TÍNH TOÁN LÚN BỀ MẶT GÂY RA BỞI THI CÔNG
CÔNG TRÌNH NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KÍCH ĐẨY

KS. BÙI THANH MAI
TS. NGÔ ĐĂNG QUANG
TS. NGUYỄN XUÂN HUY
Bộ môn Kết cấu xây dựng
Viện Khoa học và Công nghệ xây dựng giao thông
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số nguyên nhân và phương pháp xác định lún bề mặt
trong quá trình thi công và khai thác công trình ngầm (CTN) được thi công theo công nghệ
kích đẩy. Một số kết quả tính toán cho một CTN cụ thể đang được thi công tại thành phố
Hồ Chí Minh cũng sẽ được giới thiệu.
Summary: The article introduces some causes and methods of estimating the face
stability and the surface settlement induced during building and operating underground works
using pipe-jacking technology. Some results of a cacultion for an underground works
presently carried out in Ho Chi Minh city are also presented.

I. MỞ ĐẦU
Các công trình ngầm (CTN) trong đô thị ngày càng trở nên phổ biến và đóng vai trò quan
trọng trong cuộc sống hiện đại. Có nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau được sử dụng để xây
dựng những công trình này. Hai kỹ thuật chính được sử dụng để xây dựng các CTN đô thị là kỹ
thuật đào hở và kỹ thuật đào kín. Mỗi công nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng,
phù hợp với các loại công trình ngầm khác nhau. Kỹ thuật đào kín tỏ ra đặc biệt có hiệu quả khi
thi công các CTN trong đô thị đặt sâu. Đối với các CTN dạng trọng lực, kĩ thuật kích đẩy ống
(thuộc nhóm kỹ thuật đào kín) là một lựa chọn thích hợp [3].
Một vấn đề chung được đặt ra đối với việc xây dựng các CTN là sự ảnh hưởng của nó đối
với môi trường xung quanh trong và sau quá trình thi công. Việc xác định lún bề mặt là vấn đề
rất quan trọng cần được quan tâm khi xây dựng CTN, đặc biệt là các CTN được xây dựng trong
đô thị do có rất nhiều các công trình kiến trúc, nhà cửa, kết cấu hạ tầng kỹ thuật v.v… nằm lân

- Lún dọc theo trục khiên đào (đoạn b): Do 2 nguyên nhân chủ yếu là do khoảng hở giữa
khối đất và thành máy khiên đào và ma sát giữa khiên đào với khối đất;
- Lún tại đuôi khiên đào (đoạn c): Do một khoảng hở phát triển giữa đuôi khiên đào với
khối đất bao quanh;
- Lún liên quan đến biến dạng của lớp vỏ hầm (đoạn d): Các phân đốt bê tông đúc sẵn được
lắp đặt phía trong lớp vỏ khiên ở phía đuôi có thể bị biến dạng khi chịu lực đẩy của kích và áp
lực đất, gây lún bề mặt.
2. Các phương pháp tính lún
Có hai phương pháp tính lún bề mặt đất đang được sử dụng phổ biến là (1) phương pháp
kinh nghiệm và bán kinh nghiệm/giải tích dựa trên các công thức kinh nghiệm được rút ra từ kết
quả quan trắc tại các công trình cũ và đã được chứng minh là tương đối phù hợp qua các ứng
dụng thực tế và (2) phương pháp số (chủ yếu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn) là phương
pháp khá phổ biến hiện nay, hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên.
2.1. Phương pháp giải thích (phương pháp kinh nghiệm và bán kinh nghiệm) [1,2]
Có rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để xây dựng phương trình xác định lún bề mặt
như các nghiên cứu của Peck và Schmidt, Cording và Hansmire, Atkinson và Potts, Attewell và
Woodman, O’Reilly và New, v.v…
Có thể tổng kết về tính lún thẳng đứng theo phương pháp giải tích như sau:
a. Lún thẳng đứng theo phương vuông góc với CTN
Các tác giả đều đề xuất giả thiết máng lún có dạng đường cong phân phối chuẩn (hình 4).
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=

trị i phụ thuộc vào kích thước (đường kính) CTN, điều kiện địa chất và đặc biệt là độ sâu đặt
CTN (H).
b. Lún dọc trục CTN
Hiện nay, những nghiên cứu xung quanh việc xác định đường cong lún theo phương dọc
trục CTN còn rất hạn chế. Theo Attewell và Woodman [5], độ lún tại vị trí mặt gương đào có
thể lấy gần bằng 1/2 độ lớn cuối cùng (hình 5).
Độ lún tại một điểm dọc trục CTN có thể được tính theo công thức:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
ν=ν
i
x
FS)x(S
max,0y
(2)
Trong đó:
∫
∞−
−
π
=φ
x
i2
x

với không gian còn lại xung quanh.
Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số phổ thông nhất trong việc ước tính lún bề
mặt do thi công hầm. Khi mô hình hoá và dự báo phát triển lún bề mặt bằng một phần mềm địa
kỹ thuật chuyên dụng, cần có các số liệu đầu vào như: kích thước hình học; tính chất vật liệu
của hệ thống chống đỡ, phương pháp thi công, điều kiện địa chất,… Các kết quả đầu ra, ngoài
biến dạng lún mặt đất, còn bao gồm cả nội lực trong vỏ hầm (lực dọc và mô men uốn dùng để
thiết kế cốt thép trong vỏ hầm), và các sơ đồ phân bố ứng suất.
Mục đích phân tích sẽ quyết định việc lựa chọn phần tử, kích thước và mức độ phức tạp
của mô hình. Các phần tử hữu hạn nên được lựa chọn sao cho có thể mô hình hoá một cách gần
đúng nhất sự làm việc thực tế của đất đá mà không quá phức tạp, vượt quá khả năng của các
công cụ tính toán thông thường.
Hiện nay, trên thế giới đang có rất nhiều phần mềm tính toán, phân tích địa kỹ thuật khác
nhau như GTS, Plaxis, v.v. Mỗi phần mềm đều có những điểm mạnh, điểm yếu khác nhau và,
do đó, được áp dụng thích hợp cho những lĩnh vực khác nhau.
- Plaxis 3D Tunnel: là một phần mềm trong họ các phần mềm PLAXIS của hãng PLAXIS
(Hà Lan). Đây là phần mềm địa kỹ thuật được phát triển cho mục đích tính toán biến dạng và ổn
định ở dạng 3D các kết cấu hầm.

- midasGTS: midasGTS – Geotechnical & Tunnel Analysis System là một hệ thống phần
mềm tính toán địa kỹ thuật và hầm được hai hãng phần mềm hàng đầu thế giới là MIDAS IT
(Hàn Quốc) và ADINA (Hà Lan) hợp tác phát triển. Theo công bố của nhà sản xuất, GTS có
khả năng tính toán, phân tích hầu hết các bài toán phổ biến trong lĩnh vực địa kỹ thuật dựa trên
phương pháp phần tử hữu hạn với các mô hình 2D và 3D.
IV. VÍ DỤ ÁP DỤNG
Ví dụ sau trình bày kết quả áp dụng phương pháp t
1. Các số liệu của ví dụ
Trong phần này, một dự án lắp đặt hệ thống cấp nước ngầm trong nội thành thành phố Hồ
Chí Minh bằng phương pháp kích đẩy được sử dụng làm ví dụ tính toán. Dự án này được thực
hiện trong hai năm 2005 – 2006 do Sở tài nguyên và môi trường thành phố Hồ Chí Minh phối
hợp cùng công ty NISHIMATSU.

nhận. Các phần tử này có dạng tam giác hoặc tứ giác. Tại vị trí gần giếng kích đẩy, giếng nhận
cũng như vị trí đặt hầm, có sự tập trung ứng suất, các phần tử hữu hạn được chia nhỏ hơn so với
các phần tử đất đá ở xa.
Do các bước thi công kích đẩy là giống nhau nên sau khi mô hình hoá được một đốt hầm,
sẽ sử dụng lệnh “extrude” để tạo các đốt hầm còn lại.

Hình 6. Lưới phần tử trên mô hình 3D Hình 7. Lưới phần tử trên mặt cắt ngang
b. Phân tích kết quả -4.486E-4
4.131E-4
4.131E-4
-4.486E-4

Hình 8. Biểu đồ chuyển vị theo phương
thẳng đứng (lún) tại đốt 1Hình 9. Phóng đại để quan sát
hình dạng máng lún

Một số kết quả đặc trưng khi phân tích quá trình xây dựng công trình ngầm bằng phương
pháp kích đẩy theo phương pháp số: phễu lún có hình dạng của đường cong phân phối chuẩn
giống như giả thiết đã được sử dụng trong phương pháp giải tích, giá trị chuyển vị lớn nhất xác

định được là S

Khi tính toán lún bề mặt nên sử dụng kết hợp cả phương pháp giải tích và phương pháp số.
Tuy nhiên, những phương pháp trên đây mới là những kết quả ban đầu. Cần phải có các số liệu
đo đạc tại hiện trường để có thể đánh giá được mức độ chính xác của các phương pháp tính đã
được sử dụng trên đây.
Tài liệu tham khảo
[1]. Eric Leca, Animatuer, Barry New. General Reporter, Settlement induced by tunnelling in soft ground,
ITA/AITES Report 2006.
[2]. Takahiro Aoyagi (1995). Representing Settlement for Soft Ground Tunneling, Master thesis.
Massachusetts Institute of Technology.
[3]. Thomson James (1995). Pipe Jacking and Microtunnelling, Blackie Academic & Professional,
London.
[4]. W. Broere (2001). Tunnel Face Stability & New CPT Applications, Hà Lan.
[5]. John Pickhaver. Numerical Modelling of building response to tunnelling, Thesis at University of
Oxford.
[6]. GTS Analysis Reference.
[7]. Jean-Francois Serratrice & Jean Pierre Magnan. Surface settlement analysis and prediction during
construction of the Toulon Underground Crossing’s nothern tunnel, Pháp.
[8]. F.X. Borghi. Soil conditioning for pipe- jacking and tunnelling, University of Cambridge.
[9]. ASCE (1999). Standard Construction Guidelines for Microtunnelling, American Society of Civil
Engineers, Public Ballot, Rev. 8, July♦