Nghiên cứu và ứng dụng hầm kỹ thuật khu vực quận 1 tp hồ chí minh

MỞ ĐẦU I VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Cùng với xu phát triển công trình theo chiều cao, công trình lấn biển, người có xu hướng sử dụng không gian ngầm lòng đất Những thứ không cần thiết mặt đất ẩn giấu công trình ngầm Theo đó, xu hướng xây dựng đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật (như ống chứa cáp lượng, cáp thông tin, cáp điện lực, ống cấp thoát nước…) bên mặt đất để thuận lợi cho việc tránh chướng ngại khác mặt đất cho việc đấu nối lắp đặt hệ thống mạng kỹ thuật cho nơi có nhu cầu sử dụng Ở đô thị lớn thường gặp nhiều khó khăn việc xây dựng, cải tạo, sửa chữa khai thác công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật mật độ công trình ngầm tập trung trục đường giao thông, đường ống ngầm nằm ngoằn ngoèo, chồng chéo phức tạp, việc đền bù giải phóng mặt giải tỏa để thi công gặp nhiều khó khăn, gây lãng phí lớn thời gian ngân sách Nhằm khắc phục bất cập đó, đòi hỏi phải cấp bách giải việc sử dụng không gian ngầm đô thị Giải pháp hữu hiệu việc xây dựng đường hầm hạ tầng kỹ thuật hay Hầm kỹ thuật TP HCM trung tâm kinh tế – xã hội lớn nước Với tốc độ phát triển công nghiệp hóa, đại hóa nhanh, TP HCM trở thành trung tâm công nghiệp lớn giữ vai trò trọng điểm vùng kinh tế phía Nam nước TP Hồ Chí Minh có triệu dân (theo thống kê năm 2004) tập trung 24 Quận, Huyện với 2.093,7 Km2 Sự tập trung dân cư với trình đô thị hoá nhanh chóng đòi hỏi phát triển sở hạ tầng tương ứng Tuy nhiên, so với hầm giao thông quy hoạch xây dựng mạnh mẽ, việc xây dựng Hầm kỹ thuật đô thị nước ta chưa trọng đầu tư mức, chưa có quy hoạch đồng tính toán thiết kế xây dựng công trình để tạo nên thống từ ban đầu Thực trạng cho thấy, Quận, Huyện địa bàn Thành phố, hệ thống mạng lưới ống ngầm nằm chồng chéo, gây khó khăn cho việc đền bù, giải toả trình tu, sửa chữa, cải tạo xây dựng hệ thống ống ngầm dẫn đến tốn lớn thời gian ngân sách Mặt khác, việc bố trí hệ thống tuyến cáp, đường ống lộ thiên chiếm khoảng không gian không nhỏ, làm mỹ quan đô thị Nước ta công công nghiệp hóa đại hóa đất nước, việc xây dựng sở hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò quan trọng Trước hết phải đại hóa đô thị lớn ưu tiên phát triển công trình ngầm đô thị Theo quy hoạch T/p Hồ Chí Minh đến năm 2020, toàn hệ thống đường giao thông, đất đai quy hoạch lại với quy mô tiêu chuẩn xây dựng sở hạ tầng đại cao, yêu cầu xây dựng hoàn thiện mạng lưới kỹ thuật ngầm phục vụ cho T/p Hồ Chí Minh cấp bách Một yếu tố góp phần thành công cho lónh vực này, việc nghiên cứu sâu Hầm kỹ thuật đô thị để đề xuất hướng nghiên cứu tiếp nhằm đưa vào ứng dụng cho việc xây dựng sở hạ tầng kỹ thuật T/p Hồ Chí Minh, góp phần đẩy mạnh phát triển kinh tế đất nước II PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI Với mục tiêu nghiên cứu để ứng dung cho đô thị nước ta từ việc nghiên cứu khu vực cụ thể, luận văn trình bày việc nghiên cứu ứng dụng Hầm kỹ thuật khu vực Quận I - T/p Hồ Chí Minh Các nội dung tiến hành đề tài gồm có : + Sự cần thiết tính cấp bách phải xây dựng Hầm kỹ thuật Thành phố nói chung khu vực Quận I - T/p Hồ Chí Minh nói riêng + Hiện trạng mạng lưới đường ống công trình ngầm khu vực Quận I - T/p Hồ Chí Minh + Quy hoạch mạng lưới Hầm kỹ thuật khu vực Quận I, bố trí đường ống cấp thoát nước, đường cáp điện, cáp điện thoại…, đề xuất dạng cấu tạo mặt cắt ngang, phương án bố trí Hầm kỹ thuật tuyến phố lớn (tuyến chính), tuyến phố nhánh (tuyến phụ), biện pháp thi công hầm + Tính toán, so sánh dạng cấu tạo Hầm kỹ thuật, biện pháp thi công hầm, sở đề xuất lựa chọn dạng cấu tạo, chiều sâu đặt hầm, phương án thi công hầm phù hợp tối ưu cho tuyến chính, tuyến phụ + Đưa nhận xét, kết luận kiến nghị cho việc ứng dụng Hầm kỹ thuật khu vực Quận I – T/p Hồ Chí Minh dựa kết nghiên cứu Luận văùn, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp nhằm hoàn thiện đưa vào ứng dụng khu vực khác Thành phố đô thị nước III HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI Vì thời gian nghiên cứu thực đề tài ngắn nên chưa có điều kiện nghiên cứu ứng dụng Hầm kỹ thuật cho toàn Thành phố mà giới hạn với khu vực Quận I, nên chưa thật hợp lý cho quy hoạch chung Ngoài ra, việc xây dựng Hầm kỹ thuật đô thị Việt Nam chưa áp dụng nên công trình thực tế để tham khảo so sánh./ -1- CHƯƠNG I : SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG HẦM KỸ THUẬT 1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN HẦM KỸ THUẬT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Ngay từ xa xưa, nước giới tận dụng không gian ngầm bên lòng đất Họ xây dựng mạng kỹ thuật ngầm (điện năng, cấp thoát nước, cáp thông tin, cáp truyền hình, gas, nước… ) để thuận lợi cho việc tránh chướng ngại vật khác mặt đất cho việc đấu nối lắp đặt hệ thống mạng kỹ thuật cho nơi có nhu cầu sử dụng Từ kỷ 19, nước sử dụng không gian ngầm cách hiệu cho việc bố trí hệ thống mạng kỹ thuật ngầm Phân loại theo không gian sử dụng công trình ngầm mạng kỹ thuật gồm có nhóm: đào rãnh, hộp ống dẫn, hầm kỹ thuật [8] Đào rãnh việc đào rãnh dọc nằm bên trục đường đô thị, tổ hợp đường ống kỹ thuật bố bí bên rãnh Sau đó, đắp lại vật liệu địa phương (đất, cát, đá sỏi…) (hình 1.1) [8] Hình 1.1.Kiểu đào rãnh cáp điện Anh Hình 1.2 Kiểu hộp ống dẫn cáp điện Texas Hộp ống dẫn việc xây dựng tuyến ống có dạng hình chữ nhật, bên ống có bố trí vách ngăn chia thành nhiều ngăn nhỏ để chứa đựng đường ống kỹ thuật (hình 1.2; 1.3) [8] -2- a) b) Hình 1.3 Kiểu hộp ống dẫn Singapore a – Hộp ống dẫn có nhiều ngăn ; b – Hộp ống dẫn chứa tuyến kỹ thuật Hầm kỹ thuật hệ thống hầm để đặt cáp ngầm, đường ống dẫn có không gian vừa đủ cho người công nhân xe kỹ thuật vào làm việc Tùy theo chức phục vụ tuyến, hầm kỹ thuật bao gồm loại: hầm kỹ thuật cho công trình hầm kỹ thuật đặc biệt [8] Đường hầm kỹ thuật cho công trình: đường hầm phục vụ tuyến kỹ thuật cho công trình lớn khu đô thị Trường đại học, Hội trường lớn, Khu nhà cao tầng, ga tàu điện ngầm… Đường hầm kỹ thuật thường tổ hợp sau: tuyến điện vol thấp, cáp, tuyến gas, tuyến nước nóng hệ thống máy điều hòa; không bao gồm tuyến cấp nước thoát nước đường hầm [14] Đường hầm kỹ thuật đặc biệt: đường hầm phục vụ cho tuyến kỹ thuật có qui mô công suất sử dụng lớn (khu công nghiệp cao, Thành phố, tiểu bang…) Đường hầm kỹ thuật tuyến sau: tuyến điện năng, cáp, nước sạch, nước thải… [14] Việc xây dựng đường ống kỹ thuật ngầm đô thị theo nhóm nêu dựa vào quy mô xây dựng Điều cần quan tâm đô thị việc xây dựng đường ống kỹ thuật mặt đất gây ảnh hưởng mạnh đến ô nhiễm môi trường, tình hình giao thông, sinh hoạt, sản xuất kinh tế khu vực xây dựng Do nước có xu hướng đầu tư xây dựng mạng kỹ thuật ngầm với quy mô lớn để đảm bảo công trình chất lượng cao -3- tuổi thọ công trình lâu dài, đáp ứng tất nhu cầu sử dụng đô thị thời điểm tương lai sau Giải pháp thích hợp hầm kỹ thuật Các Thành phố đại giới xây dựng hầm kỹ thuật phổ biến, để phục vụ nhiều mục đích khác Một số công trình hầm kỹ thuật tiêu biểu giới sau: - Tuyến đường hầm kỹ thuật dài 7.4km Thành phố Tsukuba Science Nhật Bản, tuyến hầm xây dựng để chứa ống vận chuyển nước thải, ống cung cấp hệ thống điều hòa nước nóng, cáp điện năng, đường dây điện thoại, cáp CATV (hình 1.4) - Tuyến đường hầm kỹ thuật phục vụ sở hạ tầng cho Trường Đại học Washington Mỹ công trình lân cận (hình 1.5) Hình 1.4: HKT Tsukuba Science Hình 1.5: HKT Trường ĐH Washington - Tuyến đường hầm nước ống dẫn (nước, gas, điện.…) cung cấp hệ thống máy điều hòa cho Thành phố Sidney (hình 1.6) trường Đại học Wimbledon (hình 1.7) Hình 1.6 Tuyến HKT Sidney Hình 1.7 Tuyến HKT Wimbledon -4- - Tuyến điện ngầm 230kV nối từ trạm điện Lardprao đến trạm Vibhavadi Bangkok Tuyến dài khoảng 7km, có vỏ hầm dạng tròn (đường kính vỏ 2.6m) Các đơn nguyên vỏ hầm đúc sẵn nhà máy thi công phương pháp kích đẩy kết hợp với máy đào kiểu cân áp lực Thời gian xây dựng từ năm1999-2002 (hình 1.8) [16] a) b) Hình 1.8 Mặt cắt ngang tuyến điện ngầm 230kV Bangkok a – Mặt cắt ngang hầm; b – Cấu tạo hầm - Hiện tại, HongKong có tuyến đường hầm cáp điện: tuyến Wah FuBowen dài 3.1km, Nam Fung-Parker dài 5.7km, Tin Wan-Wah Fu CyberportWah Fu dài 0.8km Hai tuyến Wah Fu Nam Fung cho xe chuyên dụng vào hoạt động Tuyến Wah Fu - Bowen có mặt cắt ngang (MCN) dạng vòm, kích thước 8mx4.5m (rộng x cao) tuyến xây dựng hoàn thành vào năm 1993 (hình 1.9a) - Đường hầm cáp điện Singapore dài 2.6km biển, nối liền từ đảo Pulau Seraya vùng đất liền Singapore Tuyến xây dựng từ 1980 Vỏ hầm dạng hình hộp đôi đúc sẵn thành phân đoạn nhà máy (kích thước vỏ hầm 4.425mx11.79m) (hình 1.9b) [12] -5- a) b) Hình 1.9 Các tuyến đường hầm cáp ñieän a - Wah Fu – Bowen ; b - Pulau Seraya - Tuyến đường hầm đôi PCP (Pneumatic Capsule Pipeline) dài 600km Thành phố NewYork, dùng để vận chuyển “hàng hóa” (freight) từ trạm trung tâm Thành phố đến trạm vùng đô thị ngược lại Việc sử dụng hệ thống vận chuyển tiết kiệm chi phí vận tải, giảm thiểu tối đa tình trạng kẹt xe vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị so với việc vận chuyển xe cộ “Hàng hóa” chất thải rắn từ nhà máy sản xuất, thư tín bưu phẩm, hàng hoá pallet, hàng hóa dân thông thường Bên đường hầm bố trí tuyến ống dẫn thép để vận chuyển hàng hóa Hàng hóa vận chuyển nhờ hệ thống đường ray điện từ trường bơm khí [13] Hình 1.10.MCN đường hầm đôi PCP Hình 1.11.MCN chi tiết hầm đơn PCP 1-vỏ hầm bêtông; 2-hộp ống thép chứa hàng hóa; 3-bánh xe thép; 4-thanh ray thép; 5mặt sàn bêtông; 6-ống thoát nước đứng; 7-ống thoát nước dọc -6- - Đường hầm Fuchsloch thoát nước thải từ Thành phố Rorschach đến Altenrhein, Thụy Sỹ Tuyến dài 4.6km có chế độ nước chảy tự hầm, độ dốc dọc i=0.8% Tuyến xây dựng từ năm 1969 – 1971 Vỏ hầm dạng tròn đúc sẵn, đường kính vỏ 3.4m (hình 1.12) a) b) Hình 1.12 Đường hầm thoát nước thải Fuchsloch a - Thi công lớp cách nước bên vỏ hầm; b - Kiểm tra mối nối vỏ hầm - Đường hầm vận chuyển nước dài 26km nối liền từ Woodinville đến Puget Sound Mỹ Vỏ hầm vỏ lắp ghép, đường kính bên vỏ hầm thay đổi từ 4m-6m (hình 1.13) - Tuyến đường hầm Miri cấp nước cho Thành phố Sarawak, Malaysia Tổng chiều dài tuyến hầm 2.2km Vỏ hầm dạng tròn cấu tạo từ khối bêtông lắp ghép chế tạo sẵn nhà máy (có dạng giống tuabin), đường kính vỏ hầm 2.2m Toàn tuyến gồm 13000 đoạn vỏ hầm lắp ghép (hình 1.14) -7- Hình 1.13 Mặt tuyến hầm nước Woodinville Hình 1.14 Tuyến hầm Miri - Tuyến đường hầm Heathrow nước Anh dài 1.3km, dùng để vận chuyển hành lý ga tàu điện ngầm Vỏ hầm dạng tròn, đường kính vỏ 4.2m (hình 1.15) Hình 1.15 Đường hầm Heathrow Hình 1.16 Đường hầm vận chuyển: cáp bưu phẩm Singapore - Tuyến đường hầm lượng NLC 500GeV Mỹ (Next Linear Collider), với tổng chiều dài gần 30km Tuyến gồm tuyến hầm đơn có vỏ dạng hình tròn chạy song song: tuyến Klystron tuyến Accelerator Tuyến thi công theo phương pháp đào kín TBM NATM, thời gian xây dựng từ năm19982003 (hình 1.17; 1.18) [17] Hình 1.17 Lối vào hầm NLC Hình 1.18 MCN hầm NLC Từ trước đến nay, nước ta chưa triển khai dự án xây dựng hầm kỹ thuật đô thị mà xây dựng tuyến đường hầm dùng để dẫn nước cho nhà máy - 131 - a Vỏ hầm 3.0m Bảng: Chuyển vị vỏ hầm Node A B C D E F G X [m] 0.00 -0.70 -1.22 -1.41 -1.22 -0.70 0.00 Y [m] -8.6 -8.8 -9.3 -10.0 -10.7 -11.2 -11.4 Ux [m] 2.16E-05 1.77E-03 2.99E-03 3.41E-03 2.97E-03 1.73E-03 -3.01E-05 Uy [m] -4.28E-03 -3.73E-03 -2.35E-03 -5.49E-04 1.24E-03 2.61E-03 3.13E-03 Baûng: Nội lực vỏ hầm Node A B C D E F G X [m] 0.00 -0.70 -1.22 -1.41 -1.22 -0.70 0.00 Y [m] -8.6 -8.8 -9.3 -10.0 -10.7 -11.2 -11.4 N [kN/m] -155.105 -174.261 -192.532 -206.957 -205.408 -193.654 -177.212 Q [kN/m] -0.549 -10.532 -8.043 -0.417 8.353 10.579 -0.795 M [kNm/m] 7.962 2.533 -4.506 -7.880 -4.615 3.123 8.180 b Voû hầm 2.5m Bảng: Chuyển vị vỏ hầm A B C D E F G 0.00 -0.83 -1.01 -1.17 -1.01 -0.83 0.00 -8.8 -9.2 -9.4 -10.0 -10.6 -10.8 -11.2 1.18E-05 2.04E-03 2.46E-03 2.80E-03 2.44E-03 2.01E-03 -3.23E-05 -3.42E-03 -2.45E-03 -1.80E-03 -3.05E-04 1.19E-03 1.83E-03 2.76E-03 Bảng: Nội lực vỏ hầm Node A X [m] 0.00 Y [m] -8.8 N [kN/m] -130.115 Q [kN/m] -0.518 M [kNm/m] 5.127 - 132 - B C D E F G -0.83 -1.01 -1.17 -1.01 -0.83 0.00 -9.2 -9.4 -10.0 -10.6 -10.8 -11.2 -153.056 -160.467 -170.839 -169.352 -165.491 -145.588 -7.774 -6.258 -0.290 6.638 8.844 -0.907 -0.775 -2.942 -5.116 -2.908 -0.504 5.172 10.19 kN/m 8.26 kN/m -10.90 kN/m -8.31 kN/m -10.19 kN/m 10.90 kN/m a) Vỏ hầm 3.0m -8.26 kN/m 8.31 kN/m b) vỏ hầm 2.5m Hình 4.2 Biểu đồ lực cắt Q thu từ chương trình Plaxis Với lực cắt, theo kết tính toán thể hình 4.2, lực cắt phát sinh lớn góc 45o, 135o, -45o, -135o so với trục thẳng đứng, góc 45o 135o nội lực mang dấu (-); góc -45o 135o nội lực mang dấu (+) Tại đỉnh hầm, đáy hầm góc phần tư nội lực phát sinh lực cắt xấp xỉ Với mômen uốn, theo biểu đồ nội lực bên trên, giá trị nội lực mang dấu (+) đỉnh đáy hầm, mang dấu (-) hai bên hông hầm Do đó, hầm bị ép vào bên đỉnh đáy hầm, nở hai bên hông áp lực ngang đất bé áp lực thẳng đứng Vì vậy, đất phạm vi gần đỉnh đáy hầm có xu hướng bị kéo dãn rời hai bên hông vỏ hầm nở nên đất xung quanh vị trí bị nén chặt lại Vị trí mômen uốn thay đổi từ (+) sang (-) (mômen uốn 0) khoảng 45o so với trục thẳng đứng - 133 - Lực dọc trục phát sinh vỏ hầm theo nghiên cứu hoàn toàn mang dấu (-), có nghóa toàn vỏ hầm chịu nén, nội lực phân bố tương đối vỏ, phát sinh lớn hai mặt bên vỏ Quan sát thấy rằng, áp lực xung quanh vỏ hầm tăng nội lực phát sinh vỏ hầm chịu nén lớn Nói chung, công trình ngầm tiết diện tròn, lực cắt tác dụng không đáng kể đến kết cấu vỏ công trình Thông thường người ta xét hai thành phần mômen uốn (M) lực dọc trục (N) 4.2 KẾT CẤU VỎ HẦM VÀ CHIỀU SÂU ĐẶT HẦM KỸ THUẬT 4.2.1 Lựa chọn kết cấu vỏ hầm kỹ thuật Từ kết tính toán nội lực vỏ hầm sử dụng phần mềm Plaxis cho thấy, nội lực sinh vỏ hầm kỹ thuật hình tròn tương đối nhỏ so với vỏ hầm dạng chữ nhật Mặt khác, yêu cầu giới hóa thi công yêu cầu không chiếm dụng mặt lớn trình thi công Kết hợp với ưu nhược điểm phạm vi áp dụng loại kết cấu vỏ hầm (đã trình bày chương III), tác giả kiến nghị chọn kết cấu vỏ hầm cho Hầm kỹ thuật khu vực Quận I – TP.HCM dạng đơn nguyên liền khối hình tròn Theo đó, Hầm kỹ thuật thi công theo phương pháp đào ngầm - kích đẩy Mặt cắt Hầm kỹ thuật cho tuyến phố chọn dạng vỏ hầm tròn có bán kính R=3.0m, chiều dày t=22cm Mặt cắt Hầm kỹ thuật cho tuyến phố nhánh dạng vỏ hầm hình tròn có bán kính R=2.5m, chiều dày t=17cm 4.2.2 Chiều sâu đặt hầm kỹ thuật Căn vào kết nội lực tính toán trên, tác giả kiến nghị chọn chiều sâu đặt hầm nằm trọng tâm lớp đất thứ hai, tức chiều sâu từ mặt đất tự nhiên đến tâm đường hầm 12.5m - 134 - 4.3 TÍNH TOÁN THI CÔNG HẦM KỸ THUẬT Trên sở phân tích, so sánh ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng công nghệ thi công (đã đề cập chương III), tác giả kiến nghị chọn công nghệ thi công theo phương pháp kích đẩy phù hợp với điều kiện khu vực Quận I - T/p HCM đảm bảo yêu cầu kinh tế Khu vực tuyến hầm kỹ thuật qua có địa chất chủ yếu đất sét no nước thi công đào lộ thiên, thi công theo phương pháp kích đẩy có đầu đào kiểu cân áp lực hiệu • Công nghệ thi công: Các đơn nguyên liền khối chế tạo sẵn nhà máy vận chuyển đến công trường Tại đây, tiến hành đào giếng đứng hạ giếng chìm bê tông cốt thép (giếng chìm hình chữ nhật, có kích thước mặt 8.8m x4.5m có bề dày thành giếng 0.8m Các giếng giếng đứng thông gió đường hầm sau này, giếng bố trí cách khoảng 500m) đến vị trí đáy thiết kế Dùng cần cẩu hạ đầu đào cắt, hệ thống kích đẩy xuống đến đáy giếng ghim đầu cắt vào bề mặt đào, kết hợp phun vữa để ổn định bề mặt đào Sau tiếp tục hạ khiên bơm bùn kích đẩy khiên đến nối tiếp với đầu cắt Ống hầm hạ xuống kích đẩy phía trước theo hướng đầu cắt hết chiều dài đốt hầm, cho đốt hầm cho đạt chiều dài thiết kế yêu cầu Trong trình đào kích đẩy ống phía trước, bơm dung dịch sét vào đất đào thành tia làm cho đất hoá, không thấm nước dẻo Áp lực bề mặt tạo đẩy tới máy kích ống, cân với áp lực ngang đất nước ngầm bên Để giảm lực ma sát xung quanh thành ống đất nền, lực kích đẩy đốt hầm chiều dài tăng, ta dùng “hệ thống bôi trơn tự động” điều khiển hệ thống máy vi tính mặt đất bôi trơn thành ống đất nền, dùng thêm kích trung gian Ngay đầu cắt tiến gần đến thành giếng đến (hoặc hố đến), tốc - 135 - độ điều khiển kích máy đào phải cẩn thận để hạn chế việc gia tăng ứng suất cục vách thành giếng đến Lưu ý đầu cắt máy đào qua thành giếng đến, phải có biện pháp khống chế nâng đỡ đầu cắt máy bị gãy thành hai phần: đầu cắt khiên bơm bùn •• Lựa chọn máy đào TBM: Máy đào có đầu đào kiểu cân áp lực phải gồm phần chính: đầu cắt phía trước để cắt đất sét dính khiên bơm bùn (để ổn định cân áp lực bề mặt đào) phía đuôi Máy TBM chọn có đường kính vỏ khiên 3.00m sản xuất Herrenknecht Đầu cắt dài 6.026m khiên bơm bùn dài 4.15m •• Vỏ ống phương pháp thi công kích đẩy: Ống ngầm không chịu áp lực thủy tónh, thủy động, tónh tải, hoạt tải đoàn xe máy móc, áp lực đất… mà chịu lực nén lớn dọc ống kích đẩy ống vào vị trí thiết kế •• Điều khiển vận tốc đầu đào [7]: Áp lực ngang đất áp lực nước bề mặt đầu cắt máy tính tự động tính toán thông qua việc phân tích liệu quan trắc Từ nguyên tắc cân áp lực, tự động xác định vận tốc tới đầu đào (v) vòng quay bơm xoắn (n) để trì giá trị áp lực đất định trước (Hình 4.3) - 136 - Hình 4.3 Nguyên tắc cân áp lực Gọi: V0 v D n η V d Ta coù: : dung tích đào máy (m3) : vận tốc đào (m/s) : đường kính đầu cắt (m) : vận tốc quay bơm xoắn (vòng/s) : hệ số máy bơm xoắn (theo tính kỹ thuật) : dung tích đất bơm qua bơm xoắn (m3) : đường kính bơm ruột gà (m) (4.2) Theo nguyên tắc cân áp lực V=V0 , ta có: d η = K const trường hợp cụ thể Từ đó: v = K x n (*) đặt D2 Công thức (*) thể quan hệ tuyến tính vận tốc tới đầu đào (v) vòng quay bơm xoắn ruột gà (n) Thoả mản (*) đảm bảo nguyên tắc cân - 137 - áp lực Người ta thực theo sơ đồ quy trình hệ thống kiểm tra cân áp lực, tăng giảm v cách tăng giảm tốc độ kích điều khiển, tăng giảm n cách tăng giảm số vòng quay bơm xoắn phút • Tính lực kích đẩy đốt ống hầm [7]: Gọi : F : tổng lực đẩy ống (T) Dn : đường kính ống (m) Dt : đường kính ống (m) Q : tải trọng đất phân bố (T/m) W : trọng lượng ống (T/m) W = 54π ( D n − D t ).( D n + D t ) (4.3) μ’ : hệ số ma sát ống đất (μ’=tg δ) c : lực dính đất (T/m) L : chiều dài đoạn ống kích tới (m), Fo : lực đẩy nguyên thủy (T) Pe : áp lực đẩy ban đầu đơn vị diện tích (có thể lấy 15T/m2) Pw : áp lực trọng lượng bùn dung dịch sét bám phạm vi vành khăn xung quanh ống δ : góc ma sát ống đất (trong trường hợp tính lực đẩy tổng cộng lên ống lấy δ=φ/2) φ : góc ma sát đất (độ) Theo hình vẽ sơ đồ tính lực kích đẩy ống, ta có: Dn Fo = (Pe + Pw ).( ) π F = Fo + [(π.Dn q +W ).μ'+π.Dn c].L Hình 4.4 Sơ đồ tính lực kích đẩy ống (4.4) - 138 - • Tính toán hạ giếng đứng BTCT phương pháp đánh tụt [7]: Tính toán hạ hố: Trọng lượng thành hố hạ phải thỏa mãn điều kiện sau: - Khi hạ có hút nước hạ mực nước ngầm: (4.5) - Khi hạ không hút nước, đào đất nước: Gt − Gt' ≥ 1,15.Tt (4.6) Trong đó: Gt : trọng lượng thân tường giếng Gt’ : trọng lượng nước bị đẩy tường giếng Tt : lực ma sát tổng tường giếng tiếp xúc đất Tính toán ổn định: - Khi hố nằm bờ kênh, sườn dốc phải kiểm tra trượt phẳng trượt theo mặt trụ tròn: Hệ số an toàn ổn định trượt phẳng xác định theo công thức (4.7): k= Tđ + Pbđ + 2Tb Pcđ (4.7) Trong đó: Tđ , Tb :lực ma sát toàn phần đất với đáy mặt bên công trình (T) Pbđ Pcđ áp lực bị động chủ động đất (T) - Lực ma sát đất đáy hố xác định theo công thức (4.8): Td = Gt + Gđ − 0,5Tt f ms Trong đó: Gđ trọng lượng thân đáy (T) (4.8) - 139 - fms hệ số ma sát trượt đáy hố, lấy 0,2-0,25 đất sét 0,45-0,55 đất cát - Đáy hố bị đẩy áp lực nước ngầm Việc kiểm tra thực theo công thức (4.9): K đn = Gt + Gđ + 0,5Tt ≥ 1,25 H nc γ nc Fgc (4.9) Trong đó: Hnc : chiều sâu hạ giếng nước ngầm (m) Fgc : diện tích mặt đáy giếng chìm (m2) γnc : trọng lượng riêng nước (T/m3) • Điều khiển đào kích ống: Điều khiển máy tính đặt gian điều khiển trung tâm, nằm mặt đất Việc điều khiển thể hai mặt: - Một tốc độ đào thông qua việc máy tính kiểm tra tương quan moment xoắn đầu cắt số vòng quay bơm xoắn đất - Hai quỹ đạo đầu đào, thông qua việc máy tính kiểm tra laser Súng bia laser gắn cố định hệ thống thông báo hình Kết luận chương Từ kết tính toán chương trình Plaxis rút số kết luận sau: Trong phương pháp PTHH vật liệu kết cấu đất xem liên tục thể tích Hầm kỹ thuật dạng tròn đặt đất có khuynh hướng biến dạng nén đỉnh đáy hầm áp lực địa tầng phản lực điểm tựa bên Do vỏ hầm bị biến dạng nên giá trị lực dọc có khuynh hướng bé so với trường hợp vỏ hầm xem cứng tuyệt đối - 140 - Trong đó, biến dạng vỏ hầm có khuynh hướng nở hai bên hông Tương tự trên, phản lực đất hai bên hông vỏ hầm có khuynh hướng lớn ảnh hưởng nén ép vỏ hầm biến dạng Do đó, việc mô chương trình sở phương pháp PTHH thu giá trị nội lực phù hợp với điều kiện làm việc thực tế vỏ hầm Để áp dụng biện pháp thi công có hiệu đạt suất cao nhất, cần tính toán để xác định xác thông số phục vụ cho việc đào ngầm, kích đẩy - 140 - KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN - Các dạng mặt cắt ngang hầm kỹ thuật đa dạng phong phú, phụ thuộc vào quy mô số lượng đường ống kỹ thuật bố trí đường hầm, địa hình xây dựng, mật độ xây dựng đô thị… Có thể suy dạng khác tổ hợp hình dạng kết cấu riêng biệt chúng với để lựa chọn dạng cấu tạo mặt cắt ngang tối ưu - Khi tính toán hầm kỹ thuật: ứng với dạng kết cấu vỏ hầm có sơ đồ tính khác theo quan niệm biến dạng khối đất xung quanh hầm khác nhau, phải ý đến làm việc đồng thời vỏ hầm khối đất xung quanh thông qua lực kháng đàn hồi đất có tác dụng giảm nhẹ làm việc kết cấu vỏ hầm - Phần mềm Plaxis với quan niệm tập trung xem xét tác dụng tương hỗ vỏ công trình ngầm địa tầng, chương trình phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán tiếp xúc tác dụng tương hỗ đất – vỏ hầm cách xác cách đưa vào phần tử kết cấu, phần tử đất đá, phần tử tiếp xúc Do đó, phần mềm công cụ hiệu để phân tích tính toán đường hầm giai đoạn thi công giai đoạn đưa hầm vào khai thác, sử dụng - Lựa chọn phương pháp kích đẩy có đầu đào kiểu cân để thi công hầm kỹ thuật bên tuyến đường khu vực Quận I - TP.HCM phương pháp tối ưu biến dạng, chuyển vị mặt đất bé, chiếm diện tích mặt thi công nên không ảnh hưởng lớn đến giao thông đường - 141 - 5.2 KIẾN NGHỊ - Nghiên cứu sâu hầm kỹ thuật để đưa vào áp dụng thực tiễn nhằm đồng hóa sở hạ tầng điều cần thiết cấp bách TP.HCM đô thị nước ta - Cần sâu nghiên cứu để bổ sung tiêu chuẩn thiết kế - thi công hầm kỹ thuật vào Tiêu chuẩn thiết kế, thi công đường hầm phù hợp với điều kiện Việt Nam - Nghiên cứu sâu sở lý thuyết tính toán để thiết kế thông gió, chống thấm vỏ hầm, mối nối vỏ hầm, ứng xử cục vỏ hầm chịu lực kích đẩy cách đấu nối đường ống nhánh bên với đường ống bố trí bên hầm kỹ thuật - Quy hoạch mạng lưới hầm kỹ thuật cho đô thị, cần tiến hành quy hoạch đồng kết hợp với mạng lưới hầm kỹ thuật cho công trình khoảng không gian dự trữ hầm để bố trí cho nhu cầu tương lai - Cần ban hành quy định quản ký, vận hành, khai thác tu hầm kỹ thuật, phải tạo phối hợp, liên hệ chặt chẽ đơn vị có liên quan trình sử dụng hầm kỹ thuật để đạt hiệu lợi ích cao - 142 - 5.3 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU Trên sở kết nghiên cứu luận văn, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu nghiên cứu quy hoạch mạng lưới hầm kỹ thuật, bố trí thoát nước cho đô thị, đánh giá lợi ích kinh tế – xã hội cho toàn Thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng cho đô thị nước Đặc điểm thi công thiết kế đường hầm nói chung công tác thiết kế hỗ trợ mặt lý thuyết để tiến hành thi công ngược lại trình thi công để theo dõi kiểm chứng lại hồ sơ thiết kế Do vậy, từ trình thi công hầm kỹ thuật trường, tiến hành kiểm tra xây dựng biểu thức quan hệ tính toán thiết kế thi công hầm kỹ thuật, lập nên công thức lý thuyết thực nghiệm xây dựng hầm kỹ thuật điều kiện địa chất khác khu vực TP HCM đô thị khác nước Tiến hành hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam thiết kế xây dựng hầm kỹ thuật PHỤ LỤC DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình môn học Đường Hầm, Lê Văn Nam, 2006 [2] Đường giao thông đô thị, Nguyễn Khải, NXB Giao thông Vận Tải, Hà Nội, 2001 [3] Tính toán thiết kế Công trình ngầm, Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt, NXB Xây dựng, năm 2002 [4] Tính toán Ống ngầm, Bản dịch từ tiếng Nga, Đoàn Hữu Quang, Vũ Thành Hải, Lê Thiện Hồng, Phạm Hồng Giang, Nhà in Minh Sang, 1978 [5] Thiết Kế Công Trình Hầm Giao Thông, Nguyễn Quốc Hùng, Nguyễn Thế Phùng, NXB Giao Thông Vận Tải, năm 1998 [6] Công Trình Ngầm Giao Thông Đô Thị, L V Makốpski, dịch, Nguyễn Đức Nguôn, NXB Xây Dựng Hà Nội, năm 2004 [7] Nghiên Cứu Giải Pháp Thi Công Đường Ống Ngầm Trong Đô Thị Cũ Tránh Giải Tỏa Đền Bù, Đào Kiến Thiết , RD 19-01 , 2002 [8] Utility Corridor Structures And Other Utility Accommodation Alternatives In TXDOT Right Of Way, Beverly Kuhn, Debbie Jasek, Texas Transportation Institute, Septemper 2002 [9] Facility Design Information Manual, Butch Kuecks, Engineering Services Of The University Of Washington, 2005 [10] Iowa Statewide Urban Design Standards Manual, Beth Richards, Iowa State University, 2005 [11] Design Of The Brightwater Conveyance Tunnels, Daniel N Adams, Jacobs Associates, Seattle Metropolitan King County, 2004 [12] The Planning, Design And Construction Of The Tuas Cable Tunnel In Singapore, G.D Mainwaring, Mott MacDonald Group, 2001 [13] Feasibility of Underground Pneumatic Freight Transport in New York City, Henry Liu , Nyserda, 2004 [14] Human Factors Engineering In Utility Tunnel Design, Tunnelling And Underground Space Technology, J Canto-Perello, J Curiel-Esparza, Valencia University, 2001 [15] New Recommendations On Choosing Mechanized Tunnelling Techniques, P.Longchamp, AFTES, 2000 [16] Construction of 230kV Underground Power Lines Between Lardprao and Vibhavadi Substations (Bangkok), S.A Farkhad, Mott MacDonald Group, 2005 [17] Customer – owned Outside Plant Telecommunications Infrastructure Standard, ANSI/TIA/EIA Working Group , 2002 [18] Moser, A P., Buried Pipe Design, second edition, McGraw-Hill, 2001 [19] Plaxis Manual, Version 8, A.A Balkema Publishers, a member of Swets & Zeitlinger Publishers, 2002 [20] TCXDVN 33:2006 – Cấp nước – Mạng lưới đường ống công trình – Tiêu chuẩn thiết kế, ban hành theo Quyết định số 06/2006/QĐ-BXD ngày 17/03/2006 Bộ Xây dựng [21] 20 TCN 104-83, Quy phạm kỹ thuật thiết kế đường phố, đường, quảng trường đô thị, ban hành theo Quyết định số 08 BXD/KHKT ngày 8/1/1983 Bộ Xây dựng [22] Dự án Đại Lộ Đông Tây, PCI, 6/2002 [23] Dự án Cải thiện Môi trường nước Thành phố , Công ty Nước Môi trường Việt Nam VIWASE, tháng 6/2001 [24] Quy hoạch GTVT TP HCM dến năm 2020 – Tổng Công ty TVTK GTVT phía Nam (Teddi South), 2004 ... kiến nghị cho việc ứng dụng Hầm kỹ thuật khu vực Quận I – T/p Hồ Chí Minh dựa kết nghiên cứu Luận văùn, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp nhằm hoàn thiện đưa vào ứng dụng khu vực khác Thành phố đô... thuật Thành phố nói chung khu vực Quận I - T/p Hồ Chí Minh nói riêng + Hiện trạng mạng lưới đường ống công trình ngầm khu vực Quận I - T/p Hồ Chí Minh + Quy hoạch mạng lưới Hầm kỹ thuật khu vực. .. kỹ thuật ngầm phục vụ cho T/p Hồ Chí Minh cấp bách Một yếu tố góp phần thành công cho lónh vực này, việc nghiên cứu sâu Hầm kỹ thuật đô thị để đề xuất hướng nghiên cứu tiếp nhằm đưa vào ứng dụng