Nghiên cứu dự báo các vấn đề địa chất công trình xảy ra khi xây dựng đoạn tuyến tàu điện ngầm kim mã ga hà nội bằng phương pháp đào kín và đề xuất các giải pháp khắc phục

Nội dung nghiên cứu Để giải quyết tốt mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Tổng quan về công nghệ thi công công trình ngầm đô thị - Các vấn

LÊ THANH SƠN

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH XẢY RA KHI XÂY DỰNG ĐOẠN TUYẾN TÀU ĐIỆN NGẦM KIM

MÃ - GA HÀ NỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀO KÍN VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2013

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

LÊ THANH SƠN

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH XẢY RA KHI XÂY DỰNG ĐOẠN TUYẾN TÀU ĐIỆN NGẦM KIM

MÃ - GA HÀ NỘI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀO KÍN VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT

MÃ SỐ: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Trần Văn Tư

2 PGS.TS Đoàn Thế Tường

Hà Nội - 2013

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả luận văn

Lê Thanh Sơn

2

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG

CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ 10

1 Phân loại công trình ngầm đô thị 10

2 Những đặc điểm khác biệt của công trình ngầm đô thị 10

3 Các công nghệ thi công công trình ngầm đô thị 12

3.1 Phương pháp thi công đào hở 12

3.2 Phương pháp thi công đào kín 16

3.2.1 Các đặc tính của các máy dùng vữa bùn 22

3.2.2 Các đặc tính của máy cân bằng Áp lực đất 24

3.2.3 Các tiêu chí lựa chọn loại TBM 26

3.2.4 So sánh giữa vữa bùn và EPB 29

4 Công trình ngầm ở thế giới và Việt Nam 30

4.1 Một số công trình ngầm trên thế giới 30

4.2 Công trình ngầm đô thị ở Việt Nam 32

CHƯƠNG 2

CÁC VẤN ĐỀ ĐCCT CÓ THỂ XẢY RA KHI THI CÔNG

CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ 37

1 Các vấn đề có thể xảy ra khi thi công đào hở 37

1.1 Hiện tượng đẩy trồi (bùng) đáy hố đào 37

1.2 Hiện tượng bục đáy hố đào 38

1.3 Hiện tượng nước chảy vào hố móng 39

1.4 Hiện tượng mất ổn định thành vách hố đào 39

1.5 Hiện tượng lún và chuyển vị của đất xung quanh hố đào 39

1.6 Quá trình xói ngầm và cát chảy 41

1.7 Ô nhiễm nước ngầm 43

2 Các vấn đề có thể xảy ra khi thi công đào kín 43

2.1 Hiện tượng biến dạng thấm 43

2.2 thấp mực nước ngầm 43

2.3 Lún bề mặt đất 44

2.2.1 Mô tả hiện tượng và các đặc trưng phễu lún 44

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lún bề mặt đất 46

2.4 Mất ổn định nhà và công trình lân cận 49

2.5 Phương pháp tính toán dự sụt lún mặt đất 51

2.5.1.Phương pháp kinh nghiệm 51

2.5.2 Các lời giải lý thuyết tính toán biến dạng của đất 56

2.5.3 Phương pháp số 61

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN DỰ BÁO LÚN BỀ MẶT ĐẤT

CHO TUYẾN KIM MÃ – GA HÀ NỘI 63

1 Đặc điểm tuyến tàu điện ngầm Kim Mã – Ga Hà Nội 63

2 Đặc điểm ĐCCT tuyến ngầm 69

2.1 Hiện trạng khu vực khảo sát 69

2.2 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của các lớp đất đá 69

2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 79

3 Tính toán dự báolún bề mặt đất cho tuyến Nhổn – Ga Hà Nội 80

3.1 Nội dung tính toán dự báo và các bài toán địa kỹ thuật 81

3.2 Kết quả tính dự báo 81

3.2.1 Theo phương pháp giải tích 81

3.2.2 Theo phương pháp số 85

4 Phương pháp xử lý các vấn đề ĐCCT khi thi công đào kín 97

4.1 Kiểm soát ổn định bề mặt 97

4.2 Các phương pháp bảo vệ công trình lân cận 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

4

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Kiểu máy và khả năng áp dụng trong nền đất 17

Bảng 1.2 Một số công trình ngầm trên thế giới 30

Bảng 1.3 Hệ thống đường sắt đô thị trong tương lai của Hà Nội 35

Bảng 2.1 Các công trình văn hoá, di tích lịch sử trong khu vực Dự án 49

Bảng 2.2 Các trường học trong khu vực Dự án 50

Bảng 2.3 Lượng đất hao hụt và chất lượng của thực tế thi công đường hầm 52

Bảng 3.1 Các thông số của các ga ngầm 68

Bảng 3.2 Giá trị hệ số K theo loại đất 83

Bảng 3.3 Đặc tính vật liệu các lớp đất hố khoan BH 22 85

Bảng 3.4 Đặc tính vật liệu của TBM 86

Bảng 3.5 Chuyển vị Smax theo chiều sâu và đường kính hầm hố khoan BH 22 95

Bảng 3.6 Đặc tính vật liệu các lớp đất hố khoan BH 30 96

Bảng 3.7 Chuyển vị Smax theo chiều sâu và đường kính hầm hố khoan BH 30 97

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tường trong đất 13

Hình 1.2 Xây dựng ngầm gia tăng theo thời gian 14

Hình 1.3 Thi công đào hở sử dụng đào vát thành hố đào 15

Hình 1.4 Phân loại theo đất cần đào 21

Hình 1.5 Hình ảnh chung của máy TBM 21

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí các bộ phận cấu thành của TBM 22

Hình 1.7 Đầu cắt đường kính 13.9m 22

Hình 1.8 Máy khiên đào sử dụng vữa bùn 23

Hình 1.9 Máy EPB 25

Hình 1.10 Sự biến đổi của vật liệu được đào trong một máy EPB 26

Hình 1.11 Các nhu cầu xử lý đất của các máy TBM dùng EPB trong các loại đất khác nhau – các đường gianh giới đã hiển thị 27

Hình 1.12 Các lĩnh vực ứng dụng EPB và các kỹ thuật xử lý khác nhau 28

Hình 1.13 Sử dụng cả TBM -EPB cả TBM - Cân bằng áp lực vữa bùn (SPB) thì có thể áp dụng cho toàn bộ dải các điều kiện của đất 28

Hình 1.14 Phân bố kích thước hạt của các mẫu đất 29

Hình 1.15 Hệ thống vận tải công cộng khối lượng lớn trong năm 2030 34

Hình 2.1 Thuật ngữ chuyên ngành về lún trong thi công đường hầm và đất bị đào lẹm 44

Hình 2.2 – Các khái niệm của đường cong xác xuất khi được sử dụng để đại diện cho tiết diện ngang của vùng lõm lún phía trên đường hầm 54

Hình 2.3 - Sơ đồ minh hoạ các chuyển dịch của đất sinh ra do quá trình thi công 56

Hình 2.4 - Dự tính độ lún bề mặt sử dụng đường cong xác xuất phân phối chuẩn hay phân phối Gauss 58

Hình 2.5 Dự tính chuyển dịch của đất trên cơ sở hệ số ổn định đối với

6

các đất dính 60

Hình 3.1 Hướng tuyến Metro 63

Hình 3.2 Sơ đồ mặt cắt ngang phần đi trên cao 64

Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt địa chất khu vực tuyến metro đi qua 64

Hình 3.4 Đoạn tuyến đường sắt trên cao giao cắt với đường vành đai 3 65

Hình 3.5 Đoạn đi trên cao trên đường Cầu Giấy 66

Hình 3.6 Đoạn tuyến đường sắt trên cao giao cắt với đường vành đai 2 66

Hình 3.7 Đoạn chuyển tiếp giữa đoạn đi trên cao và đoạn đi ngầm 67

Hình 3.8 Mô hình Gaussian tính lún bề mặt khi thi công hầm 82

Hình 3.9 Hệ số K khi tính toán đường

hầm trongnền nhiều lớp với z 0 < 1.5D 83

Hình 3.10 Hệ số K khi tính toán đường hầm trong nền nhiều lớp với z0 ≥1.5D 84

Hình 3.11 Khai báo dữ liệu bài toán 87

Hình 3.12 Khai báo thông số các lớp đất 88

Hình 3.13 Tạo Tunnel với D = 5 89

Hình 3.14 Gắn vật liệu và tunnel vào mô hình 89

Hình 3.15 tạo lưới phân tử 90

Hình 3.16 Áp lực nước lỗ rỗng 91

Hình 3.17 Tạo ứng suất hiệu quả 92

Hình3.18 Tính toán lún bề mặt 92

Hình 3.19 Lưới biến dạng 93

Hình 3.20 Phân bố ứng suất hiệu quả 94

Hình 3.21 Chuyển vị theo phương đứng 94

Hình 3.22: Hình dạng phễu lún ở chiều sâu 18m 97

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 hạ tầng kỹ thuật đô thị Hiện nay quỹ đất bề mặt của các đô thị lớn đang ở trong tình trạng gần như cạn kiệt, các không gian xanh, không gian công cộng với nhu cầu về tính văn minh, hiện đại và

mỹ quan đô thị đã và đang đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả năng tận dụng, phát triển song song cả về chiều cao lẫn chiều sâu đô thị Hướng giải quyết là

bổ sung các hệ thống giao thông không đồng mức như đường sắt trên cao hay tàu điện ngầm Một thành phố văn minh hiện đại không thể thiếu tàu điện ngầm Chính

vì thế, để phát triển thủ đô bền vững, trong những năm gần đây, Hà Nội đã đầu tư rất lớn vào hệ thống các công trình ngầm trong đô thị

Trong quy hoạch giao thông Hà Nội của Bộ Giao thông vận tải và Uỷ ban nhân dân thành phố Hà Nội các tuyến đường sắt đô thị trong đó có đường tàu điện ngầm được đặc biệt quan tâm Theo quy hoạch này, tuyến đường sắt đô thị thành phố Hà Nội đoạn Nhổn – Ga Hà Nội với kinh phí hơn 1 tỷ USD đã được khởi công vào ngày 25/9/2010 và dự kiến sẽ đưa vào vận hành trong năm 2015 Theo ban dự

án đường sắt đô thị Hà Nội, tuyến đường sắt đô thị số 3 Nhổn – Ga Hà Nội dài 12,5

km Trong đó phần đường sắt trên cao dài 8,5 km và phần đi ngầm dài 4 km qua ga Kim Mã – Cát Linh – Văn Miếu – Ga Hà Nội Đoạn đi ngầm theo thiết kế bước đầu được thi công theo phương pháp đào kín Kết quả khảo sát địa chất sơ bộ cho thấy đoạn thi công có điều kiện địa chất công trình không thuận lợi, đất yếu dày nên khi đào hầm sẽ gặp khó khăn, phát sinh nhiều vấn đề địa chất công trình phức tạp Xuất phát từ thực tế trên, tác giả chọn đề tài bảo vệ luận văn thạc sỹ với nội

dung: “ Nghiên cứu dự báo các vấn đề Địa chất công trình khi xây dựng đoạn

tuyến tàu điện ngầm Kim Mã – Ga Hà Nội bằng phương pháp đào kín và đề xuất các giải pháp khắc phục”

8

2 Mục đích nghiên cứu

Dự báo các vấn đề địa chất công trình có thể xảy ra trên đoạn tuyến nghiên cứu, từ đó kiến nghị các giải pháp xử lý phục vụ cho công tác thi công và sử dụng công trình đạt an toàn và hiệu quả nhất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Biến đổi của môi trường Địa chất và các ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm đối với bề mặt đất cũng như các công trình trên mặt trong phạm vi ảnh hưởng của môi trường địa chất

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu các phương pháp thi công công trình ngầm và lựa chọn được phương pháp thi công phù hợp nhất với điều kiện địa chất công trình và môi trường xung quanh của khu vực

- Làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình của tuyến Kim Mã – Ga Hà Nội

- Tính toán dự báo mức độ ảnh hưởng của phương pháp thi công đến điều kiện môi trường địa chất của khu vực và đề ra những biện pháp xử lý thích hợp

5 Nội dung nghiên cứu

Để giải quyết tốt mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Tổng quan về công nghệ thi công công trình ngầm đô thị

- Các vấn đề ĐCCT có thể xảy ra khi thi công công trình ngầm đô thị bằng các phương pháp khác nhau và lựa chọn phương pháp thi công phù hợp nhất

- Tính toán dự báo lún bề mặt đất cho tuyến Kim Mã – Ga Hà Nội bằng phương pháp lý thuyết và phương pháp số sau đó đề ra các biện pháp khắc phục

6 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu đề tài sử dụng bao gồm:

- Thu thập và hệ thống các tài liệu dưới các dạng và hình thức khác nhau (văn bản, báo cáo, bản đồ )

- Phương pháp địa chất để làm sáng tỏ sự hình thành và đặc điểm cấu trúc địa chất phạm vi nghiên cứu;

- Phương pháp phân tích hệ thống để dự báo các vấn đề địa chất công trình phát sinh khi thi công đào đường hầm;

- Phương pháp tính toán lý thuyết với sự ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn và công nghệ thông tin để tính sụt lún mặt đất khi xây dựng đường hầm

- Phương pháp toán học thống kê xác suất để chỉnh lý các kết quả thí nghiệm

7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Các kết quả nghiên cứu của luận văn phục vụ thiết thực cho thiết kế, thi công tuyến đường sắt đô thị Nhổn – Ga Hà Nội và là tài liệu tham khảo cho thiết kế

và thi công các công trình cùng loại

- Kết quả của luận văn góp phần hoàn thiện phương pháp nghiên cứu, phân tích, đánh giá và dự báo các vấn đề ĐCCT khi xây dựng các công trình ngầm trong

vùng đồng bằng

8 Cơ sở tài liệu của luận văn

- Các tài liệu về điều tra ĐCCT phục vụ xây dựng tuyến tầu điện ngầm bao

gồm:

+ Tài liệu về tuyến tàu điện ngầm Nhổn - Ga Hàng Cỏ

+ Tài liệu về đặc điểm địa chất công trình và địa chất thủy văn của khu vực thành phố Hà Nội

- Mặt cắt địa chất công trình, mặt cắt địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu

- Tài liệu khoan khảo sát địa chất công trình

- Tài liệu bơm hút nước thí nghiệm;

- Một số sách giáo trình, sách tham khảo, các báo cáo khoa học, quy phạm, quy chuẩn về địa chất thủy văn và công trình ngầm

9 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị được trình bày trong 104 trang với 41 hình vẽ và 14 bảng

10

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ

1 Phân loại công trình ngầm đô thị

Theo nghị định 41/2007/NĐ-CP được ban hành ngày 22 tháng 03 năm 2007 của chính phủ thì: công trình ngầm đô thị là những công trình được xây dựng ngầm dưới đất tại đô thị bao gồm công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm; công trình giao thông ngầm; công trình công cộng ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng + Công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm bao gồm các công trình đường ống cấp nước, cấp năng lượng, thoát nước, công trình đường dây cấp điện, thông tin liên lạc, hào, tuynel kỹ thuật và các công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật được xây dựng ngầm

+ Công trình giao thông ngầm là công trình phục vụ giao thông được xây dựng dưới mặt đất

+ Công trình công cộng ngầm là công trình phục vụ hoạt động công cộng được xây dựng dưới mặt đất

+ Phần ngầm của các công trình xây dựng bao gồm tầng hầm (nếu có) và các

bộ phận của công trình xây dựng nằm dưới mặt đất

2 Những đặc điểm khác biệt của công trình ngầm đô thị

Trong những năm gần đây các thành phố Việt nam đã thể hiện sự tăng trưởng đáng kể về mọi mặt Nhưng cũng qua đó bộc lộ sự hạn chế của hạ tầng cơ

sở Ùn tắc giao thông, tiếng ồn, bụi, khí thải độc hại đều vượt quá ngưỡng cho phép Lụt lội khi có mưa kèm theo ứ đọng của nước thải không xử lý hết là mối nguy không chỉ đối với giao thông, đi lại mà còn là nguồn gây dịch bệnh đối với con người, đồng thời cũng thể hiện sự không hợp lý của hệ thống cống thoát thải nước Các hệ thống cáp điện, viễn thông trên mặt đất vừa không an toàn trong sử dụng, vừa làm mất mỹ quan của các thành phố Các hệ thống cống, ống dẫn không được quy hoạch trước thận trọng đã luôn gây ra các hiện tượng đào bới thiếu nguyên tắc,

nhiều khi phá hoại cả hệ thống đường hiện tại Phát triển hạ tầng cơ sở của nước ta, đặc biệt trong các thành phố, đã đến lúc cần phải quan tâm nhiều hơn nữa đến hệ thống công trình ngầm Các công trình ngầm đô thị có một số điểm khác biệt so với các dạng công trình khác như :

- Không có ánh sáng và thông gió tự nhiên;

- Được bao bọc bởi môi trường đất đá xung quanh;

- Có những đặc thù riêng về khảo sát, thiết kế, xây dựng và sử dụng, luôn phải gắn chặt với hệ thống công trình ngầm và các công trình khác trên mặt đất;

- Trong quá trình xây dựng phải giải quyết khối lượng lớn công tác đào đất, công tác thoát nước và tính toán kết cấu chịu lực;

- Giá trị đầu tư so với xây dựng trên mặt đất thường lớn hơn 1,5 ~ 2 lần Hiện nay, tại một số thành phố trên thế giới đã có hệ thống xe điện ngầm, bãi

đỗ xe, đường hầm cho xe ô tô và người đi bộ, tiệm ăn uống, trung tâm mua bán, văn hoá, cung hội nghị, khu triển lãm, các nhà máy, xí nghiệp và nhiều loại dịch vụ khác được xây dựng dưới lòng đất Quy hoạch xây dựng “thành phố theo chiều thẳng đứng” sẽ thịnh hành trong những thập niên tới

Việc xây dựng các công trình ngầm đô thị có rất nhiều ưu điểm trong thời kì

phát triển hiện nay như:

- Tạo quy hoạch kiến trúc thành phố hợp lý;

- Tạo vẻ đẹp cho thành phố do đưa nhiều loại công trình phụ trợ xuống ngầm;

- Tiết kiệm diện tích xây dựng trên mặt đất để có chỗ bố trí công viên, sân vận động, các không gian xanh;

- Cải thiện điều kiện vệ sinh thành phố;

- Giữ gìn được các kiến trúc cổ, các di tích lịch sử;

- Hợp lý hoá bố trí các điều kiện kỹ thuật (đường ống cấp thoát nước, cáp thông tin, năng lượng)

12

- Kết hợp được với các yêu cầu quốc phòng;

- Giải quyết giao thông liên tục với tốc độ cao, giảm ùn tắc giao thông trên mặt;

- Tạo lập được các nút giao thông hợp lý

- Bố trí hợp lý các gara, bến bãi xe cộ;

- Cải thiện được việc phục vụ giao thông cho dân cư

- Xây dựng hệ thống thoát nước tập trung góp phần chống ngập lụt cho Thành phố

3 Các công nghệ thi công công trình ngầm đô thị

Cho đến nay có khá nhiều công nghệ thi công công trình ngầm, thông thường các công nghệ này được phân thành 2 nhóm là:

Các công nghệ thi công bằng phương pháp đào kín (thi công ngầm) và thi công bằng phương pháp đào hở (thi công lộ thiên)

3.1 Phương pháp thi công đào hở

Phương pháp đào hở là một trong những phương pháp hay dùng để thi công

những loại công trình ngầm đặt nông (giới hạn trong phạm vi 5 – 15m, có khi đến 20m kể từ mặt đất)

Hình 1.1 Tường trong đất

Các công trình như đường vượt ngầm ngắn, hệ thống colector đặt mạng lưới

kỹ thuật đô thị (cáp điện động lực, cáp thông tin, các đường ống cấp khí đốt, cấp và thoát nước), các gara ô tô 1-2 tầng ngầm, các đường và ga tầu điện nằm nông, các công trình văn hoá giải trí, các kho đa chức năng hoặc các mương-ống công nghệ công nghiệp, thường được thi công trong các hố hào đào lộ thiên - tức là thi công theo phương pháp đào hở

Tổng kết xây dựng hệ thống tàu điện ngầm ở Nga [3] từ năm 1965 đến 1995

đã chỉ ra rằng, phương pháp đào mở đã chiếm tỷ lệ đáng kể và đã tăng từ 39% (25.3/63.7 km) trong những năm 1965-1970 lên 63% (89.3/141.6 km) trong những năm 1991-1995 (Hình 1.2)

14

Hình 1.2 Xây dựng ngầm gia tăng theo thời gian

Sự tăng trưởng này là do công nghệ thi công phát triển nhanh và khả năng cẩu lắp ngày càng lớn các đốt công trình ngầm đúc sẵn Trong nhiều đô thị của các nước thuộc SNG (Liên Xô cũ) như Tasken, Minxk, Novoxibirxk, Xamara, Omxk, nơi việc xây dựng các tuyến tầu điện ngầm bắt đầu chưa lâu, phương pháp đào mở đã được ưu tiên thiết kế và thi công Tình hình tương tự cũng nhận thấy ở nhiều nước trên thế giới, ví dụ như tại nhiều thành phố lớn của Nhật (Tokyo, Osaka,…) hệ thống tầu điện ngầm được đặt ngay dưới các đại lộ lớn với công nghệ đào mở, làm nắp để giải quyết thông suốt giao thông trên mặt đất và tiếp tục đào phía dưới nắp

Những ưu điểm của phương pháp đào hở (cũng như các nhược điểm, hạn chế của phương pháp này) sẽ được hệ thống hoá lại dưới đây Nhưng có thể thấy một lợi ích kinh tế kỹ thuật của phương pháp đào hở là đáng kể Riêng về thi công hệ thống tầu điện ngầm, các tổng kết đã chỉ ra rằng:

- Phương pháp đào hở cho phép sử dụng các thiết bị có năng suất cao, áp dụng rộng rãi kết cấu lắp ghép khối lớn bằng bê tông, toàn khối hóa nó bằng cách

sử dụng các thiết bị lắp đặt bê tông hiện đại, cốp pha tự hành, khung và khối cốt

thép chế tạo tại nhà máy sẽ làm tăng nhanh tiến độ thi công xây dựng hơn so với phương pháp đào ngầm

- Về mặt tính toán thiết kế công trình ngầm, sơ đồ tính toán đơn giản hơn, gần với thực tế công trình hơn và chất lượng vật liệu sử dụng thi công công trình cũng dễ dàng kiểm soát

- Giá thành xây dựng các tuyến đặt nông trong điều kiện địa chất thuỷ văn thuận lợi thấp hơn 2 lần các tuyến chôn sâu thi công theo phương pháp đào ngầm và chi phí khai thác cũng nhỏ hơn

-Do độ sâu các ga không lớn nên tiết kiệm thời gian đi lại của người sử dụng

và tăng nhanh tốc độ thông thoát hành khách từ bến đỗ lên bề mặt đất

Hình 1.3 Thi công đào hở sử dụng đào vát thành hố đào

Ưu điểm nổi bật của phương pháp đào hở là có thể sử dụng máy làm đất và các máy thi công khác với mức cơ giới hóa cao, áp dụng các kết cấu bê tông lắp ghép khối lớn, do vậy đạt năng suất cao, chống thấm cho công trình ngầm đơn giản và dễ đảm bảo chất lượng

Phương pháp đào hở có nhiều ưu việt khi công trình ngầm không sâu, có diện tích thi công rộng trên mặt bằng Phương pháp này thường được chọn dùng trong những điều kiện địa chất như:

16

- Trong đất có đá lăn hay trong sạn sỏi;

- Trong đất cát bão hoà nước đến độ sâu 6 – 7m;

- Trong đất có độ ẩm tự nhiên đến độ sâu 10 – 11m;

- Trong đất sét bão hoà nước đến độ sâu 10 – 12m;

tiện giao thông và các hoạt động khác có thể thực hiện trên đó

- Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì ổn

định của vách hố và đáy hố, nên đòi hỏi phải thi công nhanh, gấp

- Các hào đào có thể lấn vào móng của công trình hiện hữu, làm biến dạng công trình, do vậy phát sinh kinh phí cho gia cường chống đỡ

- Khi thi công bằng phương pháp đào hở thường phải di dời hoặc đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác (cáp điện, thông tin, ống cấp thoát nước…) vì thế tiến độ thi công dễ bị kéo dài

- Gây ra sự chuyển vị của đất ở vách hố đào và lún các công trình lân cận

- Việc di dân giải phóng mặt bằng dành cho công trình cũng như cho sân bãi công trường xây dựng, việc tổ chức lại các tuyến giao thông, gây ồn, chấn động, bụi… khi thi công thường là những vấn đề xã hội, kinh tế khó giải quyết nhanh gọn

để công trình khởi công đúng hạn

3.2 Phương pháp thi công đào kín (đào ngầm)

Phương pháp thi công đào kín thường hay được sử dụng khi tiến hành xây dựng trong vùng có mật độ xây dựng cao (móng nhà và công trình, hệ thống ngầm

cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị, hệ thống giao thông trên mặt, ) Đào hầm trong các

khu vực nhạy cảm như môi trường đô thị cần có các phương pháp đào đặc biệt và các quy trình kiểm soát đặc biệt

Khi thi công các công trình ngầm người ta có thể sử dụng rất nhiều các loại

để giữ gương đào

Nếu điều kiện đất

đòi hỏi, thiết bị

dùng trần hoặc mui

di động

Cải tiến từ khiên Brunel Hiện nay phần lớn đã được cơ giới hoá Đối với hầm tiết diện lớn, đôi khi sử dụng hệ kích

ở phía trên gương đào

18

vào gương đào và chia gương đào thành 1 hoặc nhiều tầng Hơi khó thi công trong đất mềm, xốp hoặc chảy Có thể dùng khí nén để giữ ổn định gương đào cho đất yếu

4 Cơ

khí

Máy cơ giới hoá

hoàn toàn Đào toàn

có thể dùng khí nén bảo vệ gương đào trong đất yếu

lên gương đào; Vữa

được bơm và tuần

+ Độ ẩm < 18%

cm/s + Cuội lớn hơn 20cm

băng tải ống xoắn

với van côn hoặc

+ Hàm lượng sét và bụi > 7%

+ Hàm lượng dăm sạn < 70%

+ Đất dính (không ít hơn 40% sét và bụi)

có N<15 + Độ ẩm > 18% đối với đất cát và > 25%

cho đất dính

Máy liên hợp bơm

vữa đặc vào buồng

cắt có áp Được

phát triển để sử

dụng cho đất hỗn

hợp, ít hạt mịn hoặc

nước không hợp với

EPB, hoặc cuội sỏi

quá to đối với máy

khiên vữa

Đã sử dụng cho đất với 85% hàm lượng sỏi và kích cỡ cuội sỏi và đá tảng tới 50x25x18 cm Đã sử dụng cho đất sỏi sạn lẫn cát có N=30–50

và cát hoặc đất bụi với N= 5 -35

Hiện nay, để đào các đường hầm dài như hầm tàu điện ngầm người ta thường dùng công nghệ khoan hầm TBM (tunnel boring machine ) Các máy TBM được phân loại theo điều kiện địa chất, môi trường làm việc trong nước, đường kính lỗ đào và phương pháp chống đỡ mặt đào Theo cấu tạo địa chất của nền đất sẽ đào qua và đặc tính dòng thấm cụ thể xuất hiện tại mặt đào và trong lòng đường hầm, hai loại khiên thường dùng trong đất đá từ bùn sét đến cuội sỏi là khiên vữa nén (vữa bùn) và khiên cân bằng áp lực đất – EPB (earth pressure balanced)

Hình 1.4 Phân loại theo đất cần đào

Hình 1.5 Hình ảnh chung của máy TBM

22

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí các bộ phận cấu thành của TBM

Hình 1.7 Đầu cắt đường kính 13.9m

3.2.1 Các đặc tính của các máy dùng vữa bùn

Khiên đào của máy dùng vữa bùn (Hình 1.8) là một máy có thể chống gương hầm bằng cách bơm vữa betonite vào buồng đào Vữa này có thành phần chủ yếu là bentonite hòa trong nước có chất phụ gia nếu được yêu cầu Buồng đào là một khoảng không giữa gương hầm và một vách ngăn bằng thép (tách riêng buồng này với phần hầm phía sau), là nơi các vật liệu đào lên được gom lại và trộn với vữa Một hệ thống bơm có các chức năng bơm vữa sạch vào và đưa đất thải từ buồng đào

ra ngoài thông qua đường ống đôi

Sự cân bằng giữa dòng vào và dòng ra liên quan đến chu trình này cho phép duy trì vữa dưới áp lực trong buồng Việc kiểm soát áp lực đỡ thu được thông qua việc kiểm soát luồng vữa vào và luồng vữa ra

Trong trường hợp khiên đào thuỷ lực, một vách ngăn bổ sung được lắp ở phía sau của vách ngăn chính tạo nên một buồng phụ mà có thể chia ra làm hai khu chức năng Khu phía trước, nơi đặt đầu cắt, chứa toàn bộ vữa Khu phía sau chỉ chứa vữa ở phần phía dưới trong khi khí nén được đưa vào phần trên (gọi là “đệm không khí”) Khu phía sau và khu phía trước được nối với phần dưới của buồng nhưng tách ra khỏi vách ngăn của phần ở trên Đệm không khí được sử dụng để đẩy vữa vào phần trước của buồng và duy trì nó dưới áp lực nhất định Có thể quản lý đệm không khí thông qua một hệ thống điều tiết tự động Nhờ đó nó có thể kiểm soát áp lực vữa

Hình 1.8 Máy khiên đào sử dụng vữa bùn

Trong vách ngăn phía sau được đặt đầu ra và đầu vào của khí nén, được điều tiết bởi một hệ thống các van tự động, và đầu ra và đầu vào của vữa betonite mà cũng có các chức năng như là băng tải thải các vật liệu đào ra tại đường ống ra

Để giữ độ ổn định của bề mặt, phần lớn cũng phụ thuộc vào các đặc tính của vữa mà lần lượt phụ thuộc vào đất và phụ thuộc vào các thành phần của nó (tức là nước, betonite, các chất phụ gia như là polime) – và phụ thuộc vào cấp độ của buồng phía sau (hoặc cấp độ của đường phân chia giữa không khí và vữa) Nguyên

lý của máy TBM dùng vữa bùn là áp dụng một áp suất thích hợp vào khối vữa có

24

trong buồng do được đẩy vào trong các lỗ rỗng của đất, được gọi là “bánh”, một loại màng không ngấm nước thuận tiện cho việc phân bổ áp suất đuợc áp dụng cho gương hầm

Vữa bùn cũng có chức năng vận chuyển đất thải ra ngoài buồng đào, tới trạm

xử lý đặc biệt và tách lọc đặt ở bên ngoài hầm Trạm xử lý và tách lọc thường được

sử dụng để chuẩn bị, để chứa và để kiểm soát vữa bùn sẽ đưa vào hầm và tách lọc các thành phần rắn từ vữa lỏng khi nó chảy ra ngoài hầm mang theo đất thải

Trạm tách lọc là một trong các thành phần quan trọng nhất của hệ thống khiên thuỷ lực/vữa bùn Nó thường cấu thành yếu tố định khối lượng đối với tỷ lệ trung bình của công tác đào hầm Vì lý do đó, nó có thể làm giảm sự tiến triển của TBM, thậm chí là dừng lại, nếu không được thiết kế và định lượng chính xác Các yếu tố quan trọng đối với việc định lượng là khối lượng vật liệu lưu thông trong hệ thống giao thông (là một chức năng của đường kính và tỷ lệ tối đa của tiến trình do TBM yêu cầu) và kích cỡ hạt vật liệu sẽ được đào, đặc biệt thành phần “cực mịn”của nó (tức là kích thước hạt < 50µ)

Sau khi phân tách thành phần rắn, vật liệu còn lại, < 50 µ, có thể được tận dụng lại cùng với nước bằng cách thêm betonite sạch vào

3.2.2 Các đặc tính của máy cân bằng Áp lực đất

Khiên đào cân bằng áp lực đất, EPB (Hình 1.9), được dựa trên nguyên lý áp dụng áp lực chống gương hầm bằng cách sử dụng loại đất vừa được đào, gom lại và được nén lại trong buồng đào

Bánh xe dao cắt của TBM, trang bị cùng với các dụng cụ cắt như là mâm hoặc các đỉnh, cho phép gom lại dồn đống đất đào trong buồng đào (mà rất giống với buồng khiên đào dùng vữa bùn: tức là buồng nằm giữa đầu cắt và vách ngăn)

Hình 1.9 Máy EPB

Thao tác tách đất thải sẽ thực hiện thông qua một băng tải kiểu guồng xoắn xoay Khối lượng được tách ra khỏi buồng đào tỷ lệ với tốc độ xoay-xoắn, trong khi khối lượng đào hiệu quả tỷ lệ với mức xyên của TBM

Sự cân bằng động lực được dựa trên sự cân bằng của khối lượng được đào/được tách (cân bằng khối lượng) tạo ra bên trong buồng đào Để kiểm soát áp lực chống gương hầm cần phải tác động lên tốc độ xoay-xoắn, là một hàm số của tỷ

lệ xuyên của TBM nào đó

Ngoài các tính năng cơ bản là chuyển thải đất đá đào ra và kiểm soát áp lực chống gương hầm, băng tải kiểu guồng xoắn còn cho phép phân bố áp lực trong buồng đào, từ giá trị tối đa (tại cao độ đáy của băng tải kiểu guồng xoắn, trong phạm vi buồng đào) xuống đến giá trị áp suất không khí (tại cổng xả của băng tải kiểu guồng xoắn, bên trong lòng hầm), nhờ việc tạo thành một cái gọi là “nút chặn” bằng vật liệu dọc theo suốt chiều dài guồng xoắn

26

Hình 1.10 Sự biến đổi của vật liệu được đào trong một máy EPB

Để truyền các áp lực hỗ trợ mong muốn tới gương hầm theo một cách liên tục, đồng nhất và không tiêu hao điện năng lớn, đất thải khi đào ra thì sẽ được thêm vào chất lỏng xử lý đất Sự pha trộn giữa đất và nước luôn luôn không phải là giải pháp tối ưu và sẽ phải cần các chất cải thiện đất (như là vữa bùn, bọt, polyme, chất độn, v.v.) để thay đổi tích cực các đặc tính vật lý của đất Các mục đích chính của việc ứng dụng các chất cải thiện đất là để đảm bảo sự kiểm soát của áp lực chống gương hầm, tạo điều kiện cho việc hình thành “nút chặn”, và giảm thiểu lực xoắn của đầu cắt và độ mòn của dụng cụ cắt

Việc lựa chọn loại chất cải thiện phụ thuộc vào các đặc điểm lý hoá theo loại đất sẽ đào Đôi khi sẽ có tác dụng hơn nếu sử dụng chất cải thiện hỗn hợp hơn là sử dụng một chất Các chất cải thiện sẽ được trực tiếp vào phía trước, trong buồng đào, hoặc trong băng tải kiểu guồng xoắn Trong bất kỳ trường hợp nào nó phải dễ dàng điều khiển và hoàn toàn không độc và có thể bị vi khuẩn (đã xem xét kỹ trong các

bộ luật và quy định về môi trường cho từng dự án để chắc chắn rằng việc sử dụng chất cải tạo đất được cho phép)

3.2.3 Các tiêu chí lựa chọn loại TBM

Lựa chọn giữa khiên vữa bùn hoặc khiên EPB thường chọn theo cách tách riêng đất thành hai loại: một loại có thể sẵn sàng đào bằng khiên dùng vữa bùn, và loại khác sử dụng EPB, với một số phạm vi trùng lặp nhau về các điều kiện đất

Sự phân chia như vậy được mang ra so sánh sự phân bố kích cỡ hạt của các loại đất khác nhau sẽ đào theo một sơ đồ tiêu chuẩn và so sánh yếu tố chọn lọc là thành phần mịn của đất (Hình 1.11 và 1.12) Thành phần hạt mịn cao hơn thì dễ sử dụng khiên EPB hơn Ngược lại, thành phần vật liệu thô cao thì kiến nghị sử dụng khiên dùng vữa bùn

Yếu tố lựa chọn khác là độ thấm của đất sẽ đào

Ngày nay, nhiều kinh nghiệm thu được từ việc ứng dụng thường xuyên các chất phụ gia điều chế vào các loại đất khác nhau đã giúp mở rộng rất nhiều phạm vi ứng dụng của hai loại máy khoan hầm mà thực ra chúng hầu như là có một miền giao thoa (Hình 1.13)

Hình 1.11 Các nhu cầu xử lý đất của các máy TBM dùng EPB trong các loại đất khác nhau – các đường gianh giới đã hiển thị (từ EFNARC, ‘Tiêu chuẩn kỹ thuật và các Hướng dẫn về sử dụng các sản phẩm chuyên ngành đối với Đào hầm bằng cơ

giới trong ddất mềm và đá cứng’, Tháng 4, 2005)

28

Hình 1.12 Các lĩnh vực ứng dụng EPB và các kỹ thuật xử lý khác nhau (từ Guglielmetti V., Đào hầm bằng cơ giới trong các khu vực đô thị khác, Phương

pháp luận thiết kế và kiểm soát thi công, 2007)

Hình 1.13 Sử dụng cả TBM -EPB cả TBM - Cân bằng áp lực vữa bùn (SPB) thì có thể áp dụng cho toàn bộ dải các điều kiện của đất (từ ‘Các cân nhắc về thiết kế TBM: Lựa chọn cân bằng áp lực đất hoặc các máy đào hầm cân bằng áp lực vữa

bùn’, của R Lovat)

3.2.4 So sánh giữa vữa bùn và EPB

Hình 1.14 chỉ ra sự phân bố kích cỡ hạt của các mẫu đất thu được tại chiều sâu giữa 15m và 20m dọc theo tuyến đường hầm của Dự án tuyến đường sắt nội đô thí điểm Thành phố Hà Nội (chương trình khảo sát địa kỹ thuật, SYSTRA 2008) Một nhóm các đường cong rơi vào phạm vi áp dụng của EPB có tỷ lệ xử lý thấp (bọt hoặc polyme) Vì các hệ thống của EPB rẻ hơn, do đó chúng thường được các nhà thầu coi là tối ưu trong công việc dựa trên cơ sở giá, và cũng có lợi dụng việc

mở rộng phạm vi ứng dụng cho cả SS và EPB, như được chỉ ra trong đoạn trước

DBH04 D12 DBH04 D14 BH12 U7

BH12 U9 BH13 D8 BH14 D10 BH14 D12

BH16 D9 BH16 D10 BH16 D11

BH16 D12 BH17 D10 BH17 D12

BH17 U3

EPB with low conditioning rate (foam or polymers)

EPB with high conditioning rate (foam or polymers)

EPB with fillers

EPB without

additives

CLAY SILT SAND GRAVEL COBBLE

Hình 1.14 Phân bố kích thước hạt của các mẫu đất thu được tại độ sâu giữa 15m

và 20m dọc theo hướng tuyến ngầm của Dự án đường sắt đô thị thí điểm thành phố

Hà Nội trong quá trình thực hiện chương trình khảo sát địa kỹ thuật bởi SYSTRA

vào năm 2008

Vì sự hiện diện của kích thước hạt mịn khá cao, nên có thể kiến nghị sử dụng các máy EPB Các vấn đề quan trọng về độ ổn định đất và các độ lún cũng sẽ dẫn tới các kết quả tương tự, bởi vì cả hai phương pháp kiểm soát đào đều có thể đảm bảo công tác đào an toàn Dựa trên vấn đề thực tế, sử dụng SS cho phép có sự điều tiết tốt nhất khí nén và bởi thế điều tiết áp lực chống gương hầm trong khi việc sử

Vì thế, lựa chọn cuối cùng giữa hai hệ thống TBM sẽ vẫn để mở và để cho nhà thầu lựa chọn

4 Công trình ngầm ở thế giới và Việt Nam

4.1 Một số công trình ngầm trên thế giới

Công trình ngầm đang được xây dựng một cách liên tục trên phạm vi thế giới, và có một sự đa dạng rất lớn về các thành phần chủ đầu tư cũng như mục đích

sử dụng Sau đây là một số bảng liệt kê các công trình nổi tiếng:

Bảng 1.2 Một số công trình ngầm trên thế giới

Các công trình ngầm lâu đời nhất

Hầm qua eo biển Măng-Sơ (Anh-Pháp,

1986-1993)

50 km

Các hầm đường sắt qua dãy An-pơ đang xây dựng

Tuyến đường sắt tốc độ cao mới Bologna-Firenze ở Italia có tổng cộng 78

đường sắt, trong đó hầm dài nhất là Firenzuola (14,3km), Raticosa (10,4km), và Pianoro (9,3km)

Ở Tây Ban Nha, hầm đường sắt đôi Guadarrama đang được đào bằng 4 máy khoan hầm TBM qua khu vực có địa chất là đá cứng (gơnai và granit) và đôi khi có

cả các đoạn đất yếu

32

Dự án hầm qua eo biển Gibraltar chui dưới đáy Địa Trung Hải nối Bồ Đào Nha và Ma-rốc đang được tiến hành khảo sát, và đã có một số hội nghị bàn về phương án thiết kế và thi công Hiện công việc chuẩn bị vẫn đang được xúc tiến nhất quán

Để phục vụ cho tàu đường sắt cao tốc Shinkansen ở Nhật, nhiều hầm đã được xây dựng, trong đó hầm dài nhất là Daishimizu với 22,2km Vào tháng 4/2000 Nhật Bản đã có tổng chiều dài các hầm đường bộ là 2575km

Ở Trung Quốc, theo dự báo lạc quan thì mỗi năm nước này xây mới 180 km hầm thủy lực, 40 km hầm mỏ và 300 km hầm giao thông

4.2 Công trình ngầm đô thị ở Việt Nam

Trong những năm xây dựng và phát triển kinh tế cũng như trong sự nghiệp bảo vệ tổ quốc, một số loại công trình ngầm khác nhau với một số chức năng khác nhau đã bắt đầu được xây dựng ở nước ta

Trong công nghiệp, đó là hệ thống các bể chứa nguyên liệu thô hoặc băng tải nhiên liệu cho nhà máy (nhà máy xi măng Bỉm Sơn, nhà máy appatit Lào Cai, nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy phân đạm Hà Bắc,…), các trạm bơm cấp nước cho các cơ sở công nghiệp Các công trình ngầm này khi xây dựng đều sử dụng phương pháp đào mở có độ sâu từ 4m tới 20m và phần lớn đều do nước ngoài thiết kế Không ít các phần công trình ngầm này đã được xây dựng từ rất sớm và người Việt Nam chúng ta đã tích luỹ được một số kinh nghiệm nhưng rất tiếc là chưa được tổng kết và phổ biến Trong các trường đại học kỹ thuật cũng chưa hình thành được môn học này

Trong thuỷ lợi, tại công trình thuỷ điện sông Hòa Bình, thuỷ điện Ialy, Thủy điện Sơn La có những công trình ngầm với những kỹ thuật phức tạp và qua đó đã đào tạo được một đội ngũ cán bộ, công nhân có trình độ, tay nghề tốt Song về mặt

kỹ thuật thi công đào ngầm trong đá, ngoài tài liệu tổng kết của KS Đỗ Thanh Quả, hiện chưa có tư liệu nào đầy đủ về vấn đề này

Các công trình khai thác khoáng sản ngầm như khai thác than ở Quảng Ninh

đã được tiến hành từ thời Pháp thuộc Tổ hợp các công trình khai thác than bao gồm: Các đường hầm vận tải than, đường hầm thông gió, đường hầm khai thác … Các công trình này được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuẩn và quy phạm của Liện

Xô cũ nay là Công hòa Liên bang Nga Tuy độ sâu khai thác chưa lớn song cũng góp phần vào kinh nghiệm xây dựng công trình ngầm của Việt Nam

Trong lĩnh vực quốc phòng, Viện kỹ thuật công binh trước đây và nay là Phòng công binh đã sơ bộ đúc kết một số công nghệ thi công công trình ngầm (hầm trú ẩn, kho chứa vũ khí, hầm chiến đấu, ) có thể vận dụng được cho mục đích xây dựng các công trình dân sự đơn giản

Trong lĩnh vực giao thông, đường hầm giao thông đường bộ qua đèo Ngang

là do phía Việt Nam hoàn toàn thiết kế và thi công, đường hầm giao thông bánh hơi qua đèo Hải Vân dài hơn 6km là do Nhật thiết kế, tiêu biểu cho cả tính hiện đại cũng như về quy mô không chỉ riêng nước ta mà còn cả khu vực Chắc chắn loại công trình này sẽ được tổng kết và phổ biến rộng rãi và phong phú thêm kinh nghiệm thi công hầm ở Việt Nam

Công trình ngầm đô thị Việt Nam phổ biến mới chỉ là các tầng hầm trong các nhà cao tầng (sử dụng làm tầng kỹ thuật hoặc chỗ đỗ xe) Công tác hạ ngầm nhiều công trình đường dây đi nổi tại thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… đã được quan tâm triển khai thực hiện và bước đầu đã góp phần tạo nên bộ mặt thành phố khang trang hơn và an toàn hơn (các mạng nhện trên các đường phố

đã được loại bỏ hoặc sắp xếp lại hoặc được đưa xuống dưới mặt đất và được sắp đặt trong các hào hoặc cống cáp kỹ thuật); nhiều công trình giao thông ngầm cũng đã được xây dựng như hầm cho người đi bộ tại Hà Nội, hầm đường ô tô (như ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh…), đặc biệt hầm đường ô tô vượt sông Sài Gòn Đây

là hầm vượt sông lớn nhất Đông Nam Á trong dự án đại lộ Đông - Tây nối liền trung tâm Sài Gòn với khu vực bán đảo Thủ Thiêm Sau khi hoàn thành đã góp phần giảm bớt mật độ giao thông ngày càng tăng của khu vực nội thành thành phố

Hồ Chí Minh, góp phần phát triển một khu thành phố mới hiện đại bên bờ phía

Theo như Quy hoạch tổng thể giao thông vận tải thành phố Hà Nội đến năm

2030, thành phố sẽ ưu tiên các dự án đường sắt đi trên cao và tàu điện ngầm, vì những dự án này rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu đi lại, giảm tắc nghẽn giao thông đường bộ và nâng cao an toàn

Đến năm 2030, hệ thống vận tải hành khách đô thị khối lượng lớn trong nội

đô bao gồm 8 tuyến đường sắt đi trên cao và tàu điện ngầm (Hình 1.15, Bảng 1.3)

Hình 1.15 Hệ thống vận tải công cộng khối lượng lớn trong năm 2030

(Ghi chú: Tuyến nghiên cứu là đường màu da cam trên hình vẽ)

Bảng 1.3 Hệ thống đường sắt đô thị trong tương lai của Hà Nội

Chiều dài

Ngọc Hồi - Ga trung tâm Hà

Phục vụ các khu vực ngoại thành phía Đông Bắc và phía Nam Hà Nội đi qua khu vực

ở Vĩnh Yên Tuyến dài khoảng 33,9 km

50

Phục vụ các khu vực dọc vành đai ba với

phía Đông sông Hồng

Nam thành phố

36

Chiều dài

(km)

Mục đích

Xuân - Từ Liêm - Thượng Cát

- Mê Linh, tuyến vành đai

buýt nhanh, kết nối với các tuyến số 1, số 2, số

3 và số 5

số 5

Nam Hồ Tây - Ngọc Khánh -

Kết nối trung tâm thành phố Hà Nội với các khu đô thị dọc theo hành lang Đại lộ

Mê Linh - Vân Canh, Dương

Kết nối chuỗi đô thị mới phía Đông vành

Chương 2 CÁC VẤN ĐỀ ĐCCT CÓ THỂ XẢY RA KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH

NGẦM ĐÔ THỊ

Khi tiến hành thi công các công trình ngầm thì khi đó có rất nhiều các vấn để ĐCCT có thể xảy ra gây ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thi công cũng như sử dụng công trình sau này Phạm vi và mức độ ảnh hưởng của các vấn đề này phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác nhau như : địa tầng khu vực, phương pháp thi công, trình độ thi công, điều kiện tự nhiên của khu vực… Trong đó việc lựa chọn các phương pháp thi công hợp lý có vai trò vô cùng quan trọng trong việc giảm thiểu các tác động bất lợi của công trình đến điều kiện xây dựng của khu vực Khi tiến hành thi công công trình ngầm với các phương pháp khác nhau như phương pháp đào hở hay phương pháp đào kín thì các vấn đề ĐCCT xẩy ra có thể là khác nhau và đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý cũng rất khác nhau

1 Các vấn đề có thể xảy ra khi thi công đào hở

Khi thi công xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp đào hở trong điều kiện địa chất phức tạp và mật độ xây dựng cao thường xảy ra các vấn đề địa chất công trình như hiện tượng đẩy trồi đáy hố đào, bục đáy hố đào, nước chảy vào hố móng, mất ổn định vách hố đào, lún và chuyển vị của đất xung quanh công trình ngầm, cát chảy Do đó, cần phải tính toán, dự báo các hiện tượng đó nhằm đảm bảo tính ổn định trong quá trình thi công và sử dụng công trình

1.1 Hiện tượng đẩy trồi (bùng) đáy hố đào

Khái niệm:

Bùng đáy hố đào là hiện tượng đáy hố đào bị nâng lên cao hơn độ sâu đã đào sau khi đã hoàn tất đạt đến độ sâu thiết kế Đây là hiện tượng luôn xảy ra khi thi công các hố đào

38

Nguyên nhân gây nên bùng đáy hố đào:

Biến dạng của đáy hố đào phát sinh do 2 nguyên nhân chính là thay đổi trạng thái ứng suất và thay đổi độ ẩm của đất

Quá trình thi công hố đào dẫn đến thay đổi trạng thái ứng suất trong đất, mức độ thay đổi phụ thuộc vào khối lượng đất được đào đi và kích thước của hố móng Độ trồi phát sinh do dỡ tải khi đào đất phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của đất Một thành phần khác của độ trồi là do biến dạng dẻo của đất nền phát sinh khi xảy ra hiện tượng trượt của đất nền quanh hố đào Khi mặt trượt xuất hiện, đất nền xung quanh có xu hướng chuyển dịch vào bên trong làm trồi đáy hố

Bên cạnh độ trồi do thay đổi trạng thái ứng suất, nếu việc thi công kéo dài và

hố đào bị ngập nước thì đất ở bề mặt đáy hố đào bị thay đổi độ ẩm Khi các hạt sét trong đất hấp thụ nước thì thể tích tăng lên gây độ trồi do trương nở

Ngoài ra trong một số trường hợp độ trồi cũng có thể phát sinh trong quá trình thi công cọc Nếu việc đóng hay ép cọc được thực hiện sau khi đào hố móng thì độ trồi của đất do thi công cọc cũng ảnh hưởng đáng kể đối với sự làm việc của cọc cũng như độ lún của công trình

Vì độ trồi của đáy hố đào có quan hệ trực tiếp đến độ lún của công trình, việc

dự báo độ trồi cần phải thực hiện khi thiết kế móng nổi

1.2 Hiện tượng bục đáy hố đào

Hiện tượng bục đất đáy hố đào rất nguy hiểm xảy ra khi áp lực nước của tầng chứa nước có áp nằm dưới vượt qua khả năng chống đỡ của lớp đất loại sét cách nước hoặc lớp vật liệu bảo vệ ở đáy hố đào

Khi thi công hố đào, mà lớp đất bảo vệ bên trên không còn đủ dày và không

có độ bền đủ để chống lại áp lực đẩy nổi dưới đáy hố đào thì bục đáy hố đào sẽ xảy

ra Bục đáy hố đào sẽ kéo theo nhiều hiện tượng biến dạng khác

Hiện tượng bục đáy hố đào thường xảy ra đối với tầng đất sét – sét pha mỏng, bên dưới có mặt tầng chứa nước có áp có bề dày và áp lực thuỷ tĩnh lớn