Nghiên cứu đề xuất phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu đô thị quận 2, thành phố hồ chí minh

PHẠM VĂN SÁNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT TẠI KHU ĐÔ THỊ QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm... Phân

trƯờng đại học mỏ - địa chất

PHẠM VĂN SÁNG

NGHIấN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THI CễNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT TẠI KHU Đễ THỊ QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HÀ NỘI 2013

PHẠM VĂN SÁNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT TẠI KHU ĐÔ THỊ QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

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

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013

Tác giả

Phạm Văn Sáng

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

DANG MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG KỸ THUẬT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 5

1.1 Tổng quan 5

1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật trên Thế giới 8

1.3 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại Việt Nam 14

1.4 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại các khu công nghiệp và khu đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh 16

1.4.1 Ưu điểm của hệ thống đường hầm kỹ thuật 17

1.4.2 Nhược điểm của hệ thống đường hầm kỹ thuật 17

1.5 Nhận xét Chương 1 18

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT 19

2.1 Tổng quan 19

2.1.1 Căn cứ để lựa chọn công nghệ thi công phù hợp 19

2.1.2 Những yêu cầu cơ bản của công tác thi công hệ thống ngầm 21

2.2 Các phương pháp thi công 22

2.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên 23

2.2.2 Phương pháp thi công ngầm 33

2.2.3 Phương pháp thi công hỗn hợp ngầm-lộ thiên 48

2.2.4 Phương pháp thi công hệ thống Đường hầm bằng kích-đẩy-nén-ép 51

2.5 Phân tích đánh giá hiệu quả, khả năng áp dụng phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại Thành phố Hồ Chí Minh 52

2.5.1 Khi ngầm hóa 52

2.5.2 Khi đặt nổi 54

2.5.3 Điều kiện và khả năng áp dụng hệ thống công trình ngầm kỹ thuật 55

2.6 Tổng hợp, nhận xét và đề xuất chọn phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật phù với với điều kiện địa chất và địa hình tại khu vực quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 57

2.7 Nhận xét Chương 2 57

PHỐ HỒ CHÍ MINH 59

3.1 Hiện trạng hệ thống đường hầm kỹ thuật khu vực quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai 59

3.2 Tổng quan về điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn, điều kiện xây dựng khu vực quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 60

3.2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 60

3.2.2 Các đặc điểm về điều kiện địa chất 60

3.2.3 Các đặc điểm về khí hậu thủy văn 63

3.3 Nhu cầu và quy mô phát triển hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu vực quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 65

3.3.1 Nhu cầu phát triển 65

3.3.2 Quy mô phát triển 66

3.4 Yêu cầu về hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu vực quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 67

3.4.1 Yêu cầu đối với quy hoạch hạ tầng 67

3.4.2 Các yêu cầu khi thiết kế đường khu dân cư 68

3.4.3 Những yêu cầu khi thiết kế hè khu dân cư 69

3.4.4 Những yêu cầu về cách bố trí công trình ngầm đưới hè khu dân cư 69

3.4.5 Yêu cầu đối với việc đấu nối 70

3.5 Đặc điểm công trình ngầm đô thị Thành phố Hồ Chí Minh 71

3.5.1 Đặc điểm về tính toán 71

3.5.2 Đặc điểm về biện pháp thi công, về kinh tế, xã hội 71

3.6 Nhận xét Chương 3 72

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT TẠI KHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ THIÊM QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 73

4.1 Tổng quan về Khu đô thị mới Thủ Thiêm 73

4.2 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp thiết kế quy hoạch tuyến, tính toán xác định kích thước mặt cắt ngang đảm bảo các tuyến hạ tầng kỹ thuật 75

4.2.1 Phương pháp bố trí riêng rẽ 75

4.2.2 Ưu nhược điểm của hình thức bố trí riêng rẽ 78

4.2.3 Bố trí chung trong một đường hào 79

4.2.4 Hình thức bố trí trong cống, bể kỹ thuật 81

4.2.5 Bố trí đường dây, đường ống kỹ thuật trong tuy nen ngầm 82

4.3.1 Hình thức bố trí trong tuy nen kỹ thuật 87

4.3.2 Hình thức bố trí trong hào kỹ thuật 88

4.4 Đề xuất các phương pháp xây dựng khả thi các đường hầm kỹ thuật tại khu đô thị mới Thủ Thiêm 89

4.4.1 Biện pháp đào hở sử dụng tường cừ bằng gỗ với thanh chống 90

4.4.2 Biện pháp đào hở sử dụng tường cừ bằng cọc ván thép và thanh chống 91

4.4.3 Biện pháp kích đẩy 94

4.5 Phân tích lựa chọn phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật thuật phù hợp tại khu Đô thị mới Thủ Thiêm, quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 101

4.6 Phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật thuật tại khu Đô thị mới Thủ Thiêm, quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh 102

4.6.1 Thi công các hạng mục 102

4.6.2 Thi công ép cọc cừ Larsen 102

4.6.3 Thi công đào móng 103

4.6.4 Thi công lớp lót cát đáy 103

4.6.5 Thi công hạ tuy nen 104

4.6.6 Thi công tuy nen 104

4.6.7 Thi công lấp cát 104

4.7 Một số vấn đề đảm bảo an toàn, ổn định hệ thống đường hầm kỹ thuât và phòng ngừa các sự cố trong quá trình thi công xây và trong việc khai thác vận hành khi đi vào sử dụng 105

4.8 Nhận xét Chương 4 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

Bảng 2.1 Phân tích các khả năng áp dụng của biện pháp bảo vệ thành hố đào 26 Bảng 2.2 Lựa chọn phương pháp đào hầm căn cứ vào tính chất của đất đá 39 Bảng 2.3 Phạm vi áp dụng của các giải pháp đặc biệt tùy theo yêu cầu bảo vệ 39 Bảng 2.4 So sánh ưu nhược điểm của phương pháp thi công hầm dìm và hầm thi

công bằng khiên đào 41 Bảng 2.5 Những đặc điểm khác biệt cơ bản của kết cấu chống đỡ sử dụng cho công

nghệ NATM so với các công nghệ truyền thống 45 Bảng 2.6 So sánh ưu nhược điểm công nghệ thi công đào hở và công nghệ thi công

đào kín 48 Bảng 3.1 Các đặc trưng cơ lý của lớp đất nền công trình 61 Bảng 4.1 Các tuyến đường chính trong khu đô thị Thủ Thiêm 74

Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh) 6

Hình 1.2 Đường hầm thoát nước dẫn đến thành phố cổ Jerusalem 6

Hình 1.3 Thành phố ngầm Montreal, Canada 7

Hình 1.4 Các công trình ngầm trong đô thị 9

Hình 1.5 Mặt cắt ngang đường hầm SMART 10

Hình.1.6 Đường ngầm dẫn nước, giao thông của Lybia trong thời gian đang được thi công hồi năm 1983 bằng phương pháp thi công lộ thiên 13

Hình 1.7 Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A 16

Hình 1.8 Hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn 17

Hình 2.1 Các giải pháp bảo vệ thành hào theo điều kiện thi công 25

Hình 2.2 Các phương án thi công với thành hào nghiêng 27

Hình 2.3 Phương án không có a)và có khoảng hở b)giữa tường và kết cấu công trình ngầm 28

Hình 2.4 Thi công tường cừ cọc nhồi 29

Hình 2.5 Thi công theo phương pháp hạ chìm kết hợp đê quai 31

Hình 2.6 Phương án đón vật kiến trúc phía trên 32

Hình 2.7 Ví dụ một số dạng kết cấu đón đỡ công trình kiến trúc 33

Hình 2.8 Biểu đồ các phương pháp thi công ngầm 34

Hình 2.9 Các phương pháp thi công chống tạm trong đất bằng phương pháp ngầm 35 Hình 2.10 TBM được sử dụng để thi công thủy điện Đại Ninh 43

Hình 4.1 Tổng thể khu đô thị Thủ Thiêm Quận 2 73

Hình 4.2 Bố trí hệ thống hạ tầng trong một đường hào 80

Hình 4.3 Bố trí hệ thống hạ tầng trong tuy nen 84

Hình 4.4 Các loại Tuy nen ngầm 85

Hình 4.5 Hầm kỹ thuật tại Đại lộ vòng cung 88

Hình 4.6 Phương pháp đào hở tường cừ bằng gỗ với thanh chống 90

Hình 4.7 Phương pháp đào hở tường cừ bằng thép với thanh chống 91

Hình 4.8 Công nghệ thi công kích đẩy 95

Hình 4.9 Thi công kích đẩy ống cống tại giếng kích 95

Hình 4.10 Vận chuyển đất tại giếng kích 96

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây và xu hướng phát triển trong tương lai, các khu

đô thị không ngừng mở rộng cả về quy mô phát triển và cơ sở hạ tầng Do đó, khối lượng các công trình nhà ở và công trình công cộng sẽ không ngừng gia tăng, đi cùng với đó là sự phát triển liên tục của mạng lưới hạ giao thông vận tải,

hạ tầng kỹ thuật bên trong các khu đô thị nhằm tạo sự kết nối giao thông thông suốt, đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và đời sống người dân

Sự phát triển không ngừng của mạng lưới hạ tầng kỹ thuật đô thị là sự suy giảm nhanh chóng diện tích tự nhiên, vốn là nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn tại các khu đô thị trên thế giới cũng như tại Việt Nam Do đó, việc quy hoạch hạ tầng đô thị sao cho đảm bảo nhu cầu phát triển luôn là bài toán khó khăn và phức tạp Hiện nay, để giải quyết bài toán trái chiều giữa nhu cầu phát triển và khả năng đáp ứng quỹ đất cho các khu đô thị, hoặc phải mở rộng diện tích tự nhiên, hoặc phải thay đổi quy hoạch phát triển đô thị, kết hợp tìm kiếm các nguồn quỹ đất khác đáp ứng cho nhu cầu phát triển Trong đó, vấn đề mở rộng phát triển khu đô thị xuống các tầng sâu trong lòng đất, đặc biệt là phát triển mạng lưới ngầm kỹ thuật được xem là bài toán tối ưu và hiệu quả, vừa tiết kiệm nguồn quỹ đất trên mặt phục vụ cho các nhu cầu khác nhau, vừa mang lại nhiều lợi ích phát sinh, mang lại cảnh quan văn minh cho các đô thị

Nói chung, các công trình được gọi là ngầm nếu như phần chính của chúng hoàn toàn nằm dưới mặt đất theo quan điểm khai thác Các công trình ngầm trong một khu đô thị hiện đại bao gồm nhiều loại hình tương ứng với nhiều chức năng khác nhau như hệ thống giao thông, kho bãi, trung tâm thương mại, hệ thống đường ngầm kỹ thuật Trong số các công trình ngầm đô thị hiện nay, công trình mang mục đích phục vụ cho giao thông, chiếm số lượng khá lớn, mặc dù chúng có thể khác nhau về mặt công dụng, sơ đồ quy hoạch, vị trí bố trí, chiều sâu hay biện pháp thi công

Việc xây dựng công trình ngầm phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn và địa hình của khu vực xây dựng nên việc áp dụng các biện pháp thi công cũng mang tính khu vực Do đó để có biện pháp thi công phù hợp nhất với từng khu vực xây dựng thì cần phải có các giải pháp nghiên cứu và đề xuất cụ thể Việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp thi công phù hợp với điều kiện địa kỹ thuật là một việc làm hết sức cần thiết

Theo số liệu thống kê năm 2011, thành phố Hồ Chí Minh với diện tích

2095 km2 và dân số là 7.521.138 người hiện là thành phố lớn nhất cả nước Mật

độ dân số của thành phố hiện nay là 3590 người/km2 Trung bình từ năm 2005 đến 2011, tốc độ tăng dân số bình quân tại thành phố là 10%, cao hơn gần gấp 2 lần so với tỉ lệ tăng dân số tự nhiên của cả nước [4] Thông thường thành phố từ

3 triệu dân trở lên là đã yêu cầu cần có giao thông ngầm Với quy mô thành phố như hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao thông ngầm là thực sự cần thiết và cấp bách Địa chất tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh là địa chất yếu có chiều dày khá lớn, ngoài ra còn có đặc điểm địa hình, nền móng công trình đặc thù Việc xây dựng đường hầm trong vùng đất yếu là một bài toán công trình khá phức tạp, đặc biệt là trong các đô thị đã xây dựng các nhà dân dụng và công nghiệp có quy mô lớn, có mật độ giao thông lớn, có hệ thống công trình hạ tầng

kỹ thuật ngầm phức tạp Trong những điều kiện như vậy, việc đào hầm trong vùng đất yếu sẽ kéo theo lún mặt đất và hậu quả của nó là biến dạng nhà cửa, phá hoại cuộc sống bình thường của đô thị Do đó việc nghiên cứu để có giải pháp thi công phù hợp là việc làm hết sức cần thiết

Nghiên cứu sẽ góp phần làm chính xác hóa các giải pháp thi công, phù hợp với điều kiện thực tế khu vực và giảm thiểu chi phí xây dựng công trình, giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình thi công và khai thác là một yếu tố rất quan trọng trong việc xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật có ý nghĩa khoa

học và thực tiễn cao Do đó việc "Nghiên cứu đề xuất phương pháp thi công

xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu vực quận 2- Thành phố Hồ Chí Minh" là hết sức cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đề xuất và lựa chọn phương pháp thi công phù hợp khi thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu đô thị quận 2,Thành phố Hồ Chí Minh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống đường hầm kỹ thuật thi công theo phương pháp lộ thiên và phương pháp ngầm

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là phương pháp thi công hệ thống đường hầm kỹ thuật ở mức nông tại khu đô thị quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh

4 Nội dung nghiên cứu

- Thực trạng vấn đề giao thông hiện nay tại thành phố Hồ Chí Minh

- Tổng quan các phương pháp thi công hệ thống đường hầm kỹ thuật bố trí ở mức nông trong khu vực đô thị

- Đánh giá điều kiện địa kỹ thuật khu vực dự kiến bố trí đường hầm kỹ thuật tại khu đô thị quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh

- Nghiên cứu đề xuất lựa chọn phương pháp thi công tối ưu áp dụng để thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật bố trí nông tại khu đô thị quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài này là phương pháp tổng hợp: phương pháp thu thập số liệu, phương pháp phân tích, phương pháp nghiên cứu, phương pháp đánh giá

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài là đã nghiên cứu lựa chọn được phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật bố trí nông phù hợp với điều kiện địa kỹ thuật tại khu đô thị quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh

Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn nhằm góp phần định hướng cho các nhà nghiên cứu, nhà quản lý xây dựng hệ thống công trình ngầm và là tài liệu khoa học tham khảo cho các đơn vị thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có phần mở đầu, 4 chương, và kết luận được trình bày trong 111 trang với 28 hình vẽ và 08 bảng

Đề tài "Nghiên cứu đề xuất phương pháp thi công xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại khu đô thi quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh" có phạm vi nghiên cứu rộng, trong khi đó bản thân tác giả còn ít kinh nghiệm về thi công cũng như lý luận trong phạm vi nghiên cứu này

Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo GS.TS Võ Trọng Hùng Qua đây tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Võ Trọng Hùng và các Thầy, Cô trong Bộ môn xây dựng công trình ngầm và mỏ Trường Đại học Mỏ-Địa chất đã hướng dẫn tận tình để bản thân có thể hoàn thành tốt bản luận văn này Ngoài ra, trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Xây dựng Sự giúp đỡ của các thầy, cô trong Khoa Đào Tạo Sau Đại Học và bạn bè đồng nghiệp Một lần nữa tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy giáo, cô giáo, các tác giả

và bạn bè đồng nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG

HỆ THỐNG ĐƯỜNG KỸ THUẬT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tổng quan

Từ xa xưa, con người sống trong các hang đá và hang đất để tránh các tác động của thiên nhiên và để tự bảo vệ mình Nền văn minh nông nghiệp, văn minh công nghiệp đã giúp cho con người biết xây dựng nhà ở, đường sân bay, bến cảng và các công tình hạ tầng khác để sống và làm việc Trong hơn 100 năm qua, con người có xu hướng khai thác không gian ngầm và công trình ngầm trong các đô thị Các không gian ngầm và công trình ngầm được xây dựng, khai thác và sử dụng cho các mục đích ở, làm việc, bán hàng, giao thông, chống chiến tranh, thoát nước, cấp nước…

Công trình ngầm là khoảng không gian ngầm có kích thước nhất định được xây dựng toàn bộ (hoặc một phần) trong lòng đất nhằm phục vụ cho một hoặc một nhóm các chức năng nào đó Giải pháp xây dựng - sử dụng tổ hợp công trình ngầm có cơ sở khoa học và thực tiễn do các nguyên nhân sau đây:

Bất cứ một công trình nhân tạo trên mặt đất được xây dựng bằng vật liệu hoặc kết cấu bê tông thông dụng nhất hiện nay đều có độ bền nhỏ hơn độ bền của nhiều loại đá có trong vỏ quả đất Trung bình đá cứng có độ bền kéo khoảng1,5÷2 lần và độ bền nén khoảng 4÷5 lần lớn hơn độ bền tương ứng của bê tông;

Những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Hoa Kỳ và Nhật Bản cho thấy xung lực địa chấn các vụ động đất sẽ gây nên những tác động nhỏ hơn nhiều lần tác dụng lên công trình ngầm so với các công trình tương tự xây dựng trên mặt đất

Từ thời thượng cổ con người đã biết đào các hầm ngầm đặc biệt để khai thác quặng mỏ và than đá Người La Mã đã xây dựng các đường hầm ngầm thủy lợi đến nay vẫn còn tốt

Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh) (Nguồn: Internet)

Hình 1.2 Đường hầm thoát nước dẫn đến thành phố cổ Jerusalem

(Nguồn: Internet)

Gắn liền với sự phát triển của thiết bị và phương tiện thi công, đường hầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas qua kênh đào Midi dài 173 m được xây dựng ở Pháp vào năm 1679-1681

Đường hầm càng phát triển khi vận chuyển đường sắt phát triển vào thế

kỷ 19, 20 để vượt qua các chướng ngại vật tự nhiên

Dưới đây là một số đường hầm tiêu biểu trên thế giới qua các thời kỳ như sau:

- Năm 1972-1982 đường hầm Päijänne được xây dựng để dẫn nước từ hồ Päijänne để cung cấp nước sạch cho các thành phố ở phía Bắc Phần Lan Đây được coi là đường hầm dài nhất thế giới hiện nay với L=120 km

- “Thành phố Ngầm Montréal” là tên thường gọi của một hệ thống không gian ngầm đô thị lớn nhất thế giới, được bắt đầu phát triển từ 1962 cho đến nay, bao trùm hơn 40 ô phố với hơn 30 km tuyến đi bộ ngầm, cho phép người đi bộ không cần ra ngoài trời giá lạnh mùa đông để đi đến hầu hết các công trình quan trọng của khu trung tâm mới của thành phố Montréal: các trạm metro và trạm xe buýt quan trọng, ga xe lửa, các cao ốc văn phòng, khách sạn, khu thương mại, trường đại học, rạp hát, và thậm chí công trình thể thao Thiết kế các tuyến đi bộ trong hệ thống này khá đa dạng, có khi là một tuyến ngầm dưới lòng đất hoặc băng qua một không gian lớn bán hầm không cột ở giữa với các cửa hàng lớn nhỏ

ở xung quanh Hoặc băng qua một khu vực có nhiều quầy hàng phục vụ ăn uống nhanh ở tầng trệt nhìn ra đường, hoặc thỉnh thoảng nối kết với các tuyến đi bộ trên không và không gian sảnh nội cao hàng chục tầng của một phức hợp thương mại dịch vụ và văn phòng cao tầng Toàn bộ hệ thống có trên 100 lối vào chính của hệ thống ngầm trải rộng trên một diện tích trên 1 km2, phía trên các lối vào chính này thường là các tổ hợp công trình đa chức năng hoặc chung cư cao tầng

Hình 1.3 Thành phố ngầm Montreal, Canada [17]

- Năm 1988, tổng chiều dài đường hầm Matxcơva là 224 km với 135 ga

- Năm 2005, hệ thống xe điện ngầm của Nga kỷ niệm 70 năm thành lập với 276km đường hầm và 170 nhà ga Hệ thống này phục vụ đến 9 triệu lượt người/ngày Đường hầm này bố trí trong các lớp đất tốt và đá trầm tích sinh hóa (đá vôi)

- Năm 1991 nước Anh và nước Pháp xây dựng đường hầm xuyên qua eo biển Manche nối liền nước Anh và nước Pháp mang tên Euro Tunnel dài 50 km (trong đó có 37,5 km nằm sâu cách mặt nước biển khoảng 100 m) hoàn thành năm 1994 Công trình được đánh giá là kỳ quan kỹ thuật ngầm giữa Anh và Pháp Nhiều đoạn của đường hầm đi qua khu vực có cấu tạo là đá (đá phấn)

- Năm 1995 Trung Quốc đã xây dựng hầm đường bộ kép Tần Lĩnh dài nhất thế giới có chiều dài 18,02 km Đường hầm được hoàn thành năm 1997, được đánh giá là một thành tựu lớn của Trung Quốc

- Năm 1988, sau 20 năm xây dựng đã hoàn thành con đường hầm đường sắt Sei-kan dưới biển nối liền hai hòn đảo ở Nhật dài 53,9 km trong đó 23,3 km nằm cách dưới đáy biển 100 m Đường hầm này băng qua một số khu vực có đất yếu nên trong quá trình thi công sử dụng nhiều phương pháp xử lý nền

1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật trên Thế giới

Hệ thống mạng kỹ thuật ngầm được gọi chung cho hệ thống các tuyến ống ngầm, tuynel ngầm phục vụ cho hệ thống cấp, thoát nước, cung cấp năng lượng (điện, khí đốt), mạng cáp quang, mạng thông tin truyền tin trong các đô thị Muốn hiện đại hóa, văn minh hóa đô thị, tăng cường chất lượng cuộc sống cho nhân dân đô thị, trước hết cần phải xây dựng được hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị, trong đó hệ thống mạng kỹ thuật đô thị đóng vai trò hàng đầu, cần phải được hoàn thiện trước tiên

Trong qúa trình thi công xây dựng công trình ngầm, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được phát triển và

hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm trong mọi điều kiện địa chất và môi trường khác nhau

Những tiến bộ này đã thúc đẩy sự phát triển các công trình ngầm trong các lĩnh vực khác nhau như giao thông, thủy lợi, công trình ngầm trong đô thị, các công trình bảo vệ quốc phòng, an ninh và đặc biệt là các công trình hạ tầng

kỹ thuật thi công theo phương pháp lộ thiên, phương pháp ngầm

Hình 1.4 Các công trình ngầm trong đô thị [10]

Các công trình ngầm tiêu biểu:

- Cloaca Maxima là công trình ngầm thoát nước đầu tiên trên thế giới, thuộc thành Roma, được xây dựng vào năm 600 trước công nguyên để thoát nước mưa và nước thải Một số nước Châu Âu sau này đã sử dụng hệ thống thoát nước để chứa các đường dây, đường ống kỹ thuật và cho ra đời tuynen kỹ thuật

- Ở Malaysia đã áp dụng giải pháp thông minh cho Thủ đô Kuala Lumpur đó là xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm để hỗ trợ phòng chống ngập lụt

Từ năm 1971, tình hình mưa lũ đe doạ nghiêm trọng thủ đô, chính phủ Malaysia đã thực hiện nhiều biện pháp để tăng khả năng thoát lũ của các con sông Các phương pháp truyền thống như gia cố và mở rộng lòng dẫn đã tỏ ra không đủ và không hiệu quả và càng làm cho tình hình tồi tệ hơn

Các kết quả nghiên cứu đã dẫn đến giải pháp sử dụng một đường hầm để lưu trữ nước mưa và sau đó trong giai đoạn thiết kế, một ý tưởng mới xuất hiện

là sử dụng chính đường hầm đó để giải quyết ùn tắc giao thông Chính phủ Malaysia đã phê duyệt dự án SMART và giao quyền chủ đầu tư cho Liên doanh MMC-Gamuda với sự hỗ trợ kỹ thuật của Công ty tư vấn SSP và Mott MacDonald

Định kỳ hàng năm khi mưa lũ xuất hiện, hiện tượng tắc nghẽn giao thông xảy ra thường xuyên đã có tác động bất lợi về kinh tế&xã hội cho khu kinh doanh ở trung tâm Kuala Lumpur Việc dùng một đường hầm để giải quyết nhu cầu về giao thông và chứa nước mưa của SMART hiện nay là dự án duy nhất trên thế giới đạt được cùng lúc hai mục tiêu

Hình 1.5 Mặt cắt ngang đường hầm SMART [5]

Đường hầm được bắt đầu xây dựng vào ngày 25 tháng 11 năm 2003 Hai máy đào đường hầm (Tunnel Boring Machines-TBM) của Đức đã được sử dụng,

bao gồm “Tuah” về phía Bắc và “Gemilang” ở phía Nam Máy TBM gồm 4 phần, chiều dài bằng toà nhà 20 tầng, trọng lượng tương đương 47 máy bay Boing Các bộ phận chính của TBM: đầu khoan, với các lưỡi phay bằng tungsten

để khoan cắt đất đá; buồng áp lực, nơi chứa hỗn hợp betonit để giữ ổn định vách

hố khoan; hệ đẩy thuỷ lực dùng để dịch chuyển máy khoan về phía trước và giữ

đúng vị trí theo thiết kế; khung lắp dựng dùng lắp ghép những vòm bê tông cốt

thép đúc sẵn thành vách hầm Đặc điểm của máy đào TBM là phế liệu sau khi đào được nghiền nhỏ, đúc thành các đoạn vòm và lắp ghép với nhau để tạo thành lớp vỏ ngoài cho đường hầm

SMART được hoàn thành vào tháng 5 năm 2007 Dự án đã đưa Malaysia vào bản đồ quốc tế của những kỳ công kỹ thuật: giải quyết hai vấn đề riêng biệt

ở Kuala Lumpur, lũ gây ra bởi những trận mưa lớn và ùn tắc giao thông nghiêm trọng dọc theo đường phố trong giờ cao điểm Tổng kinh phí xây dựng đường hầm là gần 700 triệu USD Khả năng chứa tổng cộng của SMART (hồ Berembang Holding, đường hầm và hồ giảm tải Taman Desa) là 3.000.000

m3 nước

Theo luật pháp Malaysia, phần đất dưới mặt đất thuộc chủ sở hữu tài sản bên trên Nếu đường hầm nằm ở phần đất thuộc các chủ sở hữu tư nhân thì Nhà nước buộc phải mua lại Để tránh chi phí cao từ việc mua tài sản của tư nhân, tuyến của đường hầm đã được xác định sao cho hầu hết các bộ phận của nó phải nằm bên dưới các đường giao thông chính

Đường hầm bắt đầu từ ngã ba sông Klang và sông Ampang với một cấu trúc cống phân lũ gồm 4 bộ cửa cắt sông Klang để từ đó nước lũ chảy vào hồ Berembang Holding thông qua một cơ cấu đập tràn-cống lấy nước Nước từ hồ được chuyển qua đường hầm và xả ra hồ giảm tải Taman Desa Nước được chứa trong hồ trước khi xả vào sông Kerayong qua cơ cấu cửa xả Box Twin

Các đường hầm dài 11,5 km, đường kính 13,2 m chuyển nước từ hợp lưu của 2 con sông chảy qua trung tâm Kuala Lumpur, trong đó tại phần giữa đường

hầm với chiều dài 3 km, có đường kính tăng gấp đôi, mặt cắt đường hầm được chia làm 3 phần, 2 phần trên được dùng làm đường cao tốc để giảm ùn tắc giao thông tại cửa ngõ chính phía Nam vào trung tâm thành phố, cách 250m có 1 cửa thoát lũ và không khí, độ dốc đường hầm là 1/1000; lưu lượng 30.000 xe/ngày, tốc độ xe thấp nhất 60 km/h; được điều khiển từ Trung tâm thông qua 220 camera và 72 màn hình

Trung tâm kiểm soát SMART hoạt động 24 giờ/ngày Khi lưu lượng tăng cao tại các ngã ba, Trung tâm sẽ gửi một tín hiệu để các Trạm kiểm soát đường cao tốc ra lệnh sơ tán các phương tiện giao thông ra khỏi đường hầm Sau khi đã giải phóng hết các phương tiện giao thông, nước chảy vào toàn bộ đường hầm Khi nước lũ đã rút, đường hầm được làm sạch và cửa hầm được

mở cho giao thông

Đường hầm hoạt động theo 4 chế độ :

1 Chế độ 1: Khi thời tiết bình thường, không mưa hoặc ít mưa - được

phép thông xe trong hầm

2 Chế độ 2: Mưa vừa, khi vận tốc dòng chảy đo được tại ngã ba sông

Klang/sông Ampang (trạm đo lưu lượng “L 4”) đạt 70-150 m3/s thì chỉ mở cống lấy nước phía dưới của SMART để chuyển nước đến hồ giảm tải Taman Desa Trong số này 50 m3/s sẽ được thải ra trung tâm thành phố Đường hầm vẫn mở cửa để thông xe

3 Chế độ 3: Mưa lũ lớn xảy ra, mô hình dự báo lũ tại “L 4” đạt 150 m3/s trở lên Chỉ thải 10 m3/s ra trung tâm thành phố Ngừng thông xe trong hầm Mưa bão lớn hơn chút ít hoặc dừng lại, nhưng không làm ngập đường hầm

giao thông, đường được mở cửa lại sau thời gian 2÷8 giờ kể từ khi đóng cửa

4 Chế độ 4: Mưa bão lớn tiếp tục, kéo dài (thường phải xác nhận sau 1÷2

giờ khi chế độ 3 đã được khẳng định) Phần hầm giao thông được sử dụng hoàn toàn cho thoát lũ, sau khi đã sơ tán triệt để các phương tiện giao thông Khi lũ rút, đường hầm sẽ mở cửa để thông xe trong vòng 4 ngày kể từ ngày đóng cửa

- Na Uy chuẩn bị xây dựng tuyến đường ống dẫn khí đốt ngầm dưới biển dài nhất thế giới (482 km), đường kính ống 910,5 mm, nối mỏ khí đốt Aasta Hansteen với trạm tiếp nhận và xử lí của tập đoàn Royal Dutch Shell trên bán đảo Nyhamna, với tổng giá trị đầu tư 4 tỷ cuaron Na Uy (hơn 720 triệu USD)

- Đường hầm ngầm dẫn nước, giao thông của Lybia trong thời gian đang được thi công hồi năm 1983 bằng phương pháp thi công lộ thiên

Hình.1.6 Đường ngầm dẫn nước, giao thông của Lybia trong thời gian đang

được thi công hồi năm 1983 bằng phương pháp thi công lộ thiên

(Nguồn: Internet)

Ở nhiều nước trên thế giới giải pháp đường hầm kỹ thuật (tuy nen) để bố trí hạ tầng kỹ thuật ngầm được áp dụng Việc xây dựng hệ thống tuynen kỹ thuật cũng trở thành một xu hướng hiện đại hóa sự phát triển của đô thị Mật độ của hệ thống tuy nen kỹ thuật trở thành chỉ số đánh giá mức độ hiện đại hóa của thành phố cũng như mật độ hệ thống thoát nước Mỹ Nga Nhật và Dài Loan là những nước, khu vực đã phát triển hệ thống tuynen kỹ thuật để lắp các đường dây đường ống kỹ thuật từ thiết kế, xây dựng, vân hành Tại Đài Loan việc xây dựng hệ tống tuy nen kỹ thuật đã trở nên phổ biến và được xây dựng ở nhiều thành phố

1.3 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại Việt Nam

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 Một đô thị hiện đại phải xây dựng hệ thống hạ tẫng kỹ thuật nói chung và hệ thỗng hạ tầng kỹ thuật ngầm nói riêng 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 việc nên làm hiện nay

Hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm đang được tập trung xây dựng tại Việt Nam bao gồm: Hầm đường bộ, hầm cho người đi bộ, các công trình đường dây, cáp điện, cáp quang, cáp thông tin; các công trình đường ống bao gồm: Đường ống cấp nước, đường ống thoát nước và các công trình cống, bể cáp kỹ thuật, hào và tuy nen

Đường dây và đường ống ngầm đô thị ở Việt Nam thường được chọn ngầm dưới hè phố hoặc phần đường xe chạy một cách riêng lẻ Việc xây dựng riêng lẻ các đường dây (cáp điện, cấp thông tin, cáp quang…), đường ống (đường ống cấp nước, thoát nước…) đang là phổ biến tại đô thị nước ta hiện nay Hình thức đơn giản, chi phí thấp và thường khi số lượng đường dây đường ống không nhiều Nhược điểm khó quản lý, đường hè phố thường bị đào lên, lấp xuống để sửa chữa cải tạo và cũng do không có sự thống nhất nên gây khó khăn cho công việc xây dựng mới các công trình vì không biết vị trí chính xác nên hay xảy ra sự cố

Bố trí đường dây trong bể cống cáp kỹ thuật dưới hè phố hoặc giải phân cách Loại này dùng để bố trí các loại đường dây cáp thông tin, cáp truyền hình, cáp điện lực, chiếu sáng Loại này có kích thước nhỏ chủ yếu các đường ống chứa cáp và hố ga để luồn cáp và kiểm tra

Bố trí trong đường hầm kỹ thuật Đây là giải pháp tiên tiến được nhiều nước trên thế giới áp dụng Đường hầm kỹ thuật có thể mang tính tổng hợp (các đường dây điện, thông tin, cáp truyền hình, các đường ống cấp nước, thoát

nước…) hoặc tách riêng ví dụ chỉ bao gồm các đường dây hoặc chỉ cho thoát nước… tùy vào điều kiện cụ thể để lựa chọn Ưu điểm giảm đào bới hè đường, quản lý thống nhất, thời gian phục vụ lâu dài, công tác duy tu bảo dưỡng dễ dàng

và thuận lợi, an toàn trong sử dụng Tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu cao

Ở Việt Nam hiện nay để khắc phục tình trạng nhiều tuyến đường các công trình hạ tang kỹ thuật như cấp điện cấp nước, thoát nước, thông tin, chiếu sáng… được xây dựng đơn lẻ không bố trí chung Do vậy trong duy tu bảo dưỡng thường phải đào bới để cải tạo, sửa chữa xây dựng mới Thành phố Hà Nội đã thí điểm xây dựng một số hầm kỹ thuật tại một số dự án nâng cấp, xây dựng mới các tuyến đường đô thi như:

- Các tuy nen kỹ thuật ngang đường của phố Kim Mã, Liễu Giai, Nguyễn Chí Thanh kích thước 3x3m bố trí cáp điện lực, bưu điện…

- Tuyến hào kỹ thuật trên đường Phạm Hùng kích thước 2,5x2m, dài 2x5km

- Tuyến hào kỹ thuật trên đường Văn Cao kích thước 1,5x1,5m, dài 2x850m

- Tuyến hào kỹ thuật trên đường Lê Đức Thọ kích thước 1,5x1,5m, dài 2x3km

- Tuyến hào kỹ thuật trên đường Nguyễn Trãi kích thước 1x1m, dài 2x4km Các tuyến hào kỹ thuật tuy đã tuân thủ các quy phạm kỹ thuật hiện hành song còn chưa phù hợp với nhu cầu thực tế của nghành điện lực viễn thông do còn thiếu nhánh rẽ các hào phụ tải hai bên và chưa có đơn vị quản lý thống nhất

hệ thống cống, bể kỹ thuật, hào kỹ thuật và các hầm kỹ thuật

Ở Thành phố Hồ Chí Minh dự án xây dựng tuyến hào kỹ thuật trên đường Trần Hưng Đạo năm 2009 Tuyến dài 2,9 km được xây dựng với tổng vốn khoảng 50 tỷ do Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh đầu tư Tuy nhiên khi hào đã xây dựng xong chỉ có 1÷2 tuyến cáp, vẫn còn nhiều cột điện và nhiều cáp thông tin

Có thể nói hệ thống hạ tầng công trình ngầm ở Việt Nam nói chung và đường hầm kỹ thuật ngầm nói riêng hiện đã manh nha phát triển Xét về mặt trình

độ kỹ thuật và quy mô, hạ tầng công trình ngầm ở Việt Nam mới ở trong thời kỳ đầu của sự phát triển Trong tương sẽ còn nhiều các loại hạ tầng ngầm mới

1.4 Tổng quan về tình hình xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại các khu công nghiệp và khu đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh

Hệ thống đường hầm kỹ thuật tại các khu công nghiệp và khu đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh hầu như chưa có Một số khu công nghiệp và khu dân

cư, hệ thống đường dây, đường ống đã được ngầm hóa, tuy nhiên các hệ thống này được bố trí riêng lẻ và thường được đặt đưới vỉa hè hoặc lòng đường và mỗi một hệ thống do một đơn vị riêng rẽ quản lý

Để thực hiện việc ngầm hóa và tất cả được bố trí trong hệ thống đường hầm kỹ thuật cũng đã được các cấp chính quyền tại Thành phố Hồ Chí Minh đề cập tới Tuy nhiên hiện nay mới chỉ trong giai đoan nghiên cứu và báo cáo các

sở ban nghành để xem xét phê duyệt ví dụ như dự án đầu tư xây dựng công trình

hệ thống hào và tuy nen kỹ thuật khu công nghệ cao, quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh Dự án đầu tư 4 tuyến đường chính trong Khu đô thị mới Thủ Thiêm Dự

án đầu tư xây dựng hệ thống hào và tuy nen kỹ thuật dọc theo hai bên đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi Dự án ngầm hóa cáp điện ngầm và thông tin liên lạc tại đường Trần Hưng Đạo Dự án vệ sinh môi trường nước Nhiêu Lộc Thị Nghè (Xây dựng các giếng ngầm và hệ thống cống ngầm đường kính D=1000 mm, thu gom toàn bộ nước thải về nhà máy xử lý nước) Dự án hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A tại khu công nhiệp Tân Tạo quân Bình Tân Dự án Hầm Thủ Thiểm vượt sông Sài Gòn trên tuyến đại lộ Đông Tây

Hình 1.7 : Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A

Hình 1.8 Hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn

Để việc triển khai rộng khắp và đạt hiệu quả Chúng ta xem xét phân tích

ưu nhược điểm của hệ thống đường hầm kỹ thuật

1.4.1 Ưu điểm của hệ thống đường hầm kỹ thuật

- Vận hành sửa chữa công trình ngầm dễ dàng

- Quản lý tập trung tất cả các công trình ngầm (cấp điện, nước, thông tin…), vì vậy dễ dàng quản lý, phát triển, thay đổi, cũng như cập nhật thông tin thuận lợi

- Tăng tuổi thọ công trình

- Thuận lợi khi lắp đặt, sửa chữa (không phải bỏ lớp mặt đường)

- Diện tích chiếm đất ít

- Tránh được các hiện tượng xâm thực

- Góp phần tạo bộ mặt kiến trúc cảnh quan đô thị

- Đảm bảo an toàn công trình khi có thiên tai

- Lạo bỏ tình trạng đào lên lấp xuống khi xây dựng, sửa chữa

- Giảm đáng kể chi phí về quản lý và bảo trì công trình

1.4.2 Nhược điểm của hệ thống đường hầm kỹ thuật

- Đầu tư ban đầu quá cao (thường gấp 3÷4 lần so với bố trí riêng rẽ), chỉ thích hợp quy hoạch trung tâm thành phố lớn khi có xây dựng kèm theo xây dựng mới hệ thống giao thông

- Yêu cầu công nghệ cao trong xây dựng, quản lý, vận hành Hệ thống cần phải xử lý thông gió thoát nước, các vị trí giếng cho người quản lý vận hành lên xuống

- Chiếm một khoảng không gian nhất định trong lòng đất mà các công trình ngầm khác không thể giao chéo khi ở cùng cao độ

- Đặt chung các đường dây, đường ống khi xẩy ra sự cố cỏ thể làm hư hại đây truyền

- Ảnh hưởng lẫn nhau khi bố trí cùng tuy nen như cáp điện, truyền hình, thông tin liên lạc

Người quản lý vận hành cũng yêu cầu phải có kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn

1.5 Nhận xét Chương 1

Xây dựng hệ thống Đường hầm kỹ thuật là một xu hướng phát triển hiện đại Làm cho bộ mặt đô thi khang trang và sạch đẹp Đã được xây dựng ở các nước trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam, hệ thống đường hầm kỹ thuật vẫn còn

là công việc mới mẻ và đang ở thời kỳ đầu áp dụng

Hiện trạng tại Thành phố Hồ Chí Minh hệ thống đường hầm kỹ thuật còn quá ít và thiếu chưa thể đáp ứng yêu cầu Mới chỉ xây dựng được một số công trình như dự án môi trường nước Nhiêu Lộc Thị nghè dùng để thu gom và xử lý nước thải, một số dự án khác quy mô quá nhỏ và manh mún cục bộ, chưa mang tính chiến lược và kết nối với các dự án khác Vì vậy để đảm bảo cho bộ mặt thành phố khang trang, thông thoáng nhu cầu xây dựng hệ thống đường hầm kỹ thuật tại Thành phố Hồ Chí Minh là rất lớn Đặc biệt là tại các khu đô thị xây dựng mới như Khu đô thị mới Thủ Thiêm diên tích 657.000 ha quy mô dân số

dự kiến 430.000 người khu đô thi Tây Bắc thành phố diện tích 750.00 ha Quy

mô dân số triệu người 500.000 người

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

HỆ THỐNG ĐƯỜNG HẦM KỸ THUẬT 2.1 Tổng quan

2.1.1 Căn cứ để lựa chọn công nghệ thi công phù hợp

Có rất nhiều phương pháp thi công đường hầm kỹ thuật, phụ thuộc nhiều yếu tố như chiều sâu đặt đường hầm, điều kiện địa chất thủy văn của tuyến, các yếu tố kinh tế, lịch sử và công nghệ

Ngay khi nghiên cứu sơ bộ tuyến, không những cần đưa ra quyết định cơ bản về phương pháp xây dựng, việc lập phương án tổng thể cũng cần xem xét ảnh hưởng của các phương pháp thi công sẽ áp dụng có tính chất quyết định đối với việc thiết lập các mặt cắt Mục đích của việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng trong việc bố trí thiết bị, lựa chọn mặt cắt và các phương pháp xây dựng là đảm bảo thiết kế với hiệu quả kinh tế cao nhất, có đưa các chi phí vận hành và bảo dưỡng sau này vào kết quả đánh giá

Để lựa chọn công nghệ thi công phù hợp, cần quan tâm đến giá thành xây dựng trong điều kiện và hoàn cảnh hiện có và các chi phí cho các biện pháp cần thiết để đảm bảo an toàn và tiến hành sửa chữa Cần suy xét về mặt kết cấu, kỹ thuật và kinh tế, các ưu điểm và nhược điểm khi tiến hành thi công cũng như khi vận hành, bảo dưỡng Ngoài ra cần xem xét tới một số yếu tố sau:

- Vị trí công trình và các trang thiết bị trong mặt bằng:

+ Diện tích được phép sử dụng để đặt công trình xây dựng trên mặt bằng, + Diện tích bố trí các thiết bị xây dựng cần thiết cho thi công

- Đảm bảo giao thông thông suốt:

+ Quá trình thi công làm hạn chế sự giao thông của dân cư xung quanh có vượt quá mức chấp nhận được hay không?

+ Có các tuyến thay thế cho giao thông qua khu vực đó hay không?

- Các thiết bị xây lắp:

+ Có đảm bảo cung cấp điện nước và thoát nước trong quá trình xây dựng hay không

+ Các thiết bị cung cấp điện, cấp và thoát nước có thể được bảo dưỡng hoặc sửa chữa cải tạo để vận hành phục vụ khai thác công trình và dễ tiếp cận để bảo dưỡng hay không

- Vị trí công trình và các trang thiết bị trong hình chiếu từ phía trước của công trình hầm:

+ Độ sâu hiện có, việc thi công theo phương pháp xây dựng lộ thiên có còn là hợp lí về mặt kỹ thuật không và có hiệu quả kinh tế không

+ Có thể tiến hành lấp đất đầy đủ bên trên đường hầm để tự do thiết kế cảnh quan trên mặt đất hay không (lắp đặt các ống dẫn tới các thiết bị xây lắp, trồng cây ) Vị trí nông nhất không phải lúc nào cũng là có hiệu quả kinh tế nhất

Trước khi lựa chọn mặt cắt của công trình xây dựng và công nghệ thi công, cần khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố sau:

- Các điều kiện kỹ thuật địa chất thủy văn, tình hình nước ngầm và nước trong lớp đất nằm dưới, đặc biệt cần xem xét việc cân bằng nước ngầm cần thiết

có thể được tiến hành ở dạng nào

- Phế thải cũ: cần khảo sát hậu quả kinh tế của các phế thải cũ và phương pháp hủy bỏ chúng

- Bảo vệ chống tiếng ồn: ngoài những yêu cầu về kết cấu, có thể thực hiện việc xác định kích thước các tiết diện theo yêu cầu chống ồn Cũng cần phải kiểm tra phương pháp thi công xem có làm xuất hiện âm thanh gây ồn giữa công trình xây dựng và các ngôi nhà liền kề hay không

- Mức độ ảnh hưởng đối với cư dân liền kề, trong phạm vi khu vực xây dựng cần chọn phương pháp xây dựng sao cho tiếng ồn và bụi ảnh hưởng đến dân cư liền kề ở phạm vi có thể chấp nhận được, cả về tính chất lẫn quy mô của các ảnh hưởng đó

Từ đó, trên cơ sở kết hợp phương pháp xây dựng, đưa ra các tiêu chí phân biệt cơ bản và các tiêu chí quyết định để lựa chọn biện pháp thi công hầm phù hợp nhất, có thể là phương pháp thi công kết hợp của nhiều phương pháp cơ bản

và có thêm các cải tiến mới

2.1.2 Những yêu cầu cơ bản của công tác thi công hệ thống ngầm

Sau khi đã lựa chọn được phương pháp thi công, khi lập phương án xây dựng phải căn cứ vào các điều kiện địa hình, địa kỹ thuật công trình, địa chất thủy văn để đưa ra phương pháp công nghệ thi công phù hợp với đặc thù từng loại công trình Trong quá trình thi công hầm giao thông phải chú ý đến các yêu cầu sau:

- Hệ thống mốc định vị và lưới khống chế phải đảm bảo độ chính xác cần thiết để định vị công trình hầm

- Hệ thống kết cấu chống đỡ phải đảm bảo đủ khả năng chịu lực, an toàn

bị có phát tia lửa điện hoạt động trong hầm suốt quá trình thi công

- Có chế độ kiểm soát các điều kiện đảm bảo an toàn thi công, kiểm soát chặt chẽ người ra vào hầm suốt quá trình thi công

Việc thi công hầm dù tiến hành theo phương pháp nào cũng phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Đảm bảo thời hạn và tìm mọi biện pháp tăng tốc độ thi công

- Cơ giới hóa cao nhất và tiến tới tự động hóa các quá trình thi công

- Áp dụng các phương pháp và kỹ thuật thi công tiên tiến nhất

- Áp dụng tối đa các cấu kiện, chi tiết lắp ghép được chế tạo sẵn trong nhà máy

- Hạ giá thành công trình

- Khối lượng các công trình phụ tạm là nhỏ nhất

Hiện nay, có rất nhiều công nghệ thi công công trình hầm đã được áp dụng trên thế giới Về cơ bản, có thể chia các công nghệ thi công hầm thành năm nhóm cơ bản:

- Công nghệ thi công đào trần (Cut and cover method)

- Công nghệ thi công đào kín (Mining method)

- Công nghệ thi công khiên đào

- Công nghệ thi công đào hầm kiểu mới của Áo (NATM)

- Công nghệ thi công kích ép

2.2 Các phương pháp thi công

Để xây dựng hợp lý các công trình ngầm thành phố (cũng như các công trình ngầm khác), cho đến nay có khá nhiều phương pháp, phương thức, giải pháp được phát triển và áp dụng Thông thường các phương pháp được phân thành hai nhóm là:

- Các phương pháp thi công ngầm

- Các phương pháp thi công lộ thiên

Cùng với các phương pháp hạ dần hay hạ đoạn (caisson) và phương pháp

hạ chìm hay hầm dìm, phương pháp thi công hở thuộc vào nhóm các phương pháp thi công lộ thiên

2.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên

2.2.1.1 Tổng quan

Có thể nói rằng, trong những điều kiện thông thường, phương pháp hở được coi là phương pháp kinh tế nhất trong xây dựng các công trình ngầm cỡ lớn Chẳng hạn hình dáng các công trình có thể kiến trúc phù hợp với các yêu cầu của

kỹ thuật giao thông, trong đó các giải pháp tối ưu về liên kết các hệ thống giao thông với đoạn đường chuyển giao ngắn, cũng như liên kết tốt giữa các điểm đi

và đến Chênh lệch về độ cao có thể bố trí ở mức nhỏ Phương pháp thi công hở còn cho phép xây dựng các mặt bằng đi bộ rộng liên kết với các công trình thương mại, nhà hàng, công trình văn hóa và liên kết hợp lý với phương tiện giao

thông trên mặt đất

Tuy nhiên để áp dụng phương pháp thi công hở cần chú ý các điều kiện sau:

- Để thi công cần thiết phải có mặt bằng tự do trên mặt đất vừa đủ, như tại các quảng trường, nút giao thông của các đường lớn, chẳng hạn một sân ga tàu điện ngầm có chiều dài khoảng 120 m, tàu tốc hành khoảng 210 m;

- Do thời gian thi công lâu và diện tích sử dụng lớn, nên gây ảnh hưởng lớn đến giao thông đi lại trên mặt đất Do vậy nhất thiết phải chú ý đến các giải pháp giảm ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất;

- Phương pháp xây dựng này cần loại trừ các mối nguy hiểm đối với các công trình kiến trúc lân cận, chẳng hạn do gây lún sụt, dịch chuyển đất Vì vậy khi độ sâu thi công lớn, chẳng hạn 25 m, khoảng cách đến các công trình kiến trúc không xa thì nhất thiết phải áp dụng các biện pháp đặc biệt (tường cọc nhồi, tường hào nhồi-tường trong đất);

- Với phương pháp thi công hở thì các tác động xấu đến môi trường sống, như tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi Do vậy cần phải có các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này;

- Trong nhiều trường hợp phải tính đến các điều kiện của công trình kiến trúc, nền đất và nước ngầm khi phải áp dụng lâu dài và trên diện rộng giải pháp

hạ mực nước ngầm;

- Phải tính đến các khả năng di dời, treo tạm các hệ thống cấp thoát nước, năng lượng…, để đảm bảo hoạt động bình thường, lâu dài

Nhằm phát huy lợi ích kinh tế, khắc phục những hạn chế của phương pháp thi công hở, hàng loạt các giải pháp đã được phát triển và áp dụng có hiệu quả trên thế giới

2.2.1.2 Các giải pháp bảo vệ thành hố đào

Thi công hở là tiến hành đào hào từ trên mặt đất, xây dựng công trình và cuối cùng lại phủ đất hay vật liệu lên trên kết cấu công trình ngầm (cut-and-cover) Thông thường với phương pháp này kết cấu công trình ngầm có thể được xây dựng từ đáy hào (phương thức tường nền) hoặc trước tiên thi công tường và nóc của kết cấu công trình ngầm (phương thức tường nóc) và sau đó các công tác khác được tiến hành và hoàn thiện

Tùy thuộc vào điều kiện mặt bằng thi công, hào để xây dựng kết cấu của công trình ngầm có thể có thể được thi công với thành hào nghiêng hoặc thẳng đứng Nói chung trong thành phố phương án thành hào đứng thường là giải pháp tất yếu Việc bảo về ổn định thành hào là rất quan trọng, liên quan đến ổn định của các công trình trên mặt đất cũng như đảm bảo các điều kiện thi công tiếp theo Cũng tùy thuộc vào điều kiện đất nền, vào các công trình kiến trúc trên mặt đất cần được bảo vệ mà các kết cấu bảo vệ thành hào cũng đã được áp dụng rất

đa dạng Kết cấu bảo vệ thành hào có thể được thu hồi sau khi thi công kết cấu công trình ngầm nhưng cũng có thể được giữ lại làm một bộ phận quan trọng của kết cấu công trình ngầm

Dựa vào dạng thành hào, yêu cầu bảo vệ có thể phân các kết cấu bảo vệ thành hào theo sơ đồ trên hình 2.1 Điều kiện và khả năng áp dụng của từng giải pháp cơ bản, kết hợp với các biện pháp neo chốt, gia cường, tăng cứng được tổng hợp và đánh giá trong bảng 2.1 Nói chung khi cần thiết phải bảo vệ các công trình kiến trúc thì các giải pháp tường trong đất như bằng cọc khoan nhồi, hoặc hào nhồi là những giải pháp đắt tiền, song hữu hiệu Tường bằng cọc cừ

được quen biết ở nước ta khá lâu và thường được thu hồi sau khi thi công Tuy nhiên nhiều nước đã sử dụng thép đặc biệt làm ván cừ và sau khi thi công để lại tường cừ thành bộ phận bảo vệ cho kết cấu công trình ngầm Lựa chọn và tính toán thiết kế các kết cấu bảo vệ thành hào nhất thiết phải chú ý đến điều kiện mặt bằng, điều kiện đất nền và đặc biệt là các công trình kiên trúc cần bảo vệ

Hình 2.1 Các giải pháp bảo vệ thành hào theo điều kiện thi công [9]

Bảng 2.1 Phân tích các khả năng áp dụng của biện pháp bảo vệ thành hố đào [9]

Phương

thức bảo vệ

Thành hào nghiêng

Gia cố

bê tông phun

Tường cọcván

Tường

cừ thép

Tường hào nhồi

Tường cọc khoan

nhồi Sát nhau Giao cắtDiện tích

Ổn định

lâu dài

Tạm thời

Tạm thời

Tạm thời

Tạm thời

Lâu dài Lâu dài Lâu dài Mức độ kín

nước Không Không

Không được Được Được Được Được Được Khả năng

neo chốt

Không được Được Được Được Được Được Được 2.2.1.1 Các phương thức thi công

Nói chung có nhiều phương án hay phương thức thi công đã được phát triển, liên quan đến điều kiện địa chất, các công trình trên mặt đất và độ sâu thi công Chú

ý đến điều kiện địa chất thủy văn thực tế có thể gặp ba trường hợp sau:

- Hào thi công khi không có nước ngầm hoặc có thể hạ mực nước ngầm

- Hào thi công khi có nước ngầm nhưng không thể hạ mực nước ngầm hoặc phải bảo vệ nguồn nước ngầm

- Thi công hào trong điều kiện có nước mặt (kênh dẫn nước, sông ngòi) Trong trường hợp thứ nhất, thi công trong điều kiện không chịu ảnh hưởng của nước ngầm có thể xem xét các phương án sau:

Hình 2.2 Các phương án thi công với thành hào nghiêng [9]

Hào được thi công với thành hào nghiêng (Hình 2.2), được bảo vệ bằng lưới thép và bê tông phun hoặc thép hình cũng như tấm bê tông cốt thép kết hợp neo hoặc kết hợp các loại kết cấu đó Độ nghiêng hay độ dốc của thành hào phụ thuộc vào loại đất nền Góc nghiêng thường nhỏ hơn 450 khi khối đất nền là đất rời hoặc dính kết yếu Trong trường hợp đất dính cứng hoặc nửa cứng có thể để góc dốc đến 600 và trong trường hợp gặp đá rắn có thể để góc dốc đến 800

Thành hào thẳng đứng và được chống giữ bằng tường cọc ván, chiều rộng đáy hào chiều rộng công trình ngầm bằng chiều rộng ngoài của kết cấu công trình ngầm Trong trường hợp này cần chú ý đến trình tự thi công do yêu cầu phải làm kín nước cho kết cấu công trình ngầm

Thành hào cũng được chống giữ bằng tường cọc ván, nhưng chiều rộng đáy hào bằng chiều rộng công trình ngầm +2 x 0,8 m Đương nhiên trong trường hợp này khối lượng đất đào và lấp phủ sau này sẽ tăng đáng kể Tuy nhiên lớp phủ kín nước được phủ từ phía ngoài một cách dễ dàng

Hình 2.3 Phương án không có a)và có khoảng hở b)giữa tường và kết cấu

án này thường được gọi là phương án tường nóc

Hình 2.4 Thi công tường cừ cọc nhồi [9]

Trong điều kiện có nước ngầm, nhưng không thể hạ mực nước ngầm, hoặc nguồn nước ngầm cần được bảo vệ, có thể xem xét bốn phương án sau:

1) Hạ mực nước ngầm chỉ trong khu vực hào thi công, sau đó bơm nước

và thi công kết cấu công trình ngầm, trong trường hợp này có thể sử dụng tường cọc cừ để bảo vệ thành hào và đồng thời làm kín nước Đương nhiên tường cọc

cừ có thể thu hồi hoặc để lại, tùy thuộc vào phương án lựa chọn

2) Tường và nền được thi công kín nước, sau đó bơm nước và thi công kết cấu công trình ngầm Ở đây có thể sử dụng tường bằng cọc cừ hoặc cọc khoan nhồi, hào nhồi, tùy theo độ cứng cần thiết, liên quan với việc chống lún sụt, bảo

vệ công trình kiến trúc Sau đó bê tông nền được đổ dưới nước Kết cấu công

trình ngầm sẽ được thi công trong điều kiện không có nước Trong phương án này, cọc cừ có thể được thu hồi, còn tường bằng cọc khoan nhồi và hào nhồi sẽ trở thành một bộ phận của kết cấu cuối cùng

3) Tường và nóc được thi công trước, kín nước, sau đó thi công tiếp tục đào trong chế độ sử dụng khí nén đẩy nước Phương án này khá phức tạp, song được chú ý, nếu như cần lấp phủ nhanh trên mặt đất để hạn chế ách tách giao thông

4) Sử dụng phương pháp hạ dần (caison)

Trường hợp gặp nước mặt phải chú ý đến khả năng phải áp dụng phương pháp hạ chìm Tuy nhiên, trong điều kiện cho phép có thể xem xét phương án dắp đê quai, sử dụng cọc cừ, tạo kênh dẫn nước tạm và sau đó có thể lựa chọn phương án thi công thích hợp, tùy theo điều kiện địa chất và các yêu cầu cần phải được bảo vệ khác

2.2.1.2 Giải pháp khi thi công sát hoặc dưới các công trình kiến trúc

Trong thực tế, do đặc điểm của tuyến công trình ngầm có thể gặp hai trường hợp sau:

- Công trình ngầm nằm sát công trình kiến trúc trên mặt đất, không cho phép thi công tường bảo vệ thành hào, khi đó cần thiết phải tiến hành thi công kết cấu đón đỡ Kết cấu này cũng đồng thời là tường của thành hào

- Một phần hay toàn bộ công trình ngầm nằm dưới công trình kiến trúc trên mặt Trong trường hợp này phần của công trình kiến trúc cần được đón đỡ bằng kết cấu dạng khung Như vậy kết cấu đón đỡ có thể trực tiếp là tường, nóc của công trình ngầm hoặc kết cấu công trình ngầm được thi công dưới sự bảo vệ của kết cấu này

Hình 2.5 Thi công theo phương pháp hạ chìm kết hợp đê quai [9]

Có nhiều dạng đón đỡ đã được áp dụng Trong khuôn khổ tham luận ở đây chỉ có thể liệt kê sơ bộ, không thể trình bày chi tiết:

- Đón đỡ bằng tường bê tông hoặc bê tông cốt thép-phương pháp kinh điển

- Đón đỡ bằng phương pháp gia cố đất

- Đón đỡ bằng cọc nhỏ, cắm chéo nhau dưới móng tường

- Đón đỡ bằng tường hào nhồi (cọc baret) cho trường hợp hào thi công sâu

- Đón đỡ bằng tường cọc khoan nhồi, khoan nghiêng về phía công trình kiến trúc

- Đón đỡ bằng phương pháp khoan phụt, với hóa chất hoặc áp lực cao Trên hình 2.6 minh họa một số phương án đón đỡ công trình kiến trúc trên mặt đất

A

a) Đón đỡ bằng tường bê tông, b) Đón đỡ bằng gia cố đất

bê tông cốt thép

f e

đ) Đón đỡ và để công trình tựa lên kết cấu công trình ngầm