THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG HẦM METRO HANOI + BẢN VẼ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 VAI TRỊ CỦA CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ 1.2 TÍNH PHÙ HỢP CỦA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG CÔNG CỘNG Ở HÀ NỘI 1.2.1 Vai trò giao thơng ngầm 1.2.2 Tính phù hợp việc phát triển giao thông Hà Nội 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN .9 1.4 QUY MÔ DỰ ÁN TUYẾN 13 1.5 ĐẶC ĐIỂM ĐOÀN TÀU .14 1.6 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TUYẾN 15 1.7 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC GA NGẦM .18 1.8 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN TUYẾN ĐI QUA .19 1.9- ĐIỀU KIỆN MẶT BẰNG KHU VỰC THI CÔNG 22 PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ .23 2.1 ĐOẠN CHUYẾN LỰA CHỌN THI CÔNG 23 2.1.1 Đặc điểm 23 2.1.2 Điều kiện địa chất đoạn tuyến qua 23 2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 25 2.2.1 Phương án hầm đơn 25 2.2.2 Phương án hầm đôi chạy song song 26 2.3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ 27 2.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công 27 2.3.1.1 Các phương pháp thi công hệ thống mêtro thành phố 27 2.3.1.2 Lựa chọn khiên đào thi công hầm đất yếu .33 2.3.1.3 Kết luận 38 2.3.2 Tóm tắt cơng nghệ 39 2.3.2.1 Định nghĩa 39 2.3.2.2 Đặc tính thiết kế : 39 2.3.2.3 Cấu tạo máy TBM : 40 Hình 2.5: Mâm dao mặt cắt máyTBM 42 2.3.2.4 Quá trình tuần hồn thao tác thi cơng máy đào mui trần 42 2.3.2.5 Thi công vỏ hầm : 44 2.4 KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM 45 2.4.1 Kết cấu vỏ hầm 45 2.4.2 Kết cấu phần 49 2.4.3 Cấu tạo hệ thống cấp điện - tiếp điện, chiếu sáng 51 2.4.4 Hệ thống thoát nước .55 2.5 THƠNG GIĨ TRONG HẦM 55 2.5.1 Thành phần khí độc hại hầm 55 2.5.2 Thơng gió đường hầm đặt sâu 56 2.6 ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN .57 2.6.1 Phương án hầm đơn 57 2.6.2 Phương án hầm đôi chạy song song 58 PHẦN III:THIẾT KẾ KỸ THUẬT .59 TÍNH TỐN KẾT CẤU 59 1.1 SỐ LIỆU TÍNH TỐN 59 1.1.1 Địa chất 59 1.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 59 1.2.1 Áp lực địa tầng thẳng đứng 59 1.2.2 Áp lực địa tầng nằm ngang 59 1.2.3 Trọng lượng thân vỏ hầm .59 1.2.4 Áp lực thủy tĩnh 60 1.2.5 Phản lực địa tầng 60 1.2.6 Tải trọng ảnh hưởng đường hầm song song với 60 1.2.7 Tải trọng cơng trình mặt đất .60 1.2.8 Tải trọng tạm thời 60 1.2.9 Tải trọng đặc biệt 61 SV: Chử Ngọc Minh Chiến -1- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM 61 1.3.1 Kết cấu vỏ hầm 61 1.3.1.1 Vai trò vỏ hầm: .61 1.3.1.2 Mặt cắt kết cấu .62 1.3.2 Mơ hình tính 62 1.3.3 Tính tốn nội lực 62 1.3.4 Kiểm toán nội lực tiết diện: .63 1.3.5 Tính tốn kiểm tra điều kiện mối nối mảnh ghép 64 1.3.6 Kiểm tra điều kiện chịu ép mặt mối nối: 65 1.4 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP 65 1.4.1.Tính tốn cốt thép chịu mơmen: 66 1.4.3 Tính tốn cốt thép chịu lực cắt: .67 PHẦN IV: 69 THIẾT KẾ TỔ CHỨCTHI CÔNG 69 CHƯƠNG 1: BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 69 1.1 ĐIỀU KIỆN THI CÔNG VÀ CĂN CỨ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 69 1.1.1 Điều kiện thi công 69 1.1.2.Căn lựa chọn công nghệ 69 1.1.3.Vật liệu xây dựng 73 1.1.4.Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công .73 1.1.5 Chuẩn bị hệ thống đảm bảo hậu cần thi công bể chứa chất thải .73 1.2 Biện pháp thi công giếng xuất phát .74 1.3 Biện pháp lắp ráp khiên đào 75 1.4 Vận hành khiên đào 79 1.5 Biện pháp vận chuyển chất thải lên mặt đất 82 1.6 Biện pháp đúc mảnh hầm 82 1.6.1 Bê tông : 83 1.6.2 Cốt thép : 84 1.6.3 Cốp pha : 84 1.6.4 Thi công bê tông chống thấm 85 1.6.5 Chống thấm cho mảnh hầm lắp ghép 85 1.7 Biện pháp lắp ráp mảnh hầm 86 1.8 Biện pháp lắp đặt đường ray 87 1.9 Các thiết bị phụ trợ thi công 87 1.9.1 Thiết bị hầm 88 1.9.2 Thiết bị hầm 89 1.10.Giải pháp thi công đổ vỏ bê tông chống thấm bên hầm 90 1.11 Công tác chuẩn bị mặt 90 1.12 Công tác phụ thi công 91 1.12.1 Thơng gió thi cơng: 91 1.12.2 Cấp nước thi công : 91 1.12 3.Cung cấp điện cho thi công 91 1.12.4 Thốt nước thi cơng 92 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ THI CÔNG CHI TIẾT VÀ TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 93 93 2.1 Thiết kế kết cấu thành giếng 93 2.2 Chọn chiều dài đốt thi công 93 2.2.1 Giai đoạn khởi đầu TBM 93 2.2.1 Thi công đốt thi công .93 2.3 Xác định áp lực đất tác dụng lên gương đào 94 2.4 Xác định lực đẩy kích di chuyển 95 2.4.1 Đường kính khiên D .95 2.4.2 Độ nhanh nhạy khiên LM/D 96 2.4.3 Chiều dài khiên L 97 2.5 Các công tác phụ thi công hầm 99 2.5.1 Cơng tác thơng gió 99 2.5.2 Chiếu sáng 101 2.5.3 Cấp nước thi cơng 101 2.6 Thi công vỏ chống thấm 102 2.6.1.Công tác cốp pha 102 2.6.2.Công tác cốt thép 103 2.6.3.Công tác đổ bê tông .103 SV: Chử Ngọc Minh Chiến -2- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.7 Tổ chức thi công 105 2.7.1.Các điều kiện để lập kế hoạch 105 2.7.2 Công tác tổ chức kỹ thuật 106 2.8 Lập bảng tiến độ thi công 106 2.9 Các biện pháp an tồn q trình xây dựng 107 2.9.1.Biện pháp kỹ thuật an toàn tổ chức mặt xây dựng 107 2.9.2 Biện pháp an toàn vận chuyển đất đá, nguyên vật liệu người q trình thi cơng .107 CHUYÊN ĐỀ 108 MỞ ĐẦU PHẦN I: CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG HẦM BẰNG MÁY TBM 109 110 110 1.1 Tổng quan loại máy TBM 110 1.2 Sự cố thi công hầm máy TBM 112 1.3 Biến dạng đất yếu thi công hầm đất yếu 114 1.3.1 Sự hình thành biến dạng .114 1.3.2 Ảnh hưởng biến dạng mặt đất đến cơng trình xây dựng gần kề .119 1.3.3 Kết luận 121 PHẦN II MƠ HÌNH TÍNH TỐN 122 122 2.1.Mơ hình khơng gian 122 2.2.Mơ hình phẳng 124 PHẦN III: GIẢI BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH GƯƠNG ĐÀO BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D TUNNEL 131 131 131 3.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis 131 3.2 Giải toán ổn định gương đào Plaxis 3D 133 3.2.1 Input 134 3.2.2 Calculation 139 3.2.3 Output 141 3.3 Kết luận 150 KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO: SV: Chử Ngọc Minh Chiến 150 151 -3- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Thủ Hà Nội trung tâm văn hố - trị nước Sự phát triển thủ có ảnh hưởng lớn tới phát triển đất nước Hệ thống giao thông thành phố phát triển không ngừng Riêng tốc độ phát triển phương tiện giao thông đường năm 1996 tới khoảng : - 13% xe máy, - 8% xe ôtô Chủng loại phương tiện ngày đa dạng phong phú Hệ thống sở vật chất hạ tầng cho giao thơng có nhiều thay đổi Nhiều tuyến đường lớn nhỏ tiếp tục qui hoạch, mở rộng hợp lý, đạt yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo phục vụ tốt cho hoạt động lưu thông Tuy nhiên giống thành phố giới Hà Nội gặp nhiều khó khăn giao thông đô thị: + Giao thông thành phố tải, vào cao điểm xảy ách tắc nút giao thông lớn nhu cầu lại người dân không ngừng tăng lên + Mức độ ô nhiễm môi trường khí thải xe cộ, nhiễm tiếng ồn lên mức báo động + Tại khu phố đông dân cư, việc mở rộng hay quy hoạch lại đường khó thực liên quan đến yếu tố lịch sử văn hoá kiến trúc thành phố, việc giải phóng mặt nhiều bất cập, kéo dài chi phí lớn + Trong đó, điều kiện địa hình địa chất thành phố Hà Nội phức tạp, việc quy hoạch chưa hợp lý vùng đông dân cư làm cho việc sử dụng phương tiện công cộng mặt đất cao gặp nhiều khó khăn hệ thống đường q chằng chịt, nhỏ bé hệ thống dây điện, cáp điện thoại tạo thành mạng nhện khó giải cao Trong đó, tốc độ phát triển hệ thống giao thông vận tải đô thị (GTVTĐT) chưa đáp ứng nhu cầu lại người dân thủ Xu phát triển tồn hệ thống GTVTĐT Hà Nội chưa cân đối hợp lý Điều thấy rõ phát triển thiếu hài hoà số lượng chủng loại phương tiện giao thông với hệ thống sở hạ tầng đô thị Hệ thống sở hạ tầng phát triển nhanh đại hố khơng theo kịp với tốc độ phát triển nhanh đến mức khơng thể kiểm sốt phương tiện giao thơng Chính SV: Chử Ngọc Minh Chiến -4- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hệ thống sở hạ tầng thị nhanh chóng bị q tải xuống cấp nghiêm trọng Hiện trạng viễn cảnh khơng xa tình hình giao thơng Hà Nội cho thấy vấn đề mang tính cấp bách Song song với biện pháp tăng cường quản lý giao thơng, việc phát triển vận tải hành khách cơng cộng với khối lượng lớn xem giải pháp cần thiết hợp lý Trước thực trạng giải pháp khắc phục mang lại hiệu nhiều mặt xây dựng hệ thống giao thông ngầm, mà bật hệ thống tàu điện ngầm Tàu điện ngầm xuất giới từ lâu, qua thời gian chứng minh tính tối ưu, hợp lý việc giải vấn đề giao thông thành phố lớn đông dân cư, hạn chế tối đa vấn đề đô thị đại ô nhiễm, tắc nghẽn, ồn ào, nhu cầu lại không ngừng tăng lên nhờ ưu điểm trội: tốc độ cao, khả vận chuyển hành khách lớn, di chuyển êm, gây ô nhiễm môi trường, nâng cao mức sông người dân đô thị Việc xây dựng hệ thống tàu điện ngầm có ý nghĩa lớn giải vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý Xuất phát từ vấn đề ,với kiến thức học trường, em chọn đề tài tốt nghiệp: ”Thiết kế tổ chức thi cơng hầm Metro ” Trong q trình hồn thiện đồ án này, em cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình kỹ sư Nguyễn Thạch Bích, giảng viên môn Cầu Hầm, số thầy cô khác môn trường trang bị cho em kiến thức quý báu chuyên ngành Cầu Hầm suốt năm học vừa qua Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian có hạn, tài liệu tham khảo lại không đầy đủ làm lĩnh vực mẻ nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong muốn phê bình, góp ý thầy cơ, bạn sinh viên trường để vững vàng cơng tác sau Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2008 Sinh viên Chử Ngọc Minh Chiến SV: Chử Ngọc Minh Chiến -5- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 VAI TRỊ CỦA CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ Cïng víi sù ph¸t triĨn chóng mặt xã hội, sở hạ tầng đô thị phải phát triển liên tục để phù hợp với đòi hỏi xã hội Các khu công nghiệp, khu chung c, công trình dân dụng, khu vui chơi giải trí, công viên đợc xây dựng ngày nhiều, kết hợp với mạng lới giao thông, sông hồ tạo nên tổ hợp kiến trúc đô thị phức tạp Mặt khác tốc độ mở rộng đô thị chậm so với nhu cầu xây dựng không ngừng gia tăng, giải pháp sử dụng không gian đô thị vấn đề đau đầu đô thị Ngoài công tác mở rộng không gian theo mặt bằng, đô thị trọng đến việc phát triển không gian theo mặt đứng cách khai thác không gian cao không gian ngầm Việc chuyển số công trình mặt đất xuống ngầm giải phóng nhiều khoảng không gian lớn mặt đất, vừa đáp ứng đợc yêu cầu không gian đồng thời mang lại hiệu kinh tÕ kh¸ cao Khi sử dụng hiệu khơng gian ngầm cho phép : - Tăng cường cấu trúc quy hoạch, kiến trúc thị - Giải phóng nhiều cơng trình có tính chất phụ trợ khỏi mặt đất - Sử dụng đất đai đô thị hợp lý cho việc xây dựng nhà ở, tạo công viên, bồn hoa, sân vận động, khu vực xanh, vùng ’’ khơng có tơ ” - Tăng cường vệ sinh môi trường đô thị - Bảo vệ tượng đài kiến trúc - Bố trí hiệu cụm thiết bị kỹ thuật - Trong trường hợp cần thiết, cơng trình ngầm dùng cho mục đích quốc phòng - Giải đề giao thụng Bên cạnh đó, việc quy hoạch hợp lý khu chung c, khu công nghiệp, trờng học, công viên khu vui chơi giải trí phải kết hợp với việc bố trí mạng lới giao thông để tạo nên mét khèi thèng SV: Chử Ngọc Minh Chiến -6- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nhÊt, hiệu nhất, nhng đồng thời phải đáp ứng đợc yêu cầu kiến trúc, thẩm mỹ đô thị Trong công tác phân vùng bố trí mạng lới giao thông theo mặt đứng không gian đô thị phơng án vừa giải hợp lý vấn đề giao thông đô thị vừa cho phép khai thác tận dụng đợc không gian đô thị thiết kế hệ thống giao thông ngầm, điển hình hệ thống tàu điện ngầm 1.2 TNH PH HP CA TÀU ĐIỆN NGẦM TRONG PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG CÔNG CỘNG Ở HÀ NỘI 1.2.1 Vai trò giao thơng ngầm Song song với phát triển xã hội kinh tế, phương tiện giao thơng nói chung phương tiện giao thơng thành phố nói riêng có phát triển mạnh mẽ Trong thành phố hệ thống phương tiện giao thông đa dạng loại hình phong phú thể loại Theo cách phân loại loại hình có phương tiện giao thông công cộng như: xe buýt, xe điện; phương tiện giao thông cá nhân như: xe đạp, xe máy, ôtô, tàu thuyền Theo cách phân loại khơng gian bố trí gồm phương tiện chạy mặt đất ôtô, xe đạp, xe máy, tàu hỏa…; phương tiện mặt đất tàu điện ngầm, tàu chạy đệm từ; phương tiện cao hệ thống đường sắt cao, đường không Theo cách phân loại nguyên tắc hoạt động có phương tiện thơ sơ, phương tiện chạy động cơ: động xăng, động điện; phương tiện chạy đệm từ Khi đô thị phát triển nhanh, khối lượng vận chuyển hành khách lớn đến mức mạng lưới giao thông hành khách mặt đất ( tàu điện, ô tô bus,…) đáp ứng Dẫn đến yêu cầu tất yếu phải có loại phương tiện khác giải đề Ngày nay, tau điện ngầm dạng giao thông vận tải hành khách lớn nhất, tiện nghi hoàn thiện nhât Tàu điện ngầm có đại phận tuyến đường nằm sâu lòng đất, ngoại chạy, có đoạn chạy mặt đất, cầu cạn đê cạn để phù hợp với mạng lưới giao thông chung để tiết kiệm đầu tư xây dựng - Chi phí xây dựng tuyến đường thường đắt: khoảng 50 triệu đôla/km SV: Chử Ngọc Minh Chiến -7- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thời gian xây dựng tuyến dài 20 km từ đến 15 năm Thu hồi vốn lâu - Kĩ thuật thi cơng phức tạp, đòi hỏi cơng nghệ đại, trình độ cao Tuy nhiên, tàu điện ngầm có nhiều ưu điểm bật khơng thể phủ nhận: - Do tuyến đường hoàn toàn cách li nên dễ dàng thực tự động hoá giúp cho mật độ tàu chạy đạt 2-3 phút/tàu, tốc độ cao 90 km/h, bình quân 40 – 50 km/h - Lượng hành khách vận chuỵển lớn: 60.000 - 80.000 lượt người/h (đối với tàu chiều) thoả mãn yêu cầu lại cao điểm, góp phần giải tình trạng ách tắc giao thơng - Yêu cầu phòng hoả, giảm chấn, cách âm khắt khe nên có tính an tồn, tạo thoải mái cho hành khách - Giảm ô nhiễm môi trường tiết kiệm lượng 1.2.2 Tính phù hợp việc phát triển giao thông Hà Nội Với đặc điểm thành phố Hà Nội, tiêu chí để đưa hình thức vận tải hành khách công cộng hợp lý sau: - Phù hợp với giao thông Hà Nội cho phép đáp ứng nhu cầu người dân thành phố hạn chế phương tiện cá nhân - Phù hợp với “Sơ đồ quy hoạch tổng thể phát triển đô thị hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020”, đồng thời cho phép phát triển dự án đô thị kinh tế thành phố trung tâm, văn hoá du lịch - Phù hợp với khả tài thành phố Hà Nội - Một hệ thống tiến tiến, đại có khả mở rộng tuyến để khai thác nhu cầu lại người dân tăng cao - Thân thiện với mơi trường, chủ yếu di tích lịch sử văn hố khơng gian thiên nhiên, hạn chế tối đa nhiễm khói bụi tiếng ồn giảm thiểu tai nạn giao thông - Cho phép tái tổ chức có hiệu mạng lưới vận tải công cộng khác (xe buýt hệ thống đường sắt khác) Sự phát triển hình thức giao thông đường sắt nội đô, hệ thống tàu điện ngầm, coi hình thức vận hiệu đại Châu Âu Mỹ, số thành phố lớn khác giới phù hợp với sơ đồ phát triển hệ thống giao thông đường sắt nội đô đến năm 2020 vì: SV: Chử Ngọc Minh Chiến -8- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Hệ thống tàu điện ngầm đặt sâu đảm bảo thuận lợi cho dân cư vùng đô thị tăng cường điều kiện an tồn giao thơng - Việc di chuyển tuyến riêng, khổ tĩnh không riêng di chuyển ngầm đất làm giảm tối đa tiếng ồn đặc trưng đường sắt - Nhờ có trục giao thơng ngầm mà việc tiếp cận mạng lưới giao thông mặt đất hệ thống dễ dàng - Tính ưu việt hệ thống tăng lên giá thành đất đô thị ngày tăng kỹ thuật thi công ngày phát triển, cần trì khơng gian thành phố khu phố cổ Khi điều kiện địa chất cơng trình thuỷ văn thuận lợi việc xây dựng cơng trình ngầm thị hiệu - Không với khả vận chuyển hành khách lớn, tốc độ cao tuyến tàu điện ngầm đáp ứng nhu cầu lại dễ dàng Tất biện pháp giúp cho giao thơng công cộng trở nên hấp dẫn Năm 2003 2010 2020 2030 Đi 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% Xe đạp 22.0% 13.7% 5.9% 3.9% Xe máy 65% 50.4% 25.6% 15.5% Ôtô 1.8% 15.8% 28.3% 32.3% Xe buýt phương tiện 9.5% 18.3% 38.6% 46.6% GTCC Các phương 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% tiện khác Tổng 100% 100% 100% 100% Bảng 1.1 : Xu hướng phân bổ phương tiện giao thông thành phố có dự án đường sắt nội 1.3 CƠ SỞ HÌNH THÀNH TUYẾN Tên dự án: Tuyến đường sắt thị thí điểm Thành phố Hà Nội, đoạn Nam Thăng Long - Giáp Bát Cơ quan chủ quản dự án: Ủy ban Nhân dân Thành phố Hà Nội Chủ đầu tư: Ban Quản lý, Phát triển vận tải công cộng xe điện Hà Nội SV: Chử Ngọc Minh Chiến -9- Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Địa điểm xây dựng: Điểm đầu Nam Thăng Long (huyện Từ Liêm), điểm cuối Giáp Bát (Quận Hoàng Mai) Cơ sở thiết kế: Quy hoạch tổng thể Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20 - - 1998 xác định: “Việc phát triển giao thông vận tải Thủ đô phải lấy phát triển hành khách công cộng làm khâu trung tâm, bảo đảm tỷ lệ vận tải hành khách công cộng đến năm 2010 30% đến năm 2020 50% số lượng hành khách Cần ưu tiên cho việc xây dựng hệ thống đường sắt đô thị để tạo nên trục mạng lưới vận tải hành khách công cộng Thủ đô” Theo định hướng phát triển hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020 thành phố Hà Nội, theo quy hoạch tổng thể thành phố có hệ thống tuyến đường sắt nội đô mặt đất,trên cao ngầm vận chuyển hành khách từ vùng phụ cận Đông - Tây - Nam - Bắc vào trung tâm thành phố, với Ga Hà Nội điểm gốc, tuyến thiết kế thuộc giai đoạn dự án, dự kiến khởi công vào 2010 nhằm bảo đảm vận chuyển lượng hành khách di chuyển theo hướng Nam - Bắc thành phố TT Tên tuyến Yên Viên – Ngọc Hồi Chiều dài Năm xây dựng Hệ thống dự kiến (km) 24.6 2003 – 2009 Tàu điện cao có sử Ga Hà Nội – Hà Đông Voi Phục – Cầu Giấy – Cầu 12.6 8.00 2004 – 2010 2008 – 2012 dụng đường sắt Tàu điện Metro Tàu điện Metro Diễn Ga Hà Nội – Nội Bài 21.60 2010 – 2015 Tàu điện Metro có sử dụng ĐS Nam Thăng Giáp Bát – Nam T.Long KS Deawoo – Láng – Hoà Lạc Bưởi - Đơng Anh – Sóc Sơn 18.90 32.10 23.90 2010 – 2015 2010 – 2015 2010 – 2015 Long – Tang Mi Tàu điện Metro Tàu điện Metro Liên quan đến phát triển Thăng Cổ Bi – Kim Nỗ 25.50 SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 10 - 2010 – 2015 khu Long Nam “Hanoi New Town” Liên quan đến phát Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 10: Dữ liệu cho khiên + Tạo lưới phần tử hữu hạn cho mơ hình 2D Hình 11: Mơ hình khai báo 3D + Tạo lưới mơ hình 3D: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 137 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 12: Mơ hình khai báo 3D + Điều kiện ban đầu (Initial Conditions): Hình 13: Mơ hình áp lực nước ngầm SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 138 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 14 : Mơ hình áp lực đất 3.2.2 Calculation Trong thực tế, trình xây dựng đường hầm bao gồm nhiều giai đoạn Trong đề tài nhóm nghiên cứu tập trung vào vấn đề ổn định gương đào ý đến tiến độ TBM chiều dài (8,6m) khối đất mơ hình Do giai đoạn thi công thi công lớp đất để lắp đặt TBM, đưa TBM vào khai thác, nước thấp khai thác, áp dụng áp lực gương hầm áp dụng co lại để giả định thực tế TBM có dạng hình nón phía Gán vật liệu (giảm ma sát lực dính kết mặt tiếp xúc) cho lát đào (Slide 1) Áp lực gương hầm trì đất đá trộn với chất lỏng (bentonite) với trọng lượng đơn vị 14kN/m3, áp lực gương hầm 200kN/m2 đỉnh đường hầm (16.8m) 300kN/m2 đáy hầm (-23.2m) Gradien áp lực 14kN/m 2/m Các số liệu đầu vào nhập đây: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 139 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 15: Giá trị áp lực cần thiết để cân gương Khi thi cơng TBM có xét đến thu ngắn vỏ hầm, làm giảm bán kính hầm q trình tính tốn, lựa chọn có vỏ hầm giả định thể tích đất bị xung quanh đường hầm q trình đào, tạo nón TBM, giá trị thu nhỏ xác định cho mặt cắt ngang giảm theo phần trăm (%) tồn diện tích mặt cắt ngang hầm, chọn giá trị thu nhỏ 0,5% để mơ dạng nón TBM: Hình 16: Thơng số mơ dạng nón TBM Mơ hình tính tốn gồm lớp: Hình 17: Các giai đoạn tính toán SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 140 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Giai đoạn 1: Biến dạng môi trường áp dụng cân áp lực gương + Giai đoạn 2: Xác định áp lực nhỏ gương hầm cách giảm áp lực gương hầm tới gương hầm bị sụt đổ + Giai đoạn 3: Phân tích an tồn ổn định q trình xây dựng đường hầm 3.2.3 Output 3.2.3.1 Xác định biến dạng môi trường áp dụng cân áp lực gương Hình 18: Lưới biến dạng hầm Ta thấy biến dạng lớn sử dụng áp lực cân gương biến dạng thẳng đứng theo trục y : Uy = 18,46.10-3m = 18,46mm SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 141 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 19: Xu hướng chuyển vị điểm mơ hình gương hầm Hình 20: Mơ tả chuyển vị điểm mặt đất SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 142 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ta có bảng biến dạng số điểm đặc trưng: Node 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 255 256 257 1725 1726 1727 1728 1729 1730 1731 1732 1733 1734 1735 1736 1737 1738 1739 1740 X [m] 20.0000 20.0000 16.3240 18.8178 20.0000 20.0000 19.4528 20.0000 19.4443 18.2705 18.9055 18.4000 20.0000 19.4443 18.9055 7.5000 6.3760 7.6662 13.7500 17.1624 16.3817 16.9409 15.6909 15.0000 16.2500 14.9060 17.9431 18.4000 17.7215 18.9055 18.2028 Y [m] -25.0000 -24.0000 -20.0497 -18.3168 -17.8333 -18.4667 -17.7368 -17.2000 -17.1514 -17.5870 -17.0070 -16.7713 -10.8000 -10.8486 -10.9930 -10.0000 -8.7794 -8.5960 -10.0000 -11.4852 -11.4217 -10.7108 -10.7108 -10.0000 -10.0000 -9.0716 -11.5487 -11.2287 -10.7743 -10.9930 -10.4965 Z [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 -4.3463 Ux [m] 0.0000 0.0000 0.0009 0.0011 0.0000 0.0000 0.0008 0.0000 0.0010 0.0018 0.0019 0.0023 0.0000 0.0014 0.0026 0.0001 0.0000 0.0001 0.0014 0.0011 0.0009 0.0019 0.0016 0.0021 0.0028 0.0021 0.0010 0.0012 0.0018 0.0011 0.0020 Uy [m] 0.0000 0.0002 0.0008 0.0046 0.0066 0.0050 0.0065 0.0086 0.0082 0.0049 0.0075 0.0064 -0.0187 -0.0183 -0.0171 -0.0005 -0.0005 -0.0007 -0.0021 -0.0075 -0.0055 -0.0070 -0.0043 -0.0033 -0.0055 -0.0039 -0.0101 -0.0116 -0.0093 -0.0128 -0.0107 Uz [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0000 0.0001 0.0006 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.0009 0.0008 -0.0001 0.0000 0.0004 0.0000 0.0005 DUx [m] 0.0000 0.0000 0.0009 0.0011 0.0000 0.0000 0.0008 0.0000 0.0010 0.0018 0.0019 0.0023 0.0000 0.0014 0.0026 0.0001 0.0000 0.0001 0.0014 0.0011 0.0009 0.0019 0.0016 0.0021 0.0028 0.0021 0.0010 0.0012 0.0018 0.0011 0.0020 DUy [m] 0.0000 0.0002 0.0008 0.0046 0.0066 0.0050 0.0065 0.0086 0.0082 0.0049 0.0075 0.0064 -0.0185 -0.0181 -0.0170 -0.0005 -0.0005 -0.0007 -0.0021 -0.0075 -0.0055 -0.0070 -0.0043 -0.0033 -0.0055 -0.0039 -0.0101 -0.0116 -0.0093 -0.0128 -0.0107 DUz [m] 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0000 0.0001 0.0006 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.0009 0.0008 -0.0001 0.0000 0.0004 0.0000 0.0005 Bảng 9: Biến dạng số điểm đặc trưng - Biến dạng mặt tiếp xúc vỏ hầm đất thể rõ kết biến dạng: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 143 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 21: Kết biến dạng Kết tốn cho thấy đặc tính độ bền vùng tương tác đất vỏ hầm thấp lớp đất, biểu độ biến dạng khu vự hầm mặt tiếp xúc lớn, giảm dần đến gương hầm đến phần tiếp xúc lớp đất 3.2.3.2 Xác định áp lực nhỏ ở gương hầm: Khi thực bước tính tồn mơ hình tính tốn giảm áp lực gương tới hầm sụt đổ ( Soil body collapses) xuất hệ số tải trọng cần thiết để gương hầm bị sụp đổ ( ∑ MloadA ) SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 144 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 22: Total Multipliers Ta thấy bảng Total Multipliers có ∑ MloadA = 0,1746 áp lực gương nhỏ để ngăn ngừa phá hủy: Ở đỉnh hầm: 0.1746 x 100 = 17,46 kN/m2 Ở đáy hầm: 0.1746 x 200 = 34,92 kN/m2 Đây giá trị áp lực nhỏ cần áp dụng để chống lại phá hủy gương hầm Trong trường hợp thấy gương hầm bị sụp đổ rõ nét biến dạng lớp đất phía lên đến 1,37 m SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 145 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 23: Lưới biến dạng hầm giai đoạn 3.2.3.3 Phân tích an tồn: Trong thiết kế hầm, không quan tâm đến ổn định cuối mà phải quan tâm đến ổn định xây dựng Sự ổn định để chống lại phá hủy định nghĩa giá trị trung bình hệ số an toàn, tỷ số tải trọng phá hủy tải trọng làm việc Tuy nhiên với môi trường đất định nghĩa đơi khơng phù hợp ta sử dụng định nghĩa: HSAT = SV: Chử Ngọc Minh Chiến Sđatđa Scanthietdecanbang - 146 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong đó: S : biểu diễn độ bền cắt, tỷ số độ bền đất đá độ bền tính tốn nhỏ cần thiết để cần hệ số an toàn Theo điều kiện Coulomb, hệ số an toàn là: HSAT = C + σ n tan ϕ Cr + σ n tan ϕr Với: C ϕ thơng số độ bền mơ hình Mohr – Coulomb σ n thành phần ứng suất pháp Các thông thông số độ bền giảm đủ đẻ đạt cần Những mô tả sở phương pháp Phi-C reduction mà sử dụng tính hệ số an tồn chương trình Plaxis, C tan ϕ giảm theo tỷ lệ: C tan ϕ = = ∑ M sf Cr tan ϕr ∑ M = 0.1 hệ số giảm độ bền đạt là: ∑ M = 2.3592 Khi tính tốn chấp nhận số gia hệ số giảm độ bền Sau thực tính tốn có sf sf Hình 24: Bảng giá trị hệ số an tồn Khi ta có biến dạng giai đoạn này: SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 147 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 25:Lưới biến dạng giai đoạn Cuối ta có đường cong biểu diễn phát triển biến dạng SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 148 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chart Sum-MloadA Point A 0.8 0.6 0.4 0.2 0 4e-3 8e-3 0.012 0.016 0.02 |U| [m] Hình 26: Sự phát triển ∑ MloadA hàm số chuyển vị gương hầm Dựa vào đường cong biểu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng cho thấy ∑ MloadA =0.1746 gương hầm bắt đầu có dịch chuyển lớn vào giai đoạn Chart Sum-Msf 2.4 Point A 1.6 1.2 0.8 4e-3 8e-3 0.012 0.016 0.02 |U| [m] Hình 27: Sự phát triển SV: Chử Ngọc Minh Chiến ∑ Msf - 149 - hàm số chuyển vị gương hầm Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dựa vào đường cong biểu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng cho thấy ∑ Msf =2.3592 gương hầm bắt đầu có dịch chuyển lớn vào 3.3 Kết luận Qua mơ hình tính tốn ta thấy sử dụng phần mềm Plaxis dùng cho công việc tính tốn thiết kế cơng trình hầm hiệu Bằng cách nhập số liệu đầu vào đơn giản đỏi hỏi người dùng phải có hiểu biết định luật biến dạng, số liệu đầu vào bao trường hợp xảy thực tế kết đạt xác với yêu cầu đặt q trình thi cơng TBM KIẾN NGHỊ Phương pháp đào hầm máy cân áp lực cân gương áp dụng rộng rãi giới năm gần Với đặc trưng sử dụng thuận lợi môi trường địa chất yếu hầm đặt nông phù hợp để thực thị Hà Nội, có điều kiện địa chất tương đối yếu phức tạp Khi tiến hành thi cơng hầm máy khoan đào tồn tiết diện điều kiện địa chất yếu vấn đề ổn dịnh mặt gương đào cần lưu tâm Qua việc tính tốn mơ hình Plaxis phản ánh xác tượng xảy đào hầm máy khoan đào TBM, cho thấy vấn đề lún tránh khỏi thi công hầm đất máy TBM (đặc biệt địa chất yếu Hà Nội) tồn khoảng hở biên hang đào với kết cấu vỏ lắp sau độ cứng kết cấu vỏ hầm, cần có giải pháp để hạn chế vấn đề lún trên, phương pháp sử dụng cân áp lực gương cho thấy kết rõ Nghiên cứu dừng lại phương pháp lý thuyết lớp địa chất mơ hình đơn giản địa điểm cụ thể tổng thể toàn đường hầm địa chất Hà Nội nên tránh sai số định SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 150 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tunnelling and Underground Space Technology - G.Anagnostou K Kovári - Tập 11 - trang 165 -> 173 - NXB Great Britain - 1996 Stability analysis for tunnelling with slurry and EPB shield - G.Anagnostou K Kovári - 1994 Các biện pháp nâng cao hiệu xây dựng cơng trình ngầm - Nguyễn Quang Phích - 2005 Tài liệu thuyết trình kỹ thuật thi công đường tàu điện ngầm - Kumagai - Nhật Bản Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt - Nguyễn Xuân Mãn - 1998 Các modun hướng dẫn Plaxis 3D tunnel – Tutorial, Validation Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt thi công đường hầm Metro đặt nông đất máy đào tổ hợp TBM – Th.S Bùi Văn Dưỡng Tạp chí cầu đường Việt Nam SV: Chử Ngọc Minh Chiến - 151 - Lớp: Đường hầm – Metro K44 ... Thốt nước thi cơng 92 CHƯƠNG II: THI T KẾ THI CÔNG CHI TIẾT VÀ TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 93 93 2.1 Thi t kế kết cấu thành giếng 93 2.2 Chọn chiều dài đốt thi công ... 69 THI T KẾ TỔ CHỨCTHI CÔNG 69 CHƯƠNG 1: BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 69 1.1 ĐIỀU KIỆN THI CÔNG VÀ CĂN CỨ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 69 1.1.1 Điều kiện thi công ... NGHIỆP 2.7 Tổ chức thi công 105 2.7.1.Các điều kiện để lập kế hoạch 105 2.7.2 Công tác tổ chức kỹ thuật 106 2.8 Lập bảng tiến độ thi công