BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NGUYỄN THẠCH BÍCH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG
ĐƯỜNG HẦM BẰNG TỔ HỢP KHOAN ĐÀO HẦM (TBM) ĐẾN
LÚN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT TẠI THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Chuyên ngành : Xây dựng Cầu Hầm
Mã số : 9580205
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội – 2022
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Giao thông Vận tải
Người hướng dẫn khoa học 1:
Người hướng dẫn khoa học 2:
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường theo Quyết định Số /QĐ-
ĐHGTVT ngày… tháng… năm 2022
họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải
Vào hồi … ngày … tháng … năm 2022
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải;
- Thư viện Quốc Gia.
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Trước tình hình quá tải giao thông tại các đô thị lớn, Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt qui hoạch
phát triển giao thông đô thị, theo đó Hà Nội sẽ xây dựng hệ thống Metro với 8 tuyến và TP HCM
sẽ xây dựng hệ thống Metro với 6 tuyến. Với đặc điểm Hà Nội và TP HCM: Quĩ đất cho giao thông
rất khan hiếm, dân cư đông đúc, tình trạng giao thông luôn quá tải, các công trình trên mặt đất rất
nhiều và đa dạng cùng với những móng công trình phức tạp…, thì công nghệ TBM được cho là
phù hợp nhất. Ngay cả thi công bằng phương pháp TBM cũng không tránh khỏi việc gây lún bề
mặt gây nguy hiểm cho các công trình bên trên. Nguyên nhân chính là mất thể tích hướng tâm và
mất thể tích gương đào. Hai thành phố lớn như HN và TP HCM có đặc điểm Qui hoạch chưa đồng
nhất; Quĩ đất giành cho giao thông khan hiếm; Nhiều công trình kiến trúc cổ cần bảo tồn; Dân cư
đông đúc; Tình trạng giao thông quá tải; Công trình trên mặt đa dạng và phong phú. Do đó, vấn đề
đặc biệt cần quan tâm hiện nay đó là nghiên cứu ảnh hưởng quá trình xây dựng đường hầm Metro
đến hiện tượng lún và các công trình trên bề mặt, ứng xử của nền đất xung quanh khu vực thi công
hầm, các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng lún bề mặt, phạm vi ảnh hưởng của lún đến các công
trình trên mặt và đặc biệt cần xây dựng các công thức dự báo lún bề mặt khi thi công xây dựng
tuyến hầm metro bằng công nghệ TBM tại các đô thị lớn ở Việt Nam. Luận án xin đề xuất nội dung
nghiên cứu được lựa chọn là: “ nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng
tổ hợp khoan đào hầm ( TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí
Minh”
2. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu hiện tượng lún mặt đất và các công trình
trên bề mặt trong quá trình xây dựng đường hầm metro tại thành phố Hồ Chí Minh
3. Phạm vi nghiên cứu
- Luận án tập trung nghiên cứu đoạn tuyến ngầm từ Ga Bến Thành đến Ga Ba Son, dự án xây
dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Luận án sử dụng phương pháp lý thuyết dựa trên các kết quả tính toán theo công thức kinh
nghiệm so sánh với các kết quả quan trắc tại hiện trường kết hợp với phương pháp PTHH
5. Mục tiêu của luận án
- Mục tiêu thứ nhất: Xây dựng công thức tính Vloss nhằm hoàn thiện hơn phương pháp tính
PTHH để phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công đường hầm Metro đến lún và các công trình
trên bề mặt.
- Mục tiêu thứ hai: đề xuất các công thức tính các đại lượng lún mặt đất bằng phương pháp thực
nghiệm phản ánh qui luật lún mặt đất trong quá trình thi công đường hầm Metro bằng công nghệ
TBM tại thành phố Hồ Chí Minh.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc xây dựng được công thức thực nghiệm tính hệ số mất mát thể tích Vloss được xem là đóng
góp to lớn trong lĩnh vục này bởi theo các nghiên cứu trước đây đã được công bố, vấn đề mất mát
thể tích trong quá trình thi công đường hầm gây lún bề mặt cũng được đề cập song đều được chỉ
dẫn lấy theo kinh nghiệm thi công hiện trường mà chưa có công thức nào được công bố. Đồng thời
với giá trị Vloss được tính toán sẽ giúp hoàn thiện hơn phương pháp tính PTHH để đánh giá bài
toán tác động thi công đường hầm Metro đến công trình trên mặt đất.
Luận án đã so sánh những giá trị lún bề mặt được tính bằng các công thức thực nghiệm của các tác
giả đã công bố với những số liệu quan trắc thực tế tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến
Thành-Suối Tiên đoạn Ga Nhà hát lớn đến ga Ba Son. Từ đó đã đề xuất các công thức tính các đại
lượng lún mặt đất bằng phương pháp thực nghiệm phản ánh qui luật lún mặt đất trong quá trình thi
công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM tại thành phố Hồ Chí Minh.
2
Kết quả nghiên cứu của luận án rất có ý nghĩa khoa học và có tính thời sự thực tiễn cao khi tại Việt
Nam đã và đang triển khai xây dựng hàng loạt các tuyến Metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh.
Với kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho những dự án xây dựng các tuyến Metro tiếp theo
mà Việt Nam đang triển khai.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
1.1 Tình hình xây dựng Metro trên thế giới và Việt Nam
Tuyến Metro đầu tiên được xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay đã có khoảng 80 thành
phố trên thế giới sử dụng hệ thống Metro trong giao thông công cộng. Hệ thống Metro lớn nhất
thế giới là ở Newyork với tổng chiều dài 471km và 468 nhà ga. Ở Việt Nam, Thủ tướng chính
phủ đã phê duyệt qui hoạch phát triển giao thông đô thị, theo đó Hà Nội sẽ xây dựng hệ thống
Metro với 8 tuyến và TP HCM sẽ xây dựng hệ thống Metro với 6 tuyến.
1.2 Thi công đường hầm metro bằng công nghệ TBM và những vấn đề phát sinh
1.2.1 Sự ra đời và phát triển công nghệ TBM
Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng khiên đào đường hầm
ngầm dưới mặt đất. Khiên (Shield) là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chắn áp lực
địa tầng, lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng. Tổ hợp máy khoan đào hầm (TBM) thực hiện
trọn vẹn chu trình thi công hầm từ đào đường hang, chống đỡ, vận chuyển đất đá ra ngoài và lắp
ráp vỏ hầm. Ý tưởng thi công bằng khiên lần đầu tiên thế giới do công trình sư người Pháp Brunel
đề xuất vào năm 1818 xuất phát từ hình tượng con mọt đục gỗ trên tàu thuyền. Năm 1825 đến 1843,
Brunel đã xây dựng dưới sông Thames ở London một đường hầm thi công bằng khiên lần đầu tiên
trên thế giới, dài toàn bộ 458m. Từ năm 1818 đến nay các nước trên thế giới đã nghiên cứu chế tạo
hàng mấy nghìn kiểu khiên, phương pháp thi công bằng khiên đã được ứng dụng rộng rãi trong xây
dựng công trình ngầm ở các đô thị.
1.2.2 Phân loại TBM
Dựa theo cách đào đất khác nhau, có thể chia khiên ra làm 3 loại: loại đào thủ công, loại đào bán
cơ giới và loại đào cơ giới hoá toàn bộ.
Dựa vào cấu tạo bộ phận trước: chia khiên ra làm hai loại: loại ngực trần và loại ngực bịt.
Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đào khác nhau mà chia khiên ra các loại:
loại hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước, loại cân bằng áp lực đất không
dùng khí nén, loại dùng khí nén cục bộ, loại khiên dùng toàn bộ khí nén v.v…
Trong thực tế xây dựng hầm người ta sử dụng khiên đào cơ giới hoá (MS), khiên đào bán cơ giới
(PMS) và khiên đào không cơ giới hoá (NMS). Khiên đào cơ giới hoá được chia ra thành khiên
đào có áp lực cân bằng ở gương đào và khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào (MS).
Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào phụ thuộc vào dạng vật liệu tạo áp lực ở gương đào
được chia ra làm 4 loại: bằng dung dịch vữa sét (MS-S) (Bentonite Slurry Shield- BS Shield hoặc
Hyđroshield), bằng đất đã được đào (MS-E) (Earth Pressure Baland Shield) (loại này được chia ra
làm hai: chỉ nguyên đất MS-E và bơm vào đất dung dịch vữa sét hoặc bột MS-ED), bằng khí nén
(MS-A) (Compressed Air Shield – CA Shield) và loại hỗn hợp (MS-M) (Mixshield).
1.2.3 Các vấn đề phát sinh
1.2.3.1 Lún mặt đất trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM
Khi thi công bằng phương pháp khiên trong địa tầng đất sét mềm và bão hoà, biến dạng của mặt
đất sản sinh dọc trục đường hầm. Nói chung có thể chia làm 3 giai đoạn: Mặt đất gồ lên và lún
xuống phía trước khiên, lún xuống khi thi công và lún xuống do cố kết.
3
Hình 1.8: Quy luật biến dạng chung của mặt đất
1.2.3.2 Các hiện tượng lún do xây dựng công trình ngầm đã được ghi nhận
- Sụt lún bề mặt trong quá trình thi công tuyến tầu điện ngầm thành phố Muenchen (Munich), Đức,
1994
- Sập lở hầm khi thi công tàu điện ngầm tại Đài Bắc, Đài loan, 1994/1995
- Sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT) Singapore 2004
- Hố sụt hình thành ở đường Tannery do công trình tàu điện ngầm Bengaluru.
- Một phần đường cao tốc bị sập khi thi công tuyến tàu điện ngầm mới ở Sao Paulo, Brazil, ngày 1
tháng 2 năm 2022
1.3 Các nghiên cứu đánh giá tác động ảnh hưởng của việc thi công đường hầm metro đến
các công trình trên mặt đất
1.3.1 Những tác động của việc xây dựng đường hầm và Metro đến công trình trên mặt đất
Nói chung, các dạng công trình khác nhau sẽ chịu tác động của máng lún theo các dạng khác nhau.
Kinh nghiệm cho thấy, các công trình bằng gạch đá sẽ chịu biến dạng bằng với biến dạng của đất
mà chúng được đặt trên. Và điều này cũng xảy ra với phần lớn các công trình được đặt trên các
móng đơn.
Ngược lại, những công trình xây dựng gần đây bằng vật liệu bê tông cốt thép, có kết cấu được tăng
cường chắc chắn sẽ có biến dạng ngang nhỏ hơn đất đá ở móng. Độ cứng chống uốn của những
công trình này chính là nguyên nhân làm giảm biến dạng của chúng so với biến dạng của đất đá,
đặc biệt là trong trường hợp sử dụng các móng liên tục như móng băng, móng bè.
Độ cứng của kết cấu càng lớn thể hiện sức kháng cắt càng lớn và dẫn đến có xu hướng bị nghiêng
lệch nhiều hơn là bị cong vênh. Đặc điểm này phụ thuộc vào chiều cao công trình (số tầng), số
lượng lỗ khoan đào và kiểu công trình (tường bê tông hay dầm hay cột chống,…).
Hình 1.13:Các dạng ảnh hưởng của phễu lún tới công trình bề mặt [01]
Năm 1974, Burland & Wroth [02] đã chỉ ra rằng, các dấu hiệu để nhận biết và cách xác định biến
dạng của công trình là rất phong phú. Hai ông đã đề xuất 9 thông số mà dựa vào đó có thể định
nghĩa biến dạng công trình.
1.3.2 Phân loại hư hỏng của các công trình lân cận do lún bề mặt
Mức độ hư hỏng của công trình gần khu vực đào hầm, đặc biệt là các kết cấu gạch đá, mang tính
chất ngẫu nhiên nhiều hơn là tính tất định. Vì thế, phương pháp được sử dụng để nghiên cứu hư
