NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO TAI BIẾN ĐỊA CHẤT - ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG ĐÔ THỊ, ÁP DỤNG CHO THÀNH PHỐ HÀ NỘI. DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN VĂN VŨ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO TAI BIẾN ĐỊA CHẤT - ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG ĐÔ THỊ, ÁP DỤNG CHO THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Địa chất học Mã số: 9440201.01 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT HỌC Hà Nội - 2020 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu PGS.TS Nguyễn Huy Phƣơng Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong lịch sử phát triển loài ngƣời, đời phát triển đô thị với quy mô lớn, đặc điểm kiến trúc mức độ đại khác Chúng tác động vào môi trƣờng địa chất (MTĐC gây) nhiều hậu đến môi trƣờng sinh thái sống bình yên ngƣời Tai biến Địa chất – Địa kỹ thuật môi trường (ĐC – ĐKTMT) đô thị trình tượng xuất phụ hệ thống MTĐC phụ hệ thống kỹ thuật (HKT) đô thị hoạt động tương tác hợp phần hệ thống Địa – Kỹ thuật (hệ thống tương tác phụ hệ thống kỹ thuạt đô thị với MTĐC) hợp phần hệ thống Địa – Kỹ thuật (ĐKT) với môi trường xung quanh, đe doạ trạng thái hoạt động bình thường hệ thống ĐKT thị người, môi trường sống môi trường xung quanh Hà Nội trải qua nhiều giai đoạn phát triển , hoạt động hệ thống Địa – Kỹ thuật đô thị có nguy phát sinh phát triển tai biến ĐC ĐKTMT đô thị nhƣ động đất, nứt đất, lún mặt đất, sụt lún karst, cát chảy, xói ngầm, hóa lỏng, úng ngập, lún – nứt phá hủy cơng trình, ăn mịn điện hóa cơng trình, nhiễm mơi trƣờng, vv Các tai biến kể cần đƣợc nghiên cứu, đánh giá dự báo, hạn chế tác hại chúng đến phát triển bền vững thủ đô Đó lý NCS chọn đề tài luận án : “Nghiên cứu đánh giá dự báo tai biến địa chất – địa kỹ thuật môi trƣờng đô thị, áp dụng cho thành phố Hà Nội’’ Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sở lý thuyết phƣơng pháp đánh giá, dự báo tai biến ĐC - ĐKTMT đô thị, áp dụng cho thành phố Hà Nội Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu đề tài hệ thống Địa - Kỹ thuật đô thị Hà Nội (hệ thống tƣơng tác hạ tầng đô thị với MTĐC), cấu trúc, tính chất, hoạt động hệ thống tai biến ĐC - ĐKTMT tƣơng ứng liên quan 3.2 Phạm vi nghiên cứu: - Theo không gian: Phạm vi hành Hà Nội theo Quyết định số 1259/QĐ–TTg ngày 26 tháng năm 2011 - Chiều sâu nghiên cứu: + Vùng trầm tích Đệ tứ, chiều sâu nghiên cứu đến hết tầng cuội sỏi (khoảng 50-60m) + Vùng đồi núi, chiều sâu nghiên cứu hết tầng phong hóa (khoảng 20-30m) + Các vùng ven rìa có điều kiện ĐKTMT đặc biệt (Karst), chiều sâu nghiên cứu chiều sâu phát triển tai biến (khoảng 60-70m) - Giới hạn nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu tai biến xây dựng cơng trình mặt, cơng trình ngầm, khai thác nƣớc dƣới đất, tai biến ngoại sinh Hạn chế không nghiên cứu số tai biến có đề tài khác thực nhƣ nghiên cứu bồi tụ, xói lở bờ sơng, tƣợng biến dạng thấm bao gồm xói ngầm, cát chảy, phá hủy đê Đề tài không nghiên cứu tai biến liên quan đến động đất tác động tải trọng động Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết hệ thống địa - kỹ thuật thị, bao gồm cấu trúc, tính chất, hoạt động trạng thái hệ thống, tai biến ĐKTMT; - Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp luận lựa chọn phƣơng pháp đánh giá dự báo tai biến ĐC - ĐKTMT đô thị; - Nghiên cứu phân tích đặc điểm ĐCCT địa hệ cấu trúc địa chất thành phố Hà Nội; - Nghiên cứu tác động từ hệ thống kỹ thuật đến MTĐC đặc điểm tƣơng tác hệ thống Địa – Kỹ thuật thành phố Hà Nội; - Đánh giá dự báo tai biến ĐC - ĐKTMT thành phố Hà Nội Cách tiếp cận nghiên cứu - Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận vấn đề nghiên cứu theo quan điểm hệ thống với khái niệm hệ thống ĐKT đô thị - Tiếp cận môi trƣờng sinh thái phát triển bền vững: Đô thị đƣợc coi nhƣ hệ sinh thái cao cấp, hệ sinh thái phải đảm bảo tính bền vững điều kiện hoạt động - Tiếp cận tổng hợp (kế thừa – phát triển – áp dụng): Kế thừa tiêu chuẩn, quy chuẩn, hƣớng dẫn kỹ thuật, kết nghiên cứu có liên quan (trong ngồi nƣớc) Phƣơng pháp nghiên cứu Để giải mục tiêu nội dung nghiên cứu nêu trên, đề tài sử dụng tổng hợp phƣơng pháp nghiên cứu sau đây: - Phƣơng pháp thu thập, phân tích hệ thống hóa liệu; - Phƣơng pháp phân tích ảnh viễn thám; - Phƣơng pháp điều tra, thị sát trƣờng; - Phƣơng pháp GIS đồ; - Phƣơng pháp mơ hình tính tốn Luận điểm bảo vệ Để tới mục tiêu đặt ra, kết nghiên cứu đề tài luận án cho phép đƣa hai luận điểm bảo vệ: MTĐC đô thị Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 đƣợc phân chia theo vùng ĐCCT, kiểu cấu trúc 18 phụ kiểu thuộc trầm tích Đệ tứ, kiểu cấu trúc đá cứng theo tiêu chí tƣơng ứng phân chia cấp bậc hệ thống, chúng đƣợc thể đồ phân chia cấu trúc thành phố Hà Nội phục vụ cho đánh giá tính nhạy cảm MTĐC với tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị MTXQ Các tai biến ĐC – ĐKTMT thành phố Hà Nội phát sinh tƣơng tác phụ hệ thống kỹ thuật đô thị với MTĐC MTXQ, phát triển theo quy luật phân bố không gian thời gian đƣợc phản ánh đồ phân bố tai biến ĐC – ĐKTMT thành phố Hà Nội, bao gồm: Sụt lún mặt đất nguyên nhân san lấp nền, tải trọng cơng trình, khai thác nƣớc dƣới đất; tai biến liên quan đến xây dựng cơng trình ngầm; tƣợng ma sát âm; Karst Những điểm khoa học - Tai biến ĐC – ĐKTMT, phân vùng cấu trúc địa chất nhƣ tác động từ HTKT đô thị MTXQ đến MTĐC đƣợc nghiên cứu đánh giá hệ thống hóa sở lý thuyết hệ thống - Bản đồ phân vùng cấu trúc thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 lần đƣợc thành lập, sở tốt cho nghiên cứu đánh giá tai biến ĐC – ĐKTMT phục vụ phát triển bền vững đô thị - Các tai biến ĐC – ĐKTMT thành phố Hà Nội đƣợc luận án nghiên cứu, sâu đánh giá, dự báo lún mặt đất tải trọng san lấp, tải trọng từ cơng trình bề mặt, khai thác nƣớc ngầm kết đƣợc thể đồ, sở tốt cho công tác quy hoạch xây dựng, phòng chống tai biến khai thác sử dụng hợp lý MTĐC đô thị Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Về ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần bổ sung sở lý thuyết phƣơng pháp luận cho hƣớng nghiên cứu “Địa kỹ thuật môi trƣờng” Việt Nam Về ý nghĩa thực tiễn: Kết đề tài tài liệu khoa học làm sở cho quan hữu quan triển khai công tác khảo sát, quy hoạch, thiết kế xây dựng lồng ghép với phòng tránh tai biến bảo vệ môi trƣờng, phát triển bền vững, nhƣ chiến lƣợc quản lý khai thác tài nguyên hiệu địa bàn Hà Nội 10 Cơ sở tài liệu - Các đồ tài liệu Địa chất Trung tâm Thông tin Lƣu trữ Tạp chí Địa chất, Liên đồn Bản đồ Địa chất Miền Bắc, Liên đồn Bản đồ Địa chất Khống sản Biển; - Tài liệu quan trắc hạ thấp mực nƣớc Trung tâm Quy hoạch Điều tra Tài nguyên nƣớc Quốc gia (số liệu 2005-7/2017); - Tài liệu khảo sát địa chất cơng trình Cơng ty CP KS Địa chất Xử lý Nền móng Cơng trình, Công ty CP Đầu tƣ Hạ tầng Bắc Việt, Trung tâm Nghiên cứu Địa kỹ thuật – Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất, ; - Nguồn tài liệu quan trọng khác kết triển khai nghiên cứu đề tài trọng điểm thành phố Hà Nội mã số: 01C-04/01-2016-3 PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu chủ trì mà tác giả thành viên trực tiếp tham gia; - Ngoài luận án kế thừa toàn tài liệu nghiên cứu 11 Cấu trúc luận án Nội dung luận án đƣợc cấu trúc nhƣ sau: Mở đầu Chƣơng 1: Cơ sở khoa học nghiên cứu đánh giá, dự báo tai biến ĐC – ĐKTMT đô thị Chƣơng 2: Hệ thống Địa – kỹ thuật đô thị Hà Nội Chƣơng 3: Đánh giá, dự báo tai biến Địa chất – Địa kỹ thuật môi trƣờng thành phố Hà Nội Kết luận kiến nghị Danh mục tài liệu tham khảo Phụ lục CHƢƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO TAI BIẾN ĐC – ĐKTMT ĐƠ THỊ 1.1 TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH ĐƠ THỊ HÓA, TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG KINH TẾ - XÂY DỰNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG ĐỊA CHẤT 1.1.1 Tổng quan lịch sử thị hóa Trong lịch sử phát triển giới, sau cách mạng cơng nghiệp, lồi ngƣời xây dựng ạt nhiều thành phố lớn Hoạt động kỹ thuật tác động sâu sắc toàn diện đến MTĐC mức độ khác phụ thuộc vào kỹ thuật, công nghệ, trình độ sản xuất, quy mơ kinh tế công nghiệp Chỉ từ nửa sau Thế kỷ 20, nhân loại nghĩ đến cần thiết phải đổi cách tƣ duy, hành động, để tiến đến mục tiêu phát triển bền vững Các dấu mốc lớn nhƣ hội nghị môi trƣờng: Hội nghị Stockhom – Thụy Điển (1972), Rio de Janero – Brazin (1992), Nam Phi (2002), Tokyo (1997), Nairoby - Kenya (2019) , gần 200 Quốc gia đƣa nghị định, chƣơng trình mơi trƣờng tồn cầu, bảo vệ mơi trƣờng phát triển bền vững Ngồi ra, cịn nhiều Hội nghị biến đổi khí hậu môi trƣờng thuộc khu vực Quốc gia khác nhằm ứng phó với tai biến Cũng từ ngành khoa học có liên quan nhanh chóng cấu trúc lại nhiệm vụ mình, lồng ghép với vấn đề sinh thái, mơi trƣờng, tài nguyên xuất nhiều hƣớng khoa học mới, có Địa kỹ thuật - mơi trƣờng (ĐKTMT) 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu tai biến ĐC - ĐKTMT 1.1.2.1 Các nghiên cứu giới Theo dự báo Liên Hợp Quốc năm 1996, vào đầu kỷ XXI, nửa dân số giới sống làm việc khu vực thành thị Cũng theo dự đoán, tỷ lệ ngƣời dân thành thị tiếp tục tăng thời gian kỷ XXI (United Nations Centre for Human Settlements, 1996) Các tai biến ĐC – ĐKTMT đô thị đa dạng đƣợc nghiên cứu nhiều Quốc gia khác Có thể lấy ví dụ sau: - Nghiên cứu trƣợt lở: Đƣợc phát triển mạnh toàn giới, đặc biệt nƣớc lớn nhƣ Nga, Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Đức, Anh, Nhật Bản, Thụy Điển, Hàn Quốc, Hồng Kong, Một số nhà khoa học có đóng góp lớn cho nghiên cứu trƣợt nhƣ F P Xavarensky (1935), I V Popov (1946), N N Maxlov (1955), E C Emelianova (1972) V D Lomtadze (1979); K.Terzaghi (1950), Taylor, Varnet (1978) - Nghiên cứu sụt lún mặt đất khai thác nƣớc ngầm: Nghiên cứu đƣợc tiến hành nhiều nƣớc giới nhƣ Mỹ, Italia, Nga, Trung Quốc, Mexico, Nhật, Thái Lan, New Zealand, Ngoài nhiều dạng tai biến khác nhƣ động đất, núi lửa, dòng lũ bùn đá, băng tan, thảm họa cháy rừng, bão lụt, ô nhiễm môi trƣờng, đƣợc nghiên cứu nhiều Quốc gia khác có nhiều chƣơng trình nghiên cứu cấp Quốc tế 1.1.2.2 Nghiên cứu Việt Nam Nghiên cứu chung ĐKTMT mang tính lý thuyết đƣợc dịch từ nguồn tài liệu tác giả, hội nghị Quốc tế nhƣ Trần Mạnh Liểu, Tống Duy Thanh, Mai Trọng Nhuận, Nhiều đề tài, chƣơng trình nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực khác nhƣ đất yếu, trƣợt sạt lở, xói mịn, xói lở bờ sông, bờ biển, sụt lún mặt đất, phá hủy bờ mỏ, ô nhiễm môi trƣờng đƣợc nghiên cứu nhiều tác giả khác nhƣ Phạm Văn Tỵ, Nguyễn Thanh, Nguyễn Huy Phƣơng, Trần Mạnh Liểu, Đoàn Thế Tƣờng, Đỗ Minh Đức, Tạ Đức Thịnh, Đào Văn Thịnh, Lê Trọng Thắng, Trần Nhật Dũng, Nguyễn Quốc Thành, 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐỊA – KỸ THUẬT 1.2.1 Địa hệ kỹ thuật – tự nhiên Hệ thống Địa – Kỹ thuật - Địa hệ kỹ thuật – tự nhiên tổ hợp có tổ chức liên hệ hữu hợp phần MTĐC - HKT với phần bao quanh (khí quyển, thuỷ quyển, sinh phần sâu thạch quyển) nằm vùng hoạt động tƣơng tác đƣợc xem xét nhƣ hệ thống thống [23, 100] - Hệ thống Địa – Kỹ thuật (ĐKT) Hệ thống tƣơng tác yếu tố MTĐC với yếu tố phụ hệ thống kỹ thuật đƣợc gọi hệ thống Địa – kỹ thuật Nhƣ vậy, hệ thống Địa – kỹ thuật phụ hệ thống Địa hệ kỹ thuật - tự nhiên - Quyển kỹ thuật trái đất phần thạch (MTĐC) vùng tƣơng tác đƣợc xem nhƣ hệ thống Địa - kỹ thuật bậc cao (bậc toàn cầu), cịn hệ thống Địa - kỹ thuật thị, hệ thống Địa - kỹ thuật cơng trình thủy lợi – thủy điện, khu công nghiệp,.vv thuộc phạm trù hệ thống Địa - kỹ thuật cấp địa phƣơng Hệ thóng Địa - kỹ thuật cấp nhỏ (cấp dơn vị) hệ thống tƣơng tác công trình độc lập với MTĐC vùng ảnh hƣởng - Cấu trúc hệ thống Địa – Kỹ thuật: Cấu trúc hệ thống tập hợp mối quan hệ liên kết phụ hệ thống, có đặc tính thời gian khơng gian Đặc tính khơng gian phản ánh trình tự xếp có quy luật thứ bậc phụ hệ thống hệ thống Đặc tính thời gian đặc trƣng thay đổi trạng thái theo thời gian tức vận động hệ thống - Tính chất hệ thống Địa – Kỹ thuật: Hệ thống Địa – Kỹ thuật có tính chất điều chỉnh đƣợc, tính chất động, tính chất mở, tính chất tổ chức, tính chất tự tổ chức, tính chất thích ứng - Hoạt động hệ thống Địa – Kỹ thuật tai biến tƣơng ứng Hoạt động hệ thống định tƣơng tác yếu tố hệ thống với yếu tố hệ thống với yếu tố MTXQ, làm phát sinh trình tai biến tƣơng ứng 1.2.2 Hệ thống Địa - Kỹ thuật đô thị Đối với hệ thống ĐKT thị phân chia cấu trúc hệ thống việc phân chia phụ hệ cấp bao gồm: Phụ hệ thống MTĐC phụ hệ thống kỹ thuật (HKT) đô thị 1.2.2.1 Phụ hệ thống kỹ thuật thị Tồn hoạt động xây dựng, khai thác kinh tế lãnh thổ phạm vi đô thị với kỹ thuật công nghệ khác tác động vào MTĐC đƣợc gọi phụ hệ thống kỹ thuật đô thị Phụ hệ thống kỹ thuật đô thị đƣợc phân chia cấp bậc phân chia thứ theo cấu trúc nội dung nhƣ (hình 1.3) Cấu trúc tác động Tác động sinh học Tác động học Tác động thuỷ động lực Tác động điện từ Tải trọng động Tải trọng tĩnh Di tích văn hố-Lịch sử Cơng trình vĩnh cửu (lăng tẩm ) Cấu trúc đặc biệt Phụ hệ thống kỹ thuật thị Cơng trình an toàn quốc gia (đê,đập ) Cấu trúc phân vùng chức Cấu trúc phân vùng quy hoạch Cấu trúc địa giới hành Các huyện, lỵ Vùng xanh Vùng ngoại Vùng ven rìa Trung tâm thành phố Khu dự trữ Xây dựng Khu hành Khu cơng nghiệp Quận n Quận n Khu an dƣỡng Khu dân sinh Hình 1.3 Cấu trúc phụ hệ thống kỹ thuật đô thị 1.2.2.2 Phụ hệ thống MTĐC đô thị MTĐC đối tƣợng nghiên cứu nhiều lĩnh vực khoa học địa chất khác nhau, hình thành nhiều khái niệm định nghĩa MTĐC Môi trường địa chất phần thạch có tác động tương hỗ với khí quyển, sinh quyển, thủy kỹ thuật Từ góc độ nghiên cứu vận động hệ thống ĐKT đô thị, MTĐC phân chia thành đối tƣợng nghiên cứu khác lƣợng vật chất (hình 1.4) Phụ hệ thống Môi trƣờng Địa chất Cấu trúc lƣợng Cấu trúc vật chất Cấu trúc Địa chất – Thạch học Cấu trúc Địa mạo Cấu trúc Kiến tạo Cấu trúc Địa chất – Thủy Văn Cấu trúc trƣờng Địa vật lý Hình 1.4 Các yếu tố phụ hệ thống Môi trƣờng địa chất 1.2.2.3 Hoạt động hệ thống ĐKT đô thị tai biến ĐC - ĐKTMT - Hoạt động HTĐKT thị đƣợc định chủ yếu q trình tƣơng tác yếu tố hệ thống ĐKT với MTXQ yếu tố hệ thống ĐKT HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊA KỸ THUẬT Các q trình tƣơng ứng ① Phong hóa cơng trình (hóa học, sinh học, vật lý) ② Phát thải ô nhiễm KK, SQ, TQ ③ Quá trình ĐCCT ④ Quá trình phá hủy cơng trình ngun nhân địa chất ⑤ Tích tụ lƣợng phần sâu thạch ⑥ Địa chất nội sinh (động đất, nứt đất) ⑦ Địa chất động lực ngoại sinh ⑧ Ô nhiễm KK, SQ, TQ từ MTĐC Khí quyển, Sinh quyển, Thủy ① ⑦ ⑧ ② Phụ hệ thống Kỹ thuật ③ ④ Phụ hệ thống MTĐC ⑤ ⑥ Phần sâu Thạch Ranh giới HT ĐKT ① Hƣớng tác động tai biến Hình 1.5 Sơ đồ hoạt động hệ thống ĐKT - Tai biến ĐC – ĐKTMT trình tượng xuất phụ hệ thống MTĐC phụ hệ thống kỹ thuật đô thị hoạt động tương tác hợp phần hệ thống ĐKT hợp phần hệ thống ĐKT với MTXQ, đe doạ trạng thái hoạt động bình thường hệ thống ĐKT đô thị người, môi trường sống MTXQ 1.2.2.4 Những vấn đề ĐKTMT đô thị Những vấn đề ĐKTMT thị q trình động lực MTĐC hệ thống kỹ thuật đô thị, đe doạ ổn định hệ thống ĐKT đô thị Trong phạm vi hệ thống ĐKT đô thị, vấn đề ĐKTMT chủ yếu phát sinh tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị đến MTĐC 1.3 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CÁC TAI BIẾN ĐC - ĐKTMT LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TRÊN MẶT VÀ KHAI THÁC NƢỚC NGẦM 1.3.1 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất tác động san lấp xây dựng cơng trình bề mặt 1.3.1.1 Dự báo độ lún cuối Cơ sở dự báo lún theo nguyên lý học đất: Độ lún tổng độ lún thành phần trình lún (lún tức thời, lún cố kết, lún theo thời gian) Mơ hình tính tốn: S = S i + Sc + Ss (1.1) Trong đó: Si - độ lún tức thời; Sc - độ lún cố kết thấm; Ss - độ lún từ biến Độ lún cố kết thấm S c thƣờng có giá trị lớn nhất, đặc biệt đất yếu, đƣợc tính theo công thức tƣơng ứng điều kiện sau: - Nếu 'voi < Pci < 'voi + z thì: ' n  C  P C    voi (1.2) Sc    ri lg ci'  ci lg z hi  vo  eo Pci i 1 1  eoi  - Nếu Pci < 'voi thì: n  C   '  (1.3) Sc    ci lg zi ' voi  hi  voi  i 1 1  eoi - Nếu Pci > 'voi + zi thì: n  C   '  (1.4) Sc    ri lg zi ' voi hi  voi  i 1 1  eoi 1.3.1.2 Dự báo lún theo thời gian đất Hà Nội hoạt động xây dựng khác a Dự báo lún theo thời gian san lấp (thời gian ổn định lún, t95): Tính toán theo sơ đồ „‟0‟‟, tức tải trọng phân bố vô hạn nên ứng suất không đổi theo chiều sâu, biểu đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật b Dự báo lún theo thời gian tải trọng cơng trình (thời gian ổn định lún, t 95) Tính tốn theo sơ đồ „‟2‟‟, tức tải trọng phân bố tập trung, ứng suất giảm dần theo chiều sâu, phụ thuộc vào hệ số suy giảm ứng suất k0 1.3.2 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất khai thác nƣớc ngầm 1.3.2.1 Dự báo độ lún cuối Dựa theo nguyên lý ứng suất hữu hiệu K.Terzaghi đƣợc thể qua công thức: ‟+ u = const (1.9) Trong đó: u ứng suất trung tính; ‟ ứng suất hữu hiệu: ‟ =  - u (1.10) Khi khai thác NDĐ, ứng suất tổng  không thay đổi, áp lực lỗ rỗng u bị tiêu tán giảm áp lực tầng chứa nƣớc, chuyển hóa cho cốt đất chịu, nghĩa áp lực hữu hiệu tăng lên 'u * Phân chia Phân vị ĐCCT-ĐKT trầm tích mềm dính – bở rời Đất đá đƣợc phân chia thành phân vị ĐCCT - ĐKT bậc - 3, nghĩa lớp đất đá nguồn gốc, tuổi đồng thành phần thạch học, giới hạn tiêu phân loại trạng thái Kết chia 19 phân vị ĐCCT – ĐKT trầm tích mềm dính – bở rời, phân vị đất phong hóa * Phân chia phân vị ĐCCT – ĐKT đá cứng Dựa theo tiêu chí đồng thạch học – nguồn gốc, đá cứng đƣợc chia thành phân vị ĐCCT – ĐKT 2.2.2.3 Tính chất lý khả ứng xử phân vị ĐCCT – ĐKT với loại tải trọng tác động Các lớp đất rời gồm lớp cát, lớp cuội sỏi Đất dính gồm lớp Các lớp đất yếu gồm lớp Ứng xử tải trọng tĩnh, tải trọng động ô nhiễm môi trƣờng lớp đất yếu 6, 11, 13 xếp vào cấp yếu đến trung bình Các lớp đất rời đƣợc đánh giá cấp trung bình đến tốt ứng xử với tải trọng tĩnh Ở cấp yếu ứng xử với tải trọng động nhiễm mơi trƣờng Các lớp đất dính đƣợc đánh giá cấp trung bình đến tốt ứng xử với tải trọng tĩnh, tải trọng động ô nhiễm môi trƣờng 2.2.3 Đánh giá chung khả bền vững phân vùng cấu trúc MTĐCĐT 2.2.3.1 Phân vùng ĐCCT địa hệ lập đồ ĐCCT Địa hệ thành phố Hà Nội Lựa chọn yếu tố địa hình - địa mạo, MTĐC Hà Nội đƣợc phân chia hai vùng ĐCCT: Vùng đồi núi thấp – trung bình (vùng đá cứng) vùng đồng (vùng đất mềm dính) 2.2.3.2 Cấu trúc đồ cấu trúc thành phố Hà Nội a Khái niệm: Cấu trúc hệ thống xếp không gian lớp đất đá phân chia theo quan điểm địa kỹ thuật môi trường, phản ánh trường vật chất đặc trưng thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái tính chất chúng, định quy luật phát sinh, phát triển tai biến diễn chịu tác động từ hệ thống kỹ thuật môi trường xung quanh b Phân chia cấu trúc nền: Cấu trúc đƣợc phân chia với đặc điểm đồng chung ĐCCT – ĐKT có đủ sở đánh giá ĐCCT – ĐKT chúng ứng xử với tác động c Kết phân chia cấu trúc thành phố Hà Nội [23, 39, 83] + Nguyên tắc phân chia: Đơn vị cấu trúc theo tiêu chí tựa đồng cấu trúc địa tầng, cấu trúc ĐCCT – ĐKT, điều kiện ĐCTV khả ứng xử với tác động từ MTXQ hoạt động kinh tế - xây dựng theo cấp bậc + Tiêu chí phân chia đơn vị cấu trúc nền: - Kiểu cấu trúc nền: Là đơn vị cấu trúc đồng quan hệ địa tầng 11 mức hệ tầng Đối với đá cứng, kiểu cấu trúc phản ánh tƣơng đồng thạch học nguồn gốc đá đƣợc gọi kiểu - Phụ kiểu cấu trúc nền: Đƣợc phân chia từ kiểu theo tiêu chí có mặt phân vị ĐCCT – ĐKT có thành phần tính chất đặc biệt, phản ánh đặc trƣng ứng xử cấu trúc với loại tác động * Kết phân chia cấu trúc + Phân chia cấu trúc vùng trầm tích Đệ tứ: Theo nguyên tắc trên, thành phố Hà Nội phân chia thành kiểu, 18 phụ kiểu 27 dạng cấu trúc + Phân chia cấu trúc vùng đồi, núi thấp – cao trung bình (vùng đá cứng): Trong vùng chọn tiêu chí đá tƣơng đồng thạch học có nguồn gốc để xếp chung kiểu cấu trúc Kết chia thành kiểu cấu trúc đá cứng: Kiểu đá trầm tích lục nguyên biến chất; Kiểu đá trầm tích lục nguyên biến chất chứa đá vôi; Kiểu đá vôi; Kiểu đá mác ma xâm nhập; Kiểu đá mác ma phun trào Vì tầng đá cứng sức chịu tải cao không biến dạng nên không phân chia chi tiết thành phụ kiểu + Lập đồ phân chia cấu trúc [22, 30, 68, 78]: Bản đồ phân chia cấu trúc đƣợc lập dựa tảng đồ phân vùng ĐCCT địa hệ, tổng hợp kết phân chia cấu trúc từ kiểu, phụ kiểu dạng với việc lập 11 mặt cắt địa chất cơng trình tài liệu hố khoan thu thập xử lý Hình 2.2 Bản đồ phân chia cấu trúc TP Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 12 d Đánh giá ĐCCT – ĐKT cấu trúc thành phố Hà Nội Các kiểu cấu trúc có ứng xử khác xây dựng khai thác kinh tế lãnh thổ theo mức độ khác [22, 78] 2.3 PHỤ HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐÔ THỊ HÀ NỘI 2.3.1 Đặc điểm trạng quy hoạch phát triển đô thị đến năm 2030 tầm nhìn 2050 Theo định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011, nội dung quy hoạch Hà Nội đƣợc phân chia theo vùng: Đô thị lõi trung tâm đô thị vệ tinh Hệ thống giao thông đƣờng sắt đƣợc quy hoạch theo tuyến Quy hoạch mạng lƣới đƣờng sắt Metro đô thị Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn 2050 gồm có tuyến 2.3.2 Đặc điểm tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị đến MTĐC 2.3.2.1 Đặc điểm tác động từ lớp đất san lấp, cơng trình bề mặt khai thác nước ngầm Đã lập đồ cốt cao địa hình, chiều dày san lấp, tải trọng cơng trình bề mặt, đồ thủy đẳng áp tƣơng ứng 2.3.2.2 Đặc điểm tác động từ xây dựng cơng trình ngầm Bao gồm tác động sau: Thi cơng móng cọc khoan nhồi, cơng trình ngầm dạng điểm, cơng trình ngầm dạng tuyến đƣợc bố trí sơ đồ tƣơng ứng 2.4 MTXQ VÀ TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN MTĐC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 2.4.1 Đặc điểm MTXQ (khí quyển, thủy quyển, sinh quyển) tác động đến MTĐC thành phố Hà Nội Do biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ nhiệt, lƣợng mƣa, lƣợng bốc hơi, ô nhiễm môi trƣờng 2.4.2 Đặc điểm tác động từ phần sâu thạch (động đất) đến MTĐC thành phố Hà Nội Hà Nội chịu tác động động đất với nguồn động đất mạnh cấp Mmax = 6.1 – 7.0 Tuy nhiên, Hà Nội có đất yếu dày, cát nhỏ, cát bụi bão hịa động đất bị khuyếch đại nên cấp động đất đạt tới cấp – 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Cấu trúc địa hệ Hà Nội hình thành nên hai vùng ĐCCT rõ rệt vùng đồi núi thấp – trung bình vùng đồng bằng, hình thái chúng đƣợc khống chế điều kiện cấu kiến tạo địa mạo Cấu trúc vùng trầm tích Đệ tứ bao gồm kiểu cấu trúc 18 phụ kiểu 27 dạng Cấu trúc vùng đồi núi thấp cao trung bình có kiểu cấu trúc đá cứng vùng trầm tích Đệ tứ Phụ hệ thống kỹ thuật đô thị đƣợc phân chia theo đặc điểm, hình thức cƣờng độ tác động bao gồm: - Tác động mặt đất: tải trọng san lấp nền, cơng trình bề mặt, khai thác nƣớc ngầm gây tƣợng sụt lún mặt đất, ma sát âm tác dụng lên thành cọc 13 - Tác động từ hệ thống cơng trình ngầm bao gồm tác động từ cơng trình ngầm dạng điểm, cơng trình ngầm dạng tuyến làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng MTĐC xung quanh chúng nguy phát sinh nhiều tai biến ĐC – ĐKTMT Đặc điểm MTXQ thể qua biến đổi chế độ khí hậu thủy văn năm gần đây, Hà Nội thƣờng có nhiệt độ cao tỉnh lân cận từ 2-30C Chế độ thủy văn sông Hà Nội thƣờng hạ thấp so với trƣớc có nhiều cơng trình thủy điện thƣợng nguồn Tuy nhiên, cần đề phịng lũ lớn đột biến có mƣa lớn kéo dài xả lũ cấp bách CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO TAI BIẾN ĐỊA CHẤT – ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG THÀNH PHỐ HÀ NỘI 3.1 ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO CÁC TAI BIẾN ĐKT LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TRÊN MẶT VÀ KHAI THÁC NƢỚC NGẦM 3.1.1 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất tác động san lấp xây dựng cơng trình bề mặt 3.1.1.1 Tính tốn dự báo độ lún cuối a Sơ đồ tính tốn tải trọng tiêu chuẩn [57,74,82] - Sơ đồ ứng suất đất chịu tải trọng san lấp: Lựa chọn sơ đồ „‟0‟‟, ứng suất không đổi theo chiều sâu - Sơ đồ ứng suất đất dƣới tải trọng cơng trình: Lựa chọn sơ đồ „‟2‟‟, ứng suất giảm dần theo chiều sâu b Cơ sở liệu để tính tốn dự báo lún mặt đất Dựa vào đồ phân vùng ĐCCT địa hệ, Bản đồ phân vùng cấu trúc nền, cột địa tầng lỗ khoan bảng tiêu lý để tính tốn, dự báo lún - Dự báo lún tải trọng san lấp nền: Từ đồ bề dày san lấp, cho phép tính tốn tải trọng san lấp P = d vị trí đồ - Dự báo lún tải trọng cơng trình: Nhằm mục đích đƣa tranh chung độ lún, NCS chọn theo tiêu chuẩn xây dựng gồm cấp nhà để tính tốn Các nhà đƣợc xây dựng móng băng theo phƣơng án Đối với nhà – tầng, phƣơng án với h = 1.0m b = 1.0m, tải trọng gây lún quy đổi P gl = 200kPa; phƣơng án với h = 1m b = 2m, Pgl = 100kPa Còn nhà – tầng, chọn giải pháp móng h = 1m b = 2m, Pgl = 250kPa - Dự báo lún tải trọng san lấp cơng trình móng nơng: Tải trọng tính lún điểm đƣợc tính riêng cho sơ đồ, độ lún cuối tổng độ lún c Kết tính tốn dự báo lún san lấp tải trọng cơng trình Ơ lƣới tính tốn với khoảng cách 500mx500m đến 1000mx1000m Sau sử dụng phần mềm Arcgis để nội suy độ lún mạng lƣới 30mx30m, từ cho phép khoanh vùng độ lún cấp độ 0-5cm, 5-10cm, 10-20cm, 20-30cm, 30-40cm, 40-50cm >50cm Kết dự báo lún đƣợc thể đồ hình 3.3; hình 3.4; hình 3.10 14 Hình 3.3 Bản đồ phân vùng dự báo lún mặt đất tải trọng san lấp cơng trình móng nơng TP Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 – Phƣơng án Hình 3.4 Bản đồ phân vùng dự báo lún mặt đất tải trọng san lấp cơng trình móng nông TP Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 – Phƣơng án 3.1.1.2 Dự báo lún theo thời gian đất Hà Nội hoạt động xây dựng khác a Dự báo lún theo thời gian san lấp (thời gian ổn định lún, t95): Tính tốn theo sơ đồ „‟0‟‟, ứng suất không đổi theo chiều sâu b Dự báo lún theo thời gian tải trọng cơng trình (thời gian ổn định lún, t95 ) Tính tốn theo sơ đồ „‟2‟‟, ứng suất giảm dần theo chiều sâu Kết quả: Các vùng có phân bố đất yếu, độ lún phổ biến từ 10-50cm, vùng khác độ lún thƣờng nhỏ 10cm Thời gian lún đất yếu kéo dài lâu, tới hàng trăm năm 3.1.2 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất khai thác nƣớc ngầm 3.1.2.1 Dự báo độ lún cuối a Các phƣơng pháp dự báo lún khai thác nƣớc ngầm Dựa vào biến đổi áp lực nƣớc lỗ rỗng (áp lực trung tính) trình khai thác nƣớc với việc sử dụng cơng thức tính lún truyền thống b Tính tốn dự báo lún mặt đất khai thác nƣớc ngầm Dựa theo đồ cấu trúc nền, đồ thủy đẳng áp, cột địa tầng bảng tổng hợp tiêu lý tính tốn biến đổi ứng suất ‟v u 83 lỗ khoan tính lún theo công thức tƣơng ứng dùng phần mềm Arcgis theo mạng lƣới 30x30m 15 c Kết tính tốn, dự báo Đã lập đƣợc đồ phân vùng dự báo lún (hình 3.10) 3.1.2.2 Dự báo lún theo thời gian khai thác nước ngầm (thời gian ổn định lún, t95) NCS chọn sơ đồ „‟0‟‟ với công thức tƣơng ứng để tính tốn Chọn hình trụ hố khoan điển hình KX33 để tính tốn Kết tính tốn: t = 213,57 năm 3.1.3 Phá hủy cơng trình ngập lụt thành phố lún địa chất 3.1.3.1 Biến dạng phá hủy cơng trình địa chất Sự biến dạng chuyển vị địa chất lớn không vƣợt giới hạn cho phép chịu đựng kết cấu dẫn đến cơng trình bị hƣ hỏng nhƣ Thành Công, Giảng Võ, Tƣơng Mai, Quỳnh Mai, Văn Quán,… 3.1.3.2 Ngập lụt thành phố lún địa chất NCS thống kê gần 30 điểm ngập lụt đƣa đồ phân bố cố cơng trình ngập lụt Kết cho thấy, điểm ngập lụt trùng vào nơi có cấu trúc đất yếu dày, có san lấp xây dựng cơng trình, nhƣ gần phễu hạ thấp mực nƣớc Hình 3.10 Bản đồ phân vùng dự báo lún Hình 3.15 Bản đồ ma sát âm khu vực mặt đất khu vực TP Hà Nội khai thác Đô thị trung tâm TP Hà Nội khai nƣớc ngầm tỷ lệ 1:25.000 [25] thác nƣớc ngầm tỷ lệ 1:25.000 3.1.4 Đánh giá tƣợng ma sát âm cọc bê tông cốt thép lún địa chất a Phƣơng pháp tính tốn ma sát âm khu vực đô thị trung tâm thành phố Hà Nội Theo phƣơng pháp tính tốn Nga СП 24.13330.2011 16 b Cơ sở liệu tính tốn dự báo ma sát âm thành phố Hà Nội Dựa theo đồ phân bố đất yếu, đồ chiều dày đất lấp, đồ thủy đẳng áp lớp đất yếu số 6, 11 13 để tính tốn c Kết tính tốn Cƣờng độ ma sát âm F điểm nút thuộc lƣới 200x200m đƣợc tính cho cọc có chu vi tiết diện ngang 1m bằng: F =  fi x mi (3.3) Trong đó: fi (kN/m2) ma sát âm tính cho lớp đất thứ i (tra bảng TCVN 10304:2014); mi (m) chiều dày lớp đất thứ i Kết tính tốn đƣơc đƣa lên đồ tỷ lệ 1:25.000 dƣới dạng đƣờng đẳng giá trị ma sát âm (hình 3.15) Nhận xét: Ma sát âm đạt giá trị lớn có mặt lớp đất yếu Hải Hƣng với bề dày lớn phễu hạ thấp mực nƣớc lớn nhƣ Hạ Đình, Yên Phụ Mai Dịch Độ lún lớn quận Đống Đa, Cầu Giấy, Hoàng Mai huyện Thanh Trì 3.2 TAI BIẾN ĐKT LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM 3.2.1 Tai biến ĐC - ĐKTMT thi cơng móng cọc khoan nhồi cọc barrette cho nhà cao tầng a Điều kiện ngun nhân tai biến (về móng, cơng nghệ) Nguyên nhân công nghệ gây tai biến ĐC - ĐKTMT thi cơng cọc khoan nhồi sai sót cơng nghệ khoan, cơng nghệ đổ bê tơng hai q trình gây Phải đặc biệt ý khoan qua tầng cát có chứa nƣớc áp lực, tầng đất yếu nơi dễ xảy sập thành hố khoan b Một số phân tích, đánh giá kiến nghị Khi thi công cần ý lớp đất cát (lớp 14, 15, 16), lớp đất bùn sét dẻo mềm (lớp 6, 7, 11, 13, 17) dễ gây ổn định 3.2.2 Tai biến Địa chất - Địa kỹ thuật thi cơng xây dựng cơng trình ngầm dạng điểm a Tính tốn áp lực đất lên tƣờng chắn xung quanh hố đào Tính tốn áp lực chủ động bị động lên tƣờng chắn theo công thức học đất, để chọn đƣợc chiều sâu cắm tƣờng cừ, giải pháp chống chắn thích hợp, biện pháp gia cố nhƣ sử dụng hệ neo, trƣờng hợp cấu trúc đất yếu có lớp cát bão hịa nƣớc áp lực chủ động lớn, dễ gây trƣợt chuyển vị hố đào, giải pháp thi cơng chắn giữ khó khăn b Vấn đề lún mặt đất chuyển vị ngang xung quanh hố đào Các phƣơng pháp nghiên cứu kinh nghiệm bán kinh nghiệm nhiều tác giả độ lún tƣơng đối (độ lún/chiều sâu hố đào) S = 0,2 – 0,3% mép hố đào giảm dần xa hố đào c Hiện tƣợng bùng đáy hố đào Cần ý đất có tính trƣơng nở 17 d Vấn đề nƣớc chảy vào hố móng ổn định thấm đáy hố đào Khi đào vào tầng cát chứa nƣớc cần phải tính tốn lƣợng nƣớc chảy vào hố móng để có giải pháp khắc phục, bảo vệ q trình thi cơng Cần tính tốn dự báo ổn định đáy hố đào: * Tính theo lý thuyết thấm Chiều sâu cắm cừ tối thiểu cần thiết đảm bảo ổn định thấm D > H, nghĩa chiều sâu cắm phải lớn cột nƣớc chênh áp * Tính theo công thức Cục đƣờng sắt Nhật Bản Chiều sâu ngàm cừ phải lớn chênh cao cột áp lực D b > Hw hệ số an toàn phụ thuộc vào chiều rộng hố đào e Vấn đề bục đáy hố đào Khi đáy hố đào lớp đất dính dƣới có lớp cát chứa nƣớc áp lực cần tính tốn chiều dày tối thiểu lớp bảo vệ thỏa mãn điều kiện: W C C (3.15) Pa     U F1 F2 F3 Kết tính tốn cho thấy độ ổn định chống bục đất phụ thuộc chủ yếu vào trọng lƣợng lớp đất giữ lại, thành phần ma sát đất tƣờng, nhƣ sức chống cắt đất ảnh hƣởng không lớn 3.2.3 Tai biến địa chất - Địa kỹ thuật liên quan đến thi công xây dựng cơng trình dạng tuyến 3.2.3.1 Phương pháp đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất xây dựng công trình Metro Hà Nội a Bài tốn phẳng + Tính theo cơng thức dự báo lún cực đại, độ lún giao diện công thức dự báo lún mặt đất biến đổi theo mặt cắt ngang hầm b Bài tốn khơng gian Phƣơng pháp giảm thể tích phƣơng pháp bán thực nghiệm dựa phần sở lý thuyết Độ lún tối đa Smax vị trí điểm uốn Linf tính tốn theo công thức: (3.24) √ Biến dạng mái ua đƣợc tính tốn theo cơng thức: √ (3.25) Xác định giá trị khối lƣợng giảm thể tích theo cơng thức: (3.26) 3.2.3.2 Các bước tính tốn dự báo a Ngun tắc chung + Phân tích độ lún mặt đất Xác định tải trọng tâm, biến dạng mái hầm, đáy hầm, độ lún tối đa 18 chiều dài máng lún + Phân tích chuyển vị ngang Xác định chuyển dịch ngang đất theo hƣớng vào phía trục hầm b Các bƣớc tính tốn + Trật tự tính tốn Trƣớc tiên, chƣơng trình tính tốn độ lún giao diện lớp phía hầm lớp khác lớp phủ Sint xác định chiều dài lún dọc theo giao diện lớp đất Tiếp theo xác định chiều dài lún L bề mặt địa hình + Phân tích phễu lún Phép nội suy tuyến tính giá trị cực đại độ lún S max bề mặt địa hình độ chuyển vị hầm u a đƣợc sử dụng để tính tốn độ lún tối đa Smax độ sâu h 3.2.3.3 Đánh giá biến dạng hư hỏng cơng trình + Phân tích đánh giá giá biến dạng ngang: Kết tính tốn biến dạng ngang theo phần mềm đƣợc so sánh với giá trị quy định tiêu chuẩn + Phân tích đánh giá độ lún lệch Độ lún lệch đƣợc tính tốn theo phần mềm đƣợc so sánh với giá trị quy định tiêu chuẩn 3.2.3.4 Kết tính tốn cho tuyến Metro số với cấu trúc điển hình Phƣơng pháp tính tốn phƣơng pháp cân giới hạn (LEM), sử dụng phần mềm Geostructure analysis hãng Bentley (Mỹ) tính tốn cho hai ga C5 C9 với cấu trúc địa tầng khác tuyến Metro số Ngồi ra, cịn tính tốn dự báo lún cho vị trí có đất yếu dày phân bố từ mặt (KX62) Tại vị trí tính tốn tính cho hai phƣơng án hầm sâu 21.25m 34.85m Đồng thời cịn tính tốn đến chuyển vị ngang biến dạng hƣ hỏng cơng trình nằm vùng ảnh hƣởng phễu lún Dƣới đƣa kết tính tốn dự báo lún cuối mặt cắt hầm vị trí Bảng 3.8 Kết tính tốn lún mặt cắt hầm C5, C9 KX62 Điểm tính tốn C5 C9 KX62 Chiều sâu hầm (m) 21.25 34.85 21.25 34.85 21.25 34.85 Độ lún cực đại (mm) Chuyển vị ngang cực đại (mm) 7,9 6,4 5,7 4,3 10,8 7,4 1,8 1,8 2,5 1,8 3,2 1,5 Chiều dài phễu lún (m) 41,0 86,12 54,13 90,82 69,45 84,76 19 Name: Analysis Stage - analysis : - 1 10.00 7.9 -1.8 0.1 -10.00 0.1 Settlement [mm] -2.00 0.1 -0.1 Hor deformation [mm] -0.20 -0.50 0.50 1/1427 29.47 30.53 24.47 1/1250 19.47 14.47 9.47 1/1427 4.47 -0.53 -5.53 Gradient [–] -10.53 0.44 -0.20 1.8 2.00 Hor strain [‰] Hình 3.25 Biểu đồ biến dạng lún đặt metro độ sâu 21,25 mét * Nhận xét đánh giá: - Độ lún cực đại vị trí hầm C5 C9 chênh lệch không lớn lắm, riêng hố KX62 cấu tạo chủ yếu bùn nên độ lún cực đại lớn nhất; - Hầm có độ sâu lớn lún hơn; - Hầm nơng có phễu lún nhỏ hơn, xuống sâu phễu lún lan rộng hơn; - Chuyển vị ngang hầm có đất yếu lớn hầm có cấu trúc sét cát; - Các cơng trình xây dựng vùng phễu lún có biến dạng nhỏ 3.3 ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO TAI BIẾN ĐC – ĐKTMT DO TÁC ĐỘNG GIỮA CÁC YẾU TỐ CỦA MTĐC VÀ TỪ MTXQ ĐẾN MTĐC 3.3.1 Đánh giá tƣợng xói mịn mặt đất Các tƣợng xói mịn mặt đất xảy yếu 3.3.2 Đánh giá tƣợng trƣợt, sạt lở mái dốc Hiện tƣợng trƣợt, sạt lở mái dốc có quy mơ nhỏ Tuy nhiên, cần ý xảy trƣợt lở mạnh mƣa lũ cực đoan 3.3.3 Đánh giá tƣợng Karst a Khái niệm: Karst q trình hịa tan đá vơi nƣớc mặt nƣớc dƣới đất hình thành nên dạng địa hình đặc trƣng (Carƣ) dạng hang động có 20 hình thái, quy luật phân bố khác tạo nên cảnh quan kỳ diệu b Đặc điểm phát triển Karst Đặc điểm phát triển Karst phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ đặc điểm phân bố, kiến trúc, cấu tạo đá, đặc điểm hoạt động kiến tạo hoạt động nƣớc ngầm c Đặc điểm yếu tố điều kiện nguyên nhân phát triển Karst thành phố Hà Nội * Các yếu tố cấu trúc địa chất: Theo thành phần thạch học Karst phát triển mạnh hệ tầng đá vôi Đồng Giao, hệ tầng Na Vang hệ tầng Thác Bà; phát triển yếu phân vị trầm tích lục ngun biến chất chứa đá vơi * Đặc điểm đứt gãy nứt nẻ Chỉ có đứt gãy cấp thấp theo hƣớng TB ĐN cắt qua vùng đá vơi có triển vọng phát triển Karst Hai bên đứt gãy thƣờng phát triển hệ thống khe nứt có đặc điểm quy luật phân bố định Chúng liên kết với đứt gãy thành đới nứt nẻ có chứa nƣớc phát triển Karst * Đặc điểm nước mặt nước ngầm: Nƣớc ngầm vùng Karst phong phú nhƣng thƣờng tập trung hang động, đới đứt gãy nứt nẻ, vùng cịn lại nƣớc ngầm khơng đồng đều, phong phú * Đặc điểm địa hình – địa mạo: Ảnh hƣởng địa hình – địa mạo đến phát triển Karst thể rõ nét qua phân bố hệ tầng đá vơi, đƣợc phân chia vùng: vùng đá vôi lộ vùng đá vôi bị phủ d Đặc điểm trạng phân bố hang động Karst Hang động Karst đƣợc phân bố theo dạng: Dạng hang động mặt đất dạng hang động ngầm * Qui luật phân bố Karst theo chiều thẳng đứng: - Các tầng hang mặt đất: Có mặt tầng hang - Các hang động ngầm: Cũng có mặt tầng hang Qui luật phát triển hang động Karst theo phương ngang: Hệ thống hang động Karst phân bố chủ yếu theo hệ thống đứt gãy ĐB-TN TB–ĐN, hang động mặt đất chủ yếu theo hƣớng ĐB–TN * Một số tượng hình thành hố sụt Karst vùng phủ: Đã hình thành số hố sụt Karst huyện Mỹ Đức 21 e Lập đồ đánh giá phát triển Karst khu vực Hà Nội Nguyên tắc dựa vào đánh giá tổng hợp yếu tố định đến phát triển Karst lập đƣợc sơ đồ đánh giá phát triển Karst thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50.000, theo khả phát triển Karst chia vùng khác nhau: phát triển mạnh, phát triển trung bình, phát triển yếu khơng phát triển Hình 3.37 Sơ đồ đánh giá phát triển Karst thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 Kết luận chƣơng Dựa tảng lý thuyết hệ thống, lựa chọn phƣơng pháp đánh giá cho phép nhận đƣợc kết tính tốn, dự báo tai biến ĐC- ĐKTMT có độ xác tin cậy Hà Nội phát triển tai biến ĐC – ĐKTMT đa dạng phức tạp, biến đổi theo không gian thời gian, liên quan chặt chẽ với đặc điểm MTĐC phát triển, đại hóa thị 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Trên sở lý thuyết hệ thống, xác định tai biến ĐC - ĐKTMT sản phẩm hoạt động tƣơng tác yếu tố hệ thống kỹ thuật đô thị, MTĐC MTXQ, phát triển MTĐC hệ thống KTĐT có nguyên nhân móng nên đặc điểm quy luật hình thành phát triển chúng phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm tác động tính nhạy cảm hợp phần hệ thống MTĐC đƣợc phân chia thành hai vùng ĐCCT đồi núi thấp – cao trung bình vùng đồng bằng, với kiểu cấu trúc Đệ tứ kiểu cấu trúc đá gốc; Đệ tứ lại đƣợc chia 18 phụ kiểu 27 dạng cấu trúc tƣơng ứng phản ánh quy luật biến đổi không gian thời gian chúng Kết luận án lập đƣợc đồ phân vùng ĐCCT địa hệ phân chia cấu trúc thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 Tác động hệ thống KTĐT MTXQ Hà Nội đƣợc hệ thống hóa phân tích theo hình thức chất tác động, từ định hƣớng cho đánh giá dự báo tai biến liên quan Hiện tƣơng lai thực quy hoạch mở rộng phát triển thủ đô, nhiều hệ thống cơng trình đại cơng trình ngầm nhƣ khai thác kinh tế lãnh thổ có quy mơ lớn, chúng tác động mạnh mẽ sâu sắc vào MTĐC Do đo, tai biến ĐC – ĐKTMT thị có quy mơ lớn hơn, đa dạng phức tạp Hiện tƣợng tai biến sụt lún mặt đất san lấp nền, xây dựng cơng trình khai thác nƣớc ngầm biến đổi theo không gian phân bố đất yếu phù hợp với đồ cấu trúc nền, đồng thời chúng diễn biến phức tạp theo thời gian Kết thành lập đƣợc đồ dự báo sụt lún mặt đất Hậu chúng dẫn đến cố công trình, ngập lụt thành phố, tƣợng ma sát âm đƣợc định lƣợng hóa đồ tƣơng ứng Tai biến ĐC – ĐKTMT liên quan đến xây dựng cơng trình ngầm dạng điểm đa dạng phức tạp Theo đánh giá cấu trúc nguy tai biến dễ xảy có cƣờng độ lớn cấu trúc III IV Các tƣợng tai biến biến dạng thấm dễ xảy cấu trúc 23 II, tiếp đến cầu trúc III cấu trúc I Chúng đƣợc minh chứng qua kết tính toán áp lực đất lên tƣờng chắn, biến dạng thấm bục đáy hố đào Tai biến ĐKT liên quan đến thi cơng cơng trình ngầm dạng tuyến (metro) Các tai biến chủ yếu sập vòm hầm, trƣợt thành hầm bùng đáy hầm, nƣớc bùn cát chảy vào hầm Các tƣợng xảy phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc giải pháp thi công đào hầm Vấn đề sụt lún mặt đất liên quan đến thi công xây dựng công trình ngầm dạng tuyến phụ thuộc vào chiều sâu, đƣờng kính hầm, cấu trúc cơng nghệ thi cơng Kết tính tốn dự báo lún mặt đất cơng trình ngầm tuyến Metro số phần mềm Geostructure analysis cho thấy: Đối với cấu trúc I II (C5 C9) độ lún nhỏ, cấu trúc III (KX62) có đất yếu dày nên độ lún lớn hơn; chuyển vị ngang nhỏ từ 1,5 đến 3,2mm Hầm gần mặt đất độ lún lớn, xuống sâu độ lún giảm nhƣng phễu lún mở rộng Trong vùng phễu lún, biến dạng lún nhỏ, ảnh hƣởng đến cơng trình xây dựng Hiện tƣợng Karst, khu vực nghiên cứu có hệ tầng đá vôi Đồng Giao, hệ tầng Na Vang hệ tầng Thác Bà Đá vôi chủ yếu lộ số dải phía tây tây nam, ngồi cịn vùng phủ kế cận với chúng Kết nghiên cứu cho thấy tƣợng Karst hình thành nên quy luật: Phát triển theo phƣơng thẳng đứng bao gồm bậc hang ngầm bậc hang nằm mặt đất, tƣơng ứng với trình nâng hạ mặt đất mực xâm thực địa phƣơng Phát triển theo phƣơng ngang TB - ĐN, ĐB - TN trùng với đứt gãy khu vực Karst vùng phủ, lớp phủ mỏng có hoạt động khai thác NDĐ làm hạ thấp mực nƣớc hang động Karst gây tƣợng sụt lún hình thành hố sụt Karst ảnh hƣởng đến an sinh xã hội Kết lập đƣợc sơ đồ đánh giá Karst thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 II KIẾN NGHỊ - Để có đầy đủ sở khoa học phục vụ cho công tác triển khai quy hoạch chung thành phố Hà Nội tiến hành quy hoạch chi tiết khu vực cần phải có nghiên cứu lập đồ cấu trúc nền, đồ địa chất thủy văn đồ tai biến ĐC - ĐKTMT thành phố Hà Nội làm sở khoa học cung cấp tài liệu số liệu thống cho quyền thành phố 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Văn Vũ, Nguyễn Huy Phƣơng, Trần Mạnh Liểu, Nguyễn Huy Quang, Nguyễn Văn Thƣơng (2019), “Đánh giá, dự báo lún mặt đất thành phố Hà Nội san lấp xây dựng công trình móng nơng”, Kỷ yếu hội nghị khoa học toàn quốc VIETGEO 2019, tr 256-262 Nguyễn Văn Vũ, Trần Mạnh Liểu, Nguyễn Huy Phƣơng, Nguyễn Văn Thƣơng (2019), "Nghiên cứu phân chia cấu trúc thành phố Hà Nội đánh giá khả xây dựng chúng", Kỷ yếu hội nghị khoa học toàn quốc VIETGEO 2019, tr 201-210 Nguyen Van Vu, Tran Manh Lieu, Nguyen Ngoc Truc A Methodology to Evaluate and Forecast Environ – Geotechnical Hazards in the Central area of Hanoi.18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference Sgem 2018, Volume 18, Issue 1.2, 30 June - 09 July, 2018, Pages 293-300; doi:10.5593/Sgem2018 WWW.Sgem.org Nguyen Van Vu, Nguyen Van Thuong, Nguyen Ngoc Truc Characteristics of Geotechnical and Environmental Hazards in Hanoi area VietGeo 2018, Pages 510-516 Nguyễn Văn Vũ, Trần Mạnh Liểu, Nguyễn Huy Phƣơng (2019), "Nghiên cứu, phân tích, đánh giá ma sát âm đất lên cọc bê tông cốt thép khu vực Đô thị trung tâm thành phố Hà Nội", Tạp chí KHCN Xây dựng – Số 4/2019, tr 39-48