Kế hoạch xây dựng hệ thống 8 tuyến Metro tại thành phố Hồ Chí Minh đã được phê duyệt và đang được triển khai. Một trong những hạng mục quan trọng trong công trình đường sắt đô thị là hệ công trình hầm với chiều dài xấp xỉ 78.34km, chiếm 46.26% trong tổng chiều dài 169.34km hệ thống.

Việc thi công hầm khó tránh khỏi gây ra chuyển vị của đất và ảnh hưởng đến nhà cửa xung quanh. Do đó, việc tính toán và dự đoán chính xác các ảnh hưởng này là rất cần thiết cho thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và các thành phố tại Việt Nam có công trình hầm nói chung. Trong các phép phân tích ảnh hưởng của hầm đến chuyển vị đất và nhà cửa lân cận thì dữ liệu hiện trường tham khảo từ địa phương là rất quan trọng để có được các dự đoán gần với thực tế.

Nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải HCM cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Tiến sĩ Lê Thanh Bình cùng thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của đất và công trình lân cận gây ra bởi thi công hầm trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh” với mục tiêu chính của đề tài là đóng góp vào sự hiểu biết về ảnh hưởng của việc thi công hầm đến chuyển vị của đất và nhà cửa trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh thông qua việc phân tích dữ liệu hiện trường đã thu thập được từ tuyến đường sắt đô thị số 1 Bến Thành - Suối Tiên. Đề tài đã thu thập được dữ liệu quan trắc hiện trường trong quá trình xây dựng hầm bằng TBM (Tunnel Boring Machine) trong Tuyến số 1 Bến Thành - Suối Tiên. Từ đó, nghiên cứu tổng quan đã được thực hiện để chọn lựa các phương pháp phân tích phù hợp và được công nhận rộng rãi trên thế giới để áp dụng vào đề tài. 

Kết quả cho thấy độ lún lớn nhất trong ba lý trình được phân tích là 30.8mm tại lý trình km 1+403 nơi hầm có độ sâu nông hơn. Trong hai lý trình còn lại thì độ lún lớn nhất là 26.6mm và nằm trong giới hạn quy định của tài liệu kỹ thuật được áp dụng trong dự án thi công hầm. Trong ba lý trình được phân tích thì giá trị VL được đảm bảo trong giới hạn cho phép phố biến trên thế giới là 1%.

Bề rộng đường cong lún là giá trị quan trọng khi đánh giá ảnh hưởng của việc thi công hầm. Trong phạm vi số liệu quan trắc được đánh giá trong đề tài này, giá trị i lớn nhất là 8.2m do hầm EB gây ra với phạm vi ảnh hưởng lớn nhất là 3i=24.6m tính từ tim hầm đến mỗi bên của hầm.

Hiện tại, hệ thống đánh giá nhà cửa được áp dụng trong tuyến số 1 Bến Thành - Suối Tiên còn đơn giản và chưa xét đến đặc tính của công trình theo điều kiện Việt Nam. Do đó, đề tài kiến nghị nên sử dụng hệ thống đánh giá chi tiết hơn được sử dụng trong tuyến Jubilee Line và Crossrail, Vương quốc Anh.

Kết quả đánh giá cho thấy ảnh hưởng của việc thi công hầm đến nhà cửa tại vị trí phân tích thuộc mức độ hư hỏng 0, các hư hại nếu có thì chỉ ở bề mặt công trình, không ảnh hưởng đến khả năng làm việc và an toàn kết cấu của tòa nhà.

Phương pháp công thức thực nghiệm phù hợp với các bước nghiên cứu tiền khả thi và bước thiết kế cơ sở. Thông số bề rộng đường cong lún được xác định bởi 25 phương pháp hồi quy phi tuyến và kiểm tra bởi trị số Goodness of fit (G) cho thấy giá trị của K nằm trong khoảng giá trị chung đối với đất cát là K=0.25 đến 0.45. Thông số thể tích mất mát đất VL tại 3 mặt cắt được phân tích có giá trị nhỏ hơn 1%.

Đối với các tuyến còn lại với địa chất khác với tuyến số 1 Bến Thành – Suối Tiên thì cần thận trọng trong việc lựa chọn giá trị của K khi dự đoán độ lún mặt đất do thi công hầm gây nên. Cụ thể, đối với hầm trong đất sét, giá trị của K nằm trong khoảng K = 0.4 đến 0.7. Khi chưa có giá trị tham khảo từ công trình hầm tương tự tại địa phương, thì cần phân tích đường cong lún mặt đất theo giá trị K trong khoảng này.

Đối với hầm nằm trong đất cát thì giá trị của K nằm trong khoảng 0.25 đến 0.45. Nếu các thông số chính của địa chất cát là tương tự với điều kiện địa chất tại tuyến số 1 thì có thể thu hẹp lại khoảng giá trị của K với giá trị tham khảo từ đề tài là K=0.345 đến 0.406. Giá trị thể tích mất mát đất thông thường được giới hạn trong 1% và đây cũng là giá trị thường được sử dụng trong hợp đồng giữa chủ£phạm vi VL đầu tư và nhà thầu.

Phương pháp cải tiến được kiến nghị từ đề tài dựa trên phương pháp khoảng hở cho thấy kết quả tính toán được cải thiện với đường cong lún tính toán gần đúng với quan trắc thực tế về độ lún do thi công hầm gây ra trong đất cát tại tuyến số 1. Do đó, phương pháp này là phù hợp để tính toán ảnh hưởng của thi công hầm trong đất cát cho các tuyến có hầm được đặt trong đất cát (ví dụ như tuyến số 2 đoạn từ Bến Thành đến Tao Đàn).

Đối với hầm thi công trong điều kiện địa chất đất sét thì cần thận trong vì bề rộng của đường cong lún tính toán thường lớn hơn so với kết quả lún thực tế. Điều này có thể dẫn đến độ lún tính toán lớn nhất sẽ nhỏ hơn độ lún do thi công hầm gây ra.

Nhằm hạn chế sai khác của độ lún tính toán từ phương pháp phần tử hữu hạn thì trong quá trình thi công hầm, số liệu quan trắc độ lún cần được thu thập, phân tích để hiệu chỉnh và cải thiện mô hình cho các dự đoán của quá trình thi công tiếp theo.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16994/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)