những giải pháp hợp lý trong việc xây dựng công trình tàu điện ngầm tại hà nội

đối với ga taØu điện ngầm đặt nông xâY Dựng tại Khu vực haØ nội hợp lYù nhất laØ thi công theo phương pháp lộ thiên Sử Dụng công nghệ "tươØng trong đất" Kết hợp với hệ thanh chống hoặc n

ông trình tàu điện ngầm có khả năng vận chuyển từ 50.000 đến 70.000 hành khách trong một giờ với tốc độ 40-60km/h, không cản trở giao thông trên tuyến phố có thể nói một thành phố văn minh, hiện đại không thể thiếu công trình tàu điện ngầm

Xây dựng công trình tàu điện ngầm tại khu vực hà nội cần xét đến các đặc điểm sau đây:

- khu vực hà nội đặc trưng bằng các loại đất khá đa dạng, chủ yếu là các loại đất yếu như sét, sét pha và cát pha chịu ảnh hưởng của mực nước sông hồng tại độ sâu trên 35m thường có lớp cát hạt trung lẫn sỏi sạn cao độ mực nước ngầm thay đổi tuỳ theo vị trí và phụ thuộc theo mùa

Bộ môn Công trình ngầm đô thị Đại học Kiến Trúc Hà Nội

nhưÕng giải pháp hợp lYù trong việc xâY Dựng công trình taØu điện

ngầm tại haØ nội

GS TS Đỗ Như Tráng

Ministry of Transport proposed to build

8 urban rail transport lines, forming the

main axes of the public transport network

in Hanoi:

(1) Yen Vien - Ngoc Hoi (25 km)

(2) Ha Noi - Ha Dong (15 km)

(3) Bac Co - Hanoi Station - Voi

Nhon (16 km)

(4) Hanoi - Noi Bai Airport (25 km)

(5) Daewoo - Trung Kinh - Hoa Lac

(32 km)

(6) Giap Bat - Southern Thang Long

(19 km)

(7) Buoi - Dong Anh - Soc Son (24 km)

Line 1: Nhon-Hanoi railway station

C

- các công trình hiện có trên mặt đất ở khu vực hà nội khá dày đặc, bố trí phức tạp theo quy hoạch đứng, các ga và tuyến đường tàu điện ngầm có thể đặt nông hoặc đặt sâu (độ sâu lớn hơn 12m) chúng thường được bố trí dưới mạng kỹ thuật ngầm, đường bộ vượt ngầm, cửa hàng bách hoá ngầm, ga ra ô tô ngầm

công trình tàu điện ngầm đặc trưng bằng ga và đường tàu chạy trong đó ga có dạng hình "khối hộp" còn đường chạy có dạng tuyến

Southern Thang Long (19 km): (7) Buoi - Dong Anh - Soc Son (24 km)

(8) Co Bi - Gia Lam - Kim No (26 km).

H.1 Mặt bằng quy hoach công trình tàu điện ngầm khu vực Hà Nội tới năm 2020 và tuyến I và tuyến II đang triển khai

i đối với ga taØu điện ngầm đặt nông xâY Dựng tại Khu

vực haØ nội hợp lYù nhất laØ thi công theo phương pháp lộ thiên Sử Dụng công nghệ "tươØng trong đất" Kết hợp với hệ thanh chống hoặc neo gia cươØng

công nghệ “tường trong đất” áp dụng trong điều kiện đô thị hà nội tỏ ra rất hiệu quả, không gây ảnh hưởng tới các công trình lân cận trong quá trình thi công "tường trong đất" cần sử dụng vữa bentônite để giữ vách hào các thao tác công nghệ chính được thực hiện theo trình tự như sau (h.3)

.2 Ga tàu điện ngầm Noksapyung (Hàn Quốc)

có thể sử dụng panen btct lắp ghép (dày 0,3-0,5m, dài đến 10-15m) hạ chúng vào hào đầy vữa sét Sử dụng panen lắp ghép cho phép giảm khối lượng làm đất, giảm chi phí btct, giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng có thể xây dựng tường bằng kết cấu hỗn hợp từ btct toàn khối ở phần dưới và các panen lắp ghép ở phần trên của tường

giữa các bước đào và đổ bê tông thường sử dụng vách ngăn vách ngăn có thể được lấy

ra sau khi đổ bê tông hoặc để lại trong tường ctn

Liên kết các panen bằng cách bơm vữa bê tông xi măng chậm đông kết (độ bền tới 5mpa) vào các rãnh giữa các panen cũng như giữa các tường hào và panen sau khi lắp đặt panen,

H.3 Sơ đồ công nghệ thi công tường CTN trong đường hào chứa vữa sét

i đào đất trong vữa sét; ii hạ vách ngăn; iii lắp, đặt khung thép;

iv đổ bê tông tường và dỡ tường chắn; v đào lõi đất; vi lắp đặt khung thép;

vii đổ bê tông tường; 1 cần bơm; 2 cột tháp; 3 cẩu - máy đào đất; 4 gầu ngoạm; 5 cẩu; 6 vách

ngăn; 7 vữa sét; 8 khung thép; 9 bộ phận lắng; 10 ôtô tự đổ; 11 ống dẫn bê tông.

đẩy vữa sét ra ngoài trong vữa đông kết chậm có xi măng, bêtônít, cát, phụ gia chậm đông kết.

nhược điểm của phương pháp "tường trong đất" là khó kiểm soát chất lượng và chống thấm bên ngoài tường

hệ chống (h.5) có thể cố định hoặc di động, các thanh chống bố trí theo tầng khi hố đào

H.4 Ghép nối tường hào sử dụng vách ngăn tháo ra (a-e) và không tháo ra (l-u)

1 ống; 2 dầm btct; 3 dầm thép; 4 ống có thép góc; 5 thép chữ i;

6 thép chữ [; 7 bích; 8 khung thép; 9 rãnh bằng nhựa tổng hợp; 10 thanh thép.

sâu, có thể tạo áp lực trước

hệ chống vách hố đào có thể sử dụng lại nhiều lần, nhưng bất tiện khi kích thước hố đào lớn, cản trở các phương tiện thi công

neo gia cường (h.6a) ngoài việc dùng hệ chống trong xây dựng ngầm có thể sử dụng neo.thanh chống chịu nén còn neo chịu kéo neo có cấu tạo gồm bầu neo, thanh neo và gương neo

nguyên tắc bố trí neo là bầu neo phải nằm ngoài vùng lăng thể trượt neo được sử dụng phổ biến trong xây dựng ngầm là neo đất

- neo đất được xây dựng bằng cách khoan lỗ (nghiêng) đường kính 20-30cm sâu 8-20m

H.5 Thanh chống ngang thay đổi chiều dài tiết diện chữ nhật (a) và hình tròn (b)

1 cọc; 2 ván chèn; 3 sườn; 4 phần tổ hợp của giằng ngang;

5 thanh giằng ngang; 6 trụ; 7 nêm; 8 kích.

H.6 Sơ đồ neo giằng cho hầm đào (a, b).

1 cọc; 2 thanh sườn; 3 chu vi công trình ngầm; 4 neo; 5 công trình xây dựng;

6 neo giằng chịu kéo; 7 khối neo; 8 đáy hầm; 9 cọc giữ thanh neo

(hãng “kato”, brtono”, “bayzp”, Samwoo) vượt ra ngoài giới hạn khối trượt khả dĩ các thanh neo được đặt vào lỗ khoan sau đó bơm vữa xi măng có thể dùng neo nằm ngang (h.6b)

Sử dụng neo gia cường vách hố đào tỏ ra khá hiệu quả, đặc biệt đối với những công trình có kích thước lớn như ga tàu điện ngầm

H.7 Cọc dạng tường chắn BTCT cho thành hầm (a-d)

1 lỗ khoan; 2 cọc - cột; 3 panen tường; 4 đệm cát; 5 btct đổ tại chỗ.

gia cường vách hầm bằng cọc Để chắn thành hố đào sâu có thể dùng cọc khoan nhồi hoặc hạ cọc-cột btct vào lỗ khoan sẵn (h.7)

Sử dụng cọc khoan nhồi giao nhau có chi phí khá cao song chúng lại tỏ ra khá hiệu quả khi cần xử lý vách hố đào sâu trong nhứng điều kiện phức tạp, cần gia cường chống sụt lở cục bộ vách hố đào, đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận kè chắn btct ("tường trong đất", cọc khoan nhồi) rất hiệu quả và kinh tế khi kết hợp chúng như bộ phận của kết cấu của ctn

Xây dựng ga nhiều tầng sử dụng "tường trong đất" hoặc cọc khoan nhồi như bộ phận của kết cấu của ctn có thể thực hiện theo sơ đồ “từ dưới - lên trên”(h.8a) hoặc theo trình tự đào

H.8 Các giai đoạn thi công công trình ngầm nhiều tầng.

1 xây dựng tường trong đường hào; 2 đào đất trong hầm và xây dựng neo; 3 thi công các sàn trung gian; 4 thi công sàn trên; 5 đào hầm và thi công mái; 6 đắp đất và khôi phục áo đường; 7 đào đất theo trình tự và thi công sàn trung gian; 8 thi công cột trung gian; 9 treo các sàn; 10 đào đất theo trình tự; 11 hạ các sàn trung gian.

đất - theo sơ đồ “từ trên - xuống dưới” lợi dụng hệ dầm sàn thay cho hệ thanh chống (h.8b), trong đó có thể sử dụng phương pháp thi công tiên tiến- phương pháp hạ sàn (h.8c)

Phương pháp thi công ga tàu điện ngầm bằng phương pháp lộ thiên kết hợp các hệ gia cường nêu trên mặc dù khá hợp lý và kinh tế nhưng khi thực hiện trên tuyến dài nhiều ga (các ga tàu điện ngầm thường cách nhau 1,2-1,5km/ga), để kịp tiến độ thi công giữa ga và tuyến đường chạy thì các ga phải thi công đồng thời Điều này đòi hỏi khối lượng dự trữ và huy động vật liệu, máy móc, nhân công rất lớn, đồng thời gây khó khăn cho giao thông mặt đất, đặc biệt đối với giao thông thành phố hà nội

một trong những biện pháp tiên tiến, hữu hiệu xây dựng ga tàu điện ngầm đặt nông tại khu vực hà nội là sử dụng phương pháp bán lộ thiên "mở thông đường hầm nối ga"

bản chất của phương pháp này là mở thông đường chạy nối ga liên tục trên toàn bộ

H.9 Trình tự thi công ga cột bằng phương pháp bán lộ thiên.

1- vòng vỏ đường chạy thi công băng khiên; 2-chi tiết khoá vòng vỏ; 3- vì chống neo; 4- cọc BTCT khoan nhồi hoặc khoan đóng; 5- mái BTCT đổ toàn khối; 6- đất đắp trở lại phía trên và đào đất phía dưới mái ga; 7- sân ga; 8- tháo thông tuyến đường chạy với sân ga

chiều dài của tuyến bao gồm 2-3 đường nối ga và tại vị trí của từng tổ hợp ga tiến hành mở hầm lần lượt theo tiến trình di chuyển của khiên qua đó (h.9, 10)

trong cả hai phương pháp thi công bán lộ thiên nêu trên đất đào, vật liệu và chi tiết kết cấu được vận chuyển qua khoang ngang đã xây dựng ở đầu mút ga khi chuyển dịch khiên mở tuyến hầm nối ga

ii thi công tuYến đươØng taØu điện ngaØm đặt nông:

thi công tuyến đường tàu điện ngầm đặt nông bằng phương pháp lộ thiên tốt nhất sử dụng hệ chống di động (h.11) Đây là hệ chống kim loại di động tiết diện hở, di chuyển được nhờ

H.10 Trình tự thi công ga một vòm theo phương pháp bán lộ thiên 1- mở hầm bằng khiên; 2- thi công trụ; 3- đào đất tới cao độ đỉnh ga và thi công mái ga.

H 11 Sơ đồ khiên hở:

1 phần lưỡi dao; 2 giằng chéo; 3 phần trụ; 4 kích thuỷ lực;

5 phần đuôi; 6 đệm bảo vệ; 7 kích điều chỉnh.

hệ thống kích thuỷ lực Sử dụng hệ chống di động cho phép:

- hoàn toàn loại trừ cây chống cố định và sự nặng nhọc trong việc thi công chúng

- giảm khối lượng đào và đắp đất (do giảm khoảng trống giữa vỏ hầm và thành hầm)

- giảm độ nguy hiểm do chuyển vị và biến dạng mặt đất, nhà và công trình dọc tuyến hầm công nghệ "tường trong đất" kết hợp neo/chống và cọc khoan nhồi giao nhau cũng có thể sử dụng để thi công tuyến đường tàu điện ngàm đặt nông

iii thi công tuYến đươØng taØu điện ngaØm đặt Sâu (lớn hơn 12m): hợp lYù nhất laØ Sử Dụng

phương pháp KÍn (ngầm)

H.12 Sơ đồ liên kết ống trong phương ngang (a, b).

1 đường ngầm; 2 ống; 3 nhồi bê tông; 4 cơ cấu khoá;

Một trong những thao tác khó khăn nhất trong xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp kín tại khu vực Hà Nội là đào đất Tuỳ loại đất có thể có một số biện pháp hiệu quả sau đây:

- Đất có hệ số kiên cố f = 1 2 thường đào thủ công, đào phá bằng búa hoặc xẻng khí nén kết hợp sử dụng màng ống màng ống có cấu tạo như h12

tăng chiều dài màng chắn bằng ống bằng cách khoan xiên tạo ra màng vượt trước trực tiếp từ gương đào ngầm và luồn ống thép vào lỗ khoan (h.13)

- Đất có hệ số kiên cố f = 3-6, nên sử dụng máy đào tbm hoặc khiên

H.13 Sơ đồ xây dựng màng chắn bằng ống từ gương hầm đào

1 màng bằng ống; 2 khung khoan; 3 búa khoan; 4 cung tròn.

H.14 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đào hầm

a đào đất; b di chuyển thân bên ngoài; 1 bộ phận làm việc; 2 thân bên trong;

3 thân bên ngoài; 4 kích di chuyển; 5 cơ cấu giằng chống; 6 trụ bổ sung.

3.1 phương pháp đào đường hầm bằng máy (tbm)

Đào hầm bằng tbm so với phương pháp đào thủ công hoặc khoan nổ mìn có nhiều ưu điểm nếu trong phương pháp khoan nổ mìn hoặc đào thủ công tốc độ mở lớn nhất trên 1 gương là 30-100m/tháng cho đường ngầm ôtô 2 luồng, thì cũng trong đất như vậy, tbm có thể đảm bảo tốc độ mở hầm 300-400m/tháng và lớn hơn giá thành xây dựng giảm trung bình 20-30% Đặc biệt sử dụng tbm có hiệu quả khi đào đường hầm kéo dài hơn 1 1,5km

tbm được trang bị cơ cấu đào đất, gầu và băng tải để chuyển đất lên các phương tiện vận chuyển

tbm tác động mang tính lựa chọn được dùng phổ biến bộ phận làm việc của chúng được di chuyển trên cần gắn trên phần thân của máy đào, máy kéo hoặc trên xe tời chuyên dùng (h.14-15) máy có một hoặc hai đầu cắt - cần lái cho phép tạo nên hầm đào dạng bất kỳ: vòm, chữ nhật, tròn, elip v.v…

nhược điểm chính của tbm là ở chỗ không thể sử dụng chúng ở điều kiện đất thay đổi trong phạm vi đủ rộng tiếp tục hoàn thiện tbm là xem xét tạo ra các cơ cấu tác động trong phạm

vi rộng với các bộ phận làm việc rôto hoặc nhiều cần trang bị cơ cấu treo để lắp đặt hệ chống tạm thời cũng như các phương tiện thông gió và hút bụi

công nghệ đào hầm: - Đối với đất mềm, hầm ngầm được đào từng đoạn trên toàn bộ tiết diện kết hợp hệ thống chống đỡ tạm thời Phương pháp này chỉ nên dùng cho các đoạn hầm ngắn (200-300m)

khu vực tỉnh hà tây và một số Xã thuộc hoà bình (hà nội mở rộng) có đất đá đủ cứng có thể sử dụng một số phương pháp đào hầm sau đây:

H.15 Sơ đồ (a) và dạng chung của máy tác động có tính lựa chọn

1 đầu phay; 2 cần; 3 thân máy; 4 băng tải; 5 cơ cấu bốc dỡ;

6 hướng di chuyển bộ phận làm việc.

>

H.16 Các sơ đồ công nghệ (a, b) và các giai đoạn công tác

trong phương pháp gương hầm liên tục

1 máy đào đất; 2 xe goòng tự đổ; 3 thiết bị khoan; 4 khuôn ống lồng; 5 tời lắp đặt khuôn; 6 máy đổ bê tông;

7 bơm bê tông; 8 bơm vữa; 9 neo; 10 ống thông gió; 11 thùng chứa vữa khô; 12 ôtô; 13 ống dẫn bê tông; 14

cầu công xôn; 15 toa goòng cỡ lớn; 16 máy bốc dỡ đất; 17 sàn di động

H.17 Các sơ đồ thi công đường hầm bằng phương pháp gương hầm bậc

kalota (a, b) và bậc dưới (c, d)

1 lỗ khoan; 2 máy bốc dỡ đất; 3 toa goòng; 4 hệ chống cung vòm; 5 cầu di động;

6 bunke; 7 dầm đua; 8 đơn nguyên khuôn; 9 máy đào hầm; 10 máy chuyển tải.

- Đất đá có hệ số kiên cố f 6-7 có thể sử dụng các phương pháp gương hầm liên tục và dật cấp, phía dưới, phía trên và phía bên hầm đào được mở ngay toàn bộ tiết diện hoặc trong 2-3 giai đoạn, sau đó thi công vỏ hầm cố định

- Đất có hệ số kiên cố f = 4-6, phổ biến sử dụng phương pháp dật bậc dưới, trong đó phần trên bậc được mở ngay trên toàn bộ chiều dài hầm đào hoặc vượt trước so với phần dưới với

l = 30-50m (h.17a,b)

- Đất đá dạng phiến, sét kết aleurolit v.v có hệ số kiên cố f = 3-5, cũng như đất yếu no nước thường sử dụng phương pháp mới của áo (hatm) Đầu tiên tiến hành đào phần đỉnh hầm, gia cường bằng bê tông - phun dày 15-20cm, phun lên lớp lưới thép (h.18) có thể dùng hệ chống liên hợp từ bê tông phun kết hợp neo hoặc cung vòm vỏ mềm bê tông phun có khả năng biến dạng mà không bị sụt lở nhờ tính từ biến của bê tông - phun

H.18 Sơ đồ công nghệ (a) và các giai đoạn làm việc (b) trong phương pháp HATM

1 lưới thép; 2 neo; 3 lớp bê tông; 4 xe chở bê tông; 5 máy phun bê tông; 6 cần phun;

7 tô tự đổ; 8 máy đào đất; 9 toa goòng; 10 máy đào hầm; i-ix các giai đoạn làm việc.

H.19 Sơ đồ khuôn khớp xếp lại được (a) và khuôn tháo lắp (b)

1 tời di động; 2 đơn nguyên khuôn; 3 kích thuỷ lực; 4 kích trục vít; 5 tời; 6 khuôn trong trạng thái vận chuyển; 7 “cửa sổ”; 8 vì tubin hàn; 9 máy lắp đặt tay đòn; 10 giá đỡ; 11 cẩu

Sau khi khối đất xung quanh tắt biến dạng (ghi theo đồng hồ neo) tiến hành đào phần giữa của hầm và đổ bê tông vỏ hầm hoặc bê tông - phun dày 25-30cm khi có nước ngầm trong hầm đào, cần dán lớp cách nước giữa lớp bọc ngoài và vỏ hầm trong phương pháp này kết cấu vỏ hầm được giảm nhẹ rất nhiều nhờ tận dụng quá trình ngưng từ biến của đất, tuy nhiên dễ xuất hiện sự cố khi vành đường hầm lún nhiều, đặc biệt khi tải trọng ngoài không đều

Lắp đặt côp pha cho bê tông đổ tại chỗ

- cốp pha kiểu ống lồng làm theo các đơn nguyên dài lc =2-3m được sản xuất từ ống có gân phủ bằng các tấm thép (h.19a) các đơn nguyên này gồm các chi tiết liên kết khớp với nhau cho phép xếp lại các đơn nguyên được vận chuyển trên xe lắp ráp có trang bị kích và tời sau khi bố trí các đơn nguyên lần lượt vào vị trí thiết kế, chúng được liên kết lại bằng bulông, còn các khớp được “khoá lại”

- cốp pha kiểu lắp ghép từ các vì tubin liên kết với nhau bằng bulông (h.19b)

Sử dụng cốp pha ống lồng và vì tu bin lắp ghép tạo khả năng đổ bê tông liên tục theo hướng tới gương hầm bằng cách di chuyển các chi tiết khuôn dưới các đơn nguyên đã dựng trước đó

3.2 phương pháp Khiên Khiên mở hầm là hệ chống di động trong phương pháp này đất được đào và vỏ hầm cố định được laÉp đặt gần như đồng thời.

các khiên khác nhau về hình dáng, kích thước mặt cắt, khả năng chịu lực, phương pháp đào đất và gia cường mặt gương hầm v.v hình dạng mặt cắt ngang của các khiên rất khác nhau: tròn, vòm, chữ nhật, thang, elip v.v trong phần lớn các trường hợp, khiên có dạng hình tròn tương ứng với dạng vỏ hầm nhưng sử dụng tiết diện đường hầm hiệu quả hơn lại là vỏ hầm có dạng chữ nhật

theo phương pháp đào đất khiên có loại chính:

- không cơ giới hoá: đất được đào thủ công hoặc dùng dụng cụ cơ giới cầm tay

- cơ giới hoá: tất cả các thao tác đào đất, thu dọn đất hoàn toàn được cơ giới hoá cấu tạo khiên: -vòng dao cắt đất theo chu tuyến hầm đào và để bảo vệ người làm việc trong gương hầm khi mở hầm trong đất mềm, vòng dao có phần trên rộng ra- dầm dẫn, còn trong đất yếu- mái đua ngăn ngừa sự cố

- vòng tựa cùng vòng dao là các kết cấu chịu lực chính của khiên các kích để di chuyển khiên được phân bố đều theo chu vi vòng tựa khi đường kính khiên khoảng 10m thường được bố trí 30-36 kích

- vỏ đuôi gia cường chu tuyến của hầm đào tại vị trí thi công vòng tiếp theo của vỏ hầm các khiên không cơ giới hoá được trang bị bổ sung các vách ngăn ngang và đứng, các tấm sàn đua, cũng như các kích sàn và gương hầm các vách ngăn ngang và đứng tạo cho kết cấu khiên độ cứng cần thiết và chia gương hầm thành các ô lưới, trong đó đất được đào đi

H.20 Sơ đồ khiên đào mở hầm không cơ giới hoá 1 kích trong gương hầm; 2 các kích của khiên; 3 các vách ngăn đứng; 4 sàn chuyển động đua ra; 5 các vách ngăn ngang; 6 kích trên sàn; 7 vỏ đuôi; 8 vòng tựa;

9 vòng dao; 10 dầm dẫn; 11 vỏ hầm.

vấn đề hoàn thiện các kết cấu của khiên được tiến hành theo hướng tạo ra những khiên

di chuyển độc lập với vỏ hầm kết hợp tựa vào vòng chống nhờ vỏ ống lồng v.v…

H.21 Sơ đồ các khiên cơ giới có bộ phận làm việc tác động rôto (a-b)

1 rôto 5 tia; 2 phay đĩa; 3 lưỡi xoay; 4 lưỡi cố định; 5 dao dạng thanh; 6 phay theo chu tuyến; 7 vôđilô; 8 vòng gầu; 9 gầu dỡ tải; 10 bộ phận cắt; 11 bộ phận giữ dao; 12 dao cắt; 13 cửa sổ cắt; 14 rôto dạng nón; 15 thân khiên; 16 bộ dẫn động; 17 băng tải.