I. Đánh giá khả năng áp dụng các phương pháp trên trong xây dựng các công trình ngầm đô thị.
1. Sơ bộ về đặc điểm địa chất công trình:
Các đô thị của Việt Nam hầu hết nằm trong vùng đồng bằng, các vùng duyên hải có đặc điểm địa chất là đồng bằng, trong đó hai đồng bằng lớn nhất là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long. Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện hình thành các đồng bằng, đồng thời dựa vào các tài liệu thăm dò địa chất công trình, sơ bộ có thể nhận xét về đặc điểm chung của các tầng đất yếuViệt Nam như sau:
a) Đồng bằng Bắc Bộ: chủ yếu là loại trầm tích tam giác châu cũ và tam giác châu thổ của đồng bằng sông Hồng, sông Thái bình và các chi lưu của chúng. Miền này có diện tích rất rộng (khoảng 15 000km2) và ít đồi núi sót. Vùng phù sa sông Hồng chiếm diện tích rộng nhất trong miền này. Xét về mặt địa hình địa mạo thì đây là miền đồng bằng thuộc loại bồi tụ. Do các điều kiện địa chất, địa hình như vậy nên chiều dày tầng trầm tích kỉ thứ tư này rất dày, từ vài mét đến hơn 100m.
b) Đồng bằng Thanh Nghệ Tĩnh: có những khu vực bồi tụ, mài mòn xen kẽ nhau. So với đông bằng Bắc Bộ, tầng trầm tích không dày lắm. Các trầm tích ở đây cũng rất đa dạng: có trầm tích bồi tụ tam giác châu, có loại trầm tích bồi tụ ven biển.
c) Đồng bằng ven biển Trung Bộ: là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình. Trầm tích kỉ thứ tư ở đây thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích. Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đàm phá cạn dần, bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh.
d) Đồng bằng Nam Bộ: có thể chia thành ba khu vực theo chiều dày lớp đất yếu:
· Khu vực có dày lớp đất yếu dày từ 1 –30m: bao gồm các vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông bắc đồng bằng từ VũngTàu đến Biên Hoà.
· Khu vực có lớp đất yếu dày 5 – 30m phân bố kế cận khu vực trên và chiếm đại bộ phận vùng đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười.
· Khu vực có lớp đất yếu dày 15 –100m chủ yếu thuộc các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng duyên hải tỉnh Minh Hải, Tiền Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng.
Nguồn gốc của các tầng đất yếu là loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vũng vịnh và đều thuộc vào trầm tích kỉ thứ tư. Ngoài ra còn gặp các loại đất lầy, đất mặn sú vẹt ở ven biển, than bùn ở miền rừng ngập mặn ... Về đặc điểm cấu tạo thì các đất yếu thường gồm nhiều lớp đất tạo thành và không đồng nhất.
Như vậy, các đô thị lớn ở nước ta Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đều có địa tầng đất yếu mà khi triển khai các dự án hầm chúng ta phải giải quyết.
2. Khả năng áp dụng các phương pháp trên trong xây dựng các công trình ngầm đô thị.
Một phương pháp thi công hợp lý bao hàm nhiều yếu tố khác nhau, vấn đề cơ bản là chọn được phương pháp đào, sơ đồ đào và sơ đồ thi công;
Phương pháp thi công bao gồm các công việc cơ bản là trình tự đào, chống đỡ hầm và bốc xúc vận chuyển, chúng cần được bố trí theo một chu trình hợp lý (chu kỳ công tác- chu kỳ khoan nổ..).
Một phương pháp thi công hợp lý đảm bảo: đào đều đặn và kinh tế trong toàn bộ dự án, hạn chế được hiện tượng giảm bền cho khối đá, giảm thiểu các loại ảnh hưởng cơ học và môi trường cho khu dân cư…
Các yếu tố cơ bản chi phối việc lựa chọn phương pháp thi công gồm: phương thức đào và chống giữ; Tiết diện, chiều dài và độ dốc hầm, các tính chất cơ lý của đá liên quan tới công cụ đào. Điều kiện địa chất, thủy văn, tiến độ
Trong mỗi phương pháp thi công được lựa chọn cần khẳng định rõ: phương thức đào phá đất đá, phương pháp chống tạm và giữ ổn định cho khối đá; phương pháp thoát nước, loại trang thiết bị và tính đồng bộ và khả năng cung ứng, phương thức và công tác quan trắc, đo đạc.
II. Kết luận:
Các đô thị của nước ta cũng nằm trong đất yếu với mật độ dân cư dày đặc.
Việc xây dựng hầm bằng:
- Các phương pháp đào lộ thiên rất khó khả thi do chúng gây các ảnh hưởng đến công trình lân cận và công tác giải phóng mặt bằng rất phức tạp.
- Phương pháp Mỏ truyền thống chắc chắn là rất phức tạp và không thể đáp ứng được tiến độ đặt ra,
- Phương pháp NATM với đất đá yếu như trên đòi hỏi phải có các công tác gia cố và do đó sẽ khó đáp ứng được yêu cầu kinh tế cũng như tiến độ.
Trong các phương pháp đào hầm thì thi công bằng cơ giới (TBM, SM) đang được phát triển mạnh, đặc biệt là thiết bị khiên đào hay TBM trong nền yếu.
=> Đây chính là các công nghệ đào hầm tiên tiến mà có khả năng áp dụng rộng rãi trong xây dựng hầm và công trình ngầm đô thị - đặc biệt là qua những nơi có đặc điểm địa chất tương đối yếu và những
III. Phương pháp TBM
Đầu cắt : là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào, tốc độ quay của đầu cắt thường khoảng 6-10 vòng/phút. Khi đĩa tròn quay, các hộp dao sẽ tiến hành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đổ vào máng trượt sau máy và đưa ra ngoài bằng thiết bị vận chuyển
Thiết bị vận chuyển : thông thường là hệ băng tải kết hợp xe goòng. Đất đá vụn từ máng trượt đổ vào băng tải rồi chuyển lên các xe goòng để đưa ra khỏi đường hầm.
III. Phương pháp TBM
Lĩnh vực khoan hầm đã có một lịch sử phát triển lâu đời, và vào những năm cuối thế kỷ 20 công nghệ thi công hầm đã có một bước phát triển nhảy vọt khi máy khoan hầm toàn tiết diện TBM (Tunnel Boring Machine) ra đời và được sử dụng rộng rãi.
Tổ hợp khoan hầm TBM
TBM không còn là một thiết bị đơn lẻ mà thực sự có thể ví như một công xưởng sản xuất. Thiết bị TBM loại nhỏ có đường kính 5m có tổng trọng lượng lên tới 720 tấn và có tổng chiều dài 140m. Máy khoan TBM lớn nhất được chế tạo năm 2005 có đường kính lên đến 15m
Máy khoan TBM cỡ nhỏ
Một tổ hợp thiết bị TBM bao gồm:
Đầu cắt : là một đĩa tròn trên đó gắn các hộp dao cắt và gầu đào, tốc độ quay của đầu cắt thường khoảng 6-10 vòng/phút. Khi đĩa tròn quay, các hộp dao sẽ tiến hành cắt vụn đất đá, sau đó gầu đào sẽ múc đất đá vụn đổ vào máng trượt sau máy và đưa ra ngoài bằng thiết bị vận chuyển
Thiết bị vận chuyển : thông thường là hệ băng tải kết hợp xe goòng. Đất đá vụn từ máng trượt đổ vào băng tải rồi chuyển lên các xe goòng để đưa ra khỏi đường hầm.
Khung máy : là kết cấu thép chịu lực, các thiết bị đều được lắp đặt trên khung máy
Thiết bị di chuyển máy : Là hệ thống các xi lanh thuỷ lực cỡ lớn. Khi máy di chuyển, các chân đỡ máy co vào, xi lanh thuỷ lực tỳ vào thành vỏ hầm phía sau đẩy toàn bộ máy tiến về phía trước.
Nguồn động lực : bao gồm nhiều động cơ điện có công suất lớn cung cấp năng lượng cho các cơ cấu khác nhau của máy
Thiết bị nâng : ở phía sau khung máy. Sau khi máy tiến lên phía trước, thiết bị này sẽ tiến hành lắp vỏ hầm ngay sau đó
Thiết bị điều khiển : đặt trong buồng lái ở trung tâm của máy sẽ điều khiển tất cả các chức năng bao gồm cả tốc độ và hướng đào. Các camera sẽ cung cấp đầy đủ cho người lái tình hình hoạt động của máy.
Thiết bị phụ : Cung cấp nước, khí nén, chiếu sáng … cho tổ hợp máy TBM
Ngoài ra, do điều kiện địa chất thường thay đổi đột ngột nên phía trước đầu cắt thường có một thiết bị khoan dò tiến hành khoan trước để người điều khiển có đầy đủ thông tin về điều kiện địa chất trước khi điều khiển máy khoan TBM làm việc
Khoan hầm toàn tiết diện sử dụng thiết bị TBM mang lại hiệu quả cao, đáp ứng được các yêu cầu về môi trường và đảm bảo an toàn cho công nhân. Khi sử dụng thiết bị TBM sẽ tiết kệm hơn các phương pháp khoan nổ thông thường cả về thời gian lẫn chi phí.
Đặc biệt TBM không làm phá vỡ cấu trúc lớp đất xung quanh nên có thể sử dụng lớp đất này kết hợp với vỏ hầm để tăng khả năng chịu lực. Chính vì vậy máy khoan TBM rất thích hợp cho thi công các hầm theo phương pháp áo mới NATM.
Tuy nhiên, giá thành một tổ hợp máy TBM là không rẻ, và di chuyển máy giữa các công trình gặp nhiều khó khăn do kích thước máy quá lớn
