NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN KÍCH đẩy ĐƯỜNG ỐNG cấp nước CHO các đô THỊ ở VIỆT NAM (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KÍCH ĐẨY ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC CHO CÁC ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHỊÊP Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CƯỜNG KHÓA 2016-2018 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KÍCH ĐẨY ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC CHO CÁC ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHỊÊP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC THANH Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với giúp đỡ, hỗ trợ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người thầy, người cơ, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tơi xin gửi đến TS Nguyễn Ngọc Thanh, người thầy hướng dẫn luận văn, dùng tri thức tâm huyết truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho xuốt thời gian qua Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo, cán Khoa Đào tạo sau Đại học, Khoa Xây dựng, Bộ mơn địa kỹ thuật, Bộ mơn Cơng trình ngầm đô thị – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội bạn đồng nghiệp cộng tác, giúp đỡ tác giả trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn Khoa sau đại học – Đại học Kiến trúc Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình đào tạo thạc sĩ Đề tài nghiên cứu Luận văn liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp khác nhau, nên khó tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận nhận xét góp ý chân thành thầy cô, bạn đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Văn Cường MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Các vấn đề cần giải Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan phương pháp thi công đường ống cấp nước cho đô thị Việt Nam 1.1 Tổng quan cơng nghệ khoan kích đẩy 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Hiện trạng 1.1.3 Định hướng phát triển 1.2 Phương pháp thi công lộ thiên 1.3 Phương pháp thi cơng đào kín – phương pháp kích đẩy (Pipe Jacking – PJ) 1.3.1 Ý tưởng, ưu – nhược điểm, phạm vi áp dụng phương pháp kích đẩy 1.3.2 Sự phù hợp với địa hình, địa chất thành phố Hà Nội 1.3.3 Công nghệ thi công 1.3.4 Trang thiết bị 1.3.5 Cơng trình xuất phát cơng trình nhận 1.3.6 Thiết bị kích đẩy, sở tính tốn lực kích bố trí 1.3.7 Mặt xây dựng thiết bị phụ trợ 1.4 Các bước thi cơng đường ống cấp nước phương pháp kích đẩy Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu ống phương pháp kích đẩy 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Tính tốn kết cấu ống phương pháp kích đẩy cấu tạo ống kích 12 19 26 31 34 37 37 41 41 42 2.2.1 Mơ hình tính toán 2.2.2 Tải trọng tác dụng 42 2.2.3 Sơ đồ tính – giải sơ đồ tính 54 2.2.4 Cấu tạo vỏ ống kích Chương 3: Áp dụng phương pháp kích đẩy để thi cơng đường ống nước DN1800mm, thuộc dự án cấp nước Sông Đà giai đoạn II, đoại từ cọc A23 đến cọc A30 nút giao Hòa Lạc 3.1 Giới thiệu cơng trình 68 3.1.1 Mặt trắc dọc cơng trình 70 3.1.2 Điều kiện địa chất công trình 3.1.3 Lựa chọn phương pháp đào kích thước giếng kích, giếng nhận 3.2 Tính tốn lực kích đẩy cơng trình xuất, cơng trình nhận 73 3.2.1 Thơng số tính tốn 77 3.2.2 Tính tốn bố trí lực kích đẩy cần thiết thi công 80 45 70 70 76 77 3.2.3 Tính tốn ổn định cơng trình xuất phát cơng trình nhận 86 3.2.4 Biện pháp thi cơng cơng trình xuất phát, cơng trình nhận 90 3.2.5 Biện pháp giảm ma sát thi cơng kích đẩy 97 3.2.6 Biện pháp nước thi cơng cơng trình 3.2.7 Một số cố thường gặp cách xử lý q trình thi cơng khoan kích ngầm KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 98 100 Kết luận 100 Đề xuất, kiến nghị 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa A Diện tích tiết diện ống C Lực dính đất đá e1 , e Áp lực hông đất đá đỉnh ống, đáy ống Es Mudun đàn hồi thép H Chiều sâu đỉnh ống n Hệ số vượt tải, hệ số an toàn P Tải trọng bánh sau ô tô P' Tải phân bố hoạt tải ô tô tàu hỏa đỉnh ống Pk Lực kích ống Pp Lực cản cắt Pf Lực ma sát đất ống trọng lượng đất phía sinh q Tải trọng phân bố theo phương thẳng đứng đất đá R Bán kính theo tim thành ống R ng Bán kính ngồi ống R tr Bán kính ống R s , R sc Cường độ chịu kéo cường độ chịu uốn thép t Chiều dày thành ống ts Chiều dày hiệu dụng thành thành ống ɣ Trọng lượng thể tích đất đá φ Góc ma sát đất 0 Hệ số Poisson đất đá DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Số hiệu Tên bảng, biểu So sánh phương pháp đào lộ thiện với phương pháp kích đẩy Điều kiện địa chất áp dụng cho phương pháp kích Bảng 1.2 đẩy Bảng 1.1 Trang 10 12 Bảng 1.3 Địa tầng khu vực nội thành Hà Nội 14 Bảng 1.4 Các loại khiên đào phạm vi áp dụng 26 Bảng 1.5 31 Bảng 1.6 Bảng tra lực, diện tích, lưu lượng kích thủy lực Bảng tra chiều dài dung sai hành trình kích thủy lực Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép Giá trị nội lực theo phương pháp khuyên tròn biến dạng tự Giá trị nội lực theo phương pháp khuyên tròn Bảng 2.3 môi trường đàn hồi Bảng 2.2 31 41 53 57 Bảng 2.4 Các giá trị hệ số A, B, C, D, E, F 58 Bảng 3.1 Tra độ dính đất với đường ống 84 Bảng 3.2 Tra góc ma sát hệ số ma sát bề mặt 84 Bảng 3.3 Đặc tính vật liệu lớp đất 90 Bảng 3.4 Các đặc tính vật liệu tường biện pháp 91 Bảng 3.5 Các đặc tính vật liệu chống 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Tên hình vẽ Phương thức đào bảo vệ hào phương pháp đào lộ thiên Phân vùng địa chất – cơng trình khu vực Hà Nội theo mức độ thuận lợi xây dựng CTNĐT Mặt cắt lỗ khoan địa chất điển hình thành phố Hà Nội Mặt cắt lỗ khoan địa chất điển hình thành phố Hải Phòng Mặt cắt lỗ khoan địa chất điển hình thành phố Hồ Chí Minh Mặt cắt lỗ khoan địa chất điển hình thành phố Đà Nẵng Sơ đồ cơng nghệ kích đẩy Bơm huyền phù bentonit (sét polime) xung quanh vỏ ống Sơ đồ cơng nghệ khoan kích đẩy đường ống ngầm có dùng ống dẫn đường (2 lần) Hình 1.10 Khiên giới hóa tác động liên tục Hình 1.11 Cấu tạo khiên gia tải khí nén (pressured shield): Trang 13 15 15 16 17 18 22 23 27 27 Hình 1.12 Chi tiết trạm kích 29 Hình 1.13 Cơng trình xuất phát thi cơng kích đẩy 31 Hình 1.14 Cơng trình nhận thi cơng kích đẩy 33 Hình 1.15 Trạm kích trạm kích trung gian 34 Hình 1.16 Bố trí thiết bị, vật tư xung quanh cơng trình xuất phát 36 Hình 1.17 Mặt thi cơng cơng trình xuất phát 36 Hình 1.18 Bố trí phận khung kích kích thủy lực 37 Hình 1.19 Lắp đặt điều chỉnh thiết bị khiên - TBM 37 Hình 1.20 Q trình kích thiết bị khiên đào - TBM 38 Hình 1.21 Lắp đặt đốt ống 38 Hình 1.22 Cẩu khiên đào khỏi cơng trình nhận (giếng nhận) 40 Hình 2.1 Kích thước hình học ống 42 Hình 2.2 Giả thiết tồn trọng lượng cột đất đá 46 Hình 2.3 Giả thiết phần trọng lượng cột đất đá Berbaumer 46 Hình 2.4 Giả thiết vòm sụp lở M.M Protodjakonop 48 Hình 2.5 Biểu đồ áp lực hơng 49 Hình 2.6 Đặc trưng xe tải thiết kế 51 Hình 2.7 Hoạt tải xe tơ tác dụng lên đường ống 52 Hình 2.8 Kích thước đầu máy tàu hỏa D19e khổ 1m 53 Hình 2.9 Sơ đồ áp lực kích ống 53 Hình 2.10 Phương pháp khun tròn biến dạng tự 54 Hình 2.11 Phương pháp khun tròn mơi trường đàn hồi 57 Hình 2.12 Sơ đồ tính phương pháp thay 61 Hình 2.13 Sơ đồ tính theo phương pháp dọc trục ống 63 Hình 2.14 Cấu tạo vỏ ống vật liệu thép 68 Hình 2.15 Quy trình hàn nối đốt ống với 68 Hình 3.1 Mặt tuyến ống cấp nước dự án Tuyến ống cấp nước dài 21 km, từ cọc 327 “Cổng Viện 70 Phim” đến cọc 750 “Cầu chui dân sinh Km + 656” Hình 3.2 Sơ đồ tồn tuyến ống cấp nước 72 Hình 3.3 Mặt định vị hố khoan 74 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Thơng số kích thước đầu khiên đốt chứa hệ thống bôi trơn Các thành phần lực xuất trình kích đẩy Mơ hình tải trọng đất với đất kết dính kèm theo Terzaghi 76 81 82 Hình 3.7 Mặt cơng trình xuất (giếng kích) 87 Hình 3.8 Mặt cơng trình nhận (giếng nhận) 89 Mặt bố trí hệ thống chống cơng trình xuất Mặt bố trí hệ thống chống cơng trình Hình 3.10 nhận Hình 3.9 Hình 3.11 Bố tri hố thu nước cơng trình xuất phát 96 97 98 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, trình thị hố bùng nổ Việt Nam, mật độ dân cư tập trung đô thị ngày cao, đô thị lớn Hà Nội, Hải Phòng TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng việc xây dựng hệ thống hỗ trợ cho đời sống đô thị như: đường ống cấp nước, đường ống thoát nước, đường ống cấp gas, cấp điện hệ thống hạ tầng kỹ thuật khác trọng đầu tư Các dự án hầu hết thi cơng phương pháp đào mở, hình thức đơn giản, chi phí thấp lại có hạn chế lớn khó quản lý việc thi công kéo dài, phù hợp cho việc thi công độ sâu ngắn, nằm gần mặt đất Chưa kể ảnh hưởng đến giao thơng sau hồn thiện cơng trình, để bề mặt đường lồi lõm, chắp vá, làm mỹ quan đô thị Ở nhiều nước giới nghiên cứu ứng dụng thành cơng cơng nghệ thi cơng mới, phải kể đến cơng nghệ kích đẩy ống ngầm (Pipe jackinh) Phương pháp đặc biệt gia trị với thành phố có mật độ giao thơng lớn số đô thị Việt Nam như: Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, thi cơng ngầm giao thơng bên mặt đất lưu thơng bình thường nên không gây ùn tắc giao thông, không chiếm dụng mặt đường phương pháp đào mở thông thường Đồng thời, đặc biệt hữu dụng với đường ống ngầm qua sông hay trường hợp đào mở từ mặt đất đoạn đường vướng hệ thống hạ tầng kỹ thuật Hay trường hợp cống ngầm qua khu thị, tòa nhà cao ốc với độ sâu định, nơi giao thơng diễn bình thường phương pháp kích ống ngầm lựa chọn tối ưu Bước đầu, công nghệ ứng dụng Tp Hồ Chí Minh như: Dự án cải thiện mơi trường nước TP Hồ Chí Minh gói thầu C (năm 2008), đường kính 1.200mm, dài 100m; Dự án vệ sinh mơi trường TP Hồ Chí Minh (Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè) – gói thầu 7B: Kích đoạn cống bao lại băng sơng Sài Gòn (năm 2010), đường kính 3.000mm, dài 227m; Dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngồi: Khoan kích ống ngầm đường kính D1500 băng đường sắt (năm 2013); Lắp đặt đường cống D1500 băng ngang Quốc lộ 1A – TP Hồ Chí Minh (năm 2013) đường kính 1.500mm, dài 131m Tuy nhiên, việc chưa bắt toàn cơng nghệ thi cơng tính tốn, khảo sát gây số cố trình thực dự án Để nắm bắt hội phát triển cơng nghệ kích ống ngầm, áp dụng cách có hiệu xây dựng cơng trình ngầm Việt Nam, tránh sai sót dự án trước nên việc nghiên cứu công nghệ cần thiết Việc nghiên cứu kinh nghiệm nước để đề xuất áp dụng điều kiện Việt Nam với mong muốn khắc phục hạn chế phương pháp thời vấn đề cấp thiết Do đó, luận văn tơi tìm hiểu “Giải pháp thi công đường đường ống cấp nước phương pháp kích đẩy” tính tốn kết cấu đường ống có xét đến tương tác kết cấu với môi trường đất đá xung quanh tác dụng tải trọng hai giai đoạn thi công sử dụng Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu đề tài tìm hiểu cơng nghệ kích đẩy đường ống cấp nước Từ đó, xem xét cách tính tốn kết cấu đường ống điều kiện thi công Mục đích nghiên cứu: áp dụng cơng nghệ kích đẩy cho cơng tác thiết kế, tính tốn thi cơng lắp đặt đường ống cấp nước đô thị Việt Nam Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Cơng nghệ kích đẩy đường ống cấp nước Phạm vi nghiên cứu: Đường ống cấp nước cho đô thị Việt Nam Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp phân tích tư hệ thống 3 Thu thập, sưu tầm tư liệu: tìm hiểu tài liệu cơng nghệ thi cơng xây dựng, cách tính tốn kết cấu đường ống cấp nước phương pháp kích đẩy tài liệu địa hình, địa chất cơng trình số thị Việt Nam Phân tích tư liệu: dựa vào tài liệu có để đánh giá phù hợp công nghệ thi công xây dựng đường ống cấp nước phương pháp kích đẩy với địa hình, địa chất số thị Từ đó, áp dụng cách tính tốn cho cơng trình cụ thể Tóm tắt khoa học: đề xuất, kiến nghị áp dụng phương pháp kích đẩy xây dựng đường ống cấp nước đô thị Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Góp phần làm rõ công nghệ thi công phương pháp kích đẩy, khả áp dụng, phương pháp tính tốn kết cấu đường ống cấp nước sử dụng theo phương pháp nói riêng việc phát triển ứng dụng phương pháp kích đẩy nói chung Gói phần hạn chế rủi ro, cố công tác xây dựng đường ống cấp nước áp dụng đô thị Việt Nam Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương: Chương I: Tổng quan phương pháp thi công đường ống cấp nước cho đô thị Việt Nam Chương II: Cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu ống phương pháp kích đẩy Chương III: Áp dụng phương pháp kích đẩy để thi công đường ống cấp nước Sông Đà giai đoạn II, từ cọc A23 đến cọc A30 khu vực nút giao Hòa Lạc THƠNG 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 100 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Với phân tích ưu – nhược điểm, phù hợp phương pháp kích đẩy với điều kiện địa chất, thủy văn điều kiện thi công cho thấy phương pháp kích đẩy hướng hồn tồn áp dụng tốt thi công xây dựng hệ thống đường ống hạ tầng kỹ thuật nói chung đường ống cấp nước nói riêng đô thị lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, mang lại hiệu kinh tế, khơng làm gián đoạn hoạt động bình thường mặt đất, giảm thiếu rủi ro xây dựng sử dụng; - Qua phân tích kết cấu đường ống thi cơng phương pháp kích đẩy thấy Việt Nam hồn tồn làm chủ cơng nghệ sản xuất thi công đường ống phương pháp này; - Đối với hệ thống đường ống kỹ thuật với độ sâu chôn ống thấp, hoạt tải giao thông mặt đất có ảnh hưởng đến kết cấu ống Đặc biệt đô thị lớn Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, , việc đa dạng loại hình phương tiện giao thơng mật độ giao thơng lớn có ảnh hưởng lớn đến đường ống Lựa chọn hoạt tải thích hợp phân tích làm việc đường ống gần so với thực tế cho phương án kinh tế hơn; Đề xuất, kiến nghị - Để bắt hội phát triển công nghệ này, nhà chuyên môn người trực tiếp thiết kế, thi công cần phải có nghiên cứu chuyên sâu hơn, đúc rút kinh nghiệm rút từ dự án trước Từ giảm thiểu cố khơng đáng có cho cơng trình; - Trong phạm vi luận văn chưa đề cập hết cố gặp phải q trình tính tốn thi cơng đường ống cấp nước phương pháp kích đẩy cách xử lý cố sảy kể đến như: đất phía trước gương đào đất yếu, địa chất có tính khác thường, đường ống 101 bị lệch so với thiết kế, gặp chướng ngại vật, Ngồi ra, thơng số tính tốn đưa vào luận văn mang tính đơn giản hoạt tải giao thông chưa kể đến hệ số lần, chưa kể đến trường hợp tải trọng động đất, từ biến Vì vậy, tác giả mong muốn có thêm nhiều nghiên cứu bổ sung cho thiếu sót luận văn này; Hướng nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp thi công kích đẩy đến cơng trình bề mặt, cơng trình lân cận điều kiện thi cơng địa chất khác - Nghiên cứu áp dụng phương pháp kích đẩy để thi cơng hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm khác đô thị lớn nước ta; ... nước đô thị Việt Nam Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Cơng nghệ kích đẩy đường ống cấp nước Phạm vi nghiên cứu: Đường ống cấp nước cho đô thị Việt Nam Phương pháp nghiên. .. pháp thi công đường ống cấp nước cho đô thị Việt Nam Chương II: Cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu ống phương pháp kích đẩy Chương III: Áp dụng phương pháp kích đẩy để thi cơng đường ống cấp nước Sông... HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN VĂN CƯỜNG KHÓA 2016-2018 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KÍCH ĐẨY ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC CHO CÁC ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã