Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

1
Một số vấn đề về quản lý rủi ro và lún mặt
đất cho Dự án tuyến đường sắt đô thị thí điểm
TP. Hà Nội
Th.S Nguyễn Đức Toản; TS. Lưu Xuân Hùng
Ban Dự án Đường sắt Đô thị Hà Nội

LỜI GIỚI THIỆU CHUNG
Các kỹ sư Việt Nam đã có khá nhiều kinh nghiệm trong phương pháp làm hầm truyền
thống trong mấy thập kỷ vừa qua. Nhưng kinh nghiệm về làm hầm bằng máy khoan
hầm toàn tiết diện, đặc biệt là trong các vùng đô thị, là chưa được như vậy.
Trong khi đó, ngành công nghiệp hầm thế giới nói chung đã có những bước phát triển
mạnh. Những vấn đề lớn như độ bền vững, kh
ả năng phục vụ, tính khả thi về mặt kỹ
thuật và tính khả xây dựng hầu như đã có thể được giải quyết. Các thành tựu về công
nghệ cũng cho phép có được tốc độ đào hầm lớn và thực hiện được những hầm rất dài.
Đặc biệt, những bước đột phá mới nhất là thuộc về công nghệ xây dựng hầm bằng cơ
giới toàn ti
ết diện. Nếu như đánh giá và lựa chọn được một cách đúng đắn các máy
khoan hầm (TBM) dùng khiên hiện đại, thì có thể thi công được các đường hầm xuyên
qua hầu như bất kỳ loại đất đá nào. Ngoài ra, nếu hiểu rõ và áp dụng được các biện pháp
kỹ thuật tiên tiến, thì hầu như có thể hoàn toàn tránh được những sự sụt lún mặt đất lớn.
Do đó, các quốc gia đang phát triển như Việ
t Nam không thể đứng bên lề lâu hơn nữa
trước tất cả những sự tiến bộ về công nghệ và chuyển biến về kinh tế đó, khi xét trong
bối cảnh toàn cầu hóa, khi mà các nhu cầu phát triển của quốc gia được coi trọng thích
đáng.
Nước ta có hàng trăm trung tâm đô thị với hơn 20 triệu người sinh sống, đạt 26% trên
tổng số dân hơn 83 triệu người. Các thành phố lớn nhất như Hà N

2
, thuộc Ủy ban Nhân dân
Thành phố Hà Nội (HPC).
Dự án Tuyến đường sắt đô thị thí điểm Thành phố Hà Nội, đoạn Nhổn - Ga Hà Nội là
trục chính theo hướng Đông - Tây của Thành phố. Theo kết quả khảo sát vào giờ cao
điểm lưu lượng người tham gia giao thông trên đường Kim Mã là 37.600 người/ hai
hướng/ giờ, đường Cát Linh là 25.380 người/ hai hướng/giờ. Lưu lượng này đã vượt
quá khả năng thông qua trên mặt cắ
t giao thông. Tình trạng ùn tắc giao thông sẽ xảy ra
rất nghiêm trọng vào những năm tới khi lượng ôtô cá nhân được sử dụng ngày càng
tăng.
Theo dự báo lưu lượng người tham gia giao thông đến năm 2010 vào giờ cao điểm trên
đường Kim Mã sẽ là 50.000 đến 60.000 người/hai hướng/giờ. Do vậy, việc đưa vào vận
hành Tuyến đường sắt đô thị thí điểm là rất cần thiết, giải quyết cơ bản tình trạng ùn t
ắc
giao thông do quá tải, tình trạng ô nhiễm do khí thải và đặc biệt đảm bảo an toàn cao
cho người tham gia giao thông.
Tuyến đường sắt đô thị thí điểm đi theo lộ trình sau: điểm đầu Nhổn (theo Quốc lộ 32)
- Cầu Diễn - Mai Dịch - Nút giao với đường Vành đai 3 - Cầu Giấy - Kim Mã - Núi
Trúc - Giảng Võ - Cát Linh - Quốc Tử Giám - ga Hà Nội - điểm cuối trên đường Trần
Hưng Đạo (trước ga Hà Nội).
Tổng chi
ều dài tuyến 12,5 Km + 0,2 Km đường dẫn vào Depot tại Nhổn, trong đó: đoạn
đi trên cao dài 9,8 Km (gồm cả 0,2 km đường dẫn), đoạn đi ngầm dài 2,9 Km. Giai
đoạn 2 của dự án sẽ xây dựng tiếp đoạn đi ngầm từ Ga Hà Nội đến Bác Cổ gần Nhà hát
lớn.
Tổ hợp Đề-pô của dự án đã được khởi công vào ngày 27/12/2006. Tuyến chính của dự
án dự kiến sẽ hoàn thành thi
ết kế chi tiết sớm và tiến hành thi công trong năm 2007,
nhằm hoàn thành vào năm 2010 nhân dịp đại lễ kỷ niệm một ngàn (1000) năm Thăng

cứu/lập ra một chỉ dẫn về phương pháp xây dựng đơ
n giá, dự toán và quản lý dự toán
trong các giai đoạn quy hoạch, lập chương trình, và tiền xây dựng, nhằm đạt được một
sự nhất quán và chính xác cao giữa việc quy hoạch, lập chương trình và thiết kế cơ sở,
và thiết kế cuối cùng. Chỉ dẫn này, nếu có được, sẽ phải khảo sát/cung cấp được các
chiến lược, phương pháp, và công cụ thích hợp nhằm thiết lập, theo dõi, và lập hồ sơ
cho tất cả các việc xây dựng đơn giá, dự toán mang tính thực tế trong từng giai đoạn của
toàn bộ quá trình.
Đối với việc xây dựng các đoạn ngầm của Tuyến đường sắt đô thị thí điểm Thành phố
Hà Nội, đang có sự ưu tiên cho việc lựa chọn loại/công nghệ TBM phù hợp, bằng
phương thức thuê máy hoặc mua lại máy cũ đã qua tân trang. Phần dưới đ
ây sẽ trình
bày về quản lý rủi ro cho phương án áp dụng TBM.
2.1 Các trường hợp gây khó khăn khi đào hầm bằng TBM trong đất
Sự hoạt động của TBM sẽ chịu ảnh hưởng của chất lượng đất đá, kiểu/loại máy lựa
chọn và đường kính hầm. Những tiến bộ về công nghệ và tính tin cậy của TBM đã
khiến cho nhiều hầm được khoan đào một cách thành công qua các đ
iều kiện địa chất
mà trước đây từng được cho là khó khăn. Tuy nhiên, các trường hợp gây khó khăn phát
sinh khi tiến hành đào hầm bằng TBM vẫn không hề biến mất hẳn. Trong khi khoan
đào, tình hình có thể trở nên xấu đi nghiêm trọng tại bất cứ thời điểm nào, theo từng
mét chiều dài tiến sâu, và dưới các tình huống đa dạng.
Theo giáo sư Kovari (2004), các nhân tố rủi ro cao của đào hầm trong các vùng đô thị
bao gồm:
• Lớp đất phủ mỏng: Trong trường hợp đường kính hầm lớn thì có thể phát sinh các
chuyển dịch đất (lún) và sập lở lan đến tận trên mặt đất.
• Các kết cấu hiện hữu kế bên: Sự nhạy cảm của các công trình kế bên đối với lún
mặt đất, và những hư hỏng tiềm tàng gây bởi sập lở, có thể biến động trong một dải
rất rộng. Ngoài việc theo dõi quan trắc trên mặt đất để kiểm soát các tác động/hậu
quả và những hư hại tiềm tàng đối với các công trình nhà cửa, công trình kỹ thuật

• Công nghệ bơm vữa gia cố hiện đại
• Quản lý rủi ro tin cậy
2.2 Quản lý rủi ro cho hầm
Kỹ thuật làm hầm không phải là một công nghệ phi rủi ro. Việc ch
ọn được phương
pháp thi công "đúng đắn", với các bên tham gia thi công có kinh nghiệm "phù hợp", là
rất quan trọng để đảm bảo cho sự thành công.
Việc xây dựng hầm và công trình ngầm bị tác động bởi các rủi ro tiềm tàng không chỉ
đối với các bên trực tiếp tham gia vào công việc (chủ đầu tư, tư vấn, nhà thầu, nhà cung
cấp), mà còn đối với cả công chúng, đặc biệt là ở các khu đô thị. Các dự án công trình
ngầm ngày nay phải xét tới r
ất nhiều yếu tố về môi trường và chính trị hậu trường,
những yếu tố này góp thêm phần phức tạp tổng thể cho một dự án nhất định. Chính điều
này tạo nên nhu cầu phải quản lý rủi ro.
Theo định nghĩa, rủi ro gồm hai thành phần: xác suất xảy ra w và lượng thiệt hại D. Về
đánh giá định lượng, tích số của hai yếu tố này sẽ cho ta r
ủi ro: R = w x D. Một rủi ro
ban đầu có thể được giảm đi bằng cách làm giảm xác suất xảy ra và giảm tác động của
nó. Rõ ràng, các rủi ro còn lại (rủi ro cuối cùng) là không thể tránh khỏi, và chúng phải
được chia sẻ giữa các bên tham gia và phải được kiểm soát một cách có hệ thống bằng
các biện pháp đề phòng.
Theo Hội Công trình ngầm Quốc tế (ITA, 2004), có một số dạng rủi ro sau đây:
- rủi ro vượt quá vốn
đầu tư cho phép
- rủi ro chậm trễ tiến độ công việc
- các rủi ro về môi trường
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

5
- rủi ro về các vụ sập lở hầm tai tiếng lớn, và các thảm họa khác (khả năng xảy ra

các tài liệ
u hợp đồng chính, cũng như trong tài liệu hợp đồng thầu phụ; và (iii) đưa vào
trong hợp đồng các điều khoản về rủi ro. Rủi ro về các điều kiện địa chất không lường
trước (các điều kiện hiện trường thay đổi) và các tranh chấp khiếu kiện về mặt hợp đồng
sẽ phải được xem xét cẩn thận; những việc này có thể được quả
n trị một cách có hiệu
quả nhờ một Hội đồng Giải quyết Tranh chấp (DRB).
Các công cụ hữu ích khác gồm có: Phương pháp đánh giá chi phí-rủi ro (ví dụ, Quá
trình Thẩm định Dự toán Chi phí - CEVP), và một công cụ giúp ra quyết định trong xây
dựng hầm (Trợ giúp Quyết định trong Làm hầm - DAT).
Quá trình Thẩm định Dự toán Chi phí (CEVP) xây dựng một mô hình về chi phí và tiến
độ dựa trên xác suất thống kê nhằm xác định một cách toàn diện và nhất quán các dả
i
giá trị biến thiên có thể có của chi phí và tiến độ cần để hoàn thành mỗi dự án, bằng
cách xét đến tất cả các lượng không chắc chắn (sự không chắc chắn bao gồm cả rủi ro
lẫn cơ hội có lợi) (Reilly, 2005).
Trợ giúp Quyết định trong Làm hầm (DAT) giúp đưa ra các quyết định hợp lý hơn, đầy
đủ thông tin hơn, và hiệu quả hơn cho việc thiết kế và thi công hầm. Yếu tố quan tr
ọng
nhất của DAT là khả năng xem xét được nhiều nguồn khác nhau của các thông số biến
thiên và những sự không chắc chắn về địa kỹ thuật và thi công.
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

6
Cả Kế hoạch Quản lý Rủi ro (RPM) và Trợ giúp Quyết định trong Làm hầm (DAT) đã
được áp dụng một cách thành công trong những năm gần đây cho một loạt các dự án
hầm quan trọng có chiều dài và độ sâu lớn, như hầm trên tuyến đường sắt cao tốc
California - Mỹ, các hầm đường sắt cao tốc Pajares và Guadarrama ở Tây Ban Nha,
hầm tuyến đường sắt cao tốc mới Lyon-Turin nối Pháp và Italia (Grasso, 2001).
Có thể tham khảo kinh nghiệm dưới

án, theo tiêu chuẩn/tham số
kỹ thuật ít nhất, nhằm đảm bảo độ tin cậy của chúng về các
mặt tính năng làm việc và kiểm soát lún đất. Chúng phải được thiết kế sao cho bao quát
được hết dải điều kiện địa chất đã dự kiến.
Các thủ tục quản lý rủi ro phải được quy định nhằm bao quát được mọi rủi ro có thể;
chuẩn bị các biện pháp để đối phó với các rủ
i ro đó, bao gồm cả việc ước tính chi phí xử
lý tương ứng. Các rủi ro phải được xem xét nghiên cứu ngay từ các bước ban đầu của
dự án hầm, trải từ quá trình xây lắp cho đến vận hành công trình. Phải quy định và phân
bổ ngân sách cho quản lý rủi ro trong các tài liệu đấu thầu và trong các yêu cầu của hợp
đồng.

Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

7
3. Lún mặt đất do hoạt động đào hầm
3.1 Khái quát
Mọi việc đào dưới ngầm đều gây ra chuyển dịch đất. Nói cách khác, chuyển dịch đất là
một kết quả không thể tránh khỏi của việc xây dựng một đường hầm. Đặc biệt, những
chuyển dịch này biểu hiện rõ nhất thành sự biến dạng lún mặt đất.
Thể tích đào đất phụ thêm lớn hơn so với thể tích khoảng trống cần thi
ết để cho hầm
chiếm chỗ được gọi là "hao hụt thể tích nền đất" hay "mất mát đất". Nó thường được
biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm của diện tích thiết diện đào hầm (V
L
). Một phần của lượng
mất mát về đất xung quanh hang hầm này sẽ phát triển lên đến bề mặt, gây ra máng lún
(thể tích máng lún trên đơn vị chiều dài theo hướng trục hầm gọi là V
S
).

chứng minh tốt qua ứng dụng thực tế, dựa trên các công thức kinh nghiệm được rút ra
từ các kết quả quan trắc tại các công trình cũ; và (2) phương pháp số, mà chủ yếu là
phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), là phương pháp khá phổ biến hiện nay.
3.2 Các cách tiếp cận về kiểm soát lún
Sự có mặt của một công trình trên mặt đất thường làm thay đổi biên dạng lún, do bởi sự
tương tác giữa đất nền và kết cấu. Nếu các lượng lún không đều (lún lệch) là đủ lớn thì
chúng có thể
làm hư hại công trình.
Sau đây là trình tự xem xét thực thi để giảm thiểu biến dạng lún gây ảnh hưởng cho
công trình phía trên hầm:
¾ Tính toán/dự báo biến dạng lún;
¾ Theo dõi quan trắc;
¾ Các công tác bảo vệ phòng ngừa;
¾ Các khảo sát hiện trạng/hư hại công trình cũ; và
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

8
¾ Các biện pháp sửa chữa công trình cũ.
Lún mặt đất gây bởi đào hầm có thể được giảm nhẹ và kiểm soát bằng cách áp dụng các
biện pháp bảo vệ sau đây [2]:
• Kỹ thuật thi công hầm tốt (bao gồm: làm việc liên tục, lắp dựng vỏ hầm ngay
sau khi đào đất, và kiểm soát chặt chẽ quá trình thi công hầm nhằm giảm độ lớn của
lún);
• Các biện pháp từ
gốc (bao gồm mọi hoạt động thực hiện từ bên trong lòng hầm
trong quá trình thi công nhằm giảm độ lớn của chuyển dịch đất phát sinh tại nguồn,
chẳng hạn như ổn định hóa gương đào, bơm vữa lấp khoảng trống xung quanh vỏ hầm
tại đuôi khiên, v.v…);
• Các biện pháp xử lý gia cố nền đất (như bơm vữa thâm nhập gia cố, bơ
m vữa

exp
2
y
SS
i
⎛⎞
−
=
⎜⎟
⎝⎠

o
iKz= (O’Reilly & New, 1982)
trong đó,
S = độ lún bề mặt lý thuyết (là hàm sai số Gauss, hoặc đường cong xác suất
chuẩn)
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

9

Hình 1: Máng lún bề mặt (theo Peck, 1969)
S
max
= độ lún bề mặt lớn nhất (phía trên trục hầm, tức là, chiều sâu máng lún)
exp = hàm số mũ e
x
, trong đó e gần bằng 2.718 và là cơ số của hàm số lôgarit tự
nhiên
y = khoảng cách ngang kể từ tim hầm
i = độ lệch tiêu chuẩn của đường cong (điểm uốn của đường cong), hoặc gọi là

+ 1.1 [m]; K = 0.4 ÷ 0.5 (cho các đất dính)
i = 0.28z
0
- 0.1 [m]; K = 0.25 ÷ 0.35 (cho các đất không dính)
V
L
có thể được tính toán theo các phương pháp thi công hầm như sau:
NATM:

Đất sét London → V
L
= 0.5% - 1.5%
giá trị này tương ứng khá tốt với kỹ thuật đào hầm bằng khiên có kiểm soát
Đào hầm gương hở

Sét cứng → V
L
= 1% và 2%
Đào hầm gương kín (khiên EPB hoặc Slurry):
Có thể đạt được mức độ kiểm soát lún rất
tốt.
Trong các loại cát → V
L
< 0.5% (có thể đạt được 0.35% bằng công nghệ đào hầm bằng
khiên Slurry và EPB).
Trong các đất sét → V
L
= 1% - 2% (không kể các lượng lún do cố kết)
Lún mặt đất, S
S

ữu nằm phía trên đường hầm.

4. Đánh giá hư hại đối với các công trình hiện hữu
Như đã biết, các loại công trình khác nhau sẽ bị ảnh hưởng theo những cách khác nhau
bởi máng lún. Như đã nói ở trên, một chiến lược nhằm giảm thiểu hư hại cho các tòa
nhà cũ liền kề gây bởi biến dạng lún nền đất do đào hầm sẽ bao gồm các công việc:
Tính toán/dự báo biến dạng lún; Theo dõi quan trắc; Các công tác bảo vệ phòng ngừa;
Các khảo sát hiện trạng/hư hại công trình cũ; và Các biện pháp s
ửa chữa công trình cũ.
Việc khảo sát chi tiết và chỉ dẫn áp dụng về các phương pháp đánh giá hư hại nhà cửa
gây ra bởi đào hầm không phải là chủ đề của bài báo này.
Tuy nhiên, có thể nói sơ qua rằng, các triết lý thiết kế đã sử dụng các kỹ thuật phân loại
công trình cũ theo xác suất của một ngưỡng nhất định về hư hại đang xét. Điều này dẫn
đế
n việc áp dụng một Quá trình Đánh giá theo Giai đoạn. Các tòa nhà hiện hữu đang xét
sẽ được xếp ra khỏi danh sách cần đánh giá tiếp, nếu thông qua các phép tính toán phân
tích ngày càng phức tạp hơn, mà thấy rằng chúng nằm trong phạm vi các mức độ rủi ro
có thể chấp nhận được (Chiriotti, 2006).
Sau đây là một số thông tin mà sẽ có ích cho quá trình đánh giá thực tế các công trình
cũ trong tương lai trong quá trình thực hiện các dự án vận tải đường sắt đ
ô thị tại Hà
Nội.
Ảnh hưởng của đào hầm đến móng cọc hiện hữu: Các công trình xây dựng cao tầng
(ví dụ hơn 10 tầng) xuất hiện khá nhiều ở Hà Nội trong thời gian gần đây (15 năm trở
lại). Số lượng các công trình có độ cao từ 12 đến 27 tầng là vào khoảng 50. Các loại
móng sử dụng ở Hà Nội được thể hiện trong Bảng 1 dưới đây.
Đa s
ố các công trình xây dựng thấp tầng ở Hà Nội được xây dựng trước những năm
1980 đều sử dụng hình thức đóng cọc tre hoặc xây gạch chân móng trên nền đất phù sa
hoặc sét phù sa. Vì vậy, các công trình này rất dễ bị ảnh hưởng, tác động và hư hại bởi


KẾT LUẬN
Bài viết này đã tập trung vào các khía cạnh rủi ro trong thi công hầm, đặc biệt là vấn đề
sụt lún trong các vùng đô thị, bởi đây là nhân tố quan trọng, thường gặp. Bài báo cũng
hướng tới việc ứng dụng cho các dự án nhưng chỉ dừng ở mức độ định tính. Hướng phát
triển hay nói cách khác là công việc tiếp theo cần giải quyết của bài báo này là định
lượng hóa các đánh giá rủi ro và sụt lún.
Triển vọ
ng thực hiện Dự án Tuyến đường sắt đô thị thí điểm, và các dự án khác
Loại dự án tàu điện ngầm kiểu này là được thực hiện lần đầu tiên ở Việt Nam. Sự lựa
chọn cuối cùng về công nghệ làm hầm bằng phương pháp truyền thống hay phương
pháp cơ giới TBM toàn tiết diện cho đoạn đi ngầm của Tuyến đường sắt đ
ô thị thí điểm
Thành phố Hà Nội, đoạn Nhổn - Ga Hà Nội vẫn còn đang để ngỏ. Trong bất cứ trường
hợp nào, cũng đều phải chú trọng đến việc quản lý rủi ro và quản lý dự án.
Đối với phương án TBM tiềm năng, việc tối ưu hóa thiết kế và thi công vỏ hầm lắp
ghép, trong tương quan chặt chẽ với việc lựa chọn và vận hành đ
úng đắn máy khoan
hầm TBM, là hai trong những mối quan tâm lớn của cả chủ đầu tư, tư vấn thiết kế và
nhà thầu thi công.
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

12
Cần có một sự nghiên cứu xem xét toàn diện thấu đáo và mang tính liên ngành nhằm
nhận được các phương án thi công hầm cơ giới TBM hấp dẫn và hiệu quả, nhằm mục
tiêu tiết kiệm cả về thời gian và chi phí. Các bên liên quan phải có hiểu biết về các cách
tiếp cận đúng đắn để ứng dụng hiệu quả công nghệ làm hầm cơ giới cho dự án hầm này.
Phương án TBM phải chứng tỏ
được là khả thi cả dưới góc độ vận hành lẫn kỹ thuật,
chấp nhận được về mặt môi trường và đáng giá để đầu tư.

WG17.
[4] Hanoi Authority for Tram and Public Transport Development Management
(HATD), 2006. Hanoi Pilot LRT Line - Feasibility Study Report, Hanoi,
November 2006.
[5] ITA-WG2. 2004. Guidelines for tunnelling risk management. International
Tunnelling Association, Working Group No. 2 - Research.
[6] Japan International Cooperation Agency (JICA), Hanoi People's Committee
(HPC), 2006. The Comprehensive Urban Development Program in Hanoi Capital
City (HAIDEP). Draft Final Report - Prefeasibility Study B: The UMRT 2 Line.
Báo cáo tại Hội thảo Hầm do ITA & ITST tổ chức Hà Nội, ngày 12/03/2007

13
Almec Co., Nippon Koei Co. Ltd., Yachiyo Engineering Co Hanoi, November
2006.
[7] Kovari K., Ramoni M. 2004. Urban tunnelling in soft ground using TBM's. Key
note lecture at International Congress on Mechanized Tunnelling: Challenging
Case Histories. Politecnico di Torino, Italy - 16-19 November 2004.
[8] Mair R.J., Taylor R.N. and Burland J.B. (1996). Prediction of ground movements
and assessment of risk of building damage due to bored tunnelling. In: Proc. of
the Int. Symp. on Geotech. Aspects of Underground Construction in Soft Ground,
713-718, Balkema, Rotterdam.
[9] New B.M, O'Reilly M.P. 1991. Tunnelling induced ground movements;
predicting their magnitude and effects. J.D. Geddes Ground movements and
structures, Proc. of 4
th
International Conference, University of Wales College of
Cardiff 1991, London. Pentech Press, 1992. pp. 671-697.
[10] Peck R.B. (1969). Deep excavations and tunneling in soft ground. Proceedings
7th International Conference. Soil Mechanics and Foundation Engineering,
Mexico, State-of-the-Art Volume, pp. 225-290.