Thiết kế và tổ chức thi công hầm Metro

THUYẾT TRÌNH MẠNG LƯỚI METRO TỔNG THỂ HN: Cùng với sự phát triển chóng mặt của xã hội, cơ sở hạ tầng đô thị cũng phải phát triển liên tục để phù hợp với đòi hỏi của xã hội . Các khu công nghiệp, khu chung cư, các công trình dân dụng, khu vui chơi giải trí, công viên được xây dựng ngày càng nhiều, kết hợp với mạng lưới giao thông, sông hồ tạo nên tổ hợp kiến trúc đô thị phức tạp. Mặt khác do tốc độ mở rộng của đô thị luôn chậm hơn so với nhu cầu về xây dựng luôn không ngừng gia tăng, vì vậy các giải pháp về sử dụng không gian đô thị luôn là một vấn đề đau đầu đối với bất kì một đô thị nào. Ngoài công tác mở rộng không gian theo mặt bằng, các đô thị hiện tại luôn rất chú trọng đến việc phát triển không gian theo mặt đứng bằng cách khai thác không gian trên cao và đặc biệt là không gian ngầm với những ưu điểm: Tăng cường cấu trúc qui hoạch và kiến trúc đô thị Giải phóng nhiều công trình có tính chất phụ trợ khỏi mặt đất Sử dụng đô thị hợp lý cho việc xây dựng nhà ở công viên bồn hoa sân vận động, khu vực cây xanh… Tăng cường vệ sinh môi trường công cộng Bảo vệ các tượng đài kiến trúc Bố trí hiệu quả các cụm thiết bị kỹ thuật Sử dụng cho các mục đích chiến tranh quốc phòng. Giải quyết các vấn đề về giao thông Đảm bảo sự đi lại liên tục và tốc độ cao của các phơng tiện giao thông Phân luồng tuyến giao thông Tạo ra các nút giao thông thuận tiện: nút chuyển đổi, nhà ga… Tổ chức tốt các bến đỗ xe Tăng cao chất lượng phục vụ Hiện nay, đa số người dân sử dụng phương tiện cá nhân trong quá trình tham gia giao thông khiến cho tình trạng ùn tắc giao thông ngày càng nghiêm trọng mặc dù hệ thống đường xá luôn được nâng cấp và mở rộng. Trong khi đó, vấn đề phát triển giao thông công cộng chưa được chú trọng. Toàn thành phố mới chỉ có duy nhất 1 loại phương tiện công cộng là xe bus, nên dù đã có hơn 60 tuyến nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của người dân, hơn nữa chính xe bus lại góp phần làm tăng tình trạng ách tắc. Nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần phải phát triển giao thông công cộng và loại hình vận chuyển đó phải đáp ứng được các yêu cầu: Năng lực vận chuyển lớn Tốc độ cao An toàn trong qua trình vận chuyển Ít ảnh hưởng đến tình trạng giao thông hiện tại Đó chính là hệ thống metro Trước tình hình đó, UBNN thành phố HN đã đưa ra sơ đồ quy hoạch giao thông đường sắt đô thị cho thành phố đến năm 2020 bao gồm 8 tuyến chạy theo các hướng có lưu lượng người tham gia giao thông lớn nhất. Yên Viên – Ngọc Hồi Ga Hà Nội – Hà Đông Ga Hà Nội – Cầu Diễn Ga Hà Nội – Nội Bài Ga Giáp bát – Nam Thăng Long KS Deawoo – Láng – Hòa Lạc Bưởi – Đông Anh – Sóc Sơn Cổ Bi – Kim Nỗ Trong phạm vi đồ án xin lựa chọn tuyến số 5: Nam Thăng Long – Giáp Bát làm tuyến để thực hiện nhiệm vụ thiết kế. Tuyến NTL – GB, bắt đầu từ bến xe NTL chạy dọc theo đường Phạm Văn Đồng, Phạm Hùng, Khuất Duy Tiến, chạy qua khu đô thị Định Công rồi đến điểm cuối là Giáp Bát. Tuyến có tổng chiều dài 15,5km và toàn bộ tuyến được chạy ngầm ở cao độ từ -25m đến -30m. Tuyến bao gồm 11 ga và chia làm 10 đoạn. Do phạm vi đề tài có hạn nên đồ án chỉ xét trên một đoạn tuyến, đoạn tuyến số 2 từ ga số 2 đến ga số 3. Đoạn tuyến có chiều dài 1,1km, đi qua lớp địa chất cát hạt trung. Độ sâu đặt hầm là 23m. Trên cơ sở công nghệ thi công và điều kiên địa chất đồ án xin đưa ra 2 phương án sơ bộ PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ I: Sử dụng hầm đôi 2 hướng tàu chạy ngược chiều trong cùng mọt kết cấu, hầm có dạng hình tròn đường kính ngoài là 9,3m, đường kính trong là 8,6m, chiều dày lớp vỏ hầm là 350cm, sử dụng vỏ hầm BTCT lắp ghép, vỏ hầm gồm 9 mảnh lắp ghép được đúc sẵn ở nhà máy hoặc bãi thi công (6N, P, T,K. Trong hầm bao gồm đầy đủ các thiết bị thông gió chiếu sáng phục vụ cho yêu cầu khai thác và kiểm tra. Hầm sử dụng khổ đường 1435 lồng, với tim cách tim là 3400mm, có tĩnh không như hình vẽ. PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ II Sử dụng 2 hầm đơn 1 hướng tàu chạy trong 2 hầm riêng biệt cách nhau 20 theo đường tim hầm, hầm có dạng hình tròn đường kính ngoài là 6,3m, đường kính trong là 5,6m, chiều dày lớp vỏ hầm là 350cm, sử dụng vỏ hầm BTCT lắp ghép, vỏ hầm gồm 6 mảnh lắp ghép được đúc sẵn ở nhà máy hoặc bãi thi công(3N,T,P,K). Trong hầm bao gồm đầy đủ các thiết bị thông gió chiếu sáng phục vụ cho yêu cầu khai thác và kiểm tra. Hầm sử dụng khổ đường 1435, có tĩnh không như hình vẽ. Cả 2 phương án sơ bộ đều sử dụng phương án thi công chủ đạo là TBM. Ta thấy phương án sử dụng 1 hầm đôi có dặc điểm: Ưu điểm: - Kết cấu chịu lực tốt: Kết cấu có dạng tròn, về mặt hình học thì dạng mặt cắt này có khả năng tối ưu về chịu lực. - Thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc của vỏ hầm trong đất yếu. - Quá trình thi công đơn giản hơn so với phương án sử dụng 2 hầm đơn chạy song song. - Về tính kinh tế thì phương án này tiết kiệm hơn do chỉ phải sử dụng 1 hệ thống tổ hợp khiên đào để thi công tuyến hầm đơn.. - Hệ số sử dụng không gian lớn hơn. Nhược điểm: - Tiết diện hầm lớn nên khó khăn về công nghệ do đòi hỏi phải đặt trước một máy TBM có đường kính khá lớn. - Do có đường kính lớn nên sự chuyển vị biến dạng trong thi công làm ảnh hưởng đến công trình trên mặt đất lớn hơn. - Trong quá trình thi công và khai thác, nếu gặp phải sự cố sẽ làm quá trình thi công cũng như khai thác bị đình trệ, phải chờ khi khắc phục xong sự cố mới đưa vào vận hành tiếp được do đó có thể kéo dài thời gian thi công. Phương án thi công 2 hầm đơn có đặc điểm: Ưu điểm: - Kết cấu chịu lực tốt, do tiết diện cùng có dạng hình tròn. - Do kích thước nhỏ hơn phương án hầm đôi nên khả năng gây trồi lún bề mặt là nhỏ hơn. - Do kích thước nhỏ hơn nên dễ dàng cho công nghệ phù hợp các loại máy TBM có kích thước trung bình, không lớn quá hay nhỏ quá. - Trong quá trình thi công, nếu một hầm gặp sự cố không thể thi công tiếp được thì hầm còn lại vẫn có thể tiến hành thi công bình thường. - Khai thác dễ dàng, trường hợp 1 hầm gặp sự cố ta có thể sử dụng hầm còn lại làm hầm để khắc phục sự cố. Nhược điểm: - Quá trình thăm dò lớn hơn do phạm vi thi công lớn hơn, đồng thời chiếm diện tích mặt bằng lớn hơn. - Do phải sử dụng đến 2 máy đào để thi công 2 đường hầm do đó tốn nguyên vật liệu, thời gian thi công phức tạp. - Quá trình thi công phức tạp hơn. Phương án 2 ó nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu thi công và điều kiện khai thác, đồng thời phù hợp với mục đích học tập nên kiến nghị phương án 2 là phương án thiết kế kỹ thuật. THIẾT KẾ KỸ THUẬT: Để khai thác trong điều kiện ngầm, đoạn tuyến metro cần phải có các bộ phận: vỏ hầm, thiết bị chiếu sang, thiết bị thông gio tại vị trí các ga… nhưng trong đó quan trong nhất là vỏ hầm bởi: Vỏ hầm là bộ phận chịu lực, chống đỡ áp lực địa tầng xung quanh đảm bảo an toạn cho hành khách và phương tiện chạy. Vỏ hầm ngăn không cho hang đào biến dạng và trong tĩnh không hầm đảm bảo ổn định khổ giới hạn tiếp giáp khổ kiến trúc Vỏ hầm chống thấm và chống dột giữu cho điều kiện khai thác trong hầm bình thường như trên mặt đất Vỏ hầm tạo dáng kiến trúc cho công trình ở các ga Do đó đồ án đề xuất cấu tạo vỏ hầm là dạng vỏ BTCT lắp ghép hình tròn có đường kính là 6,3m, có chiều dày 350mm. Đốt hầm có chiều dài theo phương dọc là 1,2m. Theo mặt cát ngang vỏ hầm chia ra thành các mảnh: K, T, N, P. Mảnh K: Mảnh trên đỉnh vòm Mảnh T,P: là 2 mảnh ở ngay sát khóa K, có 1 cạnh vát theo khóa K Mảnh N: N là các ký hiệu của các mảnh có chiều dài bằng nhau và cạnh bên trùng với bán kính hướng tâm. Do sử dụng vỏ hầm là các turbing lắp ghép nên cần sử dụng bu lông cho mối nói ngang và mối nối dọc. Hầm được đặt trong điều kiện địa chất là cát hạt trung ở đô sâu 23m so với mặt đất, phía trên là các lớp địa chất (hv), Ta có tải trọng đứng tác dụng lên hầm là: ……………. . Mô hình hóa kết cấu chịu lực là vòng tròn biến dạng trong môi trường đàn hồi, dùng phần mềm Plaxis để mô hình hóa và tính toán đc nọi lực sinh ra trong kết cấu Sau khi tính toán ta có kết quả nội lực như hình vẽ, từ đó ta bố trí cốt thép theo yêu cầu chịu lực. THIẾT KẾ THI CÔNG: Ngoài đề xuất phương án kết cấu, đồ án còn đề xuất phương án thi công theo công nghệ TBM, đo đặc điểm địa chất thi công là trong đất yếu có nước ngầm nên sử dụng EPB TBM TBM bao gồm: vỏ khiên là 1 vành tròn lớn bằng thép có khả năng chịu lực làm nhiệm vụ chắn đất xung quanh hang đào. Trên mặt gương đào của khiên là bộ phận máy đào làm nhiệm vụ cắt phá đất. Máy đào làm việc theo nguyên lý xoay như roto làm chuyển động các lưỡi cắt để gột đất đá. Bên trong thân khiên có trang bị các loại động cơ, máy bốc xúc và vận chuyển đất đá thải, máy nâng lắp ghép các mảnh vỏ hầm. Phía sau khiên quanh chu vi vành khiên là hệ thống kích thủy lực. Hệ thống này tựa vào phần vỏ hầm đã xây, đẩy toàn bộ thiết bị tiến lên phía trước, ở phía gương đào quanh chu vi vành khiên là vật liệu thép đặc biệt có tác dụng như 1 lưỡi dao xén đất, cắt bỏ phần đất đá mà máy đào chưa phá hết. Đường hầm được nối dài cho đến khi tiến ra cửa hầm phía bên kia với vận tốc 7-9m/ngđ. Sử dụng TBM có nhưng ưu điểm nổi trội so với các phương pháp khác đó là: Tốc độ nhanh, thi công liên tục, trình độ cơ giới hóa cao, an toàn, cường độ lao động thấp, địa tầng ít bị lay động, chất lượng che chắn bằng vỏ hầm tốt, điều kiện thông gió tốt, giảm hầm lò phụ. Chính vì vậy đồ án chọn thi công hầm bằng phương pháp TBM. Để có thể thi công bằng TBM cần có giếng đứng để tiến hành lắp đặt TBM, giếng đứng thi công theo phương pháp tường trong đất. Thi công giếng đứng: Nói theo bản vẽ Sau khi thi công giếng đứng tiến hành lắp ráp TBM theo thứ tự ……sau khi lắp ráp xong tiến hành thi công hầm ngang. Trình tự lắp ráp vỏ hầm Để đảm bảo tiến độ thi công và giao thông, để các giai đoạn thì công không chồng chéo lên nhau cần có mặt bằng thi công và biện pháp đảm bảo giao thông: Theo bản vẽ Chuyên đề