Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công các công trình ngầm thành phố của khu vực vĩnh long nam bộ bằng phương pháp đào hở

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất, tôi được giao đề tài "Nghiên cứu đề xuất giải p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NG ƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Văn Quyển

HÀ NỘI - 2013

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Bộ môn Xây dựng công trình ngầm

và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất, tôi được giao đề tài "Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công các công trình ngầm thành phố của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ bằng phương pháp đào hở" Được sự hướng dẫn, dẫn dắt của các thầy cô trong khoa, đến nay, luận văn đã được hoàn thành

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất đã tận tình hướng dẫn, cung cấp nguồn tài liệu tham khảo có liên quan, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn Đặc biệt, cho tôi tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn GVC.TS Nguyễn Văn Quyển

Cho tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cán bộ, công nhân viên chức Sở Giao thông vận tải, Sở Xây dựng, Sở Kế hoạch đầu tư tỉnh Vĩnh Long đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp

Do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế nên chất lượng luận văn còn nhiều khiếm khuyết tôi rất mong nhận được sự đóng góp chân thành của các thầy, các cô

và các bạn

Tôi chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày tháng 04 năm 2013

Tác giả

Trần Quốc Dinh

LỜI CAM ĐOAN

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

Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2013

Tác giả

Trần Quốc Dinh

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 3

1.1 Tổng quan về công trình ngầm đô thị 3

1.1.1 Phân loại các công trình ngầm đô thị 4

1.1.2 Hiệu quả của việc sử dụng công trình ngầm đô thị 5

1.2 Vấn đề quy hoạch, thiết kế, thi công và khai thác công trình ngầm đô thị trên thế giới 7

1.2.1 Lịch sử phát triển của công trình ngầm đô thị trên thế giới 7

1.2.2 Xu thế phát triển công trình ngầm trên thế giới 9

1.3 Vấn đề quy hoạch, thiết kế, thi công và khai thác công trình ngầm đô thị Việt Nam 10

1.3.1 Lịch sử phát triển của công trình ngầm đô thị việt Nam 10

1.3.2 Xu hướng phát triển nhà cao tầng có tầng hầm 11

1.3.3 Quy hoạch và phát triển không gian ngầm đô thị tại Việt Nam 13

1.4 Nhận xét chương 1 15

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM KHI THIẾT KẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THÀNH PHỐ KHU VỰC VĨNH LONG - NAM BỘ 16

2.1 Tổng quan các phương pháp thi công công trình ngầm đô thị 16

2.1.1 Phương pháp thi công đào hở (phương pháp thi công lộ thiên) 17

2.1.1.1 Phương pháp hố móng 17

2.1.1.2 Phương pháp tường trong đất 21

2.1.2 Thi công tầng hầm theo phương pháp Top - Down 23

2.1.3 Thi công tầng hầm theo phương pháp Sơmi Top -Down 28

2.1.4 Phương pháp thi công ngầm 28

2.1.4.1 Công nghệ khoan nổ truyền thống 29

2.1.4.2 Công nghệ Áo mới NATM (New Austrian Tunneling Method) 30

2.2 Ảnh hưởng của thấm nước vào công trình ngầm thi công bằng phương pháp đào hở, nguyên nhân và hậu quả 31

2.2.1 Thực trạng của ảnh hưởng thấm nước vào công trình 31

2.2.2 Một số nguyên nhân chính gây thấm nước vào công trình ngầm 32

2.2.2.1 Nguyên nhân thấm nước vào hố móng trong quá trình thi công phần ngầm 32

2.2.2.2 Nguyên nhân thấm nước vào phần ngầm trong quá trình sử dụng 32 2.3 Các phương pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm ở các thành phố khu vực địa chất yếu 34

2.3.1 Giải pháp chống thấm nước vào hố đào trong quá trình thi công 35

2.3.1.1 Giải pháp xử lý nước bề mặt khi thi công 35

2.3.1.2 Giải pháp bơm hút nước và hạ mực nước ngầm 35

2.3.1.3 Giải pháp gia cường thành hố móng 37

2.3.2 Các phương pháp chống thấm khi thiết kế công trình ngầm qua khu vực địa chất yếu 39

2.3.2.1 Mở đầu 39

2.3.2.2 Tăng độ đặc chắc và khả năng chống thấm cho kết cấu bê tông, bê tông cốt thép 39

2.3.2.3 Thi công tầng chống thấm gia cường 41

2.4 Tổng hợp nhận xét và đề xuất chọn phương pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm ở khu vực thành phố có địa chất yếu 43

2.5 Nhận xét chương 2 44

CHƯƠNG 3: CÁC ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG VÀ HẬU QUẢ CỦA ẢNH

HƯỞNG THẤM NƯỚC VÀO CÔNG TRÌNH NGẦM THÀNH PHỐ KHU

VỰC VĨNH LONG - NAM BỘ 45

3.1.Tổng quan 45

3.2 Đặc điểm, điều kiện địa kỹ thuật khu vực các công trình qua vùng đất yếu, tại các thành phố của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ 46

3.2.1 Đặc điểm địa hình, địa chất tại các thành phố của khu vực Vĩnh Long và Nam Bộ 46

3.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo của khu vực Vĩnh Long 46

3.2.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo của khu vực Nam Bộ 49

3.2.2 Đặc điểm địa chất các thành phố của khu vực Vĩnh Long 51

3.2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn tại các thành phố của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ 53

3.2.4 Điều kiện địa chất, thủy văn ảnh hưởng đến công trình ngầm 57

3.3 Các sự cố của việc thấm nước ngầm vào công trình ngầm tại khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ 58

3.4 Nhận xét chương 3 60

CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM KHI THIẾT KẾ THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU TẠI CÁC THÀNH PHỐ CỦA KHU VỰC VĨNH LONG - NAM BỘ 61

4.1 Tổng quan chống thấm công trình ngầm 61

4.2 Nghiên cứu giải pháp chống thấm khi thi công công trình ngầm khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ 61

4.2.1 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm áp lực nước vào hố móng công trình khi xây dựng công trình ngầm 61

4.2.1.1 Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm lưu lượng nước xâm nhập vào công trình 63

4.2.1.2 Đề xuất phương pháp thi công gia cố thành hố móng 67

4.2.2 Nghiên cứu đề xuất các phương pháp xử lý nước bề mặt khi thiết kế thi công công trinh ngầm 69

4.2.2.1 Bố trí tiêu nước trong thời kỳ đào móng 69

4.2.2.2 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên 70

4.2.2.3 Lựa chọn máy bơm 71

4.2.3 Nghiên cứu đề xuất các phương pháp bơm hút nước và hạ mực nước ngầm khi thiết kế thi công công trình ngầm 72

4.2.3.1 Phương pháp giếng kim hút nước 72

4.2.3.2 Phương pháp giếng kim có thiết bị phun 75

4.3 Tổng hợp, nhận xét và đề xuất chọn phương pháp chống thấm khi thiết kế phù hợp với khu vực địa chất Vĩnh Long - Nam Bộ 77

4.3.1 Nâng cao khả năng chống thấm của bê tông và bê tông cốt thép 77

4.3.2 Chống thấm bổ sung 77

4.3.3 Trình tự tính toán chống thấm khi thi công công trình ngầm 79

4.3.4 Một số vấn đề đảm bảo an toàn và ổn định công trình ngầm trong quá trình chống thấm (tổ chức quan trắc, thu thập và xử lý các số liệu quan trắc) 83

4.3.4.1 Khảo sát thiết kế 83

4.3.4.2 Thiết kế chống thấm 83

4.3.4.3 Thi công 84

4.3.4.4 Sử dụng công trình 84

4.3.4.5.Tổ chức quan trắc, thu thập và xử lý các số liệu quan trắc 84

4.4 Nhận xét chương 4 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại hầm ở Việt Nam theo tiêu chí kiểu/loại hầm [18] 11

Bảng 1.2 Thống kê về nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam và thế giới 13

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của phụ gia giảm nước đến tính chống thấm của bê tông 40

Bảng 4.1 Phạm vi áp dụng các giải pháp hạ mực nước ngầm [1] 62

Bảng 4.2 Hệ số η 71

Bảng 4.3 Hệ số thấm và bán kính ảnh hưởng 72

Bảng 4.4 Mức chống thấm cần thiết của bê tông 80

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phân loại các công trình ngầm đô thị 5

Hình 1.2 Một khu vực của thành phố ngầm Montréal 9

Hình 1.3 Các công trình ngầm đô thị ở Việt Nam 11

Hình 1.4 Phần móng Tòa tháp Keangnam - Hà Nội 12

Hình 1.5 Công tác thi công đào đất tầng hầm nhà cao tầng 14

Hình 2.1 Chống vách bằng cọc a) Một hàng; b) Hai hàng; 19

Hình 2.2 Thi công tầng hầm nhà cao tầng bằng phương pháp lộ thiên 20

Hình 2.3 Thi công hố móng công trình nhà cao tầng 21

Hình 2.4 Mô hình công nghệ thi công tường trong đất 23

Hình 2.5 Hình ảnh thi công tầng hầm theo phương pháp Top - down 24

Hình 2.6 Quy trình thi công tầng hầm theo phương pháp Top - down 25

Hình 2.7 Hình ảnh thi công tầng hầm theo phương pháp Sơmi Top-Down 28

Hình 2.8 Trình tự và sơ đồ công nghệ thi công tunnel theo công nghệ áo mới NATM 30 Hình 2.9 Phương án thi công bằng tường nóc 38

Hình 2.10 Trình tự xử lý mối nối chống thấm bê tông bằng băng cản nước 41

Hình 2.11 Vải chống thấm tầng hầm 42

Hình 2.12 Băng cách nước 42

Hình 3.1 Bản đồ hành chính Vĩnh Long TL: 1/5.000 47

Hình 3.2 Bản đồ hành chính khu vực Tây Nam Bộ TL: 1/5.000 49

Hình 3.3 Nhà Viện Khoa học xã hội sập dưới hầm công trình cao ốc Pacific 59

Hình 3.4 “Hố tử thần” ở trung tâm TP Hồ Chí Minh 59

Hình 4.1 Sử dụng rãnh và hố thu nước ngầm trong hố móng 63

Hình 4.2 Hạ mực nước ngầm bằng hệ giếng lọc 1 cấp 64

Hình 4.3 Hạ mực nước ngầm bằng hệ giếng lọc nhiều cấp 65

Hình 4.4 Hạ mực nước ngầm bằng ống kim lọc 66

Hình 4.5 Phương án thi công bằng tường nóc 68

Hình 4.6.Thoát nước mặt trong hố móng 70

Hình 4.7 Thoát nước hố móng 70

Hình 4.8 Cấu tạo kênh thoát nước mặt 71

Hình 4.9 Hình phễu nước rút khi hút nước trong giếng 73

Hình 4.10 cấu tạo ống lọc nước 73

Hình 4.11 Sơ đồ bố trí hệ thống giếng kim 74

Hình 4.12 Cấu tạo vòi phun 75

Hình 4.13 Sơ đồ làm việc của giếng kim có thiết bị phun 76

Hình 4.14 Kết cấu chống thấm mặt ngoài phần ngầm công trình 78

Hình 4.15 Kết cấu chống thấm mặt trong phần ngầm công trình 78

Hình 4.16 Phương án chống thấm tại khe co dãn, mạch ngừng phần ngầm 79

Hình 4.17 Phương án chống thấm hố móng 79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với quá trình nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, nền kinh tế quốc dân của nước ta đã chứng kiến sự phát triển bùng nổ về mọi mặt, tốc độ đô thị hóa của đất nước ngày càng nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô Đặc biệt là ở các thành phố lớn của cả ba miền từ Bắc Bộ, Trung Bộ và Nam Bộ, tốc độ phát triển nhanh tạo ra các

áp lực về hạ tầng đô thị, nhà ở, văn phòng, giao thông đô thị

Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ đó cũng đã hình thành nhiều bất cập: diện tích đất không tăng nhưng số dân cư trú ngày càng tăng cao, sinh hoạt, giao thông,

cơ sở hạ tầng phát triển chưa đồng bộ và từ đó đã hình thành các nhu cầu quy hoạch

sử dụng không gian ngầm trong thành phố

Trong công tác xây dựng công trình ngầm đô thị thường gặp những vấn đề bất lợi trong quá trình thi công như: thi công qua vùng đất yếu dẫn đến tình trạng phá hủy và biến dạng kết cấu công trình Nguy hiểm hơn là tình trạng thấm nước ngầm vào công trình Vì thế cần đề ra các giải pháp chống thấm thích hợp cho việc xây dựng công trình ngầm, đặc biệt là các công trình đô thị

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm đô thị, phần ngầm nhà cao tầng tại khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

Phạm vi nghiên cứu là các thành phố khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ và lấy điển hình là Vĩnh Long

3 Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu của luận văn là trên cơ sở đánh giá các điều kiện địa chất thủy văn, các yếu tố ảnh hưởng, phân tích hiệu quả các phương pháp thi công, đưa ra cơ sở lý luận lựa chọn giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công ngầm đô thi của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ Các giải pháp chống thấm được cụ thể hoá tại các khu vực của thành phố Vĩnh Long

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về công trình ngầm đô thị, một số công nghệ thi công công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam

- Các phương pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm ở thành phố khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

- Lựa chọn giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm đô thị khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

- Một số vấn đề cần giải quyết chống thấm khi thiết kế xây dựng công trình ngầm qua vùng đất yếu tại các khu vực của thành phố Vĩnh Long - Nam Bộ

5 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn

Trong luận văn sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê và thu thập tài liệu, nghiên cứu và phân tích để xác định điều kiện địa chất, tình hình thực hiện công tác chống thấm để đảm bảo môi trường và nhu cầu khai thác hiệu quả các công trình ngầm đô thị của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài: Qua nghiên cứu, đề tài luận văn đã lựa chọn được phương án chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm đô thị của khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn nhằm góp phần nhỏ trong việc đề xuất một số biện pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm đô thị của khu vưc có điều kiện địa chất yếu Vĩnh Long cũng như các khu vực khác của Nam Bộ có điều kiện địa chất tương tự Đây cũng chính là cơ sở cho các đơn vị tư vấn thiết kế, giám sát, cho các nhà thầu trong việc thiết kế và tổ chức thi công công trình ngầm đô thị trong khu vực Vĩnh Long - Nam Bộ

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được trình bày trên khổ giấy A4, gồm phần mở đầu, 04 chương, phần kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ

TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tổng quan về công trình ngầm đô thị

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 giao thông vận tải bên trong các khu đô thị và giữa các khu độ thị với nhau nhằm tạo sự kết nối giao thông thông

suốt, đáp ứng cho nhu cầu phát triển của kinh tế, xã hội và đời sống của người dân

Tuy nhiên, đi cùng với xu hướng phát triển không ngừng của mạng lưới hạ tầng đô thị là sự suy giảm nhanh chóng diện tích tự nhiên, vốn là nguồn tài nguyên

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 kiến các nguồn quỹ đất khác đáp ứng cho nhu cầu phát triển Trong đó, vấn đề phát triển khu đô thị xuống các tầng sâu trong lòng đất, đặc biệt là phát triển các công trình ngầm 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

Thực tiễn cho thấy với những lợi ích không nhỏ mà tầng hầm của các công trình nhà cao tầng mang lại vì vậy ngày nay việc xây dựng các khu chung cư, cao ốc không thể thiếu được tầng hầm chỉ khác là số lượng ít hay nhiều Việc xây dựng các tầng hầm ngày nay đã gặp những sự cố với những mức độ khác nhau làm thiệt hại không ít về tài sản và tính mạng con người Trong đó, có thể thấy được việc thấm nước đối với các công trình ngầm là rất quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến

chất lượng cũng như khả năng sử dụng của công trình ngầm Vì thế việc đề ra các

giải pháp chống thấm là rất cần thiết

Địa chất tại khu vực thành phố Vĩnh Long - Nam Bộ là địa chất yếu có chiều dày khá lớn, ngoài ra còn có đặc điểm địa hình, điều kiện thủy văn phức tạp, cùng với đặc thù là đồng bằng với hệ thống sông ngòi chằng chịt, hệ thống nước ngầm lớn Việc xây dựng hầm trong vùng đất yếu là một bài toán công trình ngầm phức tạp, đặc biệt là trong các đô thị đã xây dựng các nhà dân dụng 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 việc xử lý một lưu lượng nước khá lớn tác động lên công trình Việc nghiên cứu để có giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công phù

hợp là vấn đề cấp bách cần quan tâm đến

Nghiên cứu sẽ làm đầy đủ và chi tiết các giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công, phù hợp với thực tế của khu vực và giảm thiểu chi phí xây dựng công trình, giảm thiểu nguy cơ xảy ra các sự cố trong quá trình thi công và khai thác là một yếu

tố rất quan trọng trong việc xây dựng công trình ngầm Do đó, việc “Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm khi thiết kế thi công công trình ngầm của thành phố Vĩnh

Long - Nam Bộ bằng phương pháp đào hở” là cần thiết và cấp bách

1.1.1 Phân loại các công trình ngầm đô thị

Sử dụng không gian ngầm hạn chế được nhu cầu tăng diện tích đất của các

đô thị lớn và cho phép giải quyết toàn diện hơn nhiều vấn đề của xây dựng đô thị,

giao thông vận tải, các bài toán về kỹ thuật và xã hội

Theo [10], công trình ngầm đô thị có thể phân thành các loại như sau:

Hình 1.1 Phân loại các công trình ngầm đô thị

1.1.2 Hiệu quả của việc sử dụng công trình ngầm đô thị

Ngày nay, trong thành phố các loại công trình ngầm được phát triển và xây dựng nhằm đáp ứng nhiều yêu cầu và mục tiêu sử dụng khác nhau Nói chung với các hệ thống công trình ngầm sẽ mang lại cho các thành phố những hình ảnh và hiệu quả tốt về cảnh quan, môi trường, đồng thời tăng quỹ đất cho các công trình

Công trình ngầm đô thị

Công trình ngầm với chức năng cung cấp

Công trình ngầm với chức năng thải thoát

Công trình ngầm đặc biệt

Cấp điện Cấp nước

Cấp hơi nóng, khí đốt

Thông tin, truyền hình

Bưu điện đường ống Vận chuyển hàng hóa

Công trình ngầm Thu gom tập trung

Nước thải

Nước mưa

Chất thải

Công trình ngầm văn hóa thể thao

Công trình ngầm thương mại

Đường hầm

áp lực

Đường ống công nghiệp

cho phương tiện

giao thông mới

Công trình ngầm

“giao thông tĩnh”

kiến trúc trên mặt đất, phát huy được tiềm năng dồi dào của khoảng không gian

ngầm, góp phần mang lại những hiệu quả kinh tế trước mắt và lâu dài

Theo [10], sử dụng công trình ngầm đô thị có những hiệu quả như sau:

- 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 cho việc xây dựng nhà ở, tạo được cảnh quan môi

trường đô thị;

- Tăng cường vệ sinh môi trường đô thị;

- Trong nhiều trường hợp cần thiết, có thể sử dụng công trình ngầm cho mục

đích an ninh quốc phòng;

- Giải quyết vấn đề giao thông động và giao thông tĩnh để:

+ Đảm bảo được sự đi lại liên tục và tốc độ cao của các phương tiện giao thông; + Phân luồng tuyến giao thông và tuyến đường đi bộ;

+ Tổ chức tốt bến đỗ cho ô tô;

+ Tạo nên được các nút giao thông thuận tiện

Xây dựng số lượng lớn các công trình ngầm trong đô thị sẽ gặp phải khó khăn nhất định, xuất hiện ở giai đoạn khảo sát, thiết kế xây dựng và khai thác công

thuật và tăng cường móng cho nhà lân cận

Trong quá trình xây dựng công trình ngầm, thường phải yêu cầu thực hiện khối lượng đào đất lớn, phải tạo nên các kết cấu chịu lực khổng lồ và không thấm nước Tuy nhiên các chuyên gia xây dựng công trình ngầm đã vượt qua khó khăn và tạo ra các công trình ngầm, không gian ngầm hiện đại, đáp ứng nhiều mục đích sử

dụng khác nhau của con người

1.2 Vấn đề quy hoạch, thiết kế, thi công và khai thác công trình ngầm đô thị trên thế giới

1.2.1 Lịch sử phát triển của công trình ngầm đô thị trên thế giới

Từ thời cổ xưa loài người đã biết sử dụng hang động tự nhiên làm nơi trú ngụ Nhưng đến khi xuất hiện công nghiệp khai khoáng, loài người mới chính thức xây dựng những công trình ngầm nhân tạo Sau đó con người đã tiến đến xây dựng những ngôi mộ cổ, nhà thờ và sau nữa được mở rộng phục vụ đời sống như xây dựng hầm dẫn nước, hầm giao thông… Việc xây dựng công trình ngầm ở những thời kỳ cổ đại chủ yếu làm thủ công bằng những biện pháp và công cụ rất thô sơ như đốt lửa hun nóng đá, rồi dội nước cho đá nứt và dùng xe choòng, xà ben nạy ra

Vì vậy, chỉ dựng được những hầm ngắn và nông trong các núi đá Tất cả các loại hầm này đều không có vỏ Đến giữa thế kỷ 17, khi thuốc nổ đen được dùng vào hoạt động kinh tế, việc xây dựng ngầm mới được phát triển như hầm đường thủy dài 160m xây dựng năm 1680 tại Pháp Sau đó hầm giao thông được phát triển nhiều trên các tuyến đường sắt Nhưng vì chỉ có khoan tay và thuốc nổ đen nên việc phát triển cũng chỉ mức độ, chưa thể làm những hầm dài được Đến thế kỷ 19, thuốc

nổ amonit và dinamit ra đời cùng với việc xuất hiện khoan xoay làm cho việc xây

dựng ngầm được cải tiến một cách rõ rệt

Song song với việc phát triển hầm qua các vùng núi đá, từ năm 1825, Brunel

đã đề nghị phương pháp thi công bằng khiên đào để xây dựng hầm qua vùng đất yếu

và đã ứng dụng vào việc xây dựng hầm qua sông Thames (Anh) giữa Wapping và Rotherhithe (1825 - 1843), đó là hầm qua sông đầu tiên Sau công trình này khiên đào được cải tiến hơn, Greathead đã ứng dụng vào việc thi công một hầm đi bộ qua sông Thames (Anh) năm 1896 và về sau được ứng dụng trong xây dựng tàu điện ngầm ở Luân Đôn Phương pháp khiên đào sau này trở thành phương pháp chủ yếu

để xây dựng đường tàu điện ngầm và hầm qua sông ở nhiều nước trên thế giới

Do giải quyết được phương tiện thi công nên hầm qua sông được phát triển mạnh Ngoài việc dùng khiên đào, còn dùng nhiều phương pháp khác như dùng

tường cọc ván để đào trần, phương pháp ép hơi để hạ và nối các đốt vỏ lắp ghép…

Một thành tựu lớn trong lĩnh vực xây dựng ngầm là việc phát triển hệ thống

tàu điện ngầm ở các thành phố đông dân cư

Vào thế kỉ XX ở các thủ đô lớn trên thế giới đã xây dựng mạng lưới tàu điện

ngầm đô thị hiện đại, đặc biệt là ở Matxcơva

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 =120km

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 100m 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

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 30km 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 1km2, phía trên các lối vào chính này thường là các tổ hợp công trình đa chức năng hoặc chung cư

cao tầng

Hình 1.2 Một khu vực của thành phố ngầm Montréal

1.2.2 Xu thế phát triển công trình ngầm trên thế giới

Không gian ngầm ngày càng trở thành “không gian thứ hai của đô thị” Năm

1991, Hiệp hội quốc tế về hầm và không gian ngầm (ITA) tổ chức Hội thảo quốc tế,

ra tuyên ngôn Tokyo nhận định thế kỷ XXI là thế kỷ sử dụng không gian ngầm, xem không gian ngầm cũng như đất đai và khoáng sản, điều là tài nguyên thiên nhiên quý báu [23] Việc phát triển và sử dụng chúng phải có quy hoạch nghiêm túc

để không hủy hoại và lãng phí loại tài nguyên này Quy hoạch không gian ngầm đô thị là chủ đề được “Hiệp hội các trung tâm nghiên cứu sử dụng không gian ngầm đô thị” (ACUUS) quan tâm đưa ra thảo luận tại các hội thảo quốc tế ở Pari (1995), Tây

An (1999), Thâm Quyến (2009)

Các chuyên gia cho rằng sau khi GDP đầu người đạt 500USD thì quốc gia đã

có điều kiện phát triển không gian ngầm, khi đạt mức 1000USD thì bắt đầu đi vào giai đoạn quy hoạch và phát triển không gian ngầm đô thị, đạt tới mức 3000USD thì

giá đất đô thị tăng cao nên việc phát triển không gian ngầm đô thị đạt cao trào

Trung Quốc đang phát triển mạnh mẽ không gian ngầm đô thị, trở thành quốc gia hàng đầu trong vĩnh vực này trên thế giới: ngoài tàu điện ngầm hàng năm tăng thêm 180km, nhiều đô thị còn xây dựng đường cao tốc ngầm, hệ thống công trình ngầm đa chức năng, khu độ thị ngầm với diện tích bằng 20 - 30% tổng diện tích khu

vực trên mặt đất… Hiện nay hơn 20 đô thị đã có quy hoạch không gian ngầm

Trong thế kỷ XXI, không gian ngầm sẽ phát triển mạnh mẽ trên quy mô rộng lớn để giải quyết một loạt các vấn đề giao thông đô thị, cải tạo các khu đô thị cũ, tăng thêm không gian xanh, tăng trưởng kinh tế Vì vậy, ngày nay người ta đã đề cập đến phát triển tổng hợp “đô thị ngầm” hay ‘đô thị sâu” chứ không chỉ là sử dụng không gian ngầm đô thị

1.3 Vấn đề quy hoạch, thiết kế, thi công và khai thác công trình ngầm đô thị Việt Nam

1.3.1 Lịch sử phát triển của công trình ngầm đô thị việt Nam

Tại Việt Nam, trước Cách mạng tháng Tám năm 1945 cho đến năm 1975

không có công trình ngầm đô thị được xây dựng

Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hầm được xây dựng nhiều song chủ yếu là hầm ngắn, nhằm phục vụ quốc phòng làm kho tàng, công sự như địa đạo Củ

Chi - Thành phố Hồ Chí Minh

Mãi cho đến những năm gần đây, trước áp lực phát triển của các đô thị lớn nổi lên một loạt vấn đề: hệ thống cấp thoát nước ngầm không được quy hoạch, hệ thống cáp điện lực, thông tin tín hiệu ngổn ngang trên mặt đất, hệ thống giao thông động

là đương xá chật hẹp, chồng chéo, ách tắc; hệ thống giao thông tĩnh không được quy hoạch, đỗ xe bừa bãi, gây ách tắc, tai nạn thường xuyên xảy ra Quan trọng hơn là toàn bộ không gian ngầm không được quy hoạch, khai thác Vì vậy, gần đây ở Việt Nam đã xuất hiện một loạt các công trình ngầm đô thị như: các hầm qua đường dành cho người đi bộ, hầm giao thông ngầm như hầm Kim Liên - Hà nội, hầm Thủ Thiêm nối quận 1 và quận 2 của TP Hồ Chí Minh đã được xây dựng có các thông

số sau: Chiều dài của hầm là 1.490m, gồm phần dìm dài 370m, phần hầm đào lấp

680 m và đường dẫn hai đầu hầm 540 m Tiết diện hữu dụng của hầm đủ để bố trí sáu làn xe và hai đường thoát hiểm hai bên rộng 2x2 m cùng các thiết bị thông tin liên lạc, thông gió, chiếu sáng, thoát nước đảm bảo an toàn cho các phương tiện

xe cơ giới, kể cả xe gắn máy lưu thông theo tốc độ thiết kế

Cho đến nay, Việt Nam có khoảng 52 hầm giao thông được xây dựng trong thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 theo các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của Pháp, Nga,

Trung Quốc, Áo ứng với mỗi thời kỳ khác nhau

Hầm đường bộ Kim Liên

Hầm Thủ Thiêm TP Hồ Chí Minh

Hầm đường bộ Kim Liên Hầm Thủ Thiêm TP Hồ Chí Minh

Hình 1.3 Các công trình ngầm đô thị ở Việt Nam Bảng 1.1 Phân loại hầm ở Việt Nam theo tiêu chí kiểu/loại hầm [18]

1.3.2 Xu hướng phát triển nhà cao tầng có tầng hầm

Trong các công trình xây dựng dân dụng nhà nhiều tầng trên thế giới người

ta quy định phần tầng nhà là từ cao trình mặt đất tự nhiên trở lên Nhà nhiều tầng có thể hiểu là từ 4 tầng trở lên khi số tầng lên đến vài chục tầng thì người ta gọi đó là nhà cao tầng Khái niệm cao tầng hiện nay tạm định lượng như nhà cao dưới 9 tầng gọi là nhà thấp tầng Nhà từ 10 đến 24 tầng gọi là nhà cao trung bình Nhà có từ 25

tầng trờ lên được gọi là nhà cao tầng

Trong khu nhà cao tầng bao gồm tầng trệt (tầng 1), sàn của nó nằm ngang trên mặt đất (cốt 0,00) tiếp theo là các tầng 2,3,4 có độ cao sàn dương Còn những tầng tiếp theo ở thấp hơn so với mặt đất (nằm dưới tầng trệt, cốt thi công âm) đều

được gọi là tầng hầm

Thường ở những toà nhà cao tầng thì tầng hầm gồm 2 tầng trở lên, tầng hầm trên cùng có thể là nửa nồi nửa chìm một khi ta muốn tận dụng sự thông gió, chiếu sáng tự nhiên Số lượng tầng hầm cho nhà cao tầng chủ yếu phụ thuộc vào mục đích

sử dụng của chủ đầu tư Tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào chiều cao của công trình

và đặc điểm địa chất, thủy văn của nền đất dưới công trình, phương pháp thi công

xây dựng tầng hầm hiện tại

Nhà có tầng hầm đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần như

là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng, ở châu Âu do đặc điểm nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm, thậm chí các siêu thị cũng được xây dựng ngầm có tới 2-3 tầng hầm Công nghệ này còn được dùng để thi

công các ga ngầm dưới lòng đường, đường cao tốc ngầm ờ Paris

Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình thường nó trở nên quá quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết được các vấn đề

phát sinh do nhà nhiều tầng đặt ra

Ở Châu Á nói chung có nhiều nhà ở nhiều tầng có tầng hầm chưa phải là nhiều, nhưng ở một số nước và vùng lãnh thổ như Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc thì số lượng nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao, số lượng tầng

hầm trong các nhà từ 1 đến 4 tầng hầm

Hình 1.4 Phần móng Tòa tháp Keangnam - Hà Nội

Ở Việt Nam ta, nhà nhiều tầng có tầng hầm cũng chỉ mới xuất hiện gần đây

tại những công trình liên doanh với nước ngoài hoặc các công trình vốn 100% vốn nước ngoài Ta có thể kể đến một số công trình có tầng hầm ờ TP Hồ Chí Minh và thủ đô Hà Nội, nhưng số tầng hầm mới ở mức từ 1 - 2 tầng hầm

Bảng 1.2 Thống kê về nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam và thế giới [16]

3 Central Plaza - Hồng

1.3.3 Quy hoạch và phát triển không gian ngầm đô thị tại Việt Nam

Ở nước ta, không gian ngầm đô thị trước đây chỉ được quan tâm như là nơi có tài nguyên nước ngầm và cũng là nơi đặt hệ thống đường ống cấp nước và đường ống thoát nước, bao gồm cả các cống hộp thay thế cho các kênh mương Chỉ có một số cáp điện và viễn thông được chôn riêng rẽ và rất nông, dễ gặp sự cố Để khắc phục tình trạng không

an toàn và mất mỹ quan của các tuyến dây điện và viễn thông treo ngỗn ngang dọc đường phố, các đô thị lớn thực hiện một số dự án “ngầm hóa” nhằm gom chúng vào các đường ống chất dẻo chôn xuống đất và một số đoạn hào kỹ thuật ngắn, nhưng kết quả

chưa nhiều

Không gian ngầm đô thị mới được quan tâm nhiều hơn khi có các dự án hầm vượt cho người đi bộ, hầm đỗ xe, hầm vượt cho xe cơ giới qua nút giao thông cắt và

hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn

Hình 1.5 Công tác thi công đào đất tầng hầm nhà cao tầng

Tuy không gian ngầm đô thị được đưa vào quy hoạch từ năm 2007, khi viện Quy hoạch xây dựng Thanh Hóa kết hợp với Louis Berger Group điều chỉnh quy hoạch Tổng thể thành phố Thanh Hóa đã duyệt từ năm 1999, với tầm nhìn đến năm

2020 và xa hơn, nhưng phải đến mấy năm gần đây thì quy hoạch không gian ngầm mới trở nên tương đối cấp bách với Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, trong bối cảnh cần phát triển các dự án hầm đỗ xe, nhất là dự án phát triển tàu điện ngầm và đáp ứng nhu cầu cải tạo khu thương mại trung tâm mà vẫn bảo tồn được cảnh quan đặc sắc vốn có Tuy vậy, do chủ đề này còn mới mẻ nên khi gặp vấn đề phát triển không gian ngầm cụ thề, chẳn hạn hầm đỗ xe, hầm bộ hành, các tầng hầm nhà cao tầng… các chuyên gia quy hoạch các đô thị còn gặp nhiều lún túng, thậm chí còn nghi kỵ Trong nhận thức của nhiều người thì công trình ngầm đô thị thuộc loại cá biệt, tốn kém, đòi hỏi kỹ thuật đặc thù, vượt qua khả năng tài chính và công nghệ hiện đại của các độ thị, nhất là khi có vài tiền lệ không thành công như hầm bộ hành bỏ hoang, siêu thị ngầm bị ngập nước Ngay cả loại hình hào kỹ thuật vốn đã là công trình hạ tầng kỹ thuật quen thuộc với đô thị các nước nhưng vẫn còn xa lạ đối với

đô thị nước ta đang trên con đường hiện đại hóa

1.4 Nhận xét chương 1

Không gian ngầm đô thị có vai trò rất quan trọng trong xã hội hiện đại Thế giới đã có những bước phát triển vững chắc trong lĩnh vực không gian ngâm hóa các đô thị và xem đó là một tài nguyên quý báu trong quá trình phát triển của nhân loại Việt Nam đã bắt đầu nhận thức được tầm quan trọng của không gian ngầm, đã

có những bước phát triển và khai thác sử dụng không gian thứ hai của đô thị

Để đạt được mục đích đó, song song với áp dụng và phát triển công nghệ tiên tiến trong xây dựng công trình ngầm thì phải bổ sung chủ đề không gian ngầm vào

chiến lược và quản lý phát triền đô thị, xây dựng khung pháp lý, thể chế tương ứng

Cần thiết lập phương hướng sử dụng không gian ngầm hiệu quả hơn, bao hàm toàn bộ các yếu tố chủ yếu về lĩnh vực: thiết kế, kỹ thuật, công nghệ, địa cơ

học, môi trường và kinh tế

Trong quá trình xây dựng và khai thác sử dụng không gian ngầm thì phát sinh một số vấn đề có liên quan đến đất yếu và nước ngầm (sự sụt, lún thành hố mống công trình trong quá trình xây dựng, làm nứt, phá hủy các công trình xung quanh) hệ lụy của nó là không nhỏ

Ở đây chúng tôi tập trung vào giải pháp ngăn ngừa chống thấm để đảm bảo

an toàn cho công trình bằng phương pháp đào hở

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM KHI THIẾT KẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THÀNH PHỐ

KHU VỰC VĨNH LONG - NAM BỘ

2.1 Tổng quan các phương pháp thi công công trình ngầm đô thị

Thi công công trình ngầm là thuật ngữ gọi chung phương pháp thi công xây dựng và quản lý thi công các loại hầm, phần ngầm, tầng hầm và công trình ngầm Việc lựa chọn phương pháp thi công công trình ngầm chủ yếu dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, cấu tạo công trình, trình độ kỹ thuật thi công…

Trong giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, ở Việt Nam ngày càng xuất hiện nhiều công trình cao tầng Việc thiết kế nhà cao tầng, hầu hết đều có tầng hầm để giải quyết vấn đề đỗ xe và các hệ thống kỹ thuật của toà nhà Phổ biến

là các công trình cao từ 10 đến 30 tầng được thiết kế từ một đến hai tầng hầm để áp ứng yêu cầu sử dụng của chủ đầu tư trong hoàn cảnh công trình bị khống chế chiều cao và khuôn viên đất có hạn Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã tỏ ra

có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng và công trình cũng được phát triển lên cao hơn nhờ một phần được đưa sâu vào lòng đất Việc tổ chức xây dựng tầng hầm còn có ý nghĩa đưa trọng tâm của ngôi nhà xuống thấp hơn Nói chung với các hệ thống công trình ngầm sẽ mang lại cho các thành phố những hình ảnh và hiệu quả tốt về cảnh quan, môi trường, đồng thời tăng quỹ đất cho các công trình kiến trúc trên mặt đất, phát huy được tiềm năng dồi dào của khoảng không gian ngầm, góp

phần mang lại những hiệu quả kinh tế trước mắt và lâu dài

Tuy nhiên việc thi công tầng hầm cho nhà cao tầng cũng đặt ra nhiều vấn đề phức tạp về kỹ thuật, môi trường và xã hội cần phải giải quyết, đặc biệt là khi thi công hố đào sâu trong các khu đất chật hẹp ở các thành phố lớn Thi công hố đào làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền đất xung quanh và có thể làm thay đổi mực nước ngầm Các quá trình thi công hố móng có thể làm đất nền bị chuyển dịch và lún, gây hư hỏng cho các công trình lân cận nếu không có các giải

pháp thi công hợp lý

Dựa vào đặc điểm địa chất khu vực xây dựng công trình ngầm và sự phát triển các phương pháp thi công hiện nay, có thể sơ bộ phân loại các giải pháp thi công công trình ngầm trong điều kiện đô thị gồm: Phương pháp thi công lộ thiên, phương pháp thi công Top-Down, phương pháp thi công ngầm và phương pháp thi

công ngầm kết hợp với lộ thiên

2.1.1 Phương pháp thi công đào hở (phương pháp thi công lộ thiên)

Hiện nay phương pháp thi công đào hở được sử dụng rộng rãi trên thực tế xây dựng công nghiệp công trình ngầm So với các phương pháp ngầm, các phương pháp thi công lộ thiên thường có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn, không đòi hỏi những thiết bị thi công ngầm phức tạp, có khả năng gia tăng tốc độ thi công công trình ngầm, sớm đưa công trình công vào sử dụng… Tuy nhiên, các phương pháp thi công lộ thiên thường có các nhược điểm là phụ thuộc nhiều vào vị trí khu vực xây dựng , mặt bằng thi công phù hợp và tính chất của môi trường thi công… Mặc

dù có nhiều nhược điểm, tuy nhiên phương pháp lộ thiên thi công công trình ngầm

có chi phí khá nhỏ nên chúng vẫn được nghiên cứu sử dụng nếu điều kiện thực tế

cho phép

Phương pháp thi công ngầm bằng phương pháp đào hở còn gọi là phương

pháp thi công lộ thiên thường sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp hố móng

- Phương pháp thi công tường trong đất

2.1.1.1 Phương pháp hố móng

Phương pháp thi công công trình ngầm bằng cách đào hố móng khá phổ biến,

đó là phương pháp xây dựng kết cấu của công trình ngầm trong hố móng đào sẵn đã

được thi công đến độ sâu thiết kế rồi lấp đất trở lại, khôi phục mặt đất như ban đầu

Hình dạng và kích thước của hố đào trên mặt bằng và chiều sâu của chúng cũng như hệ thống chống đỡ hố móng phụ thuộc vào kích thước, khuôn khổ của kết cấu ngầm; điều kiện địa chất công trình và điều kiện xây dựng của các công trình trên mặt đất, nhất là trong điều kiện thành phố Trong địa tầng ổn định với độ ẩm tự

nhiên khi có mặt bằng đầy đủ thì có thể đào hố móng với taluy tự nhiên mà không cần phải chống vách hố đào Các hố móng với mái dốc tự nhiên được sử dụng khá phổ biến để thi công các hầm cho đường ôtô có nhiều làn xe, gara ngầm và các tổ hợp ngầm khác (bề rộng trên mặt hố đào đạt tới 50-60m) Trong điều kiện thành phố xây dựng dày đặc thì phương pháp hố móng ít được áp dụng Đôi khi hố móng đào với taluy có độ dốc lớn rồi gia cố bằng bêtông phun trên lưới thép hoặc neo

trong đất

Để chống giữ các tường hông thẳng đứng các hố móng xây dựng trong môi trường đất với độ ẩm tự nhiên, thông thường người ta sử dụng các cọc chống kim loại Cọc chống có thể được chế tạo từ dầm thép chữ I hoặc các ống thép đường kính từ 200 - 400mm Ngoài ra trên thực tế còn sử dụng các loại cọc chống bằng thép, bêtông cốt thép hoặc cọc bêtông (kiểu cọc khoan nhồi) Để gia cố giữa các cọc, đặt ván ngăn bằng ván gỗ hoặc tấm bêtông cốt thép đúc sẵn rồi phun phủ bằng

bêtông

Đối với những vùng đất bão hòa nước với mức độ tách nước kém không thể

áp dụng việc hạ mực nước ngầm nhân tạo, người ta sử dụng cọc cừ liên tục hoặc tiến hành đóng băng nhân tạo hai vách hố móng Trong một số trường hợp người ta

dùng tường chống bằng cách đổ bêtông trong hào hoặc cọc khoan nhồi liền nhau

Để gia tăng mức độ ổn định cho hố móng, các kết cấu chống sản xuất được được giằng kích đẩy tùy thuộc vào độ sâu của hố móng và cường độ tác dụng của áp lực đất đá hông bằng một hoặc hai kết cấu thanh văng Để phân bố đều đặn tải trọng tác dụng lên toàn bộ kết cấu chống giữ, tại các vị trí thanh văng tựa lến của cọc chống, người ta lắp đặt các thanh giằng Tuy nhiên khi bề rộng hố đào lớn hơn 15-20m thì hệ chống có thanh văng sẽ trở nên cồng kềnh, vì thế trong nhiều trường hợp người ta đóng thêm một vài hàng cọc trung gian Điều này cũng tạo thêm những khó khăn phức tạp việc cơ giới hóa công tác xây dựng công trình ngầm, ảnh hưởng xấu đến chất lượng và tiến độ thi công Việc hoàn thiện tiếp tục các loại kết cấu ngầm, ứng dụng các loại tường chắn mới, việc cơ giới hóa đồng bộ quá trình thi công sẽ tạo điều kiện cho việc giảm giá thành và tăng tiến độ xây dựng các công

trình ngầm bằng phương pháp hố móng

Hình 2.1 Chống vách bằng cọc a) Một hàng; b) Hai hàng;

1 cọc; 2 giằng; 3 thanh văng; 4 ván chèn; 5 trụ giữ;

6 lớp bêtông phun;7 giằng; 8 conkê; 9 nêm; 10 thanh chéo

* Ưu điểm:

- Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hóa cao quá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, các máy

làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn

- Kết cấu cho tầng hầm đơn giản vì nó giống phần trên mặt đất

- Việc xử lý chống thấm cho tầng hầm và việc lắp đặt hệ thống mạng lưới kỹ

thuật cũng tương đối thuận tiện dễ dàng

- Việc làm khô hố móng cũng đơn giản hơn, ta có thể dùng bơm hút nước từ

đáy móng đi theo hố thu nước đã được tính toán sẵn

* Nhược điểm:

- Trong điều kiện thành phố có công trình xây dựng dày đặc, mật độ giao thông lớn không phải lúc nào cũng áp dụng phương pháp cũng có hiệu quả Việc đào các hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao

thông đường phố trong suốt thời kỳ xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bình

thường của đô thị

- Khi thi công hầm bằng phương pháp hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về

kim loại, gỗ gia cố tạm

- Trường hợp khi thi công công trình có nước ngầm cao, việc sử lý chống sụt,

lở thành hố đào tốn kém, phức tạp; đồng thời khi thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất khu vực xung quanh công trình, thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể gây lún, hư hỏng công

trình lân cận

Hình 2.2 Thi công tầng hầm nhà cao tầng bằng phương pháp lộ thiên

Hình 2.3 Thi công hố móng công trình nhà cao tầng

2.1.1.2 Phương pháp tường trong đất

Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa cũng như trong điều kiện giao thông trên phố có cường độ cao có thể áp dụng phương pháp

thi công kiểu đào hào

Khi xây dựng công trình ngầm nhiều nhịp, các tường trung gian cũng được xây dựng theo kiểu đào hào còn cột trên cọc được thi công bằng cọc khoan nhồi Trình tự thi công như vậy cho phép nhanh chóng khôi phục nhanh giao thông trên công trình ngầm Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi xây dựng công trình ngầm ở

những vị trí chật hẹp và dưới những đường phố có mật độ giao thông lớn

Trong những năm gần đây phương pháp đào hào có biến đổi và được sử dụng rộng rãi, trong đó để gia cố thành hào bằng vữa sét đặc biệt - huyền phù bêtônít Vữa sét có đặc điểm ổn định tính chất trong suốt quá trình xây dựng, chúng không làm

giảm sự dính bám của bêtông với thép, không bị pha trộn với vữa bêtông

Công nghệ thi công tường như vậy được gọi là “tường trong đất” được sử dụng vào bất kỳ loại đất nào không phải là đá (cả đất dính lẫn đất sét chặt) ngoại trừ

bùn chảy, đất nham thạch cũng như đất có lỗ rỗng lớn hoặc trượt lỡ

Phương pháp “tường trong đất” hiệu quả nhất khi chiều sâu hào lớn hơn 5-

6m, cũng như bố trí công trình ngầm gần sát móng các công trình khác Sử dụng vữa sét để gia cường thành hào tạo khả năng loại trừ cọc, cừ Trong đó không cần xây dựng hệ thống thoát nước hoặc hạ mực nước nhân tạo, giảm được khối lượng đào đất, tránh được tiếng ồn và rung, giảm nặng nhọc và tăng nhịp độ xây dựng Trong trường hợp này, tường đồng thời là chi tiết tạo nên công trình ngầm Chúng

có thể được sử dụng như tường chắn của hầm thay cho cọc hoặc cừ và các thanh giằng ngang hoặc neo trong đất Trong phương pháp đào hào xuất hiện khó khăn,

đó là việc chống thấm cho công trình ngầm Ngoài ra, tường hào còn được sử dụng

cả tường từ các cọc khoan nhồi cách nhau trong mặt bằng hoặc tiếp xúc sát nhau

Phương pháp đào hào phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của chúng trên mặt bằng, cũng như tính chất của đất nằm trên mực nước ngầm, Thường xuyên hơn

cả là đào hào trên từng đốt 3-6m và cách nhau một đốt Đốt còn lại đóng vai trò trụ đất giữa hai đốt Đốt này đào sau khi đã đổ bêtông hai đốt bên cạnh Chiều dài mỗi đốt hạn chế bởi tốc độ đổ bêtông có thể thực hiện được, thường thì không nên vượt quá 5-6m Không phụ thuộc vào công nghệ đào hào, tường được đổ bêtông từng đốt ngăn cách bằng chi tiết chặn chuyên dụng Việc phân đốt như thế để giảm các mối nối thẳng đứng, tạo điều kiện nâng cao mức chống thấm của công trình đặc biệt là kết cấu vách Khi đào hào thì bắt đầu bằng việc đào theo chu vi công trình một hào nhỏ rộng 1m và sâu 1,5m gia cố hai vách bằng các tấm bêtông hoặc bêtông cốt thép, nối với nhau bằng cách đổ bêtông tại chỗ bao các cốt thép chờ đã hàn với nhau Thường gia cố vách hào nhỏ bằng các khối bêtông cốt thép tiết diện chữ L cao 0,6-1,5m để có thể đưa vào thành bộ phận của kết cấu tường của công trình ngầm Các tấm hoặc các khối này là để định hướng cho bộ phận làm việc của các tổ hợp máy làm đất và ngăn ngừa quá trình thấm vữa sét trong lớp đất trên mặt có độ rỗng lớn hơn Khi mực nước ngầm có chiều sâu không lớn kể từ mặt đất tự nhiên, thì người ta tạo các tường ngăn bằng bêtông toàn khối hoặc lắp ghép dày 0,2÷ 0,3m, bề rộng của tường ngăn lớn hơn

bề rộng hào từ 10÷ 15cm Xây tường ngăn này là để đảm bảo vị trí bề mặt của vữa sét

cao hơn mực nước ngầm từ 1,0÷1,5m

- Ưu điểm:

+ Phương pháp “tường trong đất” không cần xây dựng hệ thống thoát nước hay

hạ mực nước ngầm nhân tạo, giảm được khối lượng đào đất, khắc phục được tiếng ồn và

chấn động, giảm những khó khăn và tăng tiến độ xây dựng

+ Phương pháp “tường trong đất” có ưu điểm hơn phương pháp hố móng là không đòi hỏi dựng tường cừ, đảm bảo ổn định cho các công trình bên cạnh Phương pháp này có thể được sử dụng vào bất kỳ loại đất nào không phải là đá (cả đất dính lẫn đất sét chặt) ngoại trừ bùn chảy, đất nham thạch cũng như đất có lỗ

rỗng lớn hoặc trượt lỡ

+ Công nghệ “tường trong đất’ tạo điều kiện giảm bớt khối lượng công tác đất

giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng

- Nhược điểm:

+ Trong phương pháp đào hào xuất hiện khó khăn, đó là việc chống thấm cho

công trình ngầm, đặc biệt là tại các vị trí mối nối, mạch ngừng, các góc của tường

+ Tốc độ thi công tường hào thường không cao

Hình 2.4 Mô hình công nghệ thi công tường trong đất

2.1.2 Thi công tầng hầm theo phương pháp Top - Down

Phương pháp thi công này thường được sử dụng phổ biến hiện nay [8], [6], [16], [21] Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử

dụng cột chống tạm bằng thép hình (l đúc, l tổ hợp hoặc tổ hợp 4L) Trình tự phương pháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công trình,

trình độ thi công, máy móc hiện có

Hình 2.5 Hình ảnh thi công tầng hầm theo phương pháp Top - down

Công nghệ thi công Top-down là công nghệ thi công phần ngầm của công trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống: Thi công từ dưới lên Trong công nghệ thi công Top-down người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ± 0,00 ) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu

hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt không (trên mặt đất)

Nguyên tắc chung của phương pháp này được thể hiện qua 2 bước:

Bước 1: Thi công tường trong đất và cọc khoan nhồi trước Cột của tầng hầm

cũng được thi công cùng cọc nhồi đến cốt mặt nền

Bước 2: Người ta tiến hành đổ sàn tầng trệt ngang trên mặt đất tự nhiên Tầng trệt được tỳ lên tường trong đất và cột tầng hầm Người ta lợi dụng luôn các cột đỡ cầu thang máy, thang bộ, giếng trời làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên đồng thời cũng là cửa để thi công tiếp các tầng dưới Ngoài ra nó còn là của để tham gia thông gió, chiếu sáng cho việc thi công đào đất Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, người ta tiến hành đào đất qua các lỗ cầu thang giếng trời cho đến cốt của sàn tầng hầm thứ nhất (c1) thì dừng lại sau đó lại tiếp tục đặt cốt thép đổ bê tông sàn tầng hầm (c1) Cũng trong lúc đó từ mặt sàn tầng trệt người ta tiến hành thi công phần thân, tạo thành sàn tầng 1 (e1), nghĩa là từ dưới lên Khi thi công đến sàn tầng

dưới cùng người ta tiến hành đổ bê tông đáy nhà liền với đầu cọc tạo thành sản phẩm dưới cùng, có cũng là phần bản của móng nhà Bản này còn đóng vai trò

chống thấm và chịu lực đẩy nổi của lực Ácimét

Thi công cọc nhồi và tường trong đất Đổ sàn tầng trệt (cốt 0,00)

Đào đất tầng ngầm c1 Đổ sàn tầng ngầm c1và đổ

bê tông tầng e1

Hình 2.6 Quy trình thi công tầng hầm theo phương pháp Top - down

Có hai phương pháp thi công sàn tầng hầm trong phương pháp này: Dùng hệ cột chống hầm đã thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm và sàn tầng hầm hoặc

dùng cột chống tạm

Mỗi phương án trên đều bộc lộ những ưu điểm và nhược điểm riêng, khi áp dụng phải tính toán một cách chặt chẽ vì chúng liên quan đến quá trình thi công và

giải pháp kết cấu của công trình

a) Ưu điểm của phương pháp Top - down:

Tiến độ thi công nhanh, qua thống kê trên một số công trình cho thấy để, có thể thi công phần thân công trình chỉ mất 30 ngày, trong khi với giải pháp chống quen thuộc mỗi tầng hầm (kể cả đào đất, chống hệ dầm tạm, thi công phần bê tông) mất khoảng 45 đến 60 ngày, với nhà có 3 tầng hầm thì thời gian thi công từ 3 tháng

đến 6 tháng

Phương pháp “tường trong đất” không cần xây dựng hệ thống thoát nước hay

hạ mực nước ngầm nhân tạo, giảm được khối lượng đào đất, khắc phụ được tiếng ồn

và chấn động, giảm những khó khăn và tăng tiến độ xây dựng

Phương pháp này kế thừa các ưu điểm trong chống thấm công trình như phương pháp “tường trong đất” là không đòi hỏi dựng tường cừ, đảm bảo ổn định cho các công trình bên cạnh Phương pháp này có thể được sử dụng vào bất kỳ loại

đất nào không phải là đá

Không phải chi phí cho hệ thống chống phụ

Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu công

trình có độ bền và ổn định và an toàn cao nhất

Không tốn hệ thống giáo chống, cốppha cho kết cấu dầm sàn vì sàn thi công

trên mặt đất

Chống được vách đất với độ ổn định, rất kinh tế

Các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập Đặc biệt đối với công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp sớm tái lập mặt đường để giao thông Và có thể thi công kết hợp up-up phần thượng tầng và Top - Down đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình dân dụng có tầng ngầm) giúp đẩy

nhanh tiến độ thi công

Không cần dùng hệ thống chống tạm (Bracsing System) để chống đỡ vách tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải chi phí cho hệ chống phụ Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không

gian thi công và rất tốn kém

Tiến độ thi công nhanh: khi đang làm móng và tầng hầm vẫn có thể đồng

thời làm phần trên được để tiết kiệm thời gian, (đương nhiên là phải tăng chi phí gia cường an toàn phần dưới nhiều hơn, còn nếu "tiết kiệm" tiến độ mà không bù lỗ được "chi phí" tăng do phải gia cường an toàn thì không cần làm nhanh, top-down phần ngầm trước rồi mới làm phần trên như đã thấy ở Hà nội Sau khi đã thi công sàn tầng trệt, có thể tách hoàn toàn việc thi công phần thần và thi công phần ngầm

Có thể thi công đồng thời các tầng hầm và kết cấu phần thân

Các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm ): có một điểm lưu ý

ở đây là trong đô thị thường có nhiều công trình cao tầng, nếu thi công đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi công phần ngầm, điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công trình cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún, nứt ), phương án thi công Top-down

giải quyết được vấn đề này

Khi thi công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt có thể giảm một phần ảnh

hưởng xấu của thời tiết

b) Nhược điểm của phương pháp Top - down:

Kết cấu cột tầng hầm phức tạp;

Liên kết giữa dầm, sàn và cột khó khăn;

Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động

Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực

hiện cơ giới Khi lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió

Khi thi công tường vây, việc chống thấm tại các vị trí mối nối, mạch ngừng, các

góc của tường khó khăn, tốn kém, cần được quan tâm đầu tư kinh phí

c) Điều kiện áp dụng

Điều kiện đầu tiên là công trình phải có ít nhất là 3 tầng hầm trở lên thì dùng

phương án này mới kinh tế

Chí phí cho biện pháp thi công top -down khá đắt vì phải làm hệ thống cọc vây tường cừ, tuy nhiên với ưu điểm thi công nhanh nên có thể áp dụng với những

công trình cao tầng có nhiều tầng hầm

Điều kiện địa chất khu vực đó không quá yếu, bởi khi thi công đào sâu rất dễ

gây lún, sụt các công trình lân cận liền kề

2.1.3 Thi công tầng hầm theo phương pháp Sơmi Top -Down

Phương pháp Sơmi Top-Down là phương pháp thi công sẽ đào hở luôn đến cốt của tầng hầm thứ nhất hoặc thứ hai [6], [16], sau đó sử dụng hệ thống thanh chống giữ hố đào rồi thi công các tầng hầm đào hở đó theo phương pháp truyền thống từ dưới lên Còn các tầng hầm tiếp theo thì vẫn thi công theo phương pháp Top-Down từ trên xuống

Ưu điểm: Phương pháp Sơmi Top-Down khắc phục được một số khuyết

điểm của phương pháp Top-Down, đó là thời gian thi công có thể được rút ngắn hơn phương pháp Top-Down, thi công các tòa nhà cao tầng có nhiều tầng hầm; kết

hợp được cả phương pháp truyền thống với phương pháp Top-Down

Đào hở đến cốt tầng hầm thứ 2 Thi công tiếp các tầng hầm phía dưới

Hình 2.7 Hình ảnh thi công tầng hầm theo phương pháp Sơmi Top-Down Nhược điểm: phương pháp này thường chỉ áp dụng thi công với các tòa nhà

có nhiều tầng hầm, phần móng sâu, mực nước ngầm thấp

Điều kiện áp dụng: Áp dụng cho các công trình có phần ngầm sâu, yêu cầu

thời gian thi công nhanh

2.1.4 Phương pháp thi công ngầm

Hầm và các không gian ngầm ngày càng có vai trò quan trọng trong một hệ thống giao thông và phát triển đô thị hiện đại Các đô thị lớn trên thế giới đều phải đối mặt với nhiều vấn đề lớn, đặc biệt là giao thông kết cấu hạ tầng cũ nhìn chung là lỗi thời, không còn đáp ứng được nhu cầu đi lại và vận chuyển không ngừng gia

tăng Trong bối cảnh đó thì không gian ngầm trong lòng đất một lần nữa lại được quan tâm Hơn nữa, công trình hầm có những ưu thế vượt trội so với các loại hình giao thông khác nhờ sự đi lại nhanh chóng, tiện lợi, và an toàn cao, nhất là trong trường hợp thiên tai, chiến sự Có thể nói giao thông ngầm là xu thế phát triển tất yếu của một nền kinh tế hiện đại của thế giới Phương pháp thi công ngầm thường

sử dụng hai phương pháp là thi công công trình ngầm công nghệ khoan nổ truyền

thống và Công nghệ Áo mới (NATM-New Austrian Tunneling Method)

2.1.4.1 Công nghệ khoan nổ truyền thống

Hiện nay khi xây dựng tuyến ngầm qua những vùng đất đá cứng và rất cứng người ta sử dụng nhiều công nghệ đào phá đất đá như: khoan nổ mìn, máy đào một càng (main beam machine)…, tuy nhiên tại Việt Nam công nghệ phổ biến nhất vẫn

là khoan nổ truyền thống Công nghệ thi công công trình ngầm bằng công nghệ khoan nổ truyền thống hay còn gọi là công nghệ mỏ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng hầm và công trình ngầm do khả năng áp dụng cho nhiều loại công trình ngầm khác nhau như hầm giao thông, thuỷ điện, tầng ngầm, … với

những hình dạng và kích thước hình học phức tạp, và xây dựng trong đất đá bất kỳ

Nội dung cơ bản của phương pháp là dùng thiết bị khoan để tạo ra các lỗ khoan nhỏ đường kính 36-75mm có độ sâu tới 7m (theo một sơ đồ nhất định gọi là

hộ chiếu khoan), khoan trong lồng khối đá (gương khoan) rồi nạp một lượng thuốc

nổ vào trong lỗ khoan Sau khi nạp thuốc nổ, khoảng trống còn lại của lỗ mìn từ khối thuốc tới miệng lỗ mìn được chất kín bằng vật liệu trơ, đó là nút lỗ mìn và khởi

nổ lượng thuốc Nút lỗ mìn thường là cát pha lẫn bột sét Năng lượng phát sinh khi

nổ của lượng thuốc sẽ phá vỡ khối đá, tạo ra khoảng trống theo yêu cầu trong lồng khối đá Sau đó là bốc xúc vận chuyển làm sạch đá nổ, gia cố tạm thời và thi công

vỏ tunnel

Công nghệ khoan nổ mìn có ưu và nhược điểm sau:

+ Ưu điểm: Vốn đầu tư ít, hiệu quả phá đá cao, công nghệ có thể áp dụng

cho đất đá có độ kiên cố cao, không phụ thuộc vào diện tích gương đào và chiều dài công trình Thi công với các điều kiện địa chất khác nhau và hiệu quả nhất khi thi