Nghiên cứu và tính toán biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực TP.HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------oao------------------ PHẠM MINH TIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HẦM GIAO THÔNG QUA ĐÔ THỊ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN KHU VỰC TP.HCM CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: PHẠM MINH TIẾN Giới tính : Nam þ/ Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 16/04/1979 Nơi sinh : Hà Tây Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố (Mã số : 60 58 30) Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HẦM GIAO THÔNG QUA ĐÔ THỊ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN KHU VỰC TP.HCM” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: “Nghiên cứu tính toán và biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực Tp.HCM” với các nội dung chính như sau: Chương 1. Tổng quan về công trình ngầm giao thông đô thị, các biện pháp thi công công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam Chương 2. Phân vùng địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Chương 3. Sự làm việc của hầm trong môi trường đất Chương 4. Các phương pháp tính toán công trình hầm. Chương 5. Các phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với điều kiện của khu vực nghiên cứu Chương 6. Một số vấn đề cần giải quyết khi xây dựng công trình hầm trong điều kiện đô thị thành phố Hồ Chí Minh Phần kết luận và kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/02/2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05/11/2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS. TS. LÊ VĂN NAM Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ VĂN NAM Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày. . . . . . tháng . . . . .năm . . . . . . LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu tính toán và biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực Tp.HCM” được thực hiện từ tháng 02/2007 đến tháng 11/2007 với mục đích nghiên cứu đưa ra phương pháp tính toán, thi công hầm giao thông bằng phương pháp phù hợp. Đề tài cũng đưa ra những lý thuyết để chọn chiều sâu đặt hầm, ảnh hưởng của công trình lân cận,… Luận văn cũng đưa ra ví dụ tính toán tham khảo cho đoạn tuyến metro tại Thành phố Hồ Chí Minh với địa chất đã được khảo sát. Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy PGS. TS. Lê Văn Nam đã giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của TS. Phùng Mạnh Tiến, là người thầy và cũng là đồng nghiệp, đã có góp ý, hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn thầy TS. Trịnh Văn Chính đã cung cấp tài liệu và có những góp ý hữu ích trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu đường và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, các bạn trong lớp CĐ K2005, các đồng nghiệp đã giúp tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn để có thể thực hiện tốt đề tài. Xin cảm ơn mọi người trong gia đình tôi đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về thời gian để tôi hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp của quý Thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Minh Tiến TÓM TẮT ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HẦM GIAO THÔNG QUA ĐÔ THỊ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN KHU VỰC TP.HCM” Giới thiệu chung Xác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu luận văn, nêu được ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận văn. Chương 1. Tổng quan về công trình ngầm, các biện pháp thi công công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam Nêu tổng quan về các công trình ngầm theo lịch sử phát triển trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Sơ bộ các phương pháp tính toán cũng như các phương pháp thi công đường hầm phổ biến trên thế giới hiện nay. Luận văn chú trọng vào khu vực có địa chất yếu qua đô thị nên có những nhận xét tổng quan và yêu cầu khi tính toán, thi công đường hầm qua khu vực đặc trưng này. Chương 2. Đặc điểm địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh Dựa trên số liệu địa chất của các dự án lớn, có đủ số liệu thí nghiệm của các dự án đang triển khai trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh để tổng hợp và có cái nhìn tổng quan về địa chất của khu vực. Qua đó lựa chọn địa chất đặc trưng và có nhận xét, kiến nghị một số lưu ý khi xây dựng hầm qua khu vực địa chất này. Chương 3. Sự làm việc của hầm trong môi trường đất Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của đất để từ đó xác định được cơ chế tác dụng của áp lực địa tầng lên công trình ngầm. Từ đó cũng thấy được ứng xử của đất - kết cấu tùy theo loại đất sẽ quyết định hình dáng, kích thước hầm. Ngoài ra việc xác định các tổ hợp tải trọng cũng có ý nghĩa quan trọng đảm bảo công trình ổn định và an toàn trong quá trình thi công và khai thác. Chương 4. Các phương pháp tính toán công trình hầm. Nghiên cứu các phương pháp tính toán công trình ngầm theo các phương pháp chính là phương pháp lực, phương pháp biến dạng, phương pháp phần tử hữu hạn, … Từ đó rút ra phương pháp tính và mô hình tính toán hợp lý với điều kiện địa chất yếu để áp dụng cho phù hợp. Chương 5. Phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với điều kiện của khu vực nghiên cứu Với địa chất yếu, không có điều kiện đào hở thì phương pháp đào kín bằng khiên đào là phù hợp nhất. Chương này tìm hiểu kỹ về phương pháp khiên đào từ khi phát minh cho đến nay, từ đơn giản đến phức tạp. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các loại khiên đào hiện đại như phương pháp khiên cân bằng áp lực đất, khiên cân bằng áp lực vữa, khiên bọt khí, khiên đa mặt, khiên nhiều trục, khiên mặt cắt tự do, khiên hình cầu… cùng với đặc điểm cũng như phạm vi áp dụng thích hợp của chúng để có thể áp dụng vào từng điều kiện cụ thể hợp lý nhất. Sự đa dạng của khiên cho phép giải quyết các vấn đề thi công hầm gần như không hạn chế. Chương 6. Một số vấn đề cần giải quyết khi xây dựng công trình hầm trong điều kiện đô thị thành phố Hồ Chí Minh Do công trình ngầm đi qua khu vực địa chất yếu trong điều kiện đô thị đông đúc nên để đảm bảo thi công và khai thác an toàn cho công trình ngầm cũng như các công trình lân cận thì cần phải giải quyết một số bài toán thực tế. Các bài toán cơ bản đặt ra la các bài toán tìm chiều sâu đặt hầm hợp lý, tính toán ảnh hưởng của hầm đến các công trình ngầm cũng như các công trình trên mặt đất lân cận. Từ đó xác định được phạm vi an toàn và mức độ ảnh hưởng lên các công trình để có các biện pháp xử lý thích hợp. Chương 7. Kết luận và kiến nghị MỤC LỤC Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM, CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .................................................................................. 3 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM ............................................... 3 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM ............... 9 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM.................. 9 1.3.1 Phương pháp mỏ (phương pháp khoan nổ) ..................................... 10 1.3.2 Phương pháp dùng máy đào các loại thích hợp với thi công đường hầm trên núi, thi công đường hầm nông và trong đất mềm............................. 11 1.3.3 Phương pháp đào lộ thiên là phương pháp thi công đường hầm nông và trong đất mềm ........................................................................................... 11 1.3.4 Phương pháp tường liên tục dưới đất thi công hầm trong đất mềm yếu ........................................................................................................ 11 1.3.5 Phương pháp khiên.......................................................................... 11 1.3.6 Phương pháp hạ chìm...................................................................... 11 1.3.7 Đánh giá và đề xuất phương án....................................................... 12 1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG ĐÔ THỊ KHU VỰC TP.HCM................................................................................13 1.4.1 Bối cảnh .......................................................................................... 13 1.4.2 Đặc điểm công trình ngầm đô thị..................................................... 13 Chương 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP.HCM ............................ 16 2.1 Thống kê số liệu địa chất ..........................................................................16 2.2 Đặc điểm địa chất .....................................................................................17 2.3 Lựa chọn các thông số đặc trưng dùng tính toán .......................................24 2.4 Một số lưu ý .............................................................................................25 2.4.1 Cát có thể chảy lỏng........................................................................ 25 2.4.2 Khả năng ăn mòn bê tông của nước ngầm....................................... 25 Chương 3. SỰ LÀM VIỆC CỦA HẦM TRONG ........................................... 26 MÔI TRƯỜNG ĐẤT.......................................................................................... 26 3.1 Các đặc tính cơ bản của đất ......................................................................26 3.1.1 Đất đá và các tính chất cơ bản của nền đất yếu............................... 26 3.1.1.1 Biến dạng của đất đá ................................................................... 26 3.1.1.2 Độ bền của đất đá........................................................................ 27 3.1.1.3 Tính lưu biến của đất đá .............................................................. 29 3.1.1.4 Hệ số kiên cố ............................................................................... 30 3.1.2 Nền đất yếu ..................................................................................... 32 3.1.2.1 Các tính chất của nền đất yếu ...................................................... 32 3.2 Điều kiện địa chất, thuỷ văn ảnh hưởng đến công trình ngầm...................33 3.3 Áp lực địa tầng lên công trình ngầm.........................................................34 3.4 Ứng xử đất – kết cấu của đất xung quanh đường hầm...............................36 3.4.1 Sự phân bố ứng suất trong đất nền xung quanh hầm ....................... 36 3.4.2 Các phương pháp xác định áp lực địa tầng...................................... 41 3.4.2.1 Tính toán áp lực địa tầng theo quan điểm môi trường phân tán ... 42 3.4.2.2 Tính toán áp lực ngang ................................................................ 48 3.4.2.3 Tính toán phản lực đáy hầm......................................................... 49 3.5 Tải trọng tác dụng lên đường hầm ............................................................51 Chương 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN........................................... 53 CÔNG TRÌNH NGẦM....................................................................................... 53 4.1 Các phương pháp lực ...............................................................................53 4.1.1 Phương pháp SN.Naumov................................................................ 53 4.1.2 Phương pháp G.G. Zurabov ............................................................ 53 4.1.3 Phương pháp thay thế bằng hệ thanh .............................................. 54 4.1.4 Phương pháp S.A. Orlov.................................................................. 54 4.1.5 Phương pháp S.S. Đavưđov ............................................................. 54 4.1.6 Phương pháp I.A. Malikova............................................................. 55 4.2 Các phương pháp biến dạng ....................................................................55 4.2.1 Phương pháp Ya. Bialer .................................................................. 56 4.2.2 Phương pháp K.V.Ruppenneyt,V.A. Lutkin, A.N. Dranovxki ............ 56 4.2.3 Phương pháp B.G. Galerkin ............................................................ 56 4.2.4 Phương pháp M.M. Protodiakonov.................................................. 56 4.3 Phương pháp phần tử hữu hạn .................................................................57 4.3.1 Khái niệm chung về phương pháp PTHH ........................................ 57 4.3.2 Phương pháp PTHH trong tính toán công trình ngầm ..................... 59 4.3.2.1 Các mô hình tính.......................................................................... 59 4.3.2.2 Các dạng phần tử......................................................................... 59 4.3.2.3 Nguyên tắc chia lưới phần tử ....................................................... 67 4.3.2.4 Các dạng mô hình nền ................................................................. 68 4.3.3 Giới thiệu một số phần mềm tính toán sử dụng phương pháp PTHH 71 4.4 Phương pháp phần tử rời rạc.....................................................................71 4.5 Các phương pháp tính toán thiết kế đường hầm phù hợp đối với địa chất mềm yếu...................................................................................................72 4.5.1 Tính toán kết cấu hầm theo phương pháp thay thế bằng hệ thanh.... 73 4.5.2 Tính toán kết cấu công trình hầm dạng vòm hình yên ngựa ............. 76 4.5.3 Tính toán kết cấu công trình hầm dạng tròn .................................... 77 Chương 5. PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................... 79 5.1 Các phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với khu vực địa chất mềm yếu...................................................................................................79 5.2 Biện pháp thi công hầm bằng phương pháp khiên đào ..............................80 5.2.1 Lịch sử phát triển hầm theo phương pháp khiên (shield) ................. 80 5.2.2 Cấu tạo, phân loại khiên đào........................................................... 86 5.2.2.1 Cấu tạo của khiên ........................................................................ 86 5.2.2.2 Phân loại khiên............................................................................ 90 5.2.2.3 Căn cứ chọn loại khiên ................................................................ 92 5.2.3 Nguyên lý cơ bản của thi công hầm bằng khiên đào ........................ 93 5.2.3.2 Máy đào và phương pháp thi công khiên cân bằng áp lực đất (Earth Pressure Balanced Shield – EPB Shield).................................................... 95 5.2.3.3 Máy đào và phương pháp thi công khiên dung dịch vữa (Slurry Shield) .................................................................................................... 97 5.2.4 Các phương pháp mới thi công bằng khiên đào..............................100 5.2.4.1 Phương pháp khiên đa mặt MF (Multi Face) .............................100 5.2.4.2 Phương pháp khiên nhiều trục lệch tâm DPLEX (Developing Parallel Link EXcavating shield Method)..................................................102 5.2.4.3 Phương pháp khiên mặt cắt tự do................................................104 5.2.4.4 Phương pháp khiên hình cầu.......................................................106 5.2.4.5 Phương pháp khiên MSD (Mechanical Shield Docking)..............109 5.2.4.6 Phương pháp khiên MMST (Multi Micro Shield Tunnel).............110 5.2.4.7 Phương pháp khiên bọt khí .........................................................111 5.2.4.8 Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield)........................113 5.2.4.9 Phương pháp khiên DOT (Double O Tube).................................114 5.2.4.10 Phương pháp khiên H & V .........................................................115 5.2.4.11 Phương pháp khiên mở rộng cục bộ ...........................................118 5.2.5 Ưu khuyết điểm của biện pháp thi công hầm bằng khiên đào..........119 5.2.5.1 Ưu điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên.........119 5.2.5.2 Khuyết điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên...120 Chương 6. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG ĐIỀU KIỆN TP. HỒ CHÍ MINH ......121 6.1 Tính toán đường hầm có xét ảnh hưởng của các công trình lân cận ........121 6.1.1 Cấu tạo đường hầm trong đất yếu ..................................................121 6.1.1.1 Bố trí chung của đường hầm ......................................................121 6.1.1.2 Mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu ..............................122 6.1.1.3 Kích thước mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu ............122 6.1.2 Bài toán 1: Xác định độ sâu đặt hầm hợp lý ...................................125 6.1.3 Bài toán 2: Ảnh hưởng của 2 đường hầm lân cận nhau ..................130 6.1.3.1 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương ngang ..................130 6.1.3.2 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương đứng....................134 6.1.4 Bài toán 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của công trình trên mặt đất xuống công trình ngầm............................................................................................138 Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................143 7.1 Kết luận..................................................................................................143 7.2 Kiến nghị................................................................................................144 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại hầm ở Việt Nam theo tiêu chí kiểu/loại hầm............................. 5 Bảng 2.1 Đặc tính địa chất công trình của lớp A ................................................... 18 Bảng 2.2 Đặc tính địa chất công trình của lớp B ................................................... 19 Bảng 2.3 Đặc tính địa chất công trình của lớp C ................................................... 20 Bảng 2.4 Đặc tính địa chất công trình của lớp D ................................................... 22 Bảng 2.5 Đặc tính địa chất công trình của lớp E.................................................... 23 Bảng 3.1 Phân loại đất đá theo M.M.PROTODIAKONOV .................................. 31 Bảng 3.2 Bảng tra hệ số ứng suất tập trung .......................................................... 40 Bảng 3.3 Bảng phân loại tải trọng tác dụng lên hầm.............................................. 51 Bảng 5.1 Một số đường hầm xây dựng trên thế giới bằng phương pháp khiên đào 85 Bảng 5.2 Bảng phân loại khiên áp dụng trong các địa tầng thích ứng.................... 91 Bảng 6.1 Bảng quan hệ hệ số kiên cố – bề dày vòm .............................................123 Bảng 6.2 Thông số đất nền...................................................................................124 Bảng 6.3 Thông số vật liệu vỏ hầm ......................................................................125 Bảng 6.4 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm theo chiều sâu chôn hầm ............................................................................................................................127 Bảng 6.5 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 ...........................................................................................131 Bảng 6.6 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 ...........................................................................................135 Bảng 6.7 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị theo khoảng cách B..........................140 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh)........................................................... 6 Hình 1.2 Metro Columbia Heights (Mỹ) ................................................................. 6 Hình 1.3 Đường hầm The Second Heinenoord ........................................................ 7 Hình 1.4 Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân (Việt Nam)............................................ 7 Hình 1.5 Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A (Việt Nam) ...................................... 8 Hình 1.6 Hầm treo nổi trong nước........................................................................... 8 Hình 2.1 Bình đồ tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên...........................................16 Hình 2.2 Bình đồ tuyến Đại lộ Đông - Tây.............................................................17 Hình 2.3 Bản đồ địa chất khu vực Tp.HCM ...........................................................24 Hình 3.1 Vòng tròn Mohr.......................................................................................28 Hình 3.2 Biến dạng của đất đá theo thời gian. ........................................................29 Hình 3.3 Sự phân bố ứng suất đất đá xung quanh hầm ...........................................37 Hình 3.4 Áp lực thẳng đứng trường hợp đào thẳng đứng........................................43 Hình 3.5 Áp lực thẳng đứng trường hợp đào thành nghiêng ...................................44 Hình 3.6 Vòm cân bằng áp lực...............................................................................46 Hình 3.7 Sơ đồ xác định kích thước vòm cân bằng.................................................46 Hình 3.8 Sơ đồ xác định áp lực thẳng đứng và áp lực ngang ..................................48 Hình 3.9 Sơ đồ xác định áp lực đẩy trồi .................................................................50 Hình 3.10 Sự phân bố áp lực đáy ...........................................................................50 Hình 4.1 Sơ đồ tính toán kết cấu ngầm dạng vòm hình yên ngựa ...........................54 Hình 4.2 Phần tử thanh 2 nút..................................................................................60 Hình 4.3 Phần tử thanh 3 nút..................................................................................60 Hình 4.4 Phần tử dầm 2 nút....................................................................................60 Hình 4.5 Phần tử dầm 3 nút....................................................................................60 Hình 4.6 Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại 1............................................63 Hình 4.7 Phần tử tam giác biến dạng tuyến tính loại 2............................................63 Hình 4.8 Phần tử tam giác biến dạng khối loại 1 ....................................................63 Hình 4.9 Phần tử tam giác biến dạng khối loại 2 ....................................................63 Hình 4.10 Phần tử tứ giác biến dạng tuyến tính......................................................64 Hình 4.11 Phần tử tứ giác biến dạng khối...............................................................64 Hình 4.12 Phần tử khối biến dạng tuyến tính loại 1................................................64 Hình 4.13 Phần tử khối biến dạng tuyến tính loại 2................................................64 Hình 4.14 Mô hình phần tử tiếp xúc phẳng của Goodman......................................65 Hình 4.15 Mô hình phần tử tiếp xúc không gian của Goodman ..............................66 Hình 4.16 Quan hệ ƯS-BD của mô hình đàn dẻo lý tưởng.....................................69 Hình 4.17 Tính toán hầm theo phương pháp thay thế bằng hệ thanh ......................74 Hình 4.18 Sơ đồ tính toán kết cấu ngầm dạng vòm hình yên ngựa .........................76 Hình 4.19 Sơ đồ chịu lực và hệ cơ bản để tính hầm dạng hình tròn ........................77 Hình 5.1 Khiên bản quyền của Brunel (1860) ........................................................80 Hình 5.2 Phương pháp khiên đào áp dụng cho hầm qua sông Thames (Anh) .........81 Hình 5.3 Kết cấu khiên dùng vữa của Greathead....................................................82 Hình 5.4 Kết cấu khiên vữa Haag (1896) ...............................................................83 Hình 5.5 Khiên cân bằng áp lực đất của công ty Sato Kogyo Nhật Bản..................83 Hình 5.6 Sơ đồ cấu tạo cơ bản của khiên................................................................86 Hình 5.7 Vành miệng cắt .......................................................................................87 Hình 5.8 Thiết bị bịt kín sau đuôi khiên .................................................................88 Hình 5.9 Thiết bị bịt kín 3 cấp sau đuôi khiên ........................................................88 Hình 5.10 Máy lắp ráp hình vành tròn....................................................................89 Hình 5.11 Máy hình tròn xoay ...............................................................................89 Hình 5.12 Phương pháp thi công hầm bằng khiên đào............................................93 Hình 5.13 Một giếng đứng để thi công hầm bằng khiên ở Barcelona......................94 Hình 5.14 Hình 5.9. Công nghệ thi công đường hầm trong nền đất yếu..................94 Hình 5.15 Sơ đồ hệ thống thi công bằng khiên cân bằng áp lực đất ........................95 Hình 5.16 Sơ đồ cấu tạo của khiên cân bằng áp lực đất ..........................................95 Hình 5.17 Sơ đồ cấu tạo của khiên cân bằng áp lực đất (3D)..................................95 Hình 5.18 Sơ đồ cấu tạo của khiên dung dịch vữa ..................................................97 Hình 5.19 Sơ đồ hệ thống thi công bằng khiên dung dịch vữa................................99 Hình 5.20 Khiên MF............................................................................................101 Hình 5.21 Đường hầm Kyobashi..........................................................................101 Hình 5.22 Nhà ga Osaka Business Park ...............................................................102 Hình 5.23 Sơ đồ nguyên lý khiên nhiều trục lệch tâm ..........................................102 Hình 5.24 Khiên DPLEX hình chữ nhật 3.98x4.38m ...........................................103 Hình 5.25 Khiên DPLEX hình ovan, D=3.48m ....................................................103 Hình 5.26 Cấu tạo chung khiên mặt cắt tự do.......................................................104 Hình 5.27 Các hình dạng mặt cắt ngang hầm thi công bằng khiên mặt cắt tự do ..104 Hình 5.28 Khiên mặt cắt tự do .............................................................................105 Hình 5.29 Mặt cắt ngang đường hầm được thi công bằng khiên trên ....................105 Hình 5.30 Cấu tạo chung khiên hình cầu..............................................................106 Hình 5.31 Sơ đồ làm việc của khiên hình cầu đào liên tục kiểu dọc – ngang ........107 Hình 5.32 Khiên hình cầu đào cự ly dài có đường kính 9.45m .............................108 Hình 5.33 Sơ họa khiên MSD ..............................................................................109 Hình 5.34 Khiên MSD có đường kính 4.1m, tổng chiều dài 1515m (707m + 808m), loại khiên dung dịch bùn. .....................................................................................110 Hình 5.35 Khiên MMST ......................................................................................111 Hình 5.36 Khiên bọt khí.......................................................................................112 Hình 5.37 Cấu tạo khiên bọt khí...........................................................................113 Hình 5.38 Sơ đồ cấu tạo khiên CPS .....................................................................114 Hình 5.39 Khiên DOT..........................................................................................115 Hình 5.40 Sơ đồ nguyên lý khiên H&V ...............................................................116 Hình 5.41 Khiên H&V.........................................................................................117 Hình 5.42 Sơ đồ nguyên lý thi công mở rộng cục bộ............................................118 Hình 5.43 Thi công đường hầm theo phương pháp khiên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện tự nhiên ................................................................................................119 Hình 5.44 Hầm theo phương pháp khiên có thể bảo vệ tự nhiên trên mặt đất .......119 Hình 6.1 Mặt cắt ngang điển hình vỏ hầm............................................................124 Hình 6.2 Sơ đồ khối tính toán kết cấu vỏ hầm......................................................126 Hình 6.3 Mô hình bài toán hầm đơn trong Plaxis ................................................126 Hình 6.4 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – lực dọc Nmax ............................127 Hình 6.5 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – moment Mmax ..........................128 Hình 6.6 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – chuyển vị...................................128 Hình 6.7 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương ngang trong Plaxis ...................130 Hình 6.8 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – Chuyển vị.................132 Hình 6.9 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – moment Mmax.........132 Hình 6.10 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – chuyển vị................132 Hình 6.11 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương đứng trong Plaxis ...................134 Hình 6.12 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm đứng h – Chuyển vị .................136 Hình 6.13 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – moment Mmax......................136 Hình 6.14 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – chuyển vị ..............................136 Hình 6.15 Các điểm chảy dẻo trong nền tương ứng h=12m & h=15m..................138 Hình 6.16 Mô hình bài toán trong Plaxis với B=10m ........_.....................................139 Hình 6.17 Biến dạng sau cùng của hầm, đất nền và nhà với B=10m.....................140 Hình 6.18 Biểu đồ chuyển vị tại các vị trí ứng với khoảng cách B .......................141 - 1 - GIỚI THIỆU CHUNG I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN 1. NHIỆM VỤ : Từ đầu thế kỷ 19 đến nay, song song với việc đô thị hóa, khối lượng xây dựng nhà ở và công trình công cộng ngày càng tăng, sự liên tục phát triển mạng lưới giao thông đường bộ, sự hình thành các công trình và cụm công trình công nghiệp mới, các xí nghiệp… đang yêu cầu đô thị dành riêng cho những khu đất lớn. Những khu đất đó, đặc biệt tại những khu trung tâm nhằm đô thị, ngày càng khan hiếm. Việc phát triển và sử dụng các không gian trên cao và không gian ngầm nhằm tăng quỹ không gian đô thị, nâng cao năng lực lưu thông và vận chuyển hàng hóa, hành khách… là một tất yếu khách quan. Việc xây dựng công trình ngầm phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất và địa hình của khu vực xây dựng nên việc áp dụng các biện pháp thi công cũng như tính toán mang tính khu vực. Để có phương pháp tính toán và biện pháp thi công phù hợp nhất với khu vực xây dựng thì cần phải có các nghiên cứu cụ thể. Do đó việc nghiên cứu cách tính toán và biện pháp thi công phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất là một việc làm cần thiết. Theo số liệu thống kê năm 2005 [10], thành phố Hồ Chí Minh với diện tích 2095 km2 và dân số là 6.239.938 người hiện là thành phố lớn nhất cả nước. Mật độ dân số của thành phố hiện nay là 2.920 người/km2. Trung bình từ năm 1999 đến 2004, tốc độ tăng dân số bình quân tại thành phố là 3,6%, cao hơn gần gấp 2 lần so với tỉ lệ tăng dân số tự nhiên của cả nước. Thông thường thành phố từ 1 triệu dân trở lên là đã yêu cầu cần có giao thông ngầm. Với quy mô thành phố như hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao thông ngầm là thực sự cần thiết và cấp bách. Địa chất tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh là địa chất yếu có chiều dày khá lớn, ngoài ra còn có đặc điểm địa hình, nền móng công trình đặc thù. Do đó việc nghiên cứu để có phương pháp tính toán và biện pháp thi công phù hợp là việc làm hết sức cần thiết. Nghiên cứu sẽ góp phần làm chính xác hóa các tính toán phù hợp với điều kiện thực - 2 - tế và giảm thiểu chi phí xây dựng công trình, giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình thi công và khai thác là một yếu tố rất quan trọng trong việc xây dựng công trình ngầm. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Do đó việc “Nghiên cứu tính toán và biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực Tp.HCM” cũng chính là nội dung của luận văn tốt nghiệp thạc sỹ này. 2. NỘI DUNG LUẬN VĂN : Chương 1. Tổng quan về công trình ngầm, các biện pháp thi công công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam Chương 2. Đặc điểm địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Chương 3. Sự làm việc của hầm trong môi trường đất. Chương 4. Các phương pháp tính toán công trình hầm. Chương 5. Các phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với điều kiện của khu vực nghiên cứu Chương 6. Một số vấn đề cần giải quyết khi xây dựng công trình hầm trong điều kiện đô thị thành phố Hồ Chí Minh Chương 7. Kết luận và kiến nghị - 3 - Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM, CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM Hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển. Hiện nay việc sử dụng công trình hầm rất phổ biến trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, tuỳ theo mục đích sử dụng, phạm vi và phương pháp xây dựng ta có những loại hầm thích hợp. Thời thượng cổ con người đã biết đào các hầm ngầm đặc biệt để khai thác quặng mỏ và than đá. Người La Mã đã xây dựng các đường hầm ngầm thủy lợi đến nay vẫn còn tốt. Gắn liền với sự phát triển, của thiết bị và phương tiện sản xuất, con đường hầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas qua kênh đào Midi dài 173m được xây dựng ở Pháp vào năm 1679 – 1681. Đường hầm càng phát triển khi vận chuyển đường sắt càng phát triển để vượt qua các chướng ngại vật như núi, đèo... Vào thế kỉ XX ở các thủ đô lớn trên thế giới đã xây dựng mạng lưới tàu điện ngầm đô thị hiện đại, đặc biệt là ở Maxcơva. Một số đường hầm tiêu biểu trên thế giới qua các thời kỳ như sau: · Năm 1826–1830 xây dựng đường hầm đường sắt dài 119m ở Anh. · Năm 1935 xây dựng đường tàu điện ngầm ở Matxocova. · Năm 1857–1871 xây dựng đường hầm Monxenis dài 12.8km nối Pháp và Ý · Năm 1872 – 1882 đường hầm Xen–Gotan dài 14482m nối Ý với Thụy Sỹ. · Đường hầm ôtô dài nhất là Xen-gatarskui l = 16320 xây dựng xong 1980. · Năm 1982 ở Nhật xây dựng xong đường hầm Dai –Shimizu dài 22 km. · Năm 1988, sau 20 năm, xây dựng đã hoàn thành con đường hầm đường sắt Sei-kan dưới biển nối liền hai hòn đảo ở Nhật dài 53,85 km trong đó 23,3 km nằm cách dưới đáy biển 100m, đây là con đường hầm dài nhất thế giới hiện nay. - 4 - · Đến tháng 1-1988 chiều dài đường hầm Matxcơva là 224 km với 135 ga (bến). Năm 2005, hệ thống xe điện ngầm của Nga kỷ niệm 70 năm thành lập với 276km đường hầm và 170 nhà ga. Hệ thống này phục vụ đến 9 triệu lượt người/ngày. · Năm 1991 nước Anh và nước Pháp xây dựng đường hầm xuyên qua eo biển Manche nối liền nước Anh và nước Pháp mang tên Euro Tunnel dài 50km (trong đó có 37,5km nằm sâu cách mặt nước biển khoảng 100m) hoàn thành năm 1994. Công trình được đánh giá là kỳ quan kỹ thuật ngầm giữa Anh và Pháp. · Năm 1995 trung Quốc đã xây dựng hầm đường bộ Tần Lĩnh dài 19,45km đã tạo một bước đột phá mới về kĩ thuật xây dựng đường hầm. Tại Việt nam, trước Cách mạng Tháng Tám 1945, năm 1930 có xây dựng hầm giao thông thủy Rú Cóc (ở xã Nam Sơn huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ An), hầm ngầm xuyên qua núi giúp cho thuyền bè đi lại từ phía thượng lưu sang hạ lưu sông Lam để tránh đi qua đập nước Đô Lương. Ngành đường sắt có một số hầm ngầm ở miền Trung, điển hình là hầm Phước Tượng trên đèo Hải Vân thuộc Thừa Thiên Huế. Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hầm được xây dựng nhiều song chủ yếu là hầm ngắn, nhằm phục vụ quốc phòng làm kho tàng, công sự… Sau ngày thống nhất đất nước 1975, đầu tiên xây dựng hầm Dốc Xây trên QL1A ở phía Nam tỉnh Ninh Bình dài khoảng 100m. Tháng 5/2002 Việt Nam đã khánh thành hầm Aroàng I trên đường Hồ Chí Minh dài 453m và tiếp tục xây dựng hầm Aroàng II. Hầm đường bộ đèo Hải Vân khẩu độ 12,85m cao 11m dài hơn 6,7km khánh thành vào ngày 02/06/2005 là một trong những dự án giao thông quan trọng áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến của nước ta trong công cuộc xây dựng đất nước. Khi hầm xây dựng xong đã rút ngắn thời gian qua đèo từ 1 giờ xuống còn 15 phút. - 5 - Hầm Thủ Thiêm nối quận 1 và quận 2 của Tp.HCM đang được xây dựng có các thông số sau : Chiều dài của hầm là 1.490m, gồm phần dìm dài 370m, phần hầm đào lấp 680m và đường dẫn hai đầu hầm 540m. Tiết diện hữu dụng của hầm đủ để bố trí sáu làn xe và hai đường thoát hiểm hai bên rộng 2x2m cùng các thiết bị thông tin liên lạc, thông gió, chiếu sáng, thoát nước... đảm bảo an toàn cho các phương tiện xe cơ giới, kể cả xe gắn máy lưu thông theo tốc độ thiết kế. Cho đến nay, Việt Nam có khoảng 52 hầm giao thông được xây dựng trong thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 theo các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của Pháp, Nga, Trung Quốc, Áo ứng với mỗi thời kỳ khác nhau [7]: Bảng 1.1 Phân loại hầm ở Việt Nam theo tiêu chí kiểu/loại hầm Phân loại theo chiều dài Phân loại theo số lượng Loại hầm Chiều dài (m) Tỉ lệ % Số lượng Tỷ lệ % Hầm đường bộ 7625.00 38.97 5 9.62 Hầm đường sắt 11507.28 58.81 41 78.85 Hầm người đi 434.00 2.22 6 11.54 Tổng cộng 19566.28 100.00 52 100.00 Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật và sự ra đời các công nghệ thi công hầm mới, hiện đại, trong tương lai không xa hầm và công trình ngầm ở nước ta sẽ có bước phát triển mới rất to lớn khi các tuyến đường giao thông phải đi vào các vùng đồi núi hiểm trở hoặc vùng đô thị lớn. Một số hình ảnh đường hầm trến thế giới và tại Việt Nam với những công dụng khác nhau: - 6 - Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh) Hình 1.2 Metro Columbia Heights (Mỹ) - 7 - Hình 1.3 Đường hầm The Second Heinenoord Hình 1.4 Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân (Việt Nam) - 8 - Hầm cho người đi bộ và xe máy trên Quốc lộ 1A đoạn An Sương – An Lạc: Hình 1.5 Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A (Việt Nam) Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hiện nay gần như chưa xảy ra trường hợp nào do ảnh hưởng của điều kiện địa chất mà dẫn đến khả năng không thể xây dựng được đường hầm và có thể nói là không hạn chế. Đường hầm được xây dựng trong những điều kiện địa chất, địa hình khó khăn. Thực tế nhiều tuyến đường hầm giao thông trên thế giới đã đi xuyên qua lòng sông, đáy biển là những nơi ẩn chứa điều kiện địa chất phức tạp, thậm chí có những đường hầm được treo trong nước. Hình 1.6 Hầm treo nổi trong nước - 9 - 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM Do tính chất nằm sâu trong lòng đất nên kết cấu công trình ngầm chịu lực tương đối phức tạp. Nội lực trong vỏ hầm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: tính chất của đất đá, cấu tạo địa tầng, hình dạng và kích thước vỏ hầm, phương pháp thi công cũng như đặc điểm sử dụng công trình ngầm. Về cơ bản có 2 phương pháp tính toán công trình ngầm là theo phương pháp lực và phương pháp biến dạng. Các phương pháp lực sử dụng các giả thiết về nền biến dạng cục bộ hay nền biến dạng tuyến tính làm cơ sở xác định chuyển vị của địa tầng trên vách hang, đưa về các sơ đồ tính toán của cơ học kết cấu. Các phương pháp lực có ý nghĩa thực nghiệm lớn, quá trình tính toán nói chung không quá phức tạp, đã được vận dụng nhiều trong thực tế. Phương pháp lực có một số tác giả như SN.Naumov, G.G. Zurabov, S.A. Orlov, S.S. Đavưđov, I.A. Malikova, phương pháp thay thế bằng hệ thanh của Viện thiết kế đường tàu điện ngầm Maxcơva… Phương pháp biến dạng tính toán kết cấu công trình ngầm giả thiết môi trường biến dạng liên tục, xem vỏ hầm là một vòng có bề dày nhỏ đặt trong chu vi lỗ khoét của địa tầng để xác định trạng thái ứng suất trong điều kiện cùng chịu lực của vỏ hầm và môi trường xung quanh, nghĩa là có xét đến tác dụng tương hỗ của khối địa tầng và vì chống. Trong quá trình tính đưa về các sơ đồ tính toán của lý thuyết đàn hồi. Phương pháp biến dạng có một số tác giả như Ya. Bialer, K.V.Ruppenneyt, V.A. Lutkin, A.N. Dranovxki, B.G. Galerkin, M.M. Protodiakonov, … 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM Thi công đường hầm là thuật ngữ gọi chung phương pháp thi công xây dựng, kĩ thuật thi công và quản lý thi công các đường hầm và công trình ngầm. Lựa chọn phương pháp thi công chủ yếu phải dựa vào điều kiện địa chất và địa chất thủy văn, kết hợp với mặt cắt đường hầm, kiểu vỏ, công năng sử dụng và trình độ kỹ thuật thi công… cùng một số nhân tố khác nghiên cứu cân nhắc, tổng hợp lại để quyết định. - 10 - Dựa vào tình hình tầng đất mà đường hầm xuyên qua và sự phát triển phương pháp thi công hầm hiện nay, phương pháp thi công hầm có thể được phân ra: 1.3.1 Phương pháp mỏ (phương pháp khoan nổ) : Phương pháp mỏ truyền thống và phương pháp Áo mới. Đây là phương pháp thi công đường hầm miền núi Phương pháp mỏ truyền thống là phương pháp phát triển lên trong thực tiễn thi công lâu dài của con người. Phương pháp này dùng cấu kiện gỗ hay thép làm che chống tạm thời, đợi cho đến khi đường hầm hình thành xong, dần dần đem hệ che chắn tạm thời bằng vỏ xây toàn khối có tính vĩnh cửu. Phương pháp thi công đường hầm mới của Áo (New Austrian Tunneling Method - NATM). Năm 1948, các nguyên lý của NATM đã được công bố do nhà bác học người Áo L.V.Rabcewicz đề xuất, nội dung là: với một che chống dẻo ban đầu sẽ đạt được một cân bằng mới. Việc ấy được kiểm soát bằng các đo đạc tại chỗ. Sau khi đã đạt được sự cân bằng mới thì một vòm bên trong sẽ được xây dựng. Vào những năm 1960, NATM, phương pháp làm hầm mới của Châu Âu đã được các kỹ sư hầm của Trung Quốc tiếp nhận và áp dụng. NATM đã trở thành một đề tài phổ biến trong việc xây dựng công trình ngầm ở Trung Quốc. Hầm đường sắt Seikan (Nhật Bản) là hầm dài nhất thế giới hoàn thành năm 1988, tổng chiều dài 53.8km, trong đó có 23.3km nằm cách dưới đáy biển 100m đã ứng dụng công nghệ này. Tại Việt Nam, hầm đường bộ đèo Hải Vân khẩu độ 12.85m cao 11m dài hơn 6.7km khánh thành vào ngày 02/06/2005 là một trong những dự án giao thông quan trọng áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến – Công nghệ NATM – lần đầu tiên được thực hiện tại Việt Nam. Sau khi hoàn thành đường hầm, không những tuyến QL1A được thông thương thuận lợi từ Bắc vào Nam, mà còn là công trình góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế miền Trung nói riêng, cả nước nói chung. Rút ngắn chiều dài vận chuyển trên đường đèo nguy hiểm từ 22 km xuống còn 12km, giảm ách tắc, tai nạn giao thông… - 11 - 1.3.2 Phương pháp dùng máy đào các loại thích hợp với thi công đường hầm trên núi, thi công đường hầm nông và trong đất mềm Vào những năm 1930 một số nước đã thi công hầm bằng máy đào. Tùy theo sự phát triển của kỹ thuật máy đào và tính năng ngày càng hoàn thiện của nó mà thi công bằng máy đào hầm đã được phát triển hiện đại. Ở Việt Nam đã dùng máy đào kết hợp nổ phá toàn tiết diện xây dựng hầm đường bộ qua đèo hải Vân dài 6.7km. 1.3.3 Phương pháp đào lộ thiên là phương pháp thi công đường hầm nông và trong đất mềm 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 lại như cũ 1.3.4 Phương pháp tường liên tục dưới đất thi công hầm trong đất mềm yếu Vào những năm 1950 xuất hiện tường bê tông cốt thép liên tục dưới đất. Loại tường này thay thế cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông cốt thép có tác dụng chắn đất, chịu lực và phòng nước, thích hợp cho việc xây dựng hầm nông, hầm đào hở. 1.3.5 Phương pháp khiên: Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất thích ứng với đường hầm thi công trong đất mềm yếu. Phương pháp khiên đào là phương pháp sử dụng kết cấu chống đỡ sử dụng trong việc đào hầm qua đất rất yếu hoặc lỏng để giữ ổn định trong suốt thời gian đào tuyến hầm với kết cấu chống đỡ bằng bê tông hoặc thép. Khiên đào là một kết cấu chống đỡ tạm thời trong khi đào hầm. 1.3.6 Phương pháp hạ chìm Việc phát triển kĩ thuật thi công đường hầm bằng hạ chìm xuống đáy nước đã cung cấp một phương pháp mới có hiệu quả để thi công đường hầm xuyên qua đất, - 12 - sông ngòi, eo biển. Các đoạn hầm được chế tạo sẵn trên đảo khô (xây dựng tạm thời tại địa điểm gần đường hầm). Các đoạn hầm được bịt kín tạm thời, sau đó vận chuyển nổi các đoạn hầm đó đến nơi quy định. Lúc đó tại vị trí quy định đã chế tạo sẵn một hố móng ở đáy nước. Đợi cho khi đoạn hầm được định vị xong, cho chất nước tăng tải trọng cho đường hầm để hạ chìm xuống vị trí thiết kế, nối liền đoạn ấy với những đoạn đã lắp trước, xử lý nền móng. Cuối cùng phủ đất đá đắp lại. Năm 1993, dưới sông Châu Giang ở Quảng Châu Trung Quốc đã xây dựng đường hầm đầu tiên bằng phương pháp hạ chìm. Ở Việt Nam hầm Thủ Thiêm dài 1490m trong đó có 371m thi công hạ chìm dưới sông Sài Gòn. Gồm 4 đốt hầm, mỗi đốt có dạng hộp đôi rộng 33.3m, cao 9m dài khoảng 90m nặng 36.000 tấn. Kĩ thuật thi công đường hầm chủ yếu nghiên cứu giải quyết các phương án và biện pháp kĩ thuật cần thiết cho các loại phương pháp thi công đường hầm nói trên (như phương án và biện pháp thi công đào, tiến sâu, che chắn, xây vỏ); biện pháp thi công khi đường hầm đi qua các vùng địa chất đặc biệt (như đất trương nở, hang động castơ, đất sụt, cát chảy, tầng đất có khí mêtan…); phương pháp và các phương thức thông gió, chống bụi, phòng khí độc, chiếu sáng, cung cấp điện nước và các phương pháp đo đạc, giám sát, khống chế đối với các thay đổi giới chất của hầm. Quản lý, thi công đường hầm chủ yếu giải quyết thiết kế tổ chức thi công (như lựa chọn phương án thi công, biện pháp kĩ thuật thi công, bố trí hiện trường, khống chế tiến độ, cung ứng vật liệu, lao động, máy móc…) và một số vấn đề khác như quản lý kĩ thuật, kế hoạch, chất lượng, kinh tế…. 1.3.7 Đánh giá và đề xuất phương án Theo đà phát triển kinh tế, khoa học kĩ thuật của thế kỉ 21 trên toàn thế giới, giao thông vận tải, thủy lợi, thủy điện, các công trình ngầm trong các thành phố lớn đề ra các yêu cầu ngày càng cao, càng phức tạp. Khi thi công công trình ngầm qua khu vực địa chất yếu, tùy theo điều kiện địa chất và địa hình cụ thể mà có biện pháp thi công thích hợp như phương pháp hạ dìm (immersed), phương pháp đào hở (cut - 13 - and cover method) và phương pháp khiên đào (shield method). Ngoài ra còn có một số phương pháp khác như phương pháp đào moi, phương pháp bán khiên đào (semi- shield)… Trong phạm vi đề tài này tập trung vào phương pháp khiên đào theo kinh nghiệm được cho là phương pháp phù hợp với địa chất yếu và ứng dụng thi công hầm qua đô thị trong điều kiện có xét đến các công trình lân cận. Giải pháp ứng dụng trong thi công hầm trên tiêu chí lựa chọn các chỉ tiêu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và an toàn cho công trình. 1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG ĐÔ THỊ KHU VỰC TP.HCM 1.4.1 Bối cảnh: Tương tự như những thành phố trung tâm khác ở Đông Nam Á, thành phố Hồ Chí Minh cần có một số giải pháp để đáp ứng sự đi lại của dân cư. Với sự gia tăng dân số và mức độ trẻ hóa ngày càng tăng; sự gia tăng nhu cầu đi lại; và sự hạn chế của diện tích đường bộ khi thành phố chỉ có 2.5% diện tích dành cho giao thông và chỉ 12% đường phố đủ bề rộng để đáp ứng cho sự lưu thông của xe buýt [8]. Do đó hệ thống mê trô với lộ giới riêng biệt là giải pháp duy nhất để giúp thành phố khỏi mất đi phần quan trọng những di sản bảo tồn văn hóa và những khu nhà đa dụng. Ngoài ra cũng góp phần làm giảm tối thiểu sự thiếu hụt mặt đường phố cho lưu thông cá nhân cũng như công cộng. Việc xây dựng hệ thống mê trô vào thời điểm này là cần thiết và cấp bách. 1.4.2 Đặc điểm công trình ngầm đô thị Công trình ngầm nói chung đều là công trình phục vụ một mục đích nào đó như giao thông, thủy lợi, cấp thoát nước,... Với công trình ngầm qua đô thị có những đặc điểm riêng so với công trình ngầm đi qua khu vực ngoài đô thị. Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán cũng như thi công công trình ngầm qua khu vực đô thị như: - 14 - Ø Về hướng tuyến : - Phải phù hợp với quy hoạch của đô thị về hướng tuyến, vị trí nhà ga... - Cần xem xét tránh các chướng ngại vật ngầm và cọc của các công trình bên trên hiện hữu. - Có chiều sâu không quá sâu để đảm bảo độ dốc và vị trí lên xuống của các nhà ga. Ø Về tính toán: - Ngoài các tải trọng thông thường là áp lực đất đá, tải khai thác, trọng lượng bản thân... trong tính toán cần xét đến các tải trọng của các công trình bên trên truyền xuống thông qua đất nền hoặc thông qua cọc của công trình bên trên. - Yêu cầu kỹ thuật về khả năng chịu lực, biến dạng cao hơn so với các khu vực khác ngoài đô thị. Ø Về biện pháp thi công: - Phải có biện pháp thi công phù hợp không làm ảnh hưởng đến các công trình bên trên. - Nếu thi công theo phương pháp đào mở (cut and cover) thì cũng phải có biện pháp gia cố hoặc chống đỡ mái dốc nền đào không ảnh hưởng đến các công trình lân cận. - Đảm bảo an toàn, vệ sinh, hạn chế không gây ô nhiễm môi trường. - Mặt bằng thi công bị hạn chế. Ø Về kinh tế, xã hội: - Ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. - Ảnh hưởng đến đời sống, kinh tế, xã hội của dân cư khu vực lân cận. Quá trình đô thị hoá tại Việt Nam phát triển nhanh chóng. Theo các số liệu điều tra, hiện tại, dân số trong các thành phố chiếm khoảng 30% tổng số dân cả nước và đến năm 2010 sẽ không dưới 50-60%. Tốc độ tăng trưởng GDP của thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2000-2005 là 11%/năm. Tốc độ tăng trưởng dân số trung bình là 3,6%. Với tốc độ phát triển và gia tăng dân số như vậy thì việc xây - 15 - dựng công trình ngầm nhằm thỏa mãn nhu cầu giao thông đô thị phù hợp với sự phát triển của thành phố và là một nhu cầu bức thiết. Khi xây dựng hầm trong điều kiện đô thị cần xem xét giải quyết một số vấn đề sau: - Xác định chiều sâu đặt hầm hợp lý: Tùy theo địa chất từng khu vực khác nhau mà tải trọng tác dụng lên công trình ngầm khác nhau. Với các chiều sâu đặt hầm khác nhau thì tải trọng tác dụng lên hầm là khác nhau dẫn đến kết cấu vỏ hầm khác nhau. Việc tìm ra chiều sâu đặt hầm hợp lý về kỹ thuật và kinh tế là bài toán cần thiết cần được giải quyết. - Xác định ảnh hưởng của các đường hầm lân cận nhau: Khi hệ thống giao thông ngầm phát triển, việc các đường hầm nằm gần nhau là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên khi xây dựng đường hầm sau sẽ có thể gây ra ảnh hưởng đến các đường hầm hiện hữu. Để khai thác đường hầm hiện hữu và thi công đường hầm mới an toàn thì cần xác định mức độ ảnh hưởng và phạm vi ảnh hưởng do việc xây dựng đường hầm mới gây ra cho các đường hầm hiện hữu như thế nào để có biện pháp phòng ngừa, xử lý phù hợp. - Xác định ảnh hưởng của việc xây dựng đường hầm đến các công trình trên mặt đất: Tại thành phố Hồ Chí Minh, các công trình xây dựng thấp tầng và các công trình trước đây được xây dựng trên móng nông hoặc móng có gia cố cừ tràm. Khi xây dựng hầm dưới các công trình dạng này có thể gây ảnh hưởng đến chúng. Việc xác định ảnh hưởng này rất có ý nghĩa và cần thiết để có biện pháp xử lý đối với các công trình bị ảnh hưởng tránh các tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra. - 16 - Chương 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP.HCM 2.1 Thống kê số liệu địa chất Trong khuôn khổ giới hạn thời gian và phạm vi luận văn thạc sĩ, tác giả thu thập các số liệu địa chất của khu vực thành phố Hồ Chí Minh thông qua các báo cáo khảo sát địa chất của một số dự án có số liệu thí nghiệm đầy đủ và có độ tin cậy cao để đưa vào nghiên cứu như : - Dự án nghiên cứu khả thi mê trô TPHCM do TEWET & Trung tâm Nghiên cứu Phát triển GTVT phía Nam thực hiện nghiên cứu 2 tuyến: [8] + Tuyến 1: Tham Lương – Bà Quẹo – CMT8 – Chợ Bến Thành + Tuyến 2: Chợ Bến Thành - Bến xe Miền Tây. - Dự án nghiên cứu khả thi tuyến mê trô Bến Thành – Suối Tiên do Công ty Cổ phần Tư vấn thiết kế GTVT phía Nam (TEDI South) thực hiện [9] Hình 2.1 Bình đồ tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên - Dự án Đại lộ Đông – Tây - 17 - Hình 2.2 Bình đồ tuyến Đại lộ Đông - Tây Ba dự án trên đã đi qua không đầy đủ nhưng cũng đã bao phủ hầu hết khu vực nội đô và ven đô của thành phố Hồ Chí Minh nên việc sử dụng địa chất của 3 dự án này cũng mang tính tổng quát chấp nhận được ở mức độ luận văn. 2.2 Đặc điểm địa chất Căn cứ vào thống kê số liệu địa chất ở các dự án trên (chi tiết xem Phụ lục 1), địa chất khu vực TPHCM có thể được chia thành 5 tầng khác nhau, kể đến độ sâu 50-60m: · Lớp A: sét rất mềm đến mềm và bùn (Holocene) · Lớp B: sét mềm đến dẻo cứng, á sét và á cát (Pleistocene thượng) · Lớp C: cát trạng thái chảy đến chặt vừa và cát bùn (Pleistocene thượng) · Lớp D: sét cứng đến rất cứng, sét và á sét (Pleistocene trung và thượng) · Lớp E: á cát chặt đến rất chặt, cát bùn và cát trộn lẫn bùn (Pleistocene trung và thượng) Tại hầu hết các nơi đã khảo sát thì các lớp trầm tích kế tiếp nhau dưới mặt đất của TPHCM được bao phủ bởi một lớp đất mặt phủ hoặc đất mượn dày từ 0,2 – 4m. - 18 - Lớp D và lớp E là những lớp có khả năng chịu lực tốt nhưng những lớp này không xuất hiện trong độ sâu từ 27-45m dưới mặt đất. Chỉ tiêu cụ thể các lớp đất như sau: Lớp A: Đất sét và á sét từ mềm cho đến rất mềm (Holocene) Tầng trên của địa tầng địa chất Tp.HCM được cấu tạo bởi một lớp sét béo, sét mịn, có hàm lượng hữu cơ cao, á sét đàn hồi và á sét giàu hữu cơ mềm đến rất mềm, màu xám, bên dưới là các thớ hoặc các lớp mỏng á cát, á cát mịn, cát hạt trung cũng như sỏi lẫn cát và á cát xen lẫn trong các lớp trầm tích. Trần của lớp A được tìm thấy có độ sâu từ 0,2 – 4m dưới mặt đất. Chiều dày lớp thay đổi từ 0,2 – 32,4m. Bề dày trung bình của lớp A là 8,6m Bảng 2.1 Đặc tính địa chất công trình của lớp A Kết quả Đặc tính cơ lý của đất Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt - sét (%) 6.5 88.9 34.28 - bùn (%) 18.0 72.8 36.9 - cát (%) 1.4 58.0 28.6 - cuội sỏi (%) 0 2.4 0.2 Tỷ trọng, g (kN/m3) 13.1 21.4 15.8 Dung trọng hạt, rs (kN/m3) 2.58 2.72 2.66 Hệ số rỗng, e 0.476 2.972 1.779 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15.8 109.7 63.4 Độ bão hoà nước, S (%) 83.3 99.9 92.8 Giới hạn chảy, WL (%) 17.4 101 56.1 Giới hạn dẻo, WP (%) 8.9 52.7 30.2 Chỉ số dẻo, IP (%) 8.5 42.6 26.7 Độ đồng nhất, Ic 0 0.188 0 Hệ số nén cải tiến, Cc/(1+e0) 0.18 0.25 0.22 Hệ số cố kết theo phương đứng, Cv (m2/a) 1.1 4.07 2.26 Thí nghiệm nén 3 trục (CU) - j’ (0) 1042 19000 50 - 19 - - c’ (MN/m2) 0.06 0.117 0.085 Hệ số thấm, k (cm/s) 2.1 x 10-8 5.66 x 10-8 2.1 x 10-8 Thí nghiệm xuyên động SPT (N30 búa/ft) 0 8 0.96 Bề dày (m) 0.3 32.4 8.6 Đặc tính cơ bản nhất của lớp A là độ ẩm tự nhiên của nó rất cao (63.4%) và độ dẻo lớn (30,2%) và khả năng bị nén. N30 giá trị lấy từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) có giá trị từ 0-8 nhưng phổ biến nhất là 0-2. Giá trị hệ số thấm k nhỏ cho thấy lớp A hầu như không thấm. Lóp B: Đất sét dẻo, á sét và á sét từ mềm dến rất cứng (Pleistocene thượng) - Bên dưới lớp A là lớp B có trạng thái từ mềm cho đến rất cứng hình thành từ sét gầy, sét béo, bùn sét và á cát. - Độ sâu trung bình của trần lớp B là 2,7m dưới mặt đất. Bề dày lớp thay đổi từ 1,7– 10,2m với bề sâu trung bình là 4,84m. - Giá trị SPT trung bình từ 7-12 búa, giá trị trung bình là 9,4 búa. Độ ẩm tự nhiên, độ dẻo, độ nén thấp rõ nét so với lớp A. - Hệ số thấm của lớp B cũng thấp, giá trị tương ứng vào khoảng 10-8cm/s. Bảng 2.2 Đặc tính địa chất công trình của lớp B Kết quả Đặc tính cơ lý của đất Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt - sét (%) 6.1 43.8 28.8 - bùn (%) 5.0 26.8 15.5 - cát (%) 29.2 85.0 55.5 - cuội sỏi (%) 0 13.4 2.1 Tỷ trọng, g (kN/m3) 17.1 21.5 20.0 Dung trọng hạt, rs (kN/m3) 2.63 2.74 2.68 Hệ số rỗng, e 0.419 1.136 0.633 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 14.5 48.0 21.58 Độ bão hoà nước, S (%) 88.1 98.1 93.8 - 20 - Giới hạn chảy, WL (%) 19.0 67.0 31.9 Giới hạn dẻo, WP (%) 12.0 27.0 16.7 Chỉ số dẻo, IP (%) 6.0 42.2 15.6 Độ đồng nhất, Ic 0 1.237 0.61 Hệ số nén cải tiến, Cc/(1+e0) 0.05 0.06 0.06 Hệ số cố kết theo phương đứng, Cv (m2/a) 8.0 10.3 9.15 Cường độ kháng nén 1 trục, qu (kPa) 25 153.1 91.67 Thí nghiệm nén 3 trục (CU) - j’ (0) 9013 28054 170 - c’ (MN/m2) 0.065 0.673 0.248 Hệ số thấm, k (cm/s) 9.17x10-8 1.68x10-7 5.44x10-8 Thí nghiệm xuyên động SPT (N30 búa/ft) 1 28 9.4 Bề dày (m) 1.7 10.2 4.84 Lớp C: Cát có độ chặt từ thấp đến trung bình và cát bùn (Pleistocene thượng) - Bên dưới lớp B là lớp trầm tích có độ chặt từ thấp đến vừa, màu hơi vàng có thành phần á cát, cát bùn, chủ yếu là cát hạt mịn và hạt trung. - Đỉnh lớp C nằm từ 3,5-33,9m dưới mặt đất. Độ sâu trung bình của đỉnh lớp là 9.1m. Bề dày lớp cát thay đổi từ 13,2-35,5m, bề dày trung bình là 26,9m. - Giá trị N30 thay đổi từ 2-50 nhưng phổ biến là từ 8-25 búa cho thấy là đất rời rạc đến chặt vừa. Giá trị trung bình của N30 là 16,6 búa. - Các lớp cát thuộc lớp C là lớp ngậm nước thứ nhất trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Bảng 2.3 Đặc tính địa chất công trình của lớp C Kết quả Đặc tính cơ lý của đất Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt - sét (%) 0 10.9 7.1 - bùn (%) 0 14.1 7.0 - cát (%) 71.3 94 82.2 - 21 - - cuội sỏi (%) 0 11.4 3.6 Tỷ trọng, g (kN/m3) 20.4 21.6 20.8 Dung trọng hạt, rs (kN/m3) 2.65 2.74 2.67 Hệ số rỗng, e 0.456 1.57 0.62 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15.6 24.6 18 Độ bão hoà nước, S (%) 40 99.6 79.5 Giới hạn chảy, WL (%) 19.4 20.6 20.14 Giới hạn dẻo, WP (%) 13.2 15.6 14.08 Chỉ số dẻo, IP (%) 5.6 6.6 6.07 Độ đồng nhất, Ic 0.51 0.63 0.57 Cường độ kháng nén 1 trục, qu (kPa) 46.7 109.6 72.4 Thí nghiệm nén 3 trục (CU) - j’ (0) 25020 34070 280 - c’ (MN/m2) 0.086 0.138 0.11 Thí nghiệm cắt trực tiếp - j’ (0) 14.7 40.2 29.7 - c’ (MN/m2) - - - Thí nghiệm xuyên động SPT (N30 búa/ft) 2 54 16.6 Bề dày (m) 13.2 35.5 26.9 Lớp D: Sét gầy từ rất cứng cho đến rắn (Pleistocene trung) - Nằm dưới lớp cát thuộc lớp C là lớp sét gầy và béo từ rất cứng cho đến rắn màu vàng đỏ và xám lốm đốm. Ở một vài tầng sét thấy có laterite, cát hạt mịn và hạt trung, túi cát… - Đỉnh của lớp D ở độ sâu 27,5-44,5m dưới mặt đất, độ sâu trung bình lớp là 33,9m. Lớp D có chiều dày từ 2,6-18,8m với độ dày trung bình là 12,6m. - Giá trị N30 thay đổi từ 9 đến trên 50 búa nhưng phổ biến là từ 22-40 búa cho thấy là đất trạng thái rất cứng đến rắn. Giá trị trung bình của N30 là 31,1 búa. Kết quả thí nghiệm độ thấm cho thấy lớp này về cơ bản là không thấm. - 22 - Bảng 2.4 Đặc tính địa chất công trình của lớp D Kết quả Đặc tính cơ lý của đất Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt - sét (%) 14.7 63.7 38.40 - bùn (%) 10.3 45.5 30.53 - cát (%) 20 49 30.96 - cuội sỏi (%) 0.1 5.9 0.34 Tỷ trọng, g (kN/m3) 19.2 21.3 20.4 Dung trọng hạt, rs (kN/m3) 2.67 2.75 2.71 Hệ số rỗng, e 0.47 0.83 0.63 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15.9 28.8 21.9 Độ bão hoà nước, S (%) 81.0 98.0 92.0 Giới hạn chảy, WL (%) 24.6 56.7 42.7 Giới hạn dẻo, WP (%) 12.6 33 21.6 Chỉ số dẻo, IP (%) 9.0 53.53 20.86 Độ đồng nhất, Ic 0.73 1.43 0.95 Hệ số nén cải tiến, Cc/(1+e0) 0.06 0.08 0.07 Hệ số cố kết theo phương đứng, Cv (m2/a) 2.02 11.8 5.82 Cường độ kháng nén 1 trục, qu (kPa) 51.2 544.2 190.1 Thí nghiệm nén 3 trục (CU) - j’ (0) 10040 25000 160 - c’ (MN/m2) 0.095 0.653 0.388 Hệ số thấm, k (cm/s) 1.12x10-8 2.03x10-8 1.57x10._.m A là điểm đáy vỏ hầm, có chuyển vị theo phương ngang gần như bằng 0 vì đây là bài toán đối xứng. Chuyển vị theo phương đứng của điểm A đều có giá trị dương, nghĩa là điểm A chuyển vị nổi lên. Với chiều cao đắp càng nhỏ thì giá trị chuyển vị tại A càng lớn: Lý do là hầm bị đẩy nổi. Tại H=6m, U_Ay = 122.34mm. Chiều sâu chôn hầm càng lớn thì chuyển vị - 129 - càng nhỏ do địa chất của lớp đất phía dưới tốt hơn. Khi hầm đặt sâu từ 10m trở lên thì chuyển vị tại điểm A thay đổi rất ít trong khoảng 3-4cm. · Tại điểm B, là điểm trên vỏ hầm ở vị trí cao ngang tim hầm, vỏ hầm bị biến dạng theo phương ngang chủ yếu do sự chênh lệch áp lực địa tầng phía trên và dưới vỏ hầm làm cho hầm bị biến dạng thành hình ovan. Điểm B luôn có chuyển vị hướng ra xa tâm đường hầm. Giá trị này tương đối đồng đều cho mọi chiều sâu chôn hầm và có giá trị khoảng 4cm. Chuyển vị theo phương đứng của điểm B tương tự như điểm A, giảm dần theo sự tăng độ sâu chôn hầm. Khi chiều sâu chôn hầm >10m thì điểm B bắt đầu có chuyển vị âm, tức là lún xuống nhưng ít thay đổi khi chiều sâu chôn tăng lên. Điều này có thể lý giải do khi chôn sâu, phía trên hầm hình thành nên vòm áp lực và độ chênh áp lực địa tầng tác dụng lên hầm hầu như không thay đổi. · Tại điểm C là điểm trên đỉnh vỏ hầm cũng có biến dạng theo phương ngang gần bằng 0 do là bài toán đối xứng. Tương tự chuyển vị theo phương đứng của điểm A và B, chuyển vị của điểm C theo phương đứng cũng nổi lên khi chiều sâu chôn hầm nhỏ và chuyển sang lún khi chiều sâu chôn hầm lớn. Tuy nhiên khi chiều sâu chôn hầm lớn hơn 10m thì độ lún tăng rất ít khi chiều sâu chôn hầm tăng lên, dao động từ 4-5cm. Về nội lực: · Lực dọc trong kết cấu vỏ hầm có xu hướng tăng dần đều theo chiều sâu chôn hầm (hình 6.5) · Momen trong kết cấu vỏ hầm thay đổi theo địa chất, momen nhỏ khi hầm chôn trong đất yếu, khi chôn trong tầng địa chất tốt thì có xu hướng tăng tuyến tính cùng với chiều sâu chôn hầm. KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, chiều sâu chôn hầm hợp lý trong khoảng 9- 12m so với mặt đất. Tại khoảng chiều sâu này, chuyển vị của hầm tương đối nhỏ (khoảng 4cm) và nội lực trong vỏ hầm là vừa phải. Khi hầm chôn sâu hơn 13m thì phải tăng chiều dày vỏ hầm lớn hơn vì với chiều dày t = 0.6m là không đảm bảo về cường độ. - 130 - 6.1.3 Bài toán 2: Ảnh hưởng của 2 đường hầm lân cận nhau Khi đô thị phát triển, việc xây dựng, hoàn thiện hệ thống giao thông ngầm là việc tất yếu. Các đường hầm được xây dựng cạnh nhau là khó tránh khỏi. Để xét đến ảnh hưởng của việc xây dựng các hầm nằm lân cận nhau, bài toán được đặt ra là : Việc xây dựng đường hầm mới cạnh đường hầm hiện hữu sẽ có ảnh hưởng như thế nào ? Vị trí xây dựng đường hầm mới so với đường hầm hiện hữu như thế nào là hợp lý ? Để giải quyết bài toán trên, giả sử đã tồn tại một đường hầm được xây dựng ở chiều sâu chôn hầm hợp lý với địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh là 9-12m (theo bài toán 1), chọn chiều sâu chôn hầm là 10m. Mô hình bài toán trong Plaxis bằng cách xây dựng 2 đường hầm, thời gian xây dựng cách nhau 1000 ngày (khoảng 3 năm), đường hầm thứ 2 được xây dựng song song so với đường hầm thứ nhất và có vị trí thay đổi so với đường hầm hiện hữu theo 2 phương ngang và đứng với các khoảng cách tim hầm khác nhau. Xét chuyển vị và nội lực thay đổi trong đường hầm thứ 1 do việc xây dựng đường hầm thứ 2 gây ra. Bài toán cũng xét đến việc mất mát thể tích (contraction) khi xây dựng từng đường hầm, tạm tính = 2%. 6.1.3.1 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương ngang Một trong các bài toán được mô hình trong Plaxis như sau : Hình 6.7 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương ngang trong Plaxis Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E Vỏ hầm 2 Vỏ hầm 1 - 131 - Giải bài toán với đường hầm thứ hai xây dựng cùng chiều sâu chôn hầm, khoảng cách tim hầm cách nhau từ 10-50m. Biên đất nền được lấy đủ rộng để không làm ảnh hưởng đến chuyển vị của đất nền xung quanh hầm. Kết quả tính toán chi tiết xem trong Phụ lục 4. Các giá trị Ux, Uy, N, M lớn nhất xuất hiện trong hầm được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 6.5 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 Chiều sâu Trước khi đào hầm 2 Sau khi đào hầm 2 Chênh lệch Ux Uy N M Ux Uy N M DUx DUy DN DM (m) [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] B= 10 -39.50 41.76 -535.29 -81.64 39.95 53.74 -549.20 -59.73 1.37 12.12 -26.48 46.47 B= 12 -39.48 41.79 -535.84 -81.40 39.63 51.94 -541.59 -68.25 0.69 10.21 -15.84 33.98 B= 15 -39.54 41.78 -535.91 -80.52 39.04 -44.05 -539.58 -75.74 1.67 -8.62 -7.15 21.66 B= 20 -39.58 41.78 -535.55 -81.31 -39.70 46.82 -539.05 -81.15 -0.77 5.71 -4.29 10.98 B= 25 -39.64 41.82 -536.27 -81.37 -39.64 44.70 -538.88 -82.79 -0.64 3.56 -3.09 6.39 B= 30 -39.59 41.80 -535.46 -81.02 39.43 43.12 -538.10 -82.58 0.92 1.91 -2.72 -4.15 B= 40 -39.66 41.77 -535.66 -81.17 40.19 41.25 -537.64 -82.23 1.55 -0.87 -2.02 -1.66 B= 50 -39.93 41.74 -535.73 -81.76 40.54 40.53 -537.09 -82.18 1.96 -1.37 -1.40 -0.53 - 132 - -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 35 45 55 Khoảng cách tim hầm B (m) C hu yể n vị (m m ) Ux1 Uy1 Ux2 Uy2 DeltaUx DeltaUy Hình 6.8 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – Chuyển vị -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) Lự c dọ c N (k N ) DeltaNmax Hình 6.9 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – moment Mmax -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) M om en t ( kN m ) DeltaMmax Hình 6.10 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – chuyển vị - 133 - Qua kết quả tính toán, có thể rút ra một số nhận xét : Về chuyển vị: · Chuyển vị theo phương DUx của hầm 2 dao động quanh giá trị 0, nghĩa là khi xây dựng hầm 2 thì ảnh hưởng gây chuyển vị ngang là rất nhỏ. · Chuyển vị theo phương DUy của hầm giảm dần từ giá trị 12,12mm ứng với khoảng cách B=10m và giảm dần tiệm cận về 0 khi B tăng dần. Giá trị DUy hầu như mang giá trị dương, nghĩa là hầm 1 bị kéo lên phía trên cùng với chuyển vị của hầm 2. · Khi B ≥ 25m, xem như việc xây dựng đường hầm 2 hầu như không gây ảnh hưởng đến đường hầm 1 về chuyển vị (chuyển vị < 8.5%). Về nội lực : · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 cạnh đường hầm thứ nhất thì đường hầm thứ nhất bị nén lại. Khi B=10m thì lực nén tăng thêm DN là 26.48kN. Khi khoảng cách tim B tăng lên, giá trị này giảm dần khi về 0 theo dạng hàm logarit. Khi B ≥ 20m, giá trị DNmax chỉ còn nhỏ hơn 5kN ( ~ 1% Nmax trong hầm). · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 cạnh đường hầm thứ nhất thì momen trong đường hầm thứ nhất giảm đi. Khi B=10m thì momen giảm một lượng DM là 46.47kNm (giảm 57% so với ban đầu). Momen lớn nhất phát sinh tại đáy dưới của vỏ hầm, khi bị kéo nổi lên phần hầm này sẽ giảm lực tiếp xúc với đất nền và momen tại vị trí này giảm. Khi khoảng cách tim hầm B tăng lên, giá trị này giảm dần khi về 0 theo dạng hàm logarit. Khi B ≥ 25m, giá trị DMmax chỉ còn nhỏ hơn 6.39kNm ( ~ 7.8% Mmax trong hầm). KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, khoảng cách chôn hầm B hợp lý khi B>25m. Tại khoảng cách này, việc thi công đường hầm thứ 2 hầu như không ảnh hưởng đến đường hầm thứ nhất, các giá trị chuyển vị, nội lực thay đổi trong đường hầm thứ nhất đều < 10%. Đặc biệt yếu tố quan trọng nhất là lực dọc thì chỉ thay đổi tăng khoảng 1%. Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình bị hạn chế về mặt bằng vẫn - 134 - có thể xây dựng đường hầm thứ 2 gần hơn, lúc đó cần xem xét cụ thể mức độ ảnh hưởng về nội lực cũng như chuyển vị của 2 đường hầm. 6.1.3.2 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương đứng Một trong các bài toán được mô hình trong Plaxis như sau : Hình 6.11 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương đứng trong Plaxis Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E Vỏ hầm 2 Vỏ hầm 1 - 135 - Giải bài toán với đường hầm thứ hai xây dựng cùng tim theo phương x, khoảng cách hầm thứ nhất giữ nguyên, thay đổi chiều sâu chôn hầm thứ 2 sâu dần với khoảng cách tim từ 10-50m. Biên đất nền được lấy đủ rộng để không làm ảnh hưởng đến chuyển vị của đất nền xung quanh hầm. Kết quả tính toán chi tiết xem trong Phụ lục 4. Các giá trị Ux, Uy, N, M lớn nhất xuất hiện trong hầm được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 6.6 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 Trước khi đào hầm 2 Sau khi đào hầm 2 Chênh lệch Chiều sâu Ux Uy N M Ux Uy N M DUx DUy DN DM (m) [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] h= 10 -39.36 41.77 -535.21 -81.19 -39.48 -51.58 -569.41 -102.83 0.15 -16.03 -34.37 21.66 h= 12 39.34 41.86 -535.29 -80.83 39.57 -53.45 -577.17 -106.46 0.24 -18.06 -41.97 25.84 h= 15 -39.36 41.77 -535.21 -81.19 -39.48 -51.58 -569.41 -102.83 0.15 -16.03 -34.37 21.66 h= 20 -39.34 41.75 -535.72 -81.00 -39.42 -48.50 -561.98 -95.32 0.09 -12.84 -26.42 -14.32 h= 25 -39.34 41.74 -535.43 -80.99 -39.38 -44.87 -549.99 -87.67 0.04 -9.10 -14.69 -6.69 h= 30 39.33 41.74 -535.30 -81.18 -39.35 -45.40 -544.72 -85.48 -0.03 -9.62 -9.55 -4.30 h= 40 -39.36 41.72 -535.31 -81.38 -39.41 -52.41 -548.17 -90.15 0.06 -16.66 -13.03 -8.79 h= 50 -39.36 41.71 -535.31 -81.38 -39.40 -51.74 -545.84 -88.78 -0.05 -15.97 -10.68 -7.42 - 136 - -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 35 45 55 Khoảng cách tim hầm B (m) C hu yể n vị (m m ) Ux1 Uy1 Ux2 Uy2 DeltaUx DeltaUy Hình 6.12 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm đứng h – Chuyển vị -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) Lự c dọ c N (k N ) DeltaNmax Hình 6.13 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – moment Mmax -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) M om en t ( kN m ) DeltaMmax Hình 6.14 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – chuyển vị - 137 - Qua kết quả tính toán, có thể rút ra một số nhận xét : Về chuyển vị: · Chuyển vị theo phương DUx của hầm 2 dao động quanh giá trị 0, nghĩa là khi xây dựng hầm 2 thì ảnh hưởng gây chuyển vị ngang là rất nhỏ, gần như bằng 0. · Chuyển vị theo phương DUy của hầm thay đổi trong khoảng từ -9.1mm đến -18.06mm. Chuyển vị này do khi xây dựng hầm 2 đất nền xung quanh hầm 2 bị mất mát thể tích kèm theo chuyển vị của hầm 2 kéo theo hầm 1 dịch chuyển xuống dưới. Giá trị này có khoảng biến thiên nhỏ.. Về nội lực vỏ hầm: · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 càng sâu thì lực nén tăng thêm do xây dựng đường hầm thứ 2 gây ra trên đường hầm 2 càng giảm. Khi h ≥ 30m, giá trị DNmax chỉ còn khoảng 10kN ( ~ 2% Nmax trong hầm). · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 gần đường hầm thứ nhất thì độ tăng momen trong đường hầm thứ nhất tăng lên và giá trị này giảm xuống dần khi h tăng lên. Tại h=10m thì momen tăng một lượng DM là 21.66kNm (tăng 27% so với ban đầu). Khi h ≥ 18m thì khi xây đường hầm thứ 2 lại làm giảm momen trong đường hầm thứ 1. Nguyên nhân do đất nền dưới đáy hầm 1 lún xuống làm giảm phản lực nền lên đáy hầm 1. Độ giảm momen trong hầm 1 gây ra do hầm 2 thường tỉ lệ thuận với chuyển vị theo phương y do hầm 2 gây ra cho hầm 1. Về ứng suất trong nền: · Vùng biến dạng dẻo của nền xuất hiện tại các vị trí xung quanh hầm 2 và dưới đáy hầm 1. Khi 2 đường hầm xây dựng quá gần nhau thì các điểm dẻo giao thoa nhau có thể gây nên mất ổn định trượt trong nền. Khi khoảng cách đường hầm h >15m, vùng biến dạng dẻo của 2 đường hầm cách xa nhau, không gây mất ổn định trượt trong nền. Sơ đồ các điểm chảy dẻo trong nền quanh đường hầm có dạng như sau: - 138 - Hình 6.15 Các điểm chảy dẻo trong nền tương ứng h=12m & h=15m KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, giá trị chuyển vị của hầm 1 chuyển vị thay đổi trong khoảng 1-2cm (~ 0.1-0.25% đường kính hầm) và giá trị nội lực trong hầm 1 do hầm 2 gây ra tăng thêm là 15m, vùng biến dạng dẻo của 2 đường hầm không giao thoa với nhau. Do đó để không bị mất ổn định trượt trong nền thì khoảng cách hầm h nên lớn hơn 15m. Tuy nhiên, việc xây dựng đường hầm càng sâu thì càng tốn kém do áp lực lên đường hầm thứ 2 lớn hơn thì vỏ hầm phải dày hơn, phải xây dựng các giếng đứng sâu hơn, nhà ga đặt sâu hơn,… Kiến nghị khoảng cách đứng h giữa tim 2 đường hầm nên nằm trong khoảng 15-20m là hợp lý cả về kỹ thuật và kinh tế. 6.1.4 Bài toán 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của công trình trên mặt đất xuống công trình ngầm Khi xây dựng công trình ngầm, nhất là các công trình ngầm gần trên mặt đất, ngoài việc phải giữ ổn định cho bản thân hầm còn phải giữ ổn định cho các công trình lân cận, đặc biệt là các công trình hiện hữu trên mặt đất. Tại thành phố Hồ Chí Minh, một thực tế là với các công trình thấp tầng và các công trình xây dựng trước - 139 - đây, việc gia cố nền đất yếu chủ yếu dùng móng nông có hoặc không có cừ tràm. Do chiều sâu xây dựng hầm nằm sâu hơn cao độ đáy cừ tràm (trung bình cao độ đáy cừ tràm là -5m so với mặt đất) việc xây dựng công trình ngầm sẽ có ảnh hưởng đến các công trình bên trên dạng này, với các công trình cao tầng hoặc công trình sử dụng móng cọc BTCT thì hầu như không bị ảnh hưởng. Bài toán đặt ra là xem xét ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm đối với các công trình hiện hữu bên trên sử dụng các loại móng nông. Điều này rất quan trọng để có thể dự đoán được các ảnh hưởng để có các biện pháp xử lý thích hợp khi xây dựng hầm. Mô hình bài toán trong Plaxis với địa chất và kết cấu vỏ hầm tương tự như bài toán 1 và 2. Công trình nhà bên trên được mô phỏng bằng tấm bản (plate) kết nối với các móng. Các móng được mô hình bằng cách kết hợp tấm bản (plate) và neo (node-to- node anchors) để xét khả năng chịu mũi của cọc và ma sát xung quanh thân cọc. Cố định vị trí xây dựng hầm và dịch chuyển dần công trình nhà bên trên ở các vị trí có khoảng cách B = (khoảng cách tính từ tim hầm đến mép gần nhất của công trình nhà) khác nhau để xét ảnh hưởng của nó. Một trong những bài toán được biểu diễn như sau : Hình 6.16 Mô hình bài toán trong Plaxis với B=10m - 140 - . Kết quả được tổng hợp như sau (kết của chi tiết xem trong Phụ lục 6) : Hình 6.17 Biến dạng sau cùng của hầm, đất nền và nhà với B=10m Xét chuyển vị của các điểm A, B, C, D, E, F, G, H, I như trên hình 6.17 ứng với các khoảng cách B tương ứng bằng 0m, 5m, 10m, 20m, 30m, 40m, 50m, kết quả tổng hợp trong bảng sau : Bảng 6.7 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị theo khoảng cách B Chuyển vị max tại các vị trí (mm) Khoảng cách B (m) A B C D E F G H I 0 40.09 41.08 49.58 37.12 50.25 38.28 26.66 16.18 50.25 5 38.21 41.96 49.33 37.29 38.95 28.36 19.26 14.77 33.56 10 37.71 41.24 45.16 37.31 19.84 13.56 8.57 8.72 31.34 15 37.66 40.90 43.10 37.30 14.24 7.45 5.46 5.17 30.95 20 37.59 40.70 42.06 37.26 7.51 5.73 4.09 5.34 30.86 30 37.55 40.59 41.22 37.54 6.44 4.47 2.53 2.31 30.78 40 37.54 40.60 40.89 37.86 4.58 3.62 2.68 1.82 30.78 50 37.54 40.61 40.83 37.93 4.80 3.81 2.84 1.95 30.75 A B CD E F G HI - 141 - 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách B (m) C hu yể n vị (m m ) Điểm A Điểm B Điểm C Điểm D Điểm E Điểm F Điểm G Điểm H Điểm I Hình 6.18 Biểu đồ chuyển vị tại các vị trí ứng với khoảng cách B Nhận xét : Chuyển vị của các điểm A, B, C, D tương ứng với các vị trí trên vỏ hầm như trong hình 6.17. Các chuyển vị này dao động quanh giá trị 40mm và cũng phù hợp với chuyển vị thu được trong Bài toán 1. Chuyển vị của điểm I cũng phụ thuộc vào chuyển vị của hầm và đất nền xung quanh hầm và biến thiên gần như tuyến tính với các chuyển vị tại A, B, C, D. Các chuyển vị tại điểm E, F, G, H là các chuyển vị tại đáy móng nông của công trình nhà. Khi công trình nhà nằm ngay trên đỉnh hầm (B=0), chuyển vị thu được tại vị trí E là lớn nhất = 50.25mm, các chuyển vị tại F, G, H cũng khá cao và giảm dần khi cách xa tim hầm hơn. Tuy nhiên khi khoảng cách B được tăng lên thì chuyển vị tại E, F, G, H giảm khá nhanh, cụ thể khi B=10m, chuyển vị tại E là 19.84mm, khi B=20m chuyển vị tại E là 7.51mm và sự biến thiên chuyển vị khi B tăng lên cũng nhỏ hơn khi B=50m thì chuyển vị tại E là 4.58mm. Quan hệ biến thiên chuyển vị - khoảng cách B có dạng hàm số ex. Chuyển vị tại các vị trí gần tim đường hầm biến thiên rất nhanh nên sẽ có hiện tượng lún lệch giữa các móng với nhau. Hiện tượng này rất nguy hiểm cần được quan tâm xem xét. - 142 - Kết luận : Việc xây dựng công trình ngầm có ảnh hưởng đến các công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất là điều khó tránh khỏi. Với đường hầm chôn sâu H=10m ở khu vực địa chất Tp.HCM, kiến nghị các công trình có móng nông nằm trong phạm vi 15m kể từ tim hầm cần có đánh giá và có biện pháp xử lý thích hợp trước khi xây dựng hầm. Khi công trình nằm ngoài phạm vi trên thì ảnh hưởng là khá nhỏ vì chuyển vị do xây dựng đường hầm gây ra là <1.5cm. - 143 - Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận Hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển. Hiện nay việc sử dụng công trình hầm rất phổ biến trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, tuỳ theo mục đích sử dụng, phạm vi và phương pháp xây dựng ta có những loại hầm thích hợp. Tổng quan các phương pháp tính toán và thi công hầm để thấy được và lựa chọn phương pháp tính toán cũng như xây dựng phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực là việc cần thiết. Thông qua số liệu địa chất của các công trình trên địa bàn Tp.HCM có thể có hiểu biết tổng quan địa chất của khu vực để có biện pháp sơ bộ lựa chọn tuyến công trình, kết cấu, biện pháp xây dựng,... phù hợp. Ngoài ra cũng cần lưu ý một số điểm như hiện tượng cát chảy, ăn mòn bê tông để có biện pháp xử lý, đề phòng thích hợp. Nắm được các đặc tính cơ bản của địa chất, thủy văn của khu vực xây dựng hầm để từ đó xác định chính xác áp lực địa tầng tác dụng lên công trình ngầm là rất quan trọng. Chính việc này thường có ý nghĩa quyết định đến hình dạng, kích thước, kết cấu vỏ hầm vì tải trọng tác dụng lên công trình ngầm chủ yếu là áp lực địa tầng. Ngoài ra, việc xác định các tổ hợp tải trọng cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán kết cấu vỏ hầm đảm bảo công trình ổn định và an toàn cả trong quá trình thi công và khai thác. Với công trình ngầm xây dựng trong khu vực địa chất yếu thì các phương pháp tính toán phù hợp là phương pháp thay thế bằng hệ thanh, phương pháp số như phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp DEM. Đây cũng là xu thế chung của thế giới và phù hợp trong việc tính toán bài toán địa-kết cấu với nhiều điều kiện phức tạp. Nghiên cứu áp lực địa tầng thấy rằng trong nền đất yếu áp lực địa tầng tác dụng từ mọi phía lên kết cấu ngầm, đồng thời để cơ giới trong quá trình thi công thì kết cấu vỏ hầm dạng tròn là kết cấu ưu việt nhất. Chương 5 đã nêu chi tiết biện pháp thi công bằng khiên đào, từ lịch sử phát triển cho đến giới thiệu các loại khiên đào. Đối với mỗi loại khiên đều có đặc điểm - 144 - và phạm vi áp dụng thích hợp riêng. Ngoài các loại khiên đào thông thường như khiên cân bằng áp lực vữa, cân bằng áp lực đất còn có các loại khiên đặc biệt dùng trong các điều kiện cụ thể như khiên MF, DPLEX, MMST, H&V,... Vị trí đặt hầm theo chiều sâu rất quan trọng. Theo nghiên cứu ở chương 3, càng nằm sâu hầm làm việc càng hợp lý về mặt chịu lực, độ lệch tâm càng nhỏ kết cấu làm việc chủ yếu chịu nén tuy nhiên sẽ bất lợi về khả năng chịu lực của tiết diện hầm. Chiều sâu chôn hầm hợp lý trong khoảng 9-12m so với mặt đất. Tại khoảng chiều sâu này, chuyển vị của hầm tương đối nhỏ (khoảng 4cm) và nội lực trong vỏ hầm là vừa phải. Khi hầm chôn sâu hơn 13m thì phải tăng chiều dày vỏ hầm lớn hơn vì với chiều dày t = 0.6m là không đảm bảo về cường độ. Khi xây dựng nhiều đường hầm lân cận nhau thì việc xây dựng đường hầm sau sẽ có ảnh hưởng nhất định đến đường hầm trước. Khoảng cách chôn hầm B hợp lý khi B>25m. Tại khoảng cách này, việc thi công đường hầm thứ 2 hầu như không ảnh hưởng đến đường hầm thứ nhất, các giá trị chuyển vị, nội lực thay đổi trong đường hầm thứ nhất đều < 10%. Đặc biệt yếu tố quan trọng nhất là lực dọc thì chỉ thay đổi tăng khoảng 1%. Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình bị hạn chế về mặt bằng vẫn có thể xây dựng đường hầm thứ 2 gần hơn, lúc đó cần xem xét cụ thể mức độ ảnh hưởng về nội lực cũng như chuyển vị của 2 đường hầm. Việc xây dựng công trình ngầm có ảnh hưởng đến các công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất là điều khó tránh khỏi. Với đường hầm chôn sâu H=10m ở khu vực địa chất Tp.HCM, kiến nghị các công trình có móng nông nằm trong phạm vi 15m kể từ tim hầm cần có đánh giá và có biện pháp xử lý thích hợp trước khi xây dựng hầm. Khi công trình nằm ngoài phạm vi trên thì ảnh hưởng là khá nhỏ vì chuyển vị do xây dựng đường hầm gây ra là <1.5cm. 7.2 Kiến nghị Nghiên cứu vị trí đặt hầm trong nền đất yếu ở các đô thị ở nước ta cần phải được tiến hành cẩn thận dựa vào số liệu của công tác điều tra khảo sát địa chất thuỷ - 145 - văn. Cần có những quy hoạch hợp lý cả về bình đồ và trắc dọc các hệ thống đường hầm trong đô thị. Ở các nước trên thế giới đã có những tiêu chuẩn xây dựng đường hầm trên nền đất yếu, do đó việc xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu cũng như khai thác quản lý công trình hầm xây dựng trên nền đất yếu ở nước ta là hết sức cần thiết. Hiện tượng cát chảy và ăn mòn bê tông là những nguy cơ có khả năng xảy ra đối với đường hầm xây dựng trong khu vực Tp.HCM cần phải được chú trọng. Do mức độ quan trọng, tính phức tạp cũng như giá thành rất cao khi xây dựng đường hầm trên nền đất yếu do đó nước ta cần phải tiến hành xây dựng những công trình mang tính chất thử nghiệm với kinh phí cho phép, tận dụng công nghệ khoa học của các nước trên thế giới để đào tạo đội ngũ kỹ sư tiếp cận công nghệ mới trước khi triển khai các công trình mang tính chất quan trọng như dự án 2 tuyến mêtrô thành phố Hồ Chí Minh. Hiện nay, Việt Nam chưa có kinh nghiệm nhiều trong việc tính toán thiết kế cũng như thi công công trình ngầm trong điều kiện địa chất yếu. Để tránh các tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra cần có nghiên cứu sâu hơn nữa để áp dụng hệ số an toàn riêng cho khu vực. Tính toán đường hầm trên nền đất yếu rất phức tạp, đòi hỏi phải có sự kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để có những đánh giá một cách tương đối ứng xử của đường hầm trong nền đất. Đây cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo để luận văn mang tính khả thi và có thể áp dụng trong điều kiện khu vực thành phố Hồ Chí Minh và trong cả nước. - 146 - TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I. TÓM TẮT - Họ và tên : PHẠM MINH TIẾN - Phái : Nam - Ngày sinh : 16-04-1979 - Nơi sinh : Hà Tây II. ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Địa chỉ thường trú : 259/5A Nơ Trang Long, Phường 13, Quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh. Điện thoại : (08)8.055.977 – 0988.846.346 - Cơ quan : Phân viện KHCN GTVT phía Nam 3 Phạm Ngọc Thạch Phường 6 Quận 3 TP.HCM Điện thoại : (08)8.244.613 III. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Năm 1996 – 2001 : Sinh viên trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM - Tốt nghiệp đại học : năm 2002 - Hệ : Chính quy - Trường : Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh - Chuyên ngành : Xây dựng Cầu đường - Năm 2005 : Trúng tuyển cao học khóa 2005 - Ngành học : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố - Mã số học viên : 00105020 - 147 - IV. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC v Từ 2/2001 – 4/2004 : công tác tại Công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải phía Nam (TEDI South). Tham gia các công trình sau : Ø Công tác khảo sát : ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa ü Nâng cấp cải tạo đường tỉnh 782-784 tỉnh Tây Ninh. ü Nâng cấp cải tạo đuờng nội thị Côn Đảo tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Ø Công tác thiết kế : ü Đường tỉnh lộ 16 tỉnh Quảng Bình ü Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Tây đoạn Km120-Km137 tỉnh Quảng Bình. ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa. ü Nâng cấp cải tạo đường tỉnh 782-784 tỉnh Tây Ninh. ü Nâng cấp cải tạo đuờng nội thị Côn Đảo tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. ü Đường nội bộ khu dân cư Thạnh Mỹ Lợi quận 2 – TpHCM. ü Đường Nam Sông Lô – Cù Hin – sân bay Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa. ü Đường liên xã Lộc Nga – Tân Lạc tỉnh Lâm Đồng. ü Đường tỉnh 723 đoạn Đạ Cháy – ranh giới tỉnh Khánh Hòa. ü Cải tạo nâng cấp Quốc lộ 27 tỉnh Lâm Đồng. Ø Công tác tư vấn giám sát : ü Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Đông đoạn Đá Mài – Cam Lộ tỉnh Quảng Bình + Quảng Trị. ü Đường Nam Sông Lô – Cù Hin – sân bay Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa. ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa. v Từ 4/2004 đến nay : công tác tại Phân viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải phía Nam. Tham gia các công trình sau : Ø Công tác thiết kế : - 148 - ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Trung Lương – Mỹ Thuận. ü Nâng cấp cải tạo đường D600 tỉnh Đồng Nai. ü Đường Hồ Chí Minh đoạn Mỹ An – Vàm Cống tỉnh Đồng Tháp. ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 30 đoạn Cao Lãnh – Hồng Ngự tỉnh Đồng Tháp. Ø Công tác tư vấn giám sát : ü Nâng cấp mở rộng QL1A đoạn An Sương – An Lạc Tp.HCM. ü Giám sát tác giả Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Trung Lương – Mỹ Thuận tỉnh Tiền Giang. Ø Công tác tư vấn thẩm tra, kiểm định: ü Đường số 4 – khu dân cư phía Tây thành phố Nha Trang tỉnh Khánh Hòa. ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Mỹ Thuận – Cần Thơ tỉnh Vĩnh Long. ü Kiểm định thử tải cầu Ông Bổn tỉnh Bạc Liêu. ü Kiểm định thử tải cầu Ba Láng tỉnh Hậu Giang. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO I. CÁC TÀI LIỆU TRÍCH DẪN TRONG LUẬN VĂN [1] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng - THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH HẦM GIAO THÔNG - NXB Giao thông Vận tải - 2004. [2] L.V. Makốpski - CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG ĐÔ THỊ - NXB Xây dựng - 2004. [3] Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2002. [4] Lê Xuân Thưởng, Đinh Xuân Bảng, Ngưyễn Tiến Cường, Phí Văn Lịch - CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Khoa học Kỹ Thuật - 1981. [5] Chu Quốc Thắng, PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN, NXB Khoa học – Kỹ thuật – 1997. [6] Ansel C. Ugural, STRESSES IN PLATES AND SHELLS, McGraw-Hill - 1999 [7] Bùi Đức Chính – MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU HẦM Ở VIỆT NAM – Tạp chí Cầu Đường Việt Nam số 10/2006. [8] TEWET & Trung tâm NC PTGTVTPN - NGHIÊN CỨU KHẢ THI HAI TUYẾN MÊ TRÔ ƯU TIÊN – 2003. [9] Công ty Cổ phần TVTK GTVT phía Nam – DỰ ÁN KHẢ THI TUYẾN MÊ TRÔ BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN – 2007. [10] Cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh, NIÊN GIÁM THỐNG KÊ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2005, Cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh, 2006. [11] Đào Duy Lâm – PHÂN TÍCH MẶT TIẾP XÚC ĐẤT VÀ KẾT CẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC – 2005. II. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO THÊM [12] TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU HẦM ĐƯỜNG SẮT VÀ HẦM ĐƯỜNG Ô TÔ - NXB Xây dựng - 2003. [13] Nguyễn Xuân Trọng - THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2004. [14] Vilen Alếchxêvích Ivácnhúc – THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ CÔNG TRÌNH ĐÀO SÂU – NXB Xây dựng - 2004 [15] An Young Xon - THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2002. [16] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn - THI CÔNG HẦM - NXB Khoa học Kỹ thuật - 2001. [17] Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải - NHỮNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU - NXB Khoa học và Kỹ thuật - 1973. [18] Trần Quang Hộ - CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU - NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM - 2004. [19] Lê Văn Nam - BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐƯỜNG HẦM – Lớp cao học ngành Cầu đường K2005 - 2006. [20] Ngô Trùng Dương - NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG NỀN ĐẤT YẾU - Luận văn thạc sỹ ngành Cầu – Tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ô tô và đường sắt, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM - 2005. [21] John Atkinson - AN INTRODUCTION TO THE MECHANICS OF SOIL AND FOUNDATIONS - McGRAW-HILL Book Company - 1993. [22] Ahmet Gursoy, Paul C. Van Milligen - TUNNELING AND UNDERGROUND TECHNOLOGY - Pergamon Press Ltd - 1993. [23] George A. Antaki - PIPING AND PILELINE ENGINEERING – DESIGN, CONSTRUCTION, MAINTAINANCE, INTEGRITY AND REPAIR - Marcel Derkker Inc. - 2003. [24] Anderson, Loren Runar - STRUCTURAL MECHANICS OF BURIED PIPES - CRC Press LLC - 2000. [25] Ashraf Mohamed Hefny - ANALYSIS OF INITIAL STRESSES LONG TERM DEFORMATION AND ROCK LINING INTERACTION IN TUNNELS - PhD Thesis, The University of Western Ontario, London - 1994. [26] Chung-Jung Lee, Bing-Ru Wu, Shean-Yau Chiou – SOIL MOVEMENTS AROUND A TUNNEL IN SOFT SOIL – 1998. [27] Wooi Leong Tan – Pathegama Gamage Ranjith, PARAMETERS AND CONSIDERATIONS IN SOFT GROUND TUNNELING, EGJE Journals. [28] R.B.J. Brinkgreve – PLAXIS 2D Version 8 – Balkema Publishers – 2002. [29] R.B.J. Brinkgreve, P.A. Vermeer – PLAXIS 3D Tunnel Version 1 – Balkema Publishers – 2001. [30] Midas - MIDAS/GTS ANALYSIS REFERENCE - 2006 [31] Website : CSDL gồm hơn 489 tạp chí toàn văn về Hóa học, Khoa học Máy tính, Kỹ thuật Công nghệ, Khoa học Vật liệu, Sinh học, Di truyền học, Sinh học Phân tử ... [32] Website : CSDL tạp chí toàn văn của Nhà xuất bản Blackwell gồm khoảng 750 tạp chí hàng đầu về Khoa học, Công nghệ, Giáo dục, Xã hội, Y tế, [33] Website : American Society of Civil Engineers (Hội kỹ sư xây dựng Mỹ) [34] Website : Electronic Journal of Geotechnical Engineering (Tạp chí Địa kỹ thuật điện tử) [35] Website : International Tunnelling Association (Hiệp hội hầm quốc tế) [36] Website : Shield Tunneling Association of Japan (Hiệp hội khiên đào hầm của Nhật Bản) [37] Website : công ty sản xuất khiên đào tại Đức. [38] Website : công ty sản xuất khiên đào tại Nhật Bản. [39] Website : nhà cung cấp các dịch vụ xây dựng và hầm của Mỹ. [40] Website : trang thông tin – kinh tế - xã hội của thành phố Hồ Chí Minh. ._.