Chương 1: TỐNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TÀU ĐIỆN NGẦM, NHÀ GA NGẦM VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG 1. Tổng quan về công trình tàu điện ngầm, ga ngầm Tàu điện ngầm là hệ thống vận tải trong đô thị, chạy trên đường ray. Thông thường, một phần lớn chiều dài tuyến nằm dưới lòng đất. Rất nhiều thành phố trên thế giới đã xây dựng hệ thống tàu điện ngầm.
Đường tàu điện ngầm được xây dựng đầu tiên trên thế giới xuất hiện ở Anh năm 1863 thuộc hệ thống tàu điện ngầm London với chiều dài 6 Km. Ở thời điểm đó công trình này thực sự là một thành tựu lớn. Hệ thống tàu điện ngầm M1 của Budapest, Hungary là hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên của châu Âu và là hệ thống đường sắt ngầm thứ hai trên thế giới. Hệ thống đường ngầm này khá nông, chỉ cách mặt đất 2,7 m.
Đường ngầm này được xây dựng bằng phương pháp cắt và che, có nghĩa là người ta sẽ đào rãnh sau đó xây mái cho hệ thống rãnh này. Trên thế giới, các nước phát triển xây dựng công trình tàu điện ngầm, ga ngầm từ rất sớm. Tại Nga, công việc xây dựng tuyến tàu điện ngầm đầu tiên ở Moscow bắt đầu vào tháng 11/1931 và đến ngày 15/5/1935 đã khai trương 13 nhà ga đầu tiên. Các ga Metro Matxcơva được xây dựng như "Cung điện nhân dân" và các nhà ga được xây dựng vào cuối những năm 1930 gây ấn tượng lớn nhất.
Hoành tráng và lộng lấy không kém các viện bảo tàng. Mỗi ngày hơn 8 triệu người xuống các nhà ga tàu điện ngầm và 56% hành khách ở thủ đô Moscow sử dụng hệ thống tàu điện ngầm. Ngoài ra, những ga tàu điện ngầm đẹp nhất thế giới có thể kể đến là Toledo ở Italy, Westminster ở London (Anh) hay Komsomolskaya ở Moscow (Nga), Ga Solna tại Stockholm (Thụy Điển), Ga Arts et Métiers, Paris, Pháp (ga này bắt đầu hoạt động từ năm 1904, cách đây hơn một thế kỷ), Ga Westfriedhof tại Munich (Đức), Ga tàu điện ngầm Olaias tại Lisbon (Bồ Đào Nha), Ga Staromestska ở Prague (Cộng hòa Séc), Ga Plac Wilsona tại Warsaw (Ba Lan), Ga Zoloti Vorota tại Kiev (Ukraine). Tại Việt Nam cũng bắt đầu triển khai xây dựng hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên ở nước ta từ hồi cuối tháng 8, tuyến Bến Thành – Suối Tiên (thành phố Hồ Chí Minh).1 Các ga Metro Matxcơva được xây dựng như "Cung điện nhân dân" và các nhà ga được xây dựng vào cuối những năm 1930 gây ấn tượng lớn nhất.
Công trình ga đường sắt đô thị trên thế giới 1. Nguyên tắc bố trí khoảng cách ga Việc bố trí ga trên tuyến tuân thủ các nguyên tắc sau: Các ga trên tuyến phải được bố trí phù hợp với hiện trạng và quy hoạch giao thông trong tương lai của đô thị; Cự ly bố trí ga phải đảm bảo yêu cầu: khoảng cách ga hợp lý, thu hút nhiều hành khách và không dừng tàu quá nhiều làm giảm hiệu quả chạy tàu; Vị trí ga phải là các điểm hình thành luồng khách (như: các quảng trường, các giao lộ của các đại lộ chính - nơi giao cắt với các tuyến giao thông công cộng khác, nhà ga đường sắt, bến xe liên tỉnh, đầu mối xe buýt, cảng khách đường thủy, khu vui chơi giải trí, các khu dân cư mật độ cao, trung tâm thương mại, trường đại học. -5- Tạo đầu mối trung chuyển trong hệ thống, bảo đảm nối kết hoạt động giữa các phương thức vận tải với nhau; cung cấp cho hành khách sự lựa chọn hành trình tối ưu khi sử dụng phương tiện đi lại. Cự ly bình quân giữa các ga nên bố trí trong khoảng cách 1000 – 2000 m, tại khu vực trung tâm thành phố có thể giảm xuống 700 – 800 m, tại các quận vùng ven có thể bố trí khoảng 2000 m một ga.
Chức năng nhiệm vụ các ga Các ga được bố trí tại các địa điểm khác nhau sẽ có chức năng khác nhau. 1) Đa phần các ga trên tuyến là ga trung gian, có chức năng cho khách lên, xuống. Đối với các ga đầu và cuối tuyến ngoài chức năng cho khách lên xuống còn có chức năng quay vòng đoàn tàu. 2) Đối với các ga giao cắt giữa tuyến đường sắt đô thị này với tuyến đường sắt đô thị khác, ngoài chức năng cho khách lên xuống còn thực hiện chức năng trung chuyển hành khách từ tuyến này sang tuyến khác.
3) Tại các ga có lượng hành khách giữa hai khu gian tụt giảm đáng kể (do khách xuống nhiều), cần giảm bớt đoàn tàu, do vậy tại các ga này ngoài chức năng cho khách lên, xuống còn có chức năng quay vòng một phần đoàn tàu.1 Phân chia các ga đường sắt đô thị theo chức năng STT Loại ga Chức năng Ghi chú Có các đỗ tuyến và đường Cho khách lên, xuống và quay 1 Ga đầu, cuối cụt để đỗ đợi, quay vòng vòng đoàn tàu đoàn tàu 2 Ga trung gian Cho khách lên, xuống Ga trung Cho khách lên, xuống và 3 chuyển chuyển tàu, chuyển tuyến Cho khách lên, xuống, chuyển Có các độ tuyến và đường 4 Ga đầu mối tàu, chuyển tuyến và quay vòng cụt để đỗ đợi, quay vòng đoàn tàu đoàn tàu -6- 1. Quy mô nhà ga ngầm Quy mộ nhà ga ngầm trên thế giới thường có bề rộng từ 20 – 30 m, chiều dài từ 120 – 250 m. Quy mô nhà ga cơ bản phụ thuộc vào các yếu tố sau: Lưu lượng hành khách đi lại trong nội đô trên các tuyến đường sắt đô thị. Số lượng tuyến ra vào ga.
Cấu tạo đoàn tàu thiết kế: số toa tàu, chiều dài và chiều rộng đoàn tàu… Việc tích hợp các trang thiết bị phục vụ cho nhà ga, hành khách,…và các hệ thống đảm bảo an toàn. Kích thước ke ga thiết kế. Mặt bằng ga ngầm - Tầng chờ bao gồm: Các trang thiết bị phục vụ hành khách (sảnh đợi, máy bán vé, cổng thu phí tự động, nhà vệ sinh); Trang thiết bị cho nhân viên ga (Văn phòng ga, Trung tâm kiểm soát thảm họa, khu vực nghỉ ngơi…); Phòng cơ điện (phòng thiết bị điện, máy điều hòa không khí và hệ thống thông gió). - Tầng ke ga bao gồm: Các trang thiết bị phục vụ hành khách (ke ga); Phòng cơ điện (hệ thống bơm nước thải); Các ống thông gió của ga.2 Mặt bằng ga ngầm tổng quát 1.
Kết cấu ga ngầm Để thuận lợi cho việc kết nối các tuyến metro với nhau, ở các ga trung chuyển có sử dụng các tấm panel lắp ghép tại vị trí dự kiến làm đường hầm thông nhau giữa các ga. a) Ga ngầm loại 1 Ga ngầm loại 1 có mở rộng theo phương ngang trong phạm vi 15 m ở phía trước và sau ga để máy TBM có thể khoan xuyên qua mà không chạm vào tường trong đất. Trong ga ngầm có các hệ thống cầu thang: Thang cuốn, thang máy và thang bộ hành cho hành khách đi từ trên mặt đất xuống tầng chờ và tầng đường sắt của nhà ga. Thang máy dùng cho người tàn tật và nhân viên phục vụ trong ga.3 Mặt cắt ngang ga ngầm loại 1 Hình 1.4 Mặt cắt dọc ga ngầm loại 1 -9- Hình 1.5 Mặt bằng ga ngầm loại 1 b) Ga ngầm loại 2 Khi phía trước và sau ga có các đoạn đào hở thì không cần bố trí đoạn mở rộng ở 2 đầu ga để máy TBM khoan qua.
Trong ga ngầm có các hệ thống cầu thang: Thang cuốn, thang máy và thang bộ hành cho hành khách đi từ trên mặt đất xuống tầng chờ và tầng đường sắt của nhà ga. Thang máy dùng cho người tàn tật và nhân viên phục vụ trong ga.6 Mặt cắt ngang ga ngầm loại 2 Hình 1.7 Mặt cắt dọc ga ngầm loại 2 -11- Hình 1.8 Mặt bằng ga ngầm loại 2 1. Bố trí ke ga Bố trí ke ga có 2 kiểu là: kiểu đảo và kiểu bên hông. Đối với ke ga của nhà ga ngầm thường dùng kiểu đảo.
Các phương pháp thi công trong xây dựng công trình ngầm Cho đến nay có rất nhiều phương pháp thi công công trình ngầm khác nhau đã được áp dụng, nhưng tóm lại có thể phân thành 03 phương pháp xây dựng chính là: phương pháp đào lộ thiên, phương pháp hạ chìm và phương pháp đào kín. Phương pháp đào lộ thiên Phương pháp này thích hợp cho các đường hầm nông, nền đất mềm yếu,… Dựa vào phương pháp thi công và kết cấu chống đỡ, ta có thể chia phương pháp lộ thiên như sau: Mở hố móng theo mái đất: thi công ít làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, việc ổn định mái dốc hoàn toàn dựa vào tính chất cơ lý của nền đất, quy trình thi công dễ cơ giới, tốc độ đào nhanh và đảm bảo chất lượng yêu cầu. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này sẽ làm gia tăng khối lượng đất đá khi đào cần được vận chuyển, phải áp dụng với phương pháp hạ mực nước ngầm để đảm bảo ổn định hố móng khi thi công. Mở hố móng có sử dụng tường chắn: sự ổn định của hố móng hoàn toàn phụ thuộc vào độ cứng của tường chắn.
-12- Công nghệ tường liên tục trong đất: Đặc điểm của tường trong đất là độ cứng lớn, khả năng chống thấm cao, thích hợp cho các địa tầng mềm yếu, quá trình thi công ít ảnh hưởng đến xung quanh, thi công an toàn trong mặt bằng hẹp. Phương pháp hạ chìm Thi công công trình ngầm bằng phương pháp hạ chìm phù hợp cho các công trình ngầm vượt sông, biển… Khi đó, mỗi đơn nguyên là một cấu kiện không gian được sản xuất ở một phía của tuyến vượt, sau đó được di chuyển bằng phao nổi vào tuyến định hướng đào sẵn dưới đáy dòng nước hoặc cửa hầm trên nền đã được chuẩn bị trước. Các đơn nguyên được liên kết với nhau tạo thành một liên kết hoàn chỉnh không thấm nước, sau đó được lấp đất đá và dỡ tấm bịt mặt tạo thành một đường hầm thông suốt. So với các phương pháp thi công khác, phương pháp này có chi phí thấp hơn và thời gian thi công ngắn hơn, hạn chế được vấn đề tác động đến môi trường xung quanh.
Phương pháp đào kín Khác với phương pháp đào hở, phương pháp đào kín không đào từ trên mặt đất xuống mà đào ngầm trong lòng đất để tạo ra các hang đào, sau đó công trình ngầm sẽ được xây dựng ở trong các hang đào này. Phương pháp này tỏ ra khá hiệu quả khi xây dựng các công trình ngầm đô thi đặt sâu, đặc biệt là khi xây dựng các công trình ngầm có mặt cắt ngang tròn hoặc hình chứ nhật. Tùy theo dạng công trình là loại trọng lực hay loại áp lực mà lựa chọn công nghệ phù hợp.