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
Vỏ hầm đường giao thơng thường cĩ nhịp khơng lớn lắm. Kích thước tùy thuộc vào khổ hầm, tình hình địa chất và phương pháp thi cơng, với hầm trong nền đất yếu cĩ hệ số kiên cố fkc < 2 thì bề dày vỏ hầm cĩ thể lựa chọn sơ bộ theo kinh nghiệm thiết kế hầm đường sắt đơn như sau:
Bảng 6.1Bảng quan hệ hệ số kiên cố – bề dày vịm
Hệ số kiên cố fkc Bề dày vịm (cm) Bề dày vịm ngửa (cm)
2 1 0,6 50 50 60 30 40 50
Như đã phân tích trong chương 4, phương pháp phần tử hữu hạn tỏ ra là phương pháp cĩ nhiều ưu thế khi giải quyết được khối lượng tính tốn lớn cĩ độ chính xác cao với sự trợ giúp của máy tính. Vì vậy tác giả sử dụng phần mềm tính tốn là phần mềm Plaxis, là phần mềm tính tốn địa kỹ thuật chuyên dụng, cĩ độ chính xác và tin cậy cao, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và hiện đã được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới. Tác giả sử dụng phiên bản Plaxis 8.2 để tính tốn cho các bài tốn yêu cầu.
Do thời gian thực hiện luận văn cĩ hạn, tác giả khơng thể tính tốn cho tất cả các trường hợp địa chất của khu vực nghiên cứu cho tất cả các bài tốn nên chỉ lựa chọn một loại địa chất điển hình của khu vực áp dụng cho tất cả các bài tốn. Qua các số liệu địa chất của các dự án, tác giả nhận thấy thơng sốđịa chất của dự án 2 tuyến mêtrơ ưu tiên: Tham Lương – Bà Quẹo – CMT8 – Chợ Bến Thành và
Chợ Bến Thành - Bến xe Miền Tây do TEWET và Trung tâm Nghiên cứu Phát
triển GTVT phía Nam thực hiện mang tính điển hình chung của khu vực, các số liệu thí nghiệm khá đầy đủ nên được chọn để làm địa chất tính tốn.
Khi hệ thống hầm cơng trình ngầm của thành phố phát triển, các tuyến hầm giao thơng và hầm kỹ thuật cũng như nhiều tuyến hầm giao thơng sẽ cĩ sự giao cắt lẫn nhau. Các cơng trình lân cận hiện hữu phía trên mặt đất cũng cĩ ảnh hưởng đến việc thi cơng và khai thác cơng trình ngầm. Đây là các bài tốn thực tế cần phải xem xét giải quyết.
Kích thước hầm phải đảm bảo đủ tĩnh khơng cho xe chạy, đủ bố trí các cơng trình phụ trợ như điện, nước, cáp, chiếu sáng, biển báo,… Theo như kích thước vỏ hầm của dự án tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên do TEDI South lập, chọn vỏ hầm cĩ bán kính trong là 3100mm. Chiều dày hầm t thay đổi tùy theo bài tốn nghiên cứu.
Bảng 6.2Thơng sốđất nền Parameter Name Lớp A: Sét mềm Lớp B: Sét dẻo Lớp C: Cát rời Lớp D: Sét cứng Lớp E: Cát chặt Unit Material model Material beh. Dry soil weight Wet soil weight H. permeability V. permeability Young's modulus Increase E Reference level Poisson's ratio Cohesion Friction angle Dilatancy angle Interface strength Interface perm. Layer’s thickness Model Type γdry γwet kx ky Eref Eincr yref ν cref ϕ ψ Rinter Perm MC Drained 15.8 17.8 1.81e-5 1.81e-5 1000 - - 0.33 8.5 5 0 Rigid Imperm 8.6 MC Drained 20 21 4.7e-5 4.7e-5 2000 - - 0.33 2.48 17 0 Rigid Imperm 4.84 MC Drained 20.8 21 0.5 0.5 30000 - - 0.3 1.1 28 4 Rigid Imperm 26.9 MC Undrained 20.4 22 1.36e-5 1.36e-5 10000 - - 0.33 3.88 16 0 Rigid Imperm 12.6 MC Drained 19.6 20.5 0.5 0.5 120000 - - 0.3 1.5 21 3 Rigid Imperm - - - kN/m3 kN/m3 m/day m/day kN/m2 kN/m3 m - kN/m2 ° ° - - M
Ghi chú : MC – mơ hình Mohr-Coulomb
Các thơng số vỏ hầm nhập vào chương trình bao gồm : loại vật liệu, độ cứng chống nén EA, độ cứng chống uốn EI, trọng lượng, hệ số Poisson. Chọn vỏ hầm cĩ chiều dày t=0.6m, cĩ thơng số vật liệu như sau:
Bảng 6.3Thơng số vật liệu vỏ hầm
Parameter Name Value Unit
Type of behaviour Normal stiffness Flexural rigidity Equivalent thickness Weight Poisson's ratio Material type EA EI D w ν Elastic 2.400E+07 7.20E+05 0.600 14.40 0.150 kN/m kNm2/m m kN/m/m - 6.1.2 Bài tốn 1: Xác định độ sâu đặt hầm hợp lý
Với số liệu địa chất và thơng số vỏ hầm như trên, sử dụng chương trình Plaxis tính tốn chuyển vị, nội lực phát sinh trong hầm và đất nền ứng với các chiều
