Tài liệu Nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công hợp lý công trình ngầm ven biển thành phố nha trang

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÙ MINH THƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG HỢP LÝ CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM VEN BIỂN THÀNH PHỐ NHA TRANG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Phù Minh Thƣơng MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................3 3. Đối tƣợng nghiên cứu ..............................................................................................3 4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................3 6. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM ................................................................................................................4 1.1. Tổng quan về công trình ngầm .............................................................................4 1.1.1. Khái niệm và phân loại công trình ngầm và công trình ngầm đô thị .............4 1.1.2. Đặc điểm công trình ngầm đô thị ...................................................................5 1.1.3. Xu thế phát triển công trình ngầm đô thị .......................................................5 1.2. Thi công công trình ngầm .....................................................................................9 1.2.1. Thi công công trình ngầm bằng phƣơng pháp đào mở ................................10 1.2.2. Một số công nghệ thi công phần ngầm ........................................................12 1.2.3. Một số giải pháp bảo vệ thành hố đào sâu khi thi công theo phƣơng pháp đào mở ....................................................................................................................14 1.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến thi công công trình ngầm ..................................16 1.3. Đặc điểm chính trong thi công công trình ngầm ven biển ..................................18 1.3.1. Tác động của môi trƣờng ven biển đối với công trình ngầm .......................18 1.3.2. Các vấn đề cần cần quan tâm khi thi công công trình ngầm ven biển .........19 1.4. Kết luận Chƣơng 1 ..............................................................................................20 CHƢƠNG 2. THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM VEN BIỂN TẠI THÀNH PHỐ NHA TRANG ...............................................21 2.1. Một số công trình ngầm tiêu biểu ven biển thành phố Nha Trang .....................21 2.1.1. Nha Trang plaza (Havana) ...........................................................................21 2.1.2. Công viên Phù Đổng ....................................................................................23 2.1.3. Khu giải trí – Dịch vụ E-Land Four Seasons ...............................................25 2.2. Tình hình xây dựng công trình ngầm ven biển ...................................................26 2.2.1. Thực trạng và triển vọng xây dựng công trình ngầm ven biển tại Nha Trang ................................................................................................................................26 2.2.2. Những vấn đề tồn tại, khó khăn trong thi công công trình ngầm ................27 2.2.3. Các sự cố khi thi công công trình ngầm và giải pháp đã thực hiện .............30 2.3. Kết luận chƣơng 2 ...............................................................................................38 CHƢƠNG 3. MỘT SỐ BIỆN PHÁP THI CÔNG HỢP LÝ CÁC CÔNG TRÌNH NGẦM VEN BIỂN THÀNH PHỐ NHA TRANG .......................................................39 3.1. Địa chất khu vực ven biển Nha Trang ................................................................39 3.1.1. Đặc điểm địa chất khu vực ven biển Nha Trang ..........................................39 3.1.2. Ảnh hƣởng của nền đất ven biển Nha Trang đến biện pháp thi công công trình ngầm ..............................................................................................................42 3.2. Đề xuất các giải pháp hợp lý khi thi công công trình ngầm ven biển thành phố Nha Trang ..................................................................................................................43 3.2.1. Nguyên tắc chung.........................................................................................43 3.2.2. Công nghệ thi công và kết cấu bảo vệ thành hố đào ....................................44 3.2.3. Một số đề xuất ..............................................................................................48 3.2.4. Các phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm trong thi công hố đào công trình ngầm .......................................................................................................................49 3.3. Trách nhiệm của các bên tham gia xây dựng thi công phần ngầm công trình ...50 3.3.1. Khảo sát, thiết kế ..........................................................................................50 3.3.2. Nhà thầu thi công .........................................................................................51 3.3.3. Tƣ vấn giám sát ............................................................................................52 3.3.4. Chủ đầu tƣ ....................................................................................................52 3.5. Đề xuất biện pháp thi công hợp lí phần ngầm công trình thực tế .......................52 3.6. Kết luận chƣơng 3 ...............................................................................................55 K T LUẬN VÀ KI N NGH .......................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60 PHỤ LỤC QUY T Đ NH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO K T LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG HỢP LÝ CÔNG TRÌNH NGẦM VEN BIỂN THÀNH PHỐ NHA TRANG Học viên: Phù Minh Thƣơng Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa K33NT, Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Có nhiều sự cố đã xảy ra trong quá trình thi công các công trình ngầm ven biển tại thành phố Nha Trang nhƣ: sụt lún, gây hƣ hỏng công trình lân cận; thủng tƣờng vây; nƣớc ngầm chảy vào hố đào cản trở đến thi công; nƣớc chảy lan trên bề mặt gây mất vệ sinh môi trƣờng... Các sự cố này không những ảnh hƣởng đến sinh hoạt thƣờng ngày mà còn gây thiệt hại về tài sản của nhà nƣớc, nhân dân và đặc biệt là gây tâm lý bất an cho ngƣời dân, mất lòng tin đối với cơ quan quản lý nhà nƣớc và chủ đầu tƣ dự án. Về phía nhà đầu tƣ, các sự cố này xảy ra thì dự án bị kéo dài, phát sinh chi phí khắc phục sự cố. Từ các sự cố đã xảy ra, nguyên nhân sự cố, biện pháp thi công, đặc điểm địa chất khu vực, những bấp cập trong khắc phục sự cố, tác giả đã nghiên cứu đề xuất các biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công hợp lý. Đồng thời qua đó khẳng định vai trò đặc biệt của chủ đầu tƣ trong việc lựa chọn các nhà thầu tham gia xây dựng cũng nhƣ vai trò của cơ quan quản lý nhà nƣớc trong công tác quản lý chất lƣợng công trình xây dựng ngầm ven biển Nha Trang, từ đó giúp nâng cao chất lƣợng thi công, đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tƣ. Từ khóa: Công trình ngầm ven biển, sự cố tƣờng vây, sập công trình lân cận, sập tƣờng barrette, hố đào sâu STUDY ON REASONABLE CONSTRUCTION METHODE PROPOSAL OF COASTAL UNDERGROUND WORKS IN NHA TRANG CITY Abstract: There are many problems in process of construction of coastal underground works in Nhatrang city such as collapse of nearby works, break of traffic road, overflowing water, barrette break-down, etc. These problems are not only affect daily activities but also cause damage the property of the state and the people. These cause the worry psychology for everyone to the state agencies and project investors. These problems prolongate the project time, increase in cost of project, etc. Study on reasonable construction methode proposal for the coastal underground works in Nha Trang city is necessary to improve the efficiency, quality and safety of the construction underground works in Nhatrang city. Keywords: Coastal underground works, barrette break-down, collapse of nearby work, barrette collapse, deep excavation. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1. 2.2. Tên bảng Tổng hợp quy mô, diện tích các hạng mục dự án Công viên Phù Đổng Thống kê một số sự cố trong quá trình thi công hố đào sâu một số công trình ngầm ven biển thành phố Nha Trang Trang 24 35 3.1. Kết quả khảo sát địa chất tại công viên Phù Đổng, Nha Trang 41 3.2. Sơ đồ lựa chọn công nghệ thi công 44 3.3. Sơ đồ lựa chọn kết cấu bảo vệ thành hố đào 46 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1. Mô hình công trình ngầm đô thị Một phần thành phố ngầm dài hơn 30 km tại Bắc Kinh, Trung Quốc Một góc thành phố ngầm Reso, Montreal - Canada Không gian sống của một ngôi nhà tại đô thị ngầm Coober Pedy, Australia Một vài công trình ngầm tại Vincom Mega Mall thuộc Royal city, Hà Nội Dự án đƣờng hầm và nhà hàng ngầm đang thi công trên bãi biển Nha Trang Thi công top down ngầm tòa nhà Vincom Công nghệ thi công Semi Top - down Công nghệ thi công Bottom - Up Tƣờng cừ thép Tƣờng cừ bê tông cốt thép Thi công tƣờng barrete Tƣờng cọc khoan nhồi Phối cảnh mặt bằng tổng thể phần ngầm Havana Mặt cắt ngang điển hình phần ngầm dự án Havana Cửa lên xuống công trình phần ngầm dự án Havana Phần nổi Nhà hàng Nga nhìn từ hƣớng biển Nhà hàng Nga nhìn từ hƣớng đƣờng Trần Phú Trung tâm mua sắm Pyramid thuộc dự án Công viên Phù Đổng Phần nổi Khu giải trí – Dịch vụ E-Land Four Seasons Phối cảnh tổng thể khu giải trí – Dịch vụ E-Land Four Seasons Dự án Havana đƣợc thi công đào mở sử dụng cừ Larsen bảo vệ hố đào Cát và nƣớc chảy vào hố đào phần ngầm dự án Havana Gia cố tại những vị trí xảy ra sự cố Hố đào phần ngầm hạng mục nhà hàng Nga, dự án công viên Phù Đổng Phần nổi Khu giải trí – Dịch vụ E-Land Four Seasons 5 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 6 7 7 8 9 12 13 14 14 14 16 16 21 22 22 23 23 25 25 26 31 31 32 33 34 Số hiệu 2.14. 2.15. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Tên hình Hố đào phần ngầm và xói lở bãi biển khi tiêu thoát nƣớc Nền đƣờng, vỉa hè bị lún sụp khi thi công Một góc phần nổi công viên Phù Đổng tại Nha Trang Cấu tạo địa chất lỗ khoan địa chất tại công viên Phù Đổng, Nha Trang Phối cảnh phần nổi Havana Plaza, Nha Trang, Khánh Hòa Mặt bằng và mặt cắt tầng hầm công trình ngầm Havana Trang 34 34 39 41 53 54 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong xu thế phát triển đô thị hiện đại một cách nhanh chóng, để tiết kiệm đất xây dựng, giảm ách tắc giao thông, bảo vệ môi trƣờng..., cần thiết phải phát triển hƣớng về phía dƣới mặt đất, nói cách khác phải xây dựng các công trình ngầm đô thị, tạo nên một không gian đô thị ngầm. Quá trình xây dựng và phát triển đô thị trên thế giới đều quan tâm đến sử dụng không gian ngầm. Việc sử dụng không gian ngầm và xây dựng công trình ngầm là nhu cầu thực tế của các đô thị Việt Nam hiện nay. Theo tƣ duy mới thì một đô thị đƣợc coi là mẫu mực sẽ là đô thị với hệ thống văn phòng, công sở, cửa hàng…, hệ thống giao thông huyết mạch nằm toàn bộ dƣới lòng đất, trả lại mặt bằng phía trên là các công viên, cây xanh và các khu vực vui chơi giải trí. Không nằm ngoài xu thế trên, Nha Trang - một thành phố năng động, phát triển mạnh mẽ, trong đó có ngành kinh tế mũi nhọn là du lịch, du lịch biển. Với chiều dài bờ biển trên 7 km, để phát huy tối đa tiềm năng du lịch, khai thác thế mạnh hiện có để đa dạng hình thức phục vụ, Nha Trang đang hƣớng đến việc xây dựng công trình ngầm ven biển do quỹ đất nội thành hạn chế, trong khi xu hƣớng phát triển đô thị ngày càng tăng, các công trình công cộng hiện tại không đáp ứng nhu cầu phát triển đô thị, cần xây dựng các công trình dƣới lòng đất nhƣ nhà hàng, khu mua sắm, bar, vũ trƣờng, chợ ngầm… tại khu vực ven biển để phục vụ du lịch. Đặc biệt là tổ hợp công trình ngầm đa năng bao gồm các công trình văn hóa, thể thao, thƣơng mại, dịch vụ, văn phòng có thể kết hợp bãi đỗ xe với các dịch vụ này… Hình M1. Khu vực ven bờ biển Nha Trang Hiện tại Nha Trang đã và đang triển khai một số công trình ngầm ven biển dọc đƣờng Trần Phú, thuộc khu vực trung tâm thành phố, nơi diễn ra các sự kiện, hoạt động tham quan, du lịch của du khách cũng nhƣ sinh hoạt thƣờng ngày của ngƣời dân địa phƣơng với mật độ và tần suất cao. 2 Nhà vệ sinh ngầm Cổng trên phần ngầm nhà hàng Story Khu vui chơi giải trí Havana club Khu mua sắm Pyramid Hình M2. Một số công trình ngầm ven biển thành phố Nha Trang Tuy nhiên, trong quá trình thi công các công trình ngầm, nhiều sự cố trong thi công đã xảy ra gây ảnh hƣởng đến đời sống xã hội nhƣ: lún sụp, nứt vỡ các công trình lân cận, nứt đƣờng giao thông, nƣớc tràn đƣờng đi, sói lở một số đoạn dẫn ra biển, gây mất mỹ quan, ô nhiễm khu vực bãi biển… Các sự cố này không những ảnh hƣởng đến sinh hoạt thƣờng ngày mà còn gây thiệt hại về tài sản của nhà nƣớc, nhân dân và đặc biệt là gây tâm lý bất an cho ngƣời dân, gây mất lòng tin đối với cơ quan quản lý nhà nƣớc và chủ đầu tƣ dự án. Về phía nhà đầu tƣ, các sự cố xảy ra làm thời gian thi công dự án bị kéo dài, chi phí khắc phục sự cố lớn, gây ảnh hƣởng đến tiến độ chung, làm tăng chi phí xây lắp, gây thiệt hại không chỉ bản thân nhà thầu, chủ đầu tƣ và của cả ngƣời dân. Thực tế, trong quá trình thi công và khi xảy ra sự cố, nhà thầu và các bên liên quan đã thực hiện nhiều biện pháp nhằm phòng ngừa hoặc khắc phục sự cố. Tuy nhiên, do các biện pháp đề ra chƣa hợp lí nên hiệu quả đem lại không cao, gây thiệt hại, giảm chất lƣợng công trình và ảnh hƣởng đến vấn đề an toàn, mỹ quan và môi trƣờng xung quanh. Một công trình có biện pháp thi công đƣợc gọi là hợp lí khi nó đáp ứng đƣợc các yếu tố nhƣ kỹ thuật thi công, tính khả thi (có khả năng thi công đƣợc), tính an toàn, hiệu quả kinh tế (về tiến độ, chi phí) và tất cả các yếu tố trên phải phù hợp với tính chất, quy mô công trình cũng nhƣ đặc điểm địa chất khu vực xây dựng. Nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công hợp lí trong thi công công trình ngầm ven biển Nha Trang là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3 2. Mục tiêu nghiên cứu - Phân tích, đánh giá các biện pháp thi công, sự cố và khắc phục sự cố khi thi công công trình ngầm ven biển thành phố Nha Trang; - Đề xuất biện pháp thi công hợp lý ứng với điều kiện địa chất và đặc điểm công trình ngầm ven biển tại Nha Trang nhằm nâng cao hiệu quả, hạn chế sự cố khi thi công. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công công trình ngầm ven biển. 4. Phạm vi nghiên cứu Các công trình ngầm dạng điểm ven biển trong thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết; - Phân tích và thống kê thực địa; - Đề xuất các giải pháp cụ thể; - Áp dụng và kiểm chứng thực tế. 6. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về công trình ngầm và thi công công trình ngầm; - Khảo sát, phân tích cấu tạo địa chất khu vực ven biển thành phố Nha Trang; - Nghiên cứu thực tế biện pháp thi công tại các công trình ngầm ven biển thành phố Nha Trang; - Đề xuất các biện pháp thi công phù hợp với các đặc điểm công trình ngầm ven biển Nha Trang; - Áp dụng và kiểm chứng trên công trình thực tế. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM Không gian ngầm đô thị đƣợc chia thành 3 nhóm hạng mục: công trình hạ tầng cơ bản nhƣ hệ thống xử lí nƣớc thải, đƣờng cấp khí ga, nƣớc, điện, thông tin liên lạc; các công trình giao thông đô thị nhƣ tàu điện ngầm, đƣờng giao thông ngầm, bãi đậu xe ngầm…; các công trình dân dụng nhƣ trung tâm thƣơng mại, nhà hàng dịch vụ, sinh hoạt cộng đồng, các khu phố mua sắm ngầm... Trong chƣơng này sẽ tập trung vào nhóm hạng mục tập trung, không trải dài nhƣ: bãi đậu xe ngầm; trung tâm thƣơng mại, nhà hàng dịch vụ, hệ thống xử lí nƣớc thải... 1.1. Tổng quan về công trình ngầm 1.1.1. Khái niệm và phân loại công trình ngầm và công trình ngầm đô thị Công trình ngầm là công trình nằm dƣới mặt đất tự nhiên. Khoản 4, Điều 2 của Nghị định 39/2010/NĐ-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị [1] định nghĩa: “công trình ngầm đô thị là những công trình đƣợc xây dựng dƣới mặt đất tại đô thị bao gồm: công trình công cộng ngầm, công trình giao thông ngầm, các công trình đầu mối kỹ thuật ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng trên mặt đất, công trình đƣờng dây, cáp, đƣờng ống kỹ thuật ngầm, hào và tuy nen kỹ thuật”. Tùy theo mục đích, phạm vi sử dụng và các tiêu chí khác nhau để có thể phân ra các loại [2]: - Theo mục đích sử dụng: Công trình ngầm giao thông: hầm đƣờng sắt, hầm đƣờng ô tô xuyên núi, hầm cho ngƣời đi bộ, tầu điện ngầm, hầm vƣợt sông... Công trình thủy lợi ngầm: hầm công trình thủy điện, hầm dẫn nƣớc tƣới tiêu, hầm cấp thoát nƣớc, hầm đƣờng thủy. Công trình ngầm đô thị: hầm giao thông đô thị (hầm ở nút giao thông, hầm cho ngƣời đi bộ, hầm tàu điện ngầm…) hầm cấp thoát nƣớc, hầm cáp thông tin, năng lƣợng, gara ngầm, hầm nhà dân dụng, hầm nhà xƣởng, gara ngầm, các công trình công cộng (cửa hàng, nhà hát, phố ngầm…). Công trình ngầm khai khoáng: hầm chuẩn bị, hầm vận tải, hầm khai thác, hầm thông gió… Công trình đặc biệt: hầm chứa máy bay, tầu thuyền, kho tàng, nhà máy… Phần ngầm của các công trình xây dựng. - Theo kích thước: 5 Công trình ngầm tiết diện nhỏ: bề ngang sử dụng l < 4 m; Công trình ngầm tiết diện trung bình: bề ngang sử dụng 4m < l <10m; Hình 1.1. Mô hình công trình ngầm đô thị - Theo phương pháp thi công: Công trình ngầm thi công theo phƣơng pháp đào mở; Công trình ngầm thi công theo phƣơng pháp đào kín; Công trình ngầm thi công theo phƣơng pháp hạ chìm. 1.1.2. Đặc điểm công trình ngầm đô thị Công trình ngầm đô thị là một loại công trình đặc biệt với những đặc điểm cơ bản: không đƣợc chiếu sáng tự nhiên; không đƣợc lƣu thông không khí tự nhiên; chỉ có một hoặc một số lối thoát nhất định lên trên mặt đất; tuổi thọ công trình lớn, có thể tính đến hàng trăm năm hoặc vĩnh cửu; chịu các tác động trực tiếp của môi trƣờng địa chất và điều kiện tự nhiên xung quanh nhƣ: áp lực đất, tác động của nƣớc ngầm và nƣớc chảy tràn trên mặt đất, các quá trình địa động lực khác; nguy cơ tổn thất về ngƣời và vật chất rất lớn khi xảy ra sự cố. Chính vì vậy, công trình ngầm đô thị phải đƣợc quản lý chất lƣợng đặc biệt liên quan đến công năng, vật liệu, kết cấu, hệ thống kỹ thuật cơ điện nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho ngƣời làm việc và sinh hoạt trong quá trình thi công, khai thác sử dụng công trình ngầm. 1.1.3. Xu thế phát triển công trình ngầm đô thị 1.1.3.1. Phát triển công trình ngầm đô thị trên thế giới Hiệp hội Không gian ngầm thế giới khẳng định, thế kỷ 21 là thế kỷ của không gian ngầm. Tại nhiều đô thị lớn trên thế giới nhƣ: Tokyo, Singapore, Hongkong, Toronto... có tới 60% các hoạt động sử dụng không gian ngầm. Điều này chứng tỏ 6 công trình ngầm đô thị phát triển rất mạnh mẽ. Ngƣời ta tập trung vào khai thác và phát triển không gian ngầm đô thị, dƣới đây giới thiệu một vài đô thị điển hình. a) Bắc Kinh, Trung Quốc Bắt đầu xây dựng từ năm 1969, Mao Trạch Đông đã ra lệnh xây dựng một nơi trú ẩn khẩn cấp cho Chính phủ lúc bấy giờ. Thành phố ngầm dài tới 30 km ngay trong lòng đất Bắc Kinh bao gồm đầy đủ các hệ thống nhà hàng, trƣờng học, bệnh viện, nhà hát... phục vụ đầy đủ nhu cầu của ngƣời dân. Thành phố đƣợc xây dựng để có thể làm nơi trú ẩn tạm thời của hơn 40% dân số Bắc Kinh khi có các cuộc tấn công. Rải rác trong thành phố là hơn 1.000 khu trú ẩn cho các cuộc không kích. Đến năm 2000, hệ thống thành phố ngầm dƣới Bắc Kinh đƣợc mở cửa cho các khách du lịch tham quan. Nhiều khu vực trong thành phố còn đƣợc sử dụng làm nơi ở cho sinh viên và những ngƣời vô gia cƣ. Hiện nay, Bắc Kinh là một trong nhiều đô thị trên thế giới có hệ thống công trình ngầm nhiều, đa dạng nhất thế giới. Hình 1.2. Một phần thành phố ngầm dài hơn 30 km tại Bắc Kinh, Trung Quốc b) Montreal, Canada Tại thành phố Montral, từ năm 1962, một đô thị ngầm đã đƣa vào sử dụng vận hành trong mối quan hệ hữu cơ với đô thị trên mặt đất. Montreal sở hữu một trong những thành phố ngầm lớn nhất thế giới – thành phố Reso. Chúng đƣợc nối với các ga metro, ga đƣờng sắt và trạm xe buýt. Những điểm đến khác của thành phố nhƣ trƣờng đại học, bảo tàng, trung tâm thƣơng mại… đều nối với nhau dƣới đất, mọi ngƣời có thể di chuyển trong một môi trƣờng đƣợc bảo vệ, mặc cho khí hậu lạnh giá của mùa đông trên mặt đất. Đây là hệ thống không gian ngầm đô thị lớn nhất và lâu đời nhất thế giới, cho đến nay đã bao trùm hơn 40 ô phố, với 32 km đƣờng đi bộ và hầm đi bộ trong nhà, nằm dƣới 63 tòa nhà đƣợc nối với các ga metro, ga đƣờng sắt và bến xe buýt, mỗi ngày có hơn 500 nghìn ngƣời đi bộ trong mạng lƣới ngầm này. Tại Reso có nhiều khách sạn lớn cùng nhiều trung tâm mua sắm, văn phòng, rạp 7 chiếu phim, bảo tàng, nhà hát, các trƣờng đại học, nhà hàng từ sang trọng đến bình dân hoạt động nên nơi đây trở thành khu phức hợp dƣới lòng đất lớn nhất thế giới. Hình 1.3. Một góc thành phố ngầm Reso, Montreal - Canada c) Coober Pedy, Australia Coober Pedy là một đô thị ngầm độc đáo, có khoảng 2.000 ngƣời dân sống trong những ngôi nhà ở Coober Pedy. Đô thị này nằm ở trung tâm Australia, giữa thủ đô Adelaide và Alice Springs. Đô thị ngầm trong lòng đất đƣợc tạo thành sau quá trình khai thác mỏ diễn ra nhiều năm tại mảnh đất này. Những ngƣời thợ mỏ đã cải tạo những khu mỏ cũ thành nhà ở. Hình 1.4. Không gian sống của một ngôi nhà tại đô thị ngầm Coober Pedy, Australia 1.1.3.2. Phát triển công trình ngầm đô thị tại Việt Nam Trong những năm gần đây, trong xu thế toàn cầu hóa, hội nhập và phát triển, các đô thị lớn trên cả nƣớc đã bắt đầu quan tâm và xây dựng các các công trình ngầm, đặc biệt ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. Đây là hai trung tâm kinh tế xã hội lớn của cả nƣớc ở hai miền khác nhau. Ngoài ra, một số đô thị đặc biệt nhƣ: Hải Phòng, Đà Nẵng, Nha Trang cũng đang từng bƣớc xây dựng các hạng mục công trình ngầm quy mô, 8 hiện đại đáp ứng nhu cầu và phát triển của đô thị hiện tại và tƣơng lai gần. Các thành phố Hải Phòng, Đà Nẵng, Nha Trang lại là các thành phố ven biển, ngoài việc xây dựng các công trình ngầm đặc trƣng của đô thị thì các công trình ngầm ven biển cũng đang đã và đang đƣợc nghiên cứu xây dựng để khai thác và phát huy tối đa lợi thế ven biển trong phát triển du lịch và kinh tế xã hội. Ngày 07/4/2010, Chính phủ đã ban hành Nghị định 39/2010/NĐ-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị [1]. Đây là khung pháp lí cơ bản để xây dựng và phát triển các công trình ngầm đô thị. Tại thành phố Hà Nội, sự xuất hiện của các trung tâm thƣơng mại ngầm quy mô lớn nhƣ: Mega Mall tại Royal City, Time City tại Hà Nội đánh dấu bƣớc chuyển mạnh mẽ trong tƣ duy phát triển công trình ngầm đô thị. Ngoài các đô thị ngầm nói trên, nhiều công trình ngầm khác cũng đã và đang đƣợc xây dựng nhƣ: hầm chui cho ngƣời đi bộ (tại giao cắt giữa đƣờng Giải Phóng - Đại Cồ Việt), tầng hầm của các cao ốc đã đƣợc xây dựng rất nhiều, nhiều công trình có từ 4 đến 5 tầng hầm, chiều sâu tính từ mặt đất tự nhiên xuống đến tầng hầm cuối cùng đến 20 m. Các bãi đỗ xe ngầm cũng đã đƣợc quy hoạch và dự kiến triển khai xây dựng sớm nhất trong thời gian tới tại công viên Nhân Chính, công viên Thống Nhất, trƣớc Quảng trƣờng cách mạng 19/8 và vƣờn hoa Cổ Tân. Hà Nội cũng đã quy hoạch cho 8 tuyến Metro trên toàn thành phố và đang đƣợc triển khai xây dựng. Một góc trung tâm thƣơng mại ngầm của Vincom Mega Mall tại Royal city, Hà Nội Bể bơi trong lòng đất tại Vincom Mega Mall tại Royal city, Hà Nội Hình 1.5. Một vài công trình ngầm tại Vincom Mega Mall thuộc Royal city, Hà Nội Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế – xã hội đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2025, TP Hồ Chí Minh có nhiều công trình hạ tầng đƣợc xây dựng dƣới lòng đất nhƣ: tàu điện ngầm (khoảng hơn 60 km đi ngầm với 8 tuyến Metro), một hệ thống bãi đậu xe ngầm tại Công viên Lê Văn Tám, công viên Tao Đàn, sân vận động Hoa Lƣ, sân khấu trống đồng... Tại thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm công trình cao tầng đã và đang đƣợc xây dựng với nhiều tầng hầm, điển hình nhƣ Saigon Center với 6 tầng hầm; Bitexco 9 Financial Tower với 4 tầng hầm... Tại Nha Trang, có 4 dự án lớn đã đƣợc cấp phép và triển khai thi công xây dựng dọc theo đƣờng Trần Phú ven biển Nha Trang: - Dự án công viên vui chơi giải trí Nha Trang Sao tại phía bắc cầu Trần Phú, đối diện với khu đồi của Đại học Nha Trang. Toàn bộ phần đất bãi biển có chiều dài khoảng 700 m sẽ đƣợc đào sâu từ 6- 6,5 m làm tầng hầm kinh doanh siêu thị, nhà hàng, quầy bar, vũ trƣờng, rạp chiếu phim, khu trò chơi điện tử... - Khu vui chơi giải trí Havana ngầm dƣới công viên bãi biển Trần Phú (thuộc khu công viên Bốn mùa). Diện tích hơn 1.500 m2, đã đƣợc hoàn thành và bố trí kinh doanh quán bar cà phê, sân khấu nhạc sống, nhà tắm nƣớc ngọt... Nhà hàng này nằm ở độ sâu 6-6,5 m. - Nhà hàng ngầm Bốn Mùa, nằm ngầm dƣới đất sẽ thay thế nhà hàng cà phê Bốn Mùa cũ rộng 2.000 m2 và cũng đƣợc bố trí làm vũ trƣờng, quán bar và karaoke. Bên cạnh đó là một khu vui chơi, mua sắm, ẩm thực rộng khoảng 3.800 m2. Dự án này nằm ở độ sâu từ 6 - 6,5 m. Hình 1.6. Dự án đường hầm và nhà hàng ngầm đang thi công trên bãi biển Nha Trang - Dự án công viên Phù Đổng đã đƣợc UBND tỉnh Khánh Hòa thỏa thuận cho Công ty TNHH Invest Park Nha Trang quy hoạch kiến trúc công trình. Theo đó, khu phía bắc của công viên, hơn 10.000 m2, đƣợc cho đào lên để xây dựng tầng hầm làm các khu trung tâm thƣơng mại, bãi đậu xe, nhà vệ sinh công cộng và năm đƣờng xuống tầng ngầm này. 1.2. Thi công công trình ngầm Một trong những khó khăn khi thi công công trình ngầm đó là giải pháp bảo vệ thành hố đào, chống sụt lún hƣ hỏng công trình lân cận, sập thành hố đào sâu hay vấn đề tiêu thoát nƣớc ngầm trong quá trình thi công... Nhƣ vậy thi công đào đất tầng hầm là vấn đề hết sức quan trọng, cần phải có những phƣơng pháp và biện pháp thi công cụ 10 thể, hợp lí để đảm bảo chất lƣợng công trình, đảm bảo an toàn trong thi công, đảm bảo tiến độ theo quy định và giá thành thi công hợp lý. Hiện có nhiều phƣơng pháp đào đất phần ngầm công trình, có thể chia thành 2 nhóm phƣơng pháp chính sau đây: phƣơng pháp đào và lấp (đào mở) và phƣơng pháp đào kín. Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu và nhƣợc điểm nhất định, tuỳ từng điều kiện địa chất, hiện trƣờng, khả năng công nghệ cụ thể mà có thể vận dụng hợp lý. Phƣơng pháp đào kín thƣờng đƣợc áp dụng trong thi công hệ thống đƣờng hầm, metro..., thƣờng áp dụng thi công các công trình ngầm đô thị thuộc lĩnh vực giao thông. Trong khuôn khổ nội dung luận văn chủ yếu tập trung đến phƣơng pháp thi công công trình ngầm thuộc lĩnh vực xây dựng dân dụng, do đó sẽ đề cập đến phƣơng pháp đào mở. 1.2.1. Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đào mở Trong phƣơng pháp đào mở, đất đƣợc đào lên theo cách lộ thiên từ mặt đất, tạo không gian cho công trình ngầm, sau đó đất đƣợc đắp lại (cut - and - cover construction). Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc dùng để thi công những loại công trình ngầm đặt nông (giới hạn trong phạm vi 5 – 15 m, có khi đến 20 m từ mặt đất). Thông thƣờng, các đƣờng vƣợt ngầm ngắn, hệ thống đƣờng hầm để đặt mạng lƣới kỹ thuật đô thị (cáp điện, động lực, cáp thông tin, ống cấp khí đốt, ống cấp và thoát nƣớc...), gara ô tô 1 - 2 tầng ngầm, đƣờng và ga tàu điện nông, các công trình văn hoá giải trí, kho thực phẩm hoặc các mƣơng - ống công nghệ trong công nghiệp... thƣờng thi công trong các hố/hào lộ thiên - đào mở [2]. Phƣơng pháp đào mở khá thông dụng song ngày càng trở nên khó chấp nhận đối với việc thi công công trình ngầm ở các đô thị có mật độ công trình dày đặc do bởi gây cản trở cho lƣu thông xe cộ ở khu vực công trƣờng, ảnh hƣởng đến cuộc sống sinh hoạt bình thƣờng hàng ngày của nhân dân. Ngoài ra, phƣơng pháp đào mở có chi phí khá cao do phải sử dụng hệ thống chống giữ thành hố đào; thời gian thi công kéo dài. Lựa chọn phƣơng pháp thi công công trình ngầm theo phƣơng pháp đào mở chủ yếu dựa trên sự phân tích kỹ lƣỡng, thận trọng các yếu tố sau: hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, bảo đảm an toàn về môi trƣờng và khả năng áp dụng công nghệ hiện đại. Kinh nghiệm thế giới đã tổng kết ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp đào mở nhƣ sau [3]: - Có thể cơ giới hóa cao quá trình thi công đào và vận chuyển đất, sử dụng đƣợc các loại máy và phƣơng tiện thi công hiện đại, giảm chi phí thi công đào thủ công; - Có thể thi công hố đào sát tới tƣờng ngoài của công trình ngầm hiện hữu; - Thi công chống thấm cho công trình ngầm đơn giản và có chất lƣợng. 11 Theo [3], phƣơng pháp đào mở sẽ có nhiều ƣu thế khi công trình ngầm có diện tích lớn trên mặt bằng, không sâu lắm và thƣờng đƣợc áp dụng trong những điều kiện địa chất dƣới đây: - Trong nền đất có đá lăn mồ côi, hay trong sỏi sạn; - Trong đất cát bão hoà nƣớc đến độ sâu khoảng 6 - 7 m; - Trong đất có độ ẩm tự nhiên đến độ sâu khoảng 10 – 11 m; - Trong đất sét bão hoà nƣớc đến độ sâu khoảng 10 - 12 m; - Trong đất sét đến độ sâu khoảng 13 - 16 m. Những kiến nghị này có tính chất định hƣớng và trong điều kiện cụ thể, dựa trên độ sâu tối ƣu để dùng phƣơng pháp này hay phƣơng pháp khác. Với những phƣơng tiện cơ giới hiện đại trong việc đào và vận chuyển đất đã cho phép trong thời gian ngắn đào đƣợc khá sâu và rất rộng. Do đó đôi khi ngƣời ta chuyển từ phƣơng pháp thi công đặc biệt (ví dụ nhƣ giếng chìm hoặc đào ngầm) sang đào mở nhất là trong đất có độ ẩm tự nhiên thấp. Trong vùng xây mới (nơi chƣa có công trình xây dựng nhƣng đã có qui hoạch ổn định). Phƣơng pháp đào mở là phƣơng pháp thích hợp nhất khi làm các loại công trình ngầm nhƣ rãnh đạt hộp của hệ thống kỹ thuật, lối vƣợt ngầm, ga ra ô tô, tàu điện ngầm... Phƣơng pháp đào mở cũng có những nhƣợc điểm và hạn chế, nhất là khi thi công trong vùng đô thị có dân cƣ đông đúc nhƣ: - Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông. Có thể hạn chế bớt ảnh hƣởng không tốt nói trên khi dùng phƣơng pháp đào của ngành mỏ bằng cách làm các tƣờng vĩnh cửu của công trình ngầm trƣớc, làm nắp của hầm đủ chắc chắn để phƣơng tiện giao thông đi lại trên đó và công tác khác trên mặt đất cũng có thể thực hiện trên nắp công trình ngầm. - Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố và đáy hố, nên đòi hỏi phải thi công nhanh gấp. - Sự gò bó trong vạch tuyến khi phải bám theo đƣờng phố hiệu hữu, đặc biệt là bán kính cong nhỏ khi mở tuyến tàu điện ngầm. Một số nơi hào đào lấn vào móng công trình hiện hữu làm giảm khả năng chịu lực hoặc biến dạng, nên phải gia cƣờng chống đỡ thêm, gây tốn kém. - Tiến độ thi công kéo dài, giá thành tăng do bởi có nhiều việc phải làm thêm, do những sai sót khi khảo sát, điều tra hoặc đánh dấu vì chúng chỉ đƣợc phát hiện lúc đào, di dời hoặc phải đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác (cáp điện, thông tin, ống cấp thoát nƣớc...). Đây là những vấn đề khá phức tạp, khó khăn. - Chuyển vị của đất và lún các công trình hiện hữu. Các phƣơng pháp làm giảm 12 sự trồi đáy hố đào hay sự thay đổi dòng chảy và mực nƣớc ngầm... đều dẫn đến những trở ngại trong tiến độ thi công và thay đổi giá thành. Dùng neo đất, thanh chống có lắp kích để căn chỉnh là những giải pháp có hiệu quả đối với công trình nhạy lún hoặc công trình cũ ở lân cận hố đào. - Việc di dân để giải phóng mặt bằng dành chỗ cho công trình cũng nhƣ cho sân bãi công trƣờng xây dựng, tổ chức lại các tuyến giao thông, ồn, chấn động, bụi... khi thi công thƣờng là những vấn đề xã hội - kinh tế khó giải quyết nhanh gọn để công trình khởi công đúng hạn, thi công đúng tiến độ đặt ra. 1.2.2. Một số công nghệ thi công phần ngầm Trên cơ sở phƣơng thức thi công lộ thiên đã có một số công nghệ thi công phần ngầm đƣợc áp dụng nhƣ công nghệ thi công Top-Down; Semi Top-Down; Bottum up. 1.2.2.1. Công nghệ Top-Down: là công nghệ thi công phần ngầm (tầng hầm) của công trình từ trên xuống, sử dụng chính hệ dầm sàn của tầng hầm công trình làm hệ kết cấu chống đỡ tƣờng chắn đất (tƣờng vây, tƣờng cừ, tƣờng cọc...). Trong công nghệ này ngƣời ta tiến hành thi công đồng thời từ mặt đất xuống và từ mặt đất đi lên các kết cấu bê tông nhƣ cột, vách, dầm sàn. Khi thi công xong các sàn tầng hầm dƣới mặt đất thì cũng đã thi công đƣợc một số hữu hạn các tầng nhà thuộc phần thân, bên trên mặt đất. Thứ tự thi công từ trên xuống: dầm sàn - cột - móng, dầm móng và nền tầng hầm đáy. Sử dụng cột tạm bằng thép (lắp đặt vào cọc nhồi tại thời điểm thi công cọc nhồi) để tạm đỡ dầm sàn, sau đó hoặc để lại trong cột của công trình (nếu trùng với vị trí cột) hoặc thu hồi. Thi công đồng thời phần ngầm và hai tầng dƣới Thép chờ cột tầng hầm Hình 1.7. Thi công top down ngầm tòa nhà Vincom