KHẢO SÁT ĐIẠ KỸ THUẬT PHỤC VỤ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG CÁC ĐÔ THỊ LỚN

KHOA CÔNG TRÌNH, BỘ MÔN CTGTTP - www.uct.edu.vn

Khảo sát Địa kỹ thuật phục vụ Thiết kế và
Thi công Công trình ngầm
trong các Đô thị lớn


Tầm quan trọng của ĐK Địa chất
• Điều kiện địa chất/đất nền
có tầm quan trọng rất lớn
trong mọi quyết định TK-TC
hầm
• Điều kiện đất nền sẽ quyết
định:
–
–
–
–

Tính khả thi
Hướng tuyến
Thi công & chi phí
Tính khả dụng & bảo trì của
công trình hoàn thành


Công nghệ ĐKT & Quy hoạch
 Bất cứ ai khi làm quy hoạch và thiết kế hầm đều phải xem xét cẩn trọng
điều kiện đất nền
 Do đó, phải áp dụng công nghệ địa chất & ĐKT càng sớm càng tốt

 Ngay tại giai đoạn hình thành ý tưởng/thiết kế cơ sở


Những thách thức của
“môi trường ngầm”


Các chức năng lạ & độc đáo/duy nhất của đất
nền trong các đường hầm
•

Đất nền và nước ngầm là tải trọng

•

Đất nền là môi trường truyền tải trọng này lên vỏ hầm

•

Đất nền là vật liệu kết cấu mà nó thực sự mang/chịu hầu hết tải trọng

– KC vỏ hầm chỉ phải chịu một phần của tổng tải trọng
•

Chúng ta gọi nó là “Hiệu ứng tạo vòm”


Các thách thức tiêu biểu của môi trường
ngầm: Tính biến đổi
 ĐK địa chất có thể là không dễ mô tả và dễ đánh lừa

 Sự thay đổi thường là đột ngột
 Các tính chất

 Độ lớn thay đổi nhiều
 Về thời gian, theo mùa, theo kích cỡ mẫu, tốc độ gia tải
 Các tính chất của vật liệu nền có một dải giá trị quá rộng


Dải giá trị độ thấm
 Là lớn hơn bất cứ thông số kỹ thuật nào khác
 Biến đổi từ 10-7 đến 10+3 cm/sec
 Hệ số là 10,000,000,000
 Các đơn vị sử dụng là hệ số của 10

 Để so sánh: Cường độ
 Dải biến đổi nhỏ hơn nhiều
 Từ sét yếu đến bê tông ~ 1,000
 Từ sét mềm đến thép/đá ~ 100,000


Khảo sát ĐKT
So sánh tần suất lấy mẫu
•

Kết cấu bê tông
– Mỗi 20 đến 50 m3
• ~ 0.1%
– Xem 100% ra khỏi xe tải

•

Khảo sát ĐKT
– Khoan: 6 đến 8 cm lõi đường kính @
khoảng cách 90 m =
– ~ 0.0005%


KS ĐKT chỉ nhìn thấy 0.0005% của thể tích hầm
(Cái đê kim so với ~50 thùng dầu)

Thùng dầu

Kim và đê kim


Các vấn đề ĐKT cần quan tâm
•
•
•
•
•
•
•

ĐK địa chất
Nước ngầm
Nước ngầm
Nước ngầm
Đất và Nước ngầm ô nhiễm
Các chướng ngại, khí Gas, & các vấn đề an toàn khác

Các tính chất của đất và của Nước ngầm


Các thách thức của Môi trường ngầm

•

Khảo sát địa chất là khó khăn hơn nhiều

•

Sử dụng các kỹ sư địa chất công trình và kỹ sư ĐKT được đào tạo bài bản
và có kinh nghiệm về làm hầm/ngành hầm


Thành công cho dù độ Bất định lớn
•

Việc khảo sát chỉ nhìn thấy được một thể tích rất bé

•

Không bao giờ thấy được phía trước gương hầm

– Là vấn đề chính cho TBM
•

Nhưng vẫn còn may – Chủ đầu tư, Nhà TK & Nhà thầu làm tốt công việc
của mình

Thách thức đặc biệt trong các TP
• Có rất ít vỉa lộ để có thể thực nhìn & sờ thấy đất đá
• Khó tìm được vị trí an toàn để khoan thăm dò
– Vì có hệ thống hạ tầng KT ngầm hay các vật chướng ngại khác
– Có thể không khoan được các lỗ đúng trên tuyến hoặc khi cần
thiết
• Các lỗ khoan có thể bị bố trí không đều nhau hoặc chệch khỏi tim/hành
lang tuyến

• Có thể gặp phải:
– Các vật chướng ngại
– Đất bị ô nhiễm


Cơ sở dữ liệu ĐKT cho các TP
• Tổng kết tất cả các số liệu ĐKT hiện có

– Mọi TP phải tạo lập, duy trì, & cập nhật được một CSDL như vậy

• Chú ý đến chất lượng của các mục dữ liệu; một số mục DL này lại tốt hơn
những loại DL khác

• Phải bao gồm:

– Các bản ghi chép ĐKT
–
–
–
–

–

• Các lỗ khoan, hố thăm, hố đào tầng hầm
• Móng hiện hữu bao gồm cả các báo cáo đóng cọc

Nước, Dầu, và các Nhật ký giếng địa nhiệt
Thông tin về nước ngầm
Thông tin về ô nhiễm
Thông tin về khảo cổ học
Các đặc điểm/cấu trúc ngầm nhân tạo

• Các chướng ngại như mạng HTKT, Tường chắn biển cũ, trụ cầu, cọc, ống
chống vách khoan giếng, hầm cũ, v.v…


Thông tin về nước ngầm cho các TP
• Lập hồ sơ mọi thông tin về nước ngầm

– Cao độ nước ngầm và các xu hướng áp suất
• Hiện tại (kể cả các điều kiện mạch phun)
• Tương lai (Xét đến sự nóng lên toàn cầu)

– Các hướng dòng nước ngầm

• Cho các mục đích môi trường
• Để đánh giá dòng ô nhiễm
• Để đánh giá sự xâm nhập nước mặn, nếu cần thiết

• Lập hồ sơ độ thấm của đất nền

– Là một phần của CSDL ĐKT
– Xác định phân lớp địa tầng hoặc các khu vực có độ thấm
cao hay thấp
• Các lớp cách nước
• Các vùng có độ thấm lớn
• Các chướng ngại đối với dòng nước


Chương trình quản lý tài sản
•

CSDL về hệ thống HTKT hiện hữu và các công trình ngầm khác

•

Lập hồ sơ về Vị trí và Tình trạng

•

Rất có ích cho quản lý việc thay thế có thể và chi phí nâng cấp trong khi thực hiện
dự án hoặc trong tương lai

•

Là đầu vào có giá trị cho Toàn bộ việc Quy hoạch Không gian Ngầm cho một
Thành phố


Các khảo sát Địa kỹ thuật

Các Phương
pháp & Nguyên
tắc


KHÔNG CÒN ĐỦ NỮA NẾU CHỈ MÔ TẢ SỰ
PHÂN LỚP ĐỊA TẦNG & MỰC NƯỚC NGẦM

PHẢI DỰ BÁO ỨNG XỬ
PHẢI THIẾT LẬP MỘT ĐƯỜNG CƠ SỞ
Để sao cho “điều kiện ĐC thay đổi" (nếu gặp phải) có thể

được

xử lý một cách êm thấm/công bằng


Các tính chất Tại chỗ/nguyên trạng so
với TC Vật lý khối lớn
• Các tính chất tại chỗ/nguyên trạng là các TC của đất
nền trên một quy mô nhỏ (kích cỡ mẫu lõi khoan)
• Các tính chất vật lý khối lớn lại khống chế ứng xử/sự
làm việc
– Bao gồm cả các tính chất nguyên trạng căn bản
– Bị thay đổi bởi các hiệu ứng/tác động của đất nền ở quy
mô đường hầm


Xác định vị trí nước ngầm & Độ thấm
tổng thể của đất nền

Giếng bơm

Chiều sâu hạ nước
ngầm do bơm

Chiều sâu

Mực nước ngầm không áp
Hạ mực nước
ngầm do bơm
Bố trí điển hình giếng quan trắc và bơm hút phục vụ thí nghiệm bơm nước

Theo Parker, 1996


Ứng xử/làm việc của hầm là phức tạp
• Ứng xử của đất nền trong khi đào hầm
– Được xác định bởi NHIỀU yếu tố, bao gồm:
• Địa chất
• Các tính chất kỹ thuật của vật liệu
• Các phương tiện và phương pháp

– Phương pháp đào
– Phương pháp chống đỡ đất nền và PP làm vỏ hầm
– Phương pháp gia cố đất nền, nếu có

• Phân loại đất nền của bậc thầy Terzaghi

– Cứng, Lở, Nén ép, dẻo mềm, chảy, trương nở (Firm, Ravelling, Squeezing,
Running, Flowing, Swelling)

• Nói chung thì:

– Chủ đầu tư “Sở hữu Đất nền”
– Nhà thầu “Sở hữu các hiệu ứng của Phương tiện & Phương pháp”
– Nhưng những điều này là luôn luôn phụ thuộc lẫn nhau và không bao giờ rõ
ràng như vậy


Thực hành trước đây
 Không có tiêu chuẩn được chấp nhận

 Về số lượng lỗ khoan
 Về khoảng cách lỗ khoan
 Về chiều sâu lỗ khoan
 Chi phí khảo sát địa chất

 1/2 đến 3+ % của chi phí xây dựng
 Vài trường hợp lên tới 8++ %.
 Cấp đặc biệt so với các chỉ dẫn trên:
 Chất thải hạt nhân
 Chất thải độc hại


Khuyến nghị của USNC/TT về khảo sát
ĐKT
 1984 Nghiên cứu về thông lệ khảo sát ĐC ở Mỹ
 Ủy ban quốc gia về Công nghệ Hầm của Hoa Kỳ (U.S.
National Committee on Tunneling Technology - USNC/TT)

 Giá khảo sát = 3.0 % của giá thành công trình
 Chiều dài lỗ khoan = 1.5 mét dài của lỗ khoan trên
mét tuyến hầm
 Cho điều kiện hầm đô thị điển hình


Khuyến nghị của USNC/TT về khảo sát
ĐKT
 Làm cho Báo cáo ĐKT trở thành một tài liệu của Hợp đồng (Hiện nay
được yêu cầu cả bởi Tổ chức các nhà bảo hiểm XD hầm quốc tế ITIG)

 Không có bên chối bỏ trách nhiệm
 Lập ra một Mức/tình trạng cơ sở/ban đầu
 Việc này đã trở thành Báo cáo ĐKT Ban đầu (Geotechnical Baseline
Report - GBR), còn gọi là Báo cáo Điều kiện ĐKT
 Tạo lập Báo cáo hoàn công


Khuyến nghị về Làm bao nhiêu
Quyết định quy mô dự án

 Dự án Lớn hay Phức tạp
 Dự án Nhỏ hay Thông thường