Tính toán ảnh hưởng của các yếu tố đến trạng thái ứng suất, biến dạng của nền đất yếu xung quanh đường hầm metro

Đề tài tập trung nghiên cứu, tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh gồm các phần sau đây: Chương 1: Tổng quan về ổn định và biến dạng của nền đất yếu xung quanh hầm. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất yếu xung quanh hầm. Chương 3: Cấu tạo mặt cắt ngang cho hầm trong điều kiện đất yếu. Chương 4: Nghiên cứu tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh. Kết luận và kiến nghị.

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thành phố Hồ Chí Minh thành phố lớn, ngày phát triển mở rộng, diện tích xây dựng cơng trình ngày nhiều, dân số ngày tăng Mạng lưới tuyến giao thông đường phát triển; nhiên vành đai đường nội thành chưa hình thành, dẫn đến tình trạng xe vào trung tâm thành phố lớn Nếu nước tiên tiến giới, quỹ đất giao thông cho địa bàn thường từ 20 - 25% tỷ lệ thành phố Hồ Chí Minh 13,42% Do cần có mạng lưới vận chuyển hành khách công cộng phát triển, đảm bảo lưu thông hàng ngày khu vực thành phố cách nhanh chóng, thuận lợi, tin cậy, an tồn Xây dựng tuyến metro - xe điện ngầm với tốc độ cao lực lớn, đảm nhận chuyên chở khối lượng lớn hành khách với tốc độ nhanh cao điểm đô thị, không gây ô nhiễm khí thải…nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển dài hạn thành phố vận chuyển hành khách công cộng Tuy nhiên, Việt Nam lần xây dựng metro, chưa có kinh nghiệm tính chất phức tạp kỹ thuật, cơng nghệ xây dựng, cơng nghệ quản lý khai thác đồng thời địi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn nên cần phải nghiên cứu kỹ yếu tố ảnh hưởng môi trường đất kết cấu đường hầm metro lựa chọn kết cấu phù hợp với điều kiện nước ta nói chung điều kiện đất yếu thành phố Hồ Chí Minh nói riêng Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn ảnh hưởng yếu tố đến trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh: - Nghiên cứu tổng quan phát triển hệ thống metro việc giải vấn đề giao thông đô thị thành phố; vấn đề liên quan đến cấu tạo địa tầng, tính chất lý đất sét yếu, khả chịu tải đất nền; tổng quan phương pháp tính tốn ổn định biến dạng cơng trình đường hầm đất yếu - Xác định chiều sâu đặt hầm hợp lý điều kiện đất yếu Tp Hồ Chí Minh - Xác định khoảng cách hợp lý hai hầm song song để hai hầm làm việc độc lập - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến ổn định biến dạng cơng trình đường hầm đất yếu Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu hành có liên quan - Phân tích, chọn lựa phương án tiến hành tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Tuyến metro giới xây dựng cách trăm năm, ngày giao thông vận tải đô thị hệ thống metro phát triển mạnh phổ biến nước giới nhằm thỏa mãn nhu cầu lại dân cư với mật độ lớn mà khơng có loại phương tiện thành phố đáp ứng Hệ thống metro giới trở thành phương tiện giao thơng an tồn, nhanh chóng, đại, tiện nghi, khơng gây nhiễm, có lực vận chuyển lớn, giải nhu cầu lại dân cư Ở nước ta, dân số thành phố lớn lớn triệu dân, mật độ lại dân cư lớn, tượng ùn tắc giao thông vào cao điểm xảy thường xuyên gây ảnh hưởng lớn đến phát triển chung xã hội Việc xây dựng hệ thống giao thông đô thị đại đáp ứng nhu cầu lại dân cư hệ thống metro điều cần thiết thành phố phát triển mạnh thành phố Hồ Chí Minh Hiện nay, việc nghiên cứu xây dựng tuyến metro nước ta mẻ, quan chức chưa ban hành dẫn cụ thể hay quy trình, quy phạm thiết kế xây dựng tuyến metro Từ thực tiễn phát triển hệ thống metro giới xu hướng phát triển Việt Nam, việc nghiên cứu phân tích chọn kết cấu công nghệ xây dựng tuyến metro hợp lý áp dụng vào thành phố lớn Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh thành phố khác tương lai có điều kiện cần thiết, có tính khoa học thực tiễn Nội dung đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu, tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh gồm phần sau đây: Chương 1: Tổng quan ổn định biến dạng đất yếu xung quanh hầm Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh hầm Chương 3: Cấu tạo mặt cắt ngang cho hầm điều kiện đất yếu Chương 4: Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh Kết luận kiến nghị Hạn chế đề tài Mơ hình toán thực sở lý thuyết tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn dựa phần mềm có mà chưa có điều kiện thí nghiệm sâu mơ hình thực tế để tìm kết xác Mặt khác, tài liệu tham khảo nội dung đề tài nghiên cứu cịn hạn chế chưa có dẫn cụ thể hay quy trình, quy phạm thiết kế xây dựng tuyến metro nên trình nghiên cứu gặp nhiều khó khăn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH HẦM 1.1 Khái niệm đất yếu Đất yếu đất có khả chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.5 - 1.0 daN / cm ) có tính nén lún lớn, bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mơđun biến dạng thấp (thường E0 = 50daN / cm ), lực chống cắt nhỏ…Nếu khơng có biện pháp xử lý đắn việc xây dựng cơng trình đất yếu khó khăn khơng thể thực Đất yếu vật liệu hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), thành ba loại: đất sét hoặt đất sét bụi mềm, có khơng có chất hữu cơ; than bùn loại đất nhiều hữu bùn Tất loại đất bồi tụ nước cách khác theo điều kiện thủy lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ… Trong loại đầt sét mềm bồi tụ bờ biển gần biển (đầm phá, tam giác châu; cửa sông…) tạo thành họ đất yếu phát triển Ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng thường lớn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e ≥ 1.5; đất sét bụi e ≥ 1), lực dính khơng nước C u ≤ 0.15daN / cm , góc nội ma sát ϕ u = , độ sệt I L > 0.5 (trạng thái dẻo mềm) Loại có nguồn gốc hữu (than bùn đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên có mực nước ngầm cao, loại thực vật phát triển, thối rữa phân hủy, tạo trầm tích hữu lẫn với trầm tích khống vật Loại thường gọi đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20-80% Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình W = 85-95% lên tới vài trăm phần trăm Than bùn loại đất bị nén lún lâu dài, không mạnh nhất; hệ số nén lún đạt - - 10 cm / daN , thường phải thí nghiệm than bùn thiết bị nén với mẫu cao 40 - 50cm Đất yếu đầm lầy than bùn phân theo hàm lượng hữu chúng: Hàm lượng hữu từ 20 - 30%: đất nhiễm than bùn Hàm lượng hữu từ 30 - 60%: đất than bùn Hàm lượng hữu 60%: than bùn Bùn lớp đất tạo thành môi trường nước nước biển, gồm hạt mịn (< 200 µm ) với tỉ lệ phần trăm hạt < µm cao, chất khống vật thay đổi thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu thường 10% Bùn tạo thành chủ yếu bồi lắng đáy vũng, vịnh, hồ cửa sông, cửa sông chịu ảnh hưởng thủy triều Bùn no nước yếu mặt chịu lực Cường độ bùn nhỏ, biến dạng lớn, môđun biến dạng vào khoảng - 10 daN / cm với bùn sét từ 10 - 25 daN / cm với bùn sét, bùn cát, cịn hệ số nén lún lên tới - cm / daN Như bùn trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, việc xây dựng bùn thực sau áp dụng biện pháp xử lý đặc biệt, tốt vét bùn thay đất tốt 1.2 Ổn định đất yếu xung quanh hầm Trạng thái đất xung quanh hầm gọi ổn định suốt khoảng thời gian thi công không bị sụt, trượt chuyển dịch chu vi hầm không vượt phạm vi cho phép Trong thực tế có khơng trường hợp khối địa tầng có đặt hầm bị sụt, trượt gây nên biến dạng chí có phá hoại cơng trình Những yếu tố: địa hình sườn dốc; độ lớn đặc trưng đất hầm; điều kiện phân lớp địa tầng; lực dính đất; chế độ nước ngầm tượng trượt bề mặt yếu tố vơ quan trọng Có khơng khối địa tầng hoàn toàn ổn định trước đào hầm, lại phát có dịch chuyển sau xây dựng hầm hậu thay đổi chế độ nước ngầm hang gây Trong trường hợp thấy trước tượng tương tự cần dời tuyến vào sâu khối đá bố trí cơng trình ngồi vùng biến dạng Các hang động castơ thường nguyên nhân tượng sụt lở phá hoại đào hang trình khai thác hầm Những khoảng trống tạo nên ảnh hưởng hòa tan ăn mòn, tác động học nước Tuy nhiên vùng phát triển trình castơ thường bị hạn chế chiều sâu mực nước ngầm Trong thực tế xây dựng hầm nhiều nước gặp không trường hợp khoảng trống castơ gây nhiều phức tạp cho trình xây dựng hầm Cần phải lấp đầy cẩn thận khoảng trống quanh hầm, đặc biệt hầm Nếu vùng trống castơ nằm hang số trường hợp phải làm cầu cho kết cấu hầm Trong số trường hợp khoảng trống castơ bị chèn lấp chất hòa tan khối đá bên cạnh, chủ yếu canxit, barit…Sự tích tụ phá hoại tính đồng đá nơi hầm cắt qua, nguyên nhân tạo nên áp lực cục có trị số lớn tác dụng lên chống vỏ hầm 1.3 Biến dạng đất yếu xung quanh hầm Xây dựng hầm tác động lên khối đất bao quanh hang đào gây biến dạng khối đất mặt đất Nghiên cứu biến dạng khối đất xung quanh hầm đưa đặc điểm chế xuất biến dạng: - Xây dựng hầm kèm với thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng tự nhiên khối đất gây phá huỷ hồi phục lại đất nền; - Sự thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng tương tự dẫn đến xuất trường biến dạng (chuyển dịch) khối đất xung quanh hầm; - Sự phân bố biến dạng khối đất từ nguồn biến dạng (hang đào) diễn theo tất hướng từ hang đào mang đặc tính tắt dần; - Hướng trường biến dạng tập trung vào tâm hang đào Vậy trình chuyển dịch đất tác động việc đào hầm bắt đầu xung quanh hang đào diễn liên tục, tồn lớp đất yếu tương đối phía hang đào chuyển dịch đạt đến bề mặt đất Quá trình tiếp tục thiết lập cân trạng thái ứng suất - biến dạng khối đất bao xung quanh hang đào lắp đặt hệ thống chống cứng vĩnh cửu với việc bơm vữa lấp khe hở thi cơng Phân tích trường véc tơ biến dạng xuất khối đất xung quanh hầm mặt cắt trịn mơi trường đồng nhất, đẳng hướng, từ tạo thành hang nhận xét sau: Biến dạng nén thẳng đứng xuất phần đặt gần chu tuyến hang đào cao độ đường kính nằm ngang hầm, hang đào theo đường kính thẳng đứng - biến dạng kéo Chuyển dịch thẳng đứng lớn khối đất tập trung hang đào, cao độ đường kính nằm ngang hầm, chuyển dịch khơng, cịn chuyển dịch ngang có giá trị lớn cao độ bán kính nằm ngang hầm không đỉnh đáy hang đào Trường biến dạng thẳng đứng nằm ngang đất bao quanh hầm có tính đối xứng qua trục thẳng đứng nằm ngang hầm, cách tương ứng Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình biến dạng khối đất, yếu tố liên quan đến công nghệ xây dựng, điều kiện địa chất thuỷ văn đặc điểm kết cấu hầm giữ vị trí quan trọng - Trong đất rời ẩm, biến dạng đất xảy với tốc độ nhanh nhiều so với đất dính Trong đất hỗn hợp biến dạng chuyển dịch xác định điều kiện nằm Bobet (2001) hệ số ổn định đất N, xác định theo đề xuất R Peck (1969) nhỏ 3,8 độ lún mặt đất nói chung không vượt 30mm - Độ lớn biến dạng tăng lên với tăng kích thước mặt cắt ngang hầm; - Ảnh hưởng cơng trình xây dựng gần kề đến biến dạng khối đất liên quan đến xuất biến dạng ban đầu khối đất; - Chiều sâu đặt hầm ảnh hưởng trực tiếp đến trình dịch chuyển biến dạng Đối với hầm đặt nông (khi H/D = 2-3) độ lún mặt đất xuất nhanh giá trị chúng tăng lên giảm chiều sâu đặt hầm Đối với hầm đặt sâu quan sát tranh ngược lại: độ lún mặt đất tăng lên tăng chiều sâu đặt hầm tốc độ lún giảm gần tuyến tính với độ sâu; - Ảnh hưởng kết cấu vỏ hầm đến biến dạng chuyển dịch mặt đất liên quan đến biến dạng vỏ hầm, nén vào đất lý khác; - Độ lún mà xuất thi công hầm khiên đào, thơng thường có giá trị nhỏ so sánh với phương pháp đào mỏ Khi sử dụng phương pháp hạ mực nước ngầm làm đông cứng đất nhân tạo đào hầm khiên đào gây độ lún phụ thêm trồi bề mặt đất Khi đào hầm khiên đào xuất biến dạng cố kết, biến dạng kéo dài biến dạng tức thời (ngắn hạn) đất Độ lún cố kết khối đất đỉnh hầm tăng lên theo thời gian giảm chiều sâu từ mặt đất, độ lún ngắn hạn giảm xuống theo thời gian giảm chiều sâu từ mặt đất 1.4 Một số cố thi cơng hầm Cơng trình hầm xây dựng sâu lịng đất, có nhiều cố ảnh hưởng đến q trình thi cơng chất lượng cơng trình Do việc nghiên cứu cố góp phần nâng cao hiệu xây dựng hầm Hình 1.1: Đường hầm đào để xây ga tàu điện ngầm bị sập Sao Paolo, Brazil ngày 13/01/2008 Hình 1.2: Sập tuyến tàu điện ngầm xây dựng nhằm phục vụ Olympic Bắc Kinh 2008 ngày 28/3/2008 Hình 1.3: Sập hầm tuyến tàu điện ngầm số thành phố Hàng Châu, thủ phủ tỉnh Chiết Giang (Trung Quốc) ngày 15/11/2008 1.5 Nhận xét Xây dựng hầm gây thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng tự nhiên khối đất, dẫn đến xuất trường biến dạng tắt dần khối đất xung quanh hầm, q trình diễn liên tục không dứt tồn đất yếu (tương đối) lớp phía vịm hầm, biến dạng đạt đến bề mặt đất tạo thành vùng biến dạng 10 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH HẦM 2.1 Quan hệ trạng thái ứng suất-biến dạng đất 2.1.1 Ứng suất lộ trình ứng suất 2.1.1.1 Ứng suất Tại điểm O vật thể M chịu tác dụng trọng lượng thân tải trọng bên ngồi vectơ ứng suất σ tác dụng mặt ∆ phân thành ứng suất pháp σ n ứng suất tiếp τ mặt Nếu xét ba mặt phẳng thẳng góc ∆ x , ∆ y , ∆ s qua O trạng thái ứng suất O hồn tồn xác định tensơ ứng suất sau đây: σ x  [σ ] = τ yx τ  zx τ xy σy τ zy τ xz   τ yz  σz   Dễ dàng nhận thấy τ xy = τ yx ;τ yz = τ zy ;τ zx = τ xz kết tensơ ứng suất cịn lại sáu số hạng Trong vơ số mặt phẳng qua O tồn ba mặt phẳng thẳng góc ∆ , ∆ , ∆ ba mặt ứng suất σ thẳng góc với chúng có nghĩa ba mặt tồn ứng suất pháp mà không tồn ứng suất tiếp tensơ ứng suất viết lại sau: σ [ σ ] = 0  0  σ2 0    σ3  Trong σ , σ , σ ứng suất trục pháp tuyến mặt trục ứng suất Nếu quy ước σ > σ > σ σ ứng suất cực đại, σ ứng suất cực tiểu σ ứng suất trung gian Khi hệ trục xyz dù xoay đại lượng sau không thay đổi gọi bất biến tensơ ứng suất: 61 - Đáy hầm đặt độ sâu 40m: Tổng chuyển vị mặt đất Biến dạng cắt Ứng suất hữu hiệu hầm Ứng suất hữu hiệu hầm Hình 4.26: Kết tính tốn đáy hầm đặt độ sâu 40m Ta có bảng tổng hợp kết tính tốn sau: Bảng 4.11: Bảng tổng hợp kết tính tốn hầm tuyến đơi thay đổi chiều sâu đặt hầm Độ sâu đặt hầm (m) 15.6 20 30 40 Chuyển vị đứng tổng (m) Hầm Hầm 10.8x10-2 3.9 x10-2 4.1 x10-2 7.4x10-2 3.04x10-2 3.18 x10-2 3.15x10-2 1.09 x10-2 1.11 x10-2 2.82x10-2 0.76 x10-2 0.77 x10-2 Chuyển vị ngang tổng (m) Hầm Hầm 2.8x10-2 1.54 x10-2 1.56 x10-2 1.67x10-2 1.47 x10-2 1.54 x10-2 0.84x10-2 0.76 x10-2 0.77 x10-2 0.71x10-2 0.52 x10-2 0.55 x10-2 6.16 3.8 1.36 1.82 -316.2 -279.5 -279 -243.6 -296.59 -339.45 -427.84 -412.75 Biến dạng (%) Ứng suất (kN/m2) Hầm Hầm 62 Hình 4.27: Biểu đồ quan hệ chuyển vị đứng độ sâu đặt hầm tuyến đôi Nhận xét: - Hầm tuyến đôi cách 5m có tổng độ lún bề mặt lớn so với hầm đơn từ 36% đến 73% - Khi đường hầm thứ hai bên cạnh đường hầm thứ vừa xây xong, độ lún mặt đất đường hầm thứ hai lớn so với độ lún mặt đất đường hầm thứ nhất, sau thi cơng xong hai đường hầm đường trung tâm rãnh lún mặt đất gây hai đường hầm không đối xứng Càng xuống sâu độ lún hầm giảm, đến độ sâu 30m hai hầm chịu lực độc lập lún tương đối + Thay đổi khoảng cách hai hầm Bảng 4.12: Bảng tổng hợp kết tính tốn hầm tuyến thay đổi khoảng cách hai hầm Khoảng cách (m) 10 20 25 30 Chuyển vị đứng (m) Hầm Hầm 10.8x10-2 3.9x10-2 4.1x10-2 8.42x10-2 3.05x10-2 3.2x10-2 8.40x10-2 2.91 x10-2 3.12 x10-2 8.35x10-2 2.97x10-2 3.01x10-2 8.25x10-2 2.79x10-2 3.08x10-2 Chuyển vị ngang (m) Hầm Hầm 1.54x10-2 1.56x10-2 1.51x10-2 1.55x10-2 0.98x10-2 0.99x10-2 1.01x10-2 1.04x10-2 1.16x10-2 1.18x10-2 Ứng suất (kN/m2) 63 Hầm Hầm -316.2 -279.5 -161.7 -152.2 -155.6 -143.3 -164.1 -148.5 -157.6 -153.5 Biến dạng (%) 6.16 3.21 3.21 3.18 3.15 Hình 4.28: Biểu đồ thay đổi chuyển vị ngang hai hầm đặt song song thay đổi khoảng cách hai hầm Hình 4.29: Biểu đồ thay đổi ứng suất hai hầm đặt song song thay đổi khoảng cách hai hầm Nhận xét: 64 - Hầm thứ chịu ảnh hưởng xây dựng hầm thứ hai Sau xây dựng hầm thứ hai làm tăng ứng suất tác dụng lên hầm thứ nhất, làm cho hầm thứ bị nén vào - Khi xây dựng hai hầm song song, cự ly gần áp lực lớn khối đất hai hầm không chịu bị phá hoại Kết tính tốn cho thấy, để hai hầm chịu lực độc lập khoảng cách hai hầm lớn 20m, tức khoảng 2.5D (D đường kính hầm) 4.2.3 Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất-biến dạng ổn định đất yếu xung quanh đường hầm metro thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng yếu tố móng cọc phía Mơ hình tốn lập sau: Hình 4.4: Mơ đường hầm phần mềm Plaxis 65 4.2.3.1 Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng ổn định đất yếu xung quanh hầm thay đổi chiều sâu đặt hầm Ta có kết tính tốn ứng suất - biến dạng khối đất xung quanh hầm ứng với độ sâu khác sau: - Đáy hầm đặt độ sâu 15m: Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang 66 Ứng suất tổng Biến dạng cắt Hình 4.8: Kết tính tốn hầm đặt độ sâu 15m - Đáy hầm đặt độ sâu 17m: Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang 67 Ứng suất tổng Biến dạng cắt Hình 4.9: Kết tính tốn hầm đặt độ sâu 17m - Đáy hầm đặt độ sâu 20m: Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang 68 Ứng suất tổng Biến dạng cắt Hình 4.10: Kết tính tốn hầm đặt độ sâu 20m - Đáy hầm đặt độ sâu 22m: Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang 69 Ứng suất tổng Biến dạng cắt Hình 4.11: Kết tính tốn hầm đặt độ sâu 22m - Đáy hầm đặt độ sâu 25m: Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang 70 Ứng suất tổng Biến dạng cắt Hình 4.11: Kết tính tốn hầm đặt độ sâu 25m Ta có bảng tổng hợp kết tính tốn sau: Bảng 4.7: Bảng tổng hợp kết tính tốn Độ sâu đặt hầm (m) Chuyển vị đứng (cm) Chuyển vị ngang (cm) Ứng suất (kN/m2) Biến dạng (%) 15m 1.33 0.59 961.28 0.11 17m 1.27 0.42 960.16 0.17 20m 0.88 0.26 959.44 0.095 22m 0.87 0.27 959.54 0.096 25m 0.84 0.27 -959.88 0.093 Hình 4.30: Biểu đồ giá trị chuyển vị thẳng đứng theo độ sâu đặt hầm ứng với trường hợp khơng có móng cọc có móng cọc phía 71 Hình 4.30: Biểu đồ giá trị chuyển vị ngang theo độ sâu đặt hầm ứng với trường hợp khơng có móng cọc có móng cọc phía Nhận xét: Từ kết tính tốn ta có nhận xét có yếu tố móng cọc phía trên, chuyển vị cơng trình hầm thay đổi khơng đáng kể thay đổi chiều sâu đặt hầm Từ biểu đồ 4.29 4.30 cho ta thấy, có yếu tố móng cọc phía giá trị chuyển vị đứng chuyển vị ngang hầm nhỏ nhiều so với khơng có cơng trình bên Tuy nhiên trường hợp có móng cọc phía trên, ứng suất cơng trình tăng lên 4-6 lần so với khơng có móng cọc phía Như vậy, việc xây dựng cơng trình ngầm có ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng hữu mặt đất điều khó tránh khỏi mức độ ảnh hưởng lớn thi công đường hầm nằm chân cơng trình hữu bề mặt đất Với đường hầm chôn sâu 15m khu vực địa chất thành phố Hồ Chí Minh, kiến nghị cơng trình phía cơng trình hầm cần có đánh giá biện pháp xử lý thích hợp trước xây dựng hầm 72 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Dựa vào kết nghiên cứu tính tốn đề tài, dự kiến rút kết luận trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh đường hầm metro điều kiện đất yếu thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng yếu tố móng cọc phía sau: - Độ lún cực đại mặt đất thay đổi theo chiều sâu đặt hầm: độ sâu đặt hầm lớn độ lún bề mặt bé Với độ sâu đặt hầm lớn lần đường kính biến dạng bề mặt có mặt hầm có giá trị khơng đáng kể - Giá trị chuyển vị theo phương ngang vị trí bề mặt đất giảm nhanh theo chiều sâu đặt hầm so với chuyển vị đứng coi khơng đáng kể chiều sâu đặt hầm lớn 20m - Vùng ảnh hưởng lún tính tốn theo sơ đồ toán phẳng lớn so với tính tốn theo sơ đồ khơng gian giá trị độ lún tăng gấp 1.3 lần đến lần - Với bán kính ảnh hưởng R ≥ 45m (khoảng 6D, D đường kính hầm) nội lực kết cấu vỏ hầm không thay đổi, đất công trình xây dựng ngồi phạm vi bán kính ảnh hưởng không tác động đến làm việc hầm Do cơng trình xây dựng phạm vi 45m từ tim hầm sang hai bên ảnh hưởng đến điều kiện làm việc hầm ngược lại - Khi xây dựng hai hầm song song, cự ly gần áp lực lớn khối đất hai hầm khơng chịu bị phá hoại Kết tính tốn cho thấy, để hai hầm chịu lực độc lập khoảng cách hai hầm lớn 20m, tức khoảng 2.5D (D đường kính hầm) - Khi có yếu tố móng cọc phía trên, chuyển vị cơng trình hầm thay đổi không đáng kể thay đổi chiều sâu đặt hầm; giá trị chuyển vị đứng chuyển vị ngang hầm nhỏ nhiều so với cơng trình bên Tuy nhiên trường hợp có móng cọc phía trên, ứng suất cơng trình tăng lên 4-6 lần so với khơng có móng cọc phía - Việc xây dựng cơng trình ngầm có ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng hữu mặt đất điều khó tránh khỏi mức độ ảnh hưởng lớn thi 74 cơng đường hầm nằm chân cơng trình hữu bề mặt đất Với đường hầm chôn sâu 15m khu vực địa chất thành phố Hồ Chí Minh, kiến nghị cơng trình phía cơng trình hầm cần có đánh giá biện pháp xử lý thích hợp trước xây dựng hầm Từ mơ hình tính tốn đường hầm chương trình Plaxis 3D Tunnel ta tính tốn nội lực giai đoạn thi cơng giai đoạn hồn thành cơng trình Vì hồn tồn áp dụng để tính tốn cho cơng trình đường hầm thành phố Hồ Chí Minh Kiến nghị - Hiện nay, ngành đường sắt, đường Việt Nam, chưa có tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm cụ thể áp dụng cho thiết kế tiêu chuẩn an toàn vận hành cho hệ thống metro, cần phải xây dựng tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện nước ta - Công nghệ khiên đào áp dụng giới phổ biến, nhiên nước ta hệ thống đường ngầm chưa xây dựng nhiều Đồng thời phương pháp thi cơng hầm có chi phí cao, cần nghiên cứu cải tiến phương pháp khiên đào - TBM áp dụng điều kiện nước ta để giảm giá thành xây dựng tăng hiệu đầu tư - Sau làm xong, đường trục hầm tụt xuống vị trí thiết kế, cần xác định trị số lún để đưa đường trục thi công cao lên, cho sau lún xuống trục đường hầm gần với trục thiết kế Hướng nghiên cứu - Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng đá xung quanh đường hầm metro - Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng ổn định đất xung quanh đường hầm metro điều kiện gặp địa tầng cát chảy - Nghiên cứu ảnh hưởng tượng hóa lỏng đất sét đến trạng thái ứng suất biến dạng ổn định đất xung quanh đường hầm metro 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].- Bộ xây dựng - Tuyển tập Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, tập 5: Tiêu chuẩn thiết kế - Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội - 1997 [2].- Bùi Văn Dưỡng - Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt thi công đường hầm mêtrô đất máy đào tổ hợp TBM (luận văn Thạc sĩ) - Hà Nội - 2007 [3].- Châu Ngọc Ẩn - Cơ học đất - Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh - thành phố Hồ Chí Minh - 2004 [4].- Chu Viết Bình - Bài giảng Thiết kế đường hầm - Hà Nội - 2008 [5].- Đỗ Như Tráng - Giáo trình Cơng trình ngầm - Học viện kỹ thuật Quân Hà Nội - 1996 [6].- Lê Gia Hồng - Nghiên cứu tính tốn thi cơng đường hầm phương pháp khiên đào điều kiện thành phố Hồ Chí Minh (luận văn Thạc sĩ) - thành phố Hồ Chí Minh - 2007 [7].- L V Makốpski - Cơng trình ngầm giao thơng thị - Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội - 2004 [8].- Lê Văn Thưởng (Chủ biên) cộng - Cơ sở thiết kế cơng trình ngầm - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật -1981 [9].- Nguyễn Bá Kế - Xây dựng cơng trình ngầm thị theo phương pháp đào mở - Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội - 2006 [10].- Nguyễn Quang Chiêu - Thiết kế thi công đắp đất yếu - Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội - 2004 [11].- Nguyễn Thành Đạt - Lựa chọn kết cấu tối ưu cơng trình thủy phương pháp phân tích ảnh hưởng yếu tố [12].- Nguyễn Thế Phùng (Chủ biên) & Nguyễn Quốc Hùng - Thiết kế công trình hầm giao thơng - Nhà xuất Giao thơng vận tải - Hà Nội - 2007 [13].- Nguyễn Thị Dạ Thảo - Nghiên cứu kết cấu công nghệ thi công tuyến mêtrô: tuyến 1: Chợ Bến Thành-Tham Lương, tuyến 2: Chợ Biến Thành-Bến xe Miền Tây (luận văn Thạc sĩ) - thành phố Hồ Chí Minh - 2004 [14].- Nguyễn Thị Thịnh - Nghiên cứu làm việc kết cấu vỏ hầm hai lớp toán tương tác hệ đất đá-vỏ hầm (luận văn Thạc sĩ) - Hà Nội - 2007 ... thuyết tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu xung quanh hầm Chương 3: Cấu tạo mặt cắt ngang cho hầm điều kiện đất yếu Chương 4: Nghiên cứu tính tốn trạng thái ứng suất - biến dạng đất yếu. .. 10 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH HẦM 2.1 Quan hệ trạng thái ứng suất -biến dạng đất 2.1.1 Ứng suất lộ trình ứng suất 2.1.1.1 Ứng suất Tại điểm... lên chống vỏ hầm 1.3 Biến dạng đất yếu xung quanh hầm Xây dựng hầm tác động lên khối đất bao quanh hang đào gây biến dạng khối đất mặt đất Nghiên cứu biến dạng khối đất xung quanh hầm đưa đặc