Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả thi công các công trình ngầm kích thước lớn bố trí nông bằng phương pháp kích đẩy trong điều kiện thành phố hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN VĨ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM KÍCH THƯỚC LỚN BỐ TRÍ NƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY TRONG ĐIÊU KIỆN THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN VĨ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG CÁC CƠNG TRÌNH NGẦM KÍCH THƯỚC LỚN BỐ TRÍ NƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY TRONG ĐIÊU KIỆN THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 60580204 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đào Văn Canh HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả Phạm Văn Vĩ năm 2014 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Trang Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận văn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dụng nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng luận văn Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Kết cấu luận văn Chương 1: Tổng quan phương pháp thi cơng cơng trình ngầm thị 1.1 Tổng quan cơng trình ngầm đô thị 1.1.1 Xu hướng phát triển công trình ngầm thị 1.1.2 Giải pháp quy hoạch cơng trình ngầm thị 1.1.2.1 Quy hoạch theo phương đứng 1.1.2.2 Quy hoạch theo mặt 1.1.3 Vai trị lợi ích cơng trình ngầm thị 1.1.3.1 Vai trị cơng trình ngầm đô thị 1.1.3.2 Hiệu khai thác không gian ngầm 10 1.1.3.3 Ảnh hưởng cơng trình ngầm đô thị đến môi trường đô thị 10 1.2 Các phương pháp thi cơng cơng trình ngầm 10 1.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên 11 1.2.2 Phương pháp thi công ngầm 16 1.2.2.1 Nguyên tắc chung 16 1.2.2.2 Phương pháp đào ngầm thông thường 19 1.2.2.3 Thi công máy khiên đào 24 1.2.2.4 Thi công phương pháp kích đẩy 27 1.3 Nhận xét chương 32 Chương 2: Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp thi công hợp lý cơng trình ngầm tiết diện lớn bố trí nơng phương pháp ngầm 33 điều kiện địa kỹ thuật thành phố Hà Nội 2.1 Điều kiện tự nhiên điều kiện kỹ thuật khu vực thi công cơng trình ngầm thị Thành phố Hà Nội 33 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 33 2.1.2 Điều kiện địa chất, địa chất cơng trình khu vực Thành phố Hà Nội 35 2.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn 36 2.1.4 Điều kiện kỹ thuật 38 2.2 Đánh giá mức độ rủi ro, cố thi công cơng trình ngầm thị thành phố Hà Nội 46 2.2.1 Phân loại rủi ro xây dựng công trình ngầm thị 48 2.2.2 Các ngun nhân rủi ro xây dựng cơng trình ngầm thị 49 2.3 Lựa chọn phương pháp thi cơng cơng trình ngầm tiết diện lớn bố trí nơng điều kiện Thành phố Hà Nội 2.3.1 Những vấn đề chung phương pháp thi cơng cơng trình ngầm thị phương pháp ngầm 2.3.2 Đặc điểm công nghệ thi cơng cơng trình ngầm thị theo phương pháp ngầm 50 50 51 2.3.2.1 Phương pháp đào ngầm thông thường 51 2.3.2.1 Phương pháp máy khiên đào 53 2.3.2.2 Phương pháp kích đẩy (Box Jacking) 53 2.3.3 Lựa chọn phương pháp thi cơng cơng trình ngầm bố trí nông phù hợp điều kiện thành phố Hà Nội 2.4 Nhận xét chương 56 57 Chương 3: Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu thi cơng cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nơng phương pháp kích 58 đẩy điều kiện thành phố Hà Nội 3.1 Lựa chọn cơng nghệ kích đẩy thi cơng cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nơng 58 3.1.1 Kích đẩy kết cấu dạng hộp 59 3.1.2 Kích đẩy kết cấu dạng vịm 60 3.1.3 Kích đẩy kết cấu sàn 62 3.1.4 Những tác dụng việc ứng dụng cơng nghệ kích đẩy cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nơng 64 3.1.5 Những ưu điểu trội việc ứng dụng kích đẩy kết cấu hộp cho cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nơng 3.2 Các phận cơng nghệ kích đẩy kết cấu dạng hộp để thi cơng cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nông 65 66 3.2.1 Thiết bị đào khu vực gương đào 67 3.2.2 Phần vỏ cơng trình ngầm 68 3.2.3 Hầm/ cơng trình xuất phát cơng trình nhận 69 3.2.4 Mặt xây dựng thiết bị phụ trợ 70 3.2.5 Thiết bị kích đẩy bao gồm: 71 3.3 Tính tốn thiết kế kết cấu thi cơng cơng trình ngầm kích thước lớn bố trí nơng phương pháp kích đẩy kết cấu hộp (Box Jacking) 3.3.1 Khái qt 3.3.2 Lựa chọn phương pháp tính tốn thiết kế cho cơng trình ngầm kích thước lớn, bố trí nông điều kiện thành phố Hà Nội 3.3.3 Kết phân tích ứng suất biến dạng cho cơng trình ngầm kích thước lớn, bố trí nơng phương pháp kích đẩy (box jacking) điều 71 71 73 74 kiện thành phố Hà Nội 3.4 Đề xuất biện pháp nâng cao hiệu thi công công trình ngầm tiết diện lớn, bố trí nơng phương pháp kích đẩy (Box jacking) 3.4.1 Một số biện pháp làm giảm ma sát phương pháp kích đẩy 3.4.2 Đề xuất biện pháp làm giảm ma sát phương pháp kích đẩy (box jacking) áp dụng điều kiện thành phố Hà Nội 81 81 84 3.4.3 Kết phân tích ứng suất biến dạng xung quanh đường hầm bề mặt sử dụng biện pháp làm giảm ma sát phương pháp kích 85 đẩy (box jacking) 3.5 Nhận xét chương 89 Kết luận kiến nghị 91 Kết luận 91 Kiến nghị 92 Danh mục cơng trình tác giả 93 Tài liệu tham khảo 94 TÓM TẮT CÁC KÝ HIỆU TRONG BẢN LUẬN VĂN s1 - Thành phần ứng suất thẳng đứng, kN/m2 s3 - Thành phần ứng suất nằm ngang, kN/m2 sn - Độ bền nén đất đá, kN/m2 sk - Độ bền kéo đất đá, kN/m2 τxy – Thành phần ứng suất phương xy, kN/m2 τyz – Thành phần ứng suất phương yz, kN/m2 τzx – Thành phần ứng suất phương zx, kN/m2 g - Dung trọng tự nhiên đất đá, kN/m3 c - Lực dính kết đất đá, kN/m2 ux - Thành phần chuyển vị theo phương x, m uy - Thành phần chuyển vị theo phương y, m uz - Thành phần chuyển vị theo phương z, m εx - Thành phần biến dạng theo phương x εy - Thành phần biến dạng theo phương y εz - Thành phần biến dạng theo phương z E - Mô đun đàn hồi đất đá, kN/m2 m - Hệ số Poisson đất đá j - Góc ma sát đất đá, độ M – Mô men uốn, kNm Q – Lực cắt, kN N – Lực dọc, kN DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Các phương pháp thi cơng đào hầm (tách bóc đất/đá) 13 Bảng 1.2 Các dạng cố gặp đào CTN đất 15 Bảng 3.1 Các loại khiên đào phạm vi áp dụng 10 Bảng 3.2 Các thông số đầu vào đất 18 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Trang Hình 1.1 Sơ đồ phân loại cơng trình ngầm thị Hình 1.2 Hình 1.2 Hình ảnh 3D hệ thống cơng trình ngầm thị (nguồn internet) Hình 1.3 Các phương pháp thi cơng cơng trình ngầm 11 Hình 1.4 Các phương pháp thi cơng lộ thiên 12 Hình 1.5 Phương thức tường-nền (bottom-up) 12 Hình 1.6 Hình ảnh thi công giao thông ngầm đô thị (nguồn internet) 13 Hình 1.7 Phương thức tường-nóc (top-down) 14 Hình 1.8 Phương pháp hạ dần (a) phương thức hạ chìm (b) 15 Hình 1.9 Phân nhóm cách gọi phương pháp thi cơng 17 Hình 1.10 Quy trình chung thi cơng cơng trình ngầm phương pháp thơng thường Hình 1.11 Thi cơng chia gương có đường dốc 19 Hình 1.12 Thi cơng đường hầm hai bên sườn 23 Hình 1.13 Phương án thi cơng lị hai bên sườn 23 Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động khiên cân áp lực đất 25 Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương hỗn hợp đất 25 Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hoạt động khiên chất lỏng có áp 26 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý chống giữ gương chất lỏng có áp 26 Hình 1.18 Sơ đồ phương pháp kích đẩy 27 Hình 1.19 Sơ đồ thi cơng cơng trình ngầm thị tiết diện lớn London, Anh phương pháp kích đẩy 22 28 Hình 1.20 Sơ đồ phương thức thi công phương pháp nén ép trước 30 Hình 2.1 Vị trí địa lý thủ Hà Nội 33 Hình 2.2 Hình ảnh giao thơng thành phố Hà Nội (nguồn internet) 41 Hình 2.3 Tuyến đường hầm Kim Liên (nguồn internet) 42 Hình 2.4 Dự án làm hầm đường qua đường Trần Nguyên Hãn (nguồn internet) 43 98 PHỤ LỤC CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐIỂN HÌNH VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT TRẦM TÍCH KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI 31 Tập 1: cuội nhỏ, sỏi cát lẫn bột sét 12 Phụ hệ tầng trên: trầm tích đầm lầy, sét bột chứa than bùn Phụ hệ tầng giữa: trầm tích biển, sét, sét bột Phụ hệ tầng dưới: trầm tích hồ đầm lầy, sét bột lẫn mùn thực vật, than bùn Tập 4:sét bột, sét đen, có nơi chứa cuội sỏi, than bùn Tập 3: sét kaolin, sét bột xám 61 aQiII2 vp1 VĨNH PHÚC TRÊN Phụ hệ tầng Tập2: bột sét chứa ốc hến, mùn thực vật Tập 1: cuội, sỏi, cát lẫn bột sét Phụ hệ tầng Tập 3, tập 4: bột sét lẫn mùn thực vật Tập 2: cát bột lẫn mùn thực vật Tập 2: cát bột lẫn sét, cát vàng xâydựng Tập 1: cuội, sỏi, cát, sét bột Tích tụ lũ sơng ap.aQII-III1 hn 55 Tập 2: cát bột, cát thơ, sỏi sạn, cuội nhỏ Tập 1: cuội, cuội tảng, sỏi sạn, cát bột Aluvi HÀ NỘI GIỮA Tập 3; bột sét lẫn mùn thực vật Tập 3: Bột sét Tập 2: Bột cát, cát hạt nhỏ 24,5 aQi lc LỆ CHI DƯỚI P LE I S T O C E N Đ Ệ T Ứ K A I N O Z OI ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC Hệ tầng 15 Tập Chiều dày (cm) Ký hiệu aQiv3tb2 aQiv3 tb1 Hệ tầng THÁI BÌNH CỘT ĐỊA TẦN G HẢI HƯN G Bậc DƯỚI GIỮA TRÊN Thống HOLOCEN Hệ Giới BẢNG PL1.1 CỘT ĐỊA TẦNG-TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ ĐIỂN HÌNH THÀNH PHỐ HÀ NỘI Tập 1: cuội, sỏi, cát, bột sét 14 Bảng PL1.2 Bảng tổng hợp tiêu lý đất phức hệ aQIII2vp1 Các tiêu Các kiểu thạch học Cát Cát pha Sét pha Sét -Sỏi, sạn (>2mm) 4,3 4,6 5,6 10,4 -Cát (2 - 0,05mm) 82,2 56,8 39,9 15,5 - bụi (0,05 - 0,005mm) 11,6 28,4 34,9 35,9 - Sét(2mm) -Cát (2 - 0,05mm) Các kiểu thạch học Cát Cát pha Sét pha Sét 77,2 37,37 18,44 13,1 22,78 62,63 81,56 23,5 - Bụi(0,05-0,005mm) 32.0 - Sét(