Nghiên cứu áp dụng giải pháp hạ mực nước dưới đất khi thi công công trình ngầm khu vực nhà ga hà nội (tt)

    BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -***** - NGÔ NGỌC CƯƠNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM KHU VỰC NHÀ GA HÀ NỘI     LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD &CN Hà Nội – 2015       BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -***** NGÔ NGỌC CƯƠNG KHÓA: 2013-2015 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM KHU VỰC NHÀ GA HÀ NỘI     Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng công nghiệp NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN CÔNG GIANG Hà Nội – 2015   LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy, Cô giáo Khoa Sau đại họcTrường Đại học Kiến Trúc Hà Nội dạy dỗ, giúp đỡ học viên hoàn thành chương trình cao học Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Công Giang tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn Xin cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, cán Trường Đại Học Kiến Trúc, gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện cho tham gia hoàn thành khoá học Tác giả Ngô Ngọc Cương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tác giả Ngô Ngọc Cương MỤC LỤC MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan ảnh hưởng nước đất thi công Công trình ngầm thi công hố đào 1.1 Khái quát chung thi công Công trình ngầm, thi công hố đào 1.1.1 Xây dựng công trình ngầm phương pháp đào hở 1.1.2 Xây dựng công trình ngầm phương pháp đào kín 1.2 Các cố thường gặp thi công Công trình ngầm, hố đào 1.2.1 Một số cố thi công Công trình ngầm, hố đào giới 1.2.2 Một số cố xây dựng công trình ngầm Việt Nam 1.3 Các giải pháp hạ mực nước đất [4] 14 1.3.1 Phương pháp hạ mực nước ngầm giếng kim .15 1.3.2 Phương pháp hạ mực nước ngầm giếng kim có thiết bị phun 18 1.3.3 Giếng thường 19 1.3.4 Giếng kim kết hợp điện thấm .20 1.3.5 Phương pháp giếng kết hợp tường ngăn nước 21 1.3.6 Giải pháp hạ mực nước ngầm nước phương pháp bảo toàn dòng chảy 21 Chương 2:Những sở lý thuyết 24 2.1 Nước đất 24 2.1.1 Mực nước ngầm, mặt thủy đẳng áp [12] 24 2.1.2 Năng lượng học [12] 27 2.1.3 Thế lực cột nước thuỷ lực [12] 30 2.1.4 Đường dòng đường đẳng áp [1] .32 2.2 Động thái nguyên lý thấm nước đất [1,11] 34 2.2.1 Cấu trúc dòng thấm 34 2.2.2 Các định luật thấm 36 2.3 Vận động nước đất [1] 43 2.3.1 Vận động ổn định nước đất tầng chứa nước đồng 43 2.3.2 Vận động nước đất lớp không đồng 51 Chương 3: Giải pháp hạ mực nước ngầm thi công công trình ngầm khu vực nhà Ga Hà Nội .58 3.1 Thực trạng định hướng phát triển không gian ngầm TP Hà Nội [8,9] 58 3.2 Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực Hà Nội .62 3.2.1 Đặc điểm địa chất công trình [3,13,14] 62 3.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn [4] 69 3.2.3 Số liệu khảo sát địa vật lí thực địa 71 3.2.4 Sơ kết đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu 76 3.3 Ứng dụng phần mềm Visual Modflow tính toán hệ thống giếng hạ mực nước ngầm 81 3.3.1 Cơ sở tính toán [2] 81 3.3.2 Phương pháp giải [2] 82 3.3.3 Xây dựng mô hình toán 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 - Kết luận .92 - Kiến nghị .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Hình 1.1 Tên hình Sự cố sụt lún mặt đất Taegu, Hàn Quốc, gây nứt vỡ tòa nhà Hình1.2 Sự cố đường hầm trên tuyến tàu điện ngầm Thượng Hải, gây hư hại công trình mặt đất Hình 1.3 Sự cố tầng ngầm Pacific (a) Viện khoa học Xã hội vùng Nam (b) sau cố ngày 9/10/2007 Hình 1.4 Đồ thị quan hệ gradien thấm tối thiểu (an toàn) mức độ không đồng đất dòng thấm từ lên Hình 1.5 Hình phễu nước rút hút nước giếng [5] Hình 1.6 Cấu tạo ống lọc nước Hình 1.7 Sơ đồ bố trí hệ thống giếng kim Hình 1.8 Sơ đồ làm việc giếng kim có thiết bị phun Hình 1.9 Cấu tạo vòi phun Hình 1.10 Cấu tạo giếng kim có thiết bị phun Hình 1.11 Cấu tạo giếng thường Hình.1.12 Cấu tạo giếng kim điện thấm Hình 1.13 Phân loại theo mối quan hệ độ cao công trình ngầm địa tầng ngầm nước Hình 1.14 Phân loại theo cách thức hút nhả nước ngầm Hình 1.15 Phân loại theo cách thức dẫn nước Hình 1.16 Mô hình phương pháp bảo toàn dòng chảy tuyến tuynen Hình 1.17 Sơ đồ giải pháp tường chắn đất có chức thu nhả nước Hình 2.1 Sự phân bố áp suất chất lỏng đất mực nước ngầm Hình 2.2 Sơ đồ mực nước ngầm có chuyển động nước xuống qua đới bão hòa chuyển động ngang Hình 2.3 Tầng chứa nước không hay tầng chứa nước ngầm Hình 2.4 Tầng chứa nước có áp có lớp chặn nằm Hình 2.5 Thiết bị chứng minh thay đổi độ dốc chứa đầy cát có nước thấm làm biến đổi thành phần cột nước cao trình z cột nước áp suất hp Mũi tên biểu thị hướng dòng thấm Q Hình 2.6 Sơ đồ thể đường dòng Hình 2.7 Sơ đồ lưới thủy động lực dòng thấm Hình 2.8 Sơ đồ dạng thấm a) Mặt b) Mặt cắt Hình 2.9 Biểu đồ vận tốc thấm ứng suất tiếp nước chảy ống trụ Hình 2.10 Biểu đồ quan hệ v = f(J) 1) Công thức Darcy; 2) Công thức Proni; 3) Công thức dòng dẻo - dính Hình 2.11 Vận động nước đất a) nước có áp; b) nước không áp Hình 2.12 Sơ đồ vận động nước ngầm lớp a) đáy cách nước nằm nghiêng; b) đáy cách nước nằm ngang Hình 2.13 Sơ đồ vận động nước ngầm tầng chứa nước với đáy cách nước nằm nghiêng Hình 2.14 Vận động nước tầng chứa nước không đồng a) Vận động song song với mặt lớp; b) Vận động vuông góc với mặt lớp Hình 2.15 Vận động nước đất tầng chứa nước gồm hai lớp Hình 2.16 Tầng chứa nước có hệ số thấm thay đổi theo phương vận động Hình 3.1 Sơ đồ tuyến tàu điện ngầm đô thị TP Hà Nội Hình 3.2 Mô hình Ga tàu điện điện ngầm đô thị TP Hà Nội Hình 3.3 Bản đồ địa chất khu vực Hà Nội Hình 3.4 Sơ đồ địa chất thủy văn Hình 3.5 Cấu tạo phần địa chất ngang qua Sông Hồng Hình 3.6 Sơ đồ vị trí tuyến đo vật lí dải ven sông Hồng Hình 3.7 Tuyến đo địa vật lí dọc bờ phải sông Hồng Hình 3.8 Mặt Cắt Địa Điện Theo Tuyến SH1 Hình 3.9 Mặt Cắt Địa Điện Theo Tuyến SH2 Hình 3.10 Mặt Cắt Georadar theo tuyến GPR1 dài 750m Hình 3.11 Mặt Cắt Georadar theo tuyến GPR2 dài 1000m Hình 3.12 Đường cong theo tuyến SH1 Hình 3.13 Đường cong theo tuyến SH2 Hình 3.14 Sơ đồ chùm hút nước thí nghiệm Hình 3.15 Hình trục lỗ khoan công trình 108 Trần Hưng Đạo Hình 3.16 Sơ đồ giải hệ phương trình vi phân Hình 3.17 Bản đồ khu vực nghiên cứu Hình 3.18 Hệ lưới mô hình VM Hình 3.19 Lớp địa tầng hệ số thấm Hình 3.20 Mực nước sông Hồng trung bình năm ( theo trạm thủy văn Hà Nội ) Hình 3.21 Lượng mưa trung bình Hà Nội ( theo trạm thủy văn Hà Nội ) Hình 3.22 Mặt cắt qua giếng thu nước Hình 3.23 Hệ lưới giếng Phương án Hình 3.24 Hệ lưới giếng Phương án Hình 3.25 Trị số hạ thấp mực nước theo thời gian Hình 3.26 Đường hạ mực nước ngầm theo thời gian phương án MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Theo xu hướng phát triển đô thị đại, không gian ngầm đô thị không công trình hạ tầng kỹ thuật hệ thống đường dây, đường ống, tuyến đường tàu điện ngầm, bãi đậu xe, hầm đường ô tô, đường Đây tổ hợp trung tâm thương mại, trung tâm sinh hoạt công cộng, vui chơi giải trí, công trình đa chức năng, chí văn phòng công sở tương lai Điều góp phần giải tỏa áp lực tăng dân số mặt đất, giải gánh nặng việc khan quý đất bề mặt đô thị lớn Việt Nam trở thành quốc gia có tốc độ phát triển nhanh mạnh mẽ Dự kiến tăng trưởng kinh tế quốc giá giai đoạn 15 năm tới trì 7% năm Dân số đô thị tăng từ xấp xỉ 30% lên 50% vào năm 2025 Hiện nay, Chính phủ có nhiều chương trình chiến lược ưu tiên phát triển Hà Nội thành Thủ đô có quy mô lớn, tầm cỡ quốc tế Ngày 26/07/2011 Thủ tướng Chính phủ Quyết định số 1259/ QĐ – TTg việc phê duyệt đồ án quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội mở rộng đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 Trong đó, xác định : Ga Hà Nội xây dựng lại với chức nhà ga trung tâm tàu khách liên vận quốc tế khổ đường 1435mm tất hướng Ga Hà Nội ga trung tâm tuyến đường sắt đô thị số Yên Viên – Ngọc Hồi có kết nối với ga tuyến đường sắt đô thị số phố Trần Hưng Đạo Khi thi công, nước ngầm ngấm vào hố móng làm cho hố móng bị ngập nước nên hạ thấp cường độ đất nền, tính nén co tăng lên, công trình bị lún lớn, tăng thêm ứng suất trọng lượng thân đất, tạo lún phụ thêm móng, điều trực tiếp ảnh hưởng đến an toàn công trình xây dựng Do đó, thi công hố móng cần thiết phải có biện pháp hạ mực nước thoát nước tích cực móng thi công trạng thái khô Chính nội dung nghiên cứu chủ yếu luận văn thạc sỹ tập trung nghiên cứu giải pháp hạ mực nước đất thi công công trình ngầm khu vực nhà Ga Hà Nội Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài nhằm đạt mục tiêu sau: - Đánh giá điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thủy văn khu vực Hà nội - Đưa giải pháp hạ mực nước ngầm thi công khu vực nhà Ga Hà Nội Phương pháp nghiên cứu đề tài Các phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài luận văn gồm: - Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin: thu thập thông tin điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thuỷ văn khu vực Hà nội - Các lý thuyết nước đất nghiên cứu theo phương pháp diễn giải Phân tích đánh giá tác động nước đất lên công trình nhà Ga Hà Nội Lập luận định tính đề xuất mô hình làm tác động nước đất Các kết thí nghiệm, khảo sát địa chất thủy văn khu vực đất Hà Nội, mẫu nghiên cứu, tập hợp kế thừa kết khảo sát, nghiên cứu trước Sử dụng phương pháp suy luận diễn dịch gián tiếp thông qua phân tích trung gian từ trường hợp tổng quát đến trường hợp riêng, đưa kết phân tích đánh giá phù hợp cho công trình nhà Ga Hà Nội Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp hạ mực nước đất - Phạm vi nghiên cứu: Công trình ngầm nhà Ga Hà Nội Hồ Linh Quang Ga Le Duan Kham Thien Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Luận văn làm rõ giải pháp hạ mực nước đất đưa giải pháp hạ mực nước ngầm thi công công trình nhà Ga Hà Nội - Luận văn tài liệu tham khảo cho đơn vị, tổ chức liên quan đến công tác thi công hố đào sâu khu vực Hà Nội Cấu trúc luận văn Luận văn có phần mở đầu, ba chương, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, bảng biểu, sơ đồ, hình vẽ minh họa Ba chương luận văn viết theo trình tự sau: Chương 1: Tổng quan ảnh hưởng nước đất thi công Công trình ngầm thi công hố đào Chương 2: Động thái nguyên lý thấm nước đất Chương 3: Giải pháp hạ mực nước ngầm thi công công trình ngầm khu vực nhà Ga Hà Nội THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết luận Địa tầng Hà Nội có cấu tạo tương đối phức tạp với lớp địa chất xen kẽ với hai tầng chứa nước ảnh hưởng tới công trình xây dựng ngầm là: Tầng chứa nước Holocen (qh) Pleistocen (qp) Do thi công Công trình ngầm hố đào sâu khu vực Hà Nội cần thiết phải xét đến ảnh hưởng yếu tố nước ngầm Từ yêu cầu quy hoạch, định hướng phát triển thành phố với đặc điểm địa công trình, địa chất thủy văn, cố nước ngầm …thì việc nghiên cứu giải pháp hạ mực nước ngầm khu vực ga Hà nội phù hợp Giải pháp tháo khô hố móng hệ thống giếng bố trí xung quanh hố móng có tính ưu việt có sở lý thuyết chắn thấm, bảo đảm chủ động hạ thấp mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu, tạo gradient thấm ngược khắc phục tượng xói ngầm, cát chảy làm ổn định hố móng, khắc phục tượng bung nền, không gây cản trở việc thi công hố móng Sử dụng phần mềm Visual Modflow tính toán hạ mực nước ngầm dựa sở dòng thấm không ổn định ( thay dòng thấm ổn định trước ) giúp công việc tính toán nhanh, xác trực quan - Kiến nghị Để đảm bảo thành công áp dụng cần thực nghiêm chỉnh khâu : Điều tra khảo sát, thiết kế thi công Trong phạm vi luận văn giả định toán hố móng ga Hà Nội để đưa giải pháp hạ mực nước ngầm thi công Tác giả mong muốn phát triển toán thành toán thực tế 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Ngọc Cừ (1981), Động lực học nước đất, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội PGS TS Đoàn Thế Cánh (2005) – Tin học địa chất thủy văn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật TS Nguyễn Công Giang – Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình HOLOCEN khu vực trung tâm thành phố Hà Nội – 11/2014 ThS Triệu Đức Huy (2007), Xây dựng mô hình dòng chảy nghiên cứu mối quan hệ thủy lực nước mặt nước đất vùng Đan phượng – Hà nội, luận văn thạc sĩ khoa học, Trường đại học Mỏ - địa chất, Hà Nội PGS TS Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi công hố móng sâu, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội PGS TS Nguyễn Bá Kế (2009), Bài học từ cố sập đổ Viện khoa học xã hội vùng Nam TP Hồ Chí Minh, Viện khoa học Công nghệ xây dựng, Hội thảo khoa học “ Sự cố phòng ngừa cố công trình xây dựng ”, Hà Nội TS Nguyễn Đức Nguôn (2011), Cơ sở thiết kế thi công công trình ngầm đô thị, trường Đại học kiến trúc Hà Nội, Hà Nội GS TSKH Nguyễn Văn Quảng, KS Nguyễn Tráng (2008), Những học kinh nghiệm xây dựng tầng hầm Nhà cao tầng Việt Nam, Công ty APave Việt Nam Đông Nam á, TP Hồ Chí Minh Nguyễn Hồng Tiến (2008), Công trình ngầm vấn đề quản lý có liên quan, Cục Hạ tầng kỹ thuật – Bộ Xây dựng, Hà Nội 10 GS TS Nguyễn Trường Tiến, Nguyễn Đức Toản, Đặng Đình Nhiễm, Phạm Ngọc Tân, Lê Trung Kiên, Võ Ngọc Quân (2008), Công trình ngầm không gian ngầm Việt Nam hôm ngày mai, Hội CHĐ Địa kỹ thuật Công trình Việt Nam (VSSMGE), Hội thảo “ 94 Những học kinh nghiệm quốc tế Việt Nam Công trình ngầm đô thị “, TP Hồ Chí Minh 11 KS Dương Khánh Toàn, GS TS Nguyễn Quang Phích (2009), Rủi ro biện pháp phòng tránh xây dựng Công trình ngầm, Công ty sông Đà 10, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hội thảo “ Những học kinh nghiệm quốc tế Việt Nam Công trình ngầm đô thị , TP Hồ Chí Minh.” 12 Nguyễn Uyên ( 2004), Cơ sở địa chất học đất móng công trình, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 13 Nguyễn Uyên ( 2006), Địa chất thủy văn ứng dụng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Tiếng Nước 14 Dr Nguyen Cong Giang, Yukihiro Kohata, Takao Sugimoto, Masaaki Katagiri (2012), An Example of Soil Profile in Ha Noi City, Nikken Sekkei, Viet Nam 15 Dr Nguyen Cong Giang, Yukihiro Kohata, Takao Sugimoto, Toshio Nakayama, Masaaki Katagiri, Seiji Nishiyama (2010), Soil profile of Holocene Layers in Ha Noi City, Earth Science (Chikyu Kagaku) Vol 64, Japan Website 16 http://text.123doc.org/ 17 http://vietbao.vn/ ... địa chất công trình, điều kiện địa chất thủy văn khu vực Hà nội - Đưa giải pháp hạ mực nước ngầm thi công khu vực nhà Ga Hà Nội Phương pháp nghiên cứu đề tài Các phương pháp nghiên cứu sử dụng đề... khô Chính nội dung nghiên cứu chủ yếu luận văn thạc sỹ tập trung nghiên cứu giải pháp hạ mực nước đất thi công công trình ngầm khu vực nhà Ga Hà Nội Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài... trình nhà Ga Hà Nội Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp hạ mực nước đất - Phạm vi nghiên cứu: Công trình ngầm nhà Ga Hà Nội Hồ Linh Quang Ga Le Duan Kham Thien