Các phương án thi công công trình ngầm – Phần 2

311
Các phương án thi công công trình ngầm
Các phương án thi công công trình ngầm

Dựa vào kinh nghiệm thi công hầm và các công trình ngầm của các nước trên thế giới, với điều kiện của Hà Nội có thể vận dụng một số phương pháp thi công sau đây:

>> Các phương án thi công công trình ngầm – Phần 1

>> Công trình giao thông

Phương pháp hạ đoạn (Kenson Method)

Phương pháp hạ đoạn (Kenson Method)
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 Gũn 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.

Phương pháp thi công kín

Phương pháp thi công kín có nhiều phương pháp thi công song ở đây ta chỉ xét phương pháp phổ biến nhất mà các nước trên thế giới đó sử dụng thi cụng đó là phương pháp khiên đào.

Phương pháp khiên đào
Phương pháp khiên đào

Khiên đào là một máy thi công chuyên dụng để làm đường hầm trong thành phố, khi có yêu cầu phải giữ nguyên hiện trạng kết cấu đô thị (các công trình hạ tầng kỹ thuật và các công trình kiến trúc) ở trên mặt đất. Phương pháp khiên đào áp dụng trong những điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, không ổn định, chiều dài công trình lớn, tiết diện ngang không đổi.

Khiên đào là một máy liên hợp được trang bị các hệ thống cơ giới để đào, bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm đồng thời là vỏ chống tạm vững chắc dưới sự bảo vệ của nó tiến hành tất cả các công việc đào hầm chính. Một số nước trên thế giới như Anh, Pháp, Mỹ, Nhật …áp dụng phương pháp này từ lâu. Trong khi phần lớn các đường hầm đường sắt được xây dựng trong đất đá núi cứng chắc thỡ cỏc đường hầm ô tô và tàu điện ngầm trong đô thị được xây dựng trong điều kiện đất đá yếu bằng các máy đào dạng khiên. Hiện nay tại châu Âu đang thực hiện một số dự án rất lớn xây dựng đường tàu điện ngầm như ở Barcelona, Valencia, Sevilla, Milan, Turin, Roma, Malme, Lisbon, Porto và Praha…. Phần lớn số cụng trỡnh trờn được thi công bằng máy đào dạng khiên kích thước lớn do các công ty Lovat, Wirth/NFM và Herrenknecht sản xuất. Đường ô tô vành đai M30 ở Manrid sẽ được thi công bằng các khiên đào đường hầm lớn nhất thế giới. Một trong số đó có đường kính 15 m do công ty Herrenknecht chế tạo và đó hoạt động từ cuối năm 2005. Cỗ máy độc nhất vô nhị này được trang bị các lưỡi cắt bên trong và bên ngoài và chúng có thể quay theo các hướng ngược nhau. Khiên đào đường hầm do công ty Wirth – Tunnel Bore Extender (TBE) chế tạo cũng được xem là một cỗ máy độc đáo. Thiết bị được sử dụng thành công trong đào đường hầm Uetliberg – một công trỡnh trọng điểm trên đường ô tô vành đai xung quanh thành phố Zurich. Thiết bị này phá huỷ đất đá không phải bằng sự va đập vào đất đá mà bằng sự “kéo căng” đất đá mà xét về mặt công nghệ thì hiệu quả hơn và giảm tiêu thụ năng lượng.

Để có thể thi công bằng phương pháp khiên đào, trước hết phải thi công các giếng đứng (giếng thi công) để đưa máy móc thiết bị xuống. Giếng đứng được thi công bằng dàn khoan cơ giới hạng nặng hoặc có thể bằng các phương pháp đào hố móng thông thường có sử dụng neo gia cố, thi công theo công nghệ tường trong đất, công nghệ top – down. Giếng đứng thường được sử dụng để làm ga, thông gió… sau này.

Thi công các giếng đứng
Thi công các giếng đứng

Trong thời gian khiên đào phá theo chiều sâu thì kết hợp hạ các vòm giếng kết cấu BTCT hoặc loại thộp đặc biệt. Khi đạt đến độ sâu thiết kế và sau khi gia cố kết cấu thành giếng, tiếp theo là lắp đặt giá đỡ vũng khiên ngang và bắt đầu thi công mở rộng đường hầm. Đồng thời gian với tiến độ dịch chuyển khiên ăn sâu vào lòng đất là vận chuyến các khối BTCT lắp ghép vỏ hầm vào trong miệng giếng thi công. Các khối vỏ hầm lắp ghép được sản xuất hàng loạt trong nhà máy. Sau khi đưa các khối vào trong hầm tiến hành xếp đặt lắp ráp và vị trí liên hoàn giữa giá đế tựa thủy lực bằng vì kèo thép đặc biệt và vòng khiên đào phá, cùng với tác dụng lực ép thủy lực việc vận chuyển của các phay khiên vào lũng đất. Hệ thống liên hoàn vừa đào phá vừa lắp đặt khối BTCT lắp ghép vũ hầm vào đường hầm là quá trình làm việc liờn tục cho đến khi khiên đào đi hết đoạn đường giữa 2 giếng công trường. Việc theo dõi định vị đường đi của khiên đào hoàn toàn được điều khiển bằng hệ thống tự động trên mặt đất.

Thi công bằng TBM có ưu điểm là tốc độ thi công nhanh, thi công liên tục, trình độ cơ giới hóa cao, cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động, chất lượng che chắn vỏ hầm tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ, có thể áp dụng xây dựng các hệ thống Tunel kỹ thuật, các hầm đặt sâu trong lòng đất mà không ảnh hưởng đến kiến trúc ở bên trên, hoặc cải tạo hệ thống cơ sở cho các khu phố cũ mà quy hoạch không cho phép thay đổi kiến trúc. Tuy nhiên khi thi công bằng TBM và lựa chọn máy phụ thuộc vào địa chất tương ứng, kích thước định hình sẵn theo đường kính hầm, khó khăn khi thi công trong đoạn hầm có bán kính nhỏ, chiều dài đoạn thi công lớn (>750m).

Thi công bằng TBM
Thi công bằng TBM

Đánh giá lựa chọn phương án thi công

Trên cơ sở đánh giá các phương án thi công và dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn và điều kiện xã hội khu vực xây dựng ta chọn phương án thi công bằng khiên đào vì quan trọng nhất là nó đảm bảo không thay đổi kiến trúc khu vực xây dựng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện và cuộc sống sinh hoạt xã hội của dân cư khu vực xây dựng.