2.3.1 Điều kiện tự nhiờn [6][49]
a) Vị trớ địa lý: Quy mụ diện tớch khoảng 756km2; dõn số 4,6 -5,4 triệu người; Phớa Bắc: Giỏp sụng Cà Lồ; Phớa Đụng: Giỏp tỉnh Bắc Ninh và Hưng Yờn; Phớa Tõy và Nam: Là đường vành đai 4
b) Địa hỡnh, địa mạo: Đụ thị trung tõm Thành phố Hà Nội cú cao độ địa hỡnh thấp dần từ Tõy Bắc xuống Đụng Nam, và từ Tõy sang Đụng. Đặc điểm địa hỡnh - địa mạo khu vực nghiờn cứu bao gồm 2 cấu trỳc: đồng bằng tớch tụ cao kiểu tam giỏc chõu, đồng bằng tớch tụ thấp:
- Đồng bằng tớch tụ cao phõn bố chủ yếu ở huyện Đụng Anh, phần cũn lại thuộc huyện Súc Sơn, cỏc xó Cổ nhuế, Xuõn La, Xuõn Đỉnh thuộc huyện Từ Liờm, cao độ 6-15m thay đổi theo chiều thấp dần về phớa Đụng Nam.
- Đồng bằng tớch tụ thấp, bằng phẳng hơn, cú nhiều ụ trũng, ao đầm phõn bố chủ yếu ở phớa Đụng Nam của thành phố với cao độ 3-6m với xu thế chung thấp dần về phớa Nam.
Cho đến nay Hà Nội đang tập trung sử dụng và khai thỏc chủ yếu địa hỡnh đồng bằng cho cỏc hoạt động sản xuất nụng nghiệp và phỏt triển đụ thị. Thành phố bị chia cắt bởi hệ sống sụng, ngũi nờn trong tương lai sẽ phải xõy dựng nhiều cầu lớn, hoặc hầm vượt sụng. Mặt khỏc điều kiện về địa hỡnh, địa mạo cũng ảnh hưởng đến việc xõy dựng cỏc cụng trỡnh HTKT đặc biệt hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi.
c) Thủy văn[22][23]
Đụ thị trung tõm Hà Nội cũn cú rất nhiều sụng ngũi, ao hồ như: sụng Hồng, sụng Đuống, sụng Nhuệ, sụng Đỏy, sụng Tụ Lịch, sụng Lự, sụng Sột, sụng Bựi, sụng Cà Lồ, v.v.... và hệ thống hồ ao chằng chịt. Hệ thống sụng ngũi, bờn cạnh những nguồn lực rất lớn mang đến cho thành phố đú là sự phỏt triển của giao thụng thủy, cung cấp nước và phự sa cho nụng nghiệp, tiờu thoỏt nước và cải thiện vi khớ hậu cho thành phố. Nú cũng là nơi gõy nờn những ngập ỳng vào mựa lũ làm thiệt hại lớn đến người và tài sản nhõn dõn Thủ đụ.
Chế độ thủy văn cũng ảnh hưởng đến việc xõy dựng hạ ngầm đường dõy, cỏp đi nổi, nội dung sẽ được phõn tớch kỹ ở mục 2.3.3.2.
2.3.2 Điều kiện kinh tế[49].
Theo bỏo cỏo kinh tế xó hội Thành phố Hà Nội năm 2015: tăng trưởng kinh tế đạt bỡnh quõn 10,73%, trong đú dịch vụ 10,35%, cụng nghiệp – xõy dựng 12,78%; nụng nghiệp 2,62%; cơ cấu kinh tế chuyển dịch tớch cực: Tỷ trọng ngành dịch vụ, cụng nghiệp xõy dựng tăng, tỷ trọng ngành nụng nghiệp giảm; lao động nụng nghiệp giảm, lao động cỏc ngành phi nụng nghiệp tăng lờn.
Thu ngõn sỏch trờn địa bàn đạt kết quả tốt, liờn tục vượt dự toỏn được giao hàng năm. Tốc độ tăng thu ngõn sỏch nhà nước trờn địa bàn bỡnh quõn đạt 25,3% năm. Huy động nguụn lực cho đầu tư được chỳ trọng. Hà Nội là một trong những địa phương dẫn đầu cả nước về thu hỳt đầu tư trực tiếp nước ngoài, cụng tỏc xó hội húa đầu tư được tập trung chỉ đạo, đạt kết quả tớch cực. Tổng vốn đầu xó hội trờn địa bàn tăng liờn tục, bỡnh quõn đạt 33% năm.
Yếu tố kinh tế đặc biệt nguồn thu ngõn sỏch tăng đúng vai trũ quan trọng trong việc đầu tư xõy dựng lại hệ thống hạ tầng kỹ thuật núi chung trong đú xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi núi riờng.
2.3.3 Điều kiện địa chất cụng trỡnh đến việc xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi tại đụ thị trung tõm Thành phố Hà Nội[22][23][27].
Cụng tỏc xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi cú thể coi đú là những dạng cụng trỡnh ngầm loại nụng. Cụng tỏc khảo sỏt thiết kế, và phõn tớch chất lượng của cỏc lớp đất tại cỏc khu vực dự kiến hạ ngầm là cụng việc quan trọng. Quyết định phương phỏp thi cụng, hỡnh thức cũng như giỏ thành của cụng trỡnh hạ tầng kỹ thuật ngầm.
Đối với cụng tỏc thiết kế, thi cụng cỏc cụng trỡnh hạ tầng kỹ thuật ngầm, cỏc yếu tố cấu trỳc và tớnh chất của mụi trường địa chất đúng vai trũ quyết định trong nhiều vấn đề lớn kể từ việc xỏc định tớnh khả thi và giỏ thành cụng trỡnh, đặc biệt trong điều kiện tỏc động chồng chộo của hệ thống kỹ thuật đụ thị đang hoạt động và tớnh phức tạp của điều kiện địa chất cụng trỡnh (ĐCCT).
Do vậy, đỏnh giỏ, phõn vựng điều kiện ĐCCT làm cơ sở cho những cụng tỏc tiếp theo từ khảo sỏt, thiết kế đến thi cụng xõy dựng, vận hành khai thỏc ổn định,
hiệu quả cỏc cụng trỡnh hạ tầng kỹ thuật ngầm đụ thị Hà Nội là rất quan trọng, mà trước tiờn là tuy nen, hào kỹ thuật và cống cỏp chứa cỏc đường dõy, cỏp đi nổi.
2.3.3.1. Đặc điểm điều kiện ĐCCT Thành phố Hà Nội phục vụ xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi tại đụ thị trung tõm Thành phố Hà Nội.
Cấu trỳc Địa chất – Địa chất cụng trỡnh, đặc điểm phõn bố và tớnh chất của đất đỏ[22][27]:
Hỡnh 2.2 Sơ đồ phõn bố và chiều dầy lớp đất lấp đụ thị trung tõm Hà Nội[22][27]
Để nghiờn cứu khả năng ứng xử của mụi trường địa chất trong quỏ trỡnh thi cụng cũng như khai thỏc và vận hành cụng trỡnh hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi của đụ thị trung tõm, trong phạm vi Hà Nội mụi trường địa chất của Hà Nội được chia thành 18 lớp đất đỏ[22][27], bao gồm cả lớp đất lấp như sau:
Đất lấp (Ký hiệu T)
Đất lấp, cú thành phần hỗn tạp, bao gồm cỏt, sột, gạch ngúi, bờ tụng vỡ vụn, rỏc thải và cỏc loại chất thải đụ thị khỏc. Đõy là sản phẩm san lấp cỏc hồ ao, đầm lầy, cỏc khu vực cú địa hỡnh trũng thấp khỏc và san nền cho cỏc cụng trỡnh xõy dựng. Lớp đất lấp này hiện tại chưa cú tài liệu nghiờn cứu, ở những nơi cú chiều dầy lớn, đất lấp gõy nhiều khú khăn cho cụng tỏc xõy dựng và mụi trường đụ thị (lỳn mặt đất và cụng trỡnh, ụ nhiễm nước ngầm,.. ..). Thi cụng xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi qua lớp đất lấp sẽ gặp nhiều khú khăn như: sập thành hố đào, nước chảy vào hố múng, cỏt chảy.
Theo tài liệu cỏc hố khoan thu thập được, cú thể xõy dựng sơ đồ đẳng dầy lớp đất lấp đụ thị Trung tõm Hà Nội (Hỡnh 2.4), theo đú, chiều dầy đấp lấp giao động trung bỡnh từ 1- 5m, cỏ biệt một số nơi lớn hơn 5m[23].
Phụ hệ tầng Thỏi Bỡnh trờn (ký hiệu aQ 23tb2): Đõy là trầm tớch sụng phõn bố ở ngoài đờ Sụng Hồng và Sụng Đuống, bao gồm: Lớp 1, lớp 2, lớp 3, lớp 4a
Lớp 1: Cỏt lũng sụng và bói cỏt di động
Lớp 2: Sột pha - cỏt pha, cỏt pha, cỏt bụi là trầm tớch phõn bố trờn măt của bói nổi giữa sụng và cỏc bói bồi thấp (bói bồi III), chiều dầy trungbỡnh 4-5m và lớn hơn
Lớp 3: Sột pha, Sột pha – cỏt pha - cỏt mịn khụng đồng nhất phõn bố ở phõn trờn mặt cắt bói bồi trung (bói bồi IV), chiều dầy trung bỡnh 5-10m và lớn hơn
Lớp 4a: Sột màu nõu, phõn bố rộng rói trờn mặt của bói bồi cao (bói bồi V), chiều dầy trung bỡnh 4-7m
Phụ hệ tầng Thỏi bỡnh dưới ( ký hiệu QIV3tb1 )
Lớp 4: Sột - sột pha màu nõu gụ, nõu vàng trạng thỏi dẻo cứng - dẻo mềm. Phõn bố rộng rói ở trong đờ và gần đờ ở phớa Bắc và phớa Nam thành phố, chiều dày biến đổi từ 1 - 12.5m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.65kG/cm2
Lớp 5: Sột màu nõu xỏm, trạng thỏi dẻo chảy - chảy lẫn ớt hữu cơ, phõn bố rải rỏc ở phớa bắc và gặp nhiều hơn ở phớa nam ở dạng cỏc tỳi bựn, chiều dày của lớp ở phớa bắc 0.5 - 12.8m, trung bỡnh 6.7m, ở phớa nam chiều dày thay đổi 1.2 - 20.4m, trung bỡnh 12.2m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 0.75 kG/cm2
Lớp 6: Sột pha xen kẹp cỏt pha màu nõu xỏm, trạng thỏi dẻo mềm, phõn bố chủ yếu ở phớa nam thành phố thành cỏc dải hẹp, trũng sõu, chiều dày thay đổi từ 0.3 -26.2m, trung bỡnh 13.6m. ở phớa Bắc chỉ gặp rất lẻ tẻ ở Gia Lõm, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.1 kG/cm2
Lớp 7: Cỏt hạt nhỏ màu xỏm xanh - xỏm nõu, trạng thỏi chặt vừa đụi chỗ cỏt chứa sỏi nhỏ và lẫn cỏt pha, phõn bố chủ yếu ở phớa nam thành phố, cũn phớa bắc chỉ gặp rất lẻ tẻ ở quận Long Biờn, Gia Lõm chiều dày thay đổi mạnh từ 0.6 - 32.5m, trung bỡnh 14.2m. Chiều sõu phõn bố trung bỡnh 16.5m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.5 kG/cm2
Hệ tầng Hải Hưng (ký hiệu m, l, lb Q2 1-2 hh)
Lớp 8: Sột màu xỏm xanh, trạng thỏi dẻo mềm - dẻo cứng, phõn bố thành những diện nhỏ nằm rải rỏc ở phớa nam thành phố và huyện Gia Lõm. Chiều dày tương đối ổn định (1.6 - 3.0m), độ sõu phõn bố 3.0 - 6.0m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.5 kG/cm2
Lớp 9: Bựn sột màu xỏm đen lẫn hữu cơ. Đõy là lớp đất yếu chủ yếu của Hà Nội, phõn bố ở phớa nam sụng Hồng thành cỏc dải lớn và một phần ở huyện Gia Lõm. Chiều dày của lớp biến đổi rất mạnh và đột ngột từ 0.4 - 30.5m. ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 0.55 kG/cm2
Hệ tầng Vĩnh Phỳc (ký hiệu a, lb Q 13vp).
Lớp 10: Sột - sột pha màu nõu vàng, xỏm trắng, loang lổ, trạng thỏi nửa cứng - dẻo cứng - dẻo mềm, phõn bố tương đối rộng rói ở Hà Nội, cú mặt hầu hết ở mọi nơi và là tầng "đỏnh dấu" của khu vực. ở phớa bắc chỳng lộ ra hoặc ngay gần trờn mặt đất, ở phớa nam chỳng " chỡm" xuống sõu hơn (đến 30.5m ở huyện Thanh Trỡ). Đõy là tầng cỏch nước lý tưởng, cũng là tầng chịu lực tốt cho cỏc cụng trỡnh bề mặt, chỳng bị khoột thủng dọc theo Sụng Hồng và vỏt mỏng ở trung tõm và phớa nam thành phố, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.85 kG/cm2
Lớp 11: Sột pha màu xỏm đen lẫn hữu cơ, trạng thỏi dẻo chảy - chảy, phõn bố rất hạn chế tại cỏc quận huyện của Hà Nội, bề dày khụng lớn từ 1.6 - 8.0m. Chiều sõu phõn bố tăng dần từ bắc xuống Nam, 3.4m ở Súc Sơn, 17.9m ở Đụng Anh, 21.5m ở Từ Liờm, 36.2m ở Hoàn Kiếm, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 0.90
kG/cm2
Lớp 12: Cỏt pha- cỏt xen kẹp sột pha màu xỏm vàng, trạng thỏi dẻo, phõn bố rải rỏc khắp cỏc quận huyện của Hà Nội với chiều sõu phõn bố tăng dần từ bắc xuống nam(6.0m ở Đụng Anh, 12.8m ở Từ Liờm, 30.8m ở Thanh Trỡ). Chiều dày 3.4 - 7.5m, trung bỡnh 5.1m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 1.3 kG/cm2.
Lớp 13: Cỏt hạt nhỏ- hạt trung lẫn sạn sỏi màu xỏm vàng, xỏm trắng, phõn bố rất rộng, hầu như cú mặt ở khắp mọi nơi với chiều sõu phõn bố tăng dần từ bắc xuống Nam (8.1 - 8.2m ở Súc Sơn, 37.6 - 38.7m ở Thanh Xuõn). Chiều dày 4.7 - 24.2m, trung bỡnh 10 - 15m, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 2.0 kG/cm2
Hệ tầng Hà Nội và Lệ Chi khụng phõn chia (ký hiệu a,ap,amQ1 1-2-3)
Lớp 14: Sột pha- cỏt pha màu nõu xỏm, xỏm ghi, trạng thỏi dẻo - dẻo mềm, đụi chỗ lẫn hữu cơ, sạn sỏi, phõn bố cục bộ thành diện rất nhỏ ở phớa nanm sụng Hồng, rất hạn chế ở một số khu vực thuộc Huyện Gia Lõm. Chiều dày của lớp 1.5 - 7m, phớa trờn là sột pha dẻo mềm đụi chỗ lẫn hữu cơ, phớa dưới là cỏt pha dẻo đụi chỗ lẫn sạn sỏi, ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro = 0.90 kG/cm2
Lớp 15: Cuội sỏi lẫn cỏt màu xỏm, xỏm vàng, phõn bố rộng rói khắp Hà Nội, chiều dày rất lớn, trung bỡnh 20 - 40m. Chiều sõu phõn bố cú hướng tăng dần từ bắc xuống nam, 30 - 35m ở Súc Sơn và Đụng Anh, 35 - 40m ở Cầu Giấy và Tõy Hồ, 45 - 50m và lớn hơn ở Thanh Trỡ. ỏp lực tớnh toỏn quy ước Ro > 7 kG/cm2
Hệ tầng đỏ gốc và sản phẩm phong hoỏ tại chỗ (Ký hiệu N).
Lớp 16: cỏt, bột, sột kết phong hoỏ mạnh, chiều sõu phõn bố tăng dần từ bắc xuống nam, ở Súc Sơn 20-30m ở Gia Lõm - Long Biờn 65 –80m và sõu hơn, lớp 16 cũn được ớt nghiờn cứu trong phạm vi Hà Nội.
Do cụng trỡnh ngầm phục vụ cho việc hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi là cụng trỡnh loại nụng (thường chỉ nằm ở độ sõu 1-15m), do đú thường sẽ nằm ở lớp đất sột pha, cỏt pha và cỏt mịn. Tuy nhiờn điều kiện địa chất của Hà Nội là rất phức tạp cần phõn vựng, đỏnh giỏ cỏc yếu tố ảnh hưởng của ĐCCT đến cụng trỡnh hạ tầng kỹ thuật ngầm phục vụ cho cụng tỏc hạ ngầm để cú thể lựa chọn và khiến cỏo cho cụng tỏc thi cụng xõy dựng hạ ngầm.
2.3.3.2. Phõn tớch, đỏnh giỏ đặc điểm địa chất thủy văn khu vực đụ thị trung tõm Thành phố Hà Nội phục vụ cho cụng tỏc hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi[22].
Nước dưới đất khu vực Hà Nội tồn tại ở hai tầng chứa nước: tầng chứa nước Holoxen - Qh (chủ yếu là lớp 7) và tầng chưa nước Pleixtxen - Qp(chủ yếu là cỏc lớp 13, 15). Hai tầng này ngăn cỏch nhau bởi lớp sột loang lổ (lớp 10).
Tầng chưa nước Qh.
- Độ sõu phõn bố mặt lớp của tầng chứa nước Qh giao động từ 2m đến 18m, trung bỡnh 5,5m. chiều dầy biến đổi từ 3m đến 29,5m, trung bỡnh 15,5m và hệ số dẫn nước của tầng cũng thay đổi rất mạnh từ 17-775m2/ngày.
- Với đặc điểm phõn bố và biến đổi như trờn, cỏc cụng trỡnh ngầm đụ thị loại nụng khi thi cụng sẽ gặp phải tầng chứa nước Qh. Đặc điểm bất đồng nhất của chỳng ảnh hưởng rất lớn đến xõy dựng CTN trong tầng cỏt này.
- Chiều sõu phõn bố mặt lớp của tầng chứa nước Qp giao động trong khoảng từ 11,5 đến 41,5m, trung bỡnh 23,4m.
- Chiều sõu của đỏy tầng biến động từ 39m – 94m, trung bỡnh 65,5m. - Chiều dầy trung bỡnh của tầng 43,5m.
- Hệ số thấm của tầng thay đổi mạnh, độ dẫn nước của tầng thay đổi trong khoảng lớn, Km biến đổi từ 220m2/ngày đến 3300m2/ngày.
- Áp lực tầng chứa nước dõng cao ở phớa Bắc (5-6m) và hạ thấp ở cỏc tõm phễu bơm hỳt nước ở phớa Nam (-34m).
Như vậy cỏc cụng trỡnh sử dụng chung để bố trớ hạ ngầm nếu nằm trọn trong tầng chứa nước, giầu nước, ỏp lực lớn. Thỡ thi cụng sẽ rất phức tạp, nhiều vấn đề
cú thể phỏt sinh như: xúi ngầm, nước chảy vào đường hầm, ỏp lực đõt lờn vỏ hầm, khớ độc.
2.3.3.3 Khả năng ứng xử của cỏc lớp đất và xuất hiện tai biến khi xõy dựng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi[22][68].
Cỏc lớp đất loại cỏt (nhúm đất rời – ký hiệu R)[68]
Đất loại cỏt cú khả năng hoỏ lỏng, khả năng thấm nước tốt, dẫn đến hiện tượng và quỏ trỡnh cỏt chảy, nước chảy vào hố múng, ỏp lực lờn vỏ chống CTN. Cường độ của những quỏ trỡnh đú phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt của cỏt, hệ số thấm, chiều dầy của lớp, chiều sõu phõn bố của lớp, mực nước ngầm.
- Lớp 1: khi thi cụng hạ ngầm cỏc đường dõy, cỏp đi nổi xung quanh lớp 1 vấn đề nước chảy vào hố múng là vụ cựng quan trọng, phải cú cỏc giải phỏp bơm hỳt giảm ỏp.
- Lớp 2: Cỏt hạt bụi – hạt mịn – hạt nhỏ thuộc lớp 2 rất dễ hoỏ lỏng gõy cỏt chảy khi chịu tải trọng động, khi thi cụng ngầm húa, Vấn đề cỏt chảy, cỏt đựn đẩy, hoỏ lỏng, sập thành hố múng cú thể xảy ra rất nghiờm trọng
- Lớp 3: Cỏt pha – cỏt mịn – cỏt nhỏ thuộc lớp 3, ớt xẩy ra hoỏ lỏng-cỏt chảy như lớp 2, nhưng vấn đề thấm vào hố múng lớn hơn lớp 2
- Lớp 7: Cỏt hạt nhỏ – hạt mịn thuộc lớp 7. Những vấn đề ĐCCT tương ứng