Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố Nam Định

Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội
đỗ nhật tân
Nghiên cứu tính toán tờng trong đất
trong thi công hầm vợt
tại thành phố nam định
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
mã số: 60.58.20
Hà Nội 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội
đỗ nhật tân
Nghiên cứu tính toán tờng trong đất
trong thi công hầm vợt
tại thành phố nam định
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
mã số: 60.58.20
ngời hớng dẫn khoa học
gs.ts đỗ nh tráng
Hà Nội 2011
Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội
đỗ nhật tân
Nghiên cứu tính toán tờng trong đất
trong thi công hầm vợt
tại thành phố nam định
luận văn thạc sĩ kỹ thuật

chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
mã số: 60.58.20
Hà Nội 2010

mục lục
Trang
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Mở đầu
1
Chơng I
Tổng quan về công trình hầm vợt và
các phơng pháp thi công hầm vợt.
Giới thiệu về phơng án hầm vợt dự
kiến tại Thành phố nam định
4
1.1
Tổng quan về công trình hầm vợt
4
1.1.1
Định nghĩa và phân loại
4
1.1.2
Lịch sử xây dựng hầm vợt trên Thế giới
5
1.1.3
Tổng quan về xây dựng hầm vợt ở Việt Nam

6
1.1.4
Giới thiệu về phơng án hầm vợt dự kiến tại Thành
phố Nam Định.
9
1.2
Tổng quan về các phơng pháp thi công hầm
14
1.2.1
Các phơng pháp đào kín
14
1.2.2
Các phơng pháp đào hở (lộ thiên)
15
1.2.3
Một số phơng pháp khác thi công công trình ngầm .
21
1.3
Công nghệ xây dựng tờng trong đất
24
1.3.1
Phạm vi áp dụng và các u nhợc điểm
24
1.3.2
Công nghệ xây dựng tờng trong đất
26
Chơng II
Lý thuyết tờng trong đất trong thi
công công trình hầm vợt.
34

2.1
Tính toán tờng trong đất
34
2.1.1
Tải trọng tác động lên tờng trong đất
34
2.1.2
Một số phơng pháp tính toán tờng trong đất
43
2.2
Tính toán tờng trong đất bằng phơng pháp phần
tử hữu hạn
52
2.2.1
Xác định tải trọng
53
2.2.2
Rời rạc hóa kết cấu.
53
2.2.3
Xác định ma trận độ cứng của mỗi phần tử
54
2.2.4
Thành lập ma trận độ cứng tổng thể
56
2.3
Sơ bộ về phần mềm áp dụng trong tính toán tờng
trong đất.
57
2.3.1

Phạm vi áp dụng.
58
2.3.2
Các dạng mô hình đợc thiết lập sẵn trong phần mềm
59
2.3.3
Các số liệu đầu vào và đầu ra khi tính toán
60
Chơng III
Phân tích, khảo sát sự làm việc của
tờng trong đất trong thi công hầm
vợt và tính toán kết cấu vỏ hầm vợt
61
3.1
Tính toán tờng trong đất trong thi công hầm vợt
với các điều kiện địa chất khu vực TP Nam Định.
61
3.1.1
Phân tích kết cấu tờng trong đất theo các phơng pháp
hiện hành bằng chơng trình tính theo ngôn ngữ Matlab
61
3.1.2
Phân tích kết cấu tờng trong đất theo phơng pháp
Sachipana
70
3.1.3
Phân tích kết cấu tờng trong đất bằng phần mềm Plaxis
73
3.2
Khảo sát ảnh hởng của nớc ngầm, chiều dày của

tờng trong đất .
76
3.2.1
ảnh hởng của mực nớc ngầm đến nội lực trong kết cấu
76
3.2.2
ảnh hởng của chiều dày tờng đến nội lực trong kết cấu
77
3.3
Tính toán kết cấu vỏ hầm vợt thi công theo phơng
pháp tờng trong đất trong giai đoạn khai thác.
81
3.3.1
Mô hình tính toán kết cấu vỏ hầm vợt thi công theo
phơng pháp tờng trong đất trong giai đoạn khai thác
81
3.3.2
Các kết quả tính toán kết cấu vỏ hầm vợt thi công theo
phơng pháp tờng trong đất trong giai đoạn khai thác
82
Kết luận và kiến nghị
84
Tài liệu tham khảo
86
Phần phụ lục
Danh mục các bảng
Số hiệu
Tên bảng
Trang
1.1

Phân loại hầm
4
3.1
Thông số địa chất
63
3.2
Thông số đầu vào của phần tử tấm Plate
63
3.3
Thông số đầu vào của phần tử thanh chống Strut
64
3.4
Nội lực kết cấu tờng trong đất tính theo Matlab
66
3.5
Nội lực kết cấu tờng trong đất tính theo Plaxis
75
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Số hiệu
Tên hình vẽ, đồ thị
Trang
1.1
Công trình hầm chui ngã t Kim Liên, Hà Nội
7
1.2
Nút giao thông giao cắt giữa Quốc lộ 10 và đờng đi Hà
Nội tại xã Tân An Lộc Hòa TP Nam Định
10
1.3
Mặt cắt dọc, mặt bằng hầm vợt dự kiến tại TP Nam Định

12
1.4
Mặt cắt ngang hầm
13
1.5
Sơ đồ đào lộ thiên với mái dốc tự nhiên
16
1.6
Sơ đồ mở hố đào với hệ gia cờng kiểu công son
16
1.7
Hệ gia cờng kiểu công son có biện pháp giảm tải
17
1.8
Sơ đồ kết cấu vây xung quanh và hệ thống chống ngang
18
1.9
Sơ đồ hệ thống chống xiên
19
1.10
Thi công đào lộ thiên sử dụng kết cấu chắn giữ bằng
tờng trong đất
23
1.11
Sơ đồ công nghệ thi công tờng trong đất
27
1.12
Các dạng tờng hào và tờng cọc
28
1.13

Sơ đồ thi công tờng liên tục trong đất bằng cọc đào
29
Số hiệu
Tên hình vẽ, đồ thị
Trang
1.14
Sơ đồ thi công tờng liên tục trong đất bằng cọc khoan và xung
30
1.15
Tờng trong đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ nhất
31
1.16
Tờng trong đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ hai
32
1.17
Kết cấu hỗn hợp của tờng trong đất lắp ghép
33
2.1
Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn
36
2.2
Trạng thái chủ động và bị động Rankine
37
2.3
Tính áp lực chủ động Rankine
38
2.4
Tính áp lực chủ động của đất gồm nhiều lớp
39
2.5

áp lực chủ động khi có tải trọng trên mặt đất
40
2.6
Tính áp lực bị động Rankine
41
2.7
Tính áp lực đất và áp lực nớc
42
2.8
Sơ đồ chuyển vị của cọc bản côngson và phân bố áp lực
đất
43
2.9
Sơ đồ tính tờng công son theo phơng pháp H.Blum
44
2.10
Sơ đồ tính theo Blum
45
2.11
Toán đồ để tìm nghiệm phơng trình theo Blum
46
2.12
Sơ đồ tính của phơng pháp Sachipana
47
2.13
Sơ đồ tính của phơng pháp đàn hồi Nhật Bản
49
2.14
Sơ đồ tính của phơng pháp đàn hồi sửa đổi
50

2.15
Rời rạc hữu hạn kết cấu tờng chắn
53
2.16
Sơ đồ tính phần tử dầm
53
2.17
Sơ đồ tính toán phần tử hữu hạn hệ thanh
54
3.1
Mặt cắt ngang hầm hình hộp mái phẳng có vách ngăn ở giữa
62
3.2
Sơ đồ tính tờng theo ngôn ngữ lập trình Matlab
64
3.3
Biểu đồ chuyển vị của tờng trong đất tính theo Matlab
65
3.4
Biểu đồ mômen của tờng trong đất tính theo Matlab
65
3.5
Biểu đồ lực cắt của tờng trong đất tính theo Matlab
66
Số hiệu
Tên hình vẽ, đồ thị
Trang
3.6
Sơ đồ tính tờng theo phơng pháp Sachipana
70

3.7
Sơ đồ và kết quả tính tờng trong đất theo Sachipana
71
3.8
Sơ đồ tính toán chống trồi hố móng
72
3.9
Sơ đồ tính toán phun trào
73
3.10
Mô hình tờng trong đất bằng phần mềm Plaxis
74
3.11
Chuyển vị ngang, mômen, lực cắt của tờng theo Plaxis
74
3.12
Quan hệ giữa chuyển vị và mực nớc ngầm
76
3.13
Quan hệ giữa lực cắt và mực nớc ngầm
77
3.14
Quan hệ giữa mômen và mực nớc ngầm
77
3.15
Quan hệ giữa chuyển vị và chiều dày tờng theo Matlab
78
3.16
Quan hệ giữa lực cắt và chiều dày tờng theo Matlab
79

3.17
Quan hệ giữa mômen và chiều dày tờng theo Matlab
79
3.18
Quan hệ giữa chuyển vị và chiều dày tờng theo Plaxis
80
3.19
Quan hệ giữa lực cắt và chiều dày tờng theo Plaxis
80
3.20
Quan hệ giữa mômen và chiều dày tờng theo Plaxis
81
3.21
Sơ đồ tính toán hầm vợt trong giai đoạn khai thác
82
3.22
Biểu đồ mômen, lực dọc của hầm vợt trong giai đoạn
khai thác
82
3.23
Biểu đồ lực cắt của hầm vợt trong giai đoạn khai thác
83
-1-
mở đầu
* Tớnh c
p thit ca t
i
Do nhu cầu phát triển của kinh tế, hầm vợt và không gian ngầm ngày
càng đợc quan tâm. Tại các thành phố lớn hệ thống tàu điện ngầm đang đợc
triển khai xây dựng. Một số dự án về hầm vợt đã đợc triển khai lập dự án,

khảo sát và giải phóng mặt bằng. Rất nhiều các nhà cao tầng đã và đang xây
dựng có từ một đến nhiều tầng hầm. Thi công công trình ngầm đô thị ở Việt
Nam trong một số năm trở lại đây đã sử dụng nhiều phơng pháp thi công hiện
đại nh phơng pháp khiên đào (TBM- tại hầm dẫn nớc công trình Thủy điện
Đại Ninh Tây Nguyên- sẽ sử dụng TBM trong đất yếu, tại các công trình Metrô
ở Hà nội và thành phố HCM), phơng pháp hầm dìm để thực hiện xây dựng các
công trình hầm dới nớc (thi công hầm vợt Thủ Thiêm), sử dụng phơng
pháp tờng trong đất Một loạt các dự án xây dựng hầm vợt đợc nghiên cứu
triển khai xây dựng: dự án hầm vợt sông Thủ Thiêm (T.p Hồ Chí Minh), hầm
vợt sông Hơng (Huế), dự án tàu điện ngầm tại Tp Hà Nội và Tp Hồ Chí
Minh, các dự án hầm vợt đờng bộ Trong đó một số dự án đã hoàn thành,
một số dự án đang đợc triển khai.
Trong các dự án về hầm vợt đã xây dựng chúng ta chủ yếu thi công
bằng phơng pháp đào mở. Phơng pháp thi công tờng trong đất ở Việt Nam
cho đến nay đợc sử dụng chủ yếu trong thi công các tầng hầm nhà cao tầng và
các công trình phục vụ cho giao thông chủ yếu ở các Thành phố lớn. Hiện nay
trong các dự án hầm vợt đờng bộ thờng đợc thiết kế đi ngầm trong đất và
sử dụng phơng pháp thi công tờng trong đất là chủ yếu. Do những u điểm
đặc biệt của phơng pháp tờng trong đất là:
- Thi công đợc các công trình ngầm có độ sâu lớn.
- Thích dụng trong mọi điều kiện địa chất, đặc biệt trong các vùng đất
yếu, mực nớc ngầm cao.
-2-
- Đảm bảo ổn định cho các công trình phụ cận, liền kề, phù hợp sử dụng
thi công trong các công trình có điều kiện mặt bằng xây dựng chật hẹp.
- Giảm khối lợng thi công, có thể thi công theo phơng pháp ngợc
(top -down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công.
- Tờng vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kết
hợp làm kết cấu chịu lực (cho các công trình ngầm), làm móng cho công trình
trong những điều kiện nhất định.

Cho nên việc nghiên cứu áp dụng tờng trong đất trong thi công hầm
vợt là cần thiết. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu Nghiên cứu tính toán
tờng trong đất trong thi công hầm vợt tại Thành phố Nam Định.
* Mc tiờu ti lun văn
- Nghiên cứu và tính toán tờng trong đất vào xây dựng công trình hầm
vợt ở Việt Nam, áp dụng cụ thể cho hầm vợt dự kiến sẽ đợc xây dựng tại
Thành phố Nam Định.
- ứng dụng khảo sát, phân tích sự làm việc của kết cấu cấu tờng trong
đất trong thi công công trình hầm vợt với các điều kiện địa chất ở Thành phố
Nam Định.
- Phân tích sự làm việc của kết cấu công trình ngầm thi công theo
phơng pháp tờng trong đất, từ các kết quả nghiên cứu có thể đề xuất các
kiến nghị về giải pháp kết cấu hợp lý.
*
i tng v phm vi nghiờn cu
Các công trình hầm vợt ứng dụng công nghệ tờng trong đất với điều
kiện địa chất tại Thành phố Nam Định.
* N
i dung nghiờn cu ca ti
Luận văn có ba chơng với các nội dung chính nh sau
Chơng 1: Tổng quan về công trình hầm vợt và các phơng pháp thi
công hầm vợt. Giới thiệu về phơng án hầm vợt dự kiến tại Thành phố Nam
Định.
-3-
Chơng 2: Lý thuyết tờng trong đất trong thi công công trình hầm vợt
Chơng 3: Phân tích, khảo sát sự làm việc của tờng trong đất trong thi
công hầm vợt và tính toán kết cấu vỏ hầm vợt.
Kết luận và kiến nghị
* Phơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về công trình hầm, các công nghệ thi

công hầm đặc biệt là công nghệ tờng trong đất trong thi công hầm vợt, kết
hợp với các tài liệu thực tế thiết kế và thi công các công trình ngầm tại Việt
Nam và tại Hà Nội. Tiến hành nghiên cứu phân tích kết cấu tờng trong đất
theo quá trình thi công, từ đó đa ra kiến nghị về lựa chọn mô hình tính toán
và dạng kết cấu vỏ hầm thích hợp.
Tiến hành khảo sát với dạng kết cấu hầm vợt dự kiến thi công tại
Thành phố Nam Định với một số dạng điều kiện địa chất ở Thành phố Nam
Định. Việc khảo sát đợc thực hiện bằng các phần mềm hiện hành trong đó
xây dựng một phần mềm tính toán bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể đợc sử dụng làm tài
liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi
công và xây dựng công trình ngầm đô thị, là cơ sở khoa học để kiến nghị sử
dụng công nghệ ứng dụng tờng trong đất trong thi công các hầm vợt tại
Thành phố Nam Định và ở những nơi có điều kiện địa chất tơng tự.
-4-
Chơng I- Tổng quan về công trình hầm vợt
Và các phơng pháp thi công hầm vợt
Giới thiệu về phơng án hầm vợt dự kiến tại tP nam định
1.1. Tổng quan về công trình hầm vợt [1, 9, 12]
1.1.1. Định nghĩa và phân loại
Hầm là công trình nhân tạo nằm trong lòng đất có một hoặc cả hai đầu
nối thông với mặt đất dùng vào mục đích giao thông, dẫn nớc hoặc bố trí các
hệ thống kỹ thuật khác Hầm có thể nằm ngang hoặc nghiêng, trờng hợp
công trình bố trí theo phơng đứng thì gọi là giếng.
Ngày nay hầm đợc sử dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau
của nền kinh tế quốc dân đặc biệt là ở các nớc phát triển. Đa số các công
trình hầm, đặc biệt là hầm lớn dùng vào mục đích giao thông nh hầm đờng
sắt, hầm đờng bộ, đờng thủy. Một số công trình loại này đợc sử dụng hỗn
hợp cho cả đờng sắt và ô tô. Các công trình hầm cũng là những hạng mục

phổ biến trong việc xây dựng các công trình thủy lợi đầu mối nh các trạm
thủy điện, công trình thủy Trong xây dựng và phát triển các thành phố hầm
vợt đợc sử dụng rộng rãi để bố trí các mạng lới giao thông, để làm các kho
tàng, bể chứa, gara, bãi chứa xe và các mục đích đặc biệt khác.
Theo công dụng và những đặc biệt về kết cấu hầm đợc chia thành các
nhóm và các loại sau:
Bảng 1.1- Phân loại hầm
STT
Đặc điểm công trình
Phân loại
1
Hầm trên đờng giao thông
- Hầm đờng sắt
- Hầm xe điện ngầm
- Hầm đờng ô tô
- Hầm cho ngời đi bộ
- Hầm đờng thủy
2
Hầm thủy lợi
- Hầm trong các trạm thủy điện
- Hầm thủy nông: hầm dẫn nớc tới
-5-
tiêu, cải tạo đất
- Hầm trên các đờng cấp thoát nớc
- Hầm đờng thủy
3
Hầm để bố trí các hệ thống
kỹ thuật, đặc biệt quan trọng
trong thành phố, khu dân c,
khu công nghiệp

- Hầm cấp, thoát nớc
- Hầm để cấp hơi, cấp nhiệt
- Hầm để bố trí mạng lới thông tin liên
lạc, mạng điện và các hệ thống năng
lợng khác
4
Hầm trong công nghiệp khai
thác mỏ
- Hầm giao thông, vận chuyển
- Hầm thoát nớc
- Hầm thông gió
5
Hầm có ý nghĩa đặc biệt
- Hầm dùng cho mục đích quân sự: hầm
phòng tránh, hầm chiến lợc, hầm chứa
máy bay, tàu thuyền
- Các gara, kho tàng ngầm
- Hầm cho các nhà máy nh nhà máy
điện nguyên tử, các nhà máy quốc
phòng có ý nghĩa đặc biệt
- Các trung tâm thơng mại, nghỉ ngơi
trong các thành phố hiện đại
- Các phòng thí nghiệm quan trọng của
nền KTQD.
6
Theo khu vực xây dựng
- Hầm xuyên núi
- Hầm đồng bằng
- Hầm trong thành phố
1.1.2. Lịch sử xây dựng hầm vợt trên Thế giới

Nguồn gốc của việc xây dựng hầm đầu tiên phải kể đến việc tạo nên
những hang ngầm từ thời cổ xa. Từ lâu, trớc công nguyên ở Babilon, Ai
Cập, Hy Lạp và La Mã công tác xây dựng ngầm đợc tiến hành để khai thác
khoáng sản, xây dựng các lăng mộ, nhà thờ sau đó đến cấp nớc và giao
thông. Đáng kể hơn là những hầm do ngời La Mã xây dựng vào mục đích
cấp, thoát nớc và giao thông, một số còn giữ nguyên cho đến ngày nay.
Vào cuối thời kỳ trung cổ do việc mở rộng quan hệ giữa các dân tộc
cũng nh việc rút ngắn con đờng buôn bán ngời ta đã xây dựng các hầm
-6-
đờng thủy nối các đờng giao thông thủy đang ngăn cách nhau bởi các dãy
núi bằng việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá.
Việc xuất hiện đờng sắt là nguyên nhân thúc đẩy sự nghiệp phát triển
hầm sau này. Hầm đờng sắt đầu tiên dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từ
Liverpool đến Manchester Anh. Cũng trong thời kỳ này, hầm đờng sắt đợc
xây dựng ở Pháp và các nớc Châu Âu khác.
Sau chiến tranh thế giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm bởi vì
đến thời kỳ này hầu nh mạng lới đờng sắt đã hoàn thiện ở các nớc Châu
Âu. Trong số những hầm xây dựng thời kỳ này có hầm Apenhin B trên tuyến
Phlorece đi Bolona (1920-1931). Đây là hầm đờng sắt tuyến đôi dài nhất thế
giới có một ga ở giữa. Cũng thời kỳ này (1927) đã kết thúc việc xây dựng hầm
đờng thủy Rove dài 7,12Km trên tuyến Marcei-Ron ở Pháp có tiết diện
ngang lớn nhất thế giới 24,5x17,1m.
Tuyến đờng xe điện ngầm ở Luân Đôn vận hành năm 1863 là các
tuyến xe điện ngầm đầu tiên trên thế giới và nó cũng mở đầu thời kỳ xây dựng
các hệ thống xe điện ngầm ở thành phố lớn trên thế giới. Đến nay thế giới đã
đa vào vận hành trên 100 hệ thống xe điện ngầm ở trên 30 nớc và cũng
đang thiết kế thi công hơn 30 hệ thống khác.
1.1.3. Tổng quan về xây dựng hầm vợt ở Việt Nam
Các công trình ngầm đô thị nh hệ thống tàu điện ngầm, bãi đỗ xe
ngầm, hầm vợt đờng bộ , cho tới cuối thế kỷ XX vẫn cha có công trình

nào đợc xây dựng ở Việt Nam
Trong những năm đầu thế kỷ XXI và tơng lai gần, các công trình
ngầm sẽ xây dựng ở các thành phố lớn có thể kể đến:
* Tại Thành phố Hà Nội:
- Dự án tuyến đờng sắt đô thị/tàu điện ngầm (Metro) có hai dự án đang
đợc thực hiện là: Dự án thí điểm đoạn Nhổn - Ga Hà Nội theo hớng đông -
tây (tuyến số 3) dài khoảng 12,5km trong đó có khoảng 9km đi cao, 4km hầm,
-7-
4 ga ngầm. Và tuyến 2 theo hớng Bắc - Nam (Từ Liêm - Nam Thăng Long -
Thợng Đình), riêng dự án này phân làm 2 tiểu dự án DA1 từ Nam Thăng
Long - phố Trần Hng Đạo và DA2 từ phố Trần Hng Đạo đến Thợng Đình,
4 tuyến khác đang nằm trong giai đoạn thiết kế cơ sở.
- Công trình ngầm tại nút giao thông: Một trong các giải pháp xây dựng
có hiệu quả khi xây dựng nút giao thông là sử dụng các công trình ngầm tại
các nút giao. Các dự án xây dựng hầm bộ hành đã và đang đợc xây dựng nh
nút Ngã T Vọng, nút Kim Liên, nút Ngã T Sở, hầm chui và nút giao Trung
tâm Hội nghị quốc gia Hiện đã thi công xong hầm chui ngã t Kim Liên (và
nhiều công trình khác). Dùng hệ cột chống đứng, dầm văng/thanh chống
ngang và giằng xiên để ổn định hố đào sâu hơn 9m. Đáy hố đào đợc gia cố
và chặn nớc ngầm bằng kỹ thuật phụt vữa cao áp
Hình 1.1- Công trình hầm chui ngã t Kim Liên, Hà Nội tháng 2/2008
- Công trình ngầm vợt sông: Theo điều chỉnh quy hoạch chung của Hà
Nội đến năm 2020 là mở rộng thành phố chủ yếu theo hớng Tây Bắc và Tây
Nam lấy sông Hồng làm trục đối xứng. Việc xây dựng các công trình vợt
sông Hồng đang trở thành vấn đề cấp bách, ngoài việc xây dựng các cầu lớn
vợt sông Hồng nh cầu Thanh Trì, cầu Nhật Tân một số dự án về hầm vợt
-8-
sông Hồng cũng đã đợc đề xuất và trong tơng lai việc xây dựng các hầm
vợt sông Hồng là rất khả thi.
- Công trình ngầm bãi đỗ xe, công trình ngầm chứa đờng dây đờng

ống kỹ thuật và các loại đờng ngầm khác. Hà Nội dự kiến xây dựng một số
bãi đỗ xe, khai thác ngầm các điểm dịch vụ thơng mại, vệ sinh công cộng
Đã thấy có sự chuẩn bị cho dự án xây gara ôtô ngầm ở vờn hoa Hàng Đậu,
nghiên cứu cho sự khai thác không gian ngầm phục vụ mục đích thơng mại
tại các ga ngầm và các tổ hợp thơng mại dọc theo hai tuyến metro đầu tiên số
2 và số 3 nói trên.
* Tại Thành phố Hồ Chí Minh:
- Công trình ngầm tại nút giao thông: tại Thành phố Hồ Chí Minh đã
lập dự án chuyển 4 nút giao thông cùng mức thành giao thông khác mức bằng
hình thức giao chui, bao gồm: nút Nam Kỳ Khởi Nghĩa - Lý Chính Thắng, nút
Điện Biên Phủ - Hai Bà Trng, nút Xô Viết Nghệ Tĩnh - Cách Mạng Tháng
Tám và nút Quảng trờng Dân Chủ.
- Công trình ngầm vợt sông: Thành phố Hồ Chí Minh với đặc trng địa
hình đồng bằng Nam Bộ nhiều sông rạch, muốn giữ sự độc đáo cảnh quan
sông nớc và môi trờng thiên nhiên phải sử dụng rất nhiều công trình vợt
sông. Một trong những công trình vợt sông đã đợc xây dựng đó là đờng
mới Thủ Thiêm (trong đó có hầm Thủ Thiêm). Công trình này là gói thầu số 4
nằm trong dự án xây dựng đại lộ Đông - Tây, có chiều dài khoảng 22km đi
qua địa bàn 6 quận huyện nối trung tâm thành phố với đô thị mới Thủ Thiêm.
Tổng chiều dài của hầm là 1.774m (đờng dẫn: 551m, đờng hầm có nắp:
851m, hầm dìm: 372m). Chiều cao toàn bộ hầm (cả vỏ) là 22,80m. Hầm gồm
4 làn xe chạy.
- Các tuyến đờng sắt đô thị (Metro): Thành phố Hồ Chí Minh đã lập
dự án nghiên cứu tiền khả thi về hệ thống giao thông đô thị bằng phơng tiện
bánh sắt trong đó có hệ thống metro khép kín. Một số tuyến chính đợc dự
-9-
kiến xây dựng nh tuyến số 1 Bến Thành - Suối Tiên dài 19,7km, tuyến số 2
từ ngã t An Sơng - Bến Thành - Thủ Thiêm dài 19km, tuyến số 3 từ Quốc lộ
13 - bến xe Miền Đông - Tân Kiên dài 24km, tuyến số 4 từ Bến Cát - đờng
Nguyễn văn Linh dài 24km, tuyến số 5 từ cầu Sài Gòn - bến xe Cần Giuộc dài

17km và tuyến số 6 từ ngã ba Bà Quẹo - vòng xoay Phú Lâm dài 6km.
- Công trình ngầm bãi đỗ xe, công trình ngầm chứa đờng dây đờng
ống kỹ thuật và các loại đờng ngầm khác. Dự án xây gara ô tô ngầm ở công
viên Tao Đàn, ở góc đờng Huyền Trân Công Chúa và Nguyễn Du, bãi đỗ xe
ngầm Lam Sơn, gara ô tô ngầm ở công viên Lê Văn Tám
1.1.4. Giới thiệu về phơng án hầm vợt dự kiến tại Thành phố Nam Định
Thành phố Nam Định là trung tâm kinh tế phía Nam đồng bằng sông
Hồng nằm giữa 3 tỉnh Thái Bình, Ninh Bình và Hà Nam. Thành phố đang
phấn đấu xây dựng một thành phố văn minh hiện đại góp phần ngày càng lớn
với cả nớc. Chính vì vậy, Thành phố Nam Định có sức hấp dẫn rất lớn đối với
các nhà đầu t trong và ngoài nớc. Mạng lới cơ sở hạ tầng tơng đối tốt
nhng quy mô và chất lợng cha đáp ứng với nhịp độ phát triển kinh tế ngày
càng tăng hiện nay và trong tơng lai nhất là khu vực trung tâm Thành phố.
Hớng phát triển không gian chủ yếu của Thành phố là về phía Hòa Vợng,
Tân An, Lộc Hòa, An Xá (xoay quanh trục quốc lộ 10 hớng từ Hải Phòng -
Thái Bình - Nam Định - Ninh Bình). Về hạ tầng cơ sở hoàn chỉnh mạng lới
giao thông vành đai, các trục giao thông ra vào cửa ngõ, giảm bớt ách tắc, giải
tỏa các nút giao thông lớn
Theo tài liệu nghiên cứu của Tổng cục địa chất, Thành phố Nam Định
nằm trong cấu trúc võng địa hào. Nó lọt giữa 2 đứt gãy lớn, chạy theo hớng
Tây Bắc - Đông Nam là đứt gãy sông Hồng. Địa tầng Thành phố Nam Định
gồm 2 phần: Phần dới là tầng móng bao gồm đất đá cổ có tuổi trớc kỉ Đệ tứ.
Thành phần thạch học bao gồm phiến thạch sét, phiến thạch mica, sa thạch và
đá vôi. Phần trên là tầng phủ khá dày bao gồm các trầm tích mềm dính có tuổi
-10-
Đệ tứ. Trong đó nền đất phân bố hầu nh rộng khắp, phát triển từ bề mặt đến
độ sâu khoảng 20m và có nơi lớn hơn. Dới độ sâu này thờng gặp những lớp
trầm tích Đệ tứ hệ tầng Vĩnh Phúc thành phần chủ yếu là sét, sét pha trạng
thái dẻo mềm đến nửa cứng. Mực nớc ngầm ổn định ở độ sâu 1,2

1,5m.
Thành Phố Nam Định đang chuẩn bị lập dự án chuyển nút giao thông
cùng mức thành giao thông khác mức bằng hình thức giao chui tại nút giao cắt
Quốc lộ 10 và đờng đi Hà Nội tại xã Tân An Lộc Hòa. Dự kiến hầm chui
đợc thi công đào hở với việc sử dụng công nghệ tờng trong đất làm kết cấu
chắn giữ kết hợp làm kết cấu của hầm.
Hình 1.2- Nút giao thông giao cắt giữa Quốc lộ 10 và đờng đi Hà Nội
tại xã Tân An Lộc Hòa TP Nam Định
1.1.4.1. Vị trí nút giao thông hầm vợt tại Thành phố Nam Định
Nút giao thông hầm vợt tại Thành phố Nam Định nằm trong phạm vi
giữa trung tâm Thành phố Nam Định và xã Lộc Hòa, là giao cắt giữa trục
đờng 10 (Thái Bình Nam Định Ninh Bình) và đờng đi Hà Nội (từ
-11-
trung tâm Thành phố Nam Định đi Hà Nội). Nút giao thông này đợc coi là
một trong những cửa ngõ chính vào Thành phố.
Nút giao thông hầm vợt tại Thành phố Nam Định thuộc phạm vi của
xã Tân An Lộc Hòa, xung quanh nút có một số cơ quan, bến xe và khu đô
thị mới Hòa Vợng.
1.1.4.2. Hiện trạng nút giao thông hầm vợt tại Thành phố Nam Định
Đây nút giao thông cùng mức, đợc tổ chức giao thông cỡng bức bằng
các đảo tròn. Hiện trạng các đờng dẫn vào nút nh sau:
- Phía Đông, Tây: Đờng đi từ trung tâm Thành phố Nam Định đi Hà
Nội rộng 21m lòng đờng rộng 16m đợc chia làm hai chiều không có sự
phân biệt rõ ràng giữa làn xe thô sơ và làn xe cơ giới.
- Phía Nam, Bắc: Quốc lộ 10 rộng 36m gồm 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe
thô sơ, ở giữa có dải phân cách trung tâm rộng 3m.
Kết quả phân tích năng lực thông hành cho thấy dòng xe chạy thẳng
lớn, dòng xe rẽ trái lớn, số lợng các điểm xung đột nhiều. Dòng xe rẽ trái từ
trung tâm Thành phố Nam Định qua đờng 10 đi vào khu công nghiệp Hòa
Xá, cụm công nghiệp An Xá, từ Phủ Lý chạy về Thái Bình thờng không chạy

vòng qua đảo giao thông theo quy định mà rẽ trái ngay trớc nút gây ra tình
trạng giao thông lộn xộn cản trở lu thông của các dòng xe khác, tăng số
lợng các điểm xung đột. Tuyến đờng sắt chạy song song với đờng đi Hà
Nội gây ảnh hởng lớn đến lu thông qua nút, đặc biệt là khi có tàu chạy qua.
Đây là một trong những nguyên nhân chính gây ùn tắc. Việc cải tạo nút giao
thông giao cắt giữa quốc lộ 10 và đờng đi Hà Nội từ nút giao thông đồng mức
sang khác mức sẽ góp phần giải quyết các khó khăn trên
1.1.4.3. Đặc điểm địa chất tại Thành phố Nam Định liên quan đến việc xây
dựng hầm đờng bộ
+ Lớp 1: Lớp kết cấu áo đờng dày 0.5m
+ Lớp 2: Lớp kết cấu đất đắp dày 1.0m
-12-
+ Lớp 3: Lớp đất san lấp, sạn xỉ, gạch vỡ phần dới là đất sét pha dày 1.5m
+ Lớp 4: Đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4m
+ Lớp 5: Bùn sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 1.5m
+ Lớp 6: Đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4.5m
+ Lớp 7: Bùn sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 10m
+ Lớp 8: Lớp sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 6.5m
+ Lớp 9: Cát hạt mịn màu xám, xám đen dày 10m
Qua thu thập tại hiện trờng có thể đi đến một số kết luận và kiến nghị
nh sau: Lớp đất 1, 2, 3 đợc bóc bỏ khi thi công. Lớp 4, 5, 6 là lớp đất khá
tốt xen kẹp với lớp đất xấu có chiều dày 10m. Lớp 7, 8 là lớp đất yếu có chiều
dày khá lớn (dày 16.5m). Lớp 9 là lớp đất khá tốt có chiều dày lớn.
Từ kết quả tổng hợp phân chia các lớp đất cho thấy lớp đất trên khá tốt,
lớp đất giữa rất xấu, phân bố ở độ sâu khoảng trên dới 30m là lớp đất tốt.Khi
thiết kế và chọn giải pháp cần xem xét và đánh giá kỹ về điều kiện địa chất để
công trình đợc ổn định theo thời gian và đảm bảo hiệu quả kinh tế.
1.1.4.4. Phơng án mặt cắt cho hầm vợt dự kiến tại Thành phố Nam Định
Trạm bơm nớc
M.cắt địa chất

Hình 1.3- Mặt cắt dọc, mặt bằng cho hầm vợt dự kiến tại TP Nam Định
-13-
1%
Cống ngầm D1000
Lớp BTAF t = 75mm
Lớp phòng nớc t = 4mm
Lớp đệm cát
t = 200mm, Lớp CPĐDL1
t = 300mm, Lớp CPĐDL2
t = 70mm, Asphalt hạt thô
t = 50mm, Asphalt hạt mịn
t=500mm
Hình 1.4- Mặt cắt ngang hầm
Dạng mặt cắt hình hộp chữ nhật mái sờn hai nhịp (có vách ngăn giữa)
- Chiều cao hầm : 6,9m - Chiều dày tờng : 1m
- Chiều dày dầm nóc : 1m - Chiều dày dầm đáy : 0,75m
- Chiều dày tờng ngăn : 0,5m - Độ dốc dọc trong hầm : 2,5%
- Tĩnh không : 4.5*(2*1.25+2*7+0.5)
Đây là dạng kết cầu phù hợp với phơng pháp thi công lộ thiên bằng
công nghệ thi công tờng trong đất và phơng pháp thông thờng ổn định
vách hố đào bằng cọc cừ có thể là lắp ghép hoặc đổ tại chỗ. Nó có u điểm là
hệ số sử dụng không gian cao kết hợp với tờng trong đất làm tờng chịu lực,
phơng pháp thi công đơn giản, dễ định hình hóa các cấu kiện thi công lắp
ghép nên khả năng cơ giới hóa cao. Nhng cũng có nhợc điểm là khả năng
chịu lực kém hơn so với kết cấu vòm, cần phải mở rộng hầm sang một bên để
bố trí các đờng ống kỹ thuật (hệ thống cáp điện, hệ thống thông gió, hệ thống
thoát nớc), chiều dày dầm nóc khá lớn do phải chịu tải trọng bên trên tơng
đối lớn.
-14-
1.2. Tổng quan về các phơng pháp thi công hầm [2, 8, 12, 17]

1.2.1. Các phơng pháp đào kín
1.2.1.1. Phơng pháp mỏ truyền thống
Đây là phơng pháp thi công phổ biến dùng để thi công các hầm lò khai
thác khoáng sản. Nhiều đờng hầm giao thông, thủy lợi và quân sự cũng đợc
thi công theo phơng pháp này. Trong đất đá cứng hầm thờng đợc thi công
bằng khoan nổ mìn. Trờng hợp hầm thi công trong điều kiện địa chất yếu
không ổn định cần phải chống tạm ngay. Kết cấu chống tạm hoặc bằng khung
gỗ, hoặc bằng vòm thép, khung sờn thép. Hệ thống vỏ cuối cùng của đờng
hầm là kết cấu gạch đá hoặc bê tông, bê tông cốt thép. Đôi khi ngời ta cũng
sử dụng hệ thống neo và bê tông phun làm kết cấu chống tạm.
1.2.1.2. Thi công hầm theo phơng pháp NATM
Quan điểm thiết kế và thi công hầm theo các phơng pháp thi công
truyền thống là coi đất đá xung quanh gây ra áp lực tác dụng lên vỏ hầm. Vỏ
hầm khi đó là kết cấu chịu lực chính. Vì vậy mà sau khi khai đào xong cần
nhanh chóng xây dựng kết cấu chống đỡ vỏ hầm để chịu sự tác động của đất
đá xung quanh
NATM là phơng pháp thi công hầm bao gồm các biện pháp mà việc
hình thành đất đá xung quanh hầm đợc liên kết thành kết cấu vòm chống. Do
đó, việc liên kết này tự bản thân nó sẽ trở thành một phần của kết cấu chống
đỡ. Khi đào hầm sự cân bằng hiện có nguyên thủy của các lực trong khối đá sẽ
chuyển sang tình trạng cân bằng mới, thứ cấp và cũng ổn định. Điều này chỉ
có thể đạt đợc thông qua sự kế tiếp của các giai đoạn trớc mặt cùng với tiến
trình phân bổ các ứng suất đa dạng. Mục đích của NATM là kiểm soát đợc
tiến trình chuyển đổi này trong khi vẫn cân nhắc về mặt kinh tế và vẫn an
toàn. Phơng pháp này thờng áp dụng trong điều kiện đất đá tốt. Khi đất đá
yếu, rời rạc vẫn có thể áp dụng NATM nhng chi phí tốn kém hơn do phải
dùng các phơng pháp phụ trợ.
-15-
1.2.1.3. Phơng pháp thi công TBM
Phơng pháp thi công TBM là phơng pháp thi công bằng máy liên hoàn.

Máy đào hầm đầu tiên đợc Beaumont (ngời Anh) thiết kế năm 1864 và đa
vào chế tạo, sử dụng năm 1881 để đào hầm dới eo biển English Chanel. Tuy
vậy máy đào đờng hầm thơng phẩm chỉ đợc James S.Robbins đa vào sử
dụng lần đầu ở các mỏ vùng Bắc Mỹ vào năm 1947, cùng khoảng thời gian đó
những máy tơng tự cũng đợc phát triển ở Châu Âu. Nếu nh ban đầu các máy
đào đờng hầm chỉ sử dụng ở những công trình đất đá mềm nh cát kết mềm,
phiến sét, các mỏ muối thì cho đến nay các máy đào đờng hầm có thể sử
dụng để đào trong đất đá cứng có độ bền nén đến 300Mpa. Phơng pháp thi
công bằng máy đào đờng hầm TBM là một phơng pháp thi công hiện đại, tốc
độ thi công nhanh.
1.2.2. Các phơng pháp đào hở (lộ thiên)
Thi công theo phơng pháp đào lộ thiên phức tạp nhất là khâu đào đất,
còn công tác thi công kết cấu chính hoàn toàn giống nh việc thi công công
trình nổi trên mặt đất. Trình tự thi công đào lộ thiên nh sau:
- Đào đất từ trên xuống dới đến cao độ thiết kế.
- Thi công kết cấu chính từ dới lên trên tơng tự công trình nổi.
- Đắp trả hố đào và khôi phục lại mặt bằng nh trớc.
1.2.2.1. Đào lộ thiên với mái dốc tự nhiên
Theo phơng pháp này trong đất ổn định có độ ẩm tự nhiên và khi có
mặt bằng rộng thì có thể đào hầm với mái dốc tự nhiên mà không cần gia
cờng. Việc đảm bảo ổn định hố móng chỉ dựa vào khả năng tự ổn định của
mái đất tự nhiên (Hình1.5).
Phơng pháp này có đặc điểm là thi công nhanh do cơ giới hóa tốt, chất
lợng thi công dễ kiểm soát nhng khối lợng đất đào lại tăng lên và diện tích
mặt bằng yêu cầu rất lớn do đó không hợp lý với điều kiện đô thị chật hẹp.
-16-
1.Mỏi d
c t nhiờn
2.Cụng trỡnh ng
m

3.Cụng trỡnh xõy n
i
Hỡnh1.5- S
o l thiờn vi mỏi dc t nhiờn
1.2.2.2. Đào lộ thiên với hệ gia cờng cố định
* Hệ gia cờng kiểu công-son:
Trong khu vực đô thị, khi chiều sâu đào lớn và trong điều kiện mặt bằng
thi công chật hẹp thì việc mở móng với mái dốc tự nhiên là không khả thi.
Ngoài ra cần phải hạn chế khối lợng công tác đào đất nên ngời ta dùng kết
cấu chịu lực kiểu công-son hạ xuống hố móng sau đó mới tiến hành đào hố
móng. Kết cấu này dựa vào độ cứng bản thân và áp lực đất bị động để chống
lại áp lực đất chủ động bên ngoài (Hình1.6)
1.Cụng trỡnh ng
m
2.Cụng trỡnh xõy d
ng ni
3.K
t cu
gia c
ng vỏch h o
Hỡnh1.6- S
m h
o vi h gia cng kiu cong
son
Hệ gia cờng kiểu công-son này có thể là cọc gỗ, cọc thép, cọc BTCT,
cọc nhồi đặt sít với nhau thành tờng chắn tơng tự nh dạng cọc ván thép