Đánh giá ảnh hưởng việc xây dựng đường hầm tàu điện ngầm đến công trình trên bề mặt theo các chỉ số biến dạng và chuyển dịch

Nghiên cứu - Trao đổi

Đánh giá ảnh hưởng việc xây dựng
đường hầm tầu điện ngầm đến công trình
trên bề mặt theo các chỉ số biến dạng
và chuyển dịch
m TS. NGUYỄN XUÂN BẮC, ThS. TRẦN THỊ THU TRANG
Khoa Trắc địa-Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

1. Đặt vấn đề
Trạng thái tự nhiên của khối
đất trước khi đào đường hầm
trong nó ở thế cân bằng. Việc đào
hầm đã phá vỡ thế cân bằng ứng
suất tự nhiên, dẫn đến chuyển
dịch và biến dạng của khối đất.
Quá trình chuyển dịch trong khối
đất có thể được truyền đến bề
mặt, gây ra chuyển dịch và biến
dạng bề mặt. Trên bề mặt đất khi
đó sẽ tạo thành các hố lún, được
ghép bởi các đường cong độ lún.
Đại lượng chuyển dịch và
biến dạng bề mặt phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, trong đó có các yếu
tố chủ đạo như: độ sâu đặt đường
hầm, hình dạng và kích thước
hầm, phương pháp đào và gia cố
hầm, cũng như thời gian đường
hầm chưa gia cố sau khi đào và
tính chất cơ lý của các lớp đất

(khối lượng thể tích, mun đàn
hồi và biến dạng, hệ số Poison).
Các công trình phân bố trong
vùng chuyển dịch trên bề mặt nơi
có công trình ngầm chạy qua sẽ
chịu ảnh hưởng với giá trị biến dạng,
độ nghiêng và độ cong khác nhau.
Để giảm thiểu ảnh hưởng trên cần
áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại
vào trong đào hầm, gia cố hầm và
đẩy nhanh thời gian thi công.
Trong bài viết này chúng tôi
đề xuất áp dụng quy phạm [1]

tính các yếu tố an toàn cho công
trình nhà ở và công cộng của
thành phố Hà Nội và Hồ Chí
Minh. Nơi đang và sẽ khai thác
không gian ngầm mạnh mẽ trong
tương lai. Cần có những quy
phạm, tiêu chuẩn ngành đưa ra
quy trình, phương pháp khai thác
và công nghệ phù hợp nhằm
giảm thiểu tác động của công
trình ngầm đến công trình phân
bố phía trên bề mặt.
2. Ảnh hưởng của việc thi
công công trình ngầm đến các
công trình phân bố trên bề mặt [2]:

H – độ sâu đặt đường hầm,
L- biên độ chuyển dịch
Hình 2. Ảnh hưởng tới công trình
nằm ở ranh giới chuyển dịch

Hình 3. Ảnh hưởng tới
công trình nằm ở gần điểm uốn
của đường cong độ lún

Hình 1. Phân bố lún phía trên
đường hầm
a. Theo mặt cắt dọc tuyến

Hình 4. Ảnh hưởng tới công trình
nằm ở trung tâm chuyển
dịch đứng
a- hình chiếu đứng đường cong
độ lún và nhà nghiêng

b. Theo mặt cắt tiết diện hầm
b- hình chiếu bằng của nhà
trước khi bị ảnh hưởng chuyển
dịch- biến dạng

0 – độ lún bề mặt, - góc
trượt, - goực chuyeồn dũch,
Tài nguyên và Môi trờng

Kỳ 2 - Tháng 12/2017

27


c- hình chiếu bằng nhà nghiêng
vào nhau do ảnh hưởng chuyển
dịch và biến dạng ngang

3. Tính toán các chỉ số an
toàn cho các công trình nằm
trong vùng ảnh hưởng do việc
xây dựng công trình ngầm
a. Tính toán các chỉ số biến
dạng bề mặt

Tính toán chỉ số biến dạng e,
bán kính cong R, độ nghiêng i và
chuyển dịch el đối với các công
trình nằm trong vùng ảnh hưởng
do tác động xây dựng đường hầm
tàu điện ngầm hoặc các bến tàu
điện ngầm, được xác định theo
thông số biến dạng và chuyển
dịch cho phép:
(1)
(2)
(3)
(4)

Trong đó l – chiều dài tòa
nhà, (mm); H – Độ cao tòa nhà

tính từ móng đến mái, (m); ep, Rđ
– lần lượt tương ứng với biến dạng
ngang (không kích thước), bán
kính cong, (m) (
, Kđ – đại

lượng độ cong bề mặt, 1/m); me, mK
– hai hệ số phụ thuộc vào tác động
công trình ngầm đến nhà (các đại
lượng này lấy theo quy phạm [1]).
b. Tính toán các chỉ số biến
dạng bề mặt cho phép và giới hạn
Biến dạng cho phép bề mặt
đất (chỉ số biến dạng bề mặt) đối
với các công trình được định
nghóa là giá trị biến dạng mà
không hoặc ít làm ảnh hưởng đến
các công trình, nếu giá trị biến
dạng vượt khỏi giá trị biến dạng
cho phép thì cần phải sửa chữa
và bảo dưỡng công trình.
Biến dạng giới hạn bề mặt
đất (chỉ số biến dạng bề mặt) ủoỏi
vụựi caực coõng trỡnh ủửụùc ủũnh

28

Tài nguyên và Môi trờng

nghúa là giá trị biến dạng tối thiểu

để phá hủy công trình, nếu giá trị
biến dạng vượt khỏi giá trị biến
dạng giới hạn thì sẽ gây ảnh
hưởng nghiêm trọng tới công trình
và đời sống dân cư.
Để đảm bảo an toàn cho các
công trình bề mặt nằm trong vùng
ảnh hưởng do việc thi công công
trình ngầm cần xác định được
biến dạng cho phép bề mặt đất
(chỉ số biến dạng) và tổng quan
kế hoạch xây dựng công trình
ngầm, như độ sâu đặt đường hầm
và bến hầm tầu điện ngầm.
Độ sâu an toàn đặt đường
hầm được tính theo phương thẳng
đứng trùng với phương của dây
dọi, và nếu xây dựng, khai thác
không gian ngầm dưới mực sâu
(độ sâu an toàn) đó biến dạng bề
mặt đất sẽ nhỏ hơn biến dạng
cho phép, sẽ không làm ảnh
hưởng tới nhà ở và các công trình
phân bố phía trên bề mặt.
Độ sâu giới hạn đặt đường
hầm được tính theo phương thẳng
đứng trùng với phương của dây
dọi, và nếu xây dựng, khai thác
không gian ngầm ở mực sâu (độ
sâu giới hạn) đó biến dạng bề mặt

đất thu được chính là biến dạng
cho phép bề mặt đất. Và nếu xây
dựng công trình ngầm trên mực
sâu cho phép sẽ làm ảnh hưởng
lớn tới các công trình phân bố phía
trên bề mặt, có thể làm biến dạng
hoặc phá hủy công trình.
Chỉ số cho phép và giới hạn
biến dạng bề mặt đối với các
công trình được tính theo các
công thức sau:
[Dlcp] = [Dlcp]Í n1 n2 n3 n4 n5; (5)

[Dlgh] = [Dlgh]Í n1 n2 n3 n4 n5, (6)

Trong đó [Dlcp]Í và [Dlgh]Í –
quy định chỉ số biến dạng cho
phép và giới hạn tính theo quy
phạm [1], đại lượng này phụ thuộc
vào cấu trúc và số tầng của công
trình phía trên bề mặt, mm; n1 –
hệ số, phụ thuộc vào điều kiện đất
nền; n2 – hệ số, phụ thuộc vào vật
Kú 2 - Th¸ng 12/2017

liệu và độ dày của tường của công
trình; n3 - hệ số, phụ thuộc vào
mức độ hao mòn của tường của
công trình; n4 – hệ số, phụ thuộc
vào vật liệu và độ cứng của sàn

nhà; n5 – hệ số, tính theo hình
dạng của tòa nhà công trên hình
chiếu bằng. Hệ số n1, n2, n3 lấy
theo các bảng 4.3, 4.4, 4.5 trong
quy phạm [68]. Đối với các tòa
nhà, công trình xây bằng gạch
hoặc bê tông với sắt thép ta lấy n4
= 1,2; đối với nhà làm bằng gỗ, tre
lấy n4 = 1,0 [13]. Đối với các nhà
hình chiếu bằng giản đơn n5 = 1,0;
đối với các tòa nhà có hình chiếu
bằng dạng
, Ă, # … n5 = 0,8;
đối với nhà làm bằng gỗ, tre với
hình chiếu bất kỳ n5 = 1,0 [1].
Trong công thức (5), (6) luôn có
các hệ số: n1 n2 n3 n4 n5 > 0,5.

Để xác định độ sâu an toàn
và độ sâu giới hạn của các công
trình đường hầm tàu điện ngầm
phân bố phía dưới các công trình
công cộng và dân sinh, chúng ta
đi tính giá trị cho phép và giá trị
giới hạn của biến dạng ngang
theo các công thức sau:
(7)
(8)

Trong đó [Dlcp] và [Dlgh] là chỉ

số cho phép và giới hạn biến
dạng bề mặt đối với các công
trình được tính theo các công thức
(5) và (6); me, l – tính theo công
thức (1). Khi đó độ sâu cho phép
(an toàn) (Ícp) và độ sâu giới hạn
(Ígh) được tính theo các công thức
(9)
(10)

Trong đó m – tổng chuyển dịch
mái hầm khi chửa coự voỷ ham (ỗt) vaứ
chuyeồn dũch maựi ham sau khi ủaừ coự
voỷ vaứ gia coỏ ham (ỗỗ), hay m = ỗt +
ỗỗ; ke laứ heọ soỏ xaực định theo quy
phạm [1], đối với điều kiện địa chất
thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh
có thể lựa chọn ke = 1,0.


Để xác định độ sâu an toàn và
độ sâu giới hạn của các công trình
đường hầm tàu điện ngầm phân bố
phía dưới các công trình công
nghiệp, chúng ta đi tính giá trị cho
phép và giá trị giới hạn của biến dạng
ngang theo các công thức sau:
(11)
(12)

e [Dcp]Í, [Dgh]Í – quy định
giá trị biến dạng ngang bề mặt
cho phép và giới hạn đối với các
công trình công nghiệp (không có
đơn vị); n1 – hệ số, lấy như trong
công thức (5) và (6); n6 – hệ số,
phụ thuộc vào tình trạng công
trình công nghiệp (xem trong
bảng 4.6 trong quy phạm [1]).
Quy định giá trị biến dạng ngang
bề mặt cho phép và giới hạn đối
với các công trình công nghiệp
được xác định như sau:
- đối với nhà có nền gia cố bằng
cách đóng cọc và đổ bê tông
(13)

- đối với nhà có nền gia cố
bằng bởi các tấm bê tông cốt thép
(14)

Trong đó [Ccp] – chỉ số (mm)
kiểu dáng và kiến trúc ngôi nhà (bảng
4.7 trong quy phạm [1]); ls – khoảng
cách từ giữa nền nhà đến móng tường,
hoặc khoảng cách từ giữa mái nhà, từ
giữa phần khung của ngôi nhà không
liên kết với khối trụ nào, hoặc từ khối
trụ cố định đến mép tường công trình,
mm; lm – chiều dài tấm bê tông , mm;

100 – hệ số, mm.
Quy định giá trị biến dạng
ngang bề mặt giới hạn đối với các
công trình công nghiệp được xác
định như sau:
- đối với các tòa nhà có
khung và rằng
(15)

- đối với các tòa nhà dạng khác
(16)

Trong đó [Cgh] – chỉ số (mm)
kiểu dáng và kiến trúc ngôi nhà
(bảng 4.9 trong quy phạm [1]), D; ls
và 100 – các đại lượng được tính
như trong công thức (13) và (14).
4. Kết luận
Nếu tính toán chỉ số biến dạng
đối với các tòa nhà, công trình
công cộng nhỏ hơn chỉ số biến
dạng cho phép khi đó coi như các
công trình ngầm không ảnh hưởng
đến các công trình bề mặt.
Nếu tính toán chỉ số biến dạng
đối với các tòa nhà, công trình công
cộng nằm trong khoảng chỉ số biến
dạng cho phép đến chỉ số biến dạng
giới hạn khi đó để bảo vệ các công
trình bề mặt cần lựa chọn các biện

pháp đào hầm và nâng cao kỹ thuật,
công nghệ trong khai thác không
gian ngầm.
Nếu tính toán chỉ số biến
dạng đối với các tòa nhà, công
trình công cộng lớn hơn chỉ số
biến dạng giới hạn khi đó để bảo
vệ các công trình bề mặt cần lựa
chọn các biện pháp đào hầm và
nâng cao kỹ thuật, công nghệ
trong khai thác không gian ngầm
làm giảm chỉ số biến dạng công
trình bề mặt về nhỏ hơn chỉ số
biến dạng giới hạn. Đồng thời đưa
ra các biện pháp gia cố và bảo vệ
công trình bề mặt.
5. Kiến nghị
Như vậy trong kế hoạch thiết kế
và thi công đường hầm tàu điện
ngầm cần lưu ý một số vấn đề sau:
Khi đặt đường hầm dưới mực
sâu cho phép (mực sâu an toàn)
thì việc khai thác không gian
ngầm sẽ ít gây ảnh hưởng tới các
công trình bề mặt.
Khi đặt đường hầm trong
khoảng mực sâu giới hạn và mực
sâu cho phép (mực sâu an toàn)
thì việc khai thác không gian ngầm
sẽ gây ảnh hưởng tới các công

trình bề mặt, nhưng hậu quả chưa
nghiêm trọng. Và cần phải xem
xét, lựa chọn các biện pháp để
khai thác không gian ngầm, cũng
như bảo vệ các công trình bề mặt.

Khi đặt đường hầm trên mực
sâu giới hạn thì việc khai thác
không gian ngầm sẽ gây ảnh
hưởng lớn tới các công trình bề
mặt, và để lại các hậu quả
nghiêm trọng cho công trình và
dân sinh. Chính vì vậy cần phải
lựa chọn kỹ thuật công nghệ, các
biện pháp để khai thác không
gian ngầm đưa chỉ số biến dạng
công trình về nhỏ hơn chỉ số biến
dạng giới hạn, bảo đảm an toàn
cho các công trình trong suốt quá
trình khai thác không gian ngầm.
Các biện pháp bảo vệ nhà và
công trình nằm trong vùng ảnh
hưởng của việc xây dựng đường
hầm tầu điện ngầm [3]:
Tăng tốc độ thi công lắp,
ghép vỏ hầm và phun bê tông
vào khoảng không giữa vỏ hầm
và đường hầm đất (nhằm giảm
thiểu thời gian để đường hầm
không có vỏ);

Tăng tốc độ đào hầm nhưng
vẫn đảm bảo các yếu kỹ thuật và
tính an toàn trong xây dựng ; xử dụng
áp lực nước tác động lên thành hầm
nhằm kiểm soát chỉ số biến dạng
Phương pháp bảo vệ nhà,
công trình nằm trong vùng ảnh
hưởng do tác động của việc xây
dựng các công trình ngầm đều
cần theo quy phạm [1].
Tiến hành quan trắc chuyển
dịch và biến dạng công trình trong
suốt quá trình xây dựng, khai thác và
vận hành đường hầm tàu điện ngầm,
từ đó có phương án hợp lý bảo vệ các
công trình, xem phương pháp quan
trắc và xử lý kết quả đo trong [4,5].
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Quy phạm bảo vệ công
trình do ảnh hưởng của việc khai
thác mỏ hầm lò ở các mỏ than.//
Spb, VNIMI 1998, 291 trang;
[2]. Volokhov E. M. Dự báo
chuyển dịch và biến dạng khối đất
và trên bề mặt do tác động của
đường hầm tầu điện ngầm. Luận án
tiến só , năm 2003, 361trang;
[3]. Phương pháp thiết kế bảo
vệ công trình nhà ở và công trình
công cộng do tác động của việc

khai thác không gian ngam// Nxb.:
xaõy dửùng, naờm 1973, 69 trang;n

Tài nguyên và Môi trờng

Kỳ 2 - Tháng 12/2017

29