CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ SỞ
3. Phạm vi áp dụng của các loại TBM trên
2.2. SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN MẶT CẮT NGANG HẦM
2.2.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới đoạn tuyến ngầm 1. Ảnh hưởng của móng các tòa nhà dọc tuyến
Tên và vị trí các tòa nhà
Vị trí Sử dụng cho
Tầng hầm + số tầng
cao
Chiều sâu của móng
(m)
97 Trần Hưng Đạo Hành chính / dân cư 0 ÷ 11 40
Tháp Thủ Đô- 109 Trần Hưng
Đạo Hành chính / Văn phòng 3 ÷ 22 45
34 Cửa Nam Trung tâm Thương mại 4 ÷ 15 51
22A Cát Linh Hành chính / Văn phòng 3 ÷ 17 51
Hanoi City Complax (gần khách
sạn DaeWoo) Hành chính / Văn phòng 4 ÷ 65 45 - 53
521 Kim Mã Hành chính / Văn phòng, nhà ở 1 ÷ 15 44
302 Cầu Giấy Hành chính / Thương mại 1 ÷ 15 45
Phường Dịch Vọng Hành chính / nhà ở 2 ÷ 28 40
Tháp Xuân Thủy - 173 Xuân Thủy Hành chính / Văn phòng, nhà ở 2 ÷ 25 18
335 Cầu Giấy Hành chính / Văn phòng, nhà ở 1 ÷ 15 42
331 Cầu Giấy Hành chính / Văn phòng, nhà ở 0 ÷ 7 18
243A LA Thành
Hành chính / Tòa nhà hỗn hợp đa chức năng
2 ÷ 22 47
Trên đây là kết quả khảo sát sơ bộ hiện trạng các công trình dọc tuyến cho thấy ảnh hưởng của các loại móng (chủ yếu là móng cọc) là một trong những yếu tố khống chế chủ yếu.
2.2.3.2. Các điều kiện địa chất dọc tuyến
Bảng so sánh các điều kiện địa chất giữa hai phương án hầm
Từ ga
Bề dày của các loại đất chính (m)
Phương án 1- Hầm đôi Phương án 2- Hầm đơn
Đất đắp
Đất sét
Đất cát
Sỏi cuội
Lớp phủ tối thiểu trên nóc hầm (m)
Các điều kiện của gương hầm
Lớp phủ nóc hầm tối thiểu
Các điều kiện của gương hầm
11- 12
5-3 13-10 25-20 43-33 10-15-12 Gương hầm là hỗn hợp của sét/cát ở doạn ban đầu, sau đó hầu như là đất cát
8-18-15 Gương hầm là hỗn hợp của sét/cát ở doạn ban đầu, sau đó hầu như là đất cát. Có thể dến lớp sỏi ở những điểm cục bộ 12-
13
3-2 10-16 20-15 Từ 33 12-15-12 Hầu như là đào trong tầng đất cát-đối với phương án 2 ống chồng lên nhau ,ống thấp hơn có thể xuống tới lớp sỏi(hoặc hỗn hợp cát/sỏi)
15-18-15 Hầu như nằm trong đất cát
13- 14
2-8 16-14 15 Từ 33 đến 37
12-15-12 Gương hầm hỗn hợp giữa sét/cát - đối với phương án 2 ống chồng lên nhau ,ống thấp hơn chủ yếu nằm trong lớp cát
15-18-15 Gương hầm hỗn hợp sét/cát gắn với các nhà ga hầu như nằm trong đất cát
Chú thích: (1) Ba giá trị lần lượt là: Tại ga thứ nhất - Lớp phủ tối đa tại doạn giữa các ga - Ga thứ 2
(2) Khi cân nhác đào hầm ống trên dưới, ba giá trị bề dày lớp đất phải được xem là áp dụng cho ống nằm trên.
Trên quy mô lớn, có thể thấy trình tự của các lớp trong tầng đất ở Hà Nội như sau:
đất lấp và hữu cơ; sét; cát; cuội sỏi. Lớp sét cấu thành mái của mực nước ngầm, nước ngầm có áp được chứa trong các lớp cát. Theo các số liệu đã có, độ thấm của đất cát biến thiên giữa 10-6 ÷ 10-7 m/sec.
Có thể xác định được các nguy cơ về địa chất và địa chất thuỷ văn như sau:
- Sự hiện diện của vật liệu hữu cơ trong lớp đất đắp trên cùng, mà có thể đạt được chiều dày cục bộ là 5 đến 8m.
- Sự hiện diện của nền đất yếu (tức là, các giá trị NSPT bị giới hạn từ 5-7) xuống đến độ sâu tương ứng từ -15 đến -20m, chủ yếu thông qua các tầng sét ở phía trên.
- Sự hiện diện của các lớp cát tại độ sâu nông, có ít thành phần hạt mịn và các giá trị độ chặt tương đối (DR) thấp, đòi hỏi phải có sự đánh giá khả năng xảy ra hoá lỏng đất do các tải trọng địa chấn hoặc các chấn động cơ học như là sự biến đổi đột ngột của các áp lực chống đỡ (ví dụ, đào ngầm có áp lực chống đỡ không đủ tại gương hầm).
- Tiềm năng có sự hiện diện cục bộ của vật liệu thấm lọc trong các thấu kính cát (sự di chuyển phần hạt mịn và đạt được các điều kiện về đất giả ổn định, lấy mẫu rất nhạy cảm và “sốc” cơ học và thuỷ lực), do hoạt động bơm nước ngầm mạnh mẽ trong nền đất của Hà Nội.
- Các tác động sụt lún hiện tại do hoạt động bơm rộng trong tầng đất của Hà Nội.
- Tại độ sâu biến thiên từ 26 đến 30 m, sự hiện diện rất cục bộ của thấu kính sét bão hoà với dung trọng tự nhiên thấp và hàm lượng nước tự nhiên (wN) cao hơn giới hạn chảy (wL), mà có thể hoá lỏng khi bị xáo trộn.
- Sự hiện diện của các thấu kính nước có áp lực dẫn đến nước tràn vào hố đào đột ngột.
- Có sự xuất hiện của mực nước ngầm có áp tại độ sâu từ -10 đến -22m với áp suất từ 1,2 đến 2,7 bar .
- Có sự xuất hiện của tầng sỏi chứa nước có độ thấm cao tại độ sâu -35 đến -40m.
- Tiềm năng về hiệu ứng đập gây ra bởi các kết cấu ngầm của Metro đối với chế độ nước ngầm.
2.2.3.3. Các yêu cầu về công trường làm việc
Công trường phải phù hợp để lắp đặt các thiết bị và vận hành hiệu quả (có thể có được một diện tích rộng lớn hơn cho thiết bị TBM lớn nhất); Các đường công vụ nội bộ dẫn vào công trường phải đủ rộng và độ bền để cho phép lưu hành các thiết bị lớn và di dời vật liệu đào ra khỏi công trường một cách hiệu quả.
2.2.3.4. Các khống chế hình học liên quan đến xây dựng hầm
Trên cơ sở những nghiên cứu về ứng xử của hầm trong đất và phạm vi ảnh hưởng khi thi công hầm sâu, những khống chế hình học chính liên quan đến xây dựng hầm được chuẩn bị cho lựa chọn hướng tuyến thích hợp và xác định địa điểm thi công được liệt kê ở bảng dưới đây:
PHƯƠNG ÁN
Phương án 1
Hầm đôi (gồm 2 hầm đơn chạy độc lập)
Phương án 2
Hâm đơn (ống hầm đơn - khổ đường đôi)
Bán kính cong nhỏ nhất trên tuyến 200 m
Độ dốc dọc tối đa trên đường sắt 4 % Bán kính cong nhỏ nhất mà các
máy TBM có thể đáp ứng
150 - 200 m 200 - 250 m
Lớp đất phủ tối thiểu trên nóc hầm dọc tuyến
1.5*D - 2*D (khoảng 10 - 13m) 1.5*D - 2*D (Khoảng 15 - 20 m)
Lớp đất phủ tối thiểu trên nóc hầm tại các vị trí ga
Có thể giảm xuống 1*D để phù hợp với những yêu cầu bó buộc bởi thiết kế bố trí mặt bằng ga nếu điều kiện địa chất cho phép. Trong mọi trường hợp, công tác xử lý nền đất là cần thiết tại khu vực đi vào và đi ra khỏi ga, để có thể mở rộng không gian đủ để đảm bảo việc thi công hầm an toàn.
Khoảng cách ngang tối thiểu giữa các trục của hầm đôi
2*D - 3*D (khoảng 12,6 - 18,9 m) Không áp dụng
Chiều cao tối thiểu giữa các trục của hầm đi trên dưới
2,0*D dọc hướng tuyến Không áp dụng
Diện tích ảnh hưởng tiềm tàng lên các tòa nhà xung quanh
32800 m2 25100 m2
Công trường và Khu vực lắp ráp khởi tạo máy TBM
9000 m2 tại bãi đỗ xe va cây xanh Ngọc Khánh (đối diện khách sạn Daewoo)
Các khu vực công trường yêu cầu khác
Bãi đúc sẵn các mảnh vỏ hầm (ở ngoài trung tâm thành phố, từ 25000 m2 - 30000 m2)
2.2.3.5. Tiến độ thi công
So sánh kế hoạch thi công sơ bộ đưa ra đối với các cấu hình hầm khác nhau và sử dụng một hoặc hai thiết bị TBM để thi công hầm đôi như sau:
Phương án chỉ sử dụng 1 máy TBM để thi công hầm đôi ray đơn, sẽ mất nhiều thời gian hơn các phương án khác. Khi xem xét mô hình hầm đôi ray đơn, sự khác biệt 10 tháng giữa các phương án với một hoặc 2 máy TBM là thời gian tối thiểu cần xem xét.
Trên thực tế, cũng có sự ảnh hưởng/tác động về mặt xã hội - mà nó có thể làm kéo dài thời gian thi công. Để giảm tối đa thời gian thi công (các) hầm, thì việc ký kết hợp đồng thi công cần được dự kiến trước càng sớm càng tốt, sao cho có thể nhanh chóng bắt đầu công tác mua TBM, và đồng thời có thể tiến hành các công việc khác như di dời các công
trình tiện ích công cộng, chuẩn bị công trường thi công, lắp đặt quan trắc, thi công các kết cấu tường chắn tại các vị trí ga, làm công tác đất tại nơi yêu cầu…vv.
2.2.3.6. Dự báo lún
Tiến hành một so sánh mang tính lý thuyết về sự sụt lún khi đào hầm đều đặn trong các điều kiện được kiểm soát với Phương án hầm 1 và Phương án hầm 2. Các giả thuyết sau được xem xét:
− Hầm được đào với một bản nắp rộng tương đương với 2 lần đường kính hầm;
− Hai giá trị mất mát thể tích đất đại diện được xem xét (VL = 0,5% và 1,0%);
− Khoảng cách giữa 2 trục hầm đôi là 16m;
− Lớp đất phủ trên nóc hầm khi xem xét Phương án 1 chủ yếu đặc trưng bởi ứng xử kiểu đất dính (k = 0,7);
− Lớp đất phủ trên nóc hầm khi xem xét Phương án 2 được phân chia thành nhiều lớp và ứng xử tương đương của nó có thể thay đổi trong khoảng đất dính kết đến đất dính kết nhẹ (k = 0,5 đến 0,7).
Kết quả của các mô phỏng sử dụng công thức kinh nghiệm với phân bố Gaussian được trình bày trong các hình sau đây. Có thể quan sát được rằng trong các điều kiện đào hầm bằng máy TBM bình thường, tổng độ lún dự đoán trước với hầm Phương án 2 có thể lớn hơn tới 40% so với Phương án.