4.1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
4.1.1. Đặc điểm thi công công trình ngầm
- Đặc điểm thi công khác hẳn so với các công trình trên mặt đất: diện tích tác nghiệp hẹp, việc triển khai các công việc khó khăn, tuyến thi công kéo dài. Mặt khác công trình phải thi công trong thành phố nên còn gặp phải nhiều khó khăn như đã nêu ở phần kiến trúc. Việc liên hệ giữa mặt bằng bên ngoài và khu vực thi công bên trong phải thông qua giếng đứng nên cũng rất khó khăn. Trong suốt quá trình thi công phải sử dụng ánh sáng nhân tạo, đồng thời phải tiến hành các biện pháp nhằm đảm bảo sức khỏe con người và an toàn lao động như: giảm nhiệt độ, thông gió trong quá trình thi công…
- Vì các số liệu điều tra, khảo sát không thể đầy đủ và hoàn chỉnh, hơn nửa do điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn khu vực xây dựng đa dạng và phức tạp nên quá trình thi công không phải tiến hành hoàn toàn theo thiết kế mẫu được mà phải có các biện pháp thi công cho từng điều kiện địa chất bất thường cụ thể và có dự kiến khắc phục khó khăn có thể xảy ra trong quá trình thi công.
- Khối lượng đất vận chuyển lớn và điều kiện vận chuyển khó khăn là chỉ có thể vận chuyển vào ban đêm nên phải có biện pháp hợp lý để đảm bảo tiến độ thi công.
4.1.2. Tình hình và nhiệm vụ của đơn vị thi công
Đơn vị thi công có thể là một công ty thi công cơ giới có khả năng và kinh nghiệm xây dựng hầm, đặc biệt thi công trong điều kiện thành phố. Đơn vị thi công yêu cầu phải có đầy đủ máy mọc và trang thiết bị chuyên dụng, nhân vật lực để đảm bảo tổ chức thi công theo đúng yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công đề ra.
Trong quá trình thi công, đơn vị thi công phải đảm bảo được yếu tố an toàn cũng như việc đảm bảo cảnh quan môi trường xung quanh khu vực xây dựng, giảm tiếng ồn, tránh ô nhiễm, ùn tắc giao thông trên tuyến đường trong quá trình thi công.
4.1.3. Vật liệu xây dựng
Vật liệu xây dựng là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng công trình.
Đặc biệt đối với dạng hầm đặt sâu trong lòng đất thì đặc biệt cần phải lựa chọn và kiểm tra kỹ lưỡng các loại vật liệu xây dựng.
Dự kiến các mảnh vỏ hầm lắp ghép được đặt thi công trước tại nhà máy tại khu vực Hà Nội sau đó được chuyên chở đến vị trí xây dựng hầm. Còn bêtông đổ lớp vỏ chống thấm và vữa trát được thi công tại chổ.
4.1.4. Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công
Nguyên tắc thiết kế: khi thiết kế tổ chức và thiết kế thi công cần phải tuân theo những nguyên tắc sau đây:
- Đảm bảo thời hạn và tìm mọi biện pháp để tăng tốc độ thi công;
- Cơ giới hóa cao nhất và tiến tới tự động hóa trong quá trình thi công;
- Áp dụng tối đa các cấu kiện, chi tiết lắp ghép được chế tạo trong nhà máy;
- Hạ giá thành;
- Khối lượng công trình tạm thời nhỏ nhất.
4.2. THIẾT KẾ THI CÔNG HẦM 4.2.1. Các thông số của khiên
4.2.1.1. Xác định kích thước của khiên và lực đẩy của kích
Do khiên (đặc biệt loại khiên lớn) là một loại cơ giới có tính chuyên dụng rất cao, mỗi đường hầm thi công bằng khiên đều phải dựa vào điều kiện thuỷ văn địa chất, kích thước mặt cắt hầm, giới hạn xây dựng, bề dày vỏ hầm, và phương thức lắp ráp để thiết kế chế tạo loại khiên chuyên dụng, rất ít khi dùng một loại khiên cho mấy đường hầm. Khi thiết kế khiên, trước tiên cần giả định kích thước hình học, đồng thời cần tính toán lực đẩy của kích khiên. Kích thước thước hình học của khiên chủ yếu phải dự kiến đường kích ngoài của khiên D, chiều dài thân khiên LM và độ nhanh nhạy của khiên LM/D.
4.2.1.2. Đường kính ngoài của khiên
Dựa vào đường kính ngoài của phiến ống vỏ hầm, khe hở ở đuôi khiên và bề dày ván thép đuôi khiên, như hình 4.1 đã vẽ đường kính ngoài của khiên có thể xác định theo công thức sau: D = Do + 2(x+t)
Lr
m b
Kb c
Do D
xI
Hình4.1: Tính toán chiều dài đuôi khiên và đường kính ngoài của khiên
Trong đó:
- D: Đường kính ngoài của khiên;
- D0: Đường kính ngoài của phiến ống vỏ hầm;
- t: Bề dày tấm ván thép đuôi khiên. Bề dày này phải bảo đảm không phát sinh biến dạng rừ rệt dưới tỏc dụng của tải trọng, thụng thường dựa theo cụng thức kinh
nghiệm của bề dày tấm thép của khiên đã được dùng, công thức kinh nghiệm như sau: t=0,02 0,01.+ (d−4). Khi đường kính ngoài của khiên D < 4m thì số hạng thứ hai của công thức trên bằng 0.
- x: Khe hở của đuôi khiên được xác định theo các nhân tố sau: Lượng dự trữ khi lắp đặt phiến ống, xuất phát từ điều kiện lắp ráp, có giá trị 0,01D0 ÷ 0,008D0.
Ta có đường kính ngoài của khiên là : D = 6,3 + 2.(0,008.6,3+0,065) = 6,5108 m.
Vậy ta chọn khiên có đường kính là D = 6,5 m.
4.2.1.3. Độ nhanh nhạy của khiên
Khi đã xác định được đường kính khiên và chiều dài khiên xong, ta tìm quan hệ tỷ lệ giữa chiều dài thân khiên LM và đường kính D, có thể tính được độ nhanh nhạy của khiên khi được đẩy tiến lên, một vài số liệu kinh nghiệm sau đây có thể cung cấp làm tài liệu tham khảo để xác định độ nhanh nhạy của các khiên phổ thông:
- Khiên cỡ nhỏ D = 2m ÷ 3m, LM/D = 1,50;
- Khiên cỡ trung D = 3m ÷ 6m, LM/D = 1,00;
- Khiên cỡ lớn D = 6m ÷ 9m, LM/D = 0,75 (Khiên chọn);
- Khiên đặc biệt lớn D > 9m ÷ 12m, LM/D = 0,45 ÷ 0,75.
Vậy ta có D = 6,5m ⇒ LM = 4,875 m.
4.2.1.4. Chiều dài của khiên
Hình vẽ cách xác định chiều dài khiên
Mân dao cắt xén
L LM
Lr LC
LH
Hình 4.2: Chiều dài khiên kiểu cân bằng áp lực đất
Chiều dài của khiên (hình 4.2) đã thể hiện phải là chiều dài toàn bộ của khiên L, chiều dài ấy là cự ly tối đa của phần trước và phần sau của khiên, trong đó chiều dài cơ bản của thân khiên LM được tính theo công thức sau: LM = LH + LG + Lr
Trong đó:
- LH: Chiều dài vòm miệng cắt của khiên, đối với khiên đào thủ công: LH = L1 + L2
Ở đây:
+ L1 là chiều dài mui trước của khiên, chiều dài mui trước đó sau khi khiên đã cắm vào tầng đất mềm yếu xong, có thể làm cho tầng đất có thể giữ được góc tự nhiên ϕ = 450 và khi dùng khí nén lại phải đảm bảo cho khí nén không bị rò rỉ ra ngoài. L1 nói chung có thể lấy bằng 300 mm ÷ 500 mm, tuỳ theo đường kính khiên to hay nhỏ mà định.
+ L2 là chiều dài cần thiết để đào, khi cần cân nhắc nhân công đào, thì trị số tối đa của nó là L2 = D/tgϕ hoặc L2 nhỏ hơn 2 m. Khi cần đào bằng cơ giới thì cân nhắc L2 trong phạm vi có thể bố trí được cơ giới.
- LG: Chiều dài vòng che chống của khiên, chủ yếu do chiều dài của kích khiên quyết định, nó có quan hệ với khoảng rộng của phiến ống vỏ hầm b.
LG = b + (200 mm ÷ 300 mm) - lượng dự trữ tiện cho việc duy tu kích.
- Lr: Chiều dài của đuôi khiên (hình 4.2), lấy Lr = Kb + m + c.
Ở đây:
+ k là hệ số chiều dài đuôi khiên che lấp vỏ hầm, bằng 1,3 m ÷ 2,5 m;
+ m là chiều dài đế đuôi kích; lấy nhỏ hơn 1m;
+ c là lượng dự trữ lấy bằng 100 mm ÷ 300 mm.
Với đường kính hầm D = 6.3m; ta chọn LM = 7,5 m.
4.2.1.5. Xác định lực đẩy của khiên
Kích của khiên cần đảm bảo lực đẩy đủ để vượt qua các lực cản mà khiên gặp phải khi tiến lên. Một số lực cản chủ yếu gồm:
- Lực cản ma sát hoặc lực dính kết giữa bốn phía và địa tầng F1
- Lực cản xuyên sản sinh khi vòm miệng dao xén vào đất F2
- Lực cản chính diện mặt đào F3 gồm có các lực sau: