Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.

Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM METRO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1.1 Tình hình xây dựng Metro trên thế giới

Tuyến Metro đầu tiên được xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay đã có khoảng 80 thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống Metro trong giao thông công cộng Hệ thống Metro lớn nhất thế giới là ở Newyork với tổng chiều dài 471km và 468 nhà ga

Hình 1.1: Biểu đồ các thông số chính (chiều dài, số nhà Ga) của một số hệ thống Metro nổi tiếng trên thế giới

Dưới đây giới thiệu một số hệ thống Metro tại một số thành phố lớn :

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của hệ thống tàu điện ngầm tại Paris là lối lên xuống các ga, được thiết kế theo phong cách nghệ thuật mới của Hector Guimard, với các cổng vòm mang đậm phong cách kiến trúc của Pháp.

Hầu hết các nhà ga đều được bố trí ngầm, chỉ có một số ga bố trí trên mặt đất và trên cao do điều kiện tuyến phải đi cao Các ga được nối với mặt đất chủ yếu bởi các băng truyền để đảm bảo vận chuyển hành khách lên xuống ga.

Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại Paris

Hình 1.2: Bản đồ mạng lưới hệ thống tàu điện ngầm tại Paris 1.1.1.2 Hệ thống Metro tại Matxcova - Liên bang Nga Đặc điểm của Metro Matxcova

Hệ thống tàu điện ngầm của Matxcova có 277,9 km với 12 tuyến, 171 nhà ga và trong những ngày bình thường (theo báo cáo hàng năm) hệ thống chuyên chở được 10,05 triệu hành khách Số lượng hành khách chở trung bình trong năm là 8,745 triệu hành khách/ngày.

Tàu điện ngầm Matxcova có khoảng cách giữa hai trục bánh xe là 1520 mm, giống như hệ thống đường sắt thông thường ở Nga và ray được cấp dòng điện xoay chiều 825V Khoảng cách trung bình giữa các ga là 1800 m và khoảng cách ngắn nhất là 510 m giữa 2 ga Aleksandrovskiy Sad và Arbatskaya, khoảng cách dài nhất 3,4 km giữa 2 ga

Tàu điện ngầm ở Matxcova hiện có 171 ga trong đó có 70 ga ở mức độ sâu, 87 ga ở mức không sâu Trong số các ga sâu có 53 ga kiểu tháp, 16 ga kiểu cột và 1 ga dạng vòm đơn Trong những ga không sâu có 65 ga loại cột, 19 ga loại vòm đơn và 3 ga loại 2 tầng.

Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại Matxcơva

Hình 1.3: Bản đồ mạng lưói tàu điện ngầm tại Matxcơva

Kế hoạch phát triển Metro trong tương lai của Matxcơva

Trong những năm sắp tới, Matxcova dự định sẽ nâng cấp chất lượng những tuyến đường đã có để phục vụ hành khách tốt hơn Đồng thời để đáp ứng được nhu cầu đi lại của hành khách, Matxcova sẽ mở thêm 11 tuyến mới với những trang thiết bị hiện đại nhất.

1.1.1.3 Hệ thống Metro tại London – Vương quốc Anh

Hệ thống tàu điện ngầm London là một trong những hệ thống giao thông nội thành lớn nhất thế giới, hoạt động liên tục 20 giờ một ngày Với diện tích 617 dặm vuông, London bị sông Thames chia thành 2 phần Bắc và Nam, sự phát triển của tàu điện ngầm ở 2 miền là không cân đối, chủ yếu phát triển mạnh ở khu vực phía Bắc Trong 275 ga tàu điện ngầm chỉ có 29 ga được đặt tại khu vực phía Nam Đoàn tàu sử dụng trong hệ thống tàu điện ngầm London thường gồm 3 - 8 toa tàu, có thể chứa tối đa 150 hành khách một lượt, chuyên chở 45.000 hành khách/h Khoảng thời gian giữa 2 lần tàu vào ga là 5 - 15 phút, vào giờ cao điểm là 2 phút.

Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại London

Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới Metro tại thành phố London

Kế hoạch phát triển Metro trong tương lai của London

Trong tương lai gần London chưa có kế hoạch mở thêm các tuyến tàu điện ngầm mới trong thành phố mà chỉ nâng cao công suất hoạt động của các tuyến và cải thiện, thay mới hệ thống các đoàn tàu Tiếp theo sẽ tăng cường độ hoạt động của tuyến phía Bắc lên 25%, 30% với tuyến Bakerloo, 30% với tuyến vòng và tuyến nội đô Tăng khả năng vận chuyển của tuyến Bakerloo và tuyến trong thành phố lên 12%, tuyến Jubilee 22% 200 ga sẽ được tân trang và hiện đại hóa Đồng thời thay thế và đưa 314 tàu điện mới vào hoạt động, cải thiện được 80% số tàu hiện đang sử dụng.

1.1.1.4 Hệ thống Metro tại New York Đặc điểm của Metro Newyork

Một ga tàu điện điển hình có thềm đợi dài khoảng 122m đến 213m đủ để phục vụ một lượng lớn khách Khách vào ga qua bậc cầu thang vào nơi bán vé bằng máy tự động và mua vé, bây giờ thay thế bằng metrocard Sau đó qua cửa quay vào thềm đợi tàu Hiện nay có khoảng 3200 cửa quay ở 468 ga cho phép hành khách sử dụng metrocard Có nhiều tuyến và ga có cả 2 loại tàu là: tàu nhanh chạy suốt (express) và tàu điện chạy theo tuyến ngắn (local) Ga phục vụ cho tàu nhanh dùng để chung chuyển tuyến hoặc là ga đặc biệt Là hệ thống duy nhất trên thế giới mở cửa 24h trong ngày và 7 ngày trong tuần phục vụ hành khách Một số ga được bố trí đặc biệt để phục vụ người tàn tật (phải ngồi xe lăn) như ga ở đường số 72 N.Y.C.S có hệ thống toa tàu điện lớn nhất thế giới Tất cả toa tàu thường chế tạo từ inox, đều trang bị điều hoà không khí, Số lượng ghế 30 - 45.Sức chứa hành khách 130 - 148 tốc độ từ 80-105 km/h, trung bình đạt 90 km/h.

Hệ thống MTA cách đây không lâu (20 năm) đã ứng dụng tự động hoá vào điều khiển hệ thống Bắt đầu với tuyến đường BMT Canarside, MTA lên kế hoạch tự động hoá toàn bộ hệ thống, chỉ dùng một người điều khiển (OPTO) dựa trên cơ chế thông tin nhận được Vào giờ cao điểm, khoảng thời gian giữa 2 tàu kế tiếp nhau có thể giảm xuống còn 90 giây, hệ thống máy tính và bộ điều khiển phát ra khoảng 10,675 tín hiệu, điều khiển 205 ga xép và thực hiện 540 chu trình chạy tàu Hệ thống tàu điện ngầm được chia thành 26 tuyến chính, bao gồm cả 3 tuyến ngắn ở: đại lộ Franklin, đường số 42 và công viên Rockaway Các tuyến được phân biệt với nhau bằng các chữ số, màu sắc và tên gọi.

Quy hoạch mạng lưới tuyến metro tại New York

Hình 1.5 : Sơ đồ tàu điện ngầm tại NewYork 1.1.2 Tình hình xây dựng Metro tại Việt Nam

Theo định hướng phát triển của hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020 của thành phố Hà Nội, hệ thống tuyến đường sắt nội đô trên mặt đất, trên cao và đi ngầm vận chuyển hành khách từ các vùng phụ cận Đông - Tây - Nam - Bắc vào trung tâm thành phố, với Ga Hà Nội là điểm gốc.

Bảng 1.1 : Mạng lưới và dự án đầu tư đường sắt đô thị đến năm 2020 của Hà Nội

(km) Hệ thống dự kiến

1 Yên Viên – Ngọc Hồi 24,6 Tàu điện trên cao có sử dụng các làn đường sắt

2 Ga Hà Nội – Hà Đông 12,6 Tàu điện hoặc Metro trên cao

3 Voi Phục – Cầu Giấy – Cầu

Diễn 8,00 Tàu điện hoặc Metro trên cao

4 Ga Hà Nội – Nội Bài 21,60 Tàu điện hoặc Metro trên cao có sử dụng ĐS

Nam Thăng Long – Tang Mi

5 Ga Giáp Bát – Nam T.Long 18,90 Tàu điện hoặc Metro trên cao

Lạc 32,10 Tàu điện hoặc Metro trên cao

7 Bưởi - Đông Anh – Sóc Sơn 23,90 Liên quan đến sự phát triển của khu Nam

Thăng Long “Hanoi New Town”

8 Cổ Bi – Kim Nỗ 25,50 Liên quan đến sự phát triển của khu Nam

Thăng Long “Hanoi New Town”

TP Hồ Chí Minh có 6 tuyến Metro là:

* Tuyến 1: Bến Thành-Suối Tiên dài 19,7 km

* Tuyến 2: Ngã tư An Sương - Thủ Thiêm dài 19 km, hướng tuyến đi theo các trục đường: Thủ Thiêm - BT - Phạm Hồng Thái - CMT8 - Trường Chinh.

* Tuyến 3: QL13 - Bến xe Miền Đông - Nguyễn Thị Minh Khai - Hùng Vương - Kinh Dương Vương - BX Miền Tây - Tân Kiên dài 24 km, hướng tuyến: QL13 - Xô Viết Nghệ Tĩnh - Nguyễn Thị Minh Khai - Hùng Vương - Kinh Dương Vương.

* Tuyến 4: Cầu Bến Cót - Gò Vấp - đường Nguyễn Văn Linh dài 24 km, hướng tuyến: Nguyễn Oanh - Nguyễn Kiệm - Phan Đình Phựng - Hai Bà Trưng - Khánh Hội - Nam Sài Gòn.

* Tuyến 5: Cầu Sài Gòn - BX Cần Giuộc dài 17 km, hướng tuyến: Điện Biên Phủ - Bạch Đằng - Phan Đăng Lưu - Hoàng Văn Thụ - Lý Thường Kiệt - Phù Đổng Thiên Vương - BX Cần Giuộc.

* Tuyến 6: Âu Cơ - Lũy Bán Bích dài 6Km

Hình 1.6: Bản đồ qui hoạch hệ thống Metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh

THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM METRO BẰNG CÔNG NGHỆ TBM VÀ CÁC VẤN ĐỀ PHÁT SINH

1.2.1 Sự ra đời và phát triển công nghệ TBM

Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất Khiên (Shield) là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chắn áp lực địa tầng, lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng Tổ hợp máy khoan đào hầm (TBM) thực hiện trọn vẹn chu trình thi công hầm từ đào đường hang, chống đỡ, vận chuyển đất đá ra ngoài và lắp ráp vỏ hầm Đoạn đầu máy là mâm quay với các lưỡi cắt đất đá quay vi sai để phá hủy đất đá Toàn bộ đất đá được nuốt vào trong thân máy theo thanh cuộn ruột gà và theo băng truyền đưa ra ngoài theo giếng đứng Phía sau, các mảnh hầm được đưa vào và các robot lắp ráp thành vành hầm khép kín Hệ thống kích đẩy vào vành hầm vừa lắp xong để tiến lên phía trước Đồng thời người ta sẽ bơm vữa tạo áp lực vữa bơm trước Gương và ép vữa xi măng cát vào khe hở đằng sau lưng các vòng hầm bê tông để đề phòng hầm và mặt đất lún xuống.

Hình 1.7: Sơ đồ thi công bằng khiên Ý tưởng thi công bằng khiên lần đầu tiên thế giới do công trình sư người Pháp Brunel đề xuất vào năm 1818 xuất phát từ hình tượng con mọt đục gỗ trên tàu thuyền. Năm 1825 đến 1843, Brunel đã xây dựng dưới sông Thames ở London một đường hầm thi công bằng khiên lần đầu tiên trên thế giới, dài toàn bộ 458m, khiên hình chữ nhật mặt cắt 6,8m x11,4m Năm 1869 Barlow, người Anh lần đầu tiên đã dùng khiên tròn xây dựng thành công đường hầm đường kính ngoài 2,21m dưới đáy sông Thames Ông Greathead kỹ sư người Anh đã tổng hợp đặc điểm kỹ thuật thi công bằng khiên và bằng khí nén trong quá khứ, đề xuất công nghệ thi công bằng khiên dùng khí nén tương đối hoàn chỉnh và lần đầu tiên sáng tạo ra phương pháp thi công phun vữa có áp lực vào khe hở sau vỏ hầm bằng cách lắp một thiết bị phun vữa có áp lực vào đuôi của khiên Sáng kiến đó đã có tác dụng thúc đẩy phương pháp thi công bằng khiên phát triển rất mạnh. Năm 1874 người ta đã ứng dụng phương pháp khiên có khí nén vào xây dựng thành công đường hầm với đường kính trong là 3,12m tại tuyến Metro phía nam London trong địa tầng đất sét và cát có chứa nước.

Từ năm 1880 đến năm 1890 dưới một con sông giữa nước Mỹ và Canada đã xây dựng một đường hầm Metro dưới đáy sông, đường kính 6,4m, dài hơn 1.800m bằng phương pháp khiên đào.

Vào đầu thế kỷ 20, phương pháp thi công bằng khiên đào đã được đẩy mạnh tại các nước Mỹ, Anh, Đức, Liên Xô, Pháp Chỉ trong thập kỷ 30-40 người ta đã sử dụng khiên xây dựng nhiều tuyến Metro, đường hầm ôtô qua sông với đường kính từ 3,0m  9,5m. Riêng thành phố New York người ta đã dùng phương pháp thi công bằng khiên có khí nén xây dựng thành công 19 tuyến đường hầm quan trọng dưới đáy sông, dùng cho đường ôtô, đường sắt và khí đốt.

Từ những năm đầu của thập kỷ 60 của thế kỷ XX, phương pháp thi công bằng khiên đào ở Nhật Bản phát triển rất nhanh, phần lớn ngoài việc dùng cho thi công đườngMetro ngầm trong các thành phố ngoài ra còn được ứng dụng rộng rãi trong thi công các loại đường ống phục vụ công trình thị chính Từ nhu cầu thực tế, người ta đã nghiên cứu sáng chế ra nhiều kiểu khiên mới như: Khiên với khí nén cục bộ, khiên có thể nén nước và bùn, khiên có thể cân bằng áp lực đất v.v… để thích ứng với thi công trong các loại địa tầng Căn cứ theo thống kê của Nhật Bản có hơn 2000 bộ khiên đào, trong đó 90% dùng để xây dựng các loại đường hầm phục vụ công trình thị chính Cùng với đó thiết bị đồng bộ và quản lý kỹ thuật thi công bằng khiên cũng rất phát triển. Ở Trung Quốc: Năm 1957, ở Bắc Kinh trong công trình đường ống nước cũng đã dùng các khiên đường kính 2,0m và 2,6m Năm 1963, ở Thượng Hải bắt đầu thí nghiệm công trình đường hầm bằng khiên đường kính 4,2m trong tầng đất mềm yếu Khiên được lái bằng tay, có 16 kích, tổng lực đẩy là 1,96 x 10 4 kN, mặt trước có kích che chống, vỏ hầm bằng các phiến ống bộ phận có sườn với một tầng phòng nước và dùng nhựa đường lẫn keo tổng hợp làm vật liệu xảm các mối nối để phòng nước Năm 1984, Thượng Hải chế tạo khiên đường kính 11,32m xây dựng thành công đường ôtô ngầm dưới đáy sông phía Đông đường Hoàng Phố Giang – Diên An Từ thập kỷ 70 trở lại dùng các loại khiên khác nhau xây dựng các loại đường hầm có công dụng khác nhau Chỉ riêng Thượng Hải đã dùng khiên thi công dọc bờ sông Trường Giang và vùng bờ biển 6 tuyến đường hầm thoát nước và dẫn nước có đường kính 4,3m Ngoài ra, Thượng Hải, Quảng Châu cùng một số địa phương khác đã dùng khiên xây dựng đường hầm Metro, đường hầm ngầm, ví như tuyến Metro số 1 Thượng Hải dài 14,87 km đã dùng 7 chiếc khiên thi công: tuyến Metro số 1 Quảng Châu đã dùng 3 chiếc khiên thi công 6 đoạn Metro.

Như vậy, tuỳ theo sự phát triển kinh tế của mỗi nước, nhất là sự phát triển xây dựng đô thị thì việc ứng dụng phương pháp thi công bằng khiên có tiền đồ phát triển rộng lớn. Phương pháp thi công bằng khiên được phát triển nhanh ở các nước chủ yếu vì nó có các ưu điểm sau đây:

- Dưới sự che chống của khiên có thể đào và xây vỏ một cách an toàn.

- Tốc độ thi công nhanh, toàn bộ quá trình hoạt động của khiên như: đào, đưa đất đá ra, lắp ráp vỏ hầm v.v… có thể cơ giới hoá, tự động hoá, giảm cường độ lao động.

- Khi thi công, không ảnh hưởng giao thông và công trình trên mặt đất, xuyên qua sông không ảnh hưởng giao thông thuỷ.

- Trong thi công không bị ảnh hưởng thời tiết, gió mưa, khí hậu.

- Trong thi công không gây tiếng ồn và chấn động, không cản trở môi trường xung quanh.

Phương pháp thi công bằng khiên thích hợp với đường hầm dài, các đường hầm ngắn hơn 750m thì không kinh tế Bởi vì, khiên là một loại cơ giới rất đắt, có tính chuyên dụng rất cao, mỗi loại thích hợp với điều kiện thủy văn, địa chất, kích thước mặt kết cấu riêng đã được thiết kế chế tạo đặc biệt, nói chung không thể thay đổi sử dụng một cách giản đơn vào công trình đường hầm khác Ngoài ra, nếu đường hầm có bán kính cong quá nhỏ hoặc lớp đất phủ trên hầm quá nông thì gặp rất nhiều khó khăn Đường hầm dưới đáy nước, nếu gặp lớp phủ quá nông thi công sẽ không an toàn Khi thi công bằng khiên nếu dùng phương pháp hoàn toàn khí nén để làm khô và ổn định địa tầng, thì yêu cầu bảo hộ đối với lao động phải rất cao Khi thi công bằng khiên rất khó tránh lún trong lớp đất phía trên, nhất là chỗ tầng đất mềm yếu lại có nước, khi lắp vỏ hầm phải chú ý phun vữa vào sau lưng vỏ hầm, yêu cầu đó rất cao Những khuyết điểm nói trên trong thi công bằng khiên đang được nghiên cứu khắc phục.

Từ năm 1818 (lần đầu tiên Brunel đề xuất thi công bằng khiên) đến nay các nước trên thế giới đã nghiên cứu chế tạo hàng mấy nghìn kiểu khiên, phương pháp thi công bằng khiên đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng công trình ngầm ở các đô thị: đã có đường hầm dẫn nước bậc trên bậc dưới, đường ngầm dùng cho điện và cáp điện, đường ngầm cho thủy lợi, cấp nước, đường hầm ngầm Metro, đường hầm ngầm dưới đáy sông cho đường ôtô v.v…

Khiên đào là loại tổ hợp thiết bị cơ giới thi công cỡ lớn đào các đường hầm ngầm có nhiều chức năng tập trung thống nhất như đào, che chống, làm vỏ hầm Loại máy này chủ yếu dùng cho thi công đường hầm có địa tầng mềm yếu, phức tạp Khiên có nhiều loại, có thể dựa vào hình dạng mặt cắt của khiên, vào phương thức đào, vào cấu tạo bộ phận trước của khiên và dựa vào phương thức thoát nước cùng ổn định mặt đào để phân loại.

Dựa vào hình dạng mặt cắt khiên: có thể chia thành 4 loại khiên: khiên tròn, khiên hình nón, khiên hình chữ nhất và khiên hình móng ngựa Do khiên hình tròn có thể chống lại áp lực đất và áp lực nước tương đối tốt, lắp ráp vỏ hầm tương đối giản tiện, có thể dùng cấu kiện thông dụng, dễ thay thế, vì thế được dùng tương đối rộng rãi.

Dựa theo cách đào đất khác nhau, có thể chia khiên ra làm 3 loại: loại đào thủ công, loại đào bán cơ giới và loại đào cơ giới hoá toàn bộ.

Dựa vào cấu tạo bộ phận trước: chia khiên ra làm hai loại: loại ngực trần và loại ngực bịt.

Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đào khác nhau mà chia khiên ra các loại: loại hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước, loại cân bằng áp lực đất không dùng khí nén, loại dùng khí nén cục bộ, loại khiên dùng toàn bộ khí nén v.v…

Theo đà phát triển của đường hầm và công trình ngầm các loại khiên cơ giới càng ngày càng nhiều, các tính năng và tính thích dụng của khiên được phân tích trong bảng1.2

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

Bảng 1.2: Bảng phân loại TBM

Tên của khiên Biện pháp ổn định mặt đào Địa tầng thích ứng Ghi chú Đào bằng thủ công

Kích che chống bằng tấm chắn tạm thời Đại tầng ổn định hoặc mềm yếu

Với sự hỗ trợ của khí nén, hạ nước ngầm bằng giếng kim thủ công và biện pháp gia cố địa tầng khác

Khiên có mái che Chia mặt đào ra nhiều lớp Đất cát

Lợi dụng ma sát giữa đất và lưới ô vuông cứng Bùn sét

Tấm chắn có lỗ cục bộ, đất có thể lọt vào Đất sét yếu Khiên dập ép toàn bộ

Tấm chắn trước không có lỗ, đất không thể lọt vào Bùn Đào nửa cơ giới

Khiên có lắp gầu đào nghịch điều khiển bằng tay Đất cứng chắc, có tể tự đứng vững Biện pháp bổ Khiên quay trợ vòng

Khiên điều khiển bằng tay có lắp máy đào đá mềm Đá mềm Đào toàn bộ bằng cơ giới

Khiên có mâm dao quay

Mâm mootjdao cộng thêm tấm lắp nhiều dao Đá mềm

Biện pháp bổ Khiên có trợ cắm dao Kích đẩy tấm chắn giữ đất Tầng đất cứng

Khiên dùng khí nén cục bộ

Giữa tấm chắn mặt và tấm ngăn có buồng khí nén

Không cần biện pháp bổ trợ Khiên nén bùn và nước

Giữa tấm chắn mặt và tấm ngăn có buồng khí nén bùn và nước

Tầng lũ tích, tầng xung tích có chứa nước

CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THI CÔNG HẦM METRO ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN MẶT ĐẤT

1.3.1 Những tác động của việc xây dựng đường hầm và Metro đến công trình trên mặt đất

Nói chung, các dạng công trình khác nhau sẽ chịu tác động của máng lún theo các dạng khác nhau Kinh nghiệm cho thấy, các công trình bằng gạch đá sẽ chịu biến dạng bằng với biến dạng của đất mà chúng được đặt trên Và điều này cũng xảy ra với phần lớn các công trình được đặt trên các móng đơn.

Ngược lại, những công trình xây dựng gần đây bằng vật liệu bê tông cốt thép, có kết cấu được tăng cường chắc chắn sẽ có biến dạng ngang nhỏ hơn đất đá ở móng Độ cứng chống uốn của những công trình này chính là nguyên nhân làm giảm biến dạng của chúng so với biến dạng của đất đá, đặc biệt là trong trường hợp sử dụng các móng liên tục như móng băng, móng bè. Độ cứng của kết cấu càng lớn thể hiện sức kháng cắt càng lớn và dẫn đến có xu hướng bị nghiêng lệch nhiều hơn là bị cong vênh Đặc điểm này phụ thuộc vào chiều cao công trình (số tầng), số lượng lỗ khoan đào và kiểu công trình (tường bê tông hay dầm hay cột chống,…).

Hình 1.13:Các dạng ảnh hưởng của phễu lún tới công trình bề mặt [01]

Khoảng cách giữa công trình và máng lún ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự dịch chuyển của công trình (dãn dài và uốn cong qua chỗ lồi của máng lún, hay nén và võng xuống qua chỗ lõm),

Năm 1974, Burland & Wroth [02] đã chỉ ra rằng, các dấu hiệu để nhận biết và cách xác định biến dạng của công trình là rất phong phú Hai ông đã đề xuất 9 thông số mà dựa vào đó có thể định nghĩa biến dạng công trình Các thông số này được thể hiện trên hình 1.14 và được định nghĩa như sau:

1 Lún là chuyển vị thẳng đứng tại một điểm Giá trị dương chỉ ra rằng sự dịch chuyển là từ trên xuống (Hình a)

2 Lún không đều hay lún tương đối Sv là độ chênh lệch giữa hai giá trị độ lún(Hình a)

3 Góc quay hay độ dốc là sự thay đổi độ nghiêng của đường thẳng nối hai điểm được định trước trong kết cấu (Hình a)

4 Biến dạng góc gây lún hoặc lõm nếu là giá trị dương và gây lồi nếu là biến dạng âm (Hình a)

5 Độ võng tương đối để hiện chuyển vị tương đối lớn nhất của đường thẳng nối hai điểm chuẩn với khoảng cách L Giá trị dương thể hiện công trình bị lún xuống (Hình b).

6 Tỷ lệ độ võng DR được định nghĩa là thương số của độ võng tương đối và chiều dài tương ứng: DR L (b).

7 Độ nghiêng là góc quay tuyệt đối của toàn bộ kết cấu hoặc của một bộ phận dễ xác định của kết cấu Giá trị này khó xác định vì kết cấu thường đã tự uốn (Hình c).

8 Góc quay tương đối hay biến dạng góc là góc quay của đường thẳng nối hai điểm chuẩn với mặt nghiêng (Hình a).

9 Biến dạng ngang trung bình h là tỉ số giữa chiều dài L và chiều dài L: h L L

Ta cũng cần chú ý rằng những định nghĩa trên chỉ để thể hiện biến dạng trong bài toán phẳng.

Hình 1.14: Định nghĩa biến dạng của công trình (sau Burland, 1995)

1.3.2 Phân loại hư hỏng của các công trình lân cận do lún bề mặt

Mức độ hư hỏng của công trình gần khu vực đào hầm, đặc biệt là các kết cấu gạch đá, mang tính chất ngẫu nhiên nhiều hơn Vì thế, phương pháp được sử dụng để nghiên cứu hư hỏng của công trình là đưa ra các ngưỡng giới hạn Khi một đặc tính nào đó của công trình vi phạm một trong các ngưỡng này, người kỹ sư sẽ dựa vào đó và đánh giá được mức độ hư hỏng của nó Theo Burland và các đồng nghiệp (1977) [03] , hư hỏng của các công trình gần khu vực thi công hầm được phân làm ba loại chính:

Hư hỏng kiến trúc là những hư hỏng có thể quan sát thấy bằng mắt thường;

Hư hỏng chức năng, có thể dẫn đến trục trặc trong quá trình khai thác, sử dụng;

Phá hủy kết cấu, tác động đến ổn định của công trình.

Hình 1.15 Mô hình hoá công trình như một dầm đàn hồi và định nghĩa độ võng tương đối (Burland và Wroth, 1975)

Burland và đồng nghiệp (1977) đã chứng minh rằng, các vết nứt quan sát được của công trình bắt đầu xuất hiện khi các bộ phận của công trình nghiêng khoảng 1/250 theo phương ngang và phương thẳng đứng Khi độ nghiêng đạt tới 1/100 và/hoặc tỷ lệ độ võng là 1/250, vết nứt có thể nhìn thấy dễ dàng Tuy nhiên, họ cũng chỉ ra thằng, các hư hỏng nhìn thấy tương đối khó để xác định số lượng vì nó phụ thuộc nhiều vào quan niệm chủ quan.

1.3.3 Quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm

Công tác quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm chủ yếu là quan trắc trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng hầm Các hướng nghiên cứu là xác định nội dung quan trắc Nội dung quan trắc thường được nêu trong các tiêu chuẩn thiết kế, thi công hoặc quản lý Ví dụ, theo JGJ 120 - 99

[04], nội dung quan trắc trong quá trình thi công hố đào bao gồm: quan trắc chuyển dịch theo phương ngang của kết cấu chống giữ; biến dạng của đường ống ngầm và công trình xung quanh; mực nước ngầm; nội lực trong cọc, tường; lực kéo trong đất; lực dọc trong thanh chống; biến dạng trụ đứng; độ lún theo chiều sâu của các lớp đất và độ trồi đất ở đáy hố móng; áp lực ngang trên bề mặt kết cấu chống giữ.

1.3.4 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm nhà cao tầng

Trong quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng, các hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nâng cao độ chính xác quan trắc, nâng cao mức độ tin cậy của giá trị quan trắc và phân tích số liệu quan trắc nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với công trình và công trình lân cận P.Erik Mikkelsen (2003) đã nghiên cứu phân tích dữ liệu để nâng cao độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng thiết bị Inclinometer [05]. Christian Moormann (2004) dựa trên kết quả quan trắc 530 công trình hố đào sâu trong đất mềm yếu, đề xuất giá trị cảnh báo và giá trị giới hạn về chuyển dịch ngang của tường và chuyển dịch đứng của đất lân cận hố đào, dùng chúng để kiểm soát và phòng ngừa những hư hại có thể xảy ra đối với công trình ở gần hố đào

Sự cố công trình thực tế về hố móng sâu được phân tích dựa trên kết quả quan trắc được thiết kế và lắp đặt trước khi thi công tầng hầm và bổ sung kịp thời trong quá trình diễn biến sự cố Phương pháp kiểm soát sự cố khá chủ động nhờ phân tích một cách khoa học các thông tin từ quan trắc [53] Richard N Hwang, Za-Chieh Moh and C H Wang (2007) đã chỉ ra rằng: biến động điểm đáy của ống Inclinometer là không thể tránh khỏi, thậm chí kể cả khi đáy ống được lắp đặt trong tầng cuội sỏi Trong đo chuyển dịch ngang bằng cách áp dụng các điểm đáy ống như điểm tham chiếu có thể sẽ là sai lầm Các điểm ở phía trên của ống dẫn hướng cần được theo dõi để đọc, có thể được hiệu chỉnh cho phù hợp [06] A.Rahman, M.Taha (2005), Inclinometers là những công cụ tốt để đo lường và quan trắc sự biến dạng ngang của đất do đào đắp Tuy nhiên ống dẫn hướng sử dụng phải đủ sâu để có được kết quả đáng tin cậy Vì lý do này ống dẫn hướng Inclinometers lắp đặt bên trong tường vây phải được lắp đặt ít nhất là đến hết chiều sâu bức tường hoặc thậm chí sâu hơn Đó là khuyến cáo để lắp đặt các Inclinometers nhằm thực hiện các mô hình phân tích chính xác hơn về thông số chuyển dịch biến dạng của đất bên ngoài của bức tường ngăn hoặc cho tiêu chuẩn thiết kế tốt hơn [04]

1.3.5 Các công trình nghiên cứu trong nước về biến dạng, lún các công trình đô thị xung quanh khu vực thi công Metro. Ở nước ta cuối những năm 1980 việc quan trắc biến dạng các công trình xây dựng đã được nhiều ngành quan tâm Điều đó xuất phát từ một thực tế là ngày càng có nhiều công trình xây dựng đòi hỏi độ chính xác cao trong thi công xây lắp và phải đảm bảo một yêu cầu nghiêm ngặt trong khai thác và vận hành chúng Các số liệu đầy đủ chính xác về sự biến dạng của công trình là những tài liệu hữu ích quan trọng Dựa vào các số liệu này chúng ta không chỉ khẳng định được độ an toàn, bền vững của công trình mà còn cho phép đưa ra những dự đoán về độ biến dạng của công trình trong tương lai, giúp cho công tác nghiên cứu và xử lý các sự cố của công trình như lún, nghiêng, chuyển dịch một cách hợp lý về khoa học cũng như hiệu quả về kinh tế.

Năm 1985 đã có tiêu chuẩn TCVN 3972:1985 “Công tác trắc địa trong xây dựng công trình” [08] đã nói đến quan trắc biến dạng công trình Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học các cấp, một số luận án, luận văn nghiên cứu về quan trắc biến dạng công trình để hoàn thiện công tác quan trắc công trình, đáp ứng được yêu cầu quan trắc đối với các công trình cụ thể.

Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc biến dạng công trình:

Quy trình công nghệ quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã được tác giả Trần Khánh (1991) thể hiện trong báo cáo đề tài nhánh của đề tài cấp nhà nước 46A-05-01 [09].

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Metro là loại hình giao thông công cộng rất phổ biến và vẫn ngày càng phát triển tại các đô thị trên Thế giới Vì vậy xây dựng các tuyến Metro tại các đô thị lớn ở Việt Nam nhằm giải quyết các vấn đề giao thông đô thị là một nhu cầu khách quan và cần thiết tại thời điểm này Chúng ta thấy rằng khi thi công tuyến hầm Metro ngầm chìm bằng công nghệ TBM rất phù hợp và hiệu quả với các đô thị lớn với mật độ dân cư đông đúc, kiến trúc phức tạp và phong phú như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên mặc dù thi công với công nghệ hiện đại cũng không tránh khỏi những tác động tiêu cực lên bề mặt thể hiện qua hiện tượng biến dạng và lún bề mặt trong quá trình thi công Điều này tác động không nhỏ đến những công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất Thực tế cũng đã ghi nhận nhiều hiện tượng lún sụt trên mặt đất khi thi công các tuyến Metro trên thế giới Do đó nghiên cứu dự báo, đánh giá và kiểm soát được hiện tượng lún trên bề mặt do quá trình thi công xây dựng tuyến Metro ngầm chìm là vấn đề cấp thiết mà bất kỳ chủ đầu tư,nhà thầu xây dựng và các nhà quản lý đặc biệt quan tâm Trên thế giới cũng có rất nhiều nghiên cứu về hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM được công bố, tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ TBM nhằm giảm thiểu ảnh hướng tác động lên bề mặt trong quá trình thi công thì các nghiên cứu về vấn đề này cũng cần được liên tục nghiên cứu cập nhật và bổ sung đặc biệt là nghiên cứu áp dụng trong điều kiện Việt Nam,

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT r r r

PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT

Một số tác giả phát triển phương pháp giải tích, ngoại suy từ các công thức bán kinh nghiệm và kết hợp tất cả các yếu tố để tổng quát hóa công thức tính toán biến dạng mặt đất:

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Sagaseta (1987), Verruijt và Booker

Sagaseta (1987) [11] trình bày giải pháp tổng quát hóa trong đất không cố kết, không thoát nước, đẳng hướng và đồng nhất Đất được mô hình như vật liệu đàn hồi tuyến tính với công nghệ ảnh ảo và kết quả từ bán không gian đàn hồi để tính toán sự dịch chuyển đất bề mặt Thể tích đất mất mát không thoát nước ở một độ sâu hữu hạn là không gian vô hạn được đánh giá là do chiết giảm thể tích khi đào hầm bỏ qua tác động của đất trên bề mặt, với điều kiện là không nén được và chuyển vị hướng tâm có hình cầu đối xứng trục.

Verruijt và Booker (1996) [12] trình bày một phương pháp phân tích cho đường hầm trong không gian đàn hồi đồng nhất, sử dụng phương pháp gần đúng theo đề nghị của Sagaseta (1987).

Công thức được đưa ra bởi Verruijt và Booker là sự tổng quát của phương pháp Sagaseta trong đó:

- Công thức tính biến dạng bề mặt cho trường hợp đất không nén được và có hệ số Poisson bất kỳ.

- Bao gồm ảnh hưởng của ovalisation (đường hầm mở hình oval) trong thời gian dài.

Công thức tính của Verruijt và Booker tính toán biến dạng thẳng đứng và biến dạng bên như sau:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công  trình m   trên r 2  bề       2 mặt   r 4 tại  thành m  1 phố Hồ   4 r 2 Chí   Minh” 2    r 6 – Nguyễn  Thạch Bích – Đại học GTVT

: hệ số mất mát hướng tâm đều,  hệ số Poisson.

: biến dạng mặt đất dài hạn do ovalization của đường hầm z1 = z-H z2 = x+H r1 2 = x 2 +z1 2 r2 2 = x 2 +z2 2

R và h: Bán kính và chiều sâu đặt hầm m = 1(1-2 m =  /(1-

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Lee et al (1987), Rowe và Lee (1992)

Lo và Rowe (1982) và Rowe et al (1983) [13] đã giới thiệu yếu tố khoảng hở gây ra mất mát thể tích có quan hệ cường độ và biến dạng ứng xử trạng thái đàn hồi và dẻo, là khoảng trống giữa đường kính lỗ đào và vỏ hầm.

Khoảng trống này được điều chỉnh bởi Lee et al (1992) như sau:

GP : khoảng hở vật lý (GP=2  

  chiều dày đuôi máy đào ;  : khoảng hở bắt buộc để lắp đặt vỏ hầm u * : biến dạng đàn hồi dẻo tương đương tại mặt gương đào.

(2.4) k : hệ số sức kháng cắt của đất, k = 0,7 ÷ 0,9 đối với đất sét cứng đến đất sét mềm, k = 1 đối với đất sét yếu.

x : đất xâm nhập tại gương đào.

Ω : hệ số chuyển vị không thứ nguyên, R : bán kính đường hầm

K0’: hệ số áp lực có hiệu của đất tại bề mặt gương ở trạng thái nghỉ.

Pw’ : ứng suất có hiệu thẳng đứng tại biên hầm.

Pw : áp lực nước lỗ rỗng tại biên hầm, Pi : áp lực cân bằng mặt gương đào.

  giá trị tùy thuộc vào tay nghề và công nghệ thi công hầm.

Lo et al (1990) đưa ra biểu thức xác định chuyển vị trên mặt phẳng đàn hồi dẻo của biên hầm Ui như sau:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công R : bán kính đường hầm, Eu : modun Young không thoát nước trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT cu : sức kháng cắt không thoát nước của đất, N : hệ số ổn định.

u : hệ số Poisson không thoát nước.

Giá trị Min (0,6Gp; 1/3Ui) được chọn làm giá trị của  Lee et al

1992) Giá trị của  bao gồm cả mất mát hướng tâm do bánh cắt.

- Trường hợp không có bánh cắt:    

- Trường hợp bánh cắt mở rộng góc 180 0 :      độ dày bánh cắt.

- Trường hợp bánh cắt phủ hết đường tròn:      ×độ dày bánhđộ dày bánh cắt.

2.1.3 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Loganathan và Poulos (1998)

Loganathan và Poulos (1998) [14] sửa đổi phương pháp của Veruijt và Booker bằng cách kết hợp điều kiện biên thực tế, khối chuyển dịch thể hiện trong hình 1.7 Một hình bầu dục đã được giới thiệu trên đỉnh đường hầm vì mất mát thể tích xảy ra ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình đào hầm.

Hình 2.1: Các yếu tố của biến dạng bề mặt và đường biên của khối chuyển dịch

Dựa trên khoảng hở hình bầu dục hình thành xung quanh đường hầm, người ta ước tính rằng khoảng 75 phần trăm chuyển động mặt đất dọc xảy ra Hình 2.1 cho thấy khu vực ảnh hưởng của khối chuyển dịch thẳng đứng Trong đất cát, góc giới hạn β được định nghĩa là (45 ° + φ/2), trong đó φ = góc ma sát trong của đất cát. Đối với đất sét mềm đến cứng, β có thể được giả định là 45° dựa trên quan sát của Cording và Hansmire (1975) Nghĩa là, nó được giả định rằng đất chuyển dịch xảy ra chủ yếu trong góc (45° + φ/2) giữa mặt đất và đường hầm Ước tính rằng độ lớn của chuyển dịch ngang là khoảng một nửa của chuyển động thẳng đứng trên đỉnh đường hầm (gây ra

75 phần trăm của sự chuyển động mặt đất vào vòng tròn trên của khoảng cách hình oval xung quanh đường hầm).

Hình 2.2:Biến dạng theo phương thẳng đứng và phương ngang khi đào hầm

Uz=0 : chuyển vị thẳng đứng tại bề mặt đất, Uz: chuyển vị thẳng đứng tại độ sâu z.

Ux : chuyển vị ngang, R: đường kính đường hầm. z: độ sâu tính toán tính từ bề mặt đất, H: độ sâu đặt hầm,  hệ số Poisson.

 mất mát thể tích trung bình, x: khoảng cách ngang tính từ tim đường hầm.

 = (45 ° + φ/2): góc giới hạn vùng chuyển dịch của đất.

Những phương trình này cho phép tính toán nhanh chóng của biến dạng mặt đất và yêu cầu ước tính giá trị của hệ số Poisson (ν) của đất Hệ số Poisson gián tiếp thể hiện) của đất Hệ số Poisson gián tiếp thể hiện những đặc điểm của hệ số áp lực đất bên (k0) giá trị của đất Các giá trị của k0 được ước tính từ các mối quan hệ được thể hiện trong phương trình: k  

Mối quan hệ giữa i/R và H/2R theo phương pháp phân tích được thể hiện trong phương trình: i  1,15 0,9

Trong đó: i : bề rộng vùng biến dạng lún bề mặt.

QUAN TRẮC - SO SÁNH KẾT QUẢ QUAN TRẮC LÚN BỀ MẶT DỌC ĐOẠN TUYẾN NGẦM DỰ ÁN XÂY DỰNG TUYẾN METRO SỐ 1 BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN VỚI KẾT QỦA TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁN VÀ ĐOẠN TUYẾN METRO ĐI NGẦM

Năm 2013, theo điều chỉnh quy hoạch giao thông năm 2007, hệ thống đường sắt đô thị đã có những thay đổi đáng kể: Cụ thể, đến năm 2030, Thành phố Hồ Chí Minh sẽ có 8 tuyến Metro

Hình 3.1 Quy hoạch mạng lưới tàu điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh

Tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên

Hướng tuyến: Bến Thành (tại Quãng trường Quách Thị Trang) – Lê Lợi – Nguyễn Siêu – Ngô Văn Năm – Tôn Đức Thắng – Ba Son – Nguyễn Hữu Cảnh – Văn Thánh – Điện Biên Phủ – cầu Sài Gòn – xa lộ Hà Nội.

 Tổng chiều dài: khoảng 19,7 km (2,6 km đi ngầm và 17,1 km đi trên cao).

 Số lượng ga: 14 (3 ga ngầm và 11 ga trên cao).

 Depot tại phường Long Bình, Quận 9 với diện tích 27,4 ha.

 Tuyến sẽ được kéo dài từ ga Suối Tiên đến Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai và tỉnh Bình Dương trong tương lai.

Dự án có 03 gói thầu chính: Xây dựng đoạn đi ngầm; Xây dựng đoạn đi trên cao, đoạn depot và Mua thiết bị cơ điện, đường ray, toa xe Trong đó gói Xây dựng đoạn đi ngầm bắt đầu từ Ga số 1 tại khu vực vòng xoay Quách Thị Trang trước chợ Bến Thành đi ngầm dưới đường Lê Lợi gồm 2 tuyến đường hầm đơn chạy song song, từ ngã tư Lê Lợi – Pasteur chuyển sang chạy trùng tim (hầm trên, hầm dưới) đi qua bên hông Nhà hát thành phố, qua trụ sở Công ty Điện lực Sài Gòn, theo đường Nguyễn Siêu, qua FAFILM đến khu vực nhà máy Ba Son Từ sau ga số 3 (ga Ba Son), tuyến chuyển từ đi ngầm sang đi trên cao.

Trong đoạn ngầm có 03 nhà ga gồm: Nhà ga Trung tâm Bến Thành trung chuyển giữa các tuyến số 1, số 2, số 3a và số 4 hiện đang chuẩn bị thi công, Ga Nhà hát Thành phố kết cấu gồm 4 tầng hầm, dài 190m, rộng 26.67m, sâu 30.44m, sử dụng công nghệ Top-Down để thi công; Ga Ba Son gồm 2 tầng hầm, dài 290m, rộng 34.95m, sâu 17.4m, sử dụng biện pháp thi công đào mở dùng tường bê tông cốt thép và hệ King Post để giữ ổn định hố đào; Kết nối giữa ga Nhà Hát Thành phố và ga Ba Son 2 là 02 hầm đơn, kết cấu bê tông cốt thép, đường kính trong 6.05m, đường kính ngoài 6.65m, công nghệ thi công là sử dụng máy đào TBM.

Hình 3.2 Đoạn tuyến Metro đi ngầm từ Ga Bến Thành – Ga Ba Son

Hình 3.3 Phối cảnh 3D Đoạn tuyến Metro đi ngầm. Đặc điểm bình diện tuyến đường sắt đôi ở đoạn đi ngầm: Từ ga số 1 (ga Bến Thành) tuyến đi theo đường Lê Lợi gồm 2 tuyến đường hầm đơn khổ 1.435mm chạy song song nhau, khoảng cách giữa 2 tim đường là 8,8m Từ Km 0+534 hai tuyến ngầm chạy song song trùng tim (hầm trên, hầm dưới) đến Km 1+123 hai hầm từ chạy trùng tim chuyển sang chạy song song ngang nhau, khoảng cách giữa 2 tim đường là 13m Từ sau Nhà ga số 3 (ga Ba Son), tuyến chuyển từ đi ngầm sang đi trên cao tại Km 2+260 Đoạn chạy song song trùng tim (hầm trên, hầm dưới) là để vòng tránh Nhà hát thành phố và bãi đậu xe ngầm phía sau Nhà hát thành phố, tòa nhà Điện lực 2, khu chung cư số 5 Nguyễn Siêu và một số công trình tại khu vực này Đoạn hầm từ nhà ga Nhà hát thành phố đến nhà ga

Ba son dài 781m sẽ được thi công bằng biện pháp dùng máy đào TBM.

QUÁ TRÌNH THI CÔNG TUYẾN NGẦM VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC LÚN BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ TRÊN BỀ MẶT

BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ TRÊN BỀ MẶT

3.2.1 Tầm quan trọng của công tác quan trắc

Trong quá trình thi công hầm, dựa vào phương pháp thi công, chu kỳ kiểm soát tiến trình đào hầm, đồ án thiết kế sơ bộ ban đầu sẽ được cập nhật liên tục tại hiện trường Các kết quả quan trắc cho phép chúng ta dự báo định tính điều kiện địa chất khối đất đá nằm ở phía trước gương hầm, đánh giá được quá trình dịch chuyển của khối đất đá xung quanh hầm, giải pháp chống đỡ cho một đoạn hầm tiếp theo khi cần thiết.

Theo tần suất quan trắc đo đạc trong quá trình thi công hầm công tác quan trắc đo đạc được phân biệt thành 2 loại:

Công tác quan trắc đo đạc thường xuyên phục vụ cho quản lý thi công hằng ngày. Đó là các nội dung đo đạc có liên quan đến trạng thái đất đá và hang đào, nhằm mục đích thu thập số liệu để đánh giá phát hiện các tình trạng bất thường của đất đá xung quanh hang đào, và kết cấu chống đỡ hầm cũng như độ ổn định của chúng Công tác quan trắc đo đạc thường xuyên được tiến hành với một khoảng thời gian nhất định theo trục hầm, bao gồm các nội dung sau:

 Quan sát điều tra điều kiện đất đá ở gương đào

 Quan sát điều tra hiện trạng hang đào và mặt đất trong phạm vi ảnh hưởng của công trình (trong trường hợp cần thiết).

 Đo độ thu hẹp (mức độ tắt dần của chuyển vị) vách hang đào và chuyển vị của đỉnh hầm.

Công tác quan trắc đo đạc bổ sung (không thường xuyên) được tiến hành tại những vị trí (tiết diện) đặc trưng, với mục đích kiểm chứng kết quả đo với thiết kế và các bước thi công, thông qua việc đánh giá sự phù hợp của hệ thống chống đỡ hầm, trên cơ sở đó mới liên hệ giữa các thông tin có được ở công tác đo đạc thường xuyên về trạng thái hang đào đất đá và kết cấu chống đỡ Công tác quan trắc đo đạc bổ sung có thể rất khác nhau tùy mục đích tiến hành các hạng mục sau:

 Đo chuyển vị đất đá và mặt đất phía trên công trình.

 Điều tra địa chất bổ sung.

 Thí nghiệm xây dựng các tính chất cơ lý của đất đá.

 Đo đạc đánh giá ảnh hưởng của công trình lân cận

Thực tế có thể sử dụng nhiều phương pháp đo đạc khác nhau, khi thi công theo phương pháp khiên đào kín chúng ta cần áp dụng các công tác quan trắc để thu được các đại lượng chính sau đây:

 Quan sát nghiên cứu địa chất ở gương hầm đào của khiên.

 Quan sát hiện trạng hang đào (như hiện tượng nước ngầm )

 Đo biến dạng bao gồm chuyển vị mặt đất, chuyển vị tương đối khối đất xung quanh hang đào và chuyển vị vách hang đào.

 Quan trắc lún của các vòng vỏ hầm sau khi thoát khỏi đuôi khiên.

 Quan trắc di chuyển vào của chu vi hầm trong khe hở ở đuôi khiên.

 Quan trắc đối với nhà cửa, công trình kiến trúc lân cận

3.2.2 Mục đích, nội dung của công tác quan trắc

Trong thi công hầm bằng máy đào hầm TBM quan trắc là một công cụ trợ giúp đặc lực được sử dụng nhằm những mục đích:

 Quan trắc, dự đoán điều kiện địa cơ học khu vực hầm sẽ đào qua;

 Quan trắc các biểu hiện biến dạng, độ bền của kết cấu chống giữ hầm;

 Quan trắc đánh giá các biểu hiện phản ứng cơ học của khối đất xung quanh hầm sau khi khai đào;

 Quan trắc dịch chuyển mặt đất và các biểu hiện phá huỷ công trình bề mặt do ảnh hưởng của thi công hầm. Đối tượng quan trắc, đo đạc bao gồm:

 Kết cấu vỏ hầm hoặc kết cấu chống đỡ tức thời;

 Khối đất xung quanh hầm và trên bề mặt;

 Các công trình mặt đất có thể chịu ảnh hưởng của quá trình thi công

Kết quả quan trắc có ý nghĩa không chỉ dự đoán các ứng xử cơ học của khu vực hầm sẽ thi công nhằm lựa chọn phương pháp thi công hợp lý, quan trắc còn có ý nghĩa đánh giá tính hiệu quả của giải pháp, công nghệ thi công đã sử dụng bao gồm cả công tác gia cố khối đất, đào và chống giữ công trình và làm cơ sở đưa ra những điều chỉnh cần thiết về thiết kế, thi công Điều này đặc biệt quan trọng đối với xây dựng hầm thi công qua vùng địa chất luôn có biến đổi và các thông số liên quan tới quá trình thiết kế, thi công không dễ dàng để xác định chính xác.

Nội dung và phạm vi quan trắc chủ yếu trong thi công hầm bao gồm:

 Thiết lập mạng lưới các mốc và tiến hành đo lún trên bề mặt;

 Đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất, sự thay đổi mực nước, hướng và tốc độ dòng chảy;

 Đo ứng suất trong kết cấu chống đỡ hầm và trong khối đất xung quanh hầm;

 Đo biến dạng của kết cấu chống đỡ hầm

 Đo biến dạng, dịch chuyển và sự hình thành vết nứt tại các công trình mặt đất chịu tác động của quá trình thi công.

Rõ ràng với những mục đích và nội dung quan trắc như vậy, công việc này phải được thực hiện liên tục trong toàn bộ các giai đoạn thực hiện của dự án, trước, trong và thậm chí cả sau quá trình thi công Tùy thuộc vào mục đích quan trắc, quy mô và tầm quan trọng của công trình mà các biện pháp quan trắc khác nhau sẽ được sử dụng.

Với mỗi nội dung, đối tượng quan trắc, đo đạc cụ thể, 2 thông số quan trọng nhất là mật độ thiết bị đo đạc và tần suất đo Mật độ thiết bị đo đạc phản ánh số lượng thiết bị đo được lắp đặt trong không gian công trường xây dựng còn tần suất đo đạc thể hiện thời gian giãn cách giữa các lần đọc các đại lượng đo của thiết bị đo và thời gian đo từ khi bắt đầu lắp đặt thiết bị đến khi ngừng công việc đo Các thông số này được thiết lập trước khi thực hiện công tác quan trắc và được điều chỉnh khi thực hiện trên cơ sở các số liệu đo thực tế Ngoài ra, trong giai đoạn thiết kế cũng cần phải dự đoán những giá trị đo giới hạn, xu hướng biến đổi của các số liệu đo hay thực chất là những thay đổi xảy ra trên kết cấu công trình và khối đất xung quanh Giá trị này có ý nghĩa báo hiệu hạng mục được quan trắc đang nằm trong giới hạn nguy hiểm Tùy thuộc vào tầm quan trọng của mỗi công trình, loại giá trị này còn được chia thành nhiều cấp khác nhau tương ứng với mức độ nguy hiểm tăng dần.

Dựa vào các số liệu quan trắc thu được, sau khi xử lý và phân tích, các bên tham gia dự án có thể đánh giá chất lượng, hiệu quả thi công công trình đã thực hiện, rút ra những kinh nghiệm và những biện pháp cần thực hiện để cải tiến chất lượng công việc, phòng ngừa các dạng sự cố không để chúng xảy ra.

3.2.3 Nguyên tắc thiết kế hệ thống quan trắc

Nguyên tắc tin cậy là nguyên tắc quan trọng nhất cần phải tính toán kỹ trong khi thiết kế hệ thống quan trắc Để đảm bảo đủ tin cậy, cần phải làm được :

 Hệ thống cần phải sử dụng các thiết bị đủ độ tin cậy Nói chung, các thiết bị đo kiểu cơ có tính tin cậy cao hơn thiết bị đo kiểu điện, do đó, nếu sử dụng thiết bị đo kiểu điện thì thường phải có hệ thống mốc tiêu hoặc thiết bị đo cơ khác để điều chỉnh cho nhau.

 Trong thời gian quan trắc phải bảo vệ tốt điểm đo.

Nguyên tắc nhiều tầng lớp quan trắc:

Nội dung của nguyên tắc này gồm có 4 điểm chính sau đây:

 Về đối tương quan trắc, lấy chuyển vị làm chính nhưng cũng phải tính đến việc quan trắc các đại lượng vật lí khác.

 Về phương pháp quan trắc, lấy việc quan trắc bằng thiết bị làm chính đồng thời cũng phải bổ sung bằng phương pháp kiểm tra bằng mắt thường.

 Về lựa chọn kiểu thiết bị quan trắc, lấy thiết bị đo kiểu cơ làm chính, có hỗ trợ bằng thiết bị đo kiểu điện Để đảm bảo tính tin cậy của quan trắc, hệ thống quan trắc cũng phải sử dụng nhiều loại phương pháp và thiết bị từ các nguyên lí khác nhau.

 Đảm bảo các điểm đo hình thành được mạng lưới với độ che phủ nhất định.

Nguyên tắc vùng trọng điểm quan trắc:

Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu, tại các vị trí khác nhau của từng phương pháp chống giữ khác nhau thì tính ổn định của chúng cũng khác nhau Nói chung, những vị trí mà tính ổn định kém thì dễ mất ổn định và sụt lở, thậm chí làm ảnh hưởng đến sự an toàn của các công trình xây dựng ở lân cận Những vị trí này chính là những vùng then chốt, trọng điểm cần phải tập trung quan trắc nhiều hơn.

Nguyên tắc sử dụng thuận tiện: Để giảm bớt vướng víu lẫn nhau giữa quan trắc và thi công, việc lắp đặt và xem kết quả hệ thống quan trắc phải được bố trí hợp lí để có thể sử dụng thuận tiện.

Nguyên tắc kinh tế hợp lí:

Tùy theo mức độ quan trọng của công trình xây dựng, của các công trình lân cận cũng như sự phức tạp của điều kiện địa chất, thủy văn mà cần cân nhắc lựa chọn hệ thống thiết bị quan trắc phù hợp về mặt kinh tế Đối với các công trình tạm thời, thời gian quan trắc ngắn, phạm vi quan trắc không rộng,… cần cố gắng tận dụng những thiết

Thiết bị đo nghiêng Thiết bị đo lún

D bị thực dụng, giá thành rẻ để giảm chi phí toàn bộ công trình.

3.2.4 Các nội dung quan trắc

3.2.4.1 Quan trắc chuyển vị trên mặt đất Đo độ lún của nền hầm, đỉnh vòm và mặt đất nhằm mục đích:

 Nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình đào hầm.

 Đánh giá mức độ ổn định của đất đá phía trước gương đào.

 Quan trắc lún sụt mặt đất.

QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ QUAN TRẮC

3.3.1 Sơ đồ bố trí các điểm quan trắc lún dọc tuyến Metro ngầm thi công theo TBM

Hình 3.8 Đoạn Khu gian từ ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn

Hình 3.9 Mặt bằng bố trí điểm đo quan trắc lún [120]

3.3.2 Kết quả quan trắc lún

Vì chỉ có một máy khoan, nên khi khoan hầm East ( hầm phía dưới) từ Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn trước sau đó mới khoan ống hầm West ( Ống hầm phía trên) Kết quả quan trắc được sử dụng trong tài liệu này là kết quả thu được tính đến thời điểm thi công xong một ống hầm East Ống hầm này nằm phía bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ hướng Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn.

Sau khi quan trắc thu được kết quả đo lún bề mặt như sau:

Hình 3 10 Kết quả đo lún bề mặt dọc đoạn tuyến Metro

Hình 3.11: Kết quả khảo sát số liệu đo lún tại mặt cắt KM 1+400

Hình 3.12: Kết quả khảo sát số liệu đo lún một số tại mặt cắt

Luận án tập trung nghiên cứu về quan trắc, thu thập và phân tích các số liệu quan trắc lún bề mặt tại khu gian Ga Ba son – Ga Nhà Hát Lớn thuộc tuyến Metro số 1 BếnThành – Suối Tiên, TP HCM, Việt Nam Với một khối lượng số liệu quan trắc rất lớn,chi tiết được thu thập khoảng 30 mặt cắt và cỡ khoảng 300 điểm quan trắc được lấy số liệu liên tục trong suốt quá trình thi công ống hầm bên dưới (West) và cũng là ống hầm bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ phía Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn Tổng hợp, phân tích và thể hiện được đường lún lớn nhất trong quá trình thi công theo phương dọc ống hầm, đồng thời cũng thể hiện được các kết quả đo lún trên mỗi mặt cắt ngang theo phương ngang hầm

PHÂN TÍCH LÚN MẶT ĐẤT THEO CÁC CÔNG THỨC LÝ THUYẾT VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ QUAN TRẮC

SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ QUAN TRẮC

3.4.1 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo các công thức lý thuyết và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

3.4.1.1 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết Peck 1969 và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

Luận án áp dụng công thức của Peck 1969 với ba trường hợp tương ứng với ba trường hợp tính i: i  Z  n

0.9 trường hợp 3: n= 1.0 Sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc tại các mặt cắt của dự án, kết quả thể hiện bảng 3.3

Bảng 3.3 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Peck ( 1969)

Mặt cắt Smax Smax Sai số Sai số Sma x Sai số Sai số Smax Sai số Sai số

Sai số trung bình 39,9 Sai số trung bình 28,7 Sai số trung bình 13,8

3.4.1.2 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết New & O’Reilly (1982) và của Mair (1993) và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

Luận án áp dụng công thức của New & O’Reilly (1982) dựa vào số liệu quan trắc thực tế tại

Anh đề xuất công thức

8 i với hai trường hợp tương ứng với hai trường hợp tính i: trường hợp 1: i = 0,43Z0+1,1 trường hợp 2: i = 0,28Z0 – 0,1

Luận án áp dụng công thức của Mair (1993) dựa trên các số liệu quan trắc thực tế và thí nghiệm quay ly tâm đề xuất công thức

Với i được tính theo công thức : i=0.5Zo sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc tại 30 mặt cắt của dự án , kết quả thể hiện bảng 3.4

Bảng 3.4 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo New & O’Reilly (1982) và Mair (1993)

Smax Smax Sai số Sai số Smax Sai số Sai số

Smax Sai số Sai số

Mặt cắt (Quan (New (New (New (New (New (New trắc) OReilly1) OReilly) OReilly1) OReilly2) OReilly2) OReilly2) (Mair) (Mair) (Mai)

(mm) (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (%)

3.4.1.3 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết Attewell (1977) ; của Clough & Schmidt (1981) và của Atkinson & Potts (1979) và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

Luận án áp dụng công thức của Attewell (1977) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu quan trắc thực tế công trình tại Anh đã điều chỉnh công thức tính i i  Z O  n : α = 1 và n = 1 (3.4)

Luận án áp dụng công thức của Clough & Schmidt (1981) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu quan trắc thực tế công trình tại Mỹ đã điều chỉnh công thức tính i i  Z O  n : α = 1 và n = 0,8 (3.5)

Luận án áp dụng công thức của Atkinson & Potts (1979) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu mô hình đã điều chỉnh công thức tính i i = 0,25(Z0 + R) (3.6) sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc tại 30 mặt cắt của dự án, kết quả thể hiện bảng 3.5

Bảng 3.5 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Attewell (1977) ; Clough & Schmidt (1981) và

965 -7.0 -6.96 0.05 0.7 -9.03 2.02 28.8 -12.25 5.24 74.7 trắc) OReilly1) OReilly) OReilly1) OReilly2) OReilly2) OReilly2)

Smax Smax Sai số Sai số Smax Sai số Sai số

Mặt cắt (Quan (New (New (New (New (New (New

Sau khi so sánh giữa kết quả quan trắc hiện trường với kết quả tính toán lý thuyết theo đề xuất của Peck 1969 và 8 đề xuất tiếp theo của các tác giả nêu trên chúng ta có thể thấy rằng độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm quan trắc được tại TP HCM thường nhỏ hơn các giá trị lún lớn nhất tính theo lý thuyết.

Với kết quả so sánh từ 30 mặt cắt điển hình chúng tôi nghiên cứu thì sai số giữa kết quả tính so với số liệu quan trắc thể hiện bảng 3.6

Bảng 3.6: Sai số trung bình của độ lún lớn nhất giữa kết quả tính với quan trắc

Lý thuyết Peck1) Sai số ( ( Peck2) Sai số ( Peck3) Sai số

Sai số ( New Sai số

3.4.2 So sánh đường cong lún tính theo các lý thuyết với kết quả quan trắc

Sau khi áp dụng các công thức lý thuyết vào với điều kiện cụ thể tại khu vực khảo sát là đoạn Khu gian từ Ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn, của tuyến Metro số 1 Bến Thành- Suối Tiên, luận án đã thể hiện các đường cong lún theo lý thuyết và so sánh với các giá trị quan trắc tại hiện trường Kết quả trình bày ở hình 3.13 các biều đồ đường cong lún tại các mặt cắt khảo sát dưới đây và ở phụ lục số 2.

Hình 3.13 Các biểu đồ so sánh lún bề mặt giữa quan trắc và tính theo lý thuyết

PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU DỰ ĐOÁN LÚN BỀ MẶT VÀ XÂY DỰNG CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM DỰ TÍNH ĐỘ LÚN BỀ MẶT

ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH HỆ SỐ MẤT MÁT THỂ TÍCH VLoss 67

4.1.1 Khái niệm hệ số mất mát thể tích VL

Quá trình làm việc của máy khoan TBM có thể chia ra theo các giai đoạn sau:

Hình 4.1 Các giai đoạn thi công hầm bằng TBM

- Khu vực xa phía trước gương đào (mặt cắt 0-0): khu vực này đất đá vẫn ở trạng thái nguyên sinh và tự ổn định với các thành phần áp lực xung quanh vị trí gương đều là

P0= γ.H (γ: trọng lượng thể tích đất nền; H: chiều sâu đặt hầm).

- Tại khu vực ngay phía trước mặt gương đào (mặt cắt 1-1): tại khu vực này vấn đề ổn định mặt gương đào được đặt ra là chủ yếu Ở đây đang xem xét trường hợp thi công trong đất yếu vì vậy phải lựa chọn các loại thiết bị TBM có giải pháp cân bằng áp lực bề mặt gương (cân bằng áp lực đất, cân bằng áp lực dung dịch vữa sét, khí nén ). Như vậy mặt cắt này có thể xem xét tương tự như mặt cắt 0-0 khi coi như áp lực giữ cân bằng đủ đảm bảo không gây ra biến dạng mặt gương.

- Khi phần mũi cắt của máy đào đã vượt qua (mặt cắt 2-2): do cấu tạo dạng hình nón của máy và khiên đào (nhằm giảm ma sát xung quanh giúp khiên đào tiến lên dễ dàng) và khi máy đào thi công qua đoạn đường cong bằng, nên đã tạo ra một khoảng trống giữa vỏ khiên và đất nền (u1) Khiên đào tiếp tục tiến lên (mặt cắt 3-3): lúc này ở phía đuôi khiên đã tiến hành lắp dựng vỏ đúc sẵn, phần vỏ này phải được lắp ở bên trong đuôi khiên, vì vậy sẽ có thêm một khoảng trống nữa do bề dày của đuôi khiên (u2) Đòi hỏi phải có biện pháp lấp đầy khoảng trống giữa biên đào và kết cấu vỏ vừa được lắp đặt.Giai đoạn này thường sử dụng phương pháp bơm vữa phía sau vỏ, khi vỏ khiên tiến lên khoảng trống do nó để lại sẽ được thay thế ngay bằng vữa bơm vào Do đó hình thành mất mát thể tích trong giai đoạn thi công này.

- Khi vữa bơm phía sau vỏ đã đông cứng (mặt cắt 4-4): Khi vữa được bơm vào với dạng lỏng và hàm lượng nước cao, khi vữa đông cứng sẽ gây ra biến dạng của đất xung quanh hang đào và sau đó là quá trình làm việc tương tác giữa đất nền và kết cấu vỏ hầm

Vậy rõ ràng trong quá trình thi công theo TBM hình thành một khoảng hở giữa đường kính hang đào và đường kính vỏ hầm vĩnh cữu, mặc dù đã được bơm vữa lấp đầy tuy nhiên cũng tạo nên sự co lại về mặt thể tích tạo nên sự mất mát thể tích trong quá trình thi công và gây ra hiện tượng lún trên bề mặt.

VL là hệ số mất mát thể tích: Hệ số này xét đến việc hao hụt thể tích khi lắp vỏ hầm so với quá trình đào bằng công nghệ TBM Cụ thể các hao hụt này bao gồm

- Tổn thất thể tích mặt gương đào (Vf),

- Tổn thất xung quanh khiên đào (Vs),

- Tổn thất tại đuôi khiên (Vt)

Các tổn thất được thể hiện tại hình vẽ 4.2

Hình 4.2 Các tổn thất thể tích trong quá trình đào hầm bằng TBM.

Rõ ràng chính những mất mát thể tích này sẽ gây ra lún trên bề mặt trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM Thể hiện rất rõ trong công thức của Peck.

Tuy nhiên, hệ số này thì ngay cả công thức của Peck cũng chưa đề xuất công thức tính cụ thể nào Do đó hệ số này thường được ước lượng trong các tính toán Và các nghiên cứu sau đó thì cũng chỉ điều chỉnh các hệ số i hay Smax mà chưa nghiên cứu đề xuất công thức tính VL chính xác Các nghiên cứu trên cũng chưa đề cập đến những yếu tố kỹ thuật trong thi công và điều kiện địa chất mà ống hầm sẽ đi qua.

4.1.2 Phân tích các tương quan giữa Hệ số mất thể tích Vloss với các yếu tố đặc trưng.

4.1.2.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm

4.1.2.1.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng phương pháp PTHH a Khảo sát đường cong lún khi áp lực bơm vữa thay đổi

NCS tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng cách xây dựng các mô hình tính toán được thực hiện tương ứng với các áp lực khiên đào thay đổi từ 0.15 MPa đến 0.3 MPa Khảo sát máng lún bề mặt do thi công ống hầm bằng TBM ứng với các trường hợp áp lực bơm vữa sau vỏ thay đổi từ 0.15Mpa đến 0.3Mpa Kết quả nghiên cứu này đã được NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2020 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải và tại http://www.springer.com/series/15087 Volume 145, Phụ lục

Hình 4.3 Kết quả phân tích lún bề mặt do thi công ống hầm TBM ứng với áp lực bơm vữa thay đổi từ 0.15Mpa - 0.3Mpa. b Khảo sát hệ số mất mát thể tích VL khi áp lực bơm vữa thay đổi

Với mỗi giá trị áp lực bơm vữa, bài toán cho kết quả đường cong lún tương ứng như hành vẽ

Hình 4.4 Đường cong lún tại mặt cắt điển hình

Với mỗi đường cong này chúng ta xác định được độ lún lớn nhất Smax tại vị trí tim ống hầm và tính được diện tích phễu lún từ đó tính được hệ số VL theo công thức

F ham Bảng 4.1 Quan hệ giữa hệ số mất mát thể tích và áp lực bơm vữa bên thành p2

Hình 4.5 Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích theo phân tích số

Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss,p)= 10.63 -> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,p) 0.82 -> Có mối tương quan với nhau

Các kết quả nghiên cứu ban đầu bằng mô hình PTHH cũng chỉ ra mối quan hệ tương tác phức tạp giữa áp lực cân bằng gương đào, áp lực bơm vữa sau khiên với hệ số mất mát thể tích Vloss

Dựa trên kết quả phân tích mối quan hệ giữa mất mát thể tích và áp lực bơm vữa sau vỏ được thiết lập: Mất mát thể tích giảm khi áp suất tăng lên đến giá trị 0,18MPa khi thay đổi chậm lại Rõ ràng áp lực vữa bơm và điều kiện địa chất, lượng vữa bơm sau đều ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số mất mát thể tích

Nghiên cứu thấy rằng rằng các mất mát này phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thi công hầm theo TBM như: phụ thuộc vào thể tích vữa bơm sau vỏ, áp lực ngang của đất đá trước mặt gương đào và đặc biệt cũng sẽ phụ thuộc vào áp lực vữa bơm tại Gương và áp lực vữa bơm thành khiên trong quá trình thi công

4.1.2.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng phương pháp xác xuất thống kê

ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ LÚN LỚN NHẤT Smax

Peck và các tác giả tiếp theo đã nghiên cứu và đưa ra các công thức thực nghiệm xác định giá trị độ lún lớn nhất tại tim ống hầm Smax Theo đó Smax mới chỉ xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng bao gồm kích thước ống hầm ( R hoặc D) và độ sâu đặt ống hầm.

NCS nhận thấy rằng các công thức nêu trên còn một số hạn chế là chưa xem xét đến yếu tố địa chất khu vực hầm đi qua, chưa xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công theo công nghệ TBM như thể tích vữa bơm, áp lực bơm vữa trong quá trình thi công Và đặc biệt theo khảo sát chương 3, NCS nhận thấy số liệu quan trắc tại hiện trường giá trị nhỏ hơn tính toán và có những mặt cắt thì giá trị đo lún lại không bám sát đường cong trơn theo lý thuyết mà xuất hiện những điểm đặc biệt Điều này có thể lý giải độ lún trên bề mặt có ảnh hưởng tương hỗ với các công trình trên mặt trong quá trình thi công TBM.

Từ đó NCS thấy rằng cần nghiên cứu đề xuất công thức tính Smax với đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng nói trên và phản ánh sát hơn giá trị độ lún lớn nhất tại tim ống hầm.

4.2.1 Định dạng tương quan giữa Độ lún lớn nhất (Smax) với các yếu tố đặc trưng.

4.2.1.1 Tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax và đường kính hầm

NCS đã sử dụng phương pháp PTHH xây dựng bài toán xem xét sự ảnh hưởng của bán kính ống hầm đến lún bề mặt trong điều kiện địa chất tại Việt Nam lấy theo số liệu địa chất tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành- Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh Kết quả nghiên cứu đã được NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải Tổng hợp các biểu đồ ta có biểu đồ quan hệ ảnh hưởng bán kính hầm R đến chuyển vị lún bề mặt trong thi công đường hầm theo phương ngang.

Hình 4.17.Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp đường kính hầm Bảng 4.7 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp đường kính hầm Đường kính D = 8 m D = 9 m D = 10 m D = 11 m D = 12 m

Hình 4.18 Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và D

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,D)= 13.3925 -> Có mối tương quan với nhau

-> Có mối tương quan rất chặt với

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, D) 0.994691 nhau

Dựa vào kết quả tính toán, ta có thể đưa ra kết luận có sự ảnh hưởng của bán kính hầm đến lún bề mặt trong thi công theo phương pháp TBM Khi ta tăng bán kính thì chiều sâu lún tăng lên nhưng bán kính vùng chịu lún giảm đi nói cách khác bán kính hầm tỉ lệ thuận với chiều sâu lún và tỉ lệ nghịch với bán kính vùng chịu lún.

4.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều sâu đặt hầm đến độ lún lớn nhất

4.2.1.2.1 Nghiên cứu bằng phương pháp xác xuất thống kê

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smax quan trắc được và số liệu độ sâu đặt hầm khảo sát tại công trình xây dựng tuyến MetroBến Thành Suối Tiên cho biểu đồ như sau:

Hình 4.19 Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và Z

Sử dụng công thức xác xuất thống kê để xác định thông số

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Z)= 0.957456 -> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Z) 0.189723 -> Có mối thương quan với nhau

Vậy bằng công cụ xác xuất thống kê chúng ta khẳng định Smax và độ sâu đặt hầm có tương quan với nhau.

4.2.1.2.2 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

NCS đã sử dụng phương pháp PTHH xây dựng bài toán xem xét sự ảnh hưởng của độ sâu đặt hầm đến lún bề mặt trong điều kiện địa chất tại Việt Nam lấy theo số liệu địa chất tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành - Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh Kết quả nghiên cứu đã được NCS công bố Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải.

Khi cho thay đổi độ sâu đặt hầm từ 25m đến 40 m Sau khi tính bằng phần mềm Plaxis 2D Tunnel ta có kết quả lún bề mặt như sau:

Tổng hợp các biểu đồ ta có biểu đồ quan hệ ảnh hưởng chiều sâu đặt hầm Z đến chuyển vị lún bề mặt trong thi công đường hầm theo phương ngang.

Hình 4.20 Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp độ sâu đặt hầm Bảng 4.8 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp độ sâu hầm Độ sâu hầm Z m Z %m Z 0m Z 5m Z = 40 m

Kết luận :Dựa vào kết quả tính toán ở trên bằng phần mềm Plaxis ta có thể đưa ra kết luận sự ảnh hưởng của chiều sâu đặt hầm đến lún bề mặt trong thi công theo phương pháp TBM Khi ta tăng chiều sâu đặt hầm thì chiều sâu lún giảm đi nhưng vùng bán kính chịu lún tăng lên nói cách khác thì chiều sâu đặt hầm tỉ lệ thuận với bán kính vùng chịu lún nhưng tỉ lệ nghịch với chiều sâu lún

4.2.1.3 Nghiên cứu tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax với Hệ số mất thể tích Vloss

4.2.1.3.1 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

Chúng ta đều biết rằng trong quá trình xây dựng đường hầm bằng TBM, sự mất mát thể tích dẫn đến chuyển vị lún bề mặt và có thể gây phá hoại hay hư hỏng các công trình trên mặt Nguồn gốc của các hiện tượng mất thể tích này chủ yếu là do kích thước đường hang đào lớn hơn kích thước vỏ hầm lắp ghép, nền đất phía trước bị xáo trộn trong quá trình đào, biến dạng của vỏ hầm và mất thể tích phần đuôi khiên NSC tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH nghiên cứu độ lún bề mặt do mất mát thể tích gây ra NCS khảo sát với sự thay đổi các hệ số mất mát thể tích khác nhau Kết quả nghiên cứu này đã được

NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải.

Kết quả từ phân tích bài toán bằng phương pháp số và so sánh với kết quả tính theo công thức thực nghiệm được trình bày tương ứng với các giá trị hệ số mất mát thể tích từ 0.5% ; 1% 1,5% đến 4%

Bảng 4.9 Độ lún lớn nhất Smax ứng với các hệ số Vloss

Hệ số mất thể tích Vloss (%)

Tương quan giữa Smax và Vloss

Tương quan giữa Vloss và Smax

Hình 4.21: Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo PTHH

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Vloss)= 24.94 -> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Vl) 0.99 -> Có mối tương quan với nhau

4.2.1.3.2 Nghiên cứu bằng phương pháp xác xuất thống kê

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smax quan trắc khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên với hệ số Vloss cho biểu đồ như sau:

Hình 4.22 Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo xác xuất thống kê

Sử dụng phương pháp xác xuất thống kê xác định các hệ số

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Vloss)= 0.215 -> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Vl) 0.96 -> Có mối tương quan với nhau

Từ đó có thể thấy yếu tố kỹ thuật trong xây dựng đường hầm thể hiện bằng hệ số mất mát thể tích VL có ảnh hưởng đến độ lún lớn nhất Smax.

4.2.1.4 Nghiên cứu tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax với Tỷ lệ ( P.D/Z)

NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH ẢNH HƯỞNG

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH BÀI TOÁN PTHH CẢI TIẾN TÍNH LÚN BỀ MẶT VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN CÔNG TRÌNH TRÊN MẶT ĐẤT

Trong quá trình thi công các tuyến hầm dù là bằng các công nghệ TBM tiên tiến nhất cũng làm xuất hiện các xáo trộn nền đất phía trước, xung quanh và phía sau của khiên đào Các xáo trộn này làm cho đất đá có xu hướng dịch chuyển về phía vỏ hầm gây ra các biến dạng do nguyên nhân của hiện tượng giải phóng ứng suất Các biến dạng này phát triển qua khối đất đá bên trên và tạo ra hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công hầm bằng TBM Chuyển vị và biến dạng mặt đất gây nên biến dạng và phá hoại các công trình trên mặt đất nằm trong giới hạn khối đất chuyển dịch gây ra do công trình ngầm đang xây dựng Đặc điểm xuất hiện và cường độ phát triển của các biến dạng đó được đánh giá trên cơ sở loại công trình, đặc điểm kết cấu và trạng thái kỹ thuật cũng như vị trí của nó so với nguồn gây ra chuyển dịch mặt đất.

Các ngôi nhà mà nằm ở phần trung tâm của vùng biến dạng phải chịu ảnh hưởng của độ cong âm (lõm) của mặt đất vì vậy biến dạng sẽ phát triển nói chung ở các tầng thấp và móng công trình Ở các khu vực các khối nhà xây dựng liền kề nhau, các ngôi nhà nằm sát nhau có thể chịu biến dạng phụ thêm do hiện tượng lún lệch và mức độ lún lệch khác nhau của các tòa nhà bên cạnh, điều đó kèm theo sự phá vỡ các bức tường ở các vị trí cục bộ Các khối nhà nằm trên khoảng biên của vùng biến dạng chịu tác động của độ cong dương (lồi) của mặt đất, mà gây ra biến dạng, trước tiên ở các tầng phía trên Bất lợi nhất cho các ngôi nhà mà nằm ở đoạn uốn của vùng biến dạng chịu tác động kép của độ cong âm và dương của vùng biến dạng. Ảnh hưởng lớn nhất đến các khối nhà gây ra bởi biến dạng thẳng đứng của mặt đất: độ nghiêng và độ cong Độ nghiêng của móng dẫn đến sự nghiêng của các ngôi nhà, còn độ cong gây ra sự uốn trong chúng Biến dạng ngang kéo và nén tác động lên kết cấu của các ngôi nhà ở dạng lực ma sát ở đáy và các mặt bên của móng Ảnh hưởng của các biến dạng ngang, nói chung, nhỏ hơn nhiều ảnh hưởng của các biến dạng đứng, bởi vì rằng chúng tác động trên các đoạn ngắn, không xâm chiếm toàn bộ ngôi nhà.

Một vấn đề thời sự nữa ở đây là tác động của biến dạng ngang và thẳng đứng của nền đất khi xây dựng hầm vào các cọc hiện hữu trong khu vực lân cận công trình hầm xây dựng Tác động này phức tạp hơn so với nhà và công trình ở chỗ cọc vừa chịu tải ngang vừa thay đổi sức mang tải đứng do lún nền đất Jacobs (2005), bằng mô hình thí nghiệm thu nhỏ ly tâm đã chỉ ra rằng có thể chia thành 2 khu vực với bản chất ứng xử khác nhau Vùng trung tâm ngay trên hầm (A,B,C Hình 5.1), cọc chịu lún lớn có thể lún hơn của đất do xuất hiện ma sát âm Vùng bên (D), cọc ít bị ảnh hưởng do nằm ngoài vùng lún ảnh hưởng. Đo đạc biến dạng lún thêm của 339 nhà trên móng cọc dài 6-22m dọc theo tuyến MRT Bangkok (đường kính hầm 6.3m, sâu 20m) cho kết quả là các nhà cao tầng trên cọc dài ít chịu ảnh hưởng (độ lún dưới10mm) hơn các nhà thấp trên cọc ngắn (độ lún trên 30mm) và các nhà có độ lún thêm lớn (trên 20mm) chỉ thấy trong phạm vi 30m kể từ trục hầm.

Hình 5.1 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình bên trên và hệ móng cọc A, B, C

– Vùng ảnh hưởng rõ rệt; D- Vùng ít ảnh hưởng.

Tóm lại, biến dạng lún mặt đất ảnh hưởng bất lợi đến các khối nhà và công trình gần kề Mức độ ảnh hưởng của các công trình trên mặt đất về cơ bản phụ thuộc vào trạng thái kết cấu của các khối nhà và giá trị các thông số của vùng biến dạng mặt đất Dạng kết cấu móng cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ biến dạng này.

Chương 4 luận án đã đề xuất và chứng minh công thức VL được đề xuất trong luận án là hoàn toàn khả thi Chương 5 sẽ sử dụng hệ số VL đã được tính toán theo công thức ở chương 4 đưa vào bài toán PTHH để phân tích tác động tương hỗ giữa các loại móng công trình trên mặt đến lún bề mặt do thi công Metro bằng công nghệ TBM.

Tại đây NCS sẽ cải tiến mô hình bài toán PTHH để tìm hiểu sự tác động tương hỗ giữa lún mặt đất với các loại móng trên bề mặt như sau:

Bảng 5.1 Phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt đất

Phương pháp mô phỏng bài toán truyền thống Phương pháp mô phỏng bài toán cải tiến

Mô phỏng kích thước môi trường nền

Mô phỏng điều liện địa chất theo Morh - Coulomb hoặc Harden soil Thiết lập trạng thái ứng suất ban đầu của nền đất và kết cấu bên trên mặt

Mô phỏng công tác xây dựng ống hầm thứ nhất Kích hoạt hệ số mất thể tích Vloss giả định theo kinh nghiệm thi công

Kích hoạt các phần tử betong vỏ hầm Tiếp tục lặp lại các bước trên với ống hầm thứ hai.

Mô phỏng kích thước môi trường nền

Mô phỏng điều liện địa chất theo Morh - Coulomb hoặc Harden soil Thiết lập trạng thái ứng suất ban đầu của nền đất và kết cấu bên trên mặt

Mô phỏng công tác xây dựng ống hầm thứ nhất

Kích hoạt hệ số mất thể tích Vloss được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4

Kích hoạt các phần tử betong vỏ hầm Tiếp tục lặp lại các bước trên với ống hầm thứ hai.

5.1.2 So sánh kết quả phân tích bằng phương pháp cải tiến với số liệu quan trắc.

5.1.2.1 So sánh kết quả lún mặt đất bằng phương pháp PTHH với số liệu quan trắc

Hình 5.2 thể hiện sự so sánh kết quả tính và kết quả quan trắc lún bề mặt tại hiện trường vị trí có hai đoạn hầm song song cùng cao độ Kết quả cho thấy đường cong lún tính toán bằng PTHH bám sát với các giá trị quan trắc thực tế tại hiện trường Điều đó có thể kết luận phương pháp mô phỏng bài toán PTHH cải tiến với giá trị Vloss được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 phù hợp và phản ánh đúng qui luật lún mặt đất tại dự án xây dựng Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên.

Hình 5.2 So sánh kết quả tính lún mặt đất theo PTHH với số liệu quan trắc 5.1.2.2 So sánh kết quả tính toán chuyển vị đáy móng bằng phương pháp PTHH với số liệu quan trắc

Hình 5.3 thể hiện kết quả tính và kết quả quan trắc chuyển vị móng tòa nhà tại hiện trường vị trí có hai đoạn hầm song song cùng cao độ Kết quả cho thấy các điểm đo quan trắc hiện trường cho giá trị chuyển vị móng công trình xấp xỉ giá trị tính toán Điều đó có thể khẳng định phương pháp mô phỏng số cải tiến mà luận án đề xuất hoàn toàn phù hợp và phản ánh đúng qui luật chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất.

Hình 5.3 So sánh chuyển vị đáy móng tính toán PTHH với số liệu quan trắc.

Vậy phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến với giá trị Vloss được tính toán theo công thức của luận án có độ tin cậy Từ đó có thể áp dụng phương pháp mô phỏng này để xây dựng các bài toán phân tích lún mặt đất và đánh giá tác động đến các công trình trên bề mặt.

Áp dụng Mô hình bài toán bằng theo phương pháp PTHH cải tiến đánh giá tác động thi công đường hầm đến các loại móng công trình trên mặt đất

5.2.1 Mô hình bài toán theo phương pháp PTHH cải tiến Áp dụng phương pháp mô phỏng bài toán PTHH cải tiến nêu trên vào bài toán cụ thể tại một số mặt cắt điển hình tại dự án xây dựng Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên,

TP Hồ Chí Minh Mô hình được phân tích dựa trên phần mềm Plaxis.

Hình 5.4, 5.5 thể hiện mô hình bài toán được giả định cho mặt cắt ngang có hai ống hầm song song, có đường kính ngoài là 6,65m, khoảng cách giữa hai ống hầm tương ứng là 16,0m Hai ống hầm nằm trên cùng cao độ, ở độ sâu -17,0m tính từ mặt đất tự nhiên. Trường hợp này tương ứng với mặt cắt ngang của đoạn tuyến nằm gần với nhà ga Ba Son Trong mô hình kỹ thuật số, ống hầm bên trái, nằm xa hơn so với mép đáy móng giả định được thi công trước Ống hầm thứ hai bên phải được thi công sau khi hoàn thành thi công ống hầm thứ nhất Trình tự thi công này là tương đối phù hợp với thực tế thi công đoạn tuyến giữa hai nhà ga Ba Son đến Nhà Hát Lớn.

Hình 5.4 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng nông do thi công hai ống hầm song song cùng cao độ

Hình 5.5 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng cọc do thi công hai ống hầm song song cùng cao độ

Các thông số địa chất khu vực tuyến tàu điện ngầm số 1, đoạn giữa ga Nhà Hát Lớn và ga Ba Son được sử dụng cho mô hình tính toán (bảng 5.2) Mô hình đàn hồi dẻo tuyệt đối Morh-Coulomb (MC) được sử dụng để mô phỏng ứng xử của nền đất.

Kết cấu công trình xây dựng trên mặt đất được mô phỏng cho cả hai trường hợp là móng nông với các thông số đầu vào được thể hiện trên bảng 5.3 Các trường hợp kết cấu móng được xem xét bao gồm:

 Móng gạch xây dày 1m dài 20m cách tim tuyến 15m, trên có tải trong giả định 10KN/m

 Móng nông BTCT dày 1m dài 20m cách tim tuyến 15m, trên có tải trọng giả định 10KN/m

Bảng 5.2 Thông số đầu vào cho các lớp đất khô tự nhiên thấm(ngang) thấm(dọc)

Lớp sét 2 (Ac2): Vật liệu đất là sét dẻo rất mềm đồng nhất chứa mảnh vỏ sò vỡ xen lẫn vật thể hữu cơ đậm màu

Lớp Cát mịn bùn 1 (As1 ): Vật liệu tổng quát là từ không đồng nhất tới đồng nhất Tỉ lệ hàm lượng bùn giảm theo chiều sâu và thay đổi thành cát mịn lẫn bùn.

Lớp cát 2 ( As2): Đây là lớp dưới cùng trong tầng bồi tích và bên trên lớp sét mịn cứng của tầng lũ tích.

Bảng 5.3 Các đặc tính của vật liệu vỏ hầm và kết cấu móng công trình mặt đất

Thông số vật liệu Modul đàn hồi Trọng lượng đ/ v Hệ số Poisson Kích thước

5.2.2 Phân tích kết quả bài toán thi công hai ống hầm song song 5.2.2.1 Phân tích kết quả tính toán tính lún mặt đất trường hợp móng nông

Mô hình nền MC MC MC MC MC MC -

Hình 5.6 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất, trường hợp 2 ống hầm cùng cao độ (móng nông)

Hình 5.7 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm, trường hợp 2 ống hầm cùng cao độ (móng nông)

Kết quả tính toán lún bề mặt khi thi công ống hầm thứ nhất (hầm trái) trong hai trường hợp không xét đến công trình mặt đất và trường hợp có xét đến móng nông thể hiện trên hình vẽ cho thấy không có khác biệt lớn về giá trị cũng như hình dạng đường cong lún Điều này có thể khẳng định khi khoảng cách từ tim ống hầm đến mép móng kết cấu trên mặt đất đủ lớn (xấp xỉ 3,5D) thì ảnh hưởng của công trình trên mặt đất đối với đường cong lún gây ra do quá trình đào ống hầm thứ nhất là không lớn Kết quả này cũng cho thấy trong trường hợp hai ống hầm được bố trí song song, việc lựa chọn trình tự thi công sẽ dẫn đến những ảnh hưởng nhất định đến chuyển vị lún mặt đất và công trình bên trên.

Hình 5.8 Đường cong lún bề mặt sau khi thi công ống hầm bên trái

Khi mô phỏng bước tiếp theo sau khi thi công xong ống hầm thứ hai.

Hình 5.9 Đường cong lún bề mặt sau khi thi công hai ống hầm song song

Với bài toán hai ống hầm song song cùng cao độ, kết quả cho thấy đường cong chuyển vị lún bề mặt có sự khác biệt rõ nét giữa hai trường hợp có xét và không xét đến móng kết cấu trên mặt đất Độ lún lớn nhất trong trường hợp không có móng (đạt - 5.25mm) lớn hơn trường hợp có móng Gạch (-5.19mm) và trường hợp móng BTCT (- 5.15mm) Điều đó chứng tỏ có sự tác động tương hỗ giữa công trình trên bề mặt với độ lún mặt đất lớn nhất khi thi công ống hầm tròn.

Tuy nhiên, đường cong lún bề mặt (Hình 5.9) xuất hiện một điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng Bên cạnh đó, kết quả mô phỏng cũng cho thấy ảnh hưởng của độ cứng kết cấu móng nông đến đường cong lún là nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp là gần như trùng nhau Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm.

5.2.2.2 Chuyển vị đáy móng trường hợp móng nông trường

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông thi công 1 ống hầm bên trái và được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

Bảng 5.4 Chuyển vị móng nông khi thi công ống hầm bên trái

Không móng Móng betong Móng gạch Đơn vị

Hình 5.10 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công ống hầm trái

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông thi công hai ống hầm được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

Bảng 5.5 Chuyển vị móng nông khi thi công hai ống hầm

Không móng Móng betong Móng gạch Đơn vị

Hình 5.11 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công hai ống hầm song song.

Nhận xét: Kết quả chuyển vị đáy móng nông khi thi công ống hầm khu vực lân cận đáy

-2.4403 5.3933 4.7303 độ móng nông sẽ gây hiện tượng chuyển vị cho móng bao gồm chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay Tuy nhiên ảnh hưởng của độ cứng của móng dường như không thực sự rõ rệt Móng gạch với độ cứng nhỏ hơn sẽ có các biến dạng bản thân lớn hơn dưới tác dụng của chuyển vị nền đất do hầm đào tuy nhiên không thật sự khác biệt so với trường hợp của móng bằng bê tông có độ cứng lớn hơn Cũng cần nhấn mạnh rằng mô hình chỉ giới hạn trong các chuyển vị nhỏ và không xét đến tính không toàn khối, đứt gẫy của móng gạch dưới tác dụng của chuyển vị lún lệch.

5.2.2.3 Phân tích kết quả tính toán lún bề mặt trường hợp móng cọc

Hình 5.12 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất

Hình 5.13 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm

Kết quả tính toán lún bề mặt khi thi công ống hầm thứ nhất trong hai trường hợp không xét đến công trình mặt đất và trường hợp có xét đến móng cọc không có khác biệt lớn thể hiện trên Hình 5.14 Điều này có thể lý giải khi khoảng cách từ tim ống hầm trái đến mép móng kết cấu trên mặt đất đủ lớn (xấp xỉ 3,5D) thì ảnh hưởng của công trình trên mặt đất đối với đường cong lún gây ra do quá trình đào ống hầm thứ nhất là không lớn Kết quả này cũng cho thấy trong trường hợp hai ống hầm được bố trí song song, việc lựa chọn trình tự thi công sẽ dẫn đến những ảnh hưởng nhất định đến chuyển vị lún mặt đất và công trình bên trên.

Hình 5.14 Đường còng lún mặt đất có móng cọc khi thi công ống hầm bên trái

Trong bước mô hình hóa tiếp theo sau khi thi công xong ống hầm thứ hai.

Với bài toán hai ống hầm song song cùng cao độ, kết quả cho thấy đường cong chuyển vị lún bề mặt có sự khác biệt rõ nét giữa hai trường hợp không xét và có xét đến móng cọc trên mặt đất Độ lún lớn nhất xuất hiện trên bề mặt tại tim ống hầm bên trái trong trường hợp không có móng đạt -5.12mm, bé hơn trường hợp có móng cọc 8m (- 5.53mm) và trường hợp móng cọc 12m (-5.28mm) Kết quả chỉ rõ độ lún bề mặt tăng lên khi trên bề mặt có công trình Vậy có thể khẳng định có công trình dạng móng cọc sẽ làm tăng độ lún bề mặt khi công ống hầm Metro Tuy nhiên với loại móng cọc ngắn 8m thì sẽ gây ra độ lún lớn hơn (-5.53mm) so với loại móng cọc dài 12 có độ lún là (- 5,28mm) Có thể nói với các loại móng cọc khác nhau cũng sẽ gây tác động đến lún bề mặt khác nhau Tuy nhiên, đường cong lún bề mặt (Hình 5.15) xuất hiện một điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng Bên cạnh đó, kết quả mô phỏng cũng cho thấy ảnh hưởng của chiều dài cọc đến đường cong lún là không nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp là không còn gần như trùng nhau nữa Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm.

Hình 5.15 Đường cong lún mặt đất có móng cọc khi thi công hai ống hầm 5.2.2.4 Chuyển vị đáy móng trường hợp móng cọc

* Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công 1 ống hầm bên trái được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây

Bảng.5.6 Chuyển vị đáy móng cọc khi thi công ống hầm trái

Góc xoay không móng Móng cọc ngắn Móng cọc dài Đơn vị

Hình 5.17 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công ống hầm trái

Bảng 5.6 và hình 5.17 thể hiện kết quả chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng cọc gây ra do thi công ống hầm trái Kết quả cho thấy chuyển vị thẳng đứng tại vị trí đáy móng trong trường hợp có móng cọc trên mặt đất tăng lên rõ rệt so với trường hợp không có móng Điều này khẳng định có sự tác động tương hỗ giữa thi công đường hầm và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất Cụ thể là khi thi công đường hầm Metro tại khu vực có các công trình hiện hữu trên bề mặt sẽ gây chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng công trình trên mặt Tuy nhiên giá trị và qui luật chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của cả hai trường hợp móng cọc ngắn và móng cọc dài không khác nhau nhiều Điều đó cho thấy khi thi công một ống hầm bên trái có khoảng cách đến tim hầm khá xa ( > 3,5D) thì loại móng cọc ngắn hay cọc dài không làm thay đổi giá trị chuyển vị đáy móng.

* Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây

Bảng.5.7 Chuyển vị đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm

Góc xoay không móng Móng cọc ngắn Móng cọc dài Đơn vị

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm

Bảng 5.7và hình 5.18 thể hiện kết quả chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng cọc gây ra do thi công hai ống hầm Kết quả cho thấy chuyển vị thẳng đứng tại vị trí đáy móng trong trường hợp có móng cọc trên mặt đất tăng lên rõ rệt so với trường hợp không có móng Điều này khẳng định có sự tác động tương hỗ giữa thi công đường hầm và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất Cụ thể là khi thi công đường hầm Metro tại khu vực có các công trình hiện hữu trên bề mặt sẽ gây chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng công trình trên mặt Tuy nhiên giá trị và qui luật chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của trường hợp móng cọc ngắn lớn hơn trường hợp móng cọc dài Điều đó cho thấy loại hình móng cọc ngắn hay dài khác nhau sẽ chuyển vị khác nhau khi thi công đường hầm Metro tại khu vực lân cận móng.

Luận án đã đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt Theo đó, hệ số Vloss nhập vào để phân tích bài toán được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó Kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên. Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Có thể đề xuất sử dụng mô hình này trong tính toán các bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đã áp dụng phương pháp mô hình cải tiến này để phân tích bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt với số liệu cụ thể tại mặt cắt điển hình của dự án Metro Bến Thành – Suối Tiên, qua đó có một số nhận xét sau:

NHỮNG ĐỀ XUẤT NHẰM KIỂM SOÁT TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG TBM ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT

BỀ MẶT Đối với các tuyến Metro ngầm thi công trong thành phố bao gồm nhà ga và đoạn khu gian bên dưới mặt đất, đặc biệt tại các khu vực trung tâm thành phố, với mật độ xây dựng và khai thác trên mặt đất rất lớn, trước khi tiến hành thi công các công trình ngầm,đoạn tuyến và nhà ga tàu điện ngầm, một công tác vô cùng quan trọng phải được tiến hành là nghiên cứu chi tiết nguy cơ lún mặt đất có thể gây ra dưới tác dụng của công tác thi công đường hầm Metro Khi thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM sẽ có rất nhiều yếu tố phức tạp là nguyên nhân gây ra hiện tượng này, tuy nhiên trong quá trình thi công đó, chúng ta có thể điều chỉnh áp lực bơm vữa sau vỏ và trước mâm quay để kiểm soát được những tác động tiêu cực đến công trình trên mặt đất Nhằm đảm bảo an toàn cho các công trình đô thị trên mặt đất NCS đề xuất sơ đồ công nghệ xây dựng đường hầm bằng TBM nhằm kiểm soát tác động ảnh hưởng công trình đô thị trên mặt đất trong giai đoạn trước khi tổ chức thi công và trong quá trình tổ chức thi công.5.3.1 Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM

5.3.2 Sơ đồ công nghệ trong khi tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM

Với các sơ đồ công nghệ thi công TBM này giúp chúng ta kiểm soát và kiềm chế những tác động ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu trên bề mặt trước khi tổ chức thi công và ngay cả trong giai đoạn đang tiến hành tổ chức thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM nhờ việc điều chỉnh áp lực bơm Pa,Ps.

5.3.3 Công tác khảo sát và thu thập số liệu

Công tác khảo sát hiện trường và thu thập số liệu, phân tích nguy cơ phải được tiến hành trên tất cả các công trình xây dựng trên mặt đất có nguy cơ bị ảnh hưởng bởi quá trình xây dựng nhà ga ngầm và đoạn tuyến Metro Thông thường, một dải hành lang sẽ được thiết lập hai bên trục dọc tuyến hầm và tất cả các công trình nằm trong khu vực hành lang đó đều phải được khảo sát, phân tích Hành lang nghiên cứu được định nghĩa như sau:

 Tất cả các công trình nằm trong khoảng cách 50m tính từ trục dọc tim hầm

 Khoảng cách ít nhất là 30m hoặc 2Zo ( Zo là chiều sâu đặt hầm) với các công trình đào hở tính từ mép ngoài của chu vi đào

 Tất cả các công trình có tính lịch sử văn hóa nằm trong khoảng cách 200m từ trục tim hầm

Trường hợp đường giới hạn của hành lang cắt qua một phần của một tòa nhà, toàn bộ tòa nhà đó phải được khảo sát.

Mỗi tòa nhà trong phạm vi của hành lang phải được tiến hành khảo sát chi tiết và phân tích rủi ro xét đến dự kiến biến dạng của nền đất và mức độ rủi ro đối với công trình với mức độ chi tiết hóa tăng dần Kết quả của các khảo sát này sẽ được lập thành các báo cáo khảo sát hiện trường tòa nhà trong đó thể hiện đặc điểm kết cấu (phần trên và phần dưới) của tòa nhà, và ghi nhận tình trạng trước khi tiến hành xây dựng công trình ngầm.

Mỗi tòa nhà sẽ được phân biệt bằng một số hiệu duy nhất và không đổi Các hình ảnh hiện trường của mỗi tòa nhà cũng được phân biệt bằng dãy số có chứa số hiệu của tòa nhà Các khảo sát hồ sơ địa chính sẽ cho phép xác định năm xây dựng, dạng kết cấu và nền móng, các cải tạo lớn như thay đổi số tầng sau khi công trình đã hoàn thành… Các khảo sát bằng mắt sẽ được thực hiện với tất cả các bộ phận bên trong và bên ngoài của tòa nhà kể cả phần hoàn thiện và khu kỹ thuật.

Một biểu mẫu thống nhất sẽ được điền đầy đủ các thông tin cho mỗi tòa nhà trong khu vực nghiên cứu bao gồm các thông tin chung cũng như các thông tin chi tiết về loại vật liệu, điều kiện và các hư hỏng hiện hữu, các dấu hiệu xuống cấp được phát hiện ra trong quá trình khảo sát Ảnh chụp tư liệu được lưu giữ với tất cả các hư hỏng tồn tại như vết nứt, thấm nước, mạch bả thạch cao cũng như các hư hỏng khác Các vết nứt nghiêm trọng sẽ được đo đạc bằng thiết bị đo độ mở rộng vết nứt quang học và lưu giữ.

Các hư hỏng phát hiện được sẽ được mô tả thật chi tiết, họa đồ thể hiện đặc tính của các hư hỏng cũng được thực hiện Vị trí của các hư hỏng cũng được mô tả chính xác trên bản họa đồ cùng với vị trí mà từ đó, các bức ảnh được chụp.

Tất cả các biểu mẫu khảo sát cũng như các kết quả khảo sát, ghi nhận, phát hiện hư hỏng phải được lưu giữ và dễ dàng tiếp cận khi cần thiết và sẽ là một phần của hệ thống quan trắc và phần mềm quản lý biến dạng mặt đất.

Các đại lượng quan trắc

Trong thi công đường hầm bằng máy đào hầm TBM, quan trắc là một công cụ trợ giúp đắc lực được sử dụng nhằm những mục đích:

 Quan trắc, dự đoán điều kiện địa cơ học khu vực đường hầm sẽ đào qua;

 Quan trắc các biểu hiện biến dạng, độ bền của kết cấu chống giữ đường hầm;

 Quan trắc đánh giá các biểu hiện phản ứng cơ học của khối đất xung quanh đường hầm sau khi khai đào;

 Quan trắc dịch chuyển mặt đất và các biểu hiện phá huỷ công trình bề mặt do ảnh hưởng của thi công đường hầm. Đối tượng quan trắc, đo đạc bao gồm:

 Khối đất xung quanh vỏ hầm và trên bề mặt;

 Các công trình chịu ảnh hưởng của quá trình thi công

Kết quả quan trắc có ý nghĩa không chỉ dự đoán biểu hiện cơ học của khu vực đường hầm sẽ thi công nhằm lựa chọn phương pháp thi công hợp lý, quan trắc còn có ý nghĩa đánh giá tính hiệu quả của quá trình thi công đã sử dụng bao gồm cả công tác gia cố khối đất, đào và chống giữ công trình và làm cơ sở đưa ra những điều chỉnh cần thiết về thiết kế, thi công Điều này đặc biệt quan trọng đối với thi công đường hầm qua vùng địa chất luôn có biến đổi và các thông số liên quan tới quá trình thiết kế, thi công không dễ dàng để xác định chính xác.

Nội dung và phạm vi quan trắc chủ yếu trong thi công đường hầm bao gồm:

 Thiết lập mạng lưới các mốc và tiến hành đo lún trên bề mặt;

 Đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất, sự thay đổi mực nước, hướng và tốc độ dòng chảy;

 Đo ứng suất trong kết cấu vỏ hầm và trong khối đất xung quanh đường hầm.

 Đo biến dạng của lớp vỏ hầm

 Đo biến dạng, dịch chuyển và sự hình thành vết nứt tại các công trình chịu tác động của quá trình thi công.

Rõ ràng với những mục đích và nội dung quan trắc như vậy, công việc này phải được thực hiện trong toàn bộ các giai đoạn thực hiện của dự án, trước, trong và thậm chí cả sau quá trình thi công Tùy thuộc vào mục đích quan trắc, quy mô và tầm quan trọng của công trình mà các biện pháp quan trắc khác nhau sẽ được sử dụng Với mỗi nội dung, đối tượng quan trắc, đo đạc cụ thể, 2 thông số quan trọng nhất là mật độ thiết bị đo đạc và tần suất đo Mật độ thiết bị đo đạc phản ánh số lượng thiết bị đo được lắp đặt trong không gian môi trường xây dựng còn tần suất đo đạc thể hiện thời gian giãn cách giữa các lần đọc chỉ số của thiết bị đo và thời gian đo từ khi bắt đầu lắp đặt thiết bị đến khi ngừng công việc đo Các thông số này được thiết lập trước khi thực hiện công tác quan trắc và được điều chỉnh khi thực hiện trên cơ sở các số liệu đo thực tế Ngoài ra, trong giai đoạn thiết kế cũng cần phải dự đoán những giá trị đo giới hạn, xu hướng biến đổi của các số liệu đo hay thực chất là những thay đổi xảy ra trên kết cấu công trình và khối đất xung quanh Giá trị này có ý nghĩa báo hiệu hạng mục được quan trắc đang nằm trong giới hạn nguy hiểm Tùy thuộc vào tầm quan trọng của mỗi công trình, loại giá trị này còn được chia thành nhiều cấp khác nhau tương ứng với mức độ nguy hiểm tăng dần.

Dựa vào các số liệu quan trắc thu được, sau khi xử lý và phân tích, các bên tham gia dự án có thể đánh giá chất lượng, hiệu quả thi công công trình đã thực hiện, rút ra những kinh nghiệm và những biện pháp cần thực hiện để cải tiến chất lượng công việc, phòng ngừa các dạng sự cố không để chúng xảy ra.

5.3.4 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình lân cận

Khoảng cách giữa công trình và máng lún ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự dịch chuyển của công trình (dãn dài và uốn cong qua chỗ lồi của máng lún, hay nén và võng xuống qua chỗ lõm).

Khi một công trình được xây dựng gần vị trí thi công hầm, có thể xảy ra một trong các dạng dịch chuyển sau:

 Lún không đều giữa các gối;

 Quay toàn bộ hoặc quay không đều;

 Dịch chuyển ngang toàn bộ;

 Dịch chuyển ngang không đều khi chịu nén và chịu kéo.

Các thông số chính trong chuyển vị của công trình được miêu tả hình vẽ 5.18 và 5.19

L: Chiều dài phần tử theo hướng của máng lún;

 va : Độ lún tuyệt đối tại điểm A;

 v max : Độ lún tuyệt đối lớn nhất;

  VAB : Chênh lệch lún giữa A và B ;

  Vmax : Chênh lệch lún lớn nhất;

 B C : Góc quay của đoạn BC ;

 B C : Góc quay tương đối (hay biến dạng góc) của đoạn BC (  BC   BC  );

 c : Biến dạng góc tại điểm C ;

 AD : Biến dạng tương đối = chuyển dịch lớn nhất tính trên đường thẳng nối điểm A và D;  A D

Chú ý rằng, độ võng tương đối thể hiện biến dạng cắt của kết cấu; độ võng tương đối thường liên quan tới biến dạng uốn

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của công trình

Hình 5.19 Chuyển vị ngang của công trình

 : Chuyển vị ngang tại điểm A

 : Chuyển vị ngang tại điểm B

 : Biến dạng ngang giữa điểm A và điểm B       hb

5.3.5 Các giới hạn phá hoại công trình

Các giới hạn phá hoại sau đây thường sẽ được đề xuất áp dụng chung cho các công trình xây dựng nhà cửa trên mặt đất.

Bảng 5.8 Tiêu chuẩn giới hạn phá hoại các công trình nhà do biến dạng mặt đất

CÁC TÒA NHÀ CÓ TÍNH

NHẠY CẢM CAO CÁC TÒA NHÀ THÔNG

Mức độ hư hỏng cho phép Cấp độ hư hỏng 1 Cấp độ hư hỏng 2

Lún tổng cộng Smax ≤ 5mm Smax ≤ 15mm

Lún không đều ΔSmax ≤ 2mmSmax ≤ 2mm ΔSmax ≤ 2mmSmax ≤ 5mm Độ nghiêng β ≤ 1/1000 β ≤ 1/500

Bảng 5.9 Phân loại các hư hỏng bề ngoài trên tường (Burland & Wroth, 1975)

Mô tả hư hỏng điển hình

Vết nứt dạng sợi tóc, bề rộng nhỏ hơn 0.1mm

1 Rất nhẹ Vết nứt điển hình có độ mở rộng xấp xỉ 1mm

2 Nhẹ Vết nứt điển hình có độ mở rộng xấp xỉ 5mm

Vết nứt điển hình có độ mở rộng từ 5mm đến 15mm hoặc

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

Luận án đã đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt Theo đó, hệ số Vloss nhập vào để phân tích bài toán được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó Kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên. Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Có thể đề xuất sử dụng mô hình này trong tính toán các bài toán tính lún mặt đất và phân tích đánh giá ảnh hưởng tác động đến các công trình trên bề mặt khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đã áp dụng phương pháp mô hình cải tiến này để phân tích bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt với số liệu cụ thể tại mặt cắt điển hình của dự án Metro Bến Thành – Suối Tiên, qua đó có một số nhận xét sau:

* Khoảng cách từ tim ống hầm đến mép bệ móng nông hay móng cọc đủ lớn ( xấp xỉ3,5D) thì không ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất do thi công ống hầm ngầm gây ra Ngược lại, việc thi công ống hầm không tác động nhiều đến chuyển vị móng công trình đô thị trên bề mặt.

* Khi khoảng cách mép bệ móng nhỏ hơn 3,5D thì:

-Sự hiện diện của móng nông có ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất Cụ thể là giá trị lún lớn nhất Smax nhỏ hơn trong trường hợp không có móng Tuy nhiên tại vị trí mép bệ móng, thì đường cong lún xuất hiện điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng.

- Kết quả cũng cho thấy ảnh hưởng của độ cứng của kết cấu móng nông đến đường cong lún là nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp này gần như là trùng nhau Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm

- Sự hiện diện của móng cọc cũng ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất Cụ thể giá trị độ lún lớn nhất của đường cong lún khi có móng đạt giá trị lớn hơn trong trường hợp không có móng Và với các loại móng cọc ngắn và loại móng cọc dài thì giá trị độ lún lớn nhất cũng khác nhau Điều đó có thể kết luận: Với sự hiện diện của các loại móng cọc trên bề mặt sẽ làm tăng độ lún lớn nhất của đường cong lún và các loại móng cọc khác nhau sẽ tác động đến giá trị lún bề mặt lớn nhất khác nhau. Tại vị trí mép bệ móng, thì đường cong lún xuất hiện điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng.

- Khi móng công trình nằm trong khu vực lân cận thi công Metro thì thấy có sự tác động tương hỗ giữa móng công trình đô thị với sự lún mặt đất Cụ thể là các móng công trình đều xuất hiện các chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay Tuy nhiên với trường hợp móng nông, thì độ cứng của móng không ảnh hưởng nhiều đến những chuyển vị này, còn loại hình móng cọc thì chịu sự tác động khác nhau giữa các loại hình móng cọc ngắn hay móng cọc dài Điều này cần nhấn mạnh thêm là mô hình chỉ giới hạn chuyển vị nhỏ, không xét đến tính không toàn khối và đứt gãy của móng dưới tác dụng của chuyển vị lệch.

Chương 5 của luận án đã đề xuất Sơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằng

TBM nhằm kiểm soát những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất bao gồm: Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công và Sơ đồ công nghệ trong quá trình thi công Với sơ đồ công nghệ thi công TBM này cho phép chúng ta kiểm soát và kiềm chế những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất trước khi tổ chức thi công và ngay cả trong giai đoạn tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM.

Ngoài ra chương 5 luận án cũng nghiên cứu những tác động của lún bề mặt đến những công trình hiện hữu trên bề mặt Nghiên cứu các giới hạn phá hoại của công trình trên mặt với các tòa nhà thông thường và với các tòa nhà nhạy cảm Từ đó phân tích biến dạng và đánh giá rủi ro với các tòa nhà, xây dựng qui trình khảo sát rủi ro các tòa nhà.Đồng thời nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng của lún bề mặt do thi công hầm Metro bằng công nghệ TBM đến các tòa nhà hiện hữu trên mặt.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KL1 Tổng kết quá trình, nội dung và kết quả nghiên cứu của luận án

Phổ biến ở những năm cuối của thế kỷ 20 là phương pháp thực nghiệm dựa trên các số liệu quan trắc thực tế của các công trình cụ thể, các tác giả xây dựng các công thức thực nghiệm nhằm xác định độ lún lớn nhất và đường cong lún trên bề mặt Tiêu biểu cho phương pháp này phải kể đến công bố của Peck năm 1969 Sau đó các nhà khoa học tiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu quan trắc thực tế các công trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từng nước Sau này với sự phát triển công nghệ thì phương pháp PTHH hiện đang được sử dụng khá nhiều bởi phương pháp này có xem xét được những yếu tố kỹ thuật trong quá trình thi công, xem xét đến trình tự thi công Tuy nhiên hiện tại chưa có nghiên cứu thực nghiệm nào dựa trên các số liệu quan trắc thực tế tại các công trình xây dựng Metro tại Việt Nam Vì thế liệu các công thức thực nghiệm được xây dựng dựa trên các số liệu quan trắc của những dự án của các nước khác có phù hợp với điều kiện cụ thể tại Việt Nam? Do đó vấn đề cấp bách hiện nay cần nghiên cứu khảo sát những số liệu quan trắc của các công trình thực tế tại Việt Nam để điều chỉnh công thức sao cho phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Luận án so sánh kết quả quan trắc được tại hiện trường dự án xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh với kết quả tính toán theo các công thức lý thuyết của các tác giả công bố trước đó và thấy có những sai số nhất định Từ đó cho thấy cần thiết phải có những nghiên cứu nhằm điều chỉnh công thức của Peck sao cho phù hợp hơn với điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

Luận án nghiên cứu đề xuất công thức tính VL Đây là một đóng góp đáng kể cho lĩnh vực này, bởi các công thức được công bố trước của các tác giả nêu trên thì đều chưa xây dựng công thức tính VL mặc dù có xem xét sự mất mát thể tích này trong công thức tính Smax và phương trình đường cong lún của mình Điều đó có nghĩa là khi áp dụng thì chúng ta sẽ phải giả định hệ số VL theo kinh nghiệm thi công chứ chưa đưa ra công thức tính cụ thể nào Đến đây luận án đã xây dựng công thức tính VL mà trong đó xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến VL như yếu tố hình học của ống hầm, điều kiện địa chất, độ sâu đặt hầm và đặc biệt có xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công TBM như áp lực vữa bơm, thể tích vữa bơm Để kiểm chứng công thức mà luận án công bố Luận án đã áp dụng công thức Vloss tính với điều kiện cụ thể tại dự án Tuyến Metro BếnThành- Suối Tiên và so sánh với kết quả quan trắc tại hiện trường Kết quả cho thấy số liệu tính toán Vloss khá sát với giá trị đo tại các mặt cắt khảo sát và sai số trung bình của kết quả tính toán này với số liệu quan trắc thực tế chỉ là 4.75% Sai số này cho thấy công thức Vloss mà luận án đề xuất có độ tin cậy và có ý nghĩa thực tiễn.

Luận án đã tiếp tục nghiên cứu đề xuất công thức tính Smax có xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công và tải trọng chất thêm trên bề mặt Để kiểm chứng công thức Smax công bố, luận án áp dụng vào các điều kiện dự án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên và dùng các hệ số Vloss được tính toán bởi công thức Vloss mà luận án đề xuất để tính toán cho ra kết quả Smax tại các mặt cắt khảo sát Kết quả đem so sánh với các số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy sai số giữa kết quả tính với giá trị quan trắc trung bình chỉ còn 2.99 % bé hơn rất nhiều so với sai số mà các công thức của các tác giả nêu trên đã công bố Điều đó có thể khẳng định rằng công thức Smax mà luận án đề xuất đã phản ánh đúng hơn và sát thực hơn ứng xử lún bề mặt tại dự án xây dựng Metro tuyến Bến Thành Suối Tiên TP HCM Đây là một đóng góp đáng kể trong trong lĩnh vực này Luận án tiếp tục nghiên cứu đề xuất điều chỉnh công thức hệ số máng lún i Hệ số này phản ánh qui luật biện dạng và hình dạng đường cong lún bề mặt do thi công ống hầm tròn gây ra NCS đã đưa hệ số i, Smax, và Vloss đề xuất vào công thức tính đường cong lún của Peck và vẽ ra đường cong lún tại các mặt cắt điển hình trên đoạn tuyến Metro đi ngầm từ Bến Thành – Suối Tiến Kết quả cho thấy đường công lún được vẽ bới Smax, Vloss, và i đề xuất của luận án bám rất sát với những số liệu quan trắc tại hiện trường Điều đó chứng tỏ đường cong lún của Peck mà được điều chỉnh bởi các hệ số Smax, Vloss, i phản ánh được qui luật biến dạng bề mặt khi thi công tuyến Metro ngầm tại TP Hồ Chí Minh Và đây là những đóng góp khoa học về lĩnh vực này có giá trị áp dụng với các điều kiện thi công đoạn tuyến Metro ngầm chìm tại TP Hồ Chí Minh.

Luận án đã hoàn thiện hơn phương pháp mô hình bài toán PTHH tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt bằng cách sử dụng hệ số Vloss được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó Kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiến Có thể đề xuất sử dụng mô hình này trong tính toán các bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đề xuất Sơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằng TBM nhằm kiểm soát những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất bao gồm:

Định dạng
Số trang	186
Dung lượng	10,08 MB