Tài liệu Giải pháp thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ LÊ VIỆT GIẢI PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐI BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHỊÊP HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ LÊ VIỆT GIẢI PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐI BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHỊÊP MÃ SỐ: 60.58.20.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHỊÊP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả nâng cao kiến thức khoa học và hoàn thành luận văn này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các cán bộ của Khoa Đào tạo sau Đại học, Khoa Xây dựng, Bộ môn địa kỹ thuật, Bộ môn Công trình ngầm đô thị – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các bạn đồng nghiệp đã cộng tác, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu của Luận văn liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp khác nhau, nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được các nhận xét góp ý chân thành của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu hoàn thiện hơn. Tác giả Vũ Lê Việt LỜI CAM ĐOAN Tôi xin can đoan luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ. Hà nội, tháng 6 năm 2015 Tác giả Vũ Lê Việt MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài. 1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. 2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu. 2 Các vấn đề cần giải quyết. 2 Phương pháp nghiên cứu. 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3 Chương I: 4 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐI BỘ 1.1. Khái niệm đường hầm đi bộ. 1.1.1. Khái niệm và phạm vi áp dụng đường hầm đi bộ. 4 4 a. Khái niệm đường hầm đi bộ. 4 b. Phạm vi áp dụng. 4 c. Mặt bằng và trắc dọc đường hầm đi bộ. 5 1.1.2. Cấu tạo đường hầm đi bộ. 7 a. Kích thước mặt cắt ngang đường hầm đi bộ. 7 b. Lối ra lối vào của đường hầm đi bộ. 9 c. Các hệ thống kỹ thuật trong đường hầm đi bộ. 12 1.2. Các giải pháp thi công đường hầm. 1.2.1. Thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp đào mở. 13 14 a. Thi công đường hầm đi bộ theo mái dốc tự nhiên. b. Thi công đường hầm đi bộ sử dụng tường cừ để chắn giữ vách hố đào bằng. c. Thi công đường hầm đi bộ sử dụng tường cọc – ván, hàng cọc để chắn giữ vách hố đào. d. Thi công đường hầm đi bộ sử dụng tường trong đất để chắn giữ vách hố đào bằng. 14 15 17 18 1.2.2. Thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp đào ngầm. 20 a. Thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp đào mỏ. 21 b. Thi công đường hầm đi bộ bằng phương kích đẩy. 23 Chương II: GIẢI PHÁP THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐI BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY 27 2.1. Các bộ phận chính trong phương pháp thi công kích đẩy. 27 2.1.1. Thiết bị đào tại khu vực gương đào. 27 2.1.2. Phần kết cấu vỏ đường hầm. 32 2.1.3. Công trình xuất phát, công trình nhận. 35 2.1.4. Thiết bị kích đẩy, cơ sở tính toán lực kích và bố trí. 38 2.1.5. Mặt bằng xây dựng và thiết bị phụ trợ. 39 2.2. Công nghệ thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy. 2.3. Các biện pháp giảm ma sát bề mặt và tăng chiều dài công trình. 40 43 2.4. Các vấn đề về thoát nước cho công trình. 47 2.5. Các vấn đề về thông gió cho công trình. 48 Chương III ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY ĐỂ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM ĐI BỘ TẠI NÚT GIAO GIẢI PHÓNG – LÊ THANH NGHỊ 3.1. Giải pháp thiết kế đường hầm đi bộ nút giao Giải Phóng - Lê Thanh Nghị. 52 52 3.1.1. Vị trí mặt bằng và trắc dọc công trình. 52 3.1.2. Giải pháp thiết kế sơ bộ công trình. 56 3.2. Điều kiện địa chất công trình. 59 3.3. Phương pháp kích đẩy thi công đường hầm đi bộ. 63 3.3.1. Mặt bằng xây dựng. 63 3.3.2. Tính toán bố trí kích khi thi công. 64 3.3.3. Tính toán ổn định công trình xuất phát, công trình nhận. 66 3.3.4. Trình tự thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy. 74 3.3.5. Biện pháp thi công công trình xuất phát, công trình nhận. 75 3.3.6. Biện pháp đào đất. 82 3.3.7. Biện pháp giảm ma sát khi thi công kích đẩy. 84 3.3.8. Biện pháp thoát nước khi thi công công trình. 84 3.3.9. Biện pháp thông gió thi công. 85 3.3.10. Các sự cố thường gặp và biện pháp ngăn ngừa, khắc phục. 86 3.3.11. Công tác an toàn lao động và vấn đề môi trường trong công tác thi công hầm. 90 QUY TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY 99 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH CÁC BẢNG BIỂU SỐ HIỆU TÊN BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các loại khiên đào và phạm vi áp dụng Bảng 2.2 Tiêu chuẩn nồng độ các chất khí trong đường hầm Bảng 3.1 Đặc tính vật liệu của lớp đất. Bảng 3.2 Các đặc tính vật liệu của tường biện pháp. Bảng 3.3 Các đặc tính vật liệu của thanh chống. DANH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỐ HIỆU TÊN HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các sơ đồ bố trí đường hầm đi bộ dạng tuyến dọc đường trục và các ngã tư Hình 1.2 Các dạng trắc dọc đường hầm đi bộ. Hình 1.3 Hầm dạng mặt cắt ngang hình chữ nhật Hình 1.4 Hầm dạng mặt cắt ngang hình tròn Hình 1.5 Kích thước mặt cắt ngang điển hình của đường hầm đi bộ dạng Đường hầm đi bộ bố trí vỉa hè di động ở Sân bay Frankfurt. Hình 1.6 Hình 1.7 Hình ảnh lối lên xuống của đường hầm đi bộ Hình 1.8 Mặt cắt cầu thang bộ Hình 1.9 Mặt cắt dọc đường lăn (a) và thang cuốn (b) Hình 1.10 Sơ đồ gia cường vách hố đào: mái dốc tự nhiên (a) và có chắn giữ vách (b- d). Hình 1.11 Một số loại cừ thép: Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ xây dựng đường hầm sử dụng tường cừ để chắn giữ vách hố đào bằng. Hình 1.13 Cọc BTCT gia cường thành hố đào. Hình 1.14 Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ thi công tường trong đất trong đường hào chứa vữa sét. Trình tự thi công hầm trong phương pháp “Tường trong đất”. Hình 1.16 Các phương pháp đào hầm. Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý mở hầm bằng phương pháp kích đẩy. Hình 1.18 Sơ đồ bố trí kích và thiết bị trong hố thế. Hình 1.19 Sơ đồ kích đẩy kết cấu dạng tròn. Hình 1.20 Sơ đồ kích đẩy tuy nen bằng tổ hợp KM-35: Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thiết bị thi công đào hầm bằng khiên thủ công Hình 2.2 Khiên cơ giới hóa tác động liên tục Hình 2.3 Đường hầm giao thông cơ giới tại Boston sử dụng thiết bị đào hầm tác động lựa chọn Hình 2.4 Sơ đồ gia tải gương hầm Hình 2.5 Sơ đồ khiên gia tải bằng khí nén Hình 2.6 Vỏ đường hầm BTCT dạng hình tròn Vỏ đường hầm BTCT dạng hình chữ nhật Hình 2.7 Hình 2.8 Kết cấu mối nối của các đơn nguyên liền khối Hình 2.9 Cách nước cho các mối nối giữa các đơn nguyên bằng các tấm thép Hình 2.10 Công trình xuất phát trong thi công kích đẩy Hình 2.11 Công trình nhận trong thi công kích đẩy Hình 2.12 Sơ đồ kích đẩy của đơn nguyên đường ngầm hình chữ nhật sử dụng băng chống giảm ma sát Sử dụng băng kép giảm ma sát khi thi công đường hầm bằng phương pháp kích đẩy tại Boston, Mỹ Bơm huyền phù bentonit (sét hoặc polime) xung quanh võ hầm Các giai đoạn kích đẩy đường ngầm có sử dụng kích trung gian Các sơ đồ kích đẩy đường ngầm nhờ cáp một phía (a) và hai phía ( b) Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Sơ đồ hạ mực nước ngầm Hình 3.1 Vị trí đường hầm đi bộ nút giao thông Giải Phóng – Lê Thanh Nghị Hình 3.2 Mặt bằng bố trí đường hầm đi bộ Hình 3.3 Trắc dọc đường hầm đi qua đường Giải Phóng Hình 3.4 Lối lên xuống đường hầm Hình 3.5 Chi tiết mặt cắt ngang đường hầm Hình 3.6 Kết cấu mối nối của các đốt hầm Hình 3.7 Mặt bằng định vị hố khoan Hình 3.8 Bảng tra lực đẩy và trọng lượng của kích thủy lực Hình 3.9 Bảng tra chiều dài và dung sai hành trình của kích thủy lực. Hình 3.10 Vị trí kích bố trí trên khung kích đẩy Hình 3.11 Mặt bằng công trình xuất phát. Hình 3.12 Mặt bằng công trình nhận. Hình 3.13 Mặt bằng bố trí thanh chống ngang công trình xuất phát Hình 3.14 Mặt bằng bố trí thanh chống ngang công trình nhận Hình 3.15 Biện pháp thi công đào đất Hình 3.16 Bố trí lỗ chờ bơm bentonit Hình 3.17 Bố trí hố thu nước trong công trình xuất phát Hình 3.18 Sơ đồ hình thành độ lún bề mặt do thi công CTNĐT Hình 3.19 Các dạng đứt gãy do lún bề mặt Hình 3.20 Biểu đồ phân bố độ lún ở đất cát (a) và đất sét (b) Hình 3.21 Quan hệ thực nghiệm giữa độ lún cực đại  m và độ sâu tương đối của đường ngầm H/D 1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Hiện nay, quá trình đô thị hoá đang bùng nổ ở Việt Nam, mật độ dân cư tập trung tại các đô thị ngày càng cao, nhất là các đô thị lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Cùng quá trình đô thị là sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông. Tuy nhiên, hạ tầng đô thị phát triển không tương xứng với tốc độ phát triển các phương tiện giao thông gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng. Một trong nhưng vấn đề giao thông trong các đô thi lớn hiện nay là tổ chức hệ thống đường bộ hành cắt qua các đường trục ôtô, đường sắt và các đường giao thông khác. Có nhiều biện pháp tổ chức hệ thống đường bộ hành đã được áp dụng phổ biến được kể đến như xây dựng đường vượt trên mặt đất ( đèn tín hiệu, vạch kẻ đường, hàng rào, hành lang, các biển báo chỉ dẫn v.v...), có thể sử dụng các cầu vượt bộ hành dạng cầu. Các phương pháp kể trên có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có nhiều nhược điểm như không đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người đi bộ qua đường, không đảo bảo cho chuyển động liên tục của các phương tiện giao thông, giảm tầm nhìn, giảm chất lượng kiến trúc cảnh quan của quần thể đô thị … Ở nước ta những năm gần đây một số hệ thống các đường hầm bộ hành được xây dựng dưới các tuyến đường quy hoạch mới như tuyến đường vành đai 3 đoạn từ Bán đảo Linh Đàm đến bến xe Mỹ Đình, đường 32 nâng cấp cải tạo, hầm vượt Ngã Tư Sở v.v...Tuy nhiên các công trình này chủ yếu sử dụng phương thi công là đào mở. Với phương pháp này khi thi công sẽ dẫn đến sự xáo trộn, phá vỡ trật tự đi lại của các phương tiện giao thông. Trên thế giới để xây dựng các đường ngầm bộ hành trong trường hợp các phương pháp khác không hợp lý, hoặc thực tế không cho phép sự gián đoạn của tuyến người ta đã sử dụng phương pháp kích đẩy. Bằng phương pháp này người ta đã xây dựng các đường hầm dài 150m dưới đường sắt cũng như 2 đường ngầm bộ hành trong vùng ga tàu điện ngầm “ Begavai”, “Botanuxad”, “Vapsav” và “Tusin” ở Matxcơva. Việc nghiên cứu kinh nghiệm của nước ngoài để đề xuất áp dụng được trong điều kiện của Việt Nam với mong muốn khắc phục các hạn chế của các phương pháp hiện thời là một vấn đề cấp thiết. Do đó, trong luận văn này tôi tìm hiểu “Giải pháp thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy”. Phương pháp kích đẩy có thể tiến hành công tác xây dựng mà không phá vỡ giao thông trên trục đường bị cắt qua, đảo bảo độ lún bề mặt tối thiểu, sử dụng các cấu kiện đúc sẵn, đảm bảo chất lượng công trình và rút ngắn được thời gian xây dựng. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu nội dung cơ bản, công nghệ thi công của giải pháp xây đường bộ vượt ngầm bằng phương pháp kích đẩy trên cơ sở đó, kiến nghị sử dụng công nghệ cho các công trình tại Việt Nam. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là các giải pháp thi công đường hầm đi bộ sử dụng hiện nay. Giải pháp thi công đường hầm đi bằng phương pháp kích đẩy. Các vấn đề cần giải quyết: Khái quát các giải pháp thi công đường hầm đi bộ sử dụng hiện nay ưu nhược điểm của các phương pháp. Nghiên giải pháp thi công đường hầm đi bằng phương pháp kích đẩy nhằm áp dụng giải pháp này để xây dựng cho một công trình cụ thể. Phương pháp nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên cần sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. - Phương pháp phân tích tư duy hệ thống. 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình ngầm đô thị, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp kích đẩy trong thực tiễn xây dựng các công trình có quy mô lớn ở Việt Nam. Nội dung nghiên cứu của đề tài: Nội dung của luận văn gồm ba chương: Chương I: Tổng quan về các giải pháp thi công đường hầm đi bộ. Chương II: Giải pháp thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy. Chương III: Áp dụng phương pháp kích đẩy để thi công đường hầm đi bộ tại nút giao Giải Phóng – Lê Thanh Nghị. THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 100 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp, các phương tiện giao thông hoạt động liên tục tại các đô thị lớn, việc thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy là khả thi và hiệu quả. 2. Luận văn đã đánh giá, phân tích, đề xuất các phương án giữ ổn định hố thế, hố nhận trong quá trình thi công kích đẩy. 3. Nội dung luận văn cũng phân tích các sự cố và biện pháp phòng ngừa, khắc phục trong thi công công trình bằng phương pháp kích đẩy. 4. Qua việc nghiên cứu trên tác giả đề xuất quy trình thi công đường hầm đi bộ bằng phương pháp kích đẩy, nhằm hạn chế các sự cố có thể gặp phải trong quá trình xây dựng công trình. Đề xuất, kiến nghị 1. Phương pháp kích đẩy là một phương pháp thi công công trình ngầm hiệu quả. Vì vậy cần nghiện cứu áp dụng rộng rãi trong các đô thi lớn ở nước ta. 2. Cần nghiên cứu, ban hành các tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật về thiết kế, thi công, nghiệm thu để tạo hành lang pháp lý áp dụng phương pháp thi công công trình ngầm bằng phương pháp kích đẩy. Hướng nghiên cứu tiếp theo 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thi công kích đẩy đến các công trình trên bề mặt, các công trình lân cận trong các điều kiện thi công và địa chất khác nhau. 2. Nghiên cứu áp dụng phương pháp kích đẩy để thi công một số dạng công trình ngầm khác trong các đô thị lớn của nước ta. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương, "Cơ học đất" NXB Xây Dựng, 2003 2. Bùi Đức Chính và đồng nghiệp, " nghiên cứu công nghệ kích đẩy trong thi công công trình ngầm ở Việt Nam" Viện khoa học và Công nghệ GTVT, Hà Nội, 2007. 3. Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt, " Tính toán thiết kế công trình ngầm " 4. Phạm Khánh Hưng, "Thi công trạm cấp nhiên liệu ngầm bằng phương pháp kích đẩy", Luận văn thạc sỹ ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. 5. Nguyễn Bá Kế, "Thiết kế và thi công hố móng sâu", NXB Xây Dựng, 2012. 6. L.V. Makốpsky, người dịch Nguyễn Đức Nguôn "Công trình ngầm giao thông đô thị".NXB Xây Dựng, 2004. 7. Nguyễn Đức Nguôn, "Cơ sở thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị", NXB Xây Dựng, 2012. 8. Báo cáo hội thảo, "Sự cố công trình xây dựng có phần ngầm bài học và kinh nghiệm", 2008. 9. Bùi Thanh Mai, " tính toán lún bề mặt gây ra bởi thi công công trình ngầm theo công nghệ kích đẩy " Viện khoa học và Công nghệ GTVT, Hà Nội. 10. Phan Trường Phiệt, Áp lực đất và tường chắn đất, NXB Xây Dựng. 11. Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng, " Thiết kế công trình ngầm giao thông ". 12. Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn, " Thi công hầm". 13. Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Trịnh Thành Phong, "Hầm Chui cho người đi bộ và đi xe đạp", Báo cáo nghiên cứu khoa học. 14. Trần Văn Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật, NXB Xây Dựng. 15. TCXDVN 104 : 2007 " Đường đô thị yêu cầu thiết kế ". 16. Tài liệu khảo sát địa chất xây dựng trung tâm điều trị khoa ung bướu bệnh viện Bạch Mai. 17. Luận văn có sử dụng một số ảnh tư liệu đăng trên trang web: www.hobas.com/engineering-guide/installation-methods/pipe jacking.html; www. mts-p.de; www.tunnelboring.com.au