Nghiên cứu kết cấu và công nghệ thi công 2 tuyến mêtrô ( tuyến 1 chợ bến thành – tham lươnge) (tuyến 2 chợ bến thành – bến xe miền tây)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH œ• - NGUYỄN THỊ DẠ THẢO NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TUYẾN MÊTRÔ TUYẾN 1: CH BẾN THÀNH – THAM LƯƠNG TUYẾN 2: CH BẾN THÀNH – BẾN XE MIỀN TÂY CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT Mà SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, Tháng Năm 2004 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH œ• - NGUYỄN THỊ DẠ THẢO NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TUYẾN MÊTRÔ TUYẾN 1: CH BẾN THÀNH – THAM LƯƠNG TUYẾN 2: CH BẾN THÀNH – BẾN XE MIỀN TÂY CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, Tháng Năm 2003 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 Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ DẠ THẢO Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 22/02/1974 Nơi Sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Cầu, Tuynel Các Công Trình Xây Dựng Khác Trên Đường Ô Tô Đường Sắt Mã số: 2.15.10 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TUYẾN MÊTRÔ: TUYẾN 1: CH BẾN THÀNH – THAM LƯƠNG, TUYẾN 2: CH BẾN THÀNH – BẾN XE MIỀN TÂY II NHIỆM VỤ NỘI DUNG Phần I: TỔNG QUAN Chương mở đầu: Tính cấp thiết mục tiêu đề tài nghiên cứu Phần II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 1: Tổng quan điều kiện tự nhiên Tp HCM Chương 2: Hiện trạng giao thông công cộng Tp HCM Chương 3: Nghiên cứu chọn dạng cấu tạo kết cấu tuyến mêtrô từ chợ Bến Thành Tham Lương Chợ Bến Thành – Bến xe miền Tây Chương 4: Nghiên cứu chọn giải pháp thi công tuyến mêtrô ngầm cao Chương 5: Các phương pháp tính toán kết cấu vỏ hầm khu gian, kết cấu ga đỗ kết cấu nhịp cầu cạn Phần III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 6: Kết luận kiến nghị PHỤ LỤC III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề cương): IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ luận án tốt nghiệp) : V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KH: TS LƯU BÂN VI HỌ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1: VII HỌ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KH CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nội dung đề cương luận văn Thạc Só Khoa Học Kỹ Thuật thông qua Hội đồng chuyên ngành PHÒNG Ngày QUẢN LÍ KHOA HỌC - SAU ĐẠI HỌC tháng năm CHỦ NHIỆM NGÀNH TS LÊ VĂN NAM CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LƯU BÂN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: 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 2004 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I TÓM TẮT - Họ tên: NGUYỄN THỊ DẠ THẢO - Phái: Nữ - Sinh ngày: 22/02/1974 - Nơi sinh: Khánh Hoà II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Nhà riêng: H6, Khu phố 2, phường Tăng Nhơn Phú A, Q9, Tp Hồ Chí Minh - Điện thoại: 08.7.305522 - Cơ quan: Phân Viện KHCN GTVT Phía Nam - Điện thoại: 8.244.613 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 1992 – 1997: Sinh viên trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp Hồ Chí Minh Tốt nghiệp đại học: năm 1997 Hệ: Chính quy Trường: Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Xây dựng Cầu đường Năm 2001: Trúng tuyển cao học Khóa 12 - Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Mã số học viên: CA12-022 IV QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ năm 1997 – nay: Công tác Phân Viện KHCN GTVT Phía Nam MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 01 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 02 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA TP HCM 08 1.1- Khí hậu thời tiết 08 1.2- Thủy văn dòng chảy 08 1.3- Nhaän xét chung cấu tạo địa chất 09 1.4- Các nguồn vật liệu xây dựng 13 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG CÔNG CỘNG TRONG TP HCM .15 2.1- Hiện trạng giao thông cộng cộng đường 15 2.2- Hướng phát triển mạng lưới giao thông cộng cộng 16 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHỌN DẠNG CẤU TẠO KẾT CẤU TUYẾN MÊTRÔ TỪ CH BẾN THÀNH - THAM LƯƠNG VÀ CH BẾN THÀNH – BẾN XE MIỀN TÂY 18 3.1- Hiện trạng tuyến đường mà tuyến Mêtrô qua 18 3.2- Nghiên cứu chọn dạng cấu tạo khu gian tuyến Mêtrô ngầm 22 3.2.1- Phân loại 23 3.2.2- Keát cấu vỏ hầm 24 3.2.3- Phân tích chọn kết cấu hợp lý cho tuyến Mêtrô ngầm .28 3.3- Nghiên cứu chọn dạng cấu tạo khu gian tuyến Mêtrô mặt đất 30 3.3.1- Kết cấu mặt đường 30 3.3.2- Phaân tích chọn kết cấu hợp lý cho tuyến Mêtrô mặt đất .32 3.4- Nghiên cứu chọn dạng cấu tạo khu gian tuyến Mêtrô cao .33 3.4.1- Kết cấu cầu cạn 33 3.4.2- Chọn kết cấu trụ, nhịp hợp lý 33 3.5- Nghieân cứu chọn dạng cấu tạo ga tuyến Mêtrô 38 3.5.1- Phân lọai 38 3.5.2- Phân tích chọn kết cấu hợp lý .45 3.5.2.1 –Chọn kết cấu hợp lý cho ga ngầm 45 3.5.2.2 – Chọn kết cấu hợp lý cho ga ngang mặt đất .46 3.5.2.3 – Chọn kết cấu hợp lý cho ga cao 49 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHỌN GIẢI PHÁP THI CÔNG TUYẾN MÊTRÔ ĐI NGẦM VÀ TRÊN CAO .52 4.1- Tuyến mêtrô ngầm đất 52 4.1.1- Thi công hầm ga metro phương pháp hở 52 4.1.2- Thi công hầm mêtrô phương pháp kín (đào ngầm) 53 4.1.3 - Lựa chọn phương pháp thi công hầm tuyến .55 4.2- Tuyến mêtrô cao 61 4.2.1- Thi công đúc bê tông đà giáo cố ñònh 61 4.2.2- Thi công đúc đà giáo di động 63 4.2.3- Thi công cầu BTCT phân đoạn lắp ghép đà giáo di động 65 4.2.4- Thi công lắp ghép kết cấu dầm BTCT DƯL lắp ghép kết cấu nhịp thẳng 68 4.2.5- Lựa chọn phương pháp thi công tuyến .69 CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HẦM TẠI KHU GIAN, KẾT CẤU GA ĐỖ VÀ KẾT CẤU NHỊP CẦU CẠN 71 5-1-Tổng quan 71 5.2- Kết cấu ngầm .72 5.2.1- Đặc điểm chịu lực kết cấu vỏ hầm .69 5.2.2- Các phương pháp tính toán kết cấu ngầm 73 5.2.3- Tính tóan công trình ngầm dạng tròn 77 5.2.4- Tính tóan công trình ngầm dạng khung .80 5.3- Taûi trọng tác dụng lên kết cấu công trình ngầm 81 5.3.1- Tải trọng tác dụng công trình ngầm đặt nông 81 5.3.2 - Tải trọng tác dụng công trình ngầm đặt sâu 85 5.4- Kết cấu nhịp cầu cạn 88 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 6.1- Kết luận 90 6.2- Kiến nghị .91 Tài liệu tham khảo .93 Phụ lục 1: Tính toán kết cấu hầm dạng tròn đường kính D=9.5m-đáy hầm độ sâu H=40m, theo pp thay hệ 94 Phụ lục 2: Tính toán kết cấu hầm dạng tròn đường kính D=5.6m-đáy hầm độ sâu H=12m, theo pp thay hệ 104 Phụ lục 3: Tính toán kết cấu hầm dạng khung theo pp thay hệ 124 Luận văn thạc só LỜI NÓI ĐẦU Đề tài nghiên cứu “Kết cấu công nghệ thi công tuyến mêtrô: tuyến 1: chợ Bến Thành – Tham Lương, tuyến 2: Chợ Bến Thành – Bến Xe Miền Tây” nhằm mục đích đưa tổng quan cấu tạo, công nghệ xây dựng phương pháp tính tóan tuyến mêtrô ngầm, ngang mặt đất, cao phân tích chọn lựa kết cấu, phương pháp thi công phù hợp với tuyến mêtrô nói Trong đề tài này, hai tuyến mêtrô nói chọn theo Phương án đề nghị “Nghiên cứu khả thi Dự án tuyến Mêtrô ưu tiên Tp Hồ Chí Minh” TEWET, Berlin Trung Tâm Nghiên Cứu Phát Triển GTVT Phía Nam thực năm 2003 Có kết luận án này, nhờ động viên, khuyến khích, giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn đồng nghiệp Tôi xin trân trọng biết ơn TS Lưu Bân quan tâm giúp đỡ tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài Tôi xin chân thành cám ơn TS Trịnh Văn Chính – Phó giám đốc Trung Tâm Nghiên Cứu Phát Triển Giao Thông Vận Tải Phía Nam quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ có tài liệu hữu ích Tôi xin cám ơn giúp đỡ bạn Trung Tâm Nghiên Cứu Phát Triển Giao Thông Vận Tải Phía Nam bạn đồng nghiệp Phân Viện KHCN GTVT phía Nam thời gian qua Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ Thầy giáo, Cô giáo Khoa công trình khoa sau đại học – Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Cuối cùng, đồng thời phải thực công việc quan phân công phải hòan thành đồ án thời gian nên phạm vi nghiên cứu đề tài nhiều hạn chế tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp, dẫn thầy cô đồng nghiệp Xin trân trọng cám ơn HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só CHƯƠNG MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨ U 1- Tính cấp thiết luận án: Thành phố Hồ Chí Minh thành phố lớn, ngày phát triển mở rộng Diện tích xây dựng công trình ngày nhiều, dân số ngày tăng Mạng lưới tuyến giao thông đường phát triển; nhiên vành đai đường nội thành chưa hình thành, dẫn đến tình trạng xe vào trung tâm thành phố lớn Đa số mặt đường chật hẹp, chất lượng kém, mật độ xe đạp, gắn máy, xe thô sơ lớn, hè phố bị lấn chiếm gây ắch tắc giao thông, nạn kẹt xe xảy thường xuyên Phương tiện giao thông công cộng bị hạn chế, tốc độ vận chuyển thấp, không đáp ứng với phát triển tương lai Do cần có mạng lưới vận tải hành khách công cộng (VTHKCC) phát triển, đảm bảo giao lưu ngày khu vực thành phố cách nhanh chóng, thuận lợi, tin cậy, an toàn Xây dựng tuyến Metro - xe điện ngầm với tốc độ cao lực lớn, đảm nhận chuyên chở khối lượng lớn hành khách với tốc độ nhanh cao điểm đô thị, không gây ô nhiễm khí thải… nhằêm đáp ứng yêu cầu phát triển dài hạn thành phố VTHKCC Hai tuyến Mêtrô gồm Tuyến từ Chợ Bến Thành – Tham Lương; tuyến từ Chợ Bến Thành - Bến Xe Miền Tây qui hoạch nằm mạng lưới Mêtrô thành phố, vấn đề đặt cần phải nghiên cứu cấu tạo tuyến mêtrô khu gian ga đỗ nghiên cứu chọn phương pháp thi công hợp lý để góp phần cho phương án tuyến mêtrô từ Chợ Bến ThànhTham Lương; Chợ Bến Thành – Bến Xe Miền Tây khả thi thỏa mãn tiêu kỹ thuật, mỹ quan 2- Mục tiêu luận án: - Phân tích chọn kết cấu khu gian, ga đỗ đoạn tuyến ngầm - Phân tích chọn kết cấu khu gian, ga đỗ đoạn tuyến cao - Phân tích chọn kết cấu khu gian, ga đỗ đoạn tuyến mặt đất - Phân tích chọn phương pháp thi công hầm khu gian ga đỗ đoạn ngầm - Phân tích chọn phương pháp thi công đoạn tuyến Metro cao (Cầu cạn) HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só 79 Các ẩn lực xác định việc giải hệ phương trình tắc có dạng: Mo δ oo + M1 δ 01 + M2 δ 02 + … + Mn δ 0n + ∆0n = Mo δ 1o + M1 δ 11 + M2 δ 12 + … + Mn δ 1n + ∆1n = …………………………………………………………………………………………… Mo δ No + M1 δ N1 + M2 δN2 + … + Mn δ nn + ∆nn = Với: δ ik ∆ik chuyển vị hệ theo phương ẩn lực Mi tác dụng cặp mômen đơn vị đặt điểm K tải trọng ngòai gây Ri : Phản lực gối tựa đàn hồi gối tựa i kết cấu Pi, qi: Tải trọng ngòai tác dụng theo phương thẳng đứng phương nằm ngang đỉnh i kết cấu Hình 5.2 - Tính tóan kết cấu công trình ngầm theo phương pháp thay phần tử a/ Sơ đồ tính tóan b/ Phân tích kết cấu theo phương pháp lực Với sơ đồ tính tóan trên, dùng phần mềm tính kết cấu SAP2000 để giải ta có kết nội lực kết cấu cách nhanh chóng HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só 80 xác Xem phần phụ lục – tính tóan kết cấu hầm dạng tròn theo phương pháp thay hệ với quan niệm địa tầng biến dạng cục 5.2.4- Tính tóan công trình ngầm dạng khung: Tính vỏ hầm khung đất đàn hồi sử dụng giả thiết biến dạng cục tiến hành theo phương pháp Viện thiết kế xe điện ngầm Matscơva, lúc đất đàn hồi thay gối đàn hồi Hình 5.3- Sơ đồ tính dạng khung tòan khối đàn hồi a- Sơ đồ tính b - Thay đàn hồi gối tựa đàn hồi Độ cứng qui đổi gối đàn hồi xác định theo công thức: D=K*S*b K- Hệ số kháng đàn hồi S- Khỏang cách gối đáy b- Bề rộng kết cấu HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só 81 Với sơ đồ tính tóan trên, dùng phần mềm tính kết cấu SAP2000 để giải ta có kết nội lực kết cấu cách nhanh chóng xác Xem phần phụ lục – Tính tóan kết cấu hầm dạng khung theo phương pháp thay hệ với quan niệm địa tầng biến dạng cục phần tử 5.3- Tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình ngầm 5.3.1- Tải trọng tác dụng công trình ngầm đặt nông Vỏ hầm ga đổ xây dựng gần mặt đất, thi công phương pháp lộ thiên có cấu tạo dạng khung có trần trần vòm, khung kín đổ chổ, khung kín lắp ghép, khung lắp ghép từ nhiều cấu kiện riêng biệt Đặc điểm chung kết cấu hầm dạng khung có đáy đặt đất đá tự nhiên làm việc kết cấu dầm đàn hồi; tường bên trần hầm tiếp xúc với đất đá lấp làm việc phận kết cấu thông thường tác dụng trọng lượng đất đá lấp tải trọng mặt đất truyền xuống Tải trọng chủ yếu tác dụng lên hầm dạng khung bao gồm: - p lực địa tầng theo phương thẳng đứng - p lực địa tầng theo phương nằm ngang - Các loại tải trọng sử dụng hầm - Tải trọng di động mặt đất - p lực công trình kiến trúc đặt gần công trình ngầm - p lực thủy tónh 1- p lực địa tầng theo phương thẳng đứng: p lực thẳng đứng đỉnh hang trọng lượng cột đất có chiều cao H: HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só q = Σγi*h i γi – trọng lượng riêng lớp đất (T/m3 ) h i – Chiều sâu lớp đất đến đỉnh hầm (m) 2- p lực địa tầng theo phương ngang: p lực ngang tác dụng lên tường hầm: p = Ho*γ* tg (45 o - ϕ/2) p = (Ho+H)*γ* tg (45 o - ϕ/2) Với: ϕ – góc nội ma sát đất γ – trọng lượng riêng đất Ho, H – Như hình vẽ HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo 82 Luận văn thạc só 3- Tải trọng di động mặt đất + Khi tải nằm lăng thể trượt p lực ngang tác dụng lên tường hầm: p ht = (Σq ht/a*d)* tg2 (45o - ϕ/2) + Khi tải đặ t kết cấu hầm: p lực theo phương đứng tác dụng bề mặt đỉnh hầm: p a = Kd*P/(a+2h*tgα)*(b+2h*tgα) a, b (m) - Diện tiếp xúc bánh xe mặt đường P (T) - Tải trọng trục bánh xe h (m) - Chiều sâu từ mặt đất đến đỉnh hầm Kd- Hệ số tải trọng Khi h>0.7m, Kd =1 4- p lực công trình kiến trúc đặt gần công trình ngầm HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo 83 Luận văn thạc só 84 ϕ ϕ ϕ Khi bố trí công trình hầm nhà phải xét đến truyền áp lực ngang từ móng nhà lên tường hầm: Pϕ = (Q/aϕ)* tg2 (45o - ϕ/2) Với Q, aϕ− hình vẽ 5- p lực thủy tónh: Khi hầm đặt nông, mực nước ngầm cao đáy hầm Người ta tính toán áp lực thủy tónh tiêu chuẩn mực nước ngầm cao đáy hầm Khi xác định áp lực thủy tónh cần phải tính đến giảm áp lực gây nên đào hầm phục hồi áp lực giai đoạn khai thác Do đó, ngưới ta chấp nhận mực nước ngầm thấp xây dựng cao khai thác, điều tạo điều kiện bất lợi tính toán Nếu đất thấm nước nằm mực nước ngầm trọng lượng riêng đất phải xét đến tượng đẩy theo công thức: γ = (γο −γb )/(1+ε) Với: γο− Trọng lượng riêng đất sấy khô γb − Trọng lượng riêng nước ngầm HVTH: Nguyễn Thị Dạ Thảo Luận văn thạc só 85 ε− Hệ số lỗ rỗng đất Đồng thời cần phải tính đến giảm góc nội ma sát đất bão hòa nước Nếu đất không thấm nước nằm mực nước ngầm người ta coi áp lực nước tải trọng làm tăng áp lực đất mà không tính đến đẩy nước 5.3.2 - Tải trọng tác dụng công trình ngầm đặt sâu Vỏ hầm khu gian thi công phương pháp đào kín có cấu tạo dạng tròn Bằng thực tế với kết cấu tròn biết tương đối xác phạm vi hình thành lực kháng đàn hồi; vận dụng thích hợp phương pháp thay hệ Do chu vi hang đường tròn, theo quan niệm môi trường đất đá xung quanh hầm bán không gian biến dạng tuyến tính, dùng lời giải xác thuyết đàn hồi tính kết cấu hầm tròn điều kiện chịu lực biến dạng với môi trường Vỏ hầm chịu áp lực từ nên tính toán phải kể đến truyền lực từ lớp vỏ hầm đến địa tầng Tải trọng chủ yếu tác dụng lên hầm dạng tròn bao gồm: - p lực địa tầng theo phương thẳng đứng - p lực địa tầng theo phương nằm ngang - Các loại tải trọng sử dụng hầm 1- p lực địa tầng theo phương thẳng đứng: Theo giả thiết M.M.Protodiakonov áp lực đất thẳng đứng tác dụng lên vỏ hầm tạo nên trọng lượng khối địa tầng bị phá hoại giới hạn vòm áp lực Khi f