Phân tích, so sánh bài toán thiết kế hố đào sâu cho ga ngầm của đường sắt Hà Nội qua một số tiêu chuẩn

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 20 
PHÂN TÍCH, SO SÁNH BÀI TOÁN THIẾT KẾ HỐ ĐÀO SÂU 
CHO GA NGẦM CỦA ĐƯỜNG SẮT HÀ NỘI 
QUA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN 
NGUYỄN CHÂU LÂN* 
TRƯƠNG QUANG MẠNH** 
Analysis and Comparison of design solutions for deep excavation of 
some underground station in Hanoi 
Abstract: There are 8 urban railways which have been constructed 
according to Transport Development Plan for Hanoi until 2020. In which, 
the Urban Railway No.2 would be a vital role for urban transportation in 
near future. With the design of three elevated, seven underground stations, 
deep excavation is an indispensible part of the construction in this project. 
In details, C10 (Tran Hung Dao) terminal is more complex than others 
due to its configuration. Although 35 m in length, 1.2 m in diameter 
diaphragm wall and also H350-shaped steel support have been applied, 
the depth of excavation is up to 21 m, the stability of the foundation pit as 
well as the wall during excavation is a critical issue. 
To deal with excavation works design, this paper will present the 
calculation results of deep excavation at C10 terminal by using 
Geostructure analysis (Bentley) program. In particular, sheeting design 
tool is widely adopted for design and analysis of sheet piles and other 
retaining wall types. Modeling of layered-soil profile, staged-construction, 
it provides required pile embedment lengths (for fixed and hinged toes), 
bending moments, internal forces and wall displacement. In addition, due 
to the large depth of the foundation pit, slope stability analyses at the end 
of excavation works are also performed. 
Keywords: Deep excavation, Diaphragm wall, Urban railway, 
Geostructure analysis, underground station 
1. GIỚI THIỆU CHUNG* 
Theo kế hoạch phát triển giao thông đô thị 
Hà Nội tầm nhìn 2020 đã được Thủ tướng chính 
phủ ban hành theo quyết định số 90/2008/ QĐ-
TTG ngày 9 tháng 07 năm 2008, sẽ có 5 tuyến 
đường sắt đô thị được xây dựng. Trong đó, 
tuyến đường sắt đô thị số 2 đóng một vai trò rất 
quan trọng cho sự phát triển giao thông đô thị 
hiện tại và trong tương lai. Tuyến số 02 nối sân 
* Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội, Việt Nam. 
 E-mail: nguyenchaulan@utc.edu.vn 
** Công ty TNHH tập đoàn xây dựng Delta. 
 E-mail: quangmanh.uct@gmail.com 
bay Nội Bài và khu đô thị mới Đông Anh, Từ 
Liêm, Phố Cổ, qua quốc lộ 6 và Thượng Đình. 
Dự án tuyến 2 bắt đầu từ Nam Thăng Long 
đến ga Hàng Bài - Trần Hưng Đạo, với chiều 
dài 11,5 km (bao gồm 8.9 km đi nổi và 2,6 km 
đi ngầm), 10 ga với 1 depot diện tích 17,5 ha tại 
làng Xuân Đỉnh. Cụ thể, 7 ga ngầm sẽ được 
thiết kế đặt tại những nút giao thông trọng điểm 
trong thành phố [2]. 
Trong đó, ga C10 (Trần Hưng Đạo) không 
chỉ nằm ở vị trí quan trọng (gần với khu đông 
dân cư và các tòa nhà cao tầng) mà còn sâu và 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 21 
phức tạp hơn các ga khác. Vì vậy, để đảm bảo 
an toàn trong quá trình thi công đào đất, tường 
vây được thiết kế với chiều sâu 35m và chiều 
dày 1,2m. Tại dự án này phần tính toán kết cấu, 
tường vây được thực hiện theo tiêu chuẩn Nhật 
bản, đây là tiêu chuẩn có nhiều ưu điểm, tuy 
nhiên hiện nay vẫn là tiêu chuẩn chưa quen 
thuộc với các kỹ sư Việt Nam. Do đó bài báo 
này trình bày phương pháp tính toán và kiểm 
toán theo tiêu chuẩn LRFD [1] là tiêu chuẩn 
được áp dụng rộng rãi trong ngành Giao thông 
vận tải. Phần mềm Geostructure analysis phiên 
bản V.19 để tính toán và kiểm toán kết cấu 
tường vây theo tiêu chuẩn LRFD. 
2. THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY NHÀ GA 
2.1 Thông số đầu vào 
2.1.1 Điều kiện địa chất 
Báo cáo khảo sát địa chất bao gồm thông số 
các hố khoan địa chất, thí nghiệm xuyên tiêu 
chuẩn SPT, và công tác thí nghiệm trong phòng 
đối với 43 hố khoan trên toàn tuyến (EV-B1 đến 
EV-B14 và DN1-1 đến DN1-29) và tham khảo 
32 hố khoan cho các ga (ST-B1 đến ST-B2 và 
GN1-1 đến GN1-30), địa chất khu vực nghiên 
cứu có thể chia thành 13 lớp đất [2]. Bởi ga C10 
nằm gần với hố khoan GN1-26 nên địa chất tính 
toán được lấy như dưới đây (Hình 1). 
1
2
3
4
5
Support 1
G.L. 1.5 m
Support 2
G.L. 6 m
Support 3
G.L. 10.5 m
Support 4
G.L. 15 m
Support 5
G.L. 18 m
G.L. 2 m
G.L. 11 m
G.L. 19 m
G.L. 34 m
G.L. 41 m 
Hình 1. Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu 
Thông số đất nền được tóm tắt trong Bảng 1. 
Bảng 1. Thông số đất trong tính toán 
Độ sâu (m) 
L
ớ
p 
Từ Đến 
Loại đất 
SPT 
(N) 
Lực dính 
(kN/m2) 
Góc ma 
sát 
Trọng 
lượng 
(kN/m3) 
M ô đun biến 
dạng 
(M pa) 
1 0 2 Sét 2 15 0 18 9,8 
2 2 11 Sét 12 30 0 18 9,8 
3 11 19 Sét 15 40 0 18 13,5 
4 19 34 Cát bụi 15 0 33 20 14 
5 34 41 Cát bụi 26 0 35 20 14 
6 41 - Cát bụi 50 0 40 20 14 
2.1.2 Thông số tải trọng 
Nhà ga được xây dựng sát với khu vực 
đường đô thị. Ngoài tải trọng của hoạt tải xe cộ, 
tải trọng tính toán còn bao gồm cả hoạt tải thi 
công. Do vậy, tải bề mặt được lấy như sau: 
q = 12 kN/m2 theo quy định trong [1]. 
2.1.3 Vật liệu 
Văng chống 
Lựa chọn H-350x350x12x19 cho tầng văng 
chống thứ nhất và thứ 2 với lực căng trước là 
150 kN: 
Bảng 2. Thông số cho lớp văng 1 và 2 
Diện tích mặt 
cắt ngang 
A = 17,19x10-3 m2 
Chiều dài L = 19 m 
Khoảng cách S = 3 m 
Loại Spring 
Độ cứng gối 
đàn hồi 
K = 180947 
kN/
m 
Chọn H-400x400x13x21 cho lớp văng thứ 
3,4 và 5 với lực căng trước là 200 kN: 
Bảng 3. Thông số cho lớp văng 3,4 và 5 
Diện tích mặt 
cắt ngang 
A = 21,87x10-3 m2 
Chiều dài L = 19 m 
Khoảng cách S = 3 m 
Loại Spring 
Độ cứng gối 
đàn hồi 
K = 180947 kN/m 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 22 
Tường vây 
Bảng 4. Thông số tường vây 
Cường độ nén fck = 30 Mpa 
Cường độ nén yêu 
cầu 
fcd = 21 Mpa 
Ứng suất nén cho 
phép 
fca = 8,0 Mpa 
Ứng suất cắt cho 
phép với thép 
fq1 = 0,3 Mpa 
Ứng suất cắt cho 
phép không thép 
fq2 = 1,62 Mpa 
Mô đun đàn hồi E = 2,35E4 Mpa 
3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 
3.1 Tính toán theo tiêu chuẩn Nhật Bản 
Về cơ bản, tường chắn đất theo tiêu chuẩn 
của Nhật Bản được thiết kế dựa trên phương 
pháp dầm trên nền đàn hồi. Chi tiết như sau: 
 Áp lực đất tác dụng lên tường chắn là áp 
lực đất chủ động và bị động, được giả thiết và 
tính toán theo các lý thuyết của Rankine-Resal 
và Coulomb (Hình 2). 
Hình 2. Sơ đồ tính toán áp lực đất dựa trên 
phương pháp dầm trên nền đàn hồi 
 Độ sâu tường chắn được chọn là giá trị 
lấy lớn nhất trong các trường hợp sau: 
+ Chiều sâu tối thiểu để chống lại hiện tượng 
đẩy trồi hố móng. 
+ Chiều sâu đảm bảo chuyển vị, momen 
tường cũng như nội lực trong kết cấu chống đỡ 
trong phạm vi cho phép. 
+ Trong trường hợp có tải đứng, độ sâu 
tường cần đảm bảo sự phá hoại nền dưới 
chân tường. 
+ Độ sâu đặt cần đảm bảo nước ngầm 
không thấm vào trong hố móng trong suốt quá 
trình thi công. 
 Hệ số ổn định tính toán của hệ cần đảm 
bảo những yếu tố sau đây: Hệ số an toàn mỏi 
của vật liệu, ổn định chống trồi, ổn định chung 
của cả hệ 
3.2 Phương pháp tính toán theo LRFD 
Tiêu chuẩn LRFD tính toán theo hệ số tải 
trọng và hệ số sức kháng theo trạng thái giới 
hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng [1], 
theo nguyên lý tải trọng bé hơn hoặc bằng sức 
kháng. Trong nội dung bài báo này, phần mềm 
Geostructure Analysis được áp dụng để tính 
toán và kiểm toán kết cấu theo LRFD. 
Bộ phần mềm này có thể tính toán và kiểm 
toán theo các tiêu chuẩn khác nhau, ưu điểm của 
phần mềm bao gồm: 
- Phân tích dựa trên giả thiết trạng thái tới 
hạn và hệ số an toàn. 
- Mô hình các lớp đất khác nhau 
- Thẩm tra thiết kế cũng được phân tích dựa 
trên EN 1997-1, LRFD hay phương pháp tiếp 
cận cổ điển. 
- EN 1997 - lựa chọn hệ số an toàn dựa trên 
tiêu chuẩn của từng quốc gia tương ứng 
- EN 1997 - lựa chọn tất cả các phương pháp 
tiếp cận, cân nhắc đến tình huống thiết kế 
- Xây dựng hệ thống dữ liệu đất 
- Tùy biến tải trọng tác dụng (dải, hình thang, 
tập trung) 
- Mô hình nước ngầm phía trong và phía 
ngoài tường vây 
- Mô hình đường mặt đất phía ngoài 
tường vây 
- Ảnh hưởng của động đất (Mononobe-
Okabe, Arrango). 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 23 
- Phân tích áp lực đất hữu hiệu và áp lực 
đất tổng 
- Mô hình nhiều lớp văng chống 
Phương pháp tính toán ổn định được áp dụng 
là phương pháp cân bằng giới hạn - GLEM. 
Phương pháp này được dùng trong thiết kế bởi 
tính đơn giản, dễ áp dụng. 
Các thông số đất ,,c được chọn để tính toán 
áp lực đất. Ổn định của hệ được tính toán dựa 
trên phương pháp của Bishop. Và hệ chống 
được mô hình như là gối đàn hồi. 
3.3. Trình tự tính toán theo các giai đoạn 
thi công 
Thi công hố đào sâu được chia thành 11 giai 
đoạn và quá trình tính toán được mô phỏng như 
dưới đây. 
 Bước 1: Đào đất đến độ sâu 2,0m. 
+
z
+
z
+
z
+
z
+
z
+
z
 2.00 2.00 
 9.00 
 8.00 
 15.00 
 7.00 
+
z
+
z
+
z
+
z
+
z
+
z
 2.00 1.50 
12.00
+x
+z
 35.00 
Hình 3. Giai đoạn thi công số 1 
 Bước 2: Lắp đặt hệ văng chống số 1 ở độ 
sâu 1,5m. 
180947.00kN/m
 1.50 
Hình 4. Giai đoạn thi công số 2 
 Bước 3: Đào đất đến độ sâu 6,5m. 
 6.50 
Hình 5. Giai đoạn thi công số 3 
 Bước 4: Lắp đặt hệ văng chống số 2 ở độ 
sâu 6m. 
180947.00kN/m
 1.50 
180947.00kN/m
 6.00 
Hình 6. Giai đoạn thi công số 4 
 Bước 5: Đào đất đến độ sâu 11m. 
 11.00 
Hình 7. Giai đoạn thi công số 5 
 Bước 6: Lắp đặt hệ văng chống số 3 ở độ 
sâu 10,5m. 
180947.00kN/m
 1.50 
180947.00kN/m
 6.00 
180947.00kN/m
 10.50 
Hình 8. Giai đoạn thi công số 6 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 24 
 Bước 7: Đào đất đến độ sâu 15,5m 
 15.50 
Hình 9. Giai đoạn thi công số 7 
 Bước 8: Lắp đặt hệ văng chống số 4 ở độ 
sâu 15m. 
180947.00kN/m
 1.50 
180947.00kN/m
 6.00 
180947.00kN/m
 10.50 
180947.00kN/m
 15.00 
Hình 10. Giai đoạn thi công số 8 
 Bước 9: Đào đất đến độ sâu 18,5m. 
 18.50 
Hình 11. Giai đoạn thi công số 9 
 Bước 10: Lắp đặt hệ văng chống số 5 ở độ 
sâu 18m. 
180947.00kN/m
 1.50 
180947.00kN/m
 6.00 
180947.00kN/m
 10.50 
180947.00kN/m
 15.00 
180947.00kN/m
 18.00 
Hình 12. Giai đoạn thi công 10 
 Bước 11: Đào đất đến độ sâu 21m. 
 21.00 
 0.25 
Hình 13. Giai đoạn thi công số 11 
4. KẾT QUẢ 
Kết quả của giai đoạn thi công cuối cùng 
được thể hiện như dưới đây (Hình 14). 
Max1 = 0.1; Max2 = -2.0mm
Min1 = -3.1; Min2 = -33.6mm
Displacement
-3.1
-33.6
-13.4
0.1
-2.0
-1.0
-1.0
-37.5 37.5
[mm]
0
Max1 = 475.50; Max2 = 0.00kNm/m
Min1 = 0.95; Min2 = -1525.79kNm/m
Bending moment
0.95
-510.99
-374.62
-934.31
-926.95-926.955 4
-1324.35-1324.2323
-1299.34
-1525.79
-1517.39-1517.396 206 20
385.00
268.64
475.50
22.60
176.04
35.74
207.09
-2000.00 2000.00
[kNm/m]
0
Max1 = 436.63; Max2 = -8.44kN/m
Min1 = 0.00; Min2 = -304.38kN/m
Shear force
-31.66-31.13
-151.08 -12.19
-30.99-30.991 431 43
-167.28 -118.01-118.65 .65
-153.21-153.21
-154.91
-64.87
-113.51-113.514.834.83
-181.92
-163.18
-271.23
-259.05
-304.38
-3.07 93.46
5.33 193.46
-8.44 411.43
5.09 436.63
60.88 350.40
3.96
44.40
-500.00 500.00
[kN/m]
0
Hình 14. Biểu đồ chuyển vị, momen, nội lực 
tường vây tại bước đào cuối cùng 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 25 
Bảng 5. Giá trị nội lực lớn nhất 
 trong tường vây 
Lực cắt lớn nhất 436,63 kN/m 
Momen lớn nhất 1525,79 kN.m/m 
Chuyển vị lớn nhất 33,6 mm 
Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất và 
chiều sâu đào trong thiết kế được so sánh với 
một số trường hợp điển hình khác được trình 
bày trong bảng 6. Kết quả cho thấy chuyển vị 
của tường nằm trong giới hạn cho phép và 
cũng thống nhất với kết quả từ các nghiên cứu 
khác [2-5]. 
Bảng 6. Mối quan hệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào 
Ví dụ 
Chuyển vị 
(m) 
Khoảng chuyển vị 
So sánh 
(mm) 
Kiểm 
tra 
Liu, Rebecca, Charles, 
and Hong (2011) 
33,6 0,14%H  0,68%H 29,4 <33,6 <142,8 OK 
Liu, Huang, Shi, and 
Ng, F.ASCE 
33,6 0,14%H  0,89%H 29,4 <33,6<186,9 OK 
Tan, Y., & Li, M. 
(2011) 
33,6 0,1%H  0,275%H 21<33,6<57,75 OK 
Wang, Xu& Wang 
(2009) 
33,6 0,1%H  1,0%H 21<33,6<210 OK 
Ghi chú: H = 21 m là chiều sâu đào 
 Kiểm tra nội lực văng chống 
Bảng 7. Kiểm toán văng chống 
Lớp 
Chiều sâu 
(m) 
Chuyển vị 
(mm) 
Nội lực (kN) Diện tích MCN (m2) 
Ứng suất nén 
(MPa) 
1 1,5 -2,1 1,60 17,19x10-3 0,09 
2 6 -9,0 772,24 17,19x10-3 44,92 
3 10,5 -17,1 1605,71 17,19x10-3 93,50 
4 15 -24,9 1425,05 17,19x10-3 82,99 
5 18 -27,3 868,56 17,19x10-3 50,53 
Kiểm tra: σ < σa = 210 (MPa) với σa là ứng 
suất nén cho phép của văng chống, kết quả: Đạt. 
 Kiểm tra ổn định tổng thể 
 Phân tích cung trượt tròn Bishop: 
Utilization = 65,0 % (FS=1,53>1,4) 
So sánh với kết quả tính toán được dựa trên 
tiêu chuẩn Nhật Bản, giá trị lớn nhất của nội lực 
trên 1 m dài tường vây theo các giai đoạn thi 
công (Bảng 8). 
ĐẠT 
Hình 15. Phân tích ổn định 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 26 
Bảng 8. Kết quả so sánh 
Nội lực 
Tiêu 
chuẩn 
ASSHTO 
LRFD 
Tiêu 
chuẩn 
Nhật 
Bản 
Lực cắt lớn nhất 
(kN/m) 
436,63 630 
Momen lớn nhất 
(kN.m/m) 
1525,79 1078 
Chuyển vị lớn nhất 
(mm) 
33,6 25,6 
Từ kết quả so sánh ở bảng 8, nhìn chung có 
thể nhận thấy rằng tính toán thiết kế theo tiêu 
chuẩn AASHTO LRFD bằng mô hình trong 
phần mềm Geostructure analysis có xu hướng 
thiên về an toàn hơn so với tính toán theo tiêu 
chuẩn của Nhật Bản. Cụ thể, giá trị momen và 
chuyển vị lớn nhất thu được theo tiêu chuẩn của 
Mỹ cao hơn so với tính toán theo tiêu chuẩn của 
Nhật (41,5% đối với giá trị momen và 31,25% 
cho giá trị chuyển vị). Tuy nhiên, giá trị lực cắt 
tính được theo tiêu chuẩn Nhật Bản lại lớn hơn 
so với tiêu chuần LRFD với cùng bước đào (630 
kN/m so với 436,63 kN/m). 
Hình 16. Biểu đồ nội lực tính toán theo tiêu chuẩn Nhật Bản 
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
5.1 Kết luận 
Bài viết này trình bày một ví dụ tính toán 
hố đào sâu cho tuyến đường sắt đô thị Hà Nội. 
Theo đó, một số kết luận có thể được rút ra 
như sau: 
 Cả hai tiêu chuẩn thiết kế đều đưa ra 
tính toán an toàn cho hố đào trong trường hợp 
này. Việc áp dụng hai tiêu chuẩn trên cho thi 
công hố đào sâu với điều kiện địa chất ở Hà 
Nội là thích hợp. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 27 
 Trong bài viết này, thiết kế dựa trên tiêu 
chuẩn AASHTO LRFD cũng đã được so sánh 
với tiêu chuẩn Nhật Bản. Kết quả sự khác 
nhau có thể đến từ giả thiết thiết kế, điều này 
cần được kiểm định lại trong những thiết kế 
tiếp theo. 
 Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 
AASHTO LRFD có phần thiên về an toàn hơn 
so với tiêu chuẩn của Nhật Bản, điều này được 
thể hiện ở giá trị momen và giá trị chuyển vị 
lớn nhất. 
5.2 Kiến nghị 
 Quan trắc là cần thiết trong suốt quá trình 
thi công. Chuyển vị của tường vây và biến dạng 
của mặt đất xung quanh công trình cũng như 
công trình lân cận cần được quan trắc một cách 
cẩn thận. 
 Nội lực văng chống là giá trị cần được 
đánh giá để đảm bảo cho quá trình lựa chọn và 
kiểm toán khả năng làm việc của kết cấu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] AASHTO, LRFD, Bridge Specification 
Design, USA, 2012. 
[2] Hồ sơ thiết kế phần ga ngầm tuyến số 2, 
Tedi và các công ty liên doanh 
[3] Liu, G. B., Jiang, R. J., Ng, C. W., & 
Hong, Y. (2011). Deformation characteristics of 
a 38 m deep excavation in soft clay. Canadian 
Geotechnical Journal, 48(12), 1817-1828. 
[4] Tan, Y., & Li, M. (2011). Measured 
performance of a 26 m deep top-down 
excavation in downtown Shanghai. Canadian 
Geotechnical Journal, 48(5), 704-719. 
[5] Liu, G. B., Huang, P., Shi, J. W., & Ng, 
C. W. W. (2016). Performance of a deep 
excavation and its effect on adjacent tunnels in 
Shanghai soft clay. Journal of Performance of 
Constructed Facilities, 30(6), 04016041. 
[6] Wang, J. H., Xu, Z. H., & Wang, W. D. 
(2009). Wall and ground movements due to 
deep excavations in Shanghai soft soils. Journal 
of Geotechnical and Geoenvironmental 
Engineering, 136(7), 985-994. 
Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƯỜNG