Sử dụng công nghệ phụt vữa cao áp gia cố nền giảm độ lún công trình lân cận tại tuyến Metro số 1 – Thành phố Hồ Chí Minh

 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
Số 02 (03/2017) 68 
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA CAO ÁP GIA CỐ 
NỀN GIẢM ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 
TẠI TUYẾN METRO SỐ 1 – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 
Phan Sỹ Liêm* 
Title: Using jet-grouting to 
reinforced soid mass 
surrounding the tunel and 
protect the constuction 
foundation in metro line 1 
Từ khóa: Jet-Grouting, lún bề 
mặt, khiên đào, PTHH 
Keywords: Jet-Grouting, surface 
setterment, tunnel boring 
machine, FEM. 
Thông tin chung: 
Ngày nhận bài: 07/10/2016; 
Ngày nhận kết quả bình duyệt: 
28/11/2016; 
Ngày chấp nhận đăng bài: 
05/01/2017 
Tác giả: 
KS., Công ty Cổ phần Tư vấn đầu 
tư GTVT - Sài Gòn 
syliem91@gmail.com 
TÓM TẮT 
Việc thi công hầm bằng công nghệ khiên đào sẽ xuất hiện biến 
dạng bề mặt đất trong quá trình thi công. Với điều kiện hạn chế về 
không gian thi công và bảo vệ công trình kiến trúc cổ Nhà hát Thành 
phố cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và lúc vận hành khai thác. Tại 
nghiên cứu này, tác giả nghiên cứu công nghệ Jet-Grouting (cọc Xi 
măng-đất phụt vữa áp lực cao) gia cố đất nền xung quanh hầm tại vị 
trí khó khăn trên để giảm lún bề mặt đất và công trình Nhà hát. 
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để đánh giá độ 
lún bề mặt đất nền. Từ kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH đưa 
ra quan hệ giữa đặc trưng thông số của cọc XM-Đ (Jet-Grouting) với độ 
lún bề mặt đất nền trên hầm và góc Nhà hát tại vị trí nguy hiểm nhất, 
trong điều kiện độ lún mặt đất cho phép nhỏ hơn 10mm. 
ABSTRACT 
Due to tunneling with tunnel boring machine the surface 
settlerment will appear. With the restriction on construstion site and 
have to protection of ancient architicture Opera House building, the 
tunnel have to be placed ensure technical requirements and 
operating. In this study, the authors use the Jet-Grouting (Cement 
piles-high pressure grouting) for reinforcement of surrounding 
ground tunnels going through the restriction site to reduce surface 
settlerment and Opera House building. The finite element method 
(FEM) will be used to evaluate the surface settlerment. From the 
results calculated by the finite element method will make the 
relationship between the characteristic parameters of the pile Jet-
Grouting with the surface settlerment above the tunnel and the most 
dangerous locations Opeara House building corner’s, with a 
maximum allowable surface settlement of 10mm. 
1. Đặt vấn đề 
Với vị thế trung tâm tài chính và văn hóa 
của cả nước và trong khu vực TP. Hồ Chí Minh 
(TP.HCM) được xem năng động bậc nhất cả 
nước và khu vực ASEAN. Với sự phát triển quá 
nóng về dân số nên tình trạng kẹt xe giờ cao 
điểm ngày càng lớn. Những năm 90 của thế kỷ 
trước TP.HCM đã bắt đầu nghiên cứu xây dựng 
hệ thống Đường sắt đô thị (ĐSĐT). Trên thế 
giới, tại các thành phố lớn việc xây dựng metro 
hầu như dưới lòng đất đó cũng là tiêu chí của 
TP.HCM. Độ sâu trung bình -12 ÷ -25m theo 
cao độ đỉnh ray và được thi công bằng TBM. 
Việc thi công bằng khiên đào ít nhiều dẫn đến 
lún bề mặt đất tại khu vực. Trong khi đó tim 
tuyến chỉ cách mép Nhà Hát Thành Phố 
(NHTP) dưới 10m tại vị trí nguy hiểm nhất 
cách tim hầm 9,14m. NHTP được người Pháp 
xây dựng hơn 100 năm với móng nhà hát bằng 
cọc cừ (25 cây/m2) Bên cạnh đó, với nghĩa lịch 
sử và kiến trúc nên việc bảo vệ tòa nhà giảm 
thiểu lún bề mặt trong điều kiện cho phép bé 
hơn 10mm (Attewell, 1986) được xem là ưu 
tiên hàng đầu cần giải quyết gấp trước khi thi 
công tuyến hầm. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
Số 02 (03/2017) 69 
2. Tuyến metro số 1 Tp. HCM 
2.1. Giới thiệu về dự án metro số 1 
Tuyến ĐSĐT số 1 (Bến Thành – Suối Tiên) 
dài 19,7km; trong đó có 17,1km đi trên cao và 
2,6km đi ngầm. Đoạn ngầm đi trong khu vực 
dân cư và mật độ xây dựng công trình quan 
trọng của thành phố xem “hình 1 và hình 2” 
theo Ban Quản lý đường sắt đô thị (BQLĐSĐT). 
2.2. Vị trí công trình nghiên cứu 
Hình 1. Hướng tuyến Metro số 1 
(Nguồn: Google Earth) 
Hình 2. Mặt cắt tại vị trí nghiên cứu 
(BQLĐSĐT, 2010) 
Nhà Hát Thành Phố nằm trong khu vực 
đoạn tuyến đi qua được sử dụng trong nghiên 
cứu này. Khoảng cách từ tim hầm (đoạn chạy 
trùng tim trên dưới) đến góc tòa nhà tại vị trí 
nguy hiểm nhất là 9,14. 
2.3. Địa chất công trình 
Địa chất khu vực nghiên cứu được sử 
dụng thông số hố khoan U150 theo Bảng 1. 
Bảng 1. Thông số địa chất tại hố khoan U150 
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7 
Dung trọng tự nhiên, (unsat ) kN/m3 18,5 16,5 20,5 20,0 20,0 21,0 20,5 
Dung trọng bão hòa (sat ) kN/m3 19,0 16,5 20,5 20,0 20,0 21,0 20,5 
Lực dính (c’) kN/m2 10 10 11 0 0 170 0 
Góc ma sát trong ( ) (độ) 25,0 0 28 33 35 0 35 
Hệ số Poisson () 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 
Mođun đàn hồi (E) kN/m2 10000 3000 17500 45000 60000 85000 90000 
Bề dày m 1,00 3,0 9,0 7,0 13,5 16,5 - 
(Nguồn: BQLĐSĐT,2010) 
2.4. Thông số đầu vào 
Bảng 2. Thông tin về hầm và máy TBM Bảng 3. Thông số khiên TBM - móng nhà hát 
Thành phần Đơn vị Giá trị 
Kích thước vỏ hầm tròn 
Đường kính trong mm 6050 
Đường kính ngoài mm 6650 
Chiều dày lớp vỏ hầm mm 300 
Kích thước khiên đào TBM: 
Đường kính khiên mm 7130 
Chiều dài khiên mm 7800 
Chiều sâu đặt hầm (từ mặt đất đến tim hầm) 
Chiều sâu đặt hầm trên Z0 m 12,54 
Chiều sâu đặt hầm dưới Z0 m 24,51 
(Nguồn: BQLĐSĐT, 2010) 
Thông số 
vật liệu 
Ký 
hiệu 
Đơn vị Vỏ hầm 
Móng nhà 
hát 
Loại vật 
liệu 
- Đàn hồi Đàn hồi 
Độ cứng EA kN/m 1,17E+07 1,18E+07 
Khả năng 
chống uốn 
EI 
kNm/m 8,78E+04 3,53E+05 
Chiều dày 
quy đổi 
d 
m 0,3 0,6 
Trọng 
lượng 
w 2 /kNm m
7,2 14,4 
Hệ số 
Poisson 
 
 0,17 0,2 
(Nguồn: BQL ĐSĐT, 2016) 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
 70 
 Tải trọng (BQL ĐSĐT, 2016) 
 Tải trọng nhà hát gồm 4 tầng (bề rộng 
phương ngang 30m): 60kN/m2; 
 Tải trọng công viên và giao thông trên 
bề mặt: 10 kN/m2. 
 Móng nhà hát cọc cừ tràm dày 0,6 – 
0,7m, mật độ 25 cây/1m2 => quy đổi Móng nhà 
hát dày 0,6m – vật liệu đàn hồi (Theo bảng 3); 
3. Phương pháp nghiên cứu 
3.1. Cơ sở lý thuyết 
Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan về 
vấn đề lún sụt bề mặt nền đất trong thi công 
bằng máy khiên đào TBM (Tunnel Boring 
Machine). Dựa trên cơ sở đường cong (Graus, 
1969), (New & O’Reilly, 1982) và (Mair, 1996) 
về độ lún lớn nhất trên bề mặt tại đỉnh hầm. 
Độ lún của cấu trúc đất xung quanh đường 
hầm trong bài này được phân tích bằng phần tử 
FEM trên thông số địa chất tại Bảng 1 và 
theo“Tính toán lại độ lún của hầm trong dự án 
tuyến hầm Italian National Railway bằng phương 
pháp FEM bao gồm bài toán lún bề mặt đất nền và 
về độ ổn định bề mặt khiên đào” (Nguyễn Đức 
Toản, 2006). Phương pháp FEM sử dụng để mô 
phỏng lún bề mặt khi thi công hầm bằng máy 
TBM, phân tích độ lún của bề mặt đất khi được gia 
cố bằng Jet-Grouting tạo một hệ khung bao quanh 
hầm tròn. Độ lún bề mặt nền đất được khảo sát 
theo sự thay đổi của đặc trưng của XM-Đ (Ximăng-
Đất) gồm: Mô đun đàn hồi và bề dày tường cọc. 
 3.2. Phương pháp PTHH 
Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng mô 
phỏng lún bề mặt nền dựa trên giá trị mất mát 
thể tích VL(%). Mô hình Mohr-Culomb được 
chọn để mô phỏng ứng xử đất nền, cho bài toán 
thoát nước (Darin), Mô hình bài toàn theo 
“Hình 3”. 
Hình 3. Mô hình bằng Plaxis 2D 
Giá trị độ lún phụ thuộc vào giá trị mất 
mát thể tích VL(%) theo từng loại đất và công 
nghệ thi công. Đối với đất cát: 0,5%; đất sét 1% 
÷ 2% thi công bằng công nghệ gương kín (New 
& O’Reilly 1991). Tham khảo dự án Circle Line 
- Singapore địa chất tương tự TP.HCM chọn VL 
= 1% thiên về an toàn. 
Tác giả đề xuất giá trị mất mát thể tích VL = 
1% đảm bảo an toàn. 
4. Kết quả tính toán 
Để so sánh các trường hợp trước và sau 
khi gia cố nền, tác giá đề xuất các trường hợp 
để phân tích độ lún bề mặt đất nền như sau: 
1. Vị trí khảo sát: Điểm A (mặt nền đất 
trên đỉnh hầm) và điểm B (góc phải nhà hát 
cách tim hầm 9,14m vị trí nguy hiểm nhất); 
2. Khi nền chưa gia cố độ lún với trường 
hợp tải trọng bên trên, thi công hầm dưới 
trước, hầm trên sau; 
3. Khi nền được gia cố phân tích độ lún 
với trường hợp tải trọng bên trên, xử lý nền 
bằng Jet-Grouting trước, tiếp theo thi công 
hầm dưới, sau cùng thi công hầm trên; 
4. Khảo sát mối quan hệ về độ lún bề 
mặt S với giá trị Môđun đàn hồi E và bề dày  
tường XM-Đ. 
4.1. Kết quả tính toán độ lún của nền 
chưa gia cố 
Hình 4. Mô hình chuyển vị trường hợp 
không gia cố 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
 71 
Hình 5. Giá trị lún bề mặt đất nền lớn nhất 
S(mm) tại 2 điểm khảo sát 
Nhận xét: 
 Độ lún lớn nhất tại 2 điểm khảo sát khi 
thi công hầm không có gia cố nền tăng lên so với 
lúc chưa thi công; điểm A độ lún tăng từ 
14,62mm lên 38,71mm; điểm B độ lún tăng từ 
52,48mm lên 61,04mm. 
 Lúc thi công hầm TBM đất nền bên 
dưới, ngoài việc chịu tải trọng của tòa nhà, giao 
thông còn chịu thêm tải trọng của khiên đào và 
vỏ hầm, bên cạnh đó có thêm mất mát thể tích 
khi đào. Điều này dẫn đến độ lún bề mặt tăng 
lên là điều hợp lý. 
 Khi thi công việc mất mát thể tích và 
công nghệ thi công là yếu tố chính dẫn đến độ 
lún mặt nền đất. 
 Tuy nhiên giá trị độ lún lớn nhất vẫn lớn 
hơn độ lún cho phép 10mm nên cần phải đưa ra 
giải pháp xử lý gia cố nền trước khi thi công 
hầm. 
4.2. Kết quả tính toán độ lún của nền 
được gia cố Jet-Grouting 
4.2.1. Mô hình nghiên cứu 
Nhà hát Thành phố được xem như biểu 
tượng kiến trúc của thành phố, không những 
có giá trị về nghệ thuật mà nó còn chứng kiến 
cả một quá trình lịch sử biến động của TP.HCM 
ngày nay cũng như Đô thành Sài Gòn xưa. Nên 
việc bảo vệ công trình này trong quá trình thi 
công hầm được xem là giải pháp ưu tiên với độ 
lún cho phép nhỏ hơn 10mm. 
Phương pháp Jet-Grouting được đề xuất 
trong thiết kế sơ bộ dạng khung xung quanh 
hầm chiều dài vùng gia cố 83,5m đi qua vị trí 
Nhà hát Thành phố (BQLĐSĐT, 2010) xem 
“hình 6”. 
Hình 6. Mô hình gia cố bằng Jet-Grouting 
Trong bài nghiên cứu này, các giá trị được 
thay đổi như sau: 
- Bề dày tường XM-Đ [] thay đổi như sau: 
0,5m; 1,0m; 1,5; 2,0m; 2,5m; 3,0m; 3,5m. 
- Mô đun đàn hồi E thay đổi như sau: 
120MPa; 140MPa; 160MPa; 180MPa (BQL 
ĐSĐT); 200MPa. 
Các thông số còn lại được giữ nguyên 
trong các trường hợp thay đổi  và E lấy theo 
Bảng 4. 
4.2.2. Kết quả tính toán 
a) Quan hệ E-S với  cố định 
Tính toán ban đầu với Mô đun đàn hồi 
thay đổi [120 ÷200] MPa với chiều dày tường 
2,7m (BQL ĐSĐT, 2010) để khảo sát độ lún lớn 
nhất theo Mô đun đàn hồi. Kết quả tính toán 
như sau: 
Hình 7. Quan hệ E-S với  =2,7m 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
 72 
Nhận xét: 
Với kết quả tính toán và đồ thị biểu diễn 
mối quan hệ giữa E-S cho ta thấy. 
- Tại điểm A với VL=1% (mặt đất trên nóc 
hầm): Khi giá trị E tăng từ 120MPa đến 180MPa 
độ lún bề mặt giảm dần từ 11,99mm xuống 
9,91mm vượt qua giá trị lún cho phép 10mm và 
giảm chậm lại khi E từ [180 ÷ 200] MPa từ 
9,91mm xuống 9,71mm. 
- Tại trường hợp điểm B với VL=1% khi giá 
trị E tăng từ [120 ÷ 200] MPa độ lún giảm dần 
nhưng giá trị cao nhất của các trường hợp đều 
nhỏ hơn 10mm. 
Từ các phân tích cho thấy để hạn chế độ 
lún mặt đất lớn nhất nhỏ hơn 10mm khi sử 
dụng vữa có Mô đun đàn hồi từ [180 ÷ 200] 
MPa. Với giá trị E = 180 MPa đảm bảo độ lún 
cho phép 9,91mm < 10mm, giá trị E này tối ưu 
nhất thiết kế, khi tăng E từ 200MPa trở lên độ 
lún giảm dần nhưng lại gây khó khăn cho việc 
tạo ra vữa có cường độ cao gây tốn kém thời 
gian và kinh phí thực hiện. 
b) Quan hệ E-S- cho độ lún bề mặt. 
Để xác định quan hệ E-S-, giá trị Mô đun 
đàn hồi E thay đổi trong khoảng [120 ÷ 180] 
MPa và bề dày tường  thay đổi từ [0,5 ÷ 3,5] 
m. Khảo sát độ lún bề mặt tại 2 điểm A (mặt 
dất trên đỉnh hầm) và điểm B (góc tòa nhà cách 
tim hầm 9,14m). 
 Hình 8. Quan hệ E-S- tại điểm A 
Hình 9. Quan hệ E-S- tại điểm B 
Nhận xét: 
Từ kết quả tính và đồ thị thể hiện tại 2 
điểm A, B theo các trường hợp tăng Mô đun 
đàn hồi E và bề dày tường  cho thấy mức độ 
lún giảm dần và vượt qua độ lún cho phép <10 
mm. 
- Tại điểm A, với giá trị E = [120 ÷ 140]MPa 
chiều dày tường  = 3,5m có độ lún mặt đất lớn 
nhất lần lượt là 9,98mm và 9,49mm nhỏ hơn độ 
lún cho phép 10mm. 
- Tại điểm A, với giá trị E = 160 MPa chiều 
dày tường  = 3,0 m có độ lún mặt đất lớn nhất 
là 9,99 mm nhỏ hơn độ lún cho phép 10mm. 
- Tại điểm A, với giá trị E = 180MPa và E = 
200MPa chiều dày tường  =2,7m thì có độ lún 
mặt đất lần lượt là 9,91mm và 9,71mm nhỏ hơn 
độ lún cho phép 10mm. 
- Tại điểm B, với mọi giá trị E và  độ lún cho 
phép tại đây đảm bảo nhỏ hơn độ lún cho phép 
giá trị lún nằm trong khoảng giảm dần trong 
khoảng [8,47÷5,09]mm. 
5. Kết luận và kiến nghị 
5.1. Kết luận 
Từ các kết quả nghiên cứu trên, tác giả rút 
ra các kết luận sau: 
1. Độ lún bề mặt phụ thuộc vào công nghệ 
đào hầm và việc kiểm soát quá trình vận hành 
máy đào trong lúc thi công. 
2. Giá trị mất mát thể tích VL = 1% được 
xem là giá trị an toàn để kiểm soát quá trình lún 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC YERSIN 
 73 
bề mặt do phụ thuộc vào địa chất và công nghệ 
thi công. 
3. Phương pháp gia cố nền Jet-Grouting phù 
hợp với địa chất tại khu vực dự án nhằm giảm độ 
lún bề mặt, khi sử dụng phương pháp này ta 
nhận thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa Mô đun đàn 
hồi và bề dày tường XM-Đ. 
4. Với Mô đun đàn hồi nằm trong khoảng 
[180 ÷ 200] MPa độ lún nằm trong giới hạn cho 
phép và chiều dày tường  = 2,7 m đảm bảo khả 
năng chịu lực, tiết kiệm chi phí. 
5. Khi Mô đun đàn hồi lớn hơn 180MPa thì 
chiều dày tường tăng từ 2,7÷3,5m chiếm nhiều 
diện tích trong điều kiện chật hẹp và kinh phí thi 
công cao. 
5.2. Kiến nghị 
Tổng hợp các nhận xét và quá trình tính 
toán, để đảm bảo độ lún cho phép nhỏ hơn 
10mm thì công nghệ Jet-Grouting để giảm độ 
lún bề mặt tại khu vực Nhà hát thành phố là 
phương pháp phù hợp. 
1. Chiều dày tường được kiến nghị [2,7 ÷ 
3,0] m là tối ưu đảm bảo yêu cầu về độ lún bề mặt 
cho phép và bảo vệ công trình Nhà hát Thành 
phố trong quá trình thi công. 
2. Mô đun đàn hồi vữa phun nằm trong 
khoảng [180 ÷ 200] MPa được xem phù hợp với 
các loại thông số vữa hiện nay tại Việt Nam, trên 
thế giới Mô đun đàn hồi của vữa phổ biến nhỏ 
hơn 500MPa (Trần Nguyễn Hoàng Hùng, 2011). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Attewell, P. B, Yeates, J. & Selby, A. R. 
(1986). Soil movements induced by tunnelling 
and their efects on pipelines and structures. UK: 
Blackie and Son Ltd; 
2. Ban Quản lý Đường sắt Đô thị. (2010-
2016). Tài liệu thiết kế. TP.Hồ Chí Minh; 
3. Lê Thanh Bình và Nguyễn Anh Tuấn 
(2010). Phân tích ảnh hưởng lún của việc xây 
dựng đường hầm Metro đến các công trình lân 
cận khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Tạp chí 
Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, 30-34; 
4. Phan Sỹ Liêm và Nguyễm Bá Hoàng 
(2016). Sử dụng công nghệ Jet-Grouting gia cố 
xung quanh hầm bảo vệ công trình móng nông 
tại tuyến Đường sắt Đô thị số 1 – TP.HCM. Tạp 
chí Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, 
26-30; 
5. Maidi, B. (1996). Mechanised Shield Tun-
nelling, Wiley - VCH, 1st edition, 446 papers; 
6. O’Reilly, M. P. and B. M. New. (1982). 
Settle-ment aboved tunnels in the United 
Kingdom-Their magnitude and prediction, 
Brighton, Engl, Inst of Mining & Metallurgy. 
Volume 20, Issue 1, 173-181; 
7. Peck, R. B. (1969). Deep excavations 
and tun-nelling in soft ground, The 7th 
International Conference Soil Mesh. Mexico 
City: State of the art 3, 225-290; 
8. Nguyễn Tăng Thanh và Trần Nguyễn 
Hoàng Hùng. (2011). Đặc trưng của đất-xi dùng 
công nghệ phụt vữa cao áp (Jet-Grouting) để 
giảm lún bề mặt khi thi công tuyến Metro số 1 
bằng máy khiên đào TBM ở TP.Hồ Chí Minh. Tạp 
chí GTVT (12/2011), 23-26; 
9. Nguyen Duc Toan. (2006). TBM and 
Lining-Essential Interface, Master of Science. 
Italy: COREP Turin;