CHƯƠNG 1. Giới thiệu chung Cùng với sự phát triển của tình hình kinh tế - xã hội trong cả nước nói chung và trong các đô thị nói riêng, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng hiện đại, thỏa mãn yêu cầu trong cả hiện tại và tương lai là rất cấp bách. Khi quy hoạch đô thị, việc quy hoạch chức năng cho các khu vực có thể được phác thảo trước khi quy hoạch giao thông đô thị hoặc ngược lại. Ý tưởng tổ chức không gian đô thị (bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm vốn có và cụ thể của từng khu vực) được đề xuất đồng thời với mạng lưới đường phố chính (được xác định bởi việc kết nối giữa các trục giao thông chính của các khu vực lân cận và cả nước).
Khi đã xây dựng được quy hoạch chung của đô thị, quy hoạch quy mô nhỏ hơn cho một khu vực nhất định có thể được thực hiện. Mạng lưới giao thông và cơ sở hạ tầng kỹ thuật liên quan của nó phải có trước bản đồ quy hoạch đô thị tỷ lệ 1: 500 cho khu định cư và các khu chức năng. Có tầm nhìn và đồng bộ là yếu tố then chốt để có được quy hoạch tốt, tránh được các chi phí và các vấn đề rắc rối phát sinh sau đó. Tuy nhiên, nguyên tắc này không phải lúc nào cũng được tuân thủ, dẫn tới sự lệch pha giữa cơ sở hạ tầng xã hội và giao thông so với tình hình phát triển thực tế của xã hội.
Hệ quả cụ thể là không gian ở mặt đất và trên mặt đất ngày càng cạn kiệt, không thể đáp ứng được nhu cầu của cơ sở hạ tầng kỹ thuật và giao thông trong đô thị. Trong khi đó, việc khai thác không gian ngầm ở các đô thị ở nước ta mới chỉ được bước đầu thực hiện. Các công trình ngầm đô thị chưa nhiều, tồn tại rời rạc, có quy mô nhỏ và quy hoạch hệ thống chưa được quan tâm như với các không gian ở mặt đất và trên mặt đất. Nghị định 41/2007/NĐ-CP được Thủ tướng chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam ban hành ngày 22/3/2007 về Xây dựng ngầm đô thị định nghĩa "Công trình ngầm đô thị" là những công trình được xây dựng ngầm dưới đất tại đô thị bao gồm công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm; công trình giao thông ngầm; công trình công cộng ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng [1].
Trong đó [1]: - "Công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm" bao gồm các công trình đường ống cấp nước, cấp năng lượng, thoát nước; công trình đường dây cấp điện, thông tin liên lạc; hào, tuynel kỹ thuật và các công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật được xây dựng ngầm. - "Công trình giao thông ngầm" là công trình phục vụ giao thông được xây dựng dưới mặt đất. 4 - "Công trình công cộng ngầm" là công trình phục vụ hoạt động công cộng được xây dựng dưới mặt đất. - "Phần ngầm của các công trình xây dựng" bao gồm tầng hầm (nếu có) và các bộ phận của công trình xây dựng nằm dưới mặt đất.
Có thể nói, phát triển công trình ngầm đô thị là giải pháp cho việc phát triển cơ sở hạ tầng xã hội trong các đô thị không chỉ riêng ở nước ta. Hiện nay để thi công công trình ngầm đô thị có nhiều công nghệ thi công khác nhau. Việc lựa chọn công nghệ thi công phù hợp được căn cứ trên nhiều yếu tố, ví dụ như được trình bày tại Bảng 1 như sau: Bảng 1. Lựa chọn phương pháp đào hầm theo tính chất của đất đá [1] Sau đây, xin được trình bày một số công nghệ thi công chính thường được áp dụng để xây dựng các công trình ngầm đô thị.
Công nghệ thi công đào trần [1] Nhóm công nghệ thi công đào trần còn được gọi là phương pháp lộ thiên hoặc phương pháp đào và lấp (Cut and Cover method). Đây là phương pháp xây dựng công trình ngầm bằng cách đào hố móng từ mặt đất (đào đắp thông thường, đào đắp trong tường khung vây cọc ván thép, đào đắp trong tường cọc BTCT, v. Phương pháp này thích hợp khi xây dựng công trình ngầm đặt nông hoặc đặt sâu với giới hạn cho phép có thể đào trần. Thi công đoạn hầm đào trần (Cut & Cover Tunnel) Công nghệ thi công đào trần thường được áp dụng cho các công trình ngầm đặt nông, có mặt bằng phía trên công trình thông thoáng để cho phép triển khai các công tác trên mặt đất.
Khi lựa chọn công nghệ này, cần xem xét: - Mức độ hợp lý về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của độ sâu đặt công trình. Độ sâu đặt công trình ngầm là 10 - 15m thì phương pháp này sẽ rẻ hơn phương pháp đào kín. - Có thể tiến hành lấp đất đầy đủ bên trên đường hầm để tự do thiết kế cảnh quan trên mặt đất hay không (lắp đặt các ông dẫn tới các thiết bị xây lắp, trổng cây,. Tuỳ vào đặc điểm của công trình, các điều kiện địa chất - thuỷ văn mà công nghệ thi công đào trần có thể được triển khai thành các phương pháp thi công cụ thể khác nhau nhưng về cơ bản quá trình xây dựng công trình ngầm theo công nghệ đào trần được tiến hành như với các công trình trên mặt đất, bao gồm các bước chính sau đây: - Đào và chống vách.
- Lắp ghép các cấu kiện hoặc đổ bê tông vỏ hầm toàn khối. - Lắp đặt các lớp phòng nước (nếu có). - Lấp và lèn đất đá bên trên và xung quanh công trình. Có nhiều phương pháp thi công công trình hầm theo công nghệ thi công đào trần: - Phương pháp Đào hố móng: xây dựng kết cấu của công trình ngầm trong hố móng đào sẵn rồi lấp đất trở lại để khôi phục mặt đất như trước khi tiến hành xây dựng.
- Phương pháp Sử dụng vì chống di động: thay thế vì chống tạm riêng lẻ của phương pháp đào hố móng bằng tổ hợp vì chống thép di chuvển được dọc theo tường của hang 6 nhằm tác dụng cơ giới hoá, đẩy nhanh tốc độ thi công. - Phương pháp Đào hào (phương pháp Tường trong đất - Wall diaphragm): Tại vị trí tường bên của công trình hầm, tiến hành đào hào và xây dựng tường bằng bêtông cốt thép trong hào rồi lắp đặt tấm trần trên cao độ đỉnh hầm rồi lấp đất trở lại như ban đầu. Dưới sự bảo vệ của hào và tấm trần, tiến hành đào đất ờ phần lõi và thi công nốt các phần kết cấu còn lại. - Phương pháp Từ trên xuống (Top - down): là phương pháp đào hầm mở do các kỹ sư Nhật Bản đưa ra, đã được áp dụng để thi công hầm đường bộ tại nút giao thông Kim Liên - Hà Nội.
- Phương pháp Hầm dìm (Immersed Tube): là phương pháp thi công các hầm vượt sông hoặc biển bằng cách hạ chìm từng đoạn kết cấu hầm lắp ghép dưới đáy sông hoặc biển, ở Việt Nam, công trình hầm giao thông đầu tiên được thi công theo phương pháp hầm dìm là hầm Thủ Thiêm ở Thành phố Hồ Chí Minh. Sau đây xin trình bày về phương pháp Từ trên xuống và phương pháp Hầm dìm là hai phương pháp thi công đào trần đã được áp dụng thành công ở nước ta để thi công các công trình ngầm đô thị. a) Phương pháp Từ trên xuống (Top - down) Phương pháp thi công Từ trên xuống (Top - down) đã được ứng dụng rất thành công trong việc thi công công trình hầm ở những nơi chật hẹp, hạn chế trong việc giải phóng mặt bằng và chiếm giữ mặt bằng phía trên công trình trong quá trình thi công [1]. Trình tự thực hiện của công nghệ là sự lặp đi lặp lại tuần tự của các bước đào hố móng, chống dựng thành hố móng, lắp dựng ván sàn của các tầng hầm kế tiếp nhau từ trên xuống dưới cho đến khi đạt được cao độ đáy hố đào.
Khi đảm bảo được khoảng không gian cần thiết để thực hiện công tác thi công kín thì đắp trả lại mặt đất để hạn chế ảnh hưởng tới dòng giao thông hiện có tại khu vực. Công tác đào được thực hiện bằng tay tại những tầng hầm ban đầu, sau đó khi đã đủ không gian ngầm có thể sử dụng các máy đào cơ giới loại nhỏ hoặc máy đào hầm chuyên dụng để thực hiện. Trong khi tiến hành đào cần bố trí các hô gom nước và máy bơm kết hợp với ống kim lọc đề phòng nước ngầm dâng cao ảnh hưởng đến quá trình thi công. Khi thi công có thể gặp các mạch nước ngầm có áp nên ngoài việc bố trí các trạm bơm thoát nước còn chuẩn bị các phương án vật liệu cần thiết để kịp thời dập tắt mạch nước.
Công tác giữ khô hố móng được đặc biệt quan tâm bởi sự xâm nhập của nước có khả 7 năng gây ra sự sụt lún thành vách hố đào, sập hố móng. Việc tiêu nước mặt bằng thực hiện bố trí các trạm bơm phục vụ công tác tiêu nước hố đào được đặt tại các cửa vận chuyển trên sàn tầng ngầm thứ nhất. Đầu ống hút thả xuống hố thu nước, một đầu được đưa ra ngoài thoát an toàn vào hệ thống thoát nước thành phố. Hệ thống mương dẫn nước bố trí giữa các hàng đài cọc có độ dốc i = 1 % sâu 0,5m hướng vế các hố thu nước được đào sâu hơn cốt đáy đài lm.
Hố này có chu vi 1,5 x 1,5 m được gia cố bằng ván và cột chống gỗ, đáy hố được đổ một lớp bê tông ổn định dày 200mm. Số lượng máy bơm cần thiết được xác định bằng phương pháp bơm thử với 3 trường hợp: - Mực nước trong hố móng hạ xuống rất nhanh chứng tỏ khả năng thiết bị bơm quá lớn. Phải hạn chế lượng nước bơm ra bằng cách đóng bớt máy bơm lại sao cho tốc độ hạ mực nước phù hợp với độ ổn định của mái đất. - Mực nước trong hố móng không hạ xuống chứng tỏ lượng nước thấm hơn lượng bơm ra.
Cần tăng công suất trạm bơm. - Mực nước rút xuống đến độ sâu nào đó rồi không hạ thấp xuống được nữa vì độ chênh mực nước tăng. Khi tiêu nước cần chú ý hiện tượng bục lở do nền dòng nước thấm ngược hoặc hiện tượng nước thấm quá nhanh làm lôi cuốn các hạt đất. Nếu biện pháp tiêu nước không hiệu quả thì phải thiết kế thêm hệ thống hạ mực nước ngầm bằng hệ thống kim lọc xung quanh công trình.
Máy bơm thường dùng là loại máy bơm li tâm vì chúng thích hợp với chế độ làm việc thay đổi.