1.1 Các vấn đề chung về công trình ngầm giao thông đô thị
1.2.2 Phương pháp thi công lộ thiên (mở)
Phương pháp thi công lộ thiên thường dùng trong thi công đường hầm nông và trong đất mềm, tại những nơi có điều kiện mặt bằng thi công rộng.
Là phương pháp đào trên mặt đất, đào từ trên xuống dưới sau khi đạt cao độ thiết kế xong, lại từ đáy thi công thuận chiều từ dưới lên trên, hoàn thành kết cấu chính của đường hầm, cuối cùng lấp hố đào và khôi phục mặt đất như cũ.
Các phương pháp thi công lộ thiên đã được phát triển mạnh và khá hoàn chỉnh về công nghệ, các phương pháp thi công lộ thiên khác nhau ở phương thức, tiến trình công việc và có thể phân ra các phương thức[$] sau:
Phương thức 1: Theo phương thức này các công trình ngầm được hoàn công theo trình tự sau: Đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào các hào hay hố thi công, tiếp đó tiến hành lắp dựng kết cấu của công trình ngầm trên hào, hố đào và sau cùng lấp lại bằng vật liệu lấp phủ. Sơ đồ thi công được thể hiện trên (Hình 1.10.a).
Tùy thuộc vào đặc điểm cơ học, địa chất khối đất thành hào có thể nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần chống giữ. Kết cấu chống giữ thành hào được sử dụng có thể là cọc cừ , tường cọc nhồi hay tường nhồi bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, có thể được gia cố thêm bằng neo, kích chống, giằng… cọc cừ được tháo ra để sử dụng tiếp.
Còn trong trường hợp sử dụng tường cọc nhồi hay tường nhồi, kết cấu đáy của công trình ngầm thường liên kết với tường tạo thành một bộ phận của kết cấu công trình ngầm (đặc biệt khi gặp nước ngầm); trường hợp này gọi là phương thức tường - nền.
Phương thức 2: Theo phương thức này hào thi công không cần đào hoặc chỉ cần đào đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có).
Tiếp đó tiến hành thi công tường cọc nhồi hay tường nhồi đến độ sâu nhất định (thông thường đến tầng đất cách nước).
Công đoạn tiếp theo là đổ bê tông nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép bằng các tấm panen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm.
Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong lòng đất bao gồm đào bốc đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các công tác kỹ thuật khác.Với trình tự đó phương thức này được gọi là phương thức tường - nóc (Hình 1.10.b).
Phương thức thi công này đã được sử dụng rất hiệu quả trên thế giới trong điều kiện thi công dọc theo các đường phố chật hẹp và yêu cầu giải tỏa giao thông nhanh, không cho phép đường phố ở trạng thái bị đào bới kéo dài.
Sau khi đã lắp dựng xong các tấm panen nóc và hoàn thiện trạng thái đường phố, giao thông trên phố lại có thể hoạt động bình thường không gây ảnh hưởng đến công tác thi công tiếp theo.
Bằng cách này có thể xây dựng được công trình có nhiều tầng trong lòng đất với thời gian thi công dài mà không gây cản trở đến hoạt động bình thường trên mặt đất.
Phương thức 3:theo phương thức này toàn bộ hay từng đoạn của kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt đất.
Sau đó các đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song với việc đào xúc đất dưới gầm của kết cấu đó (phương thức caisson,Hình 1.10.c) hoặc ở dạng “hộp nổi” được kéo đẩy ra mặt sông biển và hạ chìm dần vào hào thi công đã được đào bốc sẵn (phương thức hạ chìm,Hình 1.10.d)
Tiến bộ kỹ thuật hiện nay cho phép thi công bằng phương pháp lộ thiên trong mọi điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn phức tạp và đến độ sâu khá lớn.
Các tường cọc nhồi và tường nhồi có thể đạt đến độ sâu >50m, tuy nhiên phổ biến vẫn ở độ sâu trong khoảng 12 đến 20m.
Độ sâu giới hạn phụ thuộc tiềm lực kinh tế và kỹ thuật của mỗi nước phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố là:
Chất lượng của vật liệu xây dựng sẵn có
Chất lượng và khả năng của các máy thi công có thể có và
Giá thành của vật liệu xây dựngvà các trang thiết bị kỹ thuật cần thiết
a) Phương thức 1
b) Phương thức 2
c) Phương thức 3 d) Phương thức hạ chìm
Hình 1.10:Các phương thức thi công lộ thiên
Nói chung phương pháp thi công lộ thiên là phương pháp thi công cần chi phí thấp hơn, thực hiện đơn giản và ít rủi ro hơn so với phương pháp thi công ngầm.
Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi hiện trường thi công phải trống vắng; diện tích công trường phải đủ rộng (đặc biệt khi có điều kiện áp dụng phương thức 1 và thành hào không cần chống với ta luy nghiêng); phải thực hiện các công việc tháo
dỡ, chuyển dời lắp dựng lại các hệ thống cống rãnh, cáp, gây ảnh hưởng đến sinh hoạt bình thường; gây ách tắc giao thông khi thi công dọc đường phố; gây ô nhiễm môi trường, liên quan với việc đào bốc đất đá, vận chuyển phải đổ tạm, làm thay đổi động thái nước ngầm, thậm chí gây nhiễm bẩn.
* Công nghệ thi công hở:
Công nghệ thi công tuyến công trình ngầm theo phương pháp hở thường được sử dụng các công nghệ như đào hở kiểu hố móng; đào hở kiểu hào phân đoạn kết hợp với khiên đào hở ( Hình 1.11).
Hình 1.11: Các giải pháp bảo vệ thành hố đào trong quá trình thi công hở Phương pháp thi công hở
Để bờ dốc (thành hào nghiêng)
Thành hào thẳng đứng có tường bảo
vệ
Bờ dốc được gia cố
Bờ dốc tự nhiên
Tường có thể thu hồi
Tường bảo vệ là bộ phận công trình ngầm
Khung chống
Tường cọc -ván
Tường cọc cừ
Tường cọc khoan
nhồi
Tường hào nhồi
Neo chốt Các giải pháp gia
cường tăng sức
* Một số phương pháp thi công hở:
1) Hào được thi công với thành hào nghiêng (Hình 1.12.), được bảo vệ bằng lưới thép và bê tông phun hoặc thép hình cũng như tấm bê tông cốt thép kết hợp neo hoặc kết hợp các loại kết cấu đó. Độ
nghiêng hay độ dốc của thành hào phụ thuộc vào loại đất nền. Góc nghiêng thường nhỏ hơn 450 khi khối đất nền là đất rời hoặc dính kết yếu. Trong trường hợp đất dính cứng hoặc nửa cúng có thể để góc dốc đến 600 và trong trường hợp gặp đá rắn có thể để góc dốc đến 800.
Hình 1.12: Các phương pháp thi công với thành hào nghiêng
2) Thành hào thẳng đứng và được chống giữ bằng tường cọc ván, chiều rộng đáy hàochiều rộng công trình ngầm bằng chiều rộng ngoài của kết cấu công trình ngầm. Trong trường hợp này cần chú ý đến trình tự thi công do yêu cầu phải làm kín nước cho kết cấu công trình ngầm (Hình 13. a).
Hình 1.13:Phương án không có a) và có khoảng hở b) giữa tường và kết cấu công trình ngầm
3)Thành hào cũng được chống giữ bằng tường cọc ván, nhưng chiều rộng đáy hào bằng chiều rộng công trình ngầm +2x0,8m. Đương nhiên trong trường hợp này
a)
b)
c)
a) b)
khối lượng đất đào và lấp phủ sau này sẽ tăng đáng kể. Tuy nhiên lớp phủ kín nước được phủ từ phía ngoài một cách dễ dàng (Hình 13.b).
4) Tường bảo vệ thành hào là tường từ cọc khoan nhồi hay hào nhồi. Bê tông tường được đổ đển mức đỉnh tường của kết cấu công trình ngầm. Tiếp đó đất được đào đến mức đỉnh tường, một lớp bê tông giữ sạch được đổ lên nền, cọc được cắm đến dưới đỉnh tường và sau đó đổ hoặc lắp ghép bê tông nóc hầm. Các công việc tiếp sau được thi công dưới sự bảo vệ của tường và nóc hầm (Hình 1.14). Phương án này thường được gọi là phương án tường nóc.
Hình 1.14: Chu kỳ thi công bằng phương thức tường nóc
Đánh giá: Phương pháp thi công hở là phương pháp thi công kinh tế nhất để thi công các công trình ngầm, trong những điều kiện cho phép.
Trong trường hợp tại thành phố Hà Nội đường tàu điện ngầm thường đi qua các khu vực phố cổ, dân cư đông đúc, mặt mặt bằng thi công chật hẹp đòi hỏi thời giant hi công ngắn nên phương pháp thi công hở thường không phải là phương pháp ưu tiên để lựa chọn.