Đồ án Thiết kế và tổ chức thi công hầm nối hai ga CÁT LINH - VĂN MIẾU

c hầm tại các vị trí ga Có thể giảm xuống 1*D để phù hợp với những yêu cầu bó buộc bởi thiết kế bố trí mặt bằng ga nếu điều kiện địa chất cho phép. Trong mọi trường hợp, công tác xử lý nền đất là cần thiết tại khu vực đi vào và đi ra khỏi ga, để có thể mở rộng không gian đủ để đảm bảo việc thi công hầm an toàn. Khoảng cách ngang tối thiểu giữa các trục của hầm đôi 2*D - 3*D (khoảng 12,6 - 18,9 m) Không áp dụng Chiều cao tối thiểu giữa các trục của hầm đi trên dưới 2,0*D dọc hướng tuyến Không áp dụng Diện tích ảnh hưởng tiềm tàng lên các tòa nhà xung quanh 32800 m2 25100 m2 Công trường và Khu vực lắp ráp khởi tạo máy TBM 9000 m2 tại bãi đỗ xe va cây xanh Ngọc Khánh (đối diện khách sạn Daewoo) Các khu vực công trường yêu cầu khác Bãi đúc sẵn các mảnh vỏ hầm (ở ngoài trung tâm thành phố, từ 25000 m2 - 30000 m2) 2.2.3.5. Tiến độ thi công So sánh kế hoạch thi công sơ bộ đưa ra đối với các cấu hình hầm khác nhau và sử dụng một hoặc hai thiết bị TBM để thi công hầm đôi như sau: Phương án chỉ sử dụng 1 máy TBM để thi công hầm đôi ray đơn, sẽ mất nhiều thời gian hơn các phương án khác. Khi xem xét mô hình hầm đôi ray đơn, sự khác biệt 10 tháng giữa các phương án với một hoặc 2 máy TBM là thời gian tối thiểu cần xem xét. Trên thực tế, cũng có sự ảnh hưởng/tác động về mặt xã hội - mà nó có thể làm kéo dài thời gian thi công. Để giảm tối đa thời gian thi công (các) hầm, thì việc ký kết hợp đồng thi công cần được dự kiến trước càng sớm càng tốt, sao cho có thể nhanh chóng bắt đầu công tác mua TBM, và đồng thời có thể tiến hành các công việc khác như di dời các công trình tiện ích công cộng, chuẩn bị công trường thi công, lắp đặt quan trắc, thi công các kết cấu tường chắn tại các vị trí ga, làm công tác đất tại nơi yêu cầu…vv. 2.2.3.6. Dự báo lún Tiến hành một so sánh mang tính lý thuyết về sự sụt lún khi đào hầm đều đặn trong các điều kiện được kiểm soát với Phương án hầm 1 và Phương án hầm 2. Các giả thuyết sau được xem xét: Hầm được đào với một bản nắp rộng tương đương với 2 lần đường kính hầm; Hai giá trị mất mát thể tích đất đại diện được xem xét (VL = 0,5% và 1,0%); Khoảng cách giữa 2 trục hầm đôi là 16m; Lớp đất phủ trên nóc hầm khi xem xét Phương án 1 chủ yếu đặc trưng bởi ứng xử kiểu đất dính (k = 0,7); Lớp đất phủ trên nóc hầm khi xem xét Phương án 2 được phân chia thành nhiều lớp và ứng xử tương đương của nó có thể thay đổi trong khoảng đất dính kết đến đất dính kết nhẹ (k = 0,5 đến 0,7). Kết quả của các mô phỏng sử dụng công thức kinh nghiệm với phân bố Gaussian được trình bày trong các hình sau đây. Có thể quan sát được rằng trong các điều kiện đào hầm bằng máy TBM bình thường, tổng độ lún dự đoán trước với hầm Phương án 2 có thể lớn hơn tới 40% so với Phương án. 2.2.4. So sánh các phương án mặt cắt ngang hầm So sánh sơ bộ về các phương án hầm (chưa xem xét đến ảnh hưởng đến mặt bằng ga) dựa trên các tiêu chí (1 - 6) đã trình bày ở trên theo phương pháp tính điểm như sau: Tiêu chí trên được phân loại vào 4 nhóm: ảnh hưởng đến thành phố; các rủi ro chính của dự án; lợi ích cho người sử dụng; chi phí. Với mỗi nhóm, mức độ đánh giá được xác định và cho điểm từ 1 (ảnh hưởng thấp hơn = giải pháp tốt hơn) cho đến 3 (ảnh hưởng lớn hơn = giải pháp kém hơn). Ngoài việc xem xét 3 loại hình mặt cắt hầm, phương án hầm ống đơn còn được so sánh thêm trong các trường hợp sử dụng 1 máy và 2 máy đào TBM để đánh giá về tiến độ thi công. Kết quả được thể hiện trong bảng dưới đây: PHÂN LOẠI TIÊU CHÍ PHƯƠNG ÁN 1- HẦM ỐNG ĐÔI PHƯƠNG ÁN 2- HẦM ỐNG ĐƠN A B (‘A’ =1TBM; ‘B’=2TBM) TÁC ĐỘNG LÊN THÀNH PHỐ Tác động đến tòa nhà - hư hại về điện thế 2 2 Dự kiến biến dạng tối đa thấp hơn. 3 Dự kiến biến dạng tối đa lớn hơn. Đường tránh các công trình tiện ích và giao thông 2 2 Tại các vị trí giao nhau (nơi có thể yêu cầu cho các ga). 2 Cần phải tiến hành các trục phân phối. Công việc hậu cần trong quá trình thi công và công tác tại hiện trường 3 3 Chiếm dụng dài hạn 9.000 m2. Công tác hiện trường đối với các đường giao cắt. 2 Chiếm dụng dài hạn 9.000 m2. Công tác hiện trường đối với các giếng. NHỮNG RỦI RO CHÍNH CỦA DỰ ÁN Các loại rủi do liên quan đến kỹ thuật đào hầm mới TBM tại Việt Nam 1 1 Liên quan tới đường kính hầm nhỏ hơn. 2 Liên quan tới đường kính hầm lớn hơn. Điều kiện bề mặt hầm 2 2 Các loại đất cát chủ yếu với bụi quặng. Các điều kiện bề mặt hỗn hợp cục bộ (sét/cát ). Có tiềm năng đạt tới lớp sỏi cục bộ. 2 Các loại đất cát chủ yếu với bụi quặng. Các điều kiện bề mặt hỗn hợp cục bộ (sét/cát ). Có tiềm năng đạt tới lớp sỏi cục bộ. Hạn chế bởi điều kiện địa chất yếu 1 1 Với các hầm song song 2 Có thể đạt đến điểm 3 nếu các ga cần có các hang chứa ke ga đào bằng phương pháp đào mở. 2 2 Với các hầm xếp chồng Công trình xây dựng phụ trợ, khó khăn về kỹ thuật 3 3 Liên quan tới công việc thực hiện 8 tuyến đường tránh tại khu đất yếu và dưới mặt nước ngầm + 1 Giếng 2 Liên quan tới công việc thực hiện 2 + 1 giếng Ảnh hưởng xã hội 3 1 Liên quan trực tiếp và ảnh hưởng thời gian thi công 2 Liên quan trực tiếp và ảnh hưởng thời gian thi công LỢI ÍCH CHO NGƯỜI SỬ DỤNG Quy hoạch 3 1 Với 1 TBM 2 Thời gian đấu thầu mua sắm rất quan trọng Khoảng cách dịch chuyển giữa bề mặt và độ sâu của ga 1 1 Với các hầm song song 2 Có thể đạt đến điểm 3 nếu các ga cần có các khoang chứa ke ga đào bằng phương pháp đào mở 2 2 Với các hầm xếp chồng CHI PHÍ Chi phí đối với công tác đào hầm và các công trình phụ trợ 2 3 Chi phí nguồn vố ban đầu thấp hơn với 1TBM . Các công trình phụ trợ có tác động lớn 1 Chi phí nguồn vố ban đầu trung bình. Các công trình phụ trợ có tác động trung bình. Khảo sát và giám sát điều kiện tòa nhà 2 2 Khu vực đào hầm có khả năng tác động lớn hơn 1 Khu vực đào hầm có khả năng tác động nhỏ hơn Nhận xét: PHƯƠNG ÁN 1A (hầm ống đôi với 1 máy TBM) và phương án 3 (hầm ống đơn có vách ngăn) là ít hấp dẫn hơn, vì Phương án 1A không cho phép đảm bảo tiến độ thi công (điều này được chỉ ra như một yêu cầu quan trọng của Chủ đầu tư trong quá trình ra quyết định) và Phương án 3 thì bị ảnh hưởng bởi nhiều rủi ro lớn trong bối cảnh cụ thể của tuyến Metro Hà Nội và nó không hấp dẫn trên quan điểm về ga, vì ga sẽ phải ở chiều sâu lớn (tăng khoảng cách tiếp cận giữa mặt đất và cao độ của ke ga). PHƯƠNG ÁN 1B (hầm ống đôi với 2 máy TBM) thể hiện hấp dẫn hơn do gây ra ảnh hưởng thấp hơn đến thành phố và việc giảm bớt rủi ro thích hợp; tuy nhiên phương án này lại đắt hơn (không bao gồm ga). PHƯƠNG ÁN 2 (hầm ống đơn) - thể hiện hấp dẫn hơn trên quan điểm về chi phí (không bao gồm ga); tuy nhiên, phương án này ảnh hưởng nhiều hơn đến thành phố, và mặc dù nó đưa ra một hạn chế hợp lý hơn về rủi ro. Vì là 1 dự án làm hầm ở đô thị thi công bằng phương pháp cơ giới đầu tiên ở Việt Nam trong các điều kiện về đất đầy khó khăn, thì nên thực hiện giải pháp với máy TBM có đường kính nhỏ hơn (giải pháp hầm ống đơn sẽ yêu cầu phải có máy móc với đường kính lớn tới 11-12m ). Dựa trên các kế quả đạt được, sơ bộ kiến nghị về 2 phương án hầm 1B và 2 sẽ được nghiên cứu so sánh sâu hơn (đánh giá liên quan đến ga, tổng chi phí, quy hoạch tuyến và rủi ro cho đoạn đi ngầm). 2.2.5. Các đánh giá liên quan đến ga Từ bảng nhận xét trên, ta đã đưa ra được hai phương án hầm tối ưu 1B và phương án 2. Sau đây là một số đánh giá liên quan đến nhà ga để đưa ra được phương án hầm tối ưu nhất. Các phương án ga khác nhau được đề xuất xem xét đối với 4 ga của đoạn ngầm (từ ga số 11 đến ga số 14). Các ga có ke ga 2 bên sẽ là giải pháp phù hợp với hầm ống đơn trong khi các ga có ke ga giữa sẽ được thiết kế cho hầm ống đôi. Bên cạnh đó, cần phải chú ý rằng một số phương án hầm có thể linh hoạt hơn các phương án khác trên phương diện tính phù hợp của mặt bằng ga tương ứng với tính sẵn có của không gian trên mặt đất. Sau khi xem xét đến những hạn chế/bó buộc về tuyến xác định trong phân tích cơ sở nền móng công trình, các yêu cầu cụ thể của dự án đối với ý tưởng ga và so sánh ưu nhược điểm tại vị trí từng ga bao gồm những yêu cầu dưới đây: Ga 11 - đây là ga ngầm đầu tiên, nơi hầm đào mở nông được xây dựng từ phía Tây và tiếp tục đào hầm về phía Đông. Do đó, ga nhìn chung phải nông, với lớp đất phủ tối thiểu trên nóc yêu cầu để khởi tạo an toàn hầm cơ giới. Ga 12 - đường hầm sẽ thi công đến vị trí ga này sau khi đi qua khu vực các toà nhà nằm trong khu vực tứ giác xác định bởi phố Kim Mã, Núi Trúc, Giảng Võ và Giang Văn Minh. Độ sâu hầm yêu cầu cho phép đào hầm trong điều kiện an toàn phía dưới các công công trình sẽ dẫn đến độ sâu đoạn tuyến đi ngầm sau ga 11 sẽ hạ dần, vì vậy Ga 12 nhìn chung sẽ sâu hơn Ga 11. Thiết kế ý tưởng ga sẽ tính đến kiến nghị giữ đường hầm càng dài càng tốt dưới phố Cát Linh cho đến khi đến vị trí Ga 13, từ đó có thể giảm rủi ro va chạm hay ảnh hưởng lên các móng cọc sâu của một số toà nhà cao tầng dọc 2 bên đường bộ. Bên cạnh đó, kích thước và hình dạng ga sẽ chịu ảnh hưởng từ khả năng sử dụng một phần bãi đỗ xe khách sạn Horison làm công trường thi công. Ga 13 - tại vị trí này có Văn Miếu, công trình tạo hạn chế lớn do giá trị về lịch sử và kiến trúc đối với ý nghĩa về tôn giáo và văn hoá của khu vực và vấn đề có di tích khảo cổ tiềm tàng của khu vực xung quanh; vì vậy ga sẽ không được đặt trực tiếp tại lối vào khu Văn Miếu. Ga sẽ được lồng ghép dọc phố Cát Linh, với sự hạn chế về địa hình của phố Tôn Đức Thắng và nút giao Cát Linh -Tôn Đức Thắng. Từ đó cũng dẫn tới việc sẽ phải nghiên cứu đến loại hình nhà ga hẹp như các ga số 11 và 12 nêu trên. Ga 14 - Ga được đặt ngay sau Ga Hà Nội, dọc phố Trần Hưng Đạo. Theo quy hoạch phát triển GTVT Hà Nội được Thủ tướng phê duyệt (Quyết định 90/2008/QĐ-TTg), Ga Hà Nội sẽ được quy hoạch thành ga Trung tâm kết nối các tuyến 1 (Yên Viên, Ngọc Hồi) và tuyến số 3 (tuyến Nhổn - Ga Hà Nội ), kết hợp các dịch vụ thương mại, điều này sẽ yêu cầu việc kết nối và nghiên cứu tổng thể để tích hợp hành khách giữa ga Hà Nội và ga 14 của dự án. Hướng tuyến của đường hầm sẽ chạy trực tiếp dưới các tòa nhà ga Hà Nội hiện có. Do đó ga 14 sẽ sâu hơn ga 11 hiện có. 2.2.6. Các đánh giá liên quan đến lựa chọn hướng tuyến và rủi ra thi công Các phương án đề xuất đối với các công trình xây dựng thuộc đoạn đi ngầm của tuyến Metro thí điểm thành phố Hà Nội có được nhờ kết hợp các phân tích và kiến nghị đối với các vấn đề sau đây: Các khống chế về tuyến dọc hành lang được lựa chọn do bị khống chế bởi các móng công trình và điều kiện địa chất; Các phương án hầm kiến nghị: Ga Kim Mã Ga Cát Linh Ga Văn Miếu Ga Metro Hà Nội Tính khả thi của các phương án ga khác nhau tại bốn vị trí ga ngầm có tính đến các điều kiện cục bộ; Bảng dưới đây đưa ra phân tích so sánh dựa trên các rủi ro về địa chất và thi công của bốn phương án hướng tuyến khác nhau. Với các hướng tuyến dự đoán cho các ống đôi, hai phương án phụ được xem xét để xác định sử dụng một hoặc hai máy TBM. 2.2.7. Kích thước và hình dạng ga của hai phương án đề xuất 2.2.7.1. Phương án hầm ống đơn Vị trí đặt hầm được xác định phải đảm bảo chiều dày lớp đất tối thiểu bên trên nóc hầm nhằm hạn chế đến mức thấp nhất các rủi ro và ảnh hưởng đến các công trình bên trên. Chiều sâu đặt hầm hợp lý được xác định là hầm đặt sâu cách mặt đất một khoảng tính đến tim hầm là từ 1,5D ÷ 3D, với D là đường kính hầm. Căn cứ vào địa chất nơi tuyến đi qua em chọn hầm đặt tại độ sâu tim là -17 m, nằm ở độ sâu 23,5 m so với mặt đất, gồm 2 hướng tuyến cùng chạy chung trong một đường hầm. Vị trí đặt hầm được thể hiện chi tiết trong bản vẽ bình đồ và trắc dọc tuyến. Hình 1.26: Mặt cắt ngang tuyến Khổ giới hạn là 2 khổ giới hạn 1435 dùng cho tàu điện ngầm, lồng vào nhau cách nhau 3400 mm. Thông số kết cấu: Đường kính trong: 8,6m; Đường kính ngoài: 9,3m; Chiều dày lớp vỏ hầm: 0,35m; Chiều dày lớp bêtông thứ cấp: 0,05m. Ga bố trí là ga ke dạng hai bên, hành khách đi từ mặt đất sẽ theo hệ thống thang máy hoặc cầu thang bộ để xuống thẳng sân chờ nhà ga. Hình 1.27: Mặt cắt ngang ga 2.2.7.2. Phương án hầm đôi Với phương án hầm đôi, sẽ gồm 2 tuyến hầm chạy độc lập trong hai hầm riêng biệt. Hai ống hầm có thể chạy song song với nhau và cách nhau một khoảng giữa hai tim hầm là 2D ÷ 3D, với D là đường kính hầm (tương ứng từ 12,6m ÷ 18,9m), hoặc hai ống hầm có thể đi trên dưới, với chiều cao tối thiểu giữa trục của hai hầm đi trên dưới là 2D (tương ứng ≥ 12,6m). Chiều dày lớp đất tối thiểu bên trên nóc hầm được xác định là 1,5D ÷ 3D (≥ 10m). Để xác định được phương án phù hợp ta xét đến các yếu tố liên quan đến việc lựa chọn phương án mặt cắt này nơi khu vực tuyến đi qua. Qua khảo sát khu vực nơi tuyến đi qua em nhận thấy: Khu vực tuyến tồn tại rất nhiều khu nhà ở, khu hành chính văn phòng với mật độ dày đặc. Nơi đây có nhiều tòa nhà cao tầng và nhiều tòa nhà có tầng hầm.Theo khảo sát ở khu vực Cát Linh cho thấy: số tầng cao là 17 tầng và số tầng hầm là 3, phạm vi ảnh hưởng của móng theo chiều sâu lớn nhất là khoảng 40 ÷ 50m. Dựa vào chiều sâu ảnh hưởng của móng, kết hợp với chiều sâu đặt hầm phải thỏa mãn lớp đất tối thiểu bên trên nên hướng tuyến được xác định là phải bám theo bên dưới lòng đường giao thông nơi tuyến đi qua, không nên để tuyến đi qua bên dưới khu vực nhà ở bên trên. Bề rộng lòng đường giao thông khu vực Cát Linh là rất chật hẹp (bề rộng đường là ≈ 15m). Do vậy nếu bố trí hai hướng tuyến chạy song song thì sẽ không đáp ứng được yêu cầu nêu trên, tuyến sẽ phải đi vào bên dưới khu vực các tòa nhà và bị ảnh hưởng bởi móng của các tòa nhà cao tầng. Vì vậy phương án phù hợp hơn của phương án hầm đôi được chọn là mặt cắt tuyến gồm hai hầm chạy trên và dưới. Từ các so sánh đa tiêu chí trên khía cạnh kỹ thuật trên đây, phương án hầm ống đôi được đề xuất lựa chọn do có nhiều ưu điểm linh hoạt và khắc phục được đa số các hạn chế về ảnh hưởng đến các công trình bên trên, tiến độ ngắn hơn. Đoạn tuyến lựa chọn thi công là đoạn nối ga Cát Linh và ga Văn Miếu, theo hướng tuyến trắc dọc đã chọn là Giải pháp 1 nên trong đoạn hầm nối hai ga này sẽ là đoạn có hai hầm chạy song song nhau ở hai cao độ. Hình 1.28: Mặt cắt ngang tuyến Cao độ hầm bên trên là -10m, độ sâu tim là 17,5m so với mặt đất, cao độ hầm bên dưới là -23m, độ sâu tim so với mặt đất là 29,5m. Khoảng cách giữa hai trục tim hầm theo phương đứng là 13m. Khổ giới hạn là khổ giới hạn 1435 dùng cho tàu điện ngầm Thông số kết cấu: Đường kính trong: 5,7m; Đường kính ngoài: 6,3m; Chiều dày lớp vỏ hầm: 0,30m; Chiều dày lớp bêtông thứ cấp: 0,05m. Ga bố trí là ga ke dạng bến, hành khách đi từ mặt đất sẽ theo hệ thống thang máy hoặc cầu thang bộ để xuống thẳng sân chờ nhà ga. Ga cũng được bố trí gồm hai ống hầm trên và dưới, ga gồm nhiều tầng cho hành khách lên xuống hầm bên trên và hầm bên dưới Hình 1.29: Mặt cắt ngang ga 2.3. BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ 2.3.1. So sánh lựa chọn biện pháp công nghệ 2.3.1.1. Các tiêu chí lựa chọn TBM Lựa chọn giữa khiên vữa bùn hoặc Khiên EPB thường chọn theo cách tách riêng đất thành hai loại (hoặc “các lĩnh vực ứng dụng”): một loại có thể sẵn sàng đào bằng Khiên dùng vữa bùn, và loại khác sử dụng EPB, với một số phạm vi trùng lặp nhau về các điều kiện đất. Sự phân chia như vậy được mang ra so sánh sự phân bố kích cỡ hạt của các loại đất khác nhau sẽ đào theo một sơ đồ tiêu chuẩn và so sánh yếu tố chọn lọc là thành phần mịn của đất. Thành phần hạt mịn cao hơn thì dễ sử dụng Khiên EPB hơn. Ngược lại, thành phần vật liệu thô cao thì kiến nghị sử dụng Khiên dùng vữa bùn. Yếu tố lựa chọn khác là độ thấm của đất sẽ đào. Ngày nay, nhiều kinh nghiệm thu được từ việc ứng dụng thường xuyên các chất phụ gia điều chế vào các loại đất khác nhau đã giúp mở rộng rất nhiều phạm vi ứng dụng của hai loại máy khoan hầm mà thực ra chúng hầu như là có một miền giao thoa. 2.3.1.2. So sánh giữa công nghệ MS-E (EPB) và MS-S (Vữa bùn) - Lựa chọn cho dự án Metro Hà Nội Loại đất hiện diện dọc theo hướng tuyến của Dự án Metro Hà Nội, dựa vào mức kiến thức hiện tại, cho phép chỉ định máy EPB là lựa chọn thích hợp nhất. Hình dưới đây chỉ ra sự phân bố kích cỡ hạt của các mẫu đất thu được tại chiều sâu giữa 15m và 20m dọc theo tuyến đường hầm của Dự án Tuyến Đường sắt Nội đô Thí điểm Thành phố Hà Nội. Một nhóm các đường cong rơi vào phạm vi áp dụng của EPB có tỷ lệ xử lý thấp (bọt hoặc polyme). Vì các hệ thống của EPB rẻ hơn, do đó chúng thường được các nhà thầu coi là tối ưu trong công việc dựa trên cơ sở giá. Hình 1.30: Phân bố kích thước hạt của các mẫu đất thu được tại độ sâu giữa 15m và 20m dọc theo hướng tuyến ngầm của Dự án Đường sắt Đô thị Thí điểm Thành phố Hà Nội trong quá trình thực hiện chương trình khảo sát địa kỹ thuật bởi SYSTRA vào năm 2008.”Tài Liệu của thầy Nguyễn Đức Toản” Vì sự hiện diện của kích thước hạt mịn khá cao, nên có thể kiến nghị sử dụng các máy EPB. Các vấn đề quan trọng về độ ổn định đất và các độ lún cũng sẽ dẫn tới các kết quả tương tự. Dựa trên vấn đề thực tế, sử dụng Khiên EPB sẽ làm giảm tiềm năng đối mặt với nguy cơ bị sập nhờ công tác lấp đất của buồng đào có vật liệu cứng. 2.3.2. Tóm tắt công nghệ Đã được trình bày ở mục b phần 2.1.3.2.3 “Khái quát chung về công nghệ TBM”. 2.4. KẾT CẤU ĐƯỜNG HẦM 2.4.1. Kết cấu vỏ hầm 2.4.1.1. Các dạng kết cấu vỏ hầm 2.4.1.1.1. Vật liệu làm kết cấu vỏ hầm Vật liệu dùng cho vỏ công trình đường tầu điện ngầm cần bền vững, cứng, chống cháy, ổn định với môi trường hóa chất và điện hóa, tương ứng với các yêu cầu chống thấm, bền nhiệt lạnh, đảm bảo khả năng cơ giới hóa cao nhất khi sử dụng. Lựa chọn vật liệu vỏ hầm công trình ngầm là một trong những vấn đề quan trọng của thiết kế do dạng vật liệu quyết định đặc điểm của giải pháp kết cấu công trình ngầm và các cấu kiện của nó sau này và các ảnh hưởng lớn đến sơ đồ tổ chức công nghệ xây dựng. Sau đây là các vật liệu thường dùng: Bêtông và BTCT Khi lựa chọn vật liệu cho kết cấu ngầm, trước tiên cần định hướng tính ưu việt của bêtông và BTCT, trong đó cần xem xét khả năng của các nhà máy sản xuất bê tông, cấu kiện BTCT tại khu vực dự kiến xây dựng Metro. Sau đây là một số lưu ý cho việc sử dụng kết cấu bêtông và BTCT: Khi áp lực thuỷ tĩnh nước ngầm lớn hơn 0,1 Mpa, các tiêu chuẩn xây dựng khuyên không nên dùng kết cấu bêtông và BTCT nếu không có biện pháp bổ sung đảm bảo chống thấm cho vỏ hầm. Khoảng gần 100 năm nay ở Nga đã sử dụng vỏ hầm BTCT lắp ghép từ bêtông không thấm nước kết hợp đệm lót các mối nối cho đường ngầm khi áp lực thuỷ tĩnh đạt tới 0,25 Mpa đảm bảo độ kín tốt cho đường ngầm. Bêtông và BTCT toàn khối được sử dụng để xây dựng vỏ hầm nối ga và các tổ hợp ga trong phương pháp đào mỏ ở nền đất đá có mức độ nứt nẻ khác nhau. Trong nền đất đá kém bền, bêtông và BTCT chỉ sử dụng để xây dựng vỏ đường hầm phụ cũng như các đoạn liên kết đường ngầm. Bêtông toàn khối được sử dụng cả khi mở hầm bằng khiên, khi vỏ hầm được tạo nên bằng cách ép khối bêtông phía sau ván khuôn nhờ kích khiên thuỷ lực. Kết cấu BTCT có thể đổ toàn khối hoặc lắp ghép. Xây dựng lắp ghép phù hợp nhất với các yêu cầu công nghiệp hoá nên rất được ưu tiên trong xây dựng ngầm do năng suất lao động cao và tiến độ xây dựng hợp lý. Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của bêtông sử dụng cho công trình ngầm là: Độ bền nén dọc trục - B: Độ bền nén dọc trục (Mpa) gọi là sức kháng nén tức thời của khối lập phương bêtông có kích thước cạnh 15cm, thử nghiệm tương ứng với tiêu chuẩn 28 ngày - đêm bảo quản ở nhiệt độ 20 ± 20 có xét đến độ bền mẫu thống kê (độ bảo đảm 0,95). Độ bền kéo dọc trục - B, được nêu ra trong những trường hợp khi chỉ tiêu này có ý nghĩa quan trọng và được kiểm soát trong quá trình sản xuất. Nó đặc trưng cho độ bền kéo dọc trục thử nghiệm tương ứng với tiêu chuẩn. Mác bêtông theo độ chống thấm W: được dự kiến cho các kết cấu cần yêu cầu độ thấm giới hạn (vỏ đường hầm nằm dưới mực nước ngầm). Chỉ tiêu này được đặc trưng bằng áp lực giới hạn của nước (kg/cm2), trong đó chưa quan sát thấy nước thấm qua mẫu thử tương ứng với tiêu chuẩn. Loại và mác bêtông được lựa chọn dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật; dựa vào phương pháp thi công công trình ngầm, loại vỏ bêtông hoặc BTCT, trạng thái ứng suất, biến dạng, phương pháp sản xuất, điều kiện khai thác…vvv. Sau đây là một số kinh nghiệm của Nga về việc lựa chọn loại và mác bêtông trong xây dựng công trình ngầm: Đối với các cấu kiện vỏ BTCT lắp ghép trong phương pháp thi công kín nên sử dụng bêtông mác B30; Khi dùng phương pháp lộ thiên (bao gồm cả vỏ đơn nguyên) - B25; đối với vỏ bêtông ép tại chổ - B25; đối với vỏ bêtông toàn khối - B15. Có thể sử dụng loại mác cao B45 - B60 để giảm kích thước thiết diện và giảm chi phí cốt thép trong các cấu kiện BTCT lắp ghép làm việc chịu nén là chủ yếu. Mác bêtông theo độ chống thấm đối với kết cấu nằm cao hơn mực nước ngầm nên chọn ít nhất W4, còn xây dựng trong đất ngập nước, khả năng chống thấm cần xác định dựa vào điều kiện địa chất thuỷ văn trong vùng xây dựng nhưng không nhỏ hơn W6. Để sản xuất vỏ bêtông và BTCT theo tiêu chuẩn hiện hành nên sử dụng bêtông nặng. Bêtông nhẹ trên cốt liệu xốp cho phép sử dụng khi có sự so sánh kinh tế - kỹ thuật theo sự thoả thuận của chủ đầu tư. Vỏ hầm nhẹ trong nhiều trường hợp rất hiệu quả (ví dụ xây dựng trong nền đá và nửa đá với áp lực nước ngầm không lớn). Vỏ hầm từ bêtông nhẹ có độ biến dạng cao, nó làm việc tốt hơn trong điều kiện tĩnh. Vỏ mềm giảm tải trọng tiếp xúc từ áp lực đất đá trong các thiết diện vỏ hầm vì vậy giá trị mô men nhỏ hơn và ứng suất kéo trong bêtông cũng nhỏ hơn. Tính chất đặc biệt của bêtông có thể đạt được bằng cách pha trộn phụ gia - tăng nén chặt, độ dẻo và hút không khí. Trong những điều kiện nhất định có thể sử dụng các dạng bêtông đặc biệt. Ví dụ bêtông xỉ, bêtông polime…vv. Bêtông xỉ kiềm Bêtông xỉ kiềm có thể dùng cốt liệu trơ thông thường, còn chất kết dính là xỉ lò cao thành phần hạt nhỏ và thành phần kiềm - hỗn hợp xôđa, xôđa canxi kỹ thuật, thành phần xôđa kiềm, bồ tạt. Sản phẩm từ bêtông xỉ kiềm có cường độ và độ bền cao, giá thành rẻ (vật liệu để sản xuất bêtông xỉ kiềm thấp hơn 2 lần giá thành vật liệu bêtông thường). Bêtông polime Sử dụng chất kết dính là pôlime (các nhũ tương, các loại nhựa…). Chúng tăng độ bền nén và kéo tăng lên rất nhiều, tăng khả năng kết dính với cốt thép và khả năng chống thấm, chống ăn mòn nhưng có tính từ biến cao nên bị hạn chế sử dụng trong kết cấu chịu lực cơ bản. Bêtông này tốt nhất sử dụng như một phần của vỏ hầm hỗn hợp nhiều lớp xây dựng trong các điều kiện địa chất thuỷ văn đặc biệt phức tạp. Bêtông phun Là loại bêtông đông kết nhanh có phụ gia tăng dính bám và đông kết, cường độ cao, phun bằng khí nén, mác xi măng nhỏ nhất là B35. Bêtông phun có những yêu cầu đặc biệt: lượng xi măng cao hơn, hàm lượng cốt liệu hạt lớn không được quá cao vì tăng giá trị gián đoạn hoặc quá thấp và giảm hiệu quả đầm vật liệu khi phun chúng. Ưu điểm của bêtông phun: không cần ván khuôn, có tính liên tục, mức độ cơ giới hoá quá trình thi công gia cường cao, sự thấm lọt vào các khe nứt của khối đất và kết khối lớp đất tại vị trí tiếp xúc và tăng cứng, độ nặng nhọc thấp hơn so với thi công vỏ hầm bêtông toàn khối có sử dụng ván khuôn. Nhược điểm của bêtông phun: lượng hao tổn vữa lớn khi phun bằng dòng khí nén (gián đoạn), vùng công tác có hàm lượng bụi cao trong quá trình phun vữa bê tông, chất lượng gia cường phụ thuộc vào trình độ người thao tác. Bêtông cốt kim Là loại bêtông hạt nhỏ có các chi tiết thép trong dạng từng đoạn, tấm, cuộn thép mảnh …vv. Một số đặc điểm của bêtông cốt kim như sau: So với bêtông thường bêtông cốt kim có độ bền chịu uốn cao hơn khoảng 2 - 2,5 lần và chịu kéo khoảng 15 - 20%; Kích thước tối ưu của sợi thép được xác định dựa vào thành phần vữa, công nghệ sản xuất và thi công, các yêu cầu độ bền, trong xây dựng ngầm thường sử dụng loại sợi đường kính từ 0,01 - 0,9mm, dài 20 - 65mm, có tiết diện tròn, ô van, thường có gờ thẳng hoặc cong. Thép dây thường có vết khía, vết xước, bề mặt gồ ghề; Lượng thép trong bêtông dao động trong khoảng rộng từ 0,5 - 8% thể tích nhưng theo nguyên tắc không quá 30 kg/m3 vữa; Vỏ bêtông toàn khối sợi thép được tạo nên bằng phun vữa bêtông có sợi thép lên bề mặt hầm đào hoặc ép trong ván khuôn trong phương pháp khiên đào; Bêtông sợi thép cần được coi là vật liệu tương lai để sản xuất vỏ hầm hình khối lắp ghép của công trình ngầm. Vật liệu kim loại Đối với vỏ đường hầm ga và nối ga sử dụng bằng vật liệu kim loại thường dùng gang đúc, hoặc thép. Tất cả các loại gang, thép sử dụng đều phải tuân theo tiêu chuẩn, chúng thường được sử dụng trong dạng vì tubin, để cách nước, gia cường bề mặt bên trong của cấu kiện BTCT lắp ghép hoặc vỏ toàn khối, thép tấm thường dùng có chiều dày 20 - 60mm. Vì tubin sản xuất từ gang xám mác Ci 20. Gang xám có độ bền chịu nén cao, chống rỉ tốt. Tuy nhiên gang xám khá dòn và chịu kéo kém (60 - 70Mpa). Gang có graphit dạng cầu, cấu trúc tấm. Mác Bi 50-2, Bi 60-2, Bi 70-3 có các đặc tính cường độ cao và đặc biệt là sức kháng kéo lớn hơn 2,5 - 3 lần gang xám. Thép ít cacbon (lượng cacbon khoảng 0,22%) phù hợp nhất với kết cấu công