nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt do thi công đường hầm mêtrô đặt nông trong đất bằng máy đào tổ hợp tbm

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học giao thông vận tải XzW Bùi văn dỡng Nghiên cứu ảnh hởng lún bề mặt do thi công đờng hầm mêtrô đặt nông trong đất bằng máy đào tổ hợp TBM chuyên ngành: xây dựng cầu hầm m số: 60-58-25 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật hà nội 2007 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học giao thông vận tải XzW Bùi văn dỡng Nghiên cứu ảnh hởng lún bề mặt do thi công đờng hầm mêtrô đặt nông trong đất bằng máy đào tổ hợp TBM chuyên ngành: xây dựng cầu hầm m số: 60-58-25 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học: 1. pgs.ts đỗ nh tráng 2. TS. Nguyễn phơng duy hà nội 2007 Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Mục lục mở đầu 1 Chơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 3 1.1 Giới thiệu các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất 3 1.1.1 Phơng pháp đào hở (đào lộ thiên) 3 1.1.2 Phơng pháp đào dới nắp 8 1.1.3 Phơng pháp đào kín 11 1.1.3.1 Phơng pháp ngầm thông thờng 11 1.1.3.2 Phơng pháp khiên đào 14 1.1.3.3 Phơng pháp tổ hợp khoan đào TBM 18 1.2 Sự cần thiết của đề tài 21 1.2.1 ảnh hởng của quá trình thi công đờng hầm bằng tổ hợp đào hầm đến lún bề mặt 22 1.2.2 Mục tiêu của đề tài 27 1.2.3 Giới hạn của đề tài 28 Chơng 2: Các phơng pháp tính lún mặt đất khi thi công công trình ngầm bằng TBM 30 2.1 Các nghiên cứu dựa theo kinh nghiệm và bán kinh nghiệm 30 a. Phơng pháp nghiên cứu kinh nghiệm 31 b. Phơng pháp nghiên cứu bán kinh nghiệm 32 2.2 Các nghiên cứu dựa trên phơng pháp thí nghiệm 41 2.3 Các nghiên cứu dựa trên phơng pháp pthh:Error! Bookmark not de f 2.4 Các phơng pháp tính ổn định mặt gơng đào:Error! Bookmark not d Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mục lục bùi văn dỡng 1 Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm a. Phơng pháp dựa trên cơ sở thiết kế theo trạng thái giới hạn của Leca và Dormiex (1990) 47 b. Phơng pháp phân tích theo cân bằng giới hạn của Covári và Anagnostou (1996) 51 Chơng 3: Mô hình tính và lời giải của bài toánError! Bookmark not defined. 3.1 Xây dựng mô hình tính 59 3.1.1 Phân tích quá trình thi công bằng TBM 59 3.1.2 Xây dựng mô hình tính 61 3.2 lời giải của bài toán 66 3.2.1 Giới thiệu về chơng trình sử dụng trong tính toán 66 3.2.2 Xây dựng lời giải 67 Chơng 4: Khảo sát số, kết luận và kiến nghị 75 4.1 Các ví dụ khảo sát 75 4.1.1 Số liệu đầu vào của các bài toán khảo sát 75 4.1.2 So sánh mô hình tính của đồ án với phơng pháp đờng cong Gaussian 76 4.1.3 Khảo sát mối quan hệ H-D đến ảnh hởng lún tổng cộng bề mặt 79 4.1.4 Khảo sát giá trị lún bề mặt lớn nhất ở mỗi giai đoạn thi công 85 4.2 kết luận 87 4.3 kiến nghị 88 tài liệu tham khảo 89 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mục lục bùi văn dỡng 2 Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phần Mở đầu - 1 - bùi văn dỡng Mở đầu Các đô thị lớn ở nớc ta hiện nay đang trên đà phát triển mạnh mẽ, tăng trởng kinh tế cao. Điều này cũng kèm theo sự gia tăng mạnh mẽ về quy mô dân số đô thị, dẫn đến nhu cầu về mặt bằng xây dựng các công trình dân dụng, các công trình công cộng nh: siêu thị, các bãi đỗ xe và đặc biệt là các công trình phục vụ nhu cầu đi lại của ngời dân. Trong khi đó quỹ đất của các thành phố là có hạn, điều này đã đặt ra nhu cầu xây dựng các công trình trên cao cũng nh đặt sâu trong lòng đất. Loại hình công trình ngầm có quy mô lớn nhất trong các công trình nói trên phải kể đến là công trình đờng hầm giao thông phục vụ cho việc đi lại của ngời dân trong thành phố ( mêtrô ). Tập trung dân số đô thị Thiếu không gian sinh hoạt, c trú Nhu cầu về phơng tiện đi lại tăng Thiếu quỹ đất, giá đất tăng cao Mở rộng các công trình ngầm khác: khu thơng m ạ i, điểm đỗ xe Khai thác không gian c trú ngầm và trên cao Phát triển giao thông công cộng Tăng lợng sở hữu xe cá nhân Hệ thống đờng giao thông đô thị trên cao và đi ngầm Đờng ôtô trên cao và n g ầm Bãi đỗ xe ngầm và trên cao Việc xây dựng hệ thống đờng hầm giao thông trong thành phố là nhu cầu tất yếu và là giải pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu hiện tợng tắc nghẽn giao thông, ô nhiễm môi trờng nh hiện nay ở các thành phố lớn của Việt Nam. Đây là cách mà các nớc phát triển trên thế giới đã thực hiện và cho thấy rõ hiệu quả rất cao. Tuy nhiên ở các nớc này cũng đã xảy ra các hiện tợng ngay trong khi xây dựng hoặc sau một thời gian tồn tại của các công trình ngầm nêu trên trong lòng đất đã gây ra hiện tợng bề mặt đất bị lún làm ảnh hởng rất lớn đến các công trình đang có trên mặt đất. Đặc biết trong quá trình thi công các công trình ngầm với chiều sâu đặt của nó là không sâu với các công nghệ thi công khác nhau đã gây ra lún không nhỏ trên bề mặt đất, ảnh hởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng trên mặt đất xung quanh khu vực đó. Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phần Mở đầu - 2 - bùi văn dỡng Với sự phát triển nh vũ bão của khoa học công nghệ thì các công nghệ cũng nh thiết bị thi công hầm cũng không ngừng phát triển theo. Một trong những công nghệ đang đợc coi là đạt đợc hiệu quả cao trong tiến độ thi công, an toàn và dễ kiểm soát hiện nay chính là công nghệ sử dụng tổ hợp khoan đào toàn tiết diện TBM. Loại thiết bị này hiện nay có thể thi công đợc trong hầu nh tất cả các địa chất khác nhau, các loại hình dạng mặt cắt ngang và kích thớc có thể đạt đến trên 15m. Tuy nhiên, với Việt Nam thì công nghệ này còn khá mới mẻ và đắt tiền. Chính vì vậy để có thể áp dụng đợc vào thi công các công trình ngầm ở nớc ta thì đòi hỏi đội ngũ các nhà khoa học, kỹ s cần có rất nhiều nghiên cứu khác nhau để từ đó lựa chọn và đa ra đợc quyết định hợp lý về mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trờng. Đặc biệt là khi áp dụng cho các công trình ngầm trong khu đô thị, tránh hiện tợng đầu t lãng phí. Một trong các nghiên cứu cần phải đặt ra đó chính là vấn đề lún bề mặt đất khi thi công các hầm đặt không sâu bằng máy khoan đào tổ hợp toàn tiết diện TBM. Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một nghiên cứu của riêng mình trong đề tài tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật. Với trình độ nghiên cứu còn non nớt cùng với các hiểu biết còn rất hạn chế nên đề tài không có mong muốn gì hơn là mang tính chất tham khảo và đa ra các hớng nghiên cứu tiếp theo hoàn chỉnh hơn và mang tính thực tiễn cao hơn. Vì vậy, tác giả rất mong nhận đợc những đóng góp quý báu của các vị tiền bối, các nhà chuyên môn để hoàn thiện mình hơn. Xin chân thành cảm ơn! Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 3 - bùi văn dỡng Chơng 1 : Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1. Giới thiệu các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất. Có thể chia hầm đặt nông ra hai loại: đặt nông toàn tuyến và đặt nông bộ phận. Các phơng pháp thi công chủ yếu thờng đợc áp dụng cho loại hầm này là: đào hở (đào lộ thiên), tờng liên tục (tờng trong đất), đào dới nắp, đào ngầm nông và phơng pháp khiên đào. 1.1.1. Phơng pháp đào hở (đào lộ thiên): Đặc điểm của thi công lộ thiên là các bộ phận kết cấu gần tơng tự nh khi thi công các công trình khác trên mặt đất nên ở đây chỉ giới thiệu các phơng pháp đào mở. a. Đào mở không che chống: Phơng pháp này áp dụng cho hầm đặt rất gần mặt đất, nó ảnh hởng nhiều đến môi trờng xung quanh khi thi công. Việc đào hố móng chỉ dựa vào việc tạo ra mái dốc thích hợp để có thể tự giữ ổn định. Khối lợng đào đắp lớn, chiếm dụng mặt bằng thi công nhiều nhng nó lại có tốc độ thi công nhanh và chất lợng của công trình dễ dàng kiểm soát b. Thi công hố đào có sử dụng các thiết bị che chống xung quanh hố móng: - Có các kết cấu che chống (ổn định thành hố đào) chủ yếu: Kết gỗ; BTCT hoặc bằng các kết cấu thép chế tạo sẵn. - Đối với kết cấu che chống bằng BTCT có thể là các tấm BTCT hoặc là các cọc BTCT chế tạo sẵn. Cũng có thể sử dụng các loại cọc hoặc tờng BTCT đúc tại chỗ (cọc khoan) liên kết lại thành tờng liên tục. - Đối với các kết cấu che chống bằng thép có thể sử dụng các loại cọc ván thép có sẵn hoặc có thể là các loại cọc thép tự chế tạo. c. Sử dụng tờng liên tục trong đất: Tờng liên tục dới đất đợc phân chia thành các loại chủ yếu sau: - Tờng liên tục dới đất đổ tại chỗ. - Tờng liên tục dới đất đúc sẵn lắp ghép. - Tờng liên tục dới đất gồm các hàng cọc. Các thao tác công nghệ chính đợc thực hiện nh sau: Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 4 - bùi văn dỡng do dt Ht Ht dt do H B Thi công đoà hào Đổ bê tông tờng Đào dới nắpĐào và thi công nắp đỉnh Hình 1.1: Các thao tác công nghệ chính của phơng pháp tờng trong đất + Tờng liên tục dới đất đổ tại chỗ: Đào một đoạn rãnh hẹp và dài trong đất, lắp lồng ghép vào trong rãnh, đổ bê tông thành một đoạn tờng bê tông cốt thép, nối liền từng tấm thành một bức tờngliên tục dới đất. Đó là một cách thi công tờng liên tục dới đất. Dây truyền thi công tờng liên tục dới đất xem hình vẽ: Công tác chuẩn bị Thi công tòng dẫn Khoan lỗ Đào lỗ Dọn sạch đáy Cẩu lồng thép Thả ống phiễu đổ bê tông Đỗ bê tông Hút vữa sét tron g hào lên Đa g iá đổ bê tôn g vào vị trí Chế tạo lồng thé p Xử lý tái sinh vữa sé t Trộn vữa sét Đo đạc chiều thẳng đứng vào vách hào K Cẩu ống chốt vào Rút ống chốt lên Sửa lại sai lệch K<K cho p hé p Đ ợ c Hình 1.2: Dây chuyền thi công tờng dới đất Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 5 - bùi văn dỡng Một số loại máy đào hào: Dựa theo cơ lí đào hào máy có thể phân chia làm hai loại lớn: kiểu máy đào hào bằng gầu, kiểu khoan. - Máy đào rãnh bằng gầu đào Loại máy này tiến hành phá hoại đất bằng gầu và chuyển nó ra khỏi rãnh. Máy dùng để thi công tầng đất mềm yếu, máy này có gầu ngoạm,gầu xúc, gầu quay, gầu xoắn v.v Hình1.3: Gầu ngoạm chạy trên bánh xích MHL (Trung Quốc) - Máy đào rãnh bằng mũi khoan. Loại máy này dùng mũi khoan phá nát đất địa tầng, nhờ tuần hoàn của vữa sét mang đất đá vụn đẩy ra ngoài rãnh đào. Dựa vào phơng thức phá nát đất địa tầng có thể chia ra : máy đào kiểu xung kích, kiểu quay, kiểu đục gọt và máy phay rãnh hai bánh. Máy đợc lắp trên giá chuyên dụng hoặc cần cẩu bánh xích. Thờng dùng là các loại máy đào xung kích, kiểu quay và máy phay rãnh hai bánh. Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 6 - bùi văn dỡng Hình 1.4: Nguyên lý công tác của khoan quay nhiều đầu Thi công đào rãnh: - Phân chia và thi công cơ giới các đoạn rãnh . Việc lựa chọn chiều dài các đoạn rãnh, cần dựa vào các yếu tố nh địa chất, mức nớc ngầm, có hay không các đờng ống dới đất v.v có chú ý xem xét tính ổn định của vách rãnh, và trọng lợng lồng cốt thép nói chung chiều dài đoạn rãnh vào khoảng 4m ữ 6m. Nếu tầng đất xấu có thể 2m ữ 3m, điều kiện địa chất tốt có thể dùng đến 7mữ 8m. Chỗ ngoặt góc cần rút ngắn lại, cách bố trí có thể kiểu một đoạn và nhiều đoạn. a b Kiểu 1 đoạn Kiểu 2 đoạn Kiểu 3 đoạn 2b-a 3b-2a Hình 1.5: Phân đoạn rãnh đào b a Lỗ dẫn Hình 1.6: Đào rãnh Khoan lỗ Thông lỗ Sửa vách Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ chắp các lỗ khoan thành rãnh [...]... Bộ môn Cầu Hầm Do đó phải nghiên cứu cẩn thận các quy luật, các yếu tố ảnh hởng và giá trị lún bề mặt đất khi thi công hầm trong đất mềm yếu sử dụng tổ hợp đào hầm 1.2.1 ảnh hởng của quá trình thi công đờng hầm bằng tổ hợp đào hầm đến lún bề mặt: - Chuyển vị nền và chiết giảm thể tích đờng hầm thi công đào ngang Biến dạng của nền là không thể tránh khỏi khi thi công CTN trong nền đất yếu Rất khó có... môn Cầu Hầm + Khi đào hầm trong đất mềm yếu ngời ta chế tạo ra loại máy đào tổ hợp giữa máy khoan đào TBM với khiên đào và trong luận văn sẽ gọi là tổ hợp đào hầm + Trong tất cả các phơng pháp thi công hầm nói trên thì phơng pháp sử dụng tổ hợp đào hầm có nhiều u điểm hơn cả về tốc độ thi công, mức độ an toàn, khả năng kiểm soát các tai biến, mức độ công nghiệp hoá cao Đặc biệt khi thi công các công trình... dụng tổ hợp đào hầm là 1 trong các phơng pháp u việt hơn cả Tuy nhiên khi thi công hầm bằng phơng pháp sử dụng tổ hợp đào hầm (đặc biệt là ở những khu vực đất mềm yếu) có thể làm cho mặt đất bị lún trong quá trình thi công và vận doanh của đờng hầm sau này Giá trị lún này đạt đến một mức độ nhất định sẽ làm ảnh hởng xấu đến các công trình kiến trúc trên mặt đất và của bản thân đờng hầm Có thể chia độ lún. .. pháp ngầm thông thờng a Đặc điểm kỹ thuật khi thi công bằng phơng pháp đào hầm nông (1) Biến dạng đất đá phát triển đến mặt đất Trong thi công đờng hầm chôn nông ảnh hởng lún đất nền sẽ phát triển tới mặt đất Để tránh phá hoại công trình kiến trúc trên mặt đất và mạng đờng ống chôn ngầm trong đất đồng thời bảo vệ cảnh quan tự nhiên trên mặt đất, khắc phục ảnh hởng giao thông qua lại, thích ứng càng tốt... công hầm bằng TBM trong thì tổng thể tích đất đá đợc đào đi luôn lớn hơn từ 1% - 2% thể tích của hầm kể cả phần vỏ đã đợc lắp đặt sau này Còn đối với các hầm có đờng kính 5m và 10m trong đất sét thì độ lún lớn nhất trong vùng lún bề mặt đất là 12mm và 24mm - Thông thờng mức độ lún bề mặt đất đã đợc tổng kết nh sau (theo AFTES,1995): + 10 20% gây ra do mất mát bề mặt gơng đào + 40 50% gây ra do khoảng... đào đất Dùng PP thuận đổ bê tông tầng 1,2, tháo dỡ công trình tạm, hồi phục mặt đờng Hình 1.13: Phơng pháp thi công đào dới nắp tổ hợp thuận và nghịch (2) Đào lỗ chôn cọc (2) Neo bảo vệ mái dốc (1) Đờng hầm (1) Đờng hầm (3) công vụ công vụ Hình 1.14: Tổ hợp phơng pháp đào dới nắp và đào ngầm (1): Đào ngầm thi công hai đờng hầm công vụ (2): Thi công neo bảo vệ mái dốc hoặc hàng cọc bảo vệ (3): Thi công. .. tính lún mặt đất khi thi công công trình ngầm bằng TBM Hiện nay đang tồn tại các phơng pháp tính ảnh hởng lún bề mặt đất do thi công công trình ngầm đặt nông bằng TBM chủ yếu dựa và các công thức bán kinh nghiệm, các phơng pháp giải tích hoặc PTHH của nhiều tác giả khác nhau cả các phân tích mô hình phẳng và không gian 2.1 Các nghiên cứu dựa theo kinh nghiệm và bán kinh nghiệm: Việc dự đoán tổng giá... gơng đào đợc gọi là mất mát thể tích toàn bộ VL, trong quá trình thi công, đợc đo bằng m3/mét dài đào hầm a Phơng pháp nghiên cứu kinh nghiệm: Macklin và Field (1999) dựa vào số liệu thực tế với đờng hầm đờng kính 2,8m trong đất sét London cho biết quan hệ thay đổi giữa áp lực đất thứ cấp(1) và biến dạng lún bề mặt với tốc độ đào hầm ở trờng hợp này thì có đến 70% biến dạng lún bề mặt đất tại mặt cắt... khiên đào theo sơ đồ dới đây (phơng pháp của DAUB Hội xây dựng công trình ngầm của Đức): TM Máy thi công hầm SM Khiên đào TBM Máy khoan đào hầm TBM TBM không có khiên TBM- S TBM có khiên SM-T Khiên đào từng phần SM-V Khiên đào toàn tiết diện SM-T1: Không chống đỡ mặt gơng SM-V1: Không chống đỡ mặt gơng SM-T2: Chống đỡ từng phần mặt gơng SM-V2: Chống đỡ mặt gơng bằng kết cấu cơ học SM-T3: Chống đỡ mặt. .. việc thi công đờng hầm đặt nông trong nền đất thì bất kể là bằng phơng pháp nào đều gây ra các biến dạng lún nền đất, điều này đơng nhiên sẽ dẫn đến nguy hiểm cho kết cấu công trình đã có trên bề mặt đất Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chơng 1 - 27 - bùi văn dỡng Trờng đại học Giao thông Vận tải Phòng đào tạo ĐH&sau ĐH Bộ môn Cầu Hầm Trong đề tài này sẽ tập trung chủ yếu vào phơng pháp thi công bằng tổ hợp . trong các nghiên cứu cần phải đặt ra đó chính là vấn đề lún bề mặt đất khi thi công các hầm đặt không sâu bằng máy khoan đào tổ hợp toàn tiết diện TBM. Sau. Chơng 1 : Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1. Giới thi u các công nghệ thi công hầm đặt nông trong đất. Có thể chia hầm đặt nông ra hai loại: đặt nông toàn