Nghiên cứu sự ảnh hưởng của quá trình thi công công trình ngầm đến các công trình bề mặt bằng cách sử dụng phần mềm Phase2 qua thông số chiều sâu của công trình ngầm

Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình thi công công trình là một trong những nguyên nhân chính gây ra biến
dạng đất đá giữa đường hầm với bề mặt đất, đặc biệt là các đường hầm nằm nông
với các đặc điểm như: Công trình có chiều dày tầng đất phủ nhỏ, điều này sẽ làm
tăng khả năng ảnh hưởng của việc thi công công trình ngầm tới các công trình bề
mặt, công trình ngầm thi công chủ yếu trong vùng đất đá mềm yếu có nguy cơ mất
ổn định cao, trong khối đất mềm có tồn tại nhiều các vật thể ngoại lai, trong nhiều
trường hợp, những vật thể này có thể là nguyên nhân dẫn tới các sự cố trong quá
trình thi công công trình ngầm, trên bề mặt, tồn tại các công trình xây dựng, hạ tầng
kỹ thuật nhạy cảm với quá trình thi công công trình ngầm. Do đó gây lún bề mặt đất
và làm ảnh hưởng đến sự ổn định của các công trình trên bề mặt, tác động của lún
khi thi công các công trình ngầm nằm nông hoặc trong đất đá mềm yếu rất nguy
hiểm tới các công trình lân cận như: các tòa nhà, cơ sở hạ tầng và công trình công
cộng. Việc nghiên cứu, đánh giá và dự báo trước các ảnh hưởng, tác động của quá
trình thi công công trình ngầm tới các công trình trên bề mặt nếu làm được, sẽ giúp
cho các công tác thiết kế kỹ thuật, thiết kế thi công các công trình ngầm nằm gần
mặt đất được chính xác, giảm thiểu các sự cố, rủi ro khi thi công công trình ngầm và
đặc biệt sẽ làm giảm đi các ảnh hưởng của quá trình thi công này tới các công trình
bề mặt. Đề tài cứu sự ảnh hưởng của quá trình thi công công trình ngầm đến các
công trình bề mặt bằng cách sử dụng phần mềm Phase2 qua thông số chiều sâu của
công trình ngầm. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu này vẫn chưa xét được đến các
yếu tố khác ảnh hưởng đến độ biến dạng trên bề mặt khi thi công công trình ngầm
như yếu tố đường kính công trình ngầm, tính chất cơ lý đất đá thay đổi theo chiều
sâu của công trình ngầm, ảnh hưởng của nước ngầm....Điều này cần được khắc phục
để có thể đưa ra được chính xác mối ảnh hưởng của quá trình thi công công trình
ngầm đến sự biến dạng bề mặt, từ đó làm ảnh hưởng đến các công trình trên bề mặt.
Hiện nay, với sự trợ giúp của các phương tiện máy tính với tốc độ xử lý số liệu
nhanh mà nhóm các phương pháp số đã và đã chứng minh được sự nhanh chóng và

tiện dụng của mình trong các phân tích số. Phase 2 là một phần mềm được xây dựng
trên cơ sở phần tử hữu hạn có rất nhiều lợi ích trong quá trình phân tích, tính toán
ổn định công trình ngầm.
2. Mục đích của đề tài

1


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Mục đích của đề tài là nghiên cứu, đánh giá và dự báo trước các ảnh
hưởng, tác động của quá trình thi công công trình ngầm tới các công trình trên bề
mặt nếu làm được, sẽ giúp cho các công tác thiết kế kỹ thuật, thiết kế thi công các
công trình ngầm nằm gần mặt đất được chính xác, giảm thiểu các sự cố, rủi ro khi
thi công công trình ngầm và đặc biệt sẽ làm giảm đi các ảnh hưởng của quá trình thi
công này tới các công trình bề mặt.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Sử dụng phương pháp số, cụ thể bằng chương trình phase2 kết hợp phân tích
tham số, nghĩa là tính với sự biến đổi của một hay nhiều tham số (hay các yếu tố
ảnh hưởng) trong miền biến thiên nhất định để rút ra được quy luật ảnh hưởng.
Do hạn chế về thời gian, và khuôn khổ của đồ án tốt nghiệp nên trong bài chỉ
chú ý đến được một số các yếu tố ảnh hưởng (các tham số) sau:
-

Tham số kích thước công trình ngầm;
Tham số độ sâu đặt công trình ngầm;
Và một số tham số cơ học của đất đá;

4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương phân tích lý thuyết kết hợp với sử dụng phần mềm phase 2 có

chú ý tới sự thay đổi các tham số để tìm hiểu quy luật phân bố, sự thay đổi quy luật
cơ học của ứng suất và biến dạng cũng như vùng biến dạng phá hủy xung quanh
khoảng trống công trình ngầm.
5. Nội dung nghiên cứu
-

Tổng quan về vấn đề xây dựng tàu điện ngầm bố trí ở mức

nông và công tác thiết kế kết cấu chống đỡ.
-

Đánh giá điều kiện địa cơ học một số khu vực dự kiến bố trí

đường tàu điện ngầm Thành phố Hà Nội.
Sử dụng phần mềm phương pháp số Phase 2 trên cơ sở có chú ý đến sự
thay đổi các tham số khác nhau (tham số kích thước hình dạng, tham số độ sâu đặt
đường hầm, một số tham số cơ học đá) phân tích, tìm hiểu quy luật phân bố ứng
suất biến dạng, quy luật biến đổi cơ học xung quanh đường hầm phục vụ công tác
nghiên cứu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

-

Ý nghĩa khoa học của đề tài : Qua nghiên cứu, đề tài đã

phân tích được độ sâu phù hợp cho các đường hầm tàu điện ngầm

bố trí nông cho Thành phố Hà Nội.
-

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp được

một phần nhỏ vào định hướng phương án thi công các đường tàu
điện ngầm Hà Nội bố trí nông.
7. Cấu trúc của đề tài

3


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM BỐ TRÍ NÔNG VÀ KẾT
CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM

1.1
Tổng quan về công trình ngầm.
1.1.1 Khái quát chung
Công trình ngầm (CTN) là một công trình nhân tạo nằm ở dưới
trong lòng đất, tùy thuộc vào yêu cầu, mục đích sử dụng của con
người mà công trình ngầm cũng được sử dụng vào các mục đích
khác nhau trong cuộc sống con người. Như công trình ngầm phục
vụ cho công tác khai thác khoảng sản (hầm mỏ), công trình ngầm
sử dụng cho công tác giao thông, thủy lợi, dân sự, quốc phòng…
Công trình ngầm được xây dựng dưới nước ngầm trong các lớp đất
đá, điều kiện địa chất khác nhau nên công trình ngầm có mối quan
hệ chặt chẽ với môi trường đất đá xung quanh. Trong thực tế thì

môi trường đất đá rất đa dạng. Do đó mà tính đa dạng trong tư
duy thiết kế và thi công xây dựng công trình ngầm cung hết sức
phong phú và đặt ra rất nhiều câu hỏi khó giải đáp do những yếu
tố không thể biết trước của môi trường đất đá xung quanh công
trình ngầm. Chính vì vậy mà việc xây dựng các công trình ngầm
vừa mang tính kỹ thuật và mang tính mỹ thuật cao. Công trình
ngầm có thể nằm trong các pha đất đá, nước, không khí,… vị trí
đặt các công trình cũng khác nhau. Công trình ngầm có thể nằm
trong đá, nằm sâu trong lòng đất cũng có khi công trình ngầm nằm
gần mặt đất.
1.1.2 Phân loại công trình ngầm
a.
Theo công dụng
Tùy theo mục đích sử dụng công trình ngầm có thể chia công
-

trình ngầm ra làm một số nhóm:
Công trình ngầm khai thác khoảng sản: đây là loại công trình sử
dụng để khai thác tài nguyên khoáng sản như hệ thống các CTN,
hầm trạm phục vụ trong các mỏ than hầm lò, các mỏ quặng… Đây
là những công trình có tuổi thọ tùy theo sản lượng của các mỏ và
có yêu cầu kiến trúc không cao nên người ta chỉ cần bảo đảm an
toàn trong khi sử dụng chứ ít quan tâm đến tính thẫm mỹ của nó.
4


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

-

Công trình ngầm công nghiệp: gồm các công trình ngầm thủy lợi,
thủy điện, kho chứa ngầm. Những công trình trong hệ thống thủy
lợi, thủy điện này thường có chiều dài lớn, thường có các giai đoạn
làm việc khác nhau và chế độ làm việc cũng khác nhau đó là chế
độ làm việc khi không có nước chảy bên trong ( khi thi công và khi
sữa chữa) và khi đi vào hoạt động. Ngoài áp lực đất đá bên ngoài
tác động vào còn có nước và áp lực nước bên trong nên khi thiết
kế và thi công các công trình ngầm nhóm này cũng có những đặc

-

điểm và yêu cầu riêng.
Công trình ngầm dân dụng: Những công trình ngầm nhóm này
bao gồm các CTN giao thông (ô tô, tàu hỏa, tàu điện, người đi bộ;
giao thông tĩnh, giao thông động), tầng hầm trong các nhà cao
tầng, các gara để xe ngầm, hệ thống đường hầm kỹ thuật dùng để
đặt ống nước sinh hoạt, nước thải, cáp điện, cáp quang… phục vụ
nhu cầu sinh hoạt của nhân dân. Những công trình này có yêu cầu
về kiến trúc cao hơn hẳn những công trình phục khai thác khoáng

-

sản vì chúng có tuổi thọ và thời gian tồn tại lâu dài.
Công trình ngầm đặc biệt: đây là nhóm công trình ngầm phục vụ
mục đích quân sự, quốc phòng, các nhà máy ngầm… Nhóm những
công trình này có đặc điểm là cần sự kiên cố cao và nằm bí mật
trong lòng đất.
Phân nhóm công trình ngầm

Theo công dụng

Theo vị trí thế
nằm

Theo diện tích sử
dụng

Tương quan về
kích thước công
trình ngầm

• Công trình ngầm

• Công trình

• Các đường hầm

• Công trình

phục vụ khai
thác khoảng sản
• Công trình công

ngầm nằm
ngang
• Công trình

ngầm tiết diện
nhỏ
• Công trình

nghiệp
• Công trình ngầm

ngầm nằm
nghiêng
• Công trình

khi chiều dài
lớn hơn chiều
rộng
• Các hầm trạm

dân dụng
• Công trình ngầm
đặc biệt

ngầm thẳng
đứng
• Công trình
ngầm gần mặt
đất
5
• Công trình

nằm dưới sâu

khi kích thước
ba chiều
không chênh

lệnh nhau

ngầm tiết diện
trung bình
• Công trình
ngầm tiết diện
lớn


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Hình 1.1 Sơ đồ phân bố nhóm công trình ngầm
b.

Theo vị trí, thế nằm
Công trình ngầm có thể có những dạng thế nằm khác nhau,

trong xây dựng công trình tùy thuộc vào góc nghiêng của trục
công trình ngầm với phương nằm ngang mà người ta có thể chia
ra:
-

Công trình ngầm nằm ngang (khi góc nghiêng của trục công trình
ngầm với phương không quá 5)
- Công trình ngầm nằm nghiêng (khi góc nghiêng 5 < < 75)
- Công trình ngầm thẳng đứng khi góc nghiêng 75
c.
Theo tiết diện đào
Tùy theo tiết diện gương đào mà người ta cũng có thể chia công

-

trình ngầm ra làm 3 nhóm:
Công trình ngầm tiết diện nhỏ; những công trình ngầm dạng này
thường có tiết diện sử dụng S < 18 loại này có thể gặp tại những
công trình ngầm dân dụng, công nghiệp và các đường lò trong các

-

mỏ.
Công trình ngầm tiết diện trung bình: thường có S = (1832) yếu là

-

các CTN dẫn nước.
Công trình ngầm tiết diện lớn: khi S > 32 người ta hay gọi là công
trình ngầm có tiết diện lớn đa số chúng là các công trình giao
thông và thủy điện trung bình và lớn.
Các cách thức phân loại chỉ mang tính chất tương đối, có thể thay
đổi khi năng lực thiết bị thi công, trình độ người thi công thay đổi.
c.
Theo tương quan giữa chiều dài và chiều rộng công trình
ngầm.
Theo đặc tính kích thước giữa hai chiều công trình ngầm người

-

ta có thể chia công trình ngầm ra làm 2 nhóm:
Khi các công trình ngầm có kích thước chiều dài lớn hơn nhiều lần
chiều rộng và chiều cao thì người ta thường gọi chung chúng là các

6


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

CTN, đường hầm. Những công trình ngầm dạng này thì có thể có
-

chiều dài từ vài chục, vài trăm thậm chí hàng chục kilômét.
Các hầm trạm: những công trình ngầm có tương quan chênh lệch
giữa chiều dài, chiều rộng và chiều cao không quá lớn, những công
trình ngầm như vậy người ta thường gọi là cá hầm trạm ví dụ như:
các gian máy trong hệ thống nhà máy thủy điện ngầm, các hầm
sữa chữa đề pô tàu điện ngầm, trạm bơm, trạm biến áp ngầm,…
1.1.3
Công trình ngầm nằm nông và đặc điểm của công
tác thi công công trình ngầm nằm nông
1.1.3.1 Công trình ngầm nằm nông
Hiện nay có rất nhiều quan điểm khác nhau về độ sâu của
công trình ngầm nằm nông. Có quan điểm cho rằng công trình
ngầm nằm nông là công trình có độ sâu đặt công trình H< 2,5B (B
– Chiều rộng đường hầm). Quan điểm khác lại cho rằng khi độ sâu
đặt công trình ngầm H< 10-12m; H < 2B thì công trình được coi là
nằm nông.
Nói chung việc phân loại giữa công trình ngầm nằm nông và
công trình ngầm nằm sâu chỉ mang tính chất tương đối tùy thuộc
vào quan điểm mỗi tác giả, mỗi trường phái khác nhau. Nhưng
chung qui lại thì việc quan điểm tính toán áp lực đất lên công trình
ngầm nông lại tương đối giống nhau, đó là quan điểm không hình
thành vòm cân bằng tự nhiên.

1.1.3.2 Đặc điểm của công tác thi công công trình ngầm nằm

-

nông trong thành phố
- Công trình ngầm nằm nông, chiều dày đất phủ nhỏ;
Công trình ngầm chủ yếu thi công trong khối đá mềm yếu có nguy

-

cơ mất ổn định cao, nền đất yếu.
Trong khối đá mềm đó tồn tại rất nhiều các vật thể ngoại lai. Trong
nhiều trường hợp, những vật thể này là nguyên nhân khởi đầu dẫn

-

tới những sự cố trong quá trình thi công CTN.
Trên bề mặt, tồn tại các công trình xây dựng, hạ tầng kỹ thuật

-

nhạy cảm với hiện tượng gây lún gây ra bởi quá trình thi công CTN.
Hướng tuyến hệ thống CTN thường bố trí dọc theo các tuyến
đường giao thông trên bề mặt đẻ đáp ứng thuận tiện cho người sử
dụng. Tuy nhiên, tuyến CTN cũng có thể cắt ngang qua bên dưới
các tòa nhà cao tầng, các tuyến đường sắt…
1.2 Tổng quan về phương pháp thi công công trình ngầm.

7

Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Nói chung các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong
phú và đa dạng chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp
kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau. Tên gọi của các phương
pháp thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứ khác nhau,
có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, theo
giải pháp kỹ thuật phổ biến và nhiều khi là do thói quen. Vì vậy để
giúp cho người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các
phương pháp thi công, giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống có
thể xảy ra, trước tiên cần thiết giới thiệu sơ bộ các yếu tố, các
khâu kỹ thuật quan trọng của công nghệ thi công.
Có thể nói, mỗi công nghệ thi công là tổ hợp của các yếu tố,
các giải pháp kỹ thuật cơ bản sau ( bảng 1.1):
• Phương pháp và kỹ thuật đào đá hay tách bóc đất đá.
• Phương pháp và kỹ thuật bảo vệ (chống tạm) trong khi
thi công
• Sơ đồ đào hay sơ đồ thi công trên gương
Bảng 1.1 Các yếu tố cấu thành công nghệ thi công
Sơ đồ đào: phương
thức tách bóc đá
trên
tiết
diện
(gương) định đào

Phương pháp đào hay tách
bóc đất đá: tách bóc đất, đá
ra khỏi khối đá, đá trong vỏ

quả đất, tạo nên khoảng
không gian cần đào

Mục
tiêu
của
phương pháp bảo
vệ hay điều khiển
khối đất đá trong
khi thi công

• Sơ đồ đào toàn
gương
• Sơ
đồ
chia
gương

• Khoan, nổ mìn
• Máy đào hầm, bào gồm
máy đào toàn gương hay
toàn tiết diện và máy đào
từng phần gương, hay đào
từng phần tiết diện
• Đào bằng các máy xúc
bốc
• Đào bằng rữa lũa (sức
nước, khí nén)

• Chống đỡ bảo

vệ thành hố
đào,
sườn
đường hầm
• Chống đỡ ổn
đinh gương đào
• Bảo
vệ
nóc
công trình ngầm
• Giảm sụt lún
• Chống
xâm
nhập nước

Trước hết, dựa theo không gian thi công có thể phân ra hai nhóm
chính là:
• Các phương pháp thi công lộ thiên
8


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

• Các phương pháp thi công ngầm
Với các phương pháp thi công lộ thiên, toàn bộ hay một bộ
phận của kết cấu CTN được thi công lắp dựng trong điều kiện lộ
nóc. Còn bằng các phương pháp thi công ngầm, toàn bộ kết
cấu CTN được thi công lắp dựng trong điều kiện kín nóc hoặc lộ
nóc nhưng tỷ lệ diện tích phần nóc lộ rất nhỏ so với tổng diện tích
khối đất đá xung quanh CTN (ví dụ đào giếng).

Bảng 1.2 Các phương pháp thi công đào hầm (tách bóc đất
đá)

Độ bền
cao

Đá rắn cứng
Độ bền
trung
bình

Đá bở rời/đất
Độ bền
thấp

Đất dính

Đất rời

Đá chảy

Khoan nổ mìn
Máy đào toàn gương ( máy khoan hầm ( Tunnel Boring
Machine – TBM), máy khiên đào (Shild Machine - SM)
Máy đào từng phần gương, máy cắt từng
phần (Roadheader-RH)
Đào bằng các máy xúc bốc – máy xúc tay gầu
Đào bằng rửa lũa
( sức nước, khí nén)
Bảng 1.3: Các giải pháp bảo vệ hay chống tạm

Đá rắn cứng
Nứt nẻ
ít

Nứt
nẻ
trung
bình

Đá bở rời/đất
Nứt nẻ
mạnh
và
giảm
bền

Nứt
nẻ
mạnh

Đất dính

Đất
rời

Đất chảy

Bê tông phun
Lưới bảo vệ
Neo

Khung thép
Ván chèn
Cắm cọc
9 Ván cừ
Ô bảo vệ bằng ống
Ô bảo vệ bằng khoan phun-phun tia


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Bảng 1.4: Phạm vi áp dụng của các giải pháp đặc biệt theo
yêu cầu bảo vệ
cầu

Yêu

Các giải pháp
Sơ đồ có nhân
đỡ
Neo,
cược
gương
Cắm cọc

Chống đỡ (ổn
định) gương
đào

Bảo vệ
công trình

ngầm

Giảm thiểu
lún sụt

Chống xâm
nhập nước

Ép ván cừ
Vòm, ô bảo vệ
bằng
ống,
phun ép
Gia cố đất
Đóng băng
Sử dụng khí
nén
1.2.1 Phương pháp thi công lộ thiên
-

Phương thức 1: Theo phương thức này, các công trình ngầm

được hoàn công theo trình tự sau: Đầu tiên từ mặt đất tiến hành
đào các hào hay hố thi công, tiếp đó tiến hành lắp dựng kết cấu
của công trình ngầm trên hào, hố đào và sau cùng lấp lại bằng vật
liệu lấp phủ. Sơ đồ thi công được thể hiện trên (Hình 1.2). Tùy
thuộc vào đặc điểm cơ học, địa chất của khối đất, thành hào có
thể nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần phải
chống giữ. Kết cấu chống giữ thành hào được sử dụng có thể là
cọc-ván ép, cọc từ (tường cọc từ - đã được sử dụng rộng rãi ở nước

ta), tường khoan nhồi (tường cọc nhồi) hay tường hào nhồi (tường
trong đất) bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, có thể được gia cố
thêm bằng neo, khoan phun ép (khoan phụt) kích chống, giằng…
Cọc cừ được tháo ra để sử dụng tiếp. Còn trong trường hợp sử
dụng tường cọc nhồi hay tường hào nhồi, kết cấu đáy của công
trình ngầm thường liên kết với tường tạo thành một bộ phận của
10


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

kết cấu công trình ngầm (đặc biệt khi gặp nước ngầm). Phương
thức này thường được gọi phương thức tường – nền.
Hình 1.2: Phương thức tường nền
-

Phương thức 2: Theo phương thức này, hào thi công không cần đào
hoặc chỉ cần đào đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm
các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có). Tiếp đó tiến hành thi
công tường cọc nhồi hay tường hào nhồi đến độ sâu dự định (thông
thường đến tầng đất cách nước). Công đoạn tiếp theo à đổ bê tông
nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép

bằng các tấm papen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm.
Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong lòng đất bao gồm
đào bốc đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các công
tác kỹ thuật khác. Với trình tự đó phương thức này còn được gọi là
phương thức tường – nóc (Hình 1.3)

11

Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

-

Hình 1.3 Thi công tường nóc
Phương thức hạ dần: Theo phương thức này toàn bộ hay từng đoạn
của kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt
đất. Sau đó các đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song
với việc đào xúc đất dưới gầm của kết cấu đó (phương thức
caisson, hình 1.4). Sau khi kết cấu được hạ tới độ sâu thiết kế, tiến

-

hành lấp lại hố đào bằng các vật liệu thích hợp, hoàn trả mặt đất.
Phương thức hạ chìm: Các công trình ngầm thi công theo phương
thức này chỉ áp dụng khi thi công hầm vượt sông, hồ. Trước tiên
các đốt hầm được đúc tại bãi đúc, tiến hành đào các hào thi công
để dìm các hầm bằng các thiết bị chuyên dùng. Sau đó dùng xà
lan và cá tàu chuyên dụng đưa các đốt tới vị trí lắp đặt, tiến hành
dìm và liên kết các đốt hầm lại với nhau. Cuối cùng lấp lại hố đào

-

bằng các vật liệu chọn lọc (Hình 1.5)
Phương thức hạ chìm: Các công trình ngầm thi công theo phương
thức này chỉ áp dụng khi thi công hầm vượt sông, hồ. Trước tiên
các đốt hầm được đúc tại bãi đúc, tiến hành đào các hào thi công
để dìm các hầm bằng các thiết bị chuyên dùng. Sau đó dùng xà

lan và cá tàu chuyên dụng đưa các đốt tới vị trí lắp đặt, tiến hành
dìm và liên kết các đốt hầm lại với nhau. Cuối cùng lấp lại hố đào
bằng các vật liệu chọn lọc (Hình 1.5)

12


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Hình 1.4: Phương thức hạ dần
Hình 1.5: Phương thức
hạ chìm
1.2.2

Phương

pháp

thi công ngầm
Để xây dựng các
công trình ngầm bằng
các

phương

pháp

thi

công ngầm đã có hàng

loạt
khác

các

phương

nhau

được

thức
pháp

triển. theo quan niệm truyền thống theo lịch sử phát triển của lĩnh
vực xây dựng công trình ngầm có thể phân ra ba nhóm chính (hình
1.6)
• Các phương pháp thông thường (hay thông dụng)
• Các phương pháp thi công bằng máy (hay cơ giới hóa)
• Phương pháp kích ép ống - cống
13


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Hình 1.6: Phân nhóm và cách gọi phương pháp thi công

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH NGẦM
Sơ đồ đào

Phương pháp khai đào

+ Toàn tiết diện
mìn

+ Khoan nổ

+ Chia gương

+ Máy đào

hầm
14


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

+ Nén ép
ống (vỏ chống)
PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ VÀ
CHỐNG GIỮ

Biện pháp thực hiện
sau khi đào

Biện pháp thực hiện
trước khi đào
+ Các biện pháp gia cố,
neo, khiên vòm lưỡi dao

+ Sử dụng khiên kín

+ Neo
+ Khung gỗ thép
+ Bê tông

phun

+ Vỏ bê

tông đổ tại chỗ
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
HIỆN HÀNH
+ Phương pháp thi công bằng vòm
+ Phương pháp thi công
mới của áo.
+ Phương pháp xây dựng

chống lưỡi dao.

theo
vành
khuyên với kết cấu thép.
+ Các phương pháp xây

+ Phương pháp khiên kín.
+ Phương pháp Koler
dựng kinh

Điển (nhân đỡ của Đức,

phương pháp đón đỡ của Bỉ, Anh)
Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát về các phương pháp thi công
ngầm

Phương pháp đào và chống tạm trong
đất bằng phương thức đào ngầm

15


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Đất rời, không
dính kết

Đất rời, không
dính kết

Thời gian tồn tại ổn
định không chống rất
ngắn

Không thể hạ mực
nước ngầm

Thời gian tồn tại ổn định đủ
lớn đến khi lắp kết cấu
chống tạm

Có thể hạ mực

nước ngầm

Máy khiên đào:

Khiên hở sử dụng vỏ
chubing

Thủy lực
Khí nén

Không có nước ngầm

Áp lực đất

-Vòm lưỡi dao trong
điều kiện áp lực
bình thường

Phương pháp đóng
băng

- Khiên hở, khiên cơ
học
Vỏ chống chubing

Tạo ô bảo vệ bằng
ống thép
Tạo ô bảo vệ bằng
phun tia (phun
áp lực cao)

Chèn nhói, đóng
cọc

Phương pháp
khoan phun

Phương pháp phun bê tông (NATM) có
hoặc không có neo, lưới, thép, khung
thép
Hình 1.8: Sờ đồ các phương thức đào và chống tạm
bằng phương pháp ngầm

16


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Bảng 1.5: Các phương pháp thi công ngầm – khả năng áp dụng
Các dấu hiệu về công trình ngầm
Dấu hiệu xây
dựng,
môi
trường

Phương pháp
xây dựng
Phương pháp đào
thông dụng (thông
thường)
Đá rắn cứng

Khoan nổ mìn
Máy đào từng phần
Phương pháp bô tông
phun
Phương pháp vòm
chống lưỡi dao
Phương pháp “ chống
trước-đào sau”
Đá mềm, đất

Kích thước

Hình dạng

Cố
địn
h

Thay
đổi

Cố
địn
h

X
X
X

X

X
X

X
X

X

X
X
X

Thay
đổi

Chiều dài
CTN

Ngắ
n

Chống
giữ

1
Dà
lớ
i
p

Mức
độ
chín
h
xác
cao

2
lớ
p

Cao

Nước ngầm
(N)
Nước có áp
suất (CA)
Không
có
biện
pháp
xử lý

Có
biện
pháp
xử lý

Môi trường
Khả

năng
Tiến Thải
bảo
g ồn, khí,
về
dao
thải
con
động bụi
ngườ
i

X
X
X

X
X
X

X
X
X

X
X
X

X
X

X

O
X
X

NX
NX
NX

CAX
CAX
CAX

Nh
I
I

Nh
Nh

O
X

X

X
X

X

X

X
O

X
O

O
O

CAX
CAX

I
I

I
I

17

I
I

Nh
Nh


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Phương pháp đào
bằng máy
Đá rắn cứng
Máy khoan đào
Máy khiên đào
Ép đẩy ống, cổng
Nén ép trước
Đá mềm, đất

X
X
X
X

O
O
O
O

Máy đào nhỏ
(micro)

X

O

Trò
n
Trò
n

Trò
n
X
Trò
n

O
O
O
O

X
X

X
X
-

X
X
O

X
X
X
X

X
X
X

X

NX
X
X
X

CAX
X
X
X

I
I
I
I

I
I
I
I

Nh
Nh
Nh
Nh

O

X

O

O

X

X

X

-

I

I

Nh

1.2.2.1Phương pháp thi công bằng công nghệ thông thường
Sử dụng công nghệ thi công thông thường để thi công xây dựng công trình ngầm trong đất
đòi hỏi phải có các biện pháp và sơ đồ đào – chống đỡ phù hợp có thể tiến hành các công việc
thi công.
Khi điều kiện cho phép, trong đất đá mền yếu bở rời không chứa nước hoặc có thể tách nước
bằng các phương pháp nhân tạo thì có thể tiến hành thi công xây dựng công trình ngầm theo
một số phương pháp với hầm dẫn (vòm trước, nhân dỡ, phân mảnh đào toàn tiết diện) và
phương pháp đào có gia cố trước.
a. Thi công với hầm dẫn:
Trong phương pháp này, tùy điều kiện cụ thể có thể tiến hành mở trước trong phạm vi tiết diện
công trình ngầm một, hai hoặc một số hầm dẫn đồng thời, có thể tai phần vòm, chân tường

hay tại một vị trí thuận lợi. Sau đó người ta tiến hành các biện pháp chống đỡ tạm thời trong
quá trình đào và tiến hành mở rộng dần các hầm dẫn này đến tiết diện thiết kế. Thông thường,
người ta cố gắng sao cho sử dụng được các kết cấu chống tạm trong các hầm dẫn sẽ là một bộ

18


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

phận của kết cấu chống tạm cho công trình ngầm, với mục đích giảm thiểu quá trình công
-

nghệ cũng như giảm đáng kể chi phí xây dựng.
Phương pháp vòm trước: phương pháp này đước tiến hành bằng việc mở trước các hầm dẫn tại
phần vòm của công trình ngầm. Tiếp đến, người ta tiến hành công tác chống đỡ. Trong phương
pháp này có thể sử dụng kết cấu chống tạm là một phần của kết cấu chống cố định cho công
trình ngầm. Sau khi đã có lớp vỏ phía nóc bảo vệ cho công trình ngầm thì tiến hành mở rộng

-

các phaafn dưới đồng thời với việc xây dựng vỏ chống đỡ cho các phần này.
Phương pháp nhân đỡ: Thực chất của phương pháp này là sơ đồ đào tuần tự theo chiều cao
vách công trình ngầm bắt đầu từ phần nền của công trình ngầm và tiến hành các công tác
chống đỡ (chống tạm hoặc chống cố định). Tiếp đến là giáp nối các khoảng không gian phần

-

nóc công trình ngầm và sau cùng đào phần lõi công trình ngầm.
Phương pháp phân mảnh đào đồng thời toàn diện công trình ngầm: Trong phương pháp này có
thể tiến hành đồng thời đào toàn tiết diện công trình ngầm bằng việc phân mảnh theo từng

khu vực trong tiết diện công trình ngầm.
Đồng thời với việc đào các mảnh của tiết diện là kết hợp các biện pháp chống đỡ. Đến khi kết
thúc quá trình đào các mảnh gương cũng là lúc kết thúc quá trình chống đỡ.
Phương pháp này có những ưu điểm là công nghệ thi công đơn giản; kích thước; hình dạng tiết
diện và thế nằm của công trình ngầm bất kỳ; có thể tổ chức thi công hoàn toàn bằng thủ công,
chi phí thi công thấp. Song lại có một số nhược điểm là mức độ đảm bảo an toàn trong thi công
thấp; khả năng giữ ổn định cho nền đất phía trên công trình ngầm; tính chính xác của biên
công trình ngầm theo thiết kế không cao; sử dụng nhiều lao động, năng suất lao động thấp,

tiến độ thi công chậm.
b. Các phương pháp đào gia cố trước
19


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Phương pháp này được tiến hành với việc sử dụng các biện pháp gia cố trước khối đất xung
quanh công trình ngầm, nhằm mục đích đưa nền đất về trạng thái bình thường hoặc có thể tự
ổn định khi tạo ra khoảng trống công trình ngầm trong một khoảng thời gian đủ để có thể thực
hiện các công việc gia cố tạm hoặc chống cố định. Thông thường sử dụng các biện pháp đảm
bảo ổn định khoảng trống công trình ngầm bằng các biện pháp “tường chắn đất tiến trước”, gia
cường trước khối đất xung quanh công trình ngầm bằng “khoan khun” dung dịch xi măng hoặc
các loại vật liệu dính kết khác, công nghệ đóng băng nhân tạo.
* Gia cố đồng thời với quá trình đào gương công trình ngầm.
- Phương pháp tường chắn đất tiến trước gương đào
Phương pháp này được tiến hành với việc lắp đặt các kết cấu chống đỡ trước theo chu vi biên
công trình ngầm trước khi tiến hành đào công trình ngầm. Các công việc chống tạm gồm: từ
gương công trình ngầm tiến hành lắp đặt các kết cấu chống tạm xung quanh chu vi biên công
trình ngầm với các thanh hoặc cột gỗ, thép, bêtông cốt thép bằng cách ép đẩy hoặc từ việc
khoan đặt các ống thép. Phương pháp này có thể kết hợp với việc đục lỗ trong ống thép, sau đó

tiến hành bơm phụt vữa vào trong ống hoặc nhồi bêtông, BTCT. Phương pháp này cho phép
đảm bảo sự an toàn trong quá trình đào dương công trình ngầm bằng các kết cấu chống đỡ
trước. Bước của các kết cấu chống đỡ, kích thước các kết cấu được tính toán trên cơ sở điều
kiện địa tầng, khả năng của thiết bị thi công chống đỡ và góc ma sát của đất tại gương đào.
Thông thường, trong trường hợp địa tầng cho phép, với việc lắp đặt kết cấu dạng BTCT nhồi
trong lỗ khoan có thể thi công tường chắn dạng này với chiều dài từ 30-50m và đường kính có
thể đạt từ 153-126mm.
Phương pháp này có một số ưu điểm sau: cho phép thi công xây dựng công trình ngầm với hình
dạng, kích thước tiết diện và chiều dài thế nằm bất kỳ; có khả năng cơ giới hóa cao khi lựa
chọn bước chống phù hợp; đảm bảo an toàn cho quá trình thi công cũng như độ ổn định cho
20


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

các công trình kiến trúc khác trên mặt đất; có thể xử lý được các vật cản (móng cọc các công
trình kiến trúc bên trên mặt đất); có thể kết hợp đồng thời được nhiều phương pháp đặc biệt
khác khi thi công; khi kết cấu chống bằng cọc phụt còn có khả năng làm giảm đáng kể nước
trong địa tầng vào trong công trình ngầm; tiến độ thi công ổn định; chi phí đầu tư dây chuyền
công nghệ thấp do có thể sử dụng các loại thiết bị máy móc thông thường.
Tuy nhiên phương pháp này lại có một số nhược điểm: công tác dẫn hướng khi thi công lắp
đặt kết cấu chống đòi hỏi có độ chính xác; tăng khối lượng công tác đào đất và chống cố định
do khoảng trống công nghệ; khả năng khống chế khoảng cách giữa các kết cấu chống khó
khăn.
Theo phương pháp này, việc thi công cọc tiến trước được thực hiện đồng thời với việc đào
công trình ngầm. Thông thường, các thi công cọc tiên trước được tiến hành từ gương công trình
ngầm.
Khác với thi công bằng phương pháp hở, nếu dùng biện pháp kích ép kết cấu vào trong địa
tầng thì hiệu quả của phương pháp trên đây không cao do một số hạn chế sau đây: chiều dài
kết cấu chống lớn làm cho tiến độ đi gương bị chậm do phải chờ đợi thao tác cho công việc

này; bộ giá dẫn hướng cho kết cấu cồng kềnh. Do vậy, các kết cấu trong lỗ khoan có nhiều ưu
điểm hơn. Khi sử dụng phương pháp khoan nhồi cọc thép, ống thép hoặc BTCT, tùy thuộc vào
việc lựa chọn đường kính lỗ khoan mà có thể thi công kết cấu có chiều dài sao cho đảm bảo
các yêu cầu sau đây: chi phí cho cong tác khoan là thấp nhất; giảm sai số của hướng khoan do
lệch tâm vì trọng lượng bản thân của dụng cụ khoan; dễ dàng thi công lắp đặt kết cấu chống;
phù hợp với các công tác gia cố ổn định đoạn công trình ngầm đã được đào phía xa gương thi
công…
Đồng thời với việc sử dụng kết cấu này, quá trình đào đất trong phạm vi bảo vệ của kết cấu
trước, cần tính toán xác định bước đào đồng thời có hỗ trợ bằng các vì chống dọc theo trục
21


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

công trình ngầm nhằm đảm bảo sự ổn định cho tường chắn trong suốt quá trình thi công. Các
vì chống này có thể là kết cấu vì neo trong đất, các vì chống thép, đôi khi sử dụng vì chống lắp
ghép hoặc có thể kết hợp với bêtông phun, bêtông phun với lưới thép.

22


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

-

Hình 1.9: Phương pháp vòm bảo vệ
Phương pháp gia cường khối đất
Bản chất của phương páp này là dùng các chất có khả năng liên kết khi đóng rắn (tự bản
thân chúng hoặc kết hợp với môi trường đất nền) để chèn nhét các lỗ rỗng trong đất. Chúng
vừa làm nhiệm vụ liên kết các phần tử lại tạo thành các khối thống nhất có độ bền cao, chống

thấm tố để cải thiện khả năng tái cấu trúc của đất nền, các đặc trưng bền, hệ số ma sát trong
và lực dính kết của đất. Tùy thuộc theo chủng loại dung dịch gắn kết mà người ta chia thành
các loại như: dung dịch vữa xi măng – cát, dung dịch vữa xi măng - sét, dung dịch sét, dung
dịch bitum, dung dịch silicat,… phù hợp với điều kiện lỗ rỗng của đất nền. Tùy thuộc vào điều
23


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

kiện địa chất khối đất xung quanh công trình ngầm mà có thể sử dụng thêm một số loại phụ
gia làm tăng độ nhớt, tăng khả năng lan tỏa hoặc đông cứng nhanh… trong quá trình sử dụng
phương pháp.
Phương pháp này được tiến hành bằng việc khoan, bơm ép vữa gia cường vào sâu trong địa
tầng từ gương đào công trình ngầm.
Chiều dài (độ sâu) lỗ khoan phụt thông thường tối đa không nên lớn hơn 50m, vì khi đó độ
lệch hướng lỗ khoan có thể lên đến 0,3-1m. Từ các công thức trên cho ta xác định khả năng bố
trí 1, 2 hoặc một số hàng lỗ khoan gia cường tùy thuộc bề dầy khối đất gia cường.

Hình 1.10: Phương pháp gia cường khối đất
* Gia cố trước khi đào phá đất tại gương công trình ngầm

24


Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN

Khi sử dụng phương pháp gia cố trước khi đào công trình ngầm cho phép chúng ta áp dụng
một số phương pháp đặc biệt bằng cách gia cường trước khối đất đá để nâng cao khả năng tự
mang tải của khối đất đá trong quá trình thi công xây dựng công trình ngầm. Phương pháp này
chỉ có thể áp dụng trong trường hợp mặt bằng cho phép để tiến hành công việc giữa cường

trước khối đất đá từ trên mặt đất hoặc từ các công trình ngầm đã có trước.
Kích thước vùng gia cường phải tính toán đảm bảo đủ khả năng tiến hành các công việc thi
công đào công trình ngầm bằng phương pháp thông thường trên cơ sở gia cường trước bằng
công nghệ: đóng băng nhân tạo, khoan phụt gia cường.
Việc gia cường trước khối đất xung quanh công trình ngầm từ trên mặt đất được tiến hành
thông qua các lỗ khoan bố trí dọc theo tuyến công trình ngầm. Chiều rộng lớp “tường gia cố”
tạo ra từ các phương pháp này được tính toán trên cơ sở “vùng giao thoa” của vùng đóng băng
(phương pháp đóng băng) và sự thẩm thấu vữa phụt (phương pháp phụt dung dịch). Như vậy
chiều dày tường gia cố được xác định từ việc xác định bán kính vùng đóng băng hoặc bán kính
vùng thẩm thấu với các cách bố trí lỗ khoan này thỏa mãn các vùng giao thoa được xác định
kích thước hình học của nó theo bài toán quỹ tích. Trong trường hợp đất đá phía nền công trình
ngầm yếu cần thiết phải gia cường thì có thể phải sử dụng phương pháp phụt dung dịch theo
kiểu phân đoạn để gia cường khối nền công trình ngầm. Khi gia cường khối đất đá xung quanh
công trình ngầm trước khi đào công trình ngầm tiến hành từ các công trình ngầm khác đã có
sẵn thì phương pháp gia cường sẽ phức tạp hơn do phải bố trí các lỗ khoan hình rẻ quạt với quy
trình phụt dung dịch phân đoạn trong lỗ khoan.
- Công nghệ đóng băng nhân tạo
Trong địa tầng chứa công trình ngầm bị bão hòa nước, có hệ số thấm trên 5.10 -1cm/s,
phương pháp đóng băng nhân tạo được áp dụng là phù hợp hơn cả. Cát bão hòa nước khi đóng
băng ở nhiệt độ -10˚C, - 15˚C cho độ bền nén tương ứng là 1,15MPa và 1,8MPa.
25