Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả thi công các công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố hà nội

Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về tình hình xây dựng các công trình ngầm đô thị trên thế giới và ở Việt Nam; - Các phương pháp thi công công trình ngầm đô thị; - Đặc điểm địa chất, địa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM VĂN VĨ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM KÍCH THƯỚC LỚN BỐ TRÍ NÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY TRONG ĐIÊU KIỆN

THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - NĂM 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM VĂN VĨ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM KÍCH THƯỚC LỚN BỐ TRÍ NÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY TRONG ĐIÊU KIỆN

THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Đào Văn Canh

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Phạm Văn Vĩ

5 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn 3

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thi công công trình ngầm

1.1.1 Xu hướng phát triển công trình ngầm đô thị 6 1.1.2 Giải pháp quy hoạch công trình ngầm đô thị 7

1.1.3 Vai trò và lợi ích của công trình ngầm đô thị 9

1.1.3.3 Ảnh hưởng của các công trình ngầm đô thị đến môi trường đô thị 10 1.2 Các phương pháp thi công công trình ngầm 10

1.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên 11

Chương 2: Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp thi công hợp lý công

trình ngầm tiết diện lớn bố trí nông bằng phương pháp ngầm trong

điều kiện địa kỹ thuật của thành phố Hà Nội

33

2.1 Điều kiện tự nhiên và điều kiện kỹ thuật khu vực thi công các công

2.1.2 Điều kiện địa chất, địa chất công trình khu vực Thành phố Hà Nội 35

2.2 Đánh giá mức độ rủi ro, sự cố khi thi công công trình ngầm đô thị tại

2.2.1 Phân loại rủi ro trong xây dựng công trình ngầm đô thị 48 2.2.2 Các nguyên nhân rủi ro trong xây dựng công trình ngầm đô thị 49 2.3 Lựa chọn phương pháp thi công công trình ngầm tiết diện lớn bố trí

2.3.1 Những vấn đề chung về các phương pháp thi công công trình ngầm

2.3.2 Đặc điểm của các công nghệ thi công công trình ngầm đô thị theo

2.3.3 Lựa chọn phương pháp thi công các công trình ngầm bố trí nông phù

Chương 3: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thi công

công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích

đẩy trong điều kiện thành phố Hà Nội

3.1.5 Những ưu điểu nổi trội của việc ứng dụng kích đẩy kết cấu hộp cho

3.2 Các bộ phận chính trong công nghệ kích đẩy kết cấu dạng hộp để thi

công công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông 66

3.2.3 Hầm/ công trình xuất phát và công trình nhận 69

3.3 Tính toán thiết kế kết cấu trong thi công công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy kết cấu hộp (Box Jacking) 71

3.3.2 Lựa chọn phương pháp tính toán thiết kế cho công trình ngầm kích thước lớn, bố trí nông trong điều kiện thành phố Hà Nội 73 3.3.3 Kết quả phân tích ứng suất và biến dạng cho công trình ngầm kích thước lớn, bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy (box jacking) trong điều 74

kiện thành phố Hà Nội

3.4 Đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả trong thi công công trình ngầm tiết diện lớn, bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy (Box jacking) 81 3.4.1 Một số biện pháp làm giảm ma sát trong phương pháp kích đẩy 81 3.4.2 Đề xuất biện pháp làm giảm ma sát trong phương pháp kích đẩy (box jacking) áp dụng trong điều kiện thành phố Hà Nội 84 3.4.3 Kết quả phân tích ứng suất và biến dạng xung quanh đường hầm và trên bề mặt khi sử dụng biện pháp làm giảm ma sát trong phương pháp kích đẩy (box jacking)

TÓM TẮT CÁC KÝ HIỆU TRONG BẢN LUẬN VĂN

s1 - Thành phần ứng suất thẳng đứng, kN/m2

s3 - Thành phần ứng suất nằm ngang, kN/m2

sn - Độ bền nén của đất đá, kN/m2

sk - Độ bền kéo của đất đá, kN/m2

τxy – Thành phần ứng suất tiếp theo phương xy, kN/m2

τyz – Thành phần ứng suất tiếp theo phương yz, kN/m2

τzx – Thành phần ứng suất tiếp theo phương zx, kN/m2

g - Dung trọng tự nhiên của đất đá, kN/m3

c - Lực dính kết của đất đá, kN/m2

ux - Thành phần chuyển vị theo phương x, m

uy - Thành phần chuyển vị theo phương y, m

uz - Thành phần chuyển vị theo phương z, m

εx - Thành phần biến dạng theo phương x

εy - Thành phần biến dạng theo phương y

εz - Thành phần biến dạng theo phương z

E - Mô đun đàn hồi của đất đá, kN/m2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1: Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá) 13 Bảng 1.2 Các dạng sự cố có thể gặp khi đào CTN trong đất 15 Bảng 3.1 Các loại khiên đào và phạm vi áp dụng 10 Bảng 3.2 Các thông số đầu vào cơ bản của đất 18

DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA

Trang Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các công trình ngầm đô thị 6 Hình 1.2 Hình 1.2 Hình ảnh 3D hệ thống công trình ngầm đô thị (nguồn internet) 8

Hình 1.3 Các phương pháp thi công công trình ngầm 11

Hình 1.6 Hình ảnh thi công giao thông ngầm đô thị (nguồn internet) 13

Hình 1.8 Phương pháp hạ dần (a) và phương thức hạ chìm (b) 15 Hình 1.9 Phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công 17 Hình 1.10 Quy trình chung khi thi công công trình ngầm bằng phương

Hình 1.12 Thi công đường hầm bắt đầu từ hai bên sườn 23

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khiên cân bằng áp lực đất 25 Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương bằng hỗn hợp đất 25 Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khiên chất lỏng có áp 26 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương bằng chất lỏng có áp 26

Hình 1.19 Sơ đồ thi công công trình ngầm đô thị tiết diện lớn ở London,

Hình 1.20 Sơ đồ về các phương thức thi công trong phương pháp nén ép trước 30

Hình 2.2 Hình ảnh giao thông thành phố Hà Nội (nguồn internet) 41 Hình 2.3 Tuyến đường hầm Kim Liên (nguồn internet) 42 Hình 2.4 Dự án làm hầm đường bộ qua đường Trần Nguyên Hãn

Hình 2.5 Hình ảnh các công trình trên bề mặt (nguồn internet) 44 Hình 2.6 Hầm Thủ Thiêm qua sông Sài Gòn, TP Hồ Chí Minh (ảnh trái);

hầm đi bộ Ngã tư Sở, Hà Nội (ảnh phải) (nguồn internet) 47 Hình 2.7 Sập đường hầm tàu diện ngầm tại thành phố Hàng Châu, tỉnh

Chiết Giang, Trung Quốc, 2008 và hình ảnh sập công trình ngầm dưới lòng

đất (ảnh phải) (nguồn internet)

48

Hình 2.8 Tuyến đường hầm ở Boston, Massachusetts, Mỹ (nguồn internet) 54 Hình 2.9 Thi công đường hầm ở Northamtonshire, Anh (nguồn internet) 54

Hình 2.10 Thi công đường hầm ở West Thurrock, Esses, Anh (nguồn internet) 55

Hình 3.2 Khái niệm về kích đẩy kết cấu kích thước lớn dạng hộp 59

Hình 3.4 Sử dụng phương pháp kích đẩy thi công đường hầm có dạng phía

trên là dạng vòm và phía dưới là kết cấu dạng tường hộp 61

Hình 3.7 Trình tự các bước thi công trong kích đẩy kết cấu sàn 63 Hình 3.8 Một số hình ảnh về khiên và thiết bị đào tại gương đào 68 Hình 3.9 Hình dạng, kích thước và vật liệu làm vỏ hầm trong công nghệ

Hình 3.10 Sơ đồ kích đẩy công trình ngầm tiết diện lớn và công trình xuất

Hình 3.11 Thiết bị kích thủy lực sử dụng khi thi công đường hầm Boston 71 Hình 3.12 Biểu đồ nội lực trong vỏ hầm và giá trị lực ma sát giữa nóc hầm

Hình 3.13 Biểu đồ lực dọc dọc theo trục của đường hầm của vỏ hầm 77

Hình 3.14 Sự dịch chuyển của đất đá xung quanh công trình ngầm dạng 3D 77 Hình 3.15 Dịch chuyển đất đá xung quanh đường hầm theo phương x 78 Hình 3.16 Dịch chuyển đất đá xung quanh đường hầm theo phương y 79

Hình 3.17 Biểu hiện biến dạng của mặt đất phía trên đường hầm ở các mặt

Hình 1.18 Sự biến bề mặt khi thi công bằng phương pháp kích đẩy (Box

Hình 3.19 Mô hình dịch chuyển, biến dạng trên bề mặt gây bẻ lệch đường

ray gây ngừng hoạt động tuyến đường tàu ở Boston (nguồn internet) 81 Hình 3.20 Sơ đồ kích đẩy của đơn nguyên đường hầm hình chữ nhật sử

dụng băng chống giảm ma sát; a) băng đơng; b) băng kép 82

Hình 3.22 Mô hình tính khi có sử dụng băng chống giảm ma sát 85

Hình 3.23 Sự dịch chuyển và biến dạng xung quanh công trình ngầm dạng 3D 86 Hình 3.24 Dịch chuyển đất đá xung quanh đường hầm ở các mặt cắt theo

trục đường hầm (trục z) với khoảng cách với gương hầm 86 Hình 3.25 Sự hình thành phễu lún phía trên đường hầm ở dạng 3D 87 Hình 3.26 Kết quả lún bề mặt tại các mặt cắt khác nhau theo trục z 87 Hình 1.27 Sự ổn định bề mặt đất khi thi công bằng phương pháp kích đẩy

có sử dụng băng chống giảm ma sát (Box jacking) theo J.W.T Ropkins 88 Hình 3.28 Kích đẩy đường hầm ở Boston khi sử dụng băng chống giảm

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước nói chung và của đô thị nói riêng gắn liền với xây dựng và phát triển các công trình ngầm đô thị Một đô thị hiện đại phải xây dựng một hệ thống các công trình ngầm hiện đại, đồng bộ và hoàn chỉnh Nhìn nhận, đánh giá lại hiện trạng hạ tầng công trình ngầm ở Việt Nam để từ đó có một hướng đi chắc chắn cho tương lai là một công việc cấp thiết hiện nay

Công trình ngầm đô thị chủ yếu gồm: Các công trình ngầm giao thông vận tải; Các công trình ngầm dân dụng; Các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm; Các công trình ngầm công nghiệp; Phần ngầm của các công trình xây dựng-kiến trúc lộ thiên…

Với nhu cầu xây dựng công trình ngầm nói chung và công trình ngầm đô thị nói riêng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất và môi trường khác nhau Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau

Hà Nội đã được mở rộng với diện tích nằm trong 20 các thành phố lớn trên thế giới Việc xây dựng tại các khu đất mới là việc làm cho các nhu cầu của sự phát triển trong tương lai Còn việc cải tạo, đặc biệt trong các khu vực nội đô đáp ứng nhu cầu sử dụng của cư dân đô thị, nhằm phát triển bền vững là một vấn đề không thể thiếu và cần được quan tâm, giải quyết thích đáng

Với nhu cầu về giao thông ngày một tăng, việc mở thêm các tuyến đường giao thông đóng vai trò rất quan trọng, đặc biệt là mở thêm các tuyến giao thông ngầm Với mỗi mức giao thông ngầm cũng như đặc tính của tuyến giao thông mà có các giải pháp thi công phù hợp khác nhau Những tuyến giao thông ngầm nằm nông

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn được giải pháp phù hợp để nâng cao hiệu quả thi công các công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố Hà Nội

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Sử dụng phương pháp kích đẩy để thi công công trình ngầm giao thông đô thị kích thước lớn bố trí nông ở thành phố Hà Nội;

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là áp dụng công nghệ kích đẩy thi công công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông trong khu vực thành phố Hà Nội

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về tình hình xây dựng các công trình ngầm đô thị trên thế giới

và ở Việt Nam;

- Các phương pháp thi công công trình ngầm đô thị;

- Đặc điểm địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn tại khu vực thành phố Hà Nội;

- Nghiên cứu khả năng thi công công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy tại khu vực thành phố Hà Nội;

- Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thi công các công trình ngầm kích lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố Hà Nội

5 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn

Luận văn áp dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp: Thu thập tài liệu từ các nguồn: các bài báo khoa học, các bài giảng chuyên ngành, các tài liệu sách tham

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu của đề tài đã đưa ra được biện pháp thi công

phù hợp cho công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông, cụ thể là đề tài chỉ ra được tính hiểu quả khi sử dụng công nghệ kích đẩy trong điều kiện xây dựng công trình ngầm ở thành phố Hà Nội;

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu của đề tài là tư liệu tốt cho các nhà tư vấn thiết kế và thi công xây dựng bằng phương pháp kích đẩy, góp

phần định hướng phát triển phương án thi công các công trình ngầm kích thước lớn

bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố Hà Nội nói riêng

và cho các khu đô thị của lãnh thổ Việt Nam nói chung

7 Kết cấu của luận văn

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 03 chương, phần kết luận và kiến nghị, các phụ lục được trình bày trong 96 trang với 4 bảng và 58 hình vẽ

Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả thi công các

công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố Hà Nội” được thực hiện trong bối cảnh ở thành phố Hà Nội

hầu như vẫn chưa tiến hành xây dựng các CTN nằm trong phạm vi nghiên cứu của

đề tài Vì vậy, các kết quả tổng kết, đánh giá của phương pháp chủ yếu dựa trên cơ

sở các tài liệu của các nước trên thế giới trong những điều kiện tương tự Để những kết quả nghiên cứu của đề tài phát huy hiệu quả trong thực tiễn cần có những nghiên cứu bổ sung trong thời gian tới gắn liền với những dự án, công trình ngầm

cụ thể sẽ thực hiện

4

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Đào Văn Canh, người đã dành nhiều sự quan tâm giúp đỡ tác giả trong quá trình viết bản luận văn tốt nghiệp Cao học Sự giúp đỡ tận tình của thầy đã giúp tác giả rất nhiều để hoàn thành bản luận văn này

Ngoài ra, trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Bộ môn Xây dựng Công trình ngầm và Mỏ, sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong Phòng Đào tạo sau Đại học, sự giúp đỡ của Nhà trường đại học Mỏ-Địa chất và bạn bè, đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu này

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THI

CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ 1.1 Tổng quan về công trình ngầm đô thị

Công trình ngầm đô thị là những công trình được xây dựng dưới mặt đất tại

đô thị bao gồm: công trình công cộng ngầm, công trình giao thông ngầm, các công trình đầu mối kỹ thuật ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng trên mặt đất, công trình đường dây, cáp, đường ống kỹ thuật, hào và tuynen kỹ thuật [7]

Với nhu cầu xây dựng công trình ngầm nói chung và công trình ngầm đô thị nói riêng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất và môi trường khác nhau Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹ thuật phổ biến và nhiều khi còn là do thói quen Vì vậy, người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các phương pháp thi công, các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống có thể xảy ra, trên cơ sở hiểu biết rõ ràng, đầy đủ

về các yếu tố, các khâu kỹ thuật quan trọng của công nghệ thi công

Công trình ngầm đô thị chủ yếu gồm [4], [5], [11]

- Các công trình ngầm giao thông vận tải: Hệ thống tàu điện ngầm, đường

hầm đường sắt, đường hầm ô tô, đường hầm dành cho người đi bộ, nhà ga đường sắt ngầm, gara ô tô ngầm, đường hầm cho xe điện cao tốc…

- Các công trình ngầm dân dụng: Rạp chiếu bóng ngầm, nhà hát ngầm, nhà

triển lãm ngầm, các công trình thể thao bể bơi ngầm, viện bảo tàng ngầm, bể bơi ngầm, thư viện ngầm, nhà hàng ăn ngầm, nhà tắm công cộng ngầm, trạm bưu điện ngầm, các trung tâm buôn bán nhỏ ngầm, chợ ngầm…

6

- Các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm: Hệ thống các loại đường ống ngầm,

hệ thống các loại đường cáp ngầm, hệ thống đường hầm/hào kỹ thuật đô thị…

- Các công trình ngầm công nghiệp: Các nhà máy xí nghiệp ngầm, xưởng

sửa chữa ngầm, kho lưu trữ ngầm, trạm biến thế ngầm, bể chứa tạm bơm ngầm…

- Phần ngầm của các công trình xây dựng-kiến trúc lộ thiên: Các tầng ngầm

của các nhà cao tầng, phần ngầm của các công trình xây dựng kiến trúc bề mặt thành phố…

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các công trình ngầm đô thị 1.1.1 Xu hướng phát triển công trình ngầm đô thị

Trong thế kỷ XXI, xu hướng phát triển công trình ngầm đô thị theo các hướng chính sau đây:

- Tổ chức khai thác không gian ngầm có kế hoạch dựa trên cơ sở quy hoạch tổng thể đô thị;

- Mở rộng về quy mô, đa dạng hóa về công năng khai thác;

- Liên kết các công trình ngầm đô thị riêng rẽ thành tổ hợp công trình ngầm

đô thị và đô thị ngầm;

- Tăng cường thiết bị, hoàn thiện công nghệ thi công công trình ngầm đô thị;

- Tổ chức quy hoạch không gian ngầm kết hợp trong quy hoạch đô thị;

- Tạo hành lang pháp lý ưu tiên đầu tư và phát triển công trình ngầm đô thị;

- Xuất hiện sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình ngầm đô thị tại các

đô thị lớn của các nước chậm phát triển, ví dụ: ở nước ta hiện đang triển khai dự án xây dựng hệ tuyến tàu điện ngầm tại Hà Nội và tại TP Hồ Chí Minh;

- Xuất hiện sự cần thiết liên kết các tổ chức tư vấn kỹ thuật trong công tác khai thác không gian ngầm trên toàn thế giới;

1.1.2 Giải pháp quy hoạch công trình ngầm đô thị

1.1.2.1 Quy hoạch theo phương đứng

Công trình ngầm đô thị có thể đặt dưới:

- Tuyến đường ô tô cao tốc, tuyến đường sắt;

- Dưới các bồn hoa hoặc các công viên;

- Các chướng ngại vật tự nhiên, sông, kênh, hồ… hoặc nhân tạo

Ở mức trên từ mặt đất trở xuống (thường ở chiều sâu ≤ 20m) được bố trí:

- Mạng kỹ thuật ngầm đô thị;

- Đường ngầm đi bộ kết hợp không gian mở rộng cho kinh doanh v.v.;

- Các phân nhánh giao thông ở các cao độ khác nhau;

- Phần ngầm của các tòa nhà công dụng khác nhau;

- Bến đỗ ô tô và gara nhiều tầng và 1 tầng;

- Các đoạn đường tàu điện ngầm đặt nông;

- Các ga chuyển đổi từ tuyến tàu điện ngầm sang tuyến đường sắt trong đô thị;

8

- Các xí nghiệp nổi – ngầm với những yêu cầu cao về bảo vệ chống ồn, rung, dao động nhiệt độ, độ ẩm môi trường không khí v.v

Ở mức dưới (thường ở chiều sâu > 20m) có thể bố trí:

- Các tuyến và ga tàu điện ngầm đặt sâu;

- Các đường ống dẫn đặt sâu;

- Các đường ngầm giao thông chạy dài (đường ô tô, đường sắt);

- Các công trình công nghiệp có liên quan đến chất thải độc hại (công trình làm sạch, bảo quản chất độc);

- Các công trình quốc phòng có ý nghĩa đặc biệt

Hình 1.2 Hình ảnh 3D hệ thống công trình ngầm đô thị

1.1.2.2 Quy hoạch theo mặt bằng

Quy hoạch công trình ngầm đô thị và các tổ hợp phụ thuộc vào các điều kiện

cụ thể và quy hoạch phát triển chung của đô thị Quy hoạch công trình ngầm đô thị cần tuân theo một số nguyên tắc sau:

- Công trình ngầm đô thị cần tập trung tại những vị trí trung tâm đô thị, nơi đông dân;

- Việc quy hoạch các cụm công nghiệp ngầm và các tổ hợp ngầm đa chức năng cần có sự liên hệ trực tiếp với các ga tàu điện ngầm

- Các giải pháp quy hoạch hợp khối cụm kho hoặc một số cụm công trình ngầm đô thị tốt nhất hình thành theo nguyên lý môđun

Các giải pháp quy hoạch không gian công trình ngầm đô thị phụ thuộc vào:

- Các sơ đồ công nghệ thi công

Mức độ cần thiết sử dụng không gian ngầm từng vùng hoặc khu vực cụ thể được xác định trên cơ sở phân tích tổng hợp tình hình khu vực lãnh thổ có xét đến:

- Sự phân bố dân số và các phương tiện giao thông ban ngày trên lãnh thổ vùng;

- Các chỉ tiêu tính toán của hệ thống dịch vụ dân vùng đó cũng như dân vùng lân cận tới đó;

- Đặc điểm các công trình xây dựng hiện có cũng như giá trị lịch sử và nghệ thuật của chúng;

- Đặc điểm của các công trình đang xây dựng trên mặt đất cũng như các điều kiện khí hậu - tự nhiên

Các yêu cầu đối với giải pháp quy hoạch:

- Hình dạng đơn giản, tiện nghi và kinh tế;

- Kích thước tiết diện hầm đào tối thiểu;

- Tăng cường áp dụng kích thước định hình;

- Áp dụng công nghệ tiên tiến và cơ giới hóa công tác xây dựng ngầm, tính dây chuyền của quá trình công nghệ và sản xuất;

- Phân vùng hầm đào theo chế độ công nghệ môi trường không khí;

- Tính an toàn sơ tán con người, thiết bị;

- Tăng độ tin cậy, độ bền lâu dài và thuận tiện khi sửa chữa công trình;

- Tăng khả năng thực hiện nhiều quá trình sản xuất khác nhau

1.1.3 Vai trò và lợi ích của công trình ngầm đô thị

1.1.3.1 Vai trò của công trình ngầm đô thị

Xây dựng công trình ngầm đô thị nhằm một số mục tiêu chính sau đây:

- Tạo lập cốt cao độ mới để xây dựng công trình

10

- Giải quyết vấn đề đất đai đô thị

- Văn minh hóa đô thị

- Khai thác tổng thể và tận dụng không gian ngầm

1.1.3.2 Hiệu quả khai thác không gian ngầm

- Tăng cường cấu trúc quy hoạch, kiến trúc của đô thị: giải phóng nhiều công trình có tính chất phụ trợ khỏi mặt đất, sử dụng đất đô thị hợp lý

- Tăng cường vệ sinh môi trường đô thị: Bảo vệ các tượng đài kiến trúc, bố trí hiệu quả các cụm thiết bị kỹ thuật, tăng cường cảnh quan đô thị

- Phục vụ mục đính chiến tranh vệ quốc khi cần thiết

- Giải quyết cơ bản vấn đề giao thông đô thị: Đảm bảo được sự đi lại liên tục

và tốc độ cao, phân luồng tuyến giao thông vận tải và tuyến đi bộ, tạo nên được các nút giao thông thuận tiện, tổ chức tốt các bến đỗ của ô tô, tăng cường chất lượng dịch vụ vận chuyển và giảm tai nạn giao thông

1.1.3.3 Ảnh hưởng của các công trình ngầm đô thị đến môi trường đô thị

- Giải phóng diện tích trên mặt đất để xây dựng bồn hoa, công viên, cây xanh

- Tăng cường cấu trúc quy hoạch các vùng của đô thị, hợp lý hóa giao thông, giảm tai nạn và ách tắc giao thông đường bộ

- Nâng cao trạng thái vệ sinh môi trường không khí (giảm lượng khí thải, tiếng ồn và chấn động)

1.2 Các phương pháp thi công công trình ngầm

Theo vị trí của không gian thi công các kết cấu công trình ngầm có thể phân

các phương pháp thi công vào hai nhóm [2] phương pháp thi công lộ thiên và

phương pháp thi công ngầm Đặc điểm các phương pháp thi công lộ thiên là một

phần hay toàn bộ kết cấu của công trình ngầm được thi công xây dựng hay lắp dựng

lộ thiên (lộ trên mặt đất) Trong khi đó thi công bằng phương pháp thi công ngầm, kết cấu của công trình ngầm được lắp dựng ngầm trong lòng khối đất/đá (hình 1.3)

11

Hình 1.3 Các phương pháp thi công công trình ngầm 1.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên

Có thể nói rằng, các phương pháp thi công lộ thiên đã được phát triển mạnh

và khá hoàn chỉnh về công nghệ, mặc dù ra đời sau các phương pháp thi công ngầm Các phương pháp thi công lộ thiên khác nhau ở phương thức, tiến trình công việc và có thể phân ra các nhóm khác nhau tùy theo tiêu chí phân nhóm

Chẳng hạn, theo đặc điểm của công nghệ thi công các phương pháp thi công

lộ thiên được phân thành ba nhóm là (hình 1.4):

• Phương pháp thi công hở

• Phương pháp hạ dần và

• Phương pháp hạ chìm

Đặc điểm của phương pháp thi công hở là các kết cấu của công trình ngầm được lắp dựng trong các hào, hố được đào hở từng phần hay toàn phần Phương pháp hạ dần (cũng còn gọi là hạ đoạn) có đặc điểm là toàn bộ kết cấu được lắp dựng tại vị trí thi công và được ‘hạ dần ‘ vào trong lòng đất Bằng phương pháp hạ chìm kết cấu công trình ngầm cũng được lắp dựng trên mặt đất dưới dạng các hộp nổi, sau đó được kéo đẩy ra mặt sông, hồ, biển và được hạ chìm dần vào vị trí thi công

12

đã chuẩn bị sẵn, tạo thành các công trình ngầm nằm trên đáy sông, hồ, biển hoặc ở dạng ‘cầu chìm’ trong nước

Hình 1.4 Các phương pháp thi công lộ thiên

Theo trình tự hay thứ tự thi công các phương pháp thi công hở lại được phân

ra hai phương thức khác nhau, cụ thể là:

Phương thước tường-nền: Theo phương thức này các công trình ngầm được

hoàn công theo trình tự sau: đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào các hào hay hố thi công, tiếp đó tiến hành lắp dựng kết cấu của công trình ngầm trên hào, hố đào và sau cùng lấp lại bằng vật liệu lấp phủ Sơ đồ thi công được thể hiện trên (hình 1.5)

Hình 1.5 Phương thức tường-nền (bottom-up)

Tuỳ thuộc vào đặc điểm cơ học, địa chất của khối đất, thành hào có thể nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần phải chống giữ Tùy theo điều kiện địa chất, địa hình và kích thước công trình, kết cấu chống giữ thành hào

được sử dụng có thể là tường cọc-ván ép, tường cọc cừ (tường cừ), tường cọc khoan (tường cọc khoan nhồi) hoặc tường hào (tường hào nhồi) bằng bê tông hoặc bê tông

cốt thép Các tường bảo vệ đó có thể được gia cố thêm bằng neo, khoan phun ép

(khoan phụt), kích chống, văng, giằng Cọc cừ có thể được tháo rút ra để sử dụng

tiếp Còn trong trường hợp sử dụng tường cọc khoan nhồi hay tường hào nhồi, kết cấu phía đáy của công trình ngầm thường liên kết với tường tạo thành một bộ phận

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG LỘ THIÊN

Phương pháp thi công hở Phương pháp hạ dần Phương pháp hạ chìm

13

của kết cấu công trình ngầm (đặc biệt khi gặp nước ngầm) Phương thức này thường

được gọi là phương thức tường - nền (sau này trong lĩnh vực xây dựng dân dụng ở

một số nước phát triển tiếp phương thức này trong xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng và lấy tên là phương pháp bottom-up hay thi công từ dưới lên)

Trong các điều kiện thi công cụ thể mà từ phương thức này ta có thể linh hoạt trong quá trình thi công Ví dụ khi thi công tuyến đường giao thông ngầm dọc theo tuyến đường giao thông trên mặt đất, để tránh ách tắc, cản trở giao thông, ta xây dựng một cầu vượt tạm di động phía trên, tiến hành đào và lắp dựng kết cấu công trình ngầm phía dưới cứ như vậy cho hết tuyến (hình 1.6)

Hình 1.6 Hình ảnh thi công giao thông ngầm đô thị

Phương thức tường-nóc: Theo phương thức này hào thi công không cần đào

hoặc chỉ cần đào đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có) Tiếp đó tiến hành thi công tường cọc khoan nhồi hay tường hào nhồi đến độ sâu dự định (thông thường đến tầng đất cách nước) Công đoạn tiếp theo là đổ bê tông nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép bằng các tấm panen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong lòng đất bao gồm đào bốc đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các công tác kỹ thuật khác Với trình tự đó phương thức

này còn được gọi là phương thức tường – nóc (hình 1.7)

14

Hình 1.7 Phương thức tường-nóc (top-down)

Phương thức thi công này đã được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới trong trường hợp thi công dọc theo các đường phố chật hẹp và yêu cầu giải tỏa giao thông nhanh, không cho phép để đường phố ở trạng thái bị đào bới kéo dài Sau khi đã lắp dựng xong các tấm panen nóc, hoặc đổ bê tông nóc và hoàn thiện trạng thái đường phố, giao thông trên phố lại có thể hoạt động bình thường không gây ảnh hưởng đến công tác thi công tiếp theo Bằng cách này có thể xây dựng được các công trình có nhiều tầng trong lòng đất với thời gian thi công dài mà không gây cản trở đến hoạt động bình thường trên mặt đất Phương thức này được gọi là topdown trong xây dựng dân dụng

Phương pháp hạ dần và hạ chìm: Theo phương thức này toàn bộ hay từng

đoạn của kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt đất Sau đó các đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song với việc đào xúc đất dưới gầm của

kết cấu đó (Phương pháp caisson hay hạ dần): (hình 1.8.a) hoặc ở dạng " hộp nổi"

được kéo đẩy ra mặt sông, biển và hạ chìm dần vào hào thi công đã được đào bốc

sẵn (Phương pháp hạ chìm): (hình 1.8.b)

Tiến bộ kỹ thuật hiện nay cho phép thi công bằng phương pháp lộ thiên trong mọi điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn phức tạp và đến độ sâu khá lớn Các tường cọc khoan nhồi và tường hào nhồi có thể đạt đến độ sâu >50m, tuy nhiên phổ biến vẫn ở độ sâu trong khoảng 12 đến 20m Độ sâu giới hạn phụ thuộc tiềm lực kinh tế và kỹ thuật của mỗi nước và bị chi phối chủ yếu bởi ba yếu tố là:

• Chất lượng của vật liệu xây dựng sẵn có

15

• Chất lượng và khả năng của các máy thi công có thể có và

• Giá thành của vật liệu xây dựng và các trang thiết bị kỹ thuật cần thiết a) Phương pháp hạ dần (caisson) b) Phương pháp hạ chìm

Hình 1.8 Phương pháp hạ dần (a) và phương pháp hạ chìm (b)

Trong các nhóm đã kể đến, phương pháp thi công hở là phương pháp được

sử dụng phổ biến Khi thi công theo phương pháp hở phải đặc biệt chú ý đến điều kiện đất nền và mực nước ngầm vì chúng có ảnh hưởng đến độ ổn định của thành hào Phương thức thi công hở đặc trưng bằng việc cơ giới hoá cao quá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hoá, các máy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn Tuy nhiên việc đào hố móng trên đoạn dài sẽ gây gián đoạn giao thông trong thời gian thi công Do đó, phải đưa ra được giải pháp thi công đồng bộ, hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành để tăng tính khả thi của phương pháp

Nói chung, phương pháp thi công lộ thiên là phương pháp thi công có chi phí thấp hơn, thực hiện đơn giản và ít rủi ro hơn so với phương pháp thi công ngầm Tuy nhiên, phương án này đòi hỏi hiện trường thi công phải trống vắng; diện tích công trường phải đủ rộng (đặc biệt khi có điều kiện áp dụng phương thức 1 và với thành hào không cần chống, bờ dốc nghiêng); phải thực hiện các công việc tháo dỡ, chuyển dời, lắp dựng lại các hệ thống cống rãnh, cáp, gây ảnh hưởng đến sinh hoạt bình thường; gây ách tắc giao thông khi thi công dọc đường phố; gây ô nhiễm môi

Để xây dựng các công trình ngầm bằng các phương pháp thi công ngầm đã

có hàng loạt các phương thức khác nhau được phát triển, được phân loại, xếp nhóm theo các tiêu chí khác nhau

Có thể nói rằng, mỗi công nghệ thi công là tổ hợp của các yếu tố, các giải pháp kỹ thuật cơ bản sau:

• Phương pháp và kỹ thuật đào hay tách bóc đất đá,

• Phương pháp và kỹ thuật bảo vệ (chống tạm) trong khi thi công;

• Sơ đồ đào hay sơ đồ thi công trên gương

Đào hay tách bóc đất đá là một khâu công tác quan trọng, nhằm tách phần đất đá nhất định ra khỏi khối nguyên hay vỏ trái đất để có được khoảng không gian ngầm theo yêu cầu Cho đến nay đã có nhiều phương pháp tách, phá đất/đá được phát triển, áp dụng và ngày càng hoàn thiện, với nhưng phạm vi áp dụng khác nhau Không kể các phương pháp thủ công, có thể tập hợp và phân nhóm các phương pháp tách phá đất/đá theo loại khối đất/đá như trong (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất/đá)

17

Trong các phương pháp đó, phá tách đá bằng khoan-nổ mìn và đào bằng các máy đào từng phần gương, máy cắt từng phần hay máy đào lò (Roadheader-RH), là các giải pháp được sử dụng rộng rãi, do vậy cũng được gọi là các phương pháp đào, phá thông thường Tuy nhiên, ngày nay nhờ các tiến bộ trong lĩnh vực phát triển vật liệu mới, tiến bộ trong kỹ thuật cơ khí và các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học đá, nên đã ra đời các công cụ và phương tiện phá vỡ đá tốt hơn, cho phép có thể

mở rộng các phạm vi ứng dụng của các phương pháp đào, phá đá Cũng đã có nhiều

dự án nhằm phối hợp phá đá bằng các nguyên lí cơ, nhiệt và hóa học (hình 1.9)

Hình 1.9 Phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công

Khi thi công xây dựng các công trình ngầm có thể xảy ra các sự cố khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa cơ học cụ thể của khối đất/đá trong khu

vực bố trí công trình Trong bảng 1.2 giới thiệu các khả năng sự cố có thể xảy ra và

các giải pháp bảo vệ để ngăn chặn các sự cố đó

Ngoài ra, các giải pháp khác nhau cũng thường được lựa chọn tùy theo yêu cầu hay mục tiêu riêng, ngoài nhiệm vụ chung, nảy sinh từ điều kiện cụ thể Do đặc điểm của công trình ngầm đô thị ta có thể chia làm 3 phương pháp thi công:

- Phương pháp đào hầm thông thường

- Thi công bằng máy khiên đào

- Thi công bằng phương pháp kích đẩy

18

Bảng 1.2 Các dạng sự cố có thể gặp khi đào công trình ngầm trong đất

Tróc lở đất, đá

rời

Vùi lấp người và máy móc

Kết cấu khung, lưới thép, bê tông phun

Mất ổn định

gương đào

Vùi lấp người và máy móc

Sử dụng các giải pháp chống đỡ trước

Sập lở đến mặt

đất

Gây gián đoạn thi công, tác động đến mặt đất

Phối hợp các giải pháp nêu trên

Thấu kính cát

Nguy hiểm cho người, máy móc;

Gây mất ổn định tiếp theo

Sử dụng biện pháp giảm tải, bêtông phun, khoan phun

Phá huỷ nền,

phần chân vòm

Gây sụt lún, tác động bất lợi đến các giai đoạn thi công sau, sập lở phần vòm

Đóng cọc, ván thép, cọc nhồi bằng phun tia, neo chốt

Rút ngắn khẩu

độ thi công theo trục hầm

19

1.2.2.2 Phương pháp đào ngầm thông thường

Phương pháp thi công hầm thông thường là phương pháp xây dựng các khoảng không gian ngầm có hình dạng bất kỳ theo một tiến trình mang tính chu kỳ:

1 Đào: Sử dụng phương pháp khoan nổ mìn hoặc các máy đào hầm

ngoại trừ máy đào toàn tiết diện TBM

Hình 1.10 Quy trình chung khi thi công CTN bằng phương pháp thông thường

Việc lựa chọn cũng như phát triển các phương pháp thi công trong xây dựng công trình ngầm có ý nghĩa đặc biệt Hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình ngầm chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố địa chất, địa chất thủy văn, địa cơ học trong mối tương quan với việc lựa chọn hợp lý các phương thức sau:

• sơ đồ đào hay phương thức đào và

• sơ đồ thi công hay phương thức thi công

Nếu như sơ đồ đào phản ánh trình tự hay phương thức khai đào trên gương

đào (hay trên mặt cắt ngang của công trình) thì sơ đồ thi công biểu thị phương thức phối hợp các công tác, kỹ thuật được thực hiện dọc theo trục thi công của công trình ngầm (hay trên mặt cắt dọc của công trình)

Phá vỡ đất đá trong

Xúc bốc và vận chuyển đất đá

Đưa gương vào trạng thái an toàn

Lắp dựng kết cấu chống tạm, cố định Các công tác phụ khác:

thoát nước, chiếu sáng…

20

Theo phương thức khai đào trên gương có thể phân ra hai nhóm chính là đào

toàn gương và đào chia gương

Đào toàn gương: nếu như trước đây đào toàn gương được hiểu là đào đồng

thời toàn bộ mặt cắt ngang trên gương cùng một mặt phẳng, thì ngày nay được hiểu theo nghĩa rộng hơn, cụ thể là:

- Đào đồng thời toàn bộ gương trên cùng một mặt phẳng, như nổ mìn toàn

gương, khoan toàn gương bằng máy TBM, máy khiên đào, máy khoan hầm nhỏ (microtunneling)

- Đào toàn bộ gương phân bậc ngắn, sau đó chống tạm toàn bộ vùng

được đào đồng thời, ví dụ khoan nổ mìn, hay đào cắt bằng máy từng bậc ngắn

Các ưu nhược điểm cơ bản của sơ đồ đào toàn gương là:

· Toàn bộ công tác thi công đào cho toàn gương được thực hiện trong một chu kỳ, do đó không gây nên những biến đổi cơ học nhiều lần Như vậy khối đá được “bảo dưỡng” tốt hơn;

· Tại gương đào có khoảng không gian trống, cho phép có thể sử dụng các biện pháp có mức độ cơ giới hóa cao cho quá trình nổ mìn

· Mức độ cơ giới hóa cao có thể tạo ra chu trình thi công liên tục, làm giảm thời gian thi công, cũng như bảo vệ khối đá thông qua khả năng hạn chế ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến công tác chống tạm

· Thi công toàn gương không gây ra các tác động ảnh hưởng hay chi phối lẫn nhau của các công đoạn, do vậy có thể theo dõi bao quát và dễ có thể tổ chức tốt công tác thi công Đương nhiên bên cạnh các ưu điểm cũng còn có những nhược điểm nhất định:

· Do mở ra khoảng trống có tiết diện tương đối lớn, thường chưa chống tạm, bảo vệ ngay được, nên sẽ có thể hình thành mối nguy hiểm lớn, trong điều kiện có những biến động đáng kể về điều kiện địa chất, địa cơ học trong biểu hiện của khối đá

· Thi công toàn gương với mức độ cơ giới hóa cao cũng có thể làm hạn chế tính linh hoạt của công tác thi công, cụ thể là sẽ rất khó khăn khi phải chuyển

21

sang đào chia gương ngay, trong trường hợp cần thiết

Đào chia gương: Việc chia gương đào, khi gặp các tiết diện lớn, trước

kia chủ yếu là do khả năng điều khiển khối đá còn bị hạn chế Với các loại vật liệu chống tạm thời đó, chủ yếu là khung gỗ hộp hay khung đánh khuôn, chỉ cho phép đào với tiết diện nhỏ Ngày nay việc chia tiết diện gương chịu quyết định chính bởi việc sử dụng kinh tế các trang thiết bị thi công Đương nhiên khi đã đào chia gương cũng có nghĩa là công tác chống tạm phải kế tiếp công tác đào Đặc điểm thi công này đòi hỏi chi phí cao, chịu ảnh hưởng mạnh của khối đá, làm cho các quá trình biến đổi cơ học lại bị thay đổi liên tục, có thể gây nên trạng thái tơi rời và làm tăng áp lực tác dụng lên kết cấu bảo vệ…

Ba nguyên nhân cơ bản dẫn đến phải đào chia gương là:

1 Thời gian tồn tại ổn định không chống của khối đá không đủ lớn để đào toàn gương

2 Nhu cầu về thời gian để lắp dựng kết cấu bảo vệ khi đào toàn gương không tương xứng với thời gian ổn định của khối đá (mối quan hệ với thời gian tồn tại, khẩu độ thi công)

3 Các trang thiết bị, như xe khoan hoặc sàn công tác, máy đào lò và máy cắt , không bao quát được toàn bộ tiết diện (tiết diện đào lớn so với năng lực của thiết bị thi công); máy xúc bốc không có công suất hợp lý cho toàn bộ chu

kỳ đào, do vậy phải chia gương Việc chia gương cũng thường bị chi phối bởi các điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn và địa cơ học

Sự phát triển không ngừng của các trang thiết bị khoan, nổ mìn, xúc bốc, vận chuyển cũng như công tác đo đạc, quan trắc đã góp phần rút ngắn thời gian thi công cần thiết Nhờ đó dịch chuyển của khối đá được hạn chế Và cùng

vì vậy kết cấu bảo vệ cũng giảm được kích thước (nhẹ hơn) và chi phí ít hơn

Các phương pháp thi công hiện đại đang được áp dụng theo nguyên tắc chia

gương là phương pháp thi công hầm mới của áo (NATM New Austrien

Tunneling Method), phương pháp đón đỡ của Bỉ, phương pháp nhân đỡ của Đức

và phương pháp dầm nóc, phương pháp thi công hầm Na Uy

22

Các phương pháp đào chia gương phổ biến là:

a) Đào theo trình tự từ trên xuống dưới

- Đường hầm có tiết diện không lớn; việc đào tách đá được thực hiện theo trình tự từ vòm, xuống thân và đến nền; tuy nhiên sau mỗi mảng đào kết cấu chống bảo vệ bằng bê tông phun kết hợp với lưới thép được thi công ngay Máy đào hầm di chuyển trên nền hầm đã gia cố và thực hiện công tác đào Với kết cấu chống tạm là bê tông phun và tạo nhanh vỏ chống kín, nên phương thức này

phản ánh đặc điểm điển hình của phương thức hay phương pháp thi công hầm

mới của Áo

- Khi tiết diện công trình ngầm khá lớn, thường phải thi công chia gương, mặc dù khối đá có thể ổn định Một trong phương thức quen biết khi thi

công đường hầm là chia gương có đường dốc (hình 1.11)

Hình 1.11 Thi công chia gương có đường dốc

Theo phương thức này phần vòm được thi công tiến trước (hoảng 50m đến 100m), do yêu cầu về không gian thi công và gương phần vòm được tiếp cận nhờ đường dốc Và nếu kế tiếp việc thi công phần vòm là đào các mảng hai bên sườn thì phương thức thi công thực sự tương tự như phương pháp đón đỡ cổ điển của Bỉ (đương nhiên nếu kết cấu chống tạm có bê tông phun và không loe tại

23

chân vòm, nhiều khi vẫn được coi là NATM)

b) Đào với các đường lò hai bên sườn

Trên (hình 1.12) cho thấy có thể thi công các đường hầm lớn bắt đầu bằng các đường lò hai bên sườn, có kết cấu bảo vệ bằng bê tông phun Tiếp đó phần vòm được đào và lắp kết cấu chống bảo vệ Kết tiếp là đào phần nhân và phần nền, đồng thời dỡ bỏ các kết cấu tường ngăn với các đường lò hai bên sườn Phương thức thi công này mang đặc điểm tương tự như phương thức thi công cổ điển có nhân đỡ của Đức

Hình 1.12 Thi công đường hầm bắt đầu từ hai bên sườn

Phương thức thi công này cũng có thể được triển khai theo nhiều phương án khác nhau, tùy theo diện tích tiết diện gương và khả năng thi công, cụ thể:

• Khi tiết diện nhỏ, có thể thi công với hai đường lò giao cắt nhau để tạo nên toàn bộ tiết diện đào;

• Có thể thi công đường lò giữa trước tiếp đó là đường lò bên sườn;

• Khi tiết diện khá lớn có thể thi công với đường lò giữa kết hợp với hai đường lò hai bên (hình 1.13)

Hình 1.13 Phương án thi công lò hai bên sườn

24

c) Đào phối hợp, mở nhiều gương

Phương pháp này thường được áp dụng khi thi công các hầm, trạm tiết diện lớn Để đẩy nhanh tiến độ thi công, trong khối đá cứng rắn, ổn định, có thể mở nhiều gương tại các mức thi công khác nhau Đương nhiên trong trường hợp này cần đặc biệt phân tích ảnh hưởng lẫn nhau của các quá trình thi

công tại các gương, không để rủi ro, tai nạn có thể xảy ra

Như vậy bằng cách phối hợp ba yếu tố là sơ đồ đào, phương pháp phá, tách bóc đất/đá (phương pháp đào) cùng với các phương pháp bảo vệ có thể hình thành nhiều phương pháp thi công khác nhau Nói chung các phương pháp thi công ngầm rất đa dạng về loại hình, phương thức phối hợp công nghệ cũng như những giải pháp riêng biệt theo kinh nghiệm của từng đất nước, từng khu vực, tuỳ theo khả năng kinh tế và tiến bộ kỹ thuật

1.2.2.3 Thi công bằng máy khiên đào (shield machine)

Đào hầm theo phương pháp khiên đào là phương pháp đào và xây dựng hầm trong lòng đất từ cứng đến mềm Đây là một loại máy đào bằng kim loại, được đẩy bằng những kích đẩy để vừa đào đất trước mặt vừa tiến lên phía trước Phía sau máy

đào có hệ thống lắp ráp các tấm vỏ hầm (vách hầm) Máy khiên đào gồm có máy

đào ở phía trước mặt đào hầm có đường kính lớn hơn đường kính thiết kế một chút

và được đẩy về phía trước bằng kích để đào hầm Mặt trước của máy đào được cấu tạo như hình cái khiên có những lưỡi cắt, vừa đào vừa giữ cho lớp đất phía trước không bị sụp lở Thông thường thì máy đào shield có hình tròn, đường kính từ 1.5m đến 14m [1]

Máy khiên đào (shield machine) được cấu tạo từ 3 bộ phận Bộ phận trước che kín (hood), bộ phận thân giữa (girder) và bộ phận đuôi (tail) Bộ phận trước che kín có đĩa cắt đất đá, bộ phận thân có kích để đẩy bộ phận đầu lên phía trước, và bộ phận đuôi có thiết bị gắn ráp các tấm vỏ hầm (segment)

Máy đào shield được đưa xuống vị trí đào dưới lòng đất từ một giếng thẳng đứng được đào ở vị trí khởi đầu của đường hầm Máy được vừa đẩy lên phía trước

để đào, và đất đào phía trước mặt cắt được đưa vào phía sau máy và chuyển ra

25

ngoài theo giếng thẳng đứng Sau mỗi đoạn đào, những tấm vỏ hầm (segment) được gắn liên kết quanh chu vi tiết diện hầm tạo thành vỏ hầm (vỏ hầm lớp thứ nhất) Máy đào được đẩy lên phía trước bằng những cái kích gắn ở phần thân

Đường kính ngoài của đầu máy đào lớn hơn đường kính ngoài của các tấm

vỏ hầm sau khi gắn liên kết Vì vậy phía sau các tấm vỏ hầm có khe hở, nên cần phải làm kín bằng cách bơm vữa vào khe hở để tránh trình trạng đất bị lún

Có nhiều loại máy đào shield

1 Máy đào tạo áp lực đất là loại máy đào đưa đất đào chứa đầy trong

phòng phía sau đĩa cắt để tạo áp lực quân bình với áp lực của mặt đất phía trước máy đào tác dụng vào Đất đào trong phòng chứa này được đưa ra bên ngoài bằng băng tải (hình 1.14)

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khiên cân bằng áp lực đất

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương bằng hỗn hợp đất

26

2 Máy đào tạo áp lực đất bùn là loại máy mà trong khi đào, đẩy nước bùn (chất lỏng có bùn) vào mặt đất phía trước mặt cắt và trộn làm đất trở thành trạng thái đất bùn trong phòng chứa phía sau, để tạo áp lực cân bằng đối kháng lại với áp

lực của mặt đất phía trước đĩa cắt

3 Máy máy đào tạo áp lực nước bùn là loại máy mà trong khi đào, bơm nước bùn vào đầy trong phòng phía sau đĩa cắt để tạo áp lực đối kháng lại với áp lực của mặt đất phía trước đĩa cắt Nước bùn này được bơm tuần hoàn Đất đào được chuyển ra ngoài cùng với nước bùn Vì đất đào được đưa ra cùng với nước bùn được trộn chung nên được di chuyển dưới dạng đất mềm có nước bùn nên ít có

bụi (hình 1.16) Ngoài ra còn có các loại khiên dùng nguyên lý đỡ gương bằng khí

9 Vữa lấp đầy phía sau vỏ chống

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khiên chất lỏng có áp

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương bằng chất lỏng có áp

27

Quy trình thi công điển hình khi thi công bằng máy khiên đào

- Thi công hố hay giếng có kích thước đủ lớn để lắp đặt máy khiên đào chuẩn bị thi công

- Đào cắt đất đá trong gương bằng máy khiên đào (bao gồm cả công tác chống đỡ gương khi đào)

- Vận chuyển đất đá thải song song với quá trình đào

- Thi công lắp dựng kết cấu chống giữ công trình (tạm hay cố định) ngay phía sau máy khiên đào

- Hoàn thiện kết cấu vỏ hầm

1.2.2.4 Thi công bằng phương pháp kích đẩy (jacking)

Phương pháp nén ép ống, cũng còn gọi là phương pháp nén ép trước hay phương pháp kích đẩy, được áp dụng khi phương pháp khiên đào hoặc các phương

pháp thi công ngầm khác không còn kinh tế hoặc gặp những khó khăn về kỹ thuật hình 1.18, hình 1.19

Hình 1.18 Sơ đồ thi công bằng phương pháp kích đẩy

Mực nước ngầm

Đầu cắt

28

1 Vỏ hầm đúc tại chỗ

2 Băng giảm ma sát bên trên

3 Băng giảm ma sát bên dưới

4 Cáp căng bên sườn

Hình 1.19 Sơ đồ thi công công trình ngầm đô thị tiết diện lớn ở London,

Anh bằng phương pháp kích đẩy

TRẮC NGANG SƠ ĐỒ THI CÔNG

TRẮC DỌC SƠ ĐỒ THI CÔNG