CÔNG TRÌNH HẦM GIAO THÔNG

- Cầu: vượt lên trên chướng ngại,- Đường: đi vòng qua chướng ngại, - Hầm: đi xuyên qua chướng ngại, - Các công trình thoất iìUỚC nhỏ gồm dường tràn, cẩu tràn, công H iệ n nay, các hầm đỏ

GS TS NGUYỄN VIẾT TRUNG - ThS TRẦN THU HẰNG

GIÁM SẮT CÔNG TRÌNH

HẨM GIAO THÔNG

NHÀ XUẤT BẢN XẢY DỰNG

LỜI GIỚI THIỆU

Công trin h hầm có m ặ t ở k hắp m ọi nơi, trong nhiều lĩn h vực của đời sống

xà hội rthư trong các hầm mò, nhà m á y thủy điện, khu vực q u â n sự, hệ thống

th u gom và d ẩ n nước, m ạn g lưới g ia o thòng, cơ sở hạ tầ n g kỹ th u ậ t của các

kh a đỏ thị Ở Việt N am , trong m ột thời g ia n khá dàiy việc lự a chọn phư ơng

án h ầm kh i q u y hoạch, th iết k ế và th i công m ạn g lưới g ia o th ôn g ở rtước ta là

k h á dè d ặ t do g ặ p p h ả i những nhược điểm lớn về g iá th àn h công trìn h , trin h

độ công nghệ, tiến độ th i công, những yêu cầu cao về công tá c th iết kế, thi công công trìn h , đòi hỏi m á y móc th i công chuyên dụng.

C hỉ đến đ ầ u những năm 2 0 0 0 , sự thành công của công trìn h h ầ m đường

bộ H ả i Văn với sự g iú p đ ỡ về kỹ th u ậ t và công nghệ từ N h ậ t B ả n đ ã m ở đường cho việc áp d ụ n g hầm rộng rãi hơn trong m ạn g lưới g ia o thông ở nước

ta trên đường bộ, đường thủy và trong các khu đô th ị lớn Đ â y là sự khởi sắc

đ á n g m ừng cho ngành giạo thông nói chung và cho lĩn h vực th iết k ế - thi công h ầm g ia o thông nói riêng.

Đê đ á p ứng cho yêu cầu học tậ p , nghiên cứu và th am kh ảo tron g lĩn h vực

n à y , N h à X u ấ t Bản X ảy dựng tră n trọng giới thiệu tới bạn đọc cuốn sách

“T h iết kê - th i công - g iá m s á t côn g trìn h h ầm g ia o th ô n g 99 do các tác

g iả : G S.T S N guyễn Viết Trung và ThS Trần Thu H ằng biên so ạ n

Đ ối tượng chính của cuốn sách này là sin h viên ngành X â y d ự n g c ầ u

Đ ường d ù n g đ ể học tập, làm đ ồ án m ôn học và đ ồ án tố t n g h iệp N g o à i ra, sách còn d ù n g cho các kỹ sư trong th iết k ế - th i công công trin h h ầm g ia o thôn g, là m tà i liệu tham khảo cho những người qu an tâ m đến lĩn h vực này.

N h à X u ấ t B ản X â y dựng xin tră n trọng cảm ơn bạn đọc và m ong n h ận được những nhận xét, góp ý, p h ê bình tài liệu M ọi ý kiến x in g ử i về: N h à

X u ấ t B ản X â y dự ng 3 7 Lê Đ ạ i H à n h , H à N ội - Đ iện thoại: 04.39760216.

Nhà Xuất Bản Xây dựng

- Cầu: vượt lên trên chướng ngại,

- Đường: đi vòng qua chướng ngại,

- Hầm: đi xuyên qua chướng ngại,

- Các công trình thoất iìUỚC nhỏ gồm dường tràn, cẩu tràn, công

H iệ n nay, các hầm đỏ thị (hầm chui đường bộ, hầm chui dân sinh) tại các nút giao thông khác mức thường được coi như một kết cấu cống chôn vùi trong đất thi công theo công nghệ đào hờ (đào và lấp) và sử dụng tiêu chuẩn thiết k ế cầu để tính toán thiết k ế công trình Đây là một hướng mới giúp cho việc tính toán thiết k ế cũng như thi công công trình hầm đơn giản hơn, tạo điều kiện cho sự xuất hiện ngày càng nhiều hơn của hầm trong việc lựa chọn phương án tuyến khi quy hoạch và xây dựng m ạ n g lưới giao thông trong các khu vực đô thị

N gày nay, hầm được sử dụng khá phổ bi.ến

trong nhiều lĩnh vực khác nhau cùa nền kinh

tế quốc dân Khi cao độ tuyến đường thấp hơn

nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên, có thể

xây dựng hầm xuyên qua núi Khi tuyến

đường m en theo sườn núi có mái dốc lớn, địa

chất q u á xấu n hư có đá lăn, đất trượt ngưỜL ta

dịch tuyến đường vào núi và xây dựng đường

hầm K hi vượt qua các sông lớn, các eo biển

sâu, việc xây dựng trụ cầu khó khăn hoặc cầu

quá c ao thì có thể xây dựng hầm qua sôrng

hoặc q u a eo biển Trong các thành phố đêmg

dân cư, để đ ả m bảo giao thông nhanh chóng,

có thể xây dựng các hầm trong lòng đấit cho

người, xe cộ hoặc tàu điện đi qua

Ở nước ta, trước đây có một số các côn g trình hầm phục vụ giao thông do Pháp xây dựng nằm dọc trên các tuyến đường sắt, tro'ng các ngành công nghiệp khai khoáng, quân

sự N gày nay, việc xây dựng các công trìrnh hầm đã tưcmg đối phát triển ớ nước ta với rất nhiều những thuỷ điện, các công trình h i m phục vụ mục đích quân sự, khai thác mỏ

H ầm đường bộ Hải Vân, hầm Đèo Ngang dược thi cóng theo phưcmg pháp đào hầm mới kiểu Á o (N ew A ustrian Tunelling M ethod) đã chính thức đưa vào sử dụng trong năm

2005 D ự án xây dựng hệ thốnơ tàu điện ngầm tại trung tâin thành phố Hồ Chí Minh cũng đã được lên k ế hoạch Công ty T ư vấn và Khảo sát thiết kế xây dựng (Bộ Quốc Phòng) vừa hoàn thành báo cáo nghiên cứu tiền khả thi xây dựng hầm đường bộ xuyên đèo Cả nối tỉnh Phú Yên với Khánh H oà là một trong những đèo quan trọng trên trục đường Bắc - N am

1.1.2 P h ả n loại

H ầ m có rất nhiều công dụng, cấu tạo, đặc điểm kết cấu được phân loại theo các tiêu

c h í sau đây:

1.1.2.1 T h eo m ục đích sử dụng

a) H ầm g ia o thông: là công trình hầm phục vụ mục đích giao thông, bao gồm các

loại hầm c h o đường sắt, tàu điện naầm (metro), ôtỏ, người đi bộ, hầm vượt sông, hám vượt b iể n

T heo m ục đích sử dụng, có thê phán loại công trình hầm giao thông thành 3 loại cc bản sau:

- H ầ m đường sắt: Hầm được xây dựng trên tuyến đường sắt khổ ray tiêu chuẩr; lOOOmm, 1435m m , đường đơn và đường đôi, không hạn chế tốc độ chạy tàu và loại hình phương tiện (điện khí hóa và không điện khí hóa)

S ự có m ặt của các d ạ n g c ô n g trìn h h ổ m khác nlìau tro n g th à n h p h ố

- Hầm đường ô tô: Hầm dược xây dựng trên tuyến đường ô tô và đường ô tô cao tốc.

- Hầm giao thông đỏ thị: Hẩm đường sắt, hầm đường ô tô, tàu điện n g ầ m được xây dưng trong đô thị, hầm cho xe thô sơ, hầm cho người đi bộ và người tàn tật

b ) Hầm thuỷ lợi: bao gồm các loại hầm phục vụ công tác cấp thoát nước, công tác

nóng nghiệp (hầm thuý nông), hầm thuỷ đ iện

c) Hâm bô trí các hệ thống kỹ thuật: bao gồm hầm cấp thoát nước, hầm b ố trí các

mạng lưới thông tin liên lạc, mạng điện, các hệ thống ống cung cấp hơi, cấp n h i ệ t

d ) Hâm mỏ: là những loại hầm phục vụ cho công nghiệp khai khoáng gồm hầm giao

thông, hầm thông gió, hầm thoát nước

e) Hầm có ỷ nghĩa dặc b iệt: là những công trình hẩm phục vụ cho các lĩnh vực trọng

yếu, có ý nghĩa quan trọng của nền kinh tế quốc dân như hầm phục vụ công tác quốc phòng, hầm cho các nhà máy điện nguyên tử, nhà máy quốc phòng, phục vụ cho nhu cầu dán sinh trong các thành phố hiện đ ại

1.1.2.2 Theo điêu kiện địa chất của khu vực xáy dựng công trình

Có ba dạng công trình cơ bản phân loại theo vị trí so với mặt đất:

- Hầm nằm ngang: bao gồm các loại hẩm xuyên núi, các hang động, kho tàng, hầm giao thông, hầm nông n ghiệp

- Hầm đứng: còn được gọi là giếng, là một bộ phận trọng yếu của công trình ngầm Hầm đứng phục vụ công tác thông gió, cung cấp không khí, ánh sáng, đặt thiết bị vận chuyển người và thiết bị lên xuống vào công trình ngầm Trong thời kỳ xây dựng, nó còn

có tác dụng để mớ rộng khu vực thi công công trình Đóng vai trò quan trọng trong hệ thống công trình ngầm phục vụ công nghiệp khai khoáng, chủ yếu để vận chuyển khoáng sản, phục vụ đi lại, thông gió, cung cấp khí s ạ c h

- Hầm nghiêng: cũng giỏng như hầm đứng, trong giai đoạn xây dựng công trình nó có tác dụng chủ yếu để mở rộng khu vực làm việc, trong giai đoạn sử dụ ng nó được dùng

để phục vụ công tác thõng gió, chiếu sáng tự nhiên, cung cấp khí sạch, đường cho người

đi lại Là bộ phận kết nối giữa cửa vào trên mặt đất với nhà ga ngầm trong c ông trình đường sắt ngầm

Ngoài ra, có thể phân loại theo độ sâu của công trình hầm so với mặt đất:

- H ầm đặt nông: ỉà công trình hầm được xây dựng có chiều dầy tầng phủ trên đỉnh hầm không lớn hơn 2,5D Chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt nông là không gian ngầm được phép xây dựng công trình hầm có diện tích giới hạn trên m ặt đất được đào xuống đến độ sâu cho phép với mái dốc thẳng đứng

- H ầm đặt sâu: là công trình hầm được xây dựng có chiều dầy tầng phủ lớn hem 2,5D hoặc vùng ảnh hưởng tương hỗ không trồi lên trên mặt đất Chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt sâu là không gian ngầm được phép xây dựng công trình hầm m à khi xây dựng vùng ảnh hưởng tương hỗ không vượt ra ngoài chỉ giới kiểm soát an toàn hầm

1.1.2.4 Theo kích thước tiết diện công trình

- H ầm có tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng của công trình nhỏ hơn 4m

- H ẩm có tiết diện trung bình: bề ngang sử dụng của công trình từ 4 đến lOm

- H ầm có tiết diện lớn: bề ngang sử dụng của công trình lớn hơn 10 m và có diện tíchtiết diện lớn hơn 100 m 2

Ngoài ra có thể phân loại theo hình dạng vỏ hầm, phương pháp thi công

1.1.2.5 Theo chiều dài công trình

Để phân loại công trình hầm giao thông, dựa trên chiều dài công trình L (m):

Hầm đường ô tô tối thiểu 2 làn xe

Đ ối với các công trình có tầm quan trọng đặc biệt, các công trinh được xây dựng trong các điều kiện hiện trường đặc biệt bất lợi sẽ được nâng lên 1 cấp.

1.1.2.6 Theo chiều dài công trình

T uổi thọ của công trình hầm thường rất lớn, thậm chí được coi là vĩnh cửu phụ thuộcvào cấp, loại, mục đích sử dụng và tầm quan trọng của công trình

Đ ối với các công trình hầm giao thông đô thị tại các nút giao thông khác mức thường được coi nh ư một kết cấu cống chôn vùi và sử dụng tiêu chuẩn thiết k ế cầu để tính toán thiết k ế thì tuổi thọ còng trình hầm được quy định như đối với công trình cầu được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế

1.1.2.7 Theo công nghệ thi công

Có rất nhiều công nghệ thi công đã được áp dụng cho các công trình hầm

- H ầm thi công bằng công nghệ đào trần (công nghệ đào và lấp): hầm được thi công bằng cách đào hố m ó ng từ mặt đất (đào đắp thông thường, đào đắp trong tường khung vây cọc ván thép, đào đắp trong tường cọc BTCT, v.v ) rồi thi công kết cấu vỏ hầm tại chỗ hoặc lắp ghép Thường gặp ở các hầm được xây dựng trong các khu vực đô thị, hầm đặt nông so với mặt đất

- H ầm thi công bằng công nghệ TBM: hầm được thi công bằng m ột thiết bị đào hầm

và thi công chuyên dụng với vỏ chống đ ỡ bằng thép có thể thực hiện toàn bộ hoặc một phần công việc thi công công trình hầm Thường gặp ở các công trình hầm đặt sâu hoặc hầm đặt nôn g xây dựng bên dưới đường ô tô

- H ầm thi công bằng công nghệ NATM: đất đá xung quanh hầm trở thành m ột bộ phận kết hợp với hệ thống chống đỡ toàn bộ của hầm H ầm sử dụng hệ thống kết cấu

c hố ng đỡ kết hợp cùng m ôi trường đá núi xung quanh hầm đảm bảo khả năng tự chống

đờ Thường gặp ở các h ầ m được xây dựng qua núi

1.2 UtJ NHUỢC Đ Ể M CỦA HAM t r o n g v i ệ c LựA CHỌN CÁC PHUƠNG ÁN TUYÊN

1.2.1 Ưu điểm

H ầm là m ột phương tiện có hiệu quả để m ở rộng khả năng vạch tuyến khi gặp chướng ngại trong những điều kiện khó khăn Chướng ngại có thể là các vùng đồi núi, đỉnh phân thuỷ, các dòng sông, kênh rạch, vùng biển, các công trinh, khu vực đã xây dựng hoặc

các vùng có đặc đ iểm địa hình, địa chất không đảm bảo cho công tác thiết k ế tuyến hoặc nằm trong các khu vực trọng yếu, các di tích lịch sử, các vùng sinh thái đặc b iệ t

Phương án hầm được sử dụng trong các trường hợp gặp chướng ngại vật như núi cao, sông lớn, eo biển, m à các giải pháp khác như làm đường vòng tránh hay làm cầu vượt đều khó khăn Khi gặp các chướng ngại, tuyến đường phải đi vòng, kéo theo việc táng chiều dài tuyến, thay đổi độ dốc hoặc bố trí các công trình vượt qua Điều này làm xấu

đi điều kiện khai thác của tuyến, làm tãng chi phí, thậm chí có thể không thực hiện được, Vượt chướng ngại bằng hầm cho phép rút ngắn tuyến một cách đáng kể, giảm độ dốc Điều đó cho phép tãng tải trọng tiêu chuẩn và tốc độ xe chạy, tải thiện các điều kiện kỹ thuật cũng như khai thác cho tuyến Ngoài ra phương án hầm còn giúp tiết kiệm mặt bằng, giảm được gánh nặng của công tác giải phóng mặt bằng phục vụ xây dưng

c ông trình giao thông, giảm ảnh hướng tới mỏi trường trong quá trình thi công và khai thác công trình Đ ây là m ột vấn đề mà tất cả các dự án xây dựng công trình giao thòng ớ

V iệt N am và trên th ế giới đều phải cân nhắc, đặc biệt khi xây dựng công trình trong 'Ác

thành phố lớn

Việc lựa chọn phương án xây dựng hầm là khả thi khi:

- Đi qua các khu vực đ ô thị mà chi phí giải phóng mặt bằng ở đó quá cao và khổ thực hiện được công tác giải toả

- Vượt qua núi phải lên dốc nhiều và có chiều dài lớn

- Vượt qua sông, hồ nước hay biển có mật độ tàu bè đi lại lớn, yêu cầu thông thuỷ phức tạp

- Đi qua những khu vực bào tổn, bảo tàng hay khu vực có môi trường nhạy cảm

- Khi có yêu cầu về tĩnh không dưới cầu cao hoặc sử dụng quá nhiều đất

- Chiều sâu của nền đường đào từ 15m trở lên

K hi vượt các chướng ngại là nước, có thể chọn lựa cầu hoặc hầm So với vượt bángcầu, việc vượt tuyến bằng hầm có những ưu điểm sau:

- K hông phải bố trí khổ thống thuyền với sông thông thuyền, không ảnh hưởng tớ) sựlưu thông của tàu thuyền khi mật độ giao thông tăng lên theo thời gian

- Chiều dài giao nhau với chướng ngại ngắn hơn, nhất là trong trường hợp khổ thóng thuyền cao, bãi sông rộng

- Xây dựng đường dẫn thuận tiện hơn khi gặp các điểm giao nhau với khu vực dân :ư, khu vực xây dựng dày đặc, các khu vực trọng yếu

- Tránh được các ảnh hướng do gió mưa, bão, sóng gây ra

- K hông làm xáo trộn khung cánh thiên nhiên tại khu vực bố trí công trình

- Q uá trình thi công ít chịu ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu

Hiện nay, trên th ế giới đã tiến hành xây dựng các công trình hầm vượt biển, nổi tiếng nhất là hầm vượt biển M ăngsơ nối liền hai nước Pháp và Anh

Đế tăng khả năng thông xe của đường phố, giải quyết những điểm giao thông xung đột tại các khu vực dân cư đỏng đúc, địa bàn chật hẹp, có thể giải q u yết bằng cách xây dựng các công trình nút giao lập thể (cầu vượt) hoặc các đường hầm Hoặc người ta tách liêng một loại phương tiện giao thông (tàu điện, người đi bộ, xe c ộ ) để giảm thiểu xung đột với các loại phương tiện giao thông khác bằng cách tách làn đưa lên cầu vượt hoặc đưa vào hầm Phương án hầm thể hiện những ưu điểm lớn, đó là:

- K hông làm phá hoại cảnh quan môi trường xung quanh

- Hạn c h ế được ảnh hưởng do quá trình lưu thông của các phương tiện giao thông gây

ra như k hí thải, tiếng ồn, ánh sáng của đèn p h a đến m ôi trường xung quanh

Riêng với loại hình giao thông đường sắt, việc tách riêng đường sắt và đưa xuống hầm, tổ chức dưới dạng xe điện ngầm (mêtrô), tàu ngầm là hình thức phổ biến hơn hẳn

so với phương án đưa đường sắt lên cao còn nhiều mới mẻ

Đ ể so sánh giữa phương án hầm dìm và cầu để vượt qua chướng ngại là nước (sông, biển), có thể căn cứ vào các tiêu chí như giá thành công trình, thời gian thi công, đặc điểm địa chất tại khu vực xây dựng, đặc điểm phương án và các yếu tố khác được so sánh cụ thể như sau:

Giá thành

Giá thành xây dựng ÍI thay đổi,

tãng tỉ lệ với chiều đài, song nhìn chung chi phí lớn

Phụ thuộc vào chiều dài nhịp, chiểu cao của trụ, điều kiện địa chất Theo đó giá thành xây dựng có thể biến đổi trong một phạm vi rất lớn

Thời gian thi cồng

Nhìn chung thời gian thi công ngắn hơn do việc chế tạo các đốt

và đào hào dìm được tiến hành đổng thời

Thời gian xây dựng bị chi phối bởi thi công kết cấu phần dưới và đường dản Tuỳ theo đặc điểm địa chất và chiều dài nhịp

Địa chất Phụ thuộc ít vào điều kiện địa chất

Tác động nhiểu vào chi phí xây đựng Khó khắc phục lún đường đầu cầu

Chiều dài, chiều

cao và độ dốc

Do chiều sâu thông thuyền yêu cầu nhỏ hơn nhiều so với tĩnh không thông thuyền nên chiều dài ngắn

Không làm ảnh hưởng đến không gian phía trên trong quá trình khai thác

Dài hơn và dốc hơn do phải bảo đảo thông thuyền

Chiều cao quá lớn của một số bộ phận cầu như tháp cầu dây văng, cầu treo có thể cản trở việc sử dụng không gian phía trên (đường bay)

Vận hành Yêu cầu có các hệ thống vận hành

và bảo đảm giao thông Không yêu cầu

Các vấn đề khác

Nằm trong mồi trường ổn định, ít

bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu tự nhiên

Điều kiện khí hậu tự nhiên ảnh hưởng nhiều đến xây dựng, khai thác

- Phải đảm bảo thoát nước, thông gió, cung cấp khí sạch cho công trình.

- Thời gian thi cống kéo dài do diện thi công chật hẹp

- Công tác thi công yêu cầu trình độ kỹ thuật cao, còn tương đối mới mẻ ở nước ta.Hiện nay, h ầ m là kết cấu có giá thành tính theo đơn vị diện tích mặt đường là cao nhất G iá thành của m ột hẩm có thể gấp 10 lần giá thành của một cầu ở cùng vị trí (kể cả giá khai thác bảo trì) vì vậy hầm chỉ sử dụng khi có những lý do xác đáng Tuy nhiên, nếu tính tổng chi phí c ủa dự án (bao gồm cả chi phí đền bù, giải phóng mặt bằng, chi phí

cơ hội bị mất đi do quá trình chiếm dụng mặt bằng phục vụ thi công công trình, v v ) thì sự chênh lệch quá lớn này được rút xuống khá nhiều, chỉ còn khoảng 2 - 3 lần

1.2.3 N hững cân cứ để đánh giá sự phù hợp của hầm trong việc lựa chọn phương

án tuyến

Để đánh giá mức độ phù hợp của hầm trong việc lụâ chộn plìưỡng ấn tuyến vơi 2 mức

độ đánh giá là trực tiếp và gián tiếp, hiệp hội Đường bộ quốc tế (PIARC) đưa ra những tiêu chí sau đây :

- G iá thành cô n g tác quy hoach và thiết kê:

+ Thăm dò khảo sát hiện trường bao gồm cả khảo sát địa kỹ thuật,

+ Tham khảo ý kiến của cộng đồng bao gồm mô hình và trưng bày,

+ Báo cáo q u y hoạch và mổi trường,

+ G iá thành thiết k ế bao gồm bản vẽ, thuyết minh và dự toán

- Chi phí đền bù để giải phóng mặt bằng:

+ Tiền đất trả cho cá nhân, cho thương mại và công nghiệp,

+ Chi phí tái định cư,

+ Chi phí các tiện ích công cộng

- G iá thành xây dựng:

+ G iá thành công trình thưc tế,

+ G iá thành của các thiết bị trong hầm,

+ Giá thành các công trình hạ tầng có liên quan và cần phải thay thế để tạo diều kiện phát huy hiệu quả của hầm đến mạng lưới giao thông,

+ Giá thành xử lý cách âm và chống ồn

- G iá thành khai thác:

+ Thông gió và chiếu sáng,

+ D ịch vụ phòng chữa cháy,

+ H ệ thống truyền hình nội bộ,

+ Công tác kiểm tra định kỳ,

+ H uấn luyện nhàn viên cấp cứu,

+ K iểm tra và điều khiển giao thông

- G iá thành bảo trì cho các hạng mục:

+ M ặt đường,

+ V ệ sinh,

+ Các thiết bị phục vụ khai thác công trình

+ Các công trình phục vụ có liên quan

- Lợi ích người sử dụng:

+ G iảm thời gian và chiểu dài đi lại (xe khách và xe hàng) bù lại bằng tiền thu phí (nếu có),

+ G iảm sô lượng tai nạn,

+ G iảm lun lượng xe trên các đường khác

- N h ữ ng thay đổi về giá trị đất đai, tài sản và lợi tức:

+ T h a y đổi giá trị đất đai và tài sản, lợi tức cho các khu vực xung quanh công trình cũng như trên diện tích có liên quan

+ K hả năng thu hồi lại mặt bằng sau khi xây dựng xong

- Hiệu quả gián tiếp:

+ Sự phát triển trong tương lai của mạng lưới giao thông trên mặt đất,

+ Sự thay đổi tuyến vận chuyển hàng hoá và hành khách do hiệu quả của sự thay đổi chi phí sử dụng của khách hàng

- Các yếu tố liên quan đến việc bảo vệ môi trường và hiệu quả xã hội: thường không thể đá n h giá bằng tiền bạc hoặc định lượng đầy đủ Hiệu quả xã hội của việc xây dựng hầm đ e m lại một tuyến vận chuyển mới có thể mang đến lợi ích cho m ột số nhóm trongcộng đ ồ n g và làm thiệt hại cho một số khác Đó là:

+ Sự thay đổi mối quan hệ cộng đồng do sự ly tán hay do con đường mới xây dựng.+ Giá trị mỹ quan của dự án đối với người sử dụng và cộng đồng

+ Sư linh hoạt trong tãng trưởng năng lực vận tải của tuyến đường trong tương lai (khoảng 20 năm)

+ N hững nhược điểm và khiếm khuyết tạm thời trong quá trình xây dựng ảnh hưởng đến công việc thương mại và cộng đồng.

+ Ô nhiễm không khí: Đ ộ ô nhiễm không khí từ đường và các vùng phụ cận có thể

đ o được cũng là một yếu tố để xác định phương án kiến nghị

+ T ầ m nhìn: Tầm nhìn trên đường là một nguyên nhán gây trở ngại cho rrột số người Việc xác định hiệu quả của tầm nhìn là rất khó định lượng

+ Ả n h hưởng rung động từ hầm tới nhà cửa và các kết cấu xung quanh trong cả giai đoạn xây dựng và khai thác công trình

- M ức độ dịch vụ: hiệp hội Dường bộ quốc tế (PLARC) mô tả mức độ dịch vụ u yếu

tố làm cho người sử dụng cảm thấy dễ chịu khi lái xe mà không bị những cản txỏf rối loạn T rên toàn th ế giói khái niệm mức độ dịch vụ được quan tâm nhiều, thậm d í còn ảnh hưởng đến việc quyết định các yếu tố hình học của tuyến đường

N H Ũ N G N G U Y Ê N TẮ C THIẾT K Ê

C Ô N G TRÌNH H Ầ M GIAO T H Ô N G

2.1 N H Ũ N G N G U Y ÊN TÁC THIẾT K Ế CH UN G

H ầm giao thông là một bộ phận của tuyến đường Vì thế, bình đổ và trắc dọc củ a hầm

cùng phải được thiết kế theo những tiêu chuẩn chung của tuyến đường có xét đến các

đặc điểm khi đi ngầm Còng trình phải đảm bảo giao thông an toàn, liên tục và tốn ít cống d uy tu, bảo dưỡng trong quá trình sử dụng Tuổi thọ của công trình hầm phải thoả mãn quy định của tiêu chuẩn kỹ thuật được sử dụng để thiết k ế hầm:

- Tiêu chuẩn TCVN 4527:1988: Hầm đường sắt và hầm đường ồtô được thiết k ế theo tiêu chuẩn vĩnh cửu, có độ bền cấp I

- Q uy chuẩn thiết kê hầm (đang được đề nghị ban hành): phải đảm bảo tối thiểu là

100 năm cho các công trình từ cấp III trở lên và công trình cấp IV có quy m ô vĩnh cửu Riêng công trình cấp IV bán vĩnh cửu, tuổi thọ công trình tối thiểu 50 năm

- Tiêu chuẩn 22TCN272-05: hầm được thiết kế như một kết cấu cống chôn vùi trongđất có tuổi thọ 100 nôm hoặc theo yêu cầu cụ thể của Chủ đầu tư

Khi thiết k ế hầm phải căn cứ vào luận chứng kinh tế - kỹ thuật của tuyến đường và luận chứng kinh tế - kỹ thuật riêng của công trình hầm đã được phê duyệt, có xét đến yêu cầu của quốc phòng Trong quy hoạch xây dựng công trình ngầm , cần xem xét rất nhiều các điều kiện, yếu tố cụ thể khác nhau của vị trí xây dựng nhưng việc lựa ch ọn cấu tạo và hình thái hợp lý của công trình là công việc cơ bản và quan trọng nhất K hi thiết

k ế công trình hầm phải căn cứ vào tài liệu đo đạc, khảo sát địa chất công trình và địa chất thuỷ văn Vị trí đặt công trình nên chọn nơi có địa hình ổn định, địa chất tốt, tránh các vùng đang có trượt lở, hoặc sắp trượt lở, những vùng có hang động cac-tơ N ếu bắt buộc phải đi qua những khu vực đó thì cần có các biện pháp ngăn ngừa, gia c ố kết cấu hầm nhằm đảm bảo khả năng làm việc và ổn định

Vị trí của hầm được chọn lựa theo các tiêu chuẩn: kinh tế - kỹ thuật, địa chất và địa chất thuỷ vãn, địa hình, điều kiện thông gió, phù hợp với yêu cầu quốc phòng, đồng thời phải kết hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể của tuyến đường vể mặt bằng và m ặt cắt dọc.Ngoài các yếu tố kể trên trong quá trình thiết kế tuyến hầm phải chú ý đặc biệt đếncác vấn đề sau:

Chương II

- Tiêu chuẩn thiết k ế và phương pháp xây dựng phù hợp, có hiệu quả.

- M ặt cắt ngang hầm phải bảo đảm có thể bố trí toàn bộ thiết bị và phương tiện

- Lường trước và hạn c h ế sự c ố trong việc quản lý trước, trong và sau khi xây dựng

- Đ ảm bảo an toàn cho người sử dụng trong khi khai thác và bảo trì

Hầm giao thông có một số đặc điểm nổi bật so với các dạng phương án tuyến khác (cầu, đường) như sau:

- K hông có các điểm nối, bãi dừng đỗ xe, điểm quay đầu xe

- Là m ột con đường kín có tĩnh không hạn c h ế theo chiều đứng và chiều ngang

- Chiếu sáng và thông gió nhân tạo

Khi vào và ra khỏi hầm hay vào - ra liên tiếp các h ầ m liền nhau, người tài x ế có thể căng thẳng, không thoải m ái và có thể đánh giá sai độ dốc thực tế V ì vậy để hạn chế

tối đa khả năng xảy ra tai nạn trong hầm, cần chú ý đặc biệt hơn khi thiết kế các yếu tố

của tuyến

2.1.1 C ác yêu cầu cơ bản về sử dụ ng kh ông gian ngầm và chỉ giới xây dựng cóng trình hầm giao thông

2.1.1.1 Yêu cầu vê sử dụng không gian ngầm

Khi thiết k ế và xây dựng công trình hầm giao thông phải sử dụng không gian ngầm tiết kiệm, chi phí xây dựng thấp và khai thác công trình đạt hiệu quả cao

a) Đ ối với hầm đường ô tô và hầm đường sắt

K hông gian trong hầm được bố trí đủ yêu cầu khổ giới hạn thông xe trên tuyến cũng như xét đến nhu cầu m ở rộng trong tương lai, b ố trí hệ thống thiết bị phụ trợ và hệ thống vận hành bảo dưỡng hầm Việc m ở rộng không gian trong hầm kết hợp với mục tiêu khác phải được cấp quyết định đầu tư chấp thuận

b) Đ ối với hầm giao thông đô thị

Khi khống có yêu cầu đặc biệt, không gian trong hầm đường sắt và hầm đường ố tô

trong đô thị phải tuân thủ các yêu cầu nêu tại mục a) H ầm cho người đi bộ ngoài các

yêu cầu nêu trên, khi thiết k ế và xây dựng nên xem xét đến việc sử dụng không gian trong hầm cho các m ục tiêu khác kết hợp và phải được cấp quyết định đầu tư chấp thuận

2.1.1.2 Yêu cầu vê chỉ giới xây dựng công trình hầm

a) Yêu cẩu chung

Khi thiết k ế và xây dựng công trình hầm giao thông không được vượt ra ngoài phạm

vi chỉ giới xây dựng công trình hầm đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt

b) C h ỉ giới xây diừig hầm qua núi

Khi xây dựng hầm đường ô tô và hầm đường sắt qua núi, chỉ giới xây dựng được xác định bao 'gồm:

- Chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt nông cho khu vực cửa h ầ m và đoạn hầm đặt nông (bao gồm hầm chính, hầm lánh nạn, hầm phụ trợ k h á c ) được xây dựng theo côngnghệ thi công đào hở.

- Chi giới xây dựng công trình hầm đặt sâu cho khu vực hầm và hệ thống công trình phụ trợ ngầm trong lòng núi dược xây dựng theo cổng nghệ thi công NA TM hoặc công nghệ thi công hầm bằng máy TBM

- Chi °iới xây dựng hầm eiao thôns dô thị

Khi xây dựng hầm đường giao thòng đô thị, chỉ giới xây dựng được xác định bao gồm:

- Chỉ giới giới xây dựng công trình hầm đặt nông cho hệ th õng công trình hầm (bao gồm hầm giao thông, hầm phụ trợ và cửa hầm) được xây đựng theo công nghệ thi công đào hờ

- Chỉ giới xây dựng công trình hầm dặt sâu cho hầm và hệ thống công trình phụ trợ ngầm được xây dựng theo công nghệ thi công hầm bằn° m áy TBM

- Đối với hầm qua sông được xây dựng theo công nghệ thi công hầm dìm, chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt nông được áp dụng và mặt đất được tính từ đáy sông

2.1.1.3 Yêu cấu ré xây dựng liên quan đến chỉ giói xây dựtĩg

a) Đối với các hầm ý iiíì lliâìíỊ í/lì,! núi

K hông cho phép xây dựng hất cứ công trình trên mặt đất hoặc công trình ngầm vi phạm hành lang bảo vệ công trình ngẩm Trong trường hợp cần thiết phải có các giải pháp kỹ thuật đặc biệt đảm bảo an toàn cho cóng trình hầm đã xây dựng

b) Đ ỏ i với các liổm íỊÌao thông dỏ thị dặt nồng.

- Có thể xây dựng đường giao thông, các công trình công cộng như công viên, bãi đỗ

xe và các công trình cộng cộng khác trên mặt đất trong phạm vi hành lang bảo vệ công trình hầm nhưng không cho phép xây dựng kết cấu m óng có tải trọng tập trung gây ảnh hưởng đến công trình hầm bên dưới

- Khi xây dựng các công trình bén cạnh hành lang bảo vệ công trình ngầm có móng đặt sâu phái xét đến các ảnh hường tương hỗ giữa các công trình đó

c) Đ ối với các hẩm giao thông dô thị đặt sâu.

- Khi thiết k ế và xây dựng hầin oịao thông đô thị phải xác định chỉ giới kiểm soát an

toàn hầm khòng vi phạm nền móng các cóng trình đã xâv dựng trước đó Trường hợp vi phạm trong giới hạn cho phép (không phạm chí giới xâv dựng cống trình hầm đặt sâu)

có thể thực hiện được nhưng phải có các giải pháp kv thuật đặc biệt nhằm không ảnh hướng đến công trình đã xây dựng

- K hông được xây dưng hầm giao thông đô thị cắt qua các hành lang bảo vệ công trình ngầm phục vụ quốc phòng hoặc các công trình đặc biệt quan trọng khác Trong trường hợp cần phải cắt qua phải được Thủ tướng chính phủ cho phép

- Khi xây dựng các công trình trên mặt đất, nền m ó n g các công trình không được vi phạm chỉ giới kiểm soát an toàn hầm và phải xét đến các ảnh hưởng tương hỗ giữa các công trình đó.

2.1.2 N hững yêu cầu về vật liệu thi công cô n g trìn h hầm

2.1.2.1 Yêu cầu chung

Việc lựa chọn vật liệu xây dựng công trinh hầm giao thông ngoài những yêu cầu chung, vật liệu xây dựng phải phù hợp với công nghệ xây dựng hầm và các yêu cầu khác nhằm tạo ra hệ thống kết cấu công trình bền vững và đả m bảo các nguyên tắc sau:

- Ư u tiên sử dụng vật liệu xây dựng sẵn có trong nước, đả m bảo yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế

- Vật liệu không gây độc hại, ô nhiềm m ôi trường trong suốt thời gian xây dựng và khai thác công trình, hạn c h ế gây ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm

- Phế thải trong xây dựng phải tính đến hậu q uả kinh t ế và phương pháp xử lý

- Vật liệu xây dựng đảm bảo yêu cầu chống ồn và bụi ảnh hưởng đến cư dân ở phạm

vi xây dựng

- Toàn bộ các phần lộ ra trong hầm phải sử dụng vật liệu chống cháy nổ

- Tuổi thọ của vật liệu xây dựng dùng trong công trình hầm giao thông ít nhất phảibàng tuổi thọ công trình

2.1.2.2 Yêu cầu về vật liệu thông thường

Vật liệu thông thường bao gồm kết cấu thép, neo thép, bê tông phun, bê tông và bê tông cốt thép, kết cấu chống đỡ bằng gang, vữa xi m ăng và phụ gia cho bê tô n g đ ư ợ c chọn sử dụng trong xây dựng công trình hầm giao thông, đặc biệt hầm giao thông đô thị được xây dựng trong vùng có địa chất yếu, mực nước ngầm cao, vật liệu xây dựng phảiđảm bảo các yêu cầu sau:

- Nên chọn vật liệu bê tông mác không thấp hơn 28M P a có độ chống thấm cao để xây dựng kết cấu vỏ hầm

- Kết cấu mặt đường bê tông xi m ăng được sử dụng trong hầm đường ô tô, với hầm đường sắt phải dùng tà vẹt bê tông cốt thép hoặc kết cấu ray đặt trực tiếp, không được dùng tà vẹt gỗ hoặc vật liệu dễ cháy

- Hệ thống kết cấu phụ trợ trong hầm phải chọn loại vật liệu có khả năng chống cháy

nổ cao

2.1.2.3 Yêu cầu vé vật liệu đặc ch ủ n g

Vật liệu đặc chủng bao gồm bê tông tự chống thấm, vật liệu phòng nước, vật liệu khe nối cho kết cấu vỏ hầm, vật liệu gia c ố đất trong quá trình đào hầm Khi sử dụng vật liệu đặc chủng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phụ gia dừng cho bẽ tông và vữa xi măng phải chọn loại không gây tác dụng có hại đối với môi trường.

- Vữa hoặc hóa chất sử dụng gia cố nền đất khi đào h ầm và bơm sau vỏ hầm phải chọn loại không độc hại với môi trường nước ngầm, đặc biệt khi xây dựng hầm giao thông trong đô thị

- Hạn c h ế sử dụng tấm chì chèn khe nối trong kết cấu vỏ h ầ m lắp ghép Trong trường hợp có yêu cầu sử dụng, không được để mối nối thi công có tấm chì chèn khe lộ ra bẽn trong hầm

- Vật liệu PVC hoặc các loại vật liệu khác làm lớp phòng nước chỉ được lắp đặt sau kết cấu bê tông vỏ hầm

- Vật liệu cao su, tấm chận nước (Waterstop) bằng vật liệu P V C lắp đặt trong khe nối kết cấu BTCT vỏ hầm lắp ghép, hoặc các khớp nối các đoạn hầm dìm phải thiết k ế cấutạo đảm bảo chống cháy

2.1.3 C ác yêu cầu cơ bản khi thiết kê và thi công cô n g trình h ầm giao thông

- Khi lựa chọn vị trí tuyến hầm phải xem xét đến các điểu kiện địa hình, địa kỹ thuật,

khí tượng thủy văn và phù hợp vớị quy hoạch tống thể khu vục, tổng thể tuyến đường,

quy hoạch mạng lưới giao thông đã được cấp quyết định đầu tư phê duyệt

- Hầm giao thông phải đảm bảo các yôu cầu về kỹ thuật, khai thác sử dụng, vệ sinh công nghiệp, phòng chống cháy nổ, an loàn giao thông, chi phí thấp cho công tác duy tu bảo dưỡng trong suốt quá trình sử dụng

- Khi lập thiết k ế phải đưa ra giải pháp phù hợp cũng n h ư giải pháp công nghệ thi công nhằm hạn c h ế thấp nhất các khó khán gặp phải khi đào hầm cũng như kiểm soát chất lượng công trình và giá thành xây dựng

- H ầm giao thông được xây dựng phải đảm bảo luôn k hô ráo, phải thiết lập các giải pháp như lớp phòng nước, kết cấu ngăn cách nước hoặc các giải pháp kỹ thuật đặc biệt khác, trong mọi trường hợp không cho nước thấm chảy vào hầm

- Bề mặt bê tông trong hầm phải đảm bảo phảng nhẩn, trong m ọi trường hợp đều không cho phép dùng vữa trát hoàn thiện Khi có yêu cầu bề m ặt bê tông trong hầm được sơn bằng loại sơn chịu nước

2.2 TH IẾT K Ế M Ặ T BẰNG CÔNG TRÌNH

Mặt bằng của công trình hầm có thể bô trí thẳng, cong hoặc xen kẽ các đoạn thẳng và đoạn cong, v ể nguyên tắc, khi quy hoạch các tuyến hầm, c ần c ố gắng bô' trí tuyến là đường thẳng thì chiều dài công trình là ngắn nhất, kích thước tiết diện nh ỏ nhất, thi công

dễ và vận hành thuận tiện Tuy nhiên, trong thực tế, không phải lúc nào cũng đạt được điều này Nếu trong hầm bắt buộc có đường cong thì các đường cong đó nên bố trí gần các cửa hầm.

Những yêu cầu cơ bản về mặt bằng tuyến và hầm như sau:

- Hướng tuyến thẳng hoặc đường cong bán kính lớn được ưu tiên sử dụng Hầm đường ô tỏ trên đường cong, bán kính đường cong nằm tối thiểu ngoài yêu cầu về cấp dường phải thỏa m ãn tầm nhìn 2 chiều cho xe với tốc độ thiết kế

- Khi phải xây dựng hai hầm gần nhau hoặc xây dựng hầm gần các công trình khác, phải xem xét các ảnh hưởng tương hổ giữa các công trình đó

- Đối với hầm cho người đi bộ, không gian trong hầm ngoài yêu cầu đảm bảo giao thông, nên xem xét đến các yêu cầu khai thác các dịch vụ khác kết hợp như khu bán hàng, trưng bày sản phẩm nhằm nâng cao hiệu qu ả sử dụng của hầm cũng như đảm bảo môi trường và an toàn giao thông

Có rất nhiều dạng sơ đồ mạng lưới tuyến hầm trên bình đồ:

- Dạng vòng xuyến xuyên tâm: bao gồm nhiều tuyến thẳng có hoặc không giao cắt nhau, bố trí cục bộ trong một khu vực hay chạy xuyên qua khu vực trung tâm M ột tuyến dài nhất dạng hình vòng xuyến cắt qua tất cả các tuyến đường thẳng còn lại với mục đích đảm bảo sự trung chuyển giữa các tuyến, giữa các vùng khác nhau trên bình đồ

Hình 2.1 Mặt bằng mạng lưới tuyến tàu điện ngầm ở Matxc(f\'a - Nga

Đây là dạng sơ đồ bố trí tuyến trên mặt bằng được áp dụng nhiều nhất cho mạng lưới đường tàu điện ngầm, mêtrỏ ở nhiều thành phố lớn trên th ế giới như M atxcơva - Nga, Tokyo - Nhật Bản, Bắc K inh - Trung Quốc

- Dạng mạng đường song song: bao gồm nhiều tuyến th in g c h ạy song song với nhau cùng cắt qua khu vực trung tâm tạo thành mạng lưới đường song song dạng bàn cờ.

Hình 2.2 Mặt hằng mạng lưới tuyến tàu diện ngầm ỞPari - Pháp

- Dạng tự do: các tuyên dương hám được bô trí tuân theo đặc điểm tự nhiên (sông, núi, eo biển, v v ) hoặc theo đặc (liêm phân bô' dân cư của jkhu vực

Đ ây là dạng sơ đồ bố trí mạng lưới tàu điện ngầm có vẻ k hõ ng logic, rắc rối nhưng lại đặc biệt phù hợp với đặc điểm của khu vực đáp ứng được nhu cầu đi lại hành k hách trong khu vực Dang sơ đồ này được áp dụng ở thành phò' L o n d o n - A n h và N ew York

- Mỹ

Cấu tạo mặt bằng của một công trình hầm có thể gồm có một hoặc nhiều hầm và đảm nhiệm các chức năng khác nhau Công trình có thể chỉ gồm một hầm chính phục vụ cho

phương tiện đi lại và c á c b u ồn g k ỹ thuật để phục v ụ c h o c ô n g tác vận hành, d u y tu, sửa

T rong thành phố, m ặt bằng hầm phụ thuộc v à o vị trí củ a c á c ga và m ạ n g lưới g ia o

th ô n g trên m ặt đất K hi c ô n g trình đặt n ô n g , n ó thư ờ ng đư ợc b ố trí d ọ c th eo c á c đường trục ch ín h củ a g ia o th ô n g đ ô thị K hi c ô n g trình đặt sâu, hư ớ ng tu y ến phụ thuộc chủ yếu vào vị trí c á c ga H ầm n ố i giữ a c á c g a thường đ i th e o hư ớng n g ắ n nhất g iữ a cá c ga.

Hình 2.4 Mặt bằng b ố trí hệ thống tàu điện ngầm ỞTokyo - Nhật Bản

M ặt bằng củ a hầm đư ờ ng sắt lấy th eo T C V N 4 1 1 7 : 1 9 8 5 với bán k ín h co n g n h ỏ nhất bằng 6 0 0 m Trị s ố bán kính c o n g R bị hạn c h ế bởi c á c đ iều k iệ n khai thác tu yến , dạng đầu m á y sử dụn g trên tu yến Bán kính c o n g cà n g n h ỏ thì đ iề u k iện khai thác tuyến c à n g bất lợi, g â y khó ch ịu c h o hành k h ách khi tàu ch ạ y trên cá c đ o ạ n c o n g và c h ỗ quay đầu.

Đ ể đảm bảo tàu ch ạ y êm thuận hơn, người ta c ò n sử d ụ n g c á c đ o ạ n đư ờng c o n g

c h u y ể n tiếp từ đoạn thẳng v ào đoạn c o n g củ a hầm T h eo q u y trình củ a L jên X ô thì với bán kính c o n g nhỏ hơn hoặc bằng 12 0 0 m , bắt bu ộc phải đưa vào cá c đoạn đường co n g

c h u y ể n tiếp.

V ớ i những đoạn hầm trên đư ờng c o n g , cần ch ú ý c á c đặc đ iể m sau:

- Phải m ở rộng k h ổ hầm trên đoạn đư ờng c o n g , d o đ ó làm tăng k h ố i lượng đ ào hầm

và x â y vỏ;

- K hi bán kính co n g nhỏ, ray mòn nhanh, làm xấu đi đ iều k iệ n th ô n g g ió , đặc biệt đ ố i với những hầm thông g ió tự nhiên.

M ặt bằng cô n g trình hầm đường sắt thư ờng chỉ g ồ m m ộ t hầm c h ín h và c á c b u ồ n g kỹ thuật, c ó h oặc khôn g bố trí các hầm tránh, hầm thoát h iể m phụ d ọ c th e o tu yến N ếu b ố trí hang tránh x e và hang tránh người thì cần bố trí ờ cả 2 phía và đảm bảo các yêu cầu

của luật g ia o thông đường sắt Tại các vị trí nhà ga ngầm trung tâm , c ô n g trình c ó thể được m ớ rộng trớ thành m ột tổ hợp c ô n g trinh ngầm thực h iệ n c á c d ịc h vụ phục vụ ch o hành khách đi tàu và cò n g tác quản lý , vận hành, khai thác tu y ế n n g ầ m

2 2 2 H ầm đường bộ

Mặt bằng của hầm đường bộ cũng cần thoả mãn các yèu cầu chung của tuyến lộ thiên

và c ó thêm m ột s ố các bổ sung đặc biệt.

H ầm nên c ố gắng b ố trí trên đường thẳng N ếu kh ôn g tránh k h ỏ i n hữ n g đoạn c o n g thì cần chú ý m ột s ố đặc đ iểm tại các đoạn cong:

- D o tường đứng chắn mà tầm nhìn xa bị thu hẹp so với n h ữ n g đ o ạ n c o n g lộ thiên.

- Bể rộng của đường cần tăng lên, c h iề u dài đường hầm tăng

- Đ iể u k iện thông g ió bất lợi.

- G iá thành xây dựng tăng, côíìg tấc cấiìì tuyến, iỉìi công plìức tạp

Bán kính của những đoạn cong trong hám được xác định th e o đ iều k iện an toàn về tầm nhìn cần thiết, điều kiện an toàn đ ể đảm bảo x e khôn g bị trượí Bán kính c o n g trên

m ặt bằng của hầm đường bộ không nhỏ hơn 2 5 0 m , trường hợp đ ịa h ình đặc biệt k hó khăn c ũ n g khôn g nhỏ hơn ]5 0 m Đ ê đ ảm bảo an toàn trong trường hợp bất lợi nhất,

c h ọ n bán kính con g nhỏ nhất là trị s ố lớn nhất từ hai trị s ố đư ợc x á c đ ịnh như sau:

- T h eo đ iều kiện an toàn về tầm nhìn:

s 2

R = — —

mm 8b,

V ới: R min- bán kính con g nhó nhất của đ oạn co n g trong h ầm (m );

s - khoảng cách nhìn thấy an toàn (m );

ụ - hệ số trượt phụ thuộc vào loại kết cấu mặt đường;

i - độ dốc ngang của đường

N g o à i hầm c h ín h phục vụ c h o phương tiện g ia o th ô n g , cầ n th iết k ế c á c hang tránh

c h o ngư ờ i và c h o x e trong hầm H a n g tránh được b ố trí so le nhau ở hai b ên tường hầm

vớ i k h o ả n g cá c h giữ a c á c hang ở m ỗ i bên là 3 0 0 m vớ i h a n g tránh c h o x e và 6 0 m với hang tránh c h o người.

H ình 2.5 Bố trí hang tránh cho người và xe trong liầm

K hi hầm đường b ộ nằm trên tu y ến g ia o th ô n g quan trọn g, cần thiết k ế hầm thoát

h iểm ch ạ y so n g so n g vớ i hầm ch ín h đảm n h iệm ch ứ c n ă n g lố i thoát h iểm c h o ngư ời và phư ơng tiện T rong trường hợp x ả y ra sự c ố bên trong c ô n g trình hầm , n gư ờ i đi b ộ và

c á c phương tiện sẽ đi qua c á c hầm n g a n g sa n g hầm thoát h iể m đ ể thoát ra bên n goài.

Hầm ngang cho ôtô Hám ngang cho người đi bộ Hầm thoát hiếm

H ình 2.6 Mặt bằng của một công trình hầm đường bộ

Đ ố i với hầm đư ờng ô tô phục vụ g ia o th ô n g đ ô thị từ cấ p I trở lên , cần phải x ây dự ng hầm thoát h iểm c h o n gư ờ i và x e ô tô dưới 12 c h ỗ Trường hợp x â y dựng 2 hầm trên

tu yến k h ô n g y êu cầ u x â y dự ng hầm thoát h iể m (hầm n à y làm ch ứ c n ă n g thoát h iểm c h o hầm k ia) N g á c h n g a n g n ối từ hầm ch ín h sa n g hầm thoát h iể m được x â y dựng vớ i

k h o ả n g cá c h tối đa 4 0 0 m c h o ngư ờ i và tối đa 1 6 0 0 m c h o x e ô tô K hi c ó y ê u cầu cầ n thiết, hầm đường ô tô và hầm g ia o th ô n g đ ô thị cấ p II c ó thể x â y d ự n g c ô n g trình thoát hiểm nhưng phải được cấ p q u y ết định đầu tư ch ấp thuận.

N g o à i ra, cần b ố trí đ iể m đ ỗ và tránh x e trong hầm k h i cần thiết:

- Đ ố i vớ i hầm đ ư ờ n g ô tô phải x â y dự ng đ iể m đ ỗ x e khẩn c ấ p v ớ i k h o ả n g cá c h tối đa

4 0 0 m c h o m ỗ i c h iều x e ch ạ y H ầm trên đư ờ ng ô tô c a o tố c k h ô n g c ầ n b ố trí đ iể m đ ỗ x e khẩn cấp khi dải an toàn m ặt đư ờng trong hầm k h ô n g bị thu hẹp.

- H ầm g ia o thông đô thị ngoài các y ê u cầu nêu trên, c ó thể b ố trí đ iể m đ ỗ x e vớ i cá c

yêu cầu riên g và được cấp quyết định đầu tư chấp thuận.

- K hi c ó yêu cầu cần thiết, hầm đư ờng ô tô cấp đặc biệt c ó th ể x â y dự ng đ iể m q u ay

xe trong hầm và phải được cấp quyết đ ịn h đầu tư chấp thuán.

H ầm đi bộ với chức năng như ch ín h tên g ọ i của n ó được x â y dự ng n g a n g qua đư ờng

tại c á c khu vực tập trung đông dân cư cá c khu thương m ại, g ia o d ịc h lớ n , H ầm đi bộ

được b ố trí cắt ngang qua đường, nằm dư ới cá c nút g ia o th ô n g tron g thành p h ố nhằm

m ục đ ích đảm bảo nhu cầu đi lại của ngư ờ i dân tại khu vự c m à k h ô n g làm ảnh hư ởng tới

g ia o th ô n g c ơ giới trên mặt đất, trong h ầm đường bộ hoặc trên c á c c ầ u vượt Cấu tạo m ặt bằng của hầm đi bộ không quá phức tạp:

- N ế u c h ỉ đơn thuần phục vụ m ục đ íc h đi lại thì mặt bằng h ầ m b ố trí th ẳn g, đơn giản

n ga n g qua đường và chỉ có m ột hầm c h ín h c ó c h iều dài bàng bề rộn g đ ư ờ ng và hai đầu

có cử a lên x u ốn g đặt trên vỉa hè.

- N ế u hầm kiêm chức nãng là các trung tâm thương m ạ i, d ịch vụ dưới lò n g đất thì

mặt bằng hầm có thể phức tạp, nhiều đ ư ờ ng nhánh, g ia o cắt k h á c nhau được th iết k ế

nhằm phục vụ m ục đích thương mại kết h ợ p với m ục đ ích đi qua đ ư ờ n g củ a ngư ờ i đi bộ.

2.3 T H IẾ T K Ế M Ặ T C Ắ T D Ọ C C Ô N G T R ÌN H

V ị trí củ a hầm trên trắc dọc được lựa c h ọ n trên c ơ sở so sá n h c á c c h ỉ tiêu kinh t ế - kỹ thuật giữ a làm đường đào và đường h ầ m Đ ể đảm bảo sự ổn đ ịn h h iện tại và lâu dài của taluy đư ờng đào và taluy đỉnh hầm , đ ổ n g thời đảm bảo c h iều d à y tố i th iểu củ a tầng đất trên đ ỉn h hầm để khôn g x ả y ra hiện tư ợng sạt lở khi thi c ô n g và lựa chọn, c h iều d à y v ỏ hầm hợp lý Đ ộ dốc dọc trong hầm g ia o th ôn g đư ợc lựa c h ọ n phụ th u ộ c v à o tiêu chuẩn

kỹ thuật tu y ến đường Hầm có độ d ố c c à n g nhỏ càn g tốt n h u n g k h ô n g đư ợ c cả n trở sự thoát nước tự nhiên (với yêu cầu tối thiểu 0 , 1 %).

M ặt cắt d ọ c của hầm có thể chia làm 3 loại chính sau:

tu y ến đư ờng ô tô n gầm h o ặ c c ô n g trình n g ầ m c ó n h iệ m vụ đặc biệt K hi đ ó , phải thiết k ế

hệ th ố n g thoát nước riên g để đảm b ảo tốt c h o c ô n g tác này.

Hình 2.8 M ặt cắt d ọ c hầm dạng bằng phảng

Phương án m ột hư ớ ng d ố c thường gặp ở nhữ n g hầm đ ư ờ n g sắt, hầm đường bộ c ó

ch iểu d ài k h ô n g lớn lắm , hầm phục vụ n h iệm vụ đặc b iệt, hầm thủy lợi.

Hình 2.9 M ặt cắt d ọ c hầm dạng m ột hướng d ố c

Phương án d ố c hai hư ớ ng c ó thể là d ố c từ giữ a h ầm ra hai cử a, h o ặ c n gư ợ c lại, hoặc

c ó đoạn hầm bằng p hẳn g n ố i giữ a hai hư ớng d ố c T hư ờng gặp ở nhữ n g hầm đường sắt, hầm đường bộ c ó c h iều dài lớn , hầm vượt s ô n g , vượt qua c á c e o b iển , khu vực nhà g a

n gầm củ a tu y ến đường sắt, c h ỗ g ia o nhau c ủ a nh ữ n g tu yến đ ư ờ n g x â y d ự n g ngầm trong

đ ô thị, khi gặp những c ô n g trình n g ầ m khác.

Hình 2.10 M ặt cất d ọ c hầm dạng d ố c hai hướng

N g o à i ra c ò n c ó nhữ ng dạng m ặt cắt d ọ c trung g ia n giữ a c á c d ạ n g trên.

T h e o quy định của tiêu chuẩn T C V N 4 5 2 7 :1 9 8 8 , mặt cất d ọ c củ a hầm đư ờng sắt cần thiết k ế c ó độ d ốc có thể là dạng m ột hướng dốc hoặc hai h ư ớ ng d ố c

D ạ n g mặt cắt dọc m ột hướng dốc được áp dụng khi c h iề u d ài h ầm n h ỏ hơn lOOOm cần tận dụn g đ ộ dốc để đưa tuyến đường lên cao.

D ạ n g m ặt cắt dọc hai hướng d ố c được áp dụng khi c h iều dài hầm từ lOOOm trở lên.

C ó thể được bố trí đoạn hầm dạng bằng phẳng trong phạm v i 2 0 0 đ ế n 4 0 0 m nhằm tác

dự ng c h u y ế n đ ổi độ d ốc K hi đ ó , độ sâu của rãnh thoát nước đ ư ợ c phân ch ia từ giữ a hầm

và d ố c về hai phía cửa hầm với độ dốc d ọ c của rãnh cũ n g phải đ ả m b ả o y êu cầ u v ề đ ộ

d ố c d ọ c tối thiểu trong hầm C hiều dài đoạn hầm bằng phẳng lớn nhất củ a hầm đư ợc x á c

đ ịnh từ đ iều kiện thoát nước bên trong hầm theo c ô n g thức sau:

Ị= 2(h2 - h 1)

i

Với: / - ch iều dài đoạn hầm bằng phẳng (m);

hị - ch iều sâu rãnh thoát của đoạn hầm bằng ph an g ở g iữ a hầm (m );

h 7 - chiều sâu rãnh thoát của đoạn hầm bằng phảng ở hai đầu của hầm (m );

i - độ dốc dọc của rãnh thoát nước.

Đ ộ d ố c d ọ c nhỏ nhất của hầm không nhỏ hơn 3%0 , trong trường hợp đặc biệt cũng

H ìn h 2.11 Mặt cắt dọc của hám dường sắ t vượt biển nói giũa Đ an M ạch và Thuy Đ iển

Đ ộ d ố c dọc lớn nhất trong hầm đường sắt căn cứ vào đ ộ d ố c c h o p h ép củ a tu y ến

V ới: L - c h iều dài h ầm (m );

imax - đ ộ d ố c lớ n nhất trong hầm trên đ o ạ n th ẳ n g (%o);

i'max - độ dốc lớn nhất trong hầm trên đoạn cong (%o);

- T rong hầm đ ộ ẩm c a o , nước đ ọ n g trên m ặt ray n h iều làm c h o lực m a sát g iữ a ray và

bánh xe giảm , làm giảm lực k éo đoàn tàu.

- Sức cản của k h ô n g k h í đ ố i vớ i sự vận c h u y ể n củ a đoàn tàu lớn, đặc biệt là đ ố i với trường hợp d ố c v ề 2 phía cửa hầm

- Trường hợp y êu cầu tăng lư ợng hàng h o á vận c h u y ể n , rất k h ó khăn trong v iệ c thay

đ ổ i làm g iả m đ ộ d ố c d ọ c đã có

- Đ ặ c biệt khi sử d ụ n g đầu m á y hơi nư ớc, nếu đ ộ d ố c d ọ c củ a hầm lớn sẽ làm tăng

lư ợng k h í đ ộ c hại củ a đầu m á y k h ô n g những ảnh h ư ở n g đến sứ c k h ỏ e củ a hành k h ách và

c ô n g nhân đư ờ ng sắt m à c ò n g â y tác d ụ n g ăn m ò n phá h oại v ỏ hầm

ở khu vực cửa hầm , cầ n b ố trí đoạn g iả m đ ộ d ố c vớ i c h iể u dài bằng c h iều dài tính toán củ a đoàn tàu.

2.3.2 H ầm đường bộ

M ặt cắt d ọ c củ a h ầm đ ư ờ n g bộ phải thiết k ế c ó đ ộ d ố c , c ó thể là d ạ n g m ột h ư ớ n g d ố c

ho ặ c hai hướng d ố c M ặt cắt d ọ c củ a hầm đư ờ ng b ộ phụ th u ộ c v à o vị trí x â y d ự n g c ô n g trình và ch iều dài hầm

- Dạng một hướng dốc chỉ được áp dụng khi chiều dài hầm nhỏ hơn 300m và cho

đoạn g ia o nhau giữ a tu y ế n n gầm và tu y ến lộ th iên trong đ ô thị.

- Dạng hai hư ớng d ố c được áp d ụ n g khi c h iều d à i hầm từ 300m trở lên

- D ạ n g bằng phẳng ch ỉ được b ố trí trên nhữ n g đ o ạ n hầm x e m kẽ giữ a nhữ n g đoạn hầm c ó đ ộ d ố c thay đ ổ i v ớ i c h iểu dài lớn hơn lOOm.

Đ ộ d ố c của đoạn hầm đi dưới lò n g s ô n g cần c h ọ n sa o c h o phù h ợ p vớ i đ iề u k iệ n

th oát n ư ớ c, đảm bảo độ dày cần thiết củ a tầng đất trên v ỏ h ầ m v à c h iề u d ài đ o ạ n

tu y ế n là n gắn nhất.

Đ ộ d ố c nhỏ nhất trong hầm đường bộ là 4%0, trường hợp đặc biệt cũ n g khôn g nhỏ

hơn 3%0 Đ ộ dốc nhỏ nhất được chọn tuỳ theo chiều dài của hầm , hình thái lớp phủ mặt

đư ờng, phương pháp thoát nước Tại những vị trí g ia o nhau với đ ư ờ n g p h ố, đ ộ d ố c d ọ c của đ o ạ n tuyến giảm đi vì nếu độ dốc này lớn thì ch iều sâu đào v ề m ộ t phía cử a hầm sẽ lớn và c h iều dài của đoạn n ối tiếp giữa hai tuyến đư ờng dài ra Đ ộ d ố c lớn nhất trong hầm đư ờng bộ là 40%o, trường hợp đặc biệt cũ n g k h ô n g q uá 60%o.

Trên mặt cắt d ọ c, bán kính đường c o n g lồ i kh ôn g n hỏ hơn 6 0 0 0 0 m và bán kính

đư ờng c o n g lõm khôn g nhò hơn 8 0 0 0 m H ầm x â y dựng trên đ ư ờ n g c o n g đứ ng (lõ m hoặc lồ i), bán kính đường co n g tối thiểu n g o à i y êu cầu v ề cấp đ ư ờ ng phải thỏa m ãn tầm nhìn 2 ch iều ch o xe với tốc độ thiết kế.

2.4 T H IẾ T K Ế M Ặ T C Ắ T N G A N G

2.4.1 Các dạng mặt cắt ngang CƯ bản cua công trình hiìm g ia o thông

M ặt cắt ngang của hám c ó rất nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc v à o m ục đ íc h , n h iệm

vụ củ a c ò n g trình ngẩm , điểu kiện dịa chất - thuỳ vần của nơi x â y dựng c ô n g trình, phương pháp thiết k ế và thi cô n g hầm K ích thước mặt cắt n ga n g b ên trong hầm g ia o

th ô n g được lựa chọn trên c ơ sờ khổ giới hạn kiến trúc hầm trong đ ó b ao g ồ m k h ổ g iớ i hạn khai thác, khôn g gian đặt cá c thiết bị thông g ió , ch iếu sáng, cấ p cứ u, biển báo, V.V

và sai s ố thi cô n g ch o phép Hình dạng và kích thước m ặt cắt n g a n g hầm phải được lựa

ch ọ n hợp lý khi trẽn cơ sớ ổn định kết cấu và thuận lợi trong x â y dự ng.

H ình 2.12 Các dạng mặt cắt ngang cơ bản cùa hầm giao thông

- D ạng hình tròn sử dụng thích hợp đối với những hầm được xây dựng trong những địa tầng đất yếu có áp lực lớn, ở những nơi có chiều sâu tầng đấĩ m ỏng, những công trinh có áp lực nước tác dụng ở bên trong hoặc bên ngoài lớn, công trinh được thi công bằng m áy đào hầm TBM

v ề cơ bản có các dạng mặt cắt ngang sau đây:

Hình 2.13 Mặt cắt ngang hẩm trên tuyến dường sắt nhẹ h m ir - Thổ Nhĩ Kỳ

Có thể áp dụng dạng m ật cắt ngang hình tròn kép tại khu vực nhà ga ngầm , vị trí giao cắt của các tuyến đường sất hoặc tàu đ iện ngầm hoặc cho các hầm kỹ th u ật lớn

H ình 2.14 Mặt cắt ngang hầm kỹ thuật ỏ thành phô'Waterfront

1- cáp điện; 2- tuyến thu chất thải lỏng đặc; 3- cáp viễn thông; 4- cáp thông tin; 5- gas;

6- cấp nước trung tính; 7- cấp nước sạch; 8- thoát nước thải; 9- hệ thống đun nóng và điều hòa

- D ạng hình m óng ngựa sử dụng th ích hợp trong những trường hợp có áp lực ngang là chủ yếu, được dùng nhiều trong xây dựng những tuyến đường sắt ngầm

Hình 2.15 Mặt cắt ngang hầm Vereina Nam trên tuyến đường sắt Ratische Bahn - Đức

- D ạ n g tường đứng c ó vòm được dùng rộng rãi nhất, phổ b iến tron g trường hợp x â y

dự ng ở nhữ ng tầng đất, đá rắn áp lực tác dụng k h ô n g lớ n G ặp n h iều trong x â y dựng

tu y ến đ ư ờ ng sắt ngầm và cá c loại các cô n g trình ngầm c ó n h iẽ m vụ đ ặ c biệt.

- D ạ n g hình ch ữ nhật đuợc sử dụng thích hợp ch ủ yếu trong x â y dự ng những c ô n g trình c ó tầng đất m ỏ n g Là dạng mặt cắt ngang thường đư ợ c áp d ụ n g c h o c á c hầm k ỹ thuật, khu vực g ia o nhau giữa tuyến hầm với đường thành p h ố , n h ữ n g tu y ến đư ờng sắt

n g ầ m c ó ló p đất phủ m ỏng Đ â y cũng là dạng mặt cắt n g a n g thư ờng gặp nhất c ủ a cá c

c ô n g trình hầm vượt sô n g , biển thi c ô n g bằng phương pháp hầm d ìm

Hình 2.16 Hẩm kỹ thuật Hình 2.17 Một đoạn vỏ hầm dìm đúc trên cạn

- D ạ n g hình e lip sử dụng chủ yếu ch o x â y dựng c ô n g trình n g ầ m ở nơ i tần g đất y ếu

áp lực đất tác dụn g lớn Thường gặp trong xâ y dựng những nhà g a đ ư ờ n g sắt n g ầ m , c ô n g trình vận tải thuỷ ngầm

K ích thước m ặt cắt n g a n g củ a hầm phụ thuộc v à o luận chứ ng kinh t ế - k ỹ thuật, trạng thái áp lực địa tầng, phương pháp thi c ô n g c ô n g trình và cá c y ê u cầu khác c ủ a địa phương.

K h ô n g gian bên trong hầm g ia o th ô n g phải đủ đ ể phư ơng tiện g ia o th ô n g và ngư ời qua lại, đủ b ố trí c á c trang thiết bị đ ầy đủ V ì thế, m ặt cắ t n g a n g củ a hầm phải thoả m ãn

k h ổ g iớ i hạn q u y định vớ i từng lo ạ i hình g ia o th ô n g

K h ổ g iớ i hạn của hầm là m ột đường biên k h ô n g c h o p hép bất cứ b ộ phận nào c ủ a c ô n g trinh vĩnh cửu xâm nhập v à o bên trong nó kể cả nhữ n g sai lệ c h d o đ à o h a n g và x ây v ỏ

N h ữ n g đoạn hầm n ằm trên đư ờng c o n g phải c ó b ố trí siêu c a o và m ở rộ n g hầm

2.4.2 T hiết kẽ mặt cát ngang hầm đường sát và m êtro

Hình 2.17 Mặt cắt ngang của một hầm đường sắt

M ặt cắt n g a n g của hầm đư ờng sắt phải c ó d iệ n tíc h n h ỏ nhất v ớ i đ iều k iện thoả m ãn

k h ổ g iớ i hạn q u y định c h o hầm đư ờng sắt:

Đ ố i vớ i hầm đường sắt, khi hầm nằm trên đường co n g thì phải b ố trí siê u ca o , d o đó phải m ở rộng khổ hầm Tuỳ theo tốc độ c h ạ y tàu, bán k ín h c o n g , đ ộ siê u c a o củ a đoạn hầm c o n g c ó thể x á c định theo côn g thức sau:

s V 2

AH = ^ Ọ

-R-g

V ới: AH - độ siêu ca o của hầm trẽn đ oạn c o n g (m );

s - khoảng cá ch giữa tim hai ray (in);

V - tốc độ của đoàn tàu (m /s);

R - bán kính co n g của đường (m);

g - g ia tốc trọng trường (m /s2);

T hư ờng g iá trị siêu ca o AH không lớn hơn 160m m

Trị s ố m ở rộng mặt cắt ngang của hầm đường sắt trên đoạn c o n g đư ợc tính toán như sau:

- C ho đư ờng sắt tuyến đơn:

Ilìn h 2,19 Bố trí siêu cao của đoạn hầm dường sắĩ có nhặt cất ngang hình tròn

- Cho đường sắt tuvến đôi:

+ M ở rộn g v ề phía lưng đường co n g (mm):

+ M ở rộn g giữ a hai tuyên:

+ Độ lệc h g iữ a tiin hầm và tim tuyến đường sắt 1 (m m ): d = 2 0 0 — — (W ị - W 2 - A)

+ Đ ộ lệ c h g iữ a tim hầm và tim tuyến đường sắt 2 (m m ): d = 2 0 0 + — (Wj - W 2 + A)

V ới: R - bán kính đường cong (m);

h - siê u c a o ray ngoài (ram);

H - c h iề u c a o từ đỉnh ray đến cao độ tính toán (m m ).

K hi siêu c a o ray n g o à i của tuyên đường sắt 1 lớn hơn s iê u c a o ray n g o à i của tu y ến

đ ư ờ ng sắt 2 thì g iá trị À phải cộng ihèm trị số H

1 5 0 0

h (m m ).

2.4.3 T h iết kê m ặt cát ngang hầm đường bộ và hầm ch u i đô thị

D ạ n g m ặt cắ t n g a n g của hầm đường bộ phụ thuộc v à o đ ặ c đ iể m khu vự c, c ô n g n g h ệ

th iết k ế và thi c ô n g hầm Đ ối với cá c hầm chui trong thành p h ố, hầm thư ờng c ó d ạ n g

h ìn h h ộp đơn h o ặ c kép.

1000 _ 9250 500 _ 9250 1001)

I

H ình 2.20, Câu tạo mặt cắt ngang hầm đường bộ nút giao thông Kim Liên - Hà Nội

K íc h thước mặt cắt ngang của hầm đường bộ phụ thuộc vào cấ p đ ư ờ ng và s ố làn x e

vớ i đ iều k iện thoả m ãn khổ g iớ i hạn quy định c h o hầm đường bộ:

I - - Ị

Hình 2.21 Khổ giới hạn cho dường bộ

Đ ổ i vớ i hầm đường bộ, tuỳ thuộc vào cấp đường, s ố làn xe ch ạ y trong hầm , g iá trị R

đ ư ợ c lấy theo bảng sau:

V ớ i c là c h iề u rộn g của dải phân cách giữ a ha.i liuồng khi b ố trí 2 làn đ i và 2 làn về,

ỉấ y k h ô n g n h ỏ hơn 12 0 i0m m

V ề c ả h a i p h ía c ủ a đỉường xe chạy đ ều c ó dải bảo vệ rộng 2 5 c m , c a o 2 5 c m đ ể lo ạ i trù

khả n ãn g va ch ạ m th ù n g xe vào tường của v ỏ hầm v ề một phía của phần x e c h ạ y c ó bố trí đ ư ờ n g c h o n gư ờ i đi rông lm có thể phục vụ cho 1.000 người đi bộ trong m ột g iờ K hi

m ật đ ộ n g ư ờ i đ i bộ lớn hơn thì phải bố trí đường đi bộ ở cả hai phía vớ i bề rộ n g lm

Bề rộng m ặt đường xe chạv trong hầm điường ô tô) được thiết k ế và xây dựng phù hợp

tiêu ch u ẩ n c h u y ê n ngàinh rahưng khôn g nê'n thu hẹp mặt đường trên tu y ế n H ầm trên

đ ư ờ n g ô tô x â y dự ng quia núi m ỗi hầm khômg nên vưcợt quá 3 làn x e , đ ư ờ ng c ó n h iều làn

x e n ên x â y d ự n g 2 hầm riêng biệt ch o m ỗi ch iều xe clhạy Hầm g ia o th ô n g đ ô thị n ên cấu

tạ o m ặt cắ t n g a n g h ình hộp> kép, m ỗ i ch iều x e chạy bố trí tối đa 4 làn x e B ề rộng m ặt

đ ư ờ n g x e c h ạ y trong hẩm đ ường ô tô c ó 1 Hàn xe tối thiểu là 6m Phạm vi c á c th ôn g tin

sau đ ây là c á c g iá trị tham khảo với cá c q u y định phẩn đường x e c h ạ y c h o c á c h ầm g ia o

th ô n g đ ư ờ n g b ộ tại c á c nước châu  u , hầrn giao thiông đường bộ tại V iệ t N a m , c h iều

rộ n g làn x e và c h iề u rộ'ng v;ai đường theo T C V N tươing ứng với đ ư ờ n g c a o tố c và đ ư ờ ng

ô tô th ô n g thư ờng.

B ảng 2.1 C hiều rộ n g phần đường xe chạy chio đường hầm th àn h ph ô (m )

Dự kiến tốc độ dến 5ỉ0krtĩi/h Đ ến Okm/h

m ở rộng Khổng c ó iđưcờng) dải đỗ xe khẩn cấp Cốj đường dải đỗ xe khẩn cấp

7 ,00m (29x3,50)

7,00m (2x3,50))

6,50rm (2\3,2 5)

6,50m (2 x 3 ,2 5 )

6,50m (2 x 3 ,2 5 )

0,25m

2 làn xe

1 chiéu

6,00m (2 x 3 ,0 0 )

6,,50m (2x3 2 5)

6,75m (2x3,50))

6.00rm (2x3,00)

6,00m (2 x 3 ,0 0 )

6,00m (2 x 3 ,0 0 )

0,25m

3 làn xe

1 chiéu

9,00 (3 x 3 ,0 0 + 3 ,2 5 )

9„25m (3,00+2x3,25)

9,50m (3x3,00))

9,00rm (3x3,00)

9,00m (3 x,0 0 )

9,25m (2 x 3 + 3 ,2 5 )

H ầm đi b ộ thư ờng c ó mặtt cắt ngang dạng; hộp kín chữ nhật h o ặ c d ạn g h ộ p c ó tấm nắp

v ò m c o n g T ĩn h k h ô n g hầirn theo phương đứng không nhỏ hơn 2 ,3 m c ò n th e o phư ơ ng

n g a n g tu ỳ th u ộ c v à o m ứ c độ) sử dụng nhưng không nhỏ hơn 3 ,Om T rong h ầm phải b ố trí

đ ầ y đủ c á c h ệ th ố n g phục viụ khai thác như chiếu sáng, thoát nư ớ c, th ô n g g ió , c á c b iện

p h á p an to à n như p h ò n g c h ố n g ch áy, n ổ Tromg các trường hợp đặc b iệt c ò n phải x e m

x é t b ố trí c ả c á c đư ờng thoát h iểm Cầu thang xuống hầm bố trí vớ i đ ộ d ố c k h ô n g lớ n

hơ n 1 : 2 Phần cử a h ầm tromg điều kiện mưa nhiều như nước ta nên c ó m á i ch e C h iểu

c a o đất đ ắ p trên đỉnh hầm c ớ thể thay đ ổi nhưng không nhỏ hơn l , 0m.

2.5 T H IẾ T K Ế KẾT CẤU v ỏ HAM

2 5 1 N g u y ê n lý c h u n g

Đ ể b ố trí c ó n g trình trong lòng đất, người ta đào sâu vào lò n g đất, tạ o n ên k h ô n g g ia n ngầm g ọ i ỉà hang Tuỳ theo chức năng và nh iệm vụ của c ô n g trình, đ iề u k iệ n đ ịa chất của vị trí x â y dựng cô n g trình mà hang có thể được sử dụng với đ iều k iệ n c ó h o ặ c k h ô n g

c ó biện pháp gia cường Những hang được b ố trí với m ục đ ích đ ể vận h ành đ ều c ó g ia cường b ằ n g cấu tạo lớp vỏ, gọ i là vỏ hầm.

C ũng g iố n g như mặt cắt ngang của hầm , vỏ hầm cũng c ó c á c lo ạ i h ìn h tròn, h ình

m ón g ngự a, vòm c ó tường đỉnh, hình chữ nhật, hình elip V iệ c lựa c h ọ n h ìn h thái v ỏ hầm phải đảm bảo khổ hầm , chiều dày và tiết diện của vỏ phải n h ỏ nhất n h ư n g đ ồ n g thời phải đảm bảo yêu cầu chịu, đảm bảo đầy đủ không gian c ủ a c ô n g trình th e o y ê u cầu

V iệ c ỉựa ch ọ n cũng phải xét đến điều kiện thuận lợi ch o quá trình thi c ô n g c ô n g trình

H ình thái tiết diện vỏ hầm chủ yếu phụ thuộc vào nhiệm vụ của c ô n g trình, tín h ch ấ t, đ ộ lớn củ a áp lực đất, điều kiện địa chất - thuỷ văn, phương pháp thi c ô n g N g o à i ra, c á c

y ếu tố k h á c cũ n g c ó ảnh hưởng đến v iệc lựa ch ọ n cấu tạo vỏ hầm như:

- G iá thành của kết cấu vỏ,

- L oại vật liệu sử dụng,

- K inh n gh iêm thiết k ế và thi cô n g ,

- Đ ặ c trưng của m ôi trường xung quanh.

T h iết k ế v ỏ hầm không thể không xét đến phương pháp thi c ó n g và lo ạ i v ì c h ố n g tạm

V ỏ hầm được coi là m ột bộ phận của hầm phải bảo đảm đẩy đủ c á c y ê u c ầ u sau:

- G iữ ổ n định trong quá trình thi công,

- G iớ i hạn nền đất ch u yển dịch,

- G iữ k ích thước và hình dạng,

- G iữ ổ n định và độ bền lâu dài,

- B ảo đảm không thấm nước.

V ỏ hầm nên có hình dạng g iố n g nhau trên suốt chiều dài hầm đ ể thuận lợ i c h o c ô n g tác ván k h u ôn , các thiết bị thi cô n g Có thể b ố trí hình dáng v ỏ hầm th a y đ ổ i k h i g ặ p phải m ộ t s ố trường hợp sau:

- Á p lực địa tầng hoặc điểu kiện địa chất - thuỷ văn thay đ ổ i đ ộ t n g ộ t,

- G ặp phải các đới phá hoại kiến tạo hoặc cá c vùng trượt lở lớn.

H ình d á n g bên trong của v ỏ hầm được q u yết định từ điều k iệ n đ ịa ch ấ t - th u ỷ văn củ a khu vực đặt hầm , từ các yêu cầu về khổ hầm , điều kiện thi c ô n g , kh ai thác v à k in h tế

N goài ra, nó còn phải hợp lý về phương diện chịu lực, phù hợp với những đặc đ iểm của vật liệu dùng để xây vỏ và phương pháp thi công

K huôn trong của v ỏ hầm đư ợc lựa c h ọ n c ó x ét đ ến các y ê u cầu b ố trí hệ th ố n g c h iế u

sá n g , th ô n g tin, tín h iệu , h ệ th ố n g cá p đ iệ n , b ố trí c á c đư ờng dẫn g i ó T rong hầm c ó b ố trí cá c b u ồ n g k h o , b u ồ n g chứa c á c thiết bị phục vụ c h o c ô n g tác vận hành, bảo d ư ỡ n g

c ô n g trình.

V iệ c lựa c h ọ n k h u ô n trong củ a v ỏ h ầm phải tuân th e o nhữ ng n g u y ê n tắc c ơ bản sau:

- Trục củ a v ỏ hầm phải là đ ư ờ n g c o n g trơn.

- K hi tải trọng thẳng đứng c h iế m ưu thế, v ò m đ ỉn h phải đủ c a o và c ó d ạ n g g ầ n với

đư ờ ng parabol bậc hai, phần đ ỉn h v ò m phải c ó đ ộ c o n g lớn hơn phần dưới.

- K hi v ỏ ch ịu áp lực bên thì tư ờn g c ũ n g nên c ó d ạ n g c o n g h ư ớ n g về phía địa tầng.

V iệ c thiết k ế v ỏ h ầm phải x é t đ ến đ iề u k iệ n đất k h ô n g ch ắ c ch ắn và b iến đ ổ i, quá trình x â y dự ng và c á c h x ử lý đất k h i x â y d ự n g N h ữ n g sự k h ô n g c h ắ c chắn đ ó k h ô n g phù hợp với sự phân tích toán h ọ c c h ín h x á c v ề ứng suất trong vành k ết cấu đàn h ồ i Đ ể bảo đảm đủ đ ộ tin c ậ y khi Ihiết k ế hợ p lý v ỏ hầm c ó th ể dựa th e o k in h n g h iệ m khi x â y dự ng những v ỏ hầm trong nền đất tư ơng tự.

2.5.2 C ấu tạo vỏ hầm

T rong m ọ i loại hầm trong đất h a y đá đểu phải c ó kết cấu v ỏ h ầ m v ỏ hầm là k ết cấu

chịu lực chính của hầm , c ó thể làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau:

- Bê tô n g cư ờ n g đ ộ thấp k h ô n g c ó c ố t thép h a y c ó cố t thép: là lo ạ i vật liệu sử d ụ n g

lư ơn g đ ố i phổ biến v ì tính lin h hoạt (c ó thể sử d ụ n g c h o c á c đ ố t v ỏ hầm lắp g h é p hay đúc tại c h ỗ ) và g iá thành tương đ ố i thấp C ốt thép thường là c á c lưới b ố trí m ột h a y hai lớp để bảo đảm đ ốt hầm c ó thể c h ịu đư ợ c bất k ỳ tải trọng tác d ụ n g B ê tô n g bảo đ ảm

c h iều d ày kết cấu đủ đ ể c h ịu lực n én đ ú n g tâm d o tác d ụ n g củ a đất.

- Bê tô n g phun: rất th ích hợp đ ể làm lớp v ỏ bên tron g (ban đầu) B êtôn g được phun c ó

áp lực lên chu vi củ a h a n g đ ào h o ặ c kết cấ u c h ố n g đ ỡ đã lắp d ự n g, v ỏ hầm bằng bê tô n g phun (c ò n g ọ i là lớp b ê tô n g phun - lớp sh ortcrete) c ó tính c ơ đ ộ n g và c ó thể thay đ ổ i tiết

4- Thường b ố trí các loại n eo (n e o thường, n eo dự ứng lự c) để đảm bảo lớp bêtông gắn

kết với địa tầng, hạn c h ế k h ả năn g rơi củ a c á c tảng đá và v ỏ hầm

+ K hi c ô n g trình nằm trong đ ịa tầng k iê n c ố , ổ n đ ịn h , k h ó p h o n g h o á v à khỏ ráo, c ó thể cần phun m ộ t lớp b ê tô n g lên m ặt củ a gư ơ ng đ à o để tạo bằng phẳng và ch ố n g đá rơi T u y n h iên , dù hầm nằm trong đ ịa tầng nào thì hai đầu củ a hầm đ ều phải làm

m ột đoạn v ỏ hầm c ó c h iều d ài ít nhất là 6m.

Lơp tìêtõng phun (lớp shortcreíe)

Lơp vỏ hầm ngoài (lớp lining)

Máng chống thấm

Neo

Vài điia kỹ thuật bọc đấu neo

Hình 2.23 vỏ hầm nhiều lóp của công trình hẩm Hải Vân

- H ỗ n hợp: Trong trường hợp đất yếu, gương đào lớn thì phải d ù n g k hu ng thép phối hợp v ớ i b ê tô n g phun thành m ột kết cấu đ ể tham gia làm v iệ c với v ỏ hầm lâu dài rồ i

d ù n g b ê tô n g lớp n goài cù n g để tham gia chịu lực cùng và tạ o pihẳng.

- G ang: áp dụn g ch o vỏ hầm lắp ghép phân đốt Tuy n h iên , g iá thành đắt gấp 3 lần v ỏ

bê tô n g v à khả năng d ễ bị ảnh hưởng của m ôi trường.

V ỏ h ầm bao kín xung quanh chu vi gương đào, phân ch ia th àn h 3 khu vực:

- Y ếu tố kinh t ế củ a phương án tu y ến

T h ô n g thường, c à n g lên c a o thì đ ộ d ố c sư ờn n ú i cà n g tăng Ở dưới ch ân nú i, khi nâng

c a o đ ộ hầm lên k h ô n g lớn nhưng c h iều dài h ầm c ó thể rút n g ắ n khá n h iều c ò n ở phần giữa núi thì đ iều này thể h iện k h ô n g rõ rệt C àn g lên c a o , đ ộ d ố c sư ờn núi cà n g lớn g â y khó khãn c h o v iệ c vạch tu y ến và x â y dự ng nh ữ n g đư ờng dãn v à o hầm , c h iều dài đường dẫn cũ n g tăng m ột c á c h đ á n g kể N g o à i ra, c á c y ếu tố thời tiết, k h í hậu c ũ n g thay đ ổ i, ảnh hưởng lớn đến v iệ c th ô n g g ió tự n h iên trong hầm , đ ến nhữ ng g iả i pháp phụ để bảo

vệ dường dẫn v à o hầm

C ác y ếu tố địa chất - thủy văn như c á c h iện tượng trượt, karst, đất phú, h iện tượng só i

m òn đư ờng, đ ộ ổ n địn h củ a sườn d ố c c ó ý n g h ĩa q u y ết đ ịn h vớ i v iệ c lựa ch ọ n c a o độ cửa hầm K hi xuất h iện c á c h iện tượng trên, cần c ó nhữ n g g iả i pháp đặc biệt để bảo vệ

tu yến T u v ến c à n g lên c a o thì h iện tượng só i m ò n đường c à n g tăng.

L oại hình g ia o th ô n g cũ n g ảnh hư ở ng q u y ê ì địn h đến c a o đ ộ hầm Ả n h hư ởng này thể hiện ở đ ộ d ốc và bán kính c o n g c h o p hép đ ố i vớ i từng lo ạ i g ia o th ô n g C ao đ ộ hầm trẽn đường ô tô c ó thể c a o h ơ n so với hầm đư ờng sắt Đ ố i vớ i hầm đ ư ờ n g sắt, d ù n g đầu m áy

đ iện thì hầm c ó thể c a o hơn đầu m áy nhiệt.

Y ếu tố kinh tế c ũ n g là m ột trong nhữ ng nhân tố q u y ết đ ịn h đ ến v iệ c x á c định ca o đ ộ cửa hầm vì n ó liê n quan đ ến c h iều d ài hầm , đ ộ d ố c trong h ầm , c h iề u dài toàn tuyến, y êu cầu thiêt bị, trình đ ộ c ô n g n g h ệ thi c ô n g

Có nhiều phương pháp để thi công vỏ hầm:

Đ ố i với hầm đặt trong đất, ch iều dầy tầng đất phủ nhỏ nhất trên đ ỉn h hầm thư ờng yêu

cầu lớn hơn 4,5 feet hoặc từ 1 - 1,5 lần kích thước lớn nhất của hầm (đường kính ngoài)

nếu k h ô n g c ó quy định cụ thể.

2 6 2 Lựa chọn vị trí cửa hầm

V ị trí c ử a hầm được xác định trên cơ sở điểu k iệ n đ ịa ch ấ t, đ iề u k iệ n k in h t ế - kỹ thuật, q u y hoạch m ạng lưới giao thông của khu vực, đ ảm b ả o thuận lợ i khi sử dụn g

N g o à i ra c ò n phải xét đến sự thuận lợi c h o côn g tác x â y dự ng c ô n g trình, v iệ c vận

c h u y ể n x ử lý đất, đá, nguồn nước, vật liệu trong khi x â y dự ng.

Hình 2.24 cửa hầm đường sắt xuyên núi Macdonald - Canada

(hầm đường sắt xuyên dá cứng dai nhất Bắc Mỹ)

K h ô n g được đặt cửa hầm trên vùng sạt lở, vùng c ó m ực nư ớ c n g ầ m c a o h a y giữ a khe

tụ n ư ớ c Cửa hầm phải đặt tránh những chướng ngại cản g ió , h ư ớ n g cử a hầm được đặt v ề phía h ư ớ ng g ió chủ yếu đ ể làm tãng khả nãng thông g ió tự n h iê n củ a hầm L ớ p phủ trước h ầm thường phải đủ dày khoảng 1 - 2 lần đường k ính hầm L ớp phủ n ày sẽ là cửa hầm K h i x â y dựng trước hết tiến hành đào hở, khi x â y x o n g lại lấp lạ i như cũ.

Hình 2.25 cửa hầm đường bộ Đèo Ngang

Đ ể lựa ch ọ n vị trí cửa hầm hợp lý, cần x ét đến c á c tình h u ố n g c ó th ể x ả y ra khi x â y

dự ng cửa hầm như sau:

- K hi x â y d ự n g hầm trong đá thì đá ở c ử a hiầm sẽ dễ bị p h o n g h oá h ơ n đá g ố c trong hầm ch ín h

- Cửa hầm phải thiết k ế bảo đảm ổn định c ủai lớp phủ v ì ở ch â n lớp k h i k h ô n g c ó tải.

- Cửa hầm đ ư ợ c đ à o khi bắt đầu xây dựng hẩm trước k h i n h ữ n g n g ư ờ i thực h iện c ó tổ

ch ứ c chặt c h ẽ và c ó kinh nghiệm

- Lớp phủ phải đư ợ c thiết k ế để kiểm tra kỉhôíìg tải và b iến d ạ n g lưu.

- Ở cửa h ầ m phải c ó đủ diện tích và bố trí diện tích d ự p h ò n g bên cạ n h đ ể đ ể p h ò n g trong quá trình k h ai thác c ó thể có những hậu quả không ổ n đ ịn h

V iệ c th iết k ế tăn g cư ờng cho cửa hầm tu v thuộc địa k iệ n đ ịa chất, đ ịa chất thuỷ văn

củ a khu vực C ó th ể sử dụng phương pháp ổn định nền đá đ ể th iết k ế , trừ khi lớp đ á bị

p h o n g h o á h a y k h i c ó lớp đất dày quá nặng phía trên hầm T ro n g trường hợp phân tích

ổ n định củ a lớ p đất thì phải coi đất là m ột loại vật liệu T h ô n g thư ờng tồ n tại cả hai loại vật liệu n à y n ên phải tiến hành phân tích hổn hợp Các b iện p háp x ử lý cử a hầm của hầm trong đá b ao g ồ m :

- K hi n ền đ á tốt, cửa hầm không cần c h ố n g đỡ.

- K hi cử a h ầ m c ó m ái ch e (cửa hầm lổ i) đ ế phòng đá rơi

- N ề n đá đ ư ợ c tăng cường bằng neo, lưới thép, bê tôn g phun và c á c sư ờn ô v u ô n g

- Đ á đư ợ c g ia cư ờ n g và c ó mái che trong trường hợp xấu.

- H ầm đ ư ợ c tă n g cư ờ ng tốt hơn trong đoạn sát cửa, trừ trường hợp v iệ c đ à o cửa h ầm

k h ô n g v à o n h iề u tron g phạm vi hầm.

Hình 2.25 Khu vực cửa hẩm xuyên lìúi có bô'trí tường chắn

T ư ờng ch ắ n là m ột dạng côn g trình tăng cường c h o cửa h ầm thư ờng g ặ p nhất T ư ờ n g chắn cử a h ầm thư ờ ng làm bằng bêtỏng toàn khối hoặc lắp g h é p từ c á c tấm b êtô n g , đ ô i khi c ũ n g x â y d ự n g bằng đá tự nhiên Tường chắn được b ố trí v u ô n g g ó c v ớ i trạc hầm

T ư ờng ch ắ n n à y c ó nh iệm vụ:

- Đ ả m bảo ổ n đ ịn h của tầng đất có trên cửa hầm ,

- N g ă n k h ô n g c h o nước mưa trần vào hầm.