Công nghệ thi công công trình ngầm đô thị và các biện pháp hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận

Công trình ngầm hầm Thủ Thiêm - TP. HCM

1. TRONG KHU VỰC ĐÔ THỊ

Khu vực đô thị được hiểu là khu vực tập trung mật độ dân cư đông đúc, không gian chật hẹp với hệ thống kết cấu hạ tầng, tiện ích cũng như mật độ xây dựng dày đặc. Do đó, vấn đề quan trọng nhất trong việc xây dựng công trình ngầm trong khu vực đô thị, ngoài việc đảm bảo tiến độ chất lượng công trình thì còn phải hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu.

2. CÁC CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ

Các công trình ngầm trong khu vực đô thị có thể được thi công bằng một trong những biện pháp sau:

2.1. Đào hở (Cut&Cover)

Là biện pháp thi công đơn giản nhất, thường áp dụng với công trình ngầm ở độ sâu thấp, gần mặt đất. Tuy nhiên, biện pháp thi công này đòi hỏi phải di dời hoàn toàn các công trình hiện hữu bên trên, trong phạm vi đào đắp.

2.2. NATM

Phương pháp làm hầm mới của Áo được phát triển từ thập niên 50 - 60 của thế kỷ trước dựa trên quan niệm đất nền xung quanh không chỉ làm việc như là yếu tố gây ra ngoại tải mà bản thân nó cũng góp phần chịu tải, đảm bảo ổn định của hầm. Phương pháp này được sử dụng rỗng rãi thi công hầm trong đá hoặc trong một vài trường hợp cụ thể, thi công hầm trong khu vực đô thị có điều kiện địa chất yếu như dự án xây dựng hầm Metro tại TP. Frankfurt am Main (CHLB Đức) cùng với các biện pháp gia cố, ổn định và/hoặc xử lý nền.

2.3. Hầm dìm (Immersed Tunnel)

Biện pháp thi công hầm dìm thường được sử dụng để thi công hầm (đường bộ hoặc đường sắt) vượt sông. Các đốt hầm sẽ được đúc sẵn tại các bãi đúc trên cạn, sau đó được lai dắt đến vị trí thi công và hạ chìm xuống liên kết với các đốt hầm đã thi công trước đó. Do các đốt hầm được hạ vào lớp đất đáy sông nên chi phí sẽ rẻ hơn các phương án thi công khác (khiên đào) đòi hỏi hầm phải nằm sâu hơn trong lòng đất dưới đáy sông/biển. Hầm đầu tiên trên thế giới được thi công theo phương pháp hầm dìm được thực hiện năm 1894 phục vụ việc thoát nước tại Boston, Mỹ. Ngoài ra, tại TP. Hồ Chí Minh - Việt Nam, năm 2004, phương pháp này cũng đã được áp dụng để thi công hầm Thủ Thiêm.

2.4. Thiết bị khiên đào

Thi công hầm bằng khiên đào kín được xem là biện pháp thi công hầm phù hợp nhất trong môi trường đất yếu. Biện pháp thi công này dựa trên nguyên lý tạo ra áp lực cân bằng với áp lực đất tại gương đào nhằm hạn chế sự thay đổi trạng thái ứng suất có thể gây ra mất ổn định dẫn tới các biến dạng/chuyển vị trước gương hầm. Hiện tại, có 2 loại thiết bị khiên đào chính là EPB-TBM và Slurry-TBM được phân biệt với nhau dựa trên nguyên lý tạo ra áp lực cân bằng khác nhau (EPB - Hỗn hợp đất đào và phụ gia; Slurry - Vữa bùn) cũng như phạm vi áp dụng cho từng loại địa chất khác nhau, trong đó EPB-TBM phù hợp loại địa chất có nhiều thành phần hạt mịn và Slurry-TBM phù hợp với địa chất rời rạc. Tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, biện pháp thi công hầm bằng TBM sắp tới sẽ được sử dụng để thi công hầm metro tại gói thầu CP1B dự án Metro tuyến 1 Bến Thành - Suối Tiên hay tại gói thầu CP03 dự án Metro tuyến 3 Nhổn - ga Hà Nội.

3. THIẾT BỊ THI CÔNG

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất thiết bị thi công hầm khiên đào khác nhau với nhiều chủng loại thiết bị. Trong số đó có thể kể đến Herenknecht (Đức), NFM (Pháp), Robbins (Mỹ), Seli (Italy), Kawasaki, Mitsubishi, Hitachi Zosen. Thiết bị TBM lớn nhất đến thời điểm hiện nay là EPB-TBM với đường kính 17,45m với tên gọi Bertha do Hitachi Zosen sản xuất tại Osaka - Nhật Bản cho dự án thi công 3,2km hầm đường cao tốc SR99 tại TP. Seattle, bang Washington, Mỹ.

4. CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TRÌNH LÂN CẬN

Để hạn chế ảnh hưởng của quá trình thi công công trình ngầm đến các công trình lân cận, ngoài việc lựa chọn các biện pháp thi công phù hợp, việc kết hợp các biện pháp xử lý nền giữ ổn định đóng vai trò rất quan trọng.

Các biện pháp gia cố xử lý nền phù hợp trong môi trường đô thị hiện nay có thể kể đến các biện pháp gia cố bằng Jet Grouting hay Chemical Grouting. Với ưu điểm thiết bị thi công nhỏ gọn, Jet Grouting và/hoặc Chemical Grouting hiện nay đã và đang được sử dụng khá rộng rãi tại Việt Nam, tại các dự án lớn như “Gia cố bảo vệ Nhà hát Thành phố khỏi ảnh hưởng việc thi công hầm bằng TBM” tại dự án Metro 1 TP. Hồ Chí Minh - gói thầu CP1B; gói thầu gia cố hầm chui Trung Hòa khu vực bên dưới cầu vượt vành đai 3, thuộc tiểu dự án “Xây dựng nút giao Trung Hòa hoàn chỉnh”; hoặc tại gói thầu gia cố các vị trí kích và nhận thiết bị kích đầy ống tại “Dự án cải thiện môi trường nước TP. Hồ Chí Minh”.