Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố hồ chí minh

TÌNHH Ì N H X Â Y D Ự N G Đ Ư Ờ N G H Ầ M M E T R O T R Ê N T H Ế G I Ớ I VÀVIỆTNAM

TìnhhìnhxâydựngMetrotrênthếgiới

Tuyến Metro đầu tiên được xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay đã có khoảng 80thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống Metro trong giao thông công cộng Hệ thốngMetrolớnnhấtthếgiớilàởNewyorkvớitổngchiềudài471kmvà468nhàga

Hình1.1:Biểuđồcácthôngsốchính(chiềudài,sốnhàGa)củamộtsốhệthốngMetronổitiếngt rênthế giới

MộttrongnhữngđặcđiểmnổibậtnhấtcủahệthốngtàuđiệnngầmtạiParislàlốilê n xuống các ga, được thiết kế theo phong cách nghệ thuật mới của Hector Guimard, vớicáccổngvòmmangđậmphongcáchkiếntrúccủa Pháp.

Hầu hết các nhà ga đều được bố trí ngầm,c h ỉ c ó m ộ t s ố g a b ố t r í t r ê n m ặ t đ ấ t v à trênc a o d o đ i ề u k i ệ n t u y ế n p h ả i đ i c a o C á c g a đ ư ợ c n ố i v ớ i m ặ t đ ấ t c h ủ y ế u b ở i c á c băngtruyềnđểđảmbảovậnchuyểnhànhkháchlênxuốngga.

Hình1.2:BảnđồmạnglướihệthốngtàuđiệnngầmtạiParis 1.1.1.2 HệthốngMetrotạiMatxcova-LiênbangNga ĐặcđiểmcủaMetroMatxcova

Hệt h ố n g t à u đ i ệ n n g ầ m c ủ a M a t x c o v a c ó 2 7 7 , 9 k m v ớ i 1 2 t u y ế n , 1 7 1 n h à g a v à trong những ngày bình thường (theo báo cáo hàng năm) hệ thống chuyên chở được 10,05triệu hành khách Số lượng hành khách chở trung bình trong năm là 8,745 triệu hànhkhách/ngày.

Tàu điện ngầm Matxcova có khoảng cách giữa hai trục bánh xe là 1520 mm, giốngnhưhệthống đường sắtthông thườngở Ngav à r a y đ ư ợ c c ấ p d ò n g đ i ệ n x o a y c h i ề u 825V Khoảng cách trung bình giữa các ga là 1800 m và khoảng cách ngắn nhất là 510 mgiữa 2 gaAleksandrovskiy SadvàArbatskaya, khoảng cách dài nhất 3,4 km giữa 2 gaVolgogradskiyProspektvàTekstilshchiki.

Tàu điện ngầm ở Matxcova hiện có 171 ga trong đó có 70 ga ở mức độ sâu, 87 ga ởmức không sâu Trong số các ga sâu có 53 ga kiểu tháp, 16 ga kiểu cột và 1 ga dạng vòmđơn.Trongnhữnggakhôngsâucó65galoạicột,19galoạivòmđơnvà3galoại2tầng.

Hình 1.3: Bản đồ mạng lưói tàu điện ngầm tại MatxcơvaKếhoạchpháttriểnMetrotrongtươnglaicủaMatxcơva

Trong những năm sắp tới, Matxcova dự định sẽ nâng cấp chất lượng những tuyếnđườngđã có để phụcvụhành khách tốt hơn Đồngthờiđể đáp ứng đượcn h u c ầ u đ i l ạ i củah à n h k h á c h , M a t x c o v a s ẽ m ở t h ê m 1 1 t u y ế n m ớ i v ớ i n h ữ n g t r a n g t h i ế t b ị h i ệ n đ ạ i nhất.

Hệ thống tàu điện ngầm London là một trong những hệ thống giao thông nội thànhlớn nhất thế giới, hoạt động liên tục 20 giờ một ngày Với diện tích 617 dặm vuông,Londonb ị s ô n g T h a m e s c h i a t h à n h 2 p h ầ n B ắ c v à N a m , s ự p h á t t r i ể n c ủ a t à u đ i ệ n n g ầ m ở2miềnlà khôngcânđối, chủyếupháttriển mạnh ở khuvựcphíaBắc Trong 275gatàu điện ngầm chỉ có 29 ga được đặt tại khu vực phía Nam Đoàn tàu sử dụng trong hệthốngt à u đ i ệ n n g ầ m L o n d o n t h ư ờ n g g ồ m 3 -

8 toat à u , c ó t h ể c h ứ a t ố i đ a 1 5 0 h à n h kháchmộtl ư ợ t , ch uy ên chở45.000hànhkhác h/h.Khoảngthời gian giữa2lầntàuvàogalà5 -15phút,vàogiờcaođiểm là2phút.

Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới Metro tại thành phố LondonKếhoạchpháttriểnMetrotrongtươnglai củaLondon

Trong tương lai gần London chưa có kế hoạch mở thêm các tuyến tàu điện ngầmmớitrongt h à n h p h ố m à c h ỉ n â n g c a o c ô n g s u ấ t h o ạ t đ ộ n g c ủ a c á c t u y ế n v à c ả i t h i ệ n , thaym ớ i h ệ t h ố n g c á c đ o à n t à u T i ế p t h e o s ẽ t ă n g c ư ờ n g đ ộ h o ạ t đ ộ n g c ủ a t u y ế n p h í a Bắc lên 25%, 30% với tuyến Bakerloo, 30% với tuyến vòng và tuyến nội đô Tăng khảnăng vậnchuyểncủa tuyếnBakerloovàtuyến trong thànhphố lên 12%,t u y ế n

J u b i l e e 22%.200gasẽđượctântrangvàhiệnđạihóa.Đồngthờithay thếvàđưa31 4tàuđiệnmớivàohoạtđộng,cảithiệnđược80%sốtàu hiệnđangsửdụng.

Một ga tàu điện điển hình có thềm đợi dài khoảng 122m đến 213m đủ để phục vụmộtlượnglớnkhách.Kháchvàogaquabậccầuthangvàonơibánvébằngmáytựđộngvà mua vé, bây giờ thay thế bằng metrocard Sau đó qua cửa quay vào thềm đợi tàu Hiệnnaycó khoảng3200cửaquay ở 468 gachophép hànhkhách sử dụngm e t r o c a r d C ó nhiều tuyến và ga có cả 2 loại tàu là: tàu nhanh chạy suốt (express) và tàu điện chạy theotuyếnn g ắ n( l o c a l ).G a p h ụ c v ụ c h o t à u nh an h d ù n g đ ể c h u n g c h u y ể n t u y ế n h o ặ c l à g a đặc biệt Là hệ thống duy nhất trên thế giới mở cửa 24h trong ngày và 7 ngày trong tuầnphụcvụhànhkhách.Mộtsốgađượcbốtríđặcbiệtđểphụcvụngườitàntật(phảingồi xe lăn) như ga ở đường số 72 N.Y.C.S có hệ thống toa tàu điện lớn nhất thế giới.T ấ t c ả toatàuthườngchếtạotừinox,đềutrangbịđiềuhoàkhôngkhí,.Sốlượng ghế30-45.Sứcchứahànhkhách130-148tốcđộtừ80-105km/h,trungbìnhđạt90km/h.

Hệ thống MTA cách đâykhông lâu (20năm) đãứng dụng tự động hoá vàođ i ề u khiểnh ệ t h ố n g B ắ t đầ u với t u y ế n đường BMT C a n a r s i d e , M TA lênk ế ho ạcht ự động hoá toàn bộ hệ thống, chỉ dùng một người điều khiển (OPTO) dựa trên cơ chế thông tinnhậnđược.Vào giờ caođiểm,khoảng thờigiangiữa 2 tàu kết i ế p n h a u c ó t h ể g i ả m xuốngcòn90 giây,hệthốngmáytínhvà bộđiềukhiểnphátrakhoảng10,675 tí nhiệu,điều khiển 205 ga xép và thực hiện540 chu trình chạy tàu Hệ thống tàu điện ngầm đượcchia thành 26 tuyến chính, bao gồm cả 3 tuyến ngắn ở: đại lộ Franklin, đường số 42 vàcôngv i ê n R o c k a w a y C á c t u y ế n đ ư ợ c p h â n b i ệ t v ớ i n h a u b ằ n g c á c c h ữ s ố , m à u s ắ c v à têngọi.

TìnhhìnhxâydựngMetrotạiViệtNam

Theo định hướng phát triển của hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020 của thànhphố Hà Nội,hệ thốngtuyếnđường sắtnội đôtrênmặtđất,trên cao vàđ i n g ầ m v ậ n chuyểnh àn h k h á c h t ừ cá c v ù n g p h ụ c ậ n Đông- T ây -N a m -

B ắ c vàot r u n g t â m thành phố,với GaHà Nộilàđiểmgốc.

4 GaHàNội–NộiBài 21,60 TàuđiệnhoặcMetrotrên caocó sửdụngĐS

* Tuyến 2: Ngã tư An Sương - Thủ Thiêm dài 19 km, hướng tuyến đi theo các trụcđường:ThủThiêm-BT-PhạmHồngThái-CMT8-TrườngChinh.

* Tuyến 3: QL13 - Bến xe Miền Đông - Nguyễn Thị Minh Khai - Hùng Vương - Kinh Dương Vương - BX Miền Tây - Tân Kiên dài 24 km, hướng tuyến: QL13 - Xô ViếtNghệTĩnh-NguyễnThịMinhKhai- HùngVương-KinhDươngVương.

* Tuyến 4: Cầu Bến Cót - Gò Vấp - đường Nguyễn Văn Linh dài 24 km, hướngtuyến: Nguyễn Oanh - Nguyễn Kiệm - Phan Đình Phựng - Hai Bà Trưng - Khánh Hội -NamSàiGòn.

* Tuyến 5: Cầu Sài Gòn - BX Cần Giuộc dài 17 km, hướng tuyến: Điện Biên Phủ - BạchĐằng - Phan ĐăngLưu - Hoàng Văn Thụ- Lý Thường Kiệt- Phù ĐổngT h i ê n Vương- BXCần Giuộc.

THIC Ô N G Đ Ư Ờ N G H Ầ M M E T R O B Ằ N G C Ô N G N G H Ệ T B M

SựrađờivàpháttriểncôngnghệTBM

Thicôngbằng khiên(ShieldMethod)làphươngphápthi côngcơgiớidùngkhi ênđàođườnghầm ngầmdưới mặtđất Khiên(Shield)là mộtl o ạ i k ế t c ấ u ố n g t h é p h o ạ t độngd ướ i s ự c h e c h ắ n ápl ự c đ ị a tầng, l ạ i c ó thểh o ạ t động t i ế n l ê n tron gđ ị a t ầ n g T ổ hợp máy khoan đào hầm (TBM) thực hiện trọn vẹn chu trình thi công hầm từ đào đườnghang,c h ố n g đ ỡ , v ậ n c hu yể n đ ấ t đ á r a ngoài vàl ắ p rápv ỏhầm Đo ạ n đầ u máyl à m âm quay với các lưỡi cắt đất đá quay vi sai để phá hủy đất đá Toàn bộ đất đá được nuốt vàotrong thân máy theo thanh cuộn ruộtgà và theo băngtruyềnđ ư a r a n g o à i t h e o g i ế n g đứng Phía sau,c á c m ả n h h ầ m đ ư ợ c đ ư a v à o v à c á c r o b o t l ắ p r á p t h à n h v à n h h ầ m k h é p kín.H ệ t h ố n g k í c h đ ẩ y v à o v à n h h ầ m v ừ a l ắ p x o n g đ ể t i ế n l ê n p h í a t r ư ớ c Đ ồ n g t h ờ i người ta sẽbơm vữa tạo áp lực vữa bơm trước Gương và ép vữa xi măng cát vào khe hởđằngsaulưngcácvònghầmbêtôngđểđềphònghầmvàmặtđấtlúnxuống.

Hình1.7:Sơđồthicôngbằngkhiên Ýtưởng thicông bằngkhiênlần đầu tiên thếg i ớ i d o c ô n g t r ì n h s ư n g ư ờ i

P h á p Brunelđ ề x u ấ t v à o n ăm 1818 x u ấ t p h á t t ừ h ì n h t ư ợ n g c o n m ọ t đ ụ c g ỗ t r ê n t à u thuyền Năm1825đến1843,B r u n e l đãxâydựngdưới sôngThames ởLondon mộtđư ờnghầmthi công bằng khiên lần đầu tiên trên thế giới, dài toàn bộ 458m, khiên hình chữ nhật mặtcắt 6,8m x11,4m Năm 1869Barlow,n g ư ờ i A n h l ầ n đ ầ u t i ê n đ ã d ù n g k h i ê n t r ò n x â y dựng thành công đường hầm đường kính ngoài2,21m dưới đáy sông Thames. ÔngGreatheadkỹsưngườiAnhđãtổnghợpđặcđiểmkỹthuậtthicôngbằngkhiênvàbằn gkhín é n t ro ng q u á k h ứ , đ ề x u ấ t c ô n g n gh ệ t h i c ô n g b ằ n g k h i ê n dù ng k h í n é n tư ơn g đ ố i hoànchỉnhvàlầnđầutiênsángtạoraphươngphápthicôngphunvữacóáplựcvàokhehở sau vỏ hầm bằngcáchlắp mộtthiếtbị phunvữa có áp lực vào đuôicủak h i ê n

S á n g kiếnđ ó đ ã c ót ác dụng t h ú c đẩy p h ư ơ n g p há pt hi công b ằn gk hi ên ph át t r i ể n r ấ t mạnh Năm 1874 người ta đã ứng dụng phương pháp khiên có khí nén vào xây dựng thành côngđườnghầm với đườngkính trongl à 3 , 1 2 m t ạ i t u y ế n M e t r o p h í a n a m L o n d o n t r o n g đ ị a tầngđấtsét vàcát cóchứanước.

Từ năm 1880 đến năm 1890 dưới một con sông giữa nước Mỹ và Canada đã xâydựng một đường hầm Metro dưới đáy sông, đường kính 6,4m, dài hơn 1.800m bằngphươngphápkhiênđào.

Vào đầu thế kỷ 20, phương pháp thi công bằng khiên đào đã được đẩy mạnh tại cácnước Mỹ, Anh, Đức, Liên Xô, Pháp Chỉ trong thập kỷ 30-40 người tađã sử dụng khiênxây dựng nhiều tuyến Metro, đường hầm ôtô qua sông với đường kính từ 3,0m9,5m.Riêngthành phố New York ngườita đã dùng phương pháp thic ô n g b ằ n g k h i ê n c ó k h í nénx â y d ự n g t h à n h c ô n g 1 9 t u y ế n đ ư ờ n g h ầ m q u a n t r ọ n g d ư ớ i đ á y s ô n g , d ù n g c h o đườngôtô,đườngsắtvàkhíđốt.

Từn h ữ n g n ă m đ ầ u c ủ a t h ậ p k ỷ 6 0 c ủ a t h ế k ỷ X X , p h ư ơ n g p h á p t h i c ô n g b ằ n g khiên đào ở Nhật Bản phát triển rất nhanh, phần lớn ngoài việc dùng cho thi công đườngMetrongầmtrongcácthànhphốngoàiracònđượcứngdụngrộngrãitrongthicôngcá c loại đường ống phục vụ công trình thị chính Từ nhu cầu thực tế, người ta đã nghiên cứusángchếranhiềukiểukhiênmớinhư:Khiênvớikhínéncụcbộ,khiêncóthểnénnướ cvàbùn,khiên cóthểcânbằng áplựcđấtv.v… đểthíchứngvớithicôngtrongcác loạiđịa tầng Căncứ theothống kêcủa Nhật Bản có hơn2000bộ khiênđào,t r o n g đ ó 9 0 % dùng để xây dựng các loại đường hầm phục vụ công trình thị chính Cùng với đó thiết bịđồngbộvàquảnlýkỹthuậtthicôngbằngkhiêncũngrấtpháttriển. Ở Trung Quốc: Năm 1957, ở Bắc Kinh trong công trình đường ống nước cũng đãdùng các khiên đường kính 2,0m và 2,6m Năm 1963, ở Thượng Hải bắt đầu thí nghiệmcông trình đường hầm bằng khiên đường kính 4,2m trong tầng đất mềm yếu. Khiên đượclái bằng tay,có 16kích,tổng lực đẩy là 1,96 x10 4 kN, mặt trước có kích che chống,v ỏ hầm bằng các phiến ống bộ phận có sườn với một tầng phòng nước và dùng nhựa đườnglẫnkeotổnghợplàmvậtliệuxảmcácmốinốiđểphòngnước.Năm1984,Thượn gHảichế tạo khiên đường kính 11,32m xây dựng thành công đường ôtô ngầm dưới đáy sôngphía Đông đường Hoàng Phố Giang – Diên An Từ thập kỷ 70 trở lại dùng các loại khiênkhácnhauxâydựngcácloạiđườnghầmcócôngdụngkhácnhau.ChỉriêngThượngH ảiđã dùng khiên thi công dọc bờ sông Trường Giang và vùng bờ biển 6 tuyến đường hầmthoát nước và dẫn nước cóđường kính4,3m Ngoài ra, Thượng Hải, QuảngChâuc ù n g một số địa phương khác đã dùng khiên xây dựng đường hầm Metro, đường hầm ngầm, vínhư tuyến Metro số 1 Thượng Hải dài 14,87 km đã dùng 7 chiếc khiên thi công: tuyếnMetro số1QuảngChâuđãdùng3chiếckhiênthicông6đoạnMetro.

Như vậy, tuỳ theo sự phát triển kinh tế của mỗi nước, nhất là sự phát triển xây dựngđôthịthìviệcứngdụngphươngphápthicôngbằngkhiêncótiềnđồpháttriểnrộnglớn. Phươngphápthicôngbằngkhiênđượcpháttriển nhanhởcácnướcchủyếuvìnóc ócácưuđiểmsauđây:

- Tốc độ thi công nhanh, toàn bộ quá trình hoạt động của khiên như: đào, đưa đất đára,lắprápvỏhầmv.v…cóthểcơgiớihoá,tựđộnghoá,giảmcườngđộlaođộng.

- Khi thi công, không ảnh hưởng giao thông và công trình trên mặt đất, xuyên quasôngkhôngảnhhưởnggiaothôngthuỷ.

- Trong thi công không gây tiếng ồn và chấn động, không cản trở môi trường xungquanh.

Phương pháp thi công bằng khiên thích hợp vớiđường hầm dài,cácđ ư ờ n g h ầ m ngắn hơn 750m thì không kinh tế Bởi vì, khiên là một loại cơ giới rất đắt, có tính chuyêndụng rất cao, mỗi loại thích hợp với điều kiện thủy văn, địa chất, kích thước mặt kết cấuriêngđãđượcthiết kếchếtạođặcbiệt,nóichungkhôngthểthayđổisửdụngmộtcá chgiảnđ ơ n v à o c ô n g t r ì n h đ ư ờ n g h ầ m k h á c N g o à i r a , n ế u đ ư ờ n g h ầ m c ó b á n k í n h c o n g quán h ỏ h o ặ c l ớ p đ ấ t p h ủ t r ê n h ầ m q u á n ô n g t h ì g ặ p r ấ t n h i ề u k h ó k h ă n Đ ư ờ n g h ầ m dưới đáy nước, nếu gặp lớp phủ quá nông thi công sẽ không an toàn Khi thi công bằngkhiên nếu dùng phương pháp hoàn toàn khí nén để làm khô và ổn định địa tầng,t h ì y ê u cầu bảo hộ đối với lao động phải rất cao Khi thi công bằng khiên rất khó tránh lún tronglớp đất phía trên,nhất là chỗ tầng đất mềm yếu lại có nước,k h i l ắ p v ỏ h ầ m p h ả i c h ú ý phun vữa vào sau lưng vỏ hầm, yêu cầu đó rất cao Những khuyết điểm nói trên trong thicôngbằngkhiênđangđượcnghiêncứukhắc phục.

Từnăm 1818 (lần đầutiên Brunelđề xuất thi côngbằng khiên) đếnnay cácn ư ớ c trênt h ế g i ớ i đ ã n g h i ê n c ứ u c h ế t ạ o h à n g m ấ y n g h ì n k i ể u k h i ê n , p h ư ơ n g p h á p t h i c ô n g bằng khiên đã được ứngd ụ n g r ộ n g r ã i t r o n g x â y d ự n g c ô n g t r ì n h n g ầ m ở c á c đ ô t h ị : đ ã cóđường hầm dẫn nướcb ậ c t r ê n b ậ c d ư ớ i , đ ư ờ n g n g ầ m d ù n g c h o đ i ệ n v à c á p đ i ệ n , đường ngầm cho thủy lợi, cấp nước, đường hầm ngầm Metro, đường hầm ngầm dưới đáysôngcho đườngôtôv.v…

PhânloạiTBM

Khiên đào là loạitổ hợpthiết bị cơg i ớ i t h i c ô n g c ỡ l ớ n đ à o c á c đ ư ờ n g h ầ m n g ầ m có nhiều chức năng tập trung thống nhất như đào, che chống, làm vỏ hầm Loại máy nàychủy ế u dùngcho t h i công đ ư ờ n g hầ m cóđ ị a tầng mềm yếu, p h ứ c t ạ p Khiên có n h i ề u loại, có thể dựa vào hình dạng mặt cắt của khiên, vào phương thức đào, vào cấu tạo bộphận trước của khiên và dựa vào phương thức thoát nước cùng ổn định mặt đào để phânloại.

Dựa vào hình dạng mặtc ắ t k h i ê n: có thể chia thành 4 loại khiên:k h i ê n t r ò n , khiên hình nón, khiên hình chữ nhất và khiên hình móng ngựa Do khiên hình tròn có thểchốnglạiáplựcđấtvàáplựcnướctươngđốitốt,lắprápvỏhầmtươngđốigiảntiện,cóthể dùngcấukiệnthôngdụng,dễthaythế,vìthếđượcdùngtươngđốirộngrãi.

Dựa theo cách đào đấtkhác nhau,cóthể chiakhiênralàm 3 loại: loạiđ à o t h ủ công,loại đàobáncơgiớivàloạiđàocơgiớihoátoànbộ.

Dựa vào cấu tạo bộ phận trước: chia khiên ra làm hai loại: loại ngực trần và loạingựcbịt.

Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đàokhác nhau mà chiakhiên ra các loại: loại hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước, loạicânbằngáplựcđấtkhôngdùngkhínén,loạidùngkhínéncụcbộ,loạikhiêndùngtoà nbộkhínénv.v…

Theo đà phát triển của đường hầm và công trình ngầm các loại khiên cơ giới càngngày càng nhiều,c á c t í n h n ă n g v à t í n h t h í c h d ụ n g c ủ a k h i ê n đ ư ợ c p h â n t í c h t r o n g b ả n g 1.2

“Nghiêncứuảnhhưởngcủaquátrìnhxâydựngđườnghầmbằngtổhợpkhoanđàohầm(TBM)đếnlún và các công trình trênbềmặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn T h ạ c h Bích –Đại học GTVT

Biệnphápổnđịnhmặtđào Địatầngthích ứng Ghichú Đào bằn gthủc ông

Kíchchechốngbằngtấmch ắntạmthời Đại tầng ổnđịnhhoặcmề m yếu

Vớisựhỗtrợcủ a khí nén,hạ nướcngầm bằnggiếng kimthủ công vàbiệnphápg iacốđịatầng khác

Tấmchắncólỗcụcbộ,đất cóthểlọtvào Đấtsétyếu Khiêndập éptoànbộ

Tấmchắntrướckhôngcó lỗ,đấtkhôngthểlọtvào Bùn Đàonử acơgiới Ngực trần

Khiên có lắp gầu đàonghịchđiềukhiểnbằngt ay Đấtcứngchắc,c ótểtựđứng vững Biệnphápbổtr ợ Khiênquay vòng

Khiênđiềukhiểnbằngtay cólắpmáyđàođámềm Đámềm Đàotoà n bộbằng cơgiới

Biệnphápbổtr Khiêncó ợ cắmdao Kíchđẩytấmchắngiữđất Tầngđấtcứng

Giữa tấm chắn mặt và tấmngăncóbuồngkhínénbù n vànước

Tầng lũ tích,tầngxungtíc h cóchứanước Biệnphápbổtr

Khiên ợ cânbằngápl ựcđất Đảm bảo cân bằng giữa áplựcsảnsinhcủađấtcátgiữatấ mchắnvàtấmngănvới áplựcđịatầngchỗđào

Tấmchắnmặtcómạnglướiô vuông, khối đất đi quamạnglướiôvuôngđònvào khiên

Trên thế giới khiên đào đã được dùng khi xây dựng hầm từ đầu thế kỷ thứ 19, ngàynay khiên đào được dùng rất phổ biến khi thi công hầm đủ dài trong điều kiện phức tạp.Trong thực tế xây dựng hầm người ta sử dụng khiên đào cơ giới hoá (MS), khiên đào báncơ giới (PMS) và khiênđào khôngcơ giới hoá(NMS) Khiên đàoc ơ g i ớ i h o á đ ư ợ c c h i a rathành khiênđào có áp lực cânbằng ở gương đàovà khiênđ à o k h ô n g c ó á p l ự c c â n bằng ởgương đào (MS) Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào phụ thuộc vào dạngvật liệu tạo áp lực ở gương đào được chia ra làm 4 loại: bằng dung dịch vữa sét (MS-S)(Bentonite Slurry Shield- BS Shield hoặc Hyđroshield), bằng đất đã được đào (MS-E)(Earth Pressure Baland Shield) (loại này được chia ra làm hai: chỉ nguyên đất MS-E vàbơm vàođấtd u n g d ị c h v ữ a s é t h o ặ c b ộ t M S -

E D ) , b ằ n g k h í n é n ( M S - A ) ( C o m p r e s s e d Air Shield– CAShield)vàloạihỗnhợp(MS-M)(Mixshield).

Trong điều kiện địa chất, giao thông và mật độ xây dựng ở 2 thành phố lớn củaViệtNam là Hà NộivàTP HCM,khiênđào loại MS-S, MS-Ehay MS-Mđể thic ô n g c á c tuyến hầm đường Metro và hầm đường ô tô đủ dài sẽ hạn chế được sự phá huỷ các ngôinhà,côngtrìnhxâydựnggầnkềvàhệthốngcôngtrìnhgiaothônghiệntại.

Cácvấnđềphátsinhtrongquátrìnhthicônghầm MetrobằngTBM

Khi thi công bằng phương pháp khiên trong địa tầng đất sét mềm và bão hoà, biếndạngcủamặtđấtsảnsinhdọctrụcđường hầm.Nói chungcóthểchialàm 3giaiđo ạn:Mặt đất gồ lên và lún xuống phía trước khiên, lún xuống khi thi công và lún xuống do cốkết.

Thông thường, khi khối đất phía trước bị dồn ép, mặt đất phía trước khiên có phầngồl ê n c h ú t í t N h ư n g khik h ố i đ ấ t t ạ i m ặ t đ ào k h ô n g đ ư ợ c c h e c h ố n g đ ầ y đủ, k h ố i đ ấ t phíatrước kh iê n d ị c h chuyểnxuốngd ư ớ i v à h ư ớ n g r a p h í a sau,dođó m à l à m chomặt đất lún xuống Khi khiên đẩy lên, khối đất hai bên khiên dịch chuyển ra phía ngoài và khivỏ hầm đã thoát ly đuôi khiên, do có khe hở thi công giữa mặt ngoài vỏ hầm và vách đất,mặtđấtsẽc ó mộtlượnglúnkhálớnvàtốcđộlúncũngrấtlớn, đồngthờikhốiđấtha ibênh ầ m l ại d ị c h c h u y ể n h ư ớ n g v à o t â m đ ư ờ n g h ầ m Đ ộ l ú n t r o n g g i a i đ o ạ n n à y l à đ ộ lún thi công, thường hoàn thành trong 1-2 tháng Do khối đất xung quanh đường hầm bịxáođộngtrongquátrìnhthicông,ápsuấtnướclỗrỗngdângcao,sauđótuỳtheoápsuấtlỗ rỗng tiêu tan, địa tầng sẽ phát sinh lún do cố kết chính Sau khi áp suất nước lỗ rỗng cóxuhướngđidầnvàoổnđịnh,khốiđấtvẫnsẽtừbiến,tứclàcốkếtthứsinh,địatầngsẽlún xuống do cố kết thứ sinh Lún cố kết chính và lún cố kết thứ sinh là độ lún trong giaiđoạnthứba đượcgọichunglàđộlúncố kết. Độ lún mặt đất liên quan mật thiết với điều kiện thi công và điều kiện địa chất. Saisót trong thi công luôn luôn dẫn đến các độ lún mặt đất nhiều hay ít như: che chống củakhiên,áplựctạimặtđàocủakhiên,chechốngcókịpthờihaykhông,việcphunvữabị tkhehởđằngsauđuôikhiêncókịpthờihaykhông đềucóthểdẫnđếnsaikhácnhauvềđộ lún.

Do đặc tính cố kết của đất sét mềm và bão hoà sau khi bị xáo động, khi người taxâydựngmộtđườnghầmthứhaiởbêncạnhmộtđườnghầmthứnhấtvừaxâyxong,thìđộl únmặtđấtcủađườnghầmthứhaisẽlớnhơnsovớiđộlúnmặtđấtcủađườnghầmthứnhất và sau khi thi công xong cảh a i đ ư ờ n g h ầ m t h ì đ ư ờ n g t r u n g t â m c ủ a r ã n h l ú n trênm ặ t đ ấ t g â y r a g i ữ a h a i đ ư ờ n g h ầ m s ẽ k h ô n g đ ố i x ứ n g P h ạ m v i l ú n v à l ư ợ n g l ú n phíađườnghầmthứnhấtđềukhá lớn.

Khi thi công bằng khiên, nguyên nhân dẫn đến mặt đất lún xuống có nhiều, songchủyếulà docácloạinguyênnhânsau đây: a Thay đổi trạng thái ứng suất ban đầu của địa tầng:Khi khiên được đẩy lên,ứngs u ấ t đ ẩ y c h í n h d i ệ n l ê n k h ố i đ ấ t l ớ n h ơ n ứ n g s u ấ t n g u y ê n t h u ỷ c ủ a đ ấ t , k h ố i đ ấ t chínhdiệnsẽbịkhiêntácdụngdồnéplàmchokhốiđấtbịdịchchuyểnlênphía trênvàsẽbịvồnglênphíatrướccủakhiên.Dùdồnđấtquánhiềuhoặcquáíthoặcdokhiápsuất đấttrênmặtđàotrởnênlongrờihoặcbịdồnép,làmchoứngsuấtbanđầucủakhốiđấttrên mặt đào và áp suất vữa bùn không ổn định, đều có thể làm cho khối đất trên mặt đàothayđổimàdẫnđếnlàmchomặtđấtlúnxuốnghoặcvồnglên. b Sự thay đổi mức nước ngầm: Trong thi công đường hầm bằng khiên, luôn luônphảidùngbiện pháp hạmực nước ngầm,d o n ư ớ c b ị h ạ n ê n s ẽ s i n h r a l ú n c ố k ế t N ế u dùng giếng kim thì sẽ làm cho độ lún mặt đất đi theo phạm vi mặt trong của phễu hạ mứcnướcngầmcủagiếngkim,lượng lúnvàthờigianlúncóthểliênquanvớitỷsốlỗrỗ ngvàhệsố thẩmthấu. c Phun vữa bịt khe hở sau đuôi khiên đào không đầy đủ: Khi phun vữa bịt kínkhôngk ị p t h ờ i , é p l ư ợ n g v ữ a k h ô n g đ ủ , á p s u ấ t k h ô n g t h o ả đ á n g s ẽ l à m c h o k h ố i đ ấ t xungquanhphía sau đuôi khiênmấttrạngtháicân bằngb a n đ ầ u m à d ị c h c h u y ể n v à o trongkhehởở đuôi khiêntạo thànhsự sụt địatầng,đặc biệt là đốiv ớ i đ ị a t ầ n g n g ậ m nướckhôngổnđịnhkhiáplựcvữa bịtkínkhehởđuôikhiên khôngđầyđ ủsẽlàmchođịatầngbị sụtdẫn đếnlúnsụtmặtđất. d Biến dạng của vỏ hầm: Sau khivỏ hầm thoát lyk h ỏ i đ u ô i k h i ê n x o n g , á p l ự c đấtvànước tácdụnglênvỏhầmlàmchovỏh ầ m phátsinhbiếndạng, c ũn g cóthể dẫnđếnlàmcholúnxuốngmộtít. đ.Cốkếtcủakhốiđấtbịxáođộng:Khối đấtxungquanh khiênbịxáođộngsauk hi khiên thi công xong sẽ hình thành khu siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đườnghầm của khiên, khi khiên đi khỏi địa tầng xong, do ứng suất bề mặt của khối đất đượcphóng thích, siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đường hầm sẽ hạ xuống, nước lỗ rỗngthoátradẫn đếntầngđấtdịchchuyểnvàmặtđấtsụt xuống.

Thi công đường hầm luôn gắn liền với nguy cơ xảy ra sự cố kỹ thuật cao, do sự biến đổibấtthườngcủađiềukiệnđịachất,thủyvăn,mựcnước,côngn g h ệ t h i c ô n g p h ứ c tạp…

Sự cố kỹ thuật xảy ra khi xây dựng đường hầm thường để lại hậu quả rất lớn như:Chậmtiến đ ộcủa dự á n ; Ản hh ư ở n g đ ến cáccô ng tr ìn h xâyd ự n g l â n c ậ n ; Ản hh ưởngđến an toàn cho con người; Chi phí khắc phục sự cố rất lớn;Ả n h h ư ở n g đ ế n c á c v ấ n đ ề dân sinh…Các sự cố xảy ra trong xây dựng công trình ngầm thành phố trên thế giới donhiềun g u y ê n n h â n k h á c n h a u , t r o n g m ọ i k h â u c ô n g t á c t ừ k h ả o s á t , t h i ế t k ế đ ế n t h i công.Mộtsốsựcốxảyrakhithi côngcôngtrìnhngầmtrênthếgiới.

Tuyến tàu điện ngầm U1 được kéo dài để khai thác khu hội chợ nằm tại phía đôngMuenchen.Mộtđềnghịđặ c biệt củacác nhàthầulà nênđào đườnghầmphíadưới lớpsét cách nước, để không gây ảnh hưởng đến khối nước ngầm phía trên Sau khi bắt đầucôngt á c đ à o đ ã x ả y r a h i ệ n t ư ợ n g s ậ p l ở t ạ i m ộ t g ư ơ n g C á c t h ợ đ à o h ầ m k h ô n g c ò n khốngchế được nước vàđ ấ t đ á s ậ p v à o h ầ m T r ê n m ặ t đ ấ t , g ầ n n g ã t ư đ ư ờ n g p h ố đ ã xuấthiệnnhanh mộtphễu lúnsụt,cũng bịnướcậpvàonhanh.Mộtxe buýt,đa ngđứngchờ tại ngã tư, không kịp chạy ra khỏi khu vực sập đất và bị tụt xuống phễu lún Ba hànhkhách đã bị chết “đuối” Để khắc phục, nhà thầu đã tiến hành thi công một vòng tườngvây quanh bằng cọc khoan nhồi và đào xúc đất phía trong thận trọng Khi đào, người tapháthiện rằng chiều dàylớp đáphấn(Mergel) nằmgiữahailớpcuộichứa nước, m ỏnghơn so với trong tài liệu thiết kế Ngoài ra các khe nứt trong đá phấn chứa cát đã dẫn đếnhiện tượng thấm nước và đó là nguyên nhân của sự cố Sau đó tuyến hầm được thi côngbằngcáchsửdụngphươngphápbuồngkhínén.

Hình 1.10:Hiện tượng sập lở tại một gương khi thi công hầm tại thành phố

Muenchen(Munich),Đức,1994 1.2.3.2.2 Tàu điện ngầmtại Đài Bắc,Đài loan, 1994/1995

Vàonăm1990,c ó nămtuyếncủa hệthốngtàu điệnngầmcủathànhphố ĐàiBắcđược tiếnhànhxây dựng.Thoạtđ ầ u đ ư ờ n g h ầ m đ ư ợ c t h i c ô n g b ằ n g m á y k h i ê n đ à o c â n b ằ n g áp lực đất, trong đất sét mềm.Trong khi khởiđ ầ u đ à o v à k h i k ế t t h ú c đ i r a c á c g i ế n g v à cácgađãgâyrasậplởhầmvàonhữngnăm1994và1995.Cácsựcốnàyđãgâyrathiệthạilớ nvề kinh tế và gâyra hư hỏngcác ngôinhà lânc ậ n N g o à i r a m ộ t s ố m á y k h i ê n đàophảibỏlạitronglòngđất.

Nguyên nhân của phần lớn các sự cố là do các khối bê tông nén ép (khối bê tông sử dụnglàm tấm đệm để kích đẩy máy khiên đào), tại các tường của giếng và các hào thi công ga,đãđược thicông không đảm bảo kỹ thuật Đúng ra cáctấm này phảiđảm bảoa n t o à n trongkhiđẩycácđầukhiênvàovàra.Cáckhốibêtôngđặcnàyđãchothấykhông đủkín nước, vì chất lượng kém vì thế nước và vật liệu đã xâm nhập vào tường và gây ra sậplở.

Côngtáckhắcphụcđãgặpnhiềukhókhănvàgâynhiềuthiệthạivềkinhtế.Ngườitađãsửdụn gnhiềugiảiphápkhácnhau,nhưkhoanphụt, đóngbăngvàcảphươngpháp đàosửdụ ngbuồngkhí nén.

1.2.3.2.3 Tàu điện ngầm (MRT) Singapore 2004

Tại Singapore, ngày 20/4/2004 đã xảy ra một vụ sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT).Phương pháp đào hở được sử dụng để thi công cho tuyến mới hệ thống tàu điện ngầmSingapore Hốđào rộng15m và sâu3 3 m t ạ i k h u v ự c đ ấ t v e n b i ể n

P h ư ơ n g p h á p p h ụ t vữađượcdùngđểgiacố.Tầng1cáchmặtđất28,5mvớiđộdày1,5m.Tầng2độdà y3mở độ sâu 33,5m Thép chống với khoảng cách 4 - 5m theo phương ngang và 3m theophương đứng Có 9 thanh chống thép đã được thi công khi sự cố xảy ra Các vết nứt bấtthường và các tiếng động được phát hiện từ sáng Tiếng gãy lớn nghe thấy 15 phút trướckhisựcốsậphầmxảyra.Hầmsậpvớibềrộng100mx130m,ởđộsâu15m.

Nguyênnhânsự cốnày là: Thiết kế sai tại các mối nối củathanhchống thép trongh ệ thống chống; Phương pháp phần tử hữu hạn thiếu chính xác; Thiếu các bước kiểm địnhthiết kế; Thiếu các phương án đánh giá và xử lý tại hiện trường khi các sự cố cho tườngchắnđ ư ợ c p h á t h i ệ n c ũ n g n h ư đ ộ c h u y ể n v ị n g a n g l ớ n đ ư ợ c g h i n h ậ n ; C h ấ t l ư ợ n g t h i côngkém;Hệthốngquantrắckém;Hệthốngphòngchốngrủirokémhiệuquả.

1.2.3.2.4 Hố sụt hình thành ởđường Tannery do công trìnhtàu điện ngầmBengaluru Chỉmộ ttháng rưỡisaukhi mộtgiađình phảisơtánkhỏinhàcủa họởShivajinagar dotrụctrặc đườnghầmtàuđiệnngầm,mộthốsụtđãđượchìnhthànhbêncạnhmộttòanhàtrênĐ ư ờ n g T a n n e r y c ủ a B e n g a l u r u v à o k h o ả n g 7 h 3 0 s á n g t h ứ N ă m , n g à y 3 0 t h á n g 9 , năm2021khiếnmột giađìnhkhácphảisơtán.Hốsụtcá ch gatàuđiệnngầmVenkateshpuraUGkhoả ng100mvềphíagatàuđiệnngầmđườngTannery,nơimáyđàohầmTBMthicôngtuyếnMetroBengaluruđanghoạtđộng.

Trướcđóvàotháng8,mộtsựcốkhácđãxảyradohoạtđộngkhoanđườnghầmcủatàuđiệnng ầmNammag ần Sh iv aj in ag a r Vàong ày 13t há ng 8,m ộ t ngôi n h à bịngập trong nướcvàbùnsaukhinóphuntràolênkhỏimặt đấtdoáplựccủaTBMlênnềnđấtyếugần nhà.

1.2.3.2.5 Tuyến tàu điện ngầm mớiở Sao Paulo, Brazil, ngày1 tháng 2năm 2022

SAO PAULO,ngày1 tháng 2(Reuters) - Mộtphần củađường cao tốcchínhđ ã b ị s ậ p phíatrênmộtcôngtrườngxâydựngởthànhphốSaoPaulocủaBrazil.Tuyếnđườngdà i15 km (9 dặm) theo kế hoạch, một trong những dự án cơ sở hạ tầng lớn nhất đang đượctriểnk h a i ở M ỹ L a t i n h , s ẽ n ố i q u ậ n B r a s i l a n d i a ở p h í a b ắ c S a o P a u l o đ ế n t r u n g t â m thànhphố.Hìnhảnhtrêntruyềnhìnhchothấymộtlànđườngcủađ ư ờ n g c a o t ố c Marginal Tiete khoét sâu vào một hố mở rộng cùng với vị trí xây dựng đường hầm dướicon sông gần đó cho Tuyến số 6 Nhà điều hành tàu điện ngầm bang Sao Paulo cho biếttrên trang web của họ rằng các đường hầm được đào cho dự án tàu điện ngầm mới đã bịngậplụt.

Hình1.12:Mộtphầncủađườngcaotốcbịsậpphíatrêncôngtrườngxâydựngđườnghầmch otuyếntàuđiệnngầmmớiởSaoPaulo,Brazil,ngày1tháng2năm2022.

CÁCNGHIÊN CỨU ĐÁNHGIÁ TÁCĐỘNGẢNH HƯỞNGCỦAVIỆC

Những tác động của việc xây dựng đường hầm và Metro đến công trìnhtrênmặtđất

Nói chung, các dạng công trình khác nhau sẽ chịu tác động của máng lún theo cácdạng khác nhau Kinh nghiệm cho thấy, các công trình bằng gạch đá sẽ chịu biến dạngbằngvới biến dạng của đất mà chúngđ ư ợ c đ ặ t t r ê n V à đ i ề u n à y c ũ n g x ả y r a v ớ i p h ầ n lớncáccôngtrìnhđượcđặttrêncácmóngđơn.

Ngược lại,n h ữ n g c ô n g t r ì n h x â y d ự n g g ầ n đ â y b ằ n g v ậ t l i ệ u b ê t ô n g c ố t t h é p , c ó kết cấu được tăng cường chắc chắn sẽ có biến dạng ngang nhỏ hơn đất đá ở móng.Đ ộ cứng chống uốn của những công trình này chính là nguyên nhân làm giảm biến dạng củachúngsovớibiếndạngcủa đấtđá,đặcbiệtlàtrong trườnghợpsử dụngc ác móngli êntụcnhưmóngbăng,móngbè. Độ cứng của kết cấu càng lớn thể hiện sức kháng cắt càng lớn và dẫn đến có xuhướng bị nghiêng lệch nhiều hơn là bị cong vênh Đặc điểm này phụ thuộc vào chiều caocôngtrình (số tầng), số lượnglỗ khoanđào vàkiểucông trình (tườngb ê t ô n g h a y d ầ m haycộtchống,…).

Khoảng cách giữa công trình và máng lún ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự dịch chuyểncủacông trình (dãndài và uốn cong quac h ỗ l ồ i c ủ a m á n g l ú n , h a y n é n v à v õ n g x u ố n g quachỗlõm),

Năm 1974, Burland & Wroth[02]đ ã c h ỉ r a r ằ n g , c á c d ấ u h i ệ u đ ể n h ậ n b i ế t v à c á c h x á cđịnhbiến dạngcủa côngtrình là rấtphong phú.H a i ô n g đ ã đ ề x u ấ t 9 t h ô n g s ố m à d ự a vàođócóthểđịnhnghĩabiếndạngcôngtrình.Cácthôngsốnàyđượcthểhiệntrê nhình

1 Lún là chuyển vị thẳng đứng tại một điểm Giá trị dương chỉ ra rằng sự dịchchuyểnlàtừtrênxuống(Hình a)

2 Lún không đều hay lún tương đốiS v là độ chênh lệch giữa hai giá trị độ lún(Hìnha)

5 Độv õ n g t ư ơ n g đ ố i đ ể h i ệ n c h u y ể n v ị t ư ơ n g đ ố i l ớ n n h ấ t c ủ a đ ư ờ n g t h ẳ n g n ố i haiđiểm chuẩnvớikhoảngcáchL Giá trịdương thểhiệnc ô n g t r ì n h b ị l ú n xuống(Hìnhb).

6 Tỷ lệ độ võngDRđược định nghĩa là thương số của độ võng tương đối và chiềudàitươngứng:DR L(b).

7 Độ nghiêng là góc quaytuyệt đối của toàn bộ kết cấu hoặc của một bộ phậnd ễ xác định của kết cấu Giá trị này khó xác định vì kết cấu thường đã tự uốn (Hìnhc).

8 Góc quay tương đối hay biến dạng góc là góc quay của đường thẳng nối haiđiểmchuẩnvớimặtnghiêng(Hìnha).

Phânloạihưhỏngcủacáccôngtrìnhlâncậndolúnbềmặt

Mức độ hư hỏng của công trình gần khu vực đào hầm, đặc biệt là các kết cấu gạch đá,mangtínhchấtngẫunhiênnhiềuhơn Vìthế,phươngphápđượcsửdụngđểnghiêncứ uhư hỏng của công trình là đưa ra các ngưỡng giới hạn Khi một đặc tính nào đó của côngtrìnhv i p h ạ m mộ t t r o n g c á c n gư ỡn g n à y , n gư ời k ỹ sưsẽdựavào đó v à đ án h g i á đ ược mứcđộhưhỏngcủanó.TheoBurlandvàcácđồngnghiệp(1977)[03],hưhỏngcủacác côngtrìnhgầnkhuvựcthicônghầmđượcphânlàmbaloạichính:

Hưhỏngchứcnăng,cóthểdẫnđếntrụctrặctrongquátrìnhkhaithác,sửdụng;Pháhủykết cấu,tácđộngđếnổnđịnhcủa côngtrình.

Burlandvàđồngnghiệp(1977)đãchứngminhrằng,cácvếtnứtquansátđượccủacôngtrìnhbắ tđầuxuấthiệnkhicácbộphậncủacôngtrìnhnghiêngkhoảng1/250theophươngngangvàph ươngthẳngđứng.Khiđộnghiêngđạttới1/100và/ hoặctỷlệđộvõnglà1/250,vếtnứtcóthểnhìnthấydễdàng.Tuynhiên,họcũngchỉrathằng,các hưhỏngnhìnthấytươngđốikhóđểxácđịnhsốlượngvìnóphụthuộcnhiềuvàoquanniệmchủqu an.

Quantrắcchuyểndịchnềnm ó n g nhàcaotầngtrong g ia iđoạnthicôn gmóngvàtầnghầm

Công tác quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng vàtầng hầm chủ yếu là quan trắc trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầnghầm Các hướng nghiên cứu là xác định nội dung quan trắc Nội dung quan trắc thườngđược nêu trong các tiêu chuẩn thiết kế, thi công hoặc quản lý Ví dụ, theo JGJ 120

- 99[04], nội dung quan trắc trong quá trình thi công hố đào bao gồm: quan trắc chuyển dịchtheo phương ngang của kết cấu chống giữ; biến dạng của đường ống ngầm và công trìnhxung quanh; mực nước ngầm; nội lực trong cọc, tường; lực kéo trong đất; lực dọc trongthanhchống; biếndạng trụđứng;độlúntheochiều sâucủacáclớpđấtvàđộtrồiđ ấtởđáyhốmóng;áplực ngangtrênbềmặtkếtcấuchốnggiữ.

Phântíchđánhgiákếtquảquantrắcchuyểndịch nềnmóngvàtầnghầmnhàcaotầng

Trong quan trắc biến dạng nền móng và tầngh ầ m n h à c a o t ầ n g , c á c h ư ớ n g n g h i ê n c ứ u chủyếutậptrungvàonângcaođộchínhxácquantrắc,nângcaomứcđộtincậycủagi átrịq u a n t rắ c vàphân tí ch số liệu q ua nt rắ c nhằmkiểmsoát sựcốcó th ể xảy ra đố i với công trìnhvà côngt r ì n h l â n c ậ n P E r i k M i k k e l s e n

( 2 0 0 3 ) đ ã n g h i ê n c ứ u p h â n t í c h d ữ liệu để nâng cao độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng thiết bị Inclinometer [05].Christian Moormann(2004) dựa trên kết quả quan trắc 530c ô n g t r ì n h h ố đ à o s â u t r o n g đất mềm yếu, đề xuất giá trị cảnh báo và giá trị giới hạn về chuyển dịch ngang của tườngvà chuyển dịch đứng của đất lân cận hố đào, dùng chúng để kiểm soát và phòng ngừanhữnghưhạicóthểxảyrađối vớicôngtrìnhởgầnhốđào

Sự cố công trình thực tế về hố móng sâu được phân tích dựa trên kết quả quan trắc đượcthiếtkếvàlắp đặttrướckhithicông tầng hầmvàbổsungkịpthờitrongquátrìnhd iễnbiến sự cố Phương pháp kiểm soát sự cố khá chủ động nhờ phân tích một cách khoa họccáct h ô n g t i n t ừ q u a n t r ắ c [ 5 3 ] R i c h a r d N H w a n g , Z a - C h i e h M o h and C H.

Wang (2007)đã chỉ ra rằng: biếnđộngđiểmđáycủaố n g I n c l i n o m e t e r l à khôngthểtránhkhỏi,thậmchíkểcảkhiđ áyốngđượclắpđặttrongtầngcuộisỏi.Trongđochuyểndịchngangbằngcáchápdụngcác điểmđáyốngnhưđiểmthamchiếucóthểsẽ là sai lầm Các điểm ở phía trên của ống dẫn hướng cần được theo dõi để đọc, có thểđược hiệu chỉnh cho phù hợp [06]A.Rahman, M.Taha (2005), Inclinometers là nhữngcôngcụtốtđểđolườngvàquantrắcsựbiếndạngngangcủađấtdođàođắp.Tuynhi ênốngd ẫ n h ư ớ n g s ử d ụ n g p h ả i đ ủ s â u đ ể c ó đ ư ợ c k ế t q u ả đ á n g t i n c ậ y V ì l ý d o n à y ố n g dẫn hướng Inclinometers lắp đặt bên trong tường vây phải được lắp đặt ít nhất là đến hếtchiềusâubứctườnghoặcthậmchísâuhơn.Đólàkhuyếncáođểlắpđ ặ t c á c Inclinometers nhằm thực hiện các mô hình phân tích chính xác hơn về thông số chuyểndịchb i ế n d ạ n g c ủ a đ ấ t b ê n n g o à i c ủ a b ứ c t ư ờ n g n g ă n h o ặ c c h o t i ê u c h u ẩ n t h i ế t k ế t ố t hơn.[04]

Cáccôngtrìnhnghiêncứutrongnướcvềbiếndạng,lúncáccôngtrìnhđôthịxu ngquanhkhuvựcthicôngMetro

Ởnước ta cuối những năm 1980v i ệ c q u a n t r ắ c b i ế n d ạ n g c á c c ô n g t r ì n h x â y d ự n g đ ã được nhiều ngành quan tâm Điều đó xuất phát từ một thực tế là ngày càng có nhiều côngtrình xây dựng đòi hỏi độ chính xác cao trong thi công xây lắp và phải đảm bảo một yêucầu nghiêm ngặt trong khai thác và vận hành chúng Các số liệu đầy đủ chính xác về sựbiến dạng của công trình là những tài liệu hữu ích quan trọng Dựa vào các số liệu nàychúng ta khôngchỉ khẳng định được độ an toàn,bền vững của công trìnhm à c ò n c h o phép đưa ranhữngdự đoánvềđ ộ b i ế n d ạ n g c ủ a c ô n g t r ì n h t r o n g t ư ơ n g l a i , g i ú p c h o công tác nghiên cứu và xử lý các sự cố của công trình như lún, nghiêng, chuyển dịch mộtcáchhợplývềkhoahọccũngnhưhiệuquảvề kinhtế.

Năm 1985 đã có tiêu chuẩn TCVN 3972:1985 “Công tác trắc địa trong xâydựngcôngtrình”[0 8] đãn ói đế n quantrắc biếndạng công t rì nh T ừ đ óđếnn ay đãc ó nh iề uc ôn g trìnhnghiêncứukhoahọccáccấp,mộtsốluậnán,luậnvănnghiêncứuvềquantrắ cbiến dạng công trình để hoàn thiện công tác quan trắc công trình, đáp ứng được yêu cầu quantrắcđốivớicáccôngtrìnhcụthể.

Quy trình công nghệ quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã được tác giả TrầnKhánh(1991) thểhiện trong báocáo đề tài nhánh củađềt à i c ấ p n h à n ư ớ c 4 6 A - 0 5 - 0 1 [09].

Nghiêncứuvềthiếtkếlướivàxửlýsốliệuquantrắcbiếndạngcôngtrình: Để mạng lưới quan trắc biến dạng đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và yêu cầu vềthời gian thì hệ thống lưới quan trắc cần được thiết kế tối ưu.Về mặt thiết kế tối ưu lướiquantrắcchuyển dịchbiến dạngcôngtrình đã có côngtrình nghiêncứu củat á c g i ả Nguyễn Quang Phúc (2006) Trong công trình nghiên cứu này đã trình bày đầy đủ về đặcđiểmcôngtácthiếtkếhệ thốnglướiquan trắcchuyểndịchb i ế n d ạ n g c ô n g t r ì n h v à nhữngk ế t q u ả n g h i ê n c ứ u t h i ế t k ế t ố i ư u l ư ớ i q u a n t r ắ c b i ế n d ạ n g c ô n g t r ì n h t r ê n m á y tính điện tử Các nghiên cứu cũng cho thấy, việc thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạngtrênmáytínhđiệntửlàđơngiảnvàhiệu quả[10].

KẾTLUẬNCHƯƠNG1

Metro là loại hình giao thông công cộng rất phổ biến và vẫn ngày càng phát triển tạicác đô thị trên Thế giới Vì vậy xây dựng các tuyến Metro tại các đô thị lớn ở Việt Namnhằm giải quyết các vấn đề giao thông đô thị là một nhu cầu khách quan và cần thiết tạithời điểm này Chúng ta thấy rằng khi thi công tuyến hầm Metro ngầm chìm bằng côngnghệTBMrấtphùhợpvàhiệuquảvớicácđôthịlớnvớimậtđộdâncưđôngđúc,kiến trúc phức tạp và phong phú như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên mặc dù thi côngvớic ô n g n g h ệ h i ệ n đ ạ i c ũ n g k h ô n g t r á n h k h ỏ i n h ữ n g t á c đ ộ n g t i ê u c ự c l ê n b ề m ặ t t h ể hiện qua hiện tượng biến dạng và lún bề mặt trong quá trình thi công Điều này tác độngkhôngnhỏđến những côngtrình xây dựng hiệnhữu trên mặtđất Thựct ế c ũ n g đ ã g h i nhận nhiều hiện tượng lún sụt trên mặt đất khi thi công các tuyến Metro trên thế giới.Dođón g h i ê n c ứ u d ự b á o , đ á n h g i á v à k i ể m s o á t đ ư ợ c h i ệ n t ư ợ n g l ú n t r ê n b ề m ặ t d o q u á trình thi công xây dựng tuyến Metro ngầm chìm là vấn đề cấp thiết mà bất kỳ chủ đầu tư,nhà thầu xây dựng và các nhà quản lý đặc biệt quan tâm Trên thế giới cũng có rất nhiềunghiêncứuvề hiện tượnglúnbềmặttrong quátrình thi côngđ ư ờ n g h ầ m b ằ n g T B M được công bố, tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ TBM nhằm giảm thiểu ảnhhướngt á c đ ộ n g l ê n b ề m ặ t t r o n g q u á t r ì n h t h i c ô n g t h ì c á c n g h i ê n c ứ u v ề v ấ n đ ề n à y cũng cần được liên tục nghiên cứu cập nhật và bổ sung đặc biệt là nghiên cứu áp dụngtrongđiềukiện Việt Nam,

PHÂNT Í C H V À D Ự B Á O L Ú N M Ặ T Đ Ấ T B Ằ N G P H Ư Ơ N G P H Á P LÝTHUYẾT

Phươngp h á p n g h i ê n cứulýthuyếtcủaSagaseta(1987),VerruijtvàBooker( 1996),GonzalezvàSagaseta(2001)

Sagaseta (1987)[11]trình bày giải pháp tổng quát hóa trong đất không cố kết,khôngthoát nước,đẳnghướngvàđồngnhất.Đất đượcmô hình nhưv ậ t l i ệ u đ à n h ồ i tuyến tínhvới công nghệả n h ả o v à k ế t q u ả t ừ b á n k h ô n g g i a n đ à n h ồ i đ ể t í n h t o á n s ự dịch chuyển đất bề mặt Thể tích đất mất mát không thoát nước ở một độ sâu hữu hạn làkhônggianvô hạn đượcđánh giá là do chiết giảm thể tích khi đào hầm bỏq u a t á c đ ộ n g của đất trên bề mặt, với điều kiện là không nén được và chuyển vị hướng tâm có hình cầuđốixứngtrục.

Verruijt và Booker (1996)[12].trình bày một phương pháp phân tích cho đườnghầmtrong không g i a n đ à n h ồ i đồ ng nhất, s ử dụng phương p h á p gầnđ ú n g t h e o đền g h ị củaSagaseta (1987).

Công thức được đưa ra bởi Verruijt và Booker là sự tổng quát của phương phápSagasetatrongđó:

- Công thức tính biến dạng bề mặt cho trường hợp đất không nén được và có hệ sốPoissonbấtkỳ.

- Baog ồ m ảnh hưởngcủaovalisat ion ( đ ư ờ n g hầmmởhình o va l) t r o n g th ời gi an dài.

2.1.2 Phương pháp nghiêncứulý thuyếtcủa Leeet al (1987), Rowe và Lee (1992)

chiềudàyđuôimáyđào;:khoảnghởbắtbuộcđểlắpđặtvỏhầm.u * :biếndạ ngđànhồidẻotươngđươngtại mặtgươngđào.

K0’:hệsốáplựccóhiệucủađấttạibềmặtgươngởtrạngtháinghỉ.Pw’:ứngsu ấtcó hiệuthẳngđứngtạibiênhầm.

(1990)đưa rabiểuthứcxácđịnh c h u y ể n v ị trênmặt phẳngđàn hồidẻocủabiênhầmU in h ưsau:

R:bánkínhđườnghầm,Eu:modunYoungkhôngthoátnước.cu:sứ ckhángcắtkhôngthoátnướccủađất,N:hệsốổnđịnh.

GiátrịMin(0,6Gp;1/3Ui)đượcchọnlàmgiátrịcủaLeeetal.1992)Giátrịcủa

2.1.3 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Loganathan và Poulos (1998)

[ 1 4 ] s ử a đ ổ i p h ư ơ n g p h á p c ủ a V e r u i j t v à B o o k e r bằng cách kết hợp điều kiện biên thực tế, khối chuyển dịch thể hiện tronghình

1.7.Mộthìnhb ầ u dục đ ã đ ư ợ c g i ớ i t h i ệ u t rê n đ ỉ n h đ ư ờ n g h ầ m v ì m ấ t m á t t h ể t í c h x ả y r a ở cá c giaiđoạnkhácnhautrongquátrìnhđàohầm.

Dựat r ê n k h o ả n g h ở h ì n h b ầ u d ụ c h ì n h t h à n h x u n g q u a n h đ ư ờ n g h ầ m , n g ư ờ i t a ướctínhrằngkhoảng 75phần trămchuyểnđộngmặt đấtdọc xảyra.Hình2.1c hothấykhu vực ảnh hưởng của khối chuyển dịch thẳng đứng Trong đất cát, góc giới hạn β đượcđịnhnghĩalà(45°+φ/2),trongđóφ=gócmasáttrongcủađấtcát. Đối với đất sét mềm đến cứng, β có thể được giả định là 45° dựa trên quan sát củaCording và Hansmire (1975) Nghĩa là, nó được giả định rằng đất chuyển dịch xảy ra chủyếu trong góc (45° + φ/2) giữa mặt đất và đường hầm Ước tính rằng độ lớn của chuyểndịch ngang là khoảng một nửa của chuyển động thẳng đứng trên đỉnh đường hầm

Page44(gây ra75 phần trăm của sự chuyển động mặt đất vào vòng tròn trên của khoảng cách hình ovalxungquanhđườnghầm).

Uz=0:chuyểnvịthẳngđứngtạibềmặtđất,Uz:chuyểnvịthẳngđứngtạiđộsâuz.Ux: c h u y ể nvị ngang, R:đườngkínhđườnghầm. z:độsâutínhtoántínhtừbềmặtđất,H:độsâuđặthầm,hệsốPoisson.

Những phương trình này cho phép tính toán nhanh chóng của biến dạng mặt đất vàyêu cầu ước tính giá trị của hệ số Poisson (ν) của đất Hệ số Poisson gián tiếp thể) của đất Hệ số Poisson gián tiếp thể hiệnnhững đặc điểm của hệ số áp lực đất bên (k 0 ) giá trị của đất Các giá trị của k0 được ướctínhtừcácmốiquanhệđượcthểhiệntrongphươngtrình: k 

Phươngp h á p n g h i ê n c ứ u l ý t h u y ế t c ủ a L e e e t a l ( 1 9 8 7 ) , R o w e v à L e e (1992) 30 2.1.3 PhươngphápnghiêncứulýthuyếtcủaLoganathanvàPoulos(1998)

PHÂNT Í C H V À ĐÁNHGIÁL Ú N THEOP H Ư Ơ N G PHÁPK I N

PhươngphápnghiêncứukinhnghiêmMacklinvàField(1999)

Macklin và Field (1999) [15]dựa vào số liệu thực tế với đường hầm đường kính2,8m trong đất sét London cho biết quan hệ thay đổi giữa áp lực đất thứ cấp và biến dạnglúnbềmặtvớitốcđộđàohầm.Ởtrườnghợpnàythìcóđến70%biếndạnglúnbềmặ tđất tại mặt cắt vuông góc xảy ra khi đuôi khiên đào đã vượt qua, trong suốt quá trình lắpđặtvỏvàbơmvữa.

%:phầntrămthểtích mấtmá t tổng thểsovớidiêntíchmặtcắt ngang hầm.

Có thể nói mức độ mất mát thể tích đất đá phụ thuộc vàor ấ t n h i ề u y ế u t ố c h ủ quan và khách quan,c á c s ố l i ệ u t h ự c t ế c ủ a c ô n g t r ì n h c ụ t h ể c h ỉ n ê n s ử d ụ n g đ ể t h a m khảotr ướ c k h i n g h i ê n cứ u ả n h h ưở ng n à y ch om ột c ô n g t r ì n h m ớ i V ì v ậ y , m ộ t s ố t ác giảđ ã đ ư a r a c á c c ô n g t h ứ c đ á n h g i á ả n h h ư ở n g l ú n b ề m ặ t đ ấ t d ự a v à o c á c s ố l i ệ u đ o đạc thực tế kết hợp với việc mô hình hoá bài toán bằng phương pháp PTHH hoặc giảitích có thể cộng thêm các kết quả thí nghiệm để đưa ra các công thức dạng bán kinhnghiệm.

Phươngphápnghiêncứubánkinhnghiêm củaMairvàTaylor(1993)

QUAN TRẮC - SO SÁNH KẾT QUẢ QUAN TRẮC LÚN BỀMẶT DỌC ĐOẠN TUYẾN NGẦM DỰ ÁN XÂY DỰNG TUYẾN METROSỐ 1 BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN VỚI KẾT QỦA TÍNH TOÁN THEO LÝTHUYẾT

GIỚIT H I Ệ U C H U N G V Ề D Ự Á N V À Đ O Ạ N T U Y Ế N M E T R

013,t h e o đi ều chỉnhq u y h o ạ c h giaot hô ng nă m 2007, h ệ thống đ ư ờ n g sắtđôthịđãc ónhững thayđổi đángkể:Cụthể,đếnnăm2030,Thành phốHồChí Minhsẽcó8tuyến Metro

Hướng tuyến: Bến Thành (tại Quãng trường Quách Thị Trang) – Lê Lợi – NguyễnSiêu – Ngô Văn Năm – Tôn Đức Thắng – Ba Son – Nguyễn Hữu Cảnh – Văn Thánh –ĐiệnBiên Phủ–cầuSàiGòn– xalộHàNội.

 Tổngchiềudài:khoảng19,7km(2,6kmđingầmvà17,1kmđitrêncao).

Dự án có 03 gói thầu chính:Xây dựng đoạn đi ngầm; Xây dựng đoạn đi trên cao,đoạn depot và Mua thiết bị cơ điện, đường ray, toa xe Trong đó gói Xây dựng đoạn đingầmbắtđầutừGasố1tạikhuvựcvòngxoayQuáchThịTrangtrướcchợBếnThành đingầmdướiđườngLêLợigồm2tuyếnđườnghầmđơnchạysongsong,từngãtưLêLợ i – Pasteur chuyển sang chạy trùng tim (hầm trên, hầm dưới) đi qua bên hông Nhà hátthành phố, qua trụ sở Công ty Điện lực

Sài Gòn, theo đường Nguyễn Siêu, qua

FAFILMđếnkhuvựcnhàmáyBaSon.Từsaugasố3(gaBaSon),tuyếnchuyểntừđingầmsan gđitrêncao.

Trong đoạn ngầm có 03 nhà gag ồ m : N h à g a T r u n g t â m B ế n T h à n h t r u n g c h u y ể n giữacáctuyếnsố1,số2,số3avàsố4hiệnđangchuẩnbịthicông,GaNhàhátT hànhphố kết cấu gồm 4 tầng hầm, dài 190m, rộng 26.67m, sâu 30.44m, sử dụng công nghệTop-Down để thi công; Ga Ba Son gồm 2 tầng hầm,dài 290m,r ộ n g 3 4 9 5 m , s â u

1 7 4 m , sửdụngbiệnphápthicôngđàomởdùngtườngbêtôngcốtthépvàhệKingPos tđểgiữổnđịnhhốđào;KếtnốigiữagaNhàHátThànhphốvàgaBaSon2là02hầmđơn,kế tcấu bê tông cốt thép, đường kính trong 6.05m, đường kính ngoài 6.65m, công nghệ thicônglàsửdụngmáyđàoTBM.

Hình3.3Phốicảnh3DĐoạntuyếnMetrođingầm. Đặcđ i ể m b ì n h d i ệ n t u y ế n đ ư ờ n g s ắ t đ ô i ở đ o ạ n đ i n g ầ m : T ừ g a s ố 1 ( g a B ế n T h à n h ) tuyến đi theo đường Lê Lợi gồm 2 tuyến đường hầm đơn khổ 1.435mm chạy song songnhau, khoảng cách giữa 2 tim đường là 8,8m Từ Km 0+534 hai tuyến ngầm chạy songsongt r ù n g tim (hầmtrên, h ầ m dưới)đến K m 1+123 h a i h ầ m từc h ạ y t r ù n g t i m c huyển sangchạysongsongngangnhau,khoảngcáchgiữa2timđườnglà13m.TừsauNh àgasố3( ga B a So n) , t u y ế n c hu yể nt ừ đ i n g ầ m s an g đ i t r ê n cao tạ i K m 2 + 2 6 0 Đo ạ n c h ạ y songsongtrùngtim(hầmtrên,hầmdưới)làđểvòngtránhNhàhátthànhphốvàbãiđậu xe ngầm phía sau Nhà hát thành phố, tòa nhà Điện lực 2, khu chung cư số 5 Nguyễn Siêuvà một số công trình tại khu vực này Đoạn hầm từ nhà ga Nhà hát thành phố đến nhà gaBasondài781msẽđượcthicôngbằngbiệnphápdùngmáyđàoTBM.

QUÁTRÌNHTHICÔNGTUYẾNNGẦMVÀCÔNGTÁCQUANTRẮCLÚ NBỀMẶTVÀBIẾNDẠNGCÁCCÔNGTRÌNHĐÔT H Ị TRÊNBỀMẶT

Trong quá trình thi công hầm, dựa vào phương pháp thi công, chu kỳ kiểm soát tiếntrình đào hầm, đồ án thiết kế sơ bộ ban đầu sẽ được cập nhật liên tục tại hiện trường. Cáckếtquảquantrắcchophépchúngtadựbáođịnhtínhđiềukiệnđịachấtkhốiđấtđánằmở phía trước gương hầm,đánh giá đượcq u á t r ì n h d ị c h c h u y ể n c ủ a k h ố i đ ấ t đ á x u n g quanhhầm,giảiphápchốngđỡchomộtđoạnhầmtiếptheokhicầnthiết.

Theot ầ n suất q u a n trắc đ o đ ạ c t r o n g q u á t r ì n h t h i c ôn g h ầ m cô ng t á c q u a n t r ắ c đ o đạcđượcphânbiệtthành2loại:

Côngtác quan trắc đođạc thườngxuyên phụcvụ cho quảnl ý t h i c ô n g h ằ n g n g à y Đó là các nội dung đo đạc có liên quan đến trạng thái đất đá và hang đào, nhằm mục đíchthuthập số liệu để đá nh gi á pháthiện cáctình trạngb ấ t thường củ a đấtđá xungqu anh hangđào,vàkếtcấuchốngđỡhầmcũngnhưđộổnđịnhcủachúng.Côngtácquantrắcđo đạcthườngxuyênđượctiến hànhvớimộtkhoảngthờigian nhấtđịnhtheotrụchầm,ba ogồmcácnộidungsau:

 Đo độ thu hẹp (mức đột ắ t d ầ n c ủ a c h u y ể n v ị ) v á c h h a n g đ à o v à c h u y ể n v ị c ủ a đỉnhhầm.

Côngtácquantrắcđođạcbổsung(khôngthườngxuyên)đượctiếnhànhtạinhữngvị trí (tiết diện) đặc trưng,v ớ i m ụ c đ í c h k i ể m c h ứ n g k ế t q u ả đ o v ớ i t h i ế t k ế v à c á c b ư ớ c thi công, thông qua việc đánh giá sự phù hợp của hệ thống chống đỡ hầm, trên cơ sở đómớil i ê n h ệ g i ữ a c á c t h ô n g t i n c ó đ ư ợ c ở c ô n g t á c đ o đ ạ c t h ư ờ n g x u y ê n v ề t r ạ n g t h á i hang đào đất đá và kết cấu chống đỡ Công tác quan trắc đo đạc bổ sung có thể rất khácnhautùymụcđíchtiếnhànhcáchạngmụcsau:

Thực tế có thể sử dụng nhiều phương pháp đo đạc khác nhau, khi thi công theophương pháp khiên đào kín chúng ta cần áp dụng các công tác quan trắc để thu được cácđạilượngchínhsauđây:

Kết quảquan trắccó ý nghĩakhông chỉ dựđoáncác ứngx ử c ơ h ọ c c ủ a k h u v ự c hầm sẽ thi công nhằm lựa chọn phương pháp thi công hợp lý, quan trắc còn có ý nghĩađánh giá tính hiệu quả của giải pháp, công nghệ thi công đã sử dụng bao gồm cả công tácgiacốkhốiđất,đàovàchốnggiữcông trìnhvàlàmcơsởđưaranhữngđiềuchỉnhcầ nthiết về thiết kế, thi công Điều nàyđ ặ c b i ệ t q u a n t r ọ n g đ ố i v ớ i x â y d ự n g h ầ m t h i c ô n g quavùngđịa chất luônc ó b i ế n đ ổ i v à c á c t h ô n g s ố l i ê n q u a n t ớ i q u á t r ì n h t h i ế t k ế , t h i côngkhôngdễdàngđể xácđịnhchínhxác.

 Đoápl ự c nước l ỗ r ỗ n g t r o n g đ ấ t , sựthay đ ổ i m ự c n ư ớ c , h ư ớ n g v à tốc đ ộ d ò n g chảy;

Rõ ràng với những mục đích và nội dung quan trắc như vậy, công việc này phải đượcthực hiệnliên tục trong toàn bộ các giai đoạnthực hiệnc ủ a d ự á n , t r ư ớ c , t r o n g v à t h ậ m chíc ả s a u qu á t r ì n h t h i c ô n g T ù y t h u ộ c v à o mục đ í c h q u a n t r ắ c , q u y m ô v à t ầ m q u a n trọngcủacôngtrìnhmàcácbiệnphápquantrắckhácnhausẽđượcsửdụng.

Với mỗi nội dung, đối tượng quan trắc, đo đạc cụ thể, 2 thông số quan trọng nhất làmật độ thiết bị đo đạc và tần suất đo Mật độ thiết bị đo đạc phản ánh số lượng thiết bị đođượcl ắ p đ ặ t t r o n g k h ô n g g i a n c ôn gt rư ờn g x â y d ựn gc ò n tầ n s u ấ t đođ ạ c th ể h i ệ n t h ờ i gian giãn cách giữa các lần đọc các đại lượng đo của thiết bị đo và thời gian đo từ khi bắtđầul ắ p đặ t t h i ế t bịđếnk hi ng ừn g c ô n g việcđ o C á c thông số nà y đượct h i ế t l ậ p tr ướckhithựchiệncôngtácquantrắcvàđượcđiềuchỉnhkhithựchiệntrêncơsởcácsốliệ uđo thực tế Ngoài ra, trong giai đoạn thiết kế cũng cần phải dự đoán những giá trị đo giớihạn, xu hướng biến đổi của các số liệu đo hay thực chất là những thay đổi xảy ra trên kếtcấu công trình và khối đất xung quanh Giá trị này có ý nghĩa báo hiệu hạng mục đượcquan trắc đang nằm trong giới hạn nguyh i ể m T ù y t h u ộ c v à o t ầ m q u a n t r ọ n g c ủ a m ỗ i côngtrình,loạigiátrịnàycònđượcchiathànhnhiềucấpkhácnhautươngứngvới mứcđộnguyhiểmtăngdần.

Dựavàocácsốliệuquantrắcthuđược,saukhixửlývàphântích,cácbênthamgia dự án có thể đánh giá chất lượng, hiệu quả thi công công trình đã thực hiện, rút ra nhữngkinh nghiệm và những biện pháp cần thực hiện để cải tiến chất lượng công việc, phòngngừacácdạng sựcốkhôngđểchúngxảyra.

Nguyên tắc tin cậy là nguyên tắc quan trọng nhất cần phải tính toán kỹ trong khi thiếtkếhệthốngquantrắc.Đểđảm bảođủtincậy,cầnphảilàm được:

 Hệ thốngcần phải sử dụngcác thiết bị đủ đột i n c ậ y N ó i c h u n g , c á c t h i ế t b ị đ o kiểu cơ có tính tin cậy cao hơn thiết bị đo kiểu điện, do đó, nếu sử dụng thiết bị đokiểu điện thì thường phải có hệ thống mốc tiêu hoặc thiết bị đo cơ khác để điềuchỉnhchonhau.

 Về đối tươngquan trắc, lấy chuyển vị làm chính nhưng cũng phải tínhđ ế n v i ệ c quantrắccácđạilượng vậtlíkhác.

 Về phương pháp quan trắc, lấy việc quan trắc bằng thiết bị làm chính đồng thờicũngphảibổsungbằngphươngphápkiểmtrabằngmắtthường.

 Vềlựachọn kiểu thiết bị quantrắc, lấy thiết bị đo kiểucơ làm chính,c ó h ỗ t r ợ bằngthiết bịđokiểuđiện.Đểđảmbảotínhtincậycủaquantrắc,hệthốn gquantrắc cũng phải sử dụng nhiều loại phương pháp và thiết bị từ các nguyên lí khácnhau.

Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu, tại các vị trí khác nhau của từng phương phápchống giữ khác nhau thì tính ổn định của chúng cũng khác nhau Nói chung, những vị trímà tính ổn định kém thì dễ mất ổn định và sụt lở, thậm chí làm ảnh hưởng đến sự an toàncủa các công trình xây dựng ở lân cận Những vị trí này chính là những vùng then chốt,trọngđiểm cầnphảitậptrungquantrắc nhiềuhơn.

Tùyt h e o m ứ c đ ộ q u a n t r ọ n g c ủ a c ô n g t r ì n h x â y d ự n g , c ủ a c á c c ô n g t r ì n h l â n c ậ n cũngn h ư s ự p h ứ c t ạ p c ủ a đ i ề u k i ệ n đ ị a c h ấ t , t h ủ y v ă n m à c ầ n c â n n h ắ c l ự a c h ọ n h ệ thống thiết bị quan trắcp h ù h ợ p v ề m ặ t k i n h t ế Đ ố i v ớ i c á c c ô n g t r ì n h t ạ m t h ờ i , t h ờ i gianquantrắcngắn,phạmviquantrắckhôngrộng,… cầncốgắngtậndụngnhữngthiết

Thiết bị đo nghiêng Thiết bị đo lún

Khoảngc á c h g i ữ a cácđiểmđo: T h e o phương d ọ c h ầ m từ5 ÷ 1 0 m (khi h < D) , 1 0 ÷ 2 0 m (khiD≤h≤2D)và20÷50m(khih>2D);Theophươngnganghầmtừ3÷5m Đoạncầnđo,khoảngcỏch(5-10)m/mặtcắt

Công tác đo chuyển vị của nền đất và mặt đường thường được thực hiện bằng cácmáy đo thủy bình, loại máy độ chính xác cao có thể quan trắc được độ lún của đỉnh vòm,chuvihầmhaycácđiểmtrênmặtđấtcủachúngbiếndạngtheothờigian,thôngthư ờngcác kếtquảđo được là trị sốchuyển vịtuyệt đối.Trongđấty ế u , q u y t r ì n h s ố l ầ n đ o chuyểnv ị , t ố c đ ộ l ú n v à m ố i q u a n h ệ g i ữ a k h o ả n g c á c h t ừ m ặ t c ắ t đ o đ ế n g ư ơ n g h ầ m đượcthựchiệnnhưbảng3.1.

Tần suất đo được xác định từ hai mục A và B, theo mục nào có hướng lớn hơn, lúcđầu tốc độ lún nhanh, số lần đo đạc phải nhiều, cần 1 ÷ 2 đo đạc mỗi ngày, về sau độ lúnchậm,sốlầnđođạcítđi.Côngtácđođạcsẽđượcchấmdứtkhitrạngtháihầmvàkhốiđ ấtxungquanhhoàntoànổnđịnh.

Nếucácbộphận khácnhaucủamộtkếtcấudịchchuyểnđồngđềuvớigiátrịlớn, v ẫn có thể chỉ gây ra các hư hỏng nhỏ, có thể không phát triển, trừ trường hợp các tiện íchngầm ví dụ như các ốngthoát nước không thể tự điều chỉnh đối vớic á c c h u y ể n v ị t r ê n Tuy nhiên, hầu hết các công trình chịu ảnh hưởng của việc thi công công trình ngầm, cácbộ phận ở gần vị trí đào sẽ chuyển dịch nhiều hơn so với các bộ phận ở xa Sự dịch chuyểnkhác nhau này là nguyên nhân chính của các hư hỏng liên quan đến việc xây dựng côngtrình ngầm, vì các công trình sẽ chịu tác động của các lực không xét đến trong thiết kế Vídụ một tòa nhà, khi móng của nó lún một bên trong khi một bên còn lại lún rất ít hoặckhông lún có thể đưa đến sự nghiêng của tường, có thể dẫn đến nứt, vỡ của một số bộ phậnkiến trúc, hoặc thậm chí xấu hơn là làm hư hỏng một hoặc nhiều bộ phận kết cấu Một câycầu, mà móng của nó chịu chuyển vị khác nhau có thể làm xuất hiện các ứng suất kéo cụcbộ, gây nứt các bộ phận kết cấu Nhìn chung, việc phát hiện các mức độ lún và đặc biệt làlún lệch là biện pháp đầu tiên trong việc bảo vệ các công trình hiện hữu, cho dù chúng nằmtrên mặt đất (đường bộ, tòa nhà, cầu) hay dưới ngầm (các tiện ích, hầm đường sắt, hầmđường bộ) Sự phát hiện độ nghiêng cũng có thể hữu ích và trở thành phổ biến hơn cùngvới sự phát triển của các thiết bị quan trắc được chế tạo theo hướng tăng sự tự động hóa.Loại hình quan trắc đơn giản nhất liên quan đến sự phát hiện và theod õ i s ự t á c h r ờ i c ủ a cácmốinốivàsựpháttriểnvếtnứttrongkếtcấubêtônghoặccácbộphậnkiếntrúc.Ý đođếngươnghầm(A)

1lần/tuần >5D Cómốitươngquanvớinhau HệsốtươngquanCorrelationcofficient(Vloss,p) 0.82 ->Cómốitươngquanvớinhau

Các kết quả nghiên cứu ban đầu bằng mô hình PTHH cũng chỉ ra mối quan hệ tươngtác phứctạp giữa áplực cân bằng gươngđ à o , á p l ự c b ơ m v ữ a s a u k h i ê n v ớ i h ệ s ố m ấ t mátthểtíchVloss

0 , 1 8 M P a k h i thay đổi chậm lại Rõ ràng áp lực vữa bơm và điều kiện địa chất, lượng vữa bơm sau đềuảnhhưởngtrực tiếpđếnhệsốmấtmátthểtích

Nghiên cứu thấy rằng rằng các mất mát này phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thi cônghầm theo TBMnhư: phụthuộc vào thể tích vữab ơ m s a u v ỏ , á p l ự c n g a n g c ủ a đ ấ t đ á trước mặt gương đào và đặc biệt cũng sẽ phụ thuộc vào áp lực vữa bơm tại Gương và áplựcvữa bơm thànhkhiêntrongquátrìnhthicông

4.1.2.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng phương phápxácxuất thống kê

NCS khảo sát sự tương quan giữa hai đại lượng là hệ số mất thể tích Vloss và áp lực vữabơmt h u t h ậ p đ ư ợ c t ừ h i ệ n t r ư ờ n g c ô n g t r ì n h x â y d ự n g đ o ạ n t u y ế n M e t r o

4.1.2.2 PhântíchtươngquangiữahệsốmấtmátthểtíchV Lvới áplựcbơmvữavàđộsâu Zothay đổi

NCS tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mấtmát thể tích với áp lực vữa bơmb ằ n g c á c h x â y d ự n g c á c m ô h ì n h t í n h t o á n đ ư ợ c t h ự c hiệntương ứ n g vớicá cá pl ực khiên đà ot ha y đổit ừ 0.15Mpađ ến 0 3 MPa,đ ồ n g thờithay đổi độ sauđặt hầmZo lần lượtv ớ i c á c g i á t r ị t ừ - 1 6 m x u ố n g -

2 4 m Kết quả bàitoáncho phép taxác địnhcác hệ số mấtmátthể tích ứngvớim ỗ i t r ư ờ n g h ợ p v à x â y dựngt h à n h đ ườ ng c o n g q u a n h ệ gi ữa áp l ự c bơmvữav à h ệs ố m ấ t t h ể t í c h tư ơ ng ứ n g vớicáctrườnghợpđộsâuđặthầmkhácnhau.Kết quảthểhiện tạihìnhvẽ4.7v àbảng4.2

Trong quá trình thi công, việc bơm vữa sau vỏ với giá trị áp lực bơm Pa lấp đầy khoảngtrốngg i ữ a v ở hầmvới đ ư ờ n g b iê nh an gđ ịa tầng T u y n hi ên đ ộ chênh l ệ c h g i ữ a ápl ực đất Ϭ Z với giá trị áp lực bơm vưa Pa có tác động trực tiếp đến hệ số mất thể tíchVloss.Bằngphương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiệntrường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập đượcmốitươngquangiữahaiđạilượngVlossvàX=(Ϭ Z -pa)thểhiệntạibiểuđồsau:

Khôngc h ỉ b ơ m v ữ a s a u v ỏ h ầ m , t r o n g q u á t r ì n h t h i c ô n g đ ư ờ n g h ầ m b ằ n g T B M , v ớ i máyTBMcânbằngáplứcđất,chúngtatạrabuồngcânbằngáplựcđấtphíaGươngđàođể cân bằng áp lực đất phía trước Gương Tuy nhiên sự chênh lệch giữa áp lực ngang củađấtK 0 ϬZv àg iá trị á p lựcbơmvữatạiGương đàoPs c ũ n g l àm ột trong nh ữn g nhân t ốảnh hưởng đến hệ số mất thể tích trong quá trình thi công Bằngphương pháp xác xuấtthốngkêphântíchtrêncác số liệuthu thập được tại hiệntrường côngt r ì n h x â y d ự n g đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được mối tương quan giữa hai đạilượngVlossvàY=(Ps-K 0ϬZ )thểhiệntạibiểuđồsau:

4.1.2.5 Phân tích tương quan giữa hệ số mất mát thể tích V Lvới thể tích vữa bơm V(m3)

Bằngphương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiệntrường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập đượcmối tương quan giữa hai đại lượng Vloss và thể tích vữa bơm V(m 3 ) thể hiện tại biểu đồsau:

Qua các nghiêncứu bằng phương pháp PTHHn ê u t r ê n c h ú n g t a t h ấ y r ằ n g :

T r o n g thicôngốnghầmbằngmá y tổhợpTBM,việc bơmvữasaukhithicôngvỏhầ mnhằmhạnchế những tổn thất nêu trên gồm tổnthấttại gương đào, tổn thất xung quanht h â n khiên và tổn thất tại đuôi khiên Áp lực bơm vữa sau vỏ được coi là thông số hoạt độngquan trọng của TBM để hạn chế sự mất mát thể tích và độ lún bề mặt quá mức. Và quanghiêncứu,NCSthấy cósựliênhệgiữa hệsốmấtthểtíchnàyvớiáplựcvữabơm

,Cụthể đó là tương quant ỷ l ệ n g h ị c h g i ữ a h a i đ ạ i l ư ợ n g n à y K ế t q u ả đ ã đ ư ợ c c ô n g b ố vàb á o c á o t ạ i H ộ i n g h ị q u ố c t ế T h e 3 r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n S u s t a i n a b i l i t y i n CivilEngineeringnăm2020.Đồngthờiquanghiêncứucũngc óthểthấyHệsốmấtthểtíchnàycũngchịu ảnhhưởngbởiđộsâu đặtốnghầm.

VL:Hệsốmấtmátthểtích(%) ps:Áplựcbơmvữatrướcmặtgươngđào(Mpa)pa:Á plựcbơmvữatheophươngz(Mpa)

Ko:Hệsốáplựcđất σZ:Z:áplựcđấttheophươngZcủađịachất(Mpa)V:th ểtích vữabơm (m 3 ) β1,β2β3:Cáchệsốcầnphảitìmtừdựliệuđãcó.

SửdụngsốliệuquantrắcđượctạihiệntrườngcôngtrìnhxâydựngtuyếnMetrosố1BếnT hànhSuối Tiên,TPHồChí Minh.

TừsốliệuquantrắcđộlúnbềmặttạicácmặtcắttừKM1+500đếnmặtcắtKM0+850đoạnt uyếnMetrongầmGaBếnThành –GaBaSon.

- Hệ số tương quan bội Multiple R = 0.96r ấ t g ầ n 1Mức độ chặt chẽ của các mối liênhệtươngquanbội giữa các đạilượngtrongcôngthức

 Mứcđộýnghĩacủamôhìnhnóichung: df SS MS F SignificanceF

Tiêuc h u ẩ n F d ù n g l à m c ă n c ứ đ ể k i ể m đ ị n h đ ộ t i n c ậ y v ề m ặ t t h ố n g k ê c ủ a t o à n b ộ phươngtrìnhhồiquy.Giátrị p_valuecủaF_test=1.81.10^-13 Có mối tương quan với nhauHệsốtươngquanCorrelationcofficient(Smax,Z)0 1 8 9 7 2 3 - > Cómốithươngquanvớinhau

Vậy bằng công cụ xác xuấtthống kê chúng ta khẳng định Smax vàđ ộ s â u đ ặ t h ầ m cótươngquanvớinhau.

4.2.1.2.2 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

NCS đã sửd ụ n g p h ư ơ n g p h á p P T H H x â y d ự n g b à i t o á n x e m x é t s ự ả n h h ư ở n g củađộsâuđặthầmđếnlúnbềmặttrongđiềukiệnđịachấttạiViệtNamlấytheosốl iệuđịachấttại côngtrình thi côngtuyếnMetro số 1 BếnThành- S u ố i T i ê n , T P

H ồ C h í Minh Kết quả nghiên cứu đã được NCS công bốHội thảo Quốc tế ICSCE năm

Khicho thay đổi độ sâu đặth ầ m t ừ 2 5 m đ ế n 4 0 m S a u k h i t í n h b ằ n g p h ầ n m ề m P l a x i s 2DTunneltacókếtquảlúnbề mặtnhưsau:

Hình4.20ĐườngconglúnbềmặttươngứngcáctrườnghợpđộsâuđặthầmBảng4.8Gi átrịlúnlớnnhấttươngứngvớicáctrườnghợpđộsâuhầm Độsâuhầm Z m Z%m Z0m Z5m Z@m

Kết luận :Dựa vào kết quả tính toán ở trên bằng phần mềm Plaxis ta có thể đưa ra kếtluậns ự ả n h h ư ở n g c ủ a c h i ề u s â u đ ặ t h ầ m đ ế n l ú n b ề m ặ t t r o n g t h i c ô n g t h e o p h ư ơ n g pháp TBM Khi ta tăng chiều sâu đặt hầm thì chiều sâu lún giảm đi nhưng vùng bán kínhchịulúntănglênnóicáchkhácthìchiềusâuđặthầmtỉlệthuậnvớibánkínhvùngchịu lúnnhưngtỉlệnghịchvớichiềusâu lún

4.2.1.3.1 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

Chúng ta đều biết rằng trong quá trình xây dựng đường hầm bằng TBM, sự mất mátthể tích dẫn đến chuyển vị lún bề mặt và có thể gây phá hoại hay hư hỏng các công trìnhtrên mặt Nguồn gốc của các hiện tượng mất thể tích này chủ yếu là do kích thước đườnghang đào lớn hơn kích thước vỏ hầm lắp ghép, nền đất phía trước bị xáo trộn trong quátrình đào, biến dạng của vỏ hầm và mất thể tích phần đuôi khiên NSC tiếp tục sử dụngphương pháp PTHHnghiên cứu độ lún bề mặt do mất mát thể tích gây ra NCS khảo sátvới sựt h a y đ ổ i c á c h ệ s ố m ấ t m á t t h ể t í c h k h á c n h a u Kết quả nghiên cứu này đã đượcNCScôngbốtại HộithảoQuốc tế ICSCEn ă m 2 0 1 6 t ổ c h ứ c t ạ i Đ ạ i H ọ c G i a o T h ô n g VậnTải.

Kết quả từ phân tích bài toán bằng phương pháp số và so sánh với kết quả tính theocông thức thực nghiệm được trình bày tương ứng với các giá trị hệ số mất mát thể tích từ0.5%;1%1,5%đến4%

Tương quan giữa Smax và Vloss

Hệ số mất thể tích Vloss (%)

Tương quan giữa Vloss và Smax

4.2.1.3.2 Nghiên cứu bằng phươngpháp xác xuất thống kê

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smaxquan trắc khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên với hệ sốVlosscho biểuđồ nhưsau:

HiệpsốphươngsaiC o v a r i a n c e (Smax,Vloss)= 0.215 ->Cómốitươngquanvớinhau HệsốtươngquanCorrelationcofficient(Smax,Vl) 0.96 ->Cómốitươngquanvớinhau

Từ đó có thể thấy yếu tố kỹ thuật trong xây dựng đường hầm thể hiện bằng hệ số mấtmátthểtíchVLcó ảnhhưởngđếnđộlúnlớnnhấtSmax.

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smaxquan trắc khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên với tỷ lệ(D.P/Z)chobiểu đồnhưsau: Đ ộl ú n S m ax S m ax (m m )

HiệpsốphươngsaiC o v a r i a n c e (Smax,(D.P/Z)= 0.19 ->Cómốitươngquanvớinhau HệsốtươngquanCorrelationcofficient(Smax,DP/Z) 0.23 ->Cómốitươngquanvớinhau

Sau khi nghiên cứu các lý thuyết của Peck 1969, tiếp theo của Attewell năm 1977,Atkinson và Potts năm 1979, Cloungh và Schmidt năm 1981,N e w & O ’ R e i l l y n ă m 1 9 8 2 , và Mair năm 1993 và đặc biệt làNghiên cứu các số liệu quan trắc từ dự án thi côngMetrosố 1 Bến Thành– Suối Tiên, NCS nhậnt h ấ y r ằ n g : Đ ộ l ú n l ớ n n h ấ t t r ê n b ề m ặ t tại vịtrí tim ốnghầmthi công theo côngnghệTBM ngoài chịuả n h h ư ở n g c ủ a k í c h thước ống hầm và độ sâu ống hầm như các lý thuyết nêu trên thì nó còn chịu tác động từcác yếu tố kỹ thuật thi công TBM và đặc biệt có sự tác động tương hỗ với các công trìnhtrênbềmặt.

Thật vậy, độ lún lớn nhất Smax phụ thuộc và tỷ lệ thuận với kích thước hình học ốnghầm ( Bán kính hầm hay đường kính hầm) và tỷ lệ nghịch với chiều sâu đặt hầm Z. Điềunày đã được thể hiện trên bài báo của NCS công bố trongHội thảo khoa học quốc tế

The1sdInternational Conference on Sustainability in Civil Engineeringnăm2 0

1 6.T h e o đóđộ lún lớn nhất tại vị trí tim hầm có tỷ lệ thuận và quan hệ bậc hai với bán kính ống hầm.Ngượclạithìđộlún lớnnhấtlạitỷlệnghịchvớiđộsâuđặthầmZ.

Mặt khác NCS thấy tính chất cơ lý của địa chất mà ống hầm đi qua cũng sẽ ảnhhưởng đến độ lún Smax Cũng dễ nhận thấy điều kiện địa chất càng cứng thì độ lún càngnhỏ,vàngượclại.DođócóthểthấyModunđànhồicủađịachấtnơiốnghầmđiquasẽt ỷlệnghịchvớiđộlún trênbềmặtkhithicôngốnghầmxuyênquađịachấtđó.

Ngoài ra, qua nghiên cứu đã được bảo vệ thành công tại Đề tài NCKH cấp trường2017củaNCSchothấyrằngđộlúnlớnnhấttạivịtrítimốnghầmcũngchịusựtácđộng

Smax:Độlúnlớnnhấttạivịtrítimốnghầm(mm)D:Đư ờngkínhốnghầm(m)

E:Modunđànhồicủađịachấtmàốnghầmđiqua(Mpa)P:Giát rịtảitrọngchấtthêmtrênbềmặt(KN/m) β1,β2β3:Cáchệsốcầnphảitìmtừdựliệuđãcó.

Sử dụngsố liệu quan trắc được tạihiệntrườngcôngt r ì n h x â y d ự n g t u y ế n

M e t r o s ố 1 Bến Thành Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh Số liệu khảo sát và lấy tại các mặt cắt từ Km1+500 đến Km 0+850 dọc tuyến metro số 1 Bến Thành –Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh vàcácg i á t r ị Vlosst ạ i c á c m ặ t c ắ t đ ư ợ c t í n h t h e o c ô n g thứcđ ề x u ấ t mục4 1 củal u ậ n á n làmcăncứcơsởxâydựngcôngthức tính Smax

- Hệ số tương quan R Square = 0.991875176% Điều đó cho thấy các thông số trongbiểut h ứ c c ó t ư ơ n g q u a n c h ặ t c h ẽ v ớ i n h a u M ô h ì n h đ ư ợ c g i ả i t h í c h S m a x c ó

 Mứcđộýnghĩacủamôhìnhnóichung: df SS MS F SignificanceF

Tiêuc h u ẩ n F d ù n g l à m c ă n c ứ đ ể k i ể m đ ị n h đ ộ t i n c ậ y v ề m ặ t t h ố n g k ê c ủ a t o à n b ộ phươngtrìnhhồiquy.Giátrị p_valuecủaF_test=2.04361E-250,3 ứng xửcủa nó đối với các tác động của quá trình đào hầm.C á c c ô n g t á c b ổ x u n g kết cấu chống đỡ bên trong hay gia cường nền móng bên dưới đều bao gồm trongcáccôngtác này.

 Giảm mạnh nguy cơ lún gây ra trong quá trình đào hầmvới các khiên chắnnhằm phòng ngừa sự phát triển của lún về phía nền móng các tòa nhà Việc nàythường dẫnđến việc xây dựng các tấm ngănv ậ t l ý g i ữ a n ề n m ó n g t ò a n h à v ớ i côngtrìnhhầm.Tấmkhiênchắnthườngđượctạothànhbằngnềnđấtcốkếth oặcgia cường như dải tường trong đất bằng vữa thấm, các cột vữa bơm, cọc đổ tại chỗđường kính nhỏ, các tấm chắn thẳng đứng hoặc cọc hoặc tổ hợp của các hệ thốngtrên Các màng chắn này có thể theo trục đứng nếu được thi công từ trên mặt đấthoặctheo trụcngang nếuđượcthicôngtừ cácgiếngđứng phụcvụchocông tác thicôngđặcbiệtnàyhoặctừcáctầnghầmsâunhấtcủacáctòanhàlâncận.

 Giảm triệt để khả nănggâychênhlệchthểtích đàomàcóthể dẫn đếnh i ệ n tượnglún bềmặt.Việcnày có thểđạt được bằng cáchgia cường nềnđấtx u n g quanhn ó c h ầ m h o ặ c t o à n b ộ m ặ t c ắ t t r ư ớ c k h i t i ế n h à n h đ à o h ầ m b ằ n g c á c k ỹ thuật gia cố phù hợp nhất Các chỉ dẫn đặc biệt liên quan đến vận hành TBM cũngphảiđ ư ợ c x e m x ét đ ể gi ảm t h i ể u n g u y c ơ g â y c h ê n h thểt í c h đàov ư ợ t q u á m ứ c chophép.

 Bù lún,việc này có thểđượcthực hiện bằng kỹt h u ậ t k í c h đ ẩ y h o ặ c b ơ m v ữ a b ù thểtích.

KẾTLUẬNCHƯƠNG5

Luậnán đãđề xuất phương pháp môhình bài toán PTHH cải tiếnt í n h l ú n m ặ tđất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt Theo đó,hệ số Vloss nhập vàođể phân tích bài toán được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4của luận ánthayvì nhậpsốliệugiảđịnh theokinhnghiệm thic ô n g nhưcác môhình trước đó.K ếtquả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tạihiệntrườngchothấykếtquảtínhtoánphảnánhđúngvớiquiluậtlúnmặtđấtvàchuyểnvị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên.Điềuđ ó c ó t h ể k h ẳ n g đ ị n h , m ô h ì n h b à i t o á n P T H H c ả i t i ế n v ớ i h ệ s ố Vloss t í n h t o á n theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Cót h ể đ ề x u ấ t s ử d ụ n g m ô hìnhn ày trong tính toáncác bàit oá n tínhl ú n mặtđấ t vàphântích đánhgi á ả nh hưởngtácđộngđếncáccôngtrìnhtrênbềmặtkhithicônghầmMetrobằngTBM.

Luậná n đ ã á p d ụ n g p h ư ơ n g ph áp m ô hì nh cải t i ế n n à y để ph ân t í c h b ài t o á n t í n h lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt với số liệu cụ thể tại mặt cắt điểnhìnhcủadựánMetroBếnThành–SuốiTiên,quađócómộtsốnhậnxétsau:

* Khoảngc á c h t ừ t i m ố ng h ầ m đ ế n m é p b ệ m ón g n ô n g h a y m ó n g c ọ c đ ủ l ớ n ( x ấ p x ỉ3,5D)thìkhôngảnhhưởngđếnđườngconglúnmặtđấtdothicôngốnghầmngầmgây ra Ngược lại,việc thi côngống hầm khôngtác động nhiều đến chuyểnv ị m ó n g c ô n g trìnhđôthịtrênbề mặt.

-Sự hiện diện của móng nông có ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất Cụ thểlà giá trị lún lớn nhấtSmax nhỏ hơntrong trường hợp không có móng Tuy nhiên tạivịt r í mépb ệ m ó n g , t h ì đ ư ờ n g c o n g l ú nxuất h i ệ n đi ểm chuyểnh ướ ng t ư ơ n gứ n g vớiđiểm giớihạncủakếtcấumóng.

- Kếtquả cũngcho thấyảnh hưởngcủađộcứngcủa kếtc ấ u m ó n g n ô n g đ ế n đường cong lún là nhỏkhi đường cong lún của hai trường hợp này gần như là trùngnhau.Điều này có ý nghĩa quan trọngt r o n g v i ệ c k h ả o s á t v à đ á n h g i á r ủ i r o đ ố i v ớ i cáccôngtrìnhhiệnhữudướiảnhhưởngtácđộngcủacôngtácđàohầm

- Sựh i ệ n d i ệ n củ am ón g c ọ c c ũ n g ả nh h ư ở n g đ ế n đư ờn g c o n g l ún mặ t đ ấ t C ụ t hể giá trịđộ lún lớn nhấtcủa đườngcong lún khi có móngđạt giá trịl ớ n h ơ n t r o n g trường hợp không có móng Và với các loại móng cọc ngắn và loại móng cọc dài thìgiá trị độ lún lớn nhất cũng khác nhau Điều đó có thể kết luận: Với sự hiện diện củacác loạimóng cọc trên bề mặt sẽ làm tăng độ lún lớn nhấtcủa đường cong lún vàcác loại móngcọckhác nhau sẽ tác độngđ ế n g i á t r ị l ú n b ề m ặ t l ớ n n h ấ t k h á c n h a u Tạiv ị t r í m é p b ệ m ó n g , t h ì đ ư ờ n g c o n g l ú nx u ấ t h i ệ n đ i ể m chuyển h ư ớ n g t ư ơ n gứngvớiđiểmgiớihạncủakếtcấumóng.

- Khi móng công trình nằm trong khu vực lân cận thi công Metro thì thấy có sự tácđộng tương hỗ giữa móng công trình đô thị với sự lún mặt đất Cụ thể là cácmóngcông trình đều xuất hiện các chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay Tuynhiên với trường hợp móng nông, thì độ cứng của móng không ảnh hưởng nhiều đếnnhững chuyển vị này,cònl o ạ i h ì n h m ó n g c ọ c t h ì c h ị u s ự t á c đ ộ n g k h á c n h a u g i ữ a cácl o ạ i h ì n h m ón g c ọ c n g ắ n h ay m ó n g c ọ c d à i Đ i ề u n à y c ầ n n hấ n m ạ n h t h ê m làmôhìnhchỉgiớihạnchuyểnvịnhỏ,khôngxétđếntínhkhôn gtoànkhốivàđứtgãycủamóngdướitácdụngcủachuyểnvị lệch.

Chương 5 của luận án đã đề xuấtSơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằngTBMnhằm kiểm soát những tác động ảnhhưởng đến côngt r ì n h đ ô t h ị t r ê n m ặ t đất bao gồm:Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công và Sơ đồ công nghệ trong quátrình thi công Với sơ đồ công nghệ thi công TBM này cho phép chúng ta kiểm soát vàkiềmchếnhữngtácđộngảnhhưởngđếncôngtrìnhđôthịtrênmặtđấttrướckhitổchứcthi côngvàngaycảtronggiaiđoạntổchứcthicôngđườnghầmMetrobằngTBM.

Ngoài ra chương 5 luận án cũng nghiên cứu những tác động của lún bề mặt đến nhữngcôngtrình hiện hữu trên bề mặt Nghiênc ứ u c á c g i ớ i h ạ n p h á h o ạ i c ủ a c ô n g t r ì n h t r ê n mặt với các tòa nhà thông thường và vớicác tòa nhànhạy cảm.T ừ đ ó p h â n t í c h b i ế n dạng và đánh giá rủi ro với các tòa nhà, xây dựng qui trình khảo sát rủi ro các tòa nhà.Đồngthời nghiên cứu các biện phápgiảm thiểu ảnhh ư ở n g c ủ a l ú n b ề m ặ t d o t h i c ô n g hầmMetrobằngcôngnghệTBMđếncáctòanhàhiệnhữutrênmặt.

Phổ biến ở những năm cuối của thế kỷ 20 là phương pháp thực nghiệm dựa trên cácsốliệu q u a n t rắ c thực tếcủa cá c c ô n g t r ì n h c ụ t h ể , c á c tácgiả xâ y dựngc á c công t h ứ c thựcnghiệm nhằm xácđịnh độ lúnlớn nhất vàđườngc o n g l ú n t r ê n b ề m ặ t

T i ê u b i ể u cho phương pháp này phải kể đến công bố của Peck năm 1969 Sau đó các nhà khoa họctiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu quan trắc thực tế cáccông trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từngnước Sau này với sự phát triển côngn g h ệ t h ì p h ư ơ n g p h á p P T H H h i ệ n đ a n g đ ư ợ c s ử dụng khá nhiều bởi phương pháp này có xem xét được những yếu tố kỹ thuật trong quátrình thi công, xem xét đến trình tự thi công Tuy nhiên hiện tại chưa có nghiên cứu thựcnghiệmnàodựatrêncácsốliệu quantrắcthựctếtạicáccôngtrìnhxâydựngMetr otạiViệt Nam.Vì thế liệu cáccôngthức thực nghiệm đượcx â y d ự n g d ự a t r ê n c á c s ố l i ệ u quan trắc của những dự án của các nước khác có phù hợp với điều kiện cụ thể tại ViệtNam?Do đó vấn đề cấp bách hiện nay cần nghiên cứu khảo sát những số liệu quantrắcc ủ a cá c c ô n g t r ì n h t h ự c t ế t ạ i ViệtNa mđểđ i ề u c h ỉ n h c ô n g t h ứ c sa oc h o phùhợpvớiđiềukiệnViệtNam.

Luận án so sánh kết quả quan trắc được tại hiện trường dự án xây dựng tuyếnMetro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh với kết quả tính toán theo cáccông thức lý thuyết của các tác giả công bố trước đó vàthấy có những sai số nhất định Từ đóchothấycầnt h i ế t p h ả i c ó n h ữ n g n g h i ê n c ứ u n h ằ m đ i ề u c h ỉ n h c ô n g thứccủaPecksaochophùhợphơnvớiđiềukiệncụthểtại ViệtNam.

Luận án nghiên cứuđề xuất công thức tính V L Đây là một đóng góp đáng kể cholĩnh vực này, bởi các công thức được công bố trước của các tác giả nêu trên thì đều chưaxây dựng công thức tính VLmặc dù có xem xét sự mất mát thể tích này trong công thứctính Smax vàp h ư ơ n g t r ì n h đ ư ờ n g c o n g l ú n c ủ a m ì n h Đ i ề u đ ó c ó n g h ĩ a l à k h i á p d ụ n g thìchúng tasẽphảigiảđịnh hệsốV Lt h e o kinh nghiệm thicông chứchưađưara côngthứctínhcụthểnào.Đếnđâyluậnánđãxâydựngcông thức tínhVLm àtrong đóxe mxét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến VLnhư yếu tố hình học của ống hầm, điều kiện địachất, độ sâu đặt hầm và đặc biệt có xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công TBM như áplựcvữabơm,thểtíchvữabơm.Đểkiểmchứngcôngthứcmàluậnáncôngbố.Luậnán đãáp dụngcôngt h ứ c V l o s s t í n h v ớ i đ i ề u k i ệ n c ụ t h ể t ạ i d ự á n

T u y ế n M e t r o B ế n Thành-SuốiTiên và sosánhvới kết quảq u a n t r ắ c t ạ i h i ệ n t r ư ờ n g K ế t q u ả c h o t h ấ y s ố liệu tính toán Vloss khá sát với giá trị đo tại các mặt cắt khảo sát và sai số trung bình củakết quả tính toán này với số liệu quan trắc thực tế chỉ là4.75%.Sai số này cho thấy côngthứcVlossmàluậnánđềxuấtcóđộtincậyvàcóýnghĩathựctiễn.

Luận án đã tiếp tục nghiên cứuđề xuất công thức tính Smaxcó xem xét đến cácyếu tố kỹ thuật thi công và tải trọng chất thêm trên bề mặt Để kiểm chứngc ô n g t h ứ c Smax công bố, luận án áp dụng vào các điều kiện dự án tuyến Metro Bến Thành – SuốiTiên và dùng các hệ số Vloss được tính toán bởi công thức Vloss mà luận án đề xuất đểtính toáncho ra kết quả Smaxtại các mặtcắtkhảo sát Kết quảđ e m s o s á n h v ớ i c á c s ố liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy sai số giữa kết quả tính với giá trị quan trắc trungbình chỉ còn2.99 %bé hơn rất nhiều so với sai số mà các công thức của các tác giả nêutrên đã công bố Điều đó có thể khẳng định rằng công thức Smax mà luận án đềxuất đãphảnánh đúng hơnvà sát thực hơn ứngx ử l ú n b ề m ặ t t ạ i d ự á n x â y d ự n g M e t r o t u y ế n BếnThànhSuốiTiênTPHCM.Đâylàmộtđónggópđángkểtrongtronglĩnhvựcnày Luận án tiếp tục nghiên cứu đề xuất điều chỉnhcông thức hệ số máng lún i Hệ sốnàyphảnánh qui luật biện dạngvà hình dạngđườngc o n g l ú n b ề m ặ t d o t h i c ô n g ố n g hầm tròn gây ra.NCS đã đưa hệ số i, Smax, và Vloss đề xuất vào công thức tính đườngcongl ú n c ủ a P e c k v à v ẽ r a đ ư ờ n g c o n g l ú n t ạ i c á c m ặ t c ắ t đ i ể n h ì n h t r ê n đ o ạ n t u y ế n Metro đi ngầm từ Bến Thành – Suối Tiến Kết quả cho thấy đường công lún được vẽ bớiSmax, Vloss, và i đề xuất của luận án bám rất sát với những số liệu quan trắc tại hiệntrường.Đ i ề u đ ó c h ứ n g t ỏ đ ư ờ n g c o n g l ú n c ủ a P e c k m à đ ư ợ c đ i ề u c h ỉ n h b ở i c á c h ệ số Smax, Vloss, i phản ánh được qui luật biến dạng bề mặt khi thi công tuyến

MetrongầmtạiTPHồChíMinh.Vàđâylànhữngđónggópkhoahọcvềlĩnhvựcnày cógiátrịáp dụngvớicácđiềukiệnthi công đoạnt u y ế n MetrongầmchìmtạiTPH ồChíMinh.

LuậnánđãhoànthiệnhơnphươngphápmôhìnhbàitoánPTHHtínhlúnmặtđất vàchuyểnvịđáy móngc ô n g t r ì n h h i ệ n h ữ u t r ê n m ặ t b ằ n g c á c h s ử d ụ n ghệ số

Vlossđượctínht oá n t h e o côngthứcđềxuấttạichương4củaluận ánthayvìnhậps ốliệugiả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó Kết quả tính toán bằngphươngpháp PTHHđược so sánh đối chứngvới số liệu quan trắctạih i ệ n t r ư ờ n g c h o thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng cáccông trìnhthuộcdựán xây dựngtuyến Metro BếnT h à n h – S u ố i T i ê n Đ i ề u đ ó c ó t h ể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thứcchương 4 c ó ý n g h ĩ a k h o a h ọ c v à t h ự c t i ế n C ó t h ể đ ề x u ấ t s ử d ụ n g m ô h ì n h n à y t r o n g tínhtoán c á c bài toán tính l ú n m ặ t đ ấ t và ch uy ển v ị đáym ó n g k h i thi c ô n g h ầ m MetrobằngTBM.

Luận án đề xuấtSơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằng TBM nhằmkiểmsoátnhữngtácđộngảnhhưởngđếncôngtrìnhđôthịtrênm ặt đấtbao gồm:Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công và Sơ đồ công nghệ trong quá trình thi công.Với sơ đồ công nghệ thi công TBM này cho phép chúng ta kiểm soát và kiềm chế nhữngtácđộngảnhhưởngđếncôngtrìnhđôthịtrênmặtđấttrướckhitổchứcthicôngvàngay

VL:Hệsốmấtmátthểtích(%) ps:Áplựcbơmvữatrướcmặtgươngđào(Mpa)pa:Á plựcbơmvữatheophươngz(Mpa)

Ko:Hệsốáplựcđất σZ:Z:áplựcđấttheophươngZcủađịachất(Mpa)V:th ểtích vữabơm (m 3 )

Smax:Độlúnlớnnhấttạivịtrítimốnghầm(mm)D:Đư ờngkínhốnghầm(m)

E:Modunđànhồicủađịachấtmàốnghầmđiqua(Mpa)P:Giát rịtảitrọngchấtthêmtrênbềmặt(KN/m)

Định dạng
Số trang	186
Dung lượng	9 MB