TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN TT TT-TV * ĐHQGHN 624.1 NG-N 2008 01030 NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG TS NGUYỄN ĐỨC NGN ĐỊA KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG CỒNG TRÌNH NGẦM ■ DÂN DUNG VÀ CÔNG NGHIÊP NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 0 LỜI NÓI ĐẦU K h a i th c k h ô n g g ia n n g ầ m g iá i q uyết n h iề u vă n đ ề K in h tê X ã hội, đ ấ t đ a i xâ y d ự n g đô thị, m ôi trường Do xâ y d ự n g cơng trìn h n g ầ m đ a n g trở th n h m ộ t x u hư ớng tấ t y ế u x â y d ự n g đô th ị h iện đại N h a n h chóng tiếp cận với n h ữ n g kỹ th u ậ t k h a i thác k h ô n g g ia n n g ầ m m ộ t toán th ự c tế, rấ t cần th iết đôi với k ỹ s xâ y dựng X ả y d ự n g cơng trìn h n g ầ m d â n d ụ n g công ng h iệp m ộ t tốn khó khăn liên q u a n đến n h iều vấ n đ ề p h ứ c tạp đ ịa ch ấ t cơng trìn h , đ ịa ch ấ t th u ỷ văn, m óng T i liệu biên soạn n h ằ m g iả i q u yết m ộ t p h ầ n khó k h ă n lĩn h vực đ ịa kỹ th u ậ t xây d ự n g công trìn h n g ầ m th i cơng băn g p h n g p h p lộ thiên T ro n g tà i liệu trìn h bày n h ữ n g vấ n đ ề liên q u a n đến tín h tốn th iế t kê n ền m ó n g , k ế t cấu cơng trìn h n g ầ m d â n d ụ n g công nghiệp T i liệu s d ụ n g tro n g việc g iả n g d y học tậ p cho s in h viên n g n h x / d ự n g công trin h n g ầ m th ị có thê m tà i liệu th a m kh ả o cho n h ữ n g q u a n tâ m đến lĩn h vực xả y d ự n g n g ầ m nói riêng xâ y d ự n g b ả n nói chung Tác g iả x in ch â n th n h cám ơn n h ữ n g ỷ kiến góp ỷ q u ỷ báu G S T S K H N g u y ễ n vă n Q u ả n g , G S T S Đ ỗ N h T rá n g P G S T S Lê Thanh H uấn Do trin h độ k in h n g h iệm n h iều h n chê' rằ n g sách còrt n h iề u th iếu sót, m o n g bạn đọc th ô n g cảm góp ý kiến T c g iả Chương I KHẢO SÁT KỸ THUẬT PHỤC v ụ THIÊT KẾ VÀ XÂY DỤNG CÁC CƠNG TRÌNH NGÂM (CTN) Cơng tác khảo sát phần thiếu thiết kế xây dựng cồng trình ngầm Các tài liệu khảo sát địa chất địa chất thuỷ văn quan trọng cho việc đánh giá tính hình đất khu vực, đề xuất giải pháp kỹ thuật đảm bảo xây dựng, khai thác cô ng trình an tồn kinh tế Cơng tác khảo sát địa chất (KSĐC) bao gồm: thu thập, phân tích khái quát hoá diều kiện tự nhiên vùng xây dựng, có tài liệu thăm dò q khứ, tài liệu có chưa hệ thống địa chất cơng trình Cơng tác KSĐC tiến hành sở nhiệm vụ kháo sát Nhiệm vụ KSĐC kỹ thuật đon vị thiết k ế lập, chủ đầu tư chấp nhận chuyển cho đơn vị khảo sát Đ ó tài liệu đê thực công tác k h ảo sát, nội dung cần thê đầy đủ giai đoạn thiết kế, địa điểm, đặc điếm kết cấu, tải trọng, đặc điểm thi công, thông số cồng trình, lài liệu điều tra trước 1.1 N H Ũ N G Đ Ặ C ĐIỂM CỦA C Ỏ N G TÁ C K H ẢO S Á T ĐỊA C H A T XÂY DỤNG CTN So với g trình mạt đất, công tác khảo sát địa chất cho CTN có đặc điểm sau đây: Chiều sâu m ó n g CTN thường 4^15m thi cồng đào lộ thiên, 20-ỉ-30m hạ giếng (có cơng trình tới 0-rl00m ), nên độ sâu khảo sát thường lớn so với cơng trình m ặt đất Giải pháp thiết kế CTN có liên quan chặt chẽ với giải phấp thi công, nên trước kháo sát chi tiết lựa chọn giải pháp kết cấu cần xác định phương pháp công nghệ thi công Do phạm vi ảnh hưởng chịu ảnh hường cơng trình ngầm lớn theo chiều sâu mặt bằng, nên khảo sát cần miêu tả tỉ mỉ thay đổi địa chất, thuỷ văn phạm vi khảo sát theo hướng nêu Mức độ thay đổi xác định tỷ số m ôđun biến dạng lớn bé vị trí khác nhau, thay đối tính chất đất đặc trưng hệ số thay đổi áp lực bèn, tính tý số áp lực hên theo bán kính vng góc với hệ số thay đổi độ bền giới hạn đất tường, móng cơng trình Mức độ thay đổi đánh giá sở kết khảo sát phương pháp xuyên tĩnh 1.2 C Á C G IA I Đ O Ạ N VÀ P H Ư Ơ N G P H Á P K H Ả O S Á T Đ ỊA C H Ấ T (K S D C ) C T N Công tác khảo sát chia thành nhiều giai đoạn tương ứng với giai đoạn thiết kế: • Giai đoạn lập báo cáo đầu tư, lập d ự án - thiết k ế c sở): Công tác kháo sát tiến hành với khối lượng đảm bảo nhận đưực tài liệu địa chất còng trình đủ để: - Lựa chọn phương án, định vị, vạch tuyến tối ưu cho cơng trình; - Lựa chon loại kết cấu phương pháp thi công hợp lý giảm thiếu ánh hưởng tới môi trường xung quanh; - Thiết kế sở tuyến liên kết, đường lên xuống, thân cơng trình, giếng đứng, cơng trình ngầm khác giai đoạn cần nghiên cứu tài liệu lưu trữ văn liên quan Khi lựa chọn phương án địa điểm xây dựng, nghiên cứu khái quát khu vực, quan sát lộ trình, phải tiến hành quan trắc máy bay Tiến hành khoan, xuyên với số lượng hạn chế cần có độ sâu đủ lớn (vào tới lớp đất có thê làm cho m óng cơng trình m), đo địa vật lý, thử nghiệm đất nước đất, cần đào hang riêna rẽ (hố, rãnh, giếng) • Giai đoạn khảo sát kỹ thuật: Ớ giai đoạn công tác khảo sát tiến hành nhằm mục đích chi tiết hố thơng tin điều kiện đ ịa chất cơng trình, xác hố tình hình địa chất - cơng trình khu vực sử dụng phương pháp chuyên dùng cần thiết, tiến hành theo dõi tình hình địa chất thuỷ văn Mục tiêu khảo sát kỹ thuật - nhận sơ liệu để dự tính tải trọng tác dựng lên kết cấu cơng trình ngầm, đê lựa chọn sơ đồ tính tốn cơng trình, phương pháp đào đất, thông số ổn định tạm thời v.v dự đốn tính động học phái triển trình địa vật lý, trạng thái ứng suất - biến dạng khối đất, ch ế độ nhiệt nước ngẩm Ở giai đoạn cần xác định vùng dân cư, vùng công nghiệp, vùng nghỉ ngơi, vùng nhạy cảm phát triển giao thông Đế làm việc cần dựa đồ phan vùng địa chất cơng trình khu vực, bán đồ địa chất cơng trình vùng lân cận thành phố, bán đồ thành lập trình đo vẽ địa chất g trình Kết khảo sát địa chất thực giai đoạn phục vụ việc định cuối tổng mặt bõ trí hạng mục cơng trình, giải pháp kết cấu quy hoạch, giá thành xây dưng cơng trình đề xuất biện pháp bảo vệ môi trường Nội dung khảo sát bao gồm công tác sau: - Thu thạp, tổng hợp phân tích tài liệu địa chất cơng trình lưu trữ; - Thăm dò, điều tra vị trí dọc tuyến cơng trình; - Vấn đề đảm bảo an tồn cho cơng trình ngầm; - Đào hố thăm dò; - Nghiên cứu đất trường, có xuyên tĩnh, xuyên động; - Nghiên cứu địa vật lý; - Nghiên cứu tính chất đất thành phần hố học nước ngầm phòng thí nghiệm; - Xử lý sơ liệu, lập báo cáo khảo sát bảng biểu Trong điều kiện địa chất cơng trình phức tạp, cần thiết, nên tiến hành cóng tác nghiên cứu khoa học Việc thăm dò địa chất cơng trình bắt đầu biết (mặc dừ sơ bộ) ranh giới cửa nhà cơng trình lân cận, tác động tương hỗ chííng với mỏi trường địa chất • G iai đoạn khảo sát thi cơng: Trong giai đoạn chủ yếu nghiên cứu thay đổi tính chất đất q trình thi cồng, chi tiết hoá khu vực phát sinh dự đoán chưa đầy đủ giai đoạn khảo sát kỹ thuật, nghiên cứu khả ảnh hưởng đến cơng trình lân cận, theo dõi khả biến dạng đất xung quanh, nguồn nước ngầm trình thi công Tỷ lệ khối lượng công tác kháo sát giai đoạn lập dự án đạt tới: 30- 40%; lập hổ sơ thiết kế: 60-50% giai đoạn thi công khoảng: 10% tống khối lượng khảo sát cho cơng trình Đối Vii cơng trình ngầm nằm độ sâu không m điều kiện địa chất đơn giản, có đủ thơng tin lưu trữ điều kiện địa chất cơng trình, cơng tác khảo sát địa chất có ihc liến hành giai đoạn Ngoài cồng tác khảo sát nêu trên, hồn thành xây dựng cơng trình ngầm, cần tiên hành quan trắc lâu dài trạng thái ổn định thân cơng trình cơng trình lan cận C ác phươnụ p h p khảo sú t bản: đirợc lựa chọn sau nghiên cứu nhiệm vụ kỹ thuật thông tin ban đầu Các phương pháp KSĐC bao gồm: đào hang, khoan, địa vật lý, nghiên cứu hiên trường (quan sát, thí nghiệm, xuyên), nghiên cứu phòng thí nghiệm quan sát lâu dài Trước thăm dò ĐCCT thường có quy hoạch vùng sơ đồ tổng m ặt xây dựng cơng trình khu vực - Phương pháp khoan thăm dò: Đế lấy mẫu nguyên dạng sử dụng phương pháp hạ ống mẫu sau: đóng, ép, khoan, chấn động xoay Đường kính lỗ khoan 108mm - sét, cát 89m m - đá Ngày người ta tạo máy khoan nằm ngang kết hợp lấy mẫu, cho phép khoan lỗ đường kính 45-Hl20mm tới chiều sâu đến 500m lớn hơn, với tốc độ tới lOOrn/ngày đêm Lỗ khoan ngang tạo khả giảm khối lượng khoan nhiều tăng độ xác cho việc dự đốn điều địa chất cơng trình C h iêu sáu lỗ k h o a n : phụ thuộc vào chiều sâu vùng chịu nén Chiều sâu vùng chịu nén phụ thuộc vào thể tích cơng trình, tải trọng, kích thước mặt Khi đặt sâu lực ma sát m ặt bên cơng trình khối địa tầng tăng, mực nước ngầm cao khả đẩy lớn, trường hợp này, vùng động tạo tái trọng plui mà dỡ tải khối địa tầng Trong tài liệu tiêu chuẩn chí dẫn rõ ràng vùng chủ động Quy ước lấy 1/2 chiều rộng cơng trình chiều sâu cơng trình đến 50m, 1/4 chiều rộng chiểu sâu từ 5CM00m Giếng hạ có chiều sâu 20-h30 iti, có tới lOOm Chiểu sâu lỗ khoan thường sâu đáy cơng trình ngầm ĨH-lOm khoan sâu vào lớp bền nước 2-r3m Đối với giếng hạ sâu, chiều sâu lỗ khoan thay đối từ 30 h- lOm Đối với kết cấu “tường đất” chiều sâu lỗ khoan kiến nghị l,5H +5m (H- chiểu sâu tường) Khi nghiên cứu nằm lớp đất cần đào hang ngầm Ưu điểm đào hang nhận thông tin tin cậy thành phần nằm đất đá, trực tiếp thử ép tĩnh diện tích lớn Vị trí khoảng cách l ố khoan, hô' đào: xác định tuỳ thuộc vào khn khổ cơng trình, kết cấu cơng trình, mức độ nghiên cứu chúng, phương pháp thi cóng, tính phức tạp điều kiện địa chất Những điểm khảo sát nên bố trí vùng có đặl tải trọng tập trung, bố trí theo cha vi tường cơng trình, đáy cơng trình, chỗ giao trục nơi tập trung tải trọng từ cột, thiết bị lớn Đối với cơng trình ngầm kéo dài (các đường hầm giao thông hành, gara dạng tuyến), lỗ khoan bố trí dọc trục theo phương vng góc với trục chúng, cách 1504-200m (cho giai đoạn thiết k ế kỹ thuật) cho nằm lớp đất đặn, 100-r 150m cho khu vực có lớp đất uốn nếp, địa tầng phức tạp, nước ngầm nằm cao cao trình chơn móng, 60-ỉ-100m cho khu vực địa tầng uốn nép phức tạp, có tượng địa vật lý phức tạp, mức nước ngầm nằm cao cao trình dự kiến chơn móng Khi khảo sát theo tuyến cơng trình ngầm có kích thước giới hạn mặt cao độ lối gara dạng phòng ngăn, tổ họp giao thơng v.v , lỗ khoan bố trí theo chu vi tường theo trục cột kết cấu, khoảng cách lỗ khoan thay đổi từ 150 đến 20 m Tuỳ thuộc vào cơng trình phương pháp thi công, số lượng chiều sâu lỗ khoan cho cơng trình có khác Ví dụ: hạ giếng đường kính