Nghiên cứu tính toán và thi công đường hầm bằng phương pháp khiên đào trong điều kiện tp hcm

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------

LÊ GIA HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG ĐƯỜNG
HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHIÊN ĐÀO TRONG
ĐIỀU KIỆN TP. HCM
Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2007


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

MỤC LỤC
Trang
Phần Mở Đầu : Đặt Vấn Đề Nghiên Cứu

7

Chương 1: Hệ Thống Phân Loại Đất Đá Trong Thi Công Hầm Và Điều Kiện
Địa Chất Ở Tp. Hồ Chí Minh

9

1.1. Hệ thống phân loại đất đá trong thi công hầm

9

1.2. Điều kiện khí hậu, địa chất ở Tp. Hồ Chí Minh

11

1.3. Nhận xét sơ bộ

18

Chương 2: Tổng Quan Về Các PP Thi Công Hầm Trong Đất Yếu

20

2.1 Phương pháp xây dựng đường hầm

20

2.2 Một số sự cố trong thi công hầm đã gặp

74

2.3 Nhận xét sơ bộ

77

Chương 3: Cơ Sở Tính Toán Đường Hầm Thi Công Bằng PP Khiên Đào.

78

3.1. Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm

78

3.2. Các phương pháp tính toán đường hầm

85

3.3. Sử dụng chương trình Plaxis 3d tunnel trong tính toán hầm

90

3.4. Nhận xét sơ bộ

93

Chương 4: Tính Toán Đường Hầm Trong Điều Kiện Địa Chất Ở TP. HCM 94
4.1 Mô phỏng bài toán và tính toán

94

4.2 Kết quả tính toán và nhận xét

95

Phần Kết Luận Và Kiến Nghị
99

Tài liệu tham khảo

Trang 6


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

PHẦN 1
ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây Việt Nam là nước có sự phát triển mạnh mẽ về
mọi mặt, đặt biệt là sự kiện Việt Nam chính thức gia nhập tổ chức Thương mại
Thế Giới (WTO) kể từ ngày 11/01/2007. Trong công cuộc hiện đại hoá và công
nghiệp hóa đất nước việc xây dựng hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò rất quan trọng,
góp phần xây dựng đô thị hiện đại, thu hút đầu tư từ nước ngoài. Tuy nhiên tại
các Thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… đất đai rất
đắt đỏ và khan hiếm, giải quyết tình trạng ách tắc giao thông, ô nhiễm môi
trường, ngập úng vào mùa mưa cần có một hệ thống giao thông hoàn chỉnh.
Trong thời gian tới việc xây dựng hệ thống công trình ngầm trong điều kiện như
thế là rất cần thiết và phù hợp với xu hướng quy hoạch đô thị trong tương lai.
Thành phố Hồ Chí Minh là một thành phố đầy năng động, thu hút nhiều
thành phần đầu tư, có tốc độ phát triển kinh tế rất cao. Nhu cầu giao thông công
cộng là rất lớn. Vì vậy xây dựng các tuyến đường hầm là rất cần thiết. Trong
xây dựng đường hầm, phương pháp xây dựng đường hầm đóng vai trò rất quan
trọng nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất tuyến công trình đi qua, vị trí sử dụng
đất của tuyến công trình.
2. MỤC ĐÍCH
p dụng phương pháp khiên đào trong điều kiên địa chất và vị trí trong khu
đô thị như Thành phố Hồ Chí Minh. Lập cơ sở tính toán để tính kết cấu công
trình ngầm ứng với trường hợp này.

Trang 7


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

3. ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu về phương pháp thi công đường hầm bằng khiên đào trong điều
kiện địa chất tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. Tính toán kết cấu công trình
ngầm trong trường hợp sử dụng khiên đào.
4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Trong điều kiện Việt Nam chưa có nhiều kỹ thuật và kinh nghiệm các công
trình thực tế về thi công cũng như phát triển công nghệ đường hầm thì những
nghiên cứu ứng dụng các phương pháp đã được áp dụng ở các nước phát triển là
cần thiết. Vì vậy nghiên cứu về phương pháp khiên đào trong đường hầm cũng
là một cách tiếp cận về công nghệ tiên tiến trên thế giới nhằm ứng dụng vào các
công trình thực tiễn tại Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên lãnh thổ Việt
Nam noùi chung.

Trang 8


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG

HẦM VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT Ở TP. HỒ CHÍ MINH
1.1. HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG HẦM
Trong quá trình thực hiện công trình ngầm việc xác định được loại đất đá
nhằm một số mục đích sau:
- Xác định những thông số cơ bản nhất ảnh hưởng đến trạng thái đất đá.
- Phân chia khối đất đá thành các nhóm có ứng xử tương tự nhau.
- Xác lập cơ sở để nhận biết đặt tính của từng nhóm.
- Lập tương quan thực nghiệm về các đặc điểm của khối đất đá ở điều kiện
đang xét so với các điều kiện tương tự khác.
- Nêu ra những số liệu định lượng để tham khảo cho thiết kế.
- Làm cơ sở chung cho việc thông tin, thu thập dư liệu giữa các kỹ sư xây
dựng và các nhà địa chất.
Có rất nhiều phương pháp phân loại khối đất đá, tuy nhiên theo phương
pháp luận có thể chia làm hai nhóm:
- Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo tải trọng khối đất đá.
- Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo thời gian.
Phân loại cấp đất đá theo hệ số bền vững f của M. M. Protodjakonov
Bảng 1.1

I

Mức độ bền
chắc của đá
Chắc nhất

II

Rất chắc

II

Chắc

Cấp đất đá

Tên đá

F

Quaczit và bazan chắc nhất
Đá granit rất chắc, các loại đá pocfia thạch
anh, silic, quaczit, cát kết và đá vôi rắn
chắc nhất
Granit chặt, cát kết và đá vôi rắn rất chắc.
Mạch quặng thach anh. Cuội kết rắn chắc.

20

Trang 9

15
10


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

IIIa

Chắc

IV
Iva

Khá chắc
Khá chắc

V
Va

Trung bình
Trung bình

Quặng sắt rất rắn chắc
Đá vôi rắn chắc. Granit kém rắn chắc. Cát
kết rắn chắc. Đá hoa, đolomit rắn chắc
Cát kết thường. Quặng sắt
Phiến thạch cát
Phiến thạch sét rắn chắc. Cát kết và đá vôi
kém rắn chắc. Cuội kết mềm. Phiến thạch
kém rắn chắc. Các loại đá manơ chặt

8
6
5
4

Phiến thạch mềm. Đá vôi, đá phấn, muối
mỏ, thạch cao rất mềm. Đá manơ thường

VIa
Khá mềm
Phiến thạch bị phá hoại, than đá rắn chắc
1,5
VII
Mềm
Sét chặt, than đá mềm. Đất bồi chắc
1,0
VIIa
Mềm
Sét cát nhẹ, đất lớt
0,8
VIII
Đất
Đất trồng, than bùn, cát pha nhẹ
0,6
IX
Đá rời
Cát, lở tích, dăm nhỏ, đất đắp…
0,5
Đất cát chảy, đất lầy, đất lót bị chảy nhão
X
Đất chảy
0,3
và các loại đất chảy nhảo khác
Phân loại cấp đất đá theo phương pháp Terzaghi: phương pháp này đánh giá tải
VI

Khá mềm

trọng của đá, xác định vùng suy yếu trên nóc công trình phụ thuộc vào chiều
rộng b và chiều cao h của đường hầm như bảng 1.2 sau:
Bảng 1.2
Cấp đất đá

Chiều cao
vùng suy yếu

Phản ứng của đất đá

Có thể nổ đá, sập lở nhỏ, không có
áp lực bên sườn hầm.
B- Đá cứng: phân lớp ngang
0 – 0,5b
Sập lở nóc, không có áp lực bên
Phân lớp đứng
0 – 0,25b sườn hầm
C- Đá cứng, nức nẻ không
0,25–
Sập đá nóc, áp lực bên sườn hầm
đều
0,35(b+h) không đáng kể hoặc không có
D- Đá cứng chắc, nức nẻ: đá
0,35–
Nóc không ổn định, áp lực sườn
cứng và giòn, đất rời
0,1(b+h) hầm từ nhỏ đến trung bình
E- Đất dính ở gần mặt đất
1,1–2,1(b+h) Không ổn định, áp lực sườn hầm lớn
F- đất dính ở độ sâu lớn

2,1–4,5(b+h) Không ổn định, áp lực sườn hầm lớn
A- Đá cứng cấu tạo khoái

0 – 0,25b

Trang 10


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Phương pháp chỉ số của khối đá RMR (Rock Mass Rating) do Bieniawski
đề xuất. Nó dựa trên 6 thông số đo ở hiện trường và trong lỗ khoan.
RMR = R βS + R RQD + R dj + R cj + R w + R oj
Trong đó:

R βS
R

: kể đến độ bền nén đơn trục của mẫu đá;

R RQD : xét tới chỉ số RQD;
R dj

: xét khoảng cách mặt gián đoạn;

R cj

: xét đặc điểm gián đoạn;

Rw

: xét ảnh hưởng của nước trong khối d;

R oj

: xét hướng của các mặt gián đoạn.

Phương pháp NGI (Norway Geotechnical Institute): phường pháp này do
Viện địa kỹ thuật Na Uy đề xuất đánh giá chất lượng đá trong đường hầm thông
qua hệ thống Q.

Q=

RQD Jr Jw
Jn Ja SRF

Trong đó:

RQD được lấy chẵn từ 5 đến 10 đến 100;
J n : chỉ số ảnh hưởng của số lượng các hệ khe nứt;
J r : chỉ số thể hiện độ nhám của khe nứt;
J a : chỉ số thể hiện trạng thái của khe nứt khi thành khe nứt

tiếp xúc được với nhau khi trượt.
1.2. ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU - ĐỊA CHẤT TẠI TP. HCM
1.2.1. Đặc Điểm Khí Hậu.

Thành phố Hồ Chí Minh có điều kiện khí tượng thuỷ văn trong khu vực

mang các nét đặc trưng khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, hàng năm
có hai mùa rõ rệt là mùa khô mùa mưa; khí hậu có tính ổn định cao, sự thay đổi
giữa các năm nhỏ, hầu như không có bão lụt hoặc chỉ bị ảnh hưởng nhẹ, không
đáng kể.
Trang 11


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Nhiệt độ không khí ít thay đổi giữa các tháng trong năm, biên độ dao động
khoảng từ 10oC – 15oC, nhiệt độ trung bình hằng năm là 27oC.
Độ ẩm không khí rất cao, vào các tháng mùa mưa độ ẩm không khí lên đến
mức bão hòa 100%, vào các tháng mùa khô độ ẩm giảm.
Lượng bốc hơi hằng năm tương đối lớn, lượng bốc hơi lớn trong các tháng
mùa khô, bình quân trong các tháng nắng: 5 – 6 mm/ ngày.
Chế độ mưa:
- Lượng mưa vào mùa mưa chiếm 95% lượng mưa cả năm.
- Lượng mưa vào mùa khô chiếm 5% lượng mưa cả năm.
- Số ngày mưa trung bình năm: 154 ngày.
- Số ngày mưa trung bình tháng: 22 ngày (mùa mưa từ tháng tư đến tháng
11).
- Lượng mưa bình quân năm: 1979 mm.
- Cường độ mưa: được thống kê với chuỗi số liệu từ 1953 đến 1989, một
biểu đồ mưa được xây dựng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh biểu thị mối
tương quan giữa cường độ mưa và thời gian mưa theo các tần suất khác nhau.
Biểu đồ này được sử dụng đưa vào tính toán.
Bức xạ mặt trời: Lượng bức xạ mặt trời trong năm phụ thuộc vào số giờ
nắng trung bình, cực đại, cực tiểu; số giờ nắng trung bình tăng lên trong các

tháng ở mùa khô từ 222,7 giờ đến 272 giờ (tháng 12 đến tháng 3), vào mùa mưa
số giờ nắng trung bình giảm từ 195,4 (tháng 5) xuống 162 giờ (tháng 9). Số giờ
nắng trung bình cả năm 2488,9 giờ.
Gió bão:
Vùng duyên hải Việt Nam có hai mùa gió chính Đông Bắc và Tây Nam với
tốc độ trung bình 5 - 10m/s;

Trang 12


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu rất ít chịu ảnh hưởng của gió
bão, nếu có cũng chỉ là bão cuối mùa, tốc độ gió thường không lớn, tốc độ gió
lớn nhất đo được 36m/s vào các năm 1972 theo hướng Đông. Theo báo cáo kết
quả tổng hợp qua các năm của các thời kỳ, khu vực thành phố Hồ Chí Minh –
Vũng Tàu tồn tại 3 hệ thống gió chính như sau:
- Hướng Tây Nam: tần suất 63%, xuất hiện từ tháng 7 – 10, tốc độ gió trung
bình từ 4 – 8m/s, tốc độ lớn nhất 28m/s.
- Hướng Đông Nam: tần suất 30%, xuất hiện từ tháng 2 – 6, tốc độ gió
trung bình từ 1 – 12m/s, tốc độ lớn nhất 24m/s.
- Hướng Đông Bắc: tần suất thấp nhất chiếm 7%, thời gian xuất hiện từ
tháng 11 năm trước đến tháng 6 năm sau, tốc độ gió trung bình từ 1 – 8m/s, tốc
độ lớn nhất 24m/s.
Chu kỳ xuất hiện gió có tốc độ trên 20m/s rất lớn:
- Tốc độ v = 25m/s khoảng 10 năm 1 lần.
- Tốc độ v = 28m/s khoảng 25 năm 1 lần.
- Tốc độ v = 33m/s khoảng 50 năm 1 lần.

Theo các số liệu của Đài khí tượng thủy văn thành phố Hồ Chí Minh, trong
thời kỳ 1929 – 1983 đã ghi nhận được cả thảy 6 cơn bão đi qua khu vực Vũng
Tàu – thành phố Hồ Chí Minh, tốc độ gió cực đại không quá 30m/s. Theo tính
toán, tốc độ gió với tần suất 1% là 38m/s.
Nói chung, khí tượng thời tiết không ảnh hưởng đến việc thi công công
trình, tuy nhiên nên hạn chế thi công trong mùa mưa các hạng mục cần tránh
mưa.
1.2.2. Điều kiện thuỷ văn
Thành phồ Hồ Chí Minh nằm ở hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai; sông Sài
Gòn bắt nguồn từ tỉnh Tây Ninh, chảy xuôi đến hợp lưu với sông Đồng Nai taïi
Trang 13


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

phía Nam Cát Lái (Đèn Đỏ); sông Đồng Nai là sông lớn thứ hai tại miền Nam
Việt Nam về lưu lượng cũng như chiều dài. Sông Đồng Nai bắt nguồn từ cao
nguyên Trung Nam Bộ, nhập vào sông La Ngà trước khi đổ vào hồ chứa Trị An,
tại hạ nguồn hồ chứa, sông nhận nước từ Sông Bé và chảy xuôi vào sông Sài
Gòn để tạo thành sông Nhà Bè.
Diện tích và chiều dài của các sông chính trong lưu vực được ghi trong bảng
dưới đây:
Bảng 1.1: Phác họa các sông chính
Tên sông
Diện tích lưu vực (km2)
Chiều dài (km)
Đồng Nai
14.800

476
La Ngà
4.200
290
Sài Gòn
4.500
280
Sông Bé
7.650
350
Các sông và kênh tại thành phố Hồ Chí Minh kết hợp thành một mạng lưới
chằng chịt và phức tạp; mạng lưới này tương đối dầy với tổng chiều dài kênh
gần 100km. Các kênh chính (55km) là kênh Bến Nghé, Tham Lương, Vàm
Thuật, Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tàu Hủ, Đôi, Tẻ và Tân Hòa Lò Gốm. Mạng lưới
kênh này bị ảnh hưởng mạnh của thủy triều; nhiều kênh bị ảnh hưởng từ nhiều
hướng; thời gian thủy triều cao từ tháng Chín đến tháng Mười hai, triều thấp từ
tháng Tư đến tháng Tám và triều trung bình từ tháng Giêng đến tháng Ba.
Theo hồ sơ thu thập được từ Trung tâm khí tượng thủy văn phía Nam, mực
nước lớn nhất giao động với chu kỳ thủy triều cho 1 ngày và đêm, từ 13 đến 28
tháng 6, 1993 là.
H triều lớn nhất = 2.97 m.
Tại Trạm Phú An trên sông Sài Gòn (106042’ vó độ Bắc khoảng 350m
thượng lưu của địa điểm hầm Thủ Thiêm).

Trang 14


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Mực nước cũng bị ảnh hưởng của các biến động khí hậu theo mùa: mùa
mưa (từ tháng 6 đến tháng 12), sau đó là mùa khô. Chênh lệch mực nước khoảng
75cm giữa tháng 10 (cả hai tháng đều là tháng mưa lớn nhất) và tháng Ba- tháng
Tư (các tháng khô nhất). Trong mùa khô, do lưu lượng thấp, ảnh hưởng độ mặn
của sông tương đối quan trọng:
Lưu lượng của sông tuỳ thuộc phần lớn vào mực nước mưa trong lưu vực;
lượng mưa trung bình hàng năm trong khu vực khoảng 1548 mm, thấp nhất trong
miền duyên hải (1200mm) và tăng dần trong vùng Đông Bắc( 1600-2000mm).
Kiểu lưu lượng sông trong lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn được xác định như sau:
- Lưu lượng của sông phụ thuộc phần lớn vào mực nước mưa. Mực nước rất
thấp trong mùa khô, đặc biệt vào cuối mùa khô (tháng 3- tháng 4) và cao trong
mùa mưa, nhất là vào tháng 8 và tháng 9.
- Việc vận hành của hồ chứa Trị An và Dầu Tiếng ảnh hưởng lớn đến lưu
lượng của sông. Đặc tính của dòng chảy sông tại hạ lưu sẽ thay đổi.
- Căn cứ vào mực nước hàng năm cao nhất/thấp nhất do Trung tâm khí
tượng thủy văn miền Nam cung cấp, đặc tính mực nước theo các tần số khác
nhau tại trạm Phú An được trình bày trong bảng sau đây:
Bảng 1.2: Mực nước tối đa/tối thiểu hàng năm
•P (%)
1
2
4
5
10
15
20
25
50

Tần suất
(năm)
100
50
25
20
10
7
5
4
2

H cao nhất
(cm)
155
150
146
144
139
137
134
133
128
Trang 15

H thấp nhất
(cm)
-254
-252
-250

-249
-245
-243
-240
-238
-228

Ghi chú

Cột mốc sử dụng
là cột moác Quoác
gia


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Hồ sơ về mực nước, lưu lượng và lưu tốc tại trạm Phú An từ 22/2/1995 đến
03 tháng 3/1995 được tóm tắt trong bảng dưới đây:
Bảng 1.3: Tóm tắt hồ sơ mục nước tại trạm Phú An
Mực nước (m)

Lưu lượng (m3/giây)
Tốc độ dòng chảy
(m/giây)

H cao nhất
H thấp nhất
Q cao nhất

Q thấp nhất
Q Trung bình
V cao nhất

135 (triều cường)
-1.57 (triều ròng)
3.282
-3.594
21,9
1.92

V thấp nhất

-1.72

Tốc độ dòng chảy quan trắc vào tháng 4/1994 tại trạm Phú An được trình
bày trong bảng sau đây:
Bảng 1.4: Tốc độ luồng vào tháng 4/1994 tại trạm Phú An
V triều cường
Tốc độ dòng chảy
(m/giây)
V triều ròng
1.2.3. Đặc điểm địa chất công trình

2.05
-1.51

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong đồng bằng ngập lũ thành tạo bởi các
sông Mê Kông, Sài Gòn và Đồng Nai; trầm tích hình thành do sự tăng trưởng luỹ
tiến của các đồng bằng châu thổ thành tạo bởi các bồi tích từ các con sông

nguyên thuỷ do lấn biển, do sự dao động lên xuống của mực nước biển trong
thời kỳ băng hà của kỷ Pleistocene; kỷ Holocene đã chứng kiến sự lấn biển chủ
yếu cuối cùng với mực nước biển dâng cao cách đây khoảng trên 10.000 năm.
Kết quả của biển lấn cuối cùng này, các lớp sét biển mềm yếu hiện bao
phủ phần lớn đồng bằng ngập lũ và có thể có bề dày 30m; thành tạo than bùn,
tích tụ các lớp bồi tích đầm lầy nước lợ và các bãi cát biển hoặc các doi cát cũng
có thể chứa đựng trong các lớp sét này và do đó chúng có thể hoàn toàn đồng
nhất.

Trang 16


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Các bồi tích khác được đại diện bằng một trình tự chu kỳ cát chặt và sét
cứng đến rắn. Chúng chịu sự mài mòn của đoạn gần mặt đất và laterít gây nên
vượt cố kết và có các đặc tính được cải thiện, một số bồi tích khác cũng được tìm
thấy tại độ sâu nông phía dưới trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh, kéo dài từ
trung tâm đến phía Tây Bắc; tại những nơi khác, gần sông Sài Gòn về phía Tây
Bắc, trong vùng Thủ Thiêm, Bình Thạnh…, lớp sét mềm chiếm phần lớn bề mặt;
thỉnh thoảng cũng tìm thấy các kênh sâu của sét mềm yếu tại trung tâm thành
phố Hồ Chí Minh.
Cao độ nước ngầm cũng gặp gần mặt đất tự nhiên; có sự thay đổi nhẹ theo
mùa giữa mùa mưa và mùa khô.
Các nguồn nước ngầm có thể khai thác được trong lớp cát sâu hơn của các
lớp bồi tích cũ; tuy nhiên việc khai thác đã không được thực hiện và các khó
khăn đi kèm nảy sinh từ việc lún sụt đất trong vùng như đã xẩy ra tại Băng Cốc
và Hà Nội là không dự kiến được;

Theo kết quả thăm dò địa chất các công trình tại Thành Phố Hồ Chí Minh
có thể chia làm 2 khu vực chính như sau :
Khu vực đất yếu: đó là khu vực Cần Giờ, Nhà Bè, Quận7, Quận 4, Quận 8,
Quận 6, một phần Quận 5, một phần Quận Bình Thạnh, Hóc Môn và một phần
phía nam Thủ Đức. Nơi đây ngay từ trên mặt đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ
sâu 20m – 30m, sau đó là lớp sét dẻo mềm đến dẻo cứng có trị số SPT tăng dần
từ 10-15 lên 35-50. Trừ phía Bắc Thủ Đức sớm gặp đá gốc, còn thường đến độ
sâu 50 – 80 mét vẫn là các sản phẩm của trầm tích đệ tứ gồm cát hoặc sét cứng.
Khu vực đất tương đối yếu: diện phân bố khu vực này chiếm phần lớn Quận
1, Quận 3, một phần Quận 5, Quận Tân Bình, Quận Gò Vấp, phần lớn Quận Phú
Nhuận, Hóc Môn và Củ Chi. Ở đây thay cho lớp bùn là lớp sét Laterit hóa khá
cao có bề dày tương đối ổn định từ 3 đến 5m (sau khi loại bỏ lớp đất trồng trọt
Trang 17


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

hoặc đất lấp ở trên mặt). Cường độ chịu tải của lớp Laterit này khá cao vì trị số
SPT thường lớn hơn 25. Tiếp theo lớp sét Laterit ta gặp lớp cát mịn chặt vừa
thường có chiều dày 15 đến 20m.
1.3. NHẬN XÉT SƠ BỘ
Qua sơ bộ nghiên cứu về khí hậu, thủy văn, địa chất khu vực thành phố Hồ
Chí Minh ta nhận thấy có một số đặt điểm nổi bật sau:
- Về khí hậu: để đảm bảo chất lượng công cũng như an toàn trong quá trình
thi công nên hạn chế thi công trong mùa do mực nước ngầm dâng cao, khó khăn
trong công tác phòng nước.
- Về thủy văn: Chế độ thủy văn tương đối điều hòa, tuy nhiên trong quá
trình thiết kế và thi công phải tính đến ảnh hưởng của chế độ thủy văn để đảm

bảo ổn định công trình.
- Về địa chất: Chia làm hai khu vực. Khu vực đất yếu: nơi đây ngay từ trên
mặt đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ sâu 20m – 30m, bên dưới mới là lớp sét
lẫn cát, sỏi nên ảnh hưởng đến việc xử lý nền móng và cao độ đặt đường hầm.
Khu vực đất tương đối yếu: có lớp sét Laterit hóa khá cao có bề dày tương đối
ổn định từ 3 đến 5m (sau khi loại bỏ lớp đất trồng trọt hoặc đất lấp ở trên mặt),
tiếp theo là lớp cát mịn chặt vừa thường có chiều dày 15 đến 20m khu vực này
tương đối thuận lợi trong việc xử lý nền móng.
- Dựa vào các lớp đất sơ bộ của cấu tạo địa chất tại thành phố Hồ Chí Minh
ta nhận thấy: sau lớp đất bề mặt là lớp đất sét hữu cơ có hệ số bền vững khoảng
f = 0,6 (F) kế đến là lớp sét lẫn cát sỏi và cát kết, cuội, sỏi có hệ số bền vững
khoảng f = 4 (F) và tiếp theo là lớp sỏi cuội cứng có hệ số bền vững khoảng f =
10 (F). Do đó để thuận lợi cho việc xử lý nền móng nền đường và việc bố trí cao
trình đường hầm sơ bộ có thể đặt đáy đường hầm vào lớp đất sét lẫn cát sỏi và

Trang 18


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

cát kết, cuội, sỏi. Sơ đồ mặt cắt tổng thể cấu tạo địa chất khu vực thành phố Hồ
Chí Minh được thể hiện ở hình 1.1.

Cấu tạo các lớp đất của TP Hồ Chí Minh

KUMAGAI GUMI CO., LTD.

Đất đắp bề mặt

Sét hữu cơ

Sét lẫn cát, sỏi

Cát kết, cuội, sỏi

Sỏi, cuội cứng

Hình 1.1 : Mặt cắt địa chất sơ bộ khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Trang 19


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG HẦM
TRONG ĐẤT YẾU
Việc xây dựng công trình ngầm trong đất yếu bảo hòa nước là một bài toán
phức tạp, đặc biệt khi công trình đi qua các thành phố đã xây dựng dày đặc các
công trình khác bên trên cũng như hệ thống giao thông và các công trình ngầm
khác. Trong điều kiện trên việc xây dựng các công trình ngầm thường làm ảnh
hưởng đến các công trình lân cận, điều kiện sinh hoạt và giao thông đô thị.
Trong những năm gần đây ở Việt Nam các công trình ngầm đã tăng lên
đang kể, đặc biệc là các công trình đòi hỏi kỹ thuật cao trong thành phố và có
điều kiện địa chất, thủy văn phức tạp. Vì vậy cần có cái nhìn tổng quan về các
phương pháp thi công để có thể chọn được phương pháp phù hợp với điều kiện

cụ thể.
2.1 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM

2.1.1. Phương Pháp Đào Lộ Thiên
2.1.1.1. Mở hố móng theo mái dốc
Phương pháp này đào đường hầm tương đối nông, ảnh hưởng đến môi
trường xung quanh tương đối ít khi thi công. Khi thi công theo phương pháp này
chỉ dựa vào mái dốc thích hợp để giữ ổn định. Dùng phương pháp này khối lượng
đào đất đá sẽ tăng lên so với phương pháp khác nhưng dễ cơ giới hoá, tốc độ thi
công nhanh, chất lượng được đảm bảo. Khi công trình nằm ở vị trí có mực nước
ngầm thì có thể dùng các giếng bơm nước để hạ mực nước ngầm. Tuy nhiên
phương pháp này đào không được sâu cũng như khó có thể áp dụng trong vùng
đất yếu.
2.1.1.2. Mở hố móng che chống kiểu công xon.
Trang 20


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Mở hố đào có tường chắn: kết cấu tường chắn được cắm sâu vào dưới hố
móng đề cân bằng áp lức với khối đất đá được đào đi. Đào đến cao trình thiết kế
xong mới tiến hành thi công kết cấu chính của công trình ngầm. Do hố móng
không có thanh chống nên mặt bằng thuận lợi cho việc thi công cơ giới hóa và
dễ đảm bảo chất lượng công trình. Khuyết điểm kết cấu che chắn phức tạp làm
tăng giá thành công trình và thi công khó.

Hình 2.1 Sơ đồ mở hố đào che chống kiểu conson
Kết cấu che chống thường dùng cọc gỗ, cọc thép, cọc đóng trong lỗ, cọc

nhồi, cọc bê tông đúc sẵn.
Để tăng cường độ và độ cứng của tường chắn, giảm thiểu biến dạng và
chuyển vị thường dùng các biện pháp sau:
1- Thiết kế kết cấu che chống với mặt cắt ngang có độ cứng tương đối lớn.
2- Phần trên che chống có dầm giằng nhằm tăng độ cứng của toàn hệ
thống.
3- Đào bỏ bớt lớp đất phủ bên ngoài hố móng nhằm giảm áp lức đất lên
tường chắn.

Trang 21


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

4- Hút nước ngoài khu vực hố móng để hạ mực nước ngầm và dùng vữa lèn
chặt, cọc phun xoay, cọc nhào trộn hoặc cọc phun xi măng và một số biện pháp
khác để gia cố đất làm giảm áp lực thành bên.
5- Dùng giếng kim hạ mực nước ngầm trong hố móng nhằm gia cố đất và
tăng sức chịu lực của đất đáy hố móng.
6- Trong hố móng bố trí chân bảo vệ bằng cách để lại một bờ đất nguyên
dạng để giảm thiểu chiều cao kết cấu chống lộ ra khi đào hố móng. Đợi đến khi
đào đến cao trình thiết kế sẽ đổ bê tông bịt đáy phần chính giữa, sau đó đào
phần đất chân che chống từng khoảng và lần lược đổ bê tông nối liền tấm đáy.
2.1.1.3. Mở hố móng có kết cấu che chắn xung quanh.
Phương pháp này sử dụng khi chiều sâu hố móng tương đối lớn, ngoài việc
dùng kết cấu che chống người ta còn dùng hệ thanh chống để tăng cường độ
cứng. Hệ thanh chống được chia làm hệ thống chống ngang và hệ thống chống
xiên. Đồng thời cũng có thể bố trí hệ neo để gia cố kết cấu che chắn.

Hệ thống thanh chống nằm ngang: bao gồm thanh chống ngang và thanh
chống góc. Khi che chắn xong đào đến cao trình cần gia cố thi lắp ráp lớp chống
thứ nhất, sau đó dùng phương pháp đào rãnh đào đến cao trình cần gia cố lớp
chống thứ 2 thì lắp ráp hệ thanh chống thứ 2. tiếp tục dùng phương pháp này để
đào đến cao trình thiết kế đáy hố móng và đổ bê tông theo thứ tự: tường bên của
tầng dưới, tấm giữa,, tường bên của tầng trên, tấm nắp. Theo thứ tự tháo dỡ hệ
chống, hoàn thành hệ thống kết cấu.
Ưu điểm của hệ chống ngang là: chuyển vị ngang của chân tường bé, an
toàn, chiều sâu đào không hạn chế. Tuy nhiên mặt bằng kết cấu che chắn phải
thẳng, khi chiều rộng hố móng lớn cần bố trí thêm cột chống.

Trang 22


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Hình 2.2 Mặt đứng và mặt bằng sơ đồ hệ thống nằm ngang khi đào
Hệ thanh chống xiên: Khi bề rộng hố móng tương đối lớn và hình dạng
không đều thì dùng thanh chống xiên thay thế cho thanh chống ngang. Phương
pháp này thường đào khối đất trong hố móng đến cao độ đáy móng hệ chống
xiên. Một đầu thanh chống xiên chống vào kết cấu che chắn, một đầu chống vào
kết kết móng vừa xây dựng xong, sau đó đào khối đất còn lại. Nếu có nhiều
thanh chống xiên thì trước tiên lắp thanh dài phía ngoài và sau đó lắp các thanh
phía trong. Đổ bê tông theo thứ tự như sau: tường bên dưới, tấm đáy ở giữa,
Trang 23


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

tường bên trên, tấm trên đỉnh và theo thứ tự tháo dỡ hệ chống, hoàn chỉnh hệ
thống kết cấu chính.
Nhược điểm của phương pháp này là chuyển vị ngang phía trên của kết cấu
che chắn tương đối lớn gây biến dạng cho mặt đất xung quanh hố móng. Chiều
sâu đào theo phương pháp này cũng hạn chế, trình tư thi công xen kẽ khá phức
tạp nên trong quá trình thi công gặp nhiều khó khăn.
M a ët đ a át

L ơ ù p c h o án g 1
L a ên g th e å trư ơ ït
L ơ ùp c h o án g 2
M a ë t ñ a øo

k e á t c a áu c h e c h a én

Hình 2.3 Hệ thanh chống xiên
Hệ neo: Được bố trí bên ngoài hố móng, gồm có bộ phận chính là: đầu
neo, thân neo và bộ phận neo chặt.
M ặt đất

Đo

ïa n

Lăn g thể trượt
tư ï

do

Đo

M ặt đào
neo kéo xiên

kết cấu che chắn

Hình 2.4 Hệ neo chống
Trang 24

ïa n

ne

oc

ha

ët


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Ưu điểm: Do các hệ thống neo được bố trí bên ngoài hố móng nên thuận lợi
cho việc thi công cơ giới hóa phần đào móng và kết cấu móng chính. Neo dễ
dàng tạo ứng suất trước và có thể khống chế chuyển vị ngang của kết cấu che

chắn, giảm độ lún của mặt đất xung quanh hố móng, thích hợp cho nhiều loại kết
cấu che chắn khác nhau.
Khuyết điểm: hệ neo là công nghệ khá phức tạp, khó thu hồi và giá thành
công trình tương đối cao. Khi có các móng sâu xung quanh hố móng thì việc
dùng neo sẽ làm giải khả năng chịu lực của kết cấu móng xung quanh. Không sử
dụng neo được trong tầng địa chất có cát chảy.
Phương pháp thi công này được thực hiện bằng cách đào đến cao trình cần
chôn neo, khoan lỗ và cắm neo vào rồi phun vữa. Sau khi vữa đạt cường độ sẽ
lắp đặt ứng suất trước.
2.1.2. Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất.
Phương pháp tường liên tục dưới đất được chia làm: tường liên tục dưới đất
đổ tại chỗ, tường liên tục dưới đất đúc sẵn và tường liên tục dưới đất gồm hàng
cọc. Hiện nay tường liên tục được ứng dụng rộng rãi làm kết cấu che chắn trong
quá trình đào hố móng và cũng có thể sử dụng như một bộ phận của công trình
ngầm.
Do độ cứng của của tường liên tục lớn, tính chống thấm tốt nên thích hợp
với đất mềm yếu, khi thi công ít ảnh hưởng đến các công trình xung quanh, thi
công an toàn tại hiện trường chật hẹp. Tuy nhiên phải dựa vào điều kiện địa chất
mà chọn loại đào phù hợp, đồng thời có biện pháp ổn định vách đào.
Phương pháp tường trong đất bao gồm việc xây dựng tường chịu lực của
công trình ngầm hoặc màng chống thấm bằng cách đào các hố sâu, hẹp trong
vữa sét sau đó đổ bê tông hoặc các vật liệu khác. Khi xây tường bằng bê tông
hoặc bê tông cốt thép được thực hiện bằng cách đổ bê tông trong nước.
Trang 25


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Khi xây dựng tường chịu lực bằng bê tông cốt thép đúc sẵn phải đặt chúng
vào hố chứa đầy vữa sét. Sau khi lắp ráp các kết cấu vữa sét được thay bằng vữa
tạm thời để chúng lấp đầy các mối nối của panen và các khe hở quanh tường để
truyền tải trọng từ khối đất vào tường chắn.
Tường các công trình và tường chắn hố móng xây dựng bằng phương pháp
tường trong đất có thể có hình dạng khác nhau trên mặt bằng: thẳng, đa giác,
tròn … Hình dạng công trình trêm mặt bằng không ảnh hưởng đến giảu pháp thiết
kết cấu của tường và phương pháp thi công.
Các loại công trình ngầm xây dựng bằng phương pháp tường trong đất:
Kinh nghiệm thiết kế và xây dựng ở nước ngoài cho thấy phương pháp
tường trong đất có thể áp dụng có hiệu quả khi xây dựng các loại công trình như
sau:
- Các công trình dân dụng ngầm như: gara, trung tâm thương mại, kho chứa,
rạp chiếu phim, nhà hát…
- Các công trình công nghiệp ngầm: các phân xưởng nghiền của nhà máy
làm giàu quặng, các phân xưởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu…
- Các công trình thoát nước, các trạm bơm, các công trình xử lý chất thải…
- Các công trình đường phố, đường giao thông, các hầm giao thông đặt
nông…
- Các móng nhà cao tầng, các tường chắn hố móng để xây các buồng ngầm
của những toà nhà được xây gần những công trình có sẵn.
Thực tế phương pháp tường trong đất đạt hiệu quả khi xây dựng trong
những điều kiện sau:
- Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp và khi có mực nước ngầm cao.
- Khi có tầng nước có áp mà thực tế chiều sâu có thể đạt tới.

Trang 26


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

- Khi xây dựng các công trình ngầm và tường chắn hố móng trong điều kiện
thành phố, ở gần những công trình đã có trước.
2.1.2.1. Tường liên tục dưới đất đổ tại chỗ.
Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất đổ tại chổ được thực hiện như
sau: Đào một đoạn rãnh hẹp và dài trong đất, lắp lồng ghép vào trong rãnh, đổ
bê tông thành một đoạn tường bê tông cốt thép, nối liền từng tấm thành một bức
tường liên tục dưới đất. Dây chuyền công nghệ thi công tường liên tục dưới đất
được thực hiện như sau:
CÔNG TÁC

TRỘN VỮA

CHUẨN BỊ

THI CÔNG
TƯỜNG DẪN

BÙN

KHOAN LỖ

ĐÀO LỖ

ĐO ĐẠC CHIỀU
THẲNG ĐỨNG
VÁCH HÀO K

XỬ LÝ TÁI
SINH VỮA
BÙN

LỒNG THÉP

DỌN SẠCH

CẨU LỒNG

ĐÁY

THÉP

CHẾ TẠO

CẨU ỐNG
CHỐT VÀO

ĐƯA GIÁ ĐỔ
BÊ TÔNG
VÀO VỊ TRÍ

HÚT VỮA
BÙN TRONG
HÀO LÊN

THẢ ỐNG
PHỄU ĐỔ BÊ
TÔNG XUỐNG

ĐỔ BÊ TÔNG

ĐỔ BÊ TÔNG

KĐƯC

SỬA LẠI
SAI LỆCH

Hình 2.5: Dây chuyền thi công tường liên tục dưới đất
2.1.2.2. Tường liên tục dưới đất đúc sẵn.
Phương pháp thi công tường liên tục dưới đất đúc sẵn được lắp bằng các
tấm tường liên đúc sẵn trong cách rãnh đã đào từ trước, rồi dùng vữa xi măng
nối lại. Tường liên tục đúc sẵn có hai cách làm như sau: phương pháp tấm + dầm
và phương pháp tấm + tấm. Trong phương pháp tấm + dầm, tác dụng của tấm là
đem áp lực đất chuyển cho dầm. Hiện nay thường dùng phương pháp tấm + tấm,
phương pháp này chia làm hai hệ thống: hệ thống rãnh gồm các tấm có mộng,
hệ thống rãnh ghép tấm.
Trang 27


Luận Văn Thạc Só

GVHD : TS Lê Bá Khánh

Dầm

Tấm

Dầm

Hệ thống dầm + tấm

Hệ thống tấm ghép mộng

Hệ thống rãnh bằng tấm

Hình 2.6: sơ đồ mặt bằng tường liên tục dưới đất đúc sẵn.
Trình tự thi công phương pháp tường liên tục dưới đất đúc sẵn gồm: Thi
công tường dẫn, chế tạo vữa bùn bảo vệ vách, đào rãnh, vét sạch đáy và xoa
vách, dùng vữa xi măng gắn kết chắc thay thế vữa bùn, cẩu lắp tấm tường đúc
sẵn, xử lý mối nối.
So với tường liên tục đổ tại chổ, tường liên tục đúc sẵn có ưu điểm sau: tấm
tường liên tục đúc sẵn tốc độ thi công nhanh, tính năng phòng nước tốt, bề mặt
phẳng, vị trí của tường tương đối chính xác.
Nhược điểm: chế tạo và lưu kho khối lượng khá lớn, tốn công cẩu lắp tấm
tường và cần máy cẩu nặng. Để giảm nhẹ trọng lượng tấm bê tông có thể sử
dụng tấm rỗng ruột, bê tông cốt nhẹ, tấm tường ứng suất trước.
2.1.2.3. Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc.
Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc là loại tường liên tục được thi công
bằng cách nối liền mỗi cọc độc lập thành một hàng cọc thống nhất. Có hai loại
thi công hàng cọc:Tường liên tục dưới đất bằng hàng cọc khoan và xung, tường
liên tục dưới đất bằng hàng cọc đào.

Trang 28