nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt do thi công đường hầm mêtrô đặt nông trong đất bằng máy đào tổ hợp tbm

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học giao thông vận tải
XzW




Bùi văn dỡng




Nghiên cứu ảnh hởng lún bề mặt do thi công
đờng hầm mêtrô đặt nông trong đất
bằng máy đào tổ hợp TBM



chuyên ngành: xây dựng cầu hầm
m số: 60-58-25




Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

hà nội 2007
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học giao thông vận tải
XzW



Bùi văn dỡng



Nghiên cứu ảnh hởng lún bề mặt do thi công
đờng hầm mêtrô đặt nông trong đất
bằng máy đào tổ hợp TBM


chuyên ngành: xây dựng cầu hầm
m số: 60-58-25



Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học:
1. pgs.ts đỗ nh tráng
2. TS. Nguyễn phơng duy







hà nội 2007
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Mục lục
mở đầu 1
Chơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 3
1.1 Giới thiệu các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất 3
1.1.1 Phơng pháp đào hở (đào lộ thiên) 3
1.1.2 Phơng pháp đào dới nắp 8
1.1.3 Phơng pháp đào kín 11
1.1.3.1 Phơng pháp ngầm thông thờng 11
1.1.3.2 Phơng pháp khiên đào 14
1.1.3.3 Phơng pháp tổ hợp khoan đào TBM 18
1.2 Sự cần thiết của đề tài 21
1.2.1 ảnh hởng của quá trình thi công đờng hầm bằng tổ hợp đào
hầm đến lún bề mặt
22
1.2.2 Mục tiêu của đề tài 27
1.2.3 Giới hạn của đề tài 28
Chơng 2: Các phơng pháp tính lún mặt đất khi thi công công trình

ngầm bằng TBM
30
2.1 Các nghiên cứu dựa theo kinh nghiệm và bán kinh
nghiệm 30
a. Phơng pháp nghiên cứu kinh nghiệm 31
b. Phơng pháp nghiên cứu bán kinh nghiệm 32
2.2 Các nghiên cứu dựa trên phơng pháp thí nghiệm 41
2.3 Các nghiên cứu dựa trên phơng pháp pthh:Error! Bookmark not de
f
2.4 Các phơng pháp tính ổn định mặt gơng đào:Error! Bookmark not
d
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mục lục bùi văn dỡng
1
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

a. Phơng pháp dựa trên cơ sở thiết kế theo trạng thái giới hạn của
Leca và Dormiex (1990) 47
b. Phơng pháp phân tích theo cân bằng giới hạn của Covári và
Anagnostou (1996)
51
Chơng 3: Mô hình tính và lời giải của bài toánError! Bookmark not defined.
3.1 Xây dựng mô hình tính 59
3.1.1 Phân tích quá trình thi công bằng TBM 59
3.1.2 Xây dựng mô hình tính 61
3.2 lời giải của bài toán 66
3.2.1 Giới thiệu về chơng trình sử dụng trong tính toán 66
3.2.2 Xây dựng lời giải 67
Chơng 4: Khảo sát số, kết luận và kiến nghị 75
4.1 Các ví dụ khảo sát 75
4.1.1 Số liệu đầu vào của các bài toán khảo sát 75

4.1.2 So sánh mô hình tính của đồ án với phơng pháp đờng cong
Gaussian
76
4.1.3 Khảo sát mối quan hệ H-D đến ảnh hởng lún tổng cộng bề mặt 79
4.1.4 Khảo sát giá trị lún bề mặt lớn nhất ở mỗi giai đoạn thi công 85
4.2 kết luận 87
4.3 kiến nghị 88
tài liệu tham khảo 89


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mục lục bùi văn dỡng
2
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phần Mở đầu - 1 - bùi văn dỡng
Mở đầu
Các đô thị lớn ở nớc ta hiện nay đang trên đà phát triển mạnh mẽ, tăng
trởng kinh tế cao. Điều này cũng kèm theo sự gia tăng mạnh mẽ về quy mô dân
số đô thị, dẫn đến nhu cầu về mặt bằng xây dựng các công trình dân dụng, các
công trình công cộng nh: siêu thị, các bãi đỗ xe và đặc biệt là các công trình
phục vụ nhu cầu đi lại của ngời dân. Trong khi đó quỹ đất của các thành phố là
có hạn, điều này đã đặt ra nhu cầu xây dựng các công trình trên cao cũng nh đặt
sâu trong lòng đất. Loại hình công trình ngầm có quy mô lớn nhất trong các
công trình nói trên phải kể đến là công trình đờng hầm giao thông phục vụ cho
việc đi lại của ngời dân trong thành phố ( mêtrô ).

Tập trung
dân số đô thị
Thiếu không gian sinh
hoạt, c trú
Nhu cầu về phơng tiện
đi lại tăng
Thiếu quỹ đất, giá đất
tăng cao
Mở rộng các công trình
ngầm khác: khu thơng
m
ạ
i, điểm đỗ xe
Khai thác không gian c
trú ngầm và trên cao
Phát triển giao thông
công cộng
Tăng lợng sở hữu xe cá
nhân
Hệ thống đờng giao
thông đô thị trên cao và
đi ngầm
Đờng ôtô trên cao và
n
g
ầm

Bãi đỗ xe ngầm và trên
cao

Việc xây dựng hệ thống đờng hầm giao thông trong thành phố là nhu cầu
tất yếu và là giải pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu hiện tợng tắc nghẽn giao
thông, ô nhiễm môi trờng nh hiện nay ở các thành phố lớn của Việt Nam.
Đây là cách mà các nớc phát triển trên thế giới đã thực hiện và cho thấy
rõ hiệu quả rất cao. Tuy nhiên ở các nớc này cũng đã xảy ra các hiện tợng
ngay trong khi xây dựng hoặc sau một thời gian tồn tại của các công trình ngầm
nêu trên trong lòng đất đã gây ra hiện tợng bề mặt đất bị lún làm ảnh hởng rất
lớn đến các công trình đang có trên mặt đất. Đặc biết trong quá trình thi công
các công trình ngầm với chiều sâu đặt của nó là không sâu với các công nghệ thi
công khác nhau đã gây ra lún không nhỏ trên bề mặt đất, ảnh hởng nghiêm
trọng đến các công trình xây dựng trên mặt đất xung quanh khu vực đó.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phần Mở đầu - 2 - bùi văn dỡng
Với sự phát triển nh vũ bão của khoa học công nghệ thì các công nghệ
cũng nh thiết bị thi công hầm cũng không ngừng phát triển theo. Một trong
những công nghệ đang đợc coi là đạt đợc hiệu quả cao trong tiến độ thi công,
an toàn và dễ kiểm soát hiện nay chính là công nghệ sử dụng tổ hợp khoan đào
toàn tiết diện TBM. Loại thiết bị này hiện nay có thể thi công đợc trong hầu
nh tất cả các địa chất khác nhau, các loại hình dạng mặt cắt ngang và kích
thớc có thể đạt đến trên 15m.
Tuy nhiên, với Việt Nam thì công nghệ này còn khá mới mẻ và đắt tiền.
Chính vì vậy để có thể áp dụng đợc vào thi công các công trình ngầm ở nớc ta
thì đòi hỏi đội ngũ các nhà khoa học, kỹ s cần có rất nhiều nghiên cứu khác
nhau để từ đó lựa chọn và đa ra đợc quyết định hợp lý về mặt kỹ thuật, kinh tế
và môi trờng. Đặc biệt là khi áp dụng cho các công trình ngầm trong khu đô thị,
tránh hiện tợng đầu t lãng phí. Một trong các nghiên cứu cần phải đặt ra đó

chính là vấn đề lún bề mặt đất khi thi công các hầm đặt không sâu bằng máy
khoan đào tổ hợp toàn tiết diện TBM.
Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một nghiên cứu của riêng mình trong đề tài
tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật. Với trình độ nghiên cứu còn non nớt cùng với các
hiểu biết còn rất hạn chế nên đề tài không có mong muốn gì hơn là mang tính
chất tham khảo và đa ra các hớng nghiên cứu tiếp theo hoàn chỉnh hơn và
mang tính thực tiễn cao hơn. Vì vậy, tác giả rất mong nhận đợc những đóng góp
quý báu của các vị tiền bối, các nhà chuyên môn để hoàn thiện mình hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 3 - bùi văn dỡng
Chơng 1 : Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1. Giới thiệu các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất.
Có thể chia hầm đặt nông ra hai loại: đặt nông toàn tuyến và đặt nông bộ
phận. Các phơng pháp thi công chủ yếu thờng đợc áp dụng cho loại hầm này
là: đào hở (đào lộ thiên), tờng liên tục (tờng trong đất), đào dới nắp, đào
ngầm nông và phơng pháp khiên đào.
1.1.1. Phơng pháp đào hở (đào lộ thiên):
Đặc điểm của thi công lộ thiên là các bộ phận kết cấu gần tơng tự nh
khi thi công các công trình khác trên mặt đất nên ở đây chỉ giới thiệu các phơng
pháp đào mở.
a. Đào mở không che chống:
Phơng pháp này áp dụng cho hầm đặt rất gần mặt đất, nó ảnh
hởng nhiều đến môi trờng xung quanh khi thi công. Việc đào hố móng
chỉ dựa vào việc tạo ra mái dốc thích hợp để có thể tự giữ ổn định. Khối
lợng đào đắp lớn, chiếm dụng mặt bằng thi công nhiều nhng nó lại có
tốc độ thi công nhanh và chất lợng của công trình dễ dàng kiểm soát
b. Thi công hố đào có sử dụng các thiết bị che chống xung quanh hố
móng:

- Có các kết cấu che chống (ổn định thành hố đào) chủ yếu: Kết gỗ;
BTCT hoặc bằng các kết cấu thép chế tạo sẵn.
- Đối với kết cấu che chống bằng BTCT có thể là các tấm BTCT hoặc
là các cọc BTCT chế tạo sẵn. Cũng có thể sử dụng các loại cọc hoặc tờng
BTCT đúc tại chỗ (cọc khoan) liên kết lại thành tờng liên tục.
- Đối với các kết cấu che chống bằng thép có thể sử dụng các loại cọc
ván thép có sẵn hoặc có thể là các loại cọc thép tự chế tạo.
c. Sử dụng tờng liên tục trong đất:
Tờng liên tục dới đất đợc phân chia thành các loại chủ yếu sau:
- Tờng liên tục dới đất đổ tại chỗ.
- Tờng liên tục dới đất đúc sẵn lắp ghép.
- Tờng liên tục dới đất gồm các hàng cọc.
Các thao tác công nghệ chính đợc thực hiện nh sau:
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 4 - bùi văn dỡng
do
dt
Ht
Ht
dt
do
H
B
Thi công đoà hào Đổ bê tông tờng
Đào dới nắpĐào và thi công nắp đỉnh

Hình 1.1: Các thao tác công nghệ chính của phơng pháp tờng trong đất
+ Tờng liên tục dới đất đổ tại chỗ:
Đào một đoạn rãnh hẹp và dài trong đất, lắp lồng ghép vào trong rãnh,

đổ bê tông thành một đoạn tờng bê tông cốt thép, nối liền từng tấm thành
một bức tờngliên tục dới đất. Đó là một cách thi công tờng liên tục
dới đất. Dây truyền thi công tờng liên tục dới đất xem hình vẽ:

Công tác
chuẩn bị
Thi công
tòng dẫn
Khoan
lỗ
Đào lỗ
Dọn
sạch đáy
Cẩu lồng
thép
Thả ống
phiễu đổ
bê tông
Đỗ bê
tông
Hút vữa
sét tron
g
hào lên
Đa
g
iá đổ
bê tôn
g
vào

vị trí
Chế tạo
lồng
thé
p
Xử lý tái
sinh vữa
sé
t
Trộn
vữa sét
Đo đạc chiều
thẳng đứng
vào vách hào
K
Cẩu ống
chốt vào
Rút ống
chốt lên
Sửa lại
sai lệch
K<K
cho
p
hé
p
Đ
ợ
c

Hình 1.2: Dây chuyền thi công tờng dới đất


Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 5 - bùi văn dỡng
Một số loại máy đào hào:
Dựa theo cơ lí đào hào máy có thể phân chia làm hai loại lớn: kiểu
máy đào hào bằng gầu, kiểu khoan.
- Máy đào rãnh bằng gầu đào
Loại máy này tiến hành phá hoại đất bằng gầu và chuyển nó ra khỏi
rãnh. Máy dùng để thi công tầng đất mềm yếu, máy này có gầu
ngoạm,gầu xúc, gầu quay, gầu xoắn v.v


Hình1.3: Gầu ngoạm chạy trên bánh xích MHL (Trung Quốc)
- Máy đào rãnh bằng mũi khoan.
Loại máy này dùng mũi khoan phá nát đất địa tầng, nhờ tuần hoàn của
vữa sét mang đất đá vụn đẩy ra ngoài rãnh đào. Dựa vào phơng thức phá
nát đất địa tầng có thể chia ra : máy đào kiểu xung kích, kiểu quay, kiểu
đục gọt và máy phay rãnh hai bánh. Máy đợc lắp trên giá chuyên dụng
hoặc cần cẩu bánh xích. Thờng dùng là các loại máy đào xung kích, kiểu
quay và máy phay rãnh hai bánh.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 6 - bùi văn dỡng

Hình 1.4: Nguyên lý công tác của khoan quay nhiều đầu
Thi công đào rãnh:
- Phân chia và thi công cơ giới các đoạn rãnh .

Việc lựa chọn chiều dài các đoạn rãnh, cần dựa vào các yếu tố nh địa
chất, mức nớc ngầm, có hay không các đờng ống dới đất v.v có chú
ý xem xét tính ổn định của vách rãnh, và trọng lợng lồng cốt thép nói
chung chiều dài đoạn rãnh vào khoảng 4m ữ 6m. Nếu tầng đất xấu có thể
2m ữ 3m, điều kiện địa chất tốt có thể dùng đến 7mữ 8m. Chỗ ngoặt góc
cần rút ngắn lại, cách bố trí có thể kiểu một đoạn và nhiều đoạn.

a
b
Kiểu 1 đoạn
Kiểu 2 đoạn
Kiểu 3 đoạn
2b-a
3b-2a

Hình 1.5: Phân đoạn rãnh đào
b
a
Lỗ dẫn
Hình 1.6: Đào rãnh

Khoan lỗ
Thông lỗ
Sửa vách

Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ chắp các lỗ khoan thành rãnh
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 7 - bùi văn dỡng
+ Tờng liên tục dới đất đúc sẵn:

Tờng liên tục dới đất đúc sẵn có hai dạng chủ yếu : tấm và tấm +
dầm. Trong phơng pháp tấm + dầm, tác dụng của tấm là đem áp lực
chuyền cho dầm. Dầm cũng dài nh tấm và có bố trí neo. Ngời ta thờng
dùng là phơng pháp tấm + tấm. Phơng pháp này lại chia làm hai hệ
thống : hệ thống rãnh gồm các tấm có mộng, hệ thống tấm thép có rãnh
ghép tấm.
Dầm
Tấm
Dầm
Tấm + dầm
Tấm ghép mộng
Tấm ghép chốt

Hình 1.8: Một số dạng tờng đúc sẵn
Trình tự chủ yếu của thi công tờng liên tục dới đất đúc sẵn có : 1) thi
công tờng dẫn ;2) chế tạo vữa sét bảo vệ vách ;3) đào rãnh; 4) Vét sạch
đáy và xoa vách;5) dùng vữa xi măng gắn chắc thay thế vữa sét; 6) Cẩu lắp
tấm tờng đúc sẵn ;7) xử lý mối nối.
Xử lý mối nối giữa các tấm:1) khe đơn giản có thể dùng vữa xi măng
bơm vào khe hở giữa hai tấm ;2) Để nâng cao cờng độ chống cắt của mối
nối, có thể lắp thêm bê tông cốt thép vào trong khe nối ;3) Trong vữa xi
măng đặt giải cách nớc.
Vữa xi măng
Chêm bê tôngVữa xi măng Vữa xi măng
Giải cách nớc

Hình 1.9: Xử lý khe nối giữa các tấm

+ Tờng liên tục dới đất bằng hàng cọc:
Tờng liên tục dới đất bằng cọc là loại tờng đựơc thi công bằng cách

nối liền mỗi cọc độc lập thành một hàng cọc thống nhất.
(1). Tờng liên tục dới đất bằng hàng cọc khoan và xung.
Dùng phơng pháp khoan hai lỗ tức là dựa trên khoảng cách nhất định
khoan lỗ và đúc cọc bê tông cốt thép, sau đó xung lỗ vào giữa hai cọc và
đổ bê tông cốt thép, hình thành tờng liên tục dới đất với hàng cọc.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 8 - bùi văn dỡng
Phơng pháo này tơng đối thích hợp với vùng đất hẹp, bị hạn hẹp chế về
chiều cao tĩnh không, có nhiều đá sỏi lớn và trong tình hình không có máy
khoan rãnh cỡ lớn.
Cọc xung lỗ
Cọc khoan lỗ

Hình 1.10: Tờng liên tục dới đất bằng cọc khoan và xung
- Phơng pháp thi công.
Hai trình tự, chế tạo vữa sét và thi công tờng dẫn tơng tự với tờng
liên tục dới đất đổ tại chỗ. Khi đào lỗ để tạo thành tờng liên tục dới đất
bằng hàng cọc yêu cầu mỗi lỗ cọc đều phải thoả mãn yêu cầu độ chính
xác thẳng đứng. Khi đổ bê tông dới nớc, để đảm bảo tầng bảo vệ bằng
bê tông của cọc khoan lỗ; trên hớng dọc của tờng liên tục, lồng cốt thép
của cọc cần treo 2 ống thép định vị hai bên, trên hớng ngang của lồng cốt
thép cần hàn miếng thép định vị. Sau khi đổ bê tông xong rút ống thép lên.
Trên hớng dọc và hớng ngang của lồng cốt thép của cọc xung lỗ đều
phải bố trí các miếng thép định vị .
(2). Tờng liên tục dới đất bằng hàng cọc đào.
Tại vùng không bị ảnh hởng nớc ngầm lớn, thích hợp với công tác
đào lỗ bằng nhân công khi xây dựng tờng liên tục dới đất bằng các hàng
cọc đào làm kết cấu che chắn hoặc một bộ phận kết cấu chính. Ưu điểm
của phơng pháp này là có thể mở nhiều mặt công tác đồng thời thi công

tăng thêm tốc độ; không cần thiết bị cỡ lớn để nhổ cọc, cẩu lắp đào rãnh
dễ đảm bảo; thi công giản tiện, tốn ít vật liệu, giá thành hạ. Cọc đào lỗ
thờng dùng cọt vuông kèm theo vách chắn.

Hình 1.11: Sơ đồ mặt bằng thi công tờng liên tục dới đất bằng hàng
cọc đào
1.1.2. Phơng pháp đào dới nắp:
Phơng pháp đào dới nắp là trớc tiên dùng cách làm lại mặt đờng họăc
dùng kết cấu che chắn tấm đỉnh bảo đảm cho mặt đất thông suốt rồi thi công
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 9 - bùi văn dỡng
xuống dới. Thời kỳ đầu phơng pháp đào dới nắp đợc tiến hành bằng cách
lắp dầm thép trên cọc thép cho chống hố đào, lát mặt đờng để đảm bảo giao
thông trên mặt đất. Sau khi đào xuống đến đáy móng xong, đổ bê tông dới
móng rồi dùng phơng pháp thi công thuận đến đổ bê tông tấm đỉnh. Về sau
ngời ta dùng phơng pháp thi công đào dới nắp nghịch. Có nghĩa là dùng kết
cấu che chống có độ cứng lớn thay thế cọc thép, dùng kết cấu tấm đỉnh làm hệ
thống mặt đờng và hệ chống. Dùng phơng pháp thi công nghịch, trình tự thi
công nh sau: kết cấu che chống- tấm đỉnh - đào đất - che chống xây tờng giữa
- tiếp tục đào cho đến đáy, xây hệ chống và tờng đáy.
Ưu điểm của thi công bằng phơng pháp đào dới nắp: chuyển vị ngang
của kết cấu nhỏ; tấm kết cấu dùng làm hệ thống để đào hố móng, tiết kiệm hệ
thống tạm thời rút ngắn thời gian cắt đờng, giảm thiểu cản trở đi lại trên mặt
đất; bị ảnh hởng khí hậu bên ngoài ít. Khuyết điểm của nó là: đa đất ra không
tiện lợi, thi công nối đầu cột và tấm nhiều, cần tiến hành xử lý phòng nớc; hiệu
suất thấp, tốc độ chậm, trớc lúc hình thành kết cấu chung, cột đứng ở giữa chỉ
chịu đợc tải trọng bên trên một cách hạn chế.
Phơng pháp thi công:
- Thi công bằng phơng pháp dới nắp có máy loại sau đây:

+ Phơng pháp đào dới nắp thuận.
+ Phơng pháp đào dới nắp nghịch.
+ Ph
ơng pháp đào dới nắp nửa nghịch: Tổ hợp phơng pháp đào
dới nắp thuận và phơng pháp đào dới nắp nghịch
+ Tổ hợp đào dới nắp và phơng pháp đào ngầm.
+ Tổ hợp đào dới nắp và phơng pháp khiên.
Kết cấu
tờng chắn
Cột
đứng
Tấm đỉnh
Thi công kết cấu tờng chắn, cột chống trung gian
Đổ bê tông tấm đỉnh, đào xuống dới
Đổ bt tấm chịu tải lần 1, tờng chắn, cột, đào đất
Đổ bt tấm đáy, tờng chắn, cột

Hình 1.12: Phơng pháp thi công đào dới nắp nghịch
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 10 - bùi văn dỡng

Dùng PP thuận đổ bê tông tầng 1,2,
tháo dỡ công trình tạm, hồi phục mặt đờng
Thi công nửa trên kết cấu che chắn, cột trung gian,
đào đất và lắp hệ chống, nửa phần dới kết cấu che chắn
Thi công cột trung gian của kết cấu chính
kết cấu che chắn
Nửa trên
Nửa trên

kết cấu che chắn
Cột trung gian
Đổ BT sàn tầng 2 và đào đất
Dựng hệ chống, đổ BT sàn tầng 3
và tờng bên rồi đào đất
và tờng bên
Dựng hệ chống, đổ BT sàn tầng 4

Hình 1.13: Phơng pháp thi công đào dới nắp tổ hợp thuận và nghịch
Neo bảo vệ mái dốc
Đào lỗ chôn cọc
Đờng hầm
công vụcông vụ
Đờng hầm
(1)
(2)
(2)
(3)
(1)

Hình 1.14: Tổ hợp phơng pháp đào dới nắp và đào ngầm
(1): Đào ngầm thi công hai đờng hầm công vụ
(2): Thi công neo bảo vệ mái dốc hoặc hàng cọc bảo vệ
(3): Thi công bằng đào dới nắp hoàn thành nốt phần còn lại
1. Đào tầng đất phủ (áo đờng) 2. Đặt nắp 3. Đào nửa phần trên bằng PP khiên
6. Lăp dựng chống đỡ phần dới5. Đào nửa dới bằng PP khiên4. Lắp hệ chống đỡ nửa trên

Hình 1.15: Thi công tổ hợp đào dới nắp và khiên

Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 11 - bùi văn dỡng
1.1.3. Phơng pháp đào kín :
1.1.3.1. Phơng pháp ngầm thông thờng
a. Đặc điểm kỹ thuật khi thi công bằng phơng pháp đào hầm nông
(1) Biến dạng đất đá phát triển đến mặt đất.
Trong thi công đờng hầm chôn nông ảnh hởng lún đất nền sẽ phát
triển tới mặt đất. Để tránh phá hoại công trình kiến trúc trên mặt đất và
mạng đờng ống chôn ngầm trong đất đồng thời bảo vệ cảnh quan tự
nhiên trên mặt đất, khắc phục ảnh hởng giao thông qua lại, thích ứng
càng tốt với các yêu cầu môi trờng xung quanh thì cần khống chế một
các chặt chẽ biến dạng lún trong đất và trên mặt.
Về lợng biến dạng, không chỉ biến dạng lún trực tiếp do việc đào hầm
trong đất đá gây ra, mà còn phân tích cả biến dạng do tính mềm của hệ
thống che chống đất đá gây ra cũng nh chuyển vị toàn khối kết cấu của
nền móng bị lún trong các giai đoạn thi công gây ra.
(2) Yêu cầu độ cứng che chống hệ thống chống cải tạo tầng đất.
So với đờng hầm nằm sâu, biến dạng cho phép của đờng hầm nông
cũng khác nhau. Khi thi công bằng phơng pháp đào ngầm đờng hầm
chôn nông, che chống càng sớm càng tốt, độ cứng che chống cũng phải
tăng lên một cách thích đáng nhằm để khống chế biến dạng lún sụt trong
đất cũng nh đất mặt.
Ngoài việc phải lựa chọn phơng pháp đào, phơng thức che chống
cùng công nghệ thi công thoả đáng ra còn phải thờng xuyên phải dùng
biện pháp tiến hành cải thiện điều kiện đất đá ở phía trớc. Đó là những
biện pháp nhằm khống chế biến dạng lún của địa tầng.
b. Phơng pháo đào và phơng thức che chống.
(1) Lựa chọn phơng pháp đào.
Trong thi công thờng dùng phơng pháp bậc thang và phơng pháo
đào bộ phận các loại thích hợp với điều kiện địa chất đặc biệt.

Nói chung, đờng hầm trong núi thờng dùng phơng pháp bậc thang
lớn để thi công. Đờng hầm ở thành phố và phụ cận, nói chung, có thể
dùng phơng pháp đào bộ phận ở bậc thang trên, và phơng pháp bậc
thang ngắn để thi công.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 12 - bùi văn dỡng

Hình 1.16: Phơng pháp bậc thang ngắn
a, Phơng pháp đào bộ phận bậc thang trên;
b,Phơng pháp bậc thang ngắn;

Đờng hầm có mặt cắt lớn trong thành phố hệ chống trên núi có thể
dùng phơng pháp bậc thang có tờng ngăn ở giữa, phơng pháp hào dẫn
ở một bên vách, hoặc phơng pháp hào dẫn ở hai bên vách (hình 1.17).
Đờng hầm nhiều nhịp cùng cho ga đờng sắt, cho bãi đỗ xe dới đất v.v
phần lớn thờng dùng phơng pháp cột + hầm, phơng pháp hầm bên
hoặc phơng pháp hầm ở giữa để thi công (hình 1.17).
Trong thi công, cần hết sức giảm thiểu xáo động đất đá, u tiên dùng
máy đào hoặc dùng nhân lực. khi đào bằng nổ phá, cần dùng tiến độ ngắn,
dùng nổ phá om, khi cần thiết phải tiến hành giám sát khống chế với chấn
động nổ phá. Tiến độ nổ phá nói chung không nên quá 1,0m.

Hình 1.17: a, Phơng pháp bậc thang có tờng ngăn ở giữa;
b,Phơng pháp đào dẫn một bên vách
c,Phơng pháp đào dẫn hai bên vách


Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 13 - bùi văn dỡng
(2) Phơng thức che chống.
Đờng hầm đợc thi công bằng phơng pháp đào ngầm chôn nông
phần lớn đều dùng vỏ hầm hai lớp. Khi thiết kế có thể chia ra làm 3 loại:
Che chống ban đầu chịu toàn bộ tải trọng, che chống lần hai (vỏ lớp
trong) chỉ có tác dụng dự trữ an toàn; che chống lần đầu và che chống lần
hai cùng có vai trò nh nhau hoặc che chống lần đầu chỉ dùng làm che
chống tạm thời trong thời gian thi công, che chống lần hai dùng làm kết
cấu chịu tải chủ yếu.
Trong điều kiện địa chất bình thờng, kiểu che chống thời kỳ đầu bao
gồm 4 loại phơng thức: Phun, neo, lới, giá thép hệ chống giàn mắt cáo
ghép lại thành hình thức kết cấu khác nhau.

Hình 1.18
a,Trình tự thi công bằng phơng pháp cột + hầm;
b,Trình tự thi công bằng phơng pháp hầm bên;
c,Trình tự thi công băng phơng pháp hầm ở giữa;

Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 14 - bùi văn dỡng
Trong thi công diện tích mặt cắt lớn ở địa tầng mềm yếu dùng cách đào
từng bộ phận nhỏ, che chống hầm thời kỳ đầu thờng kết hợp với che
chống tạm thời (nh vòm đáy tạm thời, tờng ngăn ở giữa), làm cho mỗi
bộ phận sau khi đào xong đều đợc bịt kín tạm thời.
(3)Phơng pháp thi công bổ trợ
Trong tình hình bình thờng có thể dựa theo trình tự sau đây lần lợt
lựa chọn để dùng:
-Đào nửa mặt cắt trên chừa lại lõi đất hình vòng tròn ở giữa:
-Phun bê tông bịt kín mặt đào;

-Che chống bằng neo vợt lên trớc hệ chống ống dẫn nhỏ vợt lên
trớc.
-Phun vữa vào ống dẫn nhỏ vợt lên trớc ở xung quanh hầm;
-Bố trí vòm đáy tạm thời ;
-Phun vữa vào lỗ sâu để gia cố và chặn nớc
1.1.3.2. Phơng pháp khiên đào:
- Phơng pháp này đợc công trình s ngời Pháp Brunel đề xuất vào
năm 1818 xuất phát từ việc quan sát con mọt đục gỗ trên tàu thuyền.
- Khiên mở hầm là thiết bị chống di động, dới tác động của khiên, đất
đá đợc đào và vỏ hầm đợc lắp đặt.
- Theo hình dạng khiên có thể có các loại khiên hình tròn, vòm (móng
ngựa), chữ nhật, hình nón. Trong phần lớn các trờng hợp khiên thờng có
dạng hình tròn tơng ứng với dạng vỏ hầm.
- Theo phơng pháp đào đất ngời ta phân khiên ra các loại: không cơ
giới (đào thủ công), bán cơ giới (công tác đào đất và bốc dỡ đất đá đợc
cơ giới hoá từng phần) và cơ giới toàn bộ (tất cả các thao tác đào đất, bốc
dỡ vận chuyển, thu dọn đất đá đều đợc cơ giới hoá).
- Theo cấu tạo của bộ phận trớc khiên có: khiên đào ngực trần và ngực
kín.
- Theo phơng pháp hạ nớc ngầm có: hạ nớc ngầm thủ công bằng
giếng kim, loại cân bằng bùn và nớc, cân bằng áp lực đất, loại sử dụng
khí nén cục bộ và khí nén toàn bộ

Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 15 - bùi văn dỡng
Bảng phân loại khiên đào

- Khi thi công trong các vùng có nớc ngầm và các hầm trong đất yếu
thì phải có phơng án làm giảm mực nớc ngầm và ổn định thành đào

một trong các phơng pháp đó thì phơng pháp khí nén đợc coi là hữu
hiệu nhất.
- Có thể thấy phơng pháp khiên có các u điểm sau:
+ Đào và xây dựng vỏ hầm một cách an toàn dới sự che chống
của khiên.
+ Tốc độ thi công nhanh, toàn bộ quá trình thi công: đào, đa đất
ra, lắp đặt kết cấu vỏ đều có thể cơ giới hoá đợc.
+ Không ảnh hởng đến không gian trên bề mặt (đờng giao
thông, sông biển) trong quá trình thi công.
+ Không bị ảnh bởi thời tiết và khí hậu.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 16 - bùi văn dỡng
+ Không gây tiếng ồn trong thi công và ảnh hởng tới môi trờng
xung quanh.
+ Phơng pháp này còn đặc biệt hợp lý (về kinh tế và kỹ thuật) khi
thi công trong các môi trờng đất đá mềm yếu và có nớc ngầm (
dới sông biển, hầm trong thành phố).
- Tuy nhiên nó cũng có các nhợc điểm:
+ Chỉ thích hợp với các công trình hầm có chiều dài lớn (>750m)
vì các thiết bị loại này thờng chỉ thiết kế và chế tạo cho 1 công
trình cụ thể với các điều kiện phù hợp.
+ Khó khăn khi thi công các công trình có đờng cong bán kính
nhỏ.
+ Khi chiều dầy tầng đất phủ nhỏ đặc biệt là khi thi công dới đáy
nớc.
+ Khi sử dụng khí nén làm khô khu vực thi công thì yêu cầu bảo
hộ cho ngời làm việc trong hầm cao và ảnh hởng lớn đến sức
khoẻ ngời lao động.
1

2
3
4
5
1. Vòng miệng
2. Vòng che chống
3. Vòng đuôi
4. Sờn gia cố
5. Sờn gia cố hình vòng

Cấu tạo vỏ khiên
Sơ đồ khiên đào thủ công
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 17 - bùi văn dỡng

Hình 1.19: Sơ đồ các khiên đào cơ giới và bộ phận làm việc tác động rôto (a-b)

Hình 1.20: Các sơ đồ khiên cơ giới hoá có bộ phận làm việc tác động lựa chọn
- Để mở hầm trong các đất không dính có độ ẩm ngời ta đã sử dụng
thành công loại khiên có sàn chia theo phơng nằm ngang đua ra chút ít
sau vòng dao. Nh vậy gơng hầm đợc chia ra nhiều tầng, đất đợcc đổ
nghiêng trên mỗi tầng đảm bảo ổn định cho gơng đào.

Hình 1.21: Khiên có sàn chia đôi nằm ngang
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 18 - bùi văn dỡng
- Khi đào trong đất không dính (rời) no nớc, để đảm bảo ổn định cho
gơng ngời ta chia khiên ra một số tầng và mỗi tầng có bố trí các buồng.

Việc đào đất đợc thực hiện bằng mũi cắt phía đầu khiên, nớc (dung dịch
bùn sét) đợc dẫn vào trộn lẫn với đất, khi đó nớc + đất đợc tạo ra một
màng chắn nhằm cân bằng áp lực đất phía mặt gơng (phơng pháp cân
bằng áp lực đất). Nớc và đất này sẽ đợc đa ra ngoài cũng bằng các ống
hút.
- Trong đất rời ngời ta còn sử dụng phơng pháp cân bằng áp lực đất
trên cở sở nguyên lý và cấu tạo giống nh phơng pháp cân bằng áp lực
nớc chỉ khác phơng pháp đào đất thờng đợc thực hiện bằng các mâm
quay cắt đất.
- Còn để mở hầm trong đất dính no nớc kém ổn định ngời ta thờng sử
dụng các loại khiên cơ giới có khí nén.


áp lực nớc
áp lực đất trớc
g
ơn
g
áp lực đất thải
Mâm cắt
Băn
g
tảii xoắn
Lỡi trộn
Buồn
g
chứa
đất thải
Hình1.22: Khiên cân bằng áp lực đất

1.1.3.3. Phơng pháp tổ hợp khoan đào TBM:
- Phơng pháp này xuất hiện từ những năm 1930 và đến nay vẫn đang
đợc phát triển và sử dụng rộng rãi.
- Trớc đây chủ yếu là các loại máy đào mui trần áp dụng chủ yếu cho
đá cứng, sau đó đợc phát triển lên các dạng máy có khiên bảo vệ nên nó
dùng đợc trong các điều kiện địa chất kém ổn định. Vì vậy kết hợp với
những u điểm nh : tính thi công liên tục, tính công nghiệp hoá cao
nên năng suất thi công rất cao nên loại máy khoan đào hầm TBM ngày
càng đợc áp dụng rộng rãi trong thi công các công trình ngầm.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 19 - bùi văn dỡng
- Phân loại: Có thể chia ra làm loại chủ yếu là máy đào mui trần và máy
đào có khiên (loại có khiên chia ra 2 loại: khiên đơn và khiên đôi):
+ Loại máy đào mui trần:
1
2
3
4
3. Chân chống trớc
2. Chân chống mâm dao
1. Mâm dao
4. Chân chống sau
a) khoan đào đất đá
b) Tiến lên
c) Tiếp tục khoan đất đá

Hình1.23: Cơ cấu làm việc của loại TBM mui trần.
Loại máy có khiên đơn: có cấu tạo và cơ cấu làm việc đợc miêu tả
trong hình sau:

1
3
7
8
6
5
4
2
4. Máy lắp vỏ BT đúc sẵn
1. Mâm dao
2. Khiên bảo vệ
3. Kích đẩy 7. Tấm BT đang lắp
6. Máy nâng (tấm BT và các cấu kiện)
5. Máy khoan vợt (tạo ô)
8. Tấm BT đang lắp

Hình1.24: Cấu tạo của loại TBM khiên đơn.
Trong khi đào tiến lên, máy dựa vào kích đằng sau tựa vào các
phiến vỏ hầm đã lắp trớc đó đẩy cho mũi khiên tiến lên. Khi kết
thúc một chu trình tiến lên của mũi đào các kích đẩy phía sau sẽ co
lại, máy khoan đào tạm thời ngừng hoạt động để lắp các phiến bê
tông tiếp theo và tiếp tục một chu trình mới.
+ Loại máy có khiên đôi: có cấu tạo và cơ cấu làm việc đợc miêu
tả trong hình sau:
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 20 - bùi văn dỡng
11. Tấm BT đang lắp
9. Máy khoan vợt (tạo ô)
10. Máy nâng (tấm BT và các cấu kiện)

8. Tấm BT đang lắp
4. Kích đẩy
2. Khiên trớc
1. Mâm dao 7. Máy lắp vỏ BT đúc sẵn
3
7
9
10
11
8
5
1
12
2
3
4
6
5. Khiên sau
6. Chân giữ khiên sau
3. Chân giữ khiên trớc
12. ống vận chuyể đất đá

Hình 1.25: Cấu tạo của loại TBM khiên đôi.
Với việc sử dụng vỏ khiên đôi đã hạn chế đợc nhợc điểm phải
dừng tạm thời tiến trình khoan đào để lắp các tấm bê tông của loại
máy một khiên.
* Tóm lại:
+ Có thể tổng hợp sự phân biệt các loại máy khoan đào TBM và
khiên đào theo sơ đồ dới đây (phơng pháp của DAUB Hội xây
dựng công trình ngầm của Đức):

TBM
Máy khoan đào hầm
TBM
TBM không có khiên
TBM-S
TBM có khiên
SM
Khiên đào
SM-T
Khiên đào từng phần
SM-V
Khiên đào toàn tiết diện
SM-T1: Không chống đỡ
mặt gơng
SM-T2: Chống đỡ từng phần
mặt gơng
SM-T3: Chống đỡ mặt
ng bằng khí ngơ én
SM-T4: Chống đỡ mặt
ng bằng chất lỏgơ ng
SM-V1: Không chống đỡ
mặt gơng
SM-V2: Chống đỡ mặt
gơng bằng kết cấu cơ học
SM-V3: Chống đỡ mặt
gơng bằng khí nén
SM-V4: Chống đỡ mặt
gơng bằng chất lỏng
SM-V5: Chống đỡ mặt

gơng cân bằng áp lực đất
TM

Máy thi công hầm
+ Ngoài ra trong thực tế còn có các loại thiết bị đào hầm kiểu
kích đẩy ống, trong đồ án này tác giả sẽ không giới thiệu thêm.
Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 21 - bùi văn dỡng
+ Khi đào hầm trong đất mềm yếu ngời ta chế tạo ra loại máy
đào tổ hợp giữa máy khoan đào TBM với khiên đào và trong luận
văn sẽ gọi là tổ hợp đào hầm.
+ Trong tất cả các phơng pháp thi công hầm nói trên thì
phơng pháp sử dụng tổ hợp đào hầm có nhiều u điểm hơn cả về
tốc độ thi công, mức độ an toàn, khả năng kiểm soát các tai biến,
mức độ công nghiệp hoá cao Đặc biệt khi thi công các công trình
ngầm ở các thành phố lớn có diện tích bề mặt hạn chế, yêu cầu về
đảm bảo các hoạt động bình thờng của thành phố trong quá trình
thi công thì phơng pháp này càng thể hiện đợc tính u việt của
nó. Vì vậy khi xây dựng các công trình hầm giao thông trong các
khu vực đô thị lớn phơng pháp tổ hợp đào hầm luôn đựơc đa ra
so sánh cần nhắc và sử dụng.
1.2. Sự cần thiết của đề tài.
Cùng với các phân tích trên đây, có thể nói thêm rằng khi dự kiến phơng
pháp thi công các đờng hầm trong thành phố nhng vẫn phải đảm bảo giao
thông và các hoạt động khác bên trên mặt đất của thành phố diễn ra một cách
bình thờng thì phơng án u tiên đợc lựa chọn là phơng pháp đào kín với vị
trí đặt hầm hợp lý với các loại phơng pháp thi công này cũng nh quy hoạch
các công trình ngầm của thành phố đó.
Trong tất cả các phơng pháp thi công đào kín đợc nêu ra ở trên cùng với

những phân tích thì thấy rằng phơng pháp sử dụng tổ hợp đào hầm là 1 trong
các phơng pháp u việt hơn cả.
Tuy nhiên khi thi công hầm bằng phơng pháp sử dụng tổ hợp đào hầm
(đặc biệt là ở những khu vực đất mềm yếu) có thể làm cho mặt đất bị lún trong
quá trình thi công và vận doanh của đờng hầm sau này. Giá trị lún này đạt đến
một mức độ nhất định sẽ làm ảnh hởng xấu đến các công trình kiến trúc trên
mặt đất và của bản thân đờng hầm.
Có thể chia độ lún của bề mặt đất mềm yếu ra làm hai loại chính: lún ngắn
hạn (xảy ra trong khoảng thời gian nhất định khi thi công) và lún dài hạn (cố kết,
từ biến). Tuy nhiên độ lún dài hạn thờng là không lớn và nó phát triển dần
dần trong một thời gian dài tuỳ thuộc vào loại địa chất khác nhau.