Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xây dựng hầm trong dự án đấu tư xây dựng 2 tuyến metro ưu tiên tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH œ• - BÙI XUÂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HẦM TRONG DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP.HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUNNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT Mà SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ š THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2005 › ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH œ• - BÙI XUÂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HẦM TRONG DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP.HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUNNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT Mà SỐ NGÀNH : 2.15.10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯU BÂN TS LÊ THỊ BÍCH THỦY LUẬN VĂN THẠC SĨ š THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2005 › Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh - Cộng hòa Xã hội Chủ nghóa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : BÙI XUÂN CƯỜNG Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 25/9/1975 Nơi sinh: Ninh Bình Chuyên ngành: Cầu, tunnel công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Mã số : 2.15.10 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HẦM TRONG DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP.HCM II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG NHIỆM VỤ: Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng hầm dự án đầu tư xây dựng tuyến metro ưu tiên TP Hồ Chí Minh NỘI DUNG Chương mở đầu: Tính cấp thiết mục tiêu đề tài nghiên cứu Chương I: Tổng quan điều kiện tự nhiên TP Hồ Chí Minh Chương II: Hiện trạng kinh tế xã hội, mạng lưới giao thông vận tải khu vực quy hoạch phát triển giao thông vận tải TP Hồ Chí Minh đến năm 2020 Chương III: Nghiên cứu khả thi tuyến metro ưu tiên TP Hồ Chí Minh Chương IV: Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng hầm áp dự án tuyến metro ưu tiên TP Hồ Chí Minh Chương V: Tính toán vấn đề cần lưu ý trình thi công hầm tuyến metro Chương VI: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (ngày bảo vệ đề cương): IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (ngày bảo vệ luận văn tốt nghiệp) : V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LƯU BÂN, TS LÊ THỊ BÍCH THỦY VI HỌ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN : TS LÊ VĂN NAM, TS BÙI ĐỨC TÂN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS Lưu Bân TS Lê Thị Bích Thủy P.QUẢN LÝ KHOA HỌC-SAU ĐẠI HỌC TS Lê Thị Bích Thủy CHỦ NHIỆM NGÀNH CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI: ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: TS Lưu Bân Cán hướng dẫn khoa học 2: TS.Lê Thị Bích Thủy Cán chấm phản biện 1: TS Lê Văn Nam Cán chấm phản biện 2: TS Bùi Đức Tân Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀY THÁNG NĂM 2005 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I TÓM TẮT - Họ tên học viên : BÙI XUÂN CƯỜNG - Ngày tháng năm sinh : 25/9/1975 - Phái : Nam - Nơi sinh: Ninh Bình II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Nhà riêng: 149/I/8 – Tô Hiến Thành – Phường 13 – Quận 10 – TP.HCM - Điện thoại: 08.8646225, ĐTDĐ: 0903.391618 - Cơ quan: Sở Giao thông - Công TP Hồ Chí Minh, số 63 - Lý Tự Trọng - Phường Bến Nghé - Quận - Điện thoại: 08.8222777 - 08.8292188 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Năm 1992 - 1997: Sinh viên hệ quy trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội - Năm 1997: Tốt nghiệp Đại học GTVT Hà Nội, ngành Xây dựng cầu đường - Năm 2002: Trúng tuyển Cao học khóa 12 - ngành Cầu, tunnel công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM Mã số học viên: CA12-003 IV QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ tháng 10/1997 đến tháng 3/2003: Kỹ sư thiết kế, Công ty Tư vấn xây dựng công trình giao thông - Cục Đường Việt Nam - Từ tháng 4/2003÷3/2005: Chuyên viên Phòng Quản lý giao thông, Sở Giao thông -Công TP.Hồ Chí Minh - Từ tháng 4/2005 đến nay: Phó Trưởng Phòng Quản lý giao thông, Sở Giao thông - Công TP.Hồ Chí Minh Luận văn thạc só LỜI NÓI ĐẦU *** Đề tài “Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng hầm dự án đầu tư xây dựng tuyến metro ưu tiên thành phố Hồ Chí Minh” thực từ tháng 02/2005 đến tháng 7/2005 với mục đích nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng ngầm xây dựng hở phù hợp đoạn tuyến metro ngầm tuyến metro ưu tiên thành phố Hồ Chí Minh Đây tuyến metro đề nghị Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án đầu tư xây dựng tuyến metro ưu tiên thành phố Hồ Chí Minh Công ty tư vấn TEWET (CHLB Đức) Trung tâm Nghiên cứu phát triển GTVT phía Nam thực năm 2003 Các phương pháp xây dựng đoạn tuyến metro ngầm nghiên cứu sở để lựa chọn, tiếp thu công nghệ triển khai xây dựng tuyến metro ưu tiên, đồng thời sở để tham khảo trình thi công tuyến metro ngầm lại hệ thống đường sắt đô thị thành phố Hồ Chí Minh Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Lưu Bân, TS Lê Thị Bích Thủy quan tâm giúp đỡ, tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn giảng viên Bộ môn Cầu đường - Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đồng nghiệp Sở Giao thông – Công thành phố Hồ Chí Minh, TS Trịnh Văn Chính – Phó giám đốc Trung tâm Nghiên cứu phát triển GTVT phía Nam giúp đỡ có tài liệu cần thiết để phục vụ cho công tác nghiên cứu Do thời gian có hạn, kết nghiên cứu tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tôi mong góp ý thầy cô bạn đồng nghiệp Xin trân trọng cám ơn./ HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só SUMMARY TITILE: THE STUDY AND CHOICE ON CONSTRUCTION METHOD FOR THE TWO PRIORITY LINES OF THE METROPOLITAN RAIL SYSTEM IN HO CHI MINH CITY Chapter I: Overview of natural conditions of Ho Chi Minh city Investigating state of topographic, geology, hi”drography, underground water, weather conditions, earthquake and other projects that effect on tunneling methods Chapter II: The socio-economic and transport issues The study on urban transport master plan in Ho Chi Minh city to 2020 The significance of the Ho Chi Minh city’s role requires an effective integration of its urban transport with the regional transport system It will increasingly become importance to strengthen the transport network in the Ho Chi Minh city for the city become more competitive in the international market The master plan network will be composed of roads, including at grade primary and secondary roads, and elavated urban expressways, as well as mass transit system (including urban rail) The urban mass rapid transit network will form the backbone of the public transport system in the future In the city center, the system will be located underground Chapter III: Feasibility Study for the two priority lines of the metropolitance rail system in Ho Chi Minh city This chapter will show the summary results on feasibility study for the two priority lines (line No1: Ben Thanh market - Tham Lương, line No2: Ben Thanh market – Mien Tay station) of the metropolitance rail system in Ho Chi Minh city The structures, soil properties, horizontal alignment, roadside characteristics, etc will be analysis and evaluate Chapter IV: The study and choice on construction method for the two priority lines of the metropolitan rail system in Ho Chi Minh city Underground tunnel construction methods characteristics and details will be study The methods will be analysis and evalution consist New Austrian Tunneling Method, Earth Pressure Balanced shield, Slurry shield, wall-cover construction Chapter V: The calculation and fundmental problems of underground tunnel contruction in two priority lines of the metropolitance rail Overview the calculation methods of underground tunnel construction Determination of load-carrying capacity of an wall-cover construction, underground water, environmental protections, lighting on construction, construction equirements, etc Chapter VI: Conclusion and petition HVTH: Bùi Xuân Cường MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TP.HỒ CHÍ MINH Địa hình 04 Địa chất – đất đai 04 Nguồn nước thủy văn 06 Khí hậu thời tiết 08 Khả rủi ro động đất 09 CHƯƠNG II: HIỆN TRẠNG KINH TẾ Xà HỘI, MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG KHU VỰC VÀ QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH ĐẾN NĂM 2020 I Hiện trạng kinh tế xã hội 10 Vị trí, vai trò thành phố Hồ Chí Minh 10 Đặc điểm địa lý-kinh tế 10 Mức tăng trưởng kinh tế 11 II Hiện trạng giao thông sắt 12 Giao thông đường 12 Giao thông đường sắt 13 Heä thống vận tải hành khách công cộng 13 III Quy hoạch phát triển GTVT TP.HCM đến năm 2020 14 Mục tiêu 14 Những nguyên tắc xây dựng quy hoạch giao thông 14 Lựa chọn phương thức vận tải 15 Quy hoạch phát triển mạng lưới sở hạ tầng giao thông TP.HCM 16 4.1 Quy hoạch mạng lưới giao thông đường boä 16 4.2 Quy hoạch mạng lưới giao thông đường sắt đô thị 17 4.2.1 Hệ thống tàu điện ngaàm (metro) 17 4.2.2 Đường sắt nhẹ 17 4.2.3 Xe điện mặt đất monorail 17 IV Nhận xét tiềm phát triển metro tương lai 21 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU KHẢ THI TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP.HCM I Giới thiệu chung 22 II Phương án tuyến theo bình đồ trắc dọc 02 tuyến metro ưu tiên 22 Các phương án tuyến theo bình đồ trắc dọc 22 Bố trí bình đồ phương án 02 tuyến metro ưu tiên đề nghị 23 III Phân tích sơ công nghệ hạ tầng kỹ thuật 25 Nhaø ga 25 Tuyeán 26 Cấu trúc đường 27 IV Đặc điểm địa hình, giao thông dọc 02 tuyến theo phương án đề nghị 28 V Nền địa chất dọc tuyến 29 Nền địa chất dọc tuyến số 29 Nền địa chất dọc tuyến số 30 Đặc điểm lớp địa chất dọc 02 tuyến 31 Đánh giá khả chịu tải đất 33 Khả rủi ro động đất 34 VI Kết cấu tuyến metrô ngầm 34 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HẦM TRONG DỰ ÁN TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP.HỒ CHÍ MINH A Tổng quan phương pháp xây dựng hầm 36 I Xaây dựng hầm phương pháp kín 36 Phương pháp mỏ 36 Phương pháp khiên đào 37 Phương pháp màng chống 38 Phương pháp đẩy ép 39 II Xây dựng hầm phương pháp lộ thiên 39 Phương pháp đào hố móng 39 Phương pháp dùng chống di động 40 Phương pháp tường đất 40 Phương pháp hạ đoạn (hoặc hạ giếng) 40 III Nhận xét, đánh giá 40 B Nghiên cứu phương pháp xây dựng tuyến metro ngầm 41 I Phương pháp đào kín 41 Xây dựng hầm phương pháp mỏ 41 1.1 Phạm vi ứng dụng phương phaùp 41 1.2 Nghiên cứu công nghệ NATM (New Austrian Tunneling Method - Phương pháp làm hầm Áo) 43 1.2.1 Giới thiệu công nghệ NATM 43 1.2.2 Các ý kiến nguyên tắc công nghệ NATM 43 1.3 Nhận xét, đánh giá 45 Phương pháp thi công hầm khiên 45 2.1 Khiên không giới hóa 46 2.2 Khiên thường 46 2.3 Khiên giới hóa 47 2.3.1 Khiên kiểu mở 51 2.3.2 Khiên kiểu kín 51 2.3.2.1 Khiên đào cân áp lực EPB 52 2.3.2.2 Khiên đào kết hợp vữa sét 55 2.3.3 Một số lưu ý khiên đào thi công 58 II Phương pháp đào hở 61 Toång quan 61 Các dạng gia cường hầm đào 62 Chống vách ñaát 63 3.1 Đóng cọc thưa 64 3.2 Đóng ván cừ thép không chống làm việc dạng công-xôn 64 3.3 Đóng cọc thép phun vữa bê tông giữ đất 65 3.4 Dùng cọc khoan nhồi, khoan liền tạo thành vách đất chống 65 3.5 Dùng tường đất 66 3.6 Duøng neo bê tông neo ngầm lòng đất 67 Kết cấu tường đất (wall-cover construction) 68 4.1 Kết cấu tường đất bê tông toàn khối 70 4.2 Kết cấu tường đất bê tông đúc sẵn 73 Công nghệ xây dựng tường đất 76 5.1 Xây dựng tường đất bê tông đổ chỗ 76 5.2 Xây dựng tường đất cấu kiện bê tông đúc sẵn 84 5.3 Đào đất xây dựng hầm 87 Luận văn thạc só 128 ngầm chảy vào hố gây lở, sụt vách hố đào, đồng thời đẩy đáy hố đào, việc thi công đáy hố đào bê tông khó thực Tuỳ thuộc vào lưu lượng nước, độ cao lớp nước, vào thành phần hạt tính chống thấm đất mà định biện pháp chống thấm (hạ mực nước ngầm) cho phù hợp Các biện pháp hạ mực nước ngầm thường sử dụng bơm hút đáy bơm, phun dung dịch chống thấm vào đất phương pháp điện hoá 1.1 Sử dụng rãnh hố thu nước Giải pháp dựa sở rãnh thu nước đáy hố đào tập trung nước hố thu để bơm khỏi hố móng (Hình V-8) Nó thường áp dụng tổng lưu lượng thoát nước theo tuyến công trình ≤ 50÷60 m3/h, dòng chảy không mạnh, không trôi đất vào hố đào Đôi khi, người ta tạo lớp lọc nước sau vách chống đất để giữ cát không chảy gây sụt lở hố Đây phương pháp rẻ tiền Chiều sâu hố thu nước thường lấy 1,0÷1,5m cần phải chuẩn bị nhiều hố thu kích thước hố đào lớn Lưu lượng nước phải bơm khỏi hố đào tính theo công thức Đác xy : Q=k.i.A Trong đó: Q : Lưu lượng nước (m3/phút) k : Hệ số thấm đất (m/s) i =h/l : Gradien thuỷ lực A : Tiết diện ngang dòng thấm Lưu lượng Q cần dự tính trước thi công để chuẩn bị thiết bị thiết bị phương pháp bơm nước Với sơ đồ này, nước từ gương đưa hố thu bơm nhẹ di chuyển theo gương đào hố đào, từ hố thu đưa theo đường ống bơm đặt cố định trạm Hình V-8: Sử dụng rãnh hố thu nước Tất hố thu nước tạm thời đào đáy hầm, thực tế khoảng cách giữ hố thu thường lấy 150÷200m Sau kết thúc công tác đất loại bỏ cách đổ đầy bêtông mác 50 HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 129 1.2 Hạ mực nước ngầm giếng lọc (Hình V-9) Xung quanh hố đào, ta khoan loạt giếng lọc đặt máy bơm hút nước liên tục Mực nước ngầm đáy hố đào hạ thấp cục bộ, nằm cao độ thấp đáy móng khoảng 0,5÷1,0m, cho phép thi công hố móng hầm mặt khô Phương pháp có hiệu tốt đất đất cát hạt nhỏ đến hạt thô, với vận tốc dòng chảy 1÷100m3/ngày Khi vận tốc dòng chảy < 1m3/ngày, khối lượng nước nhỏ nên phương pháp trở nên không kinh tế Nhược điểm phương pháp có khả gây cho vùng xung quanh lún theo, phải tính toán xác số lượng giếng lưu lượng bơm, thời gian bơm để cho ảnh hưởng đến khu vực xung quanh Giếng lọc không thu hồi nên áp dụng nơi mặt thi công rộng, lưu lượng lớn, điều kiện triển khai giếng rời rạc, thời gian sử dụng lâu không liên tục Thời gian tiến hành đợt bơm nên ngắn để đất không kịp lún Lưu lượng nước chảy vào hố đào tính gần theo công thức [14]: Q = q∗F + F ∗ hm ∗ K Trong đó: 24 (m3/h) q: Lưu lượng lọc 1m2 hố đào (m3/m), phụ thuộc vào đất đá (cát hạt nhỏ lấy q=0,16; hạt trung q=0.24; hạt thô q=0,35) F: Diện tích hố đào (m2) hm: Lượng nước mưa ngày K1: Hệ số dự phòng =1,1 ÷1,3 Khi hố đào có tường cừ vây xung quanh, lưu lượng nước chảy vào hố xác định theo công thức: Q = q o ∗U * H * h (m3/h) Trong đó: qo = 0,2÷1,3: phụ thuộc vào độ dày lớp nước ngầm (độ cao cột nước áp lực H) h: Độ sâu chôn cừ u: Chu vi hố đào Hình V-9: Hạ mực nươc ngầm giếng sâu HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 130 1.3 Hạ mực nước ngầm ống kim lọc Nguyên lý hoạt động ống kim lọc giống giếng lọc song việc triển khai thu hồi nhanh kim lọc tự hạ, không cần khoan Các kim lọc hoạt động theo hệ thống nên hiệu cao, kim đặt dầy nên tạo thành vành đai chặn nu7ớc ngầm chảy vào hố móng Kim lọc áp dụng hố đào cần ngăn nước liên tục lưu lượng nhỏ Hạ mực nước ngầm kim lọc mực nước ngầm lớn phải chia làm nhiều cấp, cấp bố trí hệ thống kim Khi hạ mực nước ngầm giếng lọc hay kim lọc cần phải xác định thông số : Hệ số lọc k, bán kính hoạt động giếng R, chiều sâu H, chiều dầy tầng nước ngầm S để tính toán xác hiệu hạ nước ngầm giếng Thông thường người ta khảo sát thí nghiệm trước bố trí giếng thức Đôi để giảm lún cho công trình bên cạnh, người ta kết hợp hạ mực nước ngầm với bơm nước lộ thiên đạt hiệu cao hơn, lúc mực nước ngầm vùng kim lọc không cần hạ nhiều Ưu điểm phương pháp hạ mực nước ngầm làm giảm tối đa nước chảy vào hố đào; giảm áp lực lên vách chống thành hố đào, thi công thuận lợi HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 131 Một vấn đề quan trọng chống lún cho công trình bên cạnh ảnh hưởng việc hạ mực nước ngầm Người ta đưa lời khuyên thời gian hút nước phải tối thiểu Việc hoạt động giếng lọc chấm dứt hoạt động hàn đáy tầng hầm chống thấm tường Cần thu hồi lại toàn hệ thống ống kim lọc để sử dụng cho công trình khác Lưu lượng nước hệ thống kim lọc xác định theo công thức [14]: Q= 1.36 * (2 H − S ) S * k lg R − lg F H (m3/h) Công thức áp dụng cho sơ đồ ống hình vòng khép kín Đối với sơ đồ bố trí theo đường dùng công thức [14]: Q = (H − h ) lk R (m3/h) Trong đó: H: Độ dày lớp nước ngầm (m) S: Mực nước cần hạ (m) h: Độ dày lớp nước lại (m) k: Hệ số lọc (m/ngày) R: Bán kính hoạt động kim lọc (m) F: Diện tích xung quanh vùng kim lọc (m2) l: Chiều dài chuỗi kim lọc (m) Bán kính hoạt động kim xác định theo công thức Cusakin: R=575 S * H * k Hình V-10: Bố trí ống kim lọc Ngoài ra, phải dùng đến biện pháp gia cố hoá học silicat hoá, sét hoá, bitum hoá ép keo hữu xây dựng hầm vùng bão hoà nước HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 132 1.4 Hạ mực nước ngầm phương pháp điện thấm Khi đất loại đất hạt bụi sét (C=10-3÷10-5 cm/s) việc sử dụng phương pháp giếng thu nước thông thường có hiệu lưu lượng nước tập trung giếng không lớn nước thấm vào đáy hố đào Bằng cách sử dụng dòng điện chiều định hướng làm tăng lưu lượng nước tập trung giếng Nguyên lý phương pháp minh hoạ hình V-10 Trong điện trường điện cực, nước tự đất di chuyển qua lỗ rỗng từ dương cực sang âm cực Biện pháp làm thoát nước lỗ rỗng đất, tăng cường độ đất làm tăng khả ổn định thành hố đào Theo Casagrande, hệ số điện thấm cát, cát bụi sét lấy Kc=0,5.10cm/s chênh lệch điện 1volt/cm, nghóa Kc = 0,5x10 (cm/s)/(volt/cm) Hình V-11: Nguyên tắc điện thấm để hạ mực nước ngầm 1.5 Giải pháp đóng băng nhân tạo [14] Phương pháp đóng băng nhân tạo phương pháp tiên tiến áp dụng số trường hợp đặc biệt khó khăn Bằng cách làm lạnh đất xuống nhiệt độ 00C, người ta tạo tường chắn có cường độ cao phần lớn đất bão hoà nước, chiều dầy tường dễ dàng thay đổi tuỳ theo yêu cầu cách tăng số trục làm lạnh Phạm vi ứng dụng có hiệu phương pháp : - Khi độ sâu hố đào lớn, vượt giới hạn cho cọc cừ (khoảng 20m) - Khi khó thi công cọc cừ xuyên qua lớp đất bão hoà lớn - Khi việc hạ mực nước ngầm giải pháp thông thường đắt tốc độ dòng chảy nước ngầm lớn (vượt 2m/ngày) HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 133 Hình V-12: Giải pháp đóng băng nhân tạo Đóng băng nhân tạo thi công cách đưa cổng thu nhiệt có đường kính 100÷200mm theo chiều thẳng đứng xuyên xuống độ sâu thiết kế Khoảng cách cổng thu nhiệt thường lấy 1÷2,5m, tuỳ theo loại đất, nhiệt độ đất, không khí tốc độ làm lạnh yêu cầu Quá trình làm lạnh tạo tường băng dày 2,5÷3m Chiều dầy tường băng xác định theo công thức : Trong đó: d=m T m: Hệ số xác định theo lý thuyết truyền nhiệt T: Thời gian thu nhiệt Dung dịch bùn khoan bentonite Bentonite loại đất sét có kích thước hạt nhỏ so với hạt đất sét kaolinite Nên dùng đất sét bentonite để chế tạo bùn khoan Khi đất sét bentonite dùng phần đất sét địa phương (kaolinite) đất phải có số dẻo không nhỏ 0,2 chứa hạt có kích thước lớn 0,05 không 10% hạt nhỏ 0,005 không 30% Sự thích hợp cuối đất sét HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 134 địa phương xác định theo kết thí nghiệm phòng dung dịch sét chế tạo từ đất sét Dung dịch sét có thành phần tính chất đảm bảo ổn định hố đào thời gian xây dựng lấp đầy hố 2.1 Tác dụng dung dịch sét bentonite Dung dịch sét bentonite có tác dụng giữ ổn định vách đào Trong trình khoan hầm, dung dịch sét xâm nhập vào khe lỗ, tạo vách bùn nên mật độ bentonite giảm đi, trình khoan phải thường xuyên tiếp thêm dung dịch sét vào hố khoan Dung dịch sét bentonite có hai tác dụng chính: - Làm cho thành hố đào không bị sập nhờ dung dịch chui vào khe cát, khe nứt quyện với cát dễ sụt lở để giữ cho cát vật thể vụn không bị rơi tạo thành màng đàn hồi bọc quanh thành vách hố giữ cho nước không thẩm thấu vào vách Về lý thuyết nghiên cứu đầy đủ lý thuyết vách bùn tạo khuôn - Tạo môi trường nặng nâng đất đá, vụn khoan, cát vụn lên mặt để trào bơm hút khỏi lỗ khoan Trong nhiều trường hợp thay dung dịch sét bentonite chất dẻo sinh học (biopolymères) Tại Hà Nội, công trình nhà tháp (xây dựng Hoả Lò cũ) sử dụng loại chất dẻo sinh học thi công Tuỳ trường hợp cụ thể mà dung dịch sét bentonite cho thêm phụ gia Natri Cacbonat (Na2CO3) Natri Fluorua (NaF) Việc cho thêm phụ gia nhằm thoả mãn tiêu qui phạm đề ra: • Độ nhớt, đặc trưng cho tính lưu động dung dịch bùn khoảng 18 đến 30 centipoa; • Sự kết tủa ngày đêm (độ tách nước) tính ổn định đặc trưng cho ổn định dung dịch chống phân tầng: tách nước không lớn 4%; ổn định không lớn 0,02 G/cm3 (theo dụng IC-1 IC-2) • Hàm lượng cát biểu thị mức độ dung dịch phải 4% (theo OM-2) • Độ nước, đặc trưng khả truyền nước cho đất ẩm, không lớn 30 cm3 ( theo dụng cụ BM-6) • Ứùng suất cắt tónh, biểu thị độ bền cấu trúc xúc biến dung dịch sét phạm vi từ 10 ~ 50 mg/cm2 10 phút sau khuấy trộn (theo dụng cụ CHC) • Mật độ khoảng từ 1,05÷1,15 dùng sét bentonite từ 1,15÷1,3 g/cm3 dùng sét khác HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 135 2.2 Các đặc trưng dung dịch sét bentonite Theo tiêu chuẩn Pháp (DTU 13,2), bentonite có đặc trưng: • Dung trọng • Độ nhớt theo côn Marsh (cơ sở 1/2 lít) • Hàm lượng cát dung dịch • Độ lọc • Chiều dày lớp màng bùn (cake) 2.3 Các thông số dung dịch sét betonite trước sử dụng Bùn betonite trước sử dụng phải đạt thông số sau đây: • Dung trọng khoảng 1,01 1,05 (trừ trường hợp cần có bùn nặng bùn sệt) • Độ nhớt Marsh 35 sec • Không có hàm lượng cát • Độ tách nước nhỏ 30 cm3 • Độ dày lớp màng bùn (cake) nhỏ mm 2.4 Các tiêu dung dịch sét bentonite sau khoan Sau khoan, dung dịch sét bentonite phải đạt tiêu sau: • Dung trọng 1,2 (trừ loại bùn nặng) • Độ nhụựt giửừa 35ữ90 sec ã Haứm lửụùng caựt khoự xaực định giá trị thực phụ thuộc vào địa chất khu vực khoan, nói chung hàm lượng không vượt 5% • Độ tách nước nhỏ 40 cm3 • Chiều dày lớp vách dẻo (cake) nhỏ mm 2.5 Các thông số yêu cầu bentonite - Theo Viện dầu mỏ Hoa Kỳ (American Petroleum Institute) chất lượng bentonite phải thoả mãn yêu cầu sau đây: • Độ nhớt đọc quay 600 vòng/phút tối thiểu phải đạt 30 phút • Tỷ số YP/PV tối đa • Độ tách nước tối đa 15 mls ( mililitre par second ) • Hạt đọng sàng 75 microns tối đa 4% theo trọng lượng • Độ ẩm không 10% - Theo đề nghị Công ty Bachy Soletanche: • Mật độ (g/ml) 1,025 ± 0,0005 • Sau rửa hố khoan, mật độ phải nhỏ 1,08 • Độ tách nước sau 30 phút thử nghiệm ( tính mililitre ) 25 ± trước đổ bê tông độ tách nước không 40 HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 136 • Độ nhớt Marsh, 30~35 sec, trước đổ beõ toõng ủaùt 30ữ40 ã Haứm lửụùng caựt (%) ớt hụn 2% ã ẹoọ PH tửứ 8ữ10,8 Giửừ gỡn môi trường giai đoạn xây dựng metro ngầm [4] Khi xây dựng tuyến đường tàu điện ngầm, cần cố gắng giảm đến mức tác động tất yếu lên môi trường xung quanh Điều đạt cách bố trí tuyến đại lộ, đường phố khu vực công trình có chiều rộng lớn Công nghệ mở hầm lựa chọn cần loại bỏ hòan toàn độ lún bề mặt đường hầm nối ga ga mêtrô đặt sau cách sử dụng vỏ lắp ghép “ép” vào khối đất, bơm vữa ximăng sau vòng đầu, áp dụng chống vượt trước Để không cho phép phát triển độ lún mặt đất cần đảm bảo trình mở hầm liên tục, đăt biệt điều kiện địa chầt công trình phức tạp tồn nước ngầm có áp Khi phải dừng cưỡng cần tiến hành gia cường cẩn thận lớp phủ bề mặt gương hầm (giằng liên tục, phun bê tông phun v.v… ) Trong trường hợp xây dựng đường hầm phương pháp lộ thiên, người ta sử dụng phương pháp đặc biệt, (đông cứng, phương pháp “tường đất”, ximăng hoá v.v…) cho phép giảm tốc độ tất yếu lên môi trường tự nhiên xung quanh 3.1 Nguồn nước Để ổn định sinh thái môi trường địa chất xây dựng tuyến công trình tuyến đường tàu điện ngầm, cần lựa chọn tuyến tránh qua mực nước phải xi măng hóa khoảng không ống để ngăn ngừa chảy tràn nước ngầm từ vùng sang vùng Để ngăn ngừa nhiễm bẩn nước mặt nước ngầm với cát sạn bơm từ gương hầm, công trường cần dự kiến công trình lọc cục kết hợp với bể lắng Từ công trình đường tàu điện ngầm, dòng nước thoát cần chuyển bơm vào hệ thống thoát nước mưa thành phố, nước phế thải - vào hệ thống thoát nước thải thành phố Xả nước sản xuất vào mạng thoát nước thành phố tiến hành sau sơ làm chúng Các biện pháp làm nước ngầm đảm bảo giảm lượng huyền phù đến mức cho phép Loại bỏ hạt huyền phù từ phần bùn lắng tiến hành theo chu kỳ, dựa vào tồn chất lắng cặn chảy vào bể lắng chuyên dùng Sau đó, chúng vận chuyển đến bãi rác đặc biệt 3.2 Không khí Trên công trường cần tiến hành rửa bánh xe phương tiện ôtô, cho chúng không chuyển rác bẩn vào đường phố đô thị HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 137 Trước bắt đầu khảo sát địa chất công trình, việc lựa chọn vị trí khu vực khoan cần phải thỏa thuận thống với quan quản lý đô thị Tất lỗ khoan cần bố trí vị trí xanh, khu vực tự cần có rào chắn thời gian khoan Khi khoan lỗ khoan cần tránh nhiễm bẫn đất dầu mỡ máy chất có hại khác Tất lỗ khoan cần trám kín để đảm bảo cách ly mực nước chảy từ vùng sang vùng loại trừ nhiễm bẩn nước mặt Đất lại sau nhồi kín lỗ khoan chuyển đến bãi thải Trong giới hạn khu vực lỗ khoan, lớp áo atphan đất khôi phục lạivà tiến hành trồng xanh cho khu vực 3.3 Cây xanh Trong trường hợp vị trí khu vực xây dựng giếng đứng khối trồng xanh, trước bắt đầu thi công tiến hành chuyển xanh có giá trị bỏ giá trị Để bảo quản độ chặt lớp đất nguyên dạng, lớp lấy chuyển tới vị trí bảo quản để dụng sau này, sau đó, cao độ quy hoạch khu vực dược khôi phục cách gián tiếp đổ cát đổ đất trở lại Để ngăn ngừa hậu phá hoại chế độ địa chất thuỷ văn đất ngập nước thường xuyên ngập nùc kết nâng cao mục nước ngầm, trồng xanh cần xây dựng hệ thống thoát nước đắp đất cho chổ trũng Vị trí khu vực xây dựng lối vào cần lựa chọn từ điều kiện đảm bảo giữ gìn xanh cao Khi kết thúc xây dựng, xanh thảm cỏ phục hồi tương ứng với đồ án xây dựng Khi khả phục hồi chúng, cần xem xét việc điều hoà trồng khu vực tách riêng đô thị Để xanh hoá, người ta thường dùng to khóm nhỏ ổn định ô nhiễm đô thị Khoảng cách từ mặt sảnh ngầm, lối dốc lối vượt đến bụi cần lớn từ tường bên nhà công trình đến thân cụm 3.4 Tiếng ồn Yếu tố quan trọng tất yếu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh tiếng ồn công trường Nguồn tiếng ồn công trường là: - Tổ hợp thi công công tác đất - Trạm máy nén - Thiết bị thông gió - Các phương tiện giao thông giới công trường Để giảm tác động tiếng ồn lên khu dân cư cần xem xét biện pháp sau: - Công trường xa khu dân cư với khoảng cách lớn HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 138 - Rào ngăn công trường hàng rào BTCT đặc - Bao quanh tổ hợp đào đất vật liệu chống ồn kết hợp khoanh vùng đổ đất từ hầm đào - Làm vách ngăn phía dân cư với nguồn gây tiếng ồn - Bố trí cấu tiêu âm cho thiết bị thông gió - Lắp đặt máy nén khí thiết bị quạt cách ly chống rung - Sử dụng công nghệ gây ồn HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 139 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Qua phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên, địa chất, thủy văn, nghiên cứu khả thi tuyến metro ưu tiên, phương pháp xây dựng tuyến metro ngầm nội dung cần tính toán, lưu ý trình thi công ta rút số kết luận sau: Về triển vọng sử dụng phương pháp thi công tuyến metro ngầm Theo quy hoạch phát triển GTVT đến năm 2020, thành phố Hồ Chí Minh có 06 tuyến xuyên tâm 01 tuyến vành khuyên nối trung tâm thành phố với tổng chiều dài 107 km Trong từ đến năm 2015, phấn đấu khởi công xây dựng đoạn tuyến metro với tổng chiều dài 54,6 km, tuyến hội tụ trung tâm thành phố Như vậy, việc nghiên cứu, lựa chọn phương pháp thi công tuyến metro ngầm phương pháp sử dụng khiên cân áp lực, phương pháp sử dụng khiên kết hợp vữa sét, phương pháp đào hở sử dụng tường đất cọc ván thép cần thiết phương pháp áp dụng rộng rãi tương lai Trong thời gian đầu, phải thuê chuyên gia nước thiết kế, thi công chuyển giao công nghệ, phương pháp sử dụng máy đào thi công ngầm Trong tương lai, phải tiến tới làm chủ công nghệ thi công Phương án thi công đào hở Khi phương án thiết kế sử dụng hầm metro dạng tiết diện chữ nhật, bố trí đường ngầm tuyến đặt nông (đáy hầm cách mặt đất từ 12÷15m so với mặt đất, đáy hầm nằm lớp C lớp cát có độ chặt từ thấp đến trung bình cát, cát bùn từ xốp chặt), phương án thi công hở kiến nghị sử dụng phương án đào lấp (cut and cover) sử dụng kết cấu tường đất cọc ván thép làm tường chắn hố đào kết hợp vừa thi công vừa đảm bảo giao thông Với kết cấu hầm metro đôi, có tiết diện hình chữ nhật rộng 11,4m; cao 6,2m trình bày Chương III, mặt tổ chức thi công tối thiểu có chiều rộng 20m (tính từ tim hầm metro bên 10m), chiều sâu đáy hầm dự kiến cách mặt đất khoảng 15÷20m Khi phương án thiết kế sử dụng hầm metro dạng tiết diện tròn (kể đặt nông đặt sâu) phương pháp thi công đào hở không phù hợp HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 140 Phương án thi công đào kín Khi phương án thiết kế sử dụng hầm metro dạng hình tròn, bố trí đường ngầm tuyến đơn (đường kính 5,6m cho tuyến) tuyến đôi (đường kính hầm 9,7m), phương án thi công đào kiến nghị sử dụng phương án xây dựng hầm theo phương pháp khiên đào cân áp lực EPB khiên đào kết hợp vữa sét phương án thi công chủ đạo (có thể kết hợp với phương án đào lấp (cut and cover) sử dụng kết cấu tường đất cọc ván thép làm tường chắn hố đào kết hợp vừa thi công vừa đảm bảo giao thông cho đoạn phù hợp) Khiên đào sử dụng loại có đường kính 6,65m cho tuyến đơn loại có đường kính 14,2m cho tuyến đôi II Kiến nghị Về tuyến metro - Trong giai đoạn (giai đoạn đầu trình phát triển hệ thống metro ngầm TP.Hồ Chí Minh), tuyến tàu điện ngầm có tuyến metro ưu tiên nên thiết kế đặt nông theo hướng ngắn dọc theo trục giao thông mặt đất để giảm giá thành xây dựng (trong điều kiện địa chất thủy văn xây dựng đô thị tương đối thuận lợi, giá thành tuyến đặt nông trung bình ½ tuyến đặt sâu) - Thi công nên sử dụng phương pháp đào ngầm để phù hợp với điều kiện đô thị thành phố Hồ Chí Minh - Phải khảo sát địa chất, thủy văn, công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm thật kỹ Đưa số liệu tin cậy thành phần tính chất lý lớp đất, dự báo lưu lượng nước ngầm để lựa chọn phương án thi công phù hợp nhất, tránh cố đáng tiếc xảy Các kiến nghị khác - Thi công đoạn tuyến ngầm công trình tàu điện ngầm lónh vực khó khăn, phức tạp, có khối lượng công việc khổng lồ, đòi hỏi trình độ tổ chức thi công cao, việc chuẩn bị đào tạo đội ngũ kỹ sư – đường ngầm có chuyên môn cao với hiểu biết nghề nghiệp lónh vực xây dựng công trình tàu điện ngầm có ý nghóa lớn cần thiết HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 141 - Khẩn trương xây dựng quy trình khảo sát địa chất thiết kế kỹ thuật, thiết kế kỹ thuật thi công; quy trình thi công, nghiệm thu công trình metro ngầm đô thị Việt Nam - Khẩn trương xây dựng tiêu chuẩn an toàn lao động, vệ sinh môi trường thi công công trình ngầm, đảm bảo phù hợp với điều kiện Việt Nam Trong có qui định thành phần không khí hầm ngầm đô thị, hàm lượng giới hạn cho phép dạng bụi khác HVTH: Bùi Xuân Cường Luận văn thạc só 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn Thi công hầm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2001 [2] TS Nguyễn Thế Phùng, TS Nguyễn Quốc Hùng Thiết kế công trình hầm giao thông, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội - 2001 [3] GS.VS Vilen Alếchxêvích Ivácnhúc Thiết kế xây dựng công trình ngầm công trình đào sâu - Người dịch TS Nguyễn Thế Phùng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội - 2004 [4] GS IU.S.Frôlốp, GS.Đ.M.Gôlitsưnski, GS.A.P.Lêđialép Công trình ga đường tàu điện ngầm - Người dịch TS Nguyễn Đức Nguôn, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội - 2005 [5] Prof.Dr.-Ing Alfred Haack Underground Construction in Germany 2000 STUVA 1999 [6] John O.Bickel, Thomas R.Kuesel, Elwyn H.King Tunnel Engineering Handbook - Chapman & Hall 1986 [7] Công ty tư vấn TEWET Trung tâm Nghiên cứu phát triển GTVT phía Nam Nghiên cứu khả thi hai tuyến ưu tiên đường sắt đô thị (metro), TP.Hồ Chí Minh tháng 8/2003 [8] Công ty tư vấn ALMEC Quy hoạch tổng thể giao thông đô thị nghiên cứu khả thi khu vực TP.Hồ Chí Minh (Houtrans), tháng 6/2004 [9] TS Nguyễn Ngọc Long, TS Hồ Thanh Sơn Các nguyên tắc NATM-Phương pháp làm hầm Á o áp dụng công nghệ giai đoạn thi công hầm đường qua đèo Hải Vân, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 8/2002 [10] Tedisouth Sở GTCC thành phố Hồ Chí Minh Đề án quy họach phát triển GTVT thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020, Hội nghị báo cáo chuyên đề, TP Hồ Chí Minh tháng 5/2005 [11] Nguyễn Thị Dạ Thảo Nghiên cứu kết cấu công nghệ thi công tuyến metro Tuyến 1: Chợ Bến Thành-Tham Lương, Tuyến 2: Chợ Bến Thành-Bến xe Miền Tây, Luận văn Thạc só, TP.Hồ Chí Minh tháng 5/2004 [12] Tổng Công ty tàu điện ngầm Matxcova Phát triển giao thông đường sắt đô thị tàu điện ngầm Hội thảo khoa học Việt – Nga, Hà Nội 20/11/2003 [13] Herrenkhecht Tài liệu phục vụ hội thảo máy đào ngầm, TP.Hồ Chí Minh tháng 6/2005 [14] http://www.ketcau.com/index.php?action=books&cate=20#nganh [15]http://www.hochiminhcity.gov.vn/home/left/gioi_thieu/gioi_thieu_chung/tong _quan?left_menu=1 HVTH: Bùi Xuân Cường ... HẦM TRONG DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP. HCM II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG NHIỆM VỤ: Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng hầm dự án đầu tư xây dựng tuyến metro ưu tiên TP Hồ Chí Minh. .. IV: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HẦM TRONG DỰ ÁN TUYẾN METRO ƯU TIÊN TP. HỒ CHÍ MINH A Tổng quan phương pháp xây dựng hầm 36 I Xây dựng hầm phương pháp kín 36 Phương pháp. .. pháp xây dựng hầm dự án đầu tư xây dựng tuyến metro ưu tiên thành phố Hồ Chí Minh? ?? thực từ tháng 02/ 2005 đến tháng 7 /20 05 với mục đích nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xây dựng ngầm xây dựng hở