http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 1 Contents Bài 1: Khái niệm và phân loại hố móng 3 1.1. Hố móng nông 3 1.2. Hố móng sâu 3 Bài 2: Thực trạng xây dựng CTN ở Việt Nam 5 Bài 3: Các sự cố liên quan đến điều kiện ĐCCT khi xây dựng CTN 11 3.1. Các sự cố ở nước ngoài 11 3.1.1. Heathrow Express Link, Anh, 1994 11 3.1.2. Vành Trude của tàu điện ngầm thành phố Muenchen (Munich), Đức, 1994 11 3.1.3. Tàu điện ngầm tại Đài Bắc, Đài loan, 1994/1995 12 3.1.4. Đường hầm thoát nước tại Hull, Anh, 1999 13 3.1.5. Tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc, 2000 14 3.1.6. Tuyến đường MTRC Tseung-Kwan-O, Hồng Kông, 2001 15 3.1.7. Đường ô tô vành đai A86 Paris, Pháp, 2002 15 3.1.8. Tàu điện ngầm Thượng Hải (Shanghai), Trung Quốc, 2003 16 3.1.9. Tàu điện ngầm Glion trong đường cao tốc N9, Pháp, 2005 17 3.2. Các sự cố ở trong nước 19 3.2.1. Hầm Hải Vân 19 3.2.2. Cao ốc Pacific trên đường Nguyễn Thị Minh Khai, 2007 20 3.2.3. Cao ốc Saigon Residences, 2007 21 3.2.4. Cao ốc văn phòng cho thuê tại số 102 Cống Quỳnh 22 3.2.5. Cao ốc Vĩnh Trung Plaza (Đà Nẵng) 23 3.2.6. Toà nhà Keangnam (Hà Nội) 24 3.2.7. Trạm tiếp nhận thạch cao Nhà máy xi măng Ninh Bình 25 3.3. Đánh giá sự cố các CTN hiện nay ở trong nước 25 Bài 4: Các vấn đề ĐCCT khi xây dựng CTN 28 4.1. Vấn đề sụt vòm 28 4.2. Vấn đề bùng nền 29 4.2.1. Bùng nền trong đất loại sét 29 4.2.2. Bùng nền trong đất loại cát 30 4.3. Vấn đề sụt lún mặt đất do khai đào kín 32 4.4. Vấn đề lún mặt đất xung quanh hố đào hở 34 4.5. Vấn đề của nước đối với ổn định CTN 35 4.6. Vấn đề ổn định của vách 36 4.7. Vấn đề ổn định của đất đá xung quanh CTN khi đi qua vùng có điều kiện ĐCCT không đồng nhất 36 http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 2 4.8. Ảnh hưởng của khí cháy, khí độc trong CTN 37 Bài 5: Các thiết bị công trình tiêu nước và phương pháp tháo khô 37 5.1. Các thiết bị tiêu nước cho CTN 37 5.2. Các thiết bị tiêu nước đặt trên mặt đất 37 5.3. Các công trình tiêu nước chuyên dụng 37 5.4. Phương pháp tháo khô 37 Bài 6: Khảo sát ĐCCT cho CTN 37 6.1. Những vấn đề cần lưu ý khi khảo sát ĐCCT cho xây dựng CTN 39 6.1.1. Địa hình, địa mạo 39 6.1.2. Cấu tạo địa chất 40 6.1.3. Tính chất cơ lý của đất đá 41 5.1.4. Đặc điểm địa chất thuỷ văn 44 6.2. Các giai đoạn khảo sát ĐCCT cho CTN 44 6.2.1. Khảo sát ĐCCT sơ lược 44 6.2.2. Khảo sát ĐCCT sơ bộ 45 6.2.3. Khảo sát ĐCCT chi tiết 46 6.2.4. Khảo sát ĐCCT bổ sung 49 http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 3 Đây là nội dung môn học ĐCCT cho công trình ngầm. Phần lớn nội dung từ các tài liệu thu thập được của đồng nghiệp, nhà khoa học trong nước, tài liệu của nước ngoài, internet, Do biên soạn gấp cho công tác giảng dạy nên tôi chưa thống kê được hết các tác giả và nguồn dẫn, tài liệu còn có sai sót, mong được sự bổ sung đóng góp. Mọi ý kiến xin gửi vào tuhuongdcct36@gmail.com Bài 1: Khái niệm và phân loại hố móng Khi thi công các công trình hay một bộ phận của công trình nằm dưới mặt đất, người ta thường tiến hành đào hết phần đất ở trên mức đáy móng hay đáy công trình trước rồi mới xây dựng công trình. Khi đó, hố được đào lộ thiên được gọi là hố móng hay hố đào. Tuỳ theo đặc điểm của từng loại công trình, hố móng sẽ được thi công với chiều sâu và quy mô khác nhau. Chiều sâu của hố móng càng lớn thì việc tính toán, thiết kế và thi công hố móng càng phức tạp. Dựa vào những đặc điểm này, người ta chia hố móng ra thành hai loại là hố móng nông và hố móng sâu. 1.1. Hố móng nông Hố móng nông là hố móng có chiều sâu nhỏ hơn từ 3 ÷ 5m. Trong thực tế, có nhiều loại công trình sử dụng hố móng nông như: - Móng của các công trình dân dụng và công nghiệp không có tầng hầm. - Hệ thống cấp thoát nước. - Hệ thống bể chứa và xử lý nước thải. Khi tính toán và thi công hố móng nông, cần quan tâm đến các vấn đề như ổn định thành hố móng, nước chảy vào hố móng. Do hố móng nông có chiều sâu nhỏ nên việc tính toán, thiết kế và thi công tương đối đơn giản (so với hố móng sâu). 1.2. Hố móng sâu Hố móng sâu là hố móng có chiều sâu lớn hơn 5 ÷ 6m so với mặt đất. Các loại công trình thường gặp các hố đào sâu từ đơn giản đến phức tạp bao gồm: - Hệ thống cấp thoát nước. - Hệ thống bể chứa và xử lý nước thải. http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 4 - Ống góp kỹ thuật chung, trong đó đặt các đường ống cấp nước, khí đốt, điện, và cáp thông tin. - Nút vượt ngầm cho người đi bộ hoặc phương tiện giao thông nhẹ (kết hợp các ki ốt thương mại, dịch vụ, ). - Bãi đậu xe ôtô, kho hàng. - Ga và đường tàu điện ngầm. - Tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng. - Hệ thống hầm lò trong khai thác khoáng sản. - Công trình phòng vệ dân sự. Như vậy, công trình ngầm (CTN) là một dạng hố móng sâu. Đó là những công trình nằm sâu trong lòng đất. Chúng có hình dáng khác nhau (hầm ngang, giếng đứng, buồng, ) tuỳ thuộc vào mục đích xây dựng công trình như khai thác mỏ (đường hầm, lò), giao thông (hầm đường ô tô, hầm đường sắt, tàu điện ngầm, ), thủy lợi (kênh dẫn nước ngầm), thuỷ điện (gian máy, hầm dẫn, ). Hiện nay trên thế giới, việc xây dựng các công trình nằm sâu trong lòng đất là một trong những biện pháp được ưa chuộng nhằm giải toả sự đông đúc dân cư và trở thành một xu hướng tất yếu: - Thượng Hải là một trong những thành phố lớn trên Thế Giới, ở đó người ta thường xây nhà cao tầng có 2- 3 tầng hầm, có nhà thiết kế đến 5 tầng ngầm kích thước mặt bằng lớn nhất đến 274 x 187m diện tích khoảng 51.000m 2 . Hố móng sâu tới 32m. - Ở Maxcơva, một gara lớn có kích thước 156 x 54 x 27m gồm 7 tầng đã được xây dựng, gần khu triển lãm thành tựu kinh tế quốc dân (VDNK) có sức chứa 2000 xe ôtô con (nếu đặt trên mặt đất cần 50.000m 2 ). Việc xây dựng các công trình nói trên đã dẫn đến việc phải thi công các hố móng sâu, nó đòi hỏi thiết bị và công nghệ hiện đại, các giải pháp kỹ thuật chống sạt lở hố đào, giải quyết vấn đề nước chảy vào hố móng, mất ổn định đáy hố móng do thấm, khí độc, khí cháy, http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 5 Bài 2: Thực trạng xây dựng CTN ở Việt Nam Trong những năm gần đây ở nước ta, các thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh thường sử dụng 2 đến 3 tầng hầm cho các nhà cao tầng. Ví dụ như toà Harbour View Tower (TPHCM) cao 19 tầng và 2 tầng hầm có hố móng sâu tới 10m, dùng tường trong đất sâu tới 42m, dày 0.6m. Trụ sở Vietcombank Hà Nội cao 22 tầng và 2 tầng hầm có hố móng sâu 11m, dùng tường trong đất sâu 18m, dày 0.8m. Trung tâm Thương mại Chợ Mơ - Hà Nội được xây dựng với 3 tầng hầm, hố móng sâu 18m, dùng tường vây sâu 32m kết hợp xử lý bằng cọc ximăng đất ở đáy hố móng. Toà nhà Pacific Place - 83 Lý Thường Kiệt (Hà Nội) có 5 tầng hầm, thi công bằng tường barrette và công nghệp Top-Down. Dự án Hanoi City Complex trên đường Liễu Giai có quy mô cao 65 tầng với 4 tầng hầm, Hà Nội đã triển khai dự án thí điểm là đường sắt đô thị đoạn Nhổn – ga Hà Nội (Tuyến 1) và Nam Thăng Long - Thượng Đình (Tuyến 2). Hai dự án này đã hoàn thành giai đoạn lập dự án khả thi. Tuyến 1 gồm 9.6km cầu cạn từ Nhổn đến đường Kim Mã (trước cửa khu Ngoại giao đoàn, quận Ba Đình) và 2.9km đoạn đi ngầm từ đó đến ga Hà Nội, tức là tổng cộng có độ dài 12.5km với 15 ga. Hiện nay mới giải phóng được mặt bằng khu đất có diện tích khoảng 15ha để chuẩn bị xây dựng nhà ga tại Nhổn. Hình 1: Tuyến đường sắt đô thị đoạn Nhổn - ga Hà Nội Tuyến 2 có chiều dài 17.2 km, phần đi ngầm khoảng 12 km ở khu vực phố cổ và Trung tâm Thành phố (hình 2). http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 6 Hình 2: Tuyến đường sắt đô thị đoạn Nam Thăng Long - Thượng Đình Hà Nội cũng đã và đang xây dựng một số hầm đường bộ qua nút giao thông lớn hoặc đường giao thông chính. Một số hầm đường bộ ở đường Phạm Hùng được xây dựng gần như xong (từ năm 2003), nhưng cho đến nay một số vẫn đóng cửa để đấy! Hầm đường bộ qua nút Ngã Tư sở đang được khai thác, nhưng quản lý và sử dụng chưa được tốt lắm. Hầm đường bộ qua nút Kim Liên đã xây dựng xong vào tháng 6/2009. Hình 3: Hầm chui Ngã Tư Sở http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 7 Hình 4: Hầm đường bộ qua nút Kim Liên đang được thi công Hình 5: Hầm đường bộ qua nút Kim Liên đã hoàn thành http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 8 Hình 6: Mô hình xây dựng tầu điện ngầm ở HN trong tương lai Thành phố Hồ Chí Minh đã lập dự án chuyển 4 nút giao thông cùng mức thành nút giao thông khác mức, bằng hình thức giao chui, bao gồm: - Nút Nam Kỳ Khởi Nghĩa - Lý Chính Thắng. - Nút Điện Biên Phủ - Hai Bà Trưng. - Nút Xô Viết Nghệ Tĩnh - Cách Mạng Tháng Tám. - Nút quảng trường Dân chủ. Theo thiết kế ban đầu, hệ thống TĐN tại TP. HCM có tổng chiều dài 54 km, 6 đường ray và 22 nhà ga và 4 tuyến. Nhà ga trung tâm đặt ở Công viên 23/9, quận 1. Các tuyến TĐN sẽ được xây dựng cuốn chiếu và dự kiến đến 2010 thành phố sẽ có 2 tuyến đưa vào hoạt động. Dự án sẽ hoàn tất vào năm 2020. Mục tiêu của hệ thống TĐN nhằm thay thế 25% lượng xe gắn máy lưu thông trên đường đến năm 2010. Vào giai đoạn cuối 2020, giao thông công cộng bằng tàu điện ngầm sẽ giúp TP. HCM giảm một nửa lượng xe gắn máy lưu thông trên đường. http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 9 Hình 7: Thi công đường hầm lò Hiện TP HCM gọi vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài cho dự án metro thành phố. Hồi giữa năm ngoái, Tập đoàn Siemens của Đức dự kiến sẽ đầu tư 2 tuyến metro tại TP HCM, vốn tổng vốn đầu tư khoảng 800 triệu euro. Trong đó, TP. HCM chịu 30% vốn, còn lại vay với 100 triệu euro từ nguồn vốn viện trợ phát triển chính thức (ODA) của Đức và 20 triệu euro từ Áo. Hệ thống TĐN bao gồm các tuyến: - Bến Thành - Bình Tây - Phú Lâm - An Lạc: dài khoảng 15km, ưu tiên thực hiện trước đoạn Bến Thành - Bình Tây dài 5km. - Bến Thành - Gò Vấp: dài khoảng 11km, ưu tiên một cho đoạn Bến Thành - công viên Chiến Thắng (quận Tân Bình) dài 5km. - Bến Thành - Thủ Đức - Biên Hòa: dài khoảng 23km, ưu tiên làm trước phần Bến Thành - Thủ Đức dài 11 cây số. - Tuyến Bến Thành - Thủ Thiêm đến vùng trung tâm khu đô thị tương lai là Xóm Chông, Xóm Mới: dài khoảng 5km. Trong tương lai xa, các tuyến TĐN sẽ phát triển dần thành tuyến vòng tròn khép kín như nhiều thành phố lớn trên thế giới, đáp ứng nhu cầu đi lại ngày càng cao trong nội thành cũng như các vùng phụ cận, nhất là trên các tuyến trục trọng yếu. Ngoài ra, trên tuyến hành lang Đông - Tây đang thi công hầm Thủ Thiêm chui dưới lòng sông Sài Gòn. http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 10 Năm 2004 đã có quy hoạch xây dựng 8 bãi đỗ xe ngầm tại các địa điểm: Công trường Lam Sơn, công viên Chi Lăng, công viên Lê Văn Tám, công viên Bách Tùng Diệp, sân vận động Hoa Lư, sân bóng đá Tao Đàn, đại lộ Nguyễn Huệ (sau chuyển về dọc đường Tôn Đức Thắng) và bãi đỗ xe số 116 – Nguyễn Du. Không hiểu vì lý do gì, cho đến nay, hầu như chưa có dự án bãi đỗ xe ngầm nào tiến hành. Trên đây là một số nét về thực trạng xây dựng CTN ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. Hình 8: Mô hình bãi đỗ xe ngầm Hình 9: Bãi đỗ xe ô tô ngầm [...]... biến dạng điều kiện địa chất thủy văn trong đất, do đó dễ tác động đến khu vực xung quanh Theo ông, sự cố xảy ra khi công trình gặp phải nền đất yếu hoặc nền cát dưới Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 26 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm mực nước ngầm Những hố đào sâu dùng cừ, cọc khoan nhồi tự tạo không đạt chuẩn khi gặp phải vùng có nước ngầm hoặc đất lấp... đảm bảo an toàn cho công tác thi công đường hầm ngang đã bị phá hủy Công tác khắc phục đã được triển khai rất phức tạp, tốn kém, mất nhiều thời gian, do quy mô rộng của sự cố Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 16 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm rg o Hình 13: Phá sập nhà sau khi xảy ra sự cố đường hầm tuyến TĐN số 4 Thượng Hải 3.1.9 T{u điện ngầm Glion trong... của t{u điện ngầm thành phố Muenchen (Munich), Đức, 1994 Tuyến tàu điện ngầm (TĐN) U1 được kéo dài để khai thác khu hội chợ nằm tại phía đông Muenchen Các đường hầm của công đoạn thi công "vành Trude" được thi công bằng phương pháp bê tông phun Một đề nghị đặc biệt của các nhà thầu Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 11 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm là nên... thủng của tường tầng hầm Công Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 20 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm nhân đã dùng hết cách nhưng không thể bịt được lỗ thủng Nước kéo theo đất cát chảy ào ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể xảy ra Theo chúng tôi, nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công tường tầng hầm không... không kỹ và thiếu giám định phản biện khoa học g n o c // : tp t h Hình 21: Toàn cảnh công trình và khu vực sụt lún (bên phải) Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 23 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm 3.2.6 Toà nhà Keangnam (Hà Nội) Đoạn vỉa hè dài chừng 100m ngay phía trước công trình tòa nhà cao nhất Việt Nam (73 tầng) có dấu hiệu lún từ trước Tết Âm lịch 2010... thông gió chìm trong nước Hàng chục máy bơm được huy động, nhưng nước ngầm nhiều đến nỗi phía Nhật phải cử người bay về nước mang máy bơm qua ứng cứu Sau 15 ngày hụp lặn trong nước và rồi công trình lại tiếp tục được thi công Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 19 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm 3.2.2 Cao ốc Pacific trên đường Nguyễn Thị Minh Khai, 2007 Theo... trong luật Ông Quang cho hay, trong thời gian tới, Bộ Xây dựng sẽ ban hành o c nhiều văn bản liên quan đến vấn đề xây dựng CTN, trong đó, có quy định mức // : phạt đối với các hành vi vi phạm tp t h Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 27 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Bài 4: Các vấn đề ĐCCT khi xây dựng CTN Vấn đề ĐCCT là những vấn đề địa chất bất lợi phát sinh... và sử dụng công trình, nguyên nhân do điều kiện ĐCCT không đáp ứng được yêu cầu làm việc của công trình Như vậy, điều kiện ĐCCT bao gồm các yếu tố địa chất tự nhiên tồn tại khách quan trước khi xây dựng công trình Còn vấn ĐCCT phát sinh do xây dựng công trình gây nên, nó tồn tại mang tính chủ quan và phụ thuộc vào loại, quy mô công trình Như vậy, trước khi tiến hành thiết kế, xây dựng công trình, vấn... và New (1982)) Điều kiện địa tầng G (%) Cát chặt 0.5 - 1.0 Cát chặt vừa 1.0 - 2.5 Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 33 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm 4.4 Vấn đề lún mặt đất xung quanh hố đào hở Khi thi công hố móng, ứng suất trong đất bị thay đổi, nền đất xung quanh có xu hướng bị lún xuống tuỳ theo đặc điểm nền đất và chế độ địa chất thuỷ văn Tác nhân gây... thi công bằng máy khiên đào hỗn hợp (Mixshield) Người ta đã chọn loại máy này do điều kiện ĐCCT rất không đồng nhất Trong đường hầm bố trí hai tầng đường với ba làn xe và các khoang thông gió phía nóc và nền Đặc điểm thi công tại đường Biên soạn: ThS Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 15 Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm hầm này là nền của đường xe phía dưới được thi công . thiết bị tiêu nước cho CTN 37 5.2. Các thiết bị tiêu nước đặt trên mặt đất 37 5.3. Các công trình tiêu nước chuyên dụng 37 5.4. Phương pháp tháo khô 37 Bài 6: Khảo sát ĐCCT cho CTN 37 6.1. Những. http://congtrinhngam.org Bài giảng: Địa chất công trình cho công trình ngầm Biên soạn: ThS. Phan Tự Hướng (tuhuongdcct36@gmail.com) Page 2 4.8. Ảnh hưởng của khí cháy, khí độc trong CTN 37 Bài 5: Các thiết bị công. ĐCCT cho xây dựng CTN 39 6.1.1. Địa hình, địa mạo 39 6.1.2. Cấu tạo địa chất 40 6.1.3. Tính chất cơ lý của đất đá 41 5.1.4. Đặc điểm địa chất thuỷ văn 44 6.2. Các giai đoạn khảo sát ĐCCT cho