KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 ;hảo sát hệ số mất mát thể tích rên cơ sở các số liệu quan trắc rong quá trình thi công hầm bằng TBM ại tuyến metro số 1 TP Hồ Chí Minh ThS NGUYỄN THẠCH BÍCH; GS TS TRẨN[.]
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 ;hảo sát hệ số mát thể tích rên sở số liệu quan trắc rong q trình thi cơng hầm TBM ại tuyến metro số TP Hồ Chí Minh ThS NGUYỄN THẠCH BÍCH; GS TS TRẨN ĐỨC NHIỆM; PGS.TS NGUYỄN PHƯƠNG DUY Trường Đại học Giao thơng vận tải TĨM TẮT: Hệ số mát thể tích (volume loss) thi công hầm tổ hợp khiên đào TBM đại lượng quan trọng tính tốn dự kiến lún gây mặt đất phương pháp kinh nghiệm kể phương pháp phần tử hữu hạn Đại lượng thường giả thiết tính tốn thiết kế số định tính phụ thuộc vào kinh nghiệm nhà thầu, công nghệ thi công Tuy nhiên, nghiên cứu thực nghiệm mội đại lượng có mối quan hệ phức hợp với đại lượng vận hành tổ hợp TBM tốc độ di chuyển, mô-men xoắn, áp lực gương đào áp lực bơm vữa sau khiên Từ số liệu quan trắc lún mặt đất q trình thi cơng đoạn tuyến hầm TBM kết nối ga Nhà hát Thành phố ga Ba Son, tuyến metro số TP Hồ Chí Minh, báo trình bày khảo sát hệ số mát thể tích xác định coi máng lún mặt đất biểu diễn đường cong chuẩn Gauss Peck [3] Các số liệu khảo sát hệ số mát thể tích sau biểu diễn tương quan với đại lượng vận hành tổ hợp TBM áp lực gương đào áp lực bơm vữa sau khiên Kết khảo sát so sánh với kết tính tốn với mơ hình phần tử hữu hạn áp dụng cho mặt cắ+ ngang điển hình tuyến metro cho phép hiểu sâu tương tác phức tạp hệ số mát thể tích đại lượng vận hành tổ hợp khiên đào TBM TỪ KHĨA: Khiên đào TBM, thể tích, lún bề mặt, cân áp lực đất, quan trắc lún ABSTRACT: The volume loss occurred during the TBM construction is one of the very important parameters for evaluating the surface settlement by using the empirical method and even with the numerical by finite element method This parameter is normally considered as a constant qualitatively depends on contractor experiences, TBM technology However, the experimental researches demonstrate that parameter is in the complex relation to the TBM operation parameters such as the advancement velocity, torsion, face pressure and backfilling pressure Based on the surface settlement monitoring data acquired during the TBM construction of the tunnel linked the Opera station and Ba Son station, Ho Chi Minh metro line 1, the paper presents an assessment of the volume losses determined in considering the settlement thought as the Gauss curve of Peck [3] The volume losses are then presented in relative to the TBM operational parameters: the face pressure and the backfilling pressure for discussion The assessment results are also compared to the numerical simulation results by the finite element method on a typical cross section of the tunnel metro line for a deeper understanding of the complex interaction between the volume losses and the TBM operational parameters KEYWORDS: TBM tunneling, volume loss, surface settlement, earth balanced pressure, settlement monitoring 1.ĐẶTVẤNĐẼ Tổ hợp thiết bị khiên đào TBM sử dụng cộng nghệ EPB (Earth Pressure Balanced) giữ ổn định mật gương đào lắn đẩu tiên áp dụng Việt Nam tuyến metro số TP Hồ Chí Minh, đoạn nhà ga Ba Son Nhà ga Nhà hát Thành phố Cần phải lưu ý rằng, thập kỷ vừa qua ghi nhận cải tiến đáng kể công nghệ EPB chứng minh khả thích ứng điểu kiện địa chất mà trước coi hạn chê' áp dụng [6] Bên cạnh đó, trình thi cơng đào hầm, đại lượng ứng xử nén đất đặc biệt biến dạng lún mặt đất quan trắc theo dõi Các số liệu so sánh với số liệu tính tốn lý thuyết giai đoạn thiết kế để làm sở thiết lập giới hạn cảnh báo ứng với mức độ lún có nguy gây hư hỏng cho cơng trình xây dựng mặt đất Trên thực tế, thông số hệ tương tác phức hợp nhiều yếu tố khác liên quan đến công nghệ, kỹ thuật thi công bên cạnh kinh nghiệm nhà thầu yếu tố vận hành tổ hợpTBM, đặc biệt kỹ thuật KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 áp lực bơm vữa sau khiên Các nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn mơ q trình đào hầm metro số TR Hổ Chí Minh mối tương quan mật thiết hệ số thể tích với áp lực mùn đất khoang đào, áp lực thành bên áp lực bơm vữa sau khiên Đây mối quan hệ vô phức tạp biểu diễn phương trình tuyến tính Trong báo này, chúng tơi trình bày kết khảo sát hệ số thể tích thực tế sở kết quan trắc thu thập q trình thi cơng hẩm đào cơng nghệTBM EPB đoạn tuyến nhà ga Ba Son ga Nhà Hát Lớn, tuyến metro số 1,TP Hổ Chí Minh Kết khảo sát so sánh với đại lượng vận hành TBM áp lực gương đào, áp lực bơm vữa sau khiên cao độ đặt hẩm Hình 2.1: Đường cong Gauss máng lún ngang mát đất l/, HỆ SỐ MẤT THỂ TÍCH TRONG THI CƠNG HẨM BẰNGTBM THỰC NGHIỆM QUAN TRẮC TRONG THI CỒN HẨM TẠI ĐOẠN TUYẾN BA SON - NHÀ HÁT LỚN Hệ số mát thể tích - volume loss VL(%) định nghĩa tỷ lệ chênh lệch thể tích đào thể tích chiếm dụng kết cấu vỏ hầm so với thể tích đào tính đơn vị phần trăm (%) Đối với mặt cắt hình trịn (như hầm TBM), hệ số mát thể tích biểu diễn công thức: VL = (D2 - D2)/D2.100% (1) Trong đó: D - Đường kính lưỡi đào hay đơn giản đường kính ngồi lỗ khoan, Dị -Đường kính vỏ hẩm vĩnh cửu Đây ngun nhân gây tượng giải phóng ứng suất hay dịch chuyển đất đá xung quanh chu vi đào phía khiên đào gây tượng lún bể mặt sinh trình đào hầm mà dẫn đến ảnh hưởng phá hoại cơng trình xây dựng hữu mặt đất Tuy vậy, để giảm thiểu ảnh hưởng tác động tượng thể tích lún bế mặt, khoảng chênh lệch thể tích phải lấp kín nhanh kỹ thuật bơm vữa sau khiên Bây giờ, ta công nhận đường cong phễu lún mặt đất gây q trình thi cơng hầm TBM biểu diễn dạng đường cong chuẩn Gauss cùa Peck (1969) Schmidt (1974), độ lún mặt đất biểu diễn tương quan với X khoảng cách đến trục tim hầm: Đoạn ngầm tuyến metro số 1, TP Hồ Chí Min bao gổm đoạn từ Nhà ga Bến Thành đến Nhà hát Thàn phố, thi công công nghệ đào mở đoạn ga Nh hát Thành phố đến ga Ba Son thi công tổ hợpTBI Đoạn kết nối ga Nhà hát Thành phố ga Ba Son cấ tạo góm hầm đơn, đường kính 6,05 m, đường kín ngồi 6,65 m.Tại ga Nhà hát Thành phố, hai ống hầm đưẹ bố trí đặt chổng lên theo phương dọc ga B Son, hai ống hầm bố trí nằm song song theo phươn ngang ngang (Hình 3.1) s = Sm„exp| —4-I max n 2/2 I Ga Nhà hát Thành phố Đoạn hầm TBM Ga Ba Son Hình 3.1: Đoạn tuyến metro ngẩm từ ga Bến Thành - ga Ba So Trong q trình thi cơng đoạn tuyến ngầm TBIV đại lượng ứng xử nển đất cơng trình hiệ hữu quan trắc, đặc biệt biến dạng lún mặt đấ Ví dụ, sơ đổ bố trí quan trắc lún bể mặt dọc theo đườm hám thi cơng theoTBM từ lý trình km1+123 đến km1+36 thể Hình 3.2,3.3 MẠT BANG Bơ TH1MƠC QUAN TRẰC LÚN DỌC TUYẾN HẲM KHÊN ĐÀO LAYOUT OF SETTLEMENT MONITORING MAMS ALONG SHIELD TUNNEL (2) ' Trong đó: s - Độ lún bể mặt điểm có khoảng cách X so với trục tim hẩm s - Độ lún bể mặt lớn vị trí trục tim hầm: r ■ 2,5.1 Từ (3), hệ số thể tích biểu diễn: ^ = ^2,5.1/^ max (4) Như vậy, hệ số mát thể tích biểu diễn hàm số độ lún lớn Smax, bể rộng máng lún 2,51 diện tích lỗ khoan At Trong đó, I coi độ lệch tiêu chuẩn đường cong tính lún (khoảng cách từ điểm uốn máng lún đến tim trục hầm); 42 Hình 3.2: Sơ đồ bố tri điểm quan trắc lún bề mặt đoạn thi cơng TBM Hình 3.3 thể mặt cắt ngang điển hình đườn hầm bố trí quan trắc lún bể mặt KHOA HỌC CONG NGHẸ Só 08/2022 Trên sở số liệu quan trắc độ lún lớn bể rộng máng lún, hệ số thề tích tính tốn dựa sở phương trình (4) Kết tính toán thể Bảng 4.1 tương quan với độ sâu hầm, áp lực Đổng hồ đo trợt Mốc đo chuyển vị mặt đất Khoảng cách (3-5)m/điểm gương đào áp lực bơm vữa sau khiên Bàng 4.1 Kết khảo sát hệ sốmất thể tích quan trắc đoạn tuyến số hiệu Độ sâu hám mặt cắt Zo L—Ọ—4 Hình 3.3: Sơ bơ' trí thiết bị đo chuyển vị mặt đất theo phuơng ngang hầm Bảng 3.1 thể số liệu quan trắc lún bề mặt mặt cắt km 1+400 Bảng 3.1 số liệu quan trắc lún bề mặt km +400 [5] Điểm quan trắc GT169 GT170 GT171 X(m) 6,3 3,1 -0,1 -3,1 -7,7 -10,21 -12,8 Đơn vị (mm) (mm) (mm) (mm| (mm) (mm) (mm) 25-09 km 0+970 -2,1 -3 -3,9 -3,4 -2,4 -1,6 -0,7 03-10 km 0+893,4 -2,5 -3,6 -4,3 -3,8 -2,8 -1,9 -0,9 05-10 km 0+873,1 -2,4 -3,3 -4 -3,3 -2,3 -1,4 -0,5 19-10 km 0+799,7 -2,8 -3,8 -4,5 -4 -2,9 -2,1 -1 05-12 km 0+798,5 -2,4 -3,4 -4,1 -3,7 -2,7 -1,9 -0,8 GT172 GT173 GT174 GT175 KHẢO SÁT HỆ SỐ MẤT THỂ TÍCH TRÊN SỞ số LIÊU QUAN TRẮC THU Được Các Hình 4.1, 4.2 thể biểu máng lún điển hình quan trắc số mặt cắt đoạn tuyến ngầm nhà ga Nhà hát Thành phố ga Ba Son tổ hợp TBM EPB Áp lực bơm vữa Trọng lượng riêng Góc nội ma sát Mơ- đun đàn hối Hệ số thể tích (VL) (Ps) (Pa) (