NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP ĐỂ GIA CỐ XUNG QUANH HẦM TẠI TUYẾN METRO 1 (ĐOẠN NHÀ HÁT - BA SON)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HÔ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ THANH HUY

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP ĐỂ GIA CỐ
XUNG QUANH HẦM TẠI TUYẾN METRO 1
(ĐOẠN NHÀ HÁT - BA SON)

Chuyên ngành

: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

Mã số ngành

: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ
••

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẤCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TSKHNGUYỄN VẨN THO

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS TÔ VÃN LẬN
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, ngày
13 tháng 07 năm 2018.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1/Chủ tịch hội đồng :

PGS.TSBÙI TRƯỜNG SƠN

2/ Thư ký hội đồng 3/

TS LÊ TRỌNG NGHĨA

ủy viên phản biện 1 4/

GS.TSKH NGUYỄN VAN THƠ

ủy viên phản biện 2 5/

PGS.TS TÔ VẨN LẬN PGS.TS

ủy viên hội đồng

TRẤN TUẤN ANH

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẢT XÂY DƯNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
••••

Họ và tên học viên: NGÔ THANH HUY

MSHV: 1570672

Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1991

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

Mã số: 60580204

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP ĐÊ GIA CỐ
XUNG QUANH HẦM TẠI TUYẾN METRO 1 (ĐOẠN NHÀ HÁT - BA SON).
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Nghiên cứu biện pháp Jet-grouting để gia cố nền xung quanh hầm đoạn Nhà Hát - Ba
Son.
2. Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất quanh hầm, chuyển vị mặt đất... khi gia cố
nền và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.
3. Tiến hành tối ưu hóa bài toán lựa chọn biện pháp gia cố nền xung quanh hầm dựa trên
kết quả nghiên cứu.

III. NGÀY GIAO NHIỆM vụ

...... / ........ / ..........

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM vụ : .............. / ........ / ..........
V.

CÁN Bộ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ PHÁN
Tp. HCM, ngày ..... thắng ...... năm 20.......
CÁN Bộ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. VÕ PHÁN

CHỦ NHIIỆM Bộ MÔN

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG


LỜI CẢM ƠN
“Con người phải suốt đời trau dồi cho mình có kiến thức ngày càng rộng thêm.”
( Theo A. LU-NA-SÁC-XKI)
Không nằm ngoài mục đích đó thì giai đoạn làm Luận văn - một giai đoạn rất quan
trọng nhằm củng cố kiến thức sau những tháng ngày học tập trên ghế nhà trường.
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Võ Phán đã tận tình hướng
dẫn và động viên em trong suốt quá trình thực hiện. Với sự hỗ trợ rất lớn ngay từ khi
bắt đầu em đã có được những định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt Luận văn này.
Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) trong bộ môn Địa Cơ-Nen
Móng nói riêng và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa TP. HCM

nói chung. Trong hơn 2 năm học tập tại trường, các thầy cô đã trang bị cho em những
kiến thức, kỹ năng quý báu cũng như là động lực để thực hiện Luận văn .Đó chính là
hành trang tốt nhất và là nền tảng vững chắc để bước vào con đường sự nghiệp nhiều
thử thách.
Bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn này tuy nhiên với kiến thức
hiện tại thì luận văn không tránh khỏi một số thiếu sót. Em kính mong nhận được sự
đóng góp ý kiến từ phía thầy cô và các bạn để Luận văn của em được hoàn thiện hơn
và kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2018
Học viên thực hiện

Ngô Thanh Huy


TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP ĐÊ GIA CÓ XUNG QUANH
HẰM TẠI TUYẾN METRO 1 (ĐOẠN NHÀ HÁT - BA SON)
TÓM TẮT:
Công nghệ Jet - Grouting ngày càng được sử dụng phổ biến trên thế giới trong công
tác gia cố nền và xử lý đất yếu. Ở Việt Nam, phụt vữa cao áp chỉ mới được nghiên
cứu áp dụng trong vài năm gần đây. Trong nghiên cứu này, công nghệ phụt vữa cao
áp được sử dụng để gia cố đất nền xung quanh tuyến Metro 1, đoạn Nhà Hát - Ba Son.
Mục đích của việc gia cố này là nhằm giảm độ lún bề mặt do quá trình thi công ham
Metro số 1 bằng máy khiên đào (TBM).
Các công thức kinh nghiệm sẽ được sử dụng để đánh giá độ lún bề mặt. Kết quả tính
lún bằng các công thức này sẽ được so sánh với kết quả tính toán bằng phương pháp
phần tử hữu hạn. Mối quan hệ giữa các đặc trưng của đất trộn xi măng bằng công nghệ
phụt vữa cao áp: modul đàn hồi E, bề dày 5 và độ lún bề mặt được thiết lập dựa trên
kết quả tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Từ khóa: Phụt vữa cao áp, hầm, lún bề mặt, gia cố nền, máy khiên đào (TBM).


ABSTRACT
RESEARCH ON JET-GROUTING METHOD TO SOIL STABILIZATION
AROUND TUNNEL OF THE METRO LINE 1 (NHA HAT TO BA SON)
ABSTRACT:
Jet - Grouting is widely used nowadays in over the world as an effective technology for
soil improvement. In Vietnam, this technology has just been studied and used recent
years. In this research, Jet- Grouting is used to stabilize the soil around a tunnel of Metro
line 1, section from Nha Hat to Ba Son . The purpose of using Jet - Grouting is to reduce
the surface settlement due to tunneling with Tunnel boring machine -TBM.
The surface settlement calculated by impirical equations are compared with that of
finite element method - FEM. As a result, the relationship between the soilcrete
properties including modulus E and 5 thickness from Jet Grouting and the surface
settlement is proposed by using FEM analysis.
Keywords: Jet - Grouting, tunnel, surface settlement, ground reinforcement, TBM.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
Thầy PGS.TS.VÕ Phán.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu
khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

TpHCM, ngày 18 tháng 06 năm 2018
Học viên thực hiện

Ngô Thanh Huy

MỤC LỤC
••

MỤC LỤC ..................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIÊU........................................................................................ vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
1.

Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................1

2.

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................2

3.

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................2

4.

Phương pháp nghiên cứu.................................................................................2

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................3

6.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu ..........................................................................3

CHUƠNG1:

TÔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA CAO ÁP

KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM...................................................................4
1.1

Mục đích công nghệ phụt vữa cao áp. [ 1 ] .....................................................4

1.2

Tổng quan về công nghệ Jet-grouting .............................................................5

1.2.1

Lịch sử phát triển.[2] [3] ..........................................................................5

1.2.2

Nguyên lý hoạt động:[3] [4] [5][6][14] ....................................................7

1.2.3

Uu, nhược điểm của phương pháp Jet-grouting.[3][14] ........................12

1.2.4

Các cách bố trí cọc Jet-grouting .............................................................14

1.3

Một số phương pháp gia cố nền khác trong công trình ngầm [7][8] ...........16

1.3.1

Silicáthóa ................................................................................................16

1.3.2

Nhựa hóa ................................................................................................16

1.3.3

Sét hóa ....................................................................................................17

1.3.4

Phương pháp đóng băng nhân tạo ..........................................................17

1


1.3.5

Phương pháp gia cố tạm thời tuyến đào sử dụng màng chắn bằng ống..
.............................................................................................................. 18

1.4 Nhận xét ...........................................................................................................19
CHƯƠNG 2:

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHUYÊN VỊ MẶT ĐẤT

KHI THI CÔNG HẦM BẰNG MÁY ĐÀO TBM .................................................... 20
2.1

Chuyển vị - biến dạng mặt đất khi thi công bằng máy TBM (Tunnel Boring

Machine)................................................................................................................. 20
2.1.1

Vấn đề lún bề mặt khi thi công bằng máy TBM.[3] ............................. 20

2.1.2

Nguyên nhân gây biến dạng. [9] ........................................................... 21

2.2............................................................................................................. Lý
thuyết tính lún bề mặt. [3][9][10][11] ..................................................................25
2.2.1

Lún thẳng đứng theo phương vuông góc với CTN ............................... 25

2.2.2

Lún dọc trục hầm ................................................................................... 30

2.3

Nhận xét ....................................................................................................... 31

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN CHUYÊN VỊ MẶT ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP

PHẦN TỪ HỮU HẠN (FINITE ELEMENTS METHOD-FEM) .............................. 32
3.1

Tổng quát ...................................................................................................... 32

3.2

Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 2D ......................................................... 33

3.2.1 ......................................................................................................
Mô hình Mohr - Coulomb [12][13] ...................................................................33
3.2.2
3.3

Mô hình Hardening Soil [12][13] .......................................................... 38

Nhận xét ....................................................................................................... 44

CHƯƠNG 4:

ỬNG DỤNG TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ BIỆN

PHÁP JET-GROUTING ĐÊ GIA CỐ XUNG QUANH HẦM TẠI TUYẾN METRO 1

(ĐOẠN NHÀ HÁT - BA SON) .................................................................................. 45
4.1

Giới thiệu về công trình [Ỉ][Ỉ4][Ỉ5] .......................................................... 45

4.2

Giới thiệu về địa chất và thông số dùng tính toán ........................................ 47

4.2.1 Địa chất khu vực nghiên cứu ...................................................................
47
ii


4.2.2
4.3

Thông số tính toán:[l] ............................................................................. 49

Tính toán chuyển vị mặt đất bằng giải tích.[3] ............................................ 52

4.3.1

Tính toán độ lún bề mặt theo Herzog (1985) ......................................... 52

4.3.2

Tính toán độ lún bề mặt theo O’ Reilly và New (1991) ......................... 52

4.4

Mô phỏng trường hợp gia cố và không gia cố nền xungquanh công trình

ngầm bằng phần mềm Plaxis .................................................................................. 54
4.4.1. Trường hợp không gia cố nền ............................................................... 57
4.4.2
4.5

Trường hợp gia cố nền : ......................................................................... 58

Kết quả tính toán ........................................................................................... 60

4.5.1

Trường hợp không gia cố nền ................................................................ 60

4.5.2

Trường hợp gia cố nền ........................................................................... 63

4.6

Nhận xét: ....................................................................................................... 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 76
PHỤ LỤC
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

iii

DANH MUC HĨNH ÁNH
Hình 1.1: Mặt bằng phụt vữa đoạn kẹp bên hông Nhà Hát thuộc tuyến Metro 1 ........ 4
Hình 1.2: Mặt cắt gia cố hầm bằng phương pháp Jet-grouting .................................... 5
Hình 1.3: Kết cấu dạng màng ....................................................................................... 8
Hình 1.4: Ket cấu dạng tường cọc, vòm ....................................................................... 8
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình thi công Jet-grouting ......................................................... 9
Hình 1.6: Thông số vận hành bằng công nghệ ba pha ở tuyến Metro 1 ..................... 11
Hình 1.7: So sánh phạm vi sử dụng các công nghệ khác với Jet-Grouting ................ 13
Hình 1.8: Cách bố trí cọc jet-grouting ........................................................................ 15
Hình 1.9: Trình tự thi công tươi ................................................................................. 15
Hình 1.10: Trình tự thi công khô ................................................................................ 15
Hình 2.1 : Các nguyên nhân gây lún đất nền bên trên hầm ........................................ 22
Hình 2.2: Mô hình Gaussian tính lún bề mặt khi thi công hầm được đưa ra bỏi O’Reilly
& New (1982) dựa theo phương pháp Schmidt - Peck .............................................. 26
Hình 2.3: Hệ số K khi tính toán hầm trong nền nhiều

lớp với Zo < 1,5D .............. 29

Hình 2.4: Hệ số K khi tính toán hầm trong nền nhiều

lớp với Zo > 1,5D .............. 29

Hình 2.5: Dạng đường cong lún của hầm đôi ............................................................ 30
Hình 2.6: Đường cong độ lún dọc trục hầm theo phương pháp Attewell (1986) .... 30
Hình 3.1 - Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình đàn dẻo lý tưởng ............ 34
Hình 3.2 - Xác định Eref từ thí nghiệm nén ba trục cố

kết thoát nước .................... 36

Hình 3.3 - Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ...................................................... 37
Hình 3.4 - Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong thí
nghiệm nén ba trục thoát nước ................................................................................... 40
Hình 3.5 - Vùng đàn hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính
.................................................................................................................................... 41

IV


Hình 3.6 - Xác định Esoref từ thí nghiệm 3 trục thoát nước ...................................... 42
Hình 3.7 - Xác định Eoedref từ thí nghiệm nén cố kết ................................................ 43
Hình 3.8 - Xác định hệ số mũ m từ thí nghiệm 3 trục thoát nước .............................. 44
Hình 4.1: Vị trí đoạn hầm thi công tuyến Metro 1 ..................................................... 45
Hình 4.2: Mặt bằng vị trí gia cố đoạn kẹp hông Nhà hát ........................................... 46
Hình 4.3: Mặt cắt vị trí gia cố đoạn kẹp hông Nhà hát .............................................. 46
Hình 4.4: Mặt cắt địa chất dựa trên hố khoan ABH -1, ABH-2, u - 130, U-140, u 150, u-160 ................................................................................................................ 47
Hình 4.5 Độ lún Smax theo phương pháp O’Reilly và New ..................................... 53
Hình 4.6 Vị trí 3 điểm kiểm tra chuyển vị ................................................................. 54
Hình 4.7 Mô hình không gia cố nền .......................................................................... 57
Hình 4.8MÔ hình không gia cố nền có xét tải bên trên ............................................. 58
Hình 4.9 Mô hình thay đổi E và cố định 5 = 2,7 ra .................................................... 58
Hình 4.10 Mô hình thay đổi E và thay đổi ô .............................................................. 59
Hình 4.11 Độ lún nền khi xây dựng hầm dưới (VL=1.5%) ........................................ 61
Hình 4.12 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (VL=1.5%)................................... 61
Hình 4.13 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (VL=0.5%)................................... 62
Hình 4.14 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (VL=1%)...................................... 62
Hình 4.15 Quan hệ độ lún mặt đất với giá trị VL (%) ................................................ 62
Hình 4.16 Độ lún lún nền với E=120MN/m2(VL=0.5%) ........................................... 63
Hình 4.17 Độ lún lún nền với E=120MN/m2(VL=l%)............................................... 64

Hình 4.18 Độ lún lún nền với E và ô thay đổi (VL=0.5%) ......................................... 66
Hình 4.19 Độ lún lún nền với E và ô thay đổi (VL=1%) ............................................ 66
Hình 4.20 Biểu đồ quan hệ E - s - ô tại điểm A (VL = 1%) ........................................ 67
Hình 4.21 Biểu đồ quan hệ E - s - ô tại điểm A (VL = 0.5%) ..................................... 68

V


Hình 4.22 Biểu đồ

quan hệE -s - ô tại

Hình 4.23 Biểu đồ

quan hệE -s - 6 tại điểm B (VL = 0.5%) ................................. 69

Hình 4.24 Biểu đồ

quan hệE -s - 6 tại điểm c (VL = 0.5%) ................................. 71

Hình 4.25 Biểu đồ

quan hệE -s - 6 tại

điểm B (VL = 1%) ................................. 69

điểm c (VL = 1%) ................................. 72

VI

DANH MUC BẢNG BIỂU
•

Bảng 1.1-ưu, nhược điểm các công nghệ Jet-grouting.............................................. 11
Bảng 2.1 - Thông số VL dựa theo loại đất và công nghệ thi công ..............................27
Bảng 2.2- Giá t rị kế số K theo loại đất .......................................................................28
Bảng 4.1-Thông số địa chất tham khảo tại hố khoan UI50 ....................................... 48
Bảng 4.2 - Các thông số đặc trưng vỏ hầm - móng Nhà hát.....................................49
Bảng 4.3 - Thông số đặc trưng cọc XM - Đ (Jet - Grouting) ...................................50
Bảng 4.4 - Phân nhóm hư hỏng các công trình trên mặt đất ....................................51
Bảng 4.5 - Ket quả lún cho hầm bên trên và hầm bên dưới theo Herzog .................52
Bảng 4.6 - Thông số tính toán lún cho hầm bên trên và hầm bên dưới ....................52
Bảng 4.7 - Ket quả lún bề mặt cho hầm bên trên và bên dưới theo O’Reilly và New
................................................................................................................................... 53
Bảng 4.8 - So sánh kết quả tính lún bề mặt............................................................... 53
Bảng 4.9 - Tổng hợp các trường hợp mô hình bài toán ............................................ 55
Bảng 4.10 -Độ lún xung quanh hầm và mặt đất ..........................................................60
Bảng 4.11-Bảng so sánh kết quả độ lún Smax tại mặt đất ..........................................60
Bảng 4.12- Bảng tổng hợp độ lún khi VL =1% (thay đổi E và cố định ô=2,7 m).. 64
Bảng 4.13- Bảngtổng hợp độ lún khi VL = 0.5% (thay đổi E và cố định ô=2,7 m)64
Bảng 4.14- Bảng

tổng hợp độ lún lớn nhất S(ram) tại điểm A (VL = 1%).............67

Bảng 4.15- Bảng

tổng hợp độ lún lớn nhất S(ram) tại điểm A (VL = 0,5%) ...........68

Bảng 4.16 - Bảng tổng hợp độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm B (VL = 1%) ............... 70

Bảng 4.17- Bảng

tổng hợp độ lún lớn nhất S(ram) tại điểm B (VL = 0,5%) ...........70

Bảng 4.18 -Bảng

tổng hợp độ lún lớn nhất S(ram) tại điểm c (VL = 0.5%)............71

Bảng 4.19 - Bảng tổng hợp độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm B (VL = 1%) ............... 72

vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất cả nước với dân số khoảng
8 triệu người, có tỷ lệ tăng trưởng đô thị hàng năm trên 3% (Cục Thống Kê,
2013). Bên cạnh đó, với hon 6 triệu phưcmg tiện giao thông cơ giới trong đó
có 5.938.421 xe hai bánh gắn máy số lượng xe ô tô cá nhân cũng tăng hơn
120% từ 2003 đến 2013 (Sở Giao thông vận tải Tp.HCM, 2014) là những
nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, mạng lưói vận tải hành khách công cộng như xe buýt vẫn chưa thật
sự phát huy hết vai trò của mình (xe buýt hiện chỉ đáp ứng được khoảng 7%
nhu cầu).
Đe hạn chế vấn đề cấp bách trên, chính quyền thành phố đã đề ra kế hoạch
triển khai xây dựng mạng lưới giao thông công cộng. Theo điều chỉnh quy
hoạch giao thông vận tải được phê duyệt năm 2013, thành phố dự kiến có 8
tuyến tàu điện ngầm (metro), 3 tuyến xe điện (tramway) và monorail, 6 tuyến
xe buýt nhanh chạy trên làn đường dành riêng (BRT). Hình thức giao thông
ngầm tại các khu đô thị ngày càng được ưa chuộng vì mang nhiều lọi ích về

kinh tế lẫn kỹ thuật:
- Giải pháp toi ưu về vấn đề giao thông đường phố, cho phép khai thác tổng thể
và tận dụng được không gian ngầm trong lòng đô thị;
- Giảm thiếu tai nạn và ách tẳc giao thông; nâng cao giá trị sử dụng đất;
- Không đòi hỏi chi phí vật liệu nhiều. Ngoài phần vỏ cẩu tạo BTCT, các hệ
thống bên trong chủ yếu là hệ thống cơ khỉ, kết cẩu thép lap ráp;
- Trong quá trình thi công ít ảnh hưởng đến giao thông đô thị;
Tuy nhiên, các tuyến metro đi ngầm trong thành phố không thể tránh khỏi
việc gây biến dạng mặt đất cũng như ảnh hưởng tới các công trình lân cận trong
quá trình thi công, khai thác. Đối với khu vực địa chất chủ yếu là cát như Thảnh
phố Hồ Chí Minh thì ảnh hưởng đó càng rõ ràng hơn - đây là một vấn đề cần
được quan tâm cũng như đánh giá đúng mức. Khi đó, nhiều biện pháp gia cố
xung quanh công trình ngầm: cọc xi măng - đất, đóng băng nhân tạo, dùng hóa
chất.... được nghiên cứu và lựa chọn phù hợp với từng
1


công trình cụ thể nhằm giảm những hạn chế đó.
Nhưng đây vẫn còn là một vấn đề còn khá mới ở Việt Nam, có nhiều nghiên
cứu tập trung về chuyển vị mặt đất trong quá trình thi công khiên đào tổ hợp
TBM; nhưng lại có rất ít nghiên cứu về các biện pháp gia cố xung quanh công
trình ngầm.
Tổng hợp những lý do trên, tôi đưa ra hướng đề tài: “Nghiên cứu biện pháp
phụt vữa cao áp để gia cố xung quanh hầm tại tuyến Metro số 1 (đoạn Nhà
Hát-Ba Son)” là rất cần thiết, nó có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất cao trong
giai đoạn hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Nghiên cứu về biện pháp Jet-grouting để gia cố nền xung quanh hầm đoạn Nhà

Hát - Ba Son.

-

Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất đá quanh hầm, chuyển vị mặt đất... khi
gia cố nền và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.

-

Tìm ra quan hệ giữa thông số của tường cọc: Modul đàn hồi E, độ dày 5; giá trị
mất mát thể tích VL(%) với độ lún lớn nhất tại mặt đất. Lựa chọn được thông số
tối ưu đối với điều kiện địa chất tại khu vực.

3. Nội dung nghiên cứu
Cấu trúc của luận văn được chia thành 04 chương:
-

Chương 1 : Tổng quan về các biện pháp phụt vữa cao áp để gia cố nền khi xây
dựng công trình ngầm.
Chương 2 : Lý thuyết tính toán chuyển vị mặt đất khi thi công hầm bằng máy
đào TBM.
Chương 3: Tính toán chuyển vị mặt đất theo phương pháp phần tử hữu hạn
(Finite Elements Method-FEM).

-

Chương 4: ứng dụng tính toán và phân tích hiệu quả biện pháp gia cố xung
quanh công trình ngầm cho tuyến metro 1, đoạn Nhà Hát - Ba Son.

4. Phương pháp nghiên cửu

-

Phương pháp lý thuyết: sử dụng các cơ sở lý thuyết về cơ học để tính toán
chuyển vị tại mặt đất khi xây dựng công trình ngầm

2


-

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng bài toán
dùng biện pháp gia cố xung quanh nền và không gia cố từ đó có cơ sở để đánh
giá và so sánh lựa chọn biện pháp hơp lý.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu nghiên cứu, tham khảo
cho chuyên ngành công trình ngầm khi lựa chọn biện pháp gia cố nền xung
quanh hầm.

-

Đề tài phù họp vói thực tế ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là tại Thành phố
Hồ Chí Minh. Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể áp dụng sơ bộ cho các
công trình ngầm tương tự, từ đó lựa chọn được giải pháp thi công phù họp cũng
như có kinh tế cao.

6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
-

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài chỉ sử dụng số liệu địa chất tại một hố khoan
mang tính chất cục bộ, vì vậy cần mở rộng nghiên cứu và xem xét tổng quát hơn
với số liệu địa chất toàn bộ đoạn tuyến ngầm thi công bằng TBM.

-

Trong thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền phù họp với từng điều kiện cụ thể
nhưng đề tài chỉ tập trung nghiên cứu gia cố nền bằng biện pháp phụt vữa áp lực
cao.

-

Số liệu thực tế còn hạn chế vĩ đây là công trĩnh lần đầu được xây dựng tại Việt
Nam và đang trong giai đoạn hoàn thành nên những kết luận chỉ mang tính lý
thuyết cần xác định lại bằng thực nghiệm để đánh giá khách quan hơn.

-

Đe tài chỉ nghiên cứu gia cố phun vữa cho hai bên và phía trên hầm riêng phần
phía dưới hầm có địa chất tốt nên không gia cố.

3


CHƯƠNG 1:

TÒNG QUAN VÈ CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA CAO ẮP
KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM.

Công trình ngầm được xây dựng nằm sâu trong lòng đất, phạm vi xây dựng cố
thể bị hạn chế trong không gian đô thị và điều kiện địa chất phức tạp nên việc gia
cố phần nền móng để đảm bảo sự ổn định cho công trình cũng như hạn chế ảnh
hưởng đến các công trình hiện hữu là vấn đề thiết yếu. Jetgrouting là một phương
pháp gia cố và xử lý nền được sử dụng khá linh hoạt với nhiều ưu điềm nổi bật:
thỉ công điều kiện chật hẹp, có thể xử lý hầu hết các loại địa chất, nhiều độ sâu
khác nhau mà không cần gia cố từ mặt đất trở xuống...
1.1 Mục đích công nghệ phụt vữa cao áp.[l]
Phương pháp Jet-grouting tạo ra khối soilcrete đảm bảo về cường độ với các hình
dạng khác nhau thông qua các yếu tố như: tốc độ xoay, tốc độ nâng cần, cách bố trí....
Mục đích của việc phụt vữa khi xây dựng công trình ngầm là để gia cố đất yếu xung
quanh hầm nhằm giảm độ lun bề mặt để đảm bảo ổn định cho công trình cũng như công
trình lân cận khỉ thì công.
Tại vị trí gia cố kẹp bên hông Nhà Hát (Hình 1.1) với việc đỉều chỉnh các thông số
modul đàn hồi E, bề dày tường cọc jet-grouting s (Hình 1.2), giá trị mát mát thể tích
VL(%) nhằm chọn thông số tối ưu cho địa chất khu vực để giảm độ lún bề mặt.

Hình l.ỉ: Mặt bằng phụt vữa đoạn kẹp bên hông Nhà Hát thuộc tuyến Metro 1
4


Hình 1.2: Mặt cắt gia cố hai bên và bên trên hầm.
1.2 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting.
1.2.1 Lịch sử phát triển. [2] [3]
1.2.1.1 Trên thể giới
Khả năng xói của tia nước đã được sử dựng cho mục đích đào đất từ rất sớm,
đặt hiệt trong công nghiệp khai thác mỏ, thậm chí có một số tài liệu cho rằng kỹ
thuật này được áp dụng từ thời Trung cổ.
Kỹ thuật Jet-Grouting sớm được phát minh ở Anh vào thập niên 50, nhưng
được ứng dụng đàu tiên ở Nhật vào thập niên 70 (Essler & Yoshida 2004). Những

nghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảng
năm 1965 bồi Yamakado và cộng sự (Xanthakos et al. 1994 từ nguồn Miki &
Nỉkanỉshỉ 1984). Trong giai đoạn này Jet-Grouting được sử dụng đầu tiên chỉ để tạo
tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004).
Vào đầu những năm thập niên 70, phụt vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện
ở Nhật vì kết cấu dạng bản khố tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu
(Essler & Yashỉda 2004). Cuối những năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật
cơ bản về Jet Grouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng
trước tiên chủ yếu là ở Đức, Ý, Pháp, Singapore và Brazil (Xanthakos et al. 1994).

5


Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet-Grouting được đề cập lần đầu tiên vào năm 1979,
cho đến 1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi công phương pháp
này. Cho đến năm 1987 thi Jet Grouting mới được dùng ở Mỹ.
Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet-Grouting, đó là
dùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia vữa áp lực cao - Crossjet
Grouting. Đầu thập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet-Grouting, Supperjet
Grouting, có khả năng gia tăng đường kính cọc được phát triển.
Ở Trung Quốc áp dụng năm 1972, xây dựng kết cấu tường chắn, ổn định hố
đào cho nhà máy thép Baoshan, Thượng Hải. Đen năm 1990 công nghệ này áp
dụng công trình có quy mô lớn như đập tam hiệp trên sông Dương Tử và
Xiaolangdi trên sông Hoàng Hà và những công trình ngầm của thành phố lớn như
Thượng Hải, Bắc kinh, Quảng Châu và Trung Quốc cũng là nước áp dụng công
nghệ này nhiều nhất trên thế giới.
1.2.1.2 Ở Việt Nam
Ở nước ta, Jet-grouting xuất hiện vào năm 1999 được áp dụng nhiều dự án nhưng
công nghệ vẫn chưa có tiêu chuẩn ngành hướng dẫn và tài liệu khoa học về công nghệ
này cũng còn rất ít.

Ở phía Nam, liên hiệp địa chất công trình - xây dựng và môi trường thuộc tổng
hội địa chất Việt Nam cũng đã tiến hành công nghệ này. Sau một thời gian thi công
nghệ xáo trộn vữa cao áp nhằm để xử lý gia cố một số công trình tại TP HCM và một
vài địa phương khác ở phía Nam. Kiểm chứng cho thấy hiệu quả của công nghệ được
áp dụng để gia cố các bờ sông, kênh mương, hố móng sâu, mái dốc trượt lỡ, công trình
ngầm, nền đường bộ.
Trong năm 2012, TS.Trần Nguyễn Hoàng Hùng cùng nhóm nghiên cứu thực hiện
đề tài trong điểm cấp quốc gia, đã cải tiến và thử nghiệm thành công cọc soilcrete
bằng công nghệ Jet Grouting ở TP HCM có đường kính lên đến 1.7m. Ket quả nghiên
cứu này giúp củng cố lại tính thực tiễn công nghệ trong gia cố các công trình giao
thông và xây dựng trong tương lai gần.
Trong những năm gần đây, công nghệ phụt vữa áp lực cao đã sử dụng rộng rãi
nhất là ở đồng bằng sông Cửu Long, thường là những thành phố lớn của Việt Nam
như là TP HCM, Hà Nội. Tuy nhiên, đa số công nghệ mới này thường được công

6


ty nước ngoài triển khai và chuyển giao công nghệ và cũng một phần để Việt Nam
từng bước phát triển các công nghệ phù hợp với các điều kiện đặc thù trong nước trên
cơ sở kế thừa và cải tiến công nghệ mới đã có trên thế giới.
Năm 2014, đáp ứng nhu cầu thị trường về các công trình ngầm được khởi công
xây dựng tại Việt Nam, FECON kết họp với Tập đoàn Kanamoto và SODIC thành lập
Công ty công trình ngầm FECON (FECON UCC). Ngay sau đó, FECON

ucc họp

tác vói Công ty Raito Kogyo Nhật Bản bắt tay vào dự án HCM Metro line 1 Bến
Thành - Suối Tiên với hạng mục gia cố các điểm đầu và cuối đường đào TBM. Cuối
năm 2015, dự án hoàn thành hạng mục gia cố tại khu vực tiếp nhận TBM (Arriving

shaft). Đây là dự án đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng thành công công nghệ Jet Grouting
ba pha đường kính lớn (khoan bơm vữa cao áp) để thi công thành công cọc xi măng
đất đường kính lên đến 3,5m.
1.2.2 Nguyên lý hoạt động.i3][4][5][6][ 14]
Công nghệ Jet - grouting: Phương pháp khoan phụt cao áp là quá trình làm rời
đất hoặc đá yếu trộn với hoặc thay thế một phần bằng tác nhân dính kết xi măng; Quá
trình làm rời đạt được bằng một tia dung dịch có năng lượng cao, trong đó bản thân
dung dịch có thể là tác nhân dính kết xi măng.
Trước tiên đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến thì dừng lại và bắt đầu vữa bơm
vữa XM phụt ra thành tia ở đầu mũi khoan, vừa bơm vữa vừa xoay cần khoan rút lên.
Tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (200 - 400 atm), vận tốc
lớn (_ĩ! 100 m/s) làm cho các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòa
trộn với vữa phụt, sau đó đông cứng tạo thành một cọc (cột) đồng nhất.
Có 2 dạng phần tử thông dụng là dạng cọc và dạng tấm. Một tổ họp các phần tử
khoan phụt cao áp liên kết một phần hoặc toàn bộ với nhau. Các kết cấu thông dụng
nhất là:
+ Màng: Có dạng như một bức tường (hình 1.3)
+ Sàn: Có dạng một lóp nằm ngang + Trần:
Được tạo bởi các phần tử nằm ngang + Khối: Kết
cấu ba chiều

7


r

w

Hình 1.3: Kêt câu dạng màng

Hình 1.4: Kết cẩu dạng tường cọc, vòm
Theo lịch sử phát triển, đã có 3 công nghệ đơn pha - s, hai pha - D và ba pha T ra đcd nhằm đạt được mục tiêu tạo cọc cố đường kính lổn hơn và chất lượng trộn
đồng đều hơn.

+ Công nghệ đơn pha (Công nghệ S): Sử dụng càn khoan nòng đơn với đàu mũi chỉ
có một lỗ phun (nozzel). Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn
vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cọc đất-xỉmăng đồng đều . Theo công
nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 60 đến 80 cm tùy vào loại đất.
Khả nâng tạo chiều dài cọc đến 25m. Đây là thế hệ thiết bị loại đầu, nay ít dùng.

8


Hình 1.5: Sơ đồ quy trình thi công Jet-grouting

+ Công nghệ hai pha (Công nghệ D): Sử dụng cần khoan nòng đôi, lõi trong bơm
vữa, lõi ngoài bơm khí. Lỗ phun kép có 2 vòng, vòng trong phun vữa, vòng ngoài
phun khí. Hỗn hợp vữa được bơm ở áp suất cao (> 200 atm) phun ra ở vòng
trong, đồng thời bơm khí nén (> 20atm) phun ra ờ vòng ngoài. Tia khí nén sẽ
bao bọc quanh tia vữa làm giảm ma sát, cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong
đất, do vậy tạo ra cọc đất-ximăng cỏ đường kính lớn. Theo công nghệ này, thông
thường đường kính cọc tạo ra từ 80 đến 150 cm tùy vào loại đất. Khả năng tạo
chiều dài cọc đến 45m.
+ Công nghệ ba pha (Công nghệ T): Sử dụng cần khoan nòng 3. Đầu mũi khoan
gắn 2 lỗ phun, lỗ phun đơn phía dưới để phun vữa, lỗ phun kép nằm phía trên để
phun nước và khí. Nước được bơm dưới áp suất cao, kết hợp với dòng khí nén
xung quanh tỉa nước cố tác dụng phá vỡ đất sơ bộ. Vữa được bơm qua một vòi
riêng biệt nằm dưới láp đày vữa vào các phàn tử đất vữa được phá vỡ . Theo
công nghệ này, thông thường đưòng kính cọc tạo ra từ 100 đến 500 cm tùy vào
loại đất. Khả năng tạo chiều dài cọc đến 50m. Loại

9


thiết bị này ít phổ biến, chỉ sử dụng khi có những yêu cầu phải tạo cọc có đường
kính 3 ~ 5m hoặc những yêu cầu đặc biệt khác.
Đối vói tuyến Metro 1 những đoạn gia cố bằng Jet-grouting đã áp dụng công nghệ
ba pha (công nghệ T) để tạo ra cọc có đường kính lớn từ 3-3.5m. So với các cọc xi
măng đất tiết diện nhỏ, Jet-grouting đường kính lớn là công nghệ thi công phù hợp các
công trường trong khu vực đô thị bị hạn chế về không gian, không thể sử dụng được
các thiết bị lớn. Đồng thòi, vói việc sử dụng thiết bị thi công phù họp, được lựa chọn
tối ưu sử dụng trong đô thị, chất lượng khối xử lý được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo
độ chính xác cao, khối lượng bùn trào ngược ít sẽ giảm thiểu tối đa các tác động đến
môi trường... Đặc biệt, với việc sử dụng các thiết bị thi công áp lực cao, khối lượng
vữa xi măng sử dụng để tạo tường cọc ít hon so vói các công nghệ cũ (1 pha, 2 pha)
nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về gia cố, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế cho thi công
công trình.
Ngoài ra, hiện nay còn một số phưcmg pháp cải tiến khác như: phưcmg pháp super
Jet-Grouting (cải tiến từ phương pháp phun đôi); phương pháp X-Jet (cải tiến từ
phương pháp phun ba)...

10


PpipwuJ 5 :J|I|I fur .In tmti^
Mm

Unit

L-lirrc; kiliii jf?L'iijiiu

Is.p lui \l(ja

M\r

rủc độù mm

OtyMif

Tổc dpvtfl^quy

*11 ±111
5M-2,

VàiẼiịđử

12

Jijrii ril

fltof. *

■ill

LlJJuirag kLẩl ĩmàiầ
fcpli.ir úta

aiihi

Tổỉdụvìsưã

éÍE^tír
1 Vflrtjg Jtititf

ĩik liij tmgijuy
Twig lit in

501- 2
14
T.D

Llll.Uuửng Ujih [ -MilIre Cl
Ãplựĩ YỦB

m

TrK J|) nKV*

Mild
1011-2

rủt diỊiYiãỵiluv

kilii'jlilk

12
10.(1

TỏídộnttM

E

11