Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thi công phù hợp cho hầm giao thông tại nút giao thông đại học quốc gia thành phố hồ chí minh, quận thủ đức thành phố hồ chí minh

--- TRẦN MAI BẢO TRƯỜNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG PHÙ HỢP CHO HẦM GIAO THÔNG TẠI NÚT GIAO THÔNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, QUẬN THỦ ĐỨC, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ M

TRẦN MAI BẢO TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG PHÙ HỢP CHO HẦM GIAO THÔNG TẠI NÚT GIAO THÔNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, QUẬN THỦ ĐỨC,

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2014

-

TRẦN MAI BẢO TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

THI CÔNG PHÙ HỢP CHO HẦM GIAO THÔNG TẠI NÚT GIAO THÔNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, QUẬN THỦ ĐỨC,

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGÔ DOÃN HÀO

HÀ NỘI – 2014

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày … tháng 04 năm 2014

Tác giả

Trần Mai Bảo Trường

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các hình

Danh mục các bảng

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4

1.1 Tình hình xây dựng công trình ngầm trên thế giới 4

1.2 Tình hình xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam 12

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI VỆC LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM 17

2.1 Phân loại công trình ngầm 17

2.1.1 Phân loại theo kỹ thuật đào phá, bóc tách đá 17

2.1.2 Phân loại theo điều kiện phương pháp thi công công trình ngầm 18

2.1.3 Phân loại theo sơ đồ thi công và cách chống giữ 18

2.1.4 Phân loại theo chức năng 21

2.1.5 Phân loại theo đặc điểm lối thông với mặt đất 21

2.1.6 Phân loại theo độ sâu bố trí công trình ngầm 21

2.1.7 Phân loại theo góc nghiêng của công trình với mặt phẳng ngang 21

2.1.8 Phân loại theo kích thước cấu tạo 22

2.2 Các phương pháp chủ yếu thi công công trình ngầm 22

2.2.1 Thi công theo phương pháp lộ thiên 23

2.2.2 Phương pháp hạ chìm (dìm) 28

2.2.3 Thi công theo phương pháp ngầm 31

2.2.3.1 Phương pháp khoan nổ mìn truyền thống 31

2.2.3.2 Phương pháp thi công đường hầm mới của Áo (NATM) 33

2.2.3.3 Phương pháp đào hầm bằng cơ giới hoá (TBM và SM) 35

2.2.3.4 Phương pháp kích đẩy (pipe jacking) 39

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ thi công công trình ngầm theo phương pháp đào ngầm 43

2.3.1 Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn 43

2.3.2 Hình dạng và kích thước mặt cắt ngang công trình 44

2.2.3 Độ dốc dọc và độ cong của công trình ngầm 44

2.2.4 Chiều sâu bố trí công trình 46

2.2.5 Độ ổn định cho công trình trên mặt và công trình liền kề 46

2.2.6 Khả năng tài chính và hiệu quả kinh tế 48

CHƯƠNG 3: CHỨC NĂNG CỦA ĐƯỜNG HẦM VÀ THỰC TRẠNG KHU VỰC THI CÔNG HẦM TẠI NÚT GIAO THÔNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 49

3.1 Chức năng hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh” 49

3.2 Vị trí địa lý, văn hóa xã hội và kinh tế 51

3.3 Tình hình giao thông 54

3.4 Các công trình gần kề cần bảo vệ 54

3.5 Điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn 55

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ THI CÔNG HỢP LÝ HẦM GIAO

THÔNG TẠI NÚT ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

68

4.1 Đề xuất phương pháp thi công hợp lý 68

4.2 Lựa chọn phương pháp thi công khi thi công hố đào bằng phương pháp lộ thiên 69

4.3 Lựa chọn chọn công nghệ thi công hố đào 71

4.3.1 Công nghệ thi công hố móng thành hố móng thẳng đứng 71

4.3.2 Công nghệ thi công hố móng có thành hố móng nghiêng 76

4.3.3 Trình tự thi công theo công nghệ thi công bằng phương pháp lộ thiên với hố móng có thành hố móng nghiêng 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Hình 1.1 Đường hầm đường sắt đầu tiên trên thế giới 5

Hình 1.2 Cống nước ngầm dưới đường Clapham High, phía Nam London 5

Hình 1.3 Hệ thống cống ngầm tại Paris 6

Hình 1.4 Ga tàu điện Komsomolskaya ở Mátxcơva, Nga 7

Hình 1.5 Cống ngầm thoát nước ở Wallabout, Brooklyn, New York 8

Hình 1.6, Tuyến tàu điện ngầm Toronto- Canada 9

Hình 1.7 Đường hầm qua eo biển Manche 9

Hình 1.8 Cống xả ngầm ngoài khu vực đô thị - G-Cans, tại Tokyo 10

Hình 1.9 Tàu điện ngầm tại Thủ đô Bình Nhưỡng –CHDCND Triều Tiên 11

Hình 1.10 Hầm ngầm kết hợp giữa giao thông đường bộ và thoát nước mưa ở Malaysia 12

Hình 1.11 Hầm Hải Vân 13

Hình 1.12 Hầm Thủ Thiêm 14

Hình 1.13 Hầm chui Tân Tạo 14

Hình 1.14 Hầm chui Nguyễn Hữu Cảnh 15

Hình 1.15 Hầm chui Linh Trung 15

Hình 1.16 Hầm đi bộ Ngã Tư Sở 16

Hình 2.1 Phân loại phương pháp thi công hầm theo cách tách bóc đất đá 17

Hình 2.2 Sơ đồ phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công 18

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát về các phương pháp thi công ngầm 19

Hình 2.4 Sơ đồ các phương pháp đào và chống tạm khi thi công ngầm 20

Hình 2.5 Các Phương pháp thi công công trình ngầm 23

Hình 2.6 Các phương pháp thi công hố móng lộ thiên 24

Hình 2.9 Sơ đồ thi công theo phương pháp hạ dần 28

Hình 2.10 Sơ đồ thi công theo phương pháp hạ chìm 29

Hình 2.11 Hình minh họa mặt cắt thiết kế hầm dìm Thủ Thiêm 30

Hình 2.12 Hình minh họa cửa hầm phía quận 1 30

Hình 2.13 Hình minh họa cửa hầm phía quận 2 31

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí thiết bị công nghệ mỏ kết hợp khoan - nổ mìn 32

Hình 2.15 Sơ đồ thi công trong khối đá bở rời, sử dụng ván thép tạo ô bảo vệ 32 Hình 2.16 Sơ đồ biện pháp thi công theo công nghệ mới của Áo (NATM) 34

Hình 2.17 - Trình tự và sơ đồ công nghệ thi công tunnel 35

Hình 2.18.- Sơ đồ nguyên lý công nghệ đào hầm bằng khiên đào 36

Hình 2.19 –TBM trong đá cứng ở hầm thuỷ điện Đại Ninh 37

Hình 2.20 TBM trong đất yếu và phạm vi áp dụng 38

Hình 2.21 TBM trong đá cứng kiểu Roadheader 39

Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy 41

Hình 2.23 Sơ đồ thi công bằng phương pháp kích đẩy tiên tiến 42

Hình 2.24 Sự phụ thuộc của công nghệ phá vỡ đất đá vào độ bền của đất đá 43

Hình 3.1 Mặt cắt ngang đoạn hầm đi qua cầu vượt 52

Hình 3.2 Mặt cắt ngang đoạn hầm hở 53

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất của khu vực 64

Hình 4.1 Phương pháp thi công lộ thiên 69

Hình 4.2.Phối cảnh đường hầm nút giao thông Đại học Quốc gia TP.HCM 70

Hình 4.3 Phương pháp thi công hố đào 71

Hình 4.4 Các loại cọc bản thép 72

Hình 4.7 Sơ đồ kết cấu của tường công trình ngầm 76 Hình 4.8 Sơ đồ xác định góc nghiêng an toàn cho hố đào thành nghiêng 77

Bảng 2.1 Lựa chọn công nghệ theo đường kính công trình ngầm 44

Bảng 2.2 Lựa chọn công nghệ và phương tiện vận tải theo độ dốc dọc công trình ngầm 45

Bảng 2.3 Lựa chọn công nghệ và phương tiện vận tải theo bán kính cong công trình ngầm 46

Bảng 2.4 Lựa chọn công nghệ theo độ sâu lắp đặt áp dụng 46

Bảng 3.1 Kết quả lưu lượng xe trên Xa lộ Hà Nội 50

Bảng 3.2 Các giá trị đặc trưng của dao động mực nước tại các trạm 66

Bảng 4.1 Phạm vi sử dụng của một số loại máy chủ yếu 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng tốc độ xây dựng các công trình ngầm đô thị và công trình giao thông ngầm không ngừng tăng lên Để xây dựng công trình ngầm người ta thường sử dụng các phương pháp như phương pháp ngầm, phương pháp lộ thiên và phương pháp hạ chìm Nhìn chung, việc xây dựng các công trình ngầm thường mất nhiều thời gian và đòi hỏi kinh phí lớn Thời gian thi công và giá thành xây dựng công trình ngầm đô thị và công trình giao thông ngầm phụ thuộc rất lớn vào việc lựa chọn được phương pháp thi công phù hợp và công nghệ thi công hợp lý

Chính vì vậy, việc: “ Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thi công phù

hợp cho hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia - Thành phố

Hồ Chí Minh” là việc làm cần thiết; bởi lẽ làm được điều đó chắc chắn sẽ

góp phần giảm thời thời gian thi công, hạ giá thành công trình và tăng hiệu quả vốn đầu tư

2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu giải pháp thi công công trình ngầm

- Phạm vi nghiên cứu: hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh

3 Mục đích của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn công nghệ thi công hợp lý tuyến hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về thi công các công trình ngầm giao thông trên thế giới và ở Việt Nam;

- Các phương pháp thi công công trình ngầm và các yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn giải pháp thi công công trình ngầm;

- Khảo sát và đánh giá thực trạng điều kiện thi công hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh;

- Đề xuất giải pháp thi công hợp lý cho hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tổng hợp: Thu thập tài liệu, nghiên cứu lý thuyết

và phân tích thực tiễn công nghệ thi công;

Nghiên cứu, đề xuất giải pháp thi công hợp lý

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học của đề tài: Nghiên cứu các giải pháp thi công công trình ngầm, đề xuất được giải pháp thi công hợp lý cho hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh

- Ý nghĩa thực tiễn: có thêm lựa chọn giải pháp thi công cho hầm giao thông tại nút giao thông Đại học Quốc gia- Thành phố Hồ Chí Minh và các hầm giao thông khác có điều kiện tương tự

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận, được trình bày trong 84 trang với 51 hình vẽ và 8 bảng

Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Xây dựng, khoa Mỏ, Bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ; Phòng Sau đại học đã giúp đỡ và trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và xin được trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Ngô Doãn Hào đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tình hình xây dựng công trình ngầm trên thế giới

Thời xa xưa, con người đã biết đào các hang hốc để trú ẩn, cất giấu lương thực, thực phẩm; sau đó con người đã biết đào các đường hầm để khai thác các khoáng sản thiên nhiên, xây dựng các đường hầm dẫn nước phục

vụ cho sinh hoạt và cho nông nghiệp Gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu đi lại của con người ngày càng lớn mà chúng ta đã được những đường hầm hiện đại xuyên qua núi – sông – biển

Hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển Ngày nay việc sử dụng các công trình hầm rất phổ biến trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, tuỳ theo mục đích sử dụng, phạm vi và phương pháp xây dựng mà ta có những loại hầm thích hợp

* Sự phát triển của các công trình ngầm tại Châu Âu

Lịch sử phát triển công trình ngầm (CTN) được ghi nhận bắt đầu vào ngày 10/1/1863 bằng việc đi vào hoạt động của tuyến đường sắt ngầm dài 6,5km ở London đi từ Paddington đến Farringdon Đến nay sau 150 năm, các tuyến đường tàu điện ngầm đã được mở rộng ra 408km nối 11 tuyến chạy qua

270 nhà ga Các tuyến đường này được xây dựng chủ yếu bằng các đường hầm nông (thi công bằng phương pháp đào lộ thiên) Trên hình 1.1 cho thấy đường hầm đầu tiên trên thế giới được thi công bằng phương pháp lộ thiên Tại London có các hệ thống cống ngầm dưới lòng thành phố được xây dựng với kiến trúc rất đẹp, nhằm thoát nước thải (hình 1.2)

Hình 1.1 Đường hầm đường sắt đầu tiên trên thế giới[1]

Hình 1.2 Cống nước ngầm dưới đường Clapham High, phía Nam London[2]

Tại Pháp, tuyến tàu điện ngầm đầu tiên hoạt động vào năm 1900 Năm

1370, những hệ thống cống xả nước ngầm được xây dựng tại Paris, Pháp và hiện nay Paris là nơi có hệ thống xả nước ngầm lớn nhất thế giới với chiều dài hơn 2.100km (hình 1.3)

Cloaca Maxima là CTN thoát nước đầu tiên trên thế giới, thuộc thành Roma, được xây dựng vào năm 600 trước Công nguyên để thoát nước mưa và nước thải Một số nước Châu Âu sau này đã sử dụng hệ thống thoát nước để chứa các đường dây đường ống kỹ thuật và cho ra đời tuynen kỹ thuật [3] Tại thành phố Budapest (Hungfgary) tuyến tàu điện ngầm mang tên M1 đầu tiên, bắt đầu xây dựng vào năm 1894, khánh thành vào năm 1896, chiều dài tuyến khoảng 3,7 km (2,3 dặm)

Tại Italy, tuyến Ferrovia Cumana đã được xây dựng và đi vào hoạt động

từ năm 1889, tuyến bao gồm các đường hầm nằm bên dưới thành phố Naples, ngày nay đường hầm này vẫn là một phần của Line 2 thuộc hệ thống tàu điện ngầm của thành phố Napoli, nó là phần cổ nhất của hệ thống vận chuyển

nhanh của Italy

Hình 1.3 Hệ thống cống ngầm tại Paris[2]

Thời gian giữa hai cuộc thế chiến, tuyến tàu điện ngầm đầu tiên của Tây Ban Nha được xây dựng tại vùng ngoại biên của lục địa: có tên là MetroAlfonso XIII Các ga tàu điện ngầm được dùng làm nơi trú ẩn các cuộc không kích trong cuộc nội chiến Tây Ban Nha Ngày nay Madrid là một trong thành phố có hệ thống tàu điện ngầm dài nhất thế giới

Tuyến tàu điện ngầm đầu tiên của Liên Xô cũ bắt đầu hoạt động vào năm

1935 ở Mát-cơ-va Các ga tàu điện ngầm tại Mát-cơ-va là một trong những tuyến tầu điện ngầm trang trí công phu nhất của thế giới (đặc biệt là những nhà ga được xây dựng trong thời kỳ Joseph Stalin) Tính đến Năm 2010, hệ thống tàu điện ngầm tại Mát-cơ-va có tổng cộng 301km đường sắt và 182 nhà ga Trên hình 1.4 là ga tàu điện Komsomolskaya ở Mátxcơva, Nga

Hình 1.4 Ga tàu điện Komsomolskaya ở Mátxcơva, Nga [4]

* Sự phát triển của CTN tại Châu Mỹ

Tại Bazil, tuyến tàu điện ngầm đầu tiên khánh thành vào năm 1974 tại thành phố Sao Paulo là trung tâm kinh tế và là thành phố lớn nhất của Brazil,

ngày nay hệ thống tàu điện ngầm của thành phố có khả năng vận chuyển trung bình khoảng 4.000.000 hành khách một tuần Tại nước cộng hòa Chile,

hệ thống Metro de Santiago tại thủ đô gồm 5 tuyến và 85 nhà ga và là hệ thống duy nhất sử dụng bánh cao su tại Nam Mỹ

Boston có tuyến tàu điện ngầm lâu đời nhất tại Hoa Kỳ, một phần của tuyến the Green tại trung tâm thành phố được xây dựng từ năm 1897; Hệ thống cống ngầm thoát nước ở Wallabout, Brooklyn, New York là một công trình tiêu biểu cho CTN phục vụ cho việc thoát nước tại Hoa Kỳ (hình 1.5)

Hình 1.5 Cống ngầm thoát nước ở Wallabout, Brooklyn, New York [2]

Tuyến tàu điện ngầm Toronto- Canada chính thức hoạt động vào năm

1954 Trên hình 1.6 là bức ảnh dọc theo tuyến tàu điện ngầm mà xưa kia là những hàng cột đá vô hồn, nay đã trở thành những bức tượng mô tả lại tượng Pharaoh Ai Cập cổ đại chứa đựng yếu tố nghệ thuật

Hình 1.6 Tuyến tàu điện ngầm Toronto- Canada[13]

Tại Thành phố Buenos Aires (Argentina), tuyến tàu điện ngầm có tên

"Subterráneos de Buenos Aires" bắt đầu đi vào khai thác từ năm 1913, đây cũng là tuyến tàu điện ngầm lâu đời nhất tại Mỹ latinh

Hình 1.7 Đường hầm qua eo biển Manche [16]

* Sự phát triển của các CTN tại Châu Á

- Tuyến Metro đầu tiên được khánh thành năm 1927 ở Nhật Bản Đến nay Nhật Bản đã có mạng Metro dài 162km trên 8 tuyến Nằm sâu dưới thành phố Saitama, ô Tokyo là hệ thống cống thoát nước khổng lồ, với công trình kiến trúc được xây dựng để bảo vệ 13 triệu cư dân của thành phố khỏi mưa lớn và cơn bão nhiệt đới ngày càng khắc nghiệt thường tấn công (hình 1.8)

- Hệ thống tàu điện ngầm ở thủ đô Bình Nhưỡng - CHDCND Triều Tiên được bắt đầu xây dựng năm 1966 dưới thời nhà lãnh đạo Kim Nhật Thành Đây là hệ thống tàu điện ngầm sâu nhất thế giới với độ sâu tối đa là 200m dưới lòng đất, độ sâu trung bình cũng lên tới 100m, một số đoạn đường núi sâu 150m Hình 1.9 là quang cảnh tàu điện ngầm tại Thủ đô Bình Nhưỡng – CHDCND Triều Tiên

Hình 1.8 Cống xả ngầm ngoài khu vực đô thị - G-Cans, tại Tokyo[7]

Hình 1.9 Tàu điện ngầm tại Thủ đô Bình Nhưỡng –CHDCND Triều Tiên[8]

- Đầu năm 1997, tại Bangkok - Thái Lan đã khởi công xây dựng tuyến tầu điện ngầm đầu tiên gồm 2 tuyến hầm, một luồng tàu chạy, mỗi tuyến dài 10km, với 9 ga, với tổng khinh phí thiết kế và xây dựng là 940 triệu USD

- Năm 1990, tuyến Metro đầu tiên được xây dựng tại Thượng Hải – Trung Quốc với chiều dài 16,1km, 13 ga và tổng chi phí 168 triệu USD Năm

1995 Trung Quốc đã xây dựng hầm đường bộ Tần Lĩnh dài 19,45km đã tạo một kĩ thuật về xây dựng đường hầm

- Trên hòn đảo Singapore rộng 618km2, với 2,7 triệu dân đã có mạng Metro dài tổng cộng 67km, 42 ga trong đó 12 ga dưới mặt đất

- Ở Malaysia đã áp dụng giải pháp thông minh cho Thủ đô Kuala Lumpur đó là xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm để hỗ trợ phòng chống ngập lụt (hình 1.10) Đường hầm phòng chống ngập lụt ở Kuala Lumpur có chiều dài 9km nối từ sông Ampang tới “hồ chứa nước thông minh” gần công viên nước Paintball Tag Dese, theo hướng Đông Bắc – Tây Nam, đi qua sân bay Sungai Besi, cách tòa tháp đôi Petronas khoảng 3km Đường kính của hầm là 11,83m, đường kính ngoài là 13,2m Hầm bố trí 2

tầng cho hoạt động giao thông đường bộ, mỗi tầng có 2 làn xe ôtô, có chiều rộng 3,35m/làn, có 1 làn xe dự trữ để cứu hộ trong trường hợp khẩn cấp rộng 2,0m và dải biên/lề rộng 15cm Tầng dưới có chiều cao thông xe là 2,55m, tầng trên là 2,65m Dưới đáy tầng 1 là khoảng không gian để thoát nước mưa, chứa được 3 triệu m³ để điều hòa nước mưa khi mưa lớn [9]

Hình 1.10 Hầm ngầm kết hợp giữa giao thông đường bộ

và thoát nước mưa ở Malaysia [9]

1.2 Tình hình xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam

Trong công cuộc xây dựng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì các khu đô thị không ngừng mở rộng cả về quy mô phát triển và cơ sở hạ tầng, do đó khối lượng các công trình nhà ở và công trình công cộng sẽ không ngừng gia tăng, đi cùng với đó là sự phát triển liên tục của mạng lưới giao thông vận tải bên trong các khu đô thị và giữa các khu đô thị với nhau nhằm tạo sự kết nối giao thông thông suốt, đáp ứng cho nhu cầu phát triển của kinh

tế xã hội và đời sống người dân Tuy nhiên, đi cùng với xu hướng phát triển không ngừng của mạng lưới hạ tầng đô thị là sự suy giảm nhanh chóng diện tích mặt đất tự nhiên, vốn là nguồn tài nguyên có hạn tại các khu đô thị Chính vì vậy, cần thiết phải tăng mật độ xây dựng, tạo lập những cốt cao độ nhân tạo mới, sử dụng những giải pháp không gian đô thị Các đô thị hiện tại

được mở rộng theo mặt bằng và mặt đứng bằng cách khai thác không gian trên mặt đất và không gian ngầm Phân vùng theo chiều đứng cho phép phân luồng phương tiện giao thông và người đi bộ, giao thông nội hạt và quá cảnh, tốc độ cao và bình thường Trong đó có thể có các phương án bố trí tuyến giao thông và đường bộ khác nhau: ở mức mặt đất, trên mặt đất hoặc dưới mặt đất Giải quyết hợp lý vấn đề giao thông trong đô thị cho phép khai thác tổng thể và tận dụng được không gian ngầm, nghĩa là bố trí công trình và các cụm công trình ngầm khác nhau dưới mặt đất nhằm phục vụ các phương tiện giao thông và lắp đặt các thiết bị kỹ thuật như: Các bến đỗ cố định, các công

ty kinh doanh, các dịch vụ công cộng, các ga tàu điện ngầm thường được bố trí gần các trung tâm thương mại, các trường đại học, các bệnh viện, các nhà hát Nhìn chung, các công trình ngầm gồm rất nhiều loại hình tương ứng với nhiều chức năng khác nhau như hệ thống giao thông ngầm, kho bãi, trung tâm thương mại … Trong đó, công trình ngầm phục vụ cho giao thông chiếm tỷ trọng khá lớn

Những công trình đường hầm giao thông đường bộ của nước ta:

+ Đường hầm đèo Hải Vân: khẩu độ 12,85m cao 11m dài hơn 6,7km khánh thành vào ngày 02/06/2005

Hình 1.11 Hầm Hải Vân [16]

+ Đường hầm sông Sài Gòn: dài 1490m, rộng 2x2x3.5(m)

+ Đường hầm Nguyễn Hữu Cảnh: dài 430m, rộng 26m

Hình 1.14 Hầm chui Nguyễn Hữu Cảnh [16]

+ Hầm chui Linh Trung: dài 38m, có 4 làn xe; được đưa vào khai thác cuối năm 2010

Hình 1.15 Hầm chui Linh Trung [16]

Cho đến nay, Việt Nam có khoảng 52 hầm giao thông được xây dựng trong thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 theo các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của Pháp, Nga, Trung Quốc, Áo ứng với mỗi thời kỳ khác nhau

+ Đường hầm đi bộ Ngã Tư Sở: Với hai làn dành cho xe đạp và người đi

bộ, đường hầm mới dài gần 500 m, rộng 7,5 m, sâu 8 m so với mặt đường, 12 cửa mở tại góc đường Tây Sơn - Láng, Láng - Nguyễn Trãi, Nguyễn Trãi - Trường Chinh và Trường Chinh - Tây Sơn Trên hình 1.16 cho thấy phía trên đường hầm đi bộ là cầu vượt Ngã Tư Sở

Hình 1.16 Hầm đi bộ Ngã Tư Sở [16]

CHƯƠNG 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI VỆC LỰA CHỌN

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM

2.1 Phân loại công trình ngầm

Về việc phân loại công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, giải pháp kỹ thuật phổ biến, cũng có thể phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Vì vậy để giúp cho người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các phương pháp công nghệ, các giải pháp kỹ thuật xử lý trong xây dựng công trình ngầm có thể phân thành các nhóm công trình như sau:

2.1.1 Phân loại theo kỹ thuật đào phá, bóc tách đá

Độ bền

cao

Độ bền trung bình

Độ bền thấp Đất dính Đất rời Đất chảy Khoan nổ mìn

Máy đào toàn gương, máy khoan hầm (Tunnel, Boring Machine)

Máy đào từng phần gương,máy cắt từng phần (Roadheader - RH)

Đào bằng các máy đào, xúc bốc

Đào bằng máy khiên đào (Shild Machine - SM)

Đào bằng máy rửa lũa (sức nước, nén khí)

Hình 2.1 Phân loại phương pháp thi công hầm theo cách tách bóc đất đá.[13]

2.1.2 Phân loại theo điều kiện phương pháp thi công công trình ngầm

Khái niệm „phương pháp thi công thông thường‟ và „phương pháp thi công bằng máy‟ được sử dụng chỉ có ý nghĩa tương đối, không hoàn toàn liên quan với việc sử dụng các máy thi công Các phương pháp thuộc vào nhóm thi công thông thường là các phương pháp cho phép tách phá đất, đá tạo nên khoảng trống ngầm có tiết diện với hình dạng và kích thước bất kỳ Các phương pháp thi công bằng máy thường cho phép tạo nên các khoảng trống ngầm với tiết diện có dạng xác định (chủ yếu là hình tròn), ít biến động trong quá trình thi công

Hình 2.2 Sơ đồ phân nhóm và cách gọi các phương pháp thi công [13]

2.1.3 Phân loại theo sơ đồ thi công và cách chống giữ

Phương pháp đào và chống tạm áp dụng phổ biến khi thi công công trình ngầm trong đất bằng phương pháp ngầm

Các phương pháp thi công ngầm

máy xới

Máy đào lò

RH

Máy khoan hầm TBM

Máy khiên đào SM

Kích

ép ống, đào hầm nhỏ

khiên

đào toàn gương

đào từng phần gương

+ Toàn tiết diện + Khoan nổ mìn

+ Nén ép ống (Vỏ chống)

Neo, khiên vòm lưỡi dao + Bê tông phun

+ Vỏ bê tông đổ tại chỗ

+ Phương pháp thi công bằng + Phương pháp thi công mới của

+ Phương pháp khiên kín + Phương pháp xây dựng

vành khuyên với kết cấu thép + Phương pháp Koler + Các phương pháp xây dựng

kinh điển (nhân đỡ của Đức, phương pháp đón đỡ của Bỉ, Anh, Áo cũ)

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát về các phương pháp thi công ngầm [13]

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH

Hình 2.4 Sơ đồ các phương pháp đào và chống tạm khi thi công ngầm

Phương pháp đào và chống tạm trong đất bằng phương thức đào ngầm

ngÇm Đất rời,không

dính kết

Đất dính đến cứng

Thời gian tồn tại ổn định

không chống rất ngắn

Thời gian tồn tại ổn định không chống đủ lớn đến khi lắp kết cấu chống

Không thể hạ

mực nước

ngầm

Có thể hạ mực nước ngầm

Không có nước ngầm

áp lực bình thường

- Khiên hở

Tạo ô bảo vệ bằng ống thép

Tạo ô bảo vệ bằng phun tia (phun áp lực cao)

Chèn nhói, đóng ván, đóng cọc

Vỏ chống tubing

Phương pháp phun bê tông phun (NATM) có hoặc không có lưới thép

2.1.4 Phân loại theo chức năng

Công trình ngầm đô thị có nhiều loại hình khác nhau với những công năng khác nhau và có ý nghĩa kinh tế - xã hội khác nhau Theo công năng sử dụng, có thể phân biệt các loại hình sau:

- Các công trình giao thông ngầm đô thị như hệ thống hầm, đường sắt, hầm đường ô tô, tàu điện, tàu hoả, đường ngầm cho người đi bộ, các nút giao thông ngầm khác mức, nhà ga

- Công trình hầm thuỷ điện: hầm dẫn dòng, dẫn nước

- Công trình cung cấp, tiêu thoát: hầm thuỷ lợi, hầm cấp nước, hầm đặt các đường ống cáp điện, khí đốt, …

- Công trình thoát thải: hầm thoát nước mưa, thoát nước thải

- Công trình đặc biệt: công trình hầm thể thao, công trình ngầm thương mại, các nhà máy ngầm, công trình ngầm an ninh quốc phòng

2.1.5 Phân loại theo đặc điểm lối thông với mặt đất

- CTN có lối thông trực tiếp với mặt đất;

- CTN không có lối thông trực tiếp với mặt đất

2.1.6 Phân loại theo độ sâu bố trí công trình ngầm

- CTN có độ sâu không lớn;

- CTN có độ sâu lớn

2.1.7 Phân loại theo góc nghiêng của công trình với mặt phẳng ngang

- CTN nằm ngang, khi góc nghiêng của trục công trình ngầm với phương ngang α không quá 50 Bao gồm các loại hầm xuyên núi, kho tàng, hầm giao thông…;

- CTN nằm nghiêng: khi góc nghiêng của trục công trình ngầm với phương ngang 50

<α < 750 Sử dụng phục vụ cho công tác thông gió, cung cấp khí sạch, người đi bộ, là bộ phận kết nối giữa cửa vào trên mặt đất với nhà ga ngầm trong công trình ngầm

- CTN thẳng đứng: khi góc nghiêng của trục công trình ngầm với phương ngang α ≥ 750 Còn gọi là giếng sử dụng phục vụ cho công tác thông gió, cung cấp không khí, ánh sáng, đặt thiết bị vận chuyển người người và thiết bị lên xuống

2.1.8 Phân loại theo kích thước cấu tạo

- CTN có chiều dài lớn hơn nhiều so với kích thước tiết diện ngang (đường lò, đường hầm) Những công trình này có chiều dài từ vài chục đến vài trăm mét hoặc lớn hơn nữa;

- CTN có chiều dài, chiều rộng và chiều cao không khác biệt lớn (hầm, hầm trạm): các gian máy phát điện ngầm của thuỷ điện, trạm bơm, trạm biến

áp, ga tàu điện ngầm

2.2 Các phương pháp chủ yếu thi công công trình ngầm

Ngày nay, nhiều loại công trình ngầm được phát triển và xây dựng nhằm đáp ứng nhiều yêu cầu và mục tiêu sử dụng khác nhau Nói chung với các hệ thống công trình ngầm sẽ mang lại cho những hình ảnh và hiệu quả tốt về cảnh quan, môi trường, đồng thời tăng quỹ đất cho các công trình kiến trúc trên mặt đất, phát huy được tiềm năng dồi dào của khoảng không gian ngầm, góp phần mang lại những hiệu quả kinh tế trước mắt và lâu dài

Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất và môi trường khác nhau

Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹ thuật phổ biến và nhiều khi còn là thói quen

Hiện nay để thi công CTN trên thế giới thường được thực hiện theo 3 phương pháp cơ bản như hình 2.5

Hình 2.5 Các Phương pháp thi công công trình ngầm

2.2.1 Thi công theo phương pháp lộ thiên

Là phương pháp thi công đường hầm nông và trong đất mềm là phương pháp đào trên mặt đất, đào từ trên xuống dưới sau khi đạt cao độ thiết kế xong, lại từ đáy thi công thuận chiều từ dưới lên trên, hoàn thành kết cấu chính của đường hầm, cuối cùng lấp hố đào và khôi phục mặt đất lại như cũ.Tuy nhiên để thực hiện theo phương pháp lộ thiên cần có khoảng trống trên mặt đất đủ để triển khai mặt bằng thi công

Nói chung, phương pháp thi công lộ thiên là phương pháp thi công có chi phí thấp hơn, thực hiện đơn giản và ít rủi ro hơn so với phương pháp thi công ngầm, tuy nhiên phương án này đòi hỏi hiện trường thi công phải trống trải; diện tích công trường phải đủ rộng; phải thực hiện các công việc tháo dỡ, chuyển dời, lắp dựng lại các hệ thống cống rãnh, cáp, gây ảnh hưởng đến sinh hoạt bình thường; gây tắc giao thông khi thi công dọc đường phố; gây ô nhiễm môi trường, liên quan với việc đào bốc đất đá, vận chuyển đổ thải tạm, làm thay đổi động thái nước ngầm, thậm chí gây nhiễm bẩn

Phương pháp thi

công lộ thiên

Phương pháp thi công ngầm

Phương pháp

hạ chìm Phương pháp thi

công CTN

2.2.1.1 Phương pháp hố móng

Khi thi công hầm bằng phương pháp hố móng cần phải có chi phí lớn về các nguyên vật liệu như: kim loại, gỗ gia cố tạm và giải phóng mặt bằng do làm đường tránh, gây hư hỏng đường giao thông địa phương và ô nhiễm môi trường lớn Căn cứ vào phương pháp thi công và loại hình kết cấu chống, ta có thể chia phương pháp đào hố móng như sau:

a Phương pháp đào hố móng theo mái dốc

Phương pháp này được áp dụng trong những điều kiên sau:

- Phương pháp này được sử dụng trong điều kiện hầm đặt nông có mặt bằng rộng rãi Việc ổn định mái dốc hoàn toàn dựa vào tính chất cơ lý của nền đất (hình 2.6)

Hình 2.6 Các phương pháp thi công hố móng lộ thiên

1 Tường nghiêng hào-hố móng; 2.Công tr.nh ngầm; 3 Kết cấu cọc

chống hào-hố móng

Góc nghiêng thường nhỏ hơn 450

khi khối đất nền là đất rời hoặc dính kết yếu Trong trường hợp đất dính cứng hoặc nửa cứng có thể để góc dốc đến 600

và trong trường hợp gặp đá rắn có thể để góc dốc đến 800 Đôi khi hố móng đào với taluy có độ dốc lớn rồi gia cố bằng bêtông phun trên lưới thép hoặc neo trong đất Độ nghiêng của tường hông hố móng sẽ được xác định bằng chiều sâu của chúng và các tính chất cơ lý của môi trường đất đá Đào theo mái dốc là phương án lựa chọn đầu tiên nên chọn khi thi công bằng phương pháp đào lộ thiên

- Khối đất đủ cứng, đủ độ ổn định

- Có đủ diện tích thi công

b Phương pháp đào hố móng tường thẳng đứng

* Phương thức tường nền

Theo phương thức này các công trình ngầm được thi công theo thứ tự như sau: đầu tiên từ trên mặt đất tiến hành đào các hào hay hố thi công, tiếp đó tiến hành lắp dựng kết cấu của công trình ngầm trên hào, hố đào và sau cùng là lấp lại bằng vật liệu phủ

Tùy thuộc vào đặc điểm cơ học, địa chất của khối đất, thành hào nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần phải chống giữ Kết cấu chống giữ thành hào có thể là cọc- ván ép, cọc cừ (tường cọc cừ đã được sử dụng rộng rãi ở nước ta), tường khoan nhồi (tường cọc khoan nhồi) hay tường hào nhồi (tường trong đất) bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, có thể được gia cố thêm bằng neo, khoan phun ép (khoan phụt), kích chống, giằng… Sơ đồ thi công tường nền được thể hiện như hình 2.7

* Phương thức tường nóc

Theo phương thức này hào thi công không cần đào hoặc chỉ cần đào sâu đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có) Tiếp đó tiến hành thi công tường cọc nhồi hay tường hào nhồi

Hình 2.7 Sơ đồ thi công theo phương thức tường nền

đến độ sâu dự định (thông thường đến tầng đất cách nước), công đoạn tiếp theo là đổ bê tông nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép bằng các tấm panen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong lòng đất bao gồm đào bóc đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các thông số kỹ thuật khác Phương thức thi công này đã được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới trong trường hợp thi công dọc các tuyến phố chật hẹp và yêu cầu giải tỏa giao thông nhanh, không cho phép để đường phố ở trạng thái bị đào kéo dài Bằng cách này có thể xây dựng các công trình có nhiều tầng trong lòng đất với thời gian thi công

dài mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động giao thông trên mặt đất Sơ đồ thi công tường nóc được thể hiện như hình 2.8

Hình 2.8 Sơ đồ thi công theo phương thức tường nóc

2.2.1.2 Phương pháp hạ dần

Theo phương thức này thì toàn bộ hay từng đoạn của kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt đất, sau đó các đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song với việc đào xúc dưới gầm của kết cấu đó (phương thức caisson hay hạ dần) Sơ đồ thi công được thể hiện như hình 2.9

Trong phương pháp hạ dần thích hợp với mặt bằng thi công hạn chế qua vùng đất yếu nằm phía dưới mực nước ngầm không có chứa các cục cuội tảng lớn, có thể sử dụng phương pháp này để thi công các giếng đầu và cuối các đoạn đường hầm

Hình 2.9 Sơ đồ thi công theo phương pháp hạ dần

2.2.2 Thi công phương pháp hạ chìm (dìm)

Việc phát triển kĩ thuật thi công đường hầm bằng hạ chìm xuống đáy sông đã cung cấp một phương pháp mới có hiệu quả để thi công đường hầm xuyên qua đất, sông ngòi, eo biển Các đoạn hầm được chế tạo sẵn trên đảo khô (xây dựng tạm thời tại địa điểm gần đường hầm) Các đoạn hầm được bịt kín tạm thời, sau đó vận chuyển nổi các đoạn hầm đó đến nơi quy định Lúc đó tại vị trí quy định đã chế tạo sẵn một hố móng ở đáy nước Đợi cho khi đoạn hầm được định vị xong, cho chất nước tăng tải trọng cho đường hầm để hạ chìm xuống vị trí thiết kế, nối liền đoạn ấy với những đoạn đã lắp trước, xử lý nền móng Cuối cùng phủ đất đá đắp lại Phương pháp này chỉ được áp dụng khi đường hầm được thi công vượt song, biển Kết cấu đường hầm được chế tạo sẵn thành các đoạn (đốt) vỏ hầm được bịt kín và kéo nổi trên mặt sông tới

vị trí hạ chìm xuống đến cao trình thiết kế, sau đó các đoạn (đốt vỏ hầm) được ghép nối lại với nhau để tạo thành đường hầm hoàn chỉnh Sơ đồ thi công được thể hiện như hình 2.10

Hình 2.10 Sơ đồ thi công theo phương pháp hạ chìm

Ở Việt Nam hầm Thủ Thiêm dài 1490 m trong đó có 370 m thi công hạ chìm dưới sông Sài Gòn Gồm 4 đốt hầm, mỗi đốt có dạng hộp đôi rộng 33.3

m, cao 9 m dài khoảng 90 m nặng 36.000 tấn

Hình 2.11 Hình minh họa mặt cắt thiết kế hầm dìm Thủ Thiêm [16]

Hình 2.12 Hình minh họa cửa hầm phía quận 1[16]