Tổngquanvềxâydựngđườngtàuđiệnngầmtrongđôthịtrênthếgiới
Sơlượcvềđườngtàuđiệnngầmvàlịchsửxâydựng
Tàu điện ngầm còn được gọi làmetro, là hệ thống vận tải lớn trongđô thịchạy trênđường rayvà thường có một phần lớn chiều dài tuyến đi ngầm dưới lòng đất. Tàu điện ngầm là hệ thống giao thông chở khách với tốc độ cao, nhiều lượt, nhiều chuyến trong ngày, lượng khách lớn, thuận tiện và thoải mái. Đường tàu điện ngầm thường được hiểu là đi ngầm dưới mặt đất, nhưng hiện nay chỉ có một số đường là hoàn toàn dưới mặt đất, còn lại là kết hợp giữa trên và dưới mặt đất, ở nơi sầm uất thì phải làm dưới mặt đất, còn lại dùng cầu vượt hoặc đi trên mặt đất để giảm bớt khó khăn và giá thành thi công.
Tuyến đường tàu điện ngầm đầu tiên được xây dựng ở nước Anh năm 1860, hoàn thành vào năm 1863, dài 6 km và được xây dựng bằng phương pháp đào hở (cut and cover) Từ đó đến nay, tàu điện ngầm đã từng bước phát triển và có diện mạo hiện đại như ngày nay.
Thống kê chung về tàu điện ngầm ở một số thành phố lớn trên thế giới được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thống kê về tàu điện ngầm ở một số thành phố lớn trên thế giới[38]
Thành phố Năm bắt đầu
Lượng khách(triệul ượt/ngày)
Chiều dài (km) Số nhà ga Vận tốc trung bình (km/h)
Ban đầu, hầm tàu điện ngầm được xây dựng bằng phương pháp đào thủ công, chống giữ tạm bằng gỗ và hầm được xây bằng gạch và tàu chạy bằng hơi nước Dần dần theo sự phát triển của ngành xây dựng, phương pháp thi công hầm cũng được cải tiến Ban đầu là chống giữ tạm bằng khiên (shield) đơn giản, thi công bằng bán cơ giới, rồi đào hầm bằng mìn Tiếp theo công nghệ đào hầm mới của Áo (NATM) được phát minh và từ đó đến nay, phương pháp này được áp dụng nhiều, nhất là các đường hầm xây dựng trong đá Việc phát minh ra máy khoan hầm (TBM) là một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng hầm Nó giúp cho việc đào hầm thuận tiện và nhanh chóng, an toàn hơn trong khu vực đô thị.
Ngày nay, các phương pháp đào hầm được cải tiến Tùy thuộc vào điều kiện đất nền, diện tích mặt bằng, khả năng kinh tế… mà lựa chọn phương án khác nhau cho phù hợp Việc chọn phương án đào hầm hợp lý không những giúp tiết kiệm thời gian, kinh phí và còn đảm bảo hơn cho sự an toàn – một vấn đề không đơn giản đối với việc xây dựng hầm trong đô thị.
Cácphương phápthicônghầm
Trong phương pháp thi công đào hở, hố móng được đào lộ thiên, sau khixâydựng công trình ngầm xong thì được lấp lại Phương phápnàythường áp dụng để thi công các công trình đặt nông khoảng từ 5m đến15m.
Nếu mặt bằng đủ rộng và đất đá có độ ổn định tốt thì có thể thi công đào mở không cần chống với độ mở mái nhất định Trong khu vực có mặt bằng chật hẹp, hay khu vực đất dễ sạt lở thì cần dùng tường trong đất để chống giữ hố đào Trình tự thi công của phương pháp này bao gồm các bước: Thi công tường trong đất, đào hố móng giữa 2 tường, thi công công hầm, đắp hoàn trả hố móng (hình1.1).
Hình 1.1: Phương pháp đào hở.
1.1.2.2 Phương pháp đàokín a Phương pháp đào thủcông. Đây là phương pháp có lịch sử phát triển lâu đời, quen thuộc trong việc đào hầm mỏ thuở sơ khai và vẫn được dùng cho đến tận ngày nay Công tác đào được thực hiện bằng tay hoặc máy đào đơn giản, hầm ban đầu được chống đỡ tạm bằng gỗ và sau đó vỏ hầm được xâydựng.
Quy trình thi công hầm theo phương pháp thủ công gồm các bước: Đào đất đá, vận chuyển đất đá ra khỏi hầm, gia cố tạm thời, thi công lớp vỏ hầm Đối với hầm có tiết diện nhỏ, có thể tiến hành đào toàn gương hầm (hình 1.2.a) Đối với hầm có tiết diện lớn thì gương hầm được chia thành nhiều phần và thực hiện đào và chống tuần tự theo từng phần (hình1.2.b). a Đào toàntiếtdiện b Đào từng phần trong đất đáyếu
Hình 1.2: Phương pháp đào kín. b Phương pháp khoannổ.
Phương pháp này sử dụng thuốc nổ để thực hiện công tác đào Một chu trình đào hầm bao gồm các bước: Khoan tạo lỗ trên gương hầm, nạp thuốc nổ, tiến hành nổ mìn, thông gió, vận chuyển đất đá và sửa bề mặt vách hầm, gia cố tạm và thi công vỏ hầm (hình 1.3) Phương pháp khoan nổ thường áp dụng để thi công các đường hầm trong điều kiện đất đá cứng chắc.
4.Thônggió 5 Vận chuyểnđấtđá 6 Thi công vỏhầmHình 1.3: Phương pháp khoannổ. c Phương pháp NATM (new Austrian tunnellingmethod). Được ra đời trong những năm 60 của thế kỷ 20, phương pháp này nhanh chóng trở thành một trào lưu trong lĩnh vực xây dựng hầm Công tác đào được tiến hành giống như phương pháp đào thủ công hay khoan nổ, tuy nhiên điểm khác là việc thiết kế vỏ hầm có tính đến khả năng tự chống đỡ của bản thân đất đá xung quanh đường hầm Biện pháp thi công phải xử lý khối đất đá trên vòm hầm sao cho đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống đỡ Do đó, tự bản thân khối đất đá xung quanh sẽ trở thành một phần kết cấu chống đỡ hầm Cách chống đỡ truyền thống bằng gỗ hoặc bằng vòm thép không thể giúp ngăn ngừa sự biến dạng của khối đá xung quanh hầm Bê tông phải được phun ngay sau khi đào để có thể ngăn sự biến dạng của khối đá một cách hữu hiệu (hình 1.4) Các bước thi công theo phương pháp NATM gồm: Đào đất đá, vận chuyển đất đá, gia cố tạm, thi công vỏ hầm.
Hình 1.4: Gia cố tạm bằng bê tông phun [35]
Phương pháp NATM chủ yếu được áp dụng cho hầm đào trong đá, tuy nhiên hiện nay đang được nghiên cứu áp dụng cho cả hầm đào trong đất yếu. d Phương pháp kích đẩyống. Đây là phương pháp thi công hầm bằng cách dùng kích thủy lực để đẩy các đốt hầm di chuyển đằng sau máy khoan hầm (hình 1.5) Do bị giới hạn về khả năng kích và ma sát giữa các đốt hầm và đất nền nên phương pháp này áp dụng cho các hầm không quá dài và đường kính tối đa khoảng3m.
Hình 1.5: Phương pháp kích đẩy ống [35] e Phương pháp khiênđào. Đây là phương pháp thi công hầm mà trong đó thay thế việc chống đỡ tạm bằng một vỏ thép hình trụ gọi là khiên đào (hình 1.6), có tác dụng che chắn cho người và máy móc bên trong nó được an toàn.
Việc đào hầm được thực hiện bằng thủ công hay bán cơ giới Trong quá trình đào, đất đá được vận chuyển ra ngoài và khiên tiến lên phía trước nhờ kích đẩy tựa lên vỏ hầm đã thi công xong (hình 1.7).
Hình 1.7: Thi công hầm bằng khiên đào qua sông S.t Clair (Mỹ) [35]. f Phương pháp khoan hầm TBM (tunnel boringmachine). Đây là bước phát triển cao hơn của phương pháp đào hầm bằng khiên đào Hầm được thi công bằng máy đào toàn tiết diện TBM Toàn bộ các quá trình thi công được cơ giới hóa và được vận hành bởi buồng điều khiển Gương hầm có thể được ổn định nhờ vào sự cân bằng áp lực của đất đá đào ra hoặc bằng vữa Bentonite Máy cân bằng áp lực đất là dùng chính mùn đất đá khoan ra trộn lẫn với bọt để tạo vữa cân bằng với gương hầm Máy dùng Bentonite thì được cấp dung dịch bentonite vào buồng khoan, đất đá khoan ra được hòa trộn với bentonite và vận chuyển ra ngoài bể xử lý, lọc lấy bentonite và tái sử dụng Các bộ phận cơ bản của đầu máy khoan TBM được mô phỏng trong hình1.8.
Hình 1.8: Khoan hầm bằng máy TBM [35]
1 Đầu cắt 6 Bộ phận bịt đuôi khiên
2 Dung dịch Bentonite 7 Đường cấp dung dịch Bentonite
3 Bọt khí 8 Đường ra của vật liệu đào
4 Kích đẩy 9 Phun vữa lấp nhét
Quy trình khoan hầm bằng máy TBM cơ bản như sau: Đầu cắt quay để cắt đất đá trên gương hầm Đất đá được trộn với dung dịch bentonite để đưa ra ngoài.Máykhoan tiến lên nhờ kích đẩy, vỏ hầm bê tông đúc sẵn được vận chuyển và lắp đặt vào đuôi khiên đào Cuối cùng là phun vữa lấp nhét vào khoảng trống giữa vỏ hầm và đất nền xung quanh hầm Phương pháp khoan hầm bằng máy TBM có thể áp dụng để đào các hầm có độ sâu lớn, qua các loại đất đá khác nhau, đường kính hầm lớn nhất có thể lên đến 19m và có thể đào được nhiều loại hình dạng mặt cắt ngang hầm.
1.1.2.3 Một số phương phápkhác a Phương pháp thi công đào bánhở Đây là phương pháp dùng để thi công các hầm có độ sâu nông Phương pháp này bao gồm các bước: Đào hố móng đến cao độ nóc hầm, thi công tường trong đất, thi công nắp hầm, đào đất dưới nắp hầm và thi công các bộ phận còn lại của vỏ hầm, hoàn thiện và lấp đất hoàn trả hố móng (hình1.9).
Hình 1.9: Phương pháp đào bán hở
12 b Phương pháp hầmdìm Đây là phương pháp dùng để thi công các hầm có độ sâu nông dưới đất, đi qua đáy sông, đáy biển Các đốt vỏ hầm được đúc sẵn tại bãi đúc có diện tích lớn, sau đó dùng tàu để lai dắt các đốt hầm đến vị trí công trình đã được đào mở móng, đánh chìm các đốt hầm, lấp phủ hầm và hoàn thiện (hình1.10).
Hình 1.10: Phương pháp hầm dìm[35]
Trên đây là các phương pháp thi công hầm thông dụng Ngoài ra, còn có một số phương pháp khác thi công trong những trường hợp đặc biệt, hoặc các phương pháp được cải tiến theo nhiều hình thức khác nhau không nêu ở đây.
Các rủiroliên quanđến địakỹthuậtkhixâydựngđườnghầmđôthị
Các rủiroxảyra dokhảosát
Theo thống kê trên 40 vụ sập hầm thì nguyên nhân do khảo sát chiếm hơn 30%
[24] Sập hầm do nguyên nhân này chủ yếu xảy ra trong khu vực có điều kiện địa chất phức tạp, việc khảo sát không đánh giá hết được sự biến đổi về điều kiện địa chất: có đứt gãy, hướng phát triển của khe nứt, đới dập vỡ, nếp lồi có khe nứt, sự thay đổi đột ngột (mức độ phong hóa của đất đá, túi cát, thấu kính đất yếu, đất cứng, túi băng tích); sét trương nở, khu vực có khí metan, khu vực có karst, có công trình cổ yếu trong khu vực xây dựng
Sập hầm đôi khi đơn giản chỉ là địa tầng có chứa một ít tảng lăn làm cho công tác đào hầm bằng máy TBM xảy ra hiện tượng đào lẹm (over excavation) dẫn đến hình thành các hố sụt trên mặt đất, hoặc việc không lấp hố khoan khảo sát cũng có thể gây nước chảy vào hầm.
Các rủiroxảyra dothiếtkế
Nguyên nhân các sự cố về hầm do thiết kế chiếm trên 30% Thống kê từ 58 vụ sập hầm cho thấy thiết kế sai hoặc thiết kế thiếu bao gồm [24]:
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn khôngđúng;
- Tuyến đường hầm đi giao cắt giếng nước (đàokín);
- Thiết kế neo đá dọc theo khe nứt làm giảm tác dụng của neođá;
- Lớp đá phủ bên trên nóc hầm quá mỏng không chịu được áp lực lớp đất bên trên (đào trong đá cứng không có biện pháp chốngtạm);
- Thiết kế thiếu: thiếu neo đá; thiếu quan trắc; thiếu gia cường chống đỡ đất vụn rời, đới dập vỡ, dễ sập khi khoan nổ, dễ thấm nước gây phá hoại; thiếu kết hợp giữa gia cường lưới thép bê tông phun và neođá;
- Thiết kế xử lý không triệt để, ko thiết kế biện pháp chống cát chảy vào hố móng, cát chảy qua chân cừ gây sập hốđào;
- Phun khối lượng bê tông lấp hang quá lớn gây phá hoạinền;
- Tính toán thiếu lực tác dụng lêncừ.
Nhìn chung, thiết kế hầm giao thông có một khối lượng lớn, nhiều chi tiết, phụ thuộc chặt chẽ vào số liệu khảo sát, do vậy dễ xảy ra việc thiết kế thiếu Đôi khi là do chủ quan hoặc cũng có thể là thiếu hiểu biết dẫn đến thiết kế sai.
Các rủiroxảyra dothicông
Các sự cố sập hầm do nguyên nhân thi công chiếm khoảng 20 % [24] Một số rủi ro sập hầm do thi công baogồm:
- Sử dụng thiết bị ko phù hợp (ví dụ dùng road header không phù hợp chođịatầng cát có áp lực nước cao hay có chứa băng tích; dùng đầu cắt có lỗ quá lớn dẫn đến không kiểm soát hợp lý được dòng mùn (hỗn hợp bùn đất) trong khi thicông);
- Chưa đánh giá được ảnh hưởng của thiết bị thi công đến độ ổn định công trình (sự rung động máy móc, sóng nổ làm yếu đất nền và công trìnhcổ);
- Hỏng máy trong khi thi công (dùng máy đàoTBM);
- Thiết bị hoạt động không chính xác làm rơi mảnh ghép vỏ hầm (segment) (có thể do máy thi công hoặc lỗi đúcsegment);
- Thiếu kinh nghiệm vận hành máy: điều chỉnh áp lực dung dịch quá lớngâybục lớp phủ; không đánh giá được đúng lượng đất đào, tốc độ đào, điều chỉnh áp lực ko phù hợp gây sập gương hoặc gián đoạn hệ thống băng tải vận chuyển đất đá;
- Nước rò rỉ khi thay lưỡi khoan gây mất đất; rò rỉ khí nén, dung dịch gây sập gương;
- Không đọc kỹ hồ sơ khảo sát (ví dụ nổ mìn trong đá xuyên vào đất gây sập lớn).
Nguyên nhân xảy ra sự cố do thi công nhiêu khi là do khảo sát Khảo sát không đúng có thể dẫn đến lựa chọn sai phương pháp thi công, dùng thiết bị thi công không phùhợp.
Các rủiroxảyra doquảnlý
Các rủi ro sập hầm do quản lý yếu kém chiếm khoảng 5% [24] Nhóm các nhà bảo hiểm quốc tế trong ngành xây dựng hầm (ITIG - the International Tunnelling Insurance Group) đã phối hợp với ITA và Hội hầm Anh quốc BTS soạn thảo một tài liệu chuyên dùng cho ngành hầm, nhan đề: “Thông lệ thực hành quản lý rủi ro trong xây dựng công trình ngầm” (A Code of Practice for Risk Management of Tunnel Works - 2006) Tuy vậy từ đó đến nay, sập hầm do quản lý kém vẫn tiếp diễn, gầnđâynhất là vụ sập hầm Hengqin tại Macao năm 2012 và hầm Shenzhen Trung Quốc năm 2011 Một vài sự cố về hầm do nguyên nhân này baogồm:
- Không tuân thủ theo yêu cầu quản lý rủiro;
- Yếu kém trong trao đổi thông tin (ví dụ: thợ khoan không thông báo cho kỹ sư biết về sự khác thường của tốc độkhoan);
- Thi công sai quy trình (ví dụ: thi công tràn xong trước đường hầm dẫn đến ngập hầm thủyđiện).
Các rủirokhác
Có một số rủi ro trong quá trình xây dựng hầm khó lường trước được Đó là các rủi ro về động đất, thời tiết bất thường như mưa to dâng mực nước tăng áp lực lên cừ, gây yếu đất Dao động mực nước do thủy triều có thể gây dịch chuyển vỏ hầm trong khi thi công dẫn đến nước xây nhập hầm Sét trương nở dưới ứng suất cao có thể gây hiệu ứng ép vắt làm mếm khối đá Năm 2003, hầm Chanel ở Anh được thi công bằng máy TBM, sự cố xảy ra là do nguyên tần số rung động của máy làm sập một giếng trong khu vực dẫn đến sụt lún.
Sựcầnthiết phảixâydựng đườngtàuđiện ngầmHàNộivànhữngtháchthức 16
Sựcần thiết phảixây dựng đườngtàuđiệnngầmH à Nội
1.3.1.1 Sự quá tải của hệ thống giao thông HàNội
Theo thống kê năm 2011, Hà Nội có 7.365 km đường giao thông, trong đó 20% là trục đường chính, 7 trục hướng tâm và 3 tuyến vành đai, cũng như đang quản lý hơn 4,3 triệu phương tiện giao thông các loại, trong đó riêng xe máy chiếm gần 4 triệu [37].
Theo số liệu khảo sát và tính toán vào năm 2011 của Trung tâm quản lý và điều hành giao thông công cộng (Tramoc) - Sở GTVT thì vào thời điểm này, có 33 000 người/giờ cùng hướng qua lại sông Hồng bằng cầu Chương Dương và Long Biên;
410 000 người/giờ đang sử dụng tuyến đường Ngã Tư Sở - Hà Đông Tốc độ của phương tiện giao thông vào giờ cao điểm bình quân 13 đến 15 km/h Ùn tắc giao thông xảy ra vào giờ cao điểm gần như trên tất cả các tuyến phố (hình 1.11) [37].
Hình 1.11: Ùn tắc giao thông tại Hà Nội [35]
Mỗi năm, Hà nội chỉ làm thên được từ 7 – 10 km đường mới, trong khi đó tốc độ gia tăng phương tiện giao thông cá nhân là từ 12% đến 15%, phương tiện giao thông công cộng chủ yếu là xe bus mới chỉ đáp ứng được 9% nhu cầu đi lại Với tốc độ gia tăng phương tiện giao thông hằng năm cao như trên thì tình hình giao thông thủ đô sẽ ngày càng tồitệ.
1.3.1.2 Những lợi ích khi xây dựng hệ thống tàu điệnngầm
Theo quy hoạch phát triển giao thông thủ đô đến năm 2020 (quyết định phê duyệt số 90/2008/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ ngày 09/7/2008), hệ thống đường sắt đóng vai trò chính trong vận tài hành khách công cộng tốc độ cao, khối lượng lớn [2].
Số liệu tính toán sơ bộ của Trung tâm Nghiên cứu cuộc sốngpháttriển bền vững (CSDP), chi phí tăng thêm do tiêu hao nhiên liệu và lãng phí công lao động vì ùn tắc giao thông ở nội thành Hà Nội khoảng 36,4 tỷ VNĐ/ngày (12.812 tỷ VNĐ/năm, tương đương khoảng 600 triệuUSD/năm).
Các thành phố lớn ở Việt Nam đang bị ô nhiễm không khí nghiêm trọng, nguyên nhân chủ yếu là do khí thải từ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. Kết quả từ Chương trình thử nghiệm “Khám xe máy’’ do Sở Tài nguyên môi trường
Hà Nội phối hợp với Chương trình không khí sạch Việt Nam - Thụy Sỹ và Ngân hàng Thế giới công bố vào ngày 24/5/2007 cho thấy có đến 59% số xe máy không đạt tiêu chuẩn khí thải Ùn tắc giao thông làm tăng đáng kể lượng khí thải phát ra từ các phương tiệnnày.
Việc phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại thủ đô sẽ góp phần làm giảm ùn tắc giao thông, bảo vệ môi trường, góp phần phát triển kinh tế.
Những tháchthức khixây dựng đườngtàu điệnngầmH à Nội
1.3.2.1 Những trở ngại do thành phố có mật độ công trìnhdày
Có nhiều tiêu chí để quyết định hướng tuyến tàu điện ngầm, trong đó quan trong nhất là sự kết nối với hệ thống giao thông đường bộ thuận tiện, đi qua cáckhu vực có nhu cầu đi lại lớn.
Thông thường, tuyến tàu điện ngầm sẽ đi dưới lòng đường hiện có để kết nối với giao thông đường bộ và tránh ảnh hưởng đến khu dâncư.Tuy nhiên nó cũng phải chuyển hướng để đến các điểm kết nối của các tuyến đường khác nhau Khi đó, cần xem xét hướng tuyến hợp lý để đảm bảo bán kính cong tối thiểu theo tiêu chuẩn. Mặt khác, thành phố Hà Nội là nơi có mật độ công trình xây dựng dày đặc Đặc điểm công trình xây dựngnàylà có sự đan xen nhiều loại công trình: mới xây dựng, xây dựng từ lâu, kiên cố, tạm, móng sâu, móng nông… Hướng tuyến cần tránh giao cắt với móng cọc của công trình xây dựng Vì vậy việc điều tra chi tiết cụ thể về công trình trong khu vực tuyến dự định khá khó khăn Một số công trình không còn tài liệu để xemxét.
Do mật độ dân cư sinh sống rất lớn nên việc đảm bảo độ ổn định của công trình lân cận là hết sức quan trọng Một khi xảy ra sự cố công trình thì có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng về người vàcủa.
Trung tâm Hà Nội là khu vực Hoàng thành Thăng Long xưa kia nên sẽ có nhiều di tích khảo cổ dưới mặt đất, trong quá trình thi công nếu gặp phải thì sẽ mất nhiều thời gian chờ đợi việc khai quật để bảo tồn di sản Việc tạm dừng thi công không chỉ ảnh hưởng đến tiến độ mà còn liên quan đến sự ổn định của côngtrình.
Ngoài ra, một số khu vực của thành phố Hà Nội có các công trình cổ, công trình văn hóa lâu đời cần được bảo tồn Vì vậy, việc kiểm soát biến dạng nền đất là hết sức nghiêm ngặt để đảm bảo ổn định công trình, tránh nứt nẻ hư hỏng công trình.
1.3.2.2 Những khó khăn về điều kiện đấtnền Địa tầng khu vực thành phố Hà Nội hình thành từ trầm tích châu thổ sông Hồng, có đặc điểm chung là sét pha xen kẹp cát mịn, có chứa hữu cơ phân bố đến độ sâu từ 10 đến 25m Bên dưới là lớp cát chặt vừa sâu đến khoảng 30 đến 45 m, dưới nữa là lớp cuội sỏi chặt[31]. Độ sâu các tuyến tàu điện ngầm tùy thuộc vào điều kiện địa chất, tuy nhiên thường chọn độ sâu từ 15 đến 30m Các tuyến tàu điện ngầm kéo dài sẽ đi qua nhiều khu vực có đặc điểm địa tầng khác nhau, có chứa sét yếu lẫn hữu cơ, xen kẹp thấu kính cát hay túi bùn Việc địa tầng thay đổi nhiều sẽ gây khó khăn cho công tác thiết kế, lựa chọn phương pháp thi công, và nhiều vấn đề phát sinh trong quá trình thicông.
Mực nước ngầm khu vực Hà Nội cũng biến đổi tùy từng khu vực, kết quả tổng hợp một số công trình khảo sát thấy rằng mực nước ngầm biến đổi từ 8 đến 21m. Nghiên cứu cho thấy có một chế độ nước ngầm không liên tục trong các lớp thấu kính cát của các lớp bên trên và một chế độ nước ngầm thứ hai tồn tại trong lớp cát cuội bên dưới Tầng nước ngầm bên dưới kết nối trực tiếp với sông Hồng và lưu chuyển thường xuyên, nó cũng chịu ảnh hưởng của quá trình bơn hút nước ngầm. Việc mực nước ngầm cao và thay đổi gây phức tạp cho quá trình tính toán, dễ phát sinh các vấn đề địa kỹ thuật khi thi công như nước chảy kéo theo bùn cát vào hố móng dẫn đến biến dạng nền.
1.3.2.3 Thiếu kiến thức, kinh nghiệm, và đội ngũ chuyêngia
Việc xây dựng hầm đô thị rõ ràng là có nhiều khó khăn phải đối mặt nhất là đối với Việt Nam hiện chưa có kinh nghiệm xây dựng tàu điện ngầm Đào tạo nguồn nhân lực ở nước ta cũng chủ yếu là về hầm mỏ, chưa sâu về hầm đô thị Đội ngũ chuyên gia, nhân lực am hiểu và tiếp xúc với dạng công trình này chưa nhiều Điều đó sẽ gây khó khăn trong tất cả các khâu quản lý, thiết kế và thi công, vận hành, và như vậy sẽ mất tính chủ động trong các dự án, dễ bị chậm tiến độ và tốn kém kinh phí thuê chuyên gia nước ngoài.
Các nộidungnghiêncứu
Nghiêncứuđiều kiệnđịachất,kết cấuđường hầm, biện phápthicônghầm
Để mô phỏng, tính toán bài toán về hầm thì cần phải có đầy đủ các thông số về địa chất, kết cấu đường hầm, biện pháp thi công hầm, và cả quá trình vận hành và khai thác. Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn là yếu tố quan trọng để thiết kế tuyến đường hầm, quyết định phương pháp thi công và độ ổn định lâu dài của đường hầm. Nghiên cứu số liệu về địa chất nhằm hiểu rõ sự phân bố các lớp đất đá, đặc điểm tính chất cơ lý của từng lớp đất, các yếu tố địa chất bất lợi ảnh hưởng đến việc xây dựng như sự thay đổi địa tầng đột ngột, địa tầng có các túi bùn, nước có áp… Nghiên cứu sự phân bố của nước dưới đất, áp lực nước lỗ rỗng, thành phần hóa học của nước để xem xét ảnh hưởng của nước đến côngtrình.
Thu thập số liệu kích thước đường hầm, cấu tạo và liên kết của vỏ hầm, tải trọng của thiết bị dự kiến để đưa vào mô hình tính toán ổn định tổng thể, khả năng chịu lực của vỏ hầm do đất đá bên trên hầm tác dụng, sự dịch chuyển của vỏ hầm do thay đổi mực nướcngầm.
Nghiên cứu biện pháp thi công hầm dự kiến nhằm xem xét quá trình thi công tác động làm thay đổi đất nền như thế nào, lượng đất mất đi (volume loss) là bao nhiêu, từ đó tính toán biến dạng nền, mức độ ổn định của nền và công trình lâncận.
Nghiên cứumôphỏngbài toánxây dựnghầm tàuđiệnngầm
Sau khi đã có đủ thông số đầu vào cho bài toán thì thiết lập mô hình tính toán bài toán đào hầm Việc thiết lập mô hình cần mô phỏng đúng đắn quá trình thi công và khả năng ứng xử của đất nền Bài toán đào hầm bao gồm các bước cơ bản:
- Điều kiện đất nền banđầu.
- Xây dựng vỏ hầm và nền mónghầm.
- Giao thông đi lại tronghầm.
Việc mô hình hóa càng chi tiết thì độ chính xác của bài toán càng cao.
Nghiêncứu cácthamsốảnhhưởngđếnmôhìnhbàitoánđàohầm
Có các phương pháp khác nhau để mô phỏng bài toán đào hầm Mỗi phương pháp có các thông số ảnh hưởng khác nhau Với cùng một phương pháp đào thì chịu
21 ảnh hưởng của kích thước hầm, độ sâu đặt hầm, khoảng cách giữa các hầm, các tham số đất nền … Việc nghiên cứu các tham số ảnh hưởng sẽ giúp cho việc thiết kế, lựa chọn được phương án xây dựng hầm tối ưu.
Nghiên cứucácbiệnphápxử lýnềnvàkết cấucôngtrình
Sau khi tính toán bài toán đào hầm, nếu các thông số độ an toàn không đáp ứng theo tiêu chuẩn yêu cầu thì phải có các biện pháp xử lý nền hoặc thay đổi kết cấu công trình cho phù hợp Biện pháp xử lý nền thông thường là khoan phụt vữa gia cố nền, bơm hạ mực nước ngầm,tuynhiên tùy thuộc vào đặc điểm địa tầng khu vực mà đề xuất giải pháp phù hợp Sau khi thiết kế biện pháp xử lý thì tính toán kiểm tra lại độ ổnđịnh.
Giới thiệudựán
Tuyến đường sắt số 3 là một trong 5 tuyến đường sắt thuộc quy hoạch phát triển giao thông vận tải Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 Tuyến này chạy dọc theo trục hành lang Đông Tây, được quy hoạch nhằm các mụctiêu:
- Đáp ứng nhu cầu giao thông tăng cao dọc theo hành lang ĐôngTây;
- Góp phần chuyển từ việc sử dụng phương tiện giao thông cá nhân sang phương tiện giao thông côngcộng;
- Bước đầu thiết lập một phương thức vận tải công cộng mới cho các thành phố hiện đại của Việt nam trong tương lai[2].
Theo quy hoạch, tuyến số 3 có chiều dài 21 km, nối khu phía Tây tới trung tâm thủ đô và khu vực phía Nam thành phố, sau năm 2020 sẽ phát triển tuyến lên tới Sơn Tây với tổng chiều dài tuyến 48 km Đoạn từ Nhổn đến Ga Hà Nội dài 12 km được tiến hành thí điểm trước Dự án đường sắt Nhổn – Ga Hà Nội do Ban dự án đường sắt đô thị Hà Nội làm chủ đầu tư, côngtytư vấn Systra thiết kế Đoạn này bao gồm phần đường sắt trên cao dài 8 km bắt đầu từ Nhổn chạy dọc theo Quốc lộ 32 qua Cầu Giấy, khách sạn Deawoo và phần đi ngầm dài 4 km từ khách sạn Deawoo chạy dọc theo phố Kim Mã, qua Đại sứ quán Thụy Điển, Cát Linh, Ga Hà Nội (hình 2.1)[31]. Đoạn đi ngầm gồm các phần sau:
- Dốc hạ: Là đoạn chuyển tiếp từ đường sắt trên cao và đườnghầm.
- Hầm và các ga số 9, 10, 11,12.
- Các giếng thoát hiểm/ cứu hộ, các hầm phụ trợkhác.
Hình 2.1: Tuyến đường sắt Hà Nội số 3 [35].
Theo kế hoạch đề ra trước năm 2008, các mốc hoàn thành dự án như sau:
- Hoàn thành thiết kế cơ sở trước năm2008;
- Hoàn thành công tác khảo sát trước tháng 2 năm2009;
- Hoàn thành thiết kế kỹ thuật tháng7/2009;
- Hoàn thành thi công và bàn giao các hệ thống đường hầm, cầu cạn (đường sắt trên cao), thiết bị, đầu máy toa xe vào quý 4 năm2013.
Tuy vậy cho đến nay, dự án đã bị chậm tiến độ và mới chỉ bắt đầu thi công phần móng của cầu cạn.
Điều kiệnđịachất
Phânloạiđất
Dự án này được Công ty cổ phần tư vấn đầu tư và xây dựng GTVT (TRICC) khảo sát lập báo cáo nghiên cứu khả thi (NCKT) năm 2006, Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Khảo sát và Xây dựng (USCo) khảo sát giai đoạn thiết kế cơ sở (TKCS) vào năm 2008 Khảo sát cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật (TKKT)đ ư ợ c tiến hành cho đến năm 2011 Các quá trình khảo sát đã thực hiện các công tác gồm khoan xác định địa tầng, tiến hành các thí nghiệm hiện trường xuyên tiêu chuẩn (SPT), thí nghiệm xuyên tĩnh và xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPT, CPTu), thí nghiệm nén ngang trong hố khoan, thí nghiệm bơm hút nước hố khoan, lắp đặt các piezometer quan trắc mực nước ngầm và đo áp lực nước lỗ rỗng, các thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý.
Các đơn nguyên địa chất công trình được xác định bằng sự phân loại dựa vào kích thước hạt, giới hạn atterberg, độ ẩm, giá trị N SPT, và độ sâu theo sơ đồ hình 2.2. §Êt nÒn Đấtlấp Đấthạtmịn Đất hạtt h ô Đất hữucơ? N SPT 25m L3&4(Sétbéo,dẻo, L5a (Cát mịn, cátbụi, có lẫnhữucơ) kémchặtđếnchặtvừa) N SPT>50
L1_s (Sétnghèochứa L1_d (Sétnghèochứa YES NO thấukínhcátbụi) thấu kính cátbụi)
NSPT>10 L5b (Cát mịn,cátbụi, L7&8 kếtcấuchặt) (Cátsạnrấtchặt)
Hình 2.2: Các bước phân loại đất [8]. Địa tầng dọc tuyến Metro biến đổi khá phức tạp, các lớp có chiều dày thay đổi nhiều, có các thấu kính xen kẹp, được thể hiện trong các mặt cắt địa chất công trình (phụ lục 1 đến phụ lục 4)
- Lớpđấtlấp:Baogồmcátmịn,sétbụicóđộdẻothấp,bêtôngnhựađường,đá đổ.
- L1_s:Chủyếubao gồm sétvôcơnghèo (CL)cóđộdẻothấp, trạng tháitừdẻomềmđếndẻocứng.Phụthuộcvàođộsệtcủanó,tầngnàyđượcphânchiathàn hlớp L1_s1 khi thínghiệmSPTcógiá trị N301MPa);
- L1_d: tầngnàychủyếuđược quansáttạikhu vực bắt đầuđoạnđi ngầmtạiđộsâu khoảng30mdưới caođộ mặtđất.Nóchủyếubaogồmsétvôcơnghèo (CL)cóđộdẻothấp,trạngtháitừcứngđếnrấtcứng;
- L3&4: Tầngnàylàtổng hợpcủatầngL3(sétgiàu-CH) và L4 (sétdẻo –MH) từdẻovừađếndẻocao.Nóchủyếubaogồmđấttừhữucơđếnrấthữucơ,trạng tháidẻochảy;
- L5: Tầngnàybaogồmcátlẫn đất bột và đượcphânloại là đất dạnghạt,đượcchia thànhlớp L5a khithí nghiệmSPT có giátrị N30