Nghiên cứu ứng dụng công nghệ natm trong thíêt kế, thi công hầm và công trình ngầm ở việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.99 MB, 155 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---XW---
NGUYỄN XUÂN PHÚC
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NATM
TRONG THIẾT KẾ, THI CÔNG HẦM VÀ
CÔNG TRÌNH NGẦM Ở VIỆT NAM.
GVHD
: TS. LÊ VĂN NAM
CHUYÊN NGÀNH : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT.
MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ
T.P HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2006
CÔNG TRÌNH ĐƯC HÒAN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN NAM
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1: ………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 2: ………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……..tháng……..năm………..
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
-----------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc
------oOo-----
Tp. HCM, ngày
tháng
năm 2006
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : Nguyễn Xuân Phúc
- Phái
: Nam
Ngày sinh : 23-09-1977
- Nơi sinh : Nam Định
Chuyên ngành: Cầu tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ô tô
và đường sắt.
- Mã số học viên : 00104024
I/-TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NATM TRONG THIẾT
KẾ, THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM Ở VIỆT NAM.
II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu phương pháp thi công hầm và công trình ngầm được sử dụng
phổ biến trên thế giới hiện nay là phương pháp o mới (New Austrian
Tunneling Method - NATM).
Từ đó kiến nghị áp dụng rộâng rãi công nghệ NATM trong thiết kế, thi công
hầm và công trình ngầm ở Việt Nam.
2. NỘI DUNG:
Chương 1 : Tổng quan về công trình ngầm, các phương pháp thi công hầm và
công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam
Chương 2: Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ NATM
Chương 3: Tính tóan thiết kế hầm và công trình ngầm theo công nghệ NATM
Chương 4: Công nghệ thi công theo NATM
Chương 5: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ NATM trong công trình thực tế,
đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ NATM
Chương 6: Kết luận và kiến nghò
• Ngày giao nhiệm vụ
:
• Ngày hoàn thành nhiệm vụ
:
• Họ và tên cán bộ hướng dẫn
: TS. LÊ VĂN NAM
• Họ và tên cán bộ phản biện 1
:
• Họ và tên cán bộ phản biện 2
:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. LÊ VĂN NAM
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
Nội dung và đề cương Luận án thạc só đã được thông qua Hội đồng chuyên
ngành.
Ngày…………tháng……….năm 2006
TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH
TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH
LỜI CẢM ƠN!
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và những ý kiến đóng
góp qúy báu của TS. Lê Văn Nam trong thời gian học tập và thực hiện để luận
văn được hòan thiện. Cảm ơn TS. Trần Xuân Thọ đã cung cấp chương trình tính
tóan thiết kế hầm (phần mềm Plaxis 3D Tunnel Version 2).
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Qủan lý Sau
đại học, khoa Cầu Đường trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
tận tình giảng dạy những kiến thức khoa học và tạo những điều kiện tốt nhất về
vật chất và tinh thần để tôi hòan thành luận văn này.
Tác gỉa cũng xin cảm ơn Ban giám đốc Chi nhánh Công ty Tư vấn Công nghệ
Thiết bị và Kiểm định Xây dựng đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi
trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Vì thời gian và kiến thức còn hạn chế, hơn nữa lónh vực nghiên cứu rất rộng
nên quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, tác gỉa rất mong
nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của qúy thầy cô, các bậc tiền bối và các
bạn đồng nghiệp với lòng biết ơn chân thành nhất.
Nguyễn Xuân Phuùc
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Tóm tắt :
Phương pháp thi công hầm mới của o (NATM) là phương pháp thi công
hầm và công trình ngầm tiên tiến đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới.
Nhiều dự án xây dựng hầm qua những điều kiện địa chất khó khăn và đá yếu
đã được xây dựng thành công nhờ phương pháp NATM. Phương pháp NATM có
thể áp dụng được cho đá, đá yếu, đất cứng hoặc đất sét cố kết. NATM cũng
được áp dụng thành công trong xây dựng những hầm có kích thước mặt cắt
ngang lớn.
Việc áp dụng công nghệ NATM trong thiết kế, thi công hầm và công trình
ngầm đã mang lại hiệu qủa kinh tế và an tòan cao cho dự án.
Đề tài này trình bày khái niệm chung nhất về phương pháp thi công hầm mới
của o (NATM), giới thiệu trình tự thiết kế, thi công, các ưu nhược điểm, phạm
vi áp dụng, những phân tích về mặt kinh tế , kỹ thuật và an tòan của phương
pháp này. Từ đó, kiến nghị áp dụng công nghệ NATM trong thiết kế , thi công
hầm và công trình ngầm ôû Vieät Nam.
Summary:
New Austrian Tunneling Method (NATM) is forward tunnelling method in
the world.
Quite a lot of tunnels under difficult geological conditions and in weak rock
have been successfully constructed by NATM. NATM can be applied in rock,
soft rock, hard soils or overconsolidate. The NATM has been used successfully
for the construction of large tunnel cross sections.
The
Application of NATM in tunnel and underground design and
construction is bussiness-like economic and high safe project.
This topic presents the general concept of New Austrian Tunneling Method
(NATM), introducing design sequence, tunneling construction, advantages,
disadvantages and the field of application, some analysis and research in
technical, economic and safe of this method. Therefrom, petition is applied in
tunnel and underground design and construction in Vietnam.
Nguyễn Xuân Phúc
GVHD: TS. Lê Văn Nam
MỤC LỤC
Giới thiệu
1
Chương 1 : Tổng quan về công trình ngầm, các phương pháp thi công
hầm và công trình ngầm trên thế giới và ở Việt Nam.
2
1.1 Lịch sử phát triển xây dựng đường hầm và công trình ngầm.
1.1.1 Lịch sử phát triển.
1.1.2 các kiểu công trình ngầm chủ yếu
1.2 Tổng quan về các phương pháp thi công hầm và công trình ngầm
trên thế giới và ở Việt Nam.
1.2.1 Khái niệm cơ bản thi công đường hầm
1.2.2 Các phương pháp thi công hầm và công trình ngầm.
1.3 Đánh giá và đề xuất.
2
2
2
5
Chương 2: Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ NATM.
2.1 Phương hướng phát triển kỹ thuật thi công đường hầm
2.2 Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ NATM
2.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ NATM
5
5
17
18
18
18
26
Chương 3: Tính tóan thiết kế hầm và công trình ngầm theo công nghệ
NATM.
19
3.1 Trình tự thiết kế hầm theo phương pháp NATM.
3.1.1 Thiết kế tuyến.
3.1.2 Khảo sát chi tiết và phân lọai đất đá khu vực tuyến hầm.
3.1.3 Xử lý số liệu thiết kế.
3.1.4 Tính tóan thiết kế.
3.2 Một số vấn đề về địa chất và tính chất cơ lý của đất đá.
3.2.1 Những vấn đề địa chất có ảnh hưởng đến công trình ngầm.
3.2.2 Một số tính chất cơ lý của đất đá.
3.2.3 Đánh giá, phân lọai khối đá quanh công trình ngầm.
3.3 Tính toán áp lực địa tầng
3.3.1 Trạng thái ứng suất đất đá trước khi xây dựng công trình.
3.3.2 Trạng thái ứng suất đất đá sau khi đào công trình ngầm.
3.3.3 Trạng thái ứng suất - biến dạng của đá quanh công trình
ngầm
3.3.4. Áp lực đá lên hệ thống chống đỡ công trình ngầm.
3.4 Tính tóan kết cấu
3.4.1 Tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình ngầm .
3.4.2 Đặc điểm chịu lực của kết cấu vỏ hầm
3.4.3 Tính tóan khả năng chống đỡ.
3.5 Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính tóan công trình ngầm.
3.5.1 Khái niệm chung về phương pháp phần tử hữu hạn.
27
27
27
27
27
28
28
28
29
33
33
33
34
Nguyễn Xuân Phúc
38
43
43
44
45
50
50
GVHD: TS. Lê Văn Nam
3.5.2 Phương pháp PTHH trong tính tóan công trình ngầm.
3.5.3 Giới thiệu một số chương trình tính tóan.
Chương 4: Công nghệ thi công theo NATM.
4.1 Trình tự thi công theo phương pháp NATM
4.2. Công tác đào hầm.
4.2.1 Phương pháp đào hầm
4.2.2 Phương thức đào sâu và phân cấp đất đá
4.2.3 Khoan lỗ mìn nổ phá để đào sâu.
4.3 Công tác vận chuyển đất đá.
4.3.1 Bốc đất đá
4.3.2 Vận chuyển đất đá
4.4 Che chống lần đầu.
4.4.1 Điểm chung
4.4.2 Thanh neo hoặc dây neo.
4.4.3 Công nghệ phun bê tông
4.4.4 Giá vòm thép
4.4.5 Che chống liên hợp
4.4.6 Ổn định mặt đào và biện pháp phụ bảo đảm ổn định.
4.5 Đo đạc và giám sát khống chế.
4.5.1 Mục đích, nội dung đo đạc.
4.5.2 Phương pháp đo đạc
4.5.3 Kế họach đo đạc
4.5.4 Phân tích và phản hồi số liệu đo đạc
4.6 Che chống lần hai.
4.6.1 Phương pháp thi công che chống lần hai.
4.6.2 Các lọai cốp pha
4.6.3 Công tác chuẩn bị thi công vỏ hầm
4.6.4 Đổ bê tông, dưỡng hộ và tháo cốp pha
4.6.5 Ép vữa, vòm đáy và tấm đáy.
4.6.6 Thóat nước đường hầm
Chương 5: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ NATM trong công trình
thực tế, đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ NATM.
5.1 Nghiên cứu áp dụng công nghệ NATM
5.2 Đánh giá khả năng ứùng dụng công nghệ NATM
51
54
67
67
68
68
71
72
77
77
78
79
79
80
86
94
95
96
100
100
101
104
105
107
107
108
109
109
109
110
111
111
126
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
128
6.1 Các nhận xét, kết luận
6.2 Một số kiến nghị
128
129
Phụ Lục
130
Tài liệu tham khảo
141
Nguyễn Xuân Phúc
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Nguyễn Xuân Phúc
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây công trình ngầm đã được xây dựng rất phổ biến và
hiện đại. Những công trình này phục vụ cho giao thông vận tải xuyên qua núi
cao, sông rộng, hệ thống giao thông đô thị lớn, khai thác khoáng sản, nhà máy,
công trình thủy điện và phục vụ cho an ninh quốc phòng...
Đặc điểm kỹ thuật và thiết kế thi công công trình ngầm có nhiều điểm khác
với công trình xây dựng trên mặt đất. Các công trình ngầm được xây dựng trong
lòng đất, lòng núi, xuyên qua sông biển, việc thiết kế và thi công có liên quan
đến nhiều giải pháp kỹ thuật, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố chi phối, cho nên
phải xem xét tổng hợp nhiều vấn đề: quy mô và tầm quan trọng, độ sâu đặt công
trình ngầm, điều kiện địa kỹ thuật, điều kiện địa chất thủy văn, kích thước mặt
cắt ngang công trình, giá thành xây dựng....
QL1A là đường dọc chính xuyên suốt đất nước từ Bắc đến Nam, nối liền Hà
Nội và các tỉnh phía Bắc với TPHCM và các tỉnh phía Nam, luôn là trục đường
huyết mạch trong mạng lưới giao thông đường bộ của tòan quốc, góp phần đắc
lực trong sự phát triển chung của đất nước. Tuy nhiên, đọan cung đường đi qua
Miền Trung tại nhiều khu vực có địa hình phức tạp. Một bên quanh co là vách
núi, một bên là vực sâu nguy hiểm đã gây không ít khó khăn cho giao thông vận
tải và nguy cơ tai nạn giao thông cao. Việc xây dựng các công trình hầm giao
thông không những rút ngắn quãng đường vận chuyển so với đường đèo cũ có
nhiều dốc, cua ngoặt mà còn góp phần làm giảm tai nạn giao thông.
Cùng với sự phát triển của đất nước, nhiều công trình ngầm đã, đang và sẽ
được thi công ở Việt Nam như hầm đường bộ Dốc xây, Đèo Ngang, Hải Vân,
Đèo Cả trên quốc lộ 1A, Thủ Thiêm qua sông Sài Gòn, hầm A Ròang 1, A
Ròang 2 trên đường Hồ Chí Minh; hầm thủy điện Hòa Bình, Yali, Đại Ninh,
Buôn Elaup; hệ thống Metro ở Thành phố Hồ Chi Minh…..đó là một trong những
vấn đề rất cần thiết cho sự phát triển để đảm bảo sự vận chuyển hàng hóa, sự đi
lại của con người…
Với bước phát triển khoa học như vũ bão và sự ra đời của công nghệ mới –
công nghệ xây dựng hầm theo phương pháp mới của o - New Austrian
Tunneling Method (NATM) - con người có thể xây dựng ngầm dưới đất ở các
vùng địa chất phức tạp khác nhau làm cho công trình xây dựng hầm và công
trình ngầm an tòan, kinh tế và ngày càng hấp dẫn hơn.
Đề tài này tổng kết những khái niệm chung nhất về phương pháp thi công
hầm sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay là phương pháp NATM (New
Austrian Tunneling Method), giới thiệu trình tự thiết kế, thi công, các ưu nhược
điểm, phạm vi áp dụng, những phân tích về mặt kinh tế, kỹ thuật và an tòan của
phương pháp này.
Nguyễn Xuân Phúc
1
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM, CÁC PHƯƠNG
PHÁP THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN
THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH
NGẦM.
1.1.1 Lịch sử phát triển.
Thời thượng cổ con người đã biết đào các hầm ngầm đặc biệt để khai thác
quặng mỏ và than đá. Người La Mã đã xây dựng các đường hầm ngầm thủy lợi
đến nay vẫn còn tốt. Công trình ngầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas,
dài 155m được xây dựng từ năm 1676 đến năm 1681 cho kênh đào Midi ở miền
Nam nước Pháp.
Đến thế kỷ XIX, đặc biệt là vào thế kỉ XX, do yêu cầu mà giao thông đường
bộ, đường sắt, đường thủy và giao thông thành phố phát triển mạnh mẽ, nhất là
giao thông hầm đường bộ, đường sắt, đường thủy và hầm cho tàu điện ngầm.
Năm 1995 trung Quốc đã xây dựng hầm đường bộ Tần Lónh dài 19.45km đã
tạo một bước đột phá mới về kó thuật xây dựng đường hầm trong nước.
Vào cuối Thế kỉ XX kó thuật xây dựng hầm ngầm qua sông, qua eo biển đạt
bước phát triển mới đã có nhiều phương pháp thi công hữu hiệu. Năm 1988,
Nhật Bản đã xây dựng đường hầm đường sắt Seikan là hầm dài nhất thế giới,
tổng chiều dài 53.8km.
Năm 1991 nước Anh và nước Pháp xây dựng đường hầm xuyên qua eo biển
Manche nối liền nước Anh và nước Pháp dài 50km (trong đó có 37,5Km nằm sâu
cách mặt nước biển khỏang 100m).
1.1.2 Các kiểu công trình chủ yếu.
a. Hầm ngầm cho tàu thuyền. Được thiết kế cho tàu bè qua lại, rút ngắn quãng
đường vận chuyển.
b. Hầm thủy lợi
Công trình ngầm thường gặp trong hệ thống công trình thủy lợi là các hầm dẫn
nước để cung cấp nước tưới hoặc cấp nước trong các vùng dân cư (hình 1.1)
Hình 1.1 Một số tiết diện ngang hầm thủy lợi
Nguyễn Xuân Phúc
2
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
c. Hầm kó thuật trong thành phố
Hầm ngầm kó thuật trong thành phố để bố trí các công trình hạ tầng kó thuật
như: thóat nước mưa, thóat nước bẩn, cấp nước sạch, cấp năng lượng, thông tin…
d. Hầm thủy điện
Trong các nhà máy thủy điện, việc dẫn nước vào để chạy tuabin, cũng như xả
nước thường dùng phương án đường hầm vì có thể dẫn nước đi theo tuyến ngắn
nhất, đảm bảo ít mất mát năng lượng nhất.
Hình 1.2 Hầm thủy điện Đại Ninh
Hình 1.3 Hầm thủy điện Buôn Elaup
e. Cống ngầm. Được thiết kế để để gom, tháo nước mưa, nước bẩn trong các
thành phố hoặc khu dân cư (hình 1.4).
Hình 1.4 Một số mặt cắt ngang cống gom
f. Hầm đường sắt.
Các tuyến đường giao thông gặp chướng ngại vật như núi cao không thể vượt
lộ thiên được thí phải xây dựng ngầm. Các công trình hầm đường sắt, đường bộ
được xây dựng xuyên qua đồi núi để rút ngắn quãng đường vận chuyển và làm
giảm tai nạn giao thông.
Nguyễn Xuân Phúc
3
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Hình 1.5 Hầm Beacon Hill (Mỹ)
Chương 1
Hình 1.6 Hầm Seikan (Nhật Bản)
g. Hầm đường bộ
Hình 1.7 Hầm đường bộ Hải Vân
Hình 1.8 Hầm Aeschertunnel
h. Đường tàu điện ngầm
Công trình giao thông ngầm có giá lớn nhất hiện nay tại các đô thị hiện đại là
các tuyến tàu điện ngầm. Được xây dựng sâu dưới mặt đất thường từ 30-50m,
công trình này rất phức tạp và kinh phí xây dựng cao. Song tại các đô thị lớn,
xây dựng hệ thống tàu điện ngầm là một trong những biện pháp tối ưu để giải
quyết vấn đề giao thông đô thị.
Hình 1.9 Mặt cắt ngang đường tàu điện ngầm
Nguyễn Xuân Phúc
4
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG
TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.
1.2.1 Khái niện cơ bản thi công đường hầm.
Thi công đường hầm là thuật ngữ gọi chung phương pháp thi công xây dựng, kó
thuật thi công và quản lý thi công các đường hầm và công trình ngầm.
Lựa chọn phương pháp thi công chủ yếu phải dựa vào điều kiện địa chất và địa
chất thủy văn, kết hợp với mặt cắt đường hầm, kiểu vỏ, công năng sử dụng và
trình độ kỹ thuật thi công cùng một số nhân tố khác nghiên cứu cân nhắc, tổng
hợp lại để quyết định.
1.2.2 Các phương pháp thi công hầm và công trình ngầm
Dựa vào tình hình tầng đất mà đường hầm xuyên qua và sự phát triển phương
pháp thi công hầm hiện nay, phương pháp thi công hầm có thể được phân ra:
1.2.2.1 Phương pháp mỏ (phương pháp khoan nổ) :
Gồm phương pháp mỏ truyền thống và phương pháp làm hầm mới của nước
o. Đây là phương pháp thi công đường hầm trên núi.
Phương pháp mỏ truyền thống là phương pháp phát triển lên trong thực tiễn
thi công lâu dài của con người. Phương pháp này dùng cấu kiện gỗ hay thép làm
che chống tạm thời, đợi cho đến khi đường hầm hình thành xong, dần dần đem
hệ che chắn tạm thời thay bằng vỏ xây tòan khối có tính vónh cửu.
Hình 1.10 Che chống tạm thời bằng cấu kiện thép, gỗ
Phương pháp thi công đường hầm mới của o (New Austrian Tunneling
Method - NATM). Năm 1948, các nguyên lý của NATM đã được công bố do nhà
bác học người o L.V.Rabcewicz đề xuất, nội dung là: với một che chống dẻo
đầu tiên một sự cân bằng mới đã đạt được. Việc ấy được kiểm sóat bằng các đo
đạc tại chỗ . Sau khi đã đạt được sự cân bằng mới thì một vòm bên trong sẽ được
xây dựng.[9]
Nguyễn Xuân Phúc
5
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.11 Thi công theo phương pháp mới của o (NATM)
Phương pháp NATM lấy phun bê tông và neo làm biện pháp che chống sơ bộ
chủ yếu thông qua giám sát đo đạc khống chế biến dạng. Phương pháp này dựa
trên cơ sở kó thuật phunbê tông, neo tổng kết lại và đề xuất.
Việc áp dụng và phát triển kó thuật che chống bằng phun bê tông và neo đã
dẫn lý luận hầm và công trình ngầm bước vào lónh vực mới của lý luận hiện đại
và cũng khiến cho việc thiết kế và thi công hầm và công trình ngầm phù hợp với
công trình thực tế dưới đất. Do vậy phương pháp NATM là phương pháp thi công
đã được ứng dụng rộng rãi trong phạm vi tòan thế giới.
Tại Châu u, rất nhiều hầm và công trình ngầm đã được xây dựng theo
nguyên lý NATM (hình 1.12; hình 1.13).
Hình 1.12 Hầm Wienerwald (o)
Hình 1.13 Hầm Old Loreley (Đức)
Từ những năm 1960, NATM, phương pháp làm hầm mới của Châu u đã
được áp dụng Trung Quốc. NATM đã trở thành một phương pháp phổ biến trong
việc xây dựng công trình ngầm ở Trung Quốc (hình 1.14; hình 1.15).
Nguyễn Xuân Phúc
6
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.14 Metro Beijing
Hình 1.15 Hầm Zhong Nan Highway
Đường cao tốc Tomei –Meishin là dự án phát triển giao thông lớn nhất của
Nhật Bản. Đường cao tốc mới bao gồm 167 hầm với tổng chiều dài 224Km.
Trong đó hầm Shimizu số 3 được thiết kế và thi công theo công nghệ NATM
(hình 1.16).
Hình 1.16 Hầm Shimizu No #3
Tại Việt Nam, hầm đường bộ đèo Hải Vân khẩu độ 12.85m cao 11m dài hơn
6.7km là một trong những dự án giao thông quan trọng áp dụng khoa học công
nghệ tiên tiến – Công nghệ NATM – lần đầu tiên được thực hiện tại Việt Nam.
Sau khi hòan thành đường hầm, không những tuyến QL1A được thông thương
thuận lợi từ Bắc vào Nam, mà còn là công trình góp phần quan trọng vào phát
triển kinh tế miền Trung nói riêng, cả nước nói chung. Rút ngắn chiều dài vận
chuyển trên đường đèo nguy hiểm từ 22 km xuống còn 12Km, giảm ách tắc, tai
nạn giao thông (hình 1.17).
Hình 1.17 Hầm đường bộ Hải Vân
Nguyễn Xuân Phúc
7
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hầm đường bộ Đèo Ngang có tổng chiều dài 2.849m, trong đó hầm dài
495m, công trình lớn thứ 2 sau Hầm đường bộ Hải Vân được thiết kế và xây
dựng theo phương pháp NATM. Dự án được hòan thành đã góp phần cải thiện
giao thông từ Vinh và các tỉnh phía Bắc đi Huế, Đà Nẵng và các tỉnh phía Nam
(hình 1.18).
Hình 1.18 Hầm đường bộ Đèo Ngang
1.2.2.2 Phương pháp dùng máy đào các lọai
Phương pháp dùng máy đào các lọai thích hợp với thi công đường hầm trên
núi, thi công đường hầm nông và trong đất mềm .
Hình 1.19 Thi công bằng máy đào TBM (Tunneling Boring Machine)
Nguyễn Xuân Phúc
8
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.20 Phương pháp thi công hầm bằng máy đào các lọai
Vào những năm 1930 một số nước đã thi công hầm bằng máy đào. Tùy theo
sự phát triển của kỹ thuật máy đào và tính năng ngày càng hòan thiện của nó
mà thi công bằng máy đào hầm đã được phát triển hiện đại. Máy đào thường
được sử dụng là máy đào tòan mặt cắt (Tunneling Boring Machine gọi tắt là
TBM) (hình 1.21) và máy đào liên hợp (hình 1.22).
Hình 1.21 Một số lọai máy đào TBM (Tunneling Boring Machine)
Nguyễn Xuân Phúc
9
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.22 Một số lọai máy đào liên hợp dạng cần.
Hầm đường dài qua eo biển Manche giữa Anh và Pháp dùng máy đào để
hòan thành. Thụy sỹ hầm đường sắt Gothard xuyên qua dãy núi Alpes dài
khoảng 57Km, dùng máy đào để thi công (hình 1.23).
Hình 1.23 Hầm qua eo biển Manche giữa Anh và Pháp
Nguyễn Xuân Phúc
10
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hầm thủy điện Đại Ninh dài 11.3Km, đường kính 5.5m, sử dụng máy đào
TBM để thi công, đây là thiết bị hiện đại đầu tiên được xây dựng ở Việt Nam
với tốc độ thi công hầm (kể cả đào và lắp vỏ bê tông) đạt bình quân 400500m/tháng (hình 1.24)
Hình 1.24 Thi công hầm thủy điện Đại Ninh
Việt Nam đã dùng máy đào kết hợp nổ phá tòan tiết diện xây dựng hầm
đường bộ qua đèo hải Vân dài 6.7Km
1.2.2.3 Phương pháp đào lộ thiên .
Phương pháp thích hợp với thi công đường hầm nông và trong đất mềm
Hình 1.25 Dùng máy đào thi công
Hình 1.26 Thi công hầm Taguatinga
Là phương pháp đào trên mặt đất , đào từ trên xuống dưới (hình 1.25) sau khi
đạt cao độ thiết kế xong, lại từ đáy thi công thuận chiều từ dưới lên trên, hòan
thành kết cấu chính của đường hầm, cuối cùng lấp hố đào và khôi phục mặt đất
lại như cũ.
1.2.2.4 Phương pháp tường liên tục dưới đất thi công hầm trong đất mềm yếu
Vào những năm 1950 xuất hiện tường bê tông cốt thép liên tục dưới đất. Lọai
tường này thay thế cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông cốt thép có tác dụng chắn đất,
chịu lực và phòng nước.
Tường liên tục dưới đất được phân chia thành : tường liên tục dưới đất đổ tại
chỗ (hình 1.27), tường liên tục dưới đất đúc sẵn, tường liên tục dưới đất gồm
Nguyễn Xuân Phúc
11
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
hàng cọc. Ứng dụng tường dưới đất làm kết cấu che chắn để đào hố móng, cũng
có thể làm một bộ phận của kết cấu dưới đất.
Hình 1.27 Thi công theo phương pháp tường liên tục dưới đất
Hình 1.28 Thiết bị đào đất
Hình 1.29 Xây dựng hầm Street 63rd (Mỹ)
1.2.2.5 Phương pháp khiên:
Thi công bằng khiên (Sheild Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng
khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất, thích ứng với đường hầm thi công
trong đất mềm có nước . Khiên là một lọai kết cấu ống thép họat động dưới sự
che chống áp lực địa tầng lại có thể tiến lên trong địa tầng. Đọan đầu ống có
thiết bị che chống và đào đất, đọan giữa ống được lắp các kích đẩy cho máy tiến
lên, đuôi của ống có thể được lắp các ống bê tông vỏ hầm đúc sẵn hoặc các
vành thép để đổ bê tông vỏ hầm. Mỗi lần khiên tiến lên cự ly một vòng, thì sẽ
lắp đặt hoặc đổ tại chỗ một vòng vỏ hầm dưới sự che chống của khiên, đồng thời
người ta ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng sau lưng các vòng bê tông để đề
phòng hầm và mặt đất bị lún xuống. Phản lực đẩy khiên tiến lên do vòng bê
tông vỏ hầm chịu đựng (hình 1.30).
Nguyễn Xuân Phúc
12
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.30 Thi công theo phương pháp khiên
Vào đầu thế kỉ XX, phương pháp thi công bằng khiên đã được đẩy mạnh ở
các nước Mó, Anh, Đức, Liên Xô, Pháp (hình 1.21; hình 1.32). Chỉ trong thập kỉ
30-40 tại các nước ấy đã dùng khiên xây dựng nhiều tuyến đường hầm Metro,
đường hầm ô tô qua sông với đường kính từ 3.0-9.5m.
Hình 1.31 Hầm Queens – Midtown
Hình 1. 32 Hầm Brooklyn Battery
Từ những năm 60 của thế kỉ XX, phương pháp thi công bằng khiên ở Nhật
Bản phát triển rất nhanh, phần lớn dùng cho thi công các đường metro ngầm
trong các thành phố.
Nguyễn Xuân Phuùc
13
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.33 Một số lọai khiên đào
Năm 1984, Thượng Hải chế tạo khiên đường kính 11.32m xây dựng thành
công đường ô tô ngầm dưới đáy sông phía Đông đường Hòang Phố Giang – Diên
An. Hầm Fuxing Donglu dài 2785m thi công bằng khiên hòan thành 12/2004
(hình 1.34).
Hình 1.34 Hầm Fuxing Donglu (Trung Quốc)
Nguyễn Xuân Phúc
14
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
1.2.2.6 Phương pháp hạ chìm.
Kó thuật thi công đường hầm bằng hạ chìm xuống đáy nước là một phương
pháp mới có hiệu quả để thi công đường hầm xuyên qua đáy sông ngòi, eo biển.
Các đọan hầm được chế tạo sẵn trên đảo khô (xây dựng tạm thời tại địa điểm
gần đường hầm) (hình 1.35a). Các đọan hầm được bịt kín tạm thời, sau đó vận
chuyển nổi các đọan hầm đó đến nơi quy định (hình 1.35b). Lúc đó tại vị trí quy
định đã chế tạo sẵn một hố móng ở đáy nước. Đợi cho khi đọan hầm được định
vị xong, cho chất nước tăng tải trọng cho đường hầm để hạ chìm xuống vị trí
thiết kế, nối liền đọan ấy với những đọan đã lắp trước, xử lý nền móng. Cuối
cùng phủ đất đá đắp lại (hình 1.35c).
a. Đọan hầm chế tạo sẵn
b. Vận chuyển các đọan hầm đến vị trí
c. lắp đặt và xử lý móng
Hình 1.35 Thi công hầm theo phương pháp hạ chìm
Năm 1894, ở Mỹ tại thành phố Boston đã dùng phương pháp hạ chìm xây
dựng thành công một đường hầm dẫn nước dưới sông.
Năm 1993, dưới sông Châu Giang ở Quảng Châu Trung Quốc đã xây dựng
đường hầm đầu tiên bằng phương pháp hạ chìm.
Năm 2001 Trung Quốc xây dựng hầm đường bộ Waihuan qua sông Hòang
Phố ở thành phố Thượng Hải, hầm dài 2880m trong đó có 736m thi công theo
phương pháp hạ chìm. Kết cấu hầm gồm ba ngăn, chiều rộâng tổng cộng 43m,
cao 9.55m dài từ 100m -108m, nặng 43.000 tấn (hình 1.36).
Nguyễn Xuân Phúc
15
GVHD: TS. Lê Văn Nam
Chương 1
Hình 1.36 Kết cấu vỏ hầm Waihuan
Ở Việt Nam hầm Thủ Thiêm dài 1490m trong đó có 371m thi công hạ chìm
dưới sông Sài Gòn. Gồm 4 đốt hầm, mỗi đốt có dạng hộp đôi rộng 33.3m, cao
9m dài khỏang 90m nặng 36.000 tấn (hình 1.37).
Hình 1.37 Mô hình hầm Thủ Thiêm
Kó thuật thi công đường hầm chủ yếu nghiên cứu giải quyết: các phương án
và biện pháp kó thuật cần thiết cho các lọai phương pháp thi công đường hầm nói
trên (như phương án và biện pháp thi công đào, tiến sâu, che chắn, xây vỏ); biện
pháp thi công khi đường hầm đi qua các vùng địa chất đặc biệt (như đất trương
nở, hang động caxtơ, đất sụt, cát chảy, tầng đất có khí mêtan…); phương pháp và
các phương thức thông gío, chống bụi, phòng khí độc, chiếu sáng, cung cấp điện
nước và các phương pháp đo đạc, giám sát, khống chế đối với các thay đổi giới
chất của hầm.
Quản lý thi công đường hầm chủ yếu giải quyết thiết kế tổ chức thi công (như
lựa chọn phương án thi công, biện pháp kó thuật thi công, bố trí hiện trường,
khống chế tiến độ, cung ứng vật liệu, lao động, máy móc…) và một số vấn đề
khác như quản lý kó thuật, kế họach, chất lượng, kinh tế….
Nguyễn Xuân Phúc
16
