Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là làm rõ các phát sinh bất lợi về mặt đất nền gây ảnh hưởng đến hiệu quả thi công và chất lượng công trình ngầm cũng như các sự cố tới công trình lân cận và môi trường khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
NGUYỄN HỒNG DƯƠNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI KHI
THI CÔNG TUYẾN PHỐ NGẦM THƯƠNG MẠI
TRẦN HƯNG ĐẠO – HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN
Hà Nội – 2015
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-***** -
NGUYỄN HỒNG DƯƠNG KHÓA: 2013 – 2015
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI KHI THI CÔNG TUYẾN PHỐ NGẦM THƯƠNG MẠI
TRẦN HƯNG ĐẠO – HÀ NỘI
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD &CN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN CÔNG GIANG
Hà Nội – 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả các Thầy, Cô giáo trong Khoa Sau Đại Học – Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã dạy dỗ, giúp đỡ học viên hoàn thành chương trình cao học
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy TS Nguyễn Công Giang- người trực tiếp hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này, các Thầy Cô trong Bộ môn Công trình ngầm đô thị - Trường Đại Học Kiến Trúc đã có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ quý báu cho nội dung của luận văn
Tôi cũng xin cảm ơn ban lãnh đạo Nhà Trường, các cán bộ của Trường Đại học Kiến Trúc, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi tham gia và hoàn thành khóa học
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp
Tác giả
Nguyễn Hồng Dương
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực
và có nguồn gốc rõ ràng
Tác giả
Nguyễn Hồng Dương
Trang 5MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Lý do chọn đề tài: 1
Mục đích nghiên cứu 2
Phương pháp nghiên cứu đề tài 3
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4
Cấu trúc luận văn 4
NỘI DUNG 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM 5
1.1 Giới thiệu về không gian ngầm và công trình ngầm đô thị 5
1.1.1 Không gian ngầm 5
1.1.2 Công trình ngầm đô thị 6
1.1.3 Sự phát triển và công trình ngầm 8
1.2 Khái quát chung về các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất 15
1.2.1.Các công nghệ thi công hầm đặt nông 15
1.2.2 Ưu nhược điểm của các công nghệ thi công 22
1.2.3 Lựa chọn công nghệ thi công công trình ngầm 24
1.3 Những sự cố và bất lợi khi thi công công trình ngầm thực tế 24
1.3.1 Một số sự cố xây dựng công trình ngầm trên thế giới: 25
1.3.2 Một số sự cố xây dựng công trình ngầm ở Việt Nam: 29
1.4 Khái quát về các sự cố khi thi công công trình ngầm 31
1.4.1 Sự cố khi thi công CTN bằng phương pháp đào ngầm 31
1.4.2 Sự cố khi thi công CTN bằng phương pháp đào hở 33
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU 38
2.1 Áp lực ngang và lý thuyết tính toán áp lực ngang 38
2.1.1 Áp lực đất ngang 38
2.1.2 Áp lực nước 40
Trang 62.1.3 Nhận xét 42
2.2 Ổn định và lý thuyết tính ổn định 42
2.2.1 Phá hoại cắt tổng thể 44
2.2.2 Ổn định đẩy trồi đáy hố đào 45
2.2.3 Ổn định chống chảy thấm của hố đào 50
2.3 Sụt lún bề mặt khi thi công công trình ngầm 54
2.3.1 Khi thi công đào hở 55
2.3.2 Khi thi công đào kín 60
2.4 Đánh giá mức độ hư hại với các tòa nhà 64
2.5 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ổn định nền khi thi công tuyến hầm 66
2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 66
2.5.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp PTHH 66
CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI KHI THI CÔNG TUYẾN PHỐ NGẦM TRẦN HƯNG ĐẠO 68
3.1 Đặc điểm khu vực thi công tuyến phố ngầm Trần Hưng Đạo 68
3.1.1 Tuyến phố Trần Hưng Đạo 68
3.1.2 Điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn 71
3.2 Những bất lợi chung khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo 76
3.3 Phân tích ứng xử nền với các trường hợp khác nhau dọc theo tuyến bằng phần mềm Plaxis 79
3.3.1 Mặt cắt 1 (MC1) 81
3.3.2 Mặt cắt 2 (MC2) 88
3.3.3 Mặt cắt 3 (MC3) 95
3.3.4 Nhận xét 102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 7BẢNG DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các dạng sự cố khi thi công CTN trong đá 31
Bảng 1.2 Các dạng sự cố khi thi công CTN trong đất 32
Bảng 3.1 Các hạng mục cấp nước trên tuyến Trần Hưng Đạo 69
Bảng 3.2 Các hạng mục thoát nước trên tuyến Trần Hưng Đạo 69
Bảng 3.3 Các hạng mục dân dụng trên tuyến phố Trần Hưng Đạo 70
Trang 8BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng thi công tường liên tục dưới đất bằng
hàng cọc đào
17
Hình 1.12 Các thao tác công nghệ chính của tường trong đất 17
Hình 1.13 Cơ cấu làm việc của loại TBM mui trần 21
Hình 1.14 Cấu tạo của loại TBM khiên đơn 21 Hình 1.15 Cấu tạo của loại TBM khiên đôi 22
Hình 1.18 Sự cố sụt lún mặt đất khi thi công đường hầm thoát nước
ở Hull
28
Hình 1.19 Sự cố sụt lún tại Taegu - Hàn Quốc 28
Hình 1.21 Phát sinh biến dạng lớn trong thanh chống 33
Trang 9Hình 1.23 Lún giàn giáo và cọc chống làm đổ máy móc xây dựng
hạng nặng
34
Hình 2.10 Phương pháp Terzaghi cải tiến tính chống trồi đáy hố 47
Hình 2.11 Sơ đồ tính toán chống trồi mặt đáy móng theo Caquot -
Kerisel
48
Hình 2.12 Sơ đồ tính toán chống trồi 49
Hình 2.14 Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy hố 52
Hình 2.16 Ảnh hưởng của xây dựng công trình ngầm đến bề mặt và
công trình lân cận
54 Hình 2.17 Loại lún bề mặt của nền đất 55
Trang 10Hình 2.18 Diện tích biến dạng tường chắn dạng công xôn 56
tường chắn
84
cứng tường
85
Hình 3.10 Biểu đồ lún bề mặt đất phía trên hầm 87
Hình 3.11 Quan hệ giữa độ sâu đặt hầm đến chuyển vị mặt đất 87
Hình 3.12 Sơ đồ kiểm tra đáy hố đào 89 Hình 3.13 Sơ đồ kiểm tra đáy hố đào 90 Hình 3.14 Quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của tường chắn với độ
cứng tường
91
Trang 11Hình 3.15 Biểu đồ lún bề mặt đất sau tường 91
Hình 3.16 Quan hệ giữa chuyển vị bề mặt lớn nhất mặt đất sau
tường với độ cứng tường chắn
92
Hình 3.17 Quan hệ giữa chuyển vị tường chắn với chiểu sâu tường 93
Hình 3.18 Quan hệ giữa chuyển vị bề mặt đất sau tường với chiều
sâu tường
93
Hình 3.19 Biểu đồ lún bề mặt đất phía trên hầm 94
Hình 3.20 Sơ đồ kiểm tra đáy hố đào 97 Hình 3.21 Biểu đồ lún bề mặt đất sau tường 98
Hình 3.22 Quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất bề mặt đất sau tường
Hình 3.26 Biểu đồ lún đất bề mặt phía trên hầm 101
Hình 3.27 Dòng chảy ngầm khi bơm nước ứng với trường hợp có
Trang 12Tại Hà Nội, kể từ cuối những năm 1990, tốc độ tăng trưởng kinh tế và dân số cao dẫn đến sự gia tăng mạnh các nhu cầu về nhà ở, giao thông vận tải ở Việt Nam Tốc độ tăng theo cấp số nhân của các loại xe hai bánh và ô tô riêng dẫn đến sự xuống cấp nghiêm trọng hiện trạng giao thông và tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra thường xuyên trong khu vực nội thành
Ga Hà Nội là công trình có bề dày lịch sử lâu đời, đây là ga đường sắt chủ đạo nối các đô thị chính trong cả nước, có vai trò là cửa ngõ của thủ đô, là đầu mối giao thông, giao lưu tấp nập Trong dự án phát triển giao thông vận tải thủ đô Hà Nội đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 90/2008/QĐ-TTg, việc xây dựng hệ thống vận tải đô thị khối lượng lớn tốc độ cao được xác định là nhiệm vụ cấp thiết, quy hoạch các hướng tuyến cũng đã được phê duyệt Đồng thời, theo đề án xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011, ngoài việc xây dựng Ga Hà Nội như một công trình giao thông đơn
Trang 13cơ sự cố cao Rất nhiều công trình ngầm trên thế giới đã được xây dựng thành công,
an toàn và hiểu quả Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng có không ít các sự cố kỹ thuật xảy
ra trong quá trình thi công và để lại hậu quả nghiêm trọng Chính vì những hậu quả đặc biệt nghiêm trọng do các sự cố kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm gây ra nên việc phòng ngừa sự cố kỹ thuật xảy ra trong quá trình thi công công trình ngầm
là rất cần thiết
Xây dựng không gian ngầm ở Hà Nội là một lĩnh vực mới mẻ, sẽ nảy sinh nhiều vấn đề trong quá trình khảo sát thiết kế, đặc biệt là quá trình thi công Tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo nằm trong khu vực dân cư đông đúc vì vậy quá trình thi công sẽ ảnh hưởng đến công trình xung quanh tuyến, sự ảnh hưởng đó phụ thuộc vào lựa chọn tuyến, chiều sâu công trình và các biện pháp thi công công trình
Xuất phát từ nhu cầu trên, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các ảnh
hưởng bất lợi khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo- Thành phố
Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu
Mục đích: Làm rõ các phát sinh bất lợi về mặt đất nền gây ảnh hưởng đến
hiệu quả thi công và chất lượng công trình ngầm cũng như các sự cố tới công trình lân cận và môi trường khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo
Trang 14Nội dung nghiên cứu cơ bản của đề tài:
- Thu thập tài liệu: địa hình, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, hiện trạng các công trình và các công việc khảo sát khác phục vụ cho hoạt động xây dựng trong khu vực nghiên cứu
- Đánh giá điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thủy văn khu vực thi công tuyến phố ngầm Trần Hưng Đạo
- Phân loại, đánh giá các công trình lân cận khu vực thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo
- Phân tích các yếu tố gây ảnh hưởng bất lợi khi thi công tuyến phố ngầm Trần Hưng Đạo
Phương pháp nghiên cứu đề tài
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài luận văn gồm:
Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin: thu thập thông tin về điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thuỷ văn, hiện trạng các công trình khu vực tuyến phố ngầm Trần Hưng Đạo
Phương pháp lý thuyết hệ thống :dùng để phân chia tuyến, làm cơ sở lựa chọn biện pháp thi công hoặc xử lý hợp lý
Phương pháp phần tử hữu hạn : sử dụng phần mềm Plaxis V8.2 để tính toán
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Những yếu tố bất lợi khi thi công tuyến phố ngầm
thương mại Trần Hưng Đạo
- Phạm vi nghiên cứu: khu vực tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo
Thời điểm nghiên cứu cùng thời điểm phát triển không gian đô thị ngầm Hà Nội với các số liệu địa chất, địa chất thuỷ văn khảo sát ở một số công trình thực tế
từ năm 2008-2015
Trang 15Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Luận văn sẽ làm rõ các ảnh hưởng bất lợi để cho các nhà thiết kế từng bộ phận của dự án nhận thức được các điều kiện và tính nhạy cảm của công trình và khu vực thiết kế Là cơ sở, tài liệu tham khảo cho việc quản lý, thiết kế và thi công hoàn thiện sau này, giúp đảm bảo rằng các nguy cơ gây thiệt hại đã được đưa đầy
đủ vào trong thiết kế và thi công
Cấu trúc luận văn
Luận văn có phần mở đầu, ba chương, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, các bảng biểu, sơ đồ hình vẽ minh họa
Ba chương của luận văn được viết theo trình tự sau:
Chương 1: Tổng quan về các ảnh hưởng bất lợi khi thi công công trình ngầm Chương 2: Cơ sở nghiên cứu
Chương 3: Ảnh hưởng bất lợi khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo
Trang 16THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN
Trang 17KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:
1 Điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn: đất nền khu vực thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo có cấu trúc phức tạp với nhiều lớp xen kẽ khác nhau và không đồng đều cùng với sự tồn tại của hai tầng chứa nước Vì vậy khi thi công tuyến phố ngầm sẽ phát sinh nhiều vấn đề bất lợi về mặt địa chất khác nhau trên đọc tuyến
Trong đó: phức tạp nhất là đoạn đầu tuyến với đặc trưng đất yếu dày và đoạn cuối tuyến với đặc trưng đất nền là cát ngập trong mực nước ngầm cao gây các ảnh hưởng liên quan đến dòng thấm
2 Tuyến đường Trần Hưng Đạo tồn tại rất nhiều các loại công trình ngầm và các công trình xây dựng trên mặt đất với các công năng sử dụng khác nhau Khi thi công tuyến phố ngầm sẽ gây ra ảnh hưởng đến những công trình này Trong đó, có các hệ thống đường ống cấp, thoát nước và các hệ thống viễn thông, điện lực rất đa đạng được đặt nông trên lớp đất bề mặt và rất khó kiểm soát về vị trí cũng như tình trạng sử dụng
Dọc hai bên tuyến đường hiện hữu các tòa nhà với những đặc điểm, tình trạng
sử dụng và dạng kết cấu khác nhau: từ những công trình cao tầng hiện đại với móng cọc sâu đến các tòa nhà biệt thự cổ, các công trình văn hóa, lịch sử có kết cấu móng đơn giản và những công trình nằm giữa hai thái cực đó
3 Tại mặt cắt 1: đoạn đầu tuyến phía ga Hà Nội với đặc trưng là đất yếu Khi thi
công tuyến phố ngầm gây chuyển vị kết cấu chắn giữ và giảm cân bằng áp lực trong quá trình thi công dẫn đến sụt lún bề mặt lớn và phạm vi ảnh hưởng rộng Khi chân tường chắn của hố đào nằm trong lớp đất yếu cùng với tải trọng của công trình có thể xảy ra hiện tượng trượt gây phá hủy các công trình
Trang 184 Tại mặt cắt 2: đoạn giữa tuyến, từ đầu ngã tư phố Yết Kiêu đến ngã tư Hàng
Bài với địa tầng là các lớp đất tương đối tốt, trong quá trình thi công các công trình sự chuyển vị của tường chắn và sự mất cân bằng áp lực không đáng kể Nhưng ở đoạn giữa tuyến này, hiện hữu rất nhiều công trình cổ, thấp tầng với kết cấu móng nông có thể bị lún nứt công trình bởi quá trình sụt lún bề mặt do thi công tuyến gây ra
5 Tại mặt cắt 3: đoạn cuối tuyến từ Viện Quân Y 108 đến đê sông Hồng với đặc
trưng là lớp cát mịn bão hòa cùng với lớp sét pha nằm bên dưới Trên đoạn này yếu tố nước ngầm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thi công tuyến ngầm
Việc hạ mực nước ngầm do quá trình bơm hút nước và thấm làm giảm ứng suất hiệu quả gây sụt lún bề mặt lớn, hư hại thậm chí phá hủy các công trình lân cận Sự thay đổi về áp lực nước và dòng thấm dẫn đến mất ổn định hố đào,
có thể dẫn đến các hiện tượng cát chảy, bùng nền và mất ổn định tổng thể công trình
Thi công tuyến phố ngầm sẽ làm hạ mực nước ngầm, ngăn chặn dòng chảy và gây ô nhiễm nguồn nước
6 Từ định hướng phát triển không gian đô thị với đặc điểm địa chất công trình, địa chất thủy văn phức tạp và các sự cố trong thi công công trình ngầm đã xảy ra cho thấy việc nghiên cứu các ảnh hưởng bất lợi trong quá trình thi công tuyến ngầm là cần thiết và phù hợp
Kiến nghị:
Sau khi tổng hợp kết quả nghiên cứu học viên có một số kiến nghị sau:
1 Nghiên cứu trong phạm vi luận văn mới chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết đối với vùng địa chất khu vực tuyến, vì vậy kết quả nghiên cứu đưa ra mang tính chất tương đối, gần đúng Để giảm thiểu các bất lợi khi thi công tuyến phố ngầm thương mại Trần Hưng Đạo thì điều thiết thực nhất là làm sáng tỏ điều kiện đất nền
Trang 19Do đó tác giả kiến nghị tiến hành những khảo sát chi tiết đầy đủ và chính xác bằng cách bố trí nhiều hố khoan thăm dò trên dọc tuyến
2 Ảnh hưởng bất lợi của nước ngầm tới việc thi công tuyến ngầm là rất lớn
vì vậy cần thiết nghiên cứu kỹ lưỡng để giải quyết bài toán nước chảy vào trong hầm khi thi công bằng cách tiến hành hút nước thử trực tiếp ngoài hiện trường để xem xét, đánh giá chính xác về việc hạ mực nước ngầm
3 Không kiểm soát hết được tình trạng của các công trình trong khu vực lân cận tuyến ngầm là nguyên nhân quan trọng dẫn đến các sự cố khi thi công Vì vậy kiến nghị khảo sát chi tiết, chính xác và hiểu rõ về từng công trình lân cận đó