Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc điểm địa kỹ thuật khu vực thành phố hồ chí minh phục vụ phát triển giao thông ngầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VÕ NHẬT LUÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA KỸ THUẬT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG NGẦM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VÕ NHẬT LUÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA KỸ THUẬT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG NGẦM Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 9520501 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ MINH TOÀN PGS.TS NGUYỄN THỊ NỤ HÀ NỘI - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các thông tin, số liệu luận án trung thực có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể, trích dẫn theo quy định Kết nghiên cứu luận án khách quan, trung thực, chưa có cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Võ Nhật Luân ii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Luận điểm bảo vệ Các đóng góp khoa học luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cơ sở tài liệu thực đề tài .5 10 Cấu trúc luận án 11 Lời cảm ơn Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỊA KỸ THUẬT PHỤC VỤ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG NGẦM ĐÔ THỊ .8 1.1 Tổng quan địa kỹ thuật cơng trình giao thơng ngầm đô thị 1.1.1 Tổng quan địa kỹ thuật 1.1.2 Tổng quan cơng trình giao thông ngầm đô thị 12 1.1.3 Các phương pháp thi công xây dựng công trình giao thơng ngầm thị .13 1.1.4 Các vấn đề địa kỹ thuật phát sinh thi công xây dựng cơng trình giao thơng ngầm thị 17 1.2 Tình hình nghiên cứu địa kỹ thuật phục vụ xây dựng cơng trình giao thơng ngầm đô thị 28 1.2.1 Các nghiên cứu giới 28 iii 1.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam 34 Kết luận chương .40 Chương 2: ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 41 2.1 Đặc điểm mơi trường địa chất Thành phố Hồ Chí Minh .41 2.1.1 Đặc điểm địa tầng, địa chất Đệ tứ 41 2.1.2 Đặc điểm tính chất xây dựng đất đá 45 2.1.3 Đặc điểm tượng địa chất động lực công trình 55 2.1.4 Đặc điểm địa hình, địa mạo 56 2.1.5 Đặc điểm thủy văn, hải văn địa chất thủy văn 58 2.1.6 Đặc điểm khí độc hại .61 2.2 Đặc điểm hệ thống kỹ thuật khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 61 2.2.1 Khái quát chung hệ thống kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh .61 2.2.2 Đánh giá đặc điểm phân cấp hệ thống kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 66 2.3 Phân khu địa kỹ thuật khu vực Thành phố Hồ Chí Minh phục vụ xây dựng cơng trình giao thông ngầm 68 2.3.1 Mục đích ý nghĩa phân khu địa kỹ thuật 68 2.3.2 Nguyên tắc phân khu địa kỹ thuật 68 2.3.3 Tiêu chí phân khu địa kỹ thuật 69 2.3.4 Phương pháp thành lập sơ đồ phân khu địa kỹ thuật 69 2.3.5 Kết phân khu địa kỹ thuật 73 Kết luận chương .85 Chương 3: DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG NGẦM 86 3.1 Khái qt đặc điểm quy mơ cơng nghệ thi cơng cơng trình giao thông ngầm Thành phố .86 3.1.1 Về đặc điểm quy mơ cơng trình giao thơng ngầm 86 3.1.2 Về đặc điểm công nghệ thi cơng cơng trình giao thơng ngầm 91 3.2 Dự báo vấn đề địa kỹ thuật thi cơng cơng trình giao thơng ngầm Thành phố Hồ Chí Minh 93 iv 3.2.1 Phương pháp tính tốn lựa chọn phần mềm tính tốn 93 3.2.2 Phân tích lựa chọn mặt cắt địa kỹ thuật để tính tốn 95 3.2.3 Dự báo vấn đề địa kỹ thuật thi công phương pháp đào mở .97 3.2.4 Phương pháp dự báo lún bề mặt thi công hầm công nghệ TBM 109 3.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến lún bề mặt thi công đường hầm công nghệ TBM 114 3.3.1 Ảnh hưởng áp lực gương 114 3.3.2 Phân tích ảnh hưởng dạng kết cấu móng cơng trình đến độ lún bề mặt .116 3.3.3 Ảnh hưởng đường kính hầm 119 3.3.4 Ảnh hưởng chiều sâu đặt hầm đến độ lún bề mặt 124 3.4 Đề xuất giải pháp ổn định thi công xây dựng cơng trình giao thơng ngầm Thành phố Hồ Chí Minh 126 3.4.1 Đối với cơng trình giao thơng ngầm thi công phương pháp đào mở 126 3.4.2 Đối với cơng trình giao thơng ngầm thi cơng phương pháp đào kín 130 Kết luận chương 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 Kết luận 132 Kiến nghị 133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu a1-2 c, c‟, cu , ccu Cc Cr CDM CU CSHT CTN CTGTN cv ĐBSCL ĐCCT ĐCTV E e; eo Eđh EPB FEM ĐKT ĐKTXD FOS GS HRM Ip Ir Is K KGN KHCN HTKT MCN MNN MTĐC MTĐKT MTXQ NATM nnk NXB Đơn vị cm2/kG kPa m2/năm kPa kPa cm/ng.đ Giải thích Hệ số nén lún Lực dính kết, lực dính kết hữu hiệu, lực dính kết khơng nước theo sơ đồ UU, CU Chỉ số nén Chỉ số nở Cọc xi măng đất Cố kết - khơng nước Cơ sở hạ tầng Cơng trình ngầm Cơng trình giao thong ngầm Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng Đồng Bằng Sơng Cửu Long Địa chất cơng trình Địa chất thủy văn Mô đun biến dạng Hệ số rỗng; Hệ số rỗng tự nhiên Mô đun đàn hồi Earth pressure balance (Áp lực đất) Mơ hình phần tử hữu hạn Địa kỹ thuật Địa kỹ thuật xây dựng Hệ số ổn định cơng trình Giáo sư Phương pháp phản ứng Hyperstatic Chỉ số dẻo Chỉ số độ cứng Độ sệt Hệ số thấm Không gian ngầm Khoa học công nghệ Hệ thống kỹ thuật Mặt cắt ngang Mực nước ngầm Môi trường địa chất Môi trường địa kỹ thuật Môi trường xung quanh New Australian Tunnelling Method - Phương pháp đào hầm Áo Những người khác Nhà Xuất Bản vi PGS PTHH qc RQD SPT TBM TP TP.HCM TS TSKH W WL Wp γw γc γs kG/cm2 % % % g/cm3 g/cm3 g/cm3 Phó giáo sư Phần tử hữu hạn - Sức kháng đầu mũi Rock Quality Designation - Chỉ số chất lượng đá Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Tunnel Boring Machine Thành phố Thành phố Hồ Chí Minh Tiến sĩ Tiến sĩ khoa học Độ ẩm tự nhiên Giới hạn chảy Giới hạn dẻo Khối lượng thể tích tự nhiên Khối lượng thể tích khơ Khối lượng riêng vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các phương pháp thi công CTGTN khu vực đô thị 17 Bảng 1.2 Chuyển vị cho phép tường chắn đất theo DG/TJ08-61-2010 19 Bảng 1.3 Chuyển vị cho phép cấp bảo vệ cơng trình theo DG/TJ08-61-2010 19 Bảng 1.4 Tổng hợp giá trị chuyển vị cho phép 19 Bảng 1.5 Các vấn đề ĐKT phát sinh trình đào hầm đô thị 27 Bảng 1.6 Phân loại đất phục vụ xây dựng CTGTN theo Terzaghi 30 Bảng 1.7 Độ ổn định CTN, cho đất dính 30 Bảng 1.8 Độ ổn định CTN, cho đất cát dăm sạn theo Terzaghi 1977 30 Bảng 1.9 Phân loại đá Terzaghi 1946 31 Bảng 1.10 Phân loại đá theo RQD 32 Bảng 2.1 Địa tầng Đệ tứ khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 42 Bảng 2.2 Thống kê tài liệu thu thập bổ sung 45 Bảng 2.3 Thành phần hạt đặc trưng lý kiểu thạch học thuộc phức hệ thạch học khác .53 Bảng 2.4 Tương quan mực nước điểm đo Kênh Nhiêu Lộc, Kênh Tẻ với trạm Nhà bè, Phú An (sơng Sài Gịn) 59 Bảng 2.5 Các tiêu sử dụng đất TP.HCM từ 2018-2021 62 Bảng 2.6 Số lượng tịa nhà cao tầng khu vực nội TP.HCM 63 Bảng 2.7 Mạng lưới đường địa bàn TP.HCM .63 Bảng 2.8 Hệ thống cầu đường địa bàn TP.HCM 65 Bảng 2.9 Một số hầm đường TP.HCM 66 Bảng 2.10 Diện tích giao thơng tĩnh địa bàn Thành phố 2021 66 Bảng 2.11 Ký hiệu đơn vị phân khu ĐKT 72 Bảng 2.12 Ma trận tương tác MTĐC với HTKT .75 Bảng 2.13 Đặc điểm ĐKT khu, phụ khu khoảnh phục vụ xây dựng GTN 76 Bảng 3.1 Các tuyến đường sắt đô thị TP.HCM theo quy hoạch 87 Bảng 3.2 So sánh ưu nhược điểm mơ hình Hardening Soil Morh Colomb 95 Bảng 3.3 Đặc điểm ĐKT khoảnh II.A.1 khoảnh II.B.1 .96 Bảng 3.4 Thơng số địa chất đầu vào mơ hình Plaxis .98 viii Bảng 3.5 So sánh hệ số ổn định đào mở có mái dốc CTGTN nằm nông 99 Bảng 3.6 So sánh phương án đào hầm mở khoảnh II.A.1 101 Bảng 3.7 Thông số địa chất đầu vào mơ hình Plaxis .105 Bảng 3.8 Tổng hợp so sánh phương án đào hầm nông khoảnh II.B.1 .106 Bảng 3.9 Thông số đất vào mơ hình 110 Bảng 3.10 Thông số vật liệu bê tông vỏ hầm thép khiên chắn 111 Bảng 3.11 Ngưỡng chuyển vị cho phép cơng trình bề mặt áp dụng cho dự án metro Việt Nam .118 Bảng 3.12 So sánh hiệu biện pháp gia cố hố đào 128 Bảng 3.13 Tổng hợp khuyến nghị cho hầm nằm nông khoảnh II.A.1 khoảnh II.B.1 129 Bảng 3.14 Tổng hợp khuyến nghị cho hầm nằm sâu khoảnh II.A.1 khoảnh II.B.1 130 111 I dentification 111 1.1.1.2 Materials - Plates - I dentification 111 I dentification Hình Áp lực gương cho hầm Hình Áp lực gương cho hầm Hình Áp lực kích đẩy Hình Áp lực vữa Hình Bước đào TBM 1.5 m Hình Hoạt tải giao thơng 111 2.1.1.1.4 Calculation results, Live load [ Phase_3] ( 7/ 12) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.1 Calculation results, E TUNNEL -Phase 1- [ Phase_1] ( 4/ 3) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.2 Calculation results, E TUNNEL_Phase [ Phase_2] ( 6/ 7) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.3 Calculation results, W TUNNEL_Phase [ Phase_7] ( 11/ 10) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.5 Calculation results, E TUNNEL _Phase [ Phase_4] ( 8/ 17) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.6 Calculation results, E TUNNEL_Phase [ Phase_5] ( 9/ 21) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.7 Calculation results, E TUNNEL_Phase [ Phase_6] ( 10/ 26) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.8 Calculation results, W TUNNEL_Phase [ Phase_8] ( 12/ 29) , Total displacements uz 111 2.1.1.1.9 Calculation results, W TUNNEL_Phase [ Phase_9] ( 13/ 34) , Total displacements uz 10