Chống lún sụt mặt bẳng đô thị khi thi công hầm ngầm nông qua kinh nghiệm của nước Pháp

Thứ sáu, 04/08/2006 00:00

Sau hơn một chục năm thi công, chiếc hầm đầu tiên thuộc hệ đường ngầm thành phố Toulon Pháp mới được đưa vào khai thác tuy chỉ dài có 3km. Là đường hầm nông tiết diện hơn 100m2 chạy dọc dưới đường phố có điều kiện địa chất bất lợi, hiện tượng lún sụt đã diễn ra rất phức tạp khiến cho tiến độ phải kéo dài và nhiều công nghệ không thông dụng đã phải áp dụng để khắc phục khó khăn.

Việc đào đường hầm được bắt đầu từ tháng 12 năm 1994 nhưng sau đó phải đình chỉ vì lún sụt. Đến tháng 2/1998 mới tiếp tục với đồ án thiết kế mới. Tốc độ bình quân đào hầm là 0,8m/ngày. Tiết diện hầm là 106m2, có điểm mở rộng tới 140m2 làm gara, lớp đất phủ sau dày nhất là 42m, ở giữa hầm.
Địa chất vùng này rất phức tạp, địa tầng không đồng nhất và ngay từ khi thăm dò ban đầu đã phát hiện được vấn đề nên 750 mốc đo lún mặt đã được bố trí. Kết quả quan trắc lún cho thấy đã hình thành lún hình lòng chảo theo tiết diện ngang của hầm, hầm càng tiến, lún càng nhanh, càng để lâu, lún càng sâu. Có khi, biến dạng lún tức thời đạt tới 14mm, nhiều điểm lún tổng cộng tới 50mm, cá biệt có một số khu vực nhỏ lún đến 120mm.
Thật ra, trong giai đoạn mấy chục năm vừa qua, yêu cầu phát triển hạ tầng cơ sở và nhất là giao thông đô thị bằng hầm các loại đường tàu điện ngầm, đường vượt chui, ga ngầm, đường sắt, đường bộ, đường hầm đặt ống đã được nhiều thành phố lớn phải xây dựng nhiều đường hầm mà địa thế ở đây thường là rất bất lợi cho xây dựng do quá trình lịch sử, người ta thường chọn địa bàn cho các thành phố này gần sông, biển, đất châu thổ.
Hội nghị quốc tế về cơ học đất và nền móng ICSMFE ở Mêxicô đã cảnh báo và nhấn mạnh thực trạng này. Đặc biệt, đối với hầm nông mà tiết diện lớn thì vấn đề càng phức tạp. Biến dạng và chuyển vị nền đất rất có thể lan truyền theo hướng ngang nếu nền đất không vững chắc, không đồng chất. hệ thống áo hầm thi công chậm thì hầm rất dễ mất an toàn và phạm vào điều tối kỵ trong xây dựng hầm dưới đô thị. Cần lưu ý cả 3 chiều, chưa kể ảnh hưởng rất nặng nền của nước ngầm .
Những kinh nghiệm thực tế và kết quả nghiên cứu về nội dung trên đây đã khá phong phú. Năm 1995 tại Pháp, hiệp hội công trình ngầm đã soạn thảo các khuyến cáo AFTES, trong đó nhấn mạnh đến diễn biến sụt, lún, biến dạng và chuyển vị mặt nền trong hai trường hợp thi công: phân đoạn và khoan bằng máy đào liên hợp. 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 loại đất đá, còn chung quanh có thể cho phép tới 1/00.
Trong thực tiễn, cần cân nhắc rất kỹ ngay khi lập luận chứng tiền khả thi: nên làm một hầm rộng cho cả hai chiều đường sắt, đường bộ, metro, đường ống, hay làm hai hầm hẹp, mối hầm một chiều. Có điều là phương án được lựa chọn không phải chỉ do điều kiện địa kỹ thuật quyết định. Thành thử, phải theo dõi rất sát diễn biến lún để nếu xuất hiện dấu hiệu xấu, phải có biện pháp gia cường kịp thời và hợp lý. Tại Toulon, người ta đã thiết kế vòm đón trước, dùng neo bằng sợi thuỷ tinh. Sau khi xẩy ra lún sụt nặng đến nỗi phải đình chỉ thi công, đã sử dụng thiết kế mới với neo thép, tăng cường lớp áo hầm và làm trước một số bộ phận để chống đỡ, chắn đất.
Để cải tiến thiết kế, người ta đã sử dụng phương pháp phân tích số bằng phần tử hữu hạn 3 chiều và phầm mềm trọn gói CESAR – LCPC. Kết quả tính toán cho biết độ lún tối đa, chuyển vị ngang, tức là cho phép đơn vị thi công hình dung ra các chảo lún ở mặt đất. Để đảm bảo cho khu vực khấu hầm, phải bơm phụt thuỷ tinh với những sợi neo sợi thuỷ tinh dài tới 18m, chuẩn bị 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 và lớp đất quanh áo hầm. Nhờ những biện pháp này, mọi khó khăn đã được vượt qua.

Nguồn: Tạp chí KHCN Xây dựng, số 2/2006