Giải pháp đường hầm thông minh cho đô thị Hà Nội

Bài viết này trình bày một giải pháp là xây dựng đường hầm thông minh, ở đó bao gồm cả hầm đường bộ và hầm thoát nước nhằm giải quyết thực trạng trên. Nội dung bài báo bao gồm các vấn đề về giải pháp đường hầm thông minh, các thông số về lựa chọn hướng tuyến, mặt cắt ngang dựa trên điều kiện địa chất của Ha nội. Mời các bạn cùng tham khảo!

Giải pháp đường hầm thông minh cho đô thị Hà Nội Smart tunnel solution for the Hanoi urban areas Hồ Bá Tuấn Anh, Nguyễn Trường Huy Tóm tắt Trong năm gần đây, Hà nội phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn giao thơng lụt lội Để giải vấn đề báo trình bày giải pháp xây dựng đường hầm thông minh, bao gồm hầm đường hầm nước nhằm giải thực trạng Nội dung báo bao gồm vấn đề giải pháp đường hầm thông minh, thông số lựa chọn hướng tuyến, mặt cắt ngang dựa điều kiện địa chất Ha nội Bài báo thực phân tích mơ hình số đường hầm thơng minh dựa điều kiện Hà Nội Cuối kết luận kiến nghị Từ khóa: đường hầm thơng minh, điều kiện địa chất hà nội, tuyến, mơ hình hầm Abstract In recent years, Hanoi is facing traffic congestion and flooding problems To solve this issue, the paper presents a solution is to build a smart tunnel, which includes both highway tunnel and storm water tunnel for these situations Paper content includes the issues about smart tunnel, parameters of alignment and tunnel cross-sections based on geological conditions of Hanoi The paper has also analyzed the simulation model of the smart tunnel based on the geological Hanoi conditions Finally, conclusions and recommendations included for the application of smart tunnel in Ha noi Key words: smart tunnel, geological of Hanoi, alignment, tunnel model Đặt vấn đề Ở Việt Nam giao thông thành phố lớn trở nên vô xúc phức tạp Hàng năm nhà nước tốn hàng nghìn tỷ đồng để khắc phục, cải tạo hệ thống đường xá đưa biện pháp làm giảm ùn tắc giao thông, nhiên, phương án đưa thể nhược điểm, khả thi khó khăn cơng tác giải phóng mặt Một phương án xem hữu hiệu đề cập quan tâm nhiều thành phố lớn sử dụng hệ thống đường ngầm đô thị Cùng với tình trạng mưa xuống đường thường xuyên bị ngập lụt, trạng mưa ngập chưa có giải pháp dứt điểm Đường hầm thơng minh giải pháp nhóm nghiên cứu đề xuất Cơng trình kết hợp 1: Hầm nước đường ngầm thị nhằm thực lúc mục tiêu chống lụt lội tắc nghẽn giao thông Đường hầm thông minh Đường hầm thông minh dự án sáng tạo giới kết hợp khái niệm hệ thống đường hầm ướt khô Đường hầm phục vụ cho lối xe cộ kênh để chuyển hướng nước mưa từ trung tâm thành phố Hà Nội Chế độ đầu tiên: điều kiện bình thường Đây nơi, khơng có tình trạng lũ lụt phát sinh trung tâm thành phố lượng mưa thấp Trong trường hợp này, toàn tầng tầng sử dụng hồn tồn có đường cao tốc giao thông Hệ thống vận hành tự động điều khiển thông minh để theo dõi tình hình để chạy đường hầm trơn tru Chế độ thứ hai: có nước lũ chuyển vào đường hầm cách sử dụng tầng thứ ba (kênh thấp hơn) Điều xảy lượng mưa vừa phải chuyển qua tầng Khi điều xảy ra, đường hầm mở phương tiện để qua đường tránh Hai tầng giữ mở bao gồm phần kênh nước chuyển hướng Chế độ thứ ba: bão lớn đổ vào thành phố Khi điều xảy ra, hệ thống đóng việc di chuyển giao thơng tất tầng Đường hầm kiểm tra đầy đủ trước đóng cửa để sử dụng hồn tồn kênh để nước Sau sàn đóng lại, đường hầm sử dụng làm hệ thống thoát nước mưa Các cửa nhận nước mở phép nước lũ chảy vào đường hầm Ba sàn sử dụng để dẫn lượng nước dư thừa từ thành phố đến giếng lớn - hồ điều hòa Sau bão qua, đường hầm làm khỏi nước mưa trước xe phép vào Hồ điều hòa cuối kênh trang bị để chứa nhiều lượng nước cho phép giúp hệ thống vận hành hiệu Phân tích lũ lụt hệ thống nước tắc nghẽn giao thơng, yếu tố ảnh hưởng địa chất thủy văn, giải pháp định hướng tuyến a) Hiện trạng sở hạ tầng giao thơng, cấp nước: Hồ Bá Tuấn Anh ĐT: 0948866597 Email: Hotuananh@gmail.com TS Nguyễn Trường Huy Bộ môn cơng trình ngầm thị Khoa Xây dựng Ngày nhận bài: 04/8/2020 Ngày sửa bài: 14/8/2020 Ngày duyệt đăng: 14/8/2020 Về giao thông, địa bàn thành phố Hà Nội có khoảng 16.132 km đường bộ, đường Bộ GTVT quản lý khoảng 80 km, thành phố quản lý khoảng 1.015 km, quận, huyện, thị xã quản lý 2.090 km lại xã, phường, thị trấn quản lý 12.947 km Về cấp thoát nước, sau hai giai đoạn Dự án thoát nước Hà Nội, hồn chỉnh hệ thống nước mưa khu vực nội thành thuộc lưu vực sông Tô Lịch, sông Lừ, sơng Sét sơng Kim Ngưu với diện tích 77,5km2 (gồm quận Ba Đình, Hồn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Tây Hồ phần quận Cầu Giấy, Thanh Xuân) Hệ thống giải tình trạng úng ngập cho trận mưa có cường độ 300mm/2 ngày Đối với khu vực phía tây thành phố S¬ 39 - 2020 41 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh Ch hnh thứ hai đường hầm thơng minh Hình Chế độ vận hành thứ đường hầm thông minh Hình Chế độ vận hành thứ ba đường hầm thơng minh Hình Lượng mưa tháng năm Hà Nội năm 2018 (nguồn Tổng cục thống kê năm 2018) như: quận Hà Đông, Nam Từ Liêm, Bắc Từ Liêm,… bị úng ngập sâu, tiêu chậm nằm ngồi phạm vi dự án nước b) Về lũ lụt: Thủ Hà Nội có lượng mưa năm lớn, lượng mưa trung bình năm khoảng 1.250-1.870 mm thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Mùa mưa từ tháng đến tháng 10 thường tập trung tới 85% lượng mưa năm Mưa lớn thường vào tháng tháng 8, tháng thường có nhiều bão nhất, mực nước sông dâng cao gây khó khăn cho việc tiêu nước Thành phố c) Về tắc nghẽn giao thông: Theo nghiên cứu giao thơng vận hành tuyến xe bt nhanh lưu lượng xe lưu thông vào cao điểm sáng Hà Nội 30 phút: Xe máy: 4753 xe; Ô tô: 465 xe; Xe buýt thường: xe; Xe buýt BRT: xe Mật độ phương tiện giao thông cao vào cao điểm buổi sáng phương tiện giao thông di chuyển từ vùng ngoại ô vào trung tâm thành phố Lưu lượng tham gia giao thông đông, vượt thiết kế đường dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thơng Việc tắc nghẽn chủ yếu đường giao đồng mức, gây xung đột dòng phương tiện Bên cạnh đó, điểm dừng đỗ phương tiện cơng cộng cịn yếu, biển báo cảnh báo chưa đồng thiếu Trong năm gần đây, Hà Nội phát triển thêm tới 10 km đường năm Thêm nữa, tượng ngập úng mưa lớn gây khó khăn cho người tham gia giao thơng d) Các yếu tố ảnh hưởng địa chất thủy văn Hà Nội: Hà nội thành phố nằm đồng châu thổ sông Hồng Sự phân bố đất đá toàn khu vực thực dự án, lớp đất yếu thường gây sụt lún nghiêm trọng Bảng 1: Thơng số mơ hình đất nhập vào plaxis Đặc trưng Kí hiệu Lớp 2: Sét pha dẻo mềm Lớp 3: Lớp 4: Lớp 5: Lớp 6: Lớp 7: sét pha Cát hạt Cát lẫn Cát hạt mịn Lớp cuội Đơn vị nửa cứng bụi sỏi lẫn sạn cuội sỏi lẫn cát Mơ hình Hardening Soil Chiều dày 9,4 Loại ứng xử thoát nước 10,4 11,7 3,5 Undrained Undrained Drained Drained 4,5 6,5 m Drained Drained Hệ số rỗng e 1,878 0,743 0,8305 0,5 0,5 0,5 Trọng lượng riêng tự nhiên γ 15,3 19,7 19 20 20 21 kN/m3 Trọng lượng riêng bão hòa γbh 15,83 19,9 19,12 21 21 22,65 kN/m3 900 3033 13359 24000 15357 78157 kN/m2 900 3225 10687 19412 12285 62525 kN/m2 2702 9098 40077 72000 46071 234500 kN/m2 m 0,033 1,06 0,7 0,7 0,7 0,7 Hệ số poisson ʋ 0,495 0,2 0,25 0,3 0,3 0,4 Lực dính C 16 21,6 0 0 kN/m2 Góc ma sát ϕ 10,59 17 36,31 31,5 36,6 42,15 độ ref Module cát tuyến E50 Module tiếp tuyến Eoedref Module dỡ tải - gia tải Hệ số mũ 42 Eur ref T„P CHŠ KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG + L rng đất, loại đất sét yếu, cát chảy + Nước ngầm chứa sunfat, gây hại cho xi măng + Sự phù hợp điều kiện địa chất thi công đường hầm thông minh Công việc khoan đào hầm ảnh hưởng đến dòng nước ngầm Điều trực tiếp gây hố sụt gây thiệt hại tài sản cố bề mặt vị trí thực dự án e) Giải pháp tuyến định hướng: Để lựa chọn tuyến, nhóm nghiên cứu đề xuất phương án tuyến vị trí thoát nước, sở đánh giá, so sánh tiêu chí đảm bảo an tồn, kỹ thuật, đánh giá mức độ ảnh hưởng đến dân cư, cơng trình cảnh quan khu di tích, chi phí giải phóng mặt bằng, hiệu kinh tế, đảm bảo kỹ thuật chạy xe, thoát lũ Phương án đề xuất nằm vị trí giáp hồ Cơng viên Thống Nhất điểm cuối Hồ Linh Đàm, khoảng cách đủ lớn không gây ảnh hưởng lún; chịu tác động thi công xây dựng, vận hành khai thác Cơng trình phụ trợ cửa lên xuống bố trí vào đất khoảng đất cơng rộng rãi, giảm thiểu cơng tác giải phóng mặt bằng, kiến trúc thiết kế hài hịa, khơng phá vỡ cảnh quan tuyến phố, không phát sinh chi phí giải phóng mặt giảm thiểu rủi ro việc chậm tiến độ triển khai dự án Với phương án tuyến chi phí đầu tư xây dựng thấp, rủi ro, phức tạp phát sinh thi cơng; vị trí nước đặt gần hồ chứa lớn Hà Nội Dựa vào hình 6, tác giả xác định đoạn tuyến có chiều dài khoảng 5,8 km đường thiết kế với độ dốc thiết kế bé 0,003 đến 0,005 (theo TCVN 7957 - 2008 thoát nước) Với phương án thoát nước từ hồ công viên Thống Nhất hồ Linh Đàm, hồ cần cải tạo để lưu lượng nước chứa mưa dự kiến Hình Định hướng tuyến đường hầm thơng minh, đoạn nước giao thơng Giải pháp đường hầm thông minh cho đô thị Hà Nội Ở đây, điều kiện đô thị Hà Nội việc thi cơng sử dụng máy TBM tốt phương pháp thi cơng đào kín, khơng ảnh hưởng đến bề mặt Hình dạng đường hầm đề xuất nhóm tác giả hình trịn, có đường kính 11,83m; xe xe có chiều cao 2,55m, vỏ hầm dày 0,5m Lựa chọn chiều sâu đặt hầm: đề xuất điểm đầu độ sâu H =10m, điểm cuối H = 30m Sau xử lý thông số mặt cắt địa chất để đưa vào mơ hình tính tốn, tiến hành mơ hình hóa phần mềm địa kĩ thuật Plaxis 3d V20 với tham số địa kỹ thuật bảng 1: + Lớp đất đắp thay tải phân bố tương ứng 9kN/m2 tương đương với đất đắp 0.8m + Cấp độ bền bê tông vỏ hầm: B40 + Chiều sâu đặt hầm thay đổi từ 9,4m; 15m; 20m; 25m; 30m Hình Đoạn nước dự kiến từ hồ Bảy Mẫu đến hồ Linh Đàm S¬ 39 - 2020 43 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh 11 Quỏ trình tạo áp lực mặt gương đào phun vữa sau vỏ hầmTBM Hình Cấu tạo đường hầm thơng minh dựa Smart tunnel Malaysia Hình Độ dốc thiết kế nước cho đường hầm thơng minh Hình 12 Ảnh hưởng q trình thi cơng gây ảnh hưởng đến đất Hình Kích cỡ hạt lát cắt địa chất phân tích Hình 14 Biểu đồ lún thi công TBM qua đất yếu; Tấm vỏ hầm điển hình Hình 10 Bảng lựa chọn máy thông qua thành phần hạt 44 TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Biu đồ Tương quan biến dạng vỏ hầm chuyển vị ứng với cấp tải 0kPa Biểu đồ Tương quan biến dạng vỏ hầm chuyển vị ứng với cấp tải 50kPa + Áp cấp tải đường thay đổi từ kPa; 50 kPa (do tải trọng mặt đất truyền xuống) chất cơng trình tổng thể Hà nội kết khảo sát địa chất, nhận thấy phần lớn đất sét nằm khoảng từ đến 35m đầu, lớp đất sét thường cách nước tốt Với cơng trình kết hợp với hầm giao thơng để tránh độ sâu đoạn hầm kết nối với giao thơng mặt đất khơng nên q sâu nhóm tác giả đề nghị chiều sâu đặt hầm đô thị Hà Nội nằm khoảng từ 10m đến 30m độ sâu phù hợp với độ dốc thiết kế thoát nước tự nhiên I= 0,006 Phương án hầm mang tính khả thi cao có tính ứng dụng đặc biệt đường hầm thông minh đô thị Ở mặt cắt địa chất khảo sát ta chọn chiều sâu đặt hầm 15m Biểu đồ biểu diễn tương quan chuyển vị vỏ hầm Từ biểu đồ trên, thấy vỏ hầm đặt nơng biến dạng lún bé chứng tỏ phần lực truyền lên ngồi cịn truyển lên vỏ hầm Cịn đặt sâu vỏ hầm biến dạng lún tăng điều chứng tỏ chịu cấp tải lớn phần phía với địa chất Hà Nội đặt sâu chưa tốt, chưa vận dụng tối đa lợi làm việc vỏ hầm đất Tuy nhiên vào điều kiện địa STT Phân loại nguy hiểm Các biện pháp kiểm soát A Hệ thống thoát nước tạm thời bao gồm máy bơm nước công suất lớn đặt hầm E Tất nhân viên làm việc cơng trường trải qua khố huấn luyện an toàn giao ban ngày trước bắt đầu công việc D Lập kế hoạch tiến độ hàng ngày, hàng tuần hàng tháng, để tránh trì hỗn cơng việc A Nếu thực thi dự án hỗ trợ mạnh mẽ từ phủ tập đồn tư nhân, nên dự án không gặp vấn đề tài C Dự án Bộ mơi trường giám sát chặt chẽ để giảm thiểu khả gây ảnh hưởng tới môi trường B Khu vực xây dựng phương pháp xây dựng không gây tổn hại tới cộng đồng C Đối với vấn đề này, đường hầm thường xuyên chịu ảnh hưởng mưa bão lớn đường hầm bảo vệ đáng kể khỏi rủi ro C Dự án có ảnh hưởng tới giao thơng khu vực xây dựng có đường vịng biển báo để khắc phục vấn đề Vấn đề hợp đồng (Lỗi điều khoản) D Rủi ro dự án đường 11 hầm thông minh không thực E 12 Rủi ro dự án đường hầm thông minh thực A Sẽ khơng có vấn đề lũ lụt tắc nghẽn giao thông thành phố 13 Rủi ro dự án cộng đồng B Sẽ có nhiều lợi ích bất lợi rủi ro cho cộng đồng dự án thực 10 Đường hầm bị ngập mưa Phân tích Xác suất rủi ro xảy Vấn đề an tồn khu vực làm việc Lịch trình bị trì hỗn Tình hình tài dự án Vấn đề mơi trường Vấn đề an tồn cộng đồng Điều kiện khí hậu Điều khiển giao thơng Các điều khoản làm rõ q trình đàm phán Sẽ có lũ lụt thường xuyên trung tâm thành phố, gây thiệt hại người và gây tắc nghẽn giao thơng S¬ 39 - 2020 45 KHOA H“C & CôNG NGHê Gii phỏp thi cụng ng hm thụng minh smart: Kết luận, Khuyến Nghị Dự án đường hầm thông minh, đoạn kết nối giao thông phương pháp đào hở phần thi công hạ máy để phục vụ cho việc sử dụng đường giao thông đường hầm thông minh (khoảng 10%) Việc thi công đào kín tiến hành cách dùng máy TBM sử dụng phía đường hầm, TBM hồn thành 90% cơng việc Kết luận Tuy nhiên đối đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên nhóm tác giả tập trung phân tích q trình thi cơng TBM mơ hình hóa phần mềm plaxis 3D V20 để đánh giá lún phân tích thi cơng địa chất 9,4m đất yếu Căn vào thành phần hạt lựa chọn công nghệ thi công khiên đào cân áp lực bùn vữa (TBM loại Slurry Shield) đường kính 13,2m (có tính đến với phun vữa lấp đầy sau vỏ dung sai TBM) tương tự máy thi công đường hầm thông minh Malaysia Dựa vào biểu đồ lún thi cơng hầm đất yếu ta có thấy thi cơng đốt vỏ hầm điển hình (vị trí thân hầm) việc lún Uzmax = 3,7 cm giá trị khả dĩ, ảnh hưởng đến cơng trình lân cận Do vậy, việc thi cơng TBM giảm thiểu việc lún q trình thi công tuyến hầm, đảm bảo tránh ảnh hưởng cơng trình lân cận phía Một số khuyến nghị rủi ro từ kinh nghiệm dự án Smart tunnel Malaysia Chú thích xếp loại rủi ro: Phân tích rủi ro: Xác suất xảy ra: + Rất - + Cực thấp - A + Hiếm - + Rất thấp - B + Thỉnh thoảng - + Thấp - C + Đều đặn - + Đáng kể - D + Thường xuyên - + Chắc chắn - E Đường hầm thông minh dự án đem lại nhiều lợi ích cho người dân, để giải lũ lụt tắc nghẽn giao thông Đây loại đường hầm áp dụng thành công giới kết hợp kênh lũ đường giao thơng hệ thống ngầm (Malaysia) Hệ thống giao thông đô thị Hà Nội cần đường hầm giải pháp tốt cho vấn đề Kết nghiên cứu để đánh giá hiệu quả, để hiểu cơng nghệ máy móc liệu ứng dụng dự án thị Hà nội Đường hầm cịn Malaysia có thơng tin liên quan đến dự án phải tiến hành đánh giá ứng dụng vào đô thị Hà Nội Các cơng trình ngầm cần thiết hệ thống giao thông cho khu vực đô thị vùng sâu vùng xa tương lai Nhóm tác giả đề xuất tuyến hầm, kích thước hình dạng hầm Dựa vào số liệu khảo sát địa chất tuyến hầm để tiến hành tính tốn thiết kế đường hầm Mặt cắt ngang hầm mô hình hóa phần mềm Plaxis 3D V20 cho kết sát với điều kiện thi công thực tế Đây điểm khác biệt, làm bật tính mới, tính khoa học đề tài Bài báo phân tích từ việc đánh giá tính ứng dụng khả thi, hướng tuyến, thơng số hầm, đề xuất quy trình thi công quản lý rủi ro để đảm bảo việc ứng dụng khả thi đường hầm thông minh Khuyến Nghị Do thời gian có hạn, đề tài sử dụng số liệu địa chất hố khoan khảo sát tuyến để tính tốn Trong thời gian tới, nhóm đề tài thu thập thêm số liệu có thiết kế tổng thể cho toàn tuyến lựa chọn./ + Liên tục - T¿i lièu tham khÀo Công ty CP Khảo sát thiết kế xây dựng Hà Nội (2016) Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình khu vực Hồ Ba Mẫu, Đống Đa, Hà Nội Nghiêm Mạnh Hiến (2010) Đặc Trưng Cơ Học Đất Nền - Ứng Dụng Tính Tốn Trong Địa Kĩ Thuật Nguyễn Văn Vũ, Trần Mạnh Liễu, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Văn Thương (09/2019) Nghiên cứu, phân chia cấu trúc thành phố hà nội Và đánh giá khả xây dựng chúng R Whitlow (1997), Cơ Học Đất, nhà xuất giáo dục, Hà Nội Ng Kim-Soon, Nuhu Isah, Maimunah Binti Ali, Abd Rahman Bin Ahmad Relationships Between Stormwater Management and Road Tunnel Maintenance Works, Flooding and Traffic Flow 46 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG Kannapiran, R K M (2012) A study and evaluation on SMART Project, Malaysia (Doctoral dissertation, University of Southern Queensland) Plaxis 2D, 3D v20 Connect Edition, BENTLEY SYSTEMS, INCORPORATED, version 2020 PhD MAHMOUD ALI, MSC, BSC CAIRO UNIVERSITY RESEARCHER ASSISTANT, CRI (2016) Geotechnical Course, lecture no.1,2,3,4 Standard Specifications For Tunneling 2016: Cut And Cover Tunnels, Shield Tunnel  ... Định hướng tuyến đường hầm thơng minh, đoạn nước giao thơng Giải pháp đường hầm thông minh cho đô thị Hà Nội Ở đây, điều kiện đô thị Hà Nội việc thi cơng sử dụng máy TBM tốt phương pháp thi cơng... CôNG NGHê Hỡnh Ch hành thứ hai đường hầm thơng minh Hình Chế độ vận hành thứ đường hầm thông minh Hình Chế độ vận hành thứ ba đường hầm thơng minh Hình Lượng mưa tháng năm Hà Nội năm 2018 (nguồn... (Malaysia) Hệ thống giao thông thị Hà Nội cần đường hầm giải pháp tốt cho vấn đề Kết nghiên cứu để đánh giá hiệu quả, để hiểu cơng nghệ máy móc liệu ứng dụng dự án thị Hà nội Đường hầm cịn Malaysia có