Lựa chọn công nghệ phù hợp khi xây dựng công trình ngầm theo kỹ thuật đào kín

Tuyn cụng trỡnh Hi ngh khoa hc cụng ngh v mụi trng nm 2009 Vin Khoa hc v Cụng ngh GTVT H Ni, 30/10/2009 La chn cụng ngh phự hp xõy dng cụng trỡnh ngm theo k thut o kớn TS Bựi c Chớnh Vin Khoa hc v Cụng ngh GTVT ThS Phm Thanh Tựng Cụng ty CP Cụng trỡnh ngm Túm tt: K thut o kớn (Trenchless Technique/No-dig) l mt k thut c ỏp dng ph bin xõy dng cụng trỡnh ngm Vic la chn cụng ngh thi cụng phự hp k thut o kớn úng vai trũ quan trng n s thnh cụng ca cỏc d ỏn xõy dng cụng trỡnh ngm, c bit l xõy dng cụng trỡnh ngm ụ th Bi bỏo ny gii thiu nhng kt qu nghiờn cu ban u v xõy dng cụng trỡnh ngm theo k thut o kớn bao gm: so sỏnh u nhc im ca k thut o h v k thut o kớn; túm tt v mt s cụng ngh thng dựng k thut o kớn; cỏc tiờu chun la chn cụng ngh xõy dng cụng trỡnh ngm theo k thut o kớn Abstract: Trenchless technique is a technique which is widely applied in underground structure construction Choosing an appropriate construction technology plays an important role in the success of an underground structure construction project, especially in urban underground structures This article introduces the initial research results on the underground structure construction using trenchless technique, including: comparison of the advantages and disadvantages of trenchless technique and trench technique; summary of some kinds of technologies often used in trenchless technique and standards to choose technology when constructing underground structure by trenchless technology Cỏc cụng ngh k thut o kớn 1.1 Cỏc k thut xõy dng cụng trỡnh ngm Cho n cú rt nhiu cụng ngh thi cụng cụng trỡnh ngm khỏc ó c ỏp dng, song cú th phõn thnh hai k thu xõy dng chớnh l : k thut o h, cũn gi l o l thiờn/o v lp (Trench Technique) v k thut o kớn (Trenchless Technique/No-dig) Mi k thut u cú nhng phm vi ỏp dng thay i tu theo rt nhiu yu t [1, 4, 6] 1.2 K thut o h xõy dng cụng trỡnh ngm K thut o h l mt thut ng ch cỏc cụng ngh xõy dng cụng trỡnh ngm m ngi ta xõy dng cụng trỡnh ngm bng cỏch o t mt t t nhiờn n cao ỏy cụng trỡnh ngm, thi cụng ri lp ph cụng trỡnh ngm K thut ny cú nhng nhc im : K thut o h ũi hi lng o p rt ln, phỏ v cnh quan khu vc xõy dng, c bit l cụng trỡnh t khỏ sõu so vi mt t; Chim t nhiu, n v d gõy ỏch tc giao thụng (thc t ó chng minh cú rt nhiu ny sinh thi cụng hm chui nỳt Kim Liờn v hm b hnh nỳt Ngó T S: ỏch tc giao thụng, nh dõn sỏt vi cụng trỡnh thi cụng b nghiờng, nt); Trong t sột yu v t bựn thỡ vic bo m n nh nn t rt phc tp; S hn ch vch tuyn : phi bỏm theo cỏc tuyn ph hin hu, c bit bỏn kớnh cong nh xõy dng tuyn tu in ngm, nu cụng trỡnh thi cụng sỏt vi múng cụng trỡnh hin cú thỡ phi tin hnh gia c chng nhng cụng trỡnh ny gõy tn kộm; 145 Vn gii phúng mt bng dnh ch cho cụng trng xõy dng, t chc li cỏc tuyn giao thụng, n, chn ngl nhng kinh t-xó hi khú gii quyt nhanh gn cụng trỡnh cụng ỳng thi hn 1.3 K thut o kớn xõy dng cụng trỡnh ngm Khỏc vi k thut o h, k thut o kớn khụng o t trờn mt t xung m o ngm lũng t to cỏc hang o, sau ú cụng trỡnh ngm s c xõy dng cỏc hang o ny K thut ny t rt hiu qu xõy dng cỏc cụng trỡnh ngm ụ th t sõu, c bit l xõy dng cỏc cụng trỡnh ngm cú mt ct ngang trũn hoc hỡnh ch nht Tựy theo dng cụng trỡnh l loi trng lc hay loi ỏp lc m la chn cụng ngh cho phự hp Hin cú rt nhiu cụng ngh k thut o kớn Hỡnh gii thiu mt cỏch phõn loi cỏc cụng ngh k thut o kớn Theo ú k thut o kớn c phõn thnh nhúm cụng ngh chớnh : (1) khoan o ngang, (2) kớch y, (3) s dng cỏc TBM [1, 3] Kỹ thuật đào kín Không ngời Khoan đào ngang Khoan guồng xoắn Có ngời Kích đẩy ống Khoan định hớng Sử dụng TBM Microtunnelling Đóng ống Hỡnh : Phõn loi cỏc cụng ngh k thut o kớn Nhúm cỏc cụng ngh khoan o ngang bao gm cỏc cụng ngh ú vic o hang c thc hin nh cỏc thit b mỏy múc, khụng cho cụng nhõn vo bờn hang o Nhúm ny c chia thnh [2, 3]: Cụng ngh khoan gung xon (Auger Boring-AB); Cụng ngh khoan nh hng ngang (Horizontal Directional Drilling-HDD); Cụng ngh o hm nh (MicroTunneling-MT); Cụng ngh úng ng (Pipe Ramming-PR); C hai cụng ngh kớch y (Pipe Jacking-PJ) v s dng mỏy o hm (Tunnelling Boring Machine-TBM) u yờu cu cụng nhõn vo bờn hang o quỏ trỡnh o t v quỏ trỡnh thi cụng Tuy nhiờn, cụng ngh kớch y khỏc vi cụng ngh TBM kt cu chng thnh hang o Cụng ngh kớch y s dng nhng on cụng trỡnh ngm c ch to sn, cỏc on cụng trỡnh ngm mi c ni tip v y vo t nn nh h thng kớch y t ti ging iu khin kt hp vi o t [1, 3, 5] Trong ú cụng ngh TBM s dng cỏc thit b mỏy o o t, kt cu chng c thi cụng ti bờn cụng trỡnh ngm [4] Mt s u im ca k thut o kớn : Theo tng kt qua nhiu cụng trỡnh thỡ k thut o kớn cú khỏ nhiu u im V phng din k thut : m bo c bn cú ca lp v cụng trỡnh ngm; 146 Hn ch c mc ti thiu vic o ct mt bng; t ri ro v lỳn; Gim n ti thiu vic chnh trang li mt bng; B mt hon thin bờn trn nhn to cỏc c tớnh dũng chy tt; Khụng ũi hi lm lp v cụng trỡnh ngm th hai; t mi ni so vi cỏc cụng trỡnh ngm lp ghộp; Ngn chn c s xõm nhp ca nc ngm nh dựng cỏc mi ni mm kớn nc; Gim ỏng k v cỏc chi phớ xó hi so vi k thut o h khu vc ụ th; Li ớch v an ton ca k thut o kớn : K thut o kớn bao gm cỏc cụng ngh thi cụng luụn cú tớnh an ton cao hn cho ngi so vi k thut o h Sau nghiờn cu rt nhiu cỏc cụng trỡnh ngm ó c xõy dng, Cc Sc kho v An ton (Hoa K) kt lun rng k thut o kớn ớt xy cỏc nguy c tai nn hn so vi k thut o h Li ớch v mụi trng : So vi k thut o h, vic s dng k thut o kớn s t c nhiu li ớch thc s v mụi trng Nhỡn chung, k thut o kớn gim c lng vt liu a t ni khỏc n v lng vt liu cn chuyn i Nh th m gim bt s lt xe ti qua li v ớt gõy nờn xỏo ng cho mụi trng Mt so sỏnh gia hai k thut c nờu bng Nhng k thut o kớn cng cú mt s nhc im : ũi hi mt i ng th lnh ngh v phi c o to; Khụng th thay i nhanh c hng tuyn hoc cao trỡnh t cụng trỡnh ngm, vic thao tỏc hiu chnh cú th l rt tn kộm; Giỏ thnh thit b TBM cũn cao v hnh liờn tc ca chỳng cũn b hn ch Bng 1.Mt so sỏnh gia k thut o h v k thut o kớn c im cụng trỡnh ngm ng kớnh D600, sõu 4m, di 100m Phng ỏn ng kớnh D1200, sõu 4m, di 100m o h o kớn o h o kớn 1400mm 760mm 2350mm 1450mm 1700mm Khụng 2650mm Khụng 6,1 m3 0,5 m3 10,28 m3 1,65 m3 S lng cỏt ỏ lp ho (tớnh trờn 1m di) 11,90 tn Khụng 18,27 tn Khụng S chuyn ch bng xe ti 20 tn tớnh cho 100m di (ch t thi i v ch ỏ lp v) 136 220 21 B rng h o ngoi ca khiờn o) (D B rng khụi phc Khi lng o trờn 1m cụng trỡnh ngm Tiờu chun la chn cỏc cụng ngh k thut o kớn Cú sỏu tiờu chun chớnh c xem xột liờn quan n vic s dng cỏc cụng ngh k thut 147 o kớn Cỏc tiờu chun ny bao gm: cỏc iu kin hin trng, ng kớnh ca cụng trỡnh ngm, sõu t cụng trỡnh ngm, chiu di thi cụng ca cụng trỡnh ngm (t ging iu khin n ging nhn), cỏc iu kin v a cht v mc ớch s dng [2, 3] 2.1 Cỏc iu kin hin trng Tiờu chun v cỏc iu kin hin trng c xem xột ỏnh giỏ mc khú khn (theo kinh nghim) k thut o h c s dng Thớ d nh s tn ti cỏc giao ct gia cụng trỡnh ngm v sụng sui, ng st, ng bcú th l mt tr ngi i vi vic s dng cỏc k thut o h thi cụng Trng hp hng tuyn ca cỏc cụng trỡnh ngm ct ngang qua cỏc vựng di tớch lch s, vựng danh lam thng cnh, nu thi cụng theo k thut o h thỡ vic khụi phc li hin trng ban u ca cỏc vựng ny sau ú s rt khú khn v tn kộm Bờn cnh ú, vic o v lp mt ng cng lm gim tui th ca ca ỏo ng, lm tng chi phớ sa cha bo dng mt ng, ngoi nú cũn gõy khú khn cho giao thụng, sinh hot ca ngi dõn sng xung quanh Mt nhng tin b ca cỏc cụng ngh k thut o kớn l nú gõy tỏc ng ớt nht ti h thng giao thụng bờn trờn Hin giao thụng tr thnh mt nhng mi quan tõm chớnh nhiu ụ th, thỡ õy l mt nhõn t quan trng vic la chn cỏc cụng ngh k thut o kớn S phc ca mng li tin nghi cụng cng ngm hin cú cng nờn c nhỡn nhn nh l mt tiờu chun vic la chn cỏc cụng ngh k thut o kớn 2.2 ng kớnh ca cụng trỡnh ngm ng kớnh ca cụng trỡnh ngm c thi cụng l mt yu t la chn cỏc cụng ngh k thut o kớn Thớ d, khoan gung xon cú th c s dng thi cụng nhng cụng trỡnh ngm cú ng kớnh thay i phm vi t 200mm n 1500mm, MicroTunneling cú th c ỏp dng ng kớnh ca cụng trỡnh ngm thay i t 250mm n 3000mm hoc hn na Chi tit xem bng Bng 2: La chn cụng ngh theo ng kớnh cụng trỡnh ngm Cỏc cụng ngh o kớn Phm vi ng kớnh ỏp dng Khoan gung xon (AB) 200-1500mm Khoan nh hng (HDD) 50-1200mm MicroTunneling (MT) 250-3000mm Kớch y (PJ) 1070- 4200mm úng ng (PR) 100-1500mm Mỏy o hm (TBM) n 18000mm 2.3 sõu t cụng trỡnh ngm Tt c cỏc cụng ngh k thut o kớn u yờu cu xõy dng ging iu khin v ging nhn (tr cụng ngh khoan nh hng) v õy cng l mt yu t la chn cỏc cụng ngh k thut o kớn Chi tit xem bng Bng 3: Phm vi sõu lp t cú th ỏp dng Cỏc cụng ngh o kớn Phm vi sõu lp t ỏp dng Khoan gung xon (AB) Thng thay i t 6m n 30m Khoan nh hng (HDD) < 50m MicroTunneling (MT) Thng thay i t 6m n 30m Kớch y (PJ) Thng thay i t 6m n 30m 148 úng ng (PR) Thng thay i t 6m n 30m Mỏy o hm (TBM) Thng thay i t 6m n 30m 2.4 Chiu di thi cụng ca cụng trỡnh ngm Thụng thng, chiu di thi cụng ca cụng trỡnh ngm (t ging iu khin n ging nhn) tng thỡ kộo theo s phc v mc ri ro ca d ỏn cng tng theo Chiu di ln nht c xỏc nh da vo cụng sut ca thit b o, loi t nn, chiu sõu t cụng trỡnh ngm, ng kớnh ca cụng trỡnh ngm Tuy nhiờn, chiu di thi cụng nh nht li c xỏc nh da vo nhng yu t kinh t ca d ỏn Chiu di thi cụng quỏ nh s khụng kinh t giỏ tr u t v cụng ngh l quỏ cao Chiu di thi cụng cụng ngh khoan gung xon thay i t 12m n 1800m Chiu di thi cụng cụng ngh MicroTunneling cú th thay i t 25m n 225m Chiu di thi cụng cụng ngh kớch y thụng dng Hoa K t 300m n 1050m Tuy nhiờn, vic la chn chiu di thi cụng hp lý i vi cỏc cụng ngh o kớn nờn theo bng Bng 4: Chiu di thi cụng hp lý i vi cỏc cụng ngh o kớn Cỏc cụng ngh o kớn Chiu di thi cụng hp lý Khoan gung xon (AB) 12-150m Khoan nh hng (HDD) 12-800m MicroTunneling (MT) 25-225m Kớch y (PJ) 150-305m úng ng (PR) 12-60m Mỏy o hm (TBM) Khụng hn ch 2.5 Cỏc iu kin v a cht Cỏc iu kin a cht cng nh hng rt ln n vic la chn cụng ngh k thut o kớn Do bn cht cụng ngh, mi cụng ngh u cú phm vi ỏp dng phự hp Trong cỏc thụng s a k thut, giỏ tr SPT l mt thụng tin quan trng la chn cụng ngh thi cụng phự hp Chi tit xem bng Bng 5: La chn cụng ngh phự hp k thut o kớn da trờn giỏ tr SPT Loi t t dớnh (sột) t khụng dớnh (cỏt hoc bựn) ỏ nguyờn Giỏ tr SPT (N) AB HDD MT PJ PR TBM N15 (cng) + + + + + + N30 (cht) + + + + + + Nc ngm cao N - + - - +