Phân tích các rủi ro địa kỹ thuật khi xây dựng đường tàu điện ngầm hà nội tuyến số 3 đoạn khách sạn dawoo đến ga hà nội và kiến nghị một số giải pháp phòng tránh

LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập làm luận văn cao học, giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đặc biệt thầy PGS.TS Nguyễn Hồng Nam, nỗ lực thân đến tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Các kết đạt đóng góp nhỏ mặt khoa học trình nghiên cứu rủi ro địa kỹ thuật xây dựng hầm tàu điện ngầm tuyến số Nhổn – Ga Hà Nội Tuy nhiên, khuôn khổ luận văn, điều kiện thời gian trình độ có hạn nên khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết Tác giả mong nhận ý kiến góp ý thầy, giáo đồng nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hồng Nam hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp kiến thức khoa học cần thiết trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo thuộc Bộ mơn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo ĐH&SĐH tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi xin chân thành cảm ơn tới anh Hoàng An Đà Giang anh Phạm Thanh Trung cấp cho tài liệu quý liên quan đến đề tài Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới anh Đỗ Ngọc Anh cho nghiên cứu quý giá mơ hình hầm anh Tơi muốn gửi lời cảm ơn tới bạn Dương Việt Nga giúp đỡ tơi việc chạy mơ hình 3D Xin chân thành cảm ơn quan, bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên khích lệ tơi q trình học tập thực luận vănnày Hà Nội, ngày 26 tháng 05 năm 2014 Tác giả Nguyễn Kim Thìn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan tồn luận vănnàylà sản phẩm nghiên cứu cá nhân Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố Tất trích dẫn rõ nguồngốc Hà Nội, ngày 26 tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Kim Thìn MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT MỞĐẦU .1 CHƯƠNG1 TỔNGQUAN .4 1.1 Tổngquanvềxâydựngđườngtàuđiệnngầmtrongđôthịtrênthếgiới 1.1.1 Sơlượcvềđườngtàuđiệnngầmvàlịchsửxâydựng 1.1.2 Cácphương phápthicônghầm 1.2 Các rủiroliên quanđến địakỹthuậtkhixâydựngđườnghầmđôthị 12 1.2.1 Các rủiroxảyra dokhảosát 13 1.2.2 Các rủiroxảyra dothiếtkế 13 1.2.3 Các rủiroxảyra dothicông 14 1.2.4 Các rủiroxảyra doquảnlý 15 1.2.5 Các rủirokhác 15 1.3 Sựcầnthiết phảixâydựng đườngtàuđiện ngầmHàNộivànhữngtháchthức 16 1.3.1 Sựcần thiết phảixây dựng đườngtàuđiệnngầmH Nội .16 1.3.2 Những tháchthức khixây dựng đườngtàu điệnngầmH Nội 17 1.4 Các nộidungnghiêncứu .19 1.4.1 Nghiêncứuđiều kiệnđịachất,kết cấuđường hầm, biện phápthicônghầm 19 1.4.2 Nghiên cứumơphỏngbài tốnxây dựnghầm tàuđiệnngầm 20 1.4.3 Nghiêncứu cácthamsốảnhhưởngđếnmơhìnhbàitốnđàohầm 20 1.4.4 Nghiên cứucácbiệnphápxử lýnềnvàkết cấucơngtrình .21 CHƯƠNG2 22 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH TÀU ĐIỆN NGẦM HÀ NỘI TUYẾNSỐ3 22 2.1 Giới thiệudựán 22 2.2 Điều kiệnđịachất .23 2.2.1 Phânloạiđất 23 2.2.2 Mựcnướcthiếtkế 26 2.3 Kếtcấuđườnghầm .30 2.4 Biện phápthicông .34 2.4.1 Lựachọnloạimáyđàohầm 34 2.4.2 CácthôngsốcủamáyTBMvàsựhoạtđộng .35 2.4.3 Lượngmất mátthểtích dothicơng 36 2.4.4 Kếhoạchthicông 37 2.5 Tóm tắtchươngII 38 CHƯƠNG3 39 MƠ PHỎNG BÀI TỐN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM VÀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA NỀNVÀ CÁC CƠNG TRÌNHLÂNCẬN 39 3.1 Phươngphápđánhgiárủirocủacáccơngtrìnhlâncận 39 3.2 Cơsở lýthuyếttínhtốnổnđịnh,biếndạng 42 3.2.1 Cơ sở lýthuyếttínhổnđịnhgươngđào 42 3.2.2 Cơ sở lýthuyếttínhbiếndạngnền 47 3.3 Mơphỏngbàitốn xâydựngđườnghầmtàuđiện ngầmHàNộituyếnsố3vàlựachọncácthơngsốđầuvào 52 3.3.1 Sơlượcvềmơphỏngbàitốnxâydựngđườnghầm tàuđiệnngầm .52 3.3.2 Mơphỏngbàitốnxâydựnghầm tàuđiện ngầmHàNộituyếnsố3 53 3.4 Phântíchkết quảvàdựbáosựcố .71 3.5 Nghiêncứuảnhhưởngthamsố 76 3.5.1 Thayđổiđộmất mát thểtích(VL) 76 3.5.2 Thayđổiáplựcgươnghầm(Pg) .79 3.5.3 Thayđổiáplựcphụtvữa đuôikhiên(Pv) 82 3.5.4 Thayđổi thứtựđàocáchầm 84 3.5.5 Thayđổiđộsâuhầm .85 3.5.6 Thayđổikhoảngcáchcáchầm 87 3.5.7 Thayđổi mựcnướcngầm 88 3.6 Tóm tắtchươngIII .90 CHƯƠNG4 91 MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬLÝĐỂ GIẢM THIỂURỦIRO 91 4.1 Khái quátvềcácbiện phápphòngtránhrủirokhiđàođườnghầm 91 4.1.1 Các biện phápxửl ý .91 4.1.2 Các biện phápthicông .94 4.1.3 Biệnpháp quan trắc khithicông 95 4.2 Mộtsốbiệnphápxửlýtuyến đườnghầmsố3 96 4.2.1 Lựa chọnđộsâuvàkhoảng cách hầmvàthôngsốthicông .96 4.2.2 Lựa chọnbiện phápxửl ý .97 4.3 Nhậnxét .102 4.4 Tóm tắtchương4 102 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 103 Kếtluận 103 Kiếnnghị 105 Các vấnđềkhiếm khuyếtcầnnghiêncứuthêm 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục 1: Các ký hiệu mặt cắt địa chất Phụ lục 2: Mặt cắt địa chất từ Km 218+700 đến Km 220+00 Phụ lục 3: Mặt cắt địa chất từ Km 220+00đến Km 221+270 Phụ lục 4: Mặt cắt địa chất từ Km 221+270 đến Km 222+470 Phụ lục 5: Cao độ lớp đất đá độ sâu hầm DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Ký hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Phương pháp đào hở Hình 1.2 Phương pháp đào kín Hình 1.3 Phương pháp khoan nổ Hình 1.4 Gia cố tạm bê tơng phun Hình 1.5 Phương pháp kích đẩy ống Hình 1.6 Khiên đào Hình 1.7 Thi cơng hầm khiên đào qua sơng S.t Clair (Mỹ) 10 Hình 1.8 Khoan hầm máy TBM 10 Hình 1.9 Phương pháp đào bán hở 11 Hình 1.10 Phương pháp hầm dìm 12 Hình 1.11 Ùn tắc giao thơng Hà Nội 16 Hình 2.1 Tuyến đường sắt Hà Nội số 23 Hình 2.2 Các bước phân loại đất 24 Hình 2.3 Sự thay đổi mực nước tầng Holocene 27 Hình 2.4 Sự thay đổi mực nước tầng Pleistocene 28 Hình 2.5 Kết quan trắc mực mước năm 2008 28 Hình 2.6 Kết quan trắc mực mước năm từ tháng đến tháng 10/2011 29 Hình 2.7 Mực nước ngầm tính tốn 29 Hình 2.8 Đoạn tuyến từ Đại sứ quán Thụy Điển đến phố Cát Linh 31 Hình 2.9 Phương án trắc dọc tuyến đường hầm 31 Hình 2.10 Kích thước mặt cắt ngang hầm 32 Hình 2.11 Kết cấu vỏ hầm 33 Hình 2.12 Phân bố kích thước hạt đất độ sâu 15m đến 20m 35 Hình 2.13 Máng lún dọc theo đường hầm 36 Hình 2.14 Mất mát đất trình đào hầm 37 Hình 2.15 Mất mát đất khiên đào 37 Hình 3.1 Sơ đồ cân áp lực tác dụng gương đào 42 Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng gương đào 43 Hình 3.3 Mơ hình nêm trượt 44 Hình 3.4 Đường cong phân bố lún theo Peck 47 Hình 3.5 Kích thước mơ hình 56 Hình 3.6 Mơ hình 2D Km 219+118 56 Hình 3.7 Mơ hình 2D hình Km 219+418 57 Hình 3.8 Mơ hình 2D Km 219+923 Km 220+230 57 Hình 3.9 Mơ hình 2D Km 220+638 58 Hình 3.10 Mơ hình 2D Km 220+978 58 Hình 3.11 Mơ hình 2D Km 221+498 59 Hình 3.12 Mơ hình 2D Km 221+658 59 Hình 3.13 Mơ hình 2D Km 221+784 60 Hình 3.14 Kết tính độ lún độ lún lệch theo phương pháp L&P Km 219+118 Km 221+784 61 Hình 3.15 Kết tính độ lún độ lún lệch theo phương pháp L&P từ Km 219+923 đến Km 221+498 62 Hình 3.16 Kết tính độ lún độ lún lệch theo phương pháp L&P Km 219+418 Km 221+658 63 Hình 3.17 Kết tính độ lún độ lún lệch theo mơ hình 2D Km 219+118 Km 221+784 65 Hình 3.18 Kết tính độ lún độ lún lệch theo mơ hình 2D từ Km 219+923 đến Km 221+498 66 Hình 3.19 Kết tính độ lún độ lún lệch theo mơ hình 2D Km 219+148 Km 221+658 67 Hình 3.20 Tạo lưới 3D gồm đoạn 68 Hình 3.21 Các pha mơ hình 3D 69 Hình 3.22 Mơ hình 3D Km 219+923 70 Hình 3.23 Kết phân tích theo mơ hình 3D Km 219+923 71 Hình 3.24 So sánh kết tính độ lún độ lún lệch phương pháp L&P, 2D 3D 73 Hình 3.25 Khu vực có rủi ro cao từ Km 219+790 đến Km 220+350 75 Hình 3.26 Khu vực rủi ro cao từ Km 21+650 đến Km 21+965 75 Hình 3.27 Ảnh hưởng VLđến độ lún độ lún lệch Km 219+923 77 Hình 3.28 Ảnh hưởng VLđến độ lún độ lún lệch Km 221+658 78 Hình 3.29 Ảnh hưởng Pgđến độ lún Km 219+923 79 Hình 3.30 Hệ số áp lực tối thiểu gương hầm bên 80 Hình 3.31 Hệ số áp lực tối thiểu gương hầm bên 80 Hình 3.32 Hệ số áp lực tối đa gương hầm bên 81 Hình 3.33 Hệ số áp lực tối đa gương hầm bên 81 Hình 3.34 Ảnh hưởng Pvđến độ lún độ lún lệch Km 219+923 83 Hình 3.35 Ảnhhưởngcủathứtự đào hầm đến độ lún vàđộlún lệch tạiKm219+923 84 Hình 3.36 Ảnh hưởng độ sâu đặt hầm đến độ lún độ lún lệch Km 221+658 86 Hình 3.37 Ảnh hưởng khoảng cách hầm đến độ lún Km221+658 87 Hình 3.38 Ảnh hưởng khoảng cách hầm đến độ lún lệch Km221+658 88 Hình 3.39 Ảnh hưởng thay đổi mực nước ngầm đến độ lún độ lún lệch Km221+658 89 Hình 4.1 Khoan vữa gia cố 92 Hình 4.2 Bố trí neo gương đào 93 Hình 4.3 Khoan vữa nhiều lớp 93 Hình 4.4 Khoan vữa ngăn dịch chuyển đất 94 Hình 4.5 Máy khoan có thiết bị dẫn hướng 95 Hình 4.6 Áp lực cao gây hỏng vỏ hầm 95 Hình 4.7 Mặt cắt xử lý đất – xi măng 98 Hình 4.8 Kết phân tích trước sau xử lý 101 Hình phụ lục Các ký hiệu mặt cắt địa chất Hình phụ lục Mặt cắt địa chất từ Km 218+700 đến Km 220+00 Hình phụ lục Mặt cắt địa chất từ Km 220+00 đến Km 221+270 Hình phụ lục Mặt cắt địa chất từ Km 221+270 đến Km 222+470 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Ký hiệu Bảng 1.1 Tên bảng Thống kê tàu điện ngầm số thành phố lớn giới Trang Bảng 2.1 Các tiêu lý đất tiêu tính tốn 25 Bảng 2.2 Bảng cao độ mực nước ngầm 30 Bảng 2.3 Kích thước mặt cắt ngang hầm 32 Bảng 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá hư hỏng cho giai đoạn 39 Bảng 3.2 Các cơng thức tính độ lệch tiêu chuẩn i 48 Bảng 3.3 Vị trí tương đối hầm 55 Bảng 3.4 So sánh kết phân tích phương pháp L&P PTHH sơ đồ 2D 72 Bảng 3.5 Cấp độ hư hỏng cơng trình ứng với giá trị VL 79 Bảng 3.6 Ảnh hưởng Pv đến cấp độ hư hỏng 82 Bảng 3.7 Độ lún lớn thay đổi độ sâu hầm Km 221+658 85 Bảng 3.8 Ảnh hưởng khoảng cách hầm đến độ lún Km 221+658 87 Bảng 4.1 Ứng xử độ lún quan trắc đường hầm Toulon 96 Bảng 4.2 Các tiêu lý tính tốn lớp tương đương L1_s2 100 Bảng 4.3 Các tiêu lý tính tốn lớp tương đương L3&4 100 Bảng phụ lục Cao độ lớp đất đá độ sâu hầm