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)
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 d (kN/m3) 15.2 14.8 15.2 10.9 16.4 16.8 14.7 19.0 w (%) 25 25 25 47 22 22 29 - e0 0.7 0.7 0.7 1.4 0.6 0.6 0.85 - wL (%) 36 36 36 48 - - 38 - wP (%) 21 21 21 27 - - 22 -
PI (%) 15 15 15 21 - - 16 - N30 7 7 17 5 19 39 12 >50 Sức khỏng cụn qc (MPa) 0.8 0.8 2.5 1 7.2 13.5 2.2 17.4 Sức khỏng ma sỏt fs (MPa) 103 103 103 41 95 95 47 122 Mụ đun nộn ngang (MPa) 26.6 26.6 13.3 13.3 53.2 53.2 85.1 93.1 Cu (kPa) 28 28 68 20 48 ’ (độ) 29 25 25 20 34 35 25 40 C’(kPa) 2 10 25 5 0 0 25 0 K0 0.58 0.58 0.58 0.66 0.44 0.43 0.58 0.36 0.37 0.37 0.37 0.40 0.31 0.30 0.37 0.26 pref (kPa) 100 100 100 100 100 100 100 400 Eref50 (MPa) 5.2 5.2 5.2 2.8 10 10 5.2 150 Erefur (MPa) 15.6 15.6 15.6 8.4 30 30 15.6 450 Erefoed (MPa) 5.2 5.2 5.2 2.8 10 10 150 150 Hệ số thấm K (m/s) 3E-8 3E-9 3E-9 1.5E-9 2E-6 1E-5 8E-10 5E-4
2.2.2. Mực nước thiết kế.
Theo mụ hỡnh địa chất thủy văn cục bộ do Bộ tài nguyờn và mụi trường lập cho dự ỏn Metro năm 2009 gồm cỏc tầng chứa nước chớnh:
- Tầng chứa nước Holocene (qh): đơn nguyờn địa chất thủy văn thuộc hệ tầng Thỏi Bỡnh, Hải Hưng được cấu thành bời vật liệu đất lẫn tàn tớch vật liệu xõy dựng, sột, bụi, cỏt. Tại khu vực lõn cận sụng thỡ Sụng Hồng là nguồn cấp nước chớnh cho tầng này. Tại khu vực xa sụng hơn, nguồn cung cấp chớnh của tầng này là nước mưa và nước mặt thấm xuống.
- Tầng chứa nước Pleistocene (qp): vật liệu cấu thành của tầng chứa nước này chủ yếu là cỏt, sỏi cuội thụ của hệ tầng Hà Nội và Lệ Chi bờn dưới,và sột của hệ tầng Vĩnh Phỳc bờn trờn. Tầng này nằm trong trạng thỏi cõn bằng thủy lực với sụng Hồng. Đõy là tầng cấp nước chớnh cho khu vực đụ thị Hà Nội, chịu ảnh hưởng của chế độ thủy văn sụng Hồng, chế độ bơm hỳt nước, và một phần thấm từ trờn xuống của tầng chứa nước Holocene.
- Tầng ngậm nước Neogen (m): Nước được chứa trong khe nứt của đỏ cỏt kết, cuội sỏi kết hệ tầng Vĩnh Bảo. Tầng này cú tớnh thấm giới hạn và mức độ dực trữ nước trung bỡnh. Đõy là tầng chứa nước bờn dưới sõu, khụng ảnh hưởng đến đường hầm Metro.
Kết quả quan trắc từ năm 1991 đến 1993 của Bộ tài nguyờn và mụi trường về sự biến thiờn của mực nước ngầm trong một số giếng Hà Nội cho thấy, mực nước của cả tầng Holocene và Pleistocene đều biến động theo sự thay đổi của mực nước sụng Hồng như trờn hỡnh 2.3 và hỡnh 2.4.
Hỡnh 2.3: Sự thay đổi mực nước tầng Holocene so với sự thay đổi mực nước sụng Hồng [31].
Mực nước sụng Hồng
Mực nước tầng Holocene
Hỡnh 2.4: Sự thay đổi mực nước tầng Pleistocene so với sự thay đổi mực nước sụng Hồng [31].
Tuy vậy, cỏc kết quả quan trắc của Systra trong năm 2008 và năm 2011 cho thấy mực nước ngầm ớt cú biến động (hỡnh 2.5 và hỡnh 2.6).
Hỡnh 2.5: Kết quả quan trắc mực mước năm 2008 [31]
Mực nước tầng Pleistocene
Mực nước sụng Hồng
Hỡnh 2.6: Kết quả quan trắc mực mước năm từ thỏng 7 đến thỏng 10/2011 [8] Dựa trờn cỏc dữ liệu thu thập được và cỏc kết quả khảo sỏt, mực nước ngầm tương ứng với 2 tầng chứa nước chớnh qh và qp được xỏc định như trờn hỡnh 2.7.
Hỡnh 2.7: Mực nước ngầm tớnh toỏn [31].
Cỏc mực nước bất thường bờn trờn mặt đất liờn quan đến lũ được coi như tải trọng bất thường trờn mặt đất, khụng ảnh hưởng đến mực nước ngầm vỡ bề mặt đất
Mực nước ngầm tầng qp Mực nước ngầm tầng qh
được bảo vệ bằng cỏc tũa nhà, đường phố và phần lớn nước lũ sẽ thoỏt theo đường cống rónh ra sụng, chỉ cú một lượng nhỏ khụng đỏng kể thấm xuống đất.
Cao độ của tầng ngậm nước bờn trờn (qh) và tầng ngậm nước bờn dưới (qp) được xỏc định để tớnh toỏn cho từng hạng mục chớnh như trong bảng 2.2.
Bảng 2.2: Bảng cao độ mực nước ngầm [31] Hạng mục Lý trỡnh xấp xỉ Tầng chứa nước bờn trờn (qh) Tầng chứa nước bờn dưới (qp) Dốc hạ < 219 + 000 -5 -14 Ga Kim Mó 219 + 000 -5 -14 Giếng 219 + 727 -3 -13 Ga Cỏt Linh 220 + 543 -2 -12 Ga Văn Miếu 221 + 414 -1 -10 Ga Hà Nội 222 + 115 0 -8 2.3. Kết cấu đường hầm.
Bỏo cỏo nghiờn cứu khả thi đó kiến nghị cho cỏc phương ỏn về đường hầm như sau: - Phương ỏn tuyến được chọn là phương ỏn 2 (hỡnh 2.8): Tuyến đi dọc phố Kim Mó, đến Đại sứ quỏn Thụy Điển thỡ rẽ phải về hướng phố Cỏt Linh, sau đú đi dọc theo tuyến phố Cỏt Linh, Quốc Tử Giỏm, qua ga Hà Nội và kết thỳc tại đường Trần Hưng Đạo.
Hỡnh 2.8: Đoạn tuyến từ Đại sứ quỏn Thụy Điển đến phố Cỏt Linh [31] - Phương ỏn trắc dọc: Một số phương ỏn trắc dọc được đưa ra, sau khi so sỏnh đó
chọn phương ỏn trắc dọc 1, trắc dọc tuyến được mụ tả như trong hỡnh 2.9.
Hỡnh 2.9: Phương ỏn trắc dọc tuyến đường hầm [31]
- Phương ỏn hầm được chọn là hầm đụi (2 ống). Vị trớ tương đối của 2 đường hầm qua cỏc đoạn được mụ tả như sau:
o Đoạn dọc phố Kim Mó: Hầm đi dưới lũng đường, 2 hầm song song. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Đoạn từ đường Kim Mó rẽ sang ga Cỏt Linh (Ga số 10): Đi dưới nhà cũ, thụng tin khảo sỏt sơ bộ cho thấy cỏc nhà này cú múng cọc sõu 8m, dự kiến hầm sõu từ 10-15m. Trước khi vào cỏc tũa nhà cao tầng gần Đại sứ quỏn Thụy Điển, 2 ống chuyển hướng chồng lờn nhau.
o Đoạn ga Cỏt Linh đến Ga Văn Miếu (Ga số 11): tuyến chạy dọc theo phố Cỏt Linh, 2 ống chồng lờn nhau, hầm sõu từ 15m đến 30m.
o Đoạn Ga Văn Miếu - Ga Metro (Ga số 12): Đi dưới lũng đường, 2 ống chồng lờn nhau, đoạn cuối hai ống chạy song song nhau trước khi về ga số 12 (ga cuối cựng)..
- Hỡnh dạng và kớch thước hầm được thể hiện trong hỡnh 2.10, cỏc thụng số về mặt cắt ngang hầm như trong bảng 2.3 [31].
Bảng 2.3: Kớch thước mặt cắt ngang hầm [31] Đường kớnh
vỏ hầm bờn trong
Dung sai xõy dựng theo chiều bỏn kớnh Độ dày vỏ hầm lắp ghộp Đường kớnh vỏ hầm phớa ngoài Đường kớnh đào 5.7 m 10 cm 30 cm 6.30 m 6.60 m R3150 R2850 1435 2250 Hỡnh 2.10: Kớch thước mặt cắt ngang hầm
- Vỏ hầm được liờn kết từ nhiều đốt hầm (ring) dài 1.5m. Mỗi đốt hầm lại được lắp ghộp từ nhiều mảnh bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn (segment) và cú gioăng cao su cỏch nước (hỡnh 2.11).
Vỏ hầm
Hỡnh 2.11: Kết cấu vỏ hầm [31]. Cỏc thụng số của vỏ hầm như sau:
Mụ đun đàn hồi: E = 35000 MPa Trọng lượng riờng: = 24 kN/m3 Hệ số nở hụng: v = 0.15
- Múng hầm được làm bằng bờ tụng cốt thộp, cú cỏc thụng số như sau: Mụ đun đàn hồi: E = 20000 Mpa
Trọng lượng riờng: = 24 kN/m3 Hệ số nở hụng: v = 0.15
- Để đảm bảo độ ổn định của nền và trỏnh gõy biến dạng lớn, vớ trớ của cỏc hầm được bố trớ phải đạt yờu cầu tối thiểu vể khoảng cỏch như sau:
o Lớp đất phủ trờn núc hầm cú bề dày tối thiểu từ 1.5*D đến 2*D (10 đến 13m).
o Khoảng cỏch tối thiểu giữa 2 đường hầm là 2*D đến 3*D (12.6m đến 18.9m).
- Cốt cao thiết kế đỉnh hầm tại cỏc nhà ga
o Nhà ga số 9: cốt -4 m, lớp phủ dày 12 m
o Nhà ga số 11 cốt -7 m, lớp phủ dày 13.3 m
o Nhà ga số 11 cốt -10 m, lớp phủ dày 16 m
2.4. Biện phỏp thi cụng.
2.4.1. Lựa chọn loại mỏy đào hầm
Trong khu vực đụ thị, phương phỏp đào mở khụng thớch hợp với việc thi cụng đường hầm bởi vỡ mặt bằng chật hẹp, ảnh hưởng đến giao thụng, sinh hoạt dõn cư, ụ nhiễm mụi trường. Do đú, tuyến đường hầm Metro Nhổn – Ga Hà Nội dự kiến được thi cụng bằng mỏy khoan đào toàn gương TBM. Cú 2 loại mỏy TBM cơ bản là mỏy khiờn vữa bựn SS (slurry shield) và mỏy cõn bằng ỏp lực đất EPB (earth pressure balance). Mỏy SS ổn định gương hầm bằng cỏch bơm vữa bentonite vào buồng đào, một ỏp suất thớch hợp được tỏc dụng để đẩy vữa xõm nhập vào cỏc lỗ rỗng của đất tạo thành màng ngăn nước thuận lợi cho việc phõn bố ỏp suất để ổn định gương hầm. Mỏy EPB ổn định gương đào bằng chớnh đất được đào ra trộn với bọt hoặc sợi polyme. Sự cõn bằng động học được dựa trờn khối lượng đất được đào ra, được tỏch bờn trong buồng đào là một hàm của tốc độ xoay xoắn của đầu cắt và tốc độ tiến của mỏy.
Kết quả phõn tớch thành phần hạt đất tại cỏc độ sõu chủ yếu mà hầm đi qua (từ 15 đến 20m) cho thấy sử dụng mỏy EPB là phự hợp (hỡnh 2.12). Tuy nhiờn, dự kiến khu vực gần ga Hà Nội tuyến phải đi dưới sõu vào lớp cuội sỏi, trường hợp này mỏy khiờn vữa bựn SS được đề xuất sử dụng.
Hỡnh 2.12: Phõn bố kớch thước hạt của đất tại độ sõu 15m đến 20m [31].
2.4.2. Cỏc thụng số của mỏy TBM và sự hoạt động
Với mỗi đường hầm, thụng thường được thiết kế 1 mỏy khoan TBM riờng biệt hoặc cải tạo mỏy cũ. Mỏy khoan EBP dựng cho đường hầm đào trong đất khu đụ thị cú cỏc thụng số cơ bản như sau:
Đường kớnh đào: 6.6 m. Khả năng đào: đất hoặc đỏ. Tổng chiều dài hệ thống: 87 m. Chiều dài khiờn: 7.5 m.
Tải trọng mỏy khoan: 370 tấn.
Tải trọng hệ thống phớa sau đuụi mỏy khoan: 240 T. Độ cứng dọc trục: EA = 8.2e6 kN/m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Độ cứng uốn: EI = 8.38e4 kNm2/m. Bề dày tương đương: d = 0.35 m.