Nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn phá hủy hoek brown trong phân tích hầm đường bộ đèo cả, quốc lộ 1a, tỉnh phú yên luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập giảng dạy hướng dẫn tận tình Thầy, Cô Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải với nỗ lực thân, tơi hồn thành luận văn Để đạt kết đó, trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Đức Chính Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Thầy, Cơ khoa Cơng trình, đặc biệt Bộ môn Cầu Hầm truyền đạt cho tơi kiến thức q báu, giúp tơi có kinh nghiệm phong cách làm việc khoa học bổ ích Xin chân thành cảm ơn anh (chị) học viên Cầu hầm K20, Phòng Đào tạo sau Đại Học sở 2, tận tình giúp đở trình học tập Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo quan nơi công tác, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập Cuối cùng, xin cảm ơn bố mẹ, người thân gia đình động viên tinh thần tạo điều kiện tốt cho mặt để học tập, nghiên cứu thời gian qua Xin chân thành cảm ơn! LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang i MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Nội dung đề tài: .1 Mục tiêu: Phương pháp nghiên cứu: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Tổng quan công nghệ xây dựng hầm qua núi 1.1.1 Các phương pháp đào kín mỏ truyền thống 1.1.2 Thi công phương pháp khiên tổ hợp khiên 1.1.3 Thi công phương pháp áo 1.2 Tổng quan mơ hình phá huỷ đất đá xây dựng hầm qua núi, 12 1.2.1 Mất ổn định thay đổi cấu trúc .12 1.2.2 Mất ổn định biến đổi học 20 1.3 Một số phương pháp phá hủy 29 1.3.1 Một số phương pháp dự báo vùng biến dạng không đàn hồi khối đá biên cơng trình ngầm: .29 1.3.2 Một số phương pháp sử dụng tiêu ổn định tổng hợp cho khối đá bao quanh cơng trình ngầm: 29 1.4 Sự cần thiết vấn đề cần nghiên cứu: 31 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA KHỐI ĐÁ THEO TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI HOEK- BROWN 33 2.1 Giới thiệu chung tiêu chuẩn phá hoại Hoek – Brown 33 2.1.1 Năm 1980 Hoek E BrownE.T 33 2.1.2 Năm1983 Hoek E 33 2.1.3 Năm 1988 Hoek E & Brown 34 2.1.4 Năm 1990 Hoek 34 2.1.5 Năm 1992 Hoek EWood D Shah S 34 2.1.6 Năm 1994 - 1995 Hoek E 34 2.1.7 Năm 1997 Hoek Evà Brown E.T 34 Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang ii 2.1.8 Năm1998 Hoek E Marinos P Benissi M .35 2.1.9 Năm 2000 2001 Hoek Evà Marinos P 35 2.1.10 Năm 2002 Hoek E., Carranza-Torres C.T., Corkum B 35 2.2 Các phương trình tiêu chuẩn phá hoại Hoek - Brown 36 2.2.1 Tiêu chuẩn phá hủy Hoek-Brown 1980 36 2.2.2 Năm1983 Hoek E 36 2.2.3 Năm 1988 Hoek E & Brown E.T 36 2.2.4 Năm 1992 Hoek EWood D Shah S 37 2.2.5 Năm 1994 - 1995 Hoek E 37 2.2.6 Năm 2002 Hoek E., Carranza-Torres C.T., Corkum B 38 2.3 Phản ứng đàn hồi dẻo khối đá xung quanh cơng trình ngầm theo tiêu chuẩn Hoek – Brown 39 2.3.1 Các phương trình 39 2.3.2 Tiêu chuẩn phá hoại Hoek-Brown (phiên năm 2002) 43 2.3.3 Mơ hình khối đá đàn hồi – dẻo dựa tiêu chuẩn phá hoại Hoek-Brown 49 2.3.4 Dạng chuyển đổi tiêu chuẩn phá hoại Hoek-Brown .61 2.4 Trình tự phân tích trạng thái ứng suất biến dạng môi trường đá xung quanh hầm áp dụng tiêu chuẩn phá hoại Hoek-Brown 63 2.4.1 Sơ đồ phân tích 63 2.4.2 Giới thiệu tóm tắt ROCLAD 64 2.4.3 Giới thiệu tóm tắt PHASE 64 2.5 Kết luận chương .64 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐÁ XUNG QUANH HẦM ĐƯỜNG BỘ ĐÈO CẢ, QUỐC LỘ 1A, TỈNH PHÚ YÊN 66 3.1 Giới thiệu chung đặc điểm địa kỹ thuật công nghệ thi công hầm Đèo Cả 66 3.1.1 Sơ lược bối cảnh dự án 66 3.1.2 Bản đồ dự án .67 3.1.3 Đặc điểm địa chất: 67 Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang iii 3.1.4 Công nghệ thi công hầm Đèo Cả .73 3.2 Số liệu mơ hình tốn 74 3.2.1 Số liệu 74 3.2.2 Mơ hình .78 3.2.3 Trạng thái ứng suất nguyên sinh 81 3.3 Khảo sát đường hầm độ sâu 34,7m 81 3.3.1 Khảo sát đường hầm đơn 12,2x8,45m độ sâu 34,7m vị trí km4+150 .81 3.3.2 Khảo sát đường hầm đơi 2x 12,2x8,45m độ sâu 34,7m vị trí km4+150 91 3.4 Khảo sát đường hầm độ sâu 220m 97 3.4.1 Khảo sát đường hầm đơn 12,2x8,45m độ sâu 220mm vị trí km4+350 97 3.4.2 Khảo sát đường hầm đơi 12,2x8,45m độ sâu 220mm vị trí km4+350 105 3.5 Phân tích, nhận định kết tính tốn 110 3.5.1 Hầm đào độ sâu 34,7m 110 3.5.2 Hầm đào độ sâu 220m 111 3.6 Kết luận chương .112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .113 Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sơ đồ trình tự thi cơng phương pháp mỏ truyền thống Hình 1-2 Mơ q trình ổn định cấu trúc khối đá có hệ mặt phân lớp khe nứt 13 Hình 1-3 Các khối nêm di chuyển vào khoảng trống ngầm 13 Hình 1-4 Khả xuất vùng phá hủy cấu trúc, khối đá nứt nẻ mạnh 14 Hình 1-5 Ảnh hưởng sóng đến ổn định khối nứt 14 Hình 1-6 Sập lở khối nêm có thêm áp lực trương nở 15 Hình 1-7 Ảnh hưởng ứng suất đến khả sập lở, trượt khối nêm 15 Hình 1-8 Kích thước cơng trình ngầm khả ổn định cấu trúc 16 Hình 1-9 Một số hình ảnh dạng phá hủy vùng phá hủy xung quanh công trình ngầm gây nên cấu trúc địa chất 16 Hình 1-10 Ví dụ kết phân tích ổn định cấu trúc cầu vị trí 18 Hình 1-11 Kết phân tích khối nêm hầm phương trình UNWEGDE 18 Hình 1-12 Một vài hình ảnh phân tích xuất khối nêm khối đá 19 Hình 1-13 Ví dụ khả sập lở khối nêm khối đá có khe nứt với đới phá hủy 19 Hình 1-14 Phân tích ổn đinh khối đá phân lớp có hai hệ khe nứt phương pháp UDEC 20 Hình 1-15 Các trạng thái ổn định khoảng trống ngầm, hình thành phần ứng suất nguyên sinh theo phương thẳng đứng đủ lớn theo Ferder 1977 21 Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang v Hình 1-16 Mơ tượng phá hủy tách phịng thí nghiệm (mẫu nén trục), mơ hình thực tế 22 Hình 1-17 Mơ hình phá hủy cắt mơ hình theo Ferder 1977 22 Hình 1-18 Các giai đoạn phát triển phá hủy, mô hiệu ứng “hạt đào” 23 mơ hình theo Goricki 1999 Hình 1-19 Chuyển vị hướng tâm chu chuyển đường hầm khối đá 24 Hình 1-20 Ảnh hưởng vị trí lớp sét đến q trình dịch chuyển, phá hủy 26 Hình 1-21 Đường lị hình thang (a) tròn (b) đào máy đào lò than nâu 26 Hình 1-22 Sự phát triển vùng phá hủy (a) dịch chuyển khối đá (b) theo thời gian 26 Hình 2-1 Mơ hình phân tích q trình biến đổi học khối đá xung quanh cơng trình ngầm tiết diện trịn 39 Hình 2-2 Các thành phần ứng suất chuyển vị phân tố thể tích dV 40 Hình 2-3 Quan hệ ứng suất lớn nhỏ cho tiêu chuẩn Hoek-Brown Mohr-Coulomb tương đương 46 Hình 2-4 Quan hệ để tính tốn σ’3mxcho thơng số Hoek - Brown Mohr - Coulomb tương đương hầm 48 Hình 2-5 Tiêu chuẩn phá hoại Hoek – Brown với chất lượng đá khác 52 Hình 2-6 Các đường bao thời điểm phá hoại sau phá hoại với tiêu chuẩn phá hoại Hoek – Brown tổng quát 53 Hình 2-7 Các mơ hình độ bền sau phá hoại cúa đá 54 Hình 2-8 Tính tốn cường độ chống cắt tiêu chuẩn phá hoại Hoek-Brown tổng quát cho 2000 trường hợp ngẫu nhiên Cường độ thể 62 dạng a) thực tế b) ứng suất chuyển đổi Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang vi Hình 3-1 Bản đồ dự án hầm đường Đèo Cả 67 Hình 3-2 Bản đồ địa tầng khu vực dự án 68 Hình 3-3 Kết đo địa chất phía Bắc hầm Đèo Cả 70 Hình 3-4 Cắt ngang hầm Đèo Cả 74 Hình 3-5 Mơ hình cắt ngang đường hầm 75 Hình 3-6 Phân tích cường độ khối đá xung quanh hầm đào 34,7m sử dụng tiêu chuẩn Hoek-Brown chương trình ROCLAB 76 Hình 3-7 Phân tích cường độ khối đá xung quanh hầm đào 220m sử dụng tiêu chuẩn Hoek-Brown chương trình ROCLAB 77 Hình 3-8 Mơ hình tính tốn đường hầm nằm ngang chưa khai đào (giai đoạn ngun sinh) 78 Hình 3-9 Mơ hình tính tốn đường hầm khai đào (giai đoạn 2) 79 Hình 3-10 Mơ hình tính tốn đường hầm nằm ngang thi cơng có vỏ chống 80 Hình 3-11 Phân bố ứng suất lớn  đào hầm độ sâu 82 34,7m lớp đá granit nứt nẻ Hình 3-12 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất lớn với khoảng cách đào hầm độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ 82 Hình 3-13 Quỹ đạo ứng suất đào hầm độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ 83 Hình 3-14 Phân bố ứng suất nhỏ σ3 quỹ ứng suất đào hầm độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ 83 Hình 3-15 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất nhỏ với khoảng cách đá granit nứt nẻ 84 Hình 3-16 Biểu đồ quan hệ ứng suất hơng hầm đào 34,7m 84 đá granit nứt nẻ Hình 3-17 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất đỉnh hầm với khoảng cách Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 85 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang vii Hình 3-18 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất đáy hầm với khoảng cách 86 Hình 3-19 Chuyển vị tổng đào đường hầm đơn 87 Hình 3-20 Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị khoảng cách hầm đào 34,7m đá granit nứt nẻ 88 Hình 3-21 Trượt tối đa đường hầm đơn đào 34,7m đá granit nứt nẻ 89 Hình 3-22 Biểu đồ mối quan hệ trượt tối đa khoảng cách, hầm đào sau 34,7m đá granit nứt nẻ 89 Hình 3-23 Vùng dẻo đường hầm đơn đào sâu 34,7m đá granit nứt nẻ 90 Hình 3-24 Phân bố ứng suất lớn  đào hầm với kích 91 thước cách 17,8m độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ Hình 3-25 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất lớn với khoảng cách đường hầm đôi hầm đào sâu 34,7m đá granit nứt nẻ 91 Hình 3-26 Phân bố ứng suất nhỏ đào đường hầm đôi, đào sâu 34,7m đá granit nứt nẻ 92 Hình 3-27 Biểu đồ mối quan hệ ứng nhỏ với khoảng cách hầm đào sâu 92 34,7m đá granit nứt nẻ Hình 3-28 Quan hệ ứng suất khoảng cách hông hầm đào hầm cách 17,8m độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ 93 Hình 3-29 Chuyển vị tổng đào đường hầm đôi, hầm đào sâu 34,7m đá granit nứt nẻ 94 Hình 3-30 Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị tổng đường hầm đôi khoảng 94 cách, hầm đào 34,7m đá granit nứt nẻ Hình 3-31 Hướng chuyển vị tổng đào hầm cách 17,8m độ sâu 34,7m lớp đá granit nứt nẻ Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang viii Hình 3-32 Trượt tối đa đường hầm đào 34,7m đá granit nứt 95 Hình 3-33 Biểu đồ quan hệ trượt tối đa đường hầm đơi với khoảng cách đào 34,7m 96 Hình 3-34 Vùng dẻo đường hầm đôi đào sâu 34,7m đá granit nứt nẻ 96 Hình 3-35 Phân bố ứng suất lớn  đào hầm độ sâu 97 220m lớp đá granit rắn Hình 3-36 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất lớn với khoảng cách, hầm đào độ sâu 220m 97 Hình 3-37 Phân bố ứng suất lớn σ3 quỹ ứng suất đào hầm độ sâu 220m lớp đá granit rắn 98 Hình 3-38 Biểu đồ mối quan hệ ứng suất nhỏ với khoảng cách, hầm đơn đào độ sâu 220m 98 Hình 3-39 Biểu đồ quan hệ ứng suất hơng hầm khoảng cách, hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn 99 Hình 3-40 Biểu đồ quan hệ ứng suất đáy, hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn 100 Hình 3-41 Biểu đồ quan hệ ứng suất đáy hầm đào độ sâu 220m 101 đá granit rắn Hình 3-42 Chuyển vị tổng đào đường hầm đơn 102 Hình 3-43 Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị tổng đường hầm đôi khoảng cách hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn 103 Hình 3-44 Trượt tối đa đường hầm đơn đào độ sâu 220m đá granit rắn 104 Hình 3-45 Biểu đồ mối quan hệ trượt tối đa đường hầm đơn khoảng 104 cách hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Hình 3-46 Vùng dẻo đường hầm đơn đào sâu 220m đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 105 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang ix Hình 3-47 Phân bố ứng suất lớn  đào hầm với kích thước 105 cách 17,8m độ sâu 220m lớp đá granit rắn Hình 3-48 Phân bố ứng suất nhỏ σ3 đào hầm với kích 106 thước cách 17,8m độ sâu 220m lớp đá granit rắn Hình 3-49 Biểu đồ quan hệ ứng suất đáy hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn 106 Hình 3-50 Thể hướng chuyển vị hầm thi công ,hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn 107 Hình 3-51 Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị tổng đường hầm đôi khoảng 108 cách hầm đào độ sâu 220m đá granít rắn Hình 3-52 Trượt tối đa đường hầm đơn đào độ sâu 220m đá granít rắn 108 Hình 3-53 Biểu đồ quan hệ trượt tối đa đường hầm đôi với khoảng cách, hầm đào độ sâu 220m 109 Hình 3-54 Vùng dẻo đường hầm đơi đào độ sâu 220m đá granit rắn 110 Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 102 Hình 3-42 : Chuyển vị tổng đào đường hầm đơn a) Thể đường đồng mức chuyển vị tổng quỹ đạo phân bố ứng suất hầm đơn đào sâu 220m đá granit rắn b) Thể hướng chuyển vị hầm thi công đào hầm sâu 220m đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 103 -Quan hệ chuyển vị tổng khoảng cách 0.0014 chuyển vị tổng [m] 0.0012 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 khoảng cách [m] chuyên vị hông chuyển vị đáy chuyển vị đinh Hình 3-43 : Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị tổng đường hầm đôi khoảng cách, hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Kết hình 3-43 cho thấy chuyển vị hông hầm nhỏ không đáng kể Chuyển vị chủ yếu xảy đáy hầm đỉnh hầm, chuyển vị tổng lớn đạt vị trí đáy biên hầm 1,2 mm chuyển vị tổng đỉnh hầm 0,9mm, đường biểu đồ chuyển vị đáy hầm nằm đường chuyển vị đỉnh hầm cho thấy chuyển vị đáy hầm lớn chuyển vị đỉnh hầm hình 3-40 chuyển vị hướng vào tiết diện hầm Tại vị trí xa đáy hầm đỉnh hầm theo phương đứng, chuyển vị tổng giảm dần đến b) Trượt tối đa Kết hình 3-44 3-45 cho thấy trượt tối đa hông hầm lớn biên có giá trị 0,13mm, trượt tối đa hông trượt tối đa đỉnh lớn khoảng cách 1,55m có giá trị 0,0612mm, xa biên hầm trượt tối đa hông giảm dần đến Tại biên hầm trượt tối đa đỉnh trượt tối đa đáy có giá trị 0,05mm trượt tối đa đỉnh sau đạt giá trị lớn khoảng cách 1,55m, khoảng cách trượt tối đa đỉnh giảm dần đến Trượt tối đa đáy đạt giá trị nhỏ 0,02mm cách biên hầm 1m, có giá trị lớn 0,056mm cách biên hầm 3,5m, khoảng cách 3,5m trượt tối đa giảm dần đến Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 104 Hình 3-44 : Trượt tối đa đường hầm đơn đào độ sâu 220m đá granit rắn Quan hệ trượt tối đa với khoảng cách 0.00012 0.0001 [m] 0.00008 0.00006 0.00004 0.00002 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 khoảng cách [m] hơng hầm đáy hầm đỉnh hầm Hình 3-45 : Biểu đồ mối quan hệ trượt tối đa đường hầm đơn khoảng cách hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 105 3.4.1.3 Gia cố vỏ đường hầm Hình 3-46 : Vùng dẻo đường hầm đơn đào độ sâu 220m đá granit rắn Hình 3-46 thể vùng dẻo xuất xung quanh biên hầm vùng dẻo phát triển mạnh khu vực gần trục đối xứng bên đáy hầm Ngồi vùng dẻo, mơi trường đá trạng thái đàn hồi Hình 3-9 a) số phần tử phá hủy thi công giai đoạn đào hầm 22 Hình 3-10 a) cho thấy có phân chia lại tải trọng sau gia cố vỏ chống số phần tử phá hủy 3.4.2 Khảo sát đường hầm đôi 12,2x8,45m độ sâu 220mm vị trí km4+350 3.4.2.1 Trạng thái ứng suất Hình 3-47 : Phân bố ứng suất lớn  đào hầm với kích thước cách 17,8m độ sâu 220m lớp đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 106 Hình 3-48 : Phân bố ứng suất nhỏ σ3 đào hầm với kích thước cách 17,8m độ sâu 220m lớp đá granit rắn Quan hệ ứng suất hơng hầm khoảng cách ứng suất [MPa] 14 12 10 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 khoảng cách [m] sigmaz sigma1 hơng sigmax sigma3 Hình 3-49: Biểu đồ quan hệ ứng suất đáy hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Kết hình 3-49 cho thấy ứng suất lớn  mép hơng hầm có giá trị 12,41MPa 12,43 MPa (tương đương lần ứng suất nguyên sinh σz), giá trị giảm dần đến 6,83MPa 1,13σz vị trí nằm khoảng hầm Ứng suất nhỏ  mép hơng hầm có giá trị 0,498MPa (xấp xỉ 0,25 ứng suất σx), giá trị tăng dần đến 2,65MPa (xấp xỉ 1,31 ứng suất σx ) vị trí nằm trục đối xứng hầm Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 107 Từ nhận xét kết hợp với quỹ đạo ứng suất hình 3-42, hình 3-43 xem phạm vi trục đối xứng hầm, trạng thái ứng suất môi trường đá trạng thái ứng suất nguyên sinh Tức vùng ảnh hưởng đường hầm theo phương ngang giới hạn phạm vi 8,9m cách mép hông hầm Trong phạm vi hơng hầm khơng có suy giảm ứng suất nên mơi trường đá phạm vi trạng thái đàn hồi 3.4.2.2 Biến dạng a) Chuyển vị tổng Hình 3-50: Thể hướng chuyển vị hầm thi công, hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 108 -Quan hệ chuyển vị tổng với khoảng cách 0.0014 chuyển vị [m] 0.0012 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 khoảng cách [m] hơng đáy đỉnh hơng ngồi Hình 3-51: Biểu đồ mối quan hệ chuyển vị tổng đường hầm đôi khoảng cách Hầm đào độ sâu 220m đá granit rắn Trong trường hợp này, chuyển vị hông hầm không đáng kể Mức độ hội tụ theo phương đứng đáy hầm đỉnh hầm bên hướng vào hầm lớn hơng hầm bên ngồi Do đó, vị trí xuất chuyển vị lớn đáy hầm đỉnh hầm có xu hướng dịch chuyển vào hầm Chuyển vị tổng lớn đáy hầm 1,11mm đỉnh hầm 0,0949mm Chuyển vị giảm dần khoảng cách 25m b) Trượt tối đa Hình 3-52: Trượt tối đa đường hầm đơn đào độ sâu 220m đá granit rắn Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 109 Quan hệ trượt tối đa với khoảng cách 0.00012 0.0001 [m] 0.00008 0.00006 0.00004 0.00002 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 khoảng cách [m] hơng đáy đỉnh hơng ngồi Hình 3-53: Biểu đồ quan hệ trượt tối đa đường hầm đôi với khoảng cách, hầm đào độ sâu 220m Kết hình 3-52 hình 3-53 cho thấy trượt tối đa hơng ngồi hầm lớn biên có giá trị 0,01mm, khoảng cách xa biên giá trị trượt tối đa giảm dần đến Trượt tối đa biên hơng hai hầm có giá trị 0,09mm, giảm dần có giá trị nhỏ 0,02mm khoảng cách 8,3m (lân cận hai hầm), tăng dần có giá trị lớn 0,09mm Trượt tối đa đáy hầm biên hầm có giá trị 0,036mm, trượt tối đa tăng dần có giá trị lớn 0,046mm cách biên hầm 4m xa giảm dần đến Trượt tối đa đỉnh hầm biên có giá trị 0,056mm, tăng dần đạt giá trị lớn 0,064mm cách biên hầm 1,05m xa biên hầm trượt tối đa giảm dần đến 3.4.2.3 Gia cố vỏ đường hầm Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 110 Hình 3-54: Vùng dẻo đường hầm đôi đào độ sâu 220m đá granit rắn Hình 3-54 thể vùng dẻo xuất xung quanh biên hầm vùng dẻo phát triển mạnh khu vực hai bên bên đáy hầm Ngồi vùng dẻo, mơi trường đá trạng thái đàn hồi Hình 3-9 b) số phần tử phá hủy thi công giai đoạn đào hầm 43 Hình 3-10 b) cho thấy có phân chia lại tải trọng sau gia cố vỏ chống số phần tử phá hủy 3.5 Phân tích, nhận định kết tính tốn 3.5.1 Hầm đào độ sâu 34,7m 3.5.1.1 Hầm đơn : Đối với hầm đào độ sâu 34,7m mặt đất, đá granit nứt nẻ cường độ đá thấp Ứng suất có mật độ dày xung quanh biên hầm, xa biên hầm ứng suất thưa Ứng suất lớn hơng biên hầm lớn nhất, xa biên hầm giảm dần đến ứng suất σz Ứng suất nhỏ biên hông nhỏ xa biên tăng dần đến σz Ứng suất lớn nhỏ đỉnh hầm biên hầm có giá trị nhỏ xa biên hầm tăng dần, ứng suất lớn tăng dần đến σz , ứng suất nhỏ tăng đạt giá trị lớn sau giảm dần đến nhỏ σx Ứng suất lớn nhỏ đáy hầm biên hầm có giá trị nhỏ 0, xa biên hầm tăng dần, ứng suất lớn tăng dần đến σz , ứng suất nhỏ Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 111 tăng đạt giá trị lớn sau giảm dần đến nhỏ σx Các ứng suất lớn nhỏ tương ứng hông hầm, đáy hầm đỉnh hầm ứng suất nén Nhận định biến dạng hầm: hướng chuyển vị hướng vào tiết diện hầm, chuyển vị hông hầm nhỏ, chuyển vị đáy đỉnh lớn biên hầm xa biên hầm chuyển vị giảm dần đến Trượt tối đa biên hông hầm lớn đáy đỉnh, xã biên hầm trượt tối đa giảm dần đến Môi trường đá xung quanh hầm biên hầm xuất biến dạng dẻo, biến dạng dẻo phát triển mạnh khu vực bên đáy hầm, khu vực môi trường đá đàn hồi 3.5.1.2 Hầm đơi : Ứng suất biến dạng hơng ngồi, đỉnh, đáy hầm giống đường hầm đơn Hơng hai hầm có quỹ đạo ứng suất xem phạm vi trục đối xứng hầm, trạng thái ứng suất môi trường đá trạng thái ứng suất nguyên sinh Tức vùng ảnh hưởng đường hầm theo phương ngang giới hạn phạm vi 8,9m cách mép hông hầm Trong phạm vi hơng hầm khơng có suy giảm ứng suất nên mơi trường đá phạm vi trạng thái đàn hồi 3.5.2 Hầm đào độ sâu 220m 3.5.2.1 Hầm đơn : Đối với hầm đào độ sâu 220m, đá granit rắn cường độ lớn Ứng suất lớn hơng biên hầm lớn nhất, xa biên hầm giảm dần đến ứng suất σz Ứng suất nhỏ biên hơng nhỏ xa biên tăng dần đến σz Ứng suất hơng hầm ứng suất nén Ứng suất lớn nhỏ đỉnh hầm biên hầm có giá trị nhỏ xa biên hầm tăng dần, ứng suất lớn tăng dần đến σz, ứng suất nhỏ tăng đạt giá trị lớn sau giảm dần đến nhỏ σx Ứng suất đỉnh hầm ứng suất nén Ứng suất lớn có giá trị nhỏ Ứng suất nhỏ đáy hầm biên hầm có giá trị âm ứng suất chịu kéo Các ứng suất xa biên hầm tăng dần, ứng suất lớn tăng dần đến σz, ứng suất nhỏ tăng đạt giá trị lớn sau giảm dần đến nhỏ σx Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 112 Nhận định biến dạng hầm: hướng chuyển vị hướng vào tiết diện hầm, chuyển vị hông hầm nhỏ, chuyển vị đáy đỉnh lớn biên hầm xa biên hầm chuyển vị giảm dần đến Trượt tối đa biên hông hầm lớn đáy đỉnh, xã biên hầm trượt tối đa giảm dần đến Môi trường đá xung quanh hầm biên hầm xuất biến dạng dẻo, biến dạng dẻo phát triển mạnh khu vực bên đáy hầm, ngồi khu vực mơi trường đá đàn hồi 3.5.2.2 Hầm đôi : Thể vùng dẻo xuất xung quanh biên hầm vùng dẻo phát triển cục khu vực hai bên bên đáy hầm Ngồi vùng dẻo, mơi trường đá trạng thái đàn hồi 3.6 Kết luận chương Khi chưa khai đào hầm (giai đoạn 1) môi trường đá xung quanh hầm trạng thái nguyên sinh Trong trình thi cơng đào hầm (giai đoạn 2) tạo khoảng trống nguyên nhân tạo nên thay đổi trạng thái ứng suất ngun sinh Ngồi ra, cịn có tác động khác hình dạng kích thước tiết diện hầm, tính chất học khối đá, trạng thái tự nhiên yếu tố ảnh hưởng đến môi trường đá xung quanh hầm Ứng suất lớn  biên hơng hầm ranh giới miền đàn hồi miền dẻo có giá trị gần lần ứng suất nguyên sinh σ1 bố trí đường hầm đường hầm song song Biên đỉnh hầm có σ1 nhỏ nằm ranh vùng dẻo đàn hồi vùng ảnh hưởng hầm 13,8m (1,12d) Ứng suất σ1 đáy hầm xuất ứng suất kéo xuất vùng dẻo hoàn toàn phá hủy cục từ biên hầm khoảng 2m , vùng ảnh hưởng hầm 18,3m (1,5d) Sau đào hầm gia cố vỏ hầm (giai đoạn 3) có phân chia lại tải trọng phần tử phá hủy giảm triệt tiêu Chuyển vị tổng đáy đỉnh hầm lớn hướng chuyển vị hướng vào tiết diện hầm, chuyển vị hông nhỏ không đáng kể Trượt tối đa hông hầm trượt đáy đỉnh không đáng kể Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở hồ sơ khảo sát địa chất cơng trình hầm đường Đèo Cả Ứng dụng mơ hình phá hủy Hoek – Brown, sử dụng phần mềm PHASE2 ROCLAB cho kết phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng mơi trường đá xung quanh cơng trình hầm rút kết luận cho luận văn sau:  Trong q trình thi cơng đào hầm (giai đoạn 2) tạo khoảng trống nguyên nhân tạo nên thay đổi trạng thái ứng suất nguyên sinh môi trường đá xung quanh hầm  Trong vùng đàn hồi, từ biên hông hầm xa giá trị  giảm dần  tăng dần đến giá trị ứng suất nguyên sinh σz σx Trong phạm vi dẻo, gần mép cơng trình, giá trị  có khuynh hướng suy giảm  Vùng nguy hiểm (xuất biến dạng dẻo) xuất khu vực đáy hầm nơi bề mặt đào dạng phẳng môi trường đá granit nứt nẻ  Chuyển vị khu vực đáy hầm đào phẳng có khuynh hướng hớn so với nơi tạo dạng vịm (như hơng đỉnh hầm) Chuyển vị có khuynh hướng xảy theo phương áp lực địa tầng có giá trị lớn  Trong mơi trường granit rắn hầm có xuất hiện tượng dẻo cục đáy hầm so với trường hợp lớp đá granit nứt nẻ  Chuyển vị tổng trượt tối đa có giá trị bé vấn đề giải pháp ổn định xuất vùng dẻo, phá hủy cục mơi trường đá xung quanh cơng trình hầm KIẾN NGHỊ Đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng môi trương đá xung quanh hầm, xuất vùng dẻo, vùng phá hủy cục bộ, vùng chịu kéo vùng chịu nén tập trung ứng suất lớn bố trí neo, tạo vịm ngược, vỏ chống kết hợp biện pháp xử lý với nhằm hạn chế khả ổn định HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Luận văn đánh giá trạng thái ứng suất – biến dạng độ ổn định cơng trình ngầm sau khai đào Xung quanh cơng trình xuất vùng phá hủy, vùng dẻo, kích thước hình dạng vùng dẻo, vùng phá hủy phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Tùy vào loại khối đá vùng dẻo hình thành tức thời, có Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 114 thể hình thành phát triển theo thời gian, luận văn chưa xét đến yếu tố thời gian Chưa xét đến biện pháp xử lý, gia cố vỏ hầm sử dụng neo kết hợp vỏ chống để nâng cao độ ổn định cơng trình Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Mạnh Hùng (2013), Công nghệ thi cơng cơng trình ngầm, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội [2] Liên danh tư vấn: Egis Bceom - Hoang Long Construction Consulting jsc, thiết kế sở hầm Đèo Cả [3] Nguyễn Sĩ Ngọc (2005), Cơ học đá, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, Hà Nội [4] Nguyễn Quang Phích (2007), Cơ học đá, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội [5] Nguyễn Thế Phùng (2010), Thi công hầm, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội [6] Bùi Trường Sơn (2009), Địa chất cơng trình, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp HCM, Tp HCM [7] Nguyễn Đức Toản (2006), Lịch sử phát triển tiêu chuẩn phá hoại Hoek – Brown phiên năm 2002, Turin [8] E.Hoek and E.T Brown, the Hoek-Brown Failure Criterion-a 1988 Update (Printed).pdf [9] E.Hoek and E.T.Brown (1997), Published in the International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol 34, No 8, 1997, pages 1165-1186 Practical estimates of rock mass strength pdf [10] E.Hoek, C.Carranza-Torres and B.Corkum, Proc.NARMS-TA C Conf erence, Toronto, 2002, 1, 267-273 Hoek-Brown criterion – 2002 edition.pdf [11] E Hoek, C.Carranza-Torres and B Corkum (2002) Hoek-Brown criterion – 2002 edition Proc NARMS-TAC Conference, Toronto, 2002, 1, 267-27, HoekBrown failure criterion – 2002 Edition [12] Determination of residual strength parameters of jointed rock masses using GSI system.pdf [13] E Hoek, M.S Diederichs (2006), Empirical estimation of rock mass modulus, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 43, page 203– 215 [14] Erik Eberhardt ,The Hoek–Brown Failure Criterion [15] Catrin Edelbro (2003), Rock mass strength – A Review – Technical Report, Luleå University of Technology, Luleå Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 116 [16] C.Carranza-Torres & C.Fairhurst, The elasto-plastic response of underground excavations in rock masses that satisfy the Hoek – Brown failure criterion, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 36, page 777– 809 (1999) [17] Evert Hoek, Rock mass properties for underground mines.pdf3.pdf [18] E.Hoek (2004), A brief history of the development of the Hoek – Brown failure criterion [19] Evert Hoek (2005), 'Uniaxial compressive strength versus Global strength in the Hoek-Brown criterion'.pdf [20] Paul Marinos and Evert Hoek, GSI- A geologically friendly tool for rock mass strength estimation [21] V.Marinos, P.Marinos, E.Hoek (2005), The geological strength index: aplications and limitations, Bull Eng Geol Environ [22] Dimitrios Kolymbas (2005), Tunelling and tunnel mechanics, Institut für Geotechnik und Tunnelbau, Innsbruck [23] C.D Martin, P.K Kaiser, and D.R McCreath,Hoek-Brown Parameters for Predicting the Depth of Brittle Failure Around Tunnels (Printed).pdf [24] Reza Rangsaz Osgoui (2006), Ground reaction curve of reinforced tunnel using a new elasto-plastic model, Post Graduate Thesis submitted to The Land, Environment and Geo-Engineering Department of The Technical University of Turin, Turin [25] C.Carranza-Torres (2004), Elasto-plastic solution of tunnel problems using the generalized form of the Hoek – Brown failure criterion, Itasca Consulting Group Inc., Minnesota Học viên: Huỳnh Bá Ngọc – Lớp Cao học Cầu hầm K20-1