Là do nhiều khiên đơn đào thành các đơn nguyên cơ bản của tường ngồi. Các khiên đơn này được nối với nhau bằng bêtơng cốt thép. Trong khiên đơn (tấm ống vỏ thép) đổ bêtơng cốt thép thành tường vây quanh đường hầm. Sau đĩ tiến hành đào bên trong tường vây, cuối cùng hình thành đường hầm cĩ tiết diện lớn.
v Đặc điểm :
So với đào trần : phương pháp này khơng cần cấu trúc hố mĩng, khơng cần chiếm khơng gian trên mặt đất, ít ảnh hưởng đến giao thơng trên mặt đất và mơi trường xung quanh.
So với khiên mặt cắt một hình trịn, hình thức mặt cắt hợp lý, kinh tế, cĩ thể thu hẹp phạm vi thi cơng. Do dùng cách đào nhiều mặt cắt nhỏ, nên giảm chiều sâu đất phủ và qui mơ giếng cơng tác.
Phần ngăn cách giữa các khiên đơn cĩ thể dùng mối nối nối lại, do đĩ cĩ thể thay đổi kích thước mặt cắt đường hầm thơng qua việc điều chỉnh khoảng cách mối nối, thích hợp với trường hợp đường hầm cĩ nhiều nhánh cĩ mặt cắt khác nhau.
Việc đào tường đường hầm do các khiên đơn đào nên khối lượng đất đào và đất thải ra khá ít. Phần đào đất bên trong đường hầm cĩ thể dùng bằng tay. Mặt cắt ngang đường đào cĩ thể là hình chữ nhật, khoảng cách giữa chúng nhỏ nên khi thi cơng yêu cầu độ chính xác cao.
Hình 5.35 Khiên MMST 5.2.4.7Phương pháp khiên bọt khí
Khiên bọt khí là một phương pháp thi cơng vừa đẩy khiên tiến vừa tiến hành bơm vào mặt đào hoặc vào khoang cân bằng áp lực đất một loại vật liệu bọt khí được pha chế sẵn. Nĩ cĩ tác dụng làm tăng tính lưu động của đất, ngăn nước tốt và chống đất dính vào khoang chứa của khiên vì nĩ cĩ độ trơn nhất định. Do đĩ,
phương pháp khiên bọt khí cĩ ưu điểm lớn nhất là đảm bảo độ ổnh định vách đào, giảm độ lún mặt đất, đặc biệt thích hợp với việc đào vào địa tầng cát rời và cát cuội. Bọt khí sau khi đi theo đất đào ra ngồi, rất dễ bị bốc hơi, khơng cần phải xử lý đặc biệt, đất vẫn cĩ thể phục hồi đặc tính nguyên dạng.
Hình 5.36 Khiên bọt khí
v Đặc điểm :
Tính lưu động cao: bọt khí cĩ độ trơn, cĩ tác dụng tăng tính lưu động của đất đào, cĩ thể phịng tránh hiệu quả trường hợp đất sét cứng dính chặt vào bản mặt khiên hoặc khoang chứa.
Áp lực đất tại mặt đào biến động ít : vì bọt khí cĩ tính nén ép, cĩ thể giảm thiểu phạm vi biến động của áp lực đất tại mặt đào.
Cĩ tính năng ngăn nước tương đối tốt. Bọt khí sau khi bơm vào, bọt khí nhỏ li ti thế chỗ của nước ở khe hở giữa các hạt đất, cải thiện tính ngăn nước của đất đào.
Xử lý và vận chuyển đất dư dễ dàng : bọt khí trong đất thải ra, dễ dàng bốc hơi, khơng cần xử lý đặc biệt, đất cĩ thể trở lại nguyên dạng, tiện lợi cho vận chuyển.
Bên trong đường hầm gọn sạch : vì khơng dùng đất sét hoặc bentơnít nên mơi trường làm việc trong đường hầm được cải thiện.
Hình 5.37Cấu tạo khiên bọt khí
5.2.4.8Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield)
Người ta đưa vào khoang chứa đất một số thuốc hĩa học, làm cho đất đào cĩ khả năng ngăn nước, giữ ổn định cho mặt đào. Phương pháp cân bằng áp lực đất này thích hợp với trường hợp chiều sâu đào lớn, áp lực nước cao : cụ thể là đưa một chất hĩa học chính cùng với 1 số phụ gia vào trong khoang chứa rồi trộn với đất đào ra, sau đĩ đem thuốc phụ trợ bơm vào máy thải đất. Dùng loại đất cĩ tính ngăn nước này để đào tầng cát sỏi cĩ áp lực nước lớn, sẽ cĩ tác dụng chống áp lực nước cao, để phịng nước ngầm và đất cát phun lên, giữ cho mặt đào ổn định.
v Đặc điểm :
Cĩ thể đào tầng cát sỏi áp lực nước lớn, chiều sâu đào lớn một cách an tồn, đảm bảo mặt đào khơng bị lở, khơng cĩ cát chảy.
Đất đào sau khi mất tính lưu động, biến thành đất bình thường, thuận tiên cho việc vận chuyển.
Ít ảnh hưởng đến mơi trường, chất hĩa học và chất phụ gia vơ hại đối với người và động vật, biến đất đào thành đất trung tính.
Hình 5.38Sơđồ cấu tạo khiên CPS
5.2.4.9Phương pháp khiên DOT (Double O Tube)
Khiên DOT là loại khiên áp lực đất cĩ lắp trên cùng mặt đào hai đơi lưỡi dao hình nan hoa. Hai đơi lưỡi dao cạnh nhau này ngàm vào nhau như bánh răng cưa, hướng quay ngược nhau và cho phép khống chế đồng bộ để đề phịng hai lưỡi dao trong quá trình quay cĩ thể tiếp xúc va chạm, cĩ tính kinh tế, hợp lý khi đồng thời đào 2 đường hầm, cĩ thể dùng trong trường hợp đất phủ nơng và đào các loại đất.
v Đặc điểm :
Cĩ thể tùy ý bố trí tiết diện hai hình trịn như hướng đứng, ngang hay xiên, ít chịu ảnh hưởng của các vật kiến trúc xung quanh, đường ống ngầm và các chướng ngại vật khác, cĩ lợi cho việc qui hoạch tuyến đường hầm.
Dễ khống chế tư thế của khiên, vì lưỡi dao được thiết kế trên cùng một mặt phẳng, làm cho việc cân bằng khiên khi đào tốt hơn.
Giá thành tổng thể thấp, cĩ thể lựa chọn dạng mặt cắt hợp lý, chiều rộng đường hầm và chiều sâu thi cơng cĩ thể giảm mức độ nhất định, làm hạ giá thành tổng thể.
Hình 5.39Khiên DOT 5.2.4.10 Phương pháp khiên H & V :
Căn cứ nhu cầu, cĩ thể tổ hợp các mặt cắt hình trịn lại để đào nhiều đường hầm cĩ hình dạng mặt cắt khác nhau. Cĩ thể căn cứ điều kiện thi cơng và cơng dụng mà thay đổi hình dạng mặt cắt và hướng đi ngầm dưới đất, cĩ thể tách ra làm 2 khiên làm việc độc lập.
Giữa 2 mặt cắt của 2 khiên liền kề, cĩ lắp thiết bị đổi hướng qua liên kết chốt, làm cho thân khiên mỗi cái cĩ thể quay theo hướng ngược nhau, khiên tiến theo hình xoắn ốc. Khi khiên đổi hướng thì lưỡi dao đĩn mặt ngồi sẽ thực hiện đào cục bộ, giúp khiên thực hiện việc quá độ đi vào hình xoắn ốc.
v Nguyên lý đào các hầm nhánh :
Các khiên trong H&V cĩ lắp động cơ và thiết bị đẩy đất độc lập. Phần trước của 2 khiên liền kề dùng bulơng neo liên kết, phần sau dùng bulơng thường liên kết, cả 2 phần đều cĩ thể tháo ra ở bên trong khiên. Giữa hai máy đào của khiên sau khi tháo chốt ra rồi nhờ kích bên sườn đẩy khiên cần tách rời ra, sau đĩ mỗi khiên cĩ thể tự tiến theo các hướng riêng.
Hình 5.40Sơ đồ nguyên lý khiên H&V
Mặt cắt thay đổi từ phương
đứng sang phương ngang
Cĩ thể xây dựng thành 2
v Đặc điểm :
Thiết bị đổi hướng liên kết chốt được chế tạo đặc biệt đã giúp cho việc khống chế tư thế cũng như phương hướng của khiên tương đối dễ dàng. Thiết bị khởi động và thiết bị đào được bố trí độc lập nhau, cĩ thể tiến hành quản lý cụ thể đối với loại đất khác nhau và sự ổn định của vách đào mà lựa chọn dùng loại khiên kiểu nước bùn hay khiên áp lực đất.
Từ hướng dọc đến ngang hay ngược lại của đường hầm cĩ thể tự do quá độ và chuyển đổi, khơng cần giếng cơng tác, cĩ lợi cho việc rút ngắn thời gian thi cơng và hạ giá thành cơng trình.
Hình 5.41Khiên H&V
Đường kính khiên trên : 3.29m
Đường kính khiên dưới : 2.89m Loại khiên dung dịch vữa. Chiều dài thi cơng : 154m
Đường kính khiên chính (khiên trái và phải) : 6.56m
Đường kính khiên phụ
(khiên trên và dưới) : 1.72m Kích thước cả hệ khiên : rộng 13.18m và cao 7.06m Loại khiên dung dịch vữa.
Chiều dài thi cơng : 236m
5.2.4.11 Phương pháp khiên mở rộng cục bộ :
Tại mặt cắt bất kỳ của đường hầm tiến hành mở rộng cục bộ.
Thi cơng bình thường : trước tiên, thi cơng đoạn đường hầm bình thường, mặt cắt khơng đổi tại chỗ mở rộng cục bộ, lắp đặt mảng ống đặc biệt, giữa mảng ống đoạn bình thường và đoạn đặc biệt, lắp đặt vành dẫn hướng.
Thi cơng trụ đỡ phản lực xung quanh khiên : tháo dỡ các tấm vỏ hình quạt đúc sẵn phần dưới đoạn đặc biệt, sau khi lắp kết cấu chống đỡ, tiến hành đào đất, khi cần cĩ thể tiến hành gia cố cục bộ, đổ bêtơng trụ đỡ phản lực khi đào đường trịn.
Trên vành dẫn hướng của phần mĩng bộ phận mở rộng lắp khiên đường trịn xong, vừa tiến hành đào vừa lắp mảng ống đường trịn, cuối cùng sẽ hình thành bệ đỡ phản lực của khiên phần mở rộng.
Lắp phần mở rộng của khiên và đào đất : trên nền mĩng ban đầu, lắp ráp khiên mở rộng, tiến hành đào đoạn đường hầm mở rộng.
5.2.5 Ưu khuyết điểm của biện pháp thi cơng hầm bằng khiên đào
5.2.5.1Ưu điểm của thi cơng đường hầm theo phương pháp khiên :
Ø Thi cơng đào ẩn kín cơng trình ngầm được tiến hành với sự bảo vệ của khiên, khơng chịu ảnh hưởng của các điều kiện trên mặt đất: giao thơng, luồng nước trên sơng, vận tải thủy, nước triều, thời tiết, khí hậu,... cĩ thể đảm bảo thi cơng an tồn đường hầm một cách kinh tế, tương đối hợp lý.
Hình 5.43 Thi cơng đường hầm theo phương pháp khiên khơng bịảnh hưởng bởi
điều kiện tự nhiên
Ø Đẩy tiến, thải đất, lắp ghép vỏ bọc hầm,... của khiên cĩ thể thực hiện tự động hĩa, và điều khiển từ xa, tin học hĩa. Tiến độ khoan tương đối nhanh, cường độ lao động thi cơng tương đối thấp.
Ø Cảnh quan tự nhiên trên mặt đất được bảo vệ tốt, mơi trường xung quanh khơng bị đảo lộn do thi cơng của khiên
Ø Xây dựng trong đường hầm dài trong vùng đất mềm yếu ngậm nước, hoặc ở dưới sâu luơn luơn cĩ tính ưu việt về mặt kỹ thuật và kinh tế, vì thế phương pháp thi cơng bằng khiên thích hợp nhất là xây dựng đường hầm trong
địa tầng rời rạc, mềm yếu và cĩ nước, xây dựng đường hầm dưới đáy sơng, trong thành phố (xây dựng mêtrơ) và các loại cơng trình đơ thị khác.
5.2.5.2Khuyết điểm của thi cơng đường hầm theo phương pháp khiên :
Ø Giá chế tạo máy khiên tương đối đắt, cơng nghệ láp ráp, vận chuyển vỏ hầm và lắp đặt cơ giới, ... tương đối phức tạp. Trong lớp đất xốp mềm bão hịa nước, rủi ro lún sụt mặt đất tương đối lớn.
Ø Yêu cầu về phối hợp kỹ thuật thi cơng chế tạo thiết bị, cung ứng thiết bị khí nén, chế tạo sẵn các tấm vỏ hầm, kết cấu chống thấm, phịng nước của vỏ hầm, trắc đạc thi cơng, bố trí cơng địa, chuyển dịch khiên,... và sự điều hịa của hệ thống cơng trình phức tạp.
Ø Tính kinh tế của đường hầm ngắn <750m kém. Đối với đường hầm bán kính cong nhỏ hoặc chơn tương đối sâu thì độ khĩ thi cơng tương đối lớn.
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Chương 5 đã nêu chi tiết biện pháp thi cơng bằng khiên đào, từ lịch sử phát triển cho đến giới thiệu các loại khiên đào. Đối với mỗi loại khiên đều cĩ đặc điểm và phạm vi áp dụng thích hợp riêng. Ngồi các loại khiên đào thơng thường như khiên cân bằng áp lực vữa, cân bằng áp lực đất cịn cĩ các loại khiên đặc biệt dùng trong các điều kiện cụ thể như khiên MF, DPLEX, MMST, H&V,...
Sự đa dạng của khiên cho phép giải quyết các vấn đề khi thi cơng gặp phải một cách tốt nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng loại khiên nào cũng phải cĩ tính tốn cụ thể cả về kỹ thuật và kinh tế mới cĩ hiệu quả tốt.
Chương 6. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT KHI XÂY
DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG ĐIỀU KIỆN
TP. HỒ CHÍ MINH
6.1 Tính tốn đường hầm cĩ xét ảnh hưởng của các cơng trình lân cận 6.1.1 Cấu tạo đường hầm trong đất yếu 6.1.1 Cấu tạo đường hầm trong đất yếu
6.1.1.1Bố trí chung của đường hầm [1] & [2]
Vị trí xây dựng hầm được lựa chọn theo các chỉ tiêu: kinh tế – kỹ thuật, địa chất, địa chất thuỷ văn, địa hình, điều kiện thơng giĩ đồng thời phải kết hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể của tuyến đường về mặt bằng và trắc dọc tuân thủ theo các qui định kỹ thuật. [1]
Đường hầm được xây dựng dưới lịng các thành phố lớn trong nền đất yếu thường được bố trí ở độ sâu từ 5 đến 50 mét dưới mặt đất, đơi khi cịn sâu hơn nữa. Khi đường hầm đặt nơng thì thường bố trí dọc theo các đường trục chính của giao thơng đơ thị, khi đĩ các yếu tố kỹ thuật của tuyến rất khĩ khăn. Khi tuyến đặt sâu thì hướng tuyến khơng phụ thuộc vào việc xây dựng của thành phố, tuy nhiên xây dựng sẽ khĩ khăn và giá thành xây dựng sẽ tăng đáng kể.
Mặt cắt dọc của tuyến hầm được quyết định phụ thuộc vào điều kiện địa chất thuỷ văn của tuyến, phương pháp thi cơng và các yêu cầu khai thác. Do đặc điểm xây dựng dưới lịng các thành phố khi đĩ độ lún của đất nền cũng tương đối ổn định, tuy nhiên ảnh hưởng của nước ngầm sẽ khĩ tránh khỏi khi xây dựng đường hầm trong đất yếu. Đo đĩ nền hầm cố gắng bố trí vào lớp đất tốt khơng thấm nước.
Độ dốc dọc của tuyến hầm được khống chế bởi việc bố trí các ga, điều kiện thốt nước, thơng giĩ của tuyến hầm. Đảm bảo điều kiện chuyển động của của phương tiện giao thơng độ dốc dọc tối đa nhỏ hơn độ dốc tối đa của phần tuyến lộ thiên, tức phải triết giảm độ dốc dọc vì trong hầm hệ số bám giảm do ẩm ướt, do cĩ lực cản khơng khí lớn hơn ở ngồi khi phương tiện chuyển động do hiệu ứng piston, độ dốc dọc tối đa thường là 4% đồng thời để đảm bảo thốt nước dọc độ dốc dọc nhỏ nhất là 0,3%.[1]
6.1.1.2Mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu [1]&[4]
Hình dạng mặt cắt ngang hầm ngồi việc phải thoả mãn những yêu cầu về khai thác cịn phải hợp lý về phương diện chịu lực, phù hợp với những đặc điểm của vật liệu dùng để xây dựng vỏ và phương pháp thi cơng. Mặt cắt ngang hầm thường chọn theo những nguyên tắc sau:
1. Trục của vỏ hầm phải là đường cong trơn, khi đĩ sẽ tránh được đáng kể việc tập trung ứng suất, tránh được sự xuất hiện các vùng biến dạng dẻo tại vị trí tiếp xúc giữa địa tầng và vị trí gẫy gĩc;
2. Khi tải trọng thẳng đứng chiếm ưu thế, vịm phải đủ cao và cĩ dạng gần với đường parabol bậc hai, đỉnh vịm cĩ độ cong lớn hơn phần dưới;
3. Khi vỏ chịu áp lực bên thì tường cũng nên cĩ dạng cong hướng về phía địa tầng. Vỏ hầm cĩ dạng đường cong ba hoặc năm tâm;
4. Trong địa tầng khơng ổn định, đặc biệt là địa tầng ngậm nước, áp lực lên hầm từ mọi phía, hợp lý hơn cả là vỏ hầm cĩ dạng kín, cĩ vịm ngửa;
5. Thuận lợi trong thi cơng, sử dụng ván khuơn và các thiết bị tiêu chuẩn trong thiết kế.
Từ những phân tích trên và ở các chương trước nhận thấy khi xây dựng
đường hầm qua vùng đất yếu, cĩ mực nước ngầm thường xuyên khi đĩ áp lực địa tầng, áp lực thuỷ tĩnh tác dụng mọi phía lên vỏ hầm, kết cấu vỏ hầm dạng trịn là kết cấu ưu việt nhất trong điều kiện địa chất thuỷ văn như thế. Ngồi ra với mặt cắt ngang dạng trịn tiến độ thi cơng sẽ nhanh chĩng khi được cơ giới hố trong thi cơng bằng cách lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn. Tuy nhiên do nằm trong nước ngầm nên giải pháp chống thấm cho kết cấu lắp ghép phải được xem xét cẩn thận.
6.1.1.3Kích thước mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu