Luận án giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam

Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây cùng với tốc độ phát triển của đất nước, kết cấu hạ tầng được nhà nước chú trọng đầu tư. Hiện nay, nước ta đã và đang thi công xây dựng rất nhiều công trình đường hầm giao thông, thủy điện như các công trình đường hầm đèo Hải Vân, hầm Nậm Chiến, hầm thuỷ điện A Vương, hầm Đèo Cả. để phục vụ đời sống dân sinh. Đặc biệt tại hai thành phố lớn là thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đang tiến hành thi công xây dựng các tuyến tàu điện ngầm đầu tiên.

Theo quy hoạch, tại thành phố Hà Nội mạng lưới đường sắt đô thị đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 gồm 08 tuyến. Hiện nay đang thi công xây dựng tuyến số 3 (Nhổn - Ga Hà Nội), tuyến này có đoạn đi ngầm từ Trường đại học Giao thông vận tải đến Ga Hà Nội dài khoảng 4 km. Hồ Chí Minh theo quy hoạch mạng lưới đường sắt đô thị đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 gồm 06 tuyến, hiện nay đang thi công xây dựng tuyến số 1 (Bến Thành - Suối Tiên) dài 19,7 km, trong đó có khoảng 2,6 Km đi ngầm. Các công trình đường hầm giao thông này được xây dựng với mục đích cải thiện điều kiện của các tuyến đường giao thông, giảm ách tắc trong các thành phố lớn.

Trong tương lai, nước ta sẽ thi công nhiều công trình đường hầm quy mô lớn và vận hành phức tạp. Đặc điểm của việc thi công xây dựng các công trình đường hầm là thi công liên hoàn bao gồm: Đào hầm - Gia cố vỏ hầm - Hoàn thiện vỏ hầm. Quá trình thi công và độ chính xác xây dựng công trình đường hầm phụ thuộc vào công tác trắc địa định hướng hầm. Như vậy công tác trắc địa định hướng hầm có ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ thi công và độ chính xác xây dựng công trình hầm, đặc biệt khi áp dụng công nghệ TBM.

Do vậy vấn đề thành lập cơ sở trắc địa cho việc định hướng các công trình đường hầm có ý nghĩa quan trọng 2 đối với chất lượng thi công xây dựng công trình ngầm. Tuy nhiên cho đến nay, chúng ta chưa có các Quy chuẩn về trắc địa công trình nói chung cũng như quy chuẩn kỹ thuật về Trắc địa công trình trong thi công đường hầm nói riêng, những Tiêu chuẩn đã có chỉ đề cập đến phương pháp trắc địa truyền thống còn các phương pháp trắc địa hiện đại thì chưa được cập nhật, đặc biệt là trong thi công xây dựng bằng công nghệ mới, định hướng các công trình phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao như công tác trắc địa trong thi công công trình tàu điện ngầm. Vì vậy, nội dung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình ngầm là rất cần thiết và phù hợp với thực tiễn ở Việt Nam hiện nay. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích của luận án nhằm nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác định hướng đường hầm khi thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam trong giai đoạn thi công xây dựng.

- Đối tượng nghiên cứu là các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: Tính toán độ chính xác yêu cầu định hướng đường hầm khi thi công xây dựng các công trình hầm đối hướng; nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm có độ sâu nhỏ hơn 100 m; nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công đường hầm bằng công nghệ TBM. Nội dung nghiên cứu 1- Nghiên cứu xác lập các yêu cầu độ chính xác cho công tác định hướng hầm khi thi công các công trình hầm đối hướng ở Việt Nam. 3 2- Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. 3- Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công hầm bằng công nghệ TBM.

Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng internet và các thư viện. - Phương pháp phân tích: Phân tích có lôgíc các tư liệu, số liệu làm cơ sở để giải quyết các vấn đề đặt ra. - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, khả thi và đi đến kết luận. - Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp.

- Phương pháp ứng dụng tin học: Xây dựng các thuật toán và lập các chương trình tính toán trên máy tính. - Phương pháp toán học: Tập hợp các quy luật, định lý toán học để chứng minh một số công thức phục vụ cho việc tính toán. - Phương pháp chuyên gia: Tiếp thu ý kiến của người hướng dẫn, tham khảo ý kiến các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện kỹ thuật định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam.

Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình ngầm ở Việt Nam trong giai đoạn thi công xây dựng ở thực tế sản xuất; 4 Góp phần phục vụ ngành xây dựng Việt Nam nói chung và ngành xây dựng công trình ngầm nói riêng ngày càng hiệu quả và an toàn. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm thứ nhất: Để đảm bảo độ chính xác thi công xây dựng các công trình đường hầm theo đúng thiết kế, cần phải nghiên cứu xác định độ chính xác định hướng hầm theo các hạn sai cho phép trong thi công xây dựng các công trình hầm đối hướng. Luận điểm thứ hai: Áp dụng các giải pháp công nghệ và thiết bị đo đạc tiên tiến vào công tác định hướng hầm cho phép nâng cao hiệu quả và đảm bảo tiến độ thi công xây dựng các công trình hầm. Luận điểm thứ ba: Khi thi công xây dựng đường hầm bằng công nghệ TBM cần phải thành lập dạng lưới khống chế đặc biệt trong hầm và ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của quá trình thi công hầm bằng công nghệ này.

Các điểm mới của luận án 1- Đã xây dựng cơ sở khoa học xác định hạn sai cho phép của các yếu tố định hướng hầm. Từ đó có thể xác định được độ chính xác cần thiết các yếu tố định hướng hầm trên cơ sở ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. 2- Đã nghiên cứu, đề xuất ứng dụng một số giải pháp kỹ thuật và công nghệ tiên tiến vào quá trình định hướng hầm (Ứng dụng máy chiếu đứng để chuyền tọa độ, phương vị xuống hầm; sử dụng các loại máy đo dài điện tử để chuyền độ cao xuống hầm; ứng dụng máy kinh vĩ con quay khi thành lập lưới khống chế trong hầm…). Kết quả nghiên cứu các ứng dụng này cho phép nâng cao độ chính xác và tính hiệu quả công tác trắc địa khi thi công các công trình hầm đối hướng.

5 3- Đã nghiên cứu phương pháp thiết kế và thành lập lưới khống chế trong hầm ở dạng lưới đường chuyền kép, thành lập các công thức dùng để kiểm tra các yếu tố kỹ thuật của lưới đường chuyền kép khi thành lập lưới khống chế thi công trong hầm. Điều này cho phép triển khai ứng dụng một cách rộng rãi dạng lưới khống chế đặc biệt này vào quá trình thi công hầm bằng công nghệ TBM ở Việt Nam. Cấu trúc và nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan về luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, phương pháp, nội dung nghiên cứu của luận án, đồng thời đưa ra các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án. Phần nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong 04 chương: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm.

Chương 2: Nghiên cứu xác lập các yêu cầu độ chính xác cho công tác định hướng hầm khi thi công các công trình hầm đối hướng ở Việt Nam. Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình hầm ở Việt Nam. Chương 4: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ chính xác thi công hầm bằng công nghệ TBM. Phần kết luận: Tổng hợp lại những vấn đề nghiên cứu trong luận án, đưa ra những nhận xét, đánh giá các giải pháp nâng cao hiệu quả định hướng đường hầm trong thi công xây dựng các công trình ngầm ở Việt Nam cũng như định hướng cho phát triển trong tương lai.

Lời cảm ơn Trước hết, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Viết Tuấn, PGS. TS Nguyễn Quang Thắng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn thành các nội dung của luận án. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai - Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các đồng nghiệp trong ngành Trắc địa và đặc biệt là các Thầy, Cô trong bộ môn Trắc địa công trình đã giúp đỡ và có những ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả hoàn thiện nội dung của luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Viện KHCN Xây dựng - Bộ Xây dựng đã tận tình giúp đỡ cho tác giả được tiếp cận và tham gia vào thực tế sản xuất để có được các số liệu thực nghiệm trong luận án.

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó. 7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG HẦM TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH HẦM 1. CÔNG NGHỆ THI CÔNG XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH HẦM Ở VIỆT NAM 1.