Công trình hầm giao thông

Giáo Sư Đỗ Như Tráng là một trong những giáo sư hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực xây dựng hầm giao thông . Thành thạo nhiều ngôn ngữ. Tham gia nhiều các công trinh hầm lớn của Việt Nam . Sách hầm giao tông cung cấp những kiến thức tốt nhất cần thiết cho một kĩ sư xây dựng trong lĩnh vực hầm giao thông.

Trang 1

Trang 2

Chương Mở đầu

1.1 Định nghĩa

Hầm là công trình nhân tạo nằm trong lòng đất có một hoặc cả hai đầu nối thông với mặt đất dùng vào mục đích giao thông, dẫn nước hoặc bố trí các hệ thống kỹ thuật khác… Hầm có thể nằm ngang hoặc nghiêng, trường hợp công trình bố trí theo phương thẳng đứng thì gọi là giếng Ngày nay hầm được sử dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân đặc biệt là ở các nước phát triển Đa số các công trình hầm, đặc biệt là hầm lớn là dùng vào mục đích giao thông như hầm đường sắt, hầm đường bộ, đường thủy Một số công trình loại này được sử dụng hỗn hợp cho đường sắt và ôtô Các công trình hầm cũng là những hạng mục phổ biến trong việc xây dựng các công trình thủy lợi đầu mối như các trạm thủy điện, công trình trị thủy… Trong xây dựng và phát triển các thành phố, đặc biệt là các thành phố hiện đại, hầm được sử dụng rộng rãi để bố trí các mạng lưới giao thông, để làm các kho tàng, bể chứa, gara, bãi chứa xe và các mục đích đặc biệt khác

Theo công dụng và những đặc biệt về kết cấu hầm được chia thành các nhóm và các loại sau:

Bảng 1.1

STT Đặc điểm công trình Phân loại

1 Hầm trên đường giao

- Hầm trong các trạm thủy điện, thủy tích điện

- Hầm thủy nông: hầm dẫn nước tưới tiêu, cải tạo đất

- Hầm trên các đường cấp thoát nước

5 Hầm có ý nghĩa đặc biệt - Hầm dùng cho mục đích quân sự: hầm phòng tránh, hầm

chiến lược, hầm chứa máy bay, tàu thuyền…

Trang 3

1.2.Phân loại hầm theo phương pháp thi công

Có rất nhiều phương pháp thi công hầm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều sâu đặt hầm, điều kiện địa chất thủy văn của tuyến, các yếu tố kinh tế, lịch sử và công nghệ

Có thể phân loại theo các cách như sau:

Theo cách bảo tồn tầng phủ bên trên: đào lộ thiên và đào kín

Thi công hầm bằng phương pháp lộ thiên (phương pháp đào hở)

Phương pháp lộ thiên (phương pháp đào trần) thường áp dụng cho các hầm đặt nông, có mặt bằng đủ rộng cho phép triển khai các công tác trên mặt đất Tùy thuộc vào đặc điểm công trình, các điều kiện địa chất thủy văn mà ta có thể áp dụng các phương pháp cụ thể khác nhau như: phương pháp đào hố móng, phương pháp dùng vì chống di động, đào hoặc hạ giếng, phương pháp tường trong đất Tuy nhiên, quá trình xây dựng thường bao gồm các bước chính như sau:

- Đào và chống vách

- Lắp ghép các cấu kiện hoặc đổ bê tông vỏ hầm toàn khối, lắp đặt các lớp phòng nước (nếu có)

- Lấp và lèn đất đá bên trên và xung quanh công trình, hoàn thiện

Một trong những phương pháp thi công hầm vượt chướng ngại nước lộ thiên là việc thi công theo công nghệ hầm dìm

Thi công hầm bằng phương pháp đào kín (đào ngầm)

Trang 4

Công trình hầm giao thông Khi thi công hầm bằng phương pháp đào kín, tùy thuộc vào đặc điểm công trình những điều kiện địa chất thủy văn mà ta có thể áp dụng một trong các phương pháp sau: phương pháp khoan

nổ truyền thống, phương pháp khiên đào, phương pháp khoan đào, phương pháp kích đẩy, các phương pháp đặc biệt (phương pháp giếng chìm hơi ép, phương pháp làm lạnh, phương pháp phun vữa, phương pháp nổ ép…)

Thi công hầm theo phương pháp mỏ

Phương pháp này có thể gọi bằng nhiều tên gọi khác nhau như: phương pháp khoan nổ, phương pháp đào mỏ, đào moi, đào chui, được áp dụng khi xây dựng những đường hầm có tiết diện ngang dạng bất kỳ, trong hầu hết các điều kiện địa chất thủy văn

Quá trình xây dựng đường hầm và các biện pháp kỹ thuật gần giống như quá trình đào hầm lò khai thác mỏ và khoáng sản, thường đào hang dẫn, đào mở rộng, chống đỡ vách hang, đổ vỏ hầm, lắp đặt thiết bị và hoàn thiện Đây là phương pháp thi công đường hầm chính không chỉ ở nước ta mà còn trên toàn thế giới

Phương pháp đào mỏ bao gồm việc đào hang trên toàn bộ tiết diện hoặc từng bộ phận cùng với việc thay thế phần đất đá đào đi bằng các vì chống tạm Khi đào toàn bộ tiết diện thì thường xây

vỏ hầm bằng bê tông toàn khối đổ tại chỗ hoặc lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn Khi đào hang từng bộ phận thì đầu tiên đào một hay nhiều hang có tiết diện nhỏ vượt trước (hang dẫn) rồi từ

đó tiến hành mở rộng tới đường biên thiết kế của công trình Trong trường hợp này Công tác đào hang tiến hành song song với với việc xây dựng vỏ hầm Để vỏ hầm tiếp xúc với đất đá, người ta tiến hành ép vữa xi măng vào sau vỏ hầm

Người ta thường áp dụng một số phương pháp thi công như sau:

Phương pháp vòm tựa: đào đất đá và đổ bê tông vỏ tiến hành theo từng phần với trình tự từ trên vòm xuống

Phương pháp đào mở rộng toàn bộ gương (đào một lần toàn bộ gương): đào và thu dọn đất đá thực hiện từ trên xuống còn đổ vỏ hầm từ dưới lên

Phương pháp nhân đỡ và đào đất đá theo chu vi

Thi công hầm theo phương pháp khiên đào

Phương pháp này được áp dụng trong những điều kiện địa chất thủy văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi Phương pháp này thực chất có thể xem là phương pháp đào hầm có sử dụng vỏ chống cơ giới và di động - gọi là khiên đào, là máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào, bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ

Trang 5

Thi công hầm theo phương pháp NATM

Quan điểm thiết kế và thi công hầm theo các phương pháp thi công truyền thống là coi đất đá xung quanh gây ra áp lực tác dụng lên vỏ hầm Vỏ hầm khi đó là kết cấu chịu lực chính Vì vậy

mà sau khi khai đào xong, cần nhanh chóng xây dựng kết cấu chống đỡ và vỏ hầm để chịu sự tác động của đất đá xung quanh

NATM là phương pháp thi công hầm bao gồm các biện pháp mà việc hình thành đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống Do đó, việc liên kết này tự bản thân nó sẽ trở thành một phần của kết cấu chống đỡ Khi đào hầm, sự cân bằng hiện có nguyên thủy của các lực trong khối đá sẽ chuyển sang tình trạng cân bằng mới, thứ cấp và cũng ổn định Điều này chỉ

có thể đạt được thông qua sự kế tiếp của các giai đoạn trước mặt cùng với tiến trình phân bổ lại các ứng suất đa dạng Mục đích của NATM là kiểm soát được tiến trình chuyển đổi này trong khi vẫn cân nhắc về mặt kinh tế và vẫn an toàn Đây là phương pháp thi công hầm mới và đã được áp dụng thành công ở hầm đường bộ Hải Vân và hầm Đèo Ngang ở nước ta

Phương pháp này thường áp dụng trong điều kiện đất đá tốt Khi đất đá yếu, rời rạc vẫn có thể

áp dụng NATM nhưng chi phí tốn kém hơn do phải dùng các phương pháp phụ trợ

Đối với các công trình hầm qua núi, phương pháp khoan nổ truyền thống (phương pháp mỏ) ngày nay đã dần được thay thế bằng phương pháp thi công mới tiên tiến hiện đại hơn đó là phương pháp thi công hầm mới của Áo (NATM)

Thi công hầm theo phương pháp kích đẩy

Phương pháp kích đẩy là một kỹ thuật đào hầm được sử dụng cho các công trình ngầm là đường ống kỹ thuật, thi công bằng cách đẩy các đoạn ống có chiều dài nhất định Phương pháp này sử dụng chủ yếu cho các đường hầm có đường kính nhỏ đặt ở chiều sâu không lớn lắm và xây dựng tại những nơi mà phương pháp đào hở không thích hợp Phương pháp kích đẩy về bản chất đó là phương pháp hạ giếng ngang Bản chất của phương pháp là vì chống tubin kín được lắp đặt

Trang 6

Công trình hầm giao thông vòng nọ tiếp vòng kia trong khoang chuyên dùng cách xa gương hầm Cùng trong khoang đó kích ép vì chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát vì chống với khối đất, không gian phái sau được bơm vữa sét

Phương pháp xuyên cũng được sử dụng như một phương pháp kích đẩy Tuy nhiên, trong phương pháp này khối đất nằm trong ống xuyên không lấy ra mà bị ép sang hai bên Qua thực tế thấy rằng khi tiết diện nhỏ có thể áp dụng phương pháp xuyên

Thi công hầm theo các phương pháp đặc biệt

Hiện nay khi mà mật độ công trình trong các thành phố lớn là rất đông đúc, các phương pháp thi công hầm lộ thiên trở nên rất khó khăn và không hiệu quả mà ngược lại các phương pháp đào kín lại phát huy được hiệu quả rõ rệt Đặc biệt là các phương pháp khiên đào hay các phương pháp đặc biệt đang được nghiên cứu áp dụng mạnh mẽ Trong đó phương pháp làm lạnh, phương pháp nổ ép… đang được áp dụng thử nghiệm

Phương pháp giếng chìm hơi ép được sử dụng khi xây dựng móng sâu dưới thiết bị nặng và trụ cầu, khi mở giếng mỏ, đào hầm ngang Điểm đặc biệt của phương pháp là làm kín một phần diện tích nào đó lân cận gương hầm của hầm đào và tạo nên trong đó áp lực khí nén bằng áp lực nước ngầm và ngăn cản nước ngập vào gương hầm, xói mòn đất và cát chảy Tất cả các thao tác

mở hầm được thực hiện trong khoang giếng chìm có áp lực cao, không thích hợp cho sức khỏe công nhân nên rất ít được áp dụng

Phương pháp làm lạnh đất được sử dụng khi đào hầm, hạ giếng, mở lò đứng và tuy nen trong đất cát chảy lo nước Ưu điểm cua nó là loại trừ được toàn bộ dòng chảy và nguy cơ cát chảy Tuy nhiên, nhược điểm của nó là khó khăn trong việc đào đất đông lạnh, giá thành đông lạnh cao, nhiệt độ âm trong gương hầm Công tác đào đất trong đất đóng băng được tiến hành bằng phương pháp khoan nổ thông thường

Phương pháp phun vữa cũng là một phương pháp đặt biệt được áp dụng để xử lý tính chất của đất trong quá trình thi công hầm Vữa dùng để bơm có thể là vữa xi măng, vữa sét, bi tum, hoặc nhựa tổng hợp để loại trừ tính thấm nước vào đất đá Xi măng hóa là biện pháp phun vữa phổ biến nhất, nó phun hiệu quả cho khoáng chất đá nứt nẻ sỏi cuội không lẫn sét Bơm vữa xi măng vào đất qua các lỗ khoan phun xi măng có trang bị thiết bị bơm, khoảng cách giữa các lỗ khoan

tum hóa lỏng được sử dụng trong các khoáng chất nứt nẻ khi tồn tại nước hoạt tính Ngày nay các loại nhựa hỗn hợp cũng được sử dụng để phun phổ biến vào các khối đất có các đặc tính khác nhau

Trang 7

GS.TS Đỗ Như Tráng Hà Nội 1-2016 7

Phương pháp nổ ép thướng áp dụng để xây dựng những công trình hầm có khẩu độ nhỏ (l<2,5m) trong đất đá dính như: đất sét, á sét… Bản chất của phương pháp là khoan các lỗ khoan trong đất và đặt vào trong đó các lượng nổ, nút chặt và nổ Sau khi nổ đất đá bị ép lại tạo thành những khoang sử dụng làm công trình hầm Sau khi nổ đất đá sinh ra các loại hơi độc trong một thời gian Do đó, cần có biện pháp thông gió trong toàn bộ quá trình thi công

Phương pháp đào hở:

Phương pháp đào ngầm:

Trang 8

1.3 Lịch sử xây dựng hầm trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới

Nguồn gốc của việc xây dựng hầm đầu tiên phải kể đến việc tạo nên những hang ngầm từ thời

cổ xưa Từ lâu, trước công nguyên ở Babilon, Ai Cập, Hy Lạp và La Mã công tác xây dựng ngầm được tiến hành để khai thác khoáng sản, xây dựng các lăng mộ, nhà thờ… sau đó là để cấp nước và giao thông Đáng kể hơn là những hầm do người cổ La Mã xây dựng vào mục đích cấp, thoát nước và giao thông, một số còn giữ nguyên cho đến ngày nay

Hầm đường sắt Mont Cénis Tunnel qua dãy núi Apls của Pháp có lẽ là hầm đầu tiên được xây dựng bằng phương pháp khí nén

Việc phát triển của xây dựng hầm gắn liền với việc phát triển của công cụ và phương tiện sản xuất Trình độ của kỹ thuật xây dựng hầm tương ứng với trình độ phát triển của sức sản xuất Tất cả các hầm cổ đều xây dựng trong đá cứng không cần xây vỏ, tuy nhiên hang đã có dạng vòm giống như các hang động tự nhiên Việc thi công dựa vào sức lao động của nô lệ nhờ các công cụ thô sơ như choòng, xà beng, cũng như phương pháp nhiệt: đầu tiên đốt nóng gương rồi sau làm lạnh bằng nước Sau khi đế quốc La Mã sụp đổ, xây dựng ngầm cũng như các hoạt động khác của loài người đi vào thời kỳ suy thoái kéo dài Trong thời kỳ này công tác xây dựng ngầm chủ yếu dành cho mục đích chiến tranh

Vào cuối thời kỳ trung cổ do việc mở rộng quan hệ giữa các dân tộc cũng như việc rút ngắn con đường buôn bán người ta đã xây dựng các hầm đường thủy nối các đường giao thông thủy đang ngăn cách nhau bởi các dãy núi bằng việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá Hầm đường thủy đầu tiên dài gần 160m đã xây dựng ở Pháp trên kênh Langedok năm 1679-1681

Việc xuất hiện đường sắt là nguyên nhân thúc đẩy sự nghiệp phát triển hầm sau này Hầm đường sắt đầu tiên dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từ Liverpool đến Manchester Anh Cũng trong thời kỳ này, hầm đường sắt được xây dựng ở Pháp và các nước Châu Âu khác

Trang 9

Mặc dù việc xây dựng hầm đã phát triển nhưng chiều dài những hầm xây dựng bằng khoan tay

và thuốc nổ đen đã không vượt quá 3,5Km Trình độ kỹ thuật hạn chế việc xây dựng các hầm dài

Việc tìm ra thuốc nổ Pirocxilin (1845) và Đinamit (1866) cùng với việc áp dụng thành công máy khoan đập xoay vào công việc mỏ đã tạo nên bước ngoặt trong xây dựng hầm và tạo nên khả năng giải quyết những nhiệm vụ khó khăn nhất trong sự nghiệp xây dựng hầm như xây dựng những hầm xuyên dãy Anper nối Pháp, Ý và Thụy Sỹ Vào những năm 1857-1871 đã xây dựng hầm Mont - Cenis dài 12,85Km nối Pháp với Ý có độ chênh cao giữa hai cửa hầm là 132,28m- đây có lẽ là hầm đầu tiên trên thế giới sử dung phương pháp đào bằng khí nén Hầm Sin - Goithord dài 14,98Km nối Thụy Sỹ với Ý xây dựng vào năm 1872-1882 Trước chiến tranh thế giới lần thứ I, đã xây dựng tất cả 26 hầm có chiều dài lớn hơn 5Km, trong đó có hai hầm dài nhất thế giới: hầm Sinplon dài 19,78Km nối Ý và Thụy Sỹ Hầm Sinplon I xây dựng năm 1898-

1906, hầm Sinplon II xây dựng đến năm 1921

Vật liệu chủ yếu để xây dựng vỏ hầm là đá hộc xây vữa vôi hoặc vữa xi măng Vào những năm

1889, lần đàu tiên sử dụng bê tông làm vỏ hầm Nhưng cho đến một phần tư cuối thế kỷ XX bê tông mới trở thành vật liệu chủ yếu trong xây dựng hầm

Sau chiến tranh thế giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm bởi vì đến thời kỳ này hầu như mạng lưới đường sắt đã hoàn thiện ở các nước Châu Âu Trong số những hầm xây dựng thời kỳ này có hầm Apenhin B trên tuyến Phlorece đi Bolona (1920-1931) Đây là hầm đường sắt tuyến đôi dài nhất thế giới, có một ga ở giữa Cũng thời kỳ này (1927) đã kết thúc việc xây dựng hầm đường thủy Rove dài 7,12Km trên tuyến Marcei - Ron ở Pháp có tiết diện ngang lớn nhất thế giới 24,5x17,1m

Cùng với hầm xuyên núi, hầm dưới nước cũng được xây dựng Lúc đầu là cho hầm đường sắt và sau chiến tranh thế giới cho hầm trên đường ôtô Hầu hết những hầm dưới nước đều được xây dựng bằng phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ ghép từ các mảnh chế sẵn bằng gang gọi là “vì chu bin” Khiên hầm được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1825, do Brunel đề nghị

để xây dựng hầm qua sông Thames (Anh) Tuy nhiên khiên hầm chỉ được thừa nhận sau khi Barlau và Greathead hoàn thiện và cải tiến năm 1869 Chỉ riêng ở Newyork có 19 hầm lớn dưới nước, trong đó đáng kể nhất là hầm Lincon dưới sông Gudon đào bằng phương pháp khiên đào trong bùn với tốc độ kỷ lục 13,5m hầm trong một ngày đêm Hầm dưới nước dài nhất thế giới trước đây là hầm đường sắt tuyến đơn dưới vịnh Simonosec ở Nhật Bản dài 6,33Km năm 1936-

1941 Hầm dưới nước có tiết diện ngang lớn nhất là hầm Mersey ở Anh xây dựng trong đá bằng bán khiên không sử dụng khí nén (đường kính ngoài 14,1m) Trong những năm gần đây đã xây dựng hầm dưới nước kỷ lục như hầm qua vịnh Sugar ở Nhật dài 36,2Km, hầm qua biển Manche nối Anh với Pháp dài gần 40Km

Trang 10

Công trình hầm giao thông Một phương pháp được sử dụng rộng rãi cùng với phương pháp khiên đào để thi công những hầm dưới nước là phương pháp hạ đoạn dầm đúc sẵn từ trên bờ vào hào dưới nước rồi lấp đất trở lại Hầm giao thông sử dụng hỗn hợp dưới sông Maac ở Hà Lan xây dựng năm 1938-1942 Hầm cho người đi bộ Antwept của Bỉ là được xây dựng vào năm 1931 có chiều dài 572m được đào dưới lòng sông với độ sâu 31m, đường kính ngoài 4,74m, đường ng kính bên trong: 4.30 m, sàn lối đi: 31,57 m

Tuyến đường xe điện ngầm ở Luân Đôn vận hành năm 1863 là các tuyến xe điện ngầm đầu tiên trên thế giới và nó cũng mở đầu thời kỳ xây dựng các hệ thống xe điện ngầm ở các thành phố lớn trên thế giới Đến nay thế giới đã đưa vào vận hành trên hê thống xe điện ngầm ở trên 30 nước và cũng đang thiết kế, thi công hơn 30 hệ thống khác Một số hệ thống xe điện ngầm điển hình: Newyork (392,2Km-474 ga), London (387,9Km-247 ga), Paris (294,7Km-423 ga), Tokyo (197Km-192 ga), Moscow (217Km-134 ga)… (đây là số liệu tính đến năm 1988)

Đường hầm qua eo biển Manche nối Anh và Pháp được hoàn thành vào năm 1994 là hầm đường sắt dài thứ hai trên thế giới (sau hầm đường sắt Seikan của Nhật Bản) nhưng có chiều dài dưới biển 50,45km (so với 23,3 km của Seikan) Mười một khên đào đã làm việc từ cả hai phía

Eo biển (5 máy đào từ phía bờ nước Pháp, 6 máy đào từ phía bờ nước Anh), cắt xuyên qua lớp

đá phấn marl để xây dựng hai đường hầm đường sắt và một đường hầm dịch vụ Các ga đầu cuối của tàu hoả nằm tại Cheriton (một phần của Folkestone) và Coquelles, và được nối với các tuyến đường bộ của Anh và Pháp Đây là một đường hầm có chi phí đắt nhất với dự toán tăng lên 80% so với dự tính

Năm 1996, Hội Kỹ sư Dân dụng Mỹ, với Popular Mechanics, đã lựa chọn đường hầm là một

trong Bảy Kỳ quan của Thế giới Hiện đại

Từ những năm cuối của thế kỷ này hầm thủy lợi được phát triển với quy mô lớn, đặc biệt là hầm thủy điện Cho đến nay trên thế giới có trên 350 nhà máy thủy điện và thủy tích điện ngầm với công suất trên 40 triệu KW Những công trình ngầm loại này thường đạt những con số kỷ lục về

độ lớn của tiết diện và chiều dài Ở Liên xô trước đây các gian máy thường có tiết diện ngang từ 200-500m2, chiều dài từ 40 đến hơn 200m, chiều cao trên 40m Ở Mỹ gian máy Bauderi dài 146m, rộng 23m, cao 58m…

Lịch sử xây dựng hầm ở Việt Nam

Trước chiến tranh thế giới lần thứ I (1914-1917) không một công trình hầm giao thông nào được xây dựng Từ năm 1926-1936 đã xây dựng 27 hầm đường sắt với tổng chiều dài 8,4Km theo tiêu chuẩn thiết kế của Pháp Trong suốt cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước, từ khoảng năm 1967-

1970 đã xây dựng khoảng 12 hầm đường sắt với tổng chiều dài là 3,1Km Bên cạnh đó rất nhiều

Trang 11

Cụng trỡnh hầm giao thụng

GS.TS Đỗ Như Trỏng Hà Nội 1-2016 11

cụng trỡnh hầm với mục đớch quõn sự cũng được xõy dựng trong thời kỳ chiến tranh Như vậy,

cú tất cả khoảng 39 tuyến hầm đường sắt đó được xõy dựng với tổng chiều dài 11,5Km Hầm dài nhất là hầm Babonneau 1,2Km, hầm ngắn nhất là hầm ở Phỳ Yờn dài 60,5m

Những hầm đường sắt được xõy dựng ở nước ta thời kỳ này đều thi cụng thủ cụng, chất lượng vật liệu và thi cụng khụng cao và sau thời gian dài khai thỏc khụng cú duy tu bảo dưỡng, sửa chữa theo đỳng “Quy trỡnh khai thỏc hầm giao thụng” nờn chất lượng đến nay cũn rất thấp, cú nguy cơ ảnh hưởng đến chế độ chạy tàu

Hiện nay dự ỏn duy tu bảo dưỡng sửa chữa cỏc cụng trỡnh hầm trờn tuyến đường sắt Bắc - Nam đang được triển khai rất tớch cực bằng nguồn vốn vay của Chớnh phủ Nhật Bản (JBIC) Nhiều tuyến hầm mới cũng được lập dự ỏn và triển khai thi cụng trong thời gian sớm nhất để đảm bảo

an toàn, nõng cao chất lượng cho tuyến đường sắt quốc gia

Hầm đường bộ cũng mới chỉ xõy dựng được 4 hầm trong khoảng thời gian từ 1995-2004 trờn quốc lộ 1A và đường Hồ Chớ Minh Hầm Dốc Xõy (1995-1997), hầm Đốo Ngang (2003-2004) trờn quốc lộ 1A Hầm A Roàng 1 (2002-2003), A Roàng 2 trờn đường Hồ Chớ Minh Hầm đường bộ Hải Võn (2000-2005) hiện đang là hầm đường bộ lớn nhất Đụng Nam Á, hầm Đốo Ngang, dự ỏn hầm Đốo Cả cũng đang được nghiờn cứu triển khai thi cụng

Hầm trong cỏc cụng trỡnh thủy điện cũng đó được xõy dựng ở Việt Nam như: thủy điện Hũa Bỡnh, Yaly, Đại Ninh… cỏc cụng trỡnh này thường cú đặc thự tiết diện ngang lớn

Hiện nay, hệ thống hầm cho người đi bộ cũng đó được triển khai thi cụng tại một số nỳt giao thụng lớn trong thành phố Hồ Chớ Minh, Hà Nội như Kim Liờn, Ngó Tư Sở, Ngó Tư Vọng, cỏc hầm cho người đi bộ trờn đường vành đai 3…

Hệ thống cỏc đường hầm nội đụ, mờ trụ trong thành phố cũng đang được nghiờn cứu triển khai

ỏp dụng tại Hà Nội cũng như thành phố Hồ Chớ Minh như là Bến Thành - Suối Tiờn, Bến Thành

- Bến xe miền tõy, Nhổn - Lờ Duẩn, Hà Đụng - Lờ Duẩn Như vậy trong tương lai khụng xa, hệ thống cỏc đường hầm nội đụ, khụng gian ngầm, mờ trụ sẽ rất phỏt triển tại cỏc thành phố lớn ở nước ta

1.4 Đặc điểm của công tác thi công trong đ-ờng hầm và các yêu cầu kỹ thuật

1.4.1 Đặc điểm:

a)Thi công công trình ngầm tiến hành trong điều kiện khác hẳn so với những công trình trên mặt

đất: diện tác nghiệp hẹp, triển khai các công việc khó khăn, tuyến thi công công trình kéo dài, việc liên hệ giữa mặt bằng xây dựng bên ngoài và các khu vực thi công bên trong công trình ngầm rất phức tạp Trong suốt quá trình thi công phải sử dụng ánh sáng, thông gió nhân tạo ,

đồng thời phải tiến hành các biện pháp nhằm đảm bảo sức khoẻ con ng-ời và an toàn lao động nh-: giảm nhiệt độ, khử bụi và khí độc v.v

Trang 12

Cụng trỡnh hầm giao thụng b) Điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn đa dạng và phức tạp cho nên xây dựng công trình ngầm th-ờng không theo thiết kế mẫu mà tiến hành cho từng công trình riêng Hơn nữa vì số liệu điều tra, khảo sát không đầy đủ và hoàn chỉnh nh- các công trình xây dựng trên mặt đất do đó cần

đ-ợc bổ xung kịp thời trong quá trình đào và có dự kiến khắc phục những khó khăn có thể xảy ra trong thi công

c) Khối l-ợng đất đá,vật liệu cần vận chuyển lớn đòi hỏi phải có biện pháp hợp lý để đảm bảo kế hoạch thi công

d) Tất cả các ph-ơng pháp thi công công trình ngầm đều có đặc điểm chung là phải đồng thời tiến hành nhiều công việc khác nhau (đào, chống tạm, bốc dỡ, vận chuyển, thi công vỏ v.v ),tất cả các công việc đó liên hệ rất chặt chẽ với nhau trong quá trình thi công

1.4.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với thi công công trình ngầm:

Khi lập thiết kế tổ chức và thiết kế thi công cần phải tuân theo những nguyên tắc và yêu cầu sau đây :

-Đảm bảo thời hạn và tìm mọi biện pháp tăng tốc độ thi công

-Cơ giới hoá cao nhất và tiến tới tự động hoá các quá trình thi công

-áp dụng các ph-ơng pháp và kỹ thuật thi công tiên tiến

-áp dụng tối đa các cấu kiện, chi tiết lắp ghép đ-ợc chế tạo sẵn trong nhà máy

đú

Hầm giao thụng:

Trang 13

Một số ví dụ về các yêu cầu kỹ thuật cho tuyến thuộc các dự án hầm xuyên núi Hải Vân, Đèo

Cả như sau:

Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu:

 Quy trình qui pha ̣m thiết kế: Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc TCVN 5729-1997; Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

 Tốc đô ̣ thiết kế: 80km/h

 Bán kính cong nằm tối thiểu Rmin=500m

 Bán kính đường cong nằm Rmin: 250m

 Đô ̣ dốc do ̣c Imax: 4%

 Qui mô cầu: Thiết kế vĩnh cữu bằng thép và BTCT DƯL

 Cấp động đất: Cấp 7, thang MSK-64

 Quy mô mă ̣t cắt ngang:

- Bề rô ̣ng nền đường: Bn = 24,0m, bề rô ̣ng mă ̣t đường: Bm =22,5m

- Bề rô ̣ng cầu: B = 24,0m,

- Bề rô ̣ng hầm: bố trí 2 hầm cách nhau 30m, mỗi hầm rô ̣ng 10,9m (cho 2 làn xe 2x3.5m + 2 dải an toàn 0.5m + 1.0m +2 làn công vụ 2x1,8m)

 Phần đặc thù cho hầm:

 Chiều cao tĩnh không hầm là 5m, vỏ hầm bằng BTCT đổ tại chỗ

 Bố trí các hầm ngang cách khoảng 225m cho khách bộ hành và 900m cho phương tiện lưu thông; bố trí các hốc đỗ xe, làn dừng xe khẩn cấp cách nhau 450m; các hốc tường để thiết bị cứu hỏa được trang bị các vòi nước chữa cháy…

 Thông gió trong hầm: Sử dụng hệ thống quạt phản lực và hệ thống lọc bụi tĩnh điện

 Các thiết bị an toàn và vận hành hầm: Hệ thống phân phối và cung cấp điện, hệ thống tín hiệu, biển báo, chiếu sáng, thông gió hầm, mạng điện thoại khẩn cấp, mạng thông tin vô tuyến, CCTV, SCADA, và các thiết bị khác

 Hệ thống phòng cháy chữa cháy: Bồn chứa nước, và các thiết bị liên quan, vòi chữa cháy và đường ống, bình chữa cháy

 Xử lý chất thải: Chất thải được xử lý trước khi đổ ra môi trường

HÇm trong giao th«ng lµ ph-¬ng tiÖn v-ît ch-íng ng¹i trong khi thiÕt kÕ c¸c tuyÕn

Trang 14

Cụng trỡnh hầm giao thụng Các ch-ớng ngại khi đi tuyến th-ờng gồm: ch-ớng ngại cao, ch-ớng ngại bằng:

Ch-ớng ngại cao: đồi núi, đỉnh phân thuỷ , khi vạch tuyến phải đi vòng, kéo dài tuyến kết hợp

đ-ờng đào sâu và dùng hầm;

Khi không áp dụng giải pháp hầm, néu đi vòng, tuyến bị kéo dài và độ dốc tăng (đ-ờng sắt th-ờng làm xấu đi các điều kiện khai thác của tuyến)

Khi kéo dài tuyến kết hợp với đào sâu, chiều dài tuyến có thể ngắn hơn nh-ng th-ờng đòi hỏi độ dốc lớn Phải có các biện pháp bảo vệ những phần tuyến ở trên cao (Đặc biệt ở vùng nhiệt đới có nhiều m-a bão), cần nhiều giải pháp bảo vệ tuyến nh- xây t-ờng chắn, chống sụt lở, đá lăn, đá

đổ và do đó trong nhiều tr-ờng hợp chúng cũng không rẻ

V-ợt ch-ớng ngại bằng hầm cho phép rút ngắn tuyến đáng kể, giảm độ dốc do đó có thể tăng tải trọng tiêu chuẩn và vận tốc xe chạy, cải thiện các điều kiện kỹ thuật cũng nh- các điều kiện khai thác Song đòi hỏi vốn đầu t- lớn, do đó tuyến giao thông cần đ-ợc lựa chọn trên cơ sở so sánh các ph-ơng án theo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật

Các ch-ớng ngại bằng: vùng sụt lở, đất phủ, vùng băng hà ở xứ lạnh ao hồ, sông ngòi eo biển v.v , các điểm đông dân c-, các vùng xây dựng dày đặc Để v-ợt các ch-ớng ngại này cũng có thể sử dụng giải pháp Hầm

Khi v-ợt các ch-ớng ngại n-ớc: có thể ph-ơng án cầu hay hầm; So với P.A cầu, P.A.Hầm có -u

điểm: không phải bố trí khổ thông thuyền, tránh đ-ợc ảnh h-ởng của gió, m-a bão, sóng; chiều dài giao nhau với các ch-ớng ngại đôi khi ngắn hơn, nhất là trong tr-ờng hợp khổ thông thuyền cao, bãi sông rộng Xây dựng đ-ờng dẫn thuận lợi hơn trong tr-ờng hợp giao nhau với điểm dân c- Tuy nhiên nó có các nh-ợc điểm: Thông gió, chiếu sáng, thoát n-ớc nhân tạo, thời hạn thi công kéo dài do diện thi công hẹp, giá thành th-ờng lớn;

Về an toàn trong thi công thì cho tới nay khi kỹ tuật và công nghệ thi công hầm đã có những tiến

bộ đáng kể thì có thể nói là nh- nhau, ph-ơng án hầm lại không bị ảnh h-ởng của thời tiết Lựa chọn ph-ơng án hầm hay ph-ơng án cầu cũng đ-ợc tiến hành trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật với các luận cứ khoa hoc

Trong xây dựng và phát triển các thành phố hiện đại: giao thông, bảo vệ môi tr-ờng sinh thái, vệ sinh thành phố CTN đóng vai trò quan trọng:

Tăng khả năng thông xe nhờ phân luồng bằng cầu v-ợt hay hầm;

Dùng đ-ờng sắt treo chỉ phù hợp trong vùng xây dựng có mật độ th-a- PA Hầm vẫn hợp lý

1.1 Đặc điểm bình đồ và trắc dọc hầm

Hầm là một bộ phận của tuyến đ-ờng sắt hay đ-ơng bộ để mở rộng khả năng vạch tuyến và cải thiện điều kiện khai thác

Trang 15

Bán kính cong trong hầm theo quy phạm th-ờng không nhỏ hơn 600m

Khi có luận chứng kinh tế kỹ thuật phù hợp, trị số bán kính nhỏ nhất có thể lấy bằng 400m Còn trong điều kiện miền núi khó khăn, đ-ợc sự thoả thuận của Bộ chủ quản có thể lấy 250m (cho loại đ-ờng I và II)

Hầm trên đ-ờng cong có những đặc điểm sau:

Phải mở rộng khổ hầm trên đ-ờng cong do đó tăng khối l-ợng đào và xây vỏ, làm phức tạp công tác đo đạc xác định tuyến;

Khi bán kính cong bé ray mòn nhanh và mòn không đều, làm xấu điều kiện thông gió cho hầm

Do những lý do trên hầm xuyên núi cố gắng bố trí trên đ-ờng thẳng, nếu phải cong thì chỉ nên

bố trí đ-ờng cong ở hai phần gần cửa

Trên mặt cắt dọc hầm có thể sử dụng một hay hai h-ớng dốc

Trang 16

Cụng trỡnh hầm giao thụng Trắc dọc một h-ớng dốc sử dụng cho những hầm triển tuyến v-ợt dốc cao (hầm cong ghềnh,

xoắn ốc), hầm mũi cũng nh- hầm ngắn xuyên núi

Ưu điểm của hầm có một mái dốc do có chênh cao giữa hai cửa nên đảm bảo có áp chênh do nhiệt nên thông gió tự nhiên tốt, nhanh chóng thoát n-ớc ra khỏi hầm do có độ dốc lớn nh-ng lại gây khó khăn cho việc thoát n-ớc nếu thi công theo chiều xuống dốc (gió vừa phải không đ-ợc

mạnh quá, ảnh h-ởng tới sức khoẻ của công nhân) Vì vậy hầm một dốc th-ờng sử dụng chủ yếu cho hầm cong v-ợt dốc còn đối với hầm xuyên núi và hầm mũi chỉ sử dụng khi chúng có chiều dài bé, cho phép thi công từ một cửa thấp

Trắc dọc hai h-ớng dốc dùng cho hầm xuyên núi , hầm d-ới n-ớc (qua sông, hồ ) và trắc dọc

của đ-ờng xe điện ngầm

H 1.2 Bố trí h-ớng dóc trong hầm

Trang 17

Hầm hai h-ớng dốc phắc phục đ-ợc nh-ợc điểm kể trên (trừ hầm d-ới n-ớc việc thông gió và thoát n-ớc nhân tạo là bắt buộc), nh-ng việc thông gió tự nhiên là khó khăn vì không có chênh

áp lực do nhiệt

ở những vùng có điều kiện khí hậu khắc nghiệt thì việc xây dựng những hầm một h-ớng dốc với

độ dốc không nhỏ hơn 6%o để thoát nhanh n-ớc thấm vào có ý nghĩa quan trọng

Theo điều kiện thoát n-ớc ở trong hầm độ dốc không nhỏ hơn 3%o, chỉ trong điều kiện hết sức

đặc biệt mới sử dụng i =2%o;

Những đoạn nằm ngang kẹp giữa hai h-ớng dốc của hầm th-ờng dài 200-400m Để thoát n-ớc cho đoạn này phải làm rãnh có chiều sâu thay đổi Hợp lý hơn cả là thay chúng bằng đoạn có hai h-ớng dốc với độ dốc tối thiểu bằng 3%o

Độ dốc tối đa cho phép trong hầm nhỏ hơn độ dốc tối đa của phần tuyến lộ thiên có nghĩa là

trong hầm cần thiết giảm độ dốc vì trong hầm hệ số bám giảm do ẩm -ớt, do có lực cản không khí lớn hơn ở ngoài khi đoàn tầu chuyển động do hiệu ứng piston

Sức cản của không khí phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố (vận tốc chạy tàu, mức độ choán kín hết tiết diện hầm của đoàn tầu trong hầm, sức cản của vỏ hầm đối với không khí v.v ) và th-ờng lấy

từ 0,2 - 1 Kg/Tấn.(Trị số lớn cho hầm tuyến đơn, trị số nhỏ cho hầm tuyến đôi) Khi hầm dài trị

số này càng lớn

Bằng cách so sánh sức kéo với lực bám ở đoạn ngoài hầm và đoạn trong hầm, có thể xác định

đ-ợc độ dốc tối đa cho phép trong hầm trên đ-ờng thẳng

Độ dốc tối đa cho phép trong hầm trên đ-ờng cong thực tế xác định bằng công thức:

ih = miP-iek (1.1)

ở đây : ih - là độ dốc trong hầm;

iP- là độ dốc khống chế của tuyến đ-ờng;

iek - là độ dốc t-ơng đ-ơng với sức cản trên đ-ờng cong;

m-hệ số triết giảm độ dốc trong hầm, lấy theo bảng d-ới đây:

Bảng hệ số m để xác định độ dốc tối đa trong hầm

đoàn tàu tr-ớc khi vào hầm theo chiều lên dốc

Chiều dài doãn hoà ln lấy tuỳ thuộc vào độ dốc khống chế cho tuyến loại I và loại II bằng 1250m, 1050m hay 850m

Trang 18

Cụng trỡnh hầm giao thụng Mặt bằng và mặt cắt dọc của hầm trên đ-ờng ôtô cần thoả mãn các yêu cầu của quy phạm cho tuyến lộ thiên và có bổ sung một số điểm d-ới đây:

Khi thiết kế hầm trên đ-ờng ôtô cố gắng bố trí chúng trên đ-ờng thẳng Những hầm trên đ-ờng cong là không tránh khỏi khi triển tuyến, có những nh-ợc điểm sau: cần phải mở rộng phần xe chạy (mặt đ-ờng) với tầm nhìn xác định để đảm bảo thông xe an toàn; gây khó khăn cho công tác cắm tuyến khi xây dựng; làm giảm tầm nhìn- một nhân tố có ý nghiã rất lớn đối với loại chuyển động không ray ở trong hầm, đặc biệt khi gặp những dòng xe liên tục

Vì vậy bán kính cong tối thiểu cho phép trong hầm trên đ-ờng ôtô là 250m để đảm bảo xe chạy êm thuận với vận tốc tính toán Trong những điều kiện hết sức khó khăn về địa hình hay trong điều kiện thành phố bán kính này có thể giảm xuống 100m nh-ng phải có luận chứng xác

đáng

H1.3 Mặt cắt dọc hầm nên thiết kế có chênh cao giữa hai cửa để cải thiện luồng gió tự nhiên Khi hầm núi dài <300m th-ờng bắt buộc dùng mặt cắt dọc có một h-ớng dốc để tạo điều kiện cho việc thông gió tự nhiên

Khi chiều dài hầm lớn hơn chọn đặc điểm của mặt cắt dọc tiến hành trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật các ph-ơng án

Những hầm triển tuyến để v-ợt chênh cao lớn th-ờng có mặt cắt dọc một h-ớng dốc

Hầm có hai h-ớng dốc muốn thông gió tự nhiên phải có giếng nh-ng lại thuận lợi hơn trong khai thác, và không đòi hỏi thoát n-ớc nhân tạo khi thi công

Hầm thành phố và hầm d-ới n-ớc sử dụng mặt cắt dọc hai h-ớng dốc gần nh- là bắt buộc Theo điều kiện thoát n-ớc độ dốc dọc trong hầm lấy không nhỏ hơn 4%o; ở những đoạn phân dốc của mặt cắt dọc có chiều dài 250-500m th-ờng làm dạng hai mái dốc với độ dốc 3%o

từ giữa ra hai cửa

Đối với hầm trên đ-ờng ôtô nếu có thông gió tốt, chế độ nhiệt điều hoà , không có lún, mặt

đ-ờng hoàn thiện thì điều kiện khai thác sẽ tốt hơn phần lộ thiên của tuyến Hệ số bám (trừ hai

đoạn mới vào khoảng 75-125m) đạt tới 0,4 - 0,5 Sức cản không khí lên ôtô không lớn Vì thế theo điều kiện sức bám thì độ dốc trong hầm không hạn chế Trong những hầm có chiều dài lớn hơn 300m thì độ dốc trong hầm không nên lớn hơn 4%o bởi vì tăng độ dốc thì ôtô sẽ thải ra nhiều khí đốt có chứa CO và do đó làm tăng khối l-ợng gió cần thiết

Trang 19

Một số khuyên cáo trong tiêu chuẩn thiết kế hầm đ-ờng bộ xuyên núi của Nhật bản nh- sau:

Vạch tuyến bình đồ cho đ-ờng hầm

(1) Trong lập kế hoạch định tuyến đ-ờng hầm, các h-ớng tuyến thẳng hoặc d-ờng cong bán kính lớn đ-ợc sử dụng càng nhiều càng tốt, phải xem xét việc lắp đặt các thiét bị phụ hoặc thiết bị xây dựng, bố trí đ-ờng hầm tại nơi có điêu kiện đất đá thuận lợi, dễ bảo trì và tác động tối thiểu đến môi tr-ờng

(2) Vị trí các cửa hầm chọn ở nơi đất đá ổn định ,có điều kiện địa hình thuận lợi

(3) Khi phải xây dựng nhiều hơn hai đ-ờng hầm gần nhau hoặc xây dựng

(4) Vieọc laọp tuyeỏn haàm neõn ủửụùc thửùc hieọn theo chửực naờng cuỷa haàm chaỳng haùn nhử caực ủieàu kieọn ủũa chaỏt, vũ trớ haàm, kieồm soaựt an toaứn trong vaứ sau quaự trỡnh thi coõng, aỷnh hửụỷng ủeỏn moõi trửụứng, vaứ hieọu quaỷ kinh teỏ, vv

Giải thích:

(1): Định tuyến đ-ờng hầm càng thẳng càng tốt do chính mục đích của đ-ờng hầm và để

dễ xây dựng Nếu có những tuyến cong thì các bán kính cong bên trong các đ-ờng hầm càng lớn càng tốt tuỳ theo loại và sự phân loại đ-ờng bộ sắt Tại lối ra khỏi cửa hầm

đ-ờng bộ, tuyến hầm hơi cong có thể có giá trị để ng-ời lái điều chỉnh dần với độ sáng bên ngoài

Vaùch tuyeỏn bỡnh ủoà vaứ traộc doùc cuỷa haàm ủửụùc thieỏt keỏ ủaỷm baỷo caực chửực naờng vaứ muùc ủớch cuỷa haàm nhử laứ moọt phaàn cuỷa tuyeỏn ủửụứng theo ủũa hỡnh, ủũa chaỏt, ủieàu kieọn ủaỏt, moõi trửụứng dửùa treõn keỏt quaỷ ủo ủaùc taùi hieọn trửụứng

Vaùch tuyeỏn bỡnh ủoà cuỷa haàm, hửụựng tuyeỏn thaỳng, ủửụứng cong coự baựn kớnh lụựn ủửụùc sửỷ duùng bao goàm hửụựng tuyeỏn ủửụứng ủeồ ủaỷm baỷo giao thoõng thoõng suoỏt

ẹoọ doỏc haàm ủoỏi vụựi traộc doùc ủửụùc laọp phaỷi quaự 0.3% ủeồ ủaỷm baỷo thoaựt nửụcự tửù nhieõn trong quaự trỡnh thi coõng ẹeồ ủaỷm baỷo ủieàu kieọn thoõng gioự toỏt qua heọ thoỏng thoõng gioự theo chieàu doùc, ủoọ doỏc toỏi ủa phaỷi ủửụùc thieỏt keỏ nhoỷ hụn 3% ủeồ coự theồ giaỷm thieồu lửụùng khớ thaỷi moọt caựch hieọu quaỷ

ẹoỏi vụựi caực haàm daứi hụn 1000m phaỷi thieỏt keỏ ủoọ doỏc tửứ hai cửỷa haàm ủeồ traựnh trửụứng hụùp nửụực thaỷi ủoồ doàn veà moọt phớa cuỷa haàm Hụn nửừa, loaùi doỏc naứy cuừng goựp phaàn ruựt ngaộn thụứi gian thi coõng baống hỡnh thửực ủaứo tửứ hai phớa haàm ủeỏn choó giao ủoọ doỏc

(2) Cửa hầm th-ờng ở chỗ mái dốc và tầng đá phủ mỏng, do đó có xu h-ớng không ổn

định Vì vậy vị trí -a chuộng để xây của hầm có thể là ở đầu mút của mép sống núi, hoặc gần vuông góc với mái dốc có góc cực đại và trên một vùng đất đá vững chắc khôngcó mái tr-ợt

1.2- Chọn cao độ hầm và vị trí đặt cửa hầm

Caực yeỏu toỏ chớnh ủeồ quyeỏt ủũnh vũ trớ cuỷa cửỷa haàm laứ tuyeỏn bỡnh ủoà vaứ traộc ngang cuỷa ủửụứng, ủieàu kieọn ủũa hỡnh, ủũa chaỏt cuỷa khu vửùc cửỷa haàm Noựi chung, caực ủieàu kieọn ủũa chaỏt xung quanh khu vửùc cửỷa haàm thỡ khoự mong ủụùi ủửụùc caực khaỷ naờng tửù choỏng ủụừ cuỷa ủaỏt do taàng ủaỏt phuỷ moỷng vaứ caực ủieàu kieọn ủũa chaỏt khoõng thuaọn lụùi

Trang 20

Cụng trỡnh hầm giao thụng Khi v-ợt ch-ớng ngại cao thì xác định cao độ hầm có ý nghĩa đáng kể Hầm cắt đỉnh phân thuỷ

ở chân núi gọi là hầm đáy, cắt ở trên đỉnh núi gọi là hầm đỉnh Quyết định cao độ hầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố cần cân nhắc thận trọng

Có ý nghĩa hơn cả là yếu tố địa hình khu vực, tr-ớc tiên là địa hình khối núi mà hầm xuyên qua

Đa số các tr-ờng hợp càng lên cao thì độ dốc s-ờn núi càng lớn Do đó ở d-ới chân núi khi nâng cao độ hầm không lớn nh-ng chiều dài hầm có thể rút ngắn khá nhiều còn ở phần giữa núi thì

điều này thể hiện không rõ rệt Trong khi đó thì việc lên cao, độ dốc s-ờn núi càng lớn gây khó khăn cho việc vạch tuyến và xây dựng những đ-ờng dẫn vào hầm và chiều dài đ-ờng dẫn cũng tăng một cách đáng kể Đặc biệt có ý nghĩa là chiều dài đ-ờng dẫn ở những vùng có khí hậu khắc nghiệt, đôi khi lại phải có những giả pháp phụ để bảo vệ đ-ờng dẫn Khi đánh giá các yếu

tố khí hậu, thuỷ văn thì vận tốc, độ ẩm, h-ớng của gió thịnh hành có ý nghĩa rất lớn trong việc thông gió tự nhiên cho hầm;

Tuy nhiên các yếu tố địa chất, địa chất thuỷ văn có ý nghĩa quyết định, đó là độ ổn định của s-ờn dốc, các hiện t-ợng tr-ợt, castơ, hiện t-ợng đất phủ.v.v

Khi xuất hiện các hiện t-ợng trên đòi hỏi phải có các giải pháp đặc biệt để bảo vệ tuyến Trong nhiều tr-ờng hợp giá thành của những giải pháp này rất đắt Ngoài ra, còn phải xem xét cả hiện t-ợng xói mòn đ-ờng Hiện t-ợng này càng tăng khi đ-a tuyến lên cao

Loại giao thông cũng ảnh h-ởng tới việc quyết định cao độ hầm ảnh h-ởng này th-ờng thể hiện

ở độ dốc và bán kính cong cho phép đối với từng loại giao thông Nh- vậy cao độ hầm trên

đ-ờng ôtô có thể cao hơn so với hầm đ-ờng sắt, còn đối với hầm đ-ờng sắt thì dùng đầu máy

điện hầm có thể cao hơn đầu máy nhiệt

Việc chọn cao độ hầm phải tiến hành so sánh kinh tế một số ph-ơng án hợp lý về kỹ thuật để quyết định

Việc so sánh ph-ơng án bao gồm cả đ-ờng dẫn và hầm giữa hai điểm khống chế A, B Ngoài phạm vi này tuyến tuyến đ-ờng là giống nhau Mặc dù ph-ơng án hầm đỉnh có chiều dài đ-ờng dẫn lớn hơn nh-ng giá thành xây dựng C2 vẫn th-ờng nhỏ hơn giá thành xây dựng ph-ơng án hầm đáy C1 nh-ng chi phí khai thác hàng năm E2 lại lớn hơn E1 do đ-ờng dẫn dài và độ dốc lớn Nếu nh- lấy tiết kiệm chi phí vận doanh hàng năm để bù lại sự v-ợt về chi phí xây dựng của ph-ơng án hầm đáy thì thời gian hoàn vốn sẽ là:

Nếu nh- thời gian hoàn vốn n =(10-15) năm thì giải pháp hầm đáy là hợp lý

Tuy nhiên trong thực tế nhiều tr-ờng hợp n > (10-15) ng-ời ta vẫn chọn ph-ơng án hầm đáy vì

nó là ph-ơng án tiến bộ phù hợp với sự phát triển của t-ơng lai

Sau khi đã chọn đ-ợc cao độ đặt hầm thì chiều dài hầm đ-ợc xác định nhờ các vị trí cửa

Trang 21

Khi đưa hầm vào sử dụng, cửa hầm là nơi thường chịu ảnh hưởng của các hiểm họa thiên nhiên

và khí tượng học chẳng hạn như đá lở, tuyết lở, các dòng đất đá và động đất Đôi khi hầm còn chịu các tải trọng của lớp đất đá phủ hoặc áp suất trái đất sau khi hầm đã được sử dụng Các điều kiện trên là các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn vị trí cửa hầm

Để có được hiệu ứng vòm áp lực đất xung quanh hầm, độ dày tối thiểu của lớp phủ tại đỉnh vòm hầm phải lớn hơn 2D (D: đường kính hầm) Vị trí của cửa hầm được tính theo đánh giá dưới dạng giản đồ theo mặt cắt ngang và dọc xung quanh cửa hầm phải có độ dày lớp phủ tại đỉnh vòm lớn hơn 5m [Chương 4 -NATM] Chiều dài của mặt cắt cửa hầm là nơi có hệ thống chống

đỡ có tải trọng lớn được quyết định như là khoảng cách từ cửa hầm có độ dày lớp phủ nhỏ hơn 2 lần đường kính hầm

1.3.Mặt cắt ngang

Mặt cắt ngang hầm đường bộ;

Kích thước hầm và mặt cắt bên trong hầm được tính theo phân loại và mục đích sử dụng Mặt cắt bên trong hầm sẽ phù hợp theo kích thước hầm, thiết bị thông gió, thiết bị chiếu sáng, thiết bị cấp cứu, các biển báo, vv và dung sai cho phép của các sai sót trong thi công

Các hạng mục sau phải được xem xét khi thiết kế hầm đường bộ

Trang 22

 Lượng giao thông dự báo

Khổ giới hạn kiến trúc và biên đường hầm đường sắt

Khổ giới hạn của hầm: là khoảng trống có kích thước giới hạn về chiều cao, chiều rộng của hầm

để đảm bảo các điều kiện vận tải an toàn theo tiêu chuẩn đường bộ hiện hành

Hình dạng kích thước mặt cắt ngang của hầm được xác định bởi công dụng của nó; Không gian bên trong cần đảm bảo cho phương tiện giao thông, người đi lại làm việc bình thường, đủ bố trí các trang thiết bị cần thiết Vì thế mặt cắt ngang của hầm phải thoả mãn khổ hầm quy định đối với từng loại giao thông (gabarit):

Khổ hầm là một đường biên (chu vi) không cho phép bất cứ bộ phận nào của công trình vĩnh cửu xâm phạm vào bên trong nó kể cả những sai lệch do đào hang và xây vỏ

H 1.5 Khổ hầm đường sắt

Đường sắt Việt nam thường: khổ có khoảng cách giữa hai mép trong của ray là 1435mm Khoảng cách giữa các tim tuyến là 4000mm, chiều cao của khổ 6550mm

Trang 23

H1.6 Khæ hÇm ®-êng s¾t theo TC Nga cò

Khi hầm nằm trên đường cong phải bố trí siêu cao và do đó phải mở rộng khổ hầm.Tuỳ theo vận tốc tàu chạy, bán kính cong, độ siêu cao có thể tính theo công thức:

H = 0,70 (V2/R) (cm) Siêu cao thường không lớn hơn 16cm

Trong đó V: là vận tốc lớn nhất của đoàn tàu(đối với đường tàu cấp I V = 160Km/h; vận tốc tối thiểu là 25Km/h)

R- là bán kính cong (m);

Độ mở rộng của khổ hầm do do ảnh hưởng của siêu cao được xác định theo công thức:

d1 = ( H / G ).H ; Mặt khác, khi đoàn tàu chạy trên đường cong hai đầu toa xe lệch ra phía ngoài d2 và tim toa xe tại điểm giữa khoảng cách hai trục bánh xe lệch vào phía trong của đường công d3 Các trị số này được tính như sau:

;8

d

R l d R





ở đây:

- H là chiều cao từ đỉnh ray đến đỉnh khổ hầm; (cm)

- G là khoảng cách giữa hai tim ray, lấy bằng 150cm;

- H là độ siêu cao (cm);

- L là khoảng cách giữa hai đầu toa xe, lấy bằng 24 - 26m

- l là khoảng cách giữa hai trục bánh xe của toa xe, lấy bằng 18m

Độ mở rộng tổng cộng đối với hầm đường đơn là:

d = d1+ d2 + d3 ;

Trang 24

Công trình hầm giao thông Đối với đường đôi khi tính độ mở rộng do siêu cao còn phải xét độ mở rộng do sự chênh lệch siêu cao giữa hai tuyến, tính theo công thức sau:

Chiều cao của khổ hầm kể từ mặt xe chạy trên một bề rộng ở giữa bằng (K-1)m, là 4,5m Còn trên biên ngoài của dải bảo vệ là 3,0m

Đường đi bộ ở một phía rộng 1m có thể phục vụ cho 1000 người đi bộ trong 1 giờ Khi mật độ người đi bộ lớn hơnthì phải bố trí đường đi bộ ở cả hai phía với bề rộng 1m

Khi tổ chức cho người đi bộ qua hầm ôtô, nồng độ khí CO do ôtô thải cần hạ thấp theo yêu cầu của quy trình Hợp lý hơn cả là ngăn cách riêng Khi bố trí ôtô trên đường cong thì phần xe chạy cũng phải mở rộng Trị số mở rộng lấy phụ thuộc vào bán kính như sau:

Bán kính cong (m) Độ mở rộng (m) 700-500

500-450 400-200

0,4 0,5 0,6 Khuôn trong vỏ hầm

Ngoài các yếu tố về khổ hầm , khi chọn hình dạng bên trong cần xét tới điều kiện thi công khai thác và kinh tế

Giữa vỏ và khổ hầm cần bố trí tất cả các trang thiết bị cần thiết cho khai thác công trình; đảm bảo an toàn cho nhân viên phục vụ và sửa chữa

Thường với đường sắt, tàu điện ngầm thường có kể tới bố trí hệ thống chiếu sáng, thông tin, tín hiệu cáp điện v.v

Cho tới nay chưa có quy định mẫu Chỉ xét các ví dụ:

Hầm đường sắt theo thiết kế của Liên Xô cũ: gồm 1 đèn pha; 2- đèn chiéu sáng chung, hộp đấu lưới điện , đèn và còi tín hiệu , 5 nút bấm báo sự cố.vv

Khi dùng đầu máy điện để treo dây dẫn, ở trong phần vòm của vỏ hầm có bố trí những hốc rộng 60cm cách nhau 20m dọc theo tim hầm Trong đất đá cứng khi không có áp lực bên tác dụng lên kết cấu (áp lực hông - fKP>4) có thể cấu tạo tường thẳng đứng.Trong trường hợp này các thiết bị nên bố trí trong phần vòm vách hầm có thể ép sát vào phần thẳng đứng của khổ hầm

Trang 25

Việc tạo nên các hốc nằm trong phần vòm để treo dây dẫn điện như đã kể trên thư gây khó khăn trong thi công, tốt hơn hết là tận dụng không fian thừa ben trên đỉnh vòmvà không cần phải thay đổi hình dáng khuôn trong vỏ hầm Đẻ đảm bảo yêu cầu này đôi khi phải tăng khoảng cách từ phần nằm ngang của khổ hầm đến đỉnh khuôn trong vỏ hầm Việc nâng cao khuôn trong còn có

ý nghĩa cải thiện sự làm việc của kết cấu

Khoảng cách từ các điểm tiêu chuẩn của khổ hầm tới khuôn trong vỏ hầm cần có khoảng dự trữ, dsdề phòng sai lệch do thi công Khoảng dự trữ này được quyết định bởi điều kiện địa chất

và phương pháp đào hầm.Ví dụ trong đá cứng đào theo PP một lần toàn bọ gương lượng dự trữ nhỏ hơn trong đất đá yéu thi công bằng pp đào - chống từng bộ phận Ở những điểm góc phía trên của khổ hầm có thể lấy 150-100mm; ở những chỗ chuyển từ phần nghiêng sang phần thẳng đứng của khổ hầm %0-100mm

Để đảm bảo an toàn cho người phục vụ , trong hầm đường sắt dọc theo hai bên vách có bố trí các hang tránh: rộng 2m, sâu 1m, cao (tính từ đỉng vòm của hang ngách ) 2m, cách nhau 60m bố trí xen kẽ giữa hai vách hầm

Để bố trí các thiết bị phục vụ duy tu bảo dưỡng , sửa chữa, trong hầm còn bố trí các hầm (buồng) ngách cách nhau 300m kích thước của buồng kho này rộng 4m, cao2,8m, sâu2,5m Khi hầm dài 300-400m thì chỉ bố trí có một buồng ở giữa

Trong những hầm tròn(hầm dưới nước) thường bố trí sàn tránh rộng 0,7m ,cao hơn mặt ray không quá 1m và cachs nhau 30 m dọc theo hai bên hầm thay cho hang tránh

Để đảm bảo tầm nhìn, hang ngách và sàn tránh được sơn hay ốp gạch mầu trắng

Khuôn trong của hầm ôtô cần chọn sao cho đủ bố trí các đường dẫn gió trong không gian giữa

khổ hầm và vỏ hầm Diện tích của đường dẫn gió xác định theo tính toán Trong hầm cũng bố trí các buồng kho tương tự như đối với hầm đường sắt

Hình dạng khuôn trong của vỏ hầm , ngoài việc thoả mãn những yêu cầu về khai thác, còn phải hợp lý về phương diện chịu lực, phù hợp với vật liệu và phương pháp thi công Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn nơi đặt hần là yếu tố quyết định nhiều nhất đối với việc chọn khuôn trong vỏ hầm và trong đa số các trường hợp nó quyết định hình dạng, vật liệu và kết câu vỏ cũng như phương pháp thi công Cố gắng S > min

Bêtông là vật liệu chủ yếu làm vỏ- chịu nén tốt, cần chọn vỏ sao cho trong các tiết diện của nó ứng suất nén là chủ yếu., muốn thế đường cong áp lực phải gần với trục vỏ

Khi chân vòm là bất động thì trục hợp lý của vòm là trùng với đường cong áp lực

Nếu tải trọng phân bố đều hướng tâm thì đường cong áp lực là đường tròn khi tải thẳng đứng phân bố đều thì nó là đường cong parabôl bậc hai

Trang 26

Cụng trỡnh hầm giao thụng Tuy nhiờn điều đú khú thực hiện được trong thực tế do: chõn vũm khụng cố định tuyệt đối, tải trọng phõn bố phức tạp, co ngút của bờtụng, lưu biến v.v

Từ đú những nguyờn tắc cơ bản chọn khuụn trong vỏ:

- Trục của vỏ là đường trơn;

- Khi tải trọng thẳng đứng chiếm ưu thế, vũm phải đủ cao và cú dạng parabụl bậc hai, đỉnh vũm cú độ cong lớn hơn phần dưới;

- Khi ỏp lực hụng lớn : tường nờn cong về phớa địa tầng

Một số loại khuụn hầm trong thoả món cỏc yờu cầu trờn như sau:

- Trong đỏ cứng: (q là chớnh và khụng lớn) tường thẳng đứng, vũm 1 hay 3 tõm (loại này

cú sai lệch lớn giữa trục vũm và đường cong ỏp lực;

- Khi cú e khuụn trong thường cú dạng đường cong ba hay 5 tõm

- Trong địa tầng khụng ổn định, ngậm nước-vỏ kớn đỏy cú vũm ngửa hay trũn;

Cần cố gắng để cốp pha khuụn trong vỏ ớt bị thay đổi Chỉ thay đổi khi:

- Áp lực đất đỏ hay thuỷ văn thay đổi đột ngột;

- Khi gặp cỏc đới phỏ hoại kiến tạo hay cỏc hiện tượng trượt địa chất

Từ khuôn trong vỏ hầm và chiều dầy vỏ có thể xác định khuôn ngoài hầm và từ đó mặt cắt nganghầm

Tiết diện mặt cắt ngang hầm lớn nhất khi cú dạng hỡnh trũn và cỏc dạng cú đường cong trơn Việc lựa chọn tiết diện hầm cũn tựy theo yờu cầu sử dụng của hầm Ngoài ra, vỏ hầm phải đảm bảo được yờu cầu giảm thiểu mụ men uốn trong vỏ hầm cũng như chi phớ xõy lắp vỏ Cỏc yếu tố khỏc cũng là cơ sở để lựa chọn tiết diện hầm là: thụng giú, an toàn, quản lý rủi ro và trỏnh quỏ tải

Cú ba dạng mặt cắt ngang được sử dụng chủ yếu trong hầm đường bộ là hỡnh trũn, hỡnh hộp (trong đào lộ thiên) và hình vòm (t-ờng thẳng, hỡnh múng ngựa hay cũn gọi là hỡnh vũm t-ờng cong)

Hỡnh dạng của hầm phụ thuộc nhiều vào phương phỏp xõy dựng hầm và điều kiện đất đỏ Vớ dụ, dạng mặt cắt ngang hỡnh hộp thường được xõy dựng bằng phương phỏp đào hở (cut and cover), phương phỏp hầm dỡm (immersed)

Dạng mặt cắt ngang hỡnh trũn thường được sử dụng trong cỏc hầm thi cụng bằng phương phỏp

cơ giới (TBM), phương phỏp mỏ…

Với cỏc dạng đường cong trơn hệ số điều chỉnh (bỏn kớnh của đường trũn liờn tiếp khụng lớn hơn 5 (r1/r2 < 5) và bỏn kớnh cong nhỏ nhất khụng dưới 1,5m Chỳ ý rằng trong điều kiện đất yếu thỡ phần chịu tải của vỏ hầm lớn cũn xuất hiện ở nền hầm, do vậy nờn thiết kế vũm ngửa để tăng khả năng chịu tải của vỏ hầm

Có thể tham khảo cách xỏc định sơ bộ kớch thước hỡnh học của hầm sau đây:

Trang 27

1cos

Trang 28

Trang 29

Trang 30

1.4 Đường sắt nội đụ và Tầu điện ngầm

1.4.1 - khái niệm chung

1.4.1.1 - Các loại hình vận tải hành khách công cộng trong thành phố

Vận tải hành khách công cộng sử dụng các ph-ơng tiện có sức chứa lớn đứng vị trí hàng đầu

do hình thức này có -u điểm : chuyên chở đ-ợc nhiều hành khách phục vụ đông đảo các tầng lớp nhân dân, hành trình ổn định đúng giờ, diện tích chiếm dụng đất đai tính trên một hành khách thấp và giá thành rẻ

Trong các đô thị hệ thống giao thông đ-ợc hình thành cùng với sự ra đời của đô thị và sự phát triển mọi mặt của thành phố gắn bó trong mỗi quan hệ hữu cơ với sự phát triển của hệ thống giao thông đô thị Mạng l-ới giao thông đô thị đảm bảo l-u thông thông suốt giữa các khu vực trong thành phố và nối kết thành phố với các địa bàn khác trong n-ớc, nối thành phố với các n-ớc khác

trên thế giới Hệ thống giao thông thành phố gồm có mạng l-ới giao thông nối với bên ngoài

và hệ thống nội đô

Mạng l-ới giao thông nội đô có vai trò nh- mạch máu trong một cơ thể sống làm nhiệm vụ vận

chuyển hàng hóa, vận chuyển hành khách và vận tải công vụ nh- vệ sinh, b-u điện, cứu hỏa, cấp cứu, an ninh trật tự

Trang 31

Các ph-ơng tiện vận tải ( PTVT) hành khách công cộng trong thành phố bao gồm :

Ôtô buýt: là ph-ơng tiện vận tải hành khách phổ biến nhất hiện nay, loại hình này có -u điểm :

tính cơ động cao, khai thác điều hành đơn giản, phân chia tuyến dễ dàng phù hợp với nhu cầu đi lại của ng-ời dân thành phố, chi phí đầu t- t-ơng đối thấp tận dụng đ-ợc mạng l-ới đ-ờng phố hiện hữu Nh-ợc điểm : năng lực vận chuyển không cao, năng suất vận chuyển thấp tốc độ trung

bình (1215 )km/h, động cơ có c-ờng độ gây ô nhiễm cao Trong điều kiện mật độ các ph-ơng

tiện giao thông lớn thì ôtô buýt là nguyên nhân gây ra ùn tắc trong những giờ cao điểm Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy những thành phố có quy mô d-ới 500.000 dân thì ph-ơng tiện đi lại chủ yếu là ôtô buýt, tuy nhiên một số thành phố lớn của châu á nh- Băngcốc, Seoul, Hồng Kông, Cairô tỉ lệ số ng-ời sử dụng ph-ơng tiện đi lại bằng xe buýt chiếm từ 50-70% Trong các thành phố châu Âu tỉ lệ này chỉ ở mức 15-25%

Xe buýt loại nhỏ có sức chứa 40/20 chỗ, loại vừa 65/25 chỗ, loại lớn 80/30 chỗ và loại rất lớn 170/60 chỗ, trong đó mẫu số là chỉ số chỗ ngồi Đ-ờng phố ở Việt Nam chỉ sử dụng loại vừa và loại lớn

Tầu điện (trams): là loại ph-ơng tiện vận tải hành khách có sức chở khá lớn khoảng 15.000

ng/h Tầu điện yêu cầu có đ-ờng chạy riêng, bố trí cùng mức với lòng đ-ờng phố hoặc có nền riêng ngăn cách với đ-ờng phố Đ-ờng tầu điện bố trí theo tuyến có dòng hành khách cao và ổn

định, chỉ chạy trong khu vực nội thành nh-ng tránh khu trung tâm nơi có mật độ các ph-ơng tiện cá nhân và ng-ời đi bộ cao Hiện nay có loại hình tầu điện cao tốc nối ra khu vực ngoại thành,

tốc độ đạt đến 35km/h Khuynh h-ớng phát triển tầu điện ở các n-ớc trên thế giới rất khác nhau

Loại hình này có một -u điểm nổi trội là không gây ô nhiễm môi tr-ờng

Xe điện bánh hơi (trolleybuses): là hình thức ôtô buýt chạy điện, các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật

của ph-ơng tiện này không khác nhiều so với ôtô buýt nh-ng lại đòi hỏi trang bị phức tạp hơn so với ôtô buýt đó là hệ thống cấp điện bao gồm trạm chỉnh l-u, hệ thống cột điện và đ-ờng dây tải Chất l-ợng đ-ờng phố yêu cầu cao hơn so với xe buýt Tính cơ động của ph-ơng tiện này thấp,

nó chỉ chạy trên tuyến cố định, chỉ có thể xê dịch trong phạm vi về mỗi phía 3m so với vị trí dây dẫn Sức chứa từ 60-90 ng-ời và có thể nối thêm thành loại xe hai thân Trolleybus chỉ chạy các tuyến nội thành, so với ôtô buýt nó có -u điểm không gây ô nhiễm nên đ-ợc chú ý sử dụng trong những thành phố lớn

Tầu ngoại thành ( electrecity): là đoàn tầu chạy điện loại nhẹ kéo từ 3-5 toa chạy tuyến ngẵn

nối một số điểm đầu mối giao thông của thành phố với khu dân c- ở vùng ngoại ô hoặc với thành

phố vệ tinh Loại hình này yêu cầu có nền đ-ờng riêng, tốc độ có thể đạt đến 80km/h Đây là

loại ph-ơng tiện có năng lực vận chuyển cao, sức chứa lớn có thể chạy chung với đ-ờng sắt chính tuyến điện khí hóa Chỉ phù hợp với kiểu quy hoạch thành phố có khu dân c- tập trung hay

có thành phố vệ tinh

Đ-ờng sắt trên cao ( skyrail) là loại đ-ờng sắt nội đô loại nhẹ chạy trên cầu cạn theo tuyến phố

hiện hữu, khi có nhu cầu mở rộng giao thông nh-ng hạn chế về quỹ đất Hệ thống này chạy điện,

Trang 32

lấy điện qua ray thứ ba Tốc độ của tầu điện trên cao đạt đến 100km/h nên nó đ-ợc sử dụng nh-

một ph-ơng tiện đi lại nối giữa các khu vực riêng biệt của thành phố với nhau, nối liền giữa các

điểm đầu mối giao thông, nối giữa các sân bay thuộc thành phố

Monorail ( tầu điện một ray) gồm một đoàn có từ 2- 4 toa chạy trên hệ thống cầu cạn chỉ có

một dầm chủ Monorail có loại chạy trên : toa tầu có một hàng bánh đứng chạy trên mặt dầm và hai hàng bánh ngang kẹp hai bên mặt dầm để giữ thăng bằng, các bánh xe là bánh lốp Loại treo d-ới còn gọi là tầu điện treo chạy trên bánh sắt, chỉ có một hàng bánh chạy trên ray, toa tầu treo vào giá chuyển và nằm phía d-ới của dầm cầu cạn Đ-ờng Monorail đầu tiên là loại treo xây dựng ở Vuppeptal ( Đức) năm 1901 dài 13km Monorail chạy điện, tiếp điện theo một đ-ờng ray

dẫn điện lắp bên s-ờn dầm cầu Monorail có tốc độ chạy trung bình 60km/h và khả năng vận

chuyển 25.000ng/h trên một h-ớng tuyến Tầu Monorail hiện đại chạy trên đệm từ có tốc độ cao

đạt 500km/h, dùng chủ yếu để chạy giữa hai thành phố

Metro: là đoàn tầu chạy điện vận hành theo tuyến đ-ờng sắt riêng, vận chuyển hành khách trong phạm vi thành phố Một hệ thống Metro bao gồm nhiều tuyến nối kết với nhau đảm bảo cho hành khách có thể chuyển từ tuyến này sang tuyến kia trong cùng một hành trình Metro có tốc độ cao, sức chứa lớn nên khả năng vận chuyển của loại hình này lớn nhất trong các loại hình

vận tải hành khách công cộng trong thành phố Có khả năng kết hợp với phòng thủ dân sự

Có thể phân loại Metro theo ba nhóm ph-ơng tiện:

-Tầu điện ngầm,

-Metro nhẹ ( light metro)

-Tầu điện bánh lốp ( rubber-tired metro),

trong đó loại hình tầu điện ngầm là phổ biến nhất

Metro nhẹ Trong những PTVT hành khách công cộng trong thành phố nêu trên thì ba dạng ph-ơng tiện

gồm ôtô buýt, xe điện bánh hơi và tầu điện là những ph-ơng tiện có thể và bắt buộc phải sử

dụng đ-ờng phố hiện hữu để tổ chức giao thông, những ph-ơng tiện còn lại không thể và cũng không cần sử dụng đ-ờng phố mà chạy theo tuyến riêng Đ-ờng tầu điện ngầm là loại

Trang 33

ph-ơng tiện bổ sung vào hệ thống các PTVT hành khách hiện có nh-ng lại không chiếm dụng nhiều diện tích dành cho giao thông của những ph-ơng tiện này

1.4.1.2- Đ-ờng tầu điện ngầm:

a) Định nghĩa: Đ-ờng tầu điện ngầm là hệ thống đ-ờng sắt nội đô phục vụ vận tải hành khách công cộng tốc độ nhanh, không sử dụng đ-ờng phố Tên gọi phổ biến trên thế giới là Metro, một

số n-ớc nh- Nga và Pháp gọi là Metropolitan, ở Bắc Mỹ, Scotland và Nhật Bản là Subway còn ở London gọi chung là Underground

Nh- vậy đ-ờng tầu điện ngầm là loại ph-ơng tiện vận chuyển hành khách công cộng bánh sắt, chạy trên ray, tuyến đ-ờng bố trí đi ngầm d-ới lòng thành phố là chủ yếu

Trong hệ thống metro có 3 loại tuyến :

đặc và địa hình phức tạp Loại tuyến này có -u điểm thi công dễ dàng, chế độ khai thác không phức tạp nh-ng có nh-ợc điểm là gây ồn và gây bụi cho thành phố, ảnh h-ởng nhiều đến quy hoạch xây dựng

khác cắt ngang đều phải v-ợt qua bằng cầu hoặc hầm v-ợt Loại tuyến này có -u điểm : dễ xây dựng, giá rẻ, chế độ khai thác đơn giản Nh-ợc điểm : gây ồn và bụi, chiếm dụng nhiều diện tích xây dựng và gây khó khăn cho quy hoạch đô thị

c- Tuyến chạy ngầm d-ới lòng thành phố trong một hệ thống đ-ờng hầm, hành khách đi xuống tầu qua các nhà ga nối thông với mặt đất Khi v-ợt qua sông tuyến có thể phải nổi lên để v-ợt sông bằng cầu và ở những khu vực xây dựng th-a hoặc gần đến ga quay đầu tuyến chạy nổi một đoạn trong nền đào Trong t-ơng lai phát triển mở rộng thành phố, ga quay đầu phải lùi ra

xa thì những đoạn chạy trong nền đào đ-ợc lấp lại thành đ-ờng hầm

Trong ba loại tuyến nêu trên thì tuyến chạy ngầm là chính, những đoạn tuyến chạy nổi trên mặt đất hay chạy trên cầu cạn chỉ là những đoạn đặc biệt bởi những lý do sau:

- Đối với một thành phố, tầu điện ngầm là loại PTVT hành khách công cộng đ-ợc xây dựng sau khi những ph-ơng tiện truyền thống có sử dụng đuờng phố nh- xe buýt, tầu điện đang hoạt động nh-ng không giải quyết đ-ợc nhu cầu đi lại Ph-ơng tiện mới không đ-ợc tranh giành không gian giao thông của những ph-ơng tiện hiện có, không can thiệp vào không gian kiến trúc

và không ảnh h-ởng đến quỹ đất sử dụng của thành phố

- Tầu điện ngầm có cấu trúc đoàn toa dài chạy với tốc độ cao tạo nên tiếng ồn lớn và đặc biệt chạy với mật độ dày, nếu chạy nổi trên mặt đất hoặc trên cao sẽ ảnh h-ởng rất nhiều đến các sinh hoạt khác của cộng đồng dân c- sống và làm việc ở hai bên đ-ờng tầu

Tầu điện ngầm có năng lực vận chuyển lớn, đáp ứng đ-ợc yêu cầu giao thông công cộng rất cao của một thành phố đông dân Là một dạng ph-ơng tiện đi lại có độ tin cậy và an toàn cao trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào Do chạy trong một hệ thống dành riêng nên không phụ thuộc vào các yếu tố ảnh h-ởng trên đ-ờng mật độ các đoàn tầu đảm bảo đúng giờ và đều đặn Công trình chiếm dụng diện tích xây dựng rất ít, không gây ồn và bụi Hệ thống tầu điện ngầm còn kết hợp một số chức năng khác trong đời sống xã hội vì vậy tầu điện ngầm là một ph-ơng tiện giao thông công cộng phổ biến của nhiều thành phố đông dân trên thế giới

Đ-ờng tầu điện ngầm đầu tiên trên thế giới đ-ợc xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay

đã có 80 thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống tầu điện ngầm trong giao thông công cộng

Hệ thống đ-ờng tầu điện ngầm lớn nhất là Newyork với tổng chiều dài 392km và 471 ga, thứ hai là Paris : 301 km, 340 ga ; Matxcơva : 246km và 148 ga Danh sách hệ thống Metro của các n-ớc tên thế giới xem ở phụ lục cuối sách

Trang 34

Trang 35

Trang 36

H 2.9

Trang 37

H 2.10

1.4.2 Cấu tạo chung của đ-ờng tầu điện ngầm:

khách là các ga, đoạn tuyến nằm giữa hai ga gọi là khu gian, tầu chạy trong mỗi khu gian

dừng lại trên đ-ờng đỗ một vài phút cho khách ra khỏi tầu và đón khách chờ sẵn trên sân ga lên tầu, đến cuối hành trình đoàn tầu rỗng quay đầu chạy sang h-ớng ng-ợc lại, cứ nh- vậy các đoàn

tầu trong tuyến chạy quay vòng liên tục nối đuôi nhau đến cuối ngày Ga cuối tuyến gọi là ga

đêm đồng thời để đ-ợc bảo quản và chăm sóc kỹ thuật gọi là đềpô Đềpô cũng là ga quay đầu khi đoàn tầu chạy về trong ngày, hai ga đềpô và ga quay đầu đặt nổi ở trên mặt đất

đ-ờng tầu đỗ bố trí ở giữa và sân ga bố trí ở hai bên, sân ga cao ngang với mặt sàn tầu để hành khách ra vào dễ dàng, nhanh chóng Tùy theo vị trí ga so với địa hình đ-ờng phố trên

mặt đất mà trong ga bố trí một hoặc hai lối lên ở hai đầu sân ga Từ sân ga dẫn lên mặt đất

hành khách đi theo đ-ờng cầu thang, khi chiều cao cầu thang lớn hơn 4m phải bố trí cầu thang cuốn Nổi trên mặt đất là nhà ga là nơi hành khách mua vé vào, sửa soạn trang phục tránh m-a nắng và là nơi kiểm soát hành khách tr-ớc khi đi vào hệ thống Nếu nhà ga bố trí dọc theo

đ-ờng phố, trong phạm vi ga có bộ phận hầm v-ợt để cho hành khách sang đ-ờng Trong mỗi ga

có một trạm điện năng cung cấp nguồn điện một chiều 1500V cho đoàn tầu chạy trong khu

Trang 38

gian và nguồn điện xoay chiều hạ thế 220/127V sử dụng cho các thiết bị điện trong ga tầu

Trong ga bố trí trạm bảo d-ỡng kỹ thuật hệ thống điện, đèn và các thiết bị nhà ga, vệ sinh sân

ga, bảo vệ an ninh và bơm n-ớc Hệ thống thông gió bố trí riêng cho mỗi ga và khu gian sau ga,

hệ thống thông gió trong khu gian có trạm cấp gió trên mặt đất và đ-ờng giếng dẫn gió thông xuống đ-ờng hầm

H 2.13 Tuyến 1-HN

H 2.14 Tuyến 2-HN

Trang 39

H 2.15.TP HCM Mỗi tuyến chạy theo một h-ớng với hai chiều xuôi và ng-ợc, trên mỗi h-ớng tuyến có rất nhiều

ga, mỗi ga bố trí cách nhau từ 500-2000m

Một hệ thống metro gồm nhiều tuyến đ-ờng, các tuyến đ-ợc bố trí theo hai hình thức : từng

tuyến độc lập, đoàn tầu chỉ chạy quay vòng trong tuyến, hai tuyến cắt nhau ở điểm giao cắt

lang dốc (hành lang chuyển) ngầm nối giữa hai ga nằm trên hai tuyến Hình thức thứ hai là

chuyển từ tuyến này sang tuyến kia, cả hệ thống chỉ bố trí một hoặc hai ga đềpô

1.4.3- cơ sở thiết kế hệ thống tầu điện ngầm

1.4.3.1- Cơ sở kinh tế-kỹ thuật để lựa chọn ph-ơng án tầu điện ngầm :

L-ợng hành khách sử dụng các PTVT công cộng cao:

Cơ sở để lựa chọn ph-ơng án tầu điện ngầm là l-ợng hành khách sử dụng hệ thống giao thông công cộng cao và tốc độ phát triển nhanh của thành phố, các hệ thống giao thông công cộng khác nh- xe buýt, tầu điện, xe điện không có khả năng đáp ứng

Khi dân số tăng lên, đ-ờng phố hiện tại trở nên chật hẹp do mật độ đi lại tăng lên, quỹ đất dành cho xây dựng nhà ở tăng lên Để giải quyết vấn đề giao thông công cộng ta có hai h-ớng:

a- Tăng thêm ph-ơng tiện hiện có và mở rộng hệ thống đ-ờng giao thông hiện hành, tăng diện tích dành cho giao thông Nh- vậy cộng với tăng diện tích xây dựng nhà qui mô thành phố phải

mở rộng , nhiều khu chung c- ngoại vi đ-ợc xây dựng, tuyến giao thông kéo dài Hành khách muốn đi đến đ-ợc những nơi làm việc đúng giờ cần tăng tốc độ các ph-ơng tiện, dẫn đến dễ gây nên ùn tắc và tai nạn

b- Ph-ơng tiện tầu điện ngầm có tốc độ cao và chạy ngầm sẽ đáp ứng đ-ợc yêu cầu đi lại nhanh chóng và không có tai nạn và ùn tắc Vấn đề phải cân nhắc nhiều khi lựa chọn ph-ơng án này cho giao thông công cộng là chi phí đầu t- cao, thời gian hoàn vốn chậm

Xét về mặt kinh tế, khi đầu t- xây dựng đ-ờng tầu điện ngầm chỉ có lãi nếu l-ợng hành khách đi lại trên một h-ớng tuyến từ 6 triệu l-ợt ng-ời/ năm trở lên, t-ơng ứng với l-u l-ợng hành khách

Trang 40

Cụng trỡnh hầm giao thụng Q=30 000 ng-ời /h

Mặt khác đầu t- xây dựng hệ thống tầu điện ngầm tr-ớc hết phải xuất phát từ mục tiêu lợi ích xã hội Hệ thống này thứ nhất góp phần đảm bảo trật tự và an toàn giao thông , thứ hai nó tiết kiệm

đ-ợc chi phí xã hội cho việc mua sắm những ph-ơng tiện cá nhân, lãng phí thời gian trên đ-ờng

và tiết kiệm quỹ đất xây dựng

Khả năng đáp ứng nhu cầu đi lại của hành khách thông qua năng lực vận chuyển của hệ thống tầu điện ngầm

Năng lực vận chuyển là khả năng vận chuyển một số l-ợng hành khách theo 1 h-ớng tuyến trong một giờ , đ-ợc tính theo công thức :

N  2 V M pas ng/h (10 1)

trong đó V- năng lực thông qua tính bằng số đôi tầu trong 1 giờ

Mpas - l-ợng hành khách có thể chở trên 1 chuyến tầu

+ Mức độ hiện đại của hệ thống điều khiển tự động

+ Ph-ơng tiện đầu máy và toa xe

+ Hệ thống hãm

+ Thời gian trả và đón khách, tổ chức và trang thiết bị nhà ga

+ Ph-ơng tiện quay đầu

Mật độ tối đa là 45 giây có một chuyến tầu t-ơng ứng với 1, 5 phút một đôi tầu và năng lực thông qua 4042 đôi tầu /h

Thời gian đón, trả khách 2040 s / chuyến Muốn giảm thời gian này phải bố trí sân ga ở hai bên thân tầu, vào một phía và ra một phía

Năng lực vận chuyển ban đầu của hệ thống tầu điện ngầm tăng dần từ khi bắt đầu cho đến khi khai thác ổn định với số l-ợng trung bình là 15 000 l-ợt hành khách/ h theo 1 h-ớng

Ng-ời ta tính rằng khi dân số của một thành phố từ 1 triệu dân trở lên và l-u l-ợng hành khách

30 000 l-ợt ng-ời /h thì chỉ có ph-ơng tiện tầu điện ngầm mới giải quyết đ-ợc yêu cầu giao thông công cộng

Căn cứ vào mật độ tầu để thiết kế trang thiết bị và năng lực thông qua là cơ sở để thiết kế hệ thống cung cấp điện và thiết lập đoàn tầu

1.4.3.2- Những nguyên tắc lựa chọn tuyến:

Hệ thống metro chỉ là một trong những loại hình PTVT hành khách công cộng trong thành phố, trong giai đoạn lập dự án nó phải đ-ợc xem xét trong mối liên quan hữu cơ với các ph-ơng tiện khác Mỗi PTVT mới đ-ợc đầu t- chỉ đ-ợc bổ sung hoặc phối hợp vận chuyển với những ph-ơng tiện hiện có Đối với các PTVT hành khách công cộng truyền thống tốc độ thấp nh- xe buýt, tầu

điện và xe điện bánh hơi, hệ thống metro bổ sung năng lực cho những ph-ơng tiện này, có thể thay thế chúng ở h-ớng có dòng hành khách lớn, các ph-ơng tiện này làm nhiệm vụ gom hành

Định dạng
Số trang	254
Dung lượng	10,17 MB