Nghiên cứu tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt thép và công nghệ thi công

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

NGÔ TẤN SỸ

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MỐI NỐI MỀM CỦA HẦM
DÌM BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP
VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG
CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 năm 2007


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: .....................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
PGS.TS. LÊ VĂN NAM

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ..............................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ..............................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

Luận Văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày..........tháng...........năm 2007


LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
§éc lËp - Tù do - H¹nh phóc

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

TP.Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

NGÔ TẤN SỸ

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:

08/07/1980

Nơi sinh: Hội An

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố
Khoá (năm trúng tuyển): 2005
TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MỐI NỐI MỀM CỦA HẦM DÌM

I.

BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG”
II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

1. Nhiệm vụ:
-

Nghiên cứu tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt thép và

công nghệ thi công.
2. Nội dung:
Chương I

: Tổng quan xây dựng đường hầm dìm trên thế giới và Việt Nam

Chương II : Đặc điểm tính toán thiết kế đường hầm dìm bằng bêtông cốt thép.
Chương III : Cấu tạo và tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt
thép.
Chương IV : Ví dụ tính toán mối nối mềm của hầm dìm Thủ Thiêm
Chương V : Công nghệ thi công mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt
thép.
Chương VI : Kết luận và kiến nghị
III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:..........................................................

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH

: ..........................................................

V.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ VĂN NAM

HVTH: NGÔ TẤN SỸ


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

BM QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. LÊ VĂN NAM

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua
Ngày .....tháng......năm.....
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CÁM ƠN
Với sự nỗ lực cố gắng của bản thân được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy
hướng dẫn PGS.TS. LÊ VĂN NAM, sau thời gian thực hiện tôi đã hoàn thành đề tài
“Nghiên cứu tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt thép và công nghệ thi
công”. Qua đây em xin trân trọng gửi lời cám ơn đến thầy. Kính mong thầy sức khỏe dồi dào
để mãi bước trên sự nghiệp trồng người.
Em xin trân trọng cám ơn các thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, các thầy
cô đọc phản biện đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như có những
góp ý thiết thực cho đề tài nghiên cứu.
Tôi xin cám ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện luận văn để luận văn hoàn thành đúng tiến độ và mục tiêu đề ra.
Luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Tác giả rất mong được sự
góp ý, chỉ dẫn tận tình của thầy cô và đồng nghiệp.
Trân trọng cám ơn!
Học viên cao học

NGÔ TẤN SỸ


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GENERAL
I. The necessary of the thesis:
Nowadays one of the best difficult problems in the large cities is to solve
the housing needs, activities place, citizen’s move needs. Because population
conentrated in here too numerous, it made city space become more narrow. Get
caught in the rush hour traffic make traffic jam which is a thorny problem need
to solve in the large cities today.
Bridges are more built that have helped to solve traffic jams as well as
citizen’ housing needs. When requests are set up to bridge with big clearance
but not appropriate city space much. So that solution use immersed tunnel
passing the river is the best optimal solution.
One of the best important request set up in design and construction the
concrete immersed tunnel is ensure watertighness. And the best delicate
position is jonts. Consequently, the joints will decide the grade of the safety and
the life of the concrete immersed tunnel.
For all the reasons above, thesis research “ Caculating the flexible joints
of the concrete immersed tunnel “ is very necessary in present stage.
II. The task of the thesis:
Thesis research “ Caculating the flexible joints of the concrete immersed tunnel
and the construction method “
III.

Science and reality meaning:

Ho Chi Minh city is a city which have many rivers. In here we are going to

develop underground from town centre to countryside. Therefore, Researching
on “Caculating the flexible joints of the concrete immersed tunnel” will get
the great of science and reality meaning.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIỚI THIỆU CHUNG
I.

Tính cấp thiết của đề tài

Một trong những vấn đề hết sức khó khăn nhất ở các thành phố lớn hiện nay
là việc giải quyết nhu cầu về nhà ở, nơi sinh hoạt, nhu cầu đi lại của người dân. Do
số lượng dân cư tập trung về đây quá lớn làm cho không gian đô thị bị thu hẹp.
Nạn kẹt xe làm ùn tắc giao thông trong giờ cao điểm được xem như một bài toán
hết sức khó khăn cần phải được giải quyết.
Việc xây dựng thêm những cây cầu đã góp phần giải quyết tình trạng ùn tắc
giao thông cũng như nhu cầu về nơi ăn ở của người dân. Nhưng khi yêu cầu đặt ra
đối với cây cầu là phải đảm bảo tónh không thông thuyền lớn nhưng không được
chiếm dụng nhiều đến không gian đô thị thì giải pháp sử dụng hầm dìm vượt sông
được xem là tối ưu nhất.
Một trong những yêu cầu cực kỳ quan trọng được đặt ra trong thiết kế và thi
công đường hầm dìm bằng bêtông cốt thép đó là phải đảm bảo tính kín nước.Và vị
trí được xem là nhạy cảm nhất đó là các mối nối. Có thể nói, các mối nối sẽ là yếu
tố quan trọng quyết định mức độ an tòan và tuổi thọ của đường hầm dìm bằng
bêtông cốt thép.
Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng

bêtông cốt thép và công nghệ thi công” là hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện
nay.
II.

Mục tiêu của đề tài:

Đề tài nghiên cứu “ Tính toán mối nối mềm của hầm dìm bằng bêtông cốt
thép và công nghệ thi công” .
III.

Ý nghóa khoa học và thực tiễn

Thành phố Hồ Chí Minh là một thành phố có nhiều sông rạch, nơi đây
chúng ta đang có kế hoạch phát triển đường hầm tàu điện ngầm từ trung tâm thành
phố đi các vùng ngoại ô.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán mối nối mềm và công nghệ thi công
đường hầm dìm bằng bê tông cốt thép có ý nghóa khoa học và ý nghóa thực tiễn rất
lớn.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ


LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG I.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HẦM DÌM................................................................1
1.1.

TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM DÌM TRÊN THẾ GIỚI ................................1

1.1.1. Định nghóa đường hầm dìm .......................................................................1
1.1.2. Tình hình xây dựng đường hầm dìm trên thế giới ....................................1
1.1.3. Sự cần thiết phải lựa chọn đường hầm dìm ..............................................3
1.2.

NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM THEO CÔNG NGHỆ DÌM VÀ TÌNH HÌNH

XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM DÌM Ở VIỆT NAM..................................................................5

1.2.1. Phương pháp hạ dìm đốt hầm. ...................................................................5
1.2.2. Tình hình xây dựng đường hầm dìm ở Việt Nam.....................................9
CHƯƠNG II.
ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ
ĐƯỜNG HẦM DÌM BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP ..................................................12
2.1.

KHÁI QUÁT ....................................................................................................12

2.1.1. Chế tạo: ....................................................................................................12
2.1.2. Mối nối. ....................................................................................................12
2.1.3. Độ kín nước. .............................................................................................13

2.1.4. Mặt cắt ngang hầm dìm bê tông cốt thép ...............................................15
THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ĐIỂN HÌNH CỦA ĐƯỜNG HẦM DÌM. ....................17

2.2.

2.2.1. Ổn định đốt hầm dìm đối với sự đẩy nổi ................................................17
2.2.2. Tải trọng thiết kế .....................................................................................18
2.2.3. Phương pháp phân tích kết cấu và kiểm tra ứng suất ............................19
2.3.

THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ MỐI NỐI. .................................................................19

2.3.1. Thiết kế mặt cắt dọc ................................................................................19
a.

Dự ứng lực theo phương dọc ....................................................................19

b.

Thiết kế kết cấu .......................................................................................20

c.

Bố trí khung thép ở hai đầu của đốt hầm dìm ........................................21

2.3.2. Thiết kế mối nối giữa đốt hầm dìm ........................................................21
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Mục lục

LUẬN VĂN THẠC SĨ

2.4.

PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM DÌM BẰNG BÊ TÔNG CỐT THÉP................23

2.4.1. Theo phương ngang..................................................................................23
2.4.2. Theo phương dọc hầm..............................................................................24
a.

p lực nén thuỷ tónh theo phương dọc: ...................................................25

b.

Ứng suất trong bêtông gây ra bởi biến dạng nhiệt.................................27

c.

Uốn dọc: ...................................................................................................28

d.

Tải trọng thi công tạm thời. .....................................................................30

e.

Cốt thép dọc .............................................................................................31

f.

Tạo ứng suất căng trước vónh cữu ...........................................................31

CHƯƠNG III.
CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN MỐI NỐI MỀM CỦA
ĐƯỜNG HẦM DÌM BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP ..................................................33
3.1.

GIỚI THIỆU ....................................................................................................33

3.2.

CẤU TẠO MỐI NỐI MỀM.................................................................................34

3.3.

VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO MỐI NỐI..................................................................35

3.3.1. Gioăng cao su (Gioăng Gina) ..................................................................35
a.

Đặc tính và cấu tạo ..................................................................................35

b.

Thí ngiệm kiểm tra đệm Gina .................................................................39

3.3.2. Cáp nối .....................................................................................................39
3.3.3. Khoá chống cắt theo phương đứng..........................................................40
3.3.4. Thanh chốt chịu lực cắt ngang.................................................................42

3.3.5. Gioăng mềm thứ cấp (kiểu Ω ) ...............................................................42
a.

Đặc tính và cấu tạo ..................................................................................42

b.

Thí ngiệm kiểm tra gioăng Omega .........................................................45
ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN MỐI NỐI MỀM. ...........................................................46

3.4.

3.4.1. Thiết kế mối nối mềm chống động đất...................................................46
a.

Đặc trưng ảnh hưởng của động đất đến công trình hầm dìm.................46

b.

Cơ sở thiết kế chống động đất cho mối nối mềm...................................48

CHƯƠNG IV
VÍ DỤ TÍNH TOÁN MỐI NỐI MỀM CỦA
HẦM DÌM THỦ THIÊM.............................................................................................53
4.1 KHÁI QUÁT HẦM DÌM THỦ THIÊM ....................................................................54
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Mục lục

LUẬN VĂN THẠC SĨ

4.1.1 Bố trí đốt hầm dìm ...................................................................................54
4.1.2 Địa chất - thủy văn...................................................................................55
4.1.3 Yếu tố hình học ........................................................................................56
4.1.4 Đặc trưng vật liệu ....................................................................................57
4.1.5 Tải trọng thiết kế .....................................................................................60
a.

Tải trọng cơ bản .......................................................................................60

b.

Tổ hợp tải trọng và Hệ số tải trọng.........................................................61

4.2 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG ...............................................................................62
4.2.1 Phương pháp phân tích kết cấu và kiểm tra ứng suất ............................63
4.2.2 Sơ đồ kết cấu ............................................................................................65
4.2.3 Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng: ...................................................66
4.2.4 Nội lực tính toán.......................................................................................75
4.3 TÍNH TOÁN DỰ ỨNG LỰC THEO PHƯƠNG DỌC....................................................81
4.4 THIẾT KẾ MỐI NỐI MỀM GIỮA ĐỐT HẦM DÌM VỚI CẤP ĐỘNG ĐẤT 7 .................82
4.4.1 Thiết kế kết cấu mối nối mềm................................................................82
4.4.2 Tính chuyển vị của mối nối và lực căng cáp nối ...................................83
a.

Điều kiện địa chất và địa chấn khu vực .................................................83

b.

Mô hình kết cấu tính toán........................................................................85

c.

Kết quả tính toán .....................................................................................90

4.4.3 Kiểm tra khả năng làm việc của vật liệu tại khe nối.............................93
a.

Kiểm tra khả năng làm việc của neo, đai ốc và ống nối cáp. ...............93

b.

Kiểm tra khả năng làm việc của gioăng thứ cấp (Gioăng Ω)................96

CHƯƠNG V.
CÔNG NGHỆ THI CÔNG MỐI NỐI MỀM CỦA HẦM DÌM BẰNG BÊTÔNG
CỐT THÉP .................................................................................................................102
5.1.

CÔNG NGHỆ THI CÔNG HẠ DÌM ĐỐT HẦM: ..................................................102

5.1.1. Thi công bể đúc, chế tạo đốt hầm, lắp đặt gioăng sơ cấp. ..................102
5.1.2. Đào hào dìm ...........................................................................................109
5.1.3. Lai dắt .....................................................................................................111
a.

Thả nổi và giữ thăng bằng.....................................................................111

b.

Lai dắt đốt hầm dìm...............................................................................111

5.1.4. Hạ dìm đốt hầm......................................................................................113
5.2.

NỐI CÁC ĐỐT HẦM ......................................................................................116

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Mục lục


LUẬN VĂN THẠC SĨ

5.2.1. Mối nối trung gian (mối nối mềm)........................................................116
5.2.2. Nối hợp long...........................................................................................119
a.

Khái quát ................................................................................................119

b.

Các phương pháp thi công mối nối hợp long ........................................119

c.

Thi công mối nối hợp long bằng phương pháp khối cuối cùng............121

CHƯƠNG VI.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................124
6.1.

KẾT LUẬN ...................................................................................................124

6.2.

KIẾN NGHỊ ...................................................................................................125

TÀI LIỆU THAM KHẢO. ........................................................................................ 127
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG....................................................................................... 128

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Mục lục


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 1

CHƯƠNG I.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HẦM DÌM
1.1. Tình hình xây dựng đường hầm dìm trên thế giới
1.1.1. Định nghóa đường hầm dìm
Một đường hầm dìm bao gồm một hay nhiều các đốt hầm được thả nổi ở
công trường, được lắp ghép từng đốt một ở dưới nước. Nhìn chung, một đường hầm
dìm thường được lắp đặt ở một con kênh đã được nạo vét trước và hai đầu của
đường hầm dìm được nối với kết cấu hầm được thi công trên cạn.
Móng của kết cấu hầm dìm có thể là lớp đá hoặc cát. Thông thường thì kết

cấu móng của kết cấu hầm dìm là cát; lớp cát này có thể được bơm hoặc phun vào
bên dưới đáy kết cấu hầm.Móng cọc đôi khi cũng được sử dụng ở những vị trí mà
điều kiện địa chất yêu cầu. Sau khi các đốt hầm được lắp đặt xong thì sẽ tiến hành
lấp trả bằng vật liệu thích hợp để bảo vệ phần trên của kết cấu hầm và hòan trả
lại hiện trạng sông ban đầu.
1.1.2. Tình hình xây dựng đường hầm dìm trên thế giới
Đường hầm dìm được xây dựng bắt đầu vào năm 1910, đó là con đường hầm
xe lửa vượt sông Detroit nằm giữa Canada và Mỹ. Vào thời điểm này, công nghệ
chế tạo vỏ hầm bằng thép được xem là nổi bật, và công nghệ này được sử dụng
cho đến bây giờ.
Vào năm 1941, đường hầm dìm Mass ở Rotterdam (Hà Lan) được tiến hành
xây dựng, đánh dấu sự khởi đầu cho công tác xây dựng đường hầm dìm ở Châu
Âu.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương I


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 4

đến chiều dài hầm (tính giữa hai cửa hầm) sẽ khoảng 2.000m, gấp khoảng 1,5 lần
trường hợp dùng hầm dìm.
+ Còn nếu sử dụng kết cấu hầm dìm sẽ có những thuận lợi như sau:
Tuyến
Đường hầm dìm có thể xây dựng nông hơn, ngắn hơn, bằng phẳng hơn so
với đường hầm khoan.
Mặt cắt ngang

So với mặt cắt ngang đường hầm khoan, thì mặt cắt ngang đường hầm dìm
đa dạng hơn đáp ứng được nhiều loại hình thức vận chuyển (như đường công cộng,
đường xe lửa, đường dành cho người đi bộ) có thể riêng biệt hoặc kết hợp.

Hình 1.4 Các loại mặt cắt ngang đường hầm dìm được sử dụng trên thế giới
Chiều sâu dòng nước để đặt hầm.
Chiều sâu mực nước để đặt hầm từ 5m đến 30m.
Yêu cầu về nền móng
Kết cấu đường hầm dìm có thể đặt trên hầu hết các loại nền đất.
Khu vực chế tạo đốt hầm

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương I


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 10

xuyên qua đèo Hải Vân rút ngắn hàng chục km đường đèo dốc nguy hiểm trên
sườn núi Hải Vân đây là công trình hầm hiện đại và dài nhất Đông Nam Á xây
dựng theo phương pháp thi công hầm mới của áo (NATM).
Hiện nay các thành phố lớn ở nước ta đang trong quá trình phát triển mở
rộng đô thị và dân số đang tăng rất nhanh chóng. Tình trạng ùn tắc giao thông xảy
ra thường xuyên ảnh hưởng đến mọi mặt của đô thị, giải pháp xây dựng hệ thống
công trình ngầm, các tuyến xe điện ngầm đã và đang được quy hoạch để giải quyết
các vấn đề trên.
Cũng như những thành phố trung tâm khác ở Đông Nam Á, thành phố Hồ
Chí Minh cần có một số giải pháp để đáp ứng nhu cầu đi lại, chỗ ở và điều kiện

sinh hoạt của dân cư. Chính quyền thành phố đã xác định chỉ khi cải thiện được hệ
thống giao thông công cộng mới có thể đáp ứng được sự phát triển bền vững đô thị.
Để giảm đáng kể diện tích chiếm chổ công trình, tiết kiệm quỷ đất vốn rất
q của các thành phố, đảm bảo việc giao thông thuận lợi thông suốt, chính quyền
và các cấp lãnh đạo đã chọn phương án đường Hầm Dìm vượt sông Sài Gòn cho dự
án Đại Lộ Đông Tây.
Dự án Đại Lộ Đông Tây ở TP-Hồ Chí Minh kéo dài từ quốc lộ 1(phía Tây)
nối với Xa Lộ Hà Nội (phía Đông) bao gồm 22km đường, 11 cầu và hầm dìm vượt
sông Sài Gòn. Theo kế hoạch thì dự án sẽ hòan thành vào đầu năm 2008. Dự án
được kỳ vọng là sẽ đáp ứng được nhu cầu đi lại của thành phố, cải thiện môi
trường xung quanh và đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển Khu Thủ
Thiêm (bờ phía Đông Sông Sài Gòn).
Sự thành công của dự án Hầm Thủ Thiêm sẽ mở ra một cách nhìn mới về sự
phát triển hạ tầng giao thông ở Việt Nam nói chung và Thành Phố Hồ Chí Minh
nói riêng. Và trong tương lai sẽ có nhiều công trình ngầm như đường hầm dìm Thủ
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương I


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 11

Thiêm được xây dựng góp phần giải quyết các vấn đề nan giải của đô thị, đảm bảo
cho một đô thị phát triển ổn định bền vững .Cũng đồng thời góp phần trang bị cho
các kỹ sư trong nước một nền tảng kiến thức về kỹ thuật thiết kế và thi công kết
cấu hầm đào lấp và hầm dìm để trong tương lai có thể ứng dụng vào một số dự án
khác ở Việt Nam.
Qua những nghiên cứu phân tích trên, với điều kiện địa hình ở Việt Nam có

tuyến đường chạy dọc theo quốc lộ 1A, tại những đoạn có eo biển, thay vì xây
dựng đường bộ, đường hầm xuyên qua núi thì ta có thể xây dựng những đường hầm
dìm đi qua eo biển để rút ngắn đáng kể khoảng cách và tăng an toàn cho phương
tiện lưu thông. Với những thành phố có sông lớn bao quanh, tàu bè ra vào nhiều,
yêu cầu tónh không thông thuyền được đặc lên hàng đầu thì phương án xây dựng
đường hầm dìm chính là một sự lựa chọn hợp lý.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương I


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 12

CHƯƠNG II.
ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ
ĐƯỜNG HẦM DÌM BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP
2.1.

Khái quát

Mặc dù đường hầm dìm bằng BTCT đã được thiết kế và thi công rộng khắp
trên thế giới, nhưng tiêu chuẩn phục vụ riêng cho xây dựng hầm dìm BTCT thì vẫn
chưa được thiết lập. Vì vậy mà các tiêu chuẩn dùng cho thiết kế đường cao tốc
thường được sử dụng cho thiết kế kết cấu hầm dìm.
Việc thiết kế kết cấu hầm dìm BTCT có liên quan rất nhiều đến tính khả
thi của công trình và điều kiện thi công. Tuy vậy, một trong những yêu cầu không
thể thiếu trong thiết kế kết cấu đường hầm dìm là cần phải đảm bảo tính kín nước

nhằm tăng tuổi thọ và độ an toàn của kết cấu đường hầm dìm.
2.1.1. Chế tạo:
Hầu hết các đốt hầm dìm bằng bêtông cốt thép đều được chế tạo ở trên cạn
(nhà máy, xưởng chế tạo) hoặc thi công ở bể đúc. Sau khi chế tạo trên cạn, các đốt
hầm sẽ được hạ thủy bằng các thiết bị đặc biệt nhằm phục vụ cho công tác hạ thủy
đốt hầm. Tương tự tại bể đúc, các đốt hầm vẫn được chế tạo tại những nơi khô ráo
và sau khi chế tạo xong, sẽ tiến hành đưa nước vào làm ngập các đốt hầm. Dưới
tác dụng của lực đẩy nổi các đốt hầm sẽ dễ dàng vận chuyển đến vị trí cần lắp đặt.
2.1.2. Mối nối.
Tất cả các mối nối đều phải được đệm chặt kín. Mối nối giữa các đốt hầm
dìm hoặc giữa các đốt hầm dìm và hầm trên cạn có hai loại để lựa chọn, kết cấu
mềm và kết cấu cứng.
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 13

Thông thường thì kết cấu mềm được chọn dùng cho kết cấu hầm dìm bằng
bêtông cốt thép. Thành phần chủ yếu của mối nối mềm là cao su đệm chịu nén.
Miếng cao su đệm (gioăng cao su) này được lắp đặt trước tại một đầu của mỗi đốt
hầm.
Đôi khi các mối nối bên trong hầm dìm cũng có thể là kết cấu cứng. Chúng
được thực hiện ở bên trong các đốt hầm dìm bằng các đường hàn vào vỏ của hầm
thép hay đổ bêtông ở các hầm bêtông cốt thép.
Mối nối cuối cùng (mối hợp long) có thể là mối nối cứng hoặc mối nối
mềm, luôn luôn phải được thực hiện tại công trường.

2.1.3. Độ kín nước.
Mỗi kết cấu hầm dìm bêtông cốt thép sẽ có một hoặc vài mối nối được thực
hiện tại công trường. Liên quan đến độ kín nước thì kết cấu hầm khoan khá thuận
lợi hơn so với kết cấu hầm dìm. Kết cấu hầm dìm được thiết kế phải đảm bảo tốt
độ kín nước. Các tiêu chuẩn kỹ thuật qui định về mức độ rò rỉ nước ở hầm khoan
thường không được áp dụng cho kết cấu hầm dìm.
Độ kín nước là một trong những vấn đề chính của việc thiết kế hầm dìm
bêtông cốt thép và hầm dìm bằng thép. Việc rò rỉ nước thường xuất hiện ở những
bề mặt của các đốt hầm dìm bằng bêtông cốt thép và hầm dìm bằng thép mà
nguyên nhân có thể là do các lỗ để bố trí các chốt ở đường hàn không được phát
hiện hoặc do sự không hòan chỉnh trong việc thi công kết cấùu bêtông cốt thép hoặc
màng chống thấm không được thi công đúng cách.
Các biện pháp sửa chữa phù hợp cần phải được quy định trong thiết kế. Cần
phải tránh sự tích tụ nước bên trong hệ thống tường hầm bằng việc bố trí hệ thống
thoát nước tốt.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 14

Đối với hầm vỏ thép, độ kín nước được đảm bảo bằng chính bản thân vỏ
thép. Đồng thời còn phụ thuộc vào chất lượng của các mối nối bằng đường hàn hay
chất lượng của các mối nối mềm (nếu được sử dụng).
Đối với hầm bêtông cốt thép, độ rò rỉ nước có liên quan đến chất lượng của
màng ngăn nước( nếu được sử dụng) và mức độ phát triển vết nứt( nếu như có vết

nứt xuất hiện). Vì vậy, sự cần thiết của việc thông thạo về đặc tính cấu trúc khác
nhau theo phương dọc và phương ngang của kết cấu hầm dìm bằng bêtông cốt thép
là rất quan trọng trong việc đảm bảo tốt độ kín nước của kết cấu hầm dìm.
Có hai khái niệm liên quan đến việc kiểm soát mức độ rò rỉ cho hầm bêtông
cốt thép:
+ Khái niệm về khe co giãn: liên quan đến việc đạt được độ kín nước bằng
việc tránh sự xuất hiện các vết nứt ngang trong bêtông. Một đốt hầm dài 100m
hoặc hơn được thiết kế với nhiều khe co giãn. Chiều dài giữa các khe co giãn được
xác định bằng chiều dài đoạn bêtông được đổ một lần, thường là khỏang 20m.
Các mối nối đứng giữa 2 đọan chủ yếu là sử dụng cốt thép kéo căng kết hợp
với chỉ ngăn nước. Bằng cách này các đoạn hầm có thể chịu uốn mà không phát
sinh ứng sụất theo phương dọc giữa các khe co giãn, nơi mà được xem như là
nguyên nhân gây nứt trong đốt hầm bêtông. Và ở mặt ngoài thì thường sử dụng vật
liệu bịt kín( sealant) hoặc màng ngăn nước trải băng qua khu vực nối.
Cần đảm bảo rằng sự co ngót ở vết nứt do nhiệt không được xuất hiện ở các
đốt hầm và không có bất cứ vết nứt nào xuất hiện trước khi hạ thủy đốt hầm.
+ Khái niệm về màng ngăn nước: với một số lý do như là tải trọng động đất
hoặc sự chuyển vị của các đốt hầm do lún không đều nên có thể làm cho các đốt
hầm bêtông cốt thép với chiều dài 100m sẽ xuất hiện các vết nứt ngang. Đặc biệt
là ở tại các khe thi công theo phương trục đứng.
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 15

Như vậy, việc sử dụng màng ngăn nước, có thể bao bọc xung quanh đốt hầm

đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn cản sự rò rỉ của nước qua các khe nứt,
đồng thời bảo vệ bêtông chống lại sự tấn công của các tác nhân môi trường xung
quanh đốt hầm. Các màng ngăn nước được đặt liên tục và bao phủ toàn bộ đốt
hầm.
2.1.4. Mặt cắt ngang hầm dìm bê tông cốt thép
Hình dạng, kích thước bên trong hầm dìm phụ thuộc vào lưu lượng lưu
thông, các kích thước tiêu chuẩn của xe cộ, những tiêu chuẩn thiết kế đường, áp
dụng cho thiết kế hầm và có xét đến sai số để bố trí không gian cho các thiết bị
trong hầm và các yếu tố khác.
Để khai thác an toàn hiệu quả trong mặt cắt ngang hầm ngoài việc phải
thiết kế riêng lối thoát hiểm thì hệ thống cơ điện được thiết kế gồm:
+ Các thiết bị thông gió: hệ thống quạt hút đẩy, thiết bị lọc bụi…
+ Các thiết bị chiếu sáng và điều chỉnh chỉnh ánh sáng.
+ Hệ thống thoát nước: các ga thu, bể thu và trạm bơm sơ, thứ cấp.
+ Các thiết bị giám sát, điều khiển: hệ thống camera, loa phát thanh, các
thiết bị thu nhận…được nối với phòng điều khiển trung tâm.
+ Hệ thống cáp điện: máy phát dự phòng, trạm biến thế.
Các hầm dìm đã được thi công trên thế giới cho đến nay có quy mô mặt cắt
ngang từ 2 đến 6 làn xe thường được thiết kế một trong hai dạng hình chữ nhật hay
hình tròn.
Dạng hình chữ nhật thường là kết cấu bêtông cốt thép, bêtông cốt thép dự
ứng lực. Kết cấu hầm dạng khung chữ nhật bêtông cốt thép có thể được xem như
một khung cứng gồm bản nắp, tường, bản đáy liên kết với nhau. Bề dày tường và
bản trong kết cấu hầm ôtô tối thiểu là 1m. Tiếp giáp bản đáy thường thiết kế thêm
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 16

tấm bêtông nặng (bê tông balast) chống lực cắt theo phương ngang đồng thời như
một đối trọng chống đẩy nổi cho hầm. Tại những vị trí giao nhau giữa tường và bản
thường thiết kế những nách khung hầm nhằm tăng khả năng chịu cắt cũng như chịu
uốn. Với thiết kế này không những làm cho công trình thẩm mỹ hơn mà còn tăng
độ ổn định cho từng đốt hầm. Phần lớn hầm dạng chữ nhật bêtông cốt thép có từ 2
khoan hầm trở lên.
Nhìn chung, mặt cắt ngang điển hình của kết cấu đường hầm dìm được thiết
kế dựa trên kinh nghiệm của các kết cấu hầm dìm đã được xây dựng thành công
trước đó ở các từng vùng miền, từng quốc gia châu lục cũng như các điều kiện khu
vực thi công.

Hình 2.1

Các mặt cắt ngang điển hình của hầm dìm bêtông cốt thép

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

2.2.

Trang 17

Thiết kế mặt cắt ngang điển hình của đường hầm dìm.

2.2.1. Ổn định đốt hầm dìm đối với sự đẩy nổi
a) Phần nổi trong quá trình lai dắt
Đốt hầm dìm đựơc thiết kế sao cho nổi tự do bằng lực đẩy nổi trong quá
trình lai dắt. Trong khi nổi, phần nổi của đốt hầm phải đựơc thiết kế sao cho đảm
bảo tính ổn định, giảm thiểu sử dụng bể chứa nước, và giảm thiểu nhu cầu bê tông
ballast để duy trì hệ số an toàn sau khi lắp ghép. Kết quả là đốt hầm phải được
thiết kế sao cho chúng nổi với lực nổi lớn hơn khối lượng tónh khoảng 1%. Tuy
nhiên, phần nổi của đốt hầm dìm trong quá trình nổi bị ảnh hưởng không chỉ bởi sự
thay đổi trọng lượng đốt hầm gây ra bởi tỷ trọng bê tông, khối lượng của trang
thiết bị lắp sẵn, khối lượng thanh cốt thép sử dụng, mà còn do sự thay đổi trọng
lượng riêng của nước sông. Thêm vào đó, sai số kích thước khi chế tạo sẽ làm thay
đổi phần nổi so với giá trị thiết kế.
b) Ổn định tình trạng nổi sau khi hoàn thành
Sau khi lắp ghép, đốt hầm dìm phải có đủ khối lượng để duy trì hệ số an
toàn quy định, đối với lực đẩy nổi và giữ ổn định đốt hầm. Trong đó, hệ số an toàn
trong tình trạng nổi có nghóa là trọng lực cụ thể của đốt hầm chống lại trọng lượng
riêng nứơc sông.
Ví dụ, tỉ lệ giữa khối lượng đốt hầm dìm và lực đẩy nổi, phải đảm bảo lớn
hơn 1.1 để cho kết cấu hầm dìm được ổn định sau khi hoàn thành.
W/B ≥ F
Trong đó:
F : hệ số an toàn trong tình trạng thả nổi
W : khối lượng đốt hầm sau khi lắp ghép
B : Lực đẩy nổi
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 18

2.2.2. Tải trọng thiết kế
Đốt hầm dìm đã lắp ghép sẽ chịu tải trọng áp suất nước lâu dài, khối lượng
tónh, áp lực đất và khối lượng bê tông bảo vệ, bê tông ballast, đắp trả và các thiết
bị khác. Sau khi đánh giá các tải trọng, thì nên loại bỏ khối lượng phụ kiện vì
chúng tác động ít lên đốt hầm. Các tải trọng sau đây thường được dùng trong tính
toán mặt cắt ngang đốt hầm dìm:
+ p lực nước: Tính ứng suất dựa trên tỷ trọng nước sông
+ Tải trọng phía trên hầm:
Tải trọng phía trên hầm là tải trọng đè lên bản đỉnh của đốt hầm dìm. Tải
trọng này bao gồm lớp đắp trả từ mái đốt hầm và trầm tích bùn đất, không được
lớn hơn bùn ở đáy sông ban đầu .Tỷ trọng của lớp đắp trả và tỷ trọng của trầm tích
phải tính trong điều kiện ngập nước.
+ p lực đất theo phương ngang
p lực đất do đắp trả tác dụng lên tường bên của đốt hầm đựơc giả định ở
trạng thái nghỉ vì tường rất chắc và không cho phép chuyển vị. Tính áp lực đất dựa
vào tỷ trọng của vật liệu đắp trả và trầm tích dưới nước. Hệ số áp lực đất ở trạng
thái nghỉ là 0.5.[11]
+ Tónh tải bản thân đốt hầm và bê tông bảo vệ
+ Khối lượng bê tông ballast
Tính khối lượng bê tông mặt đường, bê tông ballast và bó vỉa dựa trên tỷ
trọng trung bình của bê tông mặt đường và bó vỉa .
+ Hoạt tải: Tác động của hoạt tải đối với hầm dìm có thể bỏ qua. Vì bản
đáy của kết cấu hầm dìm thường đủ dày để chịu đựơc tải trọng xe trực tiếp và
giảm tác động của hoạt tải xuống nền móng. Vì thế nói chung, không cần xem xét
tác dụng của hoạt tải trong thiết kế hầm dìm bêâtông cốt thép.
HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 19

+ Tải trọng động đất: được xác định dựa trên hệ số động đất thiết kế của
tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam đựơc chuyển sang hệ số gia tốc (AC) theo tiêu
chuẩn AASHTO.
2.2.3. Phương pháp phân tích kết cấu và kiểm tra ứng suất
Để tính các lực trên mặt cắt ngang gây ra do tải trọng nêu trên, áp dụng các
phương pháp phân tích kết cấu sau:
Cơ sở để phân tích kết cấu là phân tích mô hình kết cấu hai chiều dựa trên
phân tích đàn hồi.
Mô hình kết cấu khung cứng hai chiều trên gối đàn hồi được áp dụng cho
việc tính toán mặt cắt ngang của đốt hầm dìm.
Tính toán tải trọng, nội lực mặt cắt và đánh giá cường độ ứng suất ngang
Kiểm tra an toàn, cốt thép momen uốn và lực cắt được đề cập trong phần ví dụ tính
tóan ở chương IV.
2.3.

Thiết kế trắc dọc và mối nối.

2.3.1. Thiết kế mặt cắt dọc
a. Dự ứng lực theo phương dọc
Vì đốt hầm là kết cấu bê tông dạng khối dày và bề dày của bản thường rất
lớn do đó dễ có thể bị nứt do hơi nóng hydrat hoá hoặc nứt do co ngót. Khi áp dụng
các biện pháp chống nứt của tường bên, ví dụ như dùng xi măng Portland nhiệt

thủy hóa thấp và ống làm mát, sử dụng ứng suất trước theo hướng dọc trục làm
tăng tính kín nước do khép kín các vết nứt.
Dự ứng lực làm tăng khả năng chịu lực dọc trục của đốt hầm dìm và có khả
năng chịu tải trọng lớn do lớp lấp trả, quá trình trầm tích hoặc lún khác nhau.

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 21

kết cấu hầm đào lấp ít đàn hồi hơn hầm dìm vì chúng được chống đỡ bởi tường
trong đất. Vì vậy, nội lực ở vị trí hầm đào lấp được ước tính sẽ cao hơn so với vị trí
hầm dìm ở giữa sông.

Hình 2.3 Mô hình phân bố mô men uốn [11]
c. Bố trí khung thép ở hai đầu của đốt hầm dìm
Hai đầu của đốt hầm dìm được lắp khung thép nhô ra, bên trong đó có đặt
gioăng cao su cách nước. Nó được nối với các đốt khác có cấu tạo hai đầu tương tự.
Vì bề mặt hai đầu của các đốt hầm sẽ được nối khít với nhau và phải đảm
bảo độ kín nước cho đến khi công việc liên kết hoàn thành nên thép sẽ được sử
dụng cho toàn bộ phần kết cấu hai đầu đốt hầm. Các tấm thép dùng cho hai đầu
này cần phải có sự kiểm tra kích thước với sự chính xác cao.
2.3.2. Thiết kế mối nối giữa đốt hầm dìm
Mối nối giữa các đốt hầm dìm hoặc giữa các đốt hầm dìm và hầm đào lấp
có hai loại để lựa chọn, kết cấu mềm và kết cấu cứng. Lựa chọn loại mối nối phải
xét đến lực phát sinh trong trục đốt hầm dìm. Trong trường hợp lực phát sinh lớn,

phải sử dụng kết cấu mềm để giảm tải trọng. Nhân tố gây ra lực tác động lên trục
đốt hầm đó là tải trọng thay đổi dọc theo tuyến đốt hầm, độ lún chênh lệch của
móng, thay đổi nhiệt độ và tải trọng động đất.
Trong hầm, mặc dù tải trọng động đất và thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng ít,
nhưng lực tác dụng được ước đoán có thể lớn vì đất sông mềm và độ dày lớp đất

HVTH: NGÔ TẤN SỸ

Chương II