phân tích hiệu quả làm việc của hệ tường buttress kết hợp tường barrette trong việc giảm chuyển vị tuyến metro khi thi công hố đào sâu

- Đánh giá hiệu quả của hệ tường Buttress trong việc giảm chuyển vị của tường vây và tuyến Metro ngầm lân cận so với trường hợp không sử dụng tường Buttress.. Thông qua việc phân tích s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS NGUYỄN TRUNG KIÊN

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS CAO VĂN HÓA

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 19 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS TS LÊ BÁ VINH 2 Phản biện 1: TS CAO VĂN HÓA

3 Phản biện 2: TS NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG

4 Ủy viên: ThS HOÀNG THẾ THAO

5 Thư ký: TS ĐỖ THANH HẢI

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 05/11/1994 Nơi sinh: Quảng Trị Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580211 I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ TƯỜNG BUTTRESS KẾT HỢP TƯỜNG BARRETTE TRONG VIỆC GIẢM CHUYỂN VỊ TUYẾN METRO KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF THE BUTTRESS WALL COMBINED THE BARRETTE WALL IN REDUCING THE DEEP EXCAVATION-INDUCED METRO TUNNEL MOVEMENT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ:

- Nghiên cứu cơ chế làm việc của hệ tường Buttress khi kết hợp tường Barrette khi thi công hố đào sâu

- Dựa trên số liệu quan trắc tường vây và tuyến Metro ngầm lân cân, học viên mô phỏng lại dự án thông qua phần mềm Plaxis 3D, sau đó tiến hành phân tích ngược để tìm ra thông số đất tin cậy và cho ra kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả quan trắc

- Đánh giá hiệu quả của hệ tường Buttress trong việc giảm chuyển vị của tường vây và tuyến Metro ngầm lân cận so với trường hợp không sử dụng tường Buttress

- Khảo sát và đánh giá tính hiệu quả của các thông số hình học của tường Buttress (chiều dài, tường chiều và chiều sâu) khi kết hợp với Tường Barrette tới chuyển vị của tuyến Metro

- Khảo sát trường hợp phá dỡ và duy trì tường Buttress theo trình tự thi công để đưa ra khuyến cáo về phương án mang lại hiệu quả tối ưu trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12//2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

GVHD1 : TS NGUYỄN TRUNG KIÊN GVHD2 : TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Nội dung Luận văn Thạc sĩ được Hội đồng Chuyên ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa học, ngoài nỗ lực của bản thân còn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Nguyễn Trung Kiên và Thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên

tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Thạc sĩ này

Tôi xin chân thành tri ân sâu sắc đến quý thầy cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường

Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn đến anh Hồ Trọng Hiền và anh Nguyễn Bá Vương cùng các anh em kỹ sư phòng thiết kế Công ty TNHH Tư vấn thiết kế xây dựng RFR Pháp Việt đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giả trau đồi thêm kiến thức về địa kỹ thuật xây dựng cũng như trong quá trình nghiên cứu khoa học

Cảm ơn gia đình, bạn bè và bạn gái Võ Thị Hoài Thu đã luôn khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, của quý thầy cô, các cán bộ quản lý và các bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2023

Học viên Nguyễn Ngọc Sơn

TÓM TẮT

Hiện nay, trong môi trường đô thị, nhu cầu xây dựng về thương mại và các khu dân cư, văn phòng cho thuê ngày càng phát triển Tình trạng thi công các khối nhà cao tầng kết hợp thi công hố đào sâu diễn ra rất phổ biến, nhiều công trình có 1 đến vài tầng hầm nên ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến công trình lân cận, đặc biệt là đường hầm Metro ngầm hiện hữu là đáng kể Chuyển vị, biến dạng, ứng suất và nội lực xuất hiện trên vỏ hầm hay tường vây sẽ rất đáng ngại Do đó, các giải pháp gia cố đảm bảo ổn định của đường hầm, tránh cho đường hầm xảy ra sự cố khi thi công hố đào sâu là một việc làm cần thiết, đòi hỏi phải có những nghiên cứu thiết thực

Thông qua việc phân tích số liệu quan trắc từ thực tế kết hợp với kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn từ phần mềm Plaxis 3D, luận văn này nghiên cứu về ứng xử và cơ chế của tường Buttress khi kết hợp với hệ tường Barrette trong việc giảm chuyển vị của tuyến Metro khi thi công hố đào sâu tại một hố đào sâu thuộc Quận 1, TP Hồ Chí Minh với phương pháp thi công Semi Top-down Dự án được sử dụng trong phân tích này là The Nexus A (5 hầm và 2 tháp cao 25 và 36 tầng) được thi công ngay cạnh hai tuyến Metro ngầm hiện hữu Các giá trị chuyển vị ngang của tường vây cũng như chuyển vị của tuyến Metro thông qua mô hình và quan trắc được phân tích và đánh giá, kết quả cho thấy khi sử dụng tường Buttress chuyển vị của tường vây và tuyến Metro hiện hữu giảm lần lượt là 42% và 34% so với trường hợp không sử dụng tường Buttress Bên cạnh đó, các yếu tố hình học của tường Buttress (chiều dài, chiều dày và chiều sâu) và quá trình phá dỡ tường Buttress cũng được khảo sát để đánh giá mức độ hiệu quả trong việc giảm chuyển vị tường vây Chiều dài và chiều sâu tường Buttress mang lại hiệu quả cao trong việc giảm chuyển tường vây và tuyến Metro lân cận, khi tăng chiều sâu tường Hbw từ 22.5m đến 36.5m chuyển vị tường và tuyến Metro giảm lần lượt là 18% và 22%, khi tăng chiều dài tường từ 2m lên 6m, chuyển vị tường vây và tuyến Metro giảm lần lượt là 35% và 31% Bên cạnh đó thông số chiều dày tường Buttress chỉ đóng vai trò nhỏ, chuyển vị tường vây và tuyến Metro giảm lần lượt là 7% và 5% khi tăng 100% chiều dày tường Để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro, tường

Buttress nên được duy trì theo trình tự thi công cho đến khi thi công xong tầng hầm cuối cùng mới tiến hành phá dỡ Bên cạnh đó, sự hiện diện của Cọc khoan nhồi của dự án cũng nên được xem xét tới, khi mô phỏng Cọc vào mô hình sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị của tường từ đáy hố đào đến chân tường vây, cụ thể chuyển vị tường lớn nhất tại cao trình đáy hố đào giảm 4.4% và giảm 42% tại độ sâu chân tường Ngoài ra, độ cứng uốn dọc trục của tuyến Metro cũng là một thông số quan trọng cần được xem xét tới trong việc mô phỏng và đánh giá chuyển vị của tuyến Metro, các tấm vỏ hầm thông thường không phải là kết cấu liên tục, nó là các phân đoạn bê tông đúc sẵn được kết nối không qua các khớp, bu lông và miếng đệm cao su, khi đó độ cứng dọc đường hầm sẽ bị giảm yếu bởi các vị trí khớp nối này, trường hợp không xem xét đến sự giảm yếu độ cứng dọc trục tuyến Metro, chuyển vị của tuyến Metro dự báo sẽ nhỏ hơn 11% so với trường hợp có xem xét sự giảm yếu, khi đó kết quả dự báo sẽ thiên về không an toàn, do đó việc áp dụng hệ số giảm yếu để xét đến yếu tố bất đẳng hướng theo phương dọc tuyến Metro là cần thiết trong việc dự báo chuyển vị của tuyến Metro

Những kết quả thu được từ nghiên cứu của luận văn này sẽ cung cấp các tài liệu tham khảo hữu ích thực tế cho các kỹ sư để thiết kế phương án gia cường cho tường vây và đảm bảo ổn định cho tuyến Metro hiện hữu không bị ảnh hưởng bởi các hố đào sâu lân cận, từ đó định hướng và đưa ra các biện pháp thi công hợp lý

ABSTRACT

Currently, in urban environments, the demand for commercial construction and residential areas, as well as office spaces for rent, is increasingly growing The situation of constructing high-rise buildings combined with deep excavation is very common, with many projects having one to several basement levels, thus affecting adjacent constructions significantly, especially existing underground metro tunnels Displacement, deformation, stress, and internal forces appearing on tunnel linings or retaining walls can be concerning Therefore, reinforcement solutions to ensure the stability of the tunnels, avoiding incidents during deep excavation, are essential and require thorough practical studies

Through analyzing field measurement data combined with finite element simulation results from Plaxis 3D software, this thesis investigates the behavior and mechanism of Buttress walls when combined with Barrette wall systems to reduce displacement of the Metro line during deep excavation at a site in District 1, Ho Chi Minh City, using the Semi Top-down construction method The project studied in this analysis is The Nexus A (with 5 basements and 2 towers of 25 and 36 floors) constructed adjacent to two existing underground Metro lines Horizontal displacement values of the retaining walls as well as the displacement of the Metro line through modeling and monitoring are analyzed and evaluated The results show that using Buttress walls reduces the displacement of the retaining wall and existing Metro line by 42% and 34% respectively compared to not using Buttress walls Additionally, the geometric factors of the Buttress wall (length, thickness, and depth) and the demolition process of the Buttress wall are also investigated to assess the effectiveness in reducing wall displacement Increasing the length and depth of the Buttress wall contributes significantly to reducing the displacement of the retaining wall and adjacent Metro line When increasing the depth of the Hbw wall from 22.5m to 36.5m, the displacement of the wall and Metro line reduces by 18% and 22% respectively Similarly, increasing the length of the wall from 2m to 6m results in a reduction of wall and Metro line displacement by 35% and 31% respectively

However, the thickness parameter of the Buttress wall plays a minor role, with a reduction in wall and Metro line displacement of only 7% and 5% respectively when doubling the wall thickness To achieve optimal effectiveness in reducing wall and Metro line displacement, the Buttress wall should be maintained according to the construction sequence until the final basement level is completed before demolition is carried out Additionally, the presence of the project's bored pile should also be considered When simulating the pile in the model, it significantly affects the displacement of the wall from the bottom of the excavation pit to the base of the retaining wall Specifically, the maximum displacement of the wall at the bottom of the excavation pit decreases by 4.4%, and by 42% at the base of the wall Furthermore, the flexural stiffness along the axis of the Metro line is also an important parameter to consider in simulating and evaluating the displacement of the Metro line Typical tunnel linings are not continuous structures; they consist of precast concrete segments connected through joints, bolts, and rubber pads In such cases, the flexural stiffness along the tunnel axis is weakened by these joint positions If the reduction in stiffness along the tunnel axis is not considered, the predicted displacement of the Metro line will be underestimated by 11% Therefore, applying a reduction factor to account for the anisotropic factor along the Metro line axis is necessary to accurately predict the displacement of the Metro line

The findings from this thesis research will provide practical and useful reference materials for engineers to design reinforcement schemes for retaining walls and ensure the stability of existing Metro lines unaffected by nearby deep excavations This will help guide and establish appropriate construction methods

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ đề tài này là đề tài nghiên cứu khoa học do

chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Trung Kiên và Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn

là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác Tôi chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận Văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận Văn đã được nêu rõ nguồn gốc

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 20 Học viên

NGUYỄN NGỌC SƠN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xviii

MỞ ĐẦU 1

1 Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài 1

2 Phạm vi nghiên cứu 1

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tính mới của nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU TỚI CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 5

1.1 Tổng quan về thi công hố đào sâu 5

1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây 5

1.2.1 Thay đổi ứng suất trong nền đất do thi công tường vây và thi công đào đất 6

1.2.2 Hình dạng hố đào 7

1.2.3 Độ cứng và cường độ đất nền 8

1.2.4 Thay đổi điều kiện nước ngầm dưới nền đất 8

1.2.5 Loại tường, độ cứng tường và hệ thống chống đỡ 9

1.2.6 Trình tự và phương pháp thi công 11

1.3 Ảnh hưởng của chuyển vị tường vây tới nền và công trình lân cận 11

1.4 Các giải pháp giảm chuyển vị tường vây khi thi công hố đào sâu 18

1.4.1 Giảm chiều dài đoạn tường không được chống đỡ 18

1.4.2 Xem xét hiệu ứng góc 19

1.4.3 Tăng độ cứng hệ thống chống đỡ và tường chắn 20

1.5 Giải pháp tường Buttress kết hợp tường Barrette trong việc giảm chuyển vị công trình lân cận: 21

1.5.1 Giới thiệu chung: 21

1.5.2 Các nghiên cứu trong nước và quốc tế 21

1.6 Nhận xét 30

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ VÀ CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG BUTTRESS 32

2.1 Cấu tạo tường Buttress: 32

2.2 Cơ chế làm việc của tường Buttress: 33

2.3 Thi công tường Buttress: 36

2.4 Nhận xét 38

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 39

3.1 Phân tích phần tử hữu hạn trong phần mềm PLAXIS 39

3.2 Các mô hình đất nền trong Plaxis 39

3.2.1 Mô hình Mohr-Coulomb 40

3.2.2 Mô hình Hardening Soil 41

3.3 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 44

3.3.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 44

3.3.2 Dung trọng không bão hòa và dung trọng bão hòa 44

3.3.3 Hệ số thấm 45

3.3.4 Thông số độ cứng của đất nền 45

3.3.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền 47

3.4 Đặc trưng vật liệu phần tử kết cấu: 48

4.1 Tổng quan về công trình 51

4.2 Địa chất 54

4.3 Kết quả quan trắc 58

4.4 Mô phỏng bài toán bằng Plaxis 63

4.4.1 Thông số đầu vào của bài toán: 64

4.4.2 So sánh kết quả quan trắc và kết quả mô hình Plaxis 3D: 69

4.4.3 Xem xét yếu tố mô phỏng Cọc và không mô phỏng Cọc tới chuyển vị của Tường vây: 71

4.4.4 Xem xét yếu tố bất đẳng hướng tới độ cứng của tuyến Metro 74

4.5 Đánh giá hiệu quả giảm chuyển vị tường vây và tunnel khi bố trí tường Buttress 79

4.6 Khảo sát ảnh hưởng của thông số hình học tường Buttress đến chuyển vị của tường vây và tuyến Metro 88

4.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của chiều sâu tường Buttress: 91

4.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài tường Buttress: 94

4.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày tường Buttress: 98

4.6.4 Khảo sát ảnh hưởng việc dỡ tường Buttress theo giai đoạn thi công 101

4.7 Nhận xét 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 109

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC 114

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Thay đổi ứng suất do thi công tường và thi công đào đất [1] 6

Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào [2] 8

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của tường và độ cứng thanh chống đủ cứng (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống [3] 10

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của tường và độ cứng thanh chống chưa đủ cứng (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống [3] 10

Hình 1.5 Chuyển vị tường vây ảnh hưởng tới độ lún của công trình lân cận 12

Hình 1.6 Độ lún và khoảng cách ảnh hưởng do đào sâu trong nhiều loại đất [25] 13

Hình 1.7 Dạng chuyển vị điển hình của tường chắn và mặt đất với các kiểu giằng và cột chống [25] 13

Hình 1.8 Các đường bao lún ứng với các loại đất [25] 14

Hình 1.9 Mặt bằng vị trí hố đào và tuyến đường hầm TRTS [4] 15

Hình 1.10 Mặt cắt A-A thể hiện hố đào và tuyến đường hầm TRTS [4] 15

Hình 1.11 Mặt cắt G-G thể hiện hố đào và tuyến đường hầm MRT [5] 16

Hình 1.12 Mặt cắt G-G thể hiện hố đào và tuyến đường hầm MRT [5] 16

Hình 1.13 Mặt bằng vị trí hố đào và tuyến đường hầm Ningbo [6] 17

Hình 1.14 Vị trí các vết nứt và thấm tại đường hầm bên trái gần với hố đào [6] 18

Hình 1.15 Khoảng cách giữa các thanh chống và hố đào (a) 0.5m và (b) 1.5m [3] 19Hình 1.16 Mối quan hệ giữa tỷ lệ biến dạng phẳng (PSR), tỉ lệ hình học hố đào và khoảng cách từ góc tường [3] 20

Hình 1.17 Vị trí dự án The Nexus và tuyến metro số 1 hiện hữu [27] 21

Hình 1.18 Mô hình Plaxis 3D dự án The Nexus [27] 22

Hình 1.19 Chuyển vị tường vây trường hợp tường Barrette 1000mm kết hợp sử dụng tường Buttress và tường vây dày 3500mm không sử dụng tường Buttress [27] 22

Hình 1.20 Chuyển vị tuyến metro trường hợp tường Barrette 1000mm kết hợp sử dụng tường Buttress và các chiều dày tường vây khác nhau không sử dụng tường

Buttress [27] 23

Hình 1.21 Mặt bằng bố trí Buttress và kết quả chuyển vị tường vây tại SI4 và SI6 [4] 24

Hình 1.22 Vị trí dự án tại Kuala Lumpur [8] 25

Hình 1.23 Mặt bằng bố trí tường vây, tường Buttress dự án tại Kuala Lumpur [8] 25Hình 1.24 Mô hình phân tích Plaxis 3D dự án tại Kuala Lumpur [8] 26

Hình 1.25 Mặt bằng hố đào và vị trí bố trí các điểm quan trắc dự án UPIB [7] 27

Hình 1.26 Mô hình phân tích Plaxis 3D dự án UPIB [7] 27

Hình 1.27 So sánh chuyển vị của tường vây và lún nền từ kết quả quan trắc hiện trường và kết quả phân tích từ phần mềm Plaxis 3D dự án UPIB [7] 28

Hình 1.28 Kích thước tường Buttress dự án Taipe 101 và Neubu [9] 29

Hình 1.29 Mô hình phân tích Plaxis 3D dự án Taipe 101 và Neubu [9] 30

Hình 2.1 Mặt bằng các kiểu bố trí tường Buttress [3] 32

Hình 2.2 Phần tường Buttress phía trên hố đào được phá dỡ [3] 33

Hình 2.3 Cơ chế tăng độ cứng chống uốn hệ Composite khi tường Buttress được duy trì [3] 34

Hình 2.4 Cơ chế huy động ma sát của tường Buttress [3] 34

Hình 2.5 Kết hợp giữa tường Buttress (BW) và tường Cross (CW) [3] 35

Hình 2.6 Tồn tại lớp mùn khoan giữa tường Buttress và tường Barrette [3] 36

Hình 2.7 Liên kết End plate joint [3] 37

Hình 2.8 Liên kết T-shaped joint [3] 37

Hình 3.1 Quan hệ ứng suất và biến dạng mô hình Mohr-Coulomb 40

Hình 3.2 Mặt dẻo mô hình Mohr-Coulomb 40

Hình 3.3 Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 42

Hình 3.4 Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 43

Hình 3.5 Mặt dẻo mô hình Hardening Soil 43

Hình 3.6 Xác định lực dọc (N), lực cắt (Q) và mô men uốn (M) cho tấm dựa trên hệ tọa độ địa phương [19] 48

Hình 3.7 Chiều cao theo trục 2, chiều rộng theo trục 3 đối với dầm đặc hình chữ nhật

[19] 49

Hình 4.1 Công trình The Nexus A 51

Hình 4.2 Hình dạng công trình và mặt bằng tường vây dự án The Nexus A 52

Hình 4.3 Tuyến Metro ngầm dọc đường Nguyễn Siêu 53

Hình 4.4 Mặt cắt công trình, tường vây và tuyến Metro 54

Hình 4.5 Mặt cắt địa chất công trình điển hình dự án The Nexus A 57

Hình 4.6 Mặt bằng bố trí vị trí quan trắc chuyển vị Tường vây và tuyến Metro 58

Hình 4.7 Kết quả quan trắc chuyển vị tường vây INC11 tới ngày 04/07/2022 59

Hình 4.8 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây theo quan trắc đến độ sâu chân tường vây -36.5m (INC11) 62

Hình 4.9 Kết quả quan trắc chuyển vị tuyến Metro INS2 tới 04/07/2022 63

Hình 4.10 Mô phỏng quy trình thi công dự án bằng Plaxis 3D 64

Hình 4.11 Biểu đồ chuyển vị ngang tường vây theo quan trắc và mô hình Plaxis 3D 69

Hình 4.12 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tuyến Metro số 1 theo mốc quan trắc INS2 và mô hình Plaxis 3D 70

Hình 4.13 Mặt bằng bố trí Cọc khoan nhồi (D=1.2m và D=1.5m) công trình The Nexus A 71

Hình 4.14 Biểu đồ chuyển vị ngang tường vây theo quan trắc và 2 trường hợp mô phỏng Cọc và không mô phỏng Cọc 72

Hình 4.15 Chuyển vị của tuyến Metro trong trường hợp mô phỏng Cọc 73

Hình 4.16 Chuyển vị của tuyến Metro trong trường hợp không mô phỏng Cọc 73

Hình 4.17 Kết cấu của 1 phân đoạn bê tông đúc sẵn của tuyến Metro 75

Hình 4.18 Mặt đứng điển hình của tuyến Metro 75

Hình 4.19 Mô hình dọc đường hầm (a) lắp ghép các vòng vỏ hầm, (b) mặt cắt ngang của vỏ hầm, (c) thành phần kết nối: phân đoạn bê tông, bu lông và miếng đệm cao su, (d) chi tiết liên kết [11] 76

Hình 4.20 Mô hình FEM Abaqus [11] 76

Hình 4.21 Tỷ lệ độ cứng uốn dọc hữu hiệu  và chiều dày đường hầm [11] 77

Hình 4.22 Chuyển vị của tuyến Metro trong trường hợp E1 = E2 78

Hình 4.23 Chuyển vị của tuyến Metro trong trường hợp E1 = 0.185.E2 78

Hình 4.24 Chuyển vị của tường vây ứng với từng giai đoạn thi công trong trường hợp bố trí tường Buttress 80

Hình 4.25 Chuyển vị của tường vây ứng với từng giai đoạn thi công trong trường hợp không bố trí tường Buttress 81

Hình 4.26 Chuyển vị của tường vây ứng với từng giai đoạn đào cuối cùng giữa 2 trường hợp bố trí và không bố trí tường Buttress 83

Hình 4.27 Ứng suất tiếp tương đối rel trên bề mặt tường Buttress theo từng giai đoạn thi công – Giai đoạn 4 đến giai đoạn 7 (từ trái sang phải) 84

Hình 4.28 Ứng suất tiếp tương đối rel trên bề mặt tường Buttress theo từng giai đoạn thi công – Giai đoạn 8 đến giai đoạn 11 (từ trái sang phải) 85

Hình 4.29 Chuyển vị của tuyến Metro khi mô phỏng tường Buttress 86

Hình 4.30 Chuyển vị của tuyến Metro khi không mô phỏng tường Buttress 87

Hình 4.31 Mặt bằng khảo sát thông số hình học của tường Buttress 88

Hình 4.32 Mặt đứng khảo sát thông số chiều sâu của tường Buttress - Hbw 89

Hình 4.33 Chuyển vị tường vây khi thay đổi chiều sâu của tường Buttress - Hbw 91

Hình 4.34 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều sâu của tường Buttress - Hbw 91

Hình 4.35 Ứng suất tiếp tương đối rel trên bề mặt tường Buttress (a) Hbw = 36.5m, (b) Hbw = 32.5m, (c) Hbw = 28.5m, (d) Hbw = 24.5m, (e) Hbw = 22.5m 93

Hình 4.36 Chuyển vị tường vây khi thay đổi chiều dài của tường Buttress - Lbw 94

Hình 4.37 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều dài của tường Buttress - Lbw 95

Hình 4.38 Ứng suất tiếp tương đối rel trên bề mặt tường Buttress (a) Lbw = 2m, (b) Lbw = 3m, (c) Lbw = 4m, (d) Lbw = 5m, (e) Lbw = 6m 96

Hình 4.39 Chuyển vị tường vây khi thay đổi chiều dày của tường Buttress - Tbw 98

Hình 4.40 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều dày của tường Buttress - Tbw 98

Hình 4.41 Ứng suất tiếp tương đối rel trên bề mặt tường Buttress (a) Tbw = 600mm, (b) Tbw = 800mm, (c) Tbw = 1000mm, (d) Tbw = 1200mm, (e) Tbw = 1500mm 100

Hình 4.42 Kết quả chuyển vị tường vây theo 2 mô hình phân tích 101

Hình 4.43 Chuyển vị tuyến Metro khi Tường Buttress được duy trì 102Hình 4.44 Chuyển vị tuyến Metro khi tường Buttress phá dỡ theo trình tự thi công 102Hình 4.45 Chuyển vị tuyến Metro theo từng chiều sâu đào trong hai mô hình 103

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân nhóm mức độ kiểm soát của thông số thiết kế 11

Bảng 3.1 Đặc trung vật liệu đất trong mô hình Mohr - Coulomb 40

Bảng 3.2 Đặc trung vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil 42

Bảng 3.3 Đặc trưng vật liệu của phần tử Plates trong Plaxix 3D 48

Bảng 3.4 Đặc trưng vật liệu của phần tử Beams trong Plaxix 3D 49

Bảng 3.5 Đặc trưng vật liệu của phần tử Embedded Beam trong Plaxix 3D 50

Bảng 4.1 Thông tin tên và chiều sâu hố khoan dự án The Nexus A 54

Bảng 4.2 Bảng đo đạc kết quả quan trắc chuyển vị tường vây tại vị trí INC11 tới độ sâu chân tường vây -36.5m 60

Bảng 4.3 Thông số đầu vào của tường vây D1500, D1000, tường Buttress D1000 65Bảng 4.4 Thông số đầu vào của sàn hầm 5 đến sàn trệt 65

Bảng 4.5 Đặc trưng vật liệu của Cọc sử dụng trong mô hình 65

Bảng 4.6 Tổng hợp các cách xác định thông số địa chất 66

Bảng 4.7 Tổng hợp các thông số đất nền 68

Bảng 4.8 Trình tự các bước thi công tầng hầm 68

Bảng 4.9 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc của chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 69

Bảng 4.10 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc INS2 của chuyển vị ngang lớn nhất của tuyến Metro 70

Bảng 4.11 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc của chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 72

Bảng 4.12 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc của chuyển vị ngang lớn nhất của tuyến Metro 74

Bảng 4.13 Xác định hệ số tỷ lệ độ cứng uốn dọc hữu hiệu  77

Bảng 4.14 Thông số đầu vào của Vỏ Hầm Tunnel dày 300mm 77

Bảng 4.15 So sánh giữa kết quả chuyển vị của tuyến Metro trong trường hợp xem xét và không xem xét đến yếu tố bất đẳng hướng 78

Bảng 4.16 Chuyển vị Tường vây khi bố trí và không bố trí tường Buttress 81

Bảng 4.17 Chuyển vị tuyến Metro số 1 khi bố trí và không bố trí tường Buttress 87Bảng 4.18 Khảo sát sự thay đổi thông số hình học của tường Buttress 88Bảng 4.19 Chuyển vị Tường vây khi thay đổi chiều sâu tường Buttress – Hbw (m) 92Bảng 4.20 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều sâu tường Buttress – Hbw (m) 92Bảng 4.21 Chuyển vị Tường vây khi thay đổi chiều dài tường Buttress – Lbw (m) 95Bảng 4.22 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều dài tường Buttress – Lbw (m) 95Bảng 4.23 Chuyển vị tường vây khi thay đổi chiều dày tường Buttress – Tbw (m) 99Bảng 4.24 Chuyển vị Tunnel khi thay đổi chiều dày tường Buttress – Tbw (m) 99Bảng 4.25 Chuyển vị tường vây số 1 khi duy trì và phá dỡ tường Buttress 103Bảng 4.26 Chuyển vị tuyến Metro số 1 khi duy trì và phá dỡ tường Buttress 103

MỞ ĐẦU 1 Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, trong môi trường đô thị, nhu cầu xây dựng về thương mại và các khu dân cư, văn phòng cho thuê ngày càng phát triển Tình trạng thi công các khối nhà cao tầng kết hợp thi công hố đào sâu diễn ra rất phổ biến, nhiều công trình có 1 đến vài tầng hầm nên ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến công trình lân cận là đáng kể Việc đảm bảo mức độ an toàn, tránh cho các công trình lân cận xảy ra sự cố khi thi công hố đào sâu là một việc làm cần thiết, đòi hỏi phải có những nghiên cứu thiết thực Hầu hết sự cố gây ra là do ảnh hưởng của hố đào lên chuyển vị của công trình lân cận, đặc biết là yếu tố độ lún

Bên cạnh đó, dự án tuyến Metro số 1 (Bến Thành – Suối tiên) ở TP Hồ Chí Minh đã hình thành và bước vào giai đoạn hoàn thiện, tuyến Metro số 1 có chiều dài 19.7km, trong đó đoạn ngầm nằm trong đất dài 2.6km, đoạn trên cao dài 17.1km, có 14 ga và được thiết kế đường đôi Từ đó đặt ra thách thức cho các công trình thi công hố đào sâu gần khu vực tuyến Metro là cần kiểm soát sự dịch chuyển lớn nhất của Tunnel không được vượt quá 15mm và chuyển động trong bất kỳ mặt phẳng nào đều nhỏ hơn 1/1000

Chính vì thế, các phương pháp xử lý và gia cố nền đất yếu bên dưới đáy hố đào khi thi công hố đào sâu để giảm chuyển vị tường vây đã được áp dụng để giảm chuyển vị cho công trình lân cận Tuy nhiên với quy định chuyển vị giới hạn của Tunnel là 15mm, do đó cần nghiên cứu các phương án mang lại độ cứng tổng thể lớn để có thể đạt được yêu cầu trên Một trong những phương pháp có thể được xem xét là phương pháp hệ tường Buttress kết hợp với tường Barrette

3 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu ứng xử của tường Buttress kết hợp tường Barrette Từ đó, đề xuất các thông số thiết kế phù hợp khi sử dụng tường Buttress trong thi công hố đào sâu Luận văn bao gồm 2 mục tiêu:

Mục tiêu 01: Nghiên cứu cơ chế làm việc của tường Buttress, nghiên cứu so

sánh ảnh hưởng tới chuyển vị của tường Barrette khi không có sự tham gia của tường Buttress và khi có sự tham gia của tường Buttresss

Nghiên cứu tính khả thi khi áp dụng hệ tường Buttress trong thi công hố đào sâu, tìm hiểu về cơ chế làm việc và truyền lực của tường Buttress, từ đó dẫn đến việc giảm chuyển vị tường vây khi chịu áp lực đất

Mục tiêu 02: Nghiên cứu ảnh hưởng khi thay đổi độ cứng của tường Buttress

tới chuyển vị của tường vây và tuyến metro

Khảo sát các thông số (khoảng cách, chiều dài, chiều dày, chiều sâu tường) và ảnh hưởng của việc phá dỡ tường Buttress theo trình tự thi công và không phá dỡ tường tới chuyển vị, nội lực của tường Barrette và tuyến Metro trong địa chất quận 1 Đưa ra kiến nghị về thông số hình học của tường Buttress mang lại hiệu quả cao trong việc giảm chuyển vị và mang lại tính kinh tế, tiết kiệm chi phí

4 Phương pháp nghiên cứu

Học viên tiến hành thu thập các tài liệu nghiên cứu đã được công bố có liên quan đến việc nghiên cứu về giải pháp tường Buttress tới chuyển vị tường vây và tuyến Metro

Dựa trên kết quả quan trắc thực tế thu được từ dự án thực tế, học viên sử dụng phần tử hữu hạn với phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng lại dự án và tiến hành phân tích ngược để mô phỏng trạng thái đất, chuyển vị tường vây, độ lún, chuyển vị của công trình lân cận sao cho gần đúng nhất với giá trị quan trắc thực tế

Phân tích, đề xuất các thông số hình học của tường Buttress mang lại hiệu quả cao trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro So sánh kết quả thu được từ mô phỏng với kết quả từ những nghiên cứu đã công bố trước đây để đánh giá độ tin cậy của kết quả thu được Từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị cho các công trình có quy mô và điều kiện địa chất tương tự

5 Tính mới của nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung khảo sát thay đổi thông số hình học và độ cứng của hệ tường Buttress ảnh hưởng lên ứng xử tường Barrette và tuyến Metro trong điều kiện địa chất tại Quận 1, TP HCM Ngoài ra, nghiên cứu còn xem xét tới ảnh hưởng của việc phá dỡ tường Buttress theo trình tự thi công và không phá dỡ tới chuyển vị tường vây và tuyến Metro, từ đó đề xuất các ưu nhược điểm cho yếu tố này để người thiết kế xem xét thêm ở công tác thiết kế để mang lại hiệu quả cho dự án

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Về phương diện khoa học, nghiên cứu này cung cấp thêm hiểu biết về các thông số độ cứng của tường Buttress ảnh hưởng đến ứng xử của tường Barrette và tuyến Metro tiếp giáp với tường vây trong nền đất Quận 1, TP HCM Từ đó, xác định và lựa chọn được các thông số độ cứng phù hợp khi thiết kế tường Buttress để mang lại hiệu quả cao trong việc giảm chuyển vị tường Barrette và tuyến Metro

Về phương diện thực tiễn, nghiên cứu này cung cấp thêm hiểu biết về một phương án tăng cứng cho tường Barrette từ đó có thể cân nhắc áp dụng cho các công trình có yêu cầu cao về mặt giới hạn chuyển vị tường vây và các công trình tiếp giáp với tuyến Metro hiện hữu Từ đó, giúp kỹ sư có thêm cơ sở lựa chọn phương án tăng cứng cho tường Barrette

6 Hạn chế của đề tài

Khi gia cường tường Buttress, chuyển vị của tường vây và tuyến Metro có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố hình học của tường Buttress khác nhau như khoảng cách , chiều dài, chiều dày, chiều sâu, trình tự thi công phá dỡ, biện pháp thi công khác nhau (Bottom Up, Semi Topdown, Topdown), tường hình chữ T… Trong phạm vi của luận văn này chỉ đề cập đến 5 yếu tố đó là chiều dài, chiều dày, chiều sâu và trình tự thi công phá dỡ tường Buttress, biện pháp thi công Semi Topdown Vì vậy sẽ có nhiều hạn chế khi áp dụng kết quả của nghiên như:

+ Đặc trưng của các thông số Dự án khảo sát với địa chất tại quận 1, TP Hồ Chí Minh, hố đào đặc thù của dự án The Nexus A (5 hầm, kích thước mặt bằng là 129.2m x 49.2m) những yếu tố này sẽ làm cho kết quả nghiên cứu có thể sai lệch nếu áp dụng

cho các khu vực khác Do đó cần xem xét điều chỉnh phù hợp trước khi áp dụng cho dự án cụ thể

+ Khoảng cách hố đào tới tuyến Metro hiện hữu Trong nghiên cứu này, vị trí hố đào cách tuyến Metro số 1 là 4.2m Tuy nhiên sẽ có nhiều trường hợp khác có thể như: hố đào nằm ngay bên cạnh tuyến Metro với khoảng cách gần hơn 4.2m hoặc xa hơn, hố đào nằm bên trên tuyến Metro… Do đó ứng xử có thể khác và có thể sử dụng mô phỏng 3D để giải quyết

+ Chưa đánh giá hiệu quả của tường Buttress qua các thông số khác như khoảng cách tường Buttress, tường Buttress hình chữ T, biện pháp thi công (Bottom Up, Topdown)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU TỚI CÔNG

TRÌNH LÂN CẬN 1.1 Tổng quan về thi công hố đào sâu

Khi thi công tầng hầm cho các công trình cao tầng, vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong điều kiện xây chen liên quan đến các yếu tố kỹ thuật Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận Mặc dù hiện nay đã có nhiều giải pháp thi công hiện tại như sử dụng tường vây kết hợp với biện pháp thi công Topdown hay Semi-Topdown, các phương án này đã tối ưu hơn về chuyển vị của tường vây và chuyển vị nền xung quanh hố đào rất nhiều so với biện pháp đào mở thông thường, tuy nhiên, đối với những công trình thi công hố đào sâu sát bên cạnh tuyến Metro ngầm hiện hữu thì việc yêu cầu khắt khe về giới hạn chuyển vị do việc thi công hố đào sâu tới tuyến Metro là rất khắt khe Vì vậy việc tìm ra giải pháp mang lại hiệu quả cao trong việc hạn chế chuyển vị của tuyến Metro là thực sự cần thiết

1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây

Một trong những mối quan tâm chính khi xây dựng công trình ngầm trong khu dân cư đã xây dựng là tác động của các chuyển vị nền lên các công trình lân cận Chuyển vị của tường vây là một yếu tố quan trọng dùng để đánh giá mức độ an toàn trong quá trình thi công Để đảm bảo trạng thái giới hạn sử dụng được thõa mãn, một tiêu chí thiết kế phổ biến là hạn chế chuyển vị tối đa của tường ở mức một phần độ sâu đào He, thường nằm trong khoảng (0.5% – 1.5%)He Tuy nhiên, những hạn chế nghiêm trọng không cần thiết có thể dẫn đến thiết kế không kinh tế Vì vậy, việc ước tính đáng tin cậy về chuyển vị của tường trong điều kiện làm việc là rất cần thiết

Theo Wengang Zhang Hanlong Liu [1], đối với bất kỳ điều kiện tải trọng nào được áp dụng phía trước Tường vây, chuyển động của nền đất phát sinh từ việc đào phía trước tường sẽ bị ảnh hưởng thông qua:

(1) Thay đổi ứng suất trong nền đất do thi công tường vây và thi công đào đất

(2) Kích thước hố đào

(3) Độ cứng và cường độ đất nền

(4) Thay đổi điều kiện nước ngầm dưới nền đất (5) Loại tường, độ cứng tường và hệ thống chống đỡ (6) Quy trình và phương pháp thi công

Bất kỳ yếu tố nào trong số các yếu tố trên cũng có thể kiểm soát chuyển vị tổng thể của hố đào được chống đỡ, sự tương tác của các yếu tố trên rất phức tạp trong không gian ba chiều Vì lý do này và thực tế khó có thể định lượng được hết các yếu này, nên các mô hình phân tích hệ hiếm khi mang lại kết quả đáng tin cậy dự đoán chuyển vị của nền Vì vậy, việc ước tính chuyển vị của nền đất liên quan đến việc thi công hố đào sâu thường dựa trên sự kết hợp giữa các phương pháp thực nghiệm và phân tích kết hợp với việc áp dụng phán đoán, kinh nghiệm hợp lý cũng như lựa chọn mô hình tính toán phù hợp

1.2.1 Thay đổi ứng suất trong nền đất do thi công tường vây và thi công đào đất

Ứng xuất thay đổi tại 4 vị trí theo hình bên dưới, vị trí liền kề và xa hố đào

Hình 1.1 Thay đổi ứng suất do thi công tường và thi công đào đất [1]

Giả định rằng áp lực nước lỗ rỗng ban đầu là thủy tĩnh, cao độ mực nước ngầm tại mặt đất tự nhiên Sau khi tiến hành đào đất, sẽ xuất hiện chênh cột áp giữa trước và sau lưng tương, từ đó sinh ra dòng thấm phía sau lưng tường chảy vào bên trong hố đào

Trong quá trình thi công Tường vây, cả 2 điểm A và B đều bị giảm ứng suất tổng theo phương ngang, tiếp theo đó là sự gia tăng ứng suất tổng theo phương ngang khi đổ bê tông

Trong quá trình đào phía trước tường, tường có thể bị dịch chuyển về phía đào dẫn đến giảm ứng suất tổng theo phương ngang cho điểm A phía sau lưng tường, điều này cũng sẽ làm giảm áp lực nước lỗ rỗng phía sau tường Về tổng thể điểm A sẽ giảm áp lực nước lỗ rỗng và giảm ứng suất tổng theo phương pháp trong khi ứng suất tổng theo phương đứng giữ nguyên Những thay đổi về áp lực nước lỗ rỗng và biên ứng suatyas sẽ dẫn đến việc tăng ứng suất hữu hiệu theo phương đứng và giảm ứng suất hữu hiệu theo phương ngang, từ đó đưa điểm A đến trạng thái điều kiện chủ động

Trong quá trình đào đất, điểm B sẽ giảm đáng kể về ứng suất tổng theo phương đứng và cũng làm giảm đáng kể áp lực nước lỗ rỗng Chuyển động của tường vào bên trong hố đào sẽ dẫn tới tăng ứng suất tổng theo phương ngang Những thay đổi này có thể dẫn đến sự gia tăng ứng suất hữu hiệu theo phương ngang và giảm ứng suất hữu hiệu theo phương đứng trong quá trình đào (2-3) Về dài hạn, áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng trở lại do dòng thấm phát triển, từ đó giảm ứng suất hữu hiệu theo phương đứng và phương ngang và từ đó đưa điểm B về trạng thái điều kiện phá hoại bị động (3-4)

Tóm lại, khi điểm B tiệm cận với đường bao phá hoại là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến dịch chuyển ngang của đất bên dưới hố đào Biến dạng dẻo, bùng nền và chuyển vị ngang cũng sẽ ảnh hưởng ít nếu đường ứng suất 2 đến 4 nằm trong đường bao phá hoại bị động Nếu các điểm ứng suất hữu hiệu của phần tử B gần với đường bao phá hoại thì đây là dấu hiệu cho thấy sự chảy dẻo đáng kể và kết quả dẫn đến chuyển vị ngang lớn đáng kể

1.2.2 Hình dạng hố đào

Hình dạng, diện tích mặt bằng và chiều sâu hố đào đều có ảnh hưởng quan trọng đến cường độ và sự phân bố dịch chuyển của đất xung quanh khu vực hố đào trong bất kỳ điều kiện mặt đất nhất định nào Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng

lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn

Ou và các cộng sự (1993) đề xuất, biến dạng của tường chắn càng lớn tuyến tính theo sự gia tăng chiều sâu đào Chuyển vị tối đa có thể ước tính là 0.2%-0.5% độ sâu đào He

Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào [2]

Trong nhiều tường hợp, tường chắn được thi công cố định tạo thành một hộp kín hoặc nhiều hình dáng phức tạp Trong những trường hợp như vậy, sự phân bố chuyển vị sẽ phức tạp và sẽ khó ước tính nếu không có các kinh nghiệm thực nghiệm để so sánh Các góc của hố đào có xu hướng hạn chế chuyển động

1.2.3 Độ cứng và cường độ đất nền

Chuyển vị tổng thể của mặt đất (bùng nền bên dưới hố đào, độ võng của tường và chuyển vị mặt đất xung quanh hố đào) bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi độ cứng của mặt đất và ở nền đất có cường độ yếu Chuyển vị ngang của tường chắn và lún nền đất cho đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu

1.2.4 Thay đổi điều kiện nước ngầm dưới nền đất

Nếu tường chắn không cung cấp khả năng ngăn mực nước ở độ sâu nào đó, một dòng thấm sẽ phát triển và có xu hướng dịch chuyển đi qua chân của tường chắn không thấm nước và chảy vào bên trong hố đào, lúc này nước sau lưng tường sẽ hạ xuống, áp lực nước lỗ rỗng giảm so với điều kiện thủy tĩnh ban đầu, việc này dẫn đến lún nền sau lưng tường do sự cố kết hoặc trương nở của đất hạt mịn và chuyển vị

ngang của mặt đất dẫn đến chuyển vị ngang của tường vào bên trong hố đào Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể xảy ra hiện tượng bùng nền, cát chảy … ở đáy hố đào Bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của nền đất ở khu vực xung quanh hố đào

1.2.5 Loại tường, độ cứng tường và hệ thống chống đỡ

Loại tường được lựa chọn và phương pháp thi công đào có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị của tường và chuyển vị của nền đất Trong cùng một điều kiện nền đất và điều kiện chống đỡ, các loại tường cứng sẽ nhận nhiều moment uốn hơn các loại tường mềm

Độ cứng của thanh chống (khoảng cách) và gia tải trước cũng có ảnh hưởng đáng kể Như thể hiện bên hình 1.3a, bắt đầu đào giai đoạn đào thứ nhất, tường sẽ chuyển vị với hình dạng consol Giai đoạn đào thứ 2 sau khi lắp đặt hệ chống đỡ thứ nhất, nếu độ cứng của hệ chống đủ lớn, tường chắn sẽ xoay quanh điểm tiếp xúc giữa thanh chống và tường, chuyển vị lớn nhất của tường sẽ xuất hiện gần bề mặt đáy hố đào như hình 1.3b Sau khi lắp đặt thanh chống thứ 2, bắt đầu giai đoạn đào thứ 3, giả sử độ cứng của hệ chống thứ 2 là đủ lớn, tường chắn sẽ tiếp tục quay quanh điểm tiếp xúc với hệ chống thứ 2 và biến dạng của tường được tiếp tục tạo ra 1 lần nữa Vị trí chuyển vị lớn nhất sẽ gần với bề mặt đáy hố đào

Nếu lớp đất tại bề mặt đáy hố đào là yếu thì lực cản ngăn tường chắn bị đẩy vào sẽ yếu và vị trí biến dạng lớn nhất sẽ xuất hiện chủ yếu tại bên dưới đáy hố đào Nếu đào trên lớp đất cứng (như cát) sẽ tạo ra biến dạng tối đa phía trên bề mặt đào

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của tường và độ cứng thanh chống đủ cứng (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c)

giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống [3]

Theo Ou (2006), với tường hợp hệ chống không đủ độ cứng, lực nén trong hệ chống khá lớn Sẽ có sự dịch chuyển tường lớn hơn xung quanh điểm tiếp xúc trong giai đoạn đào thứ 2 và thứ 3 Hình dạng biến dạng cuối cùng của tường sẽ gần giống với chuyển vị kiểu consol và biến dạng tối đa sẽ được tạo ra ở đỉnh tường chắn

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của tường và độ cứng thanh chống chưa đủ cứng (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống,

(c) giai đoạn lắp nhiều tầng thanh chống [3]

Theo Mana (1978) đã phân ra 3 nhóm theo mức độ kiểm soát được của thiết kế và nếu trong bảng sau:

Bảng 1.1 Phân nhóm mức độ kiểm soát của thông số thiết kế

Những thông số thiết kế kiểm soát được

Những thông số thiết kế kiểm soát được một phần

Những thông số thiết kế không kiểm soát được 1 Kiểu hệ chống đỡ

2 Độ cứng của hệ chống đỡ

3 Mức độ chôn tường chắn

4 Mức độ gia tải trước cho thanh chống

1 Phương pháp thi công hệ chống đỡ

2 Chu kỳ thi công

3 Phương pháp thi công kết cấu công trình trong hố đào

4 Độ lớn của tải trọng bề mặt

5 Thời tiết

1 Điều kiện và tính chất của đất nền

2 Các công trình xung quanh

3 Hình dạng hố đào và chiều sâu

1.2.6 Trình tự và phương pháp thi công

Lựa chọn loại tường và cách lắp đặt cũng như trình tự đào tổng thể, thời gian đào ảnh hưởng đáng kể đến chuyển động của mặt đất xung quanh hố đào đối với bất kỳ điều kiện đất và nước ngầm nhất định nào Theo Gaba và cộng sự (1996), phương pháp thi công Top-down giúp giảm chuyển vị của mặt đất vì phương pháp này áp dụng hệ thống chống đỡ sớm (thường thông qua kết cấu tấm sàn) gần trên cùng của bức tường trước khi tiến hành đào

1.3 Ảnh hưởng của chuyển vị tường vây tới nền và công trình lân cận

Trong những năm gần đây, khi phát triển và hiện đại hóa đô thị, ở nước ngoài và trong nước, không ít công trình lân cận hố đào đã bị sự cố nặng nề, gây nhiều tổn thất về kinh tế và xã hội, cơ chế của các sự cố này được trình bày như hình bên dưới

Hình 1.5 Chuyển vị tường vây ảnh hưởng tới độ lún của công trình lân cận

Khi tiến hành đào đất để thi công phần ngầm của nhà cao tầng sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng, đất sẽ có xu hướng chuyển vị về phía bên trong hố đào, độ lớn của chuyển vị phụ thuộc vào độ cứng của hệ kết cấu chống giữ Bên cạnh đó, khi thi công hố đào sâu tại các khu vực mực nước ngầm cao, để đảm bảo hố đào khô ráo cần tiến hành bơm hạ mực nước ngầm, lúc này ứng suất hữu hiệu bên ngoài hố đào gia tăng một cách đáng kể do áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống Dựa vào các yếu tố trên kết hợp lại sẽ làm mặt đất phía bên trên công trình hoặc vùng đất ở lân cận hố đào lún xuống, nếu công trình lân cận nằm trong vùng ảnh hưởng / phễu lún này thì công trình sẽ bị biến dạng

Peck (1969) [25] đã công bố các biểu đồ ước tính độ lún gây ra bởi việc đào đất, dưạ trên nhiều dự án chủ yếu từ Chicago trong khoảng thời gian đó Đối với đất cát và đất sét cứng, độ lún tối đa là 1%H (H: chiều sâu hố đào), khoảng cách ảnh hưởng tối đa khoảng 2H, tùy thuộc vào độ dày của lớp đất, độ ổn định của việc đào, tay nghề của đội thợ Đối với đất sét mềm độ lún tối đa khoảng 1-2%H và khoảng cách ảnh hưởng tối đa từ 3-4H Việc sử dụng mô hình của Peck bị hạn chế cho các hố đào lắp đặt các hệ chống đỡ sớm, vì việc lắp đặt các hệ chống đỡ muộn được xem là nguyên nhân quan trọng dẫn đến chuyển vị

Mô hình của Peck đã được Goldberg (1976) [25] mở rộng để bao gồm nhiều loại tường hơn Goldberg đã liên hệ các chuyển vị đứng của đất phía sau bức tường với độ võng ngang của tường và tìm ra hệ số 0.5-2 Độ lún của đất sau tường nhỏ hơn 0.5% độ sâu đào đối với đất cát và đất sét cứng Lún hơn 1% đối với đất sét mềm (ngoại trừ tường vây ứng suất trước nằm trong khoảng 0.25%H)

Hình 1.6 Độ lún và khoảng cách ảnh hưởng do đào sâu trong nhiều loại đất [25]

Clough và O’Rourke (1990) [25] đã mở rộng mô hình của Goldberg và Peck, nhưng loại trừ các trường hợp có hiệu ứng xây dựng bất thường hoặc lắp đặt các thanh chống muộn Clough và O’Rourke tập trung vào biến dạng của tường sau khi chống và đào

Hình 1.7 Dạng chuyển vị điển hình của tường chắn và mặt đất với các kiểu giằng và cột chống [25]

Đối với mục đích thiết kế, Clough và O’Rourke (1990) [25] đã khuyến nghị các đường bao lún không thứ nguyên để ước tính sự phân bố của độ lún đất liền kề với các hố đào trong các điều kiện địa chất khác nhau

Hình 1.8 Các đường bao lún ứng với các loại đất [25]

Ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến đường tàu điện ngầm lân cận đã được nghiên cứu rộng rãi trên khắp thế giới bởi rất nhiều nhà nghiên cứu

Chang và cộng sự [4], đã báo cáo rằng trong quá trình thi công các đường hầm TRTS của Hệ thống đường sắt đô thị Đài Bắc, một đoạn đường hầm của Tuyến Panchiao đã bị hư hại do việc thi công hố đào sâu lân cận của dự án cao ốc với 5 tầng hầm Xuất hiện các vết nứt ở các đoạn bê tông cốt thép, tấm bê tông bị dịch chuyển và tách ra khỏi các phân đoạn Sự kiện này là một trường hợp lịch sử có giá trị cho việc thiết lập các tiêu chí điều chỉnh về việc thi công hố đào sâu liền kề với các đường hầm hiện hữu

Hình 1.9 Mặt bằng vị trí hố đào và tuyến đường hầm TRTS [4]

Hình 1.10 Mặt cắt A-A thể hiện hố đào và tuyến đường hầm TRTS [4]

Sharma và cộng sự [5] đã báo cáo các kết quả quan trắc chuyển vị của tuyến đường hầm MRT trong quá trình thi công 1 hố đào bên cạnh có kích thước chiều rộng

gần 140m, chiều dài 200m và 15m chiều sâu Bài báo tiến hành mô phỏng hố đào bằng chương trình phần tử hữu hạn, kết quả thu được gần với kết quả quan trắc Kết qua cho thấy rằng, độ cứng của đường hầm có ảnh hưởng đáng kể đến sự dịch chuyển và biến dạng của đường hầm do hố đào liền kề gây ra Một vỏ hầm dày hơn sẽ giảm thiểu chuyển vị và biến dạng nhưng sẽ có moment lớn hơn rất nhiều

Hình 1.11 Mặt cắt G-G thể hiện hố đào và tuyến đường hầm MRT [5]

Hình 1.12 Mặt cắt G-G thể hiện hố đào và tuyến đường hầm MRT [5]

Renpeng Chen và cộng sự [6] đã báo cáo kết quả nghiên cứu về ứng xử của tuyến đường hầm Ningbo tại Trung Quốc trong quá trình thi công 1 hố đào sâu lớn

lân cận trong nền đất yếu Đường hầm đã xuất hiện các vết nứt và thấm nước đã được quan sát thấy ở đường hầm bên trái gần với hố đào Một mô phỏng số 3 chiều đã được thực hiện để mô phỏng ứng xử của đường hầm bên cạnh hố đào sâu Một số biện pháp bảo vệ và biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng của việc đào đất lên đường hầm được nghiên cứu bao gồm cả việc chia khu vực đào và cải tạo nền đất

Hình 1.13 Mặt bằng vị trí hố đào và tuyến đường hầm Ningbo [6]

Hình 1.14 Vị trí các vết nứt và thấm tại đường hầm bên trái gần với hố đào [6]

1.4 Các giải pháp giảm chuyển vị tường vây khi thi công hố đào sâu

1.4.1 Giảm chiều dài đoạn tường không được chống đỡ

Giảm chiều dài không chống đỡ của tường chắn: Theo hình bên dưới Yu Ou [3]), cùng một chiều sâu đào, cùng số lượng giai đoạn đào và cùng số tầng, vị trí tầng chống Sự khác nhau giữa 2 hình là khoảng cách giữa vị trí của thanh chống và bề mặt hố đào Ở trong hình (a) , mỗi cao độ thanh chống được lắp đặt cách bề mặt hố đào là 0.5m, chiều dài đoạn tường không chống đỡ là 4m Tuy nhiên với hình (b), mỗi cao độ thanh chống được lắp đặt cách bề mặt hố đào là 1.5m, từ đó chiều dài đoạn tường không chống đỡ là 5m, ngoại trừ giai đoạn đào cuối cùng, chiều dài đoạn tường không chống đỡ là 4.5m giống với phương án đào ở hình (a)

(Chang-Hình 1.15 Khoảng cách giữa các thanh chống và hố đào (a) 0.5m và (b) 1.5m [3]

Trên thực tế, biến dạng tổng thể của tường chắn và lún nền lân cận là biến dạng tích lũy tại các thời điểm đào Do đó, phương án đào tại hình (a) sẽ cho biến dạng nhỏ hơn phương án đào tại hình (b) Tóm lại, vị trí các thanh chống phải càng gần bề mặt đào càng tốt, nói chung xét đến sự thuận tiện trong việc lắp đặt thanh chống, khoảng cách giữa các thanh chống và bề mặt đào khoảng 0.5m

1.4.2 Xem xét hiệu ứng góc

Với độ cứng ngang và hiệu ứng vòm xung quanh các góc, biến dạng của tường chắn Diaphragm Walls và lún nền xung quanh các vị trí góc thường nhỏ hơn so với khu vực ở giữa hố đào Đối với các loại tường soldier pile, tường cừ larsen và tường cọc khoan nhồi không được liên tục theo phương ngang thì sẽ có độ cứng ngang nhỏ và không có gì khác biệt nhiều về biến dạng tường và lún nền so với vị trí giữa hố đào

Ou (1996) [3] đã báo cáo về ứng xử ba chiều của một hố đào sử dụng chương trình phần tử hữu hạn 3 chiều và so sánh với kết quả của biến dạng phẳng, từ đó rút ra tỉ lệ PSR của chuyển vị tường theo tỉ lệ chiều rộng, chiều dài của hố đào và khoảng cách từ góc