vì thế hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị vẫn nhanh chóng bị quá tải và xuống cấp nghiêm trọng. Hiện trạng và viễn cảnh không xa của tình hình giao thông tại Hà Nội cho thấy vấn đề đã mang tính cấp bách. Song song với các biện pháp tăng cường quản lý giao thông, thì việc phát triển vận tải hành khách công cộng với khối lượng lớn cũng được xem là giải pháp cần thiết và hợp lý. Trước thực trạng như vậy giải pháp khắc phục mang lại hiệu quả về nhiều mặt là xây dựng hệ thống giao thông ngầm, mà nổi bật là hệ thống tàu điện ngầm. Tàu điện ngầm đã xuất hiện trên thế giới từ rất lâu, qua thời gian nó đã chứng minh tính tối ưu, hợp lý trong việc giải quyết các vấn đề giao thông tại các thành phố lớn đông dân cư, nó hạn chế được tối đa các vấn đề của đô thị hiện đại như ô nhiễm, tắc nghẽn, ồn ào, nhu cầu đi lại không ngừng tăng lên nhờ những ưu điểm nổi trội: tốc độ cao, khả năng vận chuyển hành khách lớn, di chuyển êm, ít gây ô nhiễm môi trường, nâng cao mức sông của người dân đô thị. Việc xây dựng hệ thống tàu điện ngầm có ý nghĩa lớn trong giải quyết vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý. Xuất phát từ vấn đề trên ,với những kiến thức đã được học trong trường, em chọn đề tài tốt nghiệp: ”Thiết kế và tổ chức thi công hầm Metro ”. Trong quá trình hoàn thiện đồ án này, em rất cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của kỹ sư Nguyễn Thạch Bích, giảng viên bộ môn Cầu Hầm, cùng một số thầy cô khác ở các bộ môn trong trường đã trang bị cho em những kiến thức quý báu về chuyên ngành Cầu Hầm trong suốt những năm học vừa qua Mặc dù đã có nhiều cố gắng, do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo lại không đầy đủ và làm về một lĩnh vực còn khá mới mẻ nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em rất mong muốn sự phê bình, góp ý của các thầy cô, và các bạn sinh viên trong trường để vững vàng trong công tác của mình sau này. Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2008 Sinh viên
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 VAI TRÒ CỦA CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ .6 1.2 TÍNH PHÙ HỢP CỦA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG CÔNG CỘNG Ở HÀ NỘI 1.2.1 Vai trò giao thông ngầm 1.2.2 Tính phù hợp việc phát triển giao thông Hà Nội 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN 1.4 QUY MÔ DỰ ÁN TUYẾN .13 1.5 ĐẶC ĐIỂM ĐOÀN TÀU 14 1.6 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TUYẾN 15 1.7 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC GA NGẦM 18 1.8 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN TUYẾN ĐI QUA 19 1.9- ĐIỀU KIỆN MẶT BẰNG KHU VỰC THI CÔNG 21 PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ .22 2.1 ĐOẠN CHUYẾN LỰA CHỌN THI CÔNG .22 2.1.1 Đặc điểm 22 2.1.2 Điều kiện địa chất đoạn tuyến qua 22 2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 24 2.2.1 Phương án hầm đơn 24 2.2.2 Phương án hầm đôi chạy song song 25 2.3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ 26 2.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công 26 2.3.1.1 Các phương pháp thi công hệ thống mêtro thành phố 26 2.3.1.2 Lựa chọn khiên đào thi công hầm đất yếu .32 2.3.1.3 Kết luận .37 2.3.2 Tóm tắt cơng nghệ .38 2.3.2.1 Định nghĩa 38 2.3.2.2 Đặc tính thiết kế : 38 2.3.2.3 Cấu tạo máy TBM : 39 2.3.2.4 Quá trình tuần hồn thao tác thi cơng máy đào mui trần .40 2.3.2.5 Thi công vỏ hầm : .42 2.4 KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM .43 2.4.1 Kết cấu vỏ hầm 43 2.4.2 Kết cấu phần 48 2.4.3 Cấu tạo hệ thống cấp điện - tiếp điện, chiếu sáng .49 2.4.4 Hệ thống thoát nước 53 2.5 THƠNG GIĨ TRONG HẦM 53 2.5.1 Thành phần khí độc hại hầm .53 2.5.2 Thơng gió đường hầm đặt sâu 54 2.6 ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 55 2.6.1 Phương án hầm đơn 55 2.6.2 Phương án hầm đôi chạy song song 56 PHẦN III:THIẾT KẾ KỸ THUẬT 57 TÍNH TỐN KẾT CẤU .57 1.1 SỐ LIỆU TÍNH TỐN .57 1.1.1 Địa chất 57 1.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 57 SV: Chử Ngọc Minh Chiến -1- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.1 Áp lực địa tầng thẳng đứng 57 1.2.2 Áp lực địa tầng nằm ngang 57 1.2.3 Trọng lượng thân vỏ hầm .57 1.2.4 Áp lực thủy tĩnh 58 1.2.5 Phản lực địa tầng 58 1.2.6 Tải trọng ảnh hưởng đường hầm song song với 58 1.2.7 Tải trọng công trình mặt đất .58 1.2.8 Tải trọng tạm thời .58 1.2.9 Tải trọng đặc biệt 58 1.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM 59 1.3.1 Kết cấu vỏ hầm 59 1.3.1.1 Vai trò vỏ hầm: .59 1.3.1.2 Mặt cắt kết cấu 60 1.3.2 Mơ hình tính .60 1.3.3 Tính tốn nội lực 60 1.3.4 Kiểm toán nội lực tiết diện: .62 1.3.5 Tính tốn kiểm tra điều kiện mối nối mảnh ghép 62 1.3.6 Kiểm tra điều kiện chịu ép mặt mối nối: 63 1.4 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP .64 1.4.1.Tính tốn cốt thép chịu mơmen: 64 1.4.3 Tính tốn cốt thép chịu lực cắt: 65 PHẦN IV: THIẾT KẾ TỔ CHỨCTHI CÔNG 67 CHƯƠNG 1: BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 67 1.1 ĐIỀU KIỆN THI CÔNG VÀ CĂN CỨ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ .67 1.1.1 Điều kiện thi công 67 1.1.2.Căn lựa chọn công nghệ 67 1.1.3.Vật liệu xây dựng 70 1.1.4.Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công 71 1.1.5 Chuẩn bị hệ thống đảm bảo hậu cần thi công bể chứa chất thải .71 1.2 Biện pháp thi công giếng xuất phát 71 1.3 Biện pháp lắp ráp khiên đào 73 1.4 Vận hành khiên đào 77 1.5 Biện pháp vận chuyển chất thải lên mặt đất .80 1.6 Biện pháp đúc mảnh hầm 80 1.6.1 Bê tông : .81 1.6.2 Cốt thép : 82 1.6.3 Cốp pha : 83 1.6.4 Thi công bê tông chống thấm .83 1.6.5 Chống thấm cho mảnh hầm lắp ghép 83 1.7 Biện pháp lắp ráp mảnh hầm .85 1.8 Biện pháp lắp đặt đường ray 85 1.9 Các thiết bị phụ trợ thi công 86 1.9.1 Thiết bị hầm 86 1.9.2 Thiết bị hầm 87 1.10.Giải pháp thi công đổ vỏ bê tông chống thấm bên hầm 88 1.11 Công tác chuẩn bị mặt .89 1.12 Công tác phụ thi công .89 1.12.1 Thơng gió thi công: 89 1.12.2 Cấp nước thi công : 89 1.12 3.Cung cấp điện cho thi công 90 1.12.4 Thốt nước thi cơng 90 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ THI CÔNG CHI TIẾT VÀ TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 91 SV: Chử Ngọc Minh Chiến -2- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1 Thiết kế kết cấu thành giếng 91 2.2 Chọn chiều dài đốt thi công 91 2.2.1 Giai đoạn khởi đầu TBM .91 2.2.1 Thi công đốt thi công 91 2.3 Xác định áp lực đất tác dụng lên gương đào 92 2.4 Xác định lực đẩy kích di chuyển 93 2.4.1 Đường kính ngồi khiên D 93 2.4.2 Độ nhanh nhạy khiên LM/D 94 2.4.3 Chiều dài khiên L .95 2.5 Các công tác phụ thi công hầm 97 2.5.1 Công tác thơng gió .97 2.5.2 Chiếu sáng 99 2.5.3 Cấp thoát nước thi công 100 2.6 Thi công vỏ chống thấm 100 2.6.1.Công tác cốp pha .100 2.6.2.Công tác cốt thép .101 2.6.3.Công tác đổ bê tông 101 2.7 Tổ chức thi công 104 2.7.1.Các điều kiện để lập kế hoạch 104 2.7.2 Công tác tổ chức kỹ thuật 104 2.8 Lập bảng tiến độ thi công 104 2.9 Các biện pháp an tồn q trình xây dựng 105 2.9.1.Biện pháp kỹ thuật an toàn tổ chức mặt xây dựng 105 2.9.2 Biện pháp an toàn .105 CHUYÊN ĐỀ .106 MỞ ĐẦU 107 PHẦN I: CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG HẦM BẰNG MÁY TBM 108 1.1 Tổng quan loại máy TBM .108 1.2 Sự cố thi công hầm máy TBM 110 1.3 Biến dạng đất yếu thi công hầm đất yếu .112 1.3.1 Sự hình thành biến dạng 112 1.3.2 Ảnh hưởng biến dạng mặt đất đến công trình xây dựng gần kề 117 1.3.3 Kết luận .119 PHẦN II:MÔ HÌNH TÍNH TỐN 120 2.1.Mơ hình khơng gian 120 2.2.Mơ hình phẳng 122 PHẦN III:GIẢI BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH GƯƠNG ĐÀO BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D TUNNEL 129 3.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis 129 3.2 Giải toán ổn định gương đào Plaxis 3D 131 3.2.1 Input 132 3.2.2 Calculation .137 3.2.3 Output .139 3.3 Kết luận 148 KIẾN NGHỊ .148 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 149 SV: Chử Ngọc Minh Chiến -3- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Thủ Hà Nội trung tâm văn hố - trị nước Sự phát triển thủ có ảnh hưởng lớn tới phát triển đất nước Hệ thống giao thông thành phố phát triển không ngừng Riêng tốc độ phát triển phương tiện giao thông đường năm 1996 tới khoảng : - 13% xe máy, - 8% xe ôtô Chủng loại phương tiện ngày đa dạng phong phú Hệ thống sở vật chất hạ tầng cho giao thông có nhiều thay đổi Nhiều tuyến đường lớn nhỏ tiếp tục qui hoạch, mở rộng hợp lý, đạt yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo phục vụ tốt cho hoạt động lưu thông Tuy nhiên giống thành phố giới Hà Nội gặp nhiều khó khăn giao thơng thị: + Giao thông thành phố tải, vào cao điểm xảy ách tắc nút giao thông lớn nhu cầu lại người dân không ngừng tăng lên + Mức độ nhiễm mơi trường khí thải xe cộ, ô nhiễm tiếng ồn lên mức báo động + Tại khu phố đông dân cư, việc mở rộng hay quy hoạch lại đường khó thực liên quan đến yếu tố lịch sử văn hố kiến trúc thành phố, việc giải phóng mặt cịn nhiều bất cập, kéo dài chi phí lớn + Trong đó, điều kiện địa hình địa chất thành phố Hà Nội phức tạp, việc quy hoạch chưa hợp lý vùng đông dân cư làm cho việc sử dụng phương tiện công cộng mặt đất cao gặp nhiều khó khăn hệ thống đường chằng chịt, nhỏ bé hệ thống dây điện, cáp điện thoại tạo thành mạng nhện khó giải cao Trong đó, tốc độ phát triển hệ thống giao thơng vận tải đô thị (GTVTĐT) chưa đáp ứng nhu cầu lại người dân thủ đô Xu phát triển toàn hệ thống GTVTĐT Hà Nội chưa cân đối hợp lý Điều thấy rõ phát triển thiếu hài hoà số lượng chủng loại phương tiện giao thông với hệ thống sở hạ tầng đô thị Hệ thống sở hạ tầng phát triển nhanh đại hoá không theo kịp với tốc độ phát triển nhanh đến mức khơng thể kiểm sốt phương tiện giao thơng Chính SV: Chử Ngọc Minh Chiến -4- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hệ thống sở hạ tầng thị nhanh chóng bị tải xuống cấp nghiêm trọng Hiện trạng viễn cảnh khơng xa tình hình giao thơng Hà Nội cho thấy vấn đề đã mang tính cấp bách Song song với các biện pháp tăng cường quản lý giao thơng, việc phát triển vận tải hành khách công cộng với khối lượng lớn cũng được xem là giải pháp cần thiết hợp lý Trước thực trạng giải pháp khắc phục mang lại hiệu nhiều mặt xây dựng hệ thống giao thông ngầm, mà bật hệ thống tàu điện ngầm Tàu điện ngầm xuất giới từ lâu, qua thời gian chứng minh tính tối ưu, hợp lý việc giải vấn đề giao thông thành phố lớn đông dân cư, hạn chế tối đa vấn đề đô thị đại ô nhiễm, tắc nghẽn, ồn ào, nhu cầu lại không ngừng tăng lên nhờ ưu điểm trội: tốc độ cao, khả vận chuyển hành khách lớn, di chuyển êm, gây ô nhiễm môi trường, nâng cao mức sông người dân đô thị Việc xây dựng hệ thống tàu điện ngầm có ý nghĩa lớn giải vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý Xuất phát từ vấn đề ,với kiến thức học trường, em chọn đề tài tốt nghiệp: ”Thiết kế tổ chức thi cơng hầm Metro ” Trong q trình hồn thiện đồ án này, em cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình kỹ sư Nguyễn Thạch Bích, giảng viên môn Cầu Hầm, số thầy cô khác môn trường trang bị cho em kiến thức quý báu chuyên ngành Cầu Hầm suốt năm học vừa qua Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian có hạn, tài liệu tham khảo lại không đầy đủ làm lĩnh vực cịn mẻ nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong muốn phê bình, góp ý thầy cơ, bạn sinh viên trường để vững vàng cơng tác sau Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2008 Sinh viên Chử Ngọc Minh Chiến SV: Chử Ngọc Minh Chiến -5- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 VAI TRỊ CỦA CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ Cïng víi sù ph¸t triển chóng mặt xà hội, sở hạ tầng đô thị phải phát triển liên tục để phù hợp với đòi hỏi xà hội Các khu công nghiệp, khu chung c, công trình dân dụng, khu vui chơi giải trí, công viên đợc xây dựng ngày nhiều, kết hợp với mạng lới giao thông, sông hồ tạo nên tổ hợp kiến trúc đô thị phức tạp Mặt khác tốc độ mở rộng đô thị chậm so với nhu cầu xây dựng không ngừng gia tăng, giải pháp sử dụng không gian đô thị vấn đề đau đầu đô thị Ngoài công tác mở rộng không gian theo mặt bằng, đô thị trọng đến việc phát triển không gian theo mặt đứng cách khai thác không gian cao không gian ngầm Việc chuyển số công trình mặt đất xuống ngầm đà giải phóng nhiều khoảng không gian lớn mặt đất, vừa đáp ứng đợc yêu cầu không gian đồng thời mang lại hiệu kinh tế cao Khi s dng hiu qu không gian ngầm cho phép : - Tăng cường cấu trúc quy hoạch, kiến trúc đô thị - Giải phóng nhiều cơng trình có tính chất phụ trợ khỏi mặt đất - Sử dụng đất đai đô thị hợp lý cho việc xây dựng nhà ở, tạo công viên, bồn hoa, sân vận động, khu vực xanh, vùng ’’ khơng có tơ ” - Tăng cường vệ sinh môi trường đô thị - Bảo vệ tượng đài kiến trúc - Bố trí hiệu cụm thiết bị kỹ thuật - Trong trường hợp cần thiết, cơng trình ngầm cịn dùng cho mục đích quốc phịng - Giải đề giao thụng Bên cạnh đó, việc quy hoạch hợp lý khu chung c, khu công nghiệp, trờng học, công viên khu vui chơi giải trí phải kết hợp với việc bố trí mạng lới giao thông để tạo nên khối thống nhất, hiệu nhất, nhng đồng thời phải đáp ứng đợc yêu cầu kiến trúc, thẩm mỹ đô thị Trong công tác phân vùng bố trí mạng lới giao thông theo mặt đứng không gian đô thị phơng án vừa giải hợp lý vấn đề giao thông đô thị vừa cho phép khai thác tận dụng đợc SV: Ch Ngc Minh Chiến -6- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ N TT NGHIP không gian đô thị thiết kế hệ thống giao thông ngầm, điển hình hệ thống tàu điện ngầm 1.2 TNH PH HP CỦA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG CÔNG CỘNG Ở HÀ NỘI 1.2.1 Vai trị giao thơng ngầm Song song với phát triển xã hội kinh tế, phương tiện giao thơng nói chung phương tiện giao thơng thành phố nói riêng có phát triển mạnh mẽ Trong thành phố hệ thống phương tiện giao thông đa dạng loại hình phong phú thể loại Theo cách phân loại loại hình có phương tiện giao thông công cộng như: xe buýt, xe điện; phương tiện giao thông cá nhân như: xe đạp, xe máy, ôtô, tàu thuyền Theo cách phân loại khơng gian bố trí gồm phương tiện chạy mặt đất ôtô, xe đạp, xe máy, tàu hỏa…; phương tiện mặt đất tàu điện ngầm, tàu chạy đệm từ; phương tiện cao hệ thống đường sắt cao, đường không Theo cách phân loại nguyên tắc hoạt động có phương tiện thơ sơ, phương tiện chạy động cơ: động xăng, động điện; phương tiện chạy đệm từ Khi đô thị phát triển nhanh, khối lượng vận chuyển hành khách lớn đến mức mạng lưới giao thông hành khách mặt đất ( tàu điện, ô tô bus,…) đáp ứng Dẫn đến yêu cầu tất yếu phải có loại phương tiện khác giải đề Ngày nay, tau điện ngầm dạng giao thông vận tải hành khách lớn nhất, tiện nghi hoàn thiện nhât Tàu điện ngầm có đại phận tuyến đường nằm sâu lịng đất, ngoại chạy, có đoạn chạy mặt đất, cầu cạn đê cạn để phù hợp với mạng lưới giao thông chung để tiết kiệm đầu tư xây dựng - Chi phí xây dựng tuyến đường thường đắt: khoảng 50 triệu đôla/km - Thời gian xây dựng tuyến dài 20 km từ đến 15 năm Thu hồi vốn lâu - Kĩ thuật thi cơng phức tạp, địi hỏi cơng nghệ đại, trình độ cao Tuy nhiên, tàu điện ngầm có nhiều ưu điểm bật khơng thể phủ nhận: - Do tuyến đường hồn tồn cách li nên dễ dàng thực tự động hoá giúp cho mật độ tàu chạy đạt 2-3 phút/tàu, tốc độ cao 90 km/h, bình quân 40 – SV: Chử Ngọc Minh Chiến -7- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 km/h - Lượng hành khách vận chuỵển lớn: 60.000 - 80.000 lượt người/h (đối với tàu chiều) thoả mãn yêu cầu lại cao điểm, góp phần giải tình trạng ách tắc giao thơng - Yêu cầu phòng hoả, giảm chấn, cách âm khắt khe nên có tính an tồn, tạo thoải mái cho hành khách - Giảm ô nhiễm môi trường tiết kiệm lượng 1.2.2 Tính phù hợp việc phát triển giao thông Hà Nội Với đặc điểm thành phố Hà Nội, tiêu chí để đưa hình thức vận tải hành khách công cộng hợp lý sau: - Phù hợp với giao thông Hà Nội cho phép đáp ứng nhu cầu người dân thành phố hạn chế phương tiện cá nhân - Phù hợp với “Sơ đồ quy hoạch tổng thể phát triển đô thị hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020”, đồng thời cho phép phát triển dự án đô thị kinh tế thành phố trung tâm, văn hoá du lịch - Phù hợp với khả tài thành phố Hà Nội - Một hệ thống tiến tiến, đại có khả mở rộng tuyến để khai thác nhu cầu lại người dân tăng cao - Thân thiện với mơi trường, chủ yếu di tích lịch sử văn hố khơng gian thiên nhiên, hạn chế tối đa nhiễm khói bụi tiếng ồn giảm thiểu tai nạn giao thông - Cho phép tái tổ chức có hiệu mạng lưới vận tải công cộng khác (xe buýt hệ thống đường sắt khác) Sự phát triển hình thức giao thông đường sắt nội đô, hệ thống tàu điện ngầm, coi hình thức vận hiệu đại Châu Âu Mỹ, số thành phố lớn khác giới phù hợp với sơ đồ phát triển hệ thống giao thông đường sắt nội đô đến năm 2020 vì: - Hệ thống tàu điện ngầm đặt sâu đảm bảo thuận lợi cho dân cư vùng đô thị tăng cường điều kiện an tồn giao thơng - Việc di chuyển tuyến riêng, khổ tĩnh không riêng di chuyển ngầm đất làm giảm tối đa tiếng ồn đặc trưng đường sắt - Nhờ có trục giao thơng ngầm mà việc tiếp cận mạng lưới giao thông mặt SV: Chử Ngọc Minh Chiến -8- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đất hệ thống dễ dàng - Tính ưu việt hệ thống tăng lên giá thành đất đô thị ngày tăng kỹ thuật thi công ngày phát triển, cần trì khơng gian thành phố khu phố cổ Khi điều kiện địa chất cơng trình thuỷ văn thuận lợi việc xây dựng cơng trình ngầm thị hiệu - Không với khả vận chuyển hành khách lớn, tốc độ cao tuyến tàu điện ngầm đáp ứng nhu cầu lại dễ dàng Tất biện pháp giúp cho giao thơng công cộng trở nên hấp dẫn Năm 2003 2010 2020 2030 Đi 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% Xe đạp 22.0% 13.7% 5.9% 3.9% Xe máy 65% 50.4% 25.6% 15.5% Ôtô 1.8% 15.8% 28.3% 32.3% Xe buýt phương tiện 9.5% 18.3% 38.6% 46.6% GTCC Các phương 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% tiện khác Tổng 100% 100% 100% 100% Bảng 1.1 : Xu hướng phân bổ phương tiện giao thông thành phố có dự án đường sắt nội 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN Tên dự án: Tuyến đường sắt thị thí điểm Thành phố Hà Nội, đoạn Nam Thăng Long - Giáp Bát Cơ quan chủ quản dự án: Ủy ban Nhân dân Thành phố Hà Nội Chủ đầu tư: Ban Quản lý, Phát triển vận tải công cộng xe điện Hà Nội Địa điểm xây dựng: Điểm đầu Nam Thăng Long (huyện Từ Liêm), điểm cuối Giáp Bát (Quận Hoàng Mai) Cơ sở thiết kế: Quy hoạch tổng thể Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20 - - 1998 xác định: “Việc phát triển giao thông vận tải Thủ đô phải lấy phát triển hành khách công cộng làm khâu trung tâm, bảo đảm tỷ lệ vận tải hành khách công cộng đến SV: Chử Ngọc Minh Chiến -9- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP năm 2010 30% đến năm 2020 50% số lượng hành khách Cần ưu tiên cho việc xây dựng hệ thống đường sắt đô thị để tạo nên trục mạng lưới vận tải hành khách công cộng Thủ đô” Theo định hướng phát triển hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020 thành phố Hà Nội, theo quy hoạch tổng thể thành phố có hệ thống tuyến đường sắt nội đô mặt đất,trên cao ngầm vận chuyển hành khách từ vùng phụ cận Đông - Tây - Nam - Bắc vào trung tâm thành phố, với Ga Hà Nội điểm gốc, tuyến thiết kế thuộc giai đoạn dự án, dự kiến khởi công vào 2010 nhằm bảo đảm vận chuyển lượng hành khách di chuyển theo hướng Nam - Bắc thành phố TT Tên tuyến Yên Viên – Ngọc Hồi Chiều dài Năm xây dựng Hệ thống dự kiến (km) 24.6 2003 – 2009 Tàu điện cao có sử Ga Hà Nội – Hà Đông Voi Phục – Cầu Giấy – Cầu 12.6 8.00 2004 – 2010 2008 – 2012 dụng đường sắt Tàu điện Metro Tàu điện Metro Diễn Ga Hà Nội – Nội Bài 21.60 2010 – 2015 Tàu điện Metro có sử dụng ĐS Nam Thăng Giáp Bát – Nam T.Long KS Deawoo – Láng – Hoà Lạc Bưởi - Đơng Anh – Sóc Sơn 18.90 32.10 23.90 2010 – 2015 2010 – 2015 2010 – 2015 Long – Tang Mi Tàu điện Metro Tàu điện Metro Liên quan đến phát triển Thăng Cổ Bi – Kim Nỗ 25.50 2010 – 2015 khu Long Nam “Hanoi New Town” Liên quan đến phát triển Thăng khu Long Nam “Hanoi New Town” Bảng 1.1 : Mạng lưới dự án đầu tư đường sắt đô thị đến năm 2020 Hà Nội a Lưu lượng giao thông lớn SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 10 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 10: Dữ liệu cho khiên + Tạo lưới phần tử hữu hạn cho mơ hình 2D Hình 11: Mơ hình khai báo 3D + Tạo lưới mơ hình 3D: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 136 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 12: Mơ hình khai báo 3D + Điều kiện ban đầu (Initial Conditions): Hình 13: Mơ hình áp lực nước ngầm SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 137 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 14 : Mơ hình áp lực đất 3.2.2 Calculation Trong thực tế, quá trình xây dựng đường hầm bao gồm nhiều giai đoạn Trong đề tài này nhóm nghiên cứu chỉ tâ ̣p trung vào vấn đề ổn định gương đào và chú ý đến tiến đô ̣ của TBM bằng chiều dài của nó (8,6m) khối đất được mô hình Do vâ ̣y các giai đoạn thi công là thi công lớp đất để lắp đă ̣t TBM, đưa TBM vào khai thác, mựa nước thấp nhất khai thác, áp dụng áp lực gương hầm và áp dụng sự co lại để giả định thực tế TBM có dạng hình nón về phía đuôi Gán vâ ̣t liê ̣u (giảm ma sát và lực dính kết ở mă ̣t tiếp xúc) cho lát đầu tiên được đào (Slide 1) Áp lực gương hầm được trì bằng đất đá trộn với chất lỏng (bentonite) với trọng lượng đơn vị là 14kN/m3, áp lực gương hầm là 200kN/m2 tại đỉnh đường hầm (16.8m) và 300kN/m2 tại đáy hầm (-23.2m) Gradien áp lực là 14kN/m2/m Các số liê ̣u đầu vào sẽ được nhâ ̣p dưới đây: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 138 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 15: Giá trị áp lực cần thiết để cân bằng gương Khi thi công bằng TBM có xét đến sự thu ngắn vỏ hầm, đó làm giảm bán kính hầm quá trình tính toán, lựa chọn chỉ có vỏ hầm và có thể giả định thể tích đất bị mất xung quanh đường hầm quá trình đào, tạo nón TBM, giá trị thu nhỏ xác định cho mă ̣t cắt ngang giảm theo phần trăm (%) của toàn bô ̣ diê ̣n tích mă ̣t cắt ngang hầm, chọn giá trị thu nhỏ là 0,5% để mô phỏng dạng nón TBM: Hình 16: Thông số mô phỏng dạng nón của TBM Mơ hình tính tốn gồm lớp: Hình 17: Các giai đoạn tính toán SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 139 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Giai đoạn 1: Biến dạng của môi trường áp dụng cân bằng áp lực gương + Giai đoạn 2: Xác định áp lực nhỏ nhất ở gương hầm bằng cách giảm áp lực gương hầm tới gương hầm bị sụt đổ + Giai đoạn 3: Phân tích an toàn ổn định quá trình xây dựng đường hầm 3.2.3 Output 3.2.3.1 Xác định biến dạng của môi trường áp dụng cân bằng áp lực gương Hình 18: Lưới biến dạng hầm Ta thấy biến dạng lớn nhất sử dụng áp lực cân bằng gương biến dạng thẳng đứng theo trục y : Uy = 18,46.10-3m = 18,46mm SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 140 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 19: Xu hướng chuyển vị của các điểm mô hình về gương hầm Hình 20: Mô tả chuyển vị của các điểm mă ̣t đất SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 141 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ta có bảng biến dạng của mô ̣t số điểm đă ̣c trưng: Node 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 255 256 257 1725 1726 1727 1728 1729 1730 1731 1732 1733 1734 1735 1736 1737 1738 1739 1740 X [m] 20.0000 20.0000 16.3240 18.8178 20.0000 20.0000 19.4528 20.0000 19.4443 18.2705 18.9055 18.4000 20.0000 19.4443 18.9055 7.5000 6.3760 7.6662 13.7500 17.1624 16.3817 16.9409 15.6909 15.0000 16.2500 14.9060 17.9431 18.4000 17.7215 18.9055 18.2028 Y [m] -25.0000 -24.0000 -20.0497 -18.3168 -17.8333 -18.4667 -17.7368 -17.2000 -17.1514 -17.5870 -17.0070 -16.7713 -10.8000 -10.8486 -10.9930 -10.0000 -8.7794 -8.5960 -10.0000 -11.4852 -11.4217 -10.7108 -10.7108 -10.0000 -10.0000 -9.0716 -11.5487 -11.2287 -10.7743 -10.9930 -10.4965 Z [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 Ux [m] 0.0000 0.0000 0.0009 0.0011 0.0000 0.0000 0.0008 0.0000 0.0010 0.0018 0.0019 0.0023 0.0000 0.0014 0.0026 0.0001 0.0000 0.0001 0.0014 0.0011 0.0009 0.0019 0.0016 0.0021 0.0028 0.0021 0.0010 0.0012 0.0018 0.0011 0.0020 Uy [m] 0.0000 0.0002 0.0008 0.0046 0.0066 0.0050 0.0065 0.0086 0.0082 0.0049 0.0075 0.0064 -0.0187 -0.0183 -0.0171 -0.0005 -0.0005 -0.0007 -0.0021 -0.0075 -0.0055 -0.0070 -0.0043 -0.0033 -0.0055 -0.0039 -0.0101 -0.0116 -0.0093 -0.0128 -0.0107 Uz [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0000 0.0001 0.0006 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.0009 0.0008 -0.0001 0.0000 0.0004 0.0000 0.0005 DUx [m] 0.0000 0.0000 0.0009 0.0011 0.0000 0.0000 0.0008 0.0000 0.0010 0.0018 0.0019 0.0023 0.0000 0.0014 0.0026 0.0001 0.0000 0.0001 0.0014 0.0011 0.0009 0.0019 0.0016 0.0021 0.0028 0.0021 0.0010 0.0012 0.0018 0.0011 0.0020 DUy [m] 0.0000 0.0002 0.0008 0.0046 0.0066 0.0050 0.0065 0.0086 0.0082 0.0049 0.0075 0.0064 -0.0185 -0.0181 -0.0170 -0.0005 -0.0005 -0.0007 -0.0021 -0.0075 -0.0055 -0.0070 -0.0043 -0.0033 -0.0055 -0.0039 -0.0101 -0.0116 -0.0093 -0.0128 -0.0107 DUz [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0000 0.0001 0.0006 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.0009 0.0008 -0.0001 0.0000 0.0004 0.0000 0.0005 Bảng 9: Biến dạng của một số điểm đặc trưng - Biến dạng mặt tiếp xúc vỏ hầm đất thể rõ kết biến dạng: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 142 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 21: Kết biến dạng Kết tốn cho thấy đặc tính độ bền vùng tương tác đất vỏ hầm thấp lớp đất, biểu độ biến dạng khu vự hầm mặt tiếp xúc lớn, giảm dần đến gương hầm đến phần tiếp xúc lớp đất 3.2.3.2 Xác định áp lực nhỏ nhất ở gương hầm: Khi thực bước tính tồn mơ hình tính toán giảm áp lực gương tới hầm sụt đổ ( Soil body collapses) xuất hệ số tải trọng cần thiết để gương hầm bị sụp đổ ( MloadA ) SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 143 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 22: Total Multipliers Ta thấy bảng Total Multipliers có MloadA 0,1746 áp lực gương nhỏ để ngăn ngừa phá hủy: Ở đỉnh hầm: 0.1746 x 100 = 17,46 kN/m2 Ở đáy hầm: 0.1746 x 200 = 34,92 kN/m2 Đây giá trị áp lực nhỏ cần áp dụng để chống lại phá hủy gương hầm Trong trường hợp thấy gương hầm bị sụp đổ rõ nét biến dạng lớp đất phía lên đến 1,37 m SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 144 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 23: Lưới biến dạng hầm giai đoạn 3.2.3.3 Phân tích an toàn: Trong thiết kế hầm, không chỉ quan tâm đến ổn định cuối cùng mà còn phải quan tâm đến ổn định xây dựng Sự ổn định để chống lại phá hủy có thể được định nghĩa bằng giá trị trung bình của ̣ số an toàn, là tỷ số giữa tải trọng phá hủy và tải trọng làm viê ̣c Tuy nhiên với môi trường đất thì định nghĩa này không phù hợp ta sử dụng định nghĩa: HSAT SV: Chử Ngọc Minh Chiến Sđatđa Scanthietdecanbang - 145 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong đó: S : biểu diễn độ bền cắt, tỷ số độ bền đất đá độ bền tính tốn nhỏ cần thiết để cần hệ số an toàn Theo điều kiện Coulomb, hệ số an toàn là: HSAT C n tan Cr n tan r Với: C thông số độ bền mô hình Mohr – Coulomb n thành phần ứng suất pháp Các thông thông số độ bền giảm đủ đẻ đạt cần Những mô tả sở phương pháp Phi-C reduction mà sử dụng tính hệ số an tồn chương trình Plaxis, C tan giảm theo tỷ lệ: C tan M sf Cr tan r M = 0.1 hệ số giảm độ bền đạt là: M = 2.3592 Khi tính tốn chấp nhận số gia hệ số giảm độ bền Sau thực tính tốn có sf sf Hình 24: Bảng giá trị hệ số an tồn Khi ta có biến dạng giai đoạn này: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 146 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 25:Lưới biến dạng giai đoạn Cuối ta có đường cong biểu diễn phát triển biến dạng SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 147 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chart Sum-MloadA Point A 0.8 0.6 0.4 0.2 0 4e-3 8e-3 0.012 0.016 0.02 |U| [m] Hình 26: Sự phát triển MloadA hàm số chuyển vị gương hầm Dựa vào đường cong biểu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng cho thấy MloadA =0.1746 gương hầm bắt đầu có dịch chuyển lớn vào giai đoạn Chart Sum-Msf 2.4 Point A 1.6 1.2 0.8 4e-3 8e-3 0.012 0.016 0.02 |U| [m] Hình 27: Sự phát triển SV: Chử Ngọc Minh Chiến Msf - 148 - hàm số chuyển vị gương hầm Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dựa vào đường cong biểu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng cho thấy Msf =2.3592 gương hầm bắt đầu có dịch chuyển lớn vào 3.3 Kết luận Qua mơ hình tính tốn ta thấy sử dụng phần mềm Plaxis dùng cho cơng việc tính tốn thiết kế cơng trình hầm hiệu Bằng cách nhập số liệu đầu vào đơn giản đỏi hỏi người dùng phải có hiểu biết định luật biến dạng, số liệu đầu vào bao trường hợp xảy thực tế kết đạt xác với yêu cầu đặt q trình thi cơng TBM KIẾN NGHỊ Phương pháp đào hầm máy cân áp lực cân gương áp dụng rộng rãi giới năm gần Với đặc trưng sử dụng thuận lợi môi trường địa chất yếu hầm đặt nông phù hợp để thực đô thị Hà Nội, có điều kiện địa chất tương đối yếu phức tạp Khi tiến hành thi công hầm máy khoan đào toàn tiết diện điều kiện địa chất yếu vấn đề ổn dịnh mặt gương đào cần lưu tâm Qua việc tính tốn mơ hình Plaxis phản ánh xác tượng xảy đào hầm máy khoan đào TBM, cho thấy vấn đề lún tránh khỏi thi công hầm đất máy TBM (đặc biệt địa chất yếu Hà Nội) tồn khoảng hở biên hang đào với kết cấu vỏ lắp sau độ cứng kết cấu vỏ hầm, cần có giải pháp để hạn chế vấn đề lún trên, phương pháp sử dụng cân áp lực gương cho thấy kết rõ Nghiên cứu dừng lại phương pháp lý thuyết lớp địa chất mơ hình đơn giản địa điểm cụ thể tổng thể toàn đường hầm địa chất Hà Nội nên tránh sai số định SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 149 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tunnelling and Underground Space Technology - G.Anagnostou K Kovári Tập 11 - trang 165 -> 173 - NXB Great Britain - 1996 Stability analysis for tunnelling with slurry and EPB shield - G.Anagnostou K Kovári - 1994 Các biện pháp nâng cao hiệu xây dựng cơng trình ngầm - Nguyễn Quang Phích - 2005 Tài liệu thuyết trình kỹ thuật thi cơng đường tàu điện ngầm - Kumagai - Nhật Bản Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt - Nguyễn Xuân Mãn - 1998 Các modun hướng dẫn Plaxis 3D tunnel – Tutorial, Validation Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt thi công đường hầm Metro đặt nông đất máy đào tổ hợp TBM – Th.S Bùi Văn Dưỡng Tạp chí cầu đường Việt Nam SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 150 - Lớp: Đường hầm – Metro K44