Nội dung chuyên đề 1: Công nghệ thi công Hầm theo phương pháp lộ thiên
+ Giới thiệu tổng quan phương pháp
Ngày nay, trong thành phố, nhiều loại công trình ngầm được phát triển và xây dựng nhằm đáp ứng nhiều yêu cầu và mục tiêu sử dụng khác nhau. Nói chung với các hệ thống công trình ngầm sẽ mang lại cho các thành phố nhứng hình ảnh và hiệu quả tốt về cảnh quan, môi trường, đồng thời tăng quỹ đất cho các công trình kiến trúc trên mặt đất, phát huy được tiềm năng dồi dào của khoảng không gian ngầm,góp phần mang lại những hiệu quả kinh tế trước mắt và lâu dài.
Để xây dựng hợp lý các công trình ngầm thành phố (cũng như các công trình ngầm khác), cho đến nay có khá nhiều phương pháp, phương thức, giải pháp được phát triển và áp dụng. Thông thường các phương pháp được phân thành hai nhóm là
Các phương pháp thi công ngầm và
Các phương pháp thi công lộ thiên
· Cùng với các phương pháp hạ dần hay hạ đoạn (caisson) và phương pháp hạ chìm hay hầm dìm, phương pháp thi công hở thuộc vào nhóm các phương pháp thi công lộ thiên. Có thể nói rằng, trong những điều kiện thông thường, phương pháp hở được coi là phương pháp kinh tế nhất trong xây dựng các công trình ngầm cỡ lớn. Chẳng hạn hình dáng các công trình có thể kiến trúc phù hợp với các yêu cầu của kỹ thuật giao thông, trong đó các giải pháp tối ưu về liên kết các hệ thống giao thông với đoạn đường chuyển giao ngắn, cũng như liên kết tốt giữa các điểm đi và đến. Chênh lệch về độ cao có thể bố trí ở mức nhỏ. Phương pháp thi công hở còn cho phép xây dựng các mặt bằng đi bộ rộng liên kết với các công trình thương mại, nhà hàng, công trình văn hóa và liên kết hợp lý với phương tiện giao thông trên mặt đất.
Tuy nhiên để áp dụng phương pháp thi công hở cần chú ý các điều kiện sau:
Để thi công cần thiết phải có mặt bằng tự do trên mặt đất vừa đủ, như tại các quảng trường, nút giao thông của các đường lớn, chẳng hạn một sân ga tàu điện ngầm có chiều dài khoảng 120m, tàu tốc hành khoảng 210m;
Do thời gian thi công lâu và diện tích sử dụng lớn, nên gây ảnh hưởng lớn đến giao thông đi lại trên mặt đất. Do vậy nhất thiết phải chú ý đến các giải pháp giảm ảnh hưởng đến giao thông trên mặt đất ;
Phương pháp xây dựng này cần loại trừ các mối nguy hiểm đối với các công trình kiến trúc lân cận, chẳng hạn do gây lún sụt, dịch chuyển đất. Vì vậy khi độ sâu thi công lớn, chẳng hạn 25m, khoảng cách đến các công trình kiến trúc không xa thì nhất thiết phải áp dụng các biện pháp đặc biệt (tường cọc nhồi, tường hào nhồi -tường trong đất);
Với phương pháp thi công hở thì các tác động xấu đến môi trường sống, như tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi. Do vậy cần phải có các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này;
Trong nhiều trường hợp phải tính đến các điều kiện của công trình kiến trúc, nền đất và nước ngầm khi phải áp dụng lâu dài và trên diện rộng giải pháp hạ mực nước ngầm;
Phải tính đến các khả năng di dời, treo tạm các hệ thống cấp thoát nước, năng lượng…, để đảm bảo hoạt động bình thường, lâu dài.
Nhằm phát huy lợi ích kinh tế, khắc phục những hạn chế của phương pháp thi công hở, hàng loạt các giải pháp đã được phát triển và áp dụng có hiệu quả trên thế giới. Trong tham luận này sẽ hệ thống hóa các phương pháp thi công cũng như một giải pháp kỹ thuật đã và đang được sử dụng hiện nay.
Phương án thi công lộ thiên bao gồm các phương pháp sau đây :
- Phương pháp đào hố móng.
- Phương pháp dùng vì kèo di động.
- Phương pháp thi công tường trong đất.
- Phương pháp hạ đoạn.
+ Trình tự thi công :
Phương pháp đào hố móng.
Đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào hố móng có vách xiên hoặc thẳng đứng với hệ thống chống vách đến độ sâu cần thiết đặt hầm. Sau đó tiến hành lắp đặt các cấu kiện BTCT định hỡnh sẵn hoặc đổ bê tông toàn khối tại chỗ, xây dựng kết cấu chống thấm rồi lấp đất trở lại, khôi phục mặt đất tự nhiên hoặc xây dựng những công trình ngầm trên mặt đất như đường xá vỉa hè…. Để chống đỡ vách hố móng thẳng đứng dùng cọc cừ hoặc cọc cừ kết hợp với neo.
Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hóa cao quá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, các máy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn. Tuy nhiên trong điều kiện thành phố có công trình xây dựng dày đặc, mật độ giao thông lớn không phải lúc nào cũng áp dụng phương pháp cũng có hiệu quả. Việc đào các hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông đường phố trong suốt thời kỳ xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bỡnh thường của đô thị. Khi thi công hầm bằng phương pháp hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về kim loại, gỗ gia cố tạm. Ví dụ để gia cố hố móng sâu 6 - 7m rộng 8 - 10m sẽ chi phí 250 - 300 tấn thép và 60 -70m3 gỗ.
Phương pháp dùng vì kèo di động.
Để cơ giới hóa tối đa công tác đào, xúc đất và xây dựng vỏ hầm trong điều kiện thành phố có thể sử dụng vì chống di động bằng kim loại có tiết diện hở. Vì chống di chuyển bằng cách đẩy kích khiên lên vỏ hầm lắp ghép (hoặc vách đào) phía sau.Việc sử dụng vì chống di động cho phép:
- Không cần sử dụng vì chống tạm và giảm nhẹ khó khăn khi xây dựng vì chống tạm.
- Giảm khối lượng công tác đất khi đào hố móng và lấp trở lại sau khi xây dựng xong kết cấu (do giảm khe hở thi công giữa kết cấu và vách hố móng).
- Giảm chiều dài của đoạn thi công có phá hoại do điều kiện bề mặt xuống đến 30-40m.
- Nâng cao mức độ cơ giới hóa, giảm khó khăn trong thi công.
- Nâng cao tốc độ xây dựng hầm.
- Giảm tiếng ồn và chấn động.
- Giảm nguy hiểm do chuyển vị, biến dạng bề mặt, nhà cửa và những cụng trình dọc theo tuyến hầm.
Việc thi công có sử dụng vỡ chống di động có thể tiến hành trong bất cứ loại đất không cứng nào, loại trừ bùn và cát chảy. Khi có mực nước ngầm cao phương pháp này cũng có thể áp dụng cùng với việc hạ mực nước ngầm nhân tạo.
Phương pháp tường trong đất.
Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa cũng như trong điều kiện giao thông thành phố dày đặc có thể áp dụng phương pháp tường trong đất.
Đầu tiên ở những chỗ sẽ xây dựng tường của công trình ngầm, người ta đào hào và gia cố nó theo từng bước, rộng 0,6 - 0,8m sâu đến 18 - 20m trong đó sẽ xây dựng kết cấu tường của công trình ngầm. Sau đó tiến hành đào hố móng đến cao độ nóc công trình rồi đặt tấm trần đó xây xong được bảo vệ bằng phòng nước rồi lấp đất trở lại, khôi phục các công trình trên mặt đất như mặt đường, vỉa hè. Dưới sự bảo vệ của tường và trần đó tiến hành đào đất trong lừi, xây dựng tấm đáy và các vách ngăn …
Việc xây dựng các kết cấu tường công trình ngầm có thể từ BTCT toàn khối hoặc áp dụng công nghệ tường lắp ghép trong đất tạo điểu kiện giảm bớt khối lượng công tác đất giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm thời hạn và giá thành xây dựng.
Phương pháp tường trong đất có ưu điểm hơn phương pháp hố móng là không đòi hỏi dựng tường cừ, đảm bảo ổn định cho nhà cửa và các công trình bên cạnh. Phương pháp này có thể áp dụng trong đất không cứng dạng bất kỳ (kể cả đất rời lẫn đất sét chặt) trừ loại đất bùn chảy, đất có lỗ rỗng lớn hoặc có Kast .
Phương pháp này có hiệu quả nhất khi chiều sâu hố đào lớn hơn 5 - 6m cũng như bố trí công trình ngầm gần sát nhà cửa và các công trình khác.
Phương pháp hạ đoạn (Kenson Method).
Phương pháp hạ đoạn được áp dụng trong các điều kiện thành phố, điều kiện địa chất công trỡnh và điều kiện thủy văn trong môi trường đất mền yếu, trong các vùng có chứa nước sâu 6 - 40m và nó đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng hầm trong môi trường đất có phát sinh tình trạng cát chảy, bùn chảy hoặc khi làm đường xe điện, ôtô điện qua đáy sông, hồ.
Về nguyên tắc phương pháp này cũng thuộc quy trình thi công đào lộ thiên rồi lấp phủ nhưng để tăng tốc độ làm kết cấu vỏ hầm, hạn chế biến dạng, lún sụt đất ở hai bên tuyến hầm và giảm ảnh hưởng của nước ngầm đối với thời gian xây dựng và chất lượng kết cấu vỏ hầm, người ta đúc sẵn những khoang hầm bằng BTCT rồi dùng hệ thống thiết bị chuyên dùng hạ xuống hố đào.
Phương pháp hạ đoạn đó được các nước trên thế giới áp dụng nhiều. Trong tương lai ở Việt Nam có thể áp dụng để thi công Metro qua sông Hồng hoặc những công trình ngầm qua những nơi có chiều sâu nước ngầm lớn, đất yếu không ổn định. Gần đây nhất là dự án vượt sông Sài Gòn bằng đường hầm Hàm Nghi qua Thủ Thiêm do công ty Anh Quốc Maunsell thiết kế đó áp dụng phương pháp hạ đoạn để thi công phần hầm qua sông.
+ Các máy móc phục vụ thi công :
Nội dung chuyên đề 1: Hầm Kim Liên
Tên Hầm: Hầm Kim Liên
Năm xây dựng: tháng 7/2006
Năm hoàn thành: 10/10/2009
Đơn vị thiết kế:do Viện Thiết kế cầu hầm và kết cấu Nhật Bản (JBSI) thực hiện
Đơn vị thi công:nhà thầu Taisei (Nhật Bản) xây dựng dưới sự giám sát của Viện Kết cấu cầu Nhật Bản (JBSI).
Hoạt tải thiết kế:
Hầm xe cơ giới Kim Liên được khởi công từ tháng 7/2006, với tổng vốn đầu tư hơn 467 tỷ đồng. Hầm dài 140m, đường dẫn dài 100m, chiều rộng hầm 18,5m, chiều cao 6,25m, chiều cao thông xe trong hầm 4,75m. Ngoài đường hầm dành cho xe cơ giới còn có hầm dành cho người đi bộ gồm hai nhánh cắt qua đường Lê Duẩn và Giải Phóng, cùng hệ thống thoát nước, chiếu sáng, tuy nen kỹ thuật..
Ngoài phần đường hầm chính Dự án xây dựng và cải tạo nút giao thông Kim Liên còn có 4 hạng mục: hai hầm bộ hành cắt ngang qua đường Giải Phóng và Lê Duẩn, trạm bơm, hệ thống thoát nước và hầm kỹ thuật. Theo đó, đường hầm phía đường Lê Duẩn sẽ dài 30m, đường phía đường Giải Phóng dài 60m, với mặt cắt ngang cao 3,5m và rộng 4,8m[2]
+ Hệ thống thoát nước:Thiết kế hệ thống thoát nước của hầm do Viện Thiết kế cầu hầm và kết cấu Nhật Bản (JBSI) thực hiện. Cơ sở của thiết kế này là dựa trên số thống kê cường độ mưa lớn nhất trong mười phút suốt 25 năm (1974-1999) tại Hà Nội. Từ đó, họ đưa ra công suất thiết kế của hệ thống bơm tiêu nước đảm bảo cho cường độ mưa 175mm/giờ. Trong khi đó, dự án thoát nước giai đoạn 1 của Hà Nội là tiêu thoát 172mm/hai ngày và 310mm/hai ngày ở giai đoạn 2.
Hầm được bố trí ba máy bơm thường trực và một máy dự phòng. Hệ thống thu nước từ các đường gom hai bên sẽ đưa nước xuống hầm bơm và dẫn tới trạm bơm đặt trong công viên Thống Nhất cạnh đó. Trạm bơm hoạt động hoàn toàn tự động và bơm nước ra sông Sét theo cống Nam Khang. Toàn hệ thống có ba máy bơm thường trực, một máy bơm dự phòng (mỗi máy bơm có công suất 10m3/ phút). Các máy bơm hoạt động lần lượt tùy theo mực nước ngập trong hầm. Khi trong hầm hết nước thì máy bơm ngừng hoạt động.
Trên mặt bằng hầm còn có hệ thống thu nước và được thi công để nước bề mặt không tràn vào miệng hầm. Trường hợp nước ngập xung quanh cao quá 0,8m thì nước mới tràn vào hầm. Trận mưa lụt tại Hà Nội năm 2008 có cường độ 400mm nhưng khu vực ngập sâu nhất ở nút giao thông Kim Liên cũng chỉ đến 300mm. Có thể nói hệ thống thoát nước của hầm đã được thiết kế với những yếu tố khắt khe nhất và lường tới cả những yếu tố bất thường của các trận mưa lớn trong tương lai.
Để dự phòng cho hệ thống bơm sẽ bố trí máy phát điện 350kVA, đảm bảo chạy được cả bốn máy bơm. Với 2.000 lít dầu dự trữ sẽ đảm bảo cho máy phát điện và máy bơm hoạt động liên tục trong tám giờ.[4]
+ Hệ thống thông gió trong Hầm:
Theo thiết kế hiện nay (hình dưới), đây là đường hầm 2 làn đường xe chạy độc lập, có bầu không khí không độc lập, vì chỉ được phân cách bởi 1 hàng cột thưa; nhưng lại muốn thông gió cưỡng bức cho mỗi làn đường xe bằng 1 cặp quạt treo dưới trần mặt cắt ngang thấp nhất, để thổi gió theo chiều xe chạy. Về mặt thông gió, đây là thiết kế kém hiệu quả do nhiều yếu tố chủ quan khác nhau:
- Quạt 2 phía luôn gây trở lực cho nhau, gây quẩn gió; khó điều tiết hoạt động theo chiều luồng gió tự nhiên ; đặc biệt ít có điều kiện thực hiện phương án ngừng chạy quạt ở làn đường hầm chạy xe cùng chiều với luồng gió tự nhiên trong thực tế.
- Quạt treo dưới trần mặt cắt ngang thấp nhất, cho nên khó theo dõi động thái của quạt; khó sửa chữa, thay thế khi cần thiết và thường gây cản trở luồng khói nóng bốc lên cao.
- Khi quạt hoạt động, làm tăng áp cho luồng gió, gây cản trở khói bụi và khí nóng bốc lên; có thể gây quẩn khói có hơi xăng dầu xuống gầm xe, làm nguy cơ cháy nổ xe tăng lên.
+ Nền móng:
Hầm Kim Liên được các chuyên gia Nhật Bản thiết kế trên nguyên tắc đẩy nổi.
Hầm được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đường Đào Duy Anh, chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1.5-6m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi không. Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm.
Trong quá trình bơm vữa làm cột đỡ cho hệ thống đường tạm (bearing piles) gặp địa chất rất yếu (cát chảy) dưới độ sâu khoảng 20m. Trong giai đoạn này công tác thi công thì đảm bảo yêu cấu thiết kế.
+ Kết cấu:
Bề dày tường bê tông cốt thép hầm chính dày 1m. Chiều dày đất đắp từ mặt đường xuống đỉnh hầm từ 1,8 đến 3m. Phần tường chắn dạng chữ U dài 350m trong đó phía đường Đại Cồ Việt dài 173m, bên phía đường Đào Duy Anh dài 177m. Mỗi đốt tường chắn dạng chữ U dài 20m, chiều cao thay đổi theo độ dốc dọc cửa hầm, chiều rộng lòng trong của tường chắn là 19m. Phần kết cấu hầm chính được thiết kế bao gồm 2 làn đường, mỗi làn rộng 7,5m.
+Biện pháp thi công:
Đường hầm chính được thi công bằng phương pháp đào hở, vị trí đào sâu nhất là 13m, cọc cừ bằng cừ ván thép dài 16m. Trước khi đào nền đất, hố móng được gia cố bằng vữa xi măng dày từ 1,5 đến 3m để đảm bảo không có nước ngầm chảy vào.
Các đốt hầm với chiều dài 20m được thi công độc lập với nhau. Việc đổ bê tông không liên tục cũng đã được xử lý bằng các băng can nước(bên cạnh có hồ bảy mẫu
Nhà thầu đã phải mất rất nhiều thời gian để hoàn thành công tác cải tạo đất dưới đáy hầm và làm hệ thống cọc ván thép, hệ thống hỗ trợ công tác đào đất, công tác vận chuyển đất phế thải không được phép hoạt động trong giờ hành chính, nên công việc này chỉ thực hiện được từ 10h đêm hôm trước đến 6h sáng ngày hôm sau nên tiến độ thi công hạng mục chính của dự án bị chậm lại so với kế hoạch đã đề ra.
Chất lượng của hầm theo đánh giá chủ quan là đảm bảo.
+ Biện pháp chống thấm:
Tại các vị trí nối đặt cốt thép bình thừong có thêm các thanh thép nối (joint bars) liên kết ngàm giữa các đốt hầm. Giữa các liên kết thi công có các tấm ngăn nước (water stop) được đặt giữa các khối bê tông. Vật liệuchống thấm mối nối là Sika Flex, toàn bộ mặt hầm được chống thấmnhư chống thấm mặt cầu. Một số vị trí do thi công tấm tấm ngăn nước có bi sai lệch vị trí và sau đó nhà thàu phải đục bê tông va đặt lại bơm vữa sika rất tốn kém, tuy nhiên vế quá trình thi công nhà thàu và tư ván rất nghiêm túc vì vậy không đáng ngại.
Mẫu băng chặn nước chuyên dụng cho khe co dãn
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro