Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích, đánh giá ổn định xung quanh công trình nhà ga metro khi thi công bằng phương pháp đào hở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Bùi Trường Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Tô Văn Lận

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Lê Bá Khánh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 08 tháng 01 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 GS.TS Trần Thị Thanh Chủ tịch 2 TS Đỗ Thanh Hải Thư ký 3 PGS.TS Tô Văn Lận Phản biện 1 4 TS Lê Bá Khánh Phản biện 2 5 ThS Nguyễn Phước Bình An Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GS.TS Trần Thị Thanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Hoàng Hà MSHV: 2070197 Ngày, tháng, năm sinh: 27-07-1989 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số : 8580204

I TÊN ĐỀ TÀI:

Phân tích, đánh giá ổn định xung quanh công trình nhà ga Metro khi thi công bằng phương pháp đào hở

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Phân tích khả năng ổn định đáy hố đào do sự chênh lệch áp lực nước và lựa chọn đặc trưng lớp đáy nhằm gia cường đảm bảo ổn định

Phân tích sự thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng trong quá trình khai đào thi công hố đào

So sánh kết quả phân tích, thiết kế với số liệu quan trắc chuyển vị thực tế ngoài công trường

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/09/2021 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2021 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Tp HCM, ngày tháng năm 2022

PGS.TS Bùi Trường Sơn PGS.TS Lê Bá Vinh TRƯỞNG KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM đã tạo điều kiện cho em hoàn thành quá trình nghiên cứu học tập và thực hiện đề tài luận văn này

Em xin gửi lời biết ơn chân thành đến Thầy PGS.TS Bùi Trường Sơn đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình những kiến thức về cách thức nghiên cứu vấn đề cũng như thực hiện nội dung để em có thể hoàn thành đề tài của mình

Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách trọn vẹn nhất Song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý của quý Thầy Cô để đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn nữa

Trân trọng cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021 Học viên thực hiện

NGUYỄN HOÀNG HÀ

TÓM TẮT

Luận văn này nghiên cứu đánh giá các mô hình tính toán của Plaxis, từ đó đưa ra phương án sử dụng mô hình toán phù hợp dùng để mô phỏng các bài toán liên quan đến thiết kế, thi công nhà ga ngầm Bên cạnh đó, việc xác định các thông số đầu vào cho hai mô hình Mohr - Coulomb và Hardening Soil cũng được xem xét

Dựa trên các công nghệ xử lý nền trên thế giới, bài viết phân tích, so sánh tính hiệu quả của các giải pháp xử lý nền như phun vữa cao áp (jet grouting), cọc ximang đất CDM giảm chuyển vị ngang tường vây và lún quanh hố đào trong điều kiện địa chất thành phố Hồ Chí Minh

ABSTRACT

This thesis studies and evaluates the computational models of Plaxis, thereby proposing a plan to use the appropriate mathematical model to simulate problems related to the design and construction of underground stations Besides, the determination of input parameters for two Mohr models - Coulomb and Hardening Soil is also considered

Based on background treatment technologies in the world, the article analyzes and compares the effectiveness of foundation treatment solutions such as jet grouting, CDM soil cement piles to reduce horizontal displacement of diaphragm walls and subsidence around the excavation pit in the geological conditions of Ho Chi Minh City

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021

NGUYỄN HOÀNG HÀ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

Mục tiêu của đề tài 1

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1

Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 1: TỐNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TÀU ĐIỆN NGẦM, NHÀ GA NGẦM VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG 3

1.1 Tổng quan về công trình tàu điện ngầm, ga ngầm 3

1.2 Công trình ga đường sắt đô thị trên thế giới 4

1.2.1 Nguyên tắc bố trí khoảng cách ga 4

1.2.2 Chức năng nhiệm vụ các ga 5

1.2.3 Quy mô nhà ga ngầm 6

1.2.4 Bố trí ke ga 11

1.3 Các phương pháp thi công trong xây dựng công trình ngầm 11

1.3.1 Phương pháp đào lộ thiên 11

1.5.2 Biện pháp thi công jet grouting 26

1.5.3 Biện pháp thi công TAM grouting 28

3.1 Điều kiện địa chất công trình 45

3.1.1 Địa hình và cao trình nước ngầm 45

3.2.2 Điều kiện nước ngầm 46

3.1.3 Động đất 51

3.2 Đặc trưng cơ lý 52

3.2.1 Các tính chất vật lý của đất 52

3.2.2 Các đặc tính cơ học của đất 57

3.2.3 Kết quả thí nghiệm ở hiện trường 63

3.3 Giải pháp kỹ thuật cho công tác thiết kế và thi công 69

3.3.1 Kiến nghị đối với công tác thiết kế 69

3.3.2 Kiến nghị đối với công tác thi công 74

3.4 Phân tích địa chất khu vực ga Nhà hát thành phố 74

4.1 Giới thiệu chung về dư án nghiên cứu và sơ lược ga Nhà hát Thành phố 80

4.2 Các thông số và mô hình vật liệu 81

4.3 Đánh giá ổn định hố đào của nhà ga trong quá trình thi công 86

4.3.1 Bài toán 1: Phân tích ổn định xung quanh nhà ga OPH 87

4.3.2 Bài toán 2: Phân tích ổn định xung quanh nhà ga OPH có xử lý nền dưới đáy nhà ga 99

4.3.3 Bài toán 3: Phân tích ổn định xung quanh nhà ga OPH có gia cố hàng cọc

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân chia các ga đường sắt đô thị theo chức năng 5

Bảng 2.1 Giá trị giới hạn độ lún và độ lún lệch đề nghị [9] 39

Bảng 3.1 Hàm lượng nước của đất cho mỗi lớp đất cho Khảo sát 2013 53

Bảng 3.2 Tổng hợp số đo trọng lượng riêng của Khảo sát 2013 54

Bảng 3.3 Tổng hợp phân cấp của mỗi lớp đất cho Khảo sát 2013 55

Bảng 3.4 Tổng hợp các thông số cường độ cắt không thoát nước thu được từ Khảo sát 2013 58

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm CU trên lớp đất aC2 và aS1 59

Bảng 3.6 Tổng và thông số cường độ hữu hiện thu được từ thí nghiệm CU 61

Bảng 3.7 Tổng hợp thông số cường độ cắt thoát nước dựa trên Thí nghiệm CD 61

Bảng 3.8 Tổng hợp đặc tính cố kết thu được trong Khảo sát 2013 62

Bảng 3.9 Tổng hợp trị số N của thí nghiệm SPT thu được trong Khảo sát 2013 63

Bảng 3.10 Modun nén hơi thu được trong Khảo sát 2008 64

Bảng 3.11 Mô đun nén hơi thu được trong Khảo sát 2013 65

Bảng 3.12 Hệ số thấm thu được trong thí nghiệm thấm hiện trường của Khảo sát 2013 67Bảng 3.13 Mực nước ngầm thiết kế tại ga Nhà hát 77

Bảng 3.14 Thông số thiết kế các lớp đất tại ga Nhà hát: 79

Bảng 4.1 Thông số thiết kế các lớp đất tại ga Nhà hát theo Mohr Coulomb 82

Bảng 4.2 Thông số thiết kế các lớp đất tại ga Nhà hát theo Hardening Soil 82

Bảng 4.3 Thông số vật liệu của tường vây D1500 83

Bảng 4.4 Thông số vật liệu của sàn tầng hầm 83

Bảng 4.5 Ứng suất cho phép của cốt thép 84

Bảng 4.6 Giá trị hiệu chỉnh β dành cho cường độ trong điều kiện thi công 85

Bảng 4.7 Ứng suất cho phép của bê tông (N/mm2) 85

Bảng 4.8 Tổng hợp so sánh chuyển vị ngang lớn nhất Ux từ thực tế và mô hình tính toán 93

Bảng 4.9 Tổng hợp so sánh lực nén lớn nhất (KN) của thanh chống từ thực tế và mô hình tính toán 93

Bảng 4.10 Tổng hợp so sánh độ lún lớn nhất Uy từ thực tế và mô hình tính toán 98

Bảng 4.11 Tổng hợp so sánh chuyển vị ngang lớn nhất Ux (mm) trong trường hợp có sử dụng gia cố Jet Grouting 104

Bảng 4.12 Tổng hợp so sánh độ lún lớn nhất Uy (mm) trong trường hợp có sử dụng gia cố Jet Grouting 106Bảng 4.13 Tổng hợp so sánh chuyển vị ngang lớn nhất Ux (mm) trong trường hợp có sử dụng gia cố CDM 112Bảng 4.14 Tổng hợp so sánh độ lún lớn nhất Uy (mm) trong trường hợp có sử dụng gia cố CDM 115

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các ga Metro Matxcơva được xây dựng như "Cung điện nhân dân" và các nhà

ga được xây dựng vào cuối những năm 1930 gây ấn tượng lớn nhất 4

Hình 1.9 Mặt cắt ngang tường dẫn bê tông cốt thép điển hình đổ tại công trường 14

Hình 1.10 Mặt bằng thi công tường vậy Ga Nhà hát 15

Hình 1.11 Lắp đặt cốp pha CWS Hình 1.12 Gioăng ngăn nước 16

Hình 1.13 Sơ đồ trình tự thi công đào đất 17

Hình 1.14 Mặt bằng thi công tổng thể Ga Nhà hát Thành phố 18

Hình 1.15 Khu vực thi công Ga Nhà hát Thành phố ở Giai đoạn 1 18

Hình 1.16 Mặt bằng phân chia khu vực đào đất trong nhà ga 18

Hình 1.17 Kế hoạch kiểm soát giao thông trên sàn công tác 19

Hình 1.18 Hạ mực nước ngầm bên trong tường vây sẽ được thực hiện trước khi đào đất 19 Hình 1.19 Mặt cắt dọc đào đất từng tầng trong nhà ga ở phần 1 20

Hình 1.20 Mặt cắt dọc đào đất từng tầng trong nhà ga ở phần 2 21

Hình 1.21 Thiết bị đào đất tại khu vực giằng bê tông 21

Hình 1.22 Sơ đồ trình tự công việc đổ bê tông lót 22

Hình 1.23 Sơ đồ trình tự công việc lắp ván khuôn 23

Hình 1.24 Mặt bằng khu vực thi công 24

Hình 1.25 Vị trí thi công 25

Hình 1.26 Sơ đồ trình tự thực hiện Jet Grouting 26

Hình 1.27 Trình tự thực hiện Jet Grouting 26

Hình 2.1 Áp lực chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẵn 32

Hình 2.2 Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang 33

Hình 2.3 Lưu đồ Thiết kế kết cấu chắn đất để đào (Ga Nhà hát) 36

Hình 2.4 Tên cấu kiện của kết cấu tạm chống đỡ tường chắn BTCT 36

Hình 2.5 Mối liên hệ giữa chuyển vị tường chắn và chuyển vị đất nền 37

Hình 2.6 Quan hệ hệ số rổng -ứng suất hữu hiệu 38

Hình 2.7 Sơ đồ phạm vi gia cố nền 41

Hình 2.8 Sơ đồ xử lý nền cho công tác đào tường vây 43

Hình 3.1 Mặt căt địa chất gần khu vực khảo sát(Nguồn: Bản đồ địa chất của TPHCM) 46 Hình 3.2 Đường cao độ nước ngầm trong mùa mưa (xanh lá cây) và mùa khô (xanh da trời) 46

Hình 3.3 Mực nước ngầm quan trắc được từ các ống đo mực nước trong Khảo sát 2008 (Nguồn: Báo cáo khảo sát địa kỹ thuật, 2008) 47

Hình 3.4 Mực nước ngầm quan trắc được từ các ống đo mực nước trong Khảo sát 2013 (Nguồn: Nhóm nghiên cứu) 48

Hình 3.5 Dao động theo giờ của mực nước sông (Nguồn: Nhóm nghiên cứu) 49

Hình 3.6 Dao động theo giờ của mực nước biến và nước ngầm tại khu vực công trường 50 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ tần số - độ lớn Gutenberg-Richter của Việt Nam (Ngo, T.D.et.a) 51

Hình 3.8 Động đất lớn nhất ghi nhận tại Việt Nam 52

Hình 3.9 Hàm Lượng Nước theo Độ Sâu (Nguồn dữ liệu: Nhóm nghiên cứu) 53

Hình 3 10 Thể hiện so sánh giữa trọng lượng riêng đo được tại công trường và trong PTN 55

Hình 3.11 Hàm lượng sỏi theo độ sâu 56

Hình 3.12 Hàm lượng cát theo độ sâu 57

Hình 3.13 Hàm lượng hạt mịn theo độ sâu 57

Hình 3.14 Cường độ cắt không thoát nước Cuu theo độ sâu 59

Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ kết hợp của đồ thị p-qf diagram cho Sét và Cát Bồi Tích 60

Hình 3.16 Ứng suất tiền cố kết theo độ sâu 62

Hình 3.17 Chỉ số cố kết theo độ sâu 62

Hình 3.18 Trị số N của thí nghiệm SPT theo độ sâu 64

Hình 3.19 Mô đun đàn hồi so với chỉ số N của thí nghiệm SPT thu được trong Khảo sát 2008 65

Hình 3.20 Mô đun nén hơi so với Trị số N của thí nghiệm SPT thu được trong Khảo sát 2013 66

Hình 3.21 Hệ số thấm thu được trong Thí nghiệm thấm hiện trường theo độ sâu 68

Hình 3.22 Cơ Cấu của sự trương nở 70

Hình 3.23 Cơ Cấu của cát chảy 71

Hình 3.24 Cơ cấu của sự trương nở do áp lực đẩy nổi 72

Hình 3.25 Cơ cấu của hiện tượng xói ngầm 73

Hình 4.15 Mô hình ga Nhà hát Thành phố áp dụng Jet Grouting đáy hố 99

Hình 4.16 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 9 (-5,5 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 100

Hình 4.17 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 14 (-13,0 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 101

Hình 4.18 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 16 (-15,5 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 102 Hình 4.19 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 21 (-26,0 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 103 Hình 4.20 Tổng hợp kết quả lún Uy của 2 bên tường vây tại Phase 9 (-5,5 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 104 Hình 4.21 Tổng hợp kết quả lún Uy của 2 bên tường vây tại Phase 14 (-13,0 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 105 Hình 4.22 Tổng hợp kết quả lún Uy của 2 bên tường vây tại Phase 16 (-15,5 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 105 Hình 4.23 Tổng hợp kết quả lún Uy của 2 bên tường vây tại Phase 21 (-26,0 m): trường hợp đáy hố không gia cố so với đáy có gia cố Jet Grouting 1 m, 2 m, 3 m, 4,5 m 105 Hình 4.24 Mô hình ga Nhà hát Thành phố áp dụng CDM 107 Hình 4.25 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 9 (-5,5 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 108 Hình 4.26 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 14 (-13,0 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 109 Hình 4.27 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 16 (-15,5m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 110 Hình 4.28 Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang Ux của tường vây tại Phase 21 (-26,0 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 111 Hình 4.29 Tổng hợp kết quả lún Uy bên trái tường vây tại Phase 9 (-5,5 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 113 Hình 4.30 Tổng hợp kết quả lún Uy bên trái tường vây tại Phase 14 (-13,0 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 113 Hình 4.31 Tổng hợp kết quả lún Uy bên trái tường vây tại Phase 16 (-15,5 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 114 Hình 4 32 Tổng hợp kết quả lún Uy bên trái tường vây tại Phase 21 (-26,0 m): trường hợp không gia cố so với có gia cố CDM cách tường vây 1 m, 2 m, 4 m, 8 m 114

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Công trình ngầm là loại hình công trình đặc biệt, biện pháp thi công và khả năng ổn định phụ thuộc đáng kể vào kích cỡ công trình và cấu tạo địa chất Metro là loại công trình ngầm giao thông đầu tiên được xây dựng ở Việt Nam Do cấu tạo địa chất đặc thù là đất rời và điều kiện mực nước ngầm cao nên việc xây dựng nhà ga cho công trình cần được xem kỹ lưỡng để đảm bảo ổn định trong quá trình thi công và sử dụng Đề tài luận văn tập trung phân tích đánh giá ổn định công trình nhà ga Metro trong quá trình thi công góp phần bổ sung trong đánh giá ổn định của công trình

Mục tiêu của đề tài

Phân tích ổn định của đất xung quanh khi thi công hố đào sâu bằng phương pháp Top down Từ đó, có thể đánh giá mức độ an toàn trong suốt quá trình thi công

Trình bày chi tiết phương án thi công, bố trí mặt bằng thi công tại công trường kết hợp giải pháp phân luồng giao thông, áp dụng thực tiễn cho việc thi công các nhà ga ngầm Metro tiếp theo trong đô thị bằng phương pháp Top down

Thiết lập quan hệ giữa các giải pháp gia cố, xử lý nền cho tường chắn để lựa chọn phương án thiết kế hợp lý và tối ưu

Phân tích, tổng hợp các tiêu chuẩn áp dụng, thông số tính toán ban đầu giúp cho việc tính toán công trình hố đào sâu chính xác, hợp lý hơn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc tìm hiểu các tác động có thể gây mất ổn định công trình đào sâu có kích cỡ lớn như nhà ga Metro trong điều kiện cấu tạo địa chất đất rời và phân tích đánh giá khả năng ổn định trong quá trình thi công có ý nghĩa thực tiễn và khoa học Trong luận văn này, tác giả cố gắng đi sâu vào nghiên cứu chi tiết thi công bằng phương pháp Top down và các sự cố thường xảy ra trong suốt quá trinh thi công Trên cơ sở phân tích ổn định của việc thi công nhà ga ngầm Metro trong đất

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu về địa chất thành phố Hồ Chí Minh Phân tích biện pháp thi công Ga Nhà hát Thành phố

Tính toán và mô phỏng đánh giá chuyển vị, ổn định của nhà ga khi thi công bằng phương pháp Top Down

Phân tích, đánh giá tính hiệu quả của việc áp dụng các giải pháp gia cố nền đảm bảo ổn định hố đào sâu cho nhà ga

Chương 1: TỐNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TÀU ĐIỆN NGẦM, NHÀ GA NGẦM VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG

1.1 Tổng quan về công trình tàu điện ngầm, ga ngầm

Tàu điện ngầm là hệ thống vận tải trong đô thị, chạy trên đường ray Thông thường, một phần lớn chiều dài tuyến nằm dưới lòng đất Rất nhiều thành phố trên thế giới đã xây dựng hệ thống tàu điện ngầm

Đường tàu điện ngầm được xây dựng đầu tiên trên thế giới xuất hiện ở Anh năm 1863 thuộc hệ thống tàu điện ngầm London với chiều dài 6 Km Ở thời điểm đó công trình này thực sự là một thành tựu lớn

Hệ thống tàu điện ngầm M1 của Budapest, Hungary là hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên của châu Âu và là hệ thống đường sắt ngầm thứ hai trên thế giới Hệ thống đường ngầm này khá nông, chỉ cách mặt đất 2,7 m Đường ngầm này được xây dựng bằng phương pháp cắt và che, có nghĩa là người ta sẽ đào rãnh sau đó xây mái cho hệ thống rãnh này

Trên thế giới, các nước phát triển xây dựng công trình tàu điện ngầm, ga ngầm từ rất sớm Tại Nga, công việc xây dựng tuyến tàu điện ngầm đầu tiên ở Moscow bắt đầu vào tháng 11/1931 và đến ngày 15/5/1935 đã khai trương 13 nhà ga đầu tiên Các ga Metro Matxcơva được xây dựng như "Cung điện nhân dân" và các nhà ga được xây dựng vào cuối những năm 1930 gây ấn tượng lớn nhất Hoành tráng và lộng lấy không kém các viện bảo tàng Mỗi ngày hơn 8 triệu người xuống các nhà ga tàu điện ngầm và 56% hành khách ở thủ đô Moscow sử dụng hệ thống tàu điện ngầm

Ngoài ra, những ga tàu điện ngầm đẹp nhất thế giới có thể kể đến là Toledo ở Italy, Westminster ở London (Anh) hay Komsomolskaya ở Moscow (Nga), Ga Solna tại Stockholm (Thụy Điển), Ga Arts et Métiers, Paris, Pháp (ga này bắt đầu hoạt động từ năm 1904, cách đây hơn một thế kỷ), Ga Westfriedhof tại Munich (Đức), Ga tàu điện ngầm Olaias tại Lisbon (Bồ Đào Nha), Ga Staromestska ở Prague (Cộng hòa Séc), Ga Plac Wilsona tại Warsaw (Ba Lan), Ga Zoloti Vorota tại Kiev (Ukraine)

Tại Việt Nam cũng bắt đầu triển khai xây dựng hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên ở nước ta từ hồi cuối tháng 8, tuyến Bến Thành – Suối Tiên (thành phố Hồ Chí Minh)

Hình 1.1 Các ga Metro Matxcơva được xây dựng như "Cung điện nhân dân" và các nhà ga được xây dựng vào cuối những năm 1930 gây ấn tượng lớn nhất

1.2 Công trình ga đường sắt đô thị trên thế giới 1.2.1 Nguyên tắc bố trí khoảng cách ga

Việc bố trí ga trên tuyến tuân thủ các nguyên tắc sau:

 Các ga trên tuyến phải được bố trí phù hợp với hiện trạng và quy hoạch giao thông trong tương lai của đô thị;

 Cự ly bố trí ga phải đảm bảo yêu cầu: khoảng cách ga hợp lý, thu hút nhiều hành khách và không dừng tàu quá nhiều làm giảm hiệu quả chạy tàu;

 Vị trí ga phải là các điểm hình thành luồng khách (như: các quảng trường, các giao lộ của các đại lộ chính - nơi giao cắt với các tuyến giao thông công cộng khác, nhà ga đường sắt, bến xe liên tỉnh, đầu mối xe buýt, cảng khách đường thủy, khu vui chơi giải trí, các khu dân cư mật độ cao, trung tâm thương mại, trường đại học

 Tạo đầu mối trung chuyển trong hệ thống, bảo đảm nối kết hoạt động giữa các phương thức vận tải với nhau; cung cấp cho hành khách sự lựa chọn hành trình tối ưu khi sử dụng phương tiện đi lại

 Cự ly bình quân giữa các ga nên bố trí trong khoảng cách 1000 – 2000 m, tại khu vực trung tâm thành phố có thể giảm xuống 700 – 800 m, tại các quận vùng ven có thể bố trí khoảng 2000 m một ga

1.2.2 Chức năng nhiệm vụ các ga

Các ga được bố trí tại các địa điểm khác nhau sẽ có chức năng khác nhau

1) Đa phần các ga trên tuyến là ga trung gian, có chức năng cho khách lên, xuống Đối với các ga đầu và cuối tuyến ngoài chức năng cho khách lên xuống còn có chức năng quay vòng đoàn tàu

2) Đối với các ga giao cắt giữa tuyến đường sắt đô thị này với tuyến đường sắt đô thị khác, ngoài chức năng cho khách lên xuống còn thực hiện chức năng trung chuyển hành khách từ tuyến này sang tuyến khác

3) Tại các ga có lượng hành khách giữa hai khu gian tụt giảm đáng kể (do khách xuống nhiều), cần giảm bớt đoàn tàu, do vậy tại các ga này ngoài chức năng cho khách lên, xuống còn có chức năng quay vòng một phần đoàn tàu

Bảng 1.1 Phân chia các ga đường sắt đô thị theo chức năng STT Loại ga Chức năng Ghi chú

1 Ga đầu, cuối Cho khách lên, xuống và quay vòng đoàn tàu

Có các đỗ tuyến và đường cụt để đỗ đợi, quay vòng đoàn tàu

2 Ga trung gian Cho khách lên, xuống 3 Ga trung

Có các độ tuyến và đường cụt để đỗ đợi, quay vòng đoàn tàu

 Cấu tạo đoàn tàu thiết kế: số toa tàu, chiều dài và chiều rộng đoàn tàu…

 Việc tích hợp các trang thiết bị phục vụ cho nhà ga, hành khách,…và các hệ thống đảm bảo an toàn

 Kích thước ke ga thiết kế 1.2.3.1 Mặt bằng ga ngầm

Hình 1.2 Mặt bằng ga ngầm tổng quát

1.2.3.2 Kết cấu ga ngầm

Để thuận lợi cho việc kết nối các tuyến metro với nhau, ở các ga trung chuyển có sử dụng các tấm panel lắp ghép tại vị trí dự kiến làm đường hầm thông nhau giữa các ga a) Ga ngầm loại 1

Ga ngầm loại 1 có mở rộng theo phương ngang trong phạm vi 15 m ở phía trước và sau ga để máy TBM có thể khoan xuyên qua mà không chạm vào tường trong đất

Trong ga ngầm có các hệ thống cầu thang: Thang cuốn, thang máy và thang bộ hành cho hành khách đi từ trên mặt đất xuống tầng chờ và tầng đường sắt của nhà ga Thang máy dùng cho người tàn tật và nhân viên phục vụ trong ga

Hình 1.3 Mặt cắt ngang ga ngầm loại 1

Hình 1.4 Mặt cắt dọc ga ngầm loại 1

Hình 1.5 Mặt bằng ga ngầm loại 1 b) Ga ngầm loại 2

Khi phía trước và sau ga có các đoạn đào hở thì không cần bố trí đoạn mở rộng ở 2 đầu ga để máy TBM khoan qua

Trong ga ngầm có các hệ thống cầu thang: Thang cuốn, thang máy và thang bộ hành cho hành khách đi từ trên mặt đất xuống tầng chờ và tầng đường sắt của nhà ga Thang máy dùng cho người tàn tật và nhân viên phục vụ trong ga

Hình 1.6 Mặt cắt ngang ga ngầm loại 2

Hình 1.7 Mặt cắt dọc ga ngầm loại 2

Hình 1.8 Mặt bằng ga ngầm loại 2 1.2.4 Bố trí ke ga

Bố trí ke ga có 2 kiểu là: kiểu đảo và kiểu bên hông Đối với ke ga của nhà ga ngầm thường dùng kiểu đảo

1.3 Các phương pháp thi công trong xây dựng công trình ngầm

Cho đến nay có rất nhiều phương pháp thi công công trình ngầm khác nhau đã được áp dụng, nhưng tóm lại có thể phân thành 03 phương pháp xây dựng chính là: phương pháp đào lộ thiên, phương pháp hạ chìm và phương pháp đào kín

1.3.1 Phương pháp đào lộ thiên

Phương pháp này thích hợp cho các đường hầm nông, nền đất mềm yếu,…

Dựa vào phương pháp thi công và kết cấu chống đỡ, ta có thể chia phương pháp lộ thiên như sau:

Mở hố móng theo mái đất: thi công ít làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, việc ổn định mái dốc hoàn toàn dựa vào tính chất cơ lý của nền đất, quy trình thi công dễ cơ giới, tốc độ đào nhanh và đảm bảo chất lượng yêu cầu Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này sẽ làm gia tăng khối lượng đất đá khi đào cần được vận chuyển, phải áp dụng với phương pháp hạ mực nước ngầm để đảm bảo ổn định hố móng khi thi công

Mở hố móng có sử dụng tường chắn: sự ổn định của hố móng hoàn toàn phụ thuộc vào độ cứng của tường chắn

Công nghệ tường liên tục trong đất: Đặc điểm của tường trong đất là độ cứng lớn, khả năng chống thấm cao, thích hợp cho các địa tầng mềm yếu, quá trình thi công ít ảnh hưởng đến xung quanh, thi công an toàn trong mặt bằng hẹp

1.3.2 Phương pháp hạ chìm

Thi công công trình ngầm bằng phương pháp hạ chìm phù hợp cho các công trình ngầm vượt sông, biển… Khi đó, mỗi đơn nguyên là một cấu kiện không gian được sản xuất ở một phía của tuyến vượt, sau đó được di chuyển bằng phao nổi vào tuyến định hướng đào sẵn dưới đáy dòng nước hoặc cửa hầm trên nền đã được chuẩn bị trước Các đơn nguyên được liên kết với nhau tạo thành một liên kết hoàn chỉnh không thấm nước, sau đó được lấp đất đá và dỡ tấm bịt mặt tạo thành một đường hầm thông suốt

So với các phương pháp thi công khác, phương pháp này có chi phí thấp hơn và thời gian thi công ngắn hơn, hạn chế được vấn đề tác động đến môi trường xung quanh 1.3.3 Phương pháp đào kín

Khác với phương pháp đào hở, phương pháp đào kín không đào từ trên mặt đất xuống mà đào ngầm trong lòng đất để tạo ra các hang đào, sau đó công trình ngầm sẽ được xây dựng ở trong các hang đào này Phương pháp này tỏ ra khá hiệu quả khi xây dựng các công trình ngầm đô thi đặt sâu, đặc biệt là khi xây dựng các công trình ngầm có mặt cắt ngang tròn hoặc hình chứ nhật Tùy theo dạng công trình là loại trọng lực hay loại áp lực mà lựa chọn công nghệ phù hợp

1.4 Thi công ga nhà hát thành phố 1.4.1 Thi công tường vây

1.4.1.1 Công tác trắc đạc

Mốc trắc đạc công trình bao gồm:

- Hệ thống mốc trắc đạc do Nhà thầu chính cấp - Mặt bằng lưới trục công trình

- Hệ thống mốc thứ cấp phục vụ quá trình thi công

Giám sát liên tục sự chuyển vị của các mốc này trong quá trình thi công và định vị vị trí panel

1.4.1.2 Tường dẫn

Tường dẫn sẽ được tiến hành thi công trước khi thi công tường vây Tường dẫn là loại tường bê tông cốt thép, được xây/ lắp dựng trên miệng của hố đào, và nếu cần thiết sẽ được lấp đất trước khi thi công tường vây

Tùy theo từng loại đất mà tiến hành làm tường dẫn một mặt hay hai mặt Đối với việc thi công tường vây, tường dẫn có cốp pha một mặt thường được sử dụng nhiều hơn nếu điều kiện đất nền tốt, tạo sự ổn định cho tường dẫn nhờ ma sát lớn với nền đất

Chiều rộng trong lòng tường dẫn lớn hơn chiều rộng của tường vây là 5 cm và được mở rộng theo hướng mặt ngoài của tường vây Với 5 cm lớn hơn này, gàu đào dễ dàng đào mà không gặp trở ngại Ngoài ra, sự hao hụt vật tư (dung dịch đào, bê tông) cũng được giảm thiểu tối đa Bề mặt phía trong tường dẫn không được thay đổi đột ngột Tường dẫn được thi công từng đoạn liên tiếp nhau, tạo thành một hệ thống tường liên tục và khép kín nếu là tường dẫn bê tông cốt thép Việc đào tường vây được thực hiện bên trong tường dẫn

Hình 1.9 Mặt cắt ngang tường dẫn bê tông cốt thép điển hình đổ tại công trường 1.4.1.3 Dung dịch Bentonite

Khi hố đào đã đổ đầy dung dịch bentonite, áp lực cao hơn áp lực nước ngầm sẽ tạo ra xu hướng là bentonite thấm vào lớp đất vách hố đào Thế nhưng, nhờ có các hạt đất sét có trong dung dịch mà sự kết khối tạo nên tức thì khiến cho áp lực bentonite và áp lực nước cách ly nhau Áp lực bentonite tạo ra một lực ổn định trên vách hố đào.Khi đào đất, hố đào tường vây luôn được đổ đầy bentonite để bảo đảm áp lực ổn định

1.4.1.4 Tường vây

Việc đào tường vây được thực hiện bởi gàu ngoạm hình chữ nhật treo trên xe cẩu vận hành bằng dây cáp hoặc hệ thống truyền động thủy lực Trong quá trình đào, dung dịch bentonite được giữ thấp hơn đỉnh tường dẫn 0.4 m và/hoặc cao hơn mực nước ngầm 1.0 m Độ thẳng đứng của hố đào được giám sát trực quan thông qua những dây cáp của xe cẩu trong lúc hạ gàu xuống trong rãnh đào

Sau khi kết thúc công tác đổ bê tông, panel tiếp theo sẽ được đào mà không cần thời gian chờ đối với nhát đào ở phía xa panel vừa đổ bê tông và 24 giờ đối với nhát đào gần panel mới đổ bê tông hoặc panel liền kề

Có 3 loại panel, đó là: panel mở, panel kế tiếp và panel đóng  Panel mở

Chiều dài thiết kế của các panel mở (với 2 bộ cốp pha CWS) phải phù hợp với chiều dài tối thiểu của gàu đào (2,8 m) hoặc có chiều dài bằng hai lần chiều dài của gàu và một đoạn nhỏ ở giữa (>5,6 m)

 Panel kế tiếp

Những panel chỉ dùng 1 bộ cốp pha CWS thì được gọi là panel kế tiếp

 Lắp đặt cốp pha CWS

Trong khi tái chế dung dịch bentonite sau khi hoàn tất công tác đào, cốp pha CWS được lắp đặt vào đầu cuối panel đã đào, các panel sơ cấp có cốp pha ở cả hai đầu và các panel kế tiếp có một đầu Cốp pha CWS được hạ đến độ sâu thiết kế thấp hơn vài mét so với cao trình đất đào sau này

Cốp pha CWS là ván khuôn chặn ở đầu cuối Một gioăng cao su ngăn nước được gắn vào trước khi đặt cốp pha CWS vào trong panel và được chèn chặt bằng nêm gỗ Cốp pha CWS vẫn ở lại tại đầu cuối của panel trong khi đào panel kế tiếp Thiết bị đào được dẫn hướng bằng CWS và tháo dỡ CWS sau khi đào xong panel kế tiếp

Hình 1.11 Cốp pha CWS Gioăng cao su được sử dụng là loại gioăng Sireg

Hình 1.12 Lắp đặt cốp pha CWS Hình 1.13 Gioăng ngăn nước

1.4.1.6 Hệ thống cốp pha CWS và gàu ngoạm SB

Vì được treo bằng cáp và có hình dạng chữ nhật nên gàu ngoạm SB rất phù hợp cho việc sử dụng kết hợp với hệ thống CWS Dụng cụ đào tựa trên CWS với khoảng cách không đổi trong suốt quá trình đào, nên điều chỉnh được ngay lập tức bất kỳ sự lệch hướng nào 1.4.1.7 Ưu điểm khi sử dụng cốp pha CWS

Việc sử dụng hệ thống cốp pha CWS mang lại bốn ưu điểm chính trong việc thi công tường vây đạt chất lượng tốt hơn:

- Việc tháo CWS hoàn toàn độc lập với việc đổ bê tông, cho phép việc tổ chức công trường hiệu quả hơn, cũng như rút ngắn thời gian cho các công tác khác sau khi đổ bê tông

- Dẫn hướng cho việc đào panel kế tiếp - Cho phép lắp đặt gioăng ngăn nước

- Khi CWS để lại tại cuối panel trong khi panel bên cạnh đang được đào, nó bảo vệ bê tông của panel trước đó Vì vậy kích thước hình học, độ sạch và chất lượng của mối nối giữa các panel là hoàn hảo

Hình 1.15 Mặt bằng thi công tổng thể Ga Nhà hát Thành phố Vị trí khu vực thi công được trình bày và thể hiện như bên dưới:

Hình 1.16 Khu vực thi công Ga Nhà hát Thành phố ở Giai đoạn 1 Dựa vào điều kiện công trường nhà thầu chia khu vực đào đất thành 2 phần như sau: + Phần 1: Zone 7 và Zone 8 (trục 9 tới trục 14)

+ Phần 2: Zone 9 và Zone 10 (trục 14 tới trục 19)

Hình 1.17 Mặt bằng phân chia khu vực đào đất trong nhà ga

Hình 1.18 Kế hoạch kiểm soát giao thông trên sàn công tác

Hình 1.19 Hạ mực nước ngầm bên trong tường vây sẽ được thực hiện trước khi đào đất Hạ mực nước ngầm tới cao độ -9,1 m

Công tác đào khối lượng lớn có thể được bắt đầu sau khi hoàn thành các biện pháp dự phòng như hệ thống giếng cấp bổ sung cho hệ thống quan trắc

Thêm vào đó có ít nhất một máy bơm để làm khô khu vực hố đào

Trước khi đưa người xuống tầng hầm thi công, hệ thống thông gió phải được đảm bảo cung cấp cho mỗi lỗ mở đào bỏ đất cho đến khi công tác đào đất giữa các lỗ được hoàn tất

Hình 1.20 Mặt cắt dọc đào đất từng tầng trong nhà ga ở phần 1 b Trình tự đào đất cho Phần 2

Thi công đào đất cho Phần 2 chỉ tiến hành sau khi cường độ bê tong Zone 8 Sàn mái đạt đủ cường độ

Đào đất xuống dười 1m so với cao độ thiết kế thanh chống (Cao độ đào: -5,0 m) Hướng đào Zone 9 đến Zone 10

Hình 1.21 Mặt cắt dọc đào đất từng tầng trong nhà ga ở phần 2 Đào đất tại khu vực giằng bê tông được thể hiện như bên dưới:

Hình 1.22 Thiết bị đào đất tại khu vực giằng bê tông

Việc đào và lấy đất tại khu vực trống tại lỗ mở sử dụng xe đào đất cần dài hoặc xe đào đất cần thụt nằm tại lỗ mở trên sàn tạm

Đưa những thiết bị đào đất có kích cỡ nhỏ hơn vào vùng đất trống tại lổ mở để bắt đầu đào và cận chuyển đất Xe đào đất nhỏ (0,2-0,5 m3) sẽ đào đất bên trong xuống dưới 1m so với cao độ thiết kế thanh chống

Biện pháp lắp đặt hệ thanh chống xiên sẽ được đệ trình và được chấp nhân trước khi tiến hành công tác đào đất tại khu vực này

Sau khi hoàn thành công tác lắp đặt hệ thanh chống xiên Xe đào đất (0,2-0,5 m3) sẽ đào đất bên trong để hoàn thành cao độ đáy bê tông lót và phá những vật cản trong quá trình đào Xe xúc lật/ xe ủi sẽ vận chuyển đất đào ra khỏi khu vực lỗ mở

Việc đào và lấy đất tại khu vực trống tại lỗ mở sử dụng xe đào đất cần dài hoặc máy đào cần thụt nằm tại lỗ mở trên sàn tạm

Rào chắn phải được lắp đặt xung quanh khu vực đào đất và xung quanh xe đào để an toàn

Bê tông lót và ván ép của sàn mái Giai đoạn 2 sẽ được dỡ bỏ hoàn toàn bằng máy đục Việc tháo dỡ bê tông lót và ván khuôn phải được hoàn thành trước khi tiến hành các hoạt động khác

Cao trình đào đất sẽ được kiểm tra thường xuyên trong suốt quá trình thi công để tránh đào quá cao trình

Sau khi hoàn thành đào đất ở mỗi khu vực, công tác kiểm tra cao độ cần được làm kỹ bởi trắc đạc để đảm bảo cao độ chính xác trước khi tiến hành đổ bê tông lót

Trong suốt công tác đào, nhà thầu sẽ liên tục giám sát vì công tác này rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến công tác bê tông lót và bê tông kết cấu sau này

Trong suốt quá trình đào đất tầng hầm, nếu phát hiện khuyết tật bê tông tường vây hoặc rò rỉ nước thì phải sửa chữa tường vây

Dọn đất ra khỏi công trình bằng xe ben 15 m3

Xe tải sẽ được rửa sạch ở cầu rửa xe trước khi ra khỏi công trường để đảm bảo không ảnh hưởng đến giao thống công cộng

1.4.2.3 Công tác bê tông lót

Hình 1.23 Sơ đồ trình tự công việc đổ bê tông lót 1.4.2.4 Những lưu ý đối với công tác đổ bê tông lót

YesHuy động xe bê tông

Tiến hành đổ bê tông

Trám sạch bê tông

Hoàn thành công việcKiểm tra

No

Bề mặt đất phải được đầm thật kỹ trước khi đổ bê tông lót

Kiểm tra cao độ đáy đào và trám vữa tại chỗ bê tông xấu để đảm bảo độ dày của bê tông lót

Kiểm tra cao độ bê tông lót sau khi đổ để đảm bảo cao độ đáy của ván khuôn

Bê tông lót sẽ được cắt trước khi lắp đặt ván khuôn để dễ dàng loại bỏ trong công tác đào trên xuống trong tương lai

1.4.2.5 Công tác ván khuôn

Hình 1.24 Sơ đồ trình tự công việc lắp ván khuôn

1.4.2.6 Những lưu ý đối với công tác ván khuôn

Hình dạng ván khuôn sẽ được gia công theo bản vẽ trước đó để có thể lắp dễ dàng Ván khuôn đã được sử dụng trước đó cần được rút hết đinh và vệ sinh, bảo dưỡng kĩ trước khi tái sử dụng

Ván khuôn cần phải được cố định chặt để không bị biến dạng trong quá trình đổ biên tông

Với biệt pháp thi công riêng biệt, sàn và dầm sẽ được đổ bê tông trên nền đất Do đó, biện pháp ván khuôn của khu vực này là ván khuôn trên nền đất Chi tiết của hệ ván khuôn này sẽ được trình bày ở dưới

NoChế tạo cốp pha

YesLắp đặt cốp pha

Di chuyển modun cốp phatrong suốt quá trình đào

1.5 Các biện pháp khắc phục sự cố trong quá trình thi công nhà ga ngầm 1.5.1 Giới thiệu

1.5.1.1 Tổng quan

Để hỗ trợ công tác thi công hố đào tại khu vực đặc biệt của Dự án Xây dựng tuyến đường sắt đô thị TP Hồ Chí Minh (tuyến 1 Bến Thành – Suối Tiên), công tác thi công phụt vữa tại các vị trí dự kiến nhằm tạo ra các vùng gia cố được đề xuất Phương án gia cố kết hợp Jet Grouting và TAM (Tube a Manchette) Grouting được đề xuất nhằm mục đích chống thấm cho các đoạn tường vây bị lỗi trong quá trình thi công

Hình 1.25 Mặt bằng khu vực thi công 1.5.1.2 Mục tiêu công việc

Trong dự án này, tường vây bê tông cốt thép được sử dụng làm kết cấu tường chắn đất khi thi công hố đào xây dựng ga Nhà hát thành phố Tại vị trí tiếp giáp giữa 2 tấm tường chắn, một bản thép sẽ được đặt giữa hai tấm panel tường chắn nhằm mục đích chống thấm Tuy nhiên, đoạn chống thấm dài 12 m (từ cốt RL -39,7 m đến RL -27,7 m) tại panel P04 và P10 đã bị hỏng (hình 1.25) Biện pháp gia cố bằng phương pháp kết hợp Jet Grouing [7] và TAM Grouting được đề xuất nhằm gia cố cho tường vây và chống thấm cho các đoạn tường trên Các ống TAM sẽ được đặt trước Trong quá trình thi công