Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu công nghệ tường vây xây dựng công trình ngầm theo phương pháp đào hở trong điều kiện mặt bằng khó khăn luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cầu hầm

Phân tích giải pháp kết cấu tường vây cho công trình ngầm trong điều kiện mặt bằng khó khăn, luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cầu hầm.

• Tác giả: Vũ Hoàng Nguyên
• Người hướng dẫn: GS. Trần Đức Nhiệm
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Phân Tích Giải Pháp Kết Cấu Tường Vây Cho Công Trình Ngầm Trong Điều Kiện Mặt Bằng Khó Khăn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 0.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHIÊN CỨU
• 0.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 0.2.1. Mục đích nghiên cứu
• 0.2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.2.3. Cấu trúc luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG VÂY TRONG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÀO HỞ
• 1.1. Công trình ngầm theo phương pháp đào hở
• 1.1.1. Khái quát về công trình ngầm đô thị
• 1.1.2. Tổng quan các phương pháp xây dựng công trình ngầm đô thị
• 1.1.2.1. Đối với phương pháp đào kín
• 1.1.2.2. Đối với phương pháp đào hở
• 1.1.3. Tường vây trong thi công công trình ngầm
• 1.1.3.1. Tường vây với cọc cừ đơn hoặc kép
• 1.1.3.2. Tường ống thép có khớp neo
• 1.1.3.3. Tường Barrette
• 1.1.4. Tình hình sử dụng tường vây trong công trình ngầm ở Việt Nam
• 1.1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG NGHỆ TƯỜNG VÂY TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÀO HỞ
• 2.1. Các dạng tường vây sử dụng trong những năm gần đây
• 2.1.1. Tường vây sử dụng cọc ván thép truyền thống
• 2.1.2. Cọc ván thép đôi
• 2.1.3. Phương pháp va đập
• 2.1.4. Phương pháp gây rung
• 2.1.5. Phương pháp ép tĩnh
• 2.1.6. Tường vây sử dụng cọc Barrette – tường liên tục trong đất
• 2.2. Vật liệu chủ yếu làm tường Barrette
• 2.2.1. Kích thước hình học của cọc Barrette
• 2.2.2. Nhược điểm của cọc Barrette
• 2.2.3. Phạm vi áp dụng
• 2.2.4. Quy trình thi công cọc Barrette
• 2.2.4.1. Công tác chuẩn bị
• 2.2.4.2. Chuẩn bị mặt bằng thi công
• 2.2.4.3. Chuẩn bị hố đào
• 2.2.4.4. Đào hố panels đầu tiên
• 2.2.5. Tường vây với giải pháp công nghệ cọc ép – ôm (press-in method)
• 2.2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ CỌC ÉP – ÔM TRONG THI CÔNG TƯỜNG VÂY CHO CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ CÓ ĐIỀU KIỆN MẶT BẰNG CHẬT HẸP
• 3.1. Nguyên lý hạ cọc theo công nghệ Press-in
• 3.1.1. Phương pháp nén – ép
• 3.1.2. Hệ thống thiết bị đồng bộ và tổ chức thi công tường cừ, tường vây với cọc Press-in
• 3.1.2.1. Hệ thống thiết bị cơ bản sơ khai
• 3.1.2.2. Máy nén cọc Press-in
• 3.1.2.3. Hệ thống xối nước và hệ thống khoan cắt
• 3.1.2.4. Các thao tác di chuyển trên hệ thống
• 3.1.3. Ưu thế và ứng dụng của công nghệ cọc press-in
• 3.1.3.1. Ứng dụng với công trình giao thông
• 3.1.3.2. Ứng dụng trong thi công móng cầu
• 3.1.3.3. Ứng dụng cải tạo công trình đường sắt
• 3.1.3.4. Ép cọc trong điều kiện thi công chật hẹp
• 3.1.3.5. Một số trường hợp ứng dụng thực tế
• 3.1.3.6. Các dự án đã thực hiện ở Việt Nam
• 3.2. Đề xuất ứng dụng công nghệ Press-in cho công trình xây dựng hầm chui ở đường đô thị
• 3.3. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giải pháp kết cấu tường vây

Giải pháp kết cấu tường vây là yếu tố then chốt trong xây dựng công trình ngầm, đặc biệt trong điều kiện mặt bằng khó khăn. Các phương pháp truyền thống như tường vây cọc ván thép, tường ống thép có khớp neo, và tường Barrette đều có ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, trong điều kiện đô thị chật hẹp, các giải pháp này thường gặp hạn chế về không gian thi công và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Công nghệ cọc ép – ôm (Press-in) được đề xuất như một giải pháp hiệu quả, giảm thiểu tiếng ồn và rung động, phù hợp với các công trình ngầm trong khu vực đông dân cư.

1.1. Tường vây cọc ván thép

Tường vây cọc ván thép là giải pháp phổ biến trong xây dựng công trình ngầm. Cọc ván thép có khả năng chịu lực tốt và dễ thi công. Tuy nhiên, phương pháp thi công sử dụng búa rung hoặc búa Diezel gây tiếng ồn và rung động lớn, ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Trong điều kiện mặt bằng khó khăn, việc tập kết máy móc và vật liệu cũng là thách thức lớn.

1.2. Tường ống thép có khớp neo

Tường ống thép có khớp neo được sử dụng rộng rãi trong các công trình cảng, cầu, và dân dụng. Loại tường này có khả năng chịu lực cao nhờ liên kết bằng tai nối. Tuy nhiên, phương pháp thi công bằng búa xung kích cũng gây ra tiếng ồn và rung động, không phù hợp với khu vực đông dân cư hoặc có công trình nhạy cảm.

II. Công trình ngầm và điều kiện mặt bằng khó khăn

Công trình ngầm trong đô thị hiện đại đòi hỏi giải pháp kỹ thuật tối ưu để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Điều kiện mặt bằng khó khăn như không gian chật hẹp, địa chất phức tạp, và sự hiện diện của các công trình lân cận là thách thức lớn. Phương pháp đào hở (Cut and Cover) thường được áp dụng, nhưng đòi hỏi hệ thống tường vây ổn định để ngăn chặn sụt lún và đảm bảo an toàn thi công.

2.1. Phương pháp đào hở

Phương pháp đào hở là giải pháp phổ biến trong xây dựng công trình ngầm đô thị. Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng máy móc cơ giới hóa cao và thi công chống thấm hiệu quả. Tuy nhiên, nhược điểm là chiếm nhiều diện tích mặt bằng, gây ồn ào và ách tắc giao thông. Để giảm thiểu tác động, cần áp dụng các giải pháp tường vây hiện đại như công nghệ cọc ép – ôm.

2.2. Địa chất công trình

Địa chất công trình là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc lựa chọn giải pháp kết cấu tường vây. Các loại đất như đất sét yếu, đất cát bão hòa nước, hoặc đất có đá lăn mồ côi đòi hỏi giải pháp tường vây có khả năng chịu lực và ổn định cao. Công nghệ cọc Barrette và cọc ép – ôm được đánh giá là phù hợp với các điều kiện địa chất phức tạp.

III. Công nghệ cọc ép ôm Press in

Công nghệ cọc ép – ôm là giải pháp hiện đại được đề xuất để khắc phục các hạn chế của phương pháp truyền thống. Công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên lý ép cọc bằng lực kháng, không gây tiếng ồn và rung động. Điều này giúp giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh và phù hợp với các khu vực đô thị chật hẹp.

3.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của công nghệ cọc ép – ôm dựa trên việc sử dụng máy nén cọc để ép cọc vào đất mà không cần búa rung hoặc búa Diezel. Máy nén cọc bám vào các cọc đã được cài đặt trước đó, đảm bảo quá trình thi công ổn định và an toàn. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong điều kiện mặt bằng khó khăn và có công trình lân cận.

3.2. Ưu điểm và ứng dụng

Ưu điểm của công nghệ cọc ép – ôm bao gồm giảm thiểu tiếng ồn và rung động, phù hợp với khu vực đông dân cư và công trình nhạy cảm. Công nghệ này cũng cho phép thi công trong không gian hẹp và địa hình dốc. Ứng dụng của công nghệ này bao gồm xây dựng hầm chui, móng cầu, và cải tạo công trình đường sắt.

Nội dung chính

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.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG VÂY TRONG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÀO HỞ 1. Công trình ngầm theo phương pháp đào hở 1. Khái quát về công trình ngầm đô thị Trước tình hình đô thị hóa mạnh mẽ như hiện nay, thì nhu cầu xây dựng các công trình ngầm đang là xu hướng của mọi đô thị, mọi quốc gia trên toàn thế giới. Tốc độ phát triển đô thị rất nhanh ở các thành phố lớn của nước ta như Thủ đô Hà Nội, TP.HCM trong những năm qua làm cho diện tích đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp đáng kể.

Để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình phục vụ cho đời sống dân sinh ở các thành phố đã và đang khai thác không gian ngầm dưới mặt đất như công trình dân dụng từ 4-6 tầng hầm, công trình giao thông sử dụng tàu điện ngầm sâu dưới mặt đất đến hàng chục mét. Các công trình ngầm trong đô thị thường gồm các loại sau: - Đường hầm giao thông: hầm đường bộ, hầm đường sắt, hầm vượt song, hầm bộ hành, … Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 12 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Hình 1.1: Hầm Thủ Thiêm - Công trình ngầm dân dụng: Hầm các tòa nhà, trung tâm thương mại, quảng trường ngầm, gara ô tô ngầm,… Hình 1.2: Hầm để xe của tòa nhà 174 TH - Các công trình ngầm khác: hầm thông tin liên lạc, hào kỹ thuật, Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 13 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Hiện nay, quá trình đô thị hóa diễn ra càng nhanh chóng thì vấn đề đặt ra là thiếu quỹ đất, do đó việc xây dựng các công trình ngầm là vô cùng cấp thiết và đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng mặt. Tổng quan các phương pháp xây dựng công trình ngầm đô thị Công trình ngầm chủ yếu được thi công bằng 2 phương pháp: đào kín và đào hở. Phương pháp đào kín thường chỉ sử dụng cho các công trình đường hầm giao thông, còn lại các công trình ngầm đô thị, không gian ngầm đô thị khác thường được thi công bằng phương pháp đào lộ thiên (đào hở) hoặc phương pháp đào và lấp (cut and cover construction) 1.

Đối với phương pháp đào kín: + Ưu điểm: Cơ giới hóa, tăng cao tốc độ thi công và tốc độ mở hầm Tiết kiệm chi phí liên quan, cho phép giảm giá thành xây dựng trung bình 20-30%. Đặc biệt sử dụng máy mở hầm có hiệu quả khi chiều dài hầm lớn hơn 1. + Nhược điểm: Không thể áp dụng trong điều kiện địa chất thay đổi trong phạm vi đủ rộng Đòi hỏi tay nghề của nhà thầu, mặc dù số lượng công nhân ít hơn nhưng đòi hỏi chất lượng tay nghề cao hơn. Ngoài ra còn có các vấn đề bảo hành, sửa chữa máy móc thi công Suất đầu tư ban đầu khá cao, cụ thể là vốn đầu tư máy móc, do đó số lượng nhà thầu thi công còn ít, chủ yếu là các nhà thầu nước ngoài có đủ điều kiện kinh tế.

Đối với phương pháp đào hở: + Ưu điểm: - Có thể sử dụng máy làm đất và máy thi công khác nhau với mức cơ giới hoá cao, - Có thể thi công hố đào sát tới tường ngoài của công trình ngầm hiện hữu, Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 14 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Thi công chống thấm cho công trình ngầm đơn giản và có chất lượng. - Phương pháp đào mở sẽ có nhiều ưu việt khi công trình ngầm có diện tích lớn trên mặt bằng và không sâu lắm và thường được chọn dùng trong những điều kiện địa chất như : Trong nền đất có đá lăn mồ côi, hay trong sỏi sạn; Trong đất cát bão hoà nước đến độ sâu 6 - 7m; Trong đất có độ ẩm tự nhiên đến độ sâu 10 - 11m; Trong đất sét bão hoà nước đến độ sâu 10 - 12m; Trong đất sét đến độ sâu 13 - 16m. [19] Máy móc thi công phổ biến, được áp dụng rộng rãi + Nhược điểm: Không cơ giới hóa, tiến độ thi công và mở hầm không cao Không an toàn, có thể xảy ra hiện tượng sập đổ khi hệ thống tường vây và hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực - Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông. Có thể hạn chế bớt ảnh hưởng không tốt nói trên khi dùng phương pháp đào của ngành mỏ bằng cách làm các tường vĩnh cửu của công trình ngầm trước, làm nắp của hầm đủ chắc chắn để phương tiện giao thông đi lại trên đó và công tác khác trên mặt đất cũng có thể thực hiện trên nắp công trình ngầm.

- Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố và đáy hố, nên đòi hỏi phải thi công nhanh gấp. - Sự gò bó trong vạch tuyến khi phải bám theo đường phố hiệu hữu, đặc biệt là bán kính cong nhỏ khi mở tuyến tàu điện ngầm. Một số nơi hào đào lấn vào móng công trình hiện hữu làm cho nó kém đi về chịu lực hoặc biến dạng, nên phải gia cường chống đỡ thêm, gây tốn kém. Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 15 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên - Tiến độ thi công và giá thành của phương pháp đào - lấp bởi có nhiều việc phải làm thêm do những sai sót khi khảo sát điều tra hoặc đánh dấu vì chúng chỉ được phát hiện lúc đào, di dời hoặc phải đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác (cáp điện, thông tin, ống cấp thoát nước.

) là vấn đề khá phức tạp, kéo dài tiến độ thi công. - Chuyển vị của đất và lún các công trình hiện hữu. Các phương pháp làm giảm sự trồi đáy hay giảm đào lẹm cũng như sự thay đổi dòng chảy và mực nước ngầm. đều dẫn đến những trở ngại trong tiến độ thi công và thay đổi giá thành.

Dùng neo đất, thanh chống có lắp kích để căng chỉnh là những giải pháp có hiệu quả đối với công trình nhạy lún hoặc công trình cũ ở lân cận hố đào. - Việc di dân để giải phóng mặt bằng dành chỗ cho công trình cũng như cho sân bãi công trường xây dựng, tổ chức lại các tuyến giao thông, ồn, chấn động, bụi. khi thi công thường là những vấn đề xã hội - kinh tế khó giải quyết nhanh gọn để công trình khởi công đúng hạn. Đối với phương pháp đào hở, nhất là đối với các công trình có chiều sâu đào lớn thì tiêu chí kỹ thuật thiết yếu đặt ra là giữ ổn định thành vách đào.

Do vậy nội dung kỹ thuật quan trọng và chủ đạo của phương pháp này là phải xây dựng được hệ thống tường vây (diaphgram) – tường vây cho hố đào sâu (diaphgram for deep excavation). Tường vây cho công trình ngầm thường bao gồm các loại: tường vây cọc ván thép, tường ống thép có neo, tường barrette, … Tường vây cọc cừ: sử dụng các loại cọc bê tông, cọc thép làm tường chắn. Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 16 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Hình 1.3: Tường vây cọc ván thép Tường vây ống thép có khóa nối: sử dụng các ống thép nối với nhau bằng liên kết khớp Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 17 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Hình 1.4: Cọc ván ống thép có khóa nối Tường vây cọc Barrette: là loại cọc khoan nhồi BTCT được thi công bằng gầu ngoạm Hình 1.5: Tường vây cọc Barrette 1. Tường vây trong thi công công trình ngầm 1.

Tường vây với cọc cừ đơn hoặc kép Thường có 4 loại cừ bản thép sau đây: Cừ thép bản phẳng: Ký hiệu SP-1, loại cừ này có mô men kháng uốn không lớn, chiều dài chế tạo 8 - 22m Cừ máng thép : Ký hiệu SP-2, chiều dài chế tạo 8 - 22m thường sử dụng cho các loại kết cấu chống thấm (đê quai, móng đập) công trình xây dựng; Cừ thép chữ Z : Ký hiệu SK-1, SK-2, SĐ-5; Cừ Larssen: Thường chế tạo 4 loại cừ: IV, V, VI, VII có chiều dài từ 8 - 22m với liên kết móc rắn chắc, tạo ra mô men kháng uốn lớn, đây là loại cừ đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Loại này thường thi công bằng búa Diezel, cần có bãi tập kết máy móc Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 18 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên 1. Tường ống thép có khớp neo Tạo nên từ thép dạng ống chất lượng cao, đường kính ống từ 600-3000 mm, giữa các ống có các neo, neo gồm các dạng: P-P, P-T và L-T. Móng này thường sử dụng làm tường vây cảng, cầu, công trình dân dụng, … Nhờ tính năng liên kết bằng tai nối nên tăng tính chịu lực, cọc dạng ống nên khả năng chống uốn cao.

Loại tường vây này thường được thi công bằng búa xung kích. Tường Barrette Là 1 loại cọc khoan nhồi thi công bằng gầu ngoạm, tiết diện hình chữ nhật có cạnh ngắn từ 0.5m, cạnh dài từ 2. Tùy vào địa chất hoặc tải trọng công trình, chiều dài cọc có thể từ vài chục met tới hơn 1 trăm met. Phương pháp thi công gần giống cọc khoan nhồi theo quy trình: đào hố, phụt bentonite, hạ cốt thép, đổ bê tông.

Nhận xét: Trong trường hợp khi gặp phải điều kiện thi công khó khăn, xung quanh khu vực có các công trình ngầm khác, có người dân sinh sống xung quanh các công nghệ thi công này sẽ gặp phải một số vấn đề nhất định. Các phương pháp thi công của các loại tường vây trên đều cần không gian để tập kết máy móc, thiết bị thi công, mặt bằng thi công. Do vậy khi gặp trường hợp mặt bằng thi công chật hẹp sẽ rất khó áp dụng các loại tường vây này. Với công nghệ sử dụng cọc ván thép, cọc ống thép truyền thống thì khó khăn lớn nhất của phương pháp này nằm ở phương pháp thi công.

Phương pháp thi công của công nghệ này sử dụng búa rung và búa diezel để hạ cọc, do đó sẽ gây ra tiếng ồn và rung động, chấn động gây ảnh hưởng đến các công trình ngầm xung quanh và gây khó chịu cho người dân sống xung quanh khu vực. Lớp: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K25.2 Trang: 19 HVTH: Vũ Hoàng Nguyên Còn với công nghệ cọc Barett, thách thức lớn nhất của công nghệ này khi áp dụng với điều kiện khó khăn như trên là chiếm quá nhiều diện tích mặt bằng để tập kết máy móc, nhân công và vật liệu. Điều này không khả dụng trong điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp.