Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thi công hợp lý hầm giao thông tại vòng xoay dân chủ, khu vực quận 3, thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRIỆU THÁI NAM

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
THI CÔNG HỢP LÝ HẦM GIAO THƠNG
TẠI VỊNG XOAY DÂN CHỦ, KHU VỰC QUẬN 3,
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRIỆU THÁI NAM

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
THI CÔNG HỢP LÝ HẦM GIAO THƠNG
TẠI VỊNG XOAY DÂN CHỦ, KHU VỰC QUẬN 3,
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : Xây dựng cơng trình ngầm, mỏ và cơng trình đặc biệt
Mã số
: 60.58.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Ngơ Dỗn Hào

HÀ NỘI - 2013


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2013
Tác giả

Triệu Thái Nam


MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM............................................................................... 7
1.1 Tình hình xây dựng cơng trình ngầm trên thế giới ................................ 7
1.2 Tình hình xây dựng cơng trình ngầm tại Việt nam ............................... 10

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG CƠNG TRÌNH
NGẦM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI VIỆC LỰA CHỌN
CƠNG NGHỆ THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM ................................ 12
2.1. Các phương pháp thi cơng cơng trình ngầm........................................ 12
2.1.1. Thi công hầm theo phương pháp ngầm ......................................... 12
2.1.2 Thi công theo phương pháp lộ thiên .............................................. 24
2.1.3. Phương pháp hạ chìm (dìm) ......................................................... 28
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp và công nghệ
thi công cơng trình ngầm ........................................................................... 32
2.2.1. Điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn ........................... 32
2.2.2. Hình dạng và kích thước mặt cắt ngang cơng trình ....................... 33
2.2.3. Độ dốc dọc và độ cong của cơng trình ngầm ................................ 34
2.2.4. Chiều sâu bố trí cơng trình............................................................ 36
2.2.5. Độ ổn định cho cơng trình trên mặt và cơng trình liền kề ............. 36
2.2.6. Mặt bằng tự do trên mặt đất .......................................................... 38


2.2.7. Khả năng tài chính và hiệu quả kinh tế ......................................... 38
CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG KHẢ THI HẦM GIAO
THƠNG TẠI VỊNG XOAY DÂN CHỦ, KHU VỰC QUẬN 3 .............. 40
3.1. Chức năng nhiệm vụ của vòng xoay Dân chủ ..................................... 40
3.2. Điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn nơi cơng trình đi qua 42
3.2.1. Điều kiện địa chất ......................................................................... 42
3.2.2. Điều kiện địa chất thủy văn ......................................................... 50
3.2.3. Hình dạng, kích thước mặt cắt ngang đường hầm ......................... 50
3.3. Các cơng trình trên mặt và cơng trình ngầm ....................................... 51
3.3.1. Các cơng trình hiện hữu trên bề mặt ............................................. 51
3.3.2. Các cơng trình ngầm..................................................................... 52
3.4. Đề xuất phương pháp thi công hợp lý ................................................. 53
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ THI CƠNG

PHÙ HỢP ................................................................................................... 55
4.1. Phân tích lựa chọn cơng nghệ thi cơng hầm bằng phương pháp đào
kín ............................................................................................................. 55
4.2. Cơng nghệ thi công bằng khiên đào .................................................... 58
4.2.1. Phân loại khiên đào ...................................................................... 58
4.2.2. Các khả năng liên kết của các máy khiên đào ............................... 66
4.3. Lựa chọn công nghệ thi công bằng máy khiên đào ............................. 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 77


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Lựa chọn công nghệ theo đường kính cơng trình ngầm ................ 34
Bảng 2.2. Lựa chọn công nghệ và phương tiện vận tải theo độ dốc dọc cơng
trình ngầm ..................................................................................... 35
Bảng 2.3: Lựa chọn cơng nghệ và phương tiện vận tải theo bán kính cong
cơng trình ngầm ............................................................................. 35
Bảng 2.4: Lựa chọn công nghệ theo độ sâu lắp đặt áp dụng.......................... 36
Bảng 3.1: Đặc tính địa chất cơng trình của lớp A ......................................... 43
Bảng 3.2: Đặc tính địa chất cơng trình của lớp B.......................................... 44
Bảng 3.3: Đặc tính địa chất cơng trình của lớp C.......................................... 46
Bảng 3.4: Đặc tính địa chất cơng trình của lớp D ......................................... 47
Bảng 3.5: Đặc tính địa chất cơng trình của lớp E .......................................... 49
Bảng 4.1: Phạm vi sử dụng của các máy khiên đào ...................................... 67


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh) .................................................. 8

Hình 1.2 Metro Columbia Heights (Mỹ)......................................................... 9
Hình 1.3 Đường hầm The Second Heinenoord (Anh) ..................................... 9
Hình 1.4 Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân (Việt Nam) ................................. 11
Hình 1.5 Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A (Việt Nam) ........................... 11
Hình 2.1 Hình minh họa thi cơng theo phương pháp mỏ .............................. 13
Hình 2.2 Hình minh họa thi cơng theo phương pháp NATM ........................ 14
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý cơng nghệ đào hầm bằng khiên đào .................... 15
Hình 2.4. Phương pháp thi công bằng máy khoan hầm TBM ....................... 18
Hình 2.4a: TBM trong đá cứng ở hầm thuỷ điện Đại Ninh ........................... 18
Hình 2.5. TBM trong đá cứng kiểu Roadheader ........................................... 19
Hình 2.6.TBM trong đất yếu và phạm vi áp dụng ......................................... 19
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mở đường hầm bằng phương pháp kích đẩy ...... 21
Hình 2.8.Hình minh họa phương pháp kích ép ống cống .............................. 22
Hình 2.9. Sơ đồ thi cơng bằng phương pháp kích đẩy tiên tiến ..................... 23
Hình 2.10. Sơ đồ thi cơng theo phương thức tường nền ................................ 25
Hình 2.11.Sơ đồ thi cơng theo phương thức tường nóc ................................. 26
Hình 2.12.Sơ đồ thi cơng theo phương pháp hạ dần ..................................... 27
Hình 2.13.Sơ đồ thi cơng theo phương pháp hạ chìm ................................... 28
Hình 2.14. Hình minh họa mặt cắt thiết kế hầm dìm Thủ Thiêm .................. 29
Hình 2.15. Hình minh họa cửa hầm phía quận 1 ........................................... 29
Hình 2.16. Hình minh họa cửa hầm phía quận 2 ........................................... 30
Hình 2.17. Hình minh họa hệ thống chiếu sáng bên trong đường hầm .......... 30
Hình 2.18. Hình minh họa hệ thống quạt thơng gió bên trong đường hầm .... 31


Hình 2.19. Hình minh họa hệ thống đường thốt hiểm được bố trí 2 bên hầm
(cơng nhân đang lắp đặt hệ thống điện) ........................................................ 31
Hình 2.20 – Sự phụ thuộc của công nghệ phá vỡ đất đá vào độ bền của đất đá
..................................................................................................................... 33
Hình 3.1(a) Minh họa tình trạng kẹt xe thường xun tại khu vực vịng xoay

..................................................................................................................... 40
Hình 3.1 (b)Minh họa tình trạng kẹt xe thường xuyên tại khu vực vịng xoay
..................................................................................................................... 41
Hình 3.2 Bình đồ tại khu vực vịng xoay Dân Chủ ....................................... 41
Hình 3.3 Hướng đi của tuyến tàu điện ngầm Bến thành – Tham Lương (qua
công trường Dân chủ) ................................................................................... 42
Hình 3.4 Mặt cắt ngang điển hình vỏ hầm [5] .............................................. 51
Hình 4.1 Minh họa máy khiên đào từng phần gương .................................... 58
Hình 4.2 Minh họa máy khiên đào tồn phần gương .................................... 59
Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo của khiên chất lỏng có áp......................................... 61
Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo của khiên cân bằng áp lực đất .................................. 62
Hình 4.5.Sơ đồ hệ thống thi cơng bằng khiên cân bằng áp lực đất ................ 63
Hình 4.6 Khả năng liên kết của các máy khiên đào ...................................... 68
Hình 4.7 – Sơ đồ thi cơng điển hình bằng máy khiên đào ............................. 72
Hình 4.8 – Các phương pháp gia cố gương đào trước khi cho máy vào hoạt
động ............................................................................................................. 75


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự ùn tắc giao thông ở các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh đã trở
thành một đề tài quá quen thuộc đối với người dân nơi đây. Với gần 10 triệu
dân, Thành phố Hồ Chí Minh đang phải chịu áp lực khủng khiếp từ lượng
phương tiện lưu thông liên tục tăng, cộng thêm với số phương tiện rất lớn từ
các địa phương khác nên khơng tránh khỏi tình trạng q tải. Trong khi đó,
khơng gian mặt đất khơng đủ để đáp ứng nhu cầu, việc quy hoạch lại hệ thống
đường là bài toán nan giải cho các nhà quy hoạch. Chính vì vậy, ta phải
nghiên cứu sử dụng các quỹ không gian khác như khoảng không gian bên trên

và khoảng không gian ngầm.
Khi bàn về vấn đề ùn tắc giao thông tại thành phố, đa số các ý kiến cho
rằng, nguyên nhân là do cách quản lý, tổ chức giao thông chưa tốt, ý thức
người tham gia giao thông kém. Ngồi ra, một ngun nhân khác nhìn thấy rõ
qua những số liệu thống kê về phương tiên của Sở giao thơng vận tải Thành
phố Hồ Chí Minh, đó là: lượng phương tiện tham gia giao thông tăng đột biến
và rất nhanh. Trong thời gian ngắn đó, cơ sở hạ tầng, vốn chưa đồng bộ không
thể đáp ứng được, dẫn dến tình trạng ùn tắc như hiện nay.
Theo ước tính của Sở giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh hiện có
khoảng hơn 5,5 triệu phương tiện giao thơng cá nhân. Trong đó, xe ơ tơ là
khoảng 500.000 chiếc, xe máy vào khoảng 5 triệu chiếc. Thứ trưởng Nguyễn
Thanh Nghị đã nói: “Số lượng phương tiện giao thơng tại Thành phố Hồ Chí
Minh chiếm đến 1/3 số phương tiện giao thông của cả nước. Riêng xe máy
chiếm đến 25% số xe máy cả nước”. Theo đó, tỉ lệ phương tiện/dân số của
Thành phố Hồ Chí Minh cũng (vượt mức 1/2) đã gấp 3 lần tỷ lệ trung bình
của cả nước.


2

Số lượng phương tiện tham gia giao thông tăng quá nhanh: Với tốc độ
gia tăng số lượng phương tiện giao thơng cá nhân tại Thành phố Hồ Chí Minh
như hiện nay, Thứ trưởng Nghị lo ngại, sau 3 năm nữa, số xe tại Thành phố
Hồ Chí Minh sẽ tăng lên gấp đôi hiện tại, tức mỗi năm tăng thêm 1,83 triệu
xe. Trong tháng 05/2012, Thành phố Hồ Chí Minh có 20.862 phương tiện
giao thơng đăng ký mới, trong đó có 1.221 ơ tơ và 19.641 mơ tơ. Tính đến
tháng 05/2012 trên tồn địa bàn Thành phố có 5.715.798 phương tiện giao
thông với 509.106 ô tô và 5.206.692 mô tô, tăng 10,42% so với cùng kỳ năm
2011.
Do lượng phương tiện tăng nhanh, nhất là xe ô tô, nên các giải pháp mà

Sở giao thông vân tải đưa ra cũng chỉ mang tính tình thế. Vì khi bịt ngã tư,
các phương tiện lại dồn q đơng ở điểm quay đầu, nên tình trạng ùn tắc vẫn
cịn. Thêm vào đó là nguy cơ tai nạn giao thông tăng cho người đi bộ tại các
vị trí tạo dịng quay đầu do tốc độ giao thông cao trên hướng ưu tiên.
Sự bùng nổ về hoạt động cũng như số lượng xe, số lượng hãng taxi nếu
không được quản lý và tổ chức một cách chặt chẽ cũng là nguyên nhân làm
cho trật tự an toàn giao thông ở TP.HCM càng thêm phức tạp.
Báo cáo mới nhất của Sở Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh,
hiện lượng xe taxi trên địa bàn là 12.551 xe của 36 đơn vị. Lượng xe hiện có
đã vượt quá qui hoạch cho giai đoạn 2010-2015 là 12,7% (dự kiến 11.000 xe),
bằng 84% mức dự kiến đến năm 2020. Mặc dù chỉ chiếm 2,6% tổng số
500.000 ô tô trên thành phố nhưng mật độ lưu thông trên đường của taxi ở
trung tâm chiếm tới 46%.
Trung bình mỗi tháng, Thành phố Hồ Chí Minh có thêm 400 xe taxi mới.
Đó là chưa tính đến một số lượng xe taxi “dù” hàng ngàn chiếc hoạt động trên
mọi ngõ ngách thành phố. Những ngày lễ lớn, số lượng này tăng đến mức
chóng mặt gây ùn tắc giao thông nghiêm trọng.


3

Phương tiện giao thông cá nhân hiện nay quá lớn chính vì vậy cần thiết
phải huy động người dân sử dụng phương tiên giao thông công cộng như: xe
buýt, tàu điện trên cao, hầm giao thông ngầm… Tuy nhiên, thực tế hiện nay
cho thấy các phương tiện này vẫn còn khá khiêm tốn (xe buýt) hoặc chưa có
nhiều (hầm giao thơng, tàu điện).
Tính đến ngày 31/12/2011, mạng lưới tuyến xe bt thành phố Hồ Chí
Minh có 147 tuyến. Trong đó có 108 tuyến xe buýt có trợ giá và 39 tuyến xe
buýt không trợ giá. Mỗi ngày hệ thống xe bt (bao gồm cả bt có trợ giá và
khơng trợ giá) thực hiện khoảng 1,2 triệu lượt hành khách/ngày. Trong đó,

khối lượng vận chuyển hành khách của các tuyến xe buýt có trợ giá 89% và
trên các tuyến xe buýt không trợ giá là 11%. Số lượng tuyến xe buýt không
trợ giá chiếm khoảng 30% tổng số lượng tuyến xe buýt nhưng chỉ đảm nhận
được khoảng 11% nhu cầu đi lại bằng xe buýt của thành phố vì giá vé xe buýt
không trợ giá khá cao, chủ yếu hoạt động ở khu vực tỉnh lân cận với tần suất
thấp nên phần nào chưa thu hút được người dân.
Xét về yếu tố diện tích mặt đường bị phương tiện giao thơng chiếm, khi
cùng chuyên chở số lượng hành khác là 200 người được thống kê như sau: tàu
điện là 180m2, ô tô buýt 230m2, xe máy 1850m2, ô tô con 3800m2. Cịn hầm
giao thơng ngầm gần như khơng chiếm một mét vng nào trên diện tích
đường phố. Những số liệu thống kê cho thấy sử dụng diện tích khoảng khơng
gian ngầm là hợp lý nhất.
Xây dựng cơng trình ngầm gắn liền với chi phí đầu tư rất lớn. Tùy thuộc
vào dạng cơng trình ngầm cũng như điều kiện địa kỹ thuật và tính chất đơ thị,
giá thành xây dựng cơng trình ngầm có thể cao hơn từ 1,5 đến 2 lần giá cơng
trình tương tự trên mặt đất. Khoảng cách về giá có thể giảm rất nhiều khi mật
độ xây dựng ở đô thị cao, cường độ đi lại của các phương tiện giao thông lớn
và lượng người đi bộ nhiều. Khi giá thành trên mặt đất tăng mạnh cho xây


4

dựng cơng trình (do phải dịch chuyển nhà, giải phóng mặt bằng, trang bị sửa
chữa lại các tuyến giao thông và đường đi bộ …) thì lệch giá khơng cịn lớn
nữa. Giá thành xây dựng cơng trình ngầm cịn giảm hơn nữa khi điều kiện bố
trí chúng trong tổ hợp chung với các cơng trình trên mặt đất, khi điều kiện địa
kỹ thuật thuận lợi cho phép sử dụng các kết cấu công nghiệp tiên tiến, các
phương pháp xây dựng nhanh và kinh tế, cũng như khi khối lượng sửa chữa
mạng kỹ thuật ngầm nhỏ. Ngoài ra, khoảng cách giá thành xây dựng cơng
trình nổi và cơng trình ngầm được giảm nhiều nhờ lời thế về xã hội và đô thị

trong việc bố trí cụm cơng trình ngầm. Như vậy trong các tính tốn hiệu quả
khai thác hiệu quả tổ hợp không gian ngầm, cần đánh giá không những hiệu
quả kinh tế xã hội (tăng cường điều kiện sống cho người lao động, trong sạch
môi trường đô thị, …) kể cả đánh giá hiệu quả kinh tế của quỹ đất dùng để
xây dựng cơng trình ngầm.
Theo kinh nghiệm của Liên Bang Nga, thì việc sử dụng khơng gian
ngầm ở Matxcova đã giải phóng được hơn 5.000 hecta đất đơ thị, mà đất ở
trung tâm thành phố lớn là vô cùng đắt. Như vậy tiết kiệm được rất nhiều tiền.
Mặt khác, hiệu quả từ giải phóng đất đai đơ thị liên quan đến xây dựng cơng
trình ngầm là rất đáng kể. Ví dụ, khi xây dựng 1km đường ơ tơ nổi với 6 làn
xe, phải cần từ 4,5 đến 7 hecta đất, còn để xây dựng 1km ngầm như vậy chỉ
mất có 0,1 hecta.
Để thi cơng các hệ thống đường hầm giao thơng ngầm có thể sử dụng
phương pháp hở hoặc phương pháp ngầm.
Thi cơng theo phương pháp lộ thiên địi hỏi mặt bằng thi công lớn, gây
cản trở giao thông bề mặt. Thi cơng theo phương pháp ngầm có thể chia thành
cơng trình ngầm nằm nơng và cơng trình ngầm nằm sâu. Cơng trình ngầm
nằm sâu tránh được các móng cọc của các nhà cao tầng, tuy nhiên công tác thi
cơng rất khó khăn. Cơng trình ngầm nằm nơng, cơng tác thi công đơn giản


5

hơn nhưng lại chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố bề mặt (móng cọc nhà cao tầng,
giao thơng trên bề mặt…). Chính vì vậy, khi thi cơng các tuyến đường hầm
nằm nông, nên đề xuất các tuyến này nên nằm dưới các tuyến đường trên mặt
hoặc đi qua các tòa nhà có chiều sâu móng nhỏ.
Tóm lại, sự cần thiết của hầm và các lợi ích mà chúng mang lại là không
thể không xem xét thấu đáo. Hầm giúp cải thiện các kết nối và làm rút ngắn
các đường giao thông huyết mạch. Bằng cách đưa giao thông xuống ngầm, hệ

thống hầm giúp nâng cao chất lượng cuộc sống phía trên mặt đất và có thể có
một tác động kinh tế to lớn. Việc sử dụng không gian ngầm cho các mục đích
như lưu trữ, các nhà máy điện và xử lý nước, quốc phòng và các hoạt động
khác, thường là một yêu cầu bắt buộc trên quan điểm thiếu khơng gian mặt
đất, vận hành an tồn, bảo vệ mơi trường và tiết kiệm năng lượng. Tất nhiên,
xây dựng hầm là có nguy cơ rủi ro và đắt đỏ, và địi hỏi một trình độ cao về
kỹ năng kỹ thuật.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lựa chọn công nghệ thi công ngầm
theo phương pháp đào kín tại Thành Phố Hồ Chí Minh. Phạm vi nghiên cứu
là các tuyến đường ngầm và thi cơng theo phương pháp đào kín.
3. Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn công nghệ thi công hợp lý
tuyến hầm giao thông tại vòng xoay Dân chủ, quận 3, Thành phố Hồ Chí
Minh, bằng phương pháp đào kín.
4. Nội dung nghiên cứu
- Thực trạng vấn đề giao thông hiện nay của Thành Phố Hồ Chí Minh
- Tổng quan về cơng nghệ xây dựng cơng trình ngầm trên thế giới và ở
Việt Nam bằng phương pháp ngầm


6

5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là phương pháp tổng hợp: Thu thập
tài liệu, nghiên cứu cơng nghệ, phân tích
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài: Qua nghiên cứu, đề tài luận văn đã được
lựa chọn công nghệ thi công hợp lý tuyến hầm giao thơng tại vịng xoay dân
chủ, quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp đào kín

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn
tham góp nhỏ định hướng thi cơng lựa chọn công nghệ thi công hợp lý tuyến
hầm giao thơng tại vịng xoay Dân chủ, quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh,
bằng phương pháp đào kín.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận, được trình bày
trong 78 trang với 39 hình vẽ và 10 bảng.
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong
khoa Xây dựng, khoa Mỏ, Bộ mơn Xây dựng cơng trình ngầm và mỏ; Phòng
Sau đại học đã giúp đỡ và trang bị kiến thức cho tơi trong suốt q trình học
tập, nghiên cứu tại trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và xin được trân trọng cảm ơn
thầy giáo TS Ngơ Dỗn Hào đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi hoàn thành
luận văn này.


7

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH NGẦM
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1 Tình hình xây dựng cơng trình ngầm trên thế giới
Hầm là cơng trình được xây dựng trong lịng đất hoặc dưới lịng sơng,
biển. Hiện nay việc sử dụng cơng trình hầm rất phổ biến trên thế giới trong
nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, tuỳ theo mục đích sử dụng, phạm vi
và phương pháp xây dựng ta có những loại hầm thích hợp.
Thời thượng cổ con người đã biết đào các hang hốc để trú ẩn, cất giấu
lương thực, thực phẩm; sau đó con người đã biết đào hầm để khai thác quặng
và than đá. Người La Mã đã xây dựng các đường hầm thủy lợi đến nay vẫn
còn tốt. Gắn liền với sự phát triển, của thiết bị và phương tiện sản xuất, con

đường hầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas qua kênh đào Midi dài
173m được xây dựng ở Pháp vào năm 1679 ÷ 1681. Đường hầm càng phát
triển khi vận chuyển đường sắt càng phát triển để vượt qua các chướng ngại
vật như núi, đèo....
Vào thế kỉ XX ở các thủ đô lớn trên thế giới đã xây dựng mạng lưới tàu
điện ngầm đô thị hiện đại, đặc biệt là ở Maxcơva.
Một số đường hầm tiêu biểu trên thế giới qua các thời kỳ như sau:
- Năm 1826-1830 ở Anh xây dựng hầm đường sắt dài 119m;
- Năm 1935 ở Matxocova xây dựng đường tàu điện ngầm;
- Năm 1857-1871 xây dựng đường hầm Monxenis dài 12.8km nối Pháp
và Ý;
- Năm 1872 - 1882 đường hầm Xen-Gotan dài 14482m nối Ý với Thụy Sỹ;
- Đường hầm ôtô dài nhất là Xen-gatarskui l = 16320 xây dựng xong
1980;
- Năm 1982 ở Nhật xây dựng xong đường hầm Dai -Shimizu dài 22km;


8

- Năm 1988, sau 20 năm xây dựng đã hoàn thành hầm đường sắt Seikan dưới biển nối liền hai hịn đảo ở Nhật dài 53,85 km trong đó
23,3km nằm dưới đáy biển 100m, đây là con đường hầm dài nhất thế
giới hiện nay;
- Năm 2005, Nga kỷ niệm 70 năm thành lập hệ thống xe điện ngầm với
276km đường hầm và 170 nhà ga. Hệ thống này phục vụ đến 9 triệu
lượt người/ngày;
- Năm 1991 nước Anh và nước Pháp xây dựng đường hầm xuyên qua eo
biển Manche nối liền nước Anh và nước Pháp mang tên Euro Tunnel
dài 50 km (trong đó có 37,5 km nằm sâu cách mặt nước biển khoảng
100m) hồn thành năm 1994. Cơng trình được đánh giá là kỳ quan kỹ
thuật ngầm giữa Anh và Pháp;

- Năm 1995 Trung Quốc đã xây dựng hầm đường bộ Tần Lĩnh dài 19,45
km đã tạo một kĩ thuật về xây dựng đường hầm.
Một số đường hầm trên Thế giới được thể hiện trên các hình 1.1, 1.2, 1.3

Hình 1.1 Hầm khai thác mỏ Excelsior (Anh)


9

Hình 1.2 Metro Columbia Heights (Mỹ)

Hình 1.3 Đường hầm The Second Heinenoord (Anh)


10

1.2 Tình hình xây dựng cơng trình ngầm tại Việt nam
Tại Việt nam, trước Cách mạng Tháng Tám 1945, năm 1930 có xây
dựng hầm giao thơng thủy Rú Cóc (ở xã Nam Sơn huyện Anh Sơn tỉnh Nghệ
An), hầm ngầm xuyên qua núi giúp cho thuyền bè đi lại từ phía thượng lưu
sang hạ lưu sơng Lam để tránh đi qua đập nước Đơ Lương. Ngành đường sắt
có một số hầm ngầm ở miền Trung, điển hình là hầm Phước Tượng trên đèo
Hải Vân thuộc Thừa Thiên Huế.
Trong chiến tranh chống Pháp, chống Mỹ hầm được xây dựng nhiều song
chủ yếu là hầm ngắn, nhằm phục vụ quốc phòng làm kho tàng, công sự…
Sau ngày thống nhất đất nước 1975, đầu tiên xây dựng hầm Dốc Xây
trên QL1A ở phía Nam tỉnh Ninh Bình dài khoảng 100m.
Tháng 5/2002 Việt Nam đã khánh thành hầm Arồng I trên đường Hồ
Chí Minh dài 453m và tiếp tục xây dựng hầm Aroàng II.
Hầm đường bộ đèo Hải Vân khẩu độ 12,85m cao 11m dài hơn 6,7km

khánh thành vào ngày 02/06/2005 là một trong những dự án giao thông quan
trọng áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến. Khi hầm xây dựng xong đã rút
ngắn thời gian qua đèo từ 1 giờ xuống còn 15 phút.
Hầm Thủ Thiêm nối quận 1 và quận 2 của Thành phố HCM đã được
xây dựng có các thơng số sau: Chiều dài của hầm là 1.490m, gồm phần dìm
dài 370m, phần hầm đào lấp 680m và đường dẫn hai đầu hầm 540m. Tiết diện
sử dụng của hầm đủ để bố trí sáu làn xe và hai đường thốt hiểm hai bên rộng
(2x2)m cùng các thiết bị thông tin liên lạc, thơng gió, chiếu sáng, thốt nước...
đảm bảo an toàn cho các phương tiện xe cơ giới, kể cả xe gắn máy lưu thông
theo tốc độ thiết kế. Bên cạnh đó cịn rất nhiều hầm dẫn nước, dẫn dịng và
các gian máy ngầm của các nhà máy thủy điện được xây dựng.
Cho đến nay, Việt Nam có khoảng 52 hầm giao thông được xây dựng
trong thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 theo các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của


11

Pháp, Nga, Trung Quốc, Áo ứng với mỗi thời kỳ khác nhau [7]:
Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật và sự ra đời các công nghệ thi
công hầm mới, hiện đại, trong tương lai không xa hầm và cơng trình ngầm ở
nước ta sẽ có bước phát triển mới rất to lớn khi các tuyến đường giao thông
phải đi vào các vùng đồi núi hiểm trở hoặc vùng đơ thị lớn.
Một số cơng trình ngầm ở Việt Nam được thể hiện trên các hình 1.4, 1.5

Hình 1.4 Hầm đường bộ qua đèo Hải Vân (Việt Nam)

Hình 1.5 Hầm chui Tân Tạo cắt ngang QL1A (Việt Nam)


12

CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI VIỆC LỰA CHỌN
CÔNG NGHỆ THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM

2.1. Các phương pháp thi cơng cơng trình ngầm
Căn cứ vào điều kiện địa chất, địa hình, chiều sâu bố trí cơng trình, các
cơng trình trên mặt, các cơng trình cần bảo vệ xung quanh cơng trình thi
cơng,…người ta có 3 phương pháp thi cơng cơng trình ngầm cơ bản là:
- Phương pháp thi công ngầm;
- Phương pháp thi công lộ thiên;
- Phương pháp thi công hạ chìm (dìm).
2.1.1. Thi cơng hầm theo phương pháp ngầm
2.1.1.1. Phương pháp mỏ (phương pháp khoan nổ) và NATM
Phương pháp mỏ truyền thống là phương pháp phát triển lên trong thực
tiễn thi công lâu dài của con người. Theo phương pháp này thì việc phá nổ đất
đá chủ yếu là khoan nổ mìn, phương pháp này dùng cấu kiện gỗ hay thép làm
kết cấu chống tạm, sau đó các kết cấu chống tạm này thường được thay thế
bởi kết cấu chống cố định bằng bê tông đổ liền khối hay đúc sẵn.
Phương pháp thi công đường hầm mới của Áo (New Austrian Tunneling
Method - NATM). Năm 1948, các nguyên lý của NATM đã được công bố do
nhà bác học người Áo L.V.Rabcewicz đề xuất, nội dung là: với một che
chống dẻo ban đầu sẽ đạt được một cân bằng mới. Việc ấy được kiểm soát
bằng các đo đạc tại chỗ. Sau khi đã đạt được sự cân bằng mới thì một vòm
bên trong sẽ được xây dựng.
Vào những năm 1960, NATM, phương pháp làm hầm mới của Châu Âu
đã được các kỹ sư hầm của Trung Quốc tiếp nhận và áp dụng. NATM đã trở

13

thành một phương pháp phổ biến trong việc xây dựng cơng trình ngầm ở
Trung Quốc.
Tại Việt Nam, hầm đường bộ đèo Hải Vân khẩu độ 12,85m cao 11 m dài
hơn 6,7km khánh thành vào ngày 02/06/2005 là một trong những dự án giao
thông quan trọng áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến - Công nghệ NATM
Phương pháp này thường được sử dụng khá phổ biến trong các điều
kiện:
- Địa chất: phù hợp với các loại đá cứng, các lớp địa chất yếu như đới
đứt gẫy và ngậm nước.
- Hình dạng và kích thước mặt cắt ngang: về cơ bản hầm có dạng mặt
cắt ngang bất kỳ, có thể thay đổi hình dạng và kích thước mặt cắt ngang trong
q trình thi cơng.
Tuy nhiên phương pháp mỏ có những hạn chế là do tiếng ồn và chấn
động nên không phù hợp tại những nơi gần nhà cửa, cơng trình cơng cộng bên
trên và các cơng trình quan trọng khác khơng thể di dời.

Hình 2.1 Hình minh họa thi cơng theo phương pháp mỏ


14

Hình 2.2 Hình minh họa thi cơng theo phương pháp NATM
2.1.1.2 Phương pháp dùng máy đào (TBM, SM, kích đẩy)
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 hồn thiện của
nó mà thi công bằng máy đào hầm đã được phát triển hiện đại.
Ở Việt Nam đã dùng máy đào kết hợp nổ phá toàn tiết diện xây dựng
hầm đường bộ qua đèo Hải Vân dài 6,7km.

Những thiết bị cơ giới hóa đào đất để làm hầm nói chung khá đa dạng,
kể từ loại máy xúc có răng xới, các thiết bị thủy lực và các máy đào hầm đa


15

hình cho đến TBM có cấu tạo khác nhau. Ngày nay, TBM là phương pháp
đào hầm phổ biến nhất, loại thiết bị đa dụng Roadheader khá hữu ích ở nhiều
trường hợp khi sử dụng TBM khơng có hiệu quả về mặt chi phí.
Về cơ bản phương pháp TBM và SM có rất nhiều điểm giống nhau, sự
khác nhau với các tổ hợp đào hiện đại chỉ ở cấu tạo bộ phận công tác (đào phá
đất đá- khoan đào; tư tưởng chính của TBM) và cấu tạo vỏ bảo vệ (vì chốngkhiên; tư tưởng chính của phương pháp khiên)
Mặc dù có nhiều loại phương tiện kỹ thuật đang thịnh hành, song TBM,
hay SM và sau này cả kích đẩy (Pipe-Jacking hay mini khiên), thiết bị chuyên
dùng, có thể cơ giới hóa được tồn bộ các khâu: đào, chống đỡ, thi cơng vỏ
hầm và vận chuyển đất thải, đã được công nhận là một trong những đột phá
quan trọng về công nghệ thi công hầm.
Sơ đồ nguyên lý đào hầm cho các phương pháp TBM, SM (Khiên), hay
TBM Mini và kích đẩy (Pipe-Jacking) về cơ bản là như nhau, như trên hình 2.3.

Hình 2.3: Sơ đồ ngun lý cơng nghệ đào hầm bằng khiên đào
1 – giếng thoát; 2 – gương đào; 3 – khiên; 4 – thiết bị lắp vỏ;
5 – thiết bị bốc xúc; 6 – băng chuyển; 7 – gng; 8 – sàn cơng tác;
9 – gng đã xúc đầy; 10 – phần tử vỏ; 11 – cẩu; 12 – bunke; 13 – ôtô tải


16

Kỹ thuật đào hầm bằng khiên (SM), một biến thể của TBM đã được
phát triển theo một chiều hướng mà việc ứng dụng hiện nay cho phép thi cơng

an tồn ngay cả trong điều kiện đất rất mềm yếu, có ngậm nước như các loại
đất trầm tích chẳng hạn. Khi thi cơng sẽ có hiện tượng lún bề mặt đáng kể
trong các trường hợp mà độ dày tầng đất phủ là nhỏ. Tuy nhiên bằng biện
pháp dùng vữa phun được kiểm soát tốt để chèn lấp vào khe hổng sau vỏ hầm
(backfill) thì vẫn có thể kiềm chế lún ở mức độ nhỏ, và tránh được những
phương hại nghiêm trọng đối với các cơng trình lân cận.
Phạm vi áp dụng:
Phương pháp này được áp dụng để thi công những đường hầm trong
mơi trường nền đất và đá yếu. Cơng trình nằm ngầm sâu dưới mặt đất, chui
qua dưới những công trình kiến trúc khác đã xây dựng trên mặt đất và chịu tải
trọng do trọng lượng của những cơng trình này hoặc vượt qua sông.
Trong phương pháp dùng khiên đào, đường hầm có tiết diện hình trịn
được đào bằng một thiết bị chuyên dụng gọi là khiên đào. Đường hầm đào
thành từng đoạn và chống đỡ bằng kết cấu vỏ khiên, đi liền phía sau khiên vỏ
hầm được xây ngay bằng kết cấu lắp ghép hoặc ép vữa đúc bê tơng tại chỗ tạo
thành vành hầm trịn chịu lực.
Trình tự thi cơng:
Trình tự thi cơng hầm trong đất yếu bằng khiên-TBM thể hiện qua sơ
đồ:


17

Ưu điểm của phương pháp thi công bằng TBM-SM:
- Thi cơng đào kín cơng trình ngầm được tiến hành với sự bảo vệ của
khiên, không chịu ảnh hưởng của các điều kiện trên mặt đất và các cơng trình
bên trên mặt đất: giao thông, luồng nước trên sông, vận tải thủy, nước triều,
thời tiết, khí hậu, ... có thể đảm bảo thi cơng an tồn đường hầm một cách
kinh tế, tương đối hợp lý.
- Đẩy tiến, thải đất, lắp ghép vỏ bọc hầm,... của khiên có thể thực hiện tự

động hóa, và điều khiển từ xa, tin học hóa. Tiến độ khoan tương đối nhanh,
cường độ lao động thi công tương đối thấp.
- Không gây tiếng ồn lớn trong quá trình thi cơng, khơng cản trở mơi
trường xung quanh. Cảnh quan tự nhiên trên mặt đất được bảo vệ tốt, môi
trường xung quanh không bị đảo lộn do thi công của khiên.
- Xây dựng trong đường hầm dài trong vùng đất mềm yếu ngậm nước,
hoặc ở dưới sâu luôn luôn có tính ưu việt về mặt kỹ thuật và kinh tế, vì thế
phương pháp thi cơng bằng khiên thích hợp nhất là xây dựng đường hầm
trong địa tầng rời rạc, mềm yếu và có nước, xây dựng đường hầm dưới đáy
sông, trong thành phố (xây dựng mêtrô) và các loại cơng trình đơ thị khác.
Nhược điểm:
- Tính kinh tế kém khi thi công tuyến đường hầm ngắn hơn 750m. Đối
với đường hầm bán kính cong nhỏ hoặc ở độ sâu tương đối lớn thì độ khó thi
cơng tương đối cao.
- u cầu trình độ thi cơng cao, cần phải có đội ngũ kỹ thuật lành nghề
để có thể vận hành sơ đồ thi công một cách hiệu quả và an tồn.
- u cầu về phối hợp kỹ thuật thi cơng chế tạo thiết bị, cung ứng thiết bị
khí nén, chế tạo sẵn các tấm vỏ hầm, kết cấu chống thấm, phịng nước của vỏ
hầm, trắc đạc thi cơng, chuyển dịch khiên…và sự điều hịa của hệ thống cơng