Ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm dùng công nghệ cân bằng áp lực đất đến biến dạng đất nền áp dụng cho khu vực tp hcm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.52 MB, 118 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÙI THÀNH PHƢỚC
ẢNH HƢỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG ĐƢỜNG HẦM
DÙNG CÔNG NGHỆ CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT ĐẾN BIẾN
DẠNG ĐẤT NỀN - ÁP DỤNG CHO KHU VỰC TP. HCM.
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã ngành:
60 58 02 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------
ẢNH HƢỞNG CỦA Q TRÌNH XÂY DỰNG ĐƢỜNG HẦM
DÙNG CƠNG NGHỆ CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT ĐẾN BIẾN
DẠNG ĐẤT NỀN - ÁP DỤNG CHO KHU VỰC TP. HCM.
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã ngành:
60 58 02 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ BÁ KHÁNH
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019
CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
***
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ BÁ KHÁNH.
Cán bộ chấm nhận xét 1: GS. TSKH NGUYỄN VĂN THƠ
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. HUỲNH NGỌC THI
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 12 tháng 01 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
Chủ tịch hội đồng: TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
2.
Thƣ ký hội đồng: TS. LÊ VĂN PHÚC
3.
CB Phản biện 1: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ
4.
CB Phản biện 2: TS. HUỲNH NGỌC THI
5.
Uỷ viên hội đồng: TS. LÊ ANH THẮNG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
TS. LÊ TUẤN ANH
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: BÙI THÀNH PHƢỚC ..................................... MSHV: 1670111…
Ngày, tháng, năm sinh: 18/08/1993 ......................................... Nơi sinh: BÌNH ĐỊNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình giao thơng .......... Mã số : 60 58 02 05
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Ảnh hƣởng của quá trình xây dựng đƣờng hầm dùng công nghệ cân bằng áp lực đất đến
biến dạng đất nền- áp dụng cho khu vực Tp. HCM.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hƣởng của thi công hầm bằng phƣơng pháp khiên đào
(tập trung cho pp. phần tử hữu hạn).
2. Tổng quan nghiên cứu lý thuyết tính tốn ảnh hƣởng của thi công hầm bằng phƣơng pháp
khiên đào đến biến dạng nền đất.
3. Phân tích ảnh hƣởng của thi công hầm bằng phƣơng pháp khiên đào đến biến dạng nền
đất.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 13/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2019
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ KHÁNH
Tp. HCM, ngày 12 . tháng ..02 . năm 2019.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TS. LÊ BÁ KHÁNH
TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)
TS. LÊ TUẤN ANH
–i–
LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành bài Luận văn này, tơi xin trân trọng cảm ơn Thầy TS. Lê Bá
Khánh đã giúp đỡ, tận tình hƣớng dẫn và cung cấp các thơng tin cần thiết để tơi
hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chun ngành Xây dựng cơng trình giao thông.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu đƣờng và
Khoa Sau Đại học của trƣờng Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, các bạn
trong lớp cao học Xây dựng cơng trình giao thông K2016, các đồng nghiệp đã giúp
tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện luận văn
Xin gửi lời cám ơn đến công ty Pontech JSC nơi tôi làm việc, đã tạo điều kiện
cho tơi theo học chƣơng trình thạc sĩ và hoàn thành luận án này.
Xin cảm ơn mọi ngƣời trong gia đình tơi đã ln hỗ trợ và đồng hành trong
mọi bƣớc đi của tơi.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên học viên cũng khó tránh khỏi
những hạn chế và thiếu sót. Tơi rất mong đƣợc sự giúp đỡ và đóng góp của quý
Thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để các vấn đề phân tích cũng nhƣ báo cáo đề
tài đƣợc hồn thiện hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Học viên
Bùi Thành Phƣớc
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– ii –
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI: “ẢNH HƯỞNG CỦA Q TRÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM
DÙNG CƠNG NGHỆ CÂN BẰNG ÁP LỰC ĐẤT ĐẾN BIẾN DẠNG ĐẤT NỀNÁP DỤNG CHO KHU VỰC TP. HCM.”
MỞ ĐẦU
Xác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên cứu
luận văn, nên đƣợc ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận văn.
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHIÊN ĐÀO TRONG
NỀN ĐẤT YẾU
Giới thiệu về khiên đào trong đất yếu. Những phá hoại chính xảy ra trên các
dự án thực tế.
CHƢƠNG 2: BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT KHI ĐÀO HẦM BẰNG KHIÊN
ĐÀO
Giới thiệu lý thuyết tính tốn hầm đào TBM. Sơ bộ các phƣơng pháp dự
đốn q trình biến dạng của đất nền trong điều kiện khơng có cơng trình lân cận.
Giới thiệu các phƣơng pháp FEM mơ phỏng q trình thi công đƣờng hầm bằng
khiên đào cân bằng áp lực đất. Lý thuyết ổn định gƣơng đào.
CHƢƠNG 3:PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG Q TRÌNH THI CƠNG
ĐƢỜNG HẦM ĐẾN BIẾN DẠNG ĐẤT NỀN VÀ CƠNG TRÌNH LÂN CẬN
Phân tích ảnh hƣởng của q trình đào hầm theo cơng nghệ TBM-EPB bằng
phần mềm PLAXIS 2D và 3D đoạn đi ngầm của tuyến Đƣờng sắt đô thị số 1 Bến
Thành – Suối Tiên (TP HCM) (đoạn ga Ba Son – Nhà hát thành phố).
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– iii –
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của tơi. Các
số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả của luận án
chƣa từng đƣợc cơng bố trong bất cứ cơng trình khoa học nào. Tác giả hồn tồn
chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Học viên
Bùi Thành Phƣớc
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– iv –
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHIÊN ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT
YẾU .............................................................................................................................4
1.1 Giới thiệu công nghệ khiên đào trong đất yếu ......................................................4
1.1.1 Công nghệ khiên cân bằng áp lực đất TBM-EPB .......................................5
1.1.2 Công nghệ khiên dung dịch bùn TBM-SPB................................................6
1.2 Lựa chọn công nghệ khiên đào trong đất yếu .......................................................6
1.3 Sự cố khi áp dụng công nghệ khiên đào trong đất yếu .........................................7
1.3.1 Một số sự cố ................................................................................................7
1.3.2 Tóm tắt về nguyên nhân sự cố.....................................................................9
1.4 Nhận xét của chƣơng .............................................................................................9
CHƢƠNG 2: BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT KHI ĐÀO HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO ....11
2.1 Phân tích hiệu ứng gƣơng đào .............................................................................11
2.1.1 Phƣơng pháp thông thƣờng .......................................................................11
2.1.2 Phƣơng pháp nêm trƣợt .............................................................................12
2.2 Biến dạng nền đất khi áp dụng công nghệ khiên đào..........................................15
2.2.1 Các yếu tố gây ra hiện tƣợng biến dạng nền đất .......................................15
2.2.2 Dự đoán biến dạng bằng phƣơng pháp thực nghiệm ................................16
2.2.2.1 Đặt vấn đề .........................................................................................16
2.2.2.2 Biến dạng mặt đất theo phƣơng ngang .............................................17
2.2.2.3 Biến dạng mặt đất theo phƣơng dọc (hƣớng thi công) .....................19
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–v–
2.2.2.4 Biến dạng bên dƣới mặt đất theo phƣơng ngang ..............................20
2.2.2.5 Phƣơng trình biến dạng của nền đất dựa trên thông số độ hở. ..........21
2.2.3 Một số hƣớng nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ........................................24
2.2.3.1 Một số nghiên cứu ở nƣớc ngoài.......................................................24
2.2.3.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam .........................................................29
2.2.4 Ứng dụng PP. PTHH trong phân tích cơng nghệ khiên đào .....................29
2.2.4.1 Phần mềm Plaxis và ngun lý tính tốn ..........................................30
2.2.4.2 Hệ số an tồn .....................................................................................31
2.2.4.3 Mơ phỏng q trình đào hầm theo công nghệ khiên đào. .................32
2.3 Nhận xét của chƣơng ...........................................................................................37
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG Q TRÌNH THI CÔNG ĐƢỜNG
HẦM ĐẾN BIẾN DẠNG ĐẤT NỀN VÀ CÔNG TRÌNH LÂN CẬN ....................38
3.1 Số liệu của tuyến Metro Số 1, từ ga Ba Son đến Nhà Hát Lớn ..........................38
3.1.1 Trắc dọc và bình đồ ...................................................................................38
3.1.2 Kích thƣớc mặt cắt ngang hầm ..................................................................38
3.1.3 Thông số đất nền của dự án .......................................................................39
3.1.4 Vật liệu hầm TBM, tòa nhà và cọc ............................................................41
3.1.5 Vị trí tiến hành phân tích ...........................................................................41
3.2 Phân tích biến dạng nền đất đoạn thi công ngầm tuyến Metro số 1 ...................44
3.2.1 Xác định áp lực đào ...................................................................................44
3.2.1.1 Đặt vấn đề .........................................................................................44
3.2.1.2 Xây dựng mơ hình .............................................................................45
3.2.1.3 Trƣờng hợp khơng có tải thi cơng trên mặt đất.................................46
3.2.1.4 Trƣờng hợp có tải thi công trên mặt đất............................................48
3.2.1.5 Nhận xét ............................................................................................51
3.2.2 Kiểm chứng mơ hình FEM ........................................................................52
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– vi –
3.2.2.1 Đặt vấn đề .........................................................................................52
3.2.2.2 Xây dựng mô hình .............................................................................52
3.2.2.3 Kết quả phân tích ..............................................................................60
3.2.2.4 Kết luận .............................................................................................64
3.2.3 Ảnh hƣởng thi công hầm đến ứng suất – biến dạng của đất nền xung
quanh ..................................................................................................................65
3.2.3.1 Đặt vấn đề .........................................................................................65
3.2.3.2 Xây dựng mơ hình .............................................................................65
3.2.3.3 Ảnh hƣởng thi cơng hầm đến ứng suất – biến dạng của đất nền xung
quanh .............................................................................................................67
3.2.3.4 Ảnh hƣởng hệ số giải phóng ứng suất đến sự chuyển vị của đất và
nội lực của hầm .............................................................................................71
3.2.3.5 Kết luận .............................................................................................74
3.2.4 Ảnh hƣởng của độ cứng tƣơng đƣơng của tòa nhà đến biến dạng của đất
nền ......................................................................................................................75
3.2.4.1 Đặt vấn đề .........................................................................................75
3.2.4.2 Xây dựng mơ hình .............................................................................76
3.2.4.3 Kết quả phân tích ..............................................................................77
3.2.4.4 Nhận xét ............................................................................................82
3.2.5 Phân tích sự tƣơng tác của hệ đƣờng hầm - móng sâu - nền đất ...............83
3.2.5.1 Đặt vấn đề .........................................................................................83
3.2.5.2 Xây dựng mơ hình .............................................................................83
3.2.5.3 Kết quả phân tích ..............................................................................86
3.2.5.4 Nhận xét ............................................................................................91
3.3 Nhận xét của chƣơng ...........................................................................................94
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– vii –
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................97
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3-1 Các điều kiện thiết kế chính của hầm khoan, [4]. .....................................39
Bảng 3-2. Số liệu địa chất tại hố khoa ABH-1 (lý trình 0+800), [4]. .......................40
Bảng 3-3 Thông số nền, [4].......................................................................................40
Bảng 3-4 Vật liệu vỏ hầm, theo DSRSC-ST, JRTRI. ...............................................41
Bảng 3-5 Thông số vỏ hầm, [4]. ...............................................................................41
Bảng 3-6. Các mặt cắt nguy hiểm, [4]. .....................................................................42
Bảng 3-7. Bảng giá trị áp lực đầu đào tham khảo, [4]. .............................................46
Bảng 3-8. Bảng hệ số triết giảm áp lực đầu đào. ......................................................48
Bảng 3-9. Bảng giá trị triết giảm, ΣMloadA .............................................................49
Bảng 3-10. Tổ hợp chỉ số triết giảm tại độ sâu Y=2.8D ...........................................51
Bảng 3-11. Lịch trình thi cơng 2 tuyến đƣờng hầm của dự án Metro số 1. ..............60
Bảng 3-12. Tổ hợp kết quả theo phƣơng pháp phân tích (mơ hình 2D) ...................62
Bảng 3-13. Chuyển vị của nền đất và ứng suất chính, tại mặt cắt B-B ....................67
Bảng 3-14. Tổng hợp kết quả ứng suất tại mặt cắt B-B, xung quanh hầm EBT
(tuyến phía đơng) ......................................................................................................68
Bảng 3-15. Tổng hợp kết quả ứng suất tại C-C, hầm EBT (tuyến phía đơng), hệ số
giải phóng ứng suất 30%. ..........................................................................................69
Bảng 3-16. Tổng hợp nội lực tại C-C khi thay đổi hệ số giải phóng ứng suất. ........71
Bảng 3-17. Bảng số liệu đặc trƣng tấm tƣơng đƣơng. ..............................................77
Bảng 3-18. Giá trị độ lún và mất đất với giá trị co ngắn = 1.5%, X/D=0. ................80
Bảng 3-19. Giá trị độ lún và mất đất với giá trị co ngắn = 1.5%, X/D=3. ................81
Bảng 3-20. Đặc trƣng của vật liệu cọc và độ cứng đƣợc thể hiện ở bảng dƣới đây. 85
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– viii –
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1. Ngun lý xây dựng đƣờng hầm bằng khiên [1] ........................................4
Hình 1-2. Minh họa công nghệ cân bằng áp lực cân bằng đất TBM-EPB, [2]. ..........5
Hình 1-3. Khiên TBM-EPB áp dụng dự án Metro số 1 Tp. HCM..............................5
Hình 1-4. Minh họa cơng nghệ cân bằng áp lực cân bằng bùn TBM-SPB, [2]. .........6
Hình 1-5. Vùng áp dụng công nghệ khiên đào theo cấp phối hạt đất, [3] ..................6
Hình 1-6. Sự cố khi đào đƣờng hầm ...........................................................................8
Hình 1-7. Nến đất bị trồi tại dự án đƣờng sắt Docklands Light Rail - Anh, 1998......8
Hình 1-8. Minh họa hiện tƣợng gƣơng hầm, [5]. ........................................................9
Hình 2-1. Sơ đồ áp lực tại gƣơng đào, [1] ................................................................11
Hình 2-2. Mơ hình nêm trƣợt, Anagnoustou & Kovari. ...........................................12
Hình 2-3 Các thành phần chính gây mất mát đất, [6]. ..............................................15
Hình 2-4. Tác động của q trình thi cơng hầm, Attewell et al 1986. ......................16
Hình 2-5. Hình dạng máng lún trên mặt đất [7] ........................................................17
Hình 2-6. Hình dạng phân bố lún trên bề mặt và biến dạng ngang. [7] ....................18
Hình 2-7. Biểu đồ so sánh phƣơng trình lún Sv(x) theo các cơng thức đề xuất, [6] .19
Hình 2-8. Phƣơng trình lún theo hƣớng dọc, [6].......................................................19
Hình 2-9. Dạng phƣơng trình lún bề mặt và dƣới mặt đất, Mair (1993). .................20
Hình 2-10. Vùng ảnh hƣởng lún sụt [6]. ...................................................................21
Hình 2-11. Định nghĩa của hệ số biến dạng DR, tƣơng quan hệ số biến dạng DR và
biến dạng ngang, Burland et al 1995. ........................................................................24
Hình 2-12. Mơ hình phân tích của Potts và Addenbrooker (1997). ..........................25
Hình 2-13. Mơ hình dầm trong phân tích thơng qua đo biến dạng của tấm nhôm
đƣợc đặt tại trục đƣờng hầm để tiến hành đo cảm biến., R. Farrell et al 2014. ........27
Hình 2-14. Bài toán: a) biến dạng phẳng; b) đối xứng trục, Plaxis V8 manual. .......30
Hình 2-15. Phần tử & bài tốn phân tích ..................................................................31
Hình 2-16. Các bƣớc mơ phỏng theo phƣơng pháp co ngắn, Likitlersuang et al
2014. ..........................................................................................................................33
Hình 2-17. Biểu đồ phản ứng đất nền GRC, [10]. ....................................................34
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– ix –
Hình 2-18. Các pha trong mơ hình phân tích bằng phƣơng pháp CCM, [11]. .........35
Hình 2-19. Mơ hình tải trọng TBM, Plaxis manual. .................................................35
Hình 2-20. Mơ hình phân tích các pha theo phƣơng pháp phun vữa, [11]. ..............36
Hình 3-1. Mặt bằng của các cơng trình hiện hữu trên tuyến đƣờng hầm đi qua [4]. 38
Hình 3-2 Mặt cắt ngang điển hình tuyến đƣờng hầm phía đơng (EBT, WBT), [4]..39
Hình 3-3. Vị trí các mặt cắt nguy hiểm .....................................................................42
Hình 3-4. Mặt cắt ngang địa chất A-A tại lý trình 1+400, [4]. .................................43
Hình 3-5. Mặt cắt ngang địa chất B-B tại lý trình 0+860, [4]...................................43
Hình 3-6. Mặt cắt ngang địa chất C-C tại lý trình 0+980, [4]...................................44
Hình 3-7. Mơ hình phân tích 3D ...............................................................................45
Hình 3-8. Kết quả theo các pha thi cơng mơ hình mặt đất tự do Y=2.1D ................46
Hình 3-9. Kết quả theo các pha thi cơng mơ hình mặt đất tự do Y=2.8D ................47
Hình 3-10. Kết quả theo các pha thi cơng mơ hình mặt đất tự do Y=4D .................47
Hình 3-11. Biểu đồ lũy tiến ΣMloadA tƣơng ứng hầm đặt tại độ sâu 4D ................48
Hình 3-12. Chuyển vị của các pha thi công Y=2.1D, (a) Pha 1 và (b)Pha 2. ...........49
Hình 3-13. Tƣơng quan áp lực đầu đào tối thiểu và độ sâu ở dự án Metro số 1 ......50
Hình 3-14. Phổ chuyển vị khi hầm ở độ sâu Y=2.8D, có tải thi cơng trên mặt đất ..50
Hình 3-15.Biến dạng ở gƣơng hầm, tại độ sâu Y=2.8D, với chỉ số co ngắn = 1%. .51
Hình 3-16. Mơ hình móng bè quy ƣớc, theo R. F. Craig 2004. ................................53
Hình 3-17. Mơ hình phân tích 2D tại mặt cắt C-C. ...................................................53
Hình 3-18. Mơ hình phân tích 2D tại mặt cắt A-A. ..................................................54
Hình 3-19. Mơ hình phân tích 2D tại mặt cắt E-E. ...................................................54
Hình 3-20. Mơ hình 3D theo hƣớng thi cơng hầm. ...................................................55
Hình 3-21. Mơ hình phân tích 3D tại C-C. ...............................................................55
Hình 3-22. Vị trí quan trắc mặt cắt A-A (lý trình Km 1+400, [4]. ...........................59
Hình 3-23. Vị trí quan trắc mặt cắt C-C (lý trình KM 0+960), [4]. ..........................59
Hình 3-24. Vị trí quan trắc mặt cắt E-E (lý trình KM 1+500), [4]. ..........................59
Hình 3-25. Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đƣờng hầm thứ nhất EBT, tại A-A. 60
Hình 3-26. Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đƣờng hầm thứ hai WBT, tại A-A. 60
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–x–
Hình 3-27. Độ lún tại mặt đất sau khi thi cơng đƣờng hầm thứ nhất EBT, tại C-C. 60
Hình 3-28. Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đƣờng hầm thứ hai WBT, tại C-C. .61
Hình 3-29. Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đƣờng hầm thứ nhất-EBT, tại E-E. 61
Hình 3-30. Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đƣờng hầm thứ hai-WBT, tại E-E ..61
Hình 3-31. Lƣới biến dạng lún tại mặt đất. ...............................................................62
Hình 3-32. Kết quả phân tích FEM và thực nghiệm khi thi công đƣờng hầm số 1EBT, tại mặt cắt C-C.. ...............................................................................................63
Hình 3-33. Kết quả phân tích FEM và thực nghiệm khi thi công đƣờng hầm số 2WBT, tại mặt cắt C-C................................................................................................63
Hình 3-34. Mơ phỏng 2D plaxis tải trọng tịa nhà liền kề tại C-C, [4]. ....................65
Hình 3-35. Mơ hình 2D sơ bộ: (a) mặt cắt B-B; (b) mặt cắt C-C. ............................66
Hình 3-36. Ứng suất quanh hầm EBT, khi thi cơng hầm WBT, mặt cắt B-B ..........69
Hình 3-37. Ứng suất quanh hầm EBT, khi thi công hầm WBT, mặt cắt C-C ..........69
Hình 3-38. Biểu đồ moment của vỏ hầm, lần lƣợt với hệ số (1-β)=0.1, 0.15 ...........72
Hình 3-39. Tƣơng quan giữa chỉ số (1-β) và lực dọc, tại C-C ..................................72
Hình 3-40. Tƣơng quan giữa chỉ số (1-β) và mô men tại C-C ..................................73
Hình 3-41. Máng lún theo FEM và theo Loganathan & Polous (2008), tại C-C. .....73
Hình 3-42. Tƣơng quan giữa λ và Vloss tại C-C ........................................................73
Hình 3-43. Trạng thái của đất nền tại C-C, lần lƣợt với λmax=0.3376, 0.3 ...............74
Hình 3-44. Mơ hình phân tích 2D hầm TBM-Tịa nhà của Franzius et al 2003. ......76
Hình 3-45. Bài tốn 2D (a); Lƣới biến dạng (b). ......................................................76
Hình 3-46. Máng lún, khi có tịa nhà I & II, contraction = 1.5%, .............................78
Hình 3-47. Tƣơng quan chiều sâu hầm và độ lún lớn nhất của tịa nhà, X/D=0. .....78
Hình 3-48. Phân bố ứng suất chính trong q trình thi cơng ....................................78
Hình 3-49. Máng lún, contraction = 1.5% , Z=23.3m. .............................................80
Hình 3-50. Máng lún, giá trị co ngắn = 1.5% ...........................................................80
Hình 3-51. Tƣơng quan Vloss (%) và tham số Y/D, hệ số co ngắn = 1.5% ...............81
Hình 3-52. Mơ hình đơn giản sự tác động của Hầm – Cọc đơn, Loganathan 2011. 84
Hình 3-53. Mơ hình phân tích hƣởng q trình thi cơng đối với móng cọc. ............85
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– xi –
Hình 3-54. Máng lún theo phƣơng thẳng đứng Uv,y=0, với cọc sâu 10m & D=15m. 86
Hình 3-55. Biểu đồ thay đổi nội lực, với cọc sâu 10m & D=15m. ...........................86
Hình 3-56. Tƣơng quan Vloss và chỉ số co ngắn, với cọc sâu 10m & D=15m. .........87
Hình 3-57. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 20m & D=15m .........................................87
Hình 3-58. Biểu đồ thay đổi nội lực, với cọc sâu 20m & D=15m. ...........................87
Hình 3-59. Tƣơng quan Vloss và chỉ số co ngắn, với cọc sâu 20m & D=15m. .........88
Hình 3-60. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 30m & D=15m. ........................................88
Hình 3-61. Biểu đồ thay đổi nội lực, với cọc sâu 30m & D=15m. ...........................88
Hình 3-62. Tƣơng quan Vloss và chỉ số co ngắn, với cọc sâu 30m & D=15m. .........89
Hình 3-63. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 20m & D=25m. ........................................89
Hình 3-64. Biểu đồ thay đổi nội lực, với cọc sâu 20m & D=25m. ...........................89
Hình 3-65. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 20m & D=25m. ........................................90
Hình 3-66. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 30m & D=25m. ........................................90
Hình 3-67. Biểu đồ thay đổi nội lực, với cọc sâu 30m & D=25m. ...........................90
Hình 3-68. Máng lún Uv,y=0, với cọc sâu 30m & D=25m. ........................................91
Hình 3-69. Vùng ảnh hƣởng của sự di chuyển của cọc và biến dạng đất do thi công
hầm, [13]. ..................................................................................................................93
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–1–
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đƣờng hầm đô thị là giải pháp giao thông tối ƣu nhất hiện nay với bối cảnh
diện tích ngày càng hạn hẹp, tốc độ phát triển thành phố Hồ Chí Minh ngày càng
tăng tỉ lệ thuận với nhu cầu xây dựng cơng trình giao thông. Thông qua dự án Metro
Line 1, công nghệ thi công đƣờng hầm bằng khiên đào (TBM) lần đầu tiên đƣợc
ứng dụng tại Việt Nam, đƣa ra cơ hội tiếp cận công nghệ tiên tiến trong xây dựng và
ứng dụng mới để phát triển đô thị.
Việc ứng dụng công nghệ TBM cũng kéo theo những rủi ro mới gây tác động
xấu đến các cơng trình xung quanh khi tiến hành hoạt động thi công.
Công nghệ TBM tuy đƣợc áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, nhƣng tại Việt
Nam với điều kiện mang tính đặc thù khi thi cơng trong nền địa chất hết sức phức
tạp và hồn tồn khơng có những nghiên cứu chuyên sâu từ trƣớc, việc đánh giá
những rủi ro là điều tiên quyết trƣớc khi lựa chọn các phƣơng án thi công cho hợp
lý.
Việc thi công đƣờng hầm tại một thành phố đã có hạ tầng tƣơng đối hồn
chỉnh nhƣ thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt nhiều cơng trình với tuổi thọ lớn từ thế
kỷ 20, dẫn đến sự khó khăn trong dự báo và thiết kế cho kết cấu hầm.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng biến dạng trên mặt đất trong quá trình thi cơng tuyến
đƣờng hầm, áp dụng kết quả nghiên cứu trong phân tích tổng quan cho các dự án
tƣơng tự đƣợc triển khai tại Tp. HCM.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của q trình thi cơng đƣờng
hầm theo cơng nghệ TBM EPB bằng PP. FEM, mô phỏng 2D-3D, tham khảo số
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–2–
liệu thi cơng tuyến đƣờng hầm phía đơng (EBT) và tuyến đƣờng hầm phía tây
(WBT) đoạn thi cơng ngầm, dựa án tuyến đƣờng sắt đô thị Bến thành – Suối Tiên.
Dựa trên số liệu thu thập, phạm vi nghiên cứu chủ yếu xoay quanh sự hình
hành biến dạng trên mặt đất, từ đó áp dụng những cho phân tích tổng quan đến biến
dạng bên dƣới mặt đất có xét đến sự hiện diện của cơng trình lân cận.
Về nội dung chính, phạm vi vẫn xoay quanh phân tích hiện tƣợng sụt lún hình
thành bên trên mặt đất, từ đó xây dựng những phân tích phụ liên quan nhằm bổ sung
hồn thiện cho đề tài thực hiện.
Mơ hình ứng xử của đất trong báo cáo là mơ hình Mohr-Coulomb.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu tổng quan về lý
thuyết, nghiên cứu mô phỏng bằng phần mềm để giải quyết các nội dung của đề tài.
Tổng hợp các kết quả tính tốn lý thuyết về sự tác động của quá trình thi công
đƣờng hầm bằng khiên đào TBM ảnh hƣởng đến sự mất ổn định của nền đất theo
các phƣơng pháp của các tác giả trƣớc đã nghiên cứu, tƣơng ứng với dữ liệu đầu
vào đƣợc tham khảo từ địa chất thực tế tại dự án Metro số 1 (Tp. HCM).
Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D TUNNEL để xây dựng mơ hình 3D và
PLAXIS 2D V8.2 xây dựng mơ hình 2D, mơ phỏng q trình thi cơng đƣờng hầm
bằng cơng nghệ TBM, kết quả trích xuất sẽ đƣợc vận dụng trong việc so sánh và
thực hiện báo cáo luận văn.
Kết quả từ mơ hình đƣợc vận dụng để so sánh với các phƣơng trình thực
nghiệm, hoặc kết quả quan trắc từ hiện trƣờng đƣợc thu thập từ cá nhân, cơ quan, tổ
chức có liên quan đến dự án.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–3–
Mô phỏng dựa trên số liệu thiết kế thực tế của đoạn thi công ngầm nằm trong
dự án tuyến Metro số 01 thuộc hệ thống tuyến Metro thành phố Hồ Chí Minh.
Các loại tải trọng đựa áp dụng vào mơ hình đƣợc tham khảo từ báo cáo thiết
kế kỹ thuật của dự án
Do vậy kết quả sau khi tiến hành mô phỏng và so sánh thực tế cũng nhƣ báo
cáo thiết kế chính có thể đánh giá đƣợc phần nào mức độ hợp lý, và có thể đƣa ra
một số dự báo cho các dự án sau này.
6. Nội dung đề tài
Nội dung đề tài gồm: phần mở đầu, 3 chƣơng, phần kết luận và kiến nghị, tài
liệu tham khảo và phần phụ lục.
PHẦN MỞ ĐẦU: Nêu lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tƣợng và
phạm vi nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
của đề tài.
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ KHIÊN ĐÀO TRONG NỀN
ĐẤT YẾU
CHƢƠNG 2: BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT KHI ĐÀO HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG Q TRÌNH THI CƠNG
ĐƢỜNG HẦM ĐẾN BIẾN DẠNG ĐẤT NỀN VÀ CƠNG TRÌNH LÂN CẬN
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nhận xét, đánh giá và rút ra kết luận về ảnh hƣởng q trình thi cơng đƣờng
hầm bằng khiên đào TBM-EPB đến biến dạng nền đất. Đồng thời định hƣớng
nghiên cứu tiếp sau nghiên cứu này.
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–4–
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHIÊN ĐÀO TRONG
NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Giới thiệu công nghệ khiên đào trong đất yếu
Nguyên tắc chung của khiên đào dựa trên cấu tạo phần khiên thép hình trụ có
chức năng đẩy trục hầm về phía trƣớc đồng thời trong khoảng thời gian đó cơng tác
đào đất diễn ra.
Phần khiên có chức năng giữ ổn định vách hầm khi công tác lắp vỏ hầm và
bơm vữa hoàn thiện.
Khiên đào chịu áp lực của đất xung quanh hầm, và ngăn chăn sự xâm nhập của
nƣớc ngầm.
Ổn định gƣơng đào có thể đƣợc thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
Sử dụng áp lực đất tự nhiên
Sử dụng áp lực từ máy móc chuyên dụng
Áp lực bằng khí nén
Cân bằng áp lực bùn
Cân bằng áp lực đất
Hình 1-1. Nguyên lý xây dựng đường hầm bằng khiên [1]
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–5–
1.1.1 Công nghệ khiên cân bằng áp lực đất TBM-EPB
Gƣơng đào đƣợc giữ ổn định bằng “đất ở gƣơng hầm”.
Hình 1-2. Minh họa công nghệ cân bằng áp lực cân bằng đất TBM-EPB, [2].
(1) Đầu đào; (2) Khoan đất; (3) Tƣờng áp lực; (4) Băng chuyền; (5) Kích đẩy; (6)
Vữa bơm; (7) Vỏ hầm; (8) Vữa đông cứng;
Hiện nay công nghệ đào hầm TBM-EPB đƣợc áp dụng để thi công đoạn đi
ngầm của tuyến Đƣờng sắt đô thị số 1 Bến Thành – Suối Tiên (TP HCM).
Hình 1-3. Khiên TBM-EPB áp dụng dự án Metro số 1 Tp. HCM
maur.hochiminhcity.gov.vn
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–6–
1.1.2 Công nghệ khiên dung dịch bùn TBM-SPB
Gƣơng đào đƣợc giữ ổn định bằng “dung dịch bentonite”.
Hình 1-4. Minh họa công nghệ cân bằng áp lực cân bằng bùn TBM-SPB, [2].
(1) Đầu đào; (2) Dung dịch Bentonite/đất; (3) Khoan khí; (4) Kích đẩy; (5) Vỏ hầm;
(6) Vữa bơm; (7) Ống bơm dung dịch vào; (8) Ống bơm chất dơ ra; (9) Vữa đông
cứng.
1.2 Lựa chọn công nghệ khiên đào trong đất yếu
Có thể dựa vào đƣờng cong cấp phối hạt đất để lựa chọn phƣơng pháp cân
bằng áp lực gƣơng hầm.
Hình 1-5. Vùng áp dụng cơng nghệ khiên đào theo cấp phối hạt đất, [3]
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–7–
Dựa trên số liệu địa chất của dự án Metro số 1, đoạn thi công ngầm Ga Ba Son
- Nhà Hát Lớn, [4], ghi nhận rằng
Tại vị trí hầm bên trên (tƣơng ứng với mẫu đất thí nghiệm tại độ sâu từ
10.5m đến 13.95m) thành phần hạt cát có đƣờng kính từ 0.425 đến 2mm
chiếm khoảng 40% đến 60%, cấp phối hạt sét từ 0.075mm đến 0.425mm từ
22.5% đến 40%, và phần trăm còn lại chủ yếu là lớp sét dẻo có đƣờng kính
nhỏ hơn 0.075mm.
Tại vị trí hầm bên dƣới (tƣơng ứng với mẫu đất thí nghiệm tại độ sâu từ
14.5m đến 23.95m) thành phần hạt cát có đƣờng kính từ 0.425 đến 2mm
chiếm khoảng 15% đến 32.6%, cấp phối hạt sét từ 0.075mm đến 0.425mm
từ 47.5% đến 62%, và phần trăm còn lại chủ yếu là lớp sét dẻo có đƣờng
kính nhỏ hơn 0.075mm.
Do vậy, phƣơng pháp khiên đào áp lực đất (TBM-EBP) đƣợc đánh giá phù
hợp nhất với điều kiện địa chất của dự án.
1.3 Sự cố khi áp dụng công nghệ khiên đào trong đất yếu
1.3.1 Một số sự cố
Tại dự án tuyến đƣờng hầm Thƣợng Hải (Trung Quốc, 2003) và Metro BắcNam Cologne (Đức, 2009), do áp lực ở gƣơng đào không đủ, nƣớc xâm nhập vào
trong đƣờng hầm làm hạ mực nƣớc ngầm, xuất hiện khoảng trống bên ngồi tƣờng
vây nơi có sự hiện diện của cơng trình.
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–8–
a) Tịa nhà trên hệ móng cọc (Thƣợng
b) Tịa nhà trên hệ nông (hệ thống
Hải, Trung Quốc, 2003), Boos et al
Metro Bắc- Nam Cologne, Đức, 2009),
(2004).
Wallis. S (2009).
Hình 1-6. Sự cố khi đào đường hầm
Tại dự án đƣờng sắt Docklands Light Rail (Anh, 1998), áp lực đầu đào lớn
hơn so với thực tế, do vậy đất bị đẩy lên.
Hình 1-7. Nến đất bị trồi tại dự án đường sắt Docklands Light Rail - Anh, 1998.
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
–9–
1.3.2 Tóm tắt về ngun nhân sự cố
Hình 1-8. Minh họa hiện tượng gương hầm, [5].
Một số nguyên nhân chính gây ra sự cố trong q trình thi cơng
Áp lực cân bằng đầu đào không đủ khi đi qua khu vực có địa chất sai khác
nhiều với thiết kế, gây sự sụp đổ của phần đất trên trên; trong trƣờng hợp áp
lực lớn hơn với áp lực trƣớc đầu đào, hiện tƣợng trồi sẽ xuất hiện.
Vùng đất đƣờng hầm đi qua, có nƣớc ngầm có độ thấm cao hoặc lớp đất
khơng thốt nƣớc mỏng hơn thực tế, dẫn đến sự xâm nhập của nƣớc vào
hầm khơng nhƣ tính tốn ban đầu, gây sụp đổ
Tính tốn vữa phun xung quanh vỏ hầm không đủ, gây gia tăng độ lún làm
phá hủy các cơng trình lân cận
1.4 Nhận xét của chƣơng
Việc xây dựng trong khu vực địa chất yếu, đơ thị có lịch sử lâu đời với sự hiện
hữu nhiều cơng trình cao tầng nhƣ Tp. HCM. Q trình vận hành/thi công cần phải
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
– 10 –
lên kế hoạch đảm bảo an toàn, nhằm giảm thiểu cũng nhƣ giải quyết sự cố nhanh
chóng và hiệu quả. Một số lƣu ý chính khi áp dụng cơng nghệ khiên đào đƣợc thể
hiện nhƣ sau:
Phân tích chi tiết các vấn đề liên quan đến kỹ thuật, tránh rút ngắn giai
đoạn.
Trong các nguyên nhân chính gây sự sụp đổ, và một nửa trong số đó l liên
quan đến quản lý thi công. Nhiều kỹ sƣ bị áp lực tiến độ dẫn tới phát sinh
những sai sót khơng đáng có.
Tính tốn ứng suất trong cơng trình hoặc sự thay đổi ứng suất trong đất là
yêu cầu đƣợc đề ra khi thiết kế cơng trình. Kết quả của bài tốn ứng suấtbiến dạng càng chính xác thì cơng trình thiết kế càng tối ƣu hơn về bài toán
kinh tế - kỹ thuật.
Phƣơng pháp khiên đào cân bằng áp lực đất phù hợp với yêu cầu kỹ thuật khi
triển khai dự án tại Tp. HCM. Trong báo cáo này, học viên chỉ tập trung phân tích
cơng nghệ này, những công nghệ khác sẽ không đƣợc xem xét.
HV: Bùi Thành Phƣớc
MSHV: 1670111
