Nghiên cứu ảnh hưởng của lún bề mặt đến các công trình bên trên khi thi công đường hầm metro bằng máy đào tổ hợp tbm tại tuyến số 1 thành phố hồ chí minh luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - HOÀNG MINH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LÚN BỀ MẶT ĐẾN CÁC CƠNG TRÌNH BÊN TRÊN KHI THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM MÊTRÔ BẰNG MÁY ĐÀO TỔ HỢP TBM TẠI TUYẾN SỐ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - HOÀNG MINH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LÚN BỀ MẶT ĐẾN CÁC CƠNG TRÌNH BÊN TRÊN KHI THI CƠNG ĐƯỜNG HẦM MÊTRÔ BẰNG MÁY ĐÀO TỔ HỢP TBM TẠI TUYẾN SỐ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ : 60.58.02.05 CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Phương Duy HÀ NỘI – 2017 i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng Cầu hầm với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt đến cơng trình bên thi công đường hầm Mêtrô máy đào tổ hợp TBM tuyến số Thành phố Hồ Chí Minh” tổng hợp kiến thức mà Tôi thu nhận năm học Trường Đại học Giao Thơng Vận Tải dẫn tận tình Thầy cô trường đặc biệt Thầy cô môn Cầu Hầm Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành TS Nguyễn Phương Duy tận tình hướng dẫn, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ Tơi suốt q trình nghiên cứu để Tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn cán bộ, giảng viên Bộ môn Cầu hầm, phòng, ban, khoa, bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ hợp tác q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng song cịn hạn kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn nên luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Tôi mong nhận góp ý kiến Thầy bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Hoàng Minh Hùng ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục bảng .v Danh mục hình viii MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG BỀ MẶT TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM MÊTRÔ 1.1 Tổng quan công trình đường hầm mêtrơ giới Việt Nam 1.1.1 Các cơng trình đường hầm mêtrơ tiêu biểu giới 1.1.2 Quy hoạch hệ thống tàu điện ngầm Hà Nội TP Hồ Chí Minh 1.2 Các phương pháp thi cơng cơng trình đường hầm .8 1.2.1 Xây dựng cơng trình đường hầm phương pháp đào mở 1.2.2 Xây dựng cơng trình đường hầm phương pháp Top - Down .12 1.2.3 Xây dựng cơng trình ngầm phương pháp đào kín 13 1.3 Nguyên nhân yếu tố gây chuyển vị, lún bề mặt đất xây dựng đường hầm mêtrô 19 1.3.1 Sự hình thành chuyển vị lún mặt đất thi công hầm đất yếu 19 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị biến dạng mặt đất thi công hầm phương pháp TBM .23 1.3.3 Lún ngắn hạn dài hạn đất .26 1.4 Ảnh hưởng biến dạng mặt đất đến cơng trình bên cố trình xây dựng đường hầm 28 1.4.1 Ảnh hưởng biến dạng mặt đất đến cơng trình xây dựng bên 28 1.4.2 Các cố xảy trình xây dựng đường hầm 30 1.5 Các phương pháp phòng chống, hạn chế biến dạng lún ảnh hưởng lún đến công trình bên thi cơng đường hầm 34 1.5.1 Các giải pháp quy hoạch 35 iii 1.5.2 Đánh giá tác động việc đào đường hầm cơng trình xây dựng xung quanh 35 1.5.3 Giải pháp kết cấu công nghệ thi công 36 1.5.4 Gia cường, xử lý đất 37 1.5.5 Các biện pháp bảo vệ toàn vẹn nhà mạng kỹ thuật ngầm 40 Kết luận chương .42 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LÚN MẶT ĐẤT KHI XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM MÊTRÔ 43 2.1 Ảnh hưởng lún đến cơng trình bên .43 2.1.1 Tác động lún tới cơng trình bên 43 2.1.2 Tác động lún đến hệ thống móng cọc cơng trình bên 46 2.2 Cơ sở tính tốn biến dạng lún đất xây dựng đường hầm mêtrô 50 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 50 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm điều kiện phịng thí nghiệm thực địa 51 2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm điều kiện đo đạc thực địa .53 2.3 Các phương pháp tính tốn 54 2.3.1 Phương pháp giải tích 54 2.3.2 Phương pháp tính tốn theo công thức bán kinh nghiệm 59 2.3.3 Xây dựng mơ hình tính tốn Ứng dụng phương pháp số để tính lún ảnh hưởng lún đến cơng trình bên thi cơng hầm phương pháp TBM 65 Kết luận chương .71 Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LÚN BỀ MẶT ĐẤT ĐẾN CÁC CƠNG TRÌNH BÊN TRÊN KHI THI CÔNG TUYẾN MÊTRÔ SỐ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 73 3.1 Khái quát tuyến đường sắt đô thị số (Bến thành – Suối Tiên) 73 3.1.1 Khái quát hướng tuyến 73 3.1.2 Đặc điểm khí hậu, địa chất, thủy văn 75 3.2 Phân tích so sánh kết tính tốn theo phương pháp khác 76 3.2.1 Kết tính tốn lý thuyết .76 3.2.2 Tính theo chương trình Plaxis 8.5 .79 iv 3.2.3 Phân tích so sánh kết tính tốn lý thuyết với tính toán phương pháp PTHH 80 3.3 Tính tốn ảnh hưởng lún đến cơng trình bên thi công hầm phương pháp TBM .81 3.3.1 Tương quan biến dạng lún bề mặt chiều sâu đặt hầm .81 3.3.2 Lún bề mặt xây dựng hầm đôi 85 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng q trình xây dựng đường hầm đến cơng trình bên 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO .102 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quy hoạch mạng lưới tàu điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh Hình 1.2 Các công nghệ thi công theo phương pháp đào hở .8 Hình 1.3 Cơng nghệ đào mở dùng tường chắn cọc loại cừ thép 10 Hình 1.4 Cơng nghệ đào mở sử dụng kết cấu tường liên tục đất 11 Hình 1.5 Phương pháp thi cơng Bottom – Up (a) Top-down (b) 12 Hình 1.6 Thi công hầm theo phương pháp truyền thống NATM 14 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo khiên cân áp lực đất .15 Hình 1.8 Cấu tạo khiên cân áp lực vữa sét .16 Hình 1.9 Sơ đồ cơng nghệ kích đẩy đường hầm .18 Hình 1.10 Chuyển vị kết cấu chắn giữ hố đào hư hỏng cơng trình lân cận 20 Hình 1.11 Sơ đồ phát triển khối chuyển dịch mặt cắt ngang (a) dọc (); biểu đồ độ nghiêng đường cong (b) 21 Hình 1.12 Mơ hình 3D vùng biến dạng lún bề mặt .21 Hình 1.13 Các thành phần biến dạng đất đá thi cơng hầm khiên đào kín .22 Hình 1.14 Biểu đồ phân bố độ lún đất cát (a) đất sét () Quan hệ thực nghiệm độ lún cực đại M độ sâu tương đối đường hầm H/D .24 Hình 1.15 Ảnh hưởng lún bề mặt đến cơng trình bên hệ móng cọc 29 Hình 1.16 Sự cố sập hầm tàu điện ngầm Munich 1994 31 Hình 1.17 Đường hầm thoát nước Hull, sụt lún mặt đất giếng thi cơng 32 Hình 1.18 Sụt lún mặt đất Taegu, Hàn Quốc gây sập đoạn phố 33 Hình 1.19 Sự cố sập nhà thi công đường hầm tuyến tàu điện ngầm số Thượng Hải 34 Hình 1.20 Các sơ đồ vỏ đuôi mềm khiên sau lắp ráp vỏ hầm (a) sau di chuyển khiên nhả vòng (d) .37 Hình 1.21 Các sơ đồ đóng băng đất xung quanh hầm đào .40 Hình 1.22 Sơ đồ vùng bảo vệ từ cọc cơng trình ngầm xây dựng 41 Hình 1.23 Biện pháp gia cường tường chắn gia cường đất móng nhà 42 Hình 2.1 Các dạng ảnh hưởng phễu lún tới cơng trình bề mặt 44 Hình 2.2 Chuyển vị thẳng đứng cơng trình .45 vi Hình 2.3 Chuyển vị ngang cơng trình .45 Hình 2.4 Các trường hợp lực phát sinh cọc khối đất chuyển dịch phía đường hầm gây ra] 46 Hình 2.5 Cơng trình nghiên cứu thực tế Lee et al 1994 47 Hình 2.6 So sánh kết chuyển vị thực tế cọc so với tính tốn 48 Hình 2.7 Cơng trình nghiên cứu thực tế Teunissen et al 48 Hình 2.8 Kết chuyển vị thực tế cọc đo Teunissen et al .48 Hình 2.9 Vị trí lắp đặt thiết bị đo Pang 49 Hình 2.10 Mơ men uốn phát sinh theo phương x,y cọc P1 P2 đo 50 Hình 2.11 Sơ đồ mơ hình từ vật liệu tương đương 52 Hình 2.12 Các yếu tố biến dạng bề mặt đường biên khối chuyển dịch 57 Hình 2.13 Biến dạng theo phương thẳng đứng phương ngang đào hầm 57 Hình 2.14 Đường cong Gauss máng lún ngang mát đất Vt 59 Hình 2.15 Dịch chuyển bề mặt ngang đường cong lún ngang 62 Hình 2.16 Đường cong lún dọc phía đường tim hầm (Attewell, 1986) 63 Hình 2.17 Các hình dạng đường cong lún bề mặt 64 Hình 2.18 Một số mơ hình phần tử thường dùng 66 Hình 2.19 Các giai đoạn thi công hầm TBM .68 Hình 2.20 Thiết lập mơ hình tính tốn, đặc trưng vật liệu tạo lưới phần tử hữu hạn 70 Hình 2.21 Mơ giai đoạn thi công trường chuyển vị lún đất 70 Hình 3.1 Bình đồ mặt cắt ngang tuyến Bến Thành - Suối Tiên 74 Hình 3.2 Bình đồ đoạn ngầm .74 Hình 3.3 Biểu đồ lún bề mặt ứng với giá trị VL khác .77 Hình 3.4 Biểu đồ lún bề mặt ứng với giá trị E khác 79 Hình 3.5 Mơ hình tốn lưới phần tử hữu hạn 79 Hình 3.6 Biểu đồ lún bề mặt với VL khác .80 Hình 3.7 Trường chuyển vị đất xung quanh hầm .82 Hình 3.8 Biểu đồ chuyển vị đất mặt cắt A-A B-B 82 Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ độ sâu đặt hầm chuyển vị đất đá 83 Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ độ sâu đặt hầm Nội lực hầm 84 Hình 3.11 Trường chuyển vị 02 hầm nằm ngang 85 vii Hình 3.12 Biểu đồ lún bề mặt hai hầm nằm ngang K.C hai hầm thay đổi 86 Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ chuyển vị max theo khoảng cách hai hầm nằm ngang 87 Hình 3.14 Trường chuyển vị đất trường hợp hai hầm 88 Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ chuyển vị max theo khoảng cách hai hầm 89 Hình 3.16 Mơ hình tính tốn trường chuyển vị trường hợp hệ cọc ngắn 91 Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo khoảng cách hầm hệ cọc ngắn 92 Hình 3.18 Biểu đồ chuyển vị ngang – Mô men - Lực dọc trục cọc .93 Hình 3.19 Mơ hình tính tốn trường chuyển vị trường hợp hệ cọc dài .95 Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo khoảng cách hầm hệ cọc dài 96 Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ nội lực theo khoảng cách hầm hệ cọc dài 96 Hình 3.22 Biểu đồ chuyển vị ngang – Mô men cọc .97 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Công thức xác định tham số bề rộng i 60 Bảng 3.1 Thông số đầu vào cho lớp đất 76 Bảng 3.2 Các đặc tính vật liệu đầu vào .76 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp giá trị lún bề mặt Smax VL thay đổi 77 Bảng 3.4 Giá trị lún bề mặt Smax E thay đổi 78 Bảng 3.5 Bảng giá trị lún Smax theo VL tính theo chương trính Plaxis 8.5 80 Bảng 3.6 Bảng giá trị chuyển vị đất nội lực hầm theo chiều sâu hầm 83 Bảng 3.7 Bảng kết chuyển vị nội lực hầm đôi nằm ngang 86 Bảng 3.8 Bảng kết chuyển vị nội lực hầm đôi 89 Bảng 3.9 Bảng kết chuyển vị, nội lực đất hệ cọc ngắn 92 Bảng 3.10 Bảng kết chuyển vị, nội lực đất hệ cọc dài .95 89 Bảng 3.8 Bảng kết chuyển vị nội lực hầm đôi Khoảng cách hầm H (m) Chuyển Chuyển vị vị đứng ngang Uy_max Ux_max Lún bề Lún bề mặt mặt Symax Sxmax (mm) (mm) Mô men Lực dọc Mô men Lực dọc hầm hầm hầm hầm trên dưới M1max N1max M2max N2max (mm) (mm) (KN.m) (KN/m) (KN.m) (KN/m) 10 -58.63 37.5 -38.54 16.1 43.55 -451.2 36.65 -866.11 12 -58.29 -36.43 -37.99 15.87 43.17 -455.16 33.95 -939.94 14 -57.61 35.71 -37.56 15.70 45.28 -461.47 -30.31 -1010 16 -57.35 -35.29 -37.61 15.65 47.61 -464.91 -25.84 -1070 18 -57.28 -35.07 -37.26 -15.9 48.72 -466.55 80.00 -1120 20 -55.81 -34.56 -36.76 -15.26 51.49 -470.50 -83.47 -1160 22 -53.08 -33.81 -34.82 -14.37 55.09 -475.35 -88.79 -1200 Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ chuyển vị max theo khoảng cách hai hầm Qua bảng tổng hợp kết tính tốn biểu đồ có thể rút nhận xét sau: Chuyển vị lớn phát sinh đất theo phương đứng, phương ngang lún bề mặt có giá trị giảm dần khoảng cách hầm hầm tăng 90 lên nguyên nhân khoảng cách 02 hầm tăng tác động hầm thi cơng sau lên hầm thi công trước giảm đi, mặt khác độ sâu đặt hầm tăng lên góp phần làm giảm giá trị lún bề mặt Trái ngược với giá trị mô men max hầm (xuất khu vực đỉnh hầm) tăng dần khoảng cách hai hầm tăng, mô men hầm lại giảm dần khoảng cách hai hầm thay đổi từ 10m đến 16m, nhiên giá trị lại tăng đột ngột khoảng cách hai hầm tăng từ 18m trở nên, điều giải thích sau: hầm đặt chiều sâu thích hợp trường chuyển vị xuất đất khu vực đỉnh hầm có xu hướng kéo đất đá xuống khu vực đáy hầm có xu hướng đẩy trồi đất đá lên (do lực đẩy nổi) khu vực khối đất hai hầm giá trị chuyển vị triệt tiêu lẫn làm cho mô men hầm giảm dần, khoảng cách 02 hầm tăng lên 18m tương tác 02 trường chuyển vị khơng cịn đáng kể, lúc hầm chịu tác dụng áp lực địa tầng gần trường hợp hầm đơn Kết luận: Khi khoảng cách 02 hầm q gần q trình thi cơng hầm sau dẫn đến làm ổn định phá hoại vùng đất nằm 02 hầm đồng thời tạo lên áp lực lớn tác động lên hầm thi công trước; Khi khoảng cách hai hầm tăng lên việc xây dựng đường hầm sâu tốn áp lực đất lên đường hầm phía tăng lên địi hỏi kết cấu vỏ hầm phải dày hơn, chiều sâu ga phải tăng lên, công nghệ, kỹ thuật thi công phức tạp hơn,…khoảng cách 02 hầm hợp lý từ 14m đến 20m (2.5D đến 3D) Tuy nhiên trường hợp cụ thể việc bố trí khoảng cách hai hầm dười phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: thiết kế tổng thể tuyến hầm, độ dốc dọc tuyến, vị trí nhà ga, điều kiện địa chất, thủy văn điều kiện khống chế khác,… 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng trình xây dựng đường hầm đến cơng trình bên Khi xây dựng cơng trình đường hầm, đường hầm đặt nơng gần mặt đất ngồi việc tạo thay đổi trạng thái ứng suất chuyển vị khối đất, việc xây dựng đường hầm có ảnh hưởng đến cơng trình lân cận bên trên, ảnh hưởng trước hết lên hệ móng cọc, đến kết cấu bên cơng trình 91 Sự chuyển dịch đất tạo mơ men uốn lực kéo xuống cọc Vì đánh giá ảnh hưởng đào hầm đến sức chịu tải cọc cần thiết để xem xét q trình thiết kế thi cơng đường hầm Bài toán đặt xem xét ảnh hưởng việc xây dựng đường hầm cơng trình hữu bên mà trước hết kết cấu móng cơng trình Ðiều quan trọng để dự đốn ảnh hưởng có biện pháp xử lý thích hợp q trình xây dựng đường hầm Trường hợp cọc ngắn cọc dài phân tích để đánh giá ảnh hưởng chiều dài cọc độ sâu đường hầm Mô hình tốn Plaxis với địa chất kết cấu vỏ hầm nêu Cơng trình nhà hữu bên kêt cấu móng cọc mô (plate) để xét việc phát sinh nội lực cọc ma sát xung quanh thân cọc Hầm đặt độ sâu 16m, trường hợp cọc ngắn có lcọc=10m, cọc dài có lcọc=20m 3.3.3.1 Trường hợp cọc ngắn Bằng cách thay đổi khoảng cách tim hầm tim cọc gần từ m đến 18m ta có kết tính tốn tổng hợp Bảng 3.9 Hình 3.16 Mơ hình tính tốn trường chuyển vị trường hợp hệ cọc ngắn 92 Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo khoảng cách hầm hệ cọc ngắn Trong đó: Smax: Lún bề mặt lớn Ux1_max: Chuyển vị lớn theo phương ngang cọc 01 Ux2_max: Chuyển vị lớn theo phương ngang cọc 02 Ux3 : Chuyển vị theo phương ngang bệ móng Uy1: Chuyển vị theo phương đứng cọc 01 Uy2 : Chuyển vị theo phương đứng cọc 02 Uy3_max: Chuyển vị theo phương đứng lớn bệ móng ΔUy3: Chênh lệch chuyển vị theo phương đứng móng Bảng 3.9 Bảng kết chuyển vị, nội lực đất hệ cọc ngắn Khoảng cách từ móng 12 15 18 đến tim hầm (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) -45.17 -45.10 -45.02 -44.22 -43.99 -43.93 -43.84 -28.60 -29.98 -30.34 -30.12 -29.62 -29.66 -29.58 -30.86 -23.02 -22.62 -21.47 -21.56 -21.55 -21.49 Chuyển vị đứng đất Uy_max (mm) Chuyển vị ngang đất Ux_max (mm) Lún bề mặt Smax (mm) 93 Cọc Cọc Uy1_max (mm) -31.16 -23.16 -20.62 -11.37 -6.06 -3.03 -1.40 Ux1_max (mm) -7.22 -9.77 -9.76 -8.73 -7.15 -5.71 -4.50 M1max (KN.m) -22.79 6.03 4.62 4.85 4.45 4.24 2.35 N1max (KN/m) -99.93 -94.66 -96.21 -106.73 -112.69 -114.80 -115.07 Uy2_max (mm) -8.91 -3.03 -2.36 -1.08 -0.36 -0.07 -0.02 Ux2_max (mm) -7.22 -9.77 -9.76 -8.73 -7.15 -5.57 -4.23 M2max (KN.m) 31.20 7.30 3.46 -3.70 -5.99 -5.26 -2.58 N2max (KN/m) -114.90 -107.75 -107.18 -110.28 -111.66 -112.24 -112.52 Uy3_max (mm) -30.86 -23.02 -20.52 -11.37 -6.06 -3.03 -1.40 Ux3_max (mm) -7.22 -9.77 -9.76 -8.73 -7.15 -5.57 -4.23 Móng M3max (KN.m) (a) 239.64 238.46 243.15 267.53 278.15 281.62 280.76 N3max (KN/m) -39.95 -11.18 -6.36 -6.31 8.03 6.55 2.79 ΔUy3 (mm) 22.00 19.98 18.16 10.29 5.70 2.96 1.28 (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (j) Hình 3.18 Biểu đồ chuyển vị ngang – Mơ men - Lực dọc trục cọc (a) ( b) (c) chuyển vị ngang, (e) ( f) (d) mô men, (g) (h) (j) lực dọc trục ứng với vị trí cọc cách tim hầm 0(m) 9(m) 18 (m) Qua bảng tổng hợp chuyển vị nội lực hệ móng cọc ta có nhận xét sau: Chuyển vị theo phương thẳng đứng, phương ngang cọc khối đế móng độ lệch lún 02 đầu khối đế móng giảm dần khoảng cách hệ móng cọc đường hầm tăng dần (hình 3.17 bảng 3.9), khoảng cách lớn 15m giá trị chuyển vị khơng cịn đáng kể Khi hệ móng 94 cọc nằm gần khu vực đường hầm (trong khoảng từ 0m đến 6m) chuyển vị theo phương thẳng đứng Cọc (Uy1) khối đế móng Uy3_max (tại đầu gần phía hầm) có giá trị xấp xỉ với giá trị lún bề mặt lớn Smax, khu vực Smax có giá trị cao Chuyển vị theo phương ngang lớn cọc (Ux1_max, Ux2_max) xuất khu vực đỉnh cọc bệ móng với chuyển vị ngang khối đế móng (Ux3), giá trị chuyển vị ngang giảm dần khoảng cách hệ móng cọc đường hầm tăng lên Mô men uốn lớn phát sinh cọc thi công đường hầm giảm dần khoảng cách hệ móng cọc với đường hầm tăng khơng cịn đáng kể khoảng cách lớn 18m, nguyên nhân cọc gần đường hầm tác động trường chuyển vị đất lên hệ cọc lớn người lại khoảng cách tăng lên thi ảnh hưởng trường chuyển vị giảm giá trị mô men giảm Tại khu vực gần đường hầm chuyển vị đứng đất cọc ngắn có giá trị tương đối lớn, sau giảm dần nhanh khoảng cách lớn 9m kéo theo lực dọc trục cọc có giá trị giảm so với trạng thái làm việc ban đầu nhỏ so với cọc (thậm chí vị trí cọc hầm khu vực đáy cọc cịn hình thành vùng lực kéo (hình 3.18 g) nhiên giá trị không lớn lắm); Khi khoảng cách hệ móng cọc với đường hầm tăng lên lực dọc trục cọc tăng lên dần ổn định (ít thay đổi) khoảng cách lớn 15 m; lực dọc trục cọc biến đổi khơng đáng kể bị ảnh hưởng trường chuyển vị đất 3.3.3.2 Trường hợp cọc dài Bằng cách thay đổi khoảng cách tim hầm tim cọc gần từ 4m đến 18m ta có kết tính tốn tổng hợp Bảng 3.10 95 Hình 3.19 Mơ hình tính tốn trường chuyển vị trường hợp hệ cọc dài Bảng 3.10 Bảng kết chuyển vị, nội lực đất hệ cọc dài Khoảng cách từ móng đến tim hầm (m) (m) (m) 12 (m) 15 (m) 18 (m) Chuyển vị đứng -39.72 -41.93 -43.62 -44.18 -44.26 -44.05 đất Uy_max (mm) Chuyển vị ngang 31.92 30.61 30.1 29.09 -29.28 -29.28 đất Ux_max (mm) -16.2 -18.5 -20.87 -21.79 -21.93 -21.74 Lún bề mặt Smax (mm) -7.67 -3.29 -2.16 -1.3 -0.7 Uy1_max (mm) -10.73 -7.92 -7.13 -6.53 -5.45 -4.34 Ux1_max (mm) -16.85 Cọc 6.57 5.98 5.07 4.26 2.94 M1max (KN.m) 25.67 N1max (KN/m) -424.21 -412.51 -280.7 -191.02 -145.54 -127.85 -0.83 -0.46 -0.057 -0.026 -0.023 -0.019 Uy2_max (mm) -7.62 -7.92 -7.13 -6.23 -5.07 -3.95 Ux2_max (mm) Cọc 5.67 -1.09 -7.32 -7.69 -6.4 -4.08 M2max (KN.m) -121 -120.76 N2max (KN/m) -157.47 -133.38 -122.75 -121.54 -7.67 -3.29 -2.16 -1.3 -0.7 Uy3_max (mm) -10.72 -7.62 -7.92 -7.13 -6.23 -5.07 -3.95 Ux3_max (mm) 298 306.89 307.68 305.89 303.36 Móng M3max (KN.m) 287.07 -6.35 2.44 9.51 10.13 7.99 4.9 N3max (KN/m) 9.89 7.21 2.99 2.15 1.28 0.69 ΔUy3 (mm) 96 Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo khoảng cách hầm hệ cọc dài Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ nội lực theo khoảng cách hầm hệ cọc dài Trong đó: Smax: Lún bề mặt lớn Ux1_max: Chuyển vị lớn theo phương ngang cọc 01 Ux2_max: Chuyển vị lớn theo phương ngang cọc 02 Ux3 : Chuyển vị theo phương ngang bệ móng Uy1: Chuyển vị theo phương đứng cọc 01 97 Uy2 : Chuyển vị theo phương đứng cọc 02 Uy3_max: Chuyển vị theo phương đứng lớn bệ móng ΔUy3: Chênh lệch chuyển vị theo phương đứng móng (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 3.22 Biểu đồ chuyển vị ngang – Mô men cọc (a),( b),(c), (d),( e),( f) chuyển vị ngang mô men cọc ứng với vị trí cọc cách tim hầm 4(m), 9(m) 18(m) Qua bảng tổng hợp chuyển vị - nội lực biểu đồ ta có nhận xét sau: Trái ngược với trường hợp cọc ngắn giá trị lún bề mặt max chuyển vị max đất theo phương thẳng đứng trường cọc dài có giá trị nhỏ hầm gần hệ móng cọc tăng lên khoảng cách hầm hệ móng cọc tăng, khoảng cách lớn (m) giá trị biến đổi không đáng kể; nguyên nhân cọc dài nằm xuyên qua trường chuyển vị đất xung quanh hầm làm ma sát đất cọc tăng lên đáng kể việc hạn chế phần chuyển vị xuống đất lại làm tăng thêm chuyển vị theo phương thẳng đứng cọc Chuyển vị ngang cọc giảm dần khoảng cách hệ móng cọc đường hầm tăng lên, chuyển vị ngang lớn xuất khu vực đỉnh cọc bệ móng; Khi cọc nằm sát với đường hầm (vị trí cách tim 4m, mép hầm 0.75m) tác động trường vị đất lớn nên chuyển vị ngang lớn cọc (cọc 98 1) xuất đỉnh cọc mà đoạn cọc nằm gần xung quanh khu vực đường hầm (hình 3.22a) Các cọc gần đường hầm chịu tác động trường chuyển vị đất xung quanh hầm lớn kéo theo chuyển vị theo phương đứng ngang cọc tăng đặc biệt cọc nằm gần với đường hầm, tác động làm phát sinh thêm nội lực cọc, lực dọc trục cọc có giá trị lớn nhiều so với trạng thái làm việc ban đầu, cọc xa giá trị chuyển vị nội lực giảm rõ rệt, với khoảng cách lớn 18 m (tính từ tim hầm đến cọc gần nhất) giá trị chuyển vị cọc không đáng kể Kết luận: Sự khác biệt ứng xử cọc ngắn cọc dài Cọc ngắn có xu hướng di chuyển với chuyển vị đất, cọc dài chống lại chuyển vị đất, điều thể qua giá trị chuyển vị cọc ngắn lớn so với cọc dài, đặc biệt chuyển vị theo phương đứng lớn nhiều Hệ móng cọc nằm gần đường hầm chịu tác động lớn trường chuyển vị đất xung quanh đường hầm, tác động làm phát sinh thêm nội lực cọc đặc biệt cọc dài, điều gây trạng thái làm việc bất lợi cho cọc gây ảnh hưởng xấu đến cơng trình bên 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hiện số tuyến mêtrô thực thi công Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, tương lai khơng xa cịn nhiều tuyến tiếp tục xây dựng Vì việc nghiên cứu ảnh hưởng lún thi công đường hầm cơng trình bên Thành phố lớn cần thiết, có ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn xem nghiên cứu bước đầu, dừng lại mức độ lý thuyết áp dụng cho vùng địa chất điển hình tuyến số1 Thành phố Hồ Chí Minh Qua nội dung trình bày, phân tích luận văn, đưa kết luận sau: 1.1 Tính tốn ảnh hưởng việc thi cơng đường hầm máy đào TBM đất yếu đến công trình bên phức tạp, địi hỏi phải có kết hợp phương pháp lý thuyết thực nghiệm để có đánh giá khái quát, toàn diện tác động việc xây dựng đường hầm đến cơng trình lân cận bên 1.2 Trong lý thuyết tính chuyển vị lún bề mặt nêu lý thuyết đường cong Gaussian phương pháp New &O’Reilly Herzog (1985) cho cho kết gần với thực tế Tuy nhiên theo kết kiểm chứng số cơng trình mêtrơ thi cơng giới kết tính theo lý thuyết phương pháp với số loại đất định, vùng định, so với thực tế thi cơng có sai lệch thường cho kết lớn hơn; Ngược lại phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm Plaxis 8.5) mơ giai đoạn thi công đường hầm nên cho kết gần với thực tế hơn, đồng thời kết đưa đa dạng 1.3 Chiều sâu đặt hầm hợp lý khu vực địa chất tuyến số từ khoảng 16m ÷ 20m so với mặt đất, khoảng chiều sâu này, lún bề mặt, chuyển vị hầm nội lực vỏ hầm vừa phải; Khi xây dựng đường hầm đôi nằm ngang khoảng cách hầm hợp lý từ 18m trở lên, lúc việc thi công đường hầm thứ ảnh hưởng không đáng kể đến đường hầm thứ nhất; Đối với hầm đôi thẳng đứng, để không bị ổn định trượt đất khoảng cách hầm 100 nên từ 14m đến 20m Tuy nhiên trường hợp cụ thể việc xác định chiều sâu đặt hầm, khoảng cách hai hầm theo phương đứng phương ngang phụ thuộc nhiều yếu tố như: quy hoạch tổng thể tuyến, trạng mặt khu vực tuyến qua, yếu tố địa hình, địa chất thủy văn, cơng nghệ thi cơng,… 1.4 Việc xây dựng đường hầm điều kiện thành phố mà khơng ảnh hưởng đến cơng trình lân cận bên điều khó tránh khỏi mức độ ảnh hưởng lớn thi công đường hầm nằm sát chân cơng trình hữu bề mặt Với đường hầm chôn sâu H= 16m khu vực địa chất tuyến số Thành phố Hồ Chí Minh, kiến nghị cơng trình có móng nơng nằm phạm vi 15m kể từ tim hầm cần đánh giá có biện pháp xử lý, bảo vệ thích hợp trước xây dựng hầm; Kiến nghị 2.1 Để có đánh giá sát thực tác động việc xây dựng đường hầm đến cơng trình địi hỏi phải có kết hợp phương pháp lý thuyết thực nghiệm, sở so sánh đối chiếu với số liệu đo đạc thực tế để kiểm chứng Vì hướng nghiên cứu để đánh giá mức độ xác lý thuyết tính tốn phần mềm sử dụng, từ ứng dụng điều kiện thực tế khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nước 2.2 Mơ hình tốn 2D phần mềm Plaxis 8.5 chưa mơ sát thực với q trình thi cơng đường hầm chưa tính tốn vùng ảnh hưởng phễu lún theo phương dọc trục đường hầm xem xét hết điều kiện biên thực tế Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Tunnel để tính tốn hướng nghiên cứu khắc phục thiếu xót trên, mơ q trình thi cơng cách cho kết gần với thực tế so với mơ hình tốn 2D Ngồi mơ hình 3D ta kiểm tra ổn định bề mặt gương đào, tính tốn áp lực cân bề mặt gương nhỏ cần thiết để đảm bảo ổn định suốt trình đào 2.3 Ở nước tiên tiến giới công nghệ thi công đường hầm tổ hợp máy đào TBM có từ nhiều năm nay, nhiên Việt Nam có tuyến mêtrơ số Thành phố Hồ Chí Minh chuẩn bị thi công tổ hợp 101 máy đào TBM chưa có hệ thống Quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến việc xây dựng hầm TBM đất yếu việc sớm xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu khai thác quản lý cơng trình hầm xây dựng đất yếu nước ta cần thiết 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Chử Ngọc Minh Chiến (2012), Đánh giá ảnh hưởng đến cơng trình lân cận/ bên thi công hầm xuyên qua đô thị ở Việt Nam, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học giao thông vận tải, Hà Nội [2] Bùi Văn Dưỡng (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt thi công đường hầm mêtrô đặt nông đất máy đào tổ hợp TBM, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học giao thông vận tải, Hà Nội [3] PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh (2012), Bài giảng cơng trình ngầm, NXB Xây dựng, Hà Nội [4] Nghiêm Hữu Hạnh, nnk (2010), Báo cáo đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để hạn chế ảnh hưởng tới công trình lân cận xây dựng cơng trình ngầm phương pháp đào hở Hà Nội, Hà Nội [5] PGS.TS Nguyễn Bá Kế (2006), Xây dựng cơng trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở, NXB Xây dựng, Hà Nội [6] KS Nguyễn Thái Khanh, TS Bùi Đức Chính (2009), Phân tích lún bề mặt sinh xây dựng hai hầm gần nhau, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học công nghệ môi trường năm 2009 Viện Khoa học Công nghệ GTVT Hà Nội [7] GS.Viện sỹ L.V.Makốpski, Người dịch TS.Nguyễn Đức Nguôn (2004), Cơng trình ngầm giao thơng thị, NXB Xây dựng, Hà Nội [8] Nguyễn Xuân Lựu (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn NXB Giao Thông Vận Tại, Hà Nội [9] PGS.TS Võ Phán, Th.S Nguyễn Quang Khải (2015), Phân tích ảnh hưởng lún bề mặt thi cơng đường hầm mêtrơ đến móng cọc cơng trình lân cận, Hội nghị khoa học Công nghệ Đại học Bách khoa TP.HCM lần thứ 14, Thành phố Hồ Chí Minh [10] Nguyễn Quang Phích, Vũ Văn Tính, (2008), Phương pháp thi công hở - Các phương án kinh nghiệm áp dụng, Hội thảo xây dựng cơng trình hầm điều kiện đất yếu, Thành phố Hồ Chí Minh 103 [11] Nguyễn Quang Phích, Dương Khánh Tồn, (2008), Rủi ro phương pháp phòng tránh xây dựng cơng trình ngầm, Hội thảo xây dựng cơng trình hầm điều kiện đất yếu, Thành phố Hồ Chí Minh [12] Phạm Minh Tiến (2007), Nghiên cứu tính tốn biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Thành phố Hồ Chí Minh [13] Nguyễn Xuân Trọng, (2004), Thi công hầm công trình ngầm, NXB Xây Dựng, Hà Nội Tiếng Anh [14] Loganathan, N (1999), Effect of tunnelling adjacent to pile foundations Ph.D thesis, The Univ of Sydney, Sydney, Australia [15] Loganathan, N (2011), An Innovative Method For Assessing Tunnelling Induced Risks To Adjacent Structures, New York, USA [16] National Highway Institute U.S Department of Transportation Federal Highway Administration, (2009), Technical Manual For Design and Construction of Road Tunnels-Civil Elements, Washington, USA [17] Shizimu-Maeda Joint Operation (2014), Ho Chi Minh City Urban Railway Construction Project Ben Thanh - Suoi Tien Section (Line 1) Contract Package-1b: Civil 0+615 to KM 2+360) (Underground Section from KM