Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM, nhu cầu xây dựng các công trình ngầm ngày càng tăng cao nhằm giải quyết vấn đề thiếu quỹ đất và áp lực hạ tầng. Theo ước tính, các công trình ngầm như hầm đường bộ, hầm đường sắt, bãi đỗ xe ngầm và tầng hầm nhà cao tầng đã trở thành xu hướng phát triển tất yếu. Tuy nhiên, việc thi công các công trình này, đặc biệt theo phương pháp đào hở trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và phức tạp, đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật và an toàn. Hệ thống tường vây đóng vai trò then chốt trong việc giữ ổn định thành vách hố đào, đảm bảo an toàn thi công và chất lượng công trình.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu – công nghệ tường vây phù hợp cho công trình ngầm thi công theo phương pháp đào hở trong điều kiện mặt bằng khó khăn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại tường vây phổ biến như cọc ván thép truyền thống, cọc Barrette và công nghệ cọc ép – ôm (Press-in) tại các công trình ngầm đô thị ở Việt Nam, đặc biệt là các dự án tại TP.HCM trong giai đoạn 2015-2020. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thi công, giảm thiểu tác động môi trường và đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận, góp phần phát triển bền vững hạ tầng đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết cơ học đất và mô hình kết cấu tường vây trong công trình ngầm. Lý thuyết cơ học đất giúp phân tích áp lực đất, áp lực thủy tĩnh tác động lên tường vây, từ đó xác định yêu cầu về độ bền và độ ổn định của kết cấu. Mô hình kết cấu tường vây bao gồm các loại tường vây cọc ván thép, tường ống thép có khóa neo và tường Barrette, với các khái niệm chính như: áp lực ngang đất, mô men uốn, độ mảnh của tường, và khả năng chịu lực động – tĩnh.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng mô hình công nghệ thi công cọc ép – ôm (Press-in) dựa trên nguyên lý lực kháng và hệ thống thiết bị đồng bộ Giken Base System (GRB). Các khái niệm về phương pháp thi công không gây rung động, không ồn và khả năng thi công trong điều kiện mặt bằng chật hẹp được làm rõ để đánh giá tính khả thi và ưu điểm của công nghệ này.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các công trình thực tế tại TP.HCM như hầm Thủ Thiêm, hầm chui Nguyễn Hữu Cảnh, tuyến metro Nhổn – Ga Hà Nội, cùng các tài liệu kỹ thuật, báo cáo ngành và các nghiên cứu khoa học liên quan. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hơn 10 dự án công trình ngầm sử dụng các loại tường vây khác nhau, với dữ liệu về kích thước, vật liệu, phương pháp thi công và kết quả vận hành.

Phương pháp phân tích bao gồm phân tích định tính và định lượng: so sánh ưu nhược điểm các loại tường vây, đánh giá hiệu quả thi công qua các chỉ số như thời gian thi công, mức độ ảnh hưởng đến môi trường và an toàn công trình. Phân tích kỹ thuật sử dụng mô hình tính toán áp lực đất và mô men uốn, kết hợp với đánh giá thực nghiệm từ các dự án. Timeline nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, từ khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu đến phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả thi công và khả năng ứng dụng của cọc ván thép truyền thống: Cọc ván thép có chiều rộng bản từ 400 đến 750 mm, chiều dài thực tế 9-15 m, được sử dụng phổ biến trong các công trình ngầm và cảng biển. Ưu điểm nổi bật là khả năng chịu lực lớn, thi công nhanh, tái sử dụng được và phù hợp với các khu vực chật hẹp. Tuy nhiên, phương pháp thi công bằng búa Diezel hoặc búa rung gây tiếng ồn và rung động, ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Tại Việt Nam, các dự án như cảng Container trung tâm Sài Gòn đã sử dụng hơn 22.100 m cọc ván thép.

  2. Ưu nhược điểm của tường Barrette trong công trình ngầm: Cọc Barrette có tiết diện hình chữ nhật, chiều rộng 0,6-1,5 m, chiều sâu từ 12 đến 30 m, chịu tải trọng lớn hơn 1000 tấn, phù hợp với các công trình nhà cao tầng và hầm giao thông. Ưu điểm là không gây tiếng ồn, phù hợp với điều kiện đô thị, nhưng chiếm diện tích mặt bằng lớn và quy trình thi công phức tạp. Ví dụ, tường Barrette được sử dụng cho hầm Thủ Thiêm với 84 cọc và 320 panel tạo thành hệ thống tường vây vĩnh cửu.

  3. Công nghệ cọc ép – ôm (Press-in) giải quyết thách thức mặt bằng chật hẹp: Công nghệ này sử dụng máy nén ép cọc tự hành, hoạt động dựa trên nguyên lý lực kháng, không gây rung động và tiếng ồn. Hệ thống thiết bị GRB cho phép thi công đồng bộ, di chuyển chắc chắn trên đỉnh cọc, phù hợp với các khu vực đô thị đông đúc và nhạy cảm. Các dự án tại TP.HCM đã áp dụng thành công công nghệ này, rút ngắn thời gian thi công và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

  4. So sánh các phương pháp thi công cọc ván thép: Phương pháp va đập (búa Diezel, búa hơi) có năng suất cao nhưng gây ô nhiễm tiếng ồn và rung động; phương pháp rung phù hợp với nền cát tơi xốp nhưng hạn chế ở địa hình phức tạp; phương pháp ép tĩnh (máy ép thủy lực, Press-in) không gây rung động, thích hợp thi công gần khu dân cư nhưng năng suất thấp hơn và máy móc cồng kềnh. Công nghệ Press-in được đánh giá là tối ưu trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và yêu cầu an toàn cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến các công nghệ truyền thống gặp khó khăn là do yêu cầu mặt bằng rộng để tập kết máy móc và tác động rung động, tiếng ồn ảnh hưởng đến các công trình lân cận và dân cư. Công nghệ cọc ép – ôm với hệ thống thiết bị đồng bộ GRB đã khắc phục được những hạn chế này, cho phép thi công trong không gian hạn chế, giảm thiểu tác động môi trường và nâng cao an toàn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, công nghệ Press-in tương tự được áp dụng rộng rãi tại Nhật Bản và các nước phát triển, chứng minh tính hiệu quả và thân thiện với môi trường. Việc ứng dụng tại Việt Nam góp phần nâng cao trình độ kỹ thuật thi công công trình ngầm, phù hợp với xu hướng phát triển đô thị hiện đại.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh thời gian thi công, mức độ rung động và tiếng ồn giữa các phương pháp, cũng như bảng tổng hợp ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của từng loại tường vây.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi công nghệ cọc ép – ôm trong thi công tường vây công trình ngầm đô thị: Khuyến khích các nhà thầu và chủ đầu tư sử dụng công nghệ này tại các khu vực mặt bằng chật hẹp, nhằm giảm thiểu tiếng ồn, rung động và tăng tính an toàn. Thời gian triển khai trong vòng 1-2 năm cho các dự án mới.

  2. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ thi công: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành máy móc và quản lý thi công công nghệ Press-in, đảm bảo hiệu quả và an toàn thi công. Chủ thể thực hiện là các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

  3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công phù hợp: Bộ ngành liên quan cần ban hành hướng dẫn kỹ thuật cụ thể cho công nghệ cọc ép – ôm, bao gồm kiểm soát chất lượng, an toàn lao động và bảo vệ môi trường. Thời gian thực hiện trong 1 năm.

  4. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển vật liệu chống ăn mòn cho cọc ván thép: Đầu tư nghiên cứu vật liệu mới hoặc công nghệ bảo vệ bề mặt nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì cho tường vây cọc ván thép trong công trình vĩnh cửu. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp vật liệu xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng công trình ngầm đô thị: Nắm bắt các giải pháp kỹ thuật và công nghệ thi công tường vây phù hợp, giúp tối ưu chi phí, tiến độ và đảm bảo an toàn thi công.

  2. Kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng: Áp dụng các mô hình kết cấu và công nghệ thi công hiện đại để thiết kế hệ thống tường vây hiệu quả, phù hợp với điều kiện địa chất và mặt bằng thực tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá về các phương pháp thi công công trình ngầm, công nghệ mới và phân tích kỹ thuật chuyên sâu.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và đô thị: Cơ sở để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định quản lý thi công công trình ngầm, góp phần phát triển đô thị bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ cọc ép – ôm (Press-in) có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
    Công nghệ Press-in không gây rung động và tiếng ồn, phù hợp thi công trong khu vực mặt bằng chật hẹp và gần các công trình nhạy cảm. Ví dụ, tại TP.HCM, công nghệ này đã giúp rút ngắn thời gian thi công và giảm thiểu ảnh hưởng đến dân cư xung quanh.

  2. Tường Barrette phù hợp với loại công trình nào?
    Tường Barrette thích hợp cho các công trình có tải trọng lớn như nhà cao tầng, hầm giao thông sâu, với khả năng chịu lực trên 1000 tấn và chiều sâu thi công từ 12 đến 30 m, như dự án hầm Thủ Thiêm.

  3. Nhược điểm lớn nhất của cọc ván thép là gì?
    Nhược điểm chính là tính ăn mòn trong môi trường làm việc lâu dài. Tuy nhiên, hiện nay có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn hoặc mạ kẽm.

  4. Phương pháp đào hở có những ưu nhược điểm gì?
    Ưu điểm là cơ giới hóa cao, thi công nhanh, dễ chống thấm và phù hợp với công trình có diện tích lớn, không sâu quá. Nhược điểm là chiếm nhiều diện tích mặt bằng, gây tiếng ồn, rung động và có thể ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu ảnh hưởng của thi công tường vây đến môi trường xung quanh?
    Sử dụng công nghệ thi công không rung động như Press-in, áp dụng các biện pháp chống ồn, kiểm soát bụi và tổ chức thi công hợp lý. Ví dụ, các dự án tại TP.HCM đã áp dụng thành công các biện pháp này để giảm thiểu tác động môi trường.

Kết luận

  • Đô thị hóa nhanh chóng tạo ra nhu cầu cấp thiết về xây dựng công trình ngầm, trong đó tường vây giữ vai trò kỹ thuật chủ đạo.
  • Các loại tường vây truyền thống như cọc ván thép và Barrette có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện thi công khác nhau.
  • Công nghệ cọc ép – ôm (Press-in) là giải pháp tiên tiến, hiệu quả cho thi công trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, giảm thiểu tiếng ồn và rung động.
  • Nghiên cứu đề xuất áp dụng rộng rãi công nghệ Press-in, đồng thời nâng cao năng lực kỹ thuật và hoàn thiện tiêu chuẩn thi công.
  • Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo chuyên sâu, xây dựng quy chuẩn kỹ thuật và nghiên cứu vật liệu chống ăn mòn, nhằm phát triển bền vững công trình ngầm đô thị.

Hãy tiếp cận và ứng dụng các giải pháp công nghệ hiện đại để nâng cao hiệu quả thi công và bảo vệ môi trường trong xây dựng công trình ngầm đô thị.