Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến nhà ga metro lân cận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG TRỌNG HIẾU

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN NHÀ GA METRO LÂN CẬN

ANALYSIS OF IMPACT OF THE DEEP EXCAVATION ON THE ADJACENT METRO STATION

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Bá Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Trọng Nghĩa

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 07 tháng 02 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

2 TS Võ Minh Thiện - Thư ký hội đồng

3 TS Lê Trọng Nghĩa - Ủy viên, phản biện 1

4 TS Nguyễn Tuấn Phương - Ủy viên, phản biện 2

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

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN HOÀNG TRỌNG HIẾU Ngày, tháng, năm sinh: 21/01/1997

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

MSHV: 2070502 Nơi sinh: Tây Ninh Mã số: 8580211

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nhiệm vụ: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hố đào sâu lân cận nhà ga ngầm hiện hữu,

từ đó đưa ra các cơ sở lý luận chính xác để hỗ trợ công tác thiết kế và thi công

Nội dung:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về ảnh hưởng của hố đào sâu đến đất nền và nhà ga

tàu điện ngầm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến nhà ga tàu điện ngầm

thông qua các dữ liệu quan trắc và mô phỏng

Chương 4: Phân tích ứng xử của kết cấu nhà ga ngầm dưới tác dụng của

việc thi công hố đào sâu lân cận

Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2022

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ BÁ VINH

TP HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2022

TRƯỞNG KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS LÊ ANH TUẤN

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa học, ngoài nỗ lực 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 PGS.TS Lê Bá Vinh, là người đã tận

tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hướng dẫn hoàn thành luận văn thạc sỹ 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 Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tại cơ quan đang công tác lòng biết ơn vì đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2022

Học viên

Nguyễn Hoàng Trọng Hiếu

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Sự phát triển nhanh chóng ở các khu vực đô thị thường sẽ gặp phải trường hợp thi công các tòa nhà cao tầng bên cạnh hay ngay phía trên của các tiện ích ngầm, đặc biệt là đường hầm và nhà ga ngầm Chuyển vị, biến dạng, ứng suất và nội lực xuất hiện trên vỏ hầm hay tường vây cũng như kết cấu nhà ga sẽ rất đáng nguy ngại Do đó, các điều kiện bắt buộc về độ ổn định của đường hầm và nhà ga ngầm sẽ là một trong những vấn đề cần được xem xét khi thiết kế và thi công hố đào sâu

Thông qua việc phân tích số liệu quan trắc từ thực tế kết với với kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn từ phần mềm Plaxis 2D và 3D, luận văn này nghiên cứu về một hố đào sâu trong nền đất bùn sét kết hợp cát mịn thuộc quận 1, TP Hồ Chí Minh và các ứng xử tương ứng của kết cấu nhà ga đã được xây dựng Dự án được sử dụng trong phân tích này là The Sun Tower (5 hầm + 55 tầng cao) đang được thi công ngay cạnh nhà ga ngầm Ba Son đang trong quá trình hoàn thiện Các giá trị chuyển vị ngang của tường vây cũng như chuyển vị lún nền xung quanh của dự án này thông qua mô hình và quan trắc được phân tích và đánh giá so với các trường hợp trong quá khứ

Các nhân tố chính chi phối ứng xử của kết cấu nhà ga ngầm khi thi công hố đào sâu lân cận trong nền đất bùn sét và cát mịn được phân tích và đánh giá dựa trên kết quả mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D Trong đó, khoảng cách giữa nhà ga ngầm hiện hữu với hố đào sâu lân cận D và độ sâu hố đào He là 2 nhân tố chính ảnh hưởng đến ứng xử của kết cấu nhà ga Hướng chuyển vị của kết cấu tường vây, cột nhà ga có thể thay đổi phụ thuộc vào giá trị D/He Việc thi công hố đào có thể ảnh hưởng đến sự chuyển vị của đường ray nhà ga, khi tỷ số D/He càng nhỏ thì ảnh hưởng sẽ càng lớn và nó cũng sẽ thay đổi hướng chuyển vị theo tỷ số này Dưới ảnh hưởng của nhà ga metro cũng như lối đi ngầm thông qua nhà ga, vùng đất nền đáy hồ đào sẽ có giá trị tổng biến dạng nhỏ hơn so với trường hợp không có nhà ga lân cận

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 đánh giá kết cấu và an toàn cho đường

sắt của các ga tàu điện ngầm hiện tại bị ảnh hưởng bởi các hố đào lân cận, từ đó đính hướng thiết kế và đưa ra các biện pháp thi công hợp lý

SUMMARY

Rapid development in urban areas often encounter the construction of rise buildings next to or directly above underground utilities, especially tunnels and underground stations Displacement, deformation, stress and internal force appearing on tunnel or diaphragm wall as well as station structure will be very dangerous Therefore, the required conditions for the stability of the tunnel and underground station will be one of the issues that need to be considered when designing and constructing the deep excavation

high-Through the analysis of observed data from the real world combined with the finite element simulation results from Plaxis 2D & 3D, this thesis studies a deep excavation in the very soft organic clay combined with very loose to loose sand in District 1, Ho Chi Minh City and the corresponding behavior of the station structure has been built The project used in this analysis is The Sun Tower (5 basements + 55 floors) which is under construction right next to Ba Son metro station which is in the process of being completed The horizontal displacement values of the diaphragm wall as well as the surrounding ground settlement displacement of this project through the model and observation are analyzed and evaluated compared with the past cases The main factors influencing the behavior of the underground station structure when constructing adjacent deep excavation in the soft clay and loose sand are analyzed and evaluated based on simulation results by Plaxis 2D software In which, the distance between the existing underground station and the adjacent deep excavation pit D and the depth of the excavation pit He are the two main factors affecting the behavior of the station structure The displacement direction of diaphragm wall structure, station column can change depending on the value of D/He The construction of the excavation can affect the displacement of the station rail, the smaller the D/He ratio, the greater the effect will be and it will also change the displacement direction according to this ratio Under the influence of the metro station as well as the underground passage through the station, the ground and the

structure’s displacement will have a smaller value than in the case of no adjacent station

The results obtained from the research of this thesis will provide practical useful references for engineers to evaluate the structural and railway safety of the existing metro stations affected by adjacent excavations, thereby guiding the design and giving reasonable construction measures

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng

dẫn của Thầy PGS.TS Lê Bá Vinh Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung

thực và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

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

TP.HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2022

Học viên

Nguyễn Hoàng Trọng Hiếu

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN iii

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 2

3 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

5 Phạm vi của đề tài 3

6 Bố cục luận văn 3

7 Hạn chế của luận văn 4

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN ĐẤT NỀN VÀ NHÀ GA TÀU ĐIỆN NGẦM 5

1.1.Đặt vấn đề 5

1.2.Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến đường hầm lân cận 5

1.3.Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến nhà ga ngầm lân cận 8

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1.Phân tích ứng suất và biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn 14

2.1.1 Mô hình Hardening soil 14

2.1.2 Các thông số của mô hình 15

2.2.Chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu 16

2.3.Tổng kết chương 26

CHƯƠNG 3.PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN NHÀ

GA NGẦM THÔNG QUA CÁC DỮ LIỆU QUAN TRẮC VÀ MÔ PHỎNG 29

3.1.Giới thiệu về dự án nghiên cứu 29

3.2.Điều kiện địa chất và phương án quan trắc 32

3.2.1 Điều kiện địa chất 32

3.2.2 Phương án quan trắc 40

3.3.Mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu thông qua mô hình 2D 53

3.3.1 Thông số nhập vào mô hình 53

3.3.2 Mặt cắt phân tích 58

3.3.3 Kết quả mô hình 60

3.3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng 65

3.4.Mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu thông qua mô hình 3D 66

3.4.1 Mô hình phân tích 66

3.4.2 Kết quả mô hình 67

3.4.3 Đánh giá kết quả 78

3.5.Đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu đến nhà ga ngầm lân cận 78

3.5.1 Phân tích tương quan chuyển vị ngang tường vây hố đào với chiều sâu đào 78

3.5.2 Phân tích tương quan chuyển vị ngang tường vây nhà ga ngầm với độ sâu đào 79

3.5.1 Phân tích tương quan chuyển vị lún xung quanh hố đào với độ sâu đào 80

3.5.2 Vùng lún nền ảnh hưởng bởi hố đào 81

3.6.Nhận xét chương 82

CHƯƠNG 4.PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU NHÀ GA NGẦM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA VIỆC THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU LÂN CẬN 83

4.1.Đặt vấn đề 83

4.1.1 Mô hình nghiên cứu 83

4.1.2 Các thông số nghiên cứu 83

4.2.Chuyển vị của các bộ phận kết cấu nhà ga ngầm 83

4.2.1 Các thông số đánh giá 83

4.2.2 Phân tích quan hệ giữa chuyển vị kết cấu nhà ga ngầm với tỷ số D/He 844.3.Biến dạng cắt của toàn bộ kết cấu nhà ga ngầm 87

4.4.Độ lệch chuyển vị của đường ray 91

4.5.Nội lực của kết cấu nhà ga ngầm 93

4.6.Hiệu ứng rào cản của nhà ga ngầm hiện hữu 97

4.7.Nhận xét chương 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đường hầm và móng quy trình đào đất bên trên [1] 6

Hình 1.2 Mặt cắt dọc phần mở rộng đường hầm Jubilee và các kết cấu bên trên [2] 6Hình 1.3 Mặt bằng bố trí hố đào và đường hầm TRTS [3] 7

Hình 1.4 Mặt bằng bố trí hố đào và đường hầm MRT [4] 8

Hình 1.5 Ứng xử chuyển vị của hố đào lân cận [5] 9

Hình 1.6 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [5] 10

Hình 1.7 Mặt bằng mốc quan trắc dự án [6] 11

Hình 1.8 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [6] 11

Hình 1.9 Độ lún nền chuẩn hóa xung quanh hố đào [6] 12

Hình 1.10 Mặt bằng mốc quan trắc dự án [7] 13

Hình 1.11 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [7] 13Hình 2.1 Hình dạng mặt dẻo tổng quát của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính 15

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và hệ số an toàn hố đào [9] 17

Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [10] 18

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [11] 19

Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và độ sâu hố đào [11] 20

Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và chuyển vị ngang tường [11] 20

Hình 2.7 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [15] 21

Hình 2.8 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [16] 22

Hình 2.9 So sánh kết quả quan trắc và mô phỏng [16] 22

Hình 2.10 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [17] 23

Hình 2.11 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường theo độ sâu [18] 23

Hình 2.12 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào, vị trí chuyển vị ngang lớn nhất và độ sâu đào [18] 24

Hình 2.13 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường theo độ sâu [19] 25

Hình 2.14 Biểu đồ quan hệ chuyển độ lún nền và khoảng cách đến hố đào [19] 25

Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [17] 26

Hình 3.1 Mặt bằng vị trí công trình (Giai đoạn thi công cọc công trình) 29

Hình 3.2 Hình chụp flycam (Giai đoạn thi công phần ngầm) 30

Hình 3.3 Mặt cắt ngang dự án (The Sun và lối đi qua nhà ga) 30

Hình 3.4 Mặt cắt ngang dự án (The sun, lối đi qua nhà ga và nhà ga 31

Hình 3.11 Thông số sức chống cắt không thoát nước 39

Hình 3.12 Mặt bằng mốc quan trắc Inclinometer của tường vây hố đào sâu 40

Hình 3.13 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tường vây sau khi thi công dự án 41

Hình 3.14 Chuyển vị theo phương ngang của tường vây hố đào giai đoạn S5, S6 41Hình 3.15 Chuyển vị theo phương ngang của tường vây hố đào giai đoạn S7 42

Hình 3.31 Mặt bằng mốc quan trắc Inclinometer tường nhà ga ngầm 50

Hình 3.32 Chuyển vị ngang tường nhà ga ngầm 51

Hình 3.33 Mặt bằng mốc quan trắc lún đỉnh tường nhà ga ngầm 52

Hình 3.34 Chuyển vị lún đỉnh tường nhà ga ngầm 52

Hình 3.35 Tốc độ lún đỉnh tường nhà ga ngầm 52

Hình 3.36 Mô hình sàn với lỗ mở (sàn hầm B1) 56

Hình 3.37 Chuyển vị theo phương X sàn với lỗ mở (sàn hầm B1) 56

Hình 3.38 Chuyển vị theo phương Y sàn với lỗ mở (sàn hầm B1) 56

Hình 3.39 Các mặt cắt tính toán 58

Hình 3.40 Mặt cắt 1-1 trong PLAXIS 2D V22 59

Hình 3.41 Mặt cắt 2-2 trong PLAXIS 2D V22 59

Hình 3.42 Mặt cắt 3-3 trong PLAXIS 2D V22 59

Hình 3.43 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây phía Bắc 60

Hình 3.44 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây phía Nam 61

Hình 3.45 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây phía Đông 62

Hình 3.46 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây phía Tây 63

Hình 3.47 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây nhà ga Ba Son 64

Hình 3.48 Mô hình tổng trong PLAXIS 3D V20 66

Hình 3.49 Mô hình tổng trong PLAXIS 3D – Lưới Mesh nền đất 66

Hình 3.50 Mô hình tổng trong PLAXIS 3D – Lưới Mesh kết cấu 67

Hình 3.51 Chuyển vị ngang của tường vây phía Bắc giai đoạn S5 67

Hình 3.52 Chuyển vị ngang của tường vây phía Bắc giai đoạn S6 68

Hình 3.53 Chuyển vị ngang của tường vây phía Bắc giai đoạn S7 68

Hình 3.54 Chuyển vị ngang của tường vây phía Nam giai đoạn S5 69

Hình 3.55 Chuyển vị ngang của tường vây phía Nam giai đoạn S6 69

Hình 3.56 Chuyển vị ngang của tường vây phía Nam giai đoạn S7 70

Hình 3.57 Chuyển vị ngang của tường vây phía Đông giai đoạn S5 70

Hình 3.58 Chuyển vị ngang của tường vây phía Đông giai đoạn S6 71

Hình 3.59 Chuyển vị ngang của tường vây phía Đông giai đoạn S7 71

Hình 3.60 Chuyển vị ngang của tường vây phía Tây giai đoạn S5 72

Hình 3.61 Chuyển vị ngang của tường vây phía Tây giai đoạn S6 72

Hình 3.62 Chuyển vị ngang của tường vây phía Tây giai đoạn S7 73

Hình 3.63 Chuyển vị ngang của tường vây nhà ga lân cận hố đào giai đoạn S5 75

Hình 3.64 Chuyển vị ngang của tường vây nhà ga lân cận hố đào giai đoạn S6 75

Hình 3.65 Chuyển vị ngang của tường vây nhà ga lân cận hố đào giai đoạn S7 76

Hình 3.66 Kết quả chuyển vị nhà ga ngầm Ba Son giai đoạn S7 77

Hình 3.67 Kết quả chuyển vị tuyến metro giai đoạn S7 77

Hình 3.68 Tương quan chuyển vị ngang tường vây dự án The Sun Tower và chiều sâu hố đào 79

Hình 3.69 Tương quan chuyển vị ngang tường vây nhà ga ngầm và chiều sâu hố đào 80

Hình 3.70 Tương quan chuyển vị lún nền và chiều sâu hố đào 81

Hình 3.71 Vùng ảnh hưởng độ lún nền do hố đào dự án 81

Hình 4.1 Các thông số đánh giá chuyển vị của kết cấu nhà ga ngầm 84

Hình 4.2 Quan hệ giữa tỷ số D/He với chỉ số ωr 85

Hình 4.3 Quan hệ giữa tỷ số D/He với chỉ số α 86

Hình 4.4 Độ gia tăng chuyển vị đứng của sàn nhà ga trước và sau khi đào đến đáy hố đào 87

Hình 4.5 Độ gia tăng moment uốn của sàn nhà ga trước và sau khi đào đến đáy hố đào 88

Hình 4.6 Độ gia tăng chuyển vị ngang của cột nhà ga trước và sau khi đào đến đáy hố đào 88

Hình 4.7 Độ gia tăng moment uốn của cột nhà ga trước và sau khi đào đến đáy hố đào 89

Hình 4.8 Quan hệ giữa tỷ số D/He với giá trị β = α - ωr 89

Hình 4.9 Vector hướng chuyển vị của nền đất và kết cấu nhà ga 90

Hình 4.10 Định nghĩa chuyển vị của sàn và đường ray nhà ga 91

Hình 4.11 Quan hệ giữa tỷ số D/He với giá trị ωE và ωW 92

Hình 4.12 Moment kết cấu nhà ga: a) Trước khi đào b) Sau khi đào 93

Hình 4.13 Quan hệ giữa tỷ số D/He và moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt A 94

Hình 4.14 Quan hệ giữa tỷ số D/He và moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt B 94

Hình 4.15 Quan hệ giữa moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt A và giá trị α 95

Hình 4.16 Quan hệ giữa moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt B và giá trị α 96

Hình 4.17 Quan hệ giữa moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt C và giá trị α 97

Hình 4.18 Quan hệ giữa moment kết cấu nhà ga tại mặt cắt D và giá trị α 97

Hình 4.19 Chuyển vị ngang của tường vây hố đào 98

Hình 4.20 Biến dạng của hố đào lân cận và nền đất xung quanh 99

Hình 4.21 Phân vùng lún khu vực nhà ga metro 99

Hình 4.22 Quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây hố đào và độ sâu đào 100

Hình 4.23 Quan hệ giữa chuyển vị lún lớn nhất của nền đất và độ sâu đào 101

Hình 4.24 Vùng chuyển vị xung quanh hố đào dự án The Sun Tower (1) 102

Hình 4.25 Vùng chuyển vị xung quanh hố đào dự án The Sun Tower (2) 102

Hình 4.26 Vùng chuyển vị xung quanh hố đào dự án The Sun Tower (3) 103

Hình 4.27 Vùng chuyển vị xung quanh hố đào dự án The Sun Tower (4) 103

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thông số chính của mô hình HSM 15

Bảng 2.2 Tổng hợp các giá trị giới hạn chuyển vị ngang tường vây 26

Bảng 3.6 Tổng hợp thông số các cấu kiện kết cấu còn lại 57

Bảng 3.7 Tổng hợp các giá trị chuyển vị lớn nhất của tường vây theo kết quả mô phỏng 2D và quan trắc 64

Bảng 3.8 Tổng hợp các giá trị chuyển vị lớn nhất của tường nhà ga theo kết quả mô phỏng 2D và quan trắc 65

Bảng 3.9 Tổng hợp các quy định về chuyển vị 65

Bảng 3.10 Giới hạn chuyển vị ngang tường vây hố đào theo từng bước thi công 65

Bảng 3.11 Tổng hợp chuyển vị tường vây hố đào theo 2 phương án mô hình 2D, 3D 73

Bảng 3.12 Tổng hợp chuyển vị tường vây hố đào theo quan trắc thực tế và mô phỏng 2D, 3D 74

Bảng 3.13 Tổng hợp chuyển vị tường vây nhà ga ngầm theo 2 phương án mô hình 2D, 3D và quan trắc thực tế 76

Bảng 4.1 Tổng hợp các giá trị D và He phân tích 84

PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế kéo theo sự tập trung ngày càng đông hơn của lực lượng lao động, cơ sở hạ tầng đặc biệt là giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh đang chịu nhiều áp lực không nhỏ Với định hướng phát triển các phương tiện ngầm để giảm thiểu tắc nghẽn giao thông trong những năm sắp tới, việc xây dựng các tòa nhà nằm ngay bên trên hoặc rất gần với các hệ thống đường hầm và các tiện ích ngầm sẽ trở nên phổ biến Đồng thời, sự phát triển nhanh chóng của xây dựng đô thị dẫn đến ngày càng nhiều chung cư, cao ốc văn phòng mọc lên san sát đòi hỏi phải thi công tiếp giáp với các đường hầm và nhà ga ngầm hiện hữu Quy trình thi công hố đào sâu của các dự án sẽ tạo một tác động đáng kể đối với chuyển vị và ứng suất của đường hầm hay nhà ga tàu điện ngầm Cụ thể, ảnh hưởng của chuyển vị đất nền do các hố đào sâu có thể gây ra hai nguy cơ tiềm ẩn đối với các ga tàu điện ngầm như sau: (1) các vết nứt kết cấu có thể dẫn đến rò rỉ và thậm chí hư hỏng các kết cấu tàu điện ngầm; (2) dịch chuyển đường sắt có thể dẫn đến trật bánh dẫn đến tai nạn đáng tiếc Do đó, sự chuyển vị của các ga tàu điện ngầm cần được kiểm soát trong mức có thể chấp nhận được trong quá trình thi công hố đào sâu gần đó

Mặc dù tình trạng này sẽ ngày càng phổ biến trong tương lai, nhưng không nhiều các nghiên cứu trong nước tiến hành để khảo sát các ảnh hưởng đối với đường hầm và nhà ga ngầm Ngoài ra, tại Việt Nam cũng chưa có những quy định rõ ràng trong tiêu chuẩn hay các quy phạm để đánh giá các ảnh hưởng này Trong các phương pháp hiện tại, các kỹ sư thiết kế thường sẽ lựa chọn các phương án gia cố nền (như cọc xi măng đất, phun vữa áp lực cao), tường vây hay tường cọc để giảm thiểu ảnh hưởng của hố đào với đường hầm và nhà ga ngầm do tải trọng thi công, phương án đào đất…Hiệu quả của các phương án này vẫn chưa rõ ràng do kiến thức và kinh nghiệm thi công hố đào cạnh đường hầm và nhà ga ngầm còn hạn chế Vấn đề đặt ra là việc thi công hố đào sâu cần thiết hiểu rõ cơ chế của đường ngầm và nhà ga ngầm cũng như các tương tác với nền đất xung quanh để phát triển 1 phương pháp dự đoán ứng xử của chúng khi thi công 1 dự án lân cận

Trọng tâm của luận văn này hướng đến việc phân tích cơ chế ứng xử của đường hầm và nhà ga metro cũng như tương tác đất – đường hầm khi thi công hố đào sâu lân cận trong nền sét mềm và cát rời, mà được chắn giữ bằng tường vây kết hợp hệ giằng bằng thép hình Ứng xử cơ bản của của nền đất với đường hầm hay nhà ga metro trong quá trình thi công hố đào sẽ được nghiên cứu kiểm chứng dựa trên số liệu quan trắc một dự án thực tế - The Sun Tower, khu phức hợp bất động sản Grand Marina Saigon, quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh được thi công ngay bên cạnh nhà ga ngầm Ba Son Các mô hình phần tử hữu hạn (2D và 3D) sẽ được sử dụng để khảo sát tổng quát phản ứng của đường hầm và nhà ga metro khi thi công hố đào sâu lân cận cũng như ứng xử giữa chúng với nền đất xung quanh

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn

Các mục tiêu nghiên cứu của luận văn như sau:

1 Nghiên cứu ứng xử của kết cấu nhà ga ngầm metro trong quá trình thi công hố đào sâu lân cận

2 Nghiên cứu đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến nội lực và chuyển vị nhà ga tàu điện ngầm

Các mục trên sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn 2D và 3D kết hợp với các kết quả quan trắc hiện trường

3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Các kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ giải quyết các vấn đề tồn đọng hiện tại như kiến thức về tương tác đất – đường hầm và đưa ra dự đoán về ứng xử của đường hầm và nhà ga ngầm, đồng thời, dự báo các sự cố có thể xảy ra Từ đó, cung cấp tài liệu tham khảo thực tế hữu ích cho các kỹ sư để xác định các tiêu chí bảo vệ hợp lý của các ga tàu điện ngầm và áp dụng các biện pháp đối phó thích hợp khi gặp các điều kiện xây dựng tương tự

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến tường vây hố đào sâu, nhà ga tàu điện ngầm và ảnh hưởng của hố đào sâu đến nhà ga

Thu thập các dữ liệu thực tế về tường vây hố đào sâu và nhà ga tàu điện ngầm bao gồm biện pháp thi công, dữ liệu quan trắc, cụ thể từ dự án The Sun Tower và nhà ga ngầm Ba Son lân cận tại Quận 1, TP Hồ Chí Minh

Từ số liệu quan trắc, tiến hành phân tích ngược để đưa giá trị mô phỏng phần tử hữu hạn trong mô hình Plaxis 2D, 3D về gần với thực tế và kết luận về việc lựa chọn các thông số đầu vào như đất nền, kết cấu Sau đó, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số ảnh hưởng chính (khoảng cách và độ sâu hố đào) đối với tính ổn định (chuyển vị, biến dạng và nội lực) của nhà ga tàu điện ngầm bên cạnh bằng phương pháp phần tử hữu hạn qua phần mềm Plaxis 2D

Trong chương 3, tình huống về dự án The Sun Tower thi công bên cạnh nhà ga ngầm Ba Son được giới thiệu, trong đó, mô hình phân tích bằng 2D và 3D cũng như các giá trị quan trắc thực tế được sử dụng Cơ chế phân tích cơ bản về ứng xử của nhà ga ngầm với hố đào lân cận và những nhân tố ảnh hưởng được trình bày Đặc trưng của mô hình các lớp đất, các phần tử kết cấu và phương án thi công hố đào sẽ được trình bày Trọng tâm của chương hướng về phản ứng của kết cấu nhà ga và so sánh kết quả mô hình với các giá trị quan trắc

Các giá trị quan trắc và phân tích cơ bản ở chương 4 chưa thể cung cấp một hướng nhìn tổng quát để hiểu rõ tương tác của hố đào đến các kết cấu của nhà ga

Chương 4 sẽ giải quyết vấn đề này bằng cách trình bày một loạt các mô hình 2D của dự án Trong đó, 2 nhân tố ảnh hưởng chính là khoảng cách từ hố đào đến nhà ga D và độ sâu hố đào He được xem xét đánh giá kĩ càng

Cuối cùng, các kết luận chính và các hạn chế của luận văn được trình bày phần cuối của luận văn, và những hướng nghiên cứu tiếp theo cũng sẽ được nêu ra

7 Hạn chế của luận văn

Ảnh hưởng của hố đào đến kết cấu nhà ga lân cận có thể bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố khác nhau như khoảng cách từ hố đào đến kết cấu nhà ga, độ sâu hố đào cuối cùng hay từng bước đào, quy mô của hố đào, loại tường chắn, điều kiện tải trọng xung quanh hố đào, đặc điểm kết cấu nhà ga, địa chất khu vực khảo sát Trong phạm vi của luận văn này chỉ đề cập đến 2 yếu tố đó là độ sâu hố đào He và khoảng cách từ hố đào đến kết cấu nhà ga D Vì vậy sẽ có nhiều hạn chế khi áp dụng kết quả của nghiên cứu như:

- Thứ nhất là đặc trưng của các thông số Ví dụ như đặc điểm địa chất đang khảo sát là tại quận 1, TP Hồ Chí Minh, kết cấu nhà ga đặc thù cho ga Ba Son, hố đào đặc thù của dự án The Sun Tower (5 hầm, kích thước trên mặt bằng là 52m x 114m), 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 điều chỉnh phù hợp trước khi áp dụng cho dự án cụ thể

- Thứ hai là vị trí hố đào Trong nghiên cứu này, vị trí hố đào nằm ngay bên cạnh nhà ga ngầm và chỉ xét ứng xử của kết cấu nhà ga qua một mặt cắt ngang 2D Tuy nhiên, sẽ có rất nhiều trường hợp khác có thể có như: hố đào nằm ngay bên trên nhà ga, hố đào nằm bên cạnh hay bên trên đường hầm… Do đó, ứng xử có thể khác và có thể sử dụng mô phỏng 3D để giải quyết

Do đó, hướng nghiên cứu tiếp theo của học viên là về mô phỏng nhiều trường hợp trong mô hình 3D để phân tích rõ ứng xử của kết cấu nhà ga

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN ĐẤT NỀN VÀ NHÀ GA TÀU ĐIỆN

NGẦM

1.1 Đặt vấn đề

Biện pháp thi công hố đào sâu gồm các hạng mục chủ yếu như: Lựa chọn hệ giằng, phân tích ứng suất do áp lực đất tác dụng lên hệ giằng, ảnh hưởng đến các tiện ích và công trình lân cận, bảo vệ môi trường khu vực xung quanh…Trong các công việc trên, ảnh hưởng của hố đào phần ngầm của các dự án cao tầng đối với nền đường và cả các công trình xung quanh luôn được quan tâm hàng đầu Mặc dù, hiện nay đã có các giải pháp thi công hiện đại như sử dụng tường vây kết hợp với biện pháp thi công semi-topdown hay topdown, phương án này đã tối ưu chuyển vị nền xung quanh hố đào rất nhiều so với biện pháp đào mở thông thường, nhưng vẫn rất khó để kiểm soát giới hạn chuyển vị của nền đất cũng như kết cấu các tiện ích ngầm lân cận Vì vậy, việc tìm ra cơ chế ứng xử giữa nền đất và kết cấu ngầm trong quá trình thi công hố đào là rất quan trọng, đặc biệt đối với những hố đào lân cận công trình công cộng như tuyến đường hầm hay nhà ga tàu điện ngầm

1.2 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến đường hầm lân cận

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:

Lo và Ramsay [1] đã tổng hợp và báo cáo kết quả quan trắc về việc thi công một dự án nằm trên đường hầm Toronto, đồng thời so sánh với giá trị thiết kế trước đó để đưa ra các yêu cầu kỹ thuật về kết cấu và vận hành của đường hầm; tính toán các thông số đất hợp lý; dự đoán ứng suất và chuyển vị theo phương dọc và phương ngang đường hầm và các tiêu chí kiểm soát trong quá trình thi công, quan trắc

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đường hầm và móng quy trình đào đất bên trên [1]

Mair [2] đã tổng hợp những phát triển trong việc thi công về hố đào sâu và đường hầm tại London từ 150 năm trước đến nay, nổi bật là việc thi công thành công dự án mở rộng đường hầm Jubilee Các quan trắc chuyển vị bề mặt khi thi công đường hầm bằng máy đào áp lực kín với vỏ hầm là bê tông phun được trình bày và ảnh hưởng của nó với các tòa nhà lân cận được thảo luận Qua đó, biện pháp phun vữa vào nền đất để bảo vệ các tòa nhà lân cận khi thi công đường hầm được giới thiệu

Hình 1.2 Mặt cắt dọc phần mở rộng đường hầm Jubilee và các kết cấu bên trên [2]

Chang và cộng sự [3], đã báo cáo rằng một đoạn của Tuyến Panchiao, là một phần trong các đường hầm của Hệ thống đường sắt đô thị Đài Bắc, đã bị hư hại do việc thi công hố đào sâu lân cận của dự án cao ốc với 5 tầng hầm

Hình 1.3 Mặt bằng bố trí hố đào và đường hầm TRTS [3]

Sharma và cộng sự [4] đã báo cáo các kết quả quan trắc chuyển vị của đường hầm trong quá trình thi công 1 hố đào bên cạnh có kích thước lớn xấp xỉ 140m chiều rộng, 200m chiều dài và 15m chiều sâu Kết quả cho thấy rằng vỏ hầm chịu ảnh hưởng rõ rệt khi thi công hố đào Một vỏ hầm dày hơn sẽ giảm thiểu chuyển vị và biến dạng nhưng sẽ có moment lớn hơn rất nhiều

Ngoài ra, hiệu ứng rào cản của ga tàu điện ngầm hiện tại đối với sự biến dạng của các hố đào lân cận cũng được nghiên cứu Trên cơ sở kết quả phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn, một số phát hiện chính đã thu được:

(1) độ sâu đào - He, và khoảng cách từ ga tàu điện ngầm hiện tại - D, là những yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng xử của hệ kết cấu nhà ga tàu điện ngầm hiện hữu đối với việc thi công dự án có hố đào sâu lân cận ;

(2) Các tác động xoay và cắt của kết cấu ga tàu điện ngầm hiện hữu do quá trình đào lân cận gây ra thay đổi với D = He và có thể bị đảo ngược theo hướng;

(3) Mô men uốn trong các mặt cắt tới hạn thay đổi với D = He và mô men uốn bổ sung trong các mặt cắt có mối quan hệ tuyến tính với các chuyển động quay của cột cứng;

(4) Do hiệu ứng rào cản của ga tàu điện ngầm, độ lệch của tường vây hố đào và độ lún bề mặt đất do quá trình đào lân cận ở bên cạnh ga tàu điện ngầm gây ra đều nhỏ hơn so với những chỗ không có ga tàu điện ngầm gần đó

Hình 1.5 Ứng xử chuyển vị của hố đào lân cận [5]

Hình 1.6 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [5]

Liu và cộng sự [6] đã tiến hành mô phỏng một hố đào lớn có kích thước: dài 267 m, rộng 54m và sâu 14,9–16,4 m với ba đoạn tường ngang trên nền sét mềm Thượng Hải đã thi công một bên của một ga tàu điện ngầm hiện hữu Để điều tra hiệu suất của quá trình đào sâu này và ảnh hưởng của việc đào sâu này đối với ga tàu điện ngầm liền kề và các đường hầm liên kết với nhà ga, biến dạng mặt đất và các phản ứng của kết cấu đã được theo dõi rộng xuyên suốt

Dựa trên các số liệu quan trắc, độ lệch và chuyển vị thẳng đứng của tường vây, độ lún bề mặt, chuyển vị dọc và ngang của đường lên và đường xuống trong nhà ga và các đường hầm gần đó đã được phân tích chi tiết Bằng cách sử dụng tường ngang, phun vữa áp lực cao và thanh giằng chống bê tông kích thước lớn, độ võng và biến dạng mặt đất tối đa đo được của tường vây nhỏ hơn nhiều so với các công trình không sử dụng tường ngang trên sét mềm Thượng Hải

Các chuyển động lớn nhất của tường vây do đào và độ lún nền đất phía ngoài hố đào lần lượt là 0,11% He (độ sâu đào cuối cùng) và 0,12% He Do sự hao tổn ứng suất gây ra bởi công tác đào đất, ga tàu điện ngầm đã bị biến dạng lún với giá trị lớn

nhất là 9,6 mm Tương tự, đường hầm liên kết nhà ga cũng đã dịch chuyển thêm 5,5 mm về phía hố đào và bị kéo dài theo chiều ngang lên đến 4,9 mm

Hình 1.7 Mặt bằng mốc quan trắc dự án [6]

Hình 1.8 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [6]

Hình 1.9 Độ lún nền chuẩn hóa xung quanh hố đào [6]

Tan và cộng sự [7] đã tiến hành nghiên cứu này kiểm tra hiệu suất của quá trình đào sâu kích thước lớn bằng phương pháp đào ốc đảo trong nền trầm tích sét cứng và các phản ứng tương ứng của ga tàu điện ngầm lân cận và các đường hầm đôi đang hoạt động thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn và các kết quả quan trắc thực tế từ hiện trường

Kết quả thu được cho thấy sự biến dạng và dịch chuyển của tuyến tàu điện ngầm hiện tại đều nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được và không có hư hỏng rõ ràng nào được quan sát

Hình 1.10 Mặt bằng mốc quan trắc dự án [7]

Hình 1.11 Quan hệ giữa chuyển vị ngang và độ sâu đào cuối cùng của hố đào [7]

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phân tích ứng suất và biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được bằng phương pháp giải tích

Với phương pháp này, trong lĩnh vực địa kỹ thuật, phần mềm Plaxis được sử dụng rộng rãi do độ chính xác của nó khi mô tả ứng xử thực tế của đất nền trong quá trình thi công Mô hình Hardening Soil (HSM) được sử dụng trong nghiên cứu này vì những ưu điểm vượt trội của nó

2.1.1 Mô hình Hardening soil

Mô hình Hardening soil (còn gọi là mô hình tăng bền) là mô hình đàn dẻo dựa trên lý thuyết dẻo cổ điển, lần đầu tiên được đề xuất bởi Schanz, Vermeer và Bonnie (1999) Khác với mô hình Mohr-Coulomb, sau giai đoạn đàn hồi tuyệt đối thì vật liệu không dẻo tuyệt đối mà ứng suất không phục hồi, xảy ra hiện tượng chảy dẻo và giãn nở khi bị trượt (phi tuyến thay vì tuyến tính) Độ cứng của vật liệu khi đó sẽ phụ thuộc vào điều kiện ứng suất

Mô hình Hardening soil là mô hình đa mặt dẻo, gồm 2 mặt dẻo trượt (shear yield surface) gây ra bởi ứng suất cắt, sử dụng quy luật chảy dẻo không tích hợp (non-associated flow rule) và mặt dẻo hình chóp mũ (cap yield surface) gây ra bởi ứng suất có hiệu trung bình, sử dụng quy luật chảy dẻo tích hợp (associated flow rule) Sự tăng bền phụ thuộc vào cả biến dạng dẻo và biến dạng thể tích Khác với mô hình đàn dẻo lý tưởng (Mohr-Coulomb), mặt chảy dẻo của mô hình Hardening soil không cố định trong không gian ứng suất chính mà nó dãn ra do biến dạng dẻo Trong mô hình này, có 2 loại tăng bền là tăng bên trượt (shear hardening) và tăng bền nén (compression hardening)

− Tăng bền trượt mô tả biến dạng không hồi phục do ứng suất lệch gây ra, đặc trưng bởi module biến dạng trong thí nghiệm 3 trục (E50ref) và thể hiện tương ứng bằng mặt dẻo trượt

− Tăng bền nén mô tả biến dạng không hồi phục do ứng suất nén đẳng hướng, đặc trưng bởi module biến dạng trong thí nghiệm nén Oedometer (Eoedref) và được hiển hiện bằng mặt dẻo hình chóp mũ

Hình 2.1 Hình dạng mặt dẻo tổng quát của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính

2.1.2 Các thông số của mô hình

Một số tham số của mô hình HSM trùng với tham số của mô hình Coulomb bao gồm c, φ và ψ Các thông số chính của mô hình này được trình bày chi

Mohr-tiết trong bảng 2.1 như sau:

Bảng 2.1 Các thông số chính của mô hình HSM

Hạng mục Thông

Sức chống cắt của đất nền

hiệu

[o] σt Giới hạn và độ bền kéo [kN/m2]

lấy bằng E50ref khi không có dữ liệu thí nghiệm

dụng giá trị mặc định)

υur Hệ số Poisson dỡ tải – gia tải (mặc định υur = 0.2) [-] pref Áp lực tham chiếu cho độ cứng (mặc

định pref = 100 kN/m2) [kN/m2] K0ref Giá trị K0 cho cố kết thường (mặc

định K0ref = 1 – sinφ) [-] σtension Độ bền kéo (Mặc định σtension = 0) [kN/m2]

cinc Số gia lực dính (Mặc định cinc = 0) [kN/m2] Các thông số khác

Cs Hệ số nở hay hệ số nén lại [-]

2.2 Chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu

Năm 1969 là thời điểm mà các nghiên cứu về hố đào sâu có những bước phát triển vượt trội, đặc biệt là sau khi nghiên cứu của Peck (1969) [8] được công bố Ông Peck đã biểu thị mối quan hệ giữa biến dạng ngang lớn nhất và chiều sâu hố đào là δhm / He = 1.0 % dựa trên số liệu quan trắc hố đào sử dụng tường cọc chống và tường cọc bản tại các dự án ở St Louis và Chicago Công trình của Peck là một cơ sở nền tảng cho nghiên cứu ngày nay và được sử dụng rộng rãi trong thực tế

Mana và Clough (1981) [9] đã nghiên cứu về biến dạng ngang tường vây của hố đào sâu trong đất sét bằng cách chia độ sâu đào để thu được biến dạng ngang tối đa Kết quả được thể hiện bằng cách vẽ biểu đồ quan hệ giữa biến dạng này với hệ số an toàn hố đào Các kết luận của nghiên cứu được tóm tắt như sau:

− Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn và đo đạc tại hiện trường, họ đã chứng minh tương quan chặt chẽ giữa biến dạng ngang tường vây và hệ số an toàn hố đào

− Chuyển vị ngang của tường tăng nhanh khi hệ số an toàn giảm xuống dưới 1.5 Trong trường hợp này, giá trị δhmax đạt hơn 2.0% H

− Khi hệ số an toàn vượt quá 1.5, giá trị δhmax gần như không đổi ở mức 0.5%H

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và hệ số an toàn hố đào [9]

Clough và O’Rourke (1990) [10] đã nghiên cứu biến dạng ngang của tường trong hố đào sâu được chống đỡ bằng hệ neo trong đất Họ đã tiến hành bằng cách sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn dựa trên giả thiết ứng xử đàn hồi của đất Sau đó, họ vẽ biểu đồ các chuyển vị ngang của tường chống đỡ bằng hệ neo trong đất ở hình 2.4 Kết quả thu được, chuyển vị ngang của tường (δhm/He) có thể bị giới hạn trong khoảng 0.2% đến 0.5% He

Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [10]

Carder (1995) [12] đã khảo sát nhiều trường hợp đáng tin cậy về tường chắn cọc khoan nhồi và tường chắn bê tông cốt thép trong những hố đào sâu Qua kết quả khảo sát, Carder đã rút ra được một số giới hạn về chuyển vị ngang của tường Trong đất sét rất cứng, giới hạn biến dạng ngang của tường (δhm/He) được giới hạn trong phạm vi từ 0.125 đến 0.4% Các giá trị này thay đổi theo từng loại tường chắn hố đào sâu

Fernie và Suckling (1996) [13] đã khảo sát các hố đào sâu trên đất sét cứng tại nước Anh Trong nghiên cứu đó, họ đã xác định giới hạn của biến dạng tường lớn nhất δhm/H nằm trong khoảng từ 0.15% đến 0.2%

Ou và công sự (1993) [14] đã đánh giá giới hạn chuyển vị ngang của tường bằng cách khảo sát 10 dự án đã thi công trên nền đất sét mềm tại Đài Bắc Theo kết quả của nghiên cứu đó, giá trị δhmax nằm trong khoảng 0,2% He - 0,5% He (nhưng có thể chọn dòng 0,3% He làm kết quả gần nhất)

Pakbaz và cộng sự (2013) [11] đã nghiên cứu biến dạng ngang và ảnh hưởng của chúng đến độ lún bề mặt nền của tường vây Tác giả đã so sánh giải pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) với dữ liệu thực và kết luận rằng:

− Giá trị chuyển vị ngang tối đa của tường (δhm) nằm trong khoảng 0.5% đến 0.7% He

− Giá trị độ lún bề mặt lớn nhất (δvm) nằm trong khoảng 0,25% đến 0,35% He

− Các giá trị dự báo về chuyển vị ngang của tường và độ lún bề mặt đất thu được từ phân tích phần tử hữu hạn cao hơn so với giá trị thu được từ dữ liệu thực Và một trong những lý do chính được kết luận là do không đủ dữ liệu trong phòng thí nghiệm

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [11]

Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và độ sâu hố đào [11]

Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và chuyển vị ngang tường [11]

Long (2001) [15] đã thống kê 300 trường hợp nghiên cứu về biến dạng ngang của tường vây liên quan đến hố đào sâu Tác giả đã đưa ra dự đoán về biến dạng

ngang của cấu kiện chống đỡ (shoring, neo) của một dự án đào sâu với những dữ liệu này kết hợp với dữ kiện về hệ số an toàn hố đào

− Đối với các giá trị hệ số an toàn cao, các giá trị biến dạng tường lớn nhất đo được δhm nằm trong khoảng từ 0.05% đến 0.25% He

− Đối với các giá trị hệ số an toàn thấp, các chuyển vị lớn δhmax có thể lên đến 3.2% He

Hình 2.7 Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường và độ sâu hố đào [15]

Kung và cộng sự (2007) [16] đã nghiên cứu về biến dạng ngang tối đa của tường tại một hố đào sâu trong đất sét mềm đến trung bình có giằng chống trên một mô hình đơn giản mà họ tạo ra Mô hình này đã được kiểm chứng bằng cách sử dụng các số liệu về các nghiên cứu khác trong quá khứ Theo kết quả quan trắc từ hiện trường thu được:

− Hầu hết các điểm dữ liệu nằm trong vùng giữa δhm = 0,2% He – δhm = 0,6% He, và chủ yếu ở gần vị trí δhm = 0,3% He

− Kết quả từ mô hình phần tử hữu hạn gần đúng với kết quả quan trắc thực tế