Khoa học công nghệ
Khoa học công nghệ
Thi công hầm ngầm nông trong xây dựng đường hầm Toulon (Pháp). Áp dụng thành công chống lún sụt mặt bằng đô thị
15/12/2009

Chỉ dài có 3km nhưng sau hơn 10 năm thi công, chiếc hầm đầu tiên thuộc hệ đường ngầm thành phố Toulon (Pháp) mới được đưa vào khai thác. Đây là một công trình hầm tiết diện rộng tới hơn 100m2 chạy dọc dưới một đường phố mà nói chung là địa chất rất bất lợi, nên hiện tượng lún sụt diễn ra rất phức tạp khiến cho tiến độ phải kéo dài và vận dụng nhiều công nghệ phức tạp.

Yêu cầu phát triến hạ tầng cơ sở và nhất là giao thông đô thị bằng đường hầm các loại như đường metro, đường vượt chui, ga ngầm, đường sắt, đường bộ, đường ống... ở các thành phố lớn là những yêu cầu cấp thiết, không kể đến các nước phát triển hay đang phát triển mới đáp ứng được nhu cầu về giao thông.

Nhất là trên các địa bàn mà trong quá trình lịch sử đã chú trọng tới các vị trí gần sông biển, đất châu thổ vốn rất bất lợi khi cần đảm bảo ổn định mặt bằng trên công trường khoan khoét hầm. Hội nghị quốc tế về cơ học đất và nền móng ICSMFE ở Mexico đã cảnh báo và nhấn mạnh thực trạng này.

Đặc biệt, đối với hầm nông mà lại có tiết diện lớn thì vấn đề trở nên hết sức phức tạp. Biến dạng và chuyển vị nền rất có thể truyền lan theo hướng nằm ngang, nếu địa chất không vững chắc, không đồng chất, hệ thống áo thi công chậm, thì hầm rất dễ mất an toàn và phạm vào điều tối kỵ trong xây dựng hầm dưới đô thị. Khu vực gần mũi thi công chuyển vị sẽ phát sinh cả 3 chiều, chưa kể ảnh hưởng rất nặng nề của nước ngầm.

Đã có nhiều kinh nghiệm thực tế và kết quả nghiên cứu được đúc rút trong việc thi công các hạng mục như thế này. Năm 1995 tại Pháp, Hiệp hội công trình ngầm đã soạn thảo các khuyến cáo AFTES, trong đó nhấn mạnh đến diễn biến lún, sụt, biến dạng và chuyển vị mặt nền trong 2 trường hợp thi công: phân đoạn và khoan bằng máy đào liên hiệp. Nói chung, ở địa bàn đô thị có thể cho phép biến dạng tới 1/1000, tức là không do các ứng xử “dẻo” trong đa số đất đá, còn chung quanh có thể cho phép tới 1/100.

Trong thực tiễn, cần cân nhắc rất kỹ ngay khi luận chứng tiền khả thi: nên làm một hầm rộng cho cả 2 chiều đường sắt, đường bộ, metro, đường ống hay hai hầm hẹp mỗi hầm một chiều. Có điều là phương án được lựa chọn không phải chỉ do điều kiện địa - kỹ thuật quyết định tối hậu. Do đó phải theo dõi rất sát diễn biến lún để nếu xuất hiện dấu hiệu xấu phải có biện pháp tăng cường kịp thời và hợp lý.

Toàn bộ đường ngầm Toulon gồm 2 hầm đường bộ nối xa lộ A50 (ở phía Tây, đi Marseille) với xa lộ A57 (ở phía Đông, đi Nice). Hầm phía Bắc có đoạn giữa dài 1800m, lớp đất phủ chỉ dày 35m, hai đoạn đầu đào trần mỗi đoạn chừng 600m. Tốc độ đào hầm bình quân mỗi ngày 0,8m. Tiết diện hầm là 106m2, có điểm mở rộng tới 140m2 để làm ga ra, lớp đất phủ sâu nhất là 42m ở giữa hầm.

Địa chất vùng này rất phức tạp, địa tầng rất không đồng nhất và ngay từ khi thăm dò ban đầu đã thấy được ít nhiều nên đã bố trí 750 mốc ghi lún mặt. Qua theo dõi, thấy hình thành lún hình chảo theo tiết diện ngang của hầm, hầm càng tiến lún càng mạnh, càng lâu càng lún sâu. Các biến dạng lún hình chảo có khi tức thời sâu tới 14mm, nhiều điểm lún tổng cộng tới 50mm, cá biệt một số khu vực nhỏ lún đến 120 mm. Tại Toulon, đã thiết kế “vòm đón trước” dùng neo sợi thủy tinh. Sau khi xảy ra lún sụt nặng đến nỗi phải đình chỉ thi công, đã dùng thiết kế mới. Với neo thép, tăng cường áo và làm trước một số bộ phận để chống đỡ, chắn đất...

Phục vụ cho việc cải tiến thiết kế, đã vận dụng phương pháp phân tích số bằng phần tử hữu hạn theo 3 chiều và phần mềm cả gói CESAR - LCPC. Kết quả tính toán cho biết độ lún tối đa, chuyển vị ngang, tức là cho phép hình dung các "chảo lún" ở mặt đất. Để đảm bảo khu vực khấu hầm, phải bơm phụt bê tông với các neo sợi thủy tinh dài tới 18m. Các "vòm đón trước" ngăn sâu vào đất tới 4m, đồng thời làm sàn tạm bằng bê tông cốt thép, một số đoạn "nhạy cảm" còn làm thêm neo thép dài 4,35m cắm vào đất quanh áo.

giaothongvantai.com