Nghiên cứu đề xuất công nghệ thi công đường hầm metro line 3 đoạn Nhổn ga Hà Nội bằng máy đào hầm TBM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.2 MB, 120 trang )
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
.………………………...
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
1
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
2
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ.....................................................................................................7
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................................11
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 1...................................................................................................................... 14
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM BẰNG TBM...........................14
1.1. Tổng quan về công nghệ thi công hầm bằng máy đào hầm trên thế giới.............14
1.1.1. Lịch sử phát triển hầm theo phương pháp khiên (shield).................................14
1.1.2. Phân loại, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng................................................20
1.1.2.1 Phân loại........................................................................................................20
1.1.2.2.1. Ưu điểm..................................................................................................22
1.1.2.2.2. Nhược điểm............................................................................................23
1.1.2.3 Phạm vi áp dụng............................................................................................24
1.1.3 Nguyên lý cơ bản của thi công hầm bằng khiên đào........................................26
1.1.4. Một số phương pháp thi công bằng khiên đào.................................................27
1.1.4.1 Máy đào và phương pháp thi công khiên dung dịch vữa (Slurry Shiel)......27
1.1.4.2 Phương pháp khiên đa mặt MF (Multi Face) :...........................................27
1.1.4.3 Phương pháp khiên nhiều trục lệch tâm DPLEX (Developing Parallel Link
EXcavating shield Method).......................................................................................28
1.1.4.4 Phương pháp khiên mặt cắt tự do..............................................................29
1.1.4.5 Phương pháp khiên MSD (Mechanical Shield Docking)..........................29
1.1.4.6 Phương pháp khiên MMST (Multi Micro Shield Tunnel).........................30
1.1.4.7 Phương pháp khiên bọt khí........................................................................30
1.1.4.8 Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield)......................................31
3
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
1.1.4.9 Phương pháp khiên DOT (Double O Tube)...............................................31
1.1.4.10 Phương pháp khiên mở rộng cục bộ.........................................................33
1.2. Tổng quan về công nghệ thi công hầm bằng máy đào hầm ở Việt Nam..............33
1.2.1. Cơng trình thủy điện........................................................................................33
1.2.2. Dự án cấp thốt nước.......................................................................................34
1.2.3. Dự án giao thông..............................................................................................34
Kết luận chương 1............................................................................................................36
CHƯƠNG2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHUVỰC TUYẾN METRO LINE 3 HÀ NỘI. 37
2.1. Tổng quan về dự án xây dựng tuyến đường sắt số 03 Nhổn – Cát Linh – Ga Hà Nội
thuộc hệ thống metro Hà Nội........................................................................................37
2.2. Đặc điểm địa chất khu vực Hà Nội........................................................................41
2.2.1. Quy luật phân bố các dạng nền tại Hà Nội.......................................................41
2.1.2. Chia khu địa kỹ thuật lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng
công trình ngầm đơ thị...............................................................................................45
Kết luận chương 2:...........................................................................................................47
CHƯƠNG 3 CƠNG NGHỆ TBM CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN
ĐỊA CHẤT DỰ ÁN METRO LINE 3 HÀ NỘI (NHỔN – GA HÀ NỘI).......................49
3.1 TỔNG QUAN.........................................................................................................49
3.1.1 Tổng quan tuyến đường sắt đô thị thí điểm Hà Nội số 3......................................49
3.1.2 Đoạn đi ngầm (CP03)...........................................................................................49
3.2.Sự phù hợp của EPB TBM đối với địa chất phát hiện dọc tuyến METRO LINE 3. 51
3.2.1 Phân bố kích cỡ hạt...........................................................................................51
3.3 Tính tốn thiết kế vỏ hầm sử dụng cho dự án Metro line 3.....................................57
3.3.1 Xác định các mặt cắt đại diện..........................................................................57
3.3.2. Các thông số địa kỹ thuật của đất...................................................................58
3. 4 Tải trọng tác dụng lên Hầm....................................................................................60
3.4.1. Áp lực đất thẳng đứng.....................................................................................61
3.4.2 Áp lực hông......................................................................................................62
3.4.3. Áp lực nước ngầm...........................................................................................63
4
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
3.4.4 Tải trọng địa chấn.............................................................................................63
3.5 Xác định nội lực......................................................................................................64
3.6 Kiểm tra an tồn của vịng chống............................................................................66
3.7 Tính tốn kiểm tra điều kiện mối nối giữa các mảnh ghép.....................................68
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG.............................................................70
4.1 Biện pháp thi công chủ đạo.....................................................................................70
4.1.1 Điều kiện thi công và căn cứ lựa chọn công nghệ............................................70
4.1.1.1 Điều kiện thi công.......................................................................................70
4.1.1.2 Lựa chọn công nghệ....................................................................................70
4.1.1.3.Vật liệu xây dựng.......................................................................................73
4.1.1.4.Nguyên tắc thiết kế, tổ chức thi công.........................................................73
4.1.1.5. Chuẩn bị hệ thống đảm bảo hậu cần và thi công bể chứa chất thải...........73
4.1.2. Biện pháp thi công giếng xuất phát.................................................................74
4.1.3. Biện pháp lắp ráp khiên đào............................................................................75
4.1.4. Vận hành khiên đào.........................................................................................78
4.1.5. Biện pháp vận chuyển chất thải lên mặt đất....................................................81
4.1.6. Biện pháp đúc các mảnh hầm..........................................................................82
4.1.6.1. Bê tông.......................................................................................................82
4.1.6.2. Cốt thép.....................................................................................................83
4.1.6.3. Cốp pha......................................................................................................83
4.1.6.4. Thi công bê tông chống thấm....................................................................83
4.1.6.5. Chống thấm cho các mảnh hầm lắp ghép..................................................84
4.1.7. Biện pháp lắp ráp mảnh hầm...........................................................................85
4.1.8. Biện pháp lắp đặt đường ray............................................................................86
4.1.9. Các thiết bị phụ trợ thi công............................................................................86
4.1.9.1. Thiết bị ngồi hầm.....................................................................................86
4.1.9.1 Thiết bị thi cơng trong hầm ……………………………………………….87
5
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
4.1.10.Giải pháp thi công đổ vỏ bê tông chống thấm bên trong hầm........................88
4.1.11. Công tác chuẩn bị mặt bằng...........................................................................88
4.1.12. Cơng tác phụ trong thi cơng...........................................................................89
4.1.12.1. Thơng gió trong thi công:........................................................................89
4.1.12.2 Cấp nước trong thi công :.........................................................................89
4.1.12. 3.Cung cấp điện cho thi cơng.....................................................................89
4.1.12.4. Thốt nước trong thi cơng.......................................................................89
4.2 Thiết kế thi cơng chi tiết và tính tốn cơng nghệ.....................................................89
4.2.1. Thiết kế kết cấu thành giếng............................................................................89
4.2.2.1. Giai đoạn khởi đầu của TBM....................................................................90
4.2.2.1. Thi công một đốt thi công..........................................................................90
4.2.3. Xác định áp lực đất tác dụng lên gương đào....................................................90
4.2.4. Xác định lực đẩy của kích di chuyển...............................................................91
4.2.4.1. Đường kính ngồi của khiên D..................................................................92
4.2.4.2. Độ nhanh nhạy của khiên LM/D.................................................................92
4.2.4.3. Chiều dài khiên L......................................................................................93
4.2.5. Các công tác phụ trong thi công hầm..............................................................95
4.2.5.1. Cơng tác thơng gió.....................................................................................95
4.2.5.2. Chiếu sáng.................................................................................................97
4.2.5.3. Cấp thốt nước thi công.............................................................................97
4.2.6. Công tác cốp pha.............................................................................................98
4.2.7 Công tác cốt thép..............................................................................................98
4.2.8. Công tác đổ bê tơng.........................................................................................99
4.2.9. Các biện pháp an tồn trong q trình xây dựng...........................................101
4.2.9.1.Biện pháp kỹ thuật an tồn khi tổ chức mặt bằng xây dựng.....................101
4.2.9.2. Biện pháp an toàn khi vận chuyển đất đá, nguyên vật liệu và người trong
q trình thi cơng.....................................................................................................101
6
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
CHƯƠNG 5 TÍNH TỐN TỔ CHỨC CHU KỲ THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM METRO LINE 3 HÀ
NỘI................................................................................................................................. 102
5.1 Tính toán thời gian chu kỳ khai đào xây dựng đường hầm...................................102
5.2. Xác định giá thành khai đào đường hầm............................................................107
KẾT LUẬN ,ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................110
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................111
7
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Cơng trình ngầm
CTN
Tunneling Boring Machine
TBM
Earth Pressure Balance-Tunneling Boring Machine
EPB TBM
Multi Face
MF
Developing Parallel Link EXcavating shield Method
DPLEX
Multi Micro Shield Tunnel
MMST
Double O Tube
DOT
Chemical Plug Shield
CPS
Giao thông vận tải thành phố Hà Nội
GTVT TPHN
Đường sắt đô thị
ĐSĐT
Quốc lộ 32
QL32
Thành phố Hà Nội
TP.HN
Thành phố Hồ chí Minh
TP.HCM
Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
TCVN
Máy đào hầm
MĐH
8
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình
1.1
Khiên
bản
quyền
của
Brunel
(1860)
…...................................................................16
Hình 1.2 Phương pháp khiên đào áp dụng cho hầm qua sơng Thames (Anh)
…………………17
Hình 1.3 Kết cấu khiên dùng vữa của Greathead…………………………………………
18
Hình 1.4
Kết cấu khiên vữa Haag (1896)……………………………………..
…………..19
Hình 1.5 Khiên cân bằng áp lực đất của cơng ty Sato Kogyo Nhật Bản………….………
20
Hình
1.6
Mặt
cắt
ngang
đường
hầm
qua
eo
biển
Anh-
Pháp………………………………..21
Hình 1.7. Hiện tượng sạt lở đất khi thi cơng bằng khiên có độ sâu khơng đủ lớn…………
26
Hình 1.8
Sơ đồ bố trí thiết bị trong cơng nghệ thi cơng tunnel mặt cắt nhỏ
Microtunnelling
……………………………..……………………………………………………………..27
Hình 1.9 Phương pháp thi cơng hầm bằng khiên đào……………………………….
……..28
Hình 1.10 Một giếng đứng để thi cơng hầm bằng khiên ở Barcelona………………..
…….28
Hình 1.11 Công nghệ thi công đường hầm trong nền đất yếu………………...
…………….28
Hình 1.12 Sơ đồ cấu tạo của khiên dung dịch vữa…………………………………………
29
Hình 1.13 Khiên MF………………………………………………………………...……
29
9
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Hình
1.14
Đường
hầm
Kyobashi………………………………………………………….29
Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý khiên nhiều trục lệch tâm……………………………………
30
Hình
1.16
Khiên
DPLEX
hình
chữ
nhật
3.98
x
4.38m…………...
……………………….30
Hình 1.17 Các hình dạng mặt cắt ngang hầm thi cơng bằng khiên mặt cắt tự
do………..31
Hình
1.18
Khiên
mặt
cắt
tự
do……………………………...
…………………………….31
Hình
1.19
Sơ
họa
khiên
MSD……………………………………………………………..32
Hình 1.20 Khiên MMST…………………………………………………………………
32
Hình
1.21
Khiên
bọt
khí…………………………………………………………………..32
Hình 1.22 Cấu tạo khiên bọt khí………………………..…………………………………
33
Hình
1.23
Sơ
đồ
cấu
tạo
khiên
CPS……………...
………………………………………..33
Hình 1.24 Khiên DOT…………………………………………………………………..
….34
Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý thi công mở rộng cục bộ………………………………………
34
Hình 1.26 Đầu máy TBM thi cơng tại hầm thủy điện Đại Ninh………….
……………….35
Hình 1.27 Máy khoan hầm của dự án Metro số 1, tuyến Bến Thành – Suối Tiên EPBTBM
(
Earth
Pressure
Balance-Tunneling
……………………………………...…36
10
Boring
Machine)
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Hình 2.1. Quy hoạch tuyến và các nhà ga trong tuyến đường sắt tàu điện ngầm số 03:
Nhổn
–
Cát
Linh
–
Ga
Hà
Nội…………………………………………...
………………………38
Hình 2.2. Hướng tuyến dự án Metro Line 3 Hà Nội ( Nhổn – Ga Hà Nội)……….………
39
Hình 2.3. Mặt bằng các ga trên cao của tuyến đường sắt trên cao Nhổn – Cát Linh – Ga
Hà
Nội…….
………………………………………………………………………………….39
Hình
2.4
Bản
đồ
hướng
tuyến
dự
án
Metro
Line
3
Hà
Nội…..
…………………………….40
Hình 2.5 Phân bố theo mức độ thuận tiện xây dựng CTN của các khu ĐTCT TP Hà Nội
trên
bản
đồ………………………………………………………………………………………48
Hình 3.1 Bình đồ tuyến……………………...……………………………………………
50
Hình 3.2 Đường cong phân bố kích cỡ hạt cho vật liệu dọc tuyến đường sắt đơ thị thí
điểm
Hà
Nội……………………………………….
……………………………………………53
Hình 3.3 Xác định “các điều kiện bề mặt địa chất khác nhau”……………………………
54
Hình 3.4 Phân bố các điều kiện địa chất dự kiến dọc tuyến………………………………
55
Hình 3.5 Trường áp dụng khiên đào EPB cho sự phân bố kích thước hạt được tạo thành từ
“50%
GU1
và
50%
GU5”………………………….
……………………………………..56
Hình 3.6 Trường áp dụng khiên đào EPB cho sự phân bố kích thước hạt được tạo thành từ
“50% GU3/GU4 và 50% GU5”…………………………………………………………..56
11
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Hình 3.7 Trường áp dụng khiên đào EPB cho sự phân bố kích thước hạt được tạo thành
từ
“50%
GU7/GU8
và
50%
GU5”…….
…………………………………………………….57
Hình 3.8 Trường áp dụng khiên đào EPB cho sự phân bố kích thước hạt được tạo thành từ
“100%
GU5”………...……………………………………………………………………
57
Hình 3.9 Mặt cắt điển hình nhất (Mặt cắt 15 tại KP 798)…………….
…………………..58
Hình 3.10 Các thông số địa tầng đất và địa kỹ thuật………………………………………
61
Hình 3.11 Giả thiết về vịm sụp lở của M.M. Protodiakonop……………………………62
Hình 3.12 Biểu đồ áp lực hơng……………………………………………………………
63
Hình
3.13
Biểu
đồ
tính
tốn
nội
lực……………………………………………………….67
Hình
3.14
Bố
trí
cốt
thép
trong
vỏ
chống
Hầm……..
…………………………………….70
Hình
4.1
Bảng
phân
loại
máy
khoan
tồn
tiết
diện
……………………………………….72
Hình
4.2.Máy
khoan
cân
bằng
áp
lực
đất
….......................................................................72
Hình 4.3.Quy trình vận hành máy áp lực đất …….………………………………………
73
Hình 4.4. Sơ đồ cấu tạo của máy khoan áp lực đất……………………….
……………….73
Hình 4.5-Máy lắp ráp hình vành trịn…………..…………………………………………
73
Hình 4.6- Giếng lắp ráp khiên…………….………………………………………………
75
12
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Hình
4.7
Vị
trí
kiểm
tra
sai
số
trịn…………….
………………………………………….78
Hình
4.8
Vị
trí
kiểm
tra
sai
số
mức
độ
phẳng……………………………………………..78
Hình 4.9 Máy đo quang học kiểm tra khiên khi đào hầm…………………………………
81
Hình 4.10 Tính tốn chiều dài đi khiên và đường kính ngồi của khiên…..
…………..93
Hình
4.11
Chiều
dài
khiên
………………………………………………………………..95
Hình 4.12 Cấu tạo cốp pha di động……….………………………………………………
99
13
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số đường hầm xây dựng trên thế giới bằng phương pháp khiên
đào…………22
Bảng 2.1 Đặc điểm chính của Metro tuyến 3………………………...……………………
41
Bảng
2.2
Cấu
tạo
địa
tầng
Tp.
Hà
Nội……………………………………..
……………..42
Bảng 2.3
Các dạng nền tự nhiên trong khu vực thành phố Hà Nội……...
…………………45
Bảng
3.1
Các
hạng
mục
cơng
trình
của
gói
thầu
CP03……...
…………………………….51
Bảng 3.2 Mơ tả các đơn vị địa chất dọc tuyến….…………………………………………
55
Bảng
3.3
Các
thơng
số
địa
kỹ
thuật…..
vịng
vỏ
…………………………………………………….59
Bảng
3.4
Số
liệu
hầm…………………………………………………………….60
Bảng 3.5 Đường kính hình học của phân đoạn……………………………………………
60
Bảng 3.6 Đặc trưng bê tơng C40……………..……………………………………………
60
Bảng
3.7
Các
đặc
tính
của
thép…….
……………………………………………………….61
Bảng
3.8
Các
mực
nước
ngầm
của
hầm
kết
nối…….
……………………………………..64
Bảng 3.9 Các cơng thức tính tốn nội lực…………………………………………………
65
14
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Bảng
3.10
Kết
quả
tính
tốn
nội
lực…………………..
……………………......................66
Bảng
3.11
Kết
quả
nội
lực
trong
vịng
chống………….
………………………………….66
Bảng
3.12
Kiểm
tra
mối
nối…………………..
…………………………………………..69
Bảng 4.1-Sai số cho phép về độ trịn …………………..…………………………………
78
Bảng
4.2-Sai
số
cho
phép
về
mức
độ
phẳng……………...
……………………………….79
Bảng
4.3
Tính
năng
kỹ
thuật
của
xe
vận
chuyển………………………………………….82
Bảng 4.4 Vật liệu chống thấm dạng cuộn………………..………………………………
85
Bảng
4.5
Độ
nhạy
của
khiên..
…………………………………………………………….94
Bảng
4.6
Các
chỉ
tiêu
kỹ
thuật
của
khiên
đào…….
……………………………………….95
Bảng
4.7
Thơng
số
kỹ
thuật
của
thùng
trộn
S-
230A……………………………………..100
Bảng 4.8 Chỉ tiêu kỹ thuật của máy bơm bê tông 2-596A………………….……………
101
Bảng 5.1 Biểu đồ tổ chức công việc khai đào đường hầm bằng EPB
TBM…………….107
Bảng 5.2 Tính tốn khai đào cho vật liệu………………………………………………108
Bảng 5.3 Tính tốn khai đào cho máy móc khai đào gương…..………………………..109
15
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
MỞ ĐẦU
Việt Nam là nước đang phát triển nên việc quy hoạch xây dựng cơ sở hạ tầng đồng
bộ như các hệ thống cấp thoát nước, hệ thống đường dây thông tin liên lạc, hệ thống
đường dây điện v.v… là điều rất cần thiết. Ở các thành phố, những hệ thống này xuyên
qua hệ thống giao lộ có lưu lượng giao thông rất lớn. Vậy nên việc xây dựng các cơng
trình ngầm (CTN) này cần phải được xem xét cẩn thận làm sao tiến độ thi công là nhanh
nhất và giảm được sự tác động của môi trường xung quanh. Phương pháp thi công bằng
máy đào hầm TBM là phương pháp thi cơng có thể đảm bảo được các yêu
cầu trên. Khi sử dụng phương pháp thi công bằng Máy TBM này có thể giảm thiểu đáng
kể các tác động của xã hội và môi trường so với phương pháp đào truyền thống. Phương
pháp này là phương pháp tiên tiến phù hợp với thi công các CTN tại các đơ thị, các khu
dân cư tập trung nơi có điều kiện thi cơng khó khăn, mặt bằng chật hẹp, mật độ giao
thông cao.
Phương pháp thi công CTN bằng Máy TBM là phương pháp thi cơng cơ giới hóa
cao nên công tác quản lý và tổ chức thi công phải hợp lý để tăng tốc độ thi cơng cơng
trình và giảm giá thành cơng trình. Muốn làm được việc này, cần phải phân tích q trình
thi cơng, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thi công của Máy TBM.
Trước thực trạng như vậy cần phải có các giải pháp công nghệ khắc phục để mang
lại hiệu quả. Việc xây dựng các cơng trình ngầm tiết diện nhỏ góp phần tăng cường vệ
sinh môi trường đô thị, cho việc sử dụng quỹ đất phát triển không gian ngầm. Đồng thời
đồng bộ hóa các hệ thống cơng trình ngầm trong các đơ thị và thành phố lớn.
Với mục đích nêu trên em lựa chọn đồ án tốt nghiệp là: “Thiết kế và tổ chức thi
công đường hầm metroline 3 bằng máy TBM tuyến Nhổn – Ga Hà Nội” với số
liệu đường sắt tuyến Nhổn – Ga Hà Nội.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình ngồi sự cố gắng nỗ lực của bản thân,
em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cơ giáo Bộ mơn Xây dựng cơng trình
ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mỏ-Địa chất. Em xin chân thành cảm ơn
các thầy, cô giáo đã trang bị cho em những kiến thức q báu về chun ngành Xây dựng
cơng trình ngầm trong suốt tồn bộ q trình học tập của em tại trường. Đặc biệt là sự
hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Đặng Trung Thành.
16
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
Do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo không đầy đủ nên mặc dù bản thân tác giả
đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Qua đây, em rất mong
nhận được nhiều ý kiến và sự chỉ bảo của Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp hơn nữa, để
có thể vững vàng trong công tác, nghiên cứu tiếp theo sau này.
Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2021
Sinh viên
Nguyễn Văn Cương
17
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM BẰNG TBM
Máy TBM có thể chia thành 2 loại chính là có khiên hoặc khơng có khiên. Máy
TBM có khiên đi kèm gọi là máy khoan hầm có khiên (shielded TBM), một số vẫn
gọi là khiên đào còn TBM khơng có khiên thực ra là khoảng khơng sau đầu cắt để
hở, để cơng nhân/kỹ thuật có thể thao tác kỹ thuật được gọi là open-type TBM, chỉ
dùng trong điều kiện đá cứng. Có thể phía sau vẫn có khiên (khơng nhất thiết) để đảm
bảo an tồn cho người và thiết bị chứ không phải phục vụ chống đỡ áp lực đất đá quanh
hầm.
1.1. Tổng quan về công nghệ thi công hầm bằng máy đào hầm trên thế giới
1.1.1. Lịch sử phát triển hầm theo phương pháp khiên (shield)
Đường hầm thi công theo phương pháp khiên đào đầu tiên do ông Marc Isambard Brunel
phát triển để đào đường hầm qua sông Thames bắt đầu vào năm 1825 (mặc dù vậy đến
năm 1943 đường hầm mới được mở). Brunel được cho là đã lấy cảm hứng từ hình ảnh
con hà Teredo navalis, một lồi động vật thân mềm rất có hiệu quả trong việc đào ăn
qua gỗ chìm trong nước mà ông ta quan sát được khi làm việc tại xưởng đóng tàu. Khiên
đào do Maudslay, Sons & Field, của Lambeth, London chế to, cũng là người đã chế tạo
ra máy bơm hơi nước để thốt nước đường hầm.
Hình 1.1 Khiên bản quyền của Brunel (1860)
Brunel lần đầu tiên dùng kết cấu chắn này trên cơng trình đường hầm ở sơng
Thames Ln Đơn. Cỗ máy khiên hình chữ nhật có diện tích 11.3(m) x 6.7(m) và được
hợp thành bởi 12 khung giá tiếp giáp nhau. Mỗi khung giá có 3 khoang, mỗi khoang bên
18
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
trong có một cơng nhân điều khiển. Như vậy tất cả có 36 cơng nhân. Cơng trình hầm
dưới sông khởi công năm 1825 trong thi công gặp rất nhiều khó khăn sau khi trải qua
5 lần lũ đặc biệt lớn đến năm 1843 mới hoàn thành.
Trong thời gian đầu của phương pháp khiên, khiên đào có chức năng bảo vệ
cho các lao động thủ công làm công tác đào hầm, dần dần phát triển thay thế bằng các
đốt tường hầm chế tạo sẵn. Khiên đào cũng đã được chia thành các mặt thi công với các
phần chồng lên nhau để mỗi cơng nhân có thể đào một cách thuận tiện nhất.
Hình 1.2 Phương pháp khiên đào áp dụng cho hầm qua sông Thames (Anh)
Thiết kế ban đầu của Brunel về căn bản đã được Peter W. Barlow cải tiến trong
q trình thi cơng đường ngầm Tower dưới sơng Thames ở trung tâm London năm
1870. Có lẽ cải tiến quan trọng nhất mang tính quyết định trong thiết kế của Barlow là
nó có tiết diện hình trịn (khơng giống như của Brunel có tiết diện hình chữ nhật) làm
cho việc thi cơng đơn giản hơn và có khả năng chống đỡ tốt hơn trọng lượng đất xung
quanh.
Năm 1869, công trình sư Janes Heary Grethead dùng kết cấu khiên hình tròn
lại một lần nữa xây dựng đường hầm dưới hầm sông Thames, lớp vỏ hầm lần đầu tiên
dùng ống gang. Chiều dài đường hầm dài 402m, đường kính ngồi 2.18m, đường hầm về
19
Đồ án tốt nghiệp chun ngành Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ
cơ bản đào trong vùng đất sét. Cho nên về mặt khống chế nước ngầm khơng gặp khó
khăn gì, kết cấu khiên ống trịn trở thành dạng hình phổ biến cho các khiên sau này.
Năm 1874, Greathead phát hiện trong tầng địa chất có tính thẩm thấu mạnh rất
khó sử dụng khí nén đỡ bề mặt của đường hầm, do đó lại sử dụng kết cấu chắn có thể
lỏng chống đỡ bề mặt làm việc của hầm. Dùng dịng chảy lỏng với hình thức vữa bùn để
thải đất.
Hình 1.3 Kết cấu khiên dùng vữa của Greathead
Năm 1886, Greathead khi thi công đường ngầm ở Luân Đôn đã sử dụng kết hợp
giải pháp khí nén với kết cấu khiên đào. Thi cơng trong điều kiện khí nén đã làm nên
một tiến bộ to lớn trong việc đào đường hầm trong tầng chịu áp lực nước, đã lấp được
lỗ hỗng trong thi công hầm trên phạm vi thế giới số lượng sử dụng phương pháp đào
bằng kết cấu khiên tăng lên nhanh chóng.
Thiết kế của Barlow đã được James Henry Greathead mở rộng và cải tiến thêm
để xây dựng City & South London railway (ngày nay là một phần của tuyến đường
ngầm phía Bắc London) vào năm 1884. Cho tới ngày nay, hầu hết các khiên đào vẫn
dựa theo khiên của Greathead một cách chặt chẽ.
20
