Trong thực tế, các CTN có thể được xây dựng độc lập hoặc nằm trong quy hoạch chung của thành phố, hệ thống đầu mối thuỷ lực hay của tuyến đường. Với các CTN nằm trong một dự án xây dựng, công tác thiết kế và khảo sát ĐCCT được tiến hành đồng thời với dự án đó. Với CTN xây dựng độc lập hoặc nằm trong hệ thống quy hoạch chung nhưng có quy mô lớn thì cần được lập dự án và thực hiện công tác khảo sát thiết kế riêng. Tuỳ trường hợp cụ thể mà khi lập dự án cần phải thực hiện đầy đủ theo các giai đoạn tiền khả thi, khả thi và thiết kế kỹ thuật - thi công, hoặc bỏ bớt 1 số giai đoạn. Với CTN quy mô nhỏ, có thể thiết kế theo một giai đoạn là bước thiết kế kỹ thuật - thi công. Tương ứng các giai đoạn lập dự án và thiết kế là khảo sát ĐCCT sơ lược, sơ bộ, chi tiết và bổ sung (theo nguồn tài liệu của PGS.TS. Lê Trọng Thắng).
6.2.1. Khảo s|t ĐCCT sơ lược
Trường hợp CTN cần phải lập dự án tiền khả thi thì tài liệu khảo sát ĐCCT sơ lược là cơ sở luận chứng cho việc xây dựng công trình.
Nhiệm vụ khảo sát ĐCCT giai đoạn này chủ yếu là hệ thống hoá và đánh giá các tài liệu thu thập được từ các nguồn lưu trữ, các công trình nghiên cứu công bố, các tài liệu khảo sát ĐCCT của công trình riêng lẻ lân cận, phân tích giải đoán ảnh máy bay và vệ tinh,... Cần chú ý là số liệu thu thập phải có nguồn gốc rõ ràng, tin cậy. Dựa vào các tài liệu ĐCCT, ĐCTV thu thập và tổng hợp được, có thể đánh giá
http://congtrinhngam.org
Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 45
sơ bộ điều kiện ĐCCT khu vực nghiên cứu phục vụ phương án vị trí xây dựng CTN trong tương lai.
6.2.2. Khảo s|t ĐCCT sơ bộ
Khảo sát ĐCCT sơ bộ được tiến hành trên các phương án vị trí xây dựng CTN đã được vạch ra, nhằm cung cấp các tài liệu phục vụ luận chứng tính khả thi cho xây dựng CTN. Từ đó cho phép lựa chọn vị trí xây dựng CTN hợp lý nhất (về mặt kinh tế, kỹ thuật, môi trường,...) đồng thời cung cấp các số liệu ban đầu cho việc thiết kế xây dựng CTN cụ thể như kiểu, kết cấu công trình, đánh giá khả năng ổn định của CTN, đề ra các biện pháp thi công CTN,...
Để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra, cần thực hiện công tác đo vẽ ĐCCT kết hợp với công tác thăm dò địa vật lý, khoan đào, thí nghiệm ngoài trời và trong phòng. Đo vẽ ĐCCT được tiến hành với tỷ lệ 1/10000 đến 1/25000 trên các diện tích phương án xây dựng CTN theo mục đích chuyên môn. Trên các diện tích bố trí cửa hầm chính và cửa hầm phụ tiến hành đo vẽ với tỷ lệ 1/2000 đến 1/5000. Đối với CTN dạng tuyến thì đo vẽ theo dải tuyến có chiều rộng 200 - 300m. Diện tích đo vẽ được luận chứng đầy đủ, bao gồm cả khu vực có tác động trực tiếp và gián tiếp của môi trường địa chất đến công trình xây dựng. Trong quá trình đo vẽ, ngoài việc mô tả các điểm lộ, lấy mẫu thạch học, mẫu ĐCCT và mẫu ĐCTV,... còn phải nghiên cứu tình trạng CTN hiện có, xác định vị trí bố trí bãi thải để đổ đất đá khi thi công.
Công tác địa vật lý được sử dụng với mục đích làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất trên tuyến khảo sát, chiều sâu thế nằm của đá cứng, chiều sâu phân bố của các đơn vị chứa nước dưới đất, xác định phương, tốc độ vận động của nước ngầm, tính nứt nẻ và nguyên khối của đất đá, xác định đới nứt nẻ và dập vỡ kiến tạo. Phương pháp địa vật lý có thể sử dụng là mặt cắt điện, đo sâu điện, địa chấn và carota. Các tuyến địa vật lý có thể bố trí theo tim dải tuyến hoặc tại vị trí mặt cắt ngang cửa hầm hoặc các vị trí xung yếu khác.
Công tác khoan đào được tiến hành một cách hạn chế, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT.
Tại vùng có cấu trúc địa chất đơn giản, với CTN dạng tuyến thì cứ 1 đến 2km bố trí 1 điểm khoan. Địa tầng phải được xác định trong phạm vi tương tác của CTN và môi trường địa chất. Khi đó, độ sâu khảo sát phải lớn hơn chiều sâu đáy các
http://congtrinhngam.org
Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 46
đường hầm không ít hơn 10 m trong đất mềm rời và mềm dính, khi gặp đá cứng yêu cầu khoan sâu vào tổi thiểu 5m. Đối với dạng CTN khác, có thể bố trí 2 đến 3 hố khoan cho mỗi hạng mục công trình.
Tại vùng có cấu trúc địa chất phức tạp, với CTN dạng tuyến thì các hố khoan được bố trí vào tim tuyến và mặt cắt ngang tại vị trí có thể bố trí cửa hầm hay khu vực có điều kiện ĐCCT bất lợi. Nhìn chung, mỗi đơn nguyên địa mạo cần ít nhất một công trình thăm dò. Các công trình khoan nông và hố đào được bố trí xen kẽ trên tim tuyến và các mặt cắt ngang để nghiên cứu tầng phủ. Khoảng cách các tuyến mặt cắt ngang có thể từ 100m đến 200m. Khoảng cách các hố khoan trên tuyến ngang từ 25m đến 100m.
Về công tác thí nghiệm trong phòng, với mỗi kiểu thạch học cần lấy ít nhất 6 mẫu để phân tích thành phần thạch học và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đất đá. Với mẫu nước cần xác định thành phần hoá học, tính ăn mòn của nó với kết cấu CTN. Về công tác thí nghiệm ngoài trời, cần sử dụng một số phương pháp như hút nước trong các tầng chứa nước, ép nước trong các tầng nứt nẻ. Ngoài ra có thể tiến hành thí nghiệm cắt mẫu lớn, nén hông trong hố khoan. Để có tài liệu về động thái của nước dưới đất, cần tổ chức quan trắc dài hạn.
Báo cáo khảo sát ĐCCT sơ bộ phải nêu được đặc điểm ĐCCT chung của các
phương án tuyến CTN. Từ đó luận chứng chọn được phương án tuyến hợp lý nhất cho giai đoạn thiết kế sau. Nội dung báo cáo khảo sát ĐCCT phải đáp ứng được việc đánh giá sự ổn định chung của môi trường địa chất xung quanh CTN, đặc điểm cấu trúc địa chất, đặc điểm kiến tạo, các quá trình và hiện tượng địa chất, xác định các khoảnh và các đặc trưng phá huỷ sự ổn định của đất đá khi thi công CTN. Ví dụ như các khối đá đổ, bùng nền, cát chảy, xói ngầm, điều kiện xuất hiện áp lực đất đá, sự thay đổi độ bền của đất đá, cấp đất đá khai đào, khả năng phong hoá ngầm, trạng thái nhiệt trong CTN, khả năng xuất hiện các loại khí, tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh của nước dưới đất lên vỏ CTN, khả năng ăn mòn của nước dưới đất đối với kết cấu CTN.
6.2.3. Khảo s|t ĐCCT chi tiết
Khảo sát ĐCCT chi tiết để luận chứng cho phương án vị trí xây dựng CTN đã được chọn từ nhiều phương án. Tài liệu khảo sát ĐCCT chi tiết là cơ sở chọn kiểu kết cấu, kiểu vỏ CTN, xác định các thông số của công trình và tính toán ổn định, luận
http://congtrinhngam.org
Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 47
chứng biện pháp thi công như nổ mình, hạ thấp mực nước dưới đất,... Công tác nghiên cứu ĐCCT chủ yếu làm chính xác địa tầng, cấu trúc khối đá, xác định các đới nứt nẻ, dập vỡ, đứt gãy, xác định các tính chất cơ lý của đất đá, nghiên cứu ĐCTV để tính toán lượng nước chảy vào CTN, tính toán biện pháp hạ thấp mực nước dưới đất, xác định áp lực thuỷ động, thuỷ tĩnh tác động lên đất đá và vỏ CTN. Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra, cần tiến hành công tác khảo sát ĐCCT như sau:
- Đo vẽ ĐCCT: tỷ lệ đo vẽ 1/2000 đến 1/5000 trên diện tích phân bố và ảnh hưởng của CTN. Tại vị trí cửa hầm, đo vẽ với tỷ lệ 1/500 đến 1/1000. Công tác đo vẽ ĐCCT thường được kết hợp với công tác khoan đào thăm dò. Trong quá trình đo vẽ cần xác định tất cả các yếu tố gây bất lợi cho việc xây dựng CTN, nghiên cứu đầy đủ các loại đất đá, các đới yếu, mặt yếu trong khối đá, xác định hệ thống khe nứt, đứt gãy và các dị thường địa chất khác, nghiên cứu đặc điểm nước dưới đất,...
- Công tác khoan thăm dò: các hố khoan được bố trí theo dọc tuyến hay tim CTN. Khoảng cách các công trình thăm dò trên tuyến từ 200m đến 500m. Cần bố trí các mặt cắt ngang tại vị trí có đặc điểm cấu trúc địa chất đặc trưng. Các hố khoan phải khoan qua đáy công trình ít nhất là 10m, khi gặp đá cứng yêu cầu khoan sâu vào tổi thiểu 5m.
Với hố móng sâu, phạm vi thăm dò là vùng đất dự định bố trí kết cấu chắn giữ và vùng đất công trình ngoài ranh giới hố đào, thường bằng 2 đến 4 lần độ sâu hố đào kể từ mép hố. Trong loại đất mềm, phạm vi khảo sát phải mở rộng hơn nữa. Điểm thăm dò phải bố trí quanh chu vi hố đào, khoảng cách tới mép hố xác định theo mức độ phức tạp của địa tầng, thường khoảng 20-30m. Độ sâu khảo sát phải đáp ứng yêu cầu kiểm tra tính ổn định tổng thể thường thì không được nhỏ hơn 2 đến 2.5 lần độ sâu của hố đào. Khi khảo sát ĐCCT cho công trình chắn giữ hố đào, nếu gặp phải suối ngầm, sông cổ, chướng ngại vật ngầm…, ngoài sử dụng hố khoan có tính khống chế ra, có thể bố trí thêm nhiều hố nông, khoảng cách hố khoan có thể trong phạm vi 2 đến 3m. Yêu cầu làm rõ nguyên nhân hình thành và loại đất lấp, làm rõ địa hình, địa mạo, ao hồ, làm rõ đặc trưng phân bố, độ dày và sự biến đổi ranh giới.
http://congtrinhngam.org
Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 48
Cần đặc biệt chú ý sự có mặt lớp đất yếu nằm trong các lớp đất tốt, kể cả rất mỏng. Vì lớp đất yếu này có thể gây mất ổn định cho hố đào sâu, nhất là khi thế nằm của nó là nghiêng.
- Công tác lấy mẫu thí nghiệm: phần phía trên nóc CTN từ 10m đến 20m cần lấy mẫu đất đấ để đánh giá ổn định sụt vòm. Phần đất đá bên hông và 10m phía dưới đáy CTN được sử dụng để tính toán độ ổn định thành vách, bùng nền, cát chảy, xói ngầm,... Trong giai đoạn này cần khoan và lấy mẫu liên tục. Các mẫu đất đá được thí nghiệm để xác định các đặc trưng cơ lý, đặc biệt phải xác định thông số về độ bền kháng cắt, môđun đàn hồi, môđun biến dạng, cường độ kháng nén và kháng kéo của đá,... Ngoài ra cần tiến hành lấy mẫu nước, mẫu khí để đánh giá khả năng ăn mòn và các tác động khác đến sự ổn định của CTN.
- Công tác thí nghiệm ngoài trời: chủ yếu là công tác hút nước trong các tầng chứa nước để xác định khả năng chứa nước và lưu lượng của nó, độ sâu phân bố và bề dày của tầng cách nước, ép nước trong các tầng nứt nẻ để xác định mức độ mất nước, đổ nước trong hố đào và hố khoan để xác định tính thấm của đất đá, xác định mực nước ngầm tĩnh, mực nước áp lực,... Những số liệu đó là cơ sở thiết kế vỏ chống thấm và hạ nước ngầm hố móng. Các thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý có thể gồm cắt mẫu lớn trong đá, cắt đá với một tải trọng, nén đá trong hầm, thí nghiệm nén ngang, đo áp lực tự nhiên của đất đá, thí nghiệm cắt cánh, xuyên tĩnh,...
- Quan trắc Địa kỹ thuật: nội dung công tác quan trắc ĐKT được chia làm hai phần như sau:
+ Quan trắc sự ứng xử của môi trường địa chất như lún bề mặt, áp lực nước lỗ rỗng, quan trắc dịch chuyển ngang của các lớp đất, quan trắc sự thay đổi của mực nước dưới đất,...
+ Quan trắc sự ứng của bản thân công trình gồm công trình đang thi công và các công trình liền kề như quan trắc độ lún, độ nghiêng, chuyển vị của các kết cấu và hệ thống chống đỡ, quan trắc biểu hiện hư hỏng của các công trình liền kề.
Kết quả quan trắc ĐKT cho phép xác định các thông số đặc trưng cho ứng xử của môi trường địa chất và các tương tác của chúng với nhau, nhằm khẳng định tính đúng đắn của thiết kế, cảnh báo sớm để ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra.
http://congtrinhngam.org
Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 49
Vị trí và thời gian quan trắc phụ thuộc vào đặc điểm CTN và điều kiện ĐCCT khu vực.
6.2.4. Khảo s|t ĐCCT bổ sung
Khảo sát ĐCCT bổ sung nhằm luận chứng cho giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công. Tài liệu khảo sát ĐCCT bổ sung nhằm chính xác hoá đặc điểm ĐCCT tại từng hạng mục của CTN, kiểm tra tính chính xác của tài liệu khảo sát ĐCCT chi tiết. Tài liệu khảo sát ĐCCT bổ sung là cơ sở để tính toán biện pháp thi công, điều chỉnh thiết kế kỹ thuật công trình cho phù hợp với điều kiện cụ thể. Vấn đề này có thể dẫn đến thay đổi kết cấu công trình và phương pháp thi công CTN.
Công tác khảo sát ĐCCT bổ sung chủ yếu là khoan đào thăm dò, hầm thăm dò, lấy mẫu đất, mẫu nước để thí nghiệm, đo áp lực mỏ trong hầm, tổ chức quan trắc ĐCTV (quan trắc mực nước, nhiệt độ, lưu lượng,...), quan trắc nhiệt độ trong đất đá, quan trắc sự biến dạng của các vì chống hay vỏ hầm, quan trắc sự phá huỷ và làm tơi đất đá, dịch chuyển của bề mặt, chuyển dịch của thành hố đào,...
Công tác thí nghiệm ngoài trời có thể tiến hành tại các vị trí theo yêu cầu của công tác khảo sát ĐCCT sổ dung.