Đang tải... (xem toàn văn)
Do đó việc nghiên cứu để áp dụng công nghệ thi công hầm TBM nói chung và đi sâu vào công nghệ thi công hầm TBM cân bằng áp lực đất cho khu vực Hà Nội là việc làm hết sức cần thiết. Nghiên cứu sẽ góp phần làm2 chính xác hóa các tính toán phù hợp với điều kiện thực tế và giảm thiểu chi phí xây dựng công trình, giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình thi công và khai thác là một yếu tố rất quan trọng trong việc xây dựng công trình ngầm.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN MẠNH CHIẾN NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TBM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT TRONG THI CÔNG HẦM KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số: 60.58.02.05.04 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG HÀ NỘI - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận văn xin cam đoan luận văn cơng trình khoa học độc lập cá nhân tác giả, không chép Các số liệu, kết nghiên cứu, tính tốn nêu luận văn trung thực, có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày … Tháng…… năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Chiến ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu với truyền đạt kiến thức từ thầy cô Trƣờng Đại Học Giao Thơng Vận Tải, tơi hồn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu áp dụng biện pháp TBM cân áp lực đất thi công hầm khu vực Hà Nội” Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Viết Trung suốt trình nghiên cứu thực Luận văn, thầy tận tình hƣớng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Bộ môn Cầu hầm, Thầy, Cô trực tiếp giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập nghiên cứu Do điều kiện thời gian, kiến thức kinh nghiệm có hạn, Luận văn nhiều thiếu sót mong thầy, bạn tham gia góp ý giúp cho Luận văn hồn thiện Cuối tơi kính chúc q Thầy, Cô bạn dồi sức khỏe, thành công sống Tác giả Nguyễn Mạnh Chiến MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH viii PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM BẰNG TBM, ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tổng quan công nghệ thi công hầm khiên đào 1.1.1 Lịch sử phát triển hầm theo phƣơng pháp khiên (shield) 1.1.2 Phân loại, ƣu nhƣợc điểm phạm vi áp dụng 1.1.3 Nguyên lý thi công hầm khiên đào 16 1.1.4 Một số phƣơng pháp thi công khiên đào 18 1.2 Triển vọng áp dụng công nghệ thi công hầm TBM Việt Nam .27 1.2.1 Cơng trình thủy điện 27 1.2.2 Dự án cấp thoát nƣớc 28 1.2.3 Dự án giao thông 29 Kết luận chƣơng 30 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC HÀ NỘI VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA HẦM TRONG MÔI TRƢỜNG ĐẤT YẾU 31 2.1 Đặc điểm địa chất khu vực Hà Nội 31 2.1.1 Quy luật phân bố dạng Hà Nội 31 2.1.2 Chia khu địa kỹ thuật lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng cơng trình ngầm thị 35 2.2 Sự làm việc hầm môi trƣờng đất yếu 38 2.2.1 Đất đá tính chất đất yếu 38 2.2.2 Nền đất yếu 42 2.2.3 Điều kiện địa chất, thuỷ văn ảnh hƣởng đến cơng trình ngầm 43 2.2.4 Áp lực địa tầng lên cơng trình ngầm 44 2.2.5 Ứng xử đất – kết cấu đất xung quanh đƣờng hầm 45 2.2.6 Tải trọng tác dụng lên đƣờng hầm 51 2.3 Các công nghệ thi công hầm TBM phù hợp với điều kiện địa chất khu vực TP Hà Nội 52 2.3.1 Máy đào phƣơng pháp thi công khiên cân áp lực đất (Earth Pressure Balanced Shield – EPB Shield) 52 2.3.2 Máy đào phƣơng pháp thi công khiên dung dịch vữa (Slurry Shield) 69 2.3.3 Phân tích phù hợp cơng nghệ TBM cân áp lực đất với điều kiện địa chất khu vực TP Hà Nội 71 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TBM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT DỰ ÁN METRO LINE HÀ NỘI (NHỔN – GA HÀ NỘI) 79 3.1 Tính tốn thiết kế vỏ hầm sử dụng cho dự án Metro line 82 3.1.1 Tiêu chuẩn quy chuẩn 82 3.1.2 Dữ liệu đầu vào để thiết kế kiểm tra 82 3.1.3 Lập mơ hình F.E.M 85 3.1.4 Phân tích kết cấu ứng xử dài hạn kiểm định 88 3.1.5 Phụ lục 99 3.2 Đánh giá ảnh hƣởng công tác thi công hầm EPB TBM Hà Nội giải pháp kỹ thuật Một số cố q trình thi cơng EPB TBM 121 3.2.1 Đánh giá ảnh hƣởng tiềm ẩn xảy công tác thi công hầm Hà Nội 121 3.2.2 Kiểm soát kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm theo cơng nghệ EPB TBM 137 3.2.3 Một số cố trình thi công EPB TBM 147 Kết luận chƣơng 156 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158 TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CPS : Chemical Plug Shield (Phương pháp khiên CPS) CTN : Công trình ngầm DOT : Double O Tube (Phương pháp khiên DOT) DPLEX : Developing Parallel Link Excavating shield Method (Phương pháp khiên nhiều trục lệch tâm) ĐSĐT : Đƣờng sắt thị ĐTCT : Địa chất cơng trình EPB TBM : Earth Pressure Balance-Tunneling Boring Machine (Công nghệ đào hầm khiên cân áp lực đất) FEM : Finite element method (Phương pháp phần tử hữu hạn) GTVT TPHN : Giao thông vận tải thành phố Hà Nội MF : Multi Face (Phương pháp khiên đa mặt) MMST : Multi Micro Shield Tunnel (Phương pháp khiên mini đa mặt) MSD : Mechanical Shield Docking (Phương pháp khiên MSD) TTGH : Trạng thái giới hạn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Một số đƣờng hầm xây dựng giới phƣơng pháp khiên đào Bảng 2-1: Cấu tạo địa tầng Tp Hà Nội 31 Bảng 2-2: Các dạng tự nhiên khu vực thành phố Hà Nội 34 Bảng 2-3: Phân loại đất đá theo M.M.PROTODIAKONOV 41 Bảng 2-4: Bảng phân loại tải trọng tác dụng lên hầm 51 Bảng 2-5: Thông số Shield Herrenknecht 55 Bảng 2-6: Thông số Shield Kawasaki 55 Bảng 2-7: Thông số Shield Jack máy EPB Shield Kawasaki 6.63m dự án metro Singapo 57 Bảng 2-8: Một số thông số Man lock (Máy Kawasaki) 58 Bảng 2-9: Một số thông số Metarial lock (Máy Kawasaki) 59 Bảng 2-10: Thông số Screw Conveyor máy EPB Kawasaki 60 Bảng 2-11: Thông số Belt Conveyor máy EPB Kawasaki 62 Bảng 2-12: Một số thông số cần ý mâm cắt (Máy Kawasaki) 65 Bảng 2-13: Thông số động cho đầu cắt quay (Máy Kawasaki) 65 Bảng 3-1: Đặc điểm Metro tuyến 81 Bảng 3-2: Vị trí ga ngầm tuyến HN MTR LINE 81 Bảng 3-3: Đặc trƣng bê tông C40 82 Bảng 3-4: Các đặc tính thép 83 Bảng 3-5: Các thông số địa kỹ thuật 84 Bảng 3-6: Số liệu vòng vỏ hầm 85 Bảng 3-7: Đƣờng kính hình học phân đoạn 85 Bảng 3-8: Các tham số kỹ thuật Mô hình đất làm cứng 86 Bảng 3-9: Các kết phân tích Kết cấu từ PLAXIS 88 Bảng 3-10: Các kết phân tích kết cấu kiểm tra ULS 88 Bảng 3-11: Các kết phân tích kết cấu sử dụng phân bố lại mô menULS 89 vii Bảng 3-12: Các kết phân tích kết cấu sử dụng phân bố lại mô menSLS 89 Bảng 3-13: Kiểm định lực uốn lực pháp tuyến cốt thép cần thiết 89 Bảng 3-14: Kiểm định lực cắt cốt thép cần thiết 91 Bảng 3-15: Ứng suất bê tông thép bề rộng nứt cho phép 92 Bảng 3-16: Ứng suất bê tông thép gặp phải – Chiều rộng vết nứt 92 Bảng 3-17: Lực chỗ tiếp xúc mối nối 93 Bảng 3-18: Bề mặt áp suất tiếp xúc – Cốt thép dọc 97 Bảng 3-19: Bề mặt áp suất tiếp xúc – Cốt ngang 98 Bảng 3-20: Tỷ lệ cốt thép 98 Bảng 3-21: Công thức xác định chiều rộng hào lún 124 Bảng 3-22: Mối quan hệ loại hƣ hỏng biến dạng chịu kéo giới hạn (sau Burland et al., 1977; Boscardin & Cording, 1989; and Burland, 1995) 134 Bảng 3-23: Các giá trị điển hình độ dốc nhà tối đa độ lún danh mục nguy hƣ hại 135 Bảng 3-24: Các giải pháp xử lý rủi ro: 138 Bảng 3-25: Xử lý cố đất khiên đào 141 Bảng 3-26: Xử lý cố kích, hệ thống thuỷ lực 143 Bảng 3-27: Nguyên nhân cách xử lý dịch chuyển bất thƣờng 145 Bảng 3-28: Xử lý cố xi lanh thuỷ lực 146 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1-1: Khiên quyền Brunel (1860) Hình 1-2: Phƣơng pháp khiên đào áp dụng cho hầm qua sơng Thames (Anh) Hình 1-3: Kết cấu khiên dùng vữa Greathead Hình 1-4: Kết cấu khiên vữa Haag (1896) Hình 1-5: Khiên cân áp lực đất công ty Sato Kogyo Nhật Bản Hình 1-6: Mặt cắt ngang đƣờng hầm qua eo biển Anh-Pháp Hình 1-7 Hiện tƣợng sạt lở đất thi cơng khiên có độ sâu khơng đủ lớn 14 Hình 1-8: Sơ đồ bố trí thiết bị cơng nghệ thi công tunnel mặt cắt nhỏ Microtunnelling 15 Hình 1-9: Phƣơng pháp thi công hầm khiên đào 16 Hình 1-10: Một giếng đứng để thi cơng hầm khiên Barcelona 17 Hình 1-11: Công nghệ thi công đƣờng hầm đất yếu 17 Hình 1-12: Sơ đồ cấu tạo khiên dung dịch vữa 18 Hình 1-13: Sơ đồ hệ thống thi cơng khiên dung dịch vữa 18 Hình 1-14 Khiên MF 19 Hình 1-15: Đƣờng hầm Kyobashi 19 Hình 1-16: Sơ đồ nguyên lý khiên nhiều trục lệch tâm 20 Hình 1-17: Khiên DPLEX hình chữ nhật 3.98x4.38m 20 Hình 1-18: Cấu tạo chung khiên mặt cắt tự 21 Hình 1-19: Các hình dạng mặt cắt ngang hầm thi công khiên mặt cắt tự 21 Hình 1-20: Khiên mặt cắt tự 22 Hình 1-21: Cấu tạo chung khiên hình cầu 22 Hình 1-22: Sơ họa khiên MSD 23 Hình 1-23: Khiên MMST 24 Hình 1-24: Khiên bọt khí 24 Hình 1-25: Cấu tạo khiên bọt khí 24 Hình 1-26: Sơ đồ cấu tạo khiên CPS 25 Hình 1-27: Khiên DOT 26 Hình 1-28: Sơ đồ nguyên lý khiên H&V 26 Hình 1-29: Khiên H&V 26 Hình 1-30: Sơ đồ nguyên lý thi công mở rộng cục 27 Hình 1-31 Đầu máy TBM thi công hầm thủy điện Đại Ninh 28 Hình 1-32: Micro EPB TBM Đƣờng kính 3.15m phục vụ thi cơng cống nƣớc Đức 28 Hình 1-33: Máy khoan hầm dự án Metro số 1, tuyến Bến Thành – Suối Tiên EPB-TBM ( Earth Pressure Balance-Tunneling Boring Machine) 29 Hình 2-1: Phân bố theo mức độ thuận tiện xây dựng CTN khu ĐTCT TP Hà Nội đồ 38 Hình 2-2: Sự phân bố ứng suất đất đá xung quanh hầm 46 Hình 2-3: Sơ đồ hệ thống thi cơng khiên cân áp lực đất 53 Hình 2-4: Sơ đồ cấu tạo khiên cân áp lực đất 53 Hình 2-5: Sơ đồ cấu tạo khiên cân áp lực đất (3D) 54 Hình 2-6: Front Shield 56 Hình 2-7: Center Shield 56 Hình 2-8: Rear Shield 57 Hình 2-9: Shield Jack 58 Hình 2-10: Vị trí Man Lock 59 Hình 2-11: Vị trí Material Lock 59 Hình 2-12: Cấu tạo Screw Conveyor (Máy Kawasaki) 60 Hình 2-13: Thiết bị Screw Conveyor (Máy Komatsu) 61 Hình 2-14: Cấu tạo hệ thống Belt Conveyor (Máy Kawasaki) 62 Hình 2-15: Hệ thống Belt Conveyor (Máy Komatsu) 63 Hình 2-16: Hình dáng mâm cắt (Máy Herrenknecht) 64 Hình 2-17: Chi tiết mâm cắt (Máy Kawasaki) 64 Hình 2-18: Mâm cắt có bố trí lỗ để phun phụ gia (Máy Herrenknecht) 65 147 3.2.3 Một số cố trình thi công EPB TBM 3.2.3.1 Hầm Sewage, Hull, UK, 1999 Hình 3-11: Hầm Sewage, Hull, UK, 1999 3.2.3.1.1 Khái quát: 10.5 km chiều dài cống ngầm thi công công nghệ thi công hầm cân áp lực đất EPB TBM (đƣờng kính 3.85m) đƣợc chống đỡ vỏ hầm đúc sẵn 3.2.3.1.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Sự xâm nhập nƣớc cát Đƣờng hầm bị lún 1.2m gây sụt lún nghiêm trọng bề mặt 3.2.3.1.3 Điều kiện địa chất Đất chứa nƣớc 3.2.3.1.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Sự thay đổi mực nƣớc ngầm thủy triều ảnh hƣởng đến chuyển vị theo chiều dọc hầm nguyên nhân gây hở mối nối vỏ hầm 3.2.3.1.5 Hậu Gây hƣ hỏng tòa nhà, đƣờng giao thơng, cơng trình tiện ích Phải hủy bỏ TBM 148 3.2.3.1.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Gia cố đất Cải tạo đƣờng hầm cách sử dụng bê tông phun 3.2.3.1.7 Bài học kinh nghiệm: Việc thiết kế liên kết mảnh vỏ hầm cần đƣợc tính tốn cẩn thận phải tính tới tác động nƣớc ngầm 3.2.3.2 Hệ thống xử lý nước thải, Portsmouth, UK, May 2000 Hình 3-12: Wastewater Tunnel, Portsmouth, UK, May 2000 3.2.3.2.1 Khái quát: Hầm xử lý nƣớc thải chiều dài 4km thi công công nghệ thi công hầm cân áp lực đất EPB TBM (đƣờng kính 3.3m) đƣợc chống đỡ vỏ hầm đúc sẵn 3.2.3.2.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Nứt vỏ hầm xâm nhập nƣớc 3.2.3.2.3 Điều kiện địa chất Đất hỗn hợp chứa vôi, đá cát kết vôi, sỏi sét cứng Đầu nguồn nƣớc phía 21m so với đỉnh hầm 3.2.3.2.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Các điều kiện địa chất yếu khơng đƣợc tính đến thiết kế vỏ hầm 149 3.2.3.2.5 Hậu Công tác đào hầm bị tạm dừng trì hỗn 3.2.3.2.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Sử dụng khí nén tạm thời, gia cố đất Thay mảnh vỏ hầm bị hƣ hỏng phun vữa bồi 3.2.3.2.7 Bài học kinh nghiệm: Hiểu rõ điều kiện địa chất đƣa vào tính tốn thiết kế 3.2.3.3 Shanghai Metro, China, 2003 Hình 3-13: Tòa nhà cao tầng phía đƣờng hầm bị hƣ hại nặng 3.2.3.3.1 Khái quát: Mở rộng metro Thƣợng Hải line 4, băng qua phía dƣới lòng sơng Hồng Phố Hai ống hầm song song, thi công công nghệ cân áp lực đất EPB TBM 3.2.3.3.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Hƣ hỏng xảy trình thi công đoạn chuyển Sự xâm nhập lƣợng lớn nƣớc vật liệu bề mặt độ sâu 35m Sụt lún hàng mét đất 3.2.3.3.3 Điều kiện địa chất Đất chứa nƣớc 150 3.2.3.3.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Hƣ hỏng trình gia cố đất thất bại 3.2.3.3.5 Hậu Tòa nhà cao tầng bị hƣ hỏng nặng Đê sông bị hƣ hỏng nặng 3.2.3.3.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu N/A 3.2.3.3.7 Bài học kinh nghiệm: N/A 3.2.3.4 Ga tàu điện ngầm Kaohsiung , Taiwan, 29 May 2004 Hình 3-14: Vị trí đón máy TBM 3.2.3.4.1 Khái qt: Hầm đƣợc đào công nghệ cân áp lực EPB TBM Cọc vữa đƣờng kính 350mm đƣợc thi cơng làm tƣờng dẫn phục vụ cho công tác thi công tƣờng vây Công tác gia cố đất sử dụng biện pháp Super Jet Grouting (SJG) vị trí đón máy TBM đến Tƣờng vây đƣợc khoan lỗ theo hình dạng khiên sử dụng dụng cụ cầm tay để tách cốt thép lỗ khoan 151 Hình 3-15: Mơ tả cấu tạo vị trí đón máy TBM 3.2.3.4.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Xuất vùng đất bị lún sụt đƣờng kính khoảng 10m mặt đất Đất lún ảnh hƣởng phạm vi 40~50m, gây độ lún tối đa lên tới 0.5~1.5m Một số vòng vỏ hầm bị hƣ hại 3.2.3.4.3 Điều kiện địa chất Đất bùn, phù sa Bùn lắng, sét không thấm nƣớc 3.2.3.4.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Quá trình phát sinh bất ngờ vết nứt khu vực cải tạo đất dẫn đến dò rỉ nƣớc ngầm khu vực đón máy TBM nhƣ kết nứt vỡ đƣờng ống Đƣờng rò rỉ bề mặt vị trí cọc CCP tƣờng vây, CCP khu vực gia cố SJG, bên khu vực bên dƣới khu vực gia cố SJG Sự xâm nhập vôi clorua làm hƣ hỏng cọc CCP đƣợc thi công từ hai năm trƣớc thực cơng tác phá tƣờng vây để đón máy TBM, gây ảnh hƣởng đến tính nguyên vẹn độ kín nƣớc bề mặt Loại đất có độ linh động cao, dễ bị xói rửa phân tán xung quanh SJG bị xáo trộn việc áp dụng tia nƣớc áp lực cao trình bơm vữa 152 Các chấn động khí xảy trình phá vỡ tƣờng vây dẫn đến rạn nứt nghiêm trọng phát triển khe nứt bên cọc CCP bị hƣ hỏng khối SJG khuyết tật Điều kiện địa chất không thuận lợi đất bùn bùn lắng mà gần nhƣ đạt giới hạn chảy 3.2.3.4.5 Hậu Tòa nhà cơng trình liền kề bị hƣ hỏng Hình 3-16: Tòa nhà cơng trình liền kề bị hƣ hỏng 3.2.3.4.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Ổn định đất bao tải cát chất phía trƣớc mặt hầm để giảm rò rỉ, lấp hố lún, phun vữa bồi đỉnh hầm rãnh hầm Tiến máy TBM tiến để thu hẹp khoảng cách tƣờng vây đƣờng hầm Lắp đặt khung thép để gia cố vỏ hầm bị hƣ hỏng Hình 3-17: Cơng tác khắc phục hậu 153 3.2.3.4.7 Bài học kinh nghiệm: N/A 3.2.3.5 Hệ thống thoát nước đường Langstaff, Toronto, Canada, Tháng năm 2008 3.2.3.5.1 Khái quát: 3.6 km đƣờng cống thoát nƣớc Langstaff thi công theo công nghệ đào hầm cân áp lực đất EPB TBM Hình 3-18: Ngập, sụt lở hầm 3.2.2.3.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Khoảng 1.800 m3 bùn lỏng chảy vào đƣờng hầm khoảng thời gian 48 thông qua dao cắt khiến cho hầm TBM bị ngập 3m sụt lở Một hố sâu hình thành từ mặt đất 3.2.3.5.3 Điều kiện địa chất Lớp cát ẩm bùn dày, dƣới mực nƣớc ngầm 3.2.3.5.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Sự hƣ hỏng mối bít khiên TBM dẫn tới chuỗi hƣ hỏng 154 Cát mịn bùn bị bão hòa dƣỡi áp lực 150 Kpa áp lực nƣớc ngầm 3.2.3.5.5 Hậu Đƣờng phía khu vực đào bị đóng lại Ngun nhân gây chậm tiến độ dự án Máy TBM bị chôn vùi 3.2.3.5.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Lấp hố bê tông cƣờng độ thấp khơng co ngót Các khu vực tiếp tục sụt lún đƣợc giữ ổn định cát Dựng vách ngăn phía sau TBM 300mm để kiểm sốt dòng chảy vào 3.2.3.5.7 Bài học kinh nghiệm: Việc khóa kín mối bít khiên TBM quan trọng việc vận hành an toàn EPBM 3.2.3.6 Ga đường sắt Seattle's Beacon Hill, USA, tháng 7/ 2009 3.2.3.6.1 Khái quát: Ga đƣờng sắt Seattle's Beacon Hill, USA, tháng năm 2009 thi công theo công nghệ đào hầm cân áp lực đất EPB TBM Hình 3-19: Lún sụt tạo thành hồ sâu mặt đất 3.2.3.6.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu Hố sâu 6.4m hình thành từ bề mặt đất 155 khoảng trống lớn đƣợc phát độ sâu từ 6-18m dƣới mặt đất phía sau vị trí lắp đặt vỏ hầm 3.2.3.6.3 Điều kiện địa chất Chủ yếu sét ổn định túi cát mịn 3.2.3.6.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Đào vƣợt khối lƣợng, EPBM đào vào túi cát tầng sét ổn định 3.2.3.6.5 Hậu Tạo hố sâu sân trƣớc nhà gần khu vực thi công 3.2.3.6.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Lấp đầy hố vật liệu đƣợc kiểm soát tỷ trọng Phun vữa bồi bên dƣới hố rỗng đỉnh đƣờng hầm 3.2.3.6.7 Bài học kinh nghiệm: Kết hệ thống kiểm soát quản lý trình đào khơng nên bỏ qua chúng giúp xác định vị trí bị đào vƣợt 3.2.3.7 Tuyến Metro số 4, Rio, Brazil, 11 tháng năm 2014 3.2.3.7.1 Khái quát: 16km đƣờng hầm metro nối Barra de Tijuca Ipanema đƣợc xây dựng từ năm 2010 vào hoạt động vào năm 2016 Các phƣơng pháp đào hầm bao gồm NATM EPB TBM Hình 3-20: Tuyến Metro số 4, Rio, Brazil 3.2.3.7.2 Loại cố: Phá hủy kết cấu 156 Hai hố sụt phố Barao da Torre, Ipanema, Rio de Janeiro, nguyên nhân việc đào phía dƣới TBM 3.2.3.7.3 Điều kiện địa chất Hầm vùng chuyển tiếp từ đá sang đất cát Không nắm đƣợc điều kiện nƣớc ngầm 3.2.3.7.4 Nhận định nguyên nhân phá hủy: Bề mặt đá bị gãy khơng đƣợc cố định q trình đào Khối đá liền kề bị phá hủy Sau lỗ hổng lan tới bề mặt đất xung quanh gây hố sụt lún 3.2.3.7.5 Hậu Gây chậm trễ tiến độ 3.2.3.7.6 Các biện pháp khẩn cấp khắc phục hậu Lập hàng rào an toàn khu vực Lấp đầy hố 100m3 bê tông 3.2.3.7.7 Bài học kinh nghiệm: Theo nghiên cứu điều tra cố, ảnh hƣởng cố đƣợc hạn chế bốn yếu tố: Lựa chọn tốt phƣơng pháp đào (tức EPB TBM) Tiền xử lý đất Giám sát cơng trình mặt đất tòa nhà Triển khai nhanh chóng hiệu kế hoạch dự phòng cấp cứu Kết luận chƣơng Tính tốn thiết kế vỏ hầm Vỏ hầm tuyến Metro Hà Nội đƣợc định trƣớc kích thƣớc để phục vụ lâu dài, lực di chuyển TBM phía trƣớc điều kiện vận chuyển nhƣ lƣu trữ chƣa đƣợc tính đến Chiều dày 300mm đƣợc kiểm tra tỷ lệ cốt thép dự tính 90 kg/m3 Tuy nhiên, cần phải có cốt bổ sung để lắp ráp để kiểm tra kết cấu bổ sung liên quan đến giai đoạn thi công (di chuyển TBM) Cốt thép bổ sung 1520% đƣợc sử dụng 157 Các quy định dẫn kỹ thuật cho thiết kế hầm bao gồm yêu cầu tỷ lệ cốt thép tối thiểu đƣợc ấn định 100 kg/m3 Phần tính tốn mang tính chất học tập Đánh giá rủi ro, giải pháp kỹ thuật Đã đƣa phân tích đánh giá rủi ro, ảnh hƣởng tiềm ẩn công tác thi công hầm gây Đặc biệt rủi ro sụt lún, phần lớn công tác đào diễn môi trƣờng đô thị có mật độ dày đặc, có khả ảnh hƣởng đến mặt xung quanh kết cấu dƣới lòng đất phạm vi khu vực ảnh hƣởng, nên việc xác định quy mơ sụt lún xảy đóng vai trò lớn việc thiết lập quy định dẫn kỹ thuật cho biện pháp thi công thiết kế biện pháp giảm thiểu rủi ro vị trí cần thiết Bên cạnh trình bày số cố thi cơng q trình đào hầm công nghệ cân áp lực đất EPB TBM giới, qua đúc rút đƣợc nhiều kinh nghiệm cho việc áp dụng công nghệ Việt Nam 158 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Công nghệ EPB TBM phù hợp để xây dựng công trình ngầm nƣớc, đƣờng hầm kỹ thuật, cơng trình ngầm giao thơng thị, cơng trình ngầm phải qua nhiều giao cắt, cơng trình nằm sâu mặt thi công không cho phép đào hở Công nghệ EPB TBM đặc biệt phù hợp đƣờng hầm đào đất yếu, tùy tiết diện nhỏ vƣợt sông, vƣợt đƣờng sắt đƣờng với mật độ giao thông lớn, đƣờng ống kỹ thuật tuyến đƣờng sử dụng… Có nhiều biện pháp thi cơng cơng trình ngầm nhƣng địa chất khu vực thành phố Hà Nội địa chất yếu có chiều dày lớn, ngồi có đặc điểm địa hình, móng cơng trình đặc thù phƣơng pháp khiên đào TBM có nhiều ƣu điểm để áp dụng Do việc nghiên cứu để áp dụng cơng nghệ thi cơng hầm TBM nói chung sâu vào công nghệ thi công hầm TBM cân áp lực đất cho khu vực Hà Nội việc làm cần thiết Về hiệu thi công theo công nghệ EPB TBM so với phƣơng pháp đào hở truyền thống, dù có hiệu mặt mơi trƣờng, mặt tiến độ nhận thấy rõ rệt nhƣng hiệu mặt kinh tế kỹ thuật chƣa đƣợc nhận thấy rõ ràng, chi phí thi cơng cơng nghệ EPB TBM cao, yêu cầu khắt khe mặt kỹ thuật, nguyên nhân phần thiếu kinh nghiệm thi cơng, chƣa có đội ngũ thi cơng có tay nghề nhƣ phụ thuộc nhiều vào đội ngũ thi cơng từ nƣớc ngồi Kiến nghị Công nghệ thi công EPB TBM phức tạp, rủi ro ảnh hƣởng đến cơng trình lân cận nội đô lớn, nên cần lựa chọn nhà thầu thiết kế, thi cơng có nhiều kinh nghiệm đội ngũ chuyên gia giỏi đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật Mặt khác, cần tập hợp chuyên gia có kinh nghiệm 159 xây dựng cơng trình ngầm cơng nghệ EPB TBM để lập hệ thống văn quy chuẩn, quy phạm hƣớng dẫn thiết kế thi công Khi thi công công nghệ EPB TBM, chi phí thi cơng giếng kích giếng nhận (cũng Ga Metro) chiếm chi phí lớn, khoảng 30-40% chi phí xây dựng Do đó, để giảm giá thành thi công theo công nghệ EPB TBM, cần nghiên cứu gia tăng khoảng cách giếng kích giếng nhận, nhằm giảm bớt số lƣợng giếng kích giếng nhận làm giảm chi phí xây dựng 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ban QLDA Đƣờng sắt đô thị Hà Nội (2011), Dự án tuyến mê trô line (Nhổn – ga Hà Nội) – 2011 [2] Bùi Đức Chính (2006), “Một số vấn đề xây dựng hệ thống quản lý cơng trình cầu hầm Việt Nam”, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam, 2006 (10), tr 12-14 [3] Cục Thống kê thành phố Hà Nội (2015), Niên giám thống kê thành phố hà nội 2014, Cục Thống kê thành phố Hà Nội [4] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn (2001), Thi công hầm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Phạm Minh Tiến (2007), nghiên cứu tính tốn biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực TP.HCM, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Xây dựng đƣờng ô tô đƣờng thành phố, Trƣờng đại học Giao thông vận tải, Hà Nội [6] Nguyễn Viết Trung, Trần Thu Hằng (2010), Thiết kế - thi cơng giám sát cơng trình hầm giao thơng, NXB Xây dựng, Hà Nội [7] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Thị Bạch Dƣơng (2009), Phân tích kết cấu hầm tường cừ phần mềm plaxis, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [8] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Đức Toản (2005), Thuật ngữ xây dựng hầm Anh – Việt, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh [9] Mainland East Division Geotechnical Engineering Office Civil Engineering and Development Department (2015), Catalogue of notable tunnel failures – case histories [10] Plaxis(2012), Plaxis analysis reference 161 Website [11] Website: http://www.ita-aites.org/cms/: International Tunnelling Association - Hiệp hội hầm quốc tế [12] Website: http://www.shield-method.gr.jp/english/: Shield Tunneling Association of Japan - Hiệp hội khiên đào hầm Nhật Bản [13] Website: http://www.herrenknecht.de/en/dyn_frameset.php3: Công ty sản xuất khiên đào Đức [14] Website: http://www.hitachi-c-.com/global/products/tunnel/index.html: Công ty sản xuất khiên đào Nhật Bản [15] Website http://www.ctstbm.com/index.htm: Nhà cung cấp dịch vụ xây dựng hầm Mỹ [16] Website http://www.hanoi.gov.vn/ : Trang thông tin – kinh tế - xã hội thành phố Hà Nội ... nghiên cứu Công nghệ thi công hầm TBM cân áp lực đất cho khu vực Hà Nội Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu áp dụng biện pháp thi công hầm hợp lý biện pháp TBM cân áp lực đất cho khu vực Hà Nội Phƣơng... Nghiên cứu áp dụng biện pháp TBM cân áp lực đất thi cơng hầm khu vực Hà Nội nội dung luận văn tốt nghiệp thạc sỹ Đối tƣợng nghiên cứu Công nghệ thi công hầm TBM cho khu vực Hà Nội Phạm vi nghiên cứu. .. hợp công nghệ TBM cân áp lực đất với điều kiện địa chất khu vực TP Hà Nội 71 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TBM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT DỰ ÁN METRO LINE HÀ NỘI