng, song cũng bắt nguồn từ sự sa sút chất lượngdịch vụ và không được chính quyền thành phố quan tâm từ khi tiến hành công cuộcÐổi Mới (ngừng trợ giá cho giao thông công cộng) Các tuyến xe buýt đều bị bãi bỏ,mạng lưới tổ chức kém, xe quá cũ, giá vé quá cao so với chất lượng dịch vụ

Hình 1.2 - Biểu đồ so sánh xe buýt và xe điện

Kể từ năm 2001, chính quyền thành phố đã quyết định đầu tư trở lại cho giaothông công cộng Hàng loạt biện pháp đã được áp dụng khiến cho hành khách sử dụng

xe buýt ngày càng nhiều :

- Năm 2001, các xí nghiệp xe buýt được sát nhập lại trở thành Công ty Vận tải

và Dịch vụ công cộng Hanoi Transerco nhằm tạo sự thống nhất toàn mạng lưới cáctuyến buýt và hệ thống vé

- Các nguồn trợ cấp cho hoạt động xe buýt đã tăng gấp 6 lần trong vòng từ năm

2000 đến 2003

- Một chính sách nâng cao chất lượng dịch vụ đã được áp dụng sau khi thuđược thành công từ ba tuyến xe buýt mẫu thí điểm trong khuôn khổ dự án AsiaTrans giai đoạn 2002 - 2004 : nâng cao tính đúng giờ, áp dụng chính sách giá vé phùhợp hơn, mua thêm những xe buýt tiện nghi hơn

1.4 QUY MÔ DỰ ÁN TUYẾN

a Lộ trình của tuyến:

Tuyến đường sắt đô thị thí điểm đi theo lộ trình sau: điểm đầu Nam ThăngLong (theo Đường Phạm Văn Đồng) - Ngã ba Hoàng Quốc Việt - Nút giao với tuyến

đường sắt Nhổn-Ga Hà Nội (Cầu vượt Xuân Thủy) - Bến xe Mỹ Đình - Nút giaoBigC - Khuất Duy Tiến - Định Công - Điểm giao Giải Phóng

b Chiều dài tuyến:

Tuyến đường sắt đô thị Nam Thăng Long – Giáp Bát có tổng chiều dài là:15,005km Phương án tuyến đưa ra là toàn bộ tuyến đều chạy ngầm, hầm đặt sâu, ở

độ sâu trung bình từ 20 – 23m so với mặt đất, tuyến có tính đến giao cắt với các tuyếntàu điện trước đó là tuyến Nhổn – Ga Hà Nội (giao cắt khác mức tại ngã tư XuânThủy - Phạm Văn Đồng – Hồ Tùng Mậu – Phạm Hùng), tuyến Ngọc Khánh – HòaLạc (giao cắt tại ngã tư Trần Duy Hưng – Khuất Duy Tiến – Phạm Hùng) và tuyến HàNội – Hà Đông (giao cắt tại ngã tư Nguyễn Trãi – Khuất Duy Tiến)

Đây là tuyến quan trọng tại phía Tây thành phố, đi qua rất nhiều khu dân cư, vănphòng và các địa điểm du lịch văn hóa lớn của thủ đô (SVĐ Quốc Gia, Siêu thị Big C,Metro, TTHG Quốc Gia, các khu cao ốc văn phòng làm việc…), dự báo trong tươnglại nhu cầu đi lại dọc theo trục đường này là rất lớn, tuyến hình thành sẽ đáp ứng nhucầu đi lại của người dân, làm giảm áp lực giao thông đi lại trên mặt đất

c Số lượng các ga:

Tổng số ga trên toàn chiều dài tuyến là 11 ga, các ga đều được bố trí ngầm

d Khoảng cách trung bình giữa các ga

Trên suốt chiều dài tuyến, khoảng cách trung bình giữa các ga là từ 1 – 1,5 kmtùy thuộc vào mức độ tập trung dân cư, nhu cầu đi lại của vị trí đặt ga trên tuyến

1 Km0 + 450m Bến xe Nam Thăng Long

2 Km1 + 951m Siêu Thị Metro – Nam Thăng Long

3 Km3 + 550m Xuân Thủy – PVĐ, ĐH Quốc gia

4 Km4 + 950m BX Mỹ Đình

5 Km6 + 150m Ngã 3 Mễ Trì – Phạm Hùng

6 Km7 + 250m TTHGQG – Big C

7 Km8 + 650m Ngã tư Lê Văn Lương – Khuất Duy Tiến

8 Km10 + 00m Gần ngã tư Nguyễn Trãi - Khuất Duy Tiến

9 Km11 + 650m Khu Kim Giang

10 Km13 + 150m Thôn Hạ

Bảng 1.4: Khoảng cách chi tiết giữa các ga

1.5 ĐẶC ĐIỂM ĐOÀN TÀU

a Cơ cấu đoàn tàu: 5 toa, hệ số động lực 3%

- Một đoàn tàu điện ngầm có một đầu máy và các toa chở khách Hành khách cóthể dễ dàng đi lại giữa các toa thông qua các khoang kết nối giữa chúng Trong thờigian đầu, khi lượng hành khách chưa đông thì có thể bố trí 2 - 3 toa chở khách, sau đókhi nhu cầu đi lại tăng lên thì tiến hành nối thêm toa, hay có thể giảm chỗ ngồi trêntoa Tuổi thọ trung bình của đoàn tàu là 40 năm

- Độ cao của sàn tàu là không thay đổi trong suốt quá trình vận chuyển, và caođúng bằng thềm của đường ke ga, thường là từ 1,1m đến 1,2m nhằm tạo điều kiện chohành khách di chuyển lên xuống tại các ga

Bảng 1.5: Năng lực vận chuyển của phương tiện

c Cự ly giữa 2 giá chuyển: 12,6 m

d Chiều cao từ đỉnh ray đến sàn toa: 1100 mm ( theo tiêu chuẩn của khổ

đường 1435)

e Tải trọng trục: Sử dụng toa có tải trọng trục là 14 tấn.

Gia tốc tối đa khi khởi hành 1 m/s2

Gia tốc trung bình khi hoạt động từ 0 – 40km/h 0.85 m/s2

Gia tốc trung bình khi hoạt động từ 40 – 80km/h 0,84 m/s2

Tăng tốc tối thiểu còn lại ở vận tốc 80km/h 0,3 m/s2

Giảm tốc trong trường hợp bình thường 1,1 m/s2

Giảm tốc trong trường hợp phanh gấp 1,4 m/s2

Bảng 1.6: Đặc tính khai thác của phương tiện

c Bán kính đường cong:

Trong ga độ dốc dọc không được vượt quá 0.6% Tốt nhất nên cấu tao độ dốctrong ga là 0%, thoát nước bằng cách tạo lớp mui luyện có độ dốc là 1% ở hai bênray.

e Điện áp: (2x600V-DC;1500V-DC)

Nguồn điện cung cáo cho đường tầu điện ngầm lấy từ mạng lưới điện quốc giathông qua trạm biến áp riêng là dọng điện xoay chiều ba pha có điện áp 6-10kV.Dòng điện này được chuyển thành nguồn điện một chiều DC 600 – 1500V cung cấpcho động cơ đoàn tàu và hạ áp thành nguồn điện 220/127V cho các thiết bị khác nhưthang máy, chiếu sang, quạt thông gió… và các thiết bi khác

f Hình thức lấy điện và biện pháp cấp điện :

Theo thiết kế, toàn bộ tuyến chạy ngầm nên để làm giảm tĩnh không hầm, từ đógiảm kích thước hầm nên bố trí hình thức lấy điện theo ray thứ 3

Theo hình thức này, đường tải diện dẫn theo một thanh ray treo cách điện trêngiá đỡ chạy song song với đường ray chính Giá đỡ bố trí cách nhau 5m, chân đế giá

dỡ lắp vào tà vẹt dương Ray tải điện bố trí ở bên trái hoặc bên phải theo hướng củađoàn tàu chạy phụ thuộc hình thức sân ga là đảo hay bên Dòng điện một chiểu từtrạm chỉnh lưu nối vào ray thứ 3 này Động cơ lấy điện thông qua thanh quét lắp ởdưới thanh toa quét dọc theo thanh ray tải điện từ trên đỉnh ray, bên thành hoặc từdưới ray

Thanh ray dẫn điện có hộp bảo vệ cách điện nên hình thức này an toàn cả trongtrường hợp tuyến chạy nổi trên mặt đất Đường ray tải điện chia thành từng đoạn bắtđầu từ nguồn trạm chỉnh lưu và ngắt ở điểm nối tiếp ở trạm ga sau, mỗi đoạn có mộtcầu dao ngắt mạch để phòng khi gặp sự cố hay khi cần thiết ngừng tầu để sửa chữatrong đường hầm

Những yêu cầu điện năng cơ bản trên đường tàu điện ngầm là động cơ kéo tàu,thiết bị truyền động băng tải, máy bơm và quạt, các lò sưởi nước, các cơ cấu (tín hiệu,điều khiển trung tâm) và thông tin, thiết bị cơ cấu vệ sinh - môi trường, điện chiếusáng, các dụng cụ điện khác nhau

Cung cấp năng lượng trạm hạ thế có thể tiến hành từ nguồn trung tâm của hệthống điện qua trạm kéo xây dựng ở mặt đất Cung cấp như vậy thuộc về hệ thốngcung cấp trung tâm và cho phép giảm được chiều dài tuyến cao áp, cũng như tránh

được việc sử dụng các ô độc lập tại trung tâm cung cấp đối với tải trọng không lớncủa trạm hạ thế đường tàu điện ngầm.

Trong hệ thống cung cấp đó, trạm kéo ở mặt đất theo nguyên tắc, phải cách xa

ga hành khách, đường tàu điện ngầm, nơi tải chính tập trung và điều đó bắt buộc phảiđặt tuyến cáp dài Trong hệ thống đó người ta xây dựng trạm kéo - hạ áp đồng thời, từ

đó dòng điện được dẫn đến các hộ tiêu thụ nằm trong vùng phục vụ

Cung cấp cho đường tàu điện ngầm được thực hiện từ hệ thống cung cấp điệnthành phố bằng dòng điện 3 pha điện áp 6kV-10kV dẫn đến trạm kéo - hạ thế ngầm,

bố trí trong tổ hợp ga và trên đoạn giữa các ga Trạm kéo - hạ áp của tuyến cần đượccung cấp điện từ 3 nguồn độc lập của hệ thống điện thành phố Trong đó, nguồn chính

có thể là trạm điện

Trên trạm điện kéo, dòng điện xoay chiều điện áp 6-10kV được nắn sang dòng

cố định bằng cách giảm điện thế đến 825V và truyền lên dây tiếp xúc (dòng chủ đạo)nằm phía bên trái đường ngầm theo chiều chuyển động của đoàn tàu Dòng ngược trởlại đi qua trục và bánh xe toa tàu tới ray, sau đó theo cáp quay trở lại trạm

Đối với những tải còn lại trên trạm điện hạ thế, điện áp cao thế được giảm xuốngđến 380V và để chiếu sáng đến 220V và 127V

Cung cấp cho các thiết bị điện- băng tải, quạt, bơm, các tổ hợp sửa chữa diđộng.v.v…được tiến hành trực tiếp từ trạm hoặc từ tuyến cung cấp trục chính tổng

Sử dụng hình thức cung cấp điện phân lẻ thông qua các trạm chỉnh lưu và hạ thế

bố trí phân biệt tại các ga vì nó có các ưu điểm:

- Giảm chiều dài đường cấp dẫn điện một chiều cao áp

- Giảm thất thoát điện năng

- Hạn chế hiện tượng rò điện

g Khoảng thời gian giữa 2 chuyến tàu: 3 – 5 phút

Năng lực vào giờ cao điểm đạt 24000 HK/giờ/hướng

h Năng lực vận chuyển:

V – Năng lực thông qua tính bằng số đôi tầu trong 1h, V = 12 đôi tàu/h

M – Lượng hành khách có thể chở trên 1 chuyến tầu

i Năng lực thông qua: đánh giá qua mật độ đoàn tàu trên một hướng tuyến trong

1h Mật độ tầu phụ thuộc vào những yếu tố sau:

+ Mức độ hiện đại của hệ thống điều khiển tự động

+ Phương tiện đầu máy và toa xe

+ Hệ thống hãm

+ Thời gian trả và đón khách, tổ chức và trang thiết bị nhà ga

+ Phương tiện quay đầu

Mật độ tối đa là 3 phút có một chuyến tàu tương ứng với 6 phút cho một đôi tầu

và năng lực thông qua là 10 - 12 đôi tàu/h

Thời gian đón, trả khách là 20 - 40s/chuyến Muốn giảm thời gian này cần phải

bố trí ga 2 bên thân tàu Vào một phía và ra một phía

1.7 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC GA NGẦM

a Hình thức bố trí sân chờ trên ga:

Tùy theo các phương án kết cấu lựa chọn mà các phương án nhà chờ đưa racũng khác nhau

+ Nếu sử dụng hệ thống hầm đôi chạy song song thì hình thức bố trí sân chờtrên ga là dạng ke đảo Nếu khoảng cách giữa 2 hầm là không quá lớn (<20m) thì bềrộng của ke ga chính là khoảng cách giữa 2 mép hầm, tuyến vào ga là tuyến thẳng.Khi khoảng cách 2 hầm lớn (>20m) thì khi tuyến hầm chạy đến gần vị trí ga sẽ đượcuốn theo một bán kính nhất định và vuốt dần để để vào ga, và sau khi vào ga tuyến sẽđược bẻ ra theo đúng bán kính cũ Chiều dài ke ga được bố trí phù hợp với chiều dàicủa đoàn tàu là 100m

+ Nếu sử dụng hệ thống hầm đơn thì hình thức bố trí sân chờ trên ga thường làdạng bến, hành khách có thể di chuyển qua lại giữa 2 nhà chờ bằng hệ thống cầuthang lên sàn trung chuyển để sang phía bên kia

b Chiều sâu đặt ga so với mặt đất:

Hầm thi công theo phương pháp TBM, hầm đặt sâu nên cao độ của ga được bốtrí cùng cao độ của đường hầm là sâu 23 - 26m so với mặt đất phụ thuộc vào độ sâucủa đoạn tuyến chạy qua, tuy nhiên phải cao hoặc thấp hơn để đảm bảo đủ điều kiện

về dốc dọc cho toàn tuyến Các tính toán chi tiết được thể hiện trong phần thiết kế cơsở

a Mô tả địa chất khu vực

Khu vực tuyến đi qua nằm trên một kiểu địa hình đồng bằng khá đồng nhấtđược cấu tạo từ các thành tạo trẻ có tuổi Đệ Tứ, căn cứ vào loạt tờ địa chất Hà Nội tỷ

lệ 1:200.000 và bản thuyết minh đi kèm, khu vực tuyến đi qua gồm các thành tạo địachất sau:

Hệ tầng Lệ Chi (QIlc): Thành phần cát, cuội, sỏi, sạn xen bột cát màu xám dày35-70m

Hệ tầng Hà Nội (QII - IIIHN): Thành phần cuội, sỏi, sạn, dăm sạn thạch anh,xen bột sét màu vàng bề dày 2 - 20m

Hệ tầng Vĩnh Phúc (QIIIVP): Cát ít sạn sỏi, sét bột màu sắc loang lổ hoặc sétbột màu xám, dày 5-20m

Hệ tầng Hải Hưng (Q1 - 2IVHH): Cát, bột, sét, màu xám vàng (am), bột sét, cáthạt bụi, màu xám đen, xám tro (mb), bột cát sạn màu xám sẫm, sét màu đen và xanh,sét kaolin lẫn tàn tích thực vật, dày 2 - 10m

Hệ tầng Thái Bình (Q3IVTB): Thành phần sét, bột, cát màu xám nâu (am), cát,bột, sét màu xám đen (bm), sét màu nâu xen sét màu đen chứa tàn tích thực vật, cáthạt mịn màu xám, cát hạt nhỏ dày 1-5m

Hệ Đệ Tứ không phân chia (Q): Thành phần sỏi sạn, dăm tảng, sét bột dày 5m

1-Các thành tạo địa chất phân bố dọc theo tuyến, có độ dày mỏng khác nhau, diệntích phân bố khác nhau

b Điều kiện khí hậu, thuỷ văn khu vực

*Khí hậu : Nằm trong khu vực Hà Nội là khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa

ẩm ướt.Thông thường khí hậu khu vực này có hai mùa rõ rệt là mùa mưa(từ tháng 4đến tháng 10) và mùa khô (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau)

Lượng mưa trung bình dao động từ 1200 mm đến 2200 mm (trung bình là 1500mm), độ ẩm ướt trung bình 85%, lượng bốc hơi trung bình 938mm/năm

Vào mùa khô khí hậu tương đối tốt có nhiều thuận lợi cho xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở Do đó ta nên chọn thời gian thi công vào mùa khô.

Chỉ tiêu Nhiệt độ trung Lượng mưa

trung bình Độ ẩm trung Lượng bốc hơi trung

*Thủy văn :

Khu vực thành phố Hà Nội có điều kiện thủy văn khá phức tạp Trong trầm tích

đô thị thành phố Hà Nội có hai tầng chứa nước chính - Tầng chứa nước lỗ hổng cáctrầm tích Holocen và tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen Đặc điểmchung của các tầng chứa nước là nước dưới đất tồn tại trong các lỗ hổng Nằm giữahai tầng chứa nước này là tầng cách nước Pleistocen trên

Hà Nội có sông Hồng chảy qua,rộng khoản 1Km - 1,5 Km Mực nước cao nhấtghi nhận được là +14,3m và mực nước thấp nhất là +17,3 m Mực nước trung bìnhdao động từ +1,28 trong mùa khô và +10,18 trong mùa mưa

Khu vực xây dựng đường hầm có liên quan đến mực nước ngầm Theo tài liệukhảo sát địa chất thủy văn thì mực nước ngầm lớn nhất vào mùa mưa (tháng 8 âmlịch) Sau đó mức nước nâng rút dần xuống và thấp nhất vào tháng 12 âm lịch.Songtheo tài liệu khảo sát thì mực nước ngầm dao động từ -30m đến +13m

*Nguồn nước:

Nguồn nước dùng cho thi công và sinh hoạt được khai thác từ mạng lưới nướccủa thành phố, được cung cấp theo hệ thống ống nước sẽ được lắp đặt trong quá trìnhthi công

1.9- ĐIỀU KIỆN MẶT BẰNG KHU VỰC THI CÔNG

Đây là tuyến đường có nhiều khu công nghiệp và các khu đô thị, nên không chophép thay đổi kiến trúc khu vực Do vậy mặt bằng thi công khó khăn chật hẹp nên phải

có phương án thiết kế và thi công cho phù hợp Trong quá trình thi công cần chú ýđảm bảo giao thông vẫn an toàn, tránh gây tắc nghẽn, có thể cần bố trí các tuyếnđường tránh khi thi công đi qua khu vực có lưu lượng giao thông lớn

Tuyến thi công bằng TBM nên chủ yếu cần bố trí mặt bằng thi công tại khu vựcđầu và cuối tuyến Khi đi vào khu đô thị, đường giao thông cần sử dụng các thiết bịchiếm dụng ít chiếm diện tích thi công và quá trình thi công cần diễn ra trong một chutrình kín, đảm bảo ít gây ảnh hưởng đến giao thông nhất, đảm bảo ít gây ảnh hưởngđến môi trường và diện tích giải phóng mặt bằng không quá lớn

PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ

2.1 ĐOẠN CHUYẾN LỰA CHỌN THI CÔNG

2.1.1 Đặc điểm

Tuyến lựa chọn thi công là khu gian từ Km6 + 150m đến Km7 + 250m, chạy từngã ba Mễ Trì – Phạm Hùng đến Trung tâm hội nghị Quốc gia – Siêu thị Big C Đoạntuyến có chiều dài là 1,1km, chạy dọc trục đường Phạm Hùng

Tuyến đường Phạm Hùng hiện nay có 2 hướng xe chạy, mỗi hướng có 5 lànđường, bề rộng một hướng tuyến là 17,5m, bề rộng dải phân cách là 28m

Đoạn tuyến thi công đi qua nhiều khu vực tập trung lưu lương giao thông lớn làcác khu văn phòng, trụ sở, khu chung cư (Vimeco, Viglacera, TTHG Quốc Gia,Cavico…), khu mua sắm (Big C )…

2.1.2 Điều kiện địa chất đoạn tuyến đi qua

Địa chất của đoạn tuyến đi qua gồm có 5 lớp:

1 Lớp phủ: Đất đắp nền, vai đường, nền ga, thành phần không đồng nhất, có

chỗ là sét pha lẫn gạch, ngói vụn, có chỗ cát hạt nhỏ…., có bề dày 2,5m

2 Lớp sét xen kẹp sét pha: màu xám vàng, xám trắng, xám nâu, trạng thái dẻo

cứng đến nửa cứng, có bề dày 3,0m Với các chỉ tiêu cơ lý được tổng hợp trong bảng2.1

Bảng 2.1: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2

3 Lớp cát pha: màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo, dày 10,5m Với các

chỉ tiêu cơ lý được cho trong bảng 2.2

4 Lớp cát mịn pha sét: Cát hạt mịn lẫn bụi sét xen kẹp cát hạt nhỏ, màu xám

nâu, xám tro, kết cấu xốp đến chặt vừa, dày 9,5m Với các chỉ tiêu cơ lý được chotrong bảng 2.2

5 Lớp cát hạt trung lẫn sạn: màu xám nâu, xám vàng, kết cấu chặt vừa.

16 Ứng suất có điều kiệnTheo 22TCN18-79 R'(kG/cm 2 ) <1.00

Bảng 2.2: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp cát

Với điều kiện địa chất của tuyến đi qua, hầm được đặt trong 2 lớp địa chất 4 và

5, là các lớp có các chỉ tiêu cơ lý phù hợp với biến dạng, chuyển vị cho phép, đồngthời thỏa mãn chiều sâu đặt hầm hợp lý

2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

Hà Nội nằm trong vùng địa chất yếu, khi thi công dễ gây ra sụt lún, ảnh hưởngđến công trình bên trên nên phương án thi công lựa chọn cần đảm bảo ít làm biếndạng vùng đất đá xung quanh hầm nhất Đồng thời chiều sâu đặt hầm cần hợp lý đểtrong quá trình thi công ít ảnh hưởng đến công trình trên mặt đất Căn cứ vào địa chất

và phương án thi công tiến hành chọn hầm đặt sâu với 2 phương án sơ bộ là:

a Mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang được mô tả chi tiết trong bản vẽ

Khổ giới hạn là 2 khổ giới hạn 1435 dùng cho tàu điện ngầm, lồng vào nhau cáchnhau 3400mm

Thông số kết cấu:

+ Bán kính ngoài: 9,3m,+ Chiều dày lớp vỏ hầm: 0,35m,+ Chiều dày lớp bêtông thứ cấp: 0,05m.

Ga bố trí là ga ke dạng bến, hành khách đi từ mặt đất sẽ theo hệ thống thang máyhoặc cầu thang bộ để xuống thẳng sân chờ nhà ga

Vỏ hầm gồm 9 mảnh lắp ghép được đúc sẵn ở nhà máy hoặc bãi thi công:

STT Tên mảnh Số lượng Chiều dài (m) Bề dày (m) Góc chắn cung (o)

2.2.2 Phương án hầm đôi chạy song song

Hầm đặt tại độ sâu tim là 23m so với mặt đất, gồm 2 hướng tuyến cùng chạytrong 2 hầm song song với khoảng cách giữa 2 tim hầm là 20m

a Mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang được mô tả chi tiết trong bản vẽ

Khổ giới hạn là khổ giới hạn 1435 dùng cho tàu điện ngầm

Thông số kết cấu:

+ Chiều dày lớp vỏ hầm: 0,35m,+ Chiều dày lớp bêtông thứ cấp: 0,05m

Ga bố trí là ga ke dạng đảo, hành khách đi từ mặt đất sẽ theo hệ thống cầu thang bộhoặc thang cuốn đi xuống đến sàn trung gian, sau đó theo thang máy hoặc thang bộ để

để xuống thẳng sân chờ nhà ga

Vỏ của một hầm gồm 6 mảnh lắp ghép được đúc sẵn ở nhà máy hoặc bãi thi công:

STT Tên mảnh Số lượng Chiều dài (m) Bề dày (m) Góc chắn cung (o)

Bảng 2.3: Chi tiết các mảnh ghép vỏ hầm

2.3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ

2.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công

2.3.1.1 Các phương pháp thi công hệ thống mêtro trong thành phố

Khái niệm: Metro là hệ thống đường sắt cao tốc nội đô khép kín, phục vụ vận tải

hành khách công cộng độc lập với những mạng lưới giao thông khác trong thành phố.Trong hệ thống Metro có 3 loại tuyến :

+ Tuyến đường sắt trên cao chạy trên hệ thống cầu cạn để khắc phục mật độkiến trúc cao và địa hình phức tạp Loại tuyến này có ưu điểm thi công dễ dàng, chế độkhai thác đơn giản nhưng có nhược điểm là gây ồn và gây bụi cho thành phố, ảnhhưởng nhiều đến quy hoạch không gian của thành phố

+ Tuyến chạy nổi trên mặt đất trong hệ thống đường riêng có hàng rào che kín.Những tuyến khác cắt ngang đều phải vượt qua bằng cầu hoặc hầm vượt Loại tuyếnnày có ưu điểm: xây dựng đơn giản, rẻ, chế độ khai thác không phức tạp tuy nhiên lạigây ồn và bụi, chiếm dụng nhiều diện tích giao thông và gây khó khăn cho quy hoạch

đô thị

+ Tuyến chạy ngầm trong lòng đất dưới thành phố hay còn gọi là hệ thống tàuđiện ngầm (Metro, subway…) Loại tuyến này chạy ngầm là chủ yếu, hành khách đixuống tàu qua các nhà ga nối thông với mặt đất Khi vượt qua sông tuyến có thể phảinổi lên để vượt sông bằng cầu và ở những khu vực xây dựng thưa hoặc gần đến khuĐêpo để quay đầu, tuyến có thể chạy nổi 1 đoạn Nhiều tuyến tàu điện ngầm của một

số thành phố trên thế giới, đoạn vượt sông người ta vẫn giải quyết bằng hầm

Tàu điện ngầm có năng lực vận chuyển lớn, đáp ứng được yêu cầu giao thôngcông cộng rất cao của một thành phố đông dân, chiếm dụng diện tích rất ít, không gây

ồn và bụi và còn kết hợp một số chức năng khác trong đời sống xã hội của thành phố

vì vậy tàu điện ngầm là một phương tiện giao thông công cộng phổ biến của nhiềuthành phố trên thế giới

Đường tàu điện ngầm đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Anh vào năm 1863,cho đến nay đã có 80 thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống tàu điện ngầm tronggiao thông công cộng

471 ga, thứ hai là Paris: 301 Km, 349 ga.

Dựa vào kinh nghiệm thi công hầm và các công trình ngầm của các nước trênthế giới, với điều kiện của Hà Nội có thể vận dụng một số phương pháp thi công sauđây :

a Phương pháp thi công lộ thiên :

Phương án thi công lộ thiên bao gồm các phương pháp sau đây :

Đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào hố móng có vách xiên hoặc thẳng đứng với

hệ thống chống vách đến độ sâu cần thiết đặt hầm Sau đó tiến hành lắp đặt các cấukiện BTCT định hình sẵn hoặc đổ bê tông toàn khối tại chỗ, xây dựng kết cấu chốngthấm rồi lấp đất trở lại, khôi phục mặt đất tự nhiên hoặc xây dựng những công trìnhngầm trên mặt đất như đường xá vỉa hè… Để chống đỡ vách hố móng thẳng đứngdùng cọc cừ hoặc cọc cừ kết hợp với neo

Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hóa cao quátrình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, các máy làmđất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn Tuy nhiên trong điều kiện thành phố cócông trình xây dựng dày đặc, mật độ giao thông lớn không phải lúc nào cũng áp dụngphương pháp cũng có hiệu quả Việc đào các hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông đường phố trong suốt thời kỳ xây dựng, gây khókhăn cho cuộc sống bình thường của đô thị Khi thi công hầm bằng phương pháp hốmóng thường đòi hỏi chi phí lớn về kim loại, gỗ gia cố tạm Ví dụ để gia cố hố móngsâu 6 - 7m rộng 8 - 10m sẽ chi phí 250 - 300 tấn thép và 60 -70m3 gỗ

Để cơ giới hóa tối đa công tác đào, xúc đất và xây dựng vỏ hầm trong điều kiệnthành phố có thể sử dụng vì chống di động bằng kim loại có tiết diện hở Vì chống dichuyển bằng cách đẩy kích khiên lên vỏ hầm lắp ghép (hoặc vách đào) phía sau.Việc

- Nâng cao mức độ cơ giới hóa, giảm khó khăn trong thi công

- Nâng cao tốc độ xây dựng hầm

Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa cũng như trongđiều kiện giao thông thành phố dày đặc có thể áp dụng phương pháp tường trong đất

Đầu tiên ở những chỗ sẽ xây dựng tường của công trình ngầm, người ta đào hào

và gia cố nó theo từng bước, rộng 0,6 - 0,8m sâu đến 18 - 20m trong đó sẽ xây dựngkết cấu tường của công trình ngầm Sau đó tiến hành đào hố móng đến cao độ nóccông trình rồi đặt tấm trần đã xây xong được bảo vệ bằng phòng nước rồi lấp đất trởlại, khôi phục các công trình trên mặt đất như mặt đường, vỉa hè Dưới sự bảo vệ củatường và trần đã tiến hành đào đất trong lõi, xây dựng tấm đáy và các vách ngăn …

Việc xây dựng các kết cấu tường công trình ngầm có thể từ BTCT toàn khốihoặc áp dụng công nghệ tường lắp ghép trong đất tạo điểu kiện giảm bớt khối lượngcông tác đất giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm thời hạn và giá thành xây dựng.

Phương pháp tường trong đất có ưu điểm hơn phương pháp hố móng là khôngđòi hỏi dùng tường cừ, đảm bảo ổn định cho nhà cửa và các công trình bên cạnh.Phương pháp này có thể áp dụng trong đất không cứng dạng bất kỳ (kể cả đất rời lẫnđất sét chặt) trừ loại đất bùn chảy, đất có lỗ rỗng lớn hoặc có kast

Phương pháp này có hiệu quả nhất khi chiều sâu hố đào lớn hơn 5 - 6m cũngnhư bố trí công trình ngầm gần sát nhà cửa và các công trình khác

Phương pháp hạ đoạn được áp dụng trong các điều kiện thành phố, điều kiệnđịa chất công trình và điều kiện thủy văn trong môi trường đất mền yếu, trong cácvùng có chứa nước sâu 6 - 40m và nó đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng hầm trongmôi trường đất có phát sinh tình trạng cát chảy, bùn chảy hoặc khi làm đường xe điện,ôtô điện qua đáy sông, hồ

Về nguyên tắc phương pháp này cũng thuộc quy trình thi công đào lộ thiên rồilấp phủ nhưng để tăng tốc độ làm kết cấu vỏ hầm, hạn chế biến dạng, lún sụt đất ở haibên tuyến hầm và giảm ảnh hưởng của nước ngầm đối với thời gian xây dựng và chấtlượng kết cấu vỏ hầm, người ta đúc sẵn những khoang hầm bằng BTCT rồi dùng hệthống thiết bị chuyên dùng hạ xuống hố đào

Phương pháp hạ đoạn đã được các nước trên thế giới áp dụng nhiều Trongtương lai ở Việt Nam có thể áp dụng để thi công Metro qua sông Hồng hoặc nhữngcông trình ngầm qua những nơi có chiều sâu nước ngầm lớn, đất yếu không ổn định.Gần đây nhất là dự án vượt sông Sài Gòn bằng đường hầm Hàm Nghi qua Thủ Thiêm

do công ty Anh Quốc Maunsell thiết kế đã áp dụng phương pháp hạ đoạn để thi côngphần hầm qua sông

b Phương pháp thi công kín.

Phương pháp thi công kín có nhiều phương pháp thi công song ở đây ta chỉ xétphương pháp phổ biến nhất mà các nước trên thế giới đã sử dụng thi công đó làphương pháp khiên đào.

Khiên đào là một máy thi công chuyên dụng để làm đường hầm trong thànhphố, khi có yêu cầu phải giữ nguyên hiện trạng kết cấu đô thị (các công trình hạ tầng

kỹ thuật và các công trình kiến trúc) ở trên mặt đất Phương pháp khiên đào áp dụngtrong những điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp nhất, đất đámềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi

Khiên đào là một máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào, bốc

dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm đồng thời là vỏ chống tạm vững chắc dưới sự bảo vệ của

nó tiến hành tất cả các công việc đào hầm chính Một số nước trên thế giới như Anh,Pháp, Mỹ, Nhật …áp dụng phương pháp này từ lâu Trong khi phần lớn các đườnghầm đường sắt được xây dựng trong đất đá núi cứng chắc thì các đường hầm ô tô vàtàu điện ngầm trong đô thị được xây dựng trong điều kiện đất đá yếu bằng các máyđào dạng khiên Hiện nay tại châu Âu đang thực hiện một số dự án rất lớn xây dựngđường tàu điện ngầm như ở Barcelona, Valencia, Sevilla, Milan, Turin, Roma,Malme, Lisbon, Porto và Praha… Phần lớn số công trình trên được thi công bằngmáy đào dạng khiên kích thước lớn do các công ty Lovat, Wirth/NFM vàHerrenknecht sản xuất Đường ô tô vành đai M30 ở Manrid sẽ được thi công bằng cáckhiên đào đường hầm lớn nhất thế giới Một trong số đó có đường kính 15 m do công

ty Herrenknecht chế tạo và đã hoạt động từ cuối năm 2005 Cỗ máy độc nhất vô nhịnày được trang bị các lưỡi cắt bên trong và bên ngoài và chúng có thể quay theo cáchướng ngược nhau Khiên đào đường hầm do công ty Wirth - Tunnel Bore Extender(TBE) chế tạo cũng được xem là một cỗ máy độc đáo Thiết bị được sử dụng thànhcông trong đào đường hầm Uetliberg - một công trình trọng điểm trên đường ô tôvành đai xung quanh thành phố Zurich Thiết bị này phá huỷ đất đá không phải bằng

sự va đập vào đất đá mà bằng sự “kéo căng” đất đá mà xét về mặt công nghệ thì hiệu

Để có thể thi công bằng phương pháp khiên đào, trước hết phải thi công cácgiếng đứng (giếng thi công) để đưa máy móc thiết bị xuống Giếng đứng được thicông bằng dàn khoan cơ giới hạng nặng hoặc có thể bằng các phương pháp đào hốmóng thông thường có sử dụng neo gia cố, thi công theo công nghệ tường trong đất,công nghệ top - down Giếng đứng thường được sử dụng để làm ga, thông gió… saunày.

Trong thời gian khiên đào phá theo chiều sâu thì kết hợp hạ các vòm giếng kếtcấu BTCT hoặc loại thép đặc biệt Khi đạt đến độ sâu thiết kế và sau khi gia cố kếtcấu thành giếng, tiếp theo là lắp đặt giá đỡ vòng khiên ngang và bắt đầu thi công mởrộng đường hầm Đồng thời gian với tiến độ dịch chuyển khiên ăn sâu vào lòng đất làvận chuyến các khối BTCT lắp ghép vỏ hầm vào trong miệng giếng thi công Cáckhối vỏ hầm lắp ghép được sản xuất hàng loạt trong nhà máy Sau khi đưa các khốivào trong hầm tiến hành xếp đặt lắp ráp và vị trí liên hoàn giữa giá đế tựa thủy lựcbằng vì kéo thép đặc biệt và vòng khiên đào phá, cùng với tác dụng lực ép thủy lựcviệc vận chuyển của các phay khiên vào lòng đất Hệ thống liên hoàn vừa đào phá vừalắp đặt khối BTCT lắp ghép vò hầm vào đường hầm là quá trình làm việc liên tục chođến khi khiên đào đi hết đoạn đường giữa 2 giếng công trường Việc theo dõi định vịđường đi của khiên đào hoàn toàn được điều khiển bằng hệ thống tự động trên mặtđất

Thi công bằng TBM có ưu điểm là tốc độ thi công nhanh, thi công liên tục,trình độ cơ giới hóa cao, cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động, chất lượngche chắn vỏ hầm tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ, có thể áp dụng xâydựng các hệ thống Tunel kỹ thuật, các hầm đặt sâu trong lòng đất mà không ảnhhường đến kiến trúc ở bên trên, hoặc cải tạo hệ thống cơ sở cho các khu phố cũ màquy hoạch không cho phép thay đổi kiến trúc Tuy nhiên khi thi công bằng TBM vàlựa chọn máy phụ thuộc vào địa chất tương ứng, kích thước định hình sẵn theo đườngkính hầm, khó khăn khi thi công trong đoạn hầm có bán kính nhỏ, chiều dài đoạn thi

c Đánh giá lựa chọn phương án thi công.

Trên cơ sở đánh giá các phương án thi công và dựa vào điều kiện địa chất côngtrình, địa chất thủy văn và điều kiện xã hội khu vực xây dựng ta chọn phương án thicông bằng khiên đào vì quan trọng nhất là nó đảm bảo không thay đổi kiến trúc khuvực xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện và cuộc sống sinh hoạt xã hộicủa dân cư khu vực xây dựng

Để đảm bảo tốc độ và chất lượng xây dựng hầm ta chọn phương án thi công bằng khiên đào cơ giới (TBM).

2.3.1.2 Lựa chọn khiên đào khi thi công hầm trong đất yếu

Khi xây dựng hầm trong đất yếu người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau.Đối với các hầm dài sử dụng khiên đào cơ giới hoá là một phương pháp rất hiệu quả,đặc biệt khi thi công trong điều kiện của các thành phố

Trên thực tế để xây dựng công trình ngầm ở các thành phố trong nền đất yếuphụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, người ta sử dụng các phương pháp khác nhau Sửdụng phương pháp đào hở và bán hở đi kèm điều kiện phá huỷ bề mặt đất, thời gianxây dựng kéo dài và gây ra các rủi ro phá huỷ các ngôi nhà và công trình gần kề.Phương pháp này chỉ có thể sử dụng khi xây dựng các hầm ngắn đặt nông

Sử dụng các phương pháp đào mỏ mà dựa trên công nghệ thi công hầm mới của

Áo (NATM) sẽ rất khó khăn khi tồn tại đất yếu không ổn định bão hoà nước và khôngđảm bảo sự an toàn của việc thi công Khi thi công hầm gắn dưới các chướng ngại vậtnhân tạo hay tự nhiên như các ngôi nhà, công trình, đường giao thông sử dụngphương pháp đẩy là hợp lý Phương pháp này có nhiều dạng biến đổi khác nhau và cóthể phù hợp tốt đối với sự thay đổi của địa hình, địa chất và điều kiện xây dựng trênmặt đất Để vượt qua các đới cà nát của các vết đứt gãy kiến tạo, đất không nguyênthổ và không ổn định có thể sử dụng các dạng khác nhau của vì chống vượt trước:mànchắn từ các ống, vòm bê tông, đất nền đã được tăng cường…Lựa chọn vì chống nàyhay loại kia phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của hầm, tính chất và các điềukiện thế nằm của đất, sự tồn tại của các thiết bị chuyên dụng…

Trên thế giới khiên đào đã được dùng khi xây dựng hầm từ đầu thế kỷ thứ 19,ngày nay khiên đào được dùng rất phổ biến khi thi công hàm đủ dài trong điều kiện

Trong thực tế xây dựng hầm người ta sử dụng khiên đào cơ giới hoá (MS), khiên đàobán cơ giới (PMS) và khiên đào không cơ giới hoá (NMS) Khiên đào cơ giới hoáđược chia ra thành khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào và khiên đào không có

áp lực cân bằng ở gương đào (MS) Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào phụthuộc vào dạng vật liệu tạo áp lực ở gương đào được chia ra làm 4 loại: bằng dungdịch vữa sét (MS-S) (Bentonite Slurry Shield- BS Shield hoặc Hyđroshield), bằng đất

đã được đào (MS-E) (Earth Pressure Baland Shield) (loại này được chia ra làm hai:chỉ nguyên đất MS-E và bơm vào đất dung dịch vữa sét hoặc bột MS-ED), bằng khínén (MS-A) (Compressed Air Shield – CA Shield) và loại hỗn hợp (MS-M)(Mixshield)

Mỗi loại khiên đào được dùng trong phạm vi nhất định của điều kiện địa chất

và có giới hạn sử dụng hiệu quả nhất Vì vậy để có thể lựa chọn được loại khiên đàophù hợp nhất cần phải làm sáng tỏ phạm vi sử dụng và sử dụng hiệu quả nhất của nókết hợp với kinh nghiệm thi công hầm bằng khiên đào trên thế giới

Khiên đào không có áp lực cần bằng ở gương đào:

Khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào có thể là khiên đào cơ giới hoá, bán

cơ giới hoặc không cơ giới Do đặc điểm của khiên đào loại này có mặt trước mở toànphần hay một phần để đào đất nên không đảm bảo sự ổn định gương đào trong nềnđất nên không đảm bảo sự ổn định gương đào trong nền đất yếu Chúng có thể được

sử dụng chỉ trong các loại đất mà không xuất hiện sự chuyển dịch tự do của đất vàophía trong khiên đào: đất sỏi chặt với cátm cát và sét cứng Tuy nhiên phạm vi sửdụng chúng có thể mở rộng khi kết hợp với các phương pháp đặc biệt khác: dùng khínén, hạ mực nước ngầm nhân tạo, tăng cường đất Khiên đào bán cơ giới và khiên đàokhông cơ giới hoá chỉ được sử dụng hợp lý khi xây dựng hầm ngắn với mặt cắt ngangkhông lớn

Như vậy việc đào hầm bằng khiên đào NMS và PMS chỉ có thể thực hiện đượctrong giới hạn rất hẹp của điều kiện địa chất và đòi hỏi nhiều nhân công, tốc độ xâydựng thấp và nguy hiểm cho công nhân, đặc biệt khi đào hầm trong nền đất yếu nằmdưới mực nước ngầm Vì vậy trong những năm gần đây việc sử dụng khiên đào NMS

và PMS đã được thay thế dần bằng khiên đào cơ giới hoá có áp lực cân bằng ở gương

Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào:

Khi dùng áp lực cân bằng ở gương đào thì các khiên đào loại này đều là khiênđào cơ giới hoá Điều kiện làm việc hiệu quả của khiên đào lại này được xác địnhbằng khả năng đảm bảo trạng thái ổn định của gương đào do khi đào đất sẽ gây ra sựphá huỷ trạng thái ứng suất tư nhiên của khối đất Điều đó đạt được bằng cách tạo ra

áp lực chủ động ở buồng kín sát gương đào tác dụng vào bề mặt đất ở gương đào

Khi sử dụng khiên đào MS-S buống kín gần gương đào chứa đầy dung tích vữasét có áp lực Dung dịch vữa sét này giữ đất yếu ở gương đào ở trạng thái ổn định nhờxuất hiện một lớp màng đất sét trên bề mặt đất ở gương đào và nhờ áp lực ép củadung dịch vữa sét vào gương đào Sự tăng cường ổn định phụ thêm cho gương đào đạtđược nhờ sự tì bề mặt của cơ cấu đào vào gương đào trong quá trình di chuyển khiênđào để đào đất Trong thực tế để điều chỉnh áp lực dung dịch ở gương đào người tadùng 2 biện pháp:”điều chỉnh thể tích” và “điều chỉnh bằng gối khí nén”, biện phápđiều chỉnh thứ hai có tính chất “mềm” hơn và có hiệu quả hơn nên được ưa chuộnghơn

Sử dụng MS-S có hiệu quả nhất trong đất cát và sỏi (hạt nhỏ và trung bình) bãohoà nước đối với điều kiện là thành phần các hạt có kích thước nhỏ hơn 0.02 mmtrong đất đã đào ra không vượt quá 10% theo trọng lượng Phạm vi sử dụng MS-Sđược thể hiện trên hình vẽ

Hình 2.1: Phạm vi sử dụng của các loại TBM trong đất yếu

Khuyết điểm lớn nhất khi sử dụng MS-S liên quan đến sự cần thiết phải bố trí

hệ thống cung cấp và tuần hoàn vữa sét, khí nén chiếm diện tích lớn nhất trên mặt đất.Vấn đề này hoàn toàn được loại bỏ khi sử dụng khiên loại MS-E

Đất đá đào ra nằm trong buồng gần gương đào của MS-E nhờ sự di chuyển củakhiên đào sẽ thay đổi chất lượng và gây nên áp lực tác dụng vào gương đào Để điềuchỉnh chất lượng đất người ta bơm dung dịch vữa sét hoặc bọt để tăng tính dẻo vàgiảm độ thấm của đất Nhờ đó sẽ đảm bảo sự tăng cường ổn định của gương đào cóhiệu quả hơn

Phạm vi sử dụng hiệu quả nhất của khiên đào dạng này trong đất sét hoặc bụivới độ ẩm cao với hàm lượng hạt cát không nhiều và khi tồn tại trong các loại đất đóthành phần hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,05mm không nhỏ hơn 30% Phạm vi sửdụng của khiên đào loại này thể hiện trên hình vẽ Đối với khiên đào mà đất đào ởtrong buồng kín đã được điều chỉnh chất lượng bằng cách bơm vào đó dung dịch vữasét hoặc bọt (MS-ED) phạm vi sử dụng hiệu quả của nó được mở rộng đối với đất cát

và sỏi

Đảm bảo ổn định của gương đào khi đào hầm bằng khiên MS-A khi so sánh với

người ta bơm vào khí nén thì áp lực của nó cân bằng với áp lực của nước ngầm chỉ ởtại một cao độ nào đó, ví dụ tại cao độ 1/3 chiều cao của gương đàog Trong thực tế

áp lực khi nén sẽ lấy bằng áp lực thuỷ tĩnh tại cao độ 1/3 hay 1/2 chiều cao gươngđào Phạm vi sử dụng hiệu quả nhất của khiên đào loại này giới hạn ở đất dính không

ổn định và đất hỗn hợp một phần với độ thấm thấp và để đào hầm có đường kínhkhông quá 5,5m

Đối với khiên đào hỗn hợp MS-M, vật liệu để tạo ra áp lực cân bằng ở gươngđào phụ thuộc vào tính chất của đất mà sẽ được đào sẽ được sử dụng các loại khácnhau cho phù hợp: vữa sét, đất đã được đào, khí nén hoặc không dùng gì Sử dụngkhiên đào loại này cho phép đào đất trong giới hạn rộng hơn của điều kiện địa chất.Phạm vi sử dụng của nó là phạm vi sử dụng của tất cả các loại khiên đào kể trên

Khiên đào cơ giới hoá được sản xuất bởi rất nhiều hãng lớn chuyên nghiệp,chẳng hạn như các hãng của Anh quốc “Markham” và “Decker”, của Mỹ “Robbins”

và “MEMCO”, của Canada “Lovat”, của Đức “Herrenknecht” và “Wirth”, của Nhật

‘Mitsubishi”, “Kawasaki” và “Hitachi”, của Pháp “NFM) và nhiều hãng khác

Các số liệu thống kê việc sử dụng các dạng khiên đào khác nhau khi xây dựnghầm trong các loại đất khác nhau và áp lực nước ngầm khác nhau được thể hiện trêncác hình vẽ

Phân tích các kết quả thống kê chỉ ra trong thực tế có thể dùng khiên đào có áplực cân bằng ở gương đào để đào hầm trong bất kỳ điều kiện địa chất nào với áp lựcnước ngầm khác nhau Tỷ số chiều sâu đặt hầm/đường kính hầm khoảng 2,5 chiếmđại đa số

Khiên đào được sử dụng khi thi công rất nhiều các hầm metro trong các thànhphố như ở Lyon, Paris (Pháp), Cairo (Ai Cập), Madrid (Tây Ban Nha), Osaka, Tokyo(Nhật Bản)…Đối với các hầm đường ô tô đủ dài trong thành phố người ta cũngthường sử dụng khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào để đào hầm Việc sử dụngkhiên đào để đào hầm đường ô tô được thể hiện trong bảng 2.1

á sét, đávôi

Herrenknecht,Đức

Lefortovo Mockva/

LB Nga

2003

2002-MS-S 14.20 Cát, sét,

cuội

Herrenknecht,Đức

Hầm No4 dưới vịnhElbôi

Gambyrg/

Đức

2001

1995-MS-S 11.67 Sét, cát,

bụi, sỏi

Herrenknecht,Đức

Wesertunnel Đức

1999-2001MS-S 14.14 Sét, cát,

và sỏi

Mitsubishi vàKawasaki,Nhật

Dưới vịnh Tokyo

Thalwitunnel Zurich/

Thuỵ Sĩ

2001MS-S 13,12 Đất yếu Herrenknecht,

1999-Đức

Lumper/Malay

Kuala-2005

2004-MS-E 11.02 Sét, á

cát, cát,đá

Madrid/TâyBan Nha

2006

MS-E 12.06 Cát, cát

kết

Herrenknecht,Đức

Barcelona/

Tây Ban Nha

2006MS-E 15.43 Phức tạp Herrenknecht,

2004-Đức

Hầm quasông

Trong điều kiện nền đất yếu sử dụng khiên đào để thi công hầm dài là hợp lý,đặc biệt trong điều kiện của các thành phố, nơi mà sự phá huỷ bề mặt trong thời gianthi công hầm cần phải hạn chế một cách tối đa.

Sử dụng khiên đào cơ giới hoá có áp lực cân bằng ở gương đào cho phép thicông hầm trong mọi điều kiện địa chất và áp lực nước ngầm bằng cách sử dụng vậtliệu để tạo ra áp lực cân bằng ở gương đào một cách phù hợp

Trong điều kiện địa chất, giao thông và mật độ xây dựng ở 2 thành phố lớn củaViệt Nam là Hà Nội và TP HCM, kiến nghị sử dụng khiên đào loại MS-S, MS-E hayMS-M để thi công các hầm tuyến đường Metro và hầm đường ô tô đủ dài sẽ hạn chếđược sự phá huỷ các ngôi nhà, công trình xây dựng gần kề và hệ thống công trìnhgiao thông hiện tại Việc sử dụng các phương pháp khác để thi công hầm sẽ không đạtđược hiệu quả như vậy hoặc không khả thi

2.3.2 Tóm tắt công nghệ

2.3.2.1 Định nghĩa.

Máy TBM (Tunnel Boring Machine) là một tổ hợp máy khai đào toàn tiết diệncắt đất đá bằng các đĩa cắt định vị trên đầu cắt theo các vòng tròn trên đầu cắt Theosau lưỡi cắt là các thiết bị phụ trợ cho quá trình thi công như: băng chuyền vậnchuyển chất thải, bộ phận lắp ráp kết cấu vỏ hầm, hệ thống đường sắt cho các gòngvẫn chuyển

2.3.2.2 Đặc tính thiết kế :

 Kích thước lớn

 Kích giữ ổn định thăng bằng bằng thuỷ lực

 Lực cắt lớn được cung cấp bởi trục đẩy thuỷ lực

 Các đĩa cắt phá đá bằng các lưới sắc cạnh

Vì kích cỡ và trọng lượng đặc trưng của TBM, chúng có thể thích hợp với việckhai đào các công trình ngầm thẳng như các công trình hầm dân dụng

Hình 2.2 : Tổng quan về máy TBM 2.3.2.3 Cấu tạo của máy TBM :

Hình 2.3 : Cấu tạo phần đầu máy TBM có khiên đào

Hình 2.4 : Cấu tạo sơ bộ máy TBM mui trần.