Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm nước thải khiến các kênh mương, sông ngòi ở Hà Nội trở thành những
"Điểm chết" trong hệ thống xử lý nước thải đang gây mất mỹ quan đô thị và ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người dân Theo Sở Xây dựng Hà Nội, Thủ đô hiện chỉ có 7 nhà máy xử lý nước thải, đáp ứng 22% lượng nước thải hàng ngày, trong khi 78% còn lại đang được xả thẳng ra môi trường.
Tình trạng xả thải không qua xử lý đang phổ biến ở hầu hết các đô thị, với tỷ lệ bao phủ của hệ thống thoát nước chỉ đạt khoảng 50% và phần lớn đã xuống cấp Hiện tại, chỉ khoảng 15% nước thải đô thị được xử lý, trong khi phần còn lại xả thẳng vào các kênh, mương, sông, hồ nội thành, gây ô nhiễm nghiêm trọng Để giải quyết vấn đề này, cần thiết phải xây dựng hệ thống cống và hầm thu gom nước thải, dẫn nước về các nhà máy xử lý tập trung nhằm làm sạch trước khi xả ra nguồn nước.
Dự án xử lý nước thải Yên Xá tại Hà Nội bao gồm nhà máy có công suất 270.000 m3/ngày đêm và hệ thống cống thu gom nước thải dọc các sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét và một phần sông Nhuệ Nước thải sẽ được thu gom từ hệ thống cống và ống dẫn thông qua công nghệ khoan kích ngầm.
Phương pháp khoan kích ngầm, thuộc nhóm công nghệ thi công đào ngầm (Trenchless technology), cho phép thi công mà không cần cắt phá bề mặt Phương pháp này giúp thu gom nước thải qua các đường hầm và dẫn về nhà máy xử lý nước thải, tránh tình trạng xả thải trực tiếp ra sông, hồ, góp phần bảo vệ nguồn nước đô thị khỏi ô nhiễm.
Đề tài “Sử dụng phương pháp khoan kích ngầm thi công hầm thoát nước thải trong đô thị ở Hà Nội” mang lại giá trị khoa học và thiết thực, góp phần giải quyết vấn đề thoát nước thải trong khu vực đô thị.
Mục tiêu
Nghiên cứu áp dụng phương pháp khoan kích ngầm để xây dựng đường hầm dẫn nước thải trong đô thị
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu và phân tích các ứng dụng của phương pháp khoan kích ngầm trên thế giới cho thấy tiềm năng lớn trong việc xây dựng các đường hầm thoát nước thải Các phương pháp này không chỉ tối ưu hóa quy trình thi công mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh Việc áp dụng những công nghệ tiên tiến trong khoan kích ngầm có thể cải thiện hiệu quả và an toàn cho các dự án hạ tầng nước thải, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững.
- Thực hiện tính toán lực kích ống của đường hầm thi công theo phương pháp khoan kích ngầm
HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CỦA HÀ NỘI và các yêu cầu về thoát nước đô thị
Đặc điểm đô thị của Hà nội và nhu cầu cấp thiết về xử lý nước thải đô thị
Hà Nội, thành phố trực thuộc trung ương lớn nhất Việt Nam sau khi sáp nhập tỉnh Hà Tây, có dân số hơn 8 triệu người, đứng thứ hai cả nước Nằm trong đồng bằng sông Hồng phì nhiêu, Hà Nội đã trở thành trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa từ những ngày đầu lịch sử Việt Nam.
Điều kiện tự nhiên và kinh tế - khu vực dự án
Thủ đô Hà Nội nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, ở vị trí trong khoảng từ
20 0 25 ’ đến 21 0 23 ’ vĩ độ Bắc, 105 0 15 ’ đến 106 0 03 ’ kinh độ Đông
Thành phố Hà Nội được điều chỉnh mở rộng địa giới từ 1/8/2008 có diện tích tự nhiên 334.470,02ha Ranh giới Thành phố Hà Nội giới hạn bởi:
- Phía Bắc giáp tỉnh Thái Nguyên và Vĩnh Phúc
- Phía Nam giáp tỉnh Hà Nam và Hòa Bình
- Phía Đông giáp tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên
- Phía Tây giáp tỉnh Hòa Bình và Phú Thọ
2.1.2 Đặc điểm địa hình Đại bộ phận diện tích Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển Địa hình Hà Nội có thể chia ra làm hai bộ phận:
Vùng đồng bằng thấp và bằng phẳng, chủ yếu nằm ở các huyện, thị xã và quận nội thành, được hình thành từ các dòng sông với bãi bồi hiện đại và bãi bồi cao Giữa những bãi bồi này là các vùng trũng chứa hồ, đầm, là dấu vết của các dòng sông cổ, tạo thành các ô trũng tự nhiên Những khu vực này rất dễ bị ngập úng trong mùa mưa lũ và khi có mưa lớn, đặc biệt tại các huyện như Đông Anh, Gia Lâm, Thanh Trì, Thanh Oai, Quốc Oai, Chương Mỹ, Ứng Hòa và Mỹ Đức.
Hà Nội có hệ thống đê điều dọc theo các triền sông, được hình thành từ lâu đời để ngăn lũ Tuy nhiên, hệ thống này làm cho các cánh đồng trong đê không được bồi đắp phù sa hàng năm, dẫn đến việc cần xây dựng nhiều công trình thủy lợi để tưới tiêu nước.
Vùng đồi núi của Hà Nội chủ yếu nằm ở phía bắc và phía tây, bao gồm các huyện như Sóc Sơn, Thạch Thất, Ba Vì, Quốc Oai và Mỹ Đức, với những đỉnh núi cao nổi bật như Ba Vì (1296 m), Gia Dê (707 m) và Hàm Lợn (462 m) Trong khu vực nội thành, có một số gò đồi thấp như gò Đống Đa và núi Nùng Địa hình của thành phố Hà Nội dần thấp xuống từ Bắc đến Nam và từ Tây sang Đông, điều này được thể hiện rõ qua hướng chảy tự nhiên của các con sông chính trong khu vực.
Hà Nội, nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có khí hậu đặc trưng với mùa hè nóng ẩm và mưa nhiều, trong khi mùa đông lạnh và khô ráo Thành phố này trải qua bốn mùa rõ rệt: Xuân, Hạ, Thu, Đông, với mùa xuân bắt đầu từ tháng 2.
Hà Nội trải qua bốn mùa rõ rệt: mùa xuân từ tháng Giêng âm lịch đến tháng 4, mùa hè từ tháng 5 đến tháng 8 với thời tiết nóng bức và mưa nhiều, mùa thu từ tháng 8 đến tháng 10 với không khí dịu mát và lá vàng rơi, và mùa đông từ tháng 11 đến tháng Giêng năm sau, khi thời tiết trở nên lạnh giá và khô hanh Tuy nhiên, ranh giới giữa các mùa chỉ mang tính tương đối, vì có năm rét đến sớm, có năm rét muộn, và nhiệt độ có thể dao động từ 40°C đến dưới 5°C.
Hà Nội có lượng bức xạ mặt trời dồi dào suốt cả năm, với tổng bức xạ trung bình hàng năm khoảng 120 kcal/cm² Nhiệt độ trung bình năm đạt 24,9°C và độ ẩm dao động từ 80 - 82% Thành phố cũng nhận được lượng mưa trung bình trên 1700mm mỗi năm.
Hà Nội đã trải qua nhiều biến đổi khí hậu đáng chú ý trong lịch sử phát triển của mình Vào tháng 5 năm 1926, thành phố ghi nhận đợt nắng nóng cực độ với nhiệt độ lên tới 42,8°C Đặc biệt, tháng 1 năm 1955 đánh dấu mùa đông lạnh nhất trong lịch sử khi nhiệt độ giảm xuống chỉ còn 2,7°C Những hiện tượng thời tiết này phản ánh sự biến đổi khí hậu mà Hà Nội đã và đang đối mặt.
Năm 2008, sau khi mở rộng địa giới hành chính, Hà Nội đã trải qua trận mưa lớn chưa từng thấy, khiến hầu hết các tuyến phố bị ngập sâu Lượng mưa vượt quá dự báo đã dẫn đến một trận lụt lịch sử, gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản.
2.1.4 Đặc điểm địa chất công trình
Hà Nội sở hữu một cấu trúc địa chất đa dạng với nhiều loại đất đá khác nhau, phản ánh sự thay đổi theo thời gian địa chất Những loại đất đá này không chỉ khác nhau về tuổi mà còn về thành phần vật chất và độ bền cơ học, tạo nên đặc trưng địa chất độc đáo của thành phố.
Hà Nội có vị trí đặc biệt, là điểm giao thoa của các cấu trúc kiến tạo với hoạt động khác nhau Thành phố nằm trên nền móng uốn nếp của các thành tạo địa chất có tuổi đời hơn 500 triệu năm, thuộc miền kiến tạo Đông Bắc và Tây Bắc Việt Nam.
Thành phố Hà Nội, nằm ở đỉnh tây bắc của tam giác châu sông Hồng, có lịch sử phát triển gắn liền với đới trượt cắt sông Hồng Khu vực này bao gồm hai vùng núi Ba Vì và đông nam dãy Tam Đảo, tạo nên một cấu trúc kiến tạo phức tạp Đới kiến trúc của vùng trũng sông Hồng có mức độ động và dập vỡ mạnh, với các chuyển động kiến tạo phân dị giữa các khối tảng nâng và sụt Ranh giới giữa các khối này được xác định bởi các đứt gãy như đứt gãy sông Hồng, sông Chảy và sông Lô.
Cấu trúc địa chất - kiến tạo của Hà Nội mang lại lợi thế nổi bật nhưng cũng tiềm ẩn nhiều mối lo ngại Cấu trúc này tạo ra thế “rồng chầu, hổ phục”, thể hiện sự uy nghi và vững chãi của vùng đất.
Ba Vì và Tam Đảo, với vẻ đẹp uy nghi, nằm hai bên sông Hồng, tạo nên một cảnh quan rộng lớn không thể xem nhẹ về mặt địa chấn Mạng lưới thủy văn đóng vai trò quyết định trong đặc điểm địa mạo nổi bật của vùng thủ đô Hà Nội, được hình thành bởi cấu trúc địa chất và kiến tạo của khu vực sụt võng Đặc trưng của nơi đây là mạng sông miền châu thổ, nơi dòng chảy sông tương tác với sóng và thủy triều của vịnh Bắc.
Bộ, nên có mật độ khá cao và thường phân nhánh Đặc biệt trong phạm vi Hà Nội cổ,
Bốn dòng sông nhỏ Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngưu, cùng với sông Hồng, tạo thành một mạng lưới sông ngòi hình chiếc găng tay khổng lồ, xòe ra năm ngón về phía đông nam Mạng lưới này tạo ra những hành lang tự nhiên giúp thành phố đón gió từ biển vào.
2.1.5 Đặc điểm địa chất thủy văn
Thực trạng về thi công xây dựng hệ thống thoát nước tại thành phố Hà Nội
1.2.1 Hiện trạng về hệ thống thoát nước thành phố Hà Nội
1.2.1.1 Quy mô công trình thuộc hệ thống thoát nước
Trong những năm qua, Hà Nội đã chú trọng đầu tư vào hạ tầng kỹ thuật đô thị, đặc biệt là hệ thống thoát nước Mặc dù đã có một số cải tiến, nhưng quy mô và diện tích vẫn còn hạn chế Tiến độ cải tạo hệ thống thoát nước chưa đáp ứng kịp với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, trong khi quy hoạch và quản lý trật tự xây dựng vẫn gặp nhiều vấn đề Điều này dẫn đến tình trạng úng ngập khi có mưa lớn.
Thành phố Hà Nội có 3 vùng tiêu thoát nước:
Theo Quy hoạch thành phố Hà Nội có 3 vùng tiêu thoát nước chính là vùng tiêu
Vùng Tả Đáy, thuộc Hữu Đáy và Bắc Hà Nội, có hệ thống thoát nước bằng bơm cưỡng bức Khu vực này bao gồm các lưu vực thoát nước đô thị như sông Tô Lịch, Đông Mỹ, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ, Phú Xuyên, với tổng diện tích khoảng 47.350ha.
Hình 1.3: Hệ thống xử lý nước thải
Vùng Hữu Đáy có hệ thống thoát nước tự chảy kết hợp với bơm tiêu đô thị và thủy lợi, bao gồm các lưu vực thoát nước đô thị như Sơn Tây, Xuân Mai, Hòa Lạc, Quốc Oai, Phúc Thọ, Chúc Sơn và các thị trấn lân cận, với tổng diện tích khoảng 31.310 ha.
Khu vực Bắc Hà Nội sử dụng hệ thống thoát nước kết hợp giữa tự chảy và bơm tiêu đô thị cùng thủy lợi, bao gồm các lưu vực thoát nước như Long Biên, Gia Lâm, Đông Anh, Mê Linh và Sóc Sơn, với tổng diện tích lên tới 46.740 ha.
Theo Quy hoạch thoát nước thải và xử lý nước thải, khu vực đô thị trung tâm phía Nam sông Hồng được chia thành 5 lưu vực chính để thu gom và xử lý nước thải Tại đây, hệ thống thoát nước hỗn hợp sẽ được phát triển dựa trên mạng lưới thoát nước chung hiện có, đồng thời xây dựng mới mạng lưới thu gom nước thải nhằm đưa nước thải về các nhà máy xử lý tập trung của từng lưu vực.
Hình 1.4: Hệ thống xử lý nước thải
Khu vực đô thị trung tâm phía Nam sông Hồng, bao gồm từ Hữu Nhuệ đến sông Đáy và một phần lưu vực Tả Nhuệ, được chia thành 11 lưu vực Trong khi đó, khu vực đô thị phía Bắc sông Hồng được phân thành 13 lưu vực Đối với các đô thị vệ tinh, đặc biệt là đô thị Quốc Oai, có 10 lưu vực được thiết lập để thu gom và xử lý nước thải.
Mạng lưới thu gom nước thải bao gồm giếng bơm chuyển bậc, cống bao và giếng tách nước thải, được quy hoạch chi tiết về hướng tuyến và quy mô Các tuyến cống thu gom nước thải riêng sẽ được tính toán cụ thể trong giai đoạn lập dự án đầu tư xây dựng, đảm bảo thu gom toàn bộ nước thải về các nhà máy xử lý.
Hình 1.5: Hệ thống xử lý nước thải
1.2.1.2 Đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước đô thị
* tình trạng ngập sau mưa
Hình 1.6: Tình trạng ngập úng tại Hà Nội
Sau khi mở rộng địa giới hành chính, hệ thống thoát nước đô thị Hà Nội hiện nay có diện tích khoảng 220 km2, bao gồm bốn lưu vực chính: sông Tô Lịch, tả sông Nhuệ, quận Hà Đông và quận Long Biên Trong đó, lưu vực sông Tô Lịch rộng 77,5 km2, bao gồm các quận Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, cùng một phần quận Tây Hồ và Thanh Xuân Hệ thống thoát nước tại đây đã được quy hoạch, đầu tư cải tạo và xây dựng đồng bộ nhờ vào Dự án thoát nước giai đoạn 1.
Mặc dù hệ thống thoát nước đã được cải tạo, nhưng với sự thay đổi đột ngột về lượng mưa cục bộ, tình trạng ngập lụt vẫn thường xuyên xảy ra Điều này cho thấy hệ thống thoát nước vẫn còn chắp vá và thiếu đồng bộ, dẫn đến tình trạng úng ngập cục bộ.
1.2.2 Hiện trạng thi công xây dựng đường ống thoát nước cho thành phố Hà Nội
Thành phố Hà Nội, thủ đô của Việt Nam, tọa lạc trong vùng châu thổ sông Hồng, là trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa quan trọng của đất nước Với địa hình chủ yếu bằng phẳng, độ cao mặt đất tại khu vực phía Bắc dao động từ 5-10m so với mực nước biển, trong khi khu vực phía Nam có độ cao thấp hơn, chỉ từ 4-4,5m.
Hiện nay, Hà Nội không có giếng xử lý nước thải nào hoạt động hiệu quả Tại Kim Liên, nước thải từ các hộ gia đình được quy định phải xử lý tại giếng sơ bộ trước khi xả vào sông Lừ, nhưng giếng này chưa bao giờ hoạt động Ngoài ra, còn có hai giếng xử lý tại các bệnh viện, nhưng chúng chỉ hoạt động thỉnh thoảng.
Nước thải thường rò rỉ từ các đường ống cũ, dễ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm Vào mùa mưa, mực nước ngầm cao, nước ngầm thấm vào đường ống; trong khi mùa khô, nước thải thấm vào đất xung quanh, làm tăng nguy cơ ô nhiễm nước ngầm và đất.
* Hạ tầng thoát nước không bắt kịp tốc độ phát triển nhà ở
Hiện trạng thoát nước tại lưu vực tả sông Nhuệ, bao gồm các quận Thanh Xuân, Cầu Giấy, Nam Từ Liêm và Bắc Từ Liêm, gặp nhiều khó khăn Mặc dù hệ thống thoát nước ở các khu đô thị mới đã được xây dựng, khả năng kết nối với nguồn tiêu nước lại kém do các mương dẫn nước chủ yếu là mương tiêu nông nghiệp đang bị bồi lắng và thu hẹp dòng chảy Các giếng bơm như Đồng Bông 1, Đồng Bông 2 và Xuân Đỉnh có công suất nhỏ, thời gian sử dụng lâu và đã xuống cấp Trong trận mưa kỷ lục năm 2008, nước sông Nhuệ dâng cao, gây ngập cả giếng bơm, buộc phải cắt điện và ngừng vận hành, dẫn đến tình trạng ngập úng kéo dài trong khu vực.
Tình trạng ngập úng tại Hà Nội ngày càng nghiêm trọng do đô thị hóa quá nhanh, dẫn đến giảm khả năng thoát nước tự nhiên của thành phố Theo thống kê, năm 1995, diện tích mặt nước trong nội thành Hà Nội lên tới 2.100 ha, nhưng hiện nay chỉ còn 1.165 ha.
Mặt khác, đặc thù ở những khu vực mới phát triển như Hà Đông, Cầu Giấy, Nam
Từ Liêm đang phát triển các khu đô thị mới bên cạnh các làng xóm và khu dân cư cũ Tuy nhiên, hệ thống thoát nước thải không được thiết kế phù hợp với sự phát triển của đô thị, dẫn đến tình trạng ngập lụt nghiêm trọng tại thành phố Hà Nội.
CÁC GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC CHO THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Một số vấn đề về giải pháp thoát nước cho Thành phố Hà Nội
Tổ chức thoát nước phải dựa trên từng điều kiện cụ thể của địa phương:
Đối với các khu vực đô thị hiện có, hệ thống cống thoát nước chung được sử dụng để thu gom nước thải và nước mưa đợt đầu, ngăn không cho chúng chảy trực tiếp vào sông, hồ hay kênh mương Nước thải sẽ được dẫn qua các tuyến cống chính đến các giếng xử lý Gần nguồn tiếp nhận, các giếng tràn sẽ được bố trí để tách hỗn hợp nước mưa và nước thải đã pha loãng, giúp giảm chi phí vận chuyển và xử lý Tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, mật độ dân cư và nhu cầu tái sử dụng nước thải, có thể áp dụng mô hình thoát nước tập trung hoặc phân tán với công nghệ hiện đại hoặc chi phí thấp.
Hình 2.1: Giải pháp thoát nước cho Thành phố Hà Nội
Đối với các khu đô thị mới, cần thiết phải xây dựng hệ thống thoát nước riêng biệt và đảm bảo rằng nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Trong giai đoạn chưa có hệ thống cống thoát nước và giếng xử lý nước thải hoàn chỉnh, việc sử dụng bể tự hoại để xử lý nước đen và nước xám từ hộ gia đình, chung cư, cơ quan và cơ sở dịch vụ là rất quan trọng Bể tự hoại cần được thiết kế, xây dựng và quản lý theo đúng quy định để đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải.
Hình 2.2: Giải pháp thoát nước cho Thành phố Hà Nội
Đối với các đô thị miền núi có độ dốc lớn, việc sử dụng hệ thống thoát nước riêng là hợp lý để thuận lợi cho việc thoát nước Trong các khu vực ven đô, hệ thống thoát nước riêng giản lược với đường kính nhỏ và được chôn nông dọc vỉa hè, kết hợp với các kênh, mương và cống có sẵn, sẽ giúp tối ưu hóa chi phí xây dựng và quản lý hệ thống thoát nước.
Đối với các đô thị vùng đồng bằng, việc tận dụng triệt để các mặt nước đô thị như hồ điều hòa và kênh mương dẫn nước là rất quan trọng Đồng thời, cần giảm độ sâu chôn cống và đảm bảo độ dốc cống nhỏ để cải thiện hệ thống thoát nước.
Các đô thị ven biển thường gặp khó khăn trong việc tạo độ dốc cống do địa hình bằng phẳng và thiếu sông mương, hồ điều tiết Với điều kiện địa chất chủ yếu là cát và cát pha, giải pháp hiệu quả là tận dụng nước triều lên xuống hàng ngày Việc xây dựng các cống tự động đóng/mở theo mực nước triều sẽ giúp thoát nước và làm sạch hệ thống cống một cách hiệu quả.
Việc áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững sớm mang lại nhiều lợi ích Cần lồng ghép phương thức này vào quy hoạch phát triển không gian đô thị, quản lý chặt chẽ cao độ san nền và hệ thống tiêu thoát nước tại các khu vực đô thị mới Điều này đảm bảo sự thống nhất và phối hợp nhịp nhàng giữa hệ thống thoát nước với thủy văn đô thị và toàn bộ lưu vực, bao gồm cả hệ thống thủy nông, tiêu thoát lũ, và điều tiết hồ chứa thủy điện ở cả thượng và hạ lưu.
Kinh nghiệm xây hầm thoát nước trên thế giới
a Hệ thống thoát nước tại Nhật Bản
Nhật Bản nổi bật với hệ thống cống ngầm sâu 50m ở ngoại ô Tokyo, được khởi công từ năm 1992 và hoàn thành vào năm 2009 Hệ thống này được biết đến như một "cung điện dưới lòng đất," thể hiện sự tiên tiến trong công nghệ thoát nước.
Trang 20 đất của Nhật đồng thời là công trình thoát nước ngầm lớn nhất thế giới hiện nay với những giếng đứng khổng lồ và hơn 70 máy bơm công suất lớn
Hình 2.3: Hệ thống thoát nước tại Nhật Bản
Hệ thống cống ngầm ở Tokyo bao gồm 5 giếng đứng bê tông cao 65 m, đường kính 32 m, nối liền bằng 6,4 km đường hầm và một tháp điều áp khổng lồ dài 177 m, rộng 78 m, cao 25,4 m, được gọi là “Ngôi đền dưới lòng đất” Các giếng đứng hoạt động như vòi hút khổng lồ, thu nước từ 4 con sông lớn và xả ra sông Edo với công suất bơm 200 tấn nước mỗi giây Tương tự, Hong Kong cũng sở hữu một hệ thống thoát nước khổng lồ cao gấp đôi xe buýt hai tầng, đã giúp thành phố tránh lũ trong suốt 10 năm qua Từ năm 1995, chính quyền Hong Kong đã đầu tư 3,8 tỷ USD cho dự án cấp thoát nước, bao gồm 2400 km cống thoát nước, 360 km bên các sông, 4 hệ thống thoát nước ngầm dài 21 km và nhiều bể chứa nước mưa đang được xây dựng.
Hình 2.4: Hệ thống thoát nước tại Hong Kong Đường hầm này tiếp nhận khoảng 1/3 lượng mưa ở khu vực phía bắc Hong Kong, Nó có khoảng 34 cửa cống
Hình 2.5: Hệ thống thoát nước tại Hong Kong
Thi công bằng hai máy đào hầm khổng lồ trong hơn 5 năm, bắt đầu vào năm
Vào năm 2007, một đường hầm dài 10,5 km đã được xây dựng, tương đương một nửa chiều dài khu Manhattan của New York, nhằm giải quyết vấn đề lượng mưa lớn mà Hong Kong, một trong những thành phố ẩm ướt nhất châu Á, phải đối mặt Theo Cơ quan Dịch vụ Cấp thoát nước (DSD), Hong Kong nhận khoảng 2.400 mm nước mưa mỗi năm, với khoảng 80% lượng mưa tập trung trong vài tháng Hệ thống thoát nước tại Singapore cũng là một mô hình đáng tham khảo trong việc quản lý mưa.
Singapore là một quốc gia nổi bật với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, đồng thời mang đến cho người dân chất lượng sống cao và phát triển bền vững Để đạt được điều này, các chuyên gia và nhà quản lý đô thị đã áp dụng những nguyên lý cơ bản, trong đó có việc tôn trọng vòng tuần hoàn của nguồn nước Nhờ đó, đảo quốc này đã xây dựng hệ thống hồ chứa nước một cách khoa học, giúp chống ngập hiệu quả.
Trang 22 lũ lụt, chống nước biển dâng, vừa đảm bảo nguồn nước ngọt cho người dân Công trình hồ trữ nước tiêu biểu của Singapore là hồ chứa và đập Marina Barrage với chiều dài 350m, chi phí xây dựng 135 triệu USD Nếu mưa lớn khi thủy triều xuống, các cổng đập sẽ được hạ xuống để giải phóng lượng nước thừa từ hồ chứa ra biển Nếu mưa lớn xảy ra khi thủy triều lên, các cổng sẽ được đóng lại, máy bơm thoát nước khổng lồ được kích hoạt để bơm nước từ hồ chứa ra biển.
Các công nghệ thi công đường ống ngầm thoát nước
2.4.1 Phân loại theo công nghệ a Phương pháp đào hở
Phương pháp đào hở/lộ thiên (cut and cover hay trench method) là kỹ thuật phổ biến trong xây dựng, được thực hiện bằng cách cắt rãnh từ bề mặt đất, bê tông hoặc nhựa đường để lộ phần ống bị hỏng Sau khi đào, các hệ thống kỹ thuật cũ sẽ được loại bỏ và thay thế bằng ống mới Cuối cùng, bề mặt phía trên sẽ được phục hồi về trạng thái ban đầu.
Căn cứ để lựa chọn kết cấu tường chắn cho hố đào mở khi thi công CTN là:
- Kích thước CTN trên mặt bằng và độ sâu;
- Điều kiện ĐCCT và ĐCTV;
- Điều kiện và khả năng thi công;
- Điều kiện môi trường, sinh thái, điều kiện khống chế biến dạng công trình lân cận ;
- Mức độ an toàn, thông qua việc chọn hệ số an toàn (tường tạm hay tường vĩnh cửu);
- Các yếu tố kinh tế
Phương án thi công lộ thiên bao gồm các phương pháp sau đây :
– Phương pháp đào hố móng
– Phương pháp dùng vì kèo di động
– Phương pháp thi công tường trong đất
Phương pháp thi công đào hở sử dụng các máy móc làm đất và thiết bị nâng hạ có công suất lớn, nhưng trong môi trường đô thị với nhiều công trình xây dựng dày đặc, cần phải cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
Trang 23 mật độ giao thông lớn không phải lúc nào cũng áp dụng phương pháp cũng có hiệu quả Việc đào các hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100m-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông đường phố trong suốt thời kỳ xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bình thường của đô thị Khi thi công hầm bằng phương pháp hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về kim loại, gỗ gia cố tạm Ví dụ để gia cố hố móng sâu 6 – 7m rộng 8 – 10m sẽ chi phí 250 – 300 tấn thép và 60 -70m3 gỗ
Hình 2.6: Đoạn cống thi công bằng phương pháp đào hở
Phương pháp đào hở chỉ thích hợp cho các khu vực đô thị mới với diện tích mặt bằng rộng và điều kiện địa chất đơn giản Trong khi đó, ở các khu đô thị đông dân cư có giao thông phức tạp, phương pháp này không thể áp dụng Ngược lại, phương pháp đào kín là giải pháp phù hợp hơn trong những tình huống này.
Một số phương pháp thi công đào kín phổ biến như:
- Phương pháp đào mỏ-NATM
- Phương pháp kích đẩy-Pipe Jacking c Phương pháp đào mỏ - NATM
Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo (NATM) là một kỹ thuật tiên tiến, được phát triển từ kinh nghiệm thực tiễn trong xây dựng hầm Phương pháp này bao gồm các bước thi công và xử lý khối đất đá xung quanh, nhằm tạo ra một cấu trúc vòm tự nhiên hỗ trợ cho hầm Nhờ vào cách liên kết khối đất đá xung quanh, phương pháp NATM cho phép biến chúng thành một phần của kết cấu chống đỡ, nâng cao độ bền vững và an toàn cho công trình.
Nội dung cơ bản của phương pháp NATM như sau:
- Xác định, đánh giá kỹ lưỡng các đặc trưng phản ứng địa cơ học của khối đất đá xung quanh công trình;
Thiết kế hình dạng và tiết diện công trình cần phải phù hợp, dựa trên việc xem xét các yếu tố như ứng suất xung quanh biên và hệ số diện tích tiết diện sử dụng.
- Tránh những ứng suất và biến dạng không có lợi bằng cách sử dụng các biện pháp gia cố phù hợp
Tối ưu hóa khả năng mang tải của kết cấu gia cố là rất quan trọng, và điều này cần được thực hiện trong giới hạn biến dạng cho phép Bên cạnh đó, việc sử dụng biện pháp quan trắc để đánh giá độ ổn định của công trình sau khi đào cũng cần được tích hợp vào chu trình thi công để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Khả năng linh hoạt cao trong thi công cho phép người thực hiện không bị ràng buộc hay cứng nhắc theo các yêu cầu trong thiết kế ban đầu.
- Áp dụng được trong nhiều trường hợp khác nhau
- Áp dụng và đánh giá đúng vai trò công tác trắc quan như là một phần bên trong quá trình xây dựng
- Đòi hỏi người thi công phải có kinh nghiệm trình độ cao
*Yêu cầu đặt ra khi áp dụng phương pháp NATM:
- Tiến hành khảo sát địa chất, thủy văn cẩn trọng và tổng quát
- Xây dựng các chỉ tiêu cơ học đất, đá và địa chất làm cơ sở cho việc khảo sát, đánh giá mức độ ổn định đất đá
- Chuyển hóa hợp lý những nhận thức có được vào công tác lập kế hoạch chi tiết
- Lập chương trình đo quan trắc địa kỹ thuật song song với quá trình thi công
- Cần có những khẳng định, quyết định về giải pháp cho những khu vực đất đá mềm yếu
Hình 2.7: Thi công hầm bằng phương pháp NATM d Công nghệ microtunneling
- Di chuyển trên mặt đất tối thiểu (chỉ đào mở cho giếng phóng và nhận)
- Không có hiện tượng hạ thấp mực nước (do đó ngăn chặn sự sụt lún nguy hiểm của nền móng công trình và mặt đường)
- Bảo vệ tối ưu cho con người và thiên nhiên
- Ảnh hưởng tối thiểu đến giao thông và sự di chuyển của người đi bộ trên mặt đất
- Hướng tuyến linh hoạt (tức là cong hoặc tuyến tính)
- Xây dựng trong mọi thời tiết (do đó cho phép hoàn thành nhanh chóng và đáp ứng thời gian thi công)
- Thi công được trong nhiều điều kiện đất nền (bao gồm đất sét, phù sa, cát, sỏi và đá vôi)
- Chỉ đào được các đường hầm có kích thước nhỏ
- Công trình cụ thể: Đường hầm trong hệ thống đô thị e Công nghệ khoan tổ hợp khiên đào TBM
Sử dụng các máy đào đường hầm cơ giới (TBM) đào hầm
Có khả năng thi công trên mọi loại địa chất, bao gồm đá cứng, đất yếu, đất sét, đất bồi và đất cát dưới mực nước ngầm, cũng như thực hiện các công trình xuyên núi hoặc dưới lòng biển.
- TBM có độ an toàn cao, thân thiện môi trường và không làm rung động, chấn động như nổ mìn
- Thích hợp áp dụng cho đường hầm đô thị
Thi công hầm bằng máy TBM không gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh, vì quá trình đào đất và lắp vỏ hầm được thực hiện theo một chu trình kiểm soát nghiêm ngặt Trong suốt quá trình thi công, giao thông trên mặt đất vẫn diễn ra bình thường, đảm bảo sự thuận tiện cho người dân.
Công nghệ TBM nổi bật với ưu điểm thi công nhanh, có khả năng đào và lắp vỏ bê tông từ 10-20m/ngày trong đất yếu và 50-100m/ngày trong địa chất đá Ngoài ra, công nghệ này còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ rút ngắn thời gian hoàn thành công trình.
Mặc dù số lượng công nhân cần thiết giảm từ 30% đến 40% so với các phương pháp khác, nhưng yêu cầu về trình độ tay nghề của người vận hành lại cao hơn Điều này đồng nghĩa với việc cần chú trọng đến đào tạo kỹ năng cho công nhân, đồng thời cũng phải xem xét các vấn đề liên quan đến sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế phụ tùng.
Suất đầu tư ban đầu khi sử dụng máy khoan đường hầm (TBM) thường cao, có thể lên đến hàng triệu đô la, điều này tạo ra thách thức cho các công ty ở các nước đang phát triển trong việc áp dụng công nghệ thi công này.
Máy TBM chỉ có khả năng thi công mặt cắt hình tròn, vì vậy thường được sử dụng cho các công trình ngầm như tàu điện ngầm, đường hầm dẫn nước và cáp Tuy nhiên, nó ít được áp dụng cho các công trình như hầm giao thông Việc thay đổi thông số mặt cắt cũng gặp nhiều khó khăn, liên quan đến công suất máy và kích thước đầu đào, đây là một nhược điểm lớn của máy TBM.
- Nhược điểm lớn nhất của TBM là ở chỗ không thể sử dụng chúng ở điều kiện đất thay đổi trong phạm vi đủ rộng
Hình 2.8: Phương pháp thi công bằng TBM f Công nghệ khoan định hướng HDD
Đường khoan dài từ 50m đến 500m với độ chính xác cao mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Phương pháp này thích hợp cho việc băng qua các tuyến đường thủy, đường bộ, tiếp cận bờ biển, và các khu vực tắc nghẽn hoặc nhạy cảm với môi trường, nơi mà các phương pháp khoan khác thường tốn kém hơn Khoan định hướng ngang HDD được ưa chuộng nhờ vào việc giảm thiểu gián đoạn lưu lượng, chi phí thấp hơn, khả năng cài đặt sâu hơn và lâu hơn mà không cần hố truy cập Thời gian hoàn thành nhanh chóng, khả năng định hướng linh hoạt và đảm bảo an toàn cho môi trường cũng là những lợi ích đáng kể của phương pháp này.
Khi thi công khoan ngang qua đường cần không gian thi công rộng, để luồn các loại ống cứng như ống thép, ống nhựa cứng,…
Các giải pháp thoát nước cho Thành phố Hà Nội
2.4.1 Hệ thống thoát nước bề mặt
Cách tiếp cận hiện nay chủ yếu tập trung vào việc thu và chuyển nước mưa qua hệ thống thoát nước, nhằm mục đích làm cho nước mưa rời khỏi đô thị nhanh nhất có thể Tuy nhiên, chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì các đường cống thoát nước thường rất cao, trong khi công suất của chúng lại có giới hạn và khó nâng cấp Phương pháp này dẫn đến nguy cơ gia tăng ngập lụt, xói mòn đất và ô nhiễm ở khu vực hạ lưu.
Cách tiếp cận bền vững trong quản lý thoát nước nhằm mục tiêu ngăn ngừa, giảm thiểu, trì hoãn, xử lý và loại bỏ nước mưa ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Các phương pháp tối ưu bao gồm kỹ thuật thu gom, thấm, chuyển tải, trữ và xử lý, mang lại tính bền vững, linh hoạt và có thể triển khai với kinh phí thấp.
Quá trình đô thị hóa đã làm thay đổi dòng chảy tự nhiên và giảm khả năng lưu giữ nước của thực vật và đất, dẫn đến sự gia tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt qua các bề mặt không thấm nước như bê tông và mái nhà Những dòng chảy này thường bị ô nhiễm bởi rác và chất bẩn, gây ra xói mòn và lắng cặn, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và hệ sinh thái dưới nước Để khắc phục tình trạng này, các giải pháp kỹ thuật thay thế đã được nghiên cứu, nhằm duy trì đặc thù tự nhiên của dòng chảy về dung lượng, cường độ và chất lượng, kiểm soát dòng chảy từ nguồn, giảm thiểu khu vực tiêu thoát nước trực tiếp, lưu giữ nước tại chỗ và kiểm soát ô nhiễm, theo nguyên lý của SUDS.
2.4.2 Hệ thống thoát nước bằng các công nghệ đào ngầm
Nước thải được xử lý qua các giải pháp thoát nước chung, riêng, nửa riêng hay hỗn hợp, tùy thuộc vào mô hình tổ chức thoát nước tập trung hoặc phân tán Hệ thống thoát nước tập trung thường được áp dụng cho các khu đô thị trung tâm với mật độ dân số cao và điều kiện xây dựng đồng bộ Tuy nhiên, phương thức truyền thống này có nhiều hạn chế, dẫn đến việc khuyến khích mô hình phân tán, đặc biệt cho các khu đô thị mới, vùng ven đô và nông thôn Mô hình phân tán cho phép thu gom, xử lý và tái sử dụng nước thải cho các hộ gia đình riêng lẻ hoặc khu dân cư, mang lại nhiều ưu điểm cho việc quản lý nước thải hiệu quả.
- Giảm chi phí đầu tư xây dựng, vận hành và bảo dưỡng do chiều dài của ống ngắn, đường kính nhỏ và độ sâu không lớn, ít giếng bơm;
- Sử dụng các biện pháp công nghệ đơn giản, chi phí thấp, tận dụng được các điều kiện tự nhiên để xử lý nước thải;
Dự án dễ dàng được quy hoạch và cho phép phân chia giai đoạn xây dựng, đầu tư vào các hợp phần kỹ thuật theo khả năng tài chính từng bước Quy mô đầu tư phù hợp với yêu cầu thực tế, giúp tránh lãng phí.
Việc cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý tại chỗ, như rửa, tưới cây và bổ cập nước ngầm, cùng với việc tách chất dinh dưỡng để bón cây trồng, mang lại nhiều lợi ích Trong một số trường hợp, nước thải phân tán có thể được xử lý đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường và kết nối với mạng lưới thoát nước mưa, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng và quản lý hệ thống cống thoát nước.
2.4.3 Đánh giá khả năng sử dụng công nghệ khoan kích ngầm áp dụng vào thực tế đô thị Hà Nội :
Khoan kích ngầm, bao gồm các phương pháp như Microtunnelling và kích đẩy ống, là kỹ thuật đào hầm nhỏ hiệu quả, đặc biệt thích hợp cho các dự án cần xây dựng đường hầm qua khu vực giao thông đông đúc, đường sắt hoặc sông Microtunnelling sử dụng Máy khoan hầm siêu nhỏ điều khiển từ xa kết hợp với kỹ thuật kích đẩy ống, cho phép lắp đặt đường ống ngầm một cách chính xác và an toàn.
Phương pháp khoan kích ngầm sử dụng kích ống và bùn áp suất để đảm bảo ổn định bề mặt, cho phép đào hầm dưới nước ngầm hoặc trong đất không ổn định mà không gặp rủi ro về lún đất hay sập lở Đường ống kích được đẩy từ trục khởi động đến trục đích, trong khi một hầm vi mô không người lái được điều khiển từ xa để tiến hành đào Vật liệu đào được chuyển ra ngoài hầm qua hệ thống vận chuyển thủy lực và sau đó được tách tại mặt đất Tất cả các hoạt động này được giám sát và điều khiển từ cabin của người vận hành.
Hình 2.9 Sơ đồ phương pháp khoan kích ngầm
Phương pháp khoan kích ngầm là giải pháp lý tưởng cho việc xây dựng đường hầm có đường kính từ 500mm đến 2.800mm Đối với các dự án dưới nước, TBM Microtunnelling có thể sử dụng công nghệ cân bằng áp suất đất (EPB) hoặc bùn, trong đó EPB loại bỏ hư hỏng qua băng tải trục vít, còn bùn thì được bơm ra Trong các dự án đào đá không có áp lực nước, phương pháp khoan kích ngầm có thể áp dụng chế độ đào trần, với đất đá được vận chuyển qua máng tải Đối với các đường hầm có đường kính nhỏ hơn 1.500mm, chỉ có thể thực hiện với loại vữa bùn do hạn chế về không gian.
Hình 2.10 Sơ đồ làm việc các máy đào hầm mini
Trong quá trình xây dựng, việc tính toán lực kích là rất quan trọng để tránh hư hỏng đường ống do lực quá lớn hoặc hoạt động không hiệu quả khi lực quá nhỏ Ống kích phải chịu tải dọc trục và tải trọng thẳng đứng từ đất, phụ phí và tải trọng sống trong và sau khi kích Tính toán chính xác các tải này giúp thiết kế ống kích an toàn, chọn dung lượng hệ thống kích hợp lý, xác định khoảng cách kích và giếng kích trung gian, cũng như thiết kế phương pháp và thiết bị kích, đồng thời ổn định mặt đào để bảo vệ đất.
Từ cuối những năm 1970 đến nay, nhiều kỹ sư và nhà nghiên cứu đã phát triển các mô hình tính toán cho lực kích Họ đã thực hiện cả thí nghiệm trong phòng lab và nghiên cứu thực địa nhằm hiểu rõ hơn về sự phát triển của lực kích trong quá trình tạo đường hầm vi mô và ống nâng.
Nhiều nghiên cứu đã thực hiện đánh giá chuyên sâu về lực kích kết hợp với các thông số như lực ép mặt, lực cắt, hiệu chỉnh lái, độ lệch mối nối ống và ảnh hưởng của bôi trơn Ngoài ra, một số nghiên cứu khác đã tiến hành phân tích thống kê dựa trên lượng lớn dữ liệu lịch sử trường hợp.
Trang 31 mô hình dự đoán cơ bản được sử dụng và dữ liệu thực nghiệm được phân tích để đề xuất các yếu tố đối với cả thành phần ma sát và tải trọng bình thường của lực kích
Các yếu tố thực nghiệm được nhân với các thành phần ma sát và tải trọng bình thường của mô hình cơ bản nhằm dự đoán hành vi trong các dự án microtunneling Một số nghiên cứu đã xem xét cơ chế cắt tại mặt phân cách giữa đất và ống để hiểu rõ hơn về lực ma sát phát sinh trong quá trình kích Tóm lại, phương pháp tính toán lực kích có thể được phân loại thành ba nhóm chính: phương pháp lý thuyết, phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô phỏng số.
Hình 2.11 Sơ đồ kích các ống kích
Hình 2.12 Sắp xếp vỏ ống kích điển hình
Nhiều nghiên cứu đã điều tra lực kích thông qua các lý thuyết tính toán đặc tính cơ học của đất, cho phép xác định lực kích đồng thời với áp suất quá lớn trên đường ống Theo tác giả Marshall, các phép đo ứng suất tại giao diện giữa đường ống và đất nền cho thấy mối quan hệ phức tạp giữa tải trọng kích, lệch đường ống, dừng kích, bôi trơn và phương pháp đào.
Áp dụng công nghệ khoan kích ngầm cho dự án xử lý nước thải Yên Xá
Các yêu cầu lựa chọn ngầm thi công cống thoát nước
Bài viết này nhấn mạnh sự phù hợp của quy hoạch với các kế hoạch xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, cũng như quy hoạch thoát nước của thành phố đến năm 2025 và hướng tới năm 2050.
- Phù hợp với điều kiện phát triển kinh tế - xã hội của Hà Nội:
- Phù hợp với điều kiện năng lực về quản lý, thi công xây dựng, giám sát, nghiệm thu, duy trì và quản lý vận hành hệ thông :
- Đảm bảo an toàn, giảm thiểu chi phí, bảo vệ môi trường và thích ứng với BĐKH, hướng tới phát triển đô thị bền vững
- Khuyến khích các thành phân kinh tế tham gia và ứng dụng công nghệ mới trong xây dựng hệ thông thoát nước của Thủ đô Hà Nội
3.1.1 Phạm vi tuyến ống thoát nước
3.1.1.1 Xác định mạng lưới tuyến ống thoát nước khu vực dự án
Theo Quyết định 725/QĐ-TTg ngày 10 tháng 5 năm 2013, quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đã được phê duyệt, bao gồm mạng lưới thoát nước mưa với các kênh, mương và công thoát nước chính được quy hoạch theo hướng tuyến và quy mô từng lưu vực Đặc biệt, lưu vực S2 và phần phía Đông Bắc lưu vực S3, do sự phát triển của các khu dân cư, đã được xây dựng hệ thống công cộng Do đó, quy hoạch chi tiết quận/huyện đề xuất xây dựng hệ thống công cộng và công riêng đan xen, trong khi phần lớn diện tích lưu vực S3 và một phần lưu vực S2 sẽ sử dụng hệ thống cống riêng.
Để tối ưu hóa hệ thống công, cần áp dụng hệ thống công riêng cho các khu vực có khả năng và sử dụng công chung cho những khu vực đã có sẵn Việc lựa chọn giữa công riêng và công chung cần được nghiên cứu kỹ lưỡng trong các dự án khả thi.
Trang 35 hệ thông nào được áp dụng cũng cân phải có biện pháp thu gom nước thải hướng ra sông Tô Lịch Vì vậy đề xuât xây dựng các tuyến thu gom dọc sông Tô Lịch đưa nước về nhà máy xử lý nước thải
Phương án thu gom nước thải cho lưu vực S2, S3 sẽ tuân thủ nguyên tắc quy hoạch năm 2011 Việc lựa chọn xây dựng giếng bơm chuyền tiếp nước thải để giảm độ sâu đặt ống hoặc chấp nhận độ sâu lớn cho các tuyến thu gom sẽ được xem xét kỹ lưỡng trong giai đoạn lập dự án đầu tư xây dựng công trình.
Với nguyên tắc điêu chỉnh như trình bày ở trên, hệ thông thoát nước thải của lưu vực S2 như sau:
Hệ thống thu gom nước thải lưu vực S2 được quy hoạch đến năm 2030 là hệ thống thoát nước hỗn hợp, bao gồm nước thải từ hệ thống công riêng và nước mưa từ hệ thống công chung, sẽ được đưa về nhà máy xử lý nước thải Yên Xá Đến năm 2050, hệ thống này sẽ phát triển thành hệ thống công riêng, chỉ tiếp nhận nước thải Với công suất 270.000m³/ngđ theo quy hoạch điều chỉnh S2, nhà máy xử lý nước thải Yên Xá hoàn toàn đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải hỗn hợp của lưu vực S2.
Đến năm 2030, nước thải khu dân cư Kim Liên, quận Đống Đa sẽ được thu gom và xử lý tại giếng xử lý nước thải thí điểm Kim Liên với công suất 3.700 m³/ngày Giếng xử lý này được xây dựng trong khuôn khổ dự án thoát nước Hà Nội - Giai đoạn 1.
Giải pháp xây dựng mạng lưới thu gom nước thải bao gồm phương án bơm chuyển bậc hoặc cống kiểu kích ngầm sẽ được áp dụng trong các dự án cụ thể Đề xuất mạng lưới theo quy hoạch gồm 04 hướng tuyến cống thoát nước thải chính và 15 giếng bơm chuyển tiếp.
Vị trí các tuyến cống chính theo quy hoạch cụ thể như sau:
Tuyến cống thoát nước chính số 1 bắt đầu từ đường Hoàng Quốc Việt, chạy dọc sông Tô Lịch để thu nước từ các tuyến cống nhánh hiện có Hệ thống này được xây dựng bằng giếng tách mới và dẫn nước vào đầu tuyến cống chính số 2 tại đầu đường Nguyễn Trãi.
Tuyến cống chính số 1 thu gom toàn bộ nước thải của khu vực đông bắc lưu vực S2, đường kính D800 - D1800mm
Tuyến cống thoát nước chính số 2 được đặt dọc theo đường Nguyễn Trãi, đường Vành đai 3 và một số tuyến đường quy hoạch, kéo dài ra đường Tôn Thất Tùng và kết nối với Nhà máy Xử lý nước thải Yên Xá, với đường kính từ D1800 đến D2400mm.
Tuyến cống thoát nước chính số 3 chạy dọc theo các đường Phạm Ngọc Thạch, Tôn Thất Tùng và Tôn Thất Tùng kéo dài, với đường kính từ D500 đến D1500mm, hướng về nhà máy xử lý nước thải Yên Xá.
- Tuyến cống thoát nước chính số 4 đi theo đường Nguyễn Hữu Thọ, đường vành đai 3 rồi đổ vào tuyến cống chính số 3, đường kính D800 - D1500mm
Tuy nhiên, đến giai đoạn đầu tư xây dựng Dự án, tuyến cống thoát nước chính số
1 có một số thay đổi về hiện trạng xã hội, bao gồm cả những thay đổi tại khu vực sông
Tuyến đường dọc sông Tô Lịch thường xuyên gặp phải tình trạng tắc nghẽn giao thông và có nhiều công trình ngầm hiện hữu, gây ảnh hưởng đến lưu thông.
Khu vực dân cư đông đúc yêu cầu thi công đường ống phải được thực hiện cẩn thận nhằm giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông và hạn chế hư hại cho các công trình hạ tầng ngầm trong khu vực.
Tuyến đường sắt trên cao Cát Linh – Hà Đông đang trong quá trình xây dựng, điều này tác động đến việc định hướng tuyến cống dọc sông Tô Lịch.
Trong quá trình điều chỉnh thiết kế cơ sở của Dự án, đã thống nhất điều chỉnh hướng tuyến đường ống tại một số đoạn so với Quy hoạch thoát nước Hà Nội và báo cáo khả thi.
Tính toán kỹ thuật đoạn tuyến thi công khoan kích ngầm
3.3.1 Các thông số về đất nền
Bảng 3.2: Thông số địa chất đoạn tuyến Đơn nguyên ĐCCT
'( ) 0 c kPa'( ) C kPa u ( ) E MPa( ) K 0 Đất lấp 19 - - - -
3.3.2 Tính toán lực kích ống
Trong đất dính, lực cản đối với chuyển động của đường ống chủ yếu đến từ độ bám dính giữa ống và đất Haslem (1986) đã đề xuất một mô hình tương tác cố kết giữa đường ống và đất, trong đó điện trở trên mỗi đơn vị diện tích tiếp xúc liên quan đến cường độ không thoát nước của đất Ông cũng gợi ý rằng chiều rộng (b) của khu vực tiếp xúc giữa ống và đất cần được xem xét để giải quyết vấn đề tiếp xúc đàn hồi giữa hai bề mặt cong.
+ b: Chiều rộng vùng tiếp xúc giữa ống và đất
+ Pu: Lực tiếp xúc trên một đơn vị chiều dài giữa ống và đất (kN/m)
Tỷ lệ kd được xác định bằng tỷ số giữa đường kính ngoài của ống và đường kính trong của đường hầm Hệ số Poisson Ce liên quan đến tính chất đàn hồi của đất và ống, cùng với Module đàn hồi của chúng, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và độ bền của hệ thống.
+ De: Đường kính ngoài của ống (m)
+ Dc: Đường kính của hầm (m)
+ Es: Module đàn hồi của đất (kPa)
+ Ep: Module đàn hồi của ống (kPa)
+ vp: Tỷ số poisson của đất
+ vs : Tỷ số poisson cho đường ống c e d c e
Bảng 1.3: Thông số đường ống
Vật liệu Bê tông cốt thép
Mô đun đàn hồi của đường ống (bê tông f’c 42Mpa) Ep 30500MPa
Tỷ số biến dạng của ống vp 0,2 Đường kính trong của ống Di 1,5 m Độ dày ống t 0,15 m Đường kính ngoài của ống De 1,8 m
Lực tiếp xúc giữa ống với đất trên 1 đơn vị chiều dài (bằng trọng lượng trên 1 đơn vị chiều dài của ống)
Chiều dài của ống đơn Lu 2,5 m
Chiều dài ống giữa các trục Lt 100 m
Khoảng cách giữa đường ống với đất (theo đường kính) g 0,05 m
Thông số của đất nền
Loại đất dọc theo đường ống Đất sét nửa cứng
Mô đun đàn hồi của đất Es 20000 kPa
Tỷ số biến dạng của đất vs 0,3
Sức kháng cắt không thoát nước của đất Su 25 kPa Đường kính trong của tuy nen Dc 1,85 m
Tính toán các thông số kd và Ce:
Mô hình tính toán được lựa chọn giả định rằng sự tương tác giữa đường ống và đất là cố kết, trong đó lực cản trên mỗi đơn vị diện tích tiếp xúc liên quan đến cường độ không thoát nước của đất.
Kết quả tính toán như sau:
Hình 3.22 Các thành phần lực kích trong giai đoạn thi công
Nói chung (hình 3), công thức về tổng lực kích đẩy là:
P = Pp + Pf + Pw (1) Trong đó:
- P là tổng lực kích (kN)
- Pp là khả năng chống thâm nhập
- Pf là lực ma sát giữa đất và đường ống đến áp suất đât
- Pw là lực ma sát giữa đất và ống do trọng lượng ống
Ma sát giữa đất và ống do trọng lượng ống (Pw) được tính là:
Với μ là hệ số ma sát giữa đất và ống;
G là trọng lượng trên một đơn vị chiều dài của ống (kN / m);
Khả năng chống xuyên thủng (Pp) phụ thuộc vào loại đào được sử dụng Khi áp dụng tấm chắn kích mở hoặc máy khoan vi ống, khả năng này được gọi là khả năng chống cắt Đối với máy khoan kín như máy đào vi sinh dạng bùn, sức cản của mặt cắt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng chống xuyên thủng.
- Điện trở cắt cạnh (Pp): có thể được tính theo hai phương pháp sau:
Pp = ( (3) trong đó: γ là tỷ trọng của đất (kN / m3);
H là độ sâu của đất phủ (m); ϕ là góc ma sát trong (0); c là lực dính (kN / m2); λ là hệ số chịu tải công suất (xem Hình 4);
D0 là đường kính của lưỡi cắt (m) và t là chiều dày của cạnh cắt (m) Giá trị của Pp trong phương trình (3) có thể được chọn từ Bảng 1 [8] Phương pháp áp suất đất thụ động được áp dụng trong nghiên cứu này.
Lực cản của mặt (Pp) bao gồm hai thành phần chính: Lực tiếp xúc đầu doa trên mặt (P1) và Lực thủy lực trong buồng treo, có chức năng đỡ mặt và gạt đất (P2).
• Lực tiếp xúc đầu khoan trên mặt (P1) được tính như sau:
P1 = , (kN) (6) d1 là đường kính đầu khoan
Pb là áp suất tiếp xúc đầu khoan, được xác định để thỏa mãn với kA là hệ số của áp suất đất tác dụng (kA = 45 - ) Hệ số áp suất đất chủ động kp được tính bằng kp = 45 - Lực trợ thủy lực trong buồng treo (P2) được tính theo công thức P2 = (1.1 , (kN) (7), trong đó là đường kính trong của máy đào hầm (m) và pw là áp lực nước (kN/m2), với pw = γw.h, trong đó γw là khối lượng riêng của nước (kN/m3).
Trang 68 h là độ sâu cột nước ở đáy ống (m)
Có nhiều phương pháp để tính lực cản ma sát (Pf), nhưng các kết quả từ những phương pháp này thường khác nhau do các giả định và khái niệm khác nhau mà mỗi phương pháp dựa vào Các phương pháp này bao gồm công thức của Marston, lý thuyết silo của Terzaghi, phương pháp Kubota và công thức sửa đổi của Hiệp hội thoát nước Nhật Bản Nghiên cứu cho thấy rằng kết quả từ công thức của Marston chính xác hơn so với các phương pháp khác.
Lực cản ma sát (Pf) được tính theo công thức của Marston là:
Trong đó là hệ số ma sát trung bình (xem Bảng 2, 3); ϕ là góc ma sát trong;
D là bên ngoài đường kính của ống (m);
V là lực pháp tuyến trung bình dọc theo bề mặt bên ngoài của ống (kN / m):
V = (9) với γ là đơn vị trọng lượng của đất phía trên ống (kN / m3)
B là chiều rộng tối đa của kết cấu đào ngầm (m); c là hệ số dính (kN / m2) (xem Bảng 4);
Ct là hệ số tải: (10)
Trong đó e là cơ số của logarit tự nhiên; k là tỷ số của áp suất bên và áp suất thẳng đứng của Rankine, k = (1 − sinϕ)/(1 + sinϕ)
Lực cản không thoát nước Su được xác định theo giá trị cố kết trong mô hình Mohr-Coulomb đối với ứng suất tổng, với giá trị Su là 25 kPa trong ví dụ này Do đó, lực cần thiết để di chuyển đường ống trên tổng chiều dài giữa các trục sẽ được tính toán dựa trên giá trị này.