1.3.1.1 Sự quỏ tải của hệ thống giao thụng Hà Nội.
Theo thống kờ năm 2011, Hà Nội cú 7.365 km đường giao thụng, trong đú 20% là trục đường chớnh, 7 trục hướng tõm và 3 tuyến vành đai, cũng như đang quản lý hơn 4,3 triệu phương tiện giao thụng cỏc loại, trong đú riờng xe mỏy chiếm gần 4 triệu [37].
Theo số liệu khảo sỏt và tớnh toỏn vào năm 2011 của Trung tõm quản lý và điều hành giao thụng cụng cộng (Tramoc) - Sở GTVT thỡ vào thời điểm này, cú 33 000 người/giờ cựng hướng qua lại sụng Hồng bằng cầu Chương Dương và Long Biờn; 410 000 người/giờ đang sử dụng tuyến đường Ngó Tư Sở - Hà Đụng. Tốc độ của phương tiện giao thụng vào giờ cao điểm bỡnh quõn 13 đến 15 km/h. Ùn tắc giao thụng xảy ra vào giờ cao điểm gần như trờn tất cả cỏc tuyến phố (hỡnh 1.11) [37].
Mỗi năm, Hà nội chỉ làm thờn được từ 7 – 10 km đường mới, trong khi đú tốc độ gia tăng phương tiện giao thụng cỏ nhõn là từ 12% đến 15%, phương tiện giao thụng cụng cộng chủ yếu là xe bus mới chỉ đỏp ứng được 9% nhu cầu đi lại. Với tốc độ gia tăng phương tiện giao thụng hằng năm cao như trờn thỡ tỡnh hỡnh giao thụng thủ đụ sẽ ngày càng tồi tệ.
1.3.1.2 Những lợi ớch khi xõy dựng hệ thống tàu điện ngầm.
Theo quy hoạch phỏt triển giao thụng thủ đụ đến năm 2020 (quyết định phờ duyệt số 90/2008/QĐ-TTg của thủ tướng chớnh phủ ngày 09/7/2008), hệ thống đường sắt đúng vai trũ chớnh trong vận tài hành khỏch cụng cộng tốc độ cao, khối lượng lớn [2].
Số liệu tớnh toỏn sơ bộ của Trung tõm Nghiờn cứu cuộc sống phỏt triển bền vững (CSDP), chi phớ tăng thờm do tiờu hao nhiờn liệu và lóng phớ cụng lao động vỡ ựn tắc giao thụng ở nội thành Hà Nội khoảng 36,4 tỷ VNĐ/ngày (12.812 tỷ VNĐ/năm, tương đương khoảng 600 triệu USD/năm).
Cỏc thành phố lớn ở Việt Nam đang bị ụ nhiễm khụng khớ nghiờm trọng, nguyờn nhõn chủ yếu là do khớ thải từ cỏc phương tiện giao thụng cơ giới đường bộ. Kết quả từ Chương trỡnh thử nghiệm “Khỏm xe mỏy’’ do Sở Tài nguyờn mụi trường Hà Nội phối hợp với Chương trỡnh khụng khớ sạch Việt Nam - Thụy Sỹ và Ngõn hàng Thế giới cụng bố vào ngày 24/5/2007 cho thấy cú đến 59% số xe mỏy khụng đạt tiờu chuẩn khớ thải. Ùn tắc giao thụng làm tăng đỏng kể lượng khớ thải phỏt ra từ cỏc phương tiện này.
Việc phỏt triển hệ thống tàu điện ngầm tại thủ đụ sẽ gúp phần làm giảm ựn tắc giao thụng, bảo vệ mụi trường, gúp phần phỏt triển kinh tế.
1.3.2 Những thỏch thức khi xõy dựng đường tàu điện ngầm Hà Nội.
1.3.2.1 Những trở ngại do thành phố cú mật độ cụng trỡnh dày.
Cú nhiều tiờu chớ để quyết định hướng tuyến tàu điện ngầm, trong đú quan trong nhất là sự kết nối với hệ thống giao thụng đường bộ thuận tiện, đi qua cỏc khu
vực cú nhu cầu đi lại lớn.
Thụng thường, tuyến tàu điện ngầm sẽ đi dưới lũng đường hiện cú để kết nối với giao thụng đường bộ và trỏnh ảnh hưởng đến khu dõn cư. Tuy nhiờn nú cũng phải chuyển hướng để đến cỏc điểm kết nối của cỏc tuyến đường khỏc nhau. Khi đú, cần xem xột hướng tuyến hợp lý để đảm bảo bỏn kớnh cong tối thiểu theo tiờu chuẩn. Mặt khỏc, thành phố Hà Nội là nơi cú mật độ cụng trỡnh xõy dựng dày đặc. Đặc điểm cụng trỡnh xõy dựng này là cú sự đan xen nhiều loại cụng trỡnh: mới xõy dựng, xõy dựng từ lõu, kiờn cố, tạm, múng sõu, múng nụng… Hướng tuyến cần trỏnh giao cắt với múng cọc của cụng trỡnh xõy dựng. Vỡ vậy việc điều tra chi tiết cụ thể về cụng trỡnh trong khu vực tuyến dự định khỏ khú khăn. Một số cụng trỡnh khụng cũn tài liệu để xem xột.
Do mật độ dõn cư sinh sống rất lớn nờn việc đảm bảo độ ổn định của cụng trỡnh lõn cận là hết sức quan trọng. Một khi xảy ra sự cố cụng trỡnh thỡ cú thể dẫn đến thiệt hại nghiờm trọng về người và của.
Trung tõm Hà Nội là khu vực Hoàng thành Thăng Long xưa kia nờn sẽ cú nhiều di tớch khảo cổ dưới mặt đất, trong quỏ trỡnh thi cụng nếu gặp phải thỡ sẽ mất nhiều thời gian chờ đợi việc khai quật để bảo tồn di sản. Việc tạm dừng thi cụng khụng chỉ ảnh hưởng đến tiến độ mà cũn liờn quan đến sự ổn định của cụng trỡnh.
Ngoài ra, một số khu vực của thành phố Hà Nội cú cỏc cụng trỡnh cổ, cụng trỡnh văn húa lõu đời cần được bảo tồn. Vỡ vậy, việc kiểm soỏt biến dạng nền đất là hết sức nghiờm ngặt để đảm bảo ổn định cụng trỡnh, trỏnh nứt nẻ hư hỏng cụng trỡnh.
1.3.2.2 Những khú khăn về điều kiện đất nền.
Địa tầng khu vực thành phố Hà Nội hỡnh thành từ trầm tớch chõu thổ sụng Hồng, cú đặc điểm chung là sột pha xen kẹp cỏt mịn, cú chứa hữu cơ phõn bố đến độ sõu từ 10 đến 25m. Bờn dưới là lớp cỏt chặt vừa sõu đến khoảng 30 đến 45 m, dưới nữa là lớp cuội sỏi chặt [31].
thường chọn độ sõu từ 15 đến 30m. Cỏc tuyến tàu điện ngầm kộo dài sẽ đi qua nhiều khu vực cú đặc điểm địa tầng khỏc nhau, cú chứa sột yếu lẫn hữu cơ, xen kẹp thấu kớnh cỏt hay tỳi bựn. Việc địa tầng thay đổi nhiều sẽ gõy khú khăn cho cụng tỏc thiết kế, lựa chọn phương phỏp thi cụng, và nhiều vấn đề phỏt sinh trong quỏ trỡnh thi cụng.
Mực nước ngầm khu vực Hà Nội cũng biến đổi tựy từng khu vực, kết quả tổng hợp một số cụng trỡnh khảo sỏt thấy rằng mực nước ngầm biến đổi từ 8 đến 21m. Nghiờn cứu cho thấy cú một chế độ nước ngầm khụng liờn tục trong cỏc lớp thấu kớnh cỏt của cỏc lớp bờn trờn và một chế độ nước ngầm thứ hai tồn tại trong lớp cỏt cuội bờn dưới. Tầng nước ngầm bờn dưới kết nối trực tiếp với sụng Hồng và lưu chuyển thường xuyờn, nú cũng chịu ảnh hưởng của quỏ trỡnh bơn hỳt nước ngầm. Việc mực nước ngầm cao và thay đổi gõy phức tạp cho quỏ trỡnh tớnh toỏn, dễ phỏt sinh cỏc vấn đề địa kỹ thuật khi thi cụng như nước chảy kộo theo bựn cỏt vào hố múng dẫn đến biến dạng nền.
1.3.2.3 Thiếu kiến thức, kinh nghiệm, và đội ngũ chuyờn gia.
Việc xõy dựng hầm đụ thị rừ ràng là cú nhiều khú khăn phải đối mặt nhất là đối với Việt Nam hiện chưa cú kinh nghiệm xõy dựng tàu điện ngầm. Đào tạo nguồn nhõn lực ở nước ta cũng chủ yếu là về hầm mỏ, chưa sõu về hầm đụ thị. Đội ngũ chuyờn gia, nhõn lực am hiểu và tiếp xỳc với dạng cụng trỡnh này chưa nhiều. Điều đú sẽ gõy khú khăn trong tất cả cỏc khõu quản lý, thiết kế và thi cụng, vận hành, và như vậy sẽ mất tớnh chủ động trong cỏc dự ỏn, dễ bị chậm tiến độ và tốn kộm kinh phớ thuờ chuyờn gia nước ngoài.
1.4 Cỏc nội dung nghiờn cứu.
1.4.1 Nghiờn cứu điều kiện địa chất, kết cấu đường hầm, biện phỏp thi cụng hầm.
Để mụ phỏng, tớnh toỏn bài toỏn về hầm thỡ cần phải cú đầy đủ cỏc thụng số về địa chất, kết cấu đường hầm, biện phỏp thi cụng hầm, và cả quỏ trỡnh vận hành và khai thỏc.
Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn là yếu tố quan trọng để thiết kế tuyến đường hầm, quyết định phương phỏp thi cụng và độ ổn định lõu dài của đường hầm. Nghiờn cứu số liệu về địa chất nhằm hiểu rừ sự phõn bố cỏc lớp đất đỏ, đặc điểm tớnh chất cơ lý của từng lớp đất, cỏc yếu tố địa chất bất lợi ảnh hưởng đến việc xõy dựng như sự thay đổi địa tầng đột ngột, địa tầng cú cỏc tỳi bựn, nước cú ỏp… Nghiờn cứu sự phõn bố của nước dưới đất, ỏp lực nước lỗ rỗng, thành phần húa học của nước để xem xột ảnh hưởng của nước đến cụng trỡnh.
Thu thập số liệu kớch thước đường hầm, cấu tạo và liờn kết của vỏ hầm, tải trọng của thiết bị dự kiến để đưa vào mụ hỡnh tớnh toỏn ổn định tổng thể, khả năng chịu lực của vỏ hầm do đất đỏ bờn trờn hầm tỏc dụng, sự dịch chuyển của vỏ hầm do thay đổi mực nước ngầm.
Nghiờn cứu biện phỏp thi cụng hầm dự kiến nhằm xem xột quỏ trỡnh thi cụng tỏc động làm thay đổi đất nền như thế nào, lượng đất mất đi (volume loss) là bao nhiờu, từ đú tớnh toỏn biến dạng nền, mức độ ổn định của nền và cụng trỡnh lõn cận.
1.4.2 Nghiờn cứu mụ phỏng bài toỏn xõy dựng hầm tàu điện ngầm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi đó cú đủ thụng số đầu vào cho bài toỏn thỡ thiết lập mụ hỡnh tớnh toỏn bài toỏn đào hầm. Việc thiết lập mụ hỡnh cần mụ phỏng đỳng đắn quỏ trỡnh thi cụng và khả năng ứng xử của đất nền. Bài toỏn đào hầm bao gồm cỏc bước cơ bản:
- Điều kiện đất nền ban đầu. - Đào hầm.
- Xõy dựng vỏ hầm và nền múng hầm. - Giao thụng đi lại trong hầm.
Việc mụ hỡnh húa càng chi tiết thỡ độ chớnh xỏc của bài toỏn càng cao.
1.4.3 Nghiờn cứu cỏc tham số ảnh hưởng đến mụ hỡnh bài toỏn đào hầm.
Cú cỏc phương phỏp khỏc nhau để mụ phỏng bài toỏn đào hầm. Mỗi phương phỏp cú cỏc thụng số ảnh hưởng khỏc nhau. Với cựng một phương phỏp đào thỡ chịu
ảnh hưởng của kớch thước hầm, độ sõu đặt hầm, khoảng cỏch giữa cỏc hầm, cỏc tham số đất nền …. Việc nghiờn cứu cỏc tham số ảnh hưởng sẽ giỳp cho việc thiết kế, lựa chọn được phương ỏn xõy dựng hầm tối ưu.
1.4.4 Nghiờn cứu cỏc biện phỏp xử lý nền và kết cấu cụng trỡnh.
Sau khi tớnh toỏn bài toỏn đào hầm, nếu cỏc thụng số độ an toàn khụng đỏp ứng theo tiờu chuẩn yờu cầu thỡ phải cú cỏc biện phỏp xử lý nền hoặc thay đổi kết cấu cụng trỡnh cho phự hợp. Biện phỏp xử lý nền thụng thường là khoan phụt vữa gia cố nền, bơm hạ mực nước ngầm, tuy nhiờn tựy thuộc vào đặc điểm địa tầng khu vực mà đề xuất giải phỏp phự hợp. Sau khi thiết kế biện phỏp xử lý thỡ tớnh toỏn kiểm tra lại độ ổn định.
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU CễNG TRèNH TÀU ĐIỆN NGẦM HÀ NỘI TUYẾN SỐ 3 2.1. Giới thiệu dự ỏn.
Tuyến đường sắt số 3 là một trong 5 tuyến đường sắt thuộc quy hoạch phỏt triển giao thụng vận tải Thủ đụ Hà Nội đến năm 2020. Tuyến này chạy dọc theo trục hành lang Đụng Tõy, được quy hoạch nhằm cỏc mục tiờu:
- Đỏp ứng nhu cầu giao thụng tăng cao dọc theo hành lang Đụng Tõy; - Gúp phần chuyển từ việc sử dụng phương tiện giao thụng cỏ nhõn sang
phương tiện giao thụng cụng cộng;
- Bước đầu thiết lập một phương thức vận tải cụng cộng mới cho cỏc thành phố hiện đại của Việt nam trong tương lai [2].
Theo quy hoạch, tuyến số 3 cú chiều dài 21 km, nối khu phớa Tõy tới trung tõm thủ đụ và khu vực phớa Nam thành phố, sau năm 2020 sẽ phỏt triển tuyến lờn tới Sơn Tõy với tổng chiều dài tuyến 48 km. Đoạn từ Nhổn đến Ga Hà Nội dài 12 km được tiến hành thớ điểm trước. Dự ỏn đường sắt Nhổn – Ga Hà Nội do Ban dự ỏn đường sắt đụ thị Hà Nội làm chủ đầu tư, cụng ty tư vấn Systra thiết kế. Đoạn này bao gồm phần đường sắt trờn cao dài 8 km bắt đầu từ Nhổn chạy dọc theo Quốc lộ 32 qua Cầu Giấy, khỏch sạn Deawoo và phần đi ngầm dài 4 km từ khỏch sạn Deawoo chạy dọc theo phố Kim Mó, qua Đại sứ quỏn Thụy Điển, Cỏt Linh, Ga Hà Nội (hỡnh 2.1) [31].
Đoạn đi ngầm gồm cỏc phần sau:
- Dốc hạ: Là đoạn chuyển tiếp từ đường sắt trờn cao và đường hầm. - Hầm và cỏc ga số 9, 10, 11, 12.
Hỡnh 2.1: Tuyến đường sắt Hà Nội số 3 [35].
Theo kế hoạch đề ra trước năm 2008, cỏc mốc hoàn thành dự ỏn như sau: - Hoàn thành thiết kế cơ sở trước năm 2008;
- Hoàn thành cụng tỏc khảo sỏt trước thỏng 2 năm 2009; - Hoàn thành thiết kế kỹ thuật thỏng 7/2009;
- Hoàn thành thi cụng và bàn giao cỏc hệ thống đường hầm, cầu cạn (đường sắt trờn cao), thiết bị, đầu mỏy toa xe vào quý 4 năm 2013.
Tuy vậy cho đến nay, dự ỏn đó bị chậm tiến độ và mới chỉ bắt đầu thi cụng phần múng của cầu cạn.
2.2. Điều kiện địa chất. 2.2.1. Phõn loại đất 2.2.1. Phõn loại đất
Dự ỏn này được Cụng ty cổ phần tư vấn đầu tư và xõy dựng GTVT (TRICC) khảo sỏt lập bỏo cỏo nghiờn cứu khả thi (NCKT) năm 2006, Cụng ty TNHH Nhà nước một thành viờn Khảo sỏt và Xõy dựng (USCo) khảo sỏt giai đoạn thiết kế cơ sở (TKCS) vào năm 2008. Khảo sỏt cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật (TKKT) được
Phần đi ngầm
tiến hành cho đến năm 2011. Cỏc quỏ trỡnh khảo sỏt đó thực hiện cỏc cụng tỏc gồm khoan xỏc định địa tầng, tiến hành cỏc thớ nghiệm hiện trường xuyờn tiờu chuẩn (SPT), thớ nghiệm xuyờn tĩnh và xuyờn tĩnh cú đo ỏp lực nước lỗ rỗng (CPT, CPTu), thớ nghiệm nộn ngang trong hố khoan, thớ nghiệm bơm hỳt nước hố khoan, lắp đặt cỏc piezometer quan trắc mực nước ngầm và đo ỏp lực nước lỗ rỗng, cỏc thớ nghiệm trong phũng xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý.
Cỏc đơn nguyờn địa chất cụng trỡnh được xỏc định bằng sự phõn loại dựa vào kớch thước hạt, giới hạn atterberg, độ ẩm, giỏ trị N SPT, và độ sõu theo sơ đồ hỡnh 2.2. Đất hạt mịn Đất hạt thô Đất lấp Đất hữu cơ ? NO YES YES NO NO YES YES NO N SPT < 30 có lẫn hữu cơ) L3&4 (Sét béo, dẻo,
kém chặt đến chặt vừa) L5a (Cát mịn, cát bụi, > 25 m thấu kính cát bụi) L1_s (Sét nghèo chứa thấu kính cát bụi) L1_d (Sét nghèo chứa N SPT >10 L1_s1 L1_s2 Đất nền (Cát sạn rất chặt) L7&8 kết cấu chặt) L5b (Cát mịn, cát bụi, NO YES N SPT >50 Hỡnh 2.2: Cỏc bước phõn loại đất [8].
Địa tầng dọc tuyến Metro biến đổi khỏ phức tạp, cỏc lớp cú chiều dày thay đổi nhiều, cú cỏc thấu kớnh xen kẹp, được thể hiện trong cỏc mặt cắt địa chất cụng trỡnh (phụ lục 1 đến phụ lục 4) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đổ.
- L1_s: Chủ yếu bao gồm sột vụ cơ nghốo (CL) cú độ dẻo thấp, trạng thỏi từ dẻo mềm đến dẻo cứng. Phụ thuộc vào độ sệt của nú, tầng này được phõn chia thành lớp L1_s1 khi thớ nghiệm SPT cú giỏ trị N30 < 10 (và qc < 1MPa) và lớp L1_s2 khi thớ nghiệm SPT cú giỏ trị N30 >10 (và qc > 1MPa);
- L1_d: tầng này chủ yếu được quan sỏt tại khu vực bắt đầu đoạn đi ngầm tại độ sõu khoảng 30m dưới cao độ mặt đất. Nú chủ yếu bao gồm sột vụ cơ nghốo (CL) cú độ dẻo thấp, trạng thỏi từ cứng đến rất cứng;
- L3&4: Tầng này là tổng hợp của tầng L3 (sột giàu - CH) và L4 (sột dẻo – MH) từ dẻo vừa đến dẻo cao. Nú chủ yếu bao gồm đất từ hữu cơ đến rất hữu cơ, trạng thỏi dẻo chảy;
- L5: Tầng này bao gồm cỏt lẫn đất bột và được phõn loại là đất dạng hạt, được chia thành lớp L5a khi thớ nghiệm SPT cú giỏ trị N30<30 và lớp L5b khi thớ nghiệm SPT cú giỏ trị N30 từ 30 đến 50.
- L7&8: Cuội sỏi lẫn cỏt hạt to, kết cấu rất chặt.
Cỏc chỉ tiờu cơ lý dựng cho tớnh toỏn được nờu trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Cỏc chỉ tiờu cơ lý đất nền và cỏc chỉ tiờu tớnh toỏn [8].
Chỉ tiờu cơ lý Đất
lấp L1_s1 L1_s2 L3&4 L5a L5b L1_d L7&8
bh(kN/m3) 19.3 18.9 19.3 16.7 20.1 20.6 19.3 22.0 tn(kN/m3) 19.0 18.5 19.0 16.0 20.0 20.5 19 .0 21 .0