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 giớicũng 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 trongđiều 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 do104

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 nghị144

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 , 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 thựctế 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