Phân tích chọn trình tự đào hợp lý cho hai đường hầm trên dưới của tuyến metro số 1 (bến thành suối tiên) đoạn qua nhà hát lớn thành phố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------------------

NGUYỄN THỊ THÙY LINH

PHÂN TÍCH CHỌN TRÌNH TỰ ĐÀO HỢP LÝ CHO HAI
ĐƯỜNG HẦM TRÊN – DƯỚI CỦA TUYẾN METRO SỐ 1
(BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN), ĐOẠN QUA NHÀ HÁT LỚN
THÀNH PHỐ
Chun ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
Mã số

: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016


2

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI
Trường Đại Học Bách Khoa –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm
Cán bộ chấm nhận xét 1 :PGS. TS. Dương Hồng Thẩm
Cán bộ chấm nhận xét 2 :TS. Đỗ Thanh Hải
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 22 tháng 07 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1.

PGS.TS Lê Bá Vinh – Chủ tịch

2.

TS. Đặng Thanh Tùng – Thư ký

3.

PGS.TS. Dương Hồng Thẩm – Ủy viên

4.

TS. Đỗ Thanh Hải – Ủy viên

5.

TS. Trương Quang Thành – Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm

3

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: NGUYỄN THỊ THÙY LINH

MSHV: 13091294

Ngày, tháng, năm sinh: 07/08/1989

Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình ngầm
Mã số: 60580204
I.

TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích chọn trình tự đào hợp lý cho hai đường hầm

trên – dưới của tuyến metro số 1 (Bến Thành – Suối Tiên), đoạn qua Nhà Hát
Lớn Thành Phố.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.

Nghiên cứu tổng quan về dự án và các liên cứu liên quan.

2.

Trình bày các cơ sở lý thuyết cho việc tính tốn ứng suất, biến dạng quanh

vỏ hầm dạng trịn với phương pháp đào kín.
3.

Mơ phỏng với hai trường hợp đào hầm và hai cách mô phỏng bằng mô hình

Mohr Coulomb và Hardening Soil .
4.

Đưa ra kết luận và trình tự đào cũng như các kiến nghị về các nghiên cứu

tiếp theo.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/07/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2016
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm
Tp. HCM, ngày... tháng... năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm

PGS.TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm


4

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Phân tích chọn trình tự đào hợp lý cho
hai đường hầm trên – dưới của tuyến Metro số 1 (BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN),
đoạn qua nhà hát lớn thành phố” được thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong
suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ,
động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học
tập và thực hiện luận văn.
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Nguyễn Minh Tâm người thầy
đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ mơn Cơ Địa Nền Móng những người
đã cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, các bạn học viên chuyên ngành Kỹ Thuật
Xây Dựng Cơng Trình Ngầm, khóa 2013 – đợt II, những người bạn đã đồng hành
và giúp đỡ tôi trong suốt q trình học.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt
nhất cho tôi về vật chất và tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường.

Luận văn được hoàn thành trong sự cố gắng hết sức của tác giả nhưng khơng
thể tránh được những thiếu sót và hạn chế, rất mong nhận được sự đóng góp của
quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hồn thiện hơn và có ý nghĩa
trong thực tiễn.
Xin trân trọng cám ơn.
TP. Hồ Chí Minh, 17 tháng 06 năm 2016
Học viên

NGUYỄN THỊ THÙY LINH


5

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài :
PHÂN TÍCH CHỌN TRÌNH TỰ ĐÀO HỢP LÝ CHO HAI ĐƯỜNG HẦM
TRÊN – DƯỚI CỦA TUYẾN METRO SỐ 1 (BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN),
ĐOẠN QUA NHÀ HÁT LỚN THÀNH PHỐ.
Tóm tắt :
Vấn đề giải quyết phương tiện đi lại công cộng cho người dân thành phố Hồ
Chí Minh được thực hiện thơng qua các đề án xây dựng các tuyến đường sắt đơ thị cơng trình đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của nhà nước, người dân cũng như các
chuyên gia trong ngành. Trong đó, tuyến số 1 Bến Thành – Suối Tiên đã được triển
khai từ năm 2011. Tuyến đường được xây dựng với tổng chiều dài là 19.7km
(2.5km đi ngầm trong phạm vi nội thành thành phố, 17.2km đi nổi trên cao) và đi
qua 14 ga (3 ngầm + 11 trên cao). Đoạn đi ngầm được thi công bằng phương pháp
TBM (Tunnel Boring Machine) với hai đường hầm song song nằm ngang. Đặc biệt,
tại vị trí đi qua Nhà Hát Lớn Thành phố, hai đường hầm này được chuyển thành
song song theo hướng trên-dưới. Việc thay đổi vị trí hai đường hầm này gây ảnh
hưởng rất khác và nguy hiểm hơn so với việc cho chúng chạy song song nằm
ngang. Chính vì sự đặc biệt đó, đơn vị thi cơng cần phân tích và nghiên cứu chi tiết

các yếu tố ảnh hưởng cũng như là các nguy cơ có thể xảy ra trong q trình thi cơng
đào và cả khi đưa vào hoạt động sử dụng. Từ đó, đơn vị thi cơng mới có thể đưa ra
biện pháp, trình tự thi cơng hợp lý cùng với những hạn chế cần đảm bảo của cơng
trình để khơng xảy ra các sự cố khơng nên có.
Luận văn sẽ trình bày những nghiên cứu về các khuyến cáo đã từng được đưa
ra trên thế giới khi gặp trường hợp này, đồng thời áp dụng vào thực tiễn điều kiện
địa chất của khu vực quận 1 – thành phố Hồ Chí Minh để đưa ra các khuyến cáo
hợp lý thông qua việc mô phỏng bằng phần mềm plaxis 2D. Kết quả thu được sẽ là
cơ sở đánh giá biện pháp thi công thực tế và là nền tảng để xây dựng biện pháp thi
công cho các tuyến sau trên địa bàn thành phố.


6

SUMMARY OF THESIS
Name of subject :
Analyzing to choose the sequence of boring for two upper-under tunnel of
Metro line 1 (Ben Thanh – Suoi Tien), the part under the City Opera House.
Abstract :
Solving the public transportation for the people in Hochiminh City was
conducted through out
Solving public transportation problem of citizen in Ho Chi Minh city was
executed via construction Urban Metro lines – project is attracting special attention
of the state, people citizens as well as profesions. In particular, line 1 Ben Thanh Suoi Tien has been implemented since 2011. The road was built with a total length
of 19.7km (2.5km underground in city, well above 17.2km away) and pass through
14 stations (3 underground + 11 above). Underground part constructed by means of
TBM (Tunnel Boring Machine) with two parallel horizontal tunnels. Especially, in
the position to go through City Opera House, two tunnels were converted into
parallel up-down direction. The change of position two tunnel effect is very
different and more dangerous than they run parallel to the horizontal. Because of the

special, the construction unit to be analyzed and studied in detail the factors that
influence as well as the risk that may occur in the course of boring and construction
work being put into use. Since then, the construction company can take action, a
reasonable construction sequence along with the limitations of the work needed to
ensure non-occurrence of the incident should not have.
Thesis will present research on the recommendation had been made in the
world when this is the case, and applies to practical geological conditions of the
area of District 1 - Ho Chi Minh City to put appropriate recommendations through
the simulation using Plaxis 2D software. The results will be the basis for evaluating
the actual construction methods and are the foundation for building construction
methods for the following Lines in the city.


7

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm.
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.
Tp. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

Nguyễn Thị Thùy Linh


8

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................18

I.

Tính cấp thiết của đề tài: .......................................................................19

II. Mục tiêu nghiên cứu: ............................................................................22
III. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu: ...................................................23
IV. Nội dung nghiên cứu: ............................................................................24
V. Tính thực tiễn và tính khoa học của đề tài: ...........................................25
a.

Tính thực tiễn của đề tài: .......................................................................25

b.

Tính khoa học của đề tài: ......................................................................26

VI. Dự kiến kết luận, kiến nghị và những hạn chế:.....................................28
TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN
QUAN

................................................................................................29

1.1.

Giới thiệu sơ lược dự án đường sắt đô thị thành phố Hồ Chí Minh: ....30

1.2.

Giới thiệu về tuyến metro số 1 (Sài Gòn – Suối Tiên): ........................32

1.3.

Giới thiệu sơ lược về phần ngầm của tuyến Metro số 1: ......................34

c.

Trắc dọc tuyến của đoạn đi ngầm : .......................................................34

d.

Giới thiệu về loại máy TBM sử dụng cho giai đoạn 1 của dự án Metro

số 1:

...............................................................................................................37
e.

Sơ lược về đoạn hầm trên – dưới nằm dưới ga Nhà hát lớn thành phố sử

dụng nghiên cứu của đề tại: ..................................................................................38
1.4.

Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã thực hiện liên quan đến đề tài: ..
...............................................................................................................39

a.

Nghiên cứu về việc sử dụng mơ hình “Hardening soil small strain”

trong các bài toán địa kỹ thuật – tác giả Rafal F Obrzud. .....................................39

b.

Những ảnh hưởng địa kỹ thuật lên đường hầm hiện hữu gây ra bởi việc

xây dựng thêm đường hầm trong đất yếu ở Thượng Hải: .....................................40
c.

Biến dạng của nền đất khi thi công bằng phương pháp TBM - T/C Cầu

đường Việt Nam, số 12/2007: ...............................................................................43


9

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................46
2.1.

Lý thuyết hình thành vịm áp lực quanh hầm trịn trong đất:................47

2.2.

Phương pháp tính tốn ứng suất – chuyển vị đối với vỏ hầm dạng tròn

theo sơ đồ vịng đàn hồi: ...........................................................................................48
a.

Tính tốn vỏ hầm theo sơ đồ vịng biến dạng tự do:.............................48

b.

Tính tốn vỏ hầm theo sơ đồ vịng trong mơi trường đàn hồi. .............48

2.3.

Cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn và mơ hình đất: .................................50

a.

Cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn: ..........................................................50

b.

Cơ sở lý thuyết về mơ hình sử dụng mơ phỏng đối với phần mềm

Plaxis:

...............................................................................................................58

2.4.

Phân tích sử dụng các mơ hình đất để mơ phỏng địa chất khu vực: .....63
MƠ PHỎNG – PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP THI CƠNG

BẰNG PLAXIS 2D (MƠ HÌNH MOHR COULOMB) .......................................65
3.1.
a.

Địa chất sử dụng mơ phỏng trong mơ hình:..........................................66
Mặt cắt địa chất với các tầng địa chất sử dụng mô phỏng cho đoạn

chuyển hướng của hai hầm Metro : .......................................................................67
b.

Các thơng số sử dụng cho mơ hình Mohr Coulomb tại thời điểm tức

thời (giai đoạn thi công): .......................................................................................68
3.2.
trước:

Mơ phỏng trường hợp hầm phía tây (hầm nằm trên) được thi công
...............................................................................................................74

a.

Geometry: ..............................................................................................74

b.

Gán vật liệu: ..........................................................................................74

c.

Ngoại lực tác dụng: ...............................................................................75

d.

Mơ hình: ................................................................................................75

e.

Các giai đoạn thi cơng Plaxis Calculation: ...........................................77

f.

Kết quả tính tốn: ..................................................................................82


10

3.3.
trước:

Mơ phỏng trường hợp hầm phía đơng (hầm nằm dưới) được thi công
...............................................................................................................87

a.

Geometry: ..............................................................................................87

b.

Gán vật liệu: ..........................................................................................87

c.

Ngoại lực tác dụng: ...............................................................................87

d.

Mơ hình: ................................................................................................87

e.

Các giai đoạn thi cơng Plaxis Calculation: ...........................................87

f.

Kết quả tính tốn: ..................................................................................88
MƠ PHỎNG – PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP THI CƠNG

BẰNG PLAXIS 2D (MƠ HÌNH HARDENING SOIL) .......................................93
4.1.
a.

Địa chất sử dụng mơ phỏng trong mơ hình:..........................................94
Mặt cắt địa chất với các tầng địa chất sử dụng mô phỏng cho đoạn

chuyển hướng của hai hầm Metro : .......................................................................94
b.

Các thông số sử dụng cho mơ hình Mohr Coulomb tại thời điểm tức

thời (giai đoạn thi công): .......................................................................................94
4.2.
trước:

Mô phỏng trường hợp hầm phía tây (hầm nằm trên) được thi cơng
...............................................................................................................98

a.

Geometry: ..............................................................................................98

b.

Gán vật liệu: ..........................................................................................98

c.

Ngoại lực tác dụng: ...............................................................................99

d.

Mơ hình: ................................................................................................99

e.

Các giai đoạn thi cơng Plaxis Calculation: ...........................................99

f.

Kết quả tính tốn: ..................................................................................99

4.3.
trước:

Mơ phỏng trường hợp hầm phía đơng (hầm nằm dưới) được thi công
.............................................................................................................104

a.

Geometry: ............................................................................................104

b.

Gán vật liệu: ........................................................................................104

c.

Ngoại lực tác dụng: .............................................................................104


11

d.

Mơ hình: ..............................................................................................104

e.

Các giai đoạn thi cơng Plaxis Calculation: .........................................104

f.

Kết quả tính tốn: ................................................................................104
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................109

5.1.

Kết luận: ..............................................................................................110

a.

Về chuyển vị của tồn mơ mình: ........................................................110

b.

Về hệ số an toàn: .................................................................................111

c.

Về nội lực trong vỏ hầm: ....................................................................112

d.

Về lựa chọn mơ hình đất mơ phỏng cho bài tốn: ..............................113

5.2.

Kiến nghị: ............................................................................................114

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................116


12

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Lún sụt sân một trường đại học ở Paris khi máy đào hầm đi qua
(tuyến 14) năm 2003. ................................................................................................26
Hình 1.1 - Bản đồ quy hoạch các tuyến Metro thành phố Hồ Chí Minh. ........31

Hình 1.2 – Bản đồ quy hoạch tuyến Metro số 1 (Sài Gịn – Suối Tiên) của
thành phố Hồ Chí Minh.............................................................................................33
Hình 1.3 – Bản đồ chi tiết nhà ga dọc tuyến (cập nhật) của tuyến Metro số 1
(Sài Gòn – Suối Tiên) ...............................................................................................33
Hình 1.4 – Các phân đoạn với bản vẽ chi tiết dọc hầm ngầm ..........................35
Hình 1.5 – Mặt cắt mơ phỏng q trình thay đổi khoảng cách và vị trí của hai
hầm song song. ..........................................................................................................35
Hình 1.6 – Mặt cắt mơ phỏng đoạn chuyển thành vị trí trên – dưới của hai
hầm. ...........................................................................................................................36
Hình 1.7 – Mặt cắt dọc máy TBM sử dụng trong gói thầu 1 ...........................37
Hình 1.8 – Mặt cắt ngang hầm đoạn khiên đào ................................................38
Hình 1.9: Phối cảnh hai hầm Metro tuyến số 1, đoạn ga Nhà Hát Lớn Thành
Phố và cơng năng của các tầng hầm. ........................................................................38
Hình 1.10 Mặt cắt ngang hai hầm trên – dưới đoạn dưới Nhà Hát Lớn thành
phố .............................................................................................................................39
Hình 1.11: Đường cong ứng suất – biến dạng: so sánh giữa các mơ hình phi
tuyến (Mohr Coulomb, Hardening soil, Hardening soil small strain, J-4q) và thí
nghiệm CIEU cho việc mơ phỏng ứng xử của đất quanh hầm. ................................40
Hình 1.12: Mơ hình 3D mơ phỏng sự chồng lắp của các tuyến Metro Thượng
Hải .............................................................................................................................41
Hình 1.13: Kết quả phân tích chuyển vị thẳng đứng ở từng vị trí phân khúc khi
hình thành lần lượt hầm dưới và hầm trên của tuyến metro số 11, Thượng Hải. .....42
Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn và hệ cơ bản của vịng trong mơi trường dẻo .........48


13

Hình 2.2: Các sơ đồ tính tốn vỏ hầm như vịng trong mơi trường đàn hồi bằng
phương pháp của đơn vị thiết kế tàu điện ngầm (Metroproekt); a,,b – các sơ đồ tính
tốn, , i hệ cơ bản. ...................................................................................................50

Hình 2.3: Việc chia lưới địa chất và các nút trong phương pháp PTHH .........53
Hình 2.4: Mặt dẻo của mơ hình Mohr-Coulomb ..............................................59
Hình 2.5: Hướng dẻo trong mặt phẳng ứng suất mơ hình Mohr-Coulomb......60
Hình 2.6: Mặt phẳng dẻo trong khơng gian ứng suất chính .............................61
Hình 2.7: Mặt dẻo của mơ hình Hardening Soil trong khơng gian ứng suất
chính và trong mặt phẳng. .........................................................................................62
Hình 3.1: Mơ hình đất trong mơ phỏng với phần mềm Plaxis 2D. ..................75
Hình 3.2: Bước refine line cho phần tử hầm khi mơ phỏng bằng Plaxis 2D ...76
Hình 3.3: Lưới phần tử khi hồn tất giai đoạn mesh ........................................76
Hình 3.4: Phân tích áp lực thủy tĩnh ở điều kiện ban đầu ................................77
Hình 3.5: Mơ phỏng cho phase 1 (trường hợp hầm nằm trên được thi cơng
trước) .........................................................................................................................78
Hình 3.6: Mơ phỏng cho phase 2 (trường hợp hầm nằm trên được thi cơng
trước) .........................................................................................................................79
Hình 3.7: Mơ phỏng cho phase 3 (trường hợp hầm nằm trên được thi cơng
trước) .........................................................................................................................79
Hình 3.8: Mơ phỏng cho phase 4 (trường hợp hầm nằm trên được thi cơng
trước) .........................................................................................................................80
Hình 3.9: Mơ phỏng cho phase 5 (trường hợp hầm nằm trên được thi cơng
trước) .........................................................................................................................81
Hình 3.10: Chọn điểm phân tích và bắt đầu q trình tính tốn. .....................82
Hình 3.11: Kết quả chuyển vị bài tốn cuối phase 3 (trường hợp thi cơng hầm
nằm trên trước) ..........................................................................................................83
Hình 3.12: Kết quả chuyển vị bài toán cuối phase 4 (trường hợp thi cơng hầm
nằm trên trước) ..........................................................................................................83
Hình 3.13: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 3 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ..................................................................................................84


14

Hình 3.14: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 3 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ..................................................................................................84
Hình 3.15: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ..................................................................................................85
Hình 3.16: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ..................................................................................................85
Hình 3.17: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ..................................................................................................86
Hình 3.18: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi
công hầm nằm trên trước) .........................................................................................86
Hình 3.19: Các phase tính tốn cho trường hợp hầm phía đơng được thi cơng
trước. .........................................................................................................................87
Hình 3.20: Kết quả chuyển vị bài toán cuối phase 3 (trường hợp thi cơng hầm
nằm dưới trước) .........................................................................................................88
Hình 3.21: Kết quả chuyển vị bài tốn cuối phase 4 (trường hợp thi cơng hầm
nằm dưới trước) .........................................................................................................89
Hình 3.22: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) .................................................................................................89
Hình 3.23: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) .................................................................................................90
Hình 3.24: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 3 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) .................................................................................................90
Hình 3.25: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 3 (TH thi
cơng hầm nằm dưới trước) ........................................................................................91
Hình 3.26: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) .................................................................................................91
Hình 3.27: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi
cơng hầm nằm dưới trước) ........................................................................................92
Hình 4.1: Kết quả chuyển vị bài toán cuối phase 3 (trường hợp thi công hầm

nằm trên trước) ........................................................................................................100


15

Hình 4.2: Kết quả chuyển vị bài tốn cuối phase 4 (trường hợp thi cơng hầm
nằm trên trước) ........................................................................................................100
Hình 4.3: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 3 (TH thi cơng
hầm nằm trên trước) ................................................................................................101
Hình 4.4: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 3 (TH thi cơng
hầm nằm trên trước) ................................................................................................101
Hình 4.5: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ................................................................................................102
Hình 4.6: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ................................................................................................102
Hình 4.7: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ................................................................................................103
Hình 4.8: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm trên trước) ................................................................................................103
Hình 4.9: Kết quả chuyển vị bài tốn cuối phase 3 (trường hợp thi cơng hầm
nằm dưới trước) .......................................................................................................105
Hình 4.10: Kết quả chuyển vị bài toán cuối phase 4 (trường hợp thi cơng hầm
nằm dưới trước) .......................................................................................................105
Hình 4.11: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) ...............................................................................................106
Hình 4.12: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm trên ở cuối phase 4 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) ...............................................................................................106
Hình 4.13: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 3 (TH thi cơng
hầm nằm dưới trước) ...............................................................................................107
Hình 4.14: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 3 (TH thi

cơng hầm nằm dưới trước) ......................................................................................107
Hình 4.15: Lực dọc và lực cắt trong vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi công
hầm nằm dưới trước) ...............................................................................................108
Hình 4.16: Moment uốn và chuyển vị vỏ hầm dưới ở cuối phase 4 (TH thi
công hầm nằm dưới trước) ......................................................................................108


16

Hình 5.1: Ứng suất có hiệu trong mơ hình cuối q trình thi cơng với mơ
phỏng bằng mơ hình Hardening soil – bên trái (TH1), bên phải (TH2) .................111


17

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng tổng hợp cấu tạo địa chất khu vực xây dựng tuyến Metro số 4,
số 11 ở Thượng Hải...................................................................................................41
Bảng 2.1: Sơ đồ xác định áp lực địa tầng lên hầm được thi công theo phương
pháp đào kín ..............................................................................................................47
Bảng 3.1: Tổng hợp thơng số trọng lượng riêng tự nhiên các lớp đất .............68
Bảng 3.2: Thông số trọng lượng riêng bão hòa các lớp đất .............................69
Bảng 3.3: Tổng hợp hệ số thấm ngang các lớp đất ..........................................70
Bảng 3.4: Tổng hợp hệ số thấm đứng các lớp đất ............................................70
Bảng 3.5: Tổng hợp module đàn hồi Mơ hình Mohr-Coulomb các lớp đất.....72
Bảng 3.6: Tổng hợp hệ số poison các lớp đất ..................................................73
Bảng 3.7:Tổng hợp Lực dính các lớp đất .........................................................73
Bảng 3.8: Tổng hợp góc ma sát trong của các lớp đất .....................................74
Bảng 5.1: Tóm tắt nội lực vỏ hầm trong hai trường hợp mơ phỏng với mơ hình
Mohr Coulomb ........................................................................................................112

Bảng 5.2: Tóm tắt nội lực vỏ hầm trong hai trường hợp mơ phỏng với mơ hình
Hardening Soil ........................................................................................................113


18

PHẦN MỞ ĐẦU


19

Tính cấp thiết của đề tài:

I.

Việt Nam đang trong thời gian phát triển cơ sở hạ tầng mạnh với sự đầu tư của
các nguồn vốn ODA, các dự án tàu điện ngầm cũng từ đây được triển khai. Lý do
mà dự án tàu điện ngầm lại là một giải pháp khả thi và hữu ích đối với thành phố
lớn và phát triển khơng ngừng như thành phố Hồ Chí Minh là vì các nguyên nhân
sau:
-

Khả năng mở rộng các đường hiện hữu hoặc quy hoạch thêm các tuyến
đường bộ khác trong thành phố để giải quyết nhu cầu đi lại cho người dân
thành phố là khó thực hiện do: chi phí đền bù giải tỏa lớn, thời gian giải tỏa
và thi công lâu, ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt người dân, quỹ đất hiện tại
khơng cịn nhiều…

-

Tiếp tục phát triển các tuyến đường bộ sẽ làm kích thích sự phát triển của
phương tiện đi lại cá nhân, làm tình trạng khói bụi – ơ nhiễm mơi tường –
tai nạn giao thông sẽ càng tăng cao.

-

Việc phát triển các dự án tàu điện ngầm và tàu điện trên cao hạn chế tối
thiểu yêu cầu giải tỏa – đền bù, đặc biệt là trong khu vực nội thành thành
phố. Việc thi công thực hiện trong lòng đất hoặc trên cao nên gây ảnh
hưởng nhỏ tới hoạt động của người dân thành phố.

-

Vận hành của tàu điện ngầm không tạo ra các chất thải gây ô nhiễm môi
trường.

-

Giảm thiểu tai nạn giao thông, góp phần giải quyết lớn cho nhu cầu đi lại
của người dân.

-

Rút ngắn thời gian di chuyển cho người dân trong nội thành và hơn nữa là
sự giao lưu với các thành phố vệ tinh quanh thành phố Hồ Chí Minh.

Bên cạnh đó, việc áp dụng một loại hình cơng trình hồn tồn rất mới ở Việt
Nam cũng có nhiều vấn đề khiến các nhà chức trách và các chuyên gia phải băn
khoăn lo lắng. Điển hình là vấn đề cơng nghệ xây dựng và các nguy cơ có thể xảy ra
trong q trình thi cơng của đoạn tàu điện đi ngầm dưới lịng đất. Chính vì thế, việc

ứng dụng cơng nghệ tiên tiến TBM là giải pháp an tồn, thích hợp, đã từng được áp


20

dụng rất thành công cho những đường hầm trên thế giới. TBM là công nghệ đào
hầm bằng máy khiên đào tự động, đào kín trong lịng đất, khơng gây chấn động và
ảnh hưởng đến các cơng trình phía trên. Về tuyến Metro số 1, đề án đã thông qua
việc sử dụng 2 máy khiên đào với đường kính 6.6m được đào song song nằm
ngang. Khi 2 hầm này đi gần đến vị trí dưới chân nhà Hát Lớn Thành Phố, từ hai
hầm nằm ngang sẽ được chuyển hướng dần dần để tiến đến vị trí hai hầm trên-dưới
vì các lý do:
-

Tránh ảnh hưởng đến hệ thống móng của nhà hát lớn và các nhà cao tầng
nằm san sát nhau trong khu vực này.

-

Thích hợp cho việc xây dựng nhà ga số 2 tại Nhà Hát Lớn Thành Phố.

Sự tương tác về ứng suất và biến dạng giữa hai đường hầm này bị thay đổi khá
lớn và nguy hiểm hơn so với việc để chúng chạy song song nhau. Cụ thể là:
-

Trường hợp đào hầm nằm bên dưới ( sau đây sẽ gọi là hầm 1) trước rồi
mới đào hầm bên trên (sau đây sẽ gọi là hầm 2) có thể gây ra việc phá vỡ
thế cân bằng lớp đất đá phía trên của hầm 1, gây sập hầm 1 trong q trình
thi cơng hầm 2. Hoặc giả, do sự dỡ tải từ việc thi công hầm 2 sẽ làm đất đá
xung quanh hầm 1 biến dạng lớn (nở ra) làm thay đổi kích thước hầm 1 đã

đào.

-

Trường hợp đào hầm 2 trước rồi mới đào hầm 1 có khả năng gây ra lún sụt
cho đáy hầm 2 (cũng là khu vực đất đá phía trên hầm 1) do mất thế cân
bằng ứng suất trong đất từ việc đào hầm 1.

-

Việc đặt đường hầm này nằm trên (hoặc nằm dưới) đường hầm còn lại
chắc chắn sẽ gây ảnh hưởng lớn hơn so với việc nằm ngang. Trực quan cho
nhận xét này là ứng suất có hiệu theo phương đứng bao giờ cũng lớn hơn
ứng suất có hiệu theo phương ngang.

Trong cả hai trường hợp, người kỹ sư phải đưa ra khoảng cách hợp lý giữa hai
hầm để tránh các nguy cơ có thể xảy ra. Từ đó, phương án nào có nguy cơ thấp
hơn và phù hợp với điều kiện thực tế sẽ được chọn làm biện pháp thi công cuối
cùng.


21

Chính từ sự cần thiết của việc lựa chọn phương án thi cơng, luận văn này sẽ
trình bày cụ thể các bước tính tốn và mơ phỏng giả định cho hai trường hợp nêu
trên, từ đó đưa ra các yêu cầu để đảm bảo an tồn thi cơng cho từng trường hợp. Kết
luận sẽ là sự so sánh để chọn phương án thi công tối ưu và phù hợp hơn.


22

II.

Mục tiêu nghiên cứu:
Với độ nóng của dự án Metro hiện nay, chắc chắn sẽ có nhiều nghiên cứu

xoay quanh các vấn đề về biên pháp, tính hợp lý, chuyển vị, tính khả thi, sức ảnh
hưởng….với cùng định hướng chung là tìm hiểu sâu xa về biện pháp thi cơng khá
mới và có nguy cơ cũng khá cao là Cơng Trình Ngầm. Một mục tiêu khác là nhằm
dự đốn các sự cố có thể xảy ra trong q trình thi công cũng như sử dụng, đây là
vấn đề quan trọng và hầu như không thể không đề cập và nghiên cứu khi thực hiện
cơng trình có độ khó cao. Cũng với mục đích và ý hướng này, nghiên cứu nhằm đưa
ra cách phân tích và cơ sở để lựa chọn phương pháp thi công tối ưu, giảm thiểu rủi
ro cho việc xây dựng hai đường hầm song song trên-dưới với điều kiện địa chất cụ
thể khu vực quận 1 thành phố Hồ Chí Minh. Gợi ra hướng chọn trình tự thi công khi
bắt buộc phải chuyển hướng đào cho các tuyến tàu điện ngầm. Góp phần bổ sung
cái nhìn tổng quát cho việc lựa chọn biện pháp thi công tuyến tàu điện ngầm đầu
tiên tại thành phố Hồ Chí Minh, từ đó, cơng nghệ thi cơng mới TBM trở nên khơng
q lạ lẫm trong việc ứng dụng và tính tốn tại Việt Nam.
Ngoài ra, nghiên cứu sẽ tổng hợp các lý thuyết tính tốn cơ bản cho các cơng
trình ngầm, là cơ sở để hình thành các tính tốn sau này.


23

III.

Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu:
Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc mô phỏng thực nghiệm bằng

phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là phần mềm Plaxis, giả định với tham số thay
đổi là: trình tự thi cơng, mơ hình sử dụng để mơ phỏng.
Việc mơ phỏng sẽ sử dụng dữ liệu đầu vào thực tế của tuyến Metro số 1 (Bến
Thành – Suối Tiên) tại mặt cắt nằm dưới ga Nhà Hát Lớn Thành Phố gồm: địa chất
từ đơn vị khảo sát, kích thước và trắc dọc tuyến từ đơn vị thiết kế.
Bên cạnh đó, luận văn cũng sẽ đưa ra một số trường hợp tương tự trên thế giới
đã ứng dụng và phân tích để người đọc có cái nhìn tổng qt và so sánh rõ ràng
hơn.


24

IV.

Nội dung nghiên cứu:
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, đề tài sẽ bao gồm các nội dung

được chọn lọc và phân tích như sau:
-

Tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới liên quan đến vấn
đề lựa chọn phương án đào hầm kín, về khoảng cách an toàn giữa hai hầm
song song. Tổng kết sơ bộ về các vấn đề cần được đặt ra và các khuyến cáo
từ những tác giả này.

-

Giới thiệu sơ bộ về thông tin dự án tuyến tàu điện ngầm số 1 (Bến Thành –
Suối Tiên). Bên cạnh đó, vấn đề biện pháp thi công cũng sẽ được khái quát
lại. Mặt khác, luận văn sẽ đi sâu hơn trong việc chi tiết hóa biện pháp thi

cơng bằng máy khiên đào được sử dụng cho tuyến Metro số 1 này.

-

Trình bày về cơ sở lý thuyết của việc tính tốn ứng suất – biến dạng cho
kết cấu hầm dạng vòng trịn, tiêu chuẩn Việt Nam về tính tốn cho hầm
dạng vòng tròn.

-

Tổng hợp kết quả khảo sát địa chất của tuyến và đặc biệt là khu vực có trắc
dọc tuyến là hai đường hầm song song trên – dưới.

-

Phân tích việc sử dụng các mơ hình tính tốn đất thích hợp dành cho khu
vực thành phố Hồ Chí Minh của tuyến Metro số 1 nói riêng và sử dụng cho
các mơ hình tính tốn của hầm nói chung khi áp dụng vào phần mềm
Plaxis 2D. Từ đó áp dụng vào thực tế bài tốn.

-

Ứng dụng mơ phỏng biện pháp thi công hai hầm bằng phần mềm Plaxis
với các biến số thay đổi là: trình tự đào hầm, mơ hình đất mơ phỏng sử
dụng. Từ đó, đưa ra các giới hạn cho từng trường hợp đào.

-

So sánh, tổng hợp giữa hai trình tự đào với các ưu - khuyết đểm để chọn
lựa trình tự đào hợp lý và khả thi hơn.

-

Đối chiếu kết quả nghiên cứu với các kết quả của những nghiên cứu cũ trên
thế giới về vấn đề này để đánh giá tính hợp lý cũng như độ tin cậy của kết
quả.


25

-

Lọc ra những hạn chế còn tồn đọng của đề tài, từ đó đưa ra những hướng
cho các nghiên cứu tiếp theo trong tương lai liên quan đến vấn đề này.

V.

Tính thực tiễn và tính khoa học của đề tài:
a. Tính thực tiễn của đề tài:
Đề tài được thực hiện trong giai đoạn dự án Metro số 1 đang là cơng trình thu

hút sự quan tâm của đơng đảo người dân cả nước nói chung, cư dân đang sống và
làm việc ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng. Trong đó, khơng thể thiếu sự đóng
góp những nghiên cứu của các kỹ sư xây dựng trong nghề. Bên cạnh những cải tiến
về đời sống, giao thông quan trọng, dự án còn là bước ngoặt lớn về sự phát triển cơ
sở hạ tầng, kỹ thuật thi công tiên tiến của Việt Nam, góp phần rút ngắn khoảng cách
về cơng nghệ với các nước đang phát triển.
Mặt khác, việc thi công công trình đoạn ngầm là vấn đề quan ngại nhất của
mọi người. Người dân trong khu vực thi công luôn trong trạng thái lo lắng vì ngay
dưới nhà ở đang bị đào hỗng bằng loại thiết bị lần đầu tiên được ứng dụng tại khu

dân cư của Việt Nam, vấn đề đặt ra ln là vấn đề “an tồn”: “Liệu việc tính tốn
cho biện pháp thi cơng rất mới mẻ như cơng nghệ TBM có được thực hiện kỹ lưỡng
và chính xác khơng?” hoặc “Có phải sẽ dễ dàng phát sinh những sự cố trong q
trình thi cơng?”… Một ví dụ của tai nạn lao động xảy ra trong quá trình thi công
hầm bằng phương pháp TBM là ở dự án ĐƯỜNG HẦM CAO TỐC 99 ở Seattle Ed
Murray làm 4 người công nhân bị thương do sập hệ thống cốt thép tường hầm. Ví
dụ khác là tai nạn sụt lún sân một tường đại học Paris khi TBM đi qua như hình bên
dưới: