Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm dùng công nghệ cân bằng áp lực đất đến biến dạng đất nền - Áp dụng cho khu vực Tp. HCM

Tổng quan nghiên cứu lý thuyết tính toán ảnh hưởng của thi công ham bang phương phápkhiên dao đến biến dạng nên đất.. Sơ bộ các phương pháp dựđoán quá trình biến dạng của đất nên trong đ

ANH HUONG CUA QUA TRINH XAY DUNG DUONG HAMDUNG CONG NGHE CAN BANG AP LUC DAT DEN BIEN

DANG DAT NEN - AP DUNG CHO KHU VUC TP HCM.

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cong trình giao thôngMã ngành: 6058 02 05

LUAN VAN THAC SI

Thanh phố Hồ Chi Minh, tháng 01 năm 2019

ANH HUONG CUA QUA TRINH XAY DUNG DUONG HAMDUNG CONG NGHE CAN BANG AP LUC DAT DEN BIEN

DANG DAT NEN - AP DUNG CHO KHU VUC TP HCM.

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dung Cong trình giao thôngMã ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ BÁ KHÁNH

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỎ CHÍ MINH

2K OK ok

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS LE BA KHANH

Cán bộ cham nhận xét 1: GS TSKH NGUYÊN VĂN THO

Cán bộ cham nhận xét 2: TS HUYNH NGOC THI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 12 tháng 01 năm 2019.

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

Chủ tịch hội đồng: TS NGUYÊN MẠNH TUẦNThu ký hội đồng: TS LE VĂN PHÚC

CB Phản biện 1: GS.TSKH NGUYÊN VĂN THƠCB Phản biện 2: TS HUYNH NGỌC THỊ

Uy viên hội đồng: TS LE ANH THANGXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI THÀNH PHUGOC - 5¿ MSHV: 1670111 Ngày, tháng, năm sinh: 18/08/1993 wees Noi sinh: BINH DINHChuyên ngành: Kỹ thuật xây dung Công trình giao thong Mã số : 60 58 02 05L TÊN DE TÀI:

Ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm dùng công nghệ cân băng áp lực đất đếnbiến dang đất nén- áp dụng cho khu vực Tp HCM

Il NHIEM VỤ VÀ NOI DUNG:1 Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hưởng của thi công ham bang phương pháp khién dao(tập trung cho pp phan tử hữu hạn)

2 Tổng quan nghiên cứu lý thuyết tính toán ảnh hưởng của thi công ham bang phương phápkhiên dao đến biến dạng nên đất

3 Phân tích ảnh hưởng của thi công hầm băng phương pháp khién đào đến biến dạng nênđất

Ill NGÀY GIAO NHIEM VU : 13/08/2018IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 02/12/2019V CAN BO HUONG DAN: TS LE BA KHANH

Tp HCM, ngày 12 tháng 02 năm 2019.

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS LÊ BÁ KHÁNH TS NGUYÊN MẠNH TUẦN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

TS LE TUẦN ANH

Đề hoàn thành bài Luận văn nảy, tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy TS Lê BáKhánh đã giúp đỡ tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết dé tôihoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Xây dựng công trình giao thông.Tôi xin chân thành cảm ơn các Thay Cô giáo trong Bộ môn Cau đường vaKhoa Sau Đại học của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, các bantrong lớp cao học Xây dựng công trình giao thông K2016, các đồng nghiệp đã giúptôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện luận văn

Xin gửi lời cám ơn đến công ty Pontech JSC nơi tôi làm việc, đã tạo điều kiệncho tôi theo học chương trình thạc sĩ và hoàn thành luận án này.

Xin cảm ơn mọi người trong gia đình tôi đã luôn hỗ trợ và đồng hành trongmoi bước di của tôi.

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên học viên cũng khó tránh khỏinhững hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong được sự giúp đỡ và đóng góp của quýThay cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp dé các vấn dé phân tích cũng như báo cáo détài được hoàn thiện hơn.

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Học viên

Bùi Thành Phước

TÓM TẮT LUẬN VĂN

DE TÀI: “ANH HUONG CUA QUA TRÌNH XÂY DỰNG DUONG HAMDUNG CONG NGHỆ CAN BANG AP LUC DAT DEN BIEN DANG ĐẤT NEN-AP DUNG CHO KHU VUC TP HCM.”

MO DAUXác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứuluận văn, nên được ý nghĩa khoa học và tính thực tiên của luận văn.

CHƯƠNG 1:TONG QUAN VE CONG NGHE KHIEN ĐÀO TRONGNEN DAT YEU

Giới thiệu về khiên dao trong đất yếu Những phá hoại chính xảy ra trên cácdự án thực tế

CHƯƠNG 2: BIEN DANG NEN DAT KHI DAO HAM BẰNG KHIỂNDAO

Giới thiệu lý thuyết tính toán ham dao TBM Sơ bộ các phương pháp dựđoán quá trình biến dạng của đất nên trong điều kiện không có công trình lân cận.Giới thiệu các phương pháp FEM mô phỏng quá trình thi công đường hầm bằngkhiên dao cân bang áp lực đất Lý thuyết 6n định gương đảo

CHƯƠNG 3:PHÂN TÍCH ANH HUONG QUA TRINH THI CONG

DUONG HAM DEN BIEN DANG DAT NEN VA CONG TRINH LAN CAN

Phân tích ảnh hưởng của qua trình đào ham theo công nghệ TBM-EPB bangphần mềm PLAXIS 2D và 3D đoạn đi ngầm của tuyến Đường sắt đô thị số 1 BếnThành — Suối Tiên (TP HCM) (đoạn ga Ba Son — Nha hát thành phô)

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Cácsố liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả của luận ánchưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa hoc nào Tác giả hoàn toanchịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

Tp Hỗ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Học viên

Bùi Thành Phước

MUC LUCLOI CAM ON G112 1 1 1112111111 112111111101211101 1101 001011111 01111111111 re iTOM TAT LUẬN VAN ueeccecccscssscscecscscscececececececscsesevsvavevavevscaracacacacacacacececececeseasasass ii0900.) 6297902575 iiiMUC LUC 2 ivDANH MỤC CAC BANG - 5c CS n1 11 121212111101 01111111111 1111 tre viiDANH MỤC CÁC HÌNH 5-52 S3 1 E1 1511211121111 1111.111.111 txe viiiMO ĐẦU 1n S111 11121111 111111 11111101101 111101 201111111 11.00101 1111111 1t |CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ KHIỂN DAO TRONG NÊN DAT21 4

1.1 Giới thiệu công nghệ khiên dao trong đất yếu -. - 2 252 522s+c+cszcezeccee 41.1.1 Công nghệ khiên cân bang áp lực đất TBM-EPB - c2 5c: 51.1.2 Công nghệ khiên dung dịch bùn TBM-SPB ẶẶSSSSSSSSSsss 6

1.2 Lựa chon công nghệ khiên dao trong đất yếu ¬— 6

1.3 Sự cố khi áp dụng công nghệ khiên đào trong đất yếu - 555555552 71.3.1 Một SỐ Sự CỐ -.- TS 1121211 1111101111 1111111111111 ng rkg 71.3.2 Tóm tắt về nguyên nhân Sự GỐ - - + 5256 2E2E+E2EE 3E EEEEEEEErErrrreee 91A Nhận xét của chương «cọ 9CHUONG 2: BIEN DANG NEN ĐẤT KHI ĐÀO HAM BANG KHIỂN DAO 112.1 Phân tích hiệu Ung gương daO ee seesceccceeesssnececceeseeseececeesessnaeeeeeeeeeeeenaeees 1]2.1.1 Phương pháp thông thường - - c1 ng, 1]2.1.2 Phương pháp nềm †TƯỢẲ - (<< + 1 1999310111011 9 ng kg 122.2 Biến dạng nên đất khi áp dụng công nghệ khiên đào -.- 2-22-5552: 152.2.1 Các yếu tố gây ra hiện tượng biến dạng nền at - 5555552 152.2.2 Dự đoán biến dạng bằng phương pháp thực nghiệm -. 162.2.2.1 Đặt vẫn đỀ - csck1 12v 11121211 111111111 11111 ng gi l62.2.2.2 Biến dạng mặt đất theo phương ngang 2-2555 55c: 172.2.2.3 Biến dạng mặt đất theo phương dọc (hướng thi công) 19HV: Bùi Thanh Phước MSHV: 1670111

2.2.3 Một số hướng nghiên cứu trong và ngồi nước - -s-ccsc: 242.2.3.1 Một số nghiên cứu ở nước ngồi - + 2 552 5s+x+csescererereereee 242.2.3.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam - 2 2 252 +s+E+EsEzEErxeerrereee 292.2.4 Ứng dụng PP PTHH trong phân tích cơng nghệ khién đảo 292.2.4.1 Phần mềm Plaxis và nguyên lý tính tốn - 55s: 302.2.4.2 Hệ 86 an tOäï -G- G11 56919191 3 5111515111 5 111111 5 111g rrrei 312.2.4.3 Mơ phỏng quá trình dao hầm theo cơng nghệ khién đào 322.3 Nhận xét của chương - <9 nọ nọ gà 37CHƯƠNG 3: PHAN TICH ANH HUONG QUA TRINH THI CƠNG DUONGHAM DEN BIEN DANG DAT NÊN VA CONG TRÌNH LAN CẬN 383.1 Số liệu của tuyến Metro Số 1, từ ga Ba Son đến Nha Hat Lớn 383.1.1 Trắc dọc và bình d6 ¿6 S22 22123 E5 1 1112171151111 1171111111 383.1.2 Kích thước mặt cắt ngang hằm - - 2 2 +2+S+£+£z£E+E£E+EzEz£Erxrereecee 383.1.3 Thơng số đất nền của dự án + ¿+ +22 SE SE£E£ESE E23 ErErkrkrree 393.1.4 Vật liệu hầm TBM, tịa nhà va CỌC - - 6 St SE SE EeEsEskekserersesed 413.1.5 Vị trí tiến hành phân tích - + ¿2£ +2 £££E£E+E+E£E£E£E+EeEeErerererree Al3.2 Phân tích biến dạng nên đất đoạn thi cơng ngầm tuyến Metro số I 443.2.1 Xác định áp lực đảào 1n ng 11 ng 443.2.1.1 Đặt vẫn đề kh 111 TT 111121 TT ng ngu 443.2.1.2 Xây dựng mơ hình - - 9 9900101 ngư 453.2.1.3 Trường hợp khơng cĩ tải thi cơng trên mặt đất - 463.2.1.4 Trường hợp cĩ tai thi cơng trên mặt dat eee eee 483.2.1.5 Nhận X6t 5251211 1 1 1111111211111111 0121111111101 2111101 1111 011111 re 513.2.2 Kiểm chứng mơ hình FEM + ¿+ + 22 +*£E+E+EE£E£E£E+EzEEErerxrxrcee 52

3.2.2.1 Đặt vẫn đề - k1 TT 11g11 TT ng ng ngu 523.2.2.2 Xây dựng mô hình + 9999001 ngư.523.2.2.3 Kết quả phân tích - ¿+ - - + 2+2 +E+E+E£EEEE£E£ESEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrree 603.2.2.4 6‹{ n8 eccsecccecesessecscscecescsvecscscecsevsvscscececsevavacececeseevacsceceseevavaeees 643.2.3 Ảnh hưởng thi công ham đến ứng suất — biến dạng của đất nên xungS000 65

3.2.3.1 Đặt vẫn đề - cv 111121 11111 TT HT TH ng: 653.2.3.2 Xây dựng mô hình - - + 9999 ngư.653.2.3.3 Ảnh hưởng thi công ham đến ứng suất — biến dạng của đất nền xung3.2.3.4 Ảnh hưởng hệ số giải phóng ứng suất đến sự chuyển vị của đất vànội lực của hẳằm - s11 9111191 E9 919191111 911115113 E111 rrei 713.2.3.5 KẾT luậnn -G- vn 111911111 5 111191111 111111111 Hung ng: 743.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tương đương của tòa nhà đến biến dạng của đấtTIỀN) G3333 E1E151515 5151515111111 T1 T11 11117151515151511 T111 Hườn 75

3.2.4.1 Đặt vẫn đề - cv 111 HT 1111111 TT TH ng 753.2.4.2 Xây dựng mô hình - - 9 9n ngư 763.2.4.3 Kết quả phân tích ¿-¿- + + 2+2 +E+E+EEEEE£E£ESEEEEEEEEEEEEEEcErkrree 773.2.4.4 Nhận XÉT HH nọ HH 823.2.5 Phân tích sự tương tác của hệ đường ham - móng sâu - nên đất S33.2.5.1 Đặt vẫn đề - ch 11121 T ng H112 TT TH ng: 833.2.5.2 Xây dựng mô hình - - + S999 ngư.833.2.5.3 Kết quả phân tích c.cccccccccscsessssescscsssscscssscsssscsessssssssesescsessseeseseess 863.2.5.4 Nhận XÉT HH nọ HH 913.3 Nhận xét của chương - - - << s9 nà 94

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, G- G- + E113 9128 x11 126 1111 rvrvei 95TÀI LIEU THAM KHẢO G-G G63 539191 3E 9191 1 1 111121 1E 1121 eo 97

DANH MUC CAC BANGBảng 3-1 Các điều kiện thiết kế chính của hầm khoan, [4] 55-52 39Bảng 3-2 Số liệu địa chat tại hỗ khoa ABH-1 (lý trình 0+800), [4] 40Bang 3-3 Thông số nên, [4† - + 2 2E SE SESE£E£E2EEEEEEEEEEE E25 E121125 E11 E xe, 40Bảng 3-4 Vật liệu vỏ hầm, theo DSRSC-ST, JRTRI - 5-2 25252 2 s2£s£s+szxzx2 AlBang 3-5 Thong số vỏ ham, [4] .cccccccccceccsesssscscscsessssescscscsscsesesssssssscscscssssseseseens AlBang 3-6 Các mặt cắt nguy hiểm, [4] ¿ - 5-52 2 SE+E+E+ESEE£E£E+EeEerErkrkrerree 42Bảng 3-7 Bảng giá trị áp lực đầu đào tham khảo, [4] -. ¿-5-5- 552 s5s+szszs¿ 46Bảng 3-8 Bảng hệ số triết giảm áp lực đầu đào s 5s 5< ccsrsrerrrreeered 48Bảng 3-9 Bảng giá trị triết giảm, >ZMiloadA - + 255cc xckctsrsrrxrerree 49Bảng 3-10 Tổ hợp chỉ số triết giảm tại độ sâu Y=2.8D - ¿5-55 cecscscxceở 51Bảng 3-11 Lịch trình thi công 2 tuyến đường ham của dự án Metro số I 60Bang 3-12 Tổ hợp kết quả theo phương pháp phân tích (mô hình 2D) 62Bảng 3-13 Chuyển vị của nên đất và ứng suất chính, tại mặt cắt B-B 67Bang 3-14 Tổng hợp kết quả ứng suất tại mặt cat B-B, xung quanh ham EBT

(tuyến phía đông) - ¿- - + S211 151511 1211151111 1111 111511011111 1111 0111110111 rk 68Bảng 3-15 Tổng hợp kết qua ứng suất tại C-C, ham EBT (tuyến phía đông), hệ sốgiải phóng ứng suất 30% - 5-52 S121 1115 1 1211121111111 11111111 1111111111111 rk 69Bang 3-16 Tổng hợp nội lực tại C-C khi thay đối hệ số giải phóng ứng suất 71Bang 3-17 Bang số liệu đặc trưng tấm tương đương wo eeccceseeeeeeeeseeeeeees 77Bang 3-18 Giá trị độ lún và mat đất với giá trị co ngăn = 1.5%, X/D=0 80Bảng 3-19 Giá trị độ lún và mat đất với giá trị co ngắn = 1.5%, X/D=3 81Bảng 3-20 Đặc trưng của vật liệu cọc và độ cứng được thể hiện ở bảng dưới đây S5

— vill —

DANH MỤC CÁC HÌNHHình 1-1 Nguyên lý xây dựng đường hầm bằng khiên [ I] - 2 2 55552 4

Hình 1-2 Minh họa cơng nghệ cân băng áp lực cân bằng đất TBM-EPB, [2] 5

Hình 1-3 Khiên TBM-EPB áp dụng dự án Metro số 1 Tp HCM 5

Hình 1-4 Minh hoa cơng nghệ cân bang áp lực cân bằng bùn TBM-SPB, [2] 6

Hình 1-5 Vùng áp dụng cơng nghệ khiên dao theo cấp phối hạt đất, [3] 6

Hình 1-6 Sự cố khi đào đường ham - - + 2S SE2E+EEEEE£E£ESEEEEEEEEEErErrrrerkred 8Hình 1-7 Nén đất bị trơi tại dự án đường sắt Docklands Light Rail - Anh, 1998 8

Hình 1-8 Minh họa hiện tượng gương ham, mm 9

Hình 2-1 Sơ đồ áp lực tại gương đào, [1] occ ccscssesescscscssesesesssseseseseesseesees 11Hình 2-2 Mo hình nêm trượt, Anagnoustou & KOVAFI «<< «<< << << <ss2 12Hình 2-3 Các thành phan chính gây mat mát đất, [6] - 2 - 2 2ss+s+¿ 15Hình 2-4 Tác động của quá trình thi cơng hầm, Attewell et al 1986 16

Hình 2-5 Hình dạng máng lún trên mặt đất [7] - - + <2 2+s+s+s+£z£z£szszs+2 17Hình 2-6 Hình dang phân bố lún trên bề mặt và biến dạng ngang [7] 18

Hình 2-7 Biéu đồ so sánh phương trình lún S,(x) theo các cơng thức dé xuất, [6] 19Hình 2-8 Phương trình lún theo hướng dọc, | Ì << «<< s+ssssseeeeeess 19Hình 2-9 Dang phương trình lún bề mặt va dưới mặt dat, Mair (1993) 20

Hình 2-10 Vùng ảnh hưởng lún sụt | ] (<< - S119 1 1 re, 21Hình 2-11 Dinh nghĩa của hệ số biến dạng DR, tương quan hệ số biến dạng DR vàbiến dạng ngang, Burland et al 1995 + + 2+ 2 +E+E+E£E£ESEEEEEESEEEErEerkrererrees 24Hình 2-12 Mơ hình phân tích của Potts và Addenbrooker (1997) « 25

Hình 2-13 Mơ hình dam trong phân tích thơng qua đo biến dạng của tam nhơmđược đặt tại trục đường hầm dé tiễn hành đo cảm bién., R Farrell et al 2014 27

Hình 2-14 Bài tốn: a) biến dạng phăng: b) đối xứng trục, Plaxis V8 manual 30Hình 2-15 Phan tử & bai tốn phân tích - + + 25+ 2 2£E+E£E+EzEerersrereeree 31Hình 2-16 Các bước mơ phỏng theo phương pháp co ngắn, Likitlersuang et al0 ::::.ốƠỠ 33Hình 2-17 Biéu đồ phản ứng đất nền GRC, [10] - 2-52 5555+£+££2£s+szS+2 34HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

Hình 2-18 Các pha trong mô hình phân tích bang phương pháp CCM, [11] 35

Hình 2-19 Mô hình tai trọng TBM, Plaxis manual << ss2 35Hình 2-20 Mô hình phân tích các pha theo phương pháp phun vữa, [11] 36

Hình 3-1 Mặt bằng của các công trình hiện hữu trên tuyến đường hầm di qua [4] 38Hình 3-2 Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường ham phía đông (EBT, WBT), [4] 39

Hình 3-3 Vị trí các mặt cắt nguy hiỂm ¿- ©5252 SE SE 3S 2E E21 E121 111k rree42Hình 3-4 Mat cắt ngang dia chất A-A tại lý trình 1+400, [4] -<¿ 43Hình 3-5 Mặt cat ngang địa chất B-B tại lý trình 0+860, [4] -5-<¿ 43Hình 3-6 Mat cắt ngang địa chất C-C tại lý trình 0+980, [4] - <<:44Hình 3-7 Mô hình phân tích 3D ¿2 526 E2 EE£E+EEEE£ESEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrere 45Hình 3-8 Kết quả theo các pha thi công mô hình mặt đất tự do Y=2.1D 46

Hình 3-9 Kết quả theo các pha thi công mô hình mặt đất tự do Y=2.8D 47

Hình 3-10 Kết quả theo các pha thi công mô hình mặt đất tự do Y=4D 47

Hình 3-11 Biểu đồ lũy tiến YMloadA tương ứng ham đặt tại độ sâu 4D 48

Hình 3-12 Chuyén vi của các pha thi công Y=2.1D, (a) Pha 1 và (b)Pha 2 49

Hình 3-13 Tương quan áp lực dau đảo tối thiểu và độ sâu ở dự án Metro số 1 50

Hình 3-14 Phố chuyền vị khi ham ở độ sâu Y=2.8D, có tai thi công trên mặt dat 50

Hình 3-15.Biến dang ở gương ham, tại độ sâu Y=2.8D, với chỉ số co ngắn = 1% .51Hình 3-16.Hình 3-17.Hình 3-18.Hình 3-19.Hình 3-20.Hình 3-21.Hình 3-22.Hình 3-23.Hình 3-24.Hình 3-25.Hình 3-26.Mô hình móng bè quy ước, theo R F Craig 2004 - 53

Mô hình phân tích 2D tại mặt cắt C-C - + 2 2+2 5s+s+s+£sczzszxccee 53Mô hình phân tích 2D tại mặt cắt A-A - 2 55555s+c+cscscececeee 54Mô hình phân tích 2D tại mặt Cắt E-E ch 112 11121211 se rerkeo 54Mô hình 3D theo hướng thi công hầm - 22-255 +2 £2+<+<zS+2 55Mô hình phân tích 3D tại C-C (Gv, 55Vi trí quan trắc mặt cắt A-A (lý trình Km I1+400, [4] 59

Vị trí quan trắc mặt cắt C-C (lý trình KM 0+960), [4] 59

Vi trí quan trắc mặt cắt E-E (lý trình KM I+500), |4] 59Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường ham thứ nhất EBT, tại A-A.60Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường ham thứ hai WBT, tại A-A 60

Hình 3-27 Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường hầm thứ nhất EBT, tại C-C 60

Hình 3-28 Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường ham thứ hai WBT, tại C-C 61

Hình 3-29 Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường ham thứ nhat-EBT, tại E-E 61Hình 3-30 Độ lún tại mặt đất sau khi thi công đường ham thứ hai-WBT, tại E-E 61

Hình 3-31 Lưới biến dang lún tại mat đất - cscs 2522 E+EsErerkrkrrererered 62Hình 3-32 Kết quả phân tích FEM và thực nghiệm khi thi công đường ham số 1-EBT, tại mặt cắt C-C, c1 1 v1 1111191111 111010110 1H11 TH ng ni 63Hình 3-33 Kết qua phân tích FEM và thực nghiệm khi thi công đường ham số 2-WBT, tại mặt Cat C -CC - xxx 111919111 519111511119 11111111 TH T11 ng ng ree 63Hình 3-34 Mô phỏng 2D plaxis tải trọng tòa nhà liền kề tại C-C, |4] 65

Hình 3-35 Mô hình 2D sơ bộ: (a) mặt cắt B-B; (b) mặt cắt C-C 66

Hình 3-36 Ung suất quanh ham EBT, khi thi công ham WBT, mặt cat B-B 69

Hình 3-37 Ứng suất quanh ham EBT, khi thi công ham WBT, mặt cắt C-C 69

Hình 3-38 Biểu đồ moment của vỏ ham, lần lượt với hệ số (1-B)=0.1, 0.15 72

Hình 3-39 Tương quan giữa chỉ số (1-B) và lực dọc, tại C-C -c-c+: 72Hình 3-40 Tương quan giữa chỉ số (1-B) và mô men tại C-C - - +:73

Hình 3-41 Máng lún theo FEM và theo Loganathan & Polous (2008), tại C-C 73

Hình 3-42 Tương quan giữa À và V¿s¿ tại C-—C”, c1 1 sp 73Hình 3-43 Trạng thái của đất nên tại C-C, lần lượt với A„„„=0.3376, 0.3 74

Hình 3-44 Mô hình phân tích 2D ham TBM-Tòa nhà của Franzius et al 2003 .76

Hình 3-45 Bài toán 2D (a); Lưới bién dạng (b) - + 2 252 55+s+esescrsrereee 76Hình 3-46 Mang lún, khi có tòa nhà I & II, contraction = Ï.5%, - +5 78Hình 3-47 Tương quan chiều sâu hầm và độ lún lớn nhất của tòa nhà, X/D=0 .78

Hình 3-48 Phân bố ứng suất chính trong quá trình thi công - - 5+:78Hình 3-49 Mang lún, contraction = 1.5% , Z=23.3m . S1 ke 80Hình 3-50 Máng lún, giá trị co ngắn = 1.5% veecccccccccscsseesesssssesescssssssesessesseeeens 80Hình 3-51 Tương quan Vj (%) và tham số Y/D, hệ số co ngắn = 1.5% 81

Hình 3-52 Mo hình don giản su tác động cua Ham — Coc don, Loganathan 2011 84Hình 3-53 Mô hình phân tích hưởng quá trình thi công đối với móng cọc 85

Hinh 3-54.Hinh 3-55.Hinh 3-56.Hinh 3-57.Hinh 3-58.Hinh 3-59.Hinh 3-60.Hinh 3-61.Hinh 3-62.Hinh 3-63.Hinh 3-64.Hinh 3-65.Hinh 3-66.Hinh 3-67.Hinh 3-68.Hinh 3-69.ham, [13].

Máng lún theo phương thang đứng U, y=o, với cọc sâu 10m & D=15m 86

Biểu đồ thay đôi nội lực, với cọc sâu 10m & D=l5m 86

Tương quan Vị và chi SỐ co ngắn, với cọc sâu 10m & D=15m 87

Máng lún Uy yao, với cọc sâu 20m & D=Ï] 5m -©- 87

Biểu đồ thay đôi nội lực, với coc sâu 20m & D=l5m -¿ 87

Tương quan Vị và chi SỐ co ngắn, với coc sâu 20m & D=15m 88

Máng lún Uy yao, với cọc sâu 30m & D=I1SM .- - 88

Biểu đồ thay đôi nội lực, với cọc sâu 30m & D=l5m 88

Tương quan Vị và chi SỐ co ngắn, với cọc sâu 30m & D=15m 89

Mang lún U; y~o, với cọc sâu 20m & D=25M . -. s S9Biểu đồ thay đôi nội lực, với cọc sâu 20m & D=25m 89

Máng lún Uy yao, với cọc sâu 20m & D=25m . - -+©- 90

Máng lún Uy y~o, với cọc sâu 30m & D=25m . - 90

Biểu đồ thay đôi nội lực, với cọc sâu 30m & D=25m 90

Máng lún Uy yao, với cọc sâu 30m & D=25m . - -©- 9]

Vùng anh hưởng của sự di chuyển của cọc va biến dạng đất do thi công¬— 93

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tàiĐường ham đô thị là giải pháp giao thông tối ưu nhất hiện nay với bối cảnhdiện tích ngày cảng hạn hẹp, tốc độ phát triển thành phố Hỗ Chí Minh ngày càngtăng tỉ lệ thuận với nhu cầu xây dựng công trình giao thông Thông qua dự án MetroLine 1, công nghệ thi công đường hầm băng khiên đào (TBM) lần dau tiên đượcứng dụng tại Việt Nam, đưa ra cơ hội tiếp cận công nghệ tiên tiễn trong xây dựng vàứng dụng mới để phát triển đô thị

Việc ứng dụng công nghệ TBM cũng kéo theo những rủi ro mới gây tác độngxấu đến các công trình xung quanh khi tiễn hành hoạt động thi công

Công nghệ TBM tuy được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, nhưng tại ViệtNam với điều kiện mang tính đặc thù khi thi công trong nền địa chất hết sức phứctạp và hoàn toàn không có những nghiên cứu chuyên sâu từ trước, việc đánh giánhững rủi ro là điều tiên quyết trước khi lựa chọn các phương án thi công cho hợplý.

Việc thi công đường hầm tại một thành phố đã có hạ tang tuong đối hoànchỉnh như thành phố H6 Chí Minh, đặc biệt nhiều công trình với tuổi thọ lớn từ théký 20, dẫn đến sự khó khăn trong dự báo và thiết kế cho kết câu hầm

2 Mục đích nghiên cứuNghiên cứu ảnh hưởng biến dạng trên mặt đất trong quá trình thi công tuyếnđường ham, áp dụng kết quả nghiên cứu trong phân tích tổng quan cho các dự ántương tự được triển khai tại Tp HCM

3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứuLuận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thi công đườngham theo công nghệ TBM EPB bang PP FEM, mô phỏng 2D-3D, tham khảo số

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

Dựa trên số liệu thu thập phạm vi nghiên cứu chủ yếu xoay quanh sự hìnhhành biến dạng trên mặt đất, từ đó áp dụng những cho phân tích tong quan đến biếndạng bên dưới mat dat có xét dén sự hiện diện của công trình lân cận.

Về nội dung chính, phạm vi vẫn xoay quanh phân tích hiện tượng sụt lún hìnhthành bên trên mặt đất, từ đó xây dựng những phân tích phụ liên quan nhằm bồ sunghoàn thiện cho đề tài thực hiện

Mô hình ứng xử của đất trong báo cáo là mô hình Mohr-Coulomb

4 Phương pháp nghiền cứuPhương pháp nghiên cứu của dé tai là kết hợp giữa nghiên cứu tong quan về lýthuyết, nghiên cứu mô phỏng bằng phần mềm để giải quyết các nội dung của đề tài

Tổng hợp các kết quả tính toán lý thuyết về sự tác động của quá trình thi côngđường hầm bằng khiên đào TBM ảnh hưởng đến sự mat 6n định của nền đất theocác phương pháp của các tác giả trước đã nghiên cứu, tương ứng với dữ liệu đầuvào được tham khảo từ địa chất thực tế tại dự án Metro số 1 (Tp HCM)

Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D TUNNEL để xây dựng mô hình 3D vàPLAXIS 2D V8.2 xây dựng mô hình 2D, mô phỏng quá trình thi công đường hambăng công nghệ TBM, kết quả trích xuất sẽ được vận dụng trong việc so sánh vàthực hiện báo cáo luận văn.

Kết quả từ mô hình được vận dụng để so sánh với các phương trình thực

nghiệm, hoặc kết qua quan trắc từ hiện trường được thu thập từ cá nhân, cơ quan, tổchức có liên quan đền dự án.

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Mô phỏng dựa trên số liệu thiết kế thực tế của đoạn thi công ngâm nam trongdự án tuyến Metro số 01 thuộc hệ thống tuyến Metro thành phố Hồ Chí Minh.

Các loại tải trọng đựa áp dụng vào mô hình được tham khảo từ báo cáo thiếtkế kỹ thuật của dự án

Do vậy kết quả sau khi tiễn hành mô phỏng và so sánh thực tế cũng như báocáo thiết kế chính có thể đánh giá được phần nào mức độ hợp lý, và có thể đưa ramột số dự báo cho các dự án sau này

6 Nội dung đề tàiNội dung đề tài gồm: phân mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị, tàiliệu tham khảo và phần phụ lục

PHAN MỞ ĐẦU: Nêu lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và

phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn

của đề tài.CHƯƠNG 1:TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ KHIỂN DAO TRONG NÊNDAT YÊU

CHUONG 2: BIEN DANG NÊN DAT KHI DAO HAM BANG KHIỂN ĐÀOCHUONG 3: PHAN TICH ANH HUONG QUA TRINH THI CONGDUONG HAM DEN BIEN DANG DAT NEN VA CONG TRINH LAN CAN

PHAN KET LUAN VA KIEN NGHINhận xét, đánh giá và rút ra kết luận về anh hưởng quá trình thi công đườngham bang khiên đào TBM-EPB đến biến dạng nền đất Đồng thời định hướngnghiên cứu tiếp sau nghiên cứu này.

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

1.1 Giới thiệu công nghệ khién đào trong đất yếuNguyên tac chung của khiên dao dựa trên cau tạo phan khiên thép hình trụ cóchức năng day trục hầm về phía trước đồng thời trong khoảng thời gian đó công tácđào đât diễn ra.

Phan khiên có chức năng giữ ôn định vách hâm khi công tác lap vỏ hâm vabơm vữa hoàn thiện.

Khién đào chịu áp lực của dat xung quanh ham, và ngăn chăn sự xâm nhập cuanước ngầm

Ôn định ương đào có thể được thực hiện bang nhiều cách khác nhau:+ Sử dụng áp lực đất tự nhiên

+ Sử dụng áp lực từ máy móc chuyên dụng+ Áp lực băng khí nén

+ Cân bang áp lực bùn+ Cân bang áp lực đất

1.1.1 Công nghệ khiên cân băng áp lực đất TBM-EPBGương đào được giữ ồn định bang “đất ở gương ham”.

1312111 0/44142112142/44⁄42222142024X%22222422///⁄4⁄432222222/

222 AAAAAAAAAAAAARRRARAAAAAAARARAARARAAAAAAABRAAAARAAA AA 222 ALALALLAL

SS OY=ˆ2^2^a£:

Hình 1-2 Minh hoa công nghệ cân bằng áp lực cân bằng đất TBM-EPB, [2]

(1) Đầu dao; (2) Khoan đất; (3) Tường áp lực; (4) Băng chuyên; (5) Kích day; (6)Vita bơm; (7) Vỏ ham; (8) Vita đông cứng:

Hiện nay công nghệ đào ham TBM-EPB được áp dụng để thi công đoạn đingâm của tuyến Đường sắt đô thị số 1 Bến Thành — Suối Tiên (TP HCM)

éX Gx, ^ i

` Wis es _ Aa iN ¬ sh +Gs NAA DASE Saou x+> => buns

Hình 1-4 Minh họa công nghệ cân bằng áp luc cân bằng bùn TBM-SPB, [2].

(1) Đầu dao; (2) Dung dich Bentonite/dat; (3) Khoan khí; (4) Kích day; (5) Vỏ ham;(6) Vữa bơm; (7) Ông bơm dung dịch vào; (8) Ông bơm chất dơ ra; (9) Vữa đôngcứng.

1.2 Lựa chọn công nghệ khiên đào trong đất yếuCó thể dựa vào đường cong cấp phối hạt đất để lựa chọn phương pháp cânbăng áp lực gương hâm

= Grading Curve

E sludge grain sieve grain

Ras Klay silt sand gravel œ

sx 100 fine |medium| coarse] fine |medioumicoarse| fine |medium|coarse 0 ke

& Grain diameter d (mm) f# Slurry Shield; RE EPB-Shield

Grain size distribution curve in various loose ground

Hình 1-5 Vùng áp dụng công nghệ khién đào theo cấp phối hạt dat, [3]

Dựa trên số liệu địa chất của dự án Metro số 1, đoạn thi công ngâm Ga Ba Son- Nhà Hát Lớn, [4], ghi nhận răng

+ Tai vị trí ham bên trên (tương ứng với mẫu đất thí nghiệm tại độ sâu từ10.5m đến 13.95m) thành phan hạt cát có đường kính từ 0.425 đến 2mmchiếm khoảng 40% đến 60%, cấp phối hạt sét từ 0.075mm đến 0.425mm từ22.5% đến 40%, và phần trăm còn lại chủ yếu là lớp sét dẻo có đường kínhnhỏ hơn 0.075mm.

+ Tại vị trí ham bên dưới (tương ứng với mẫu đất thí nghiệm tại độ sâu từ14.5m đến 23.95m) thành phan hạt cát có đường kính từ 0.425 đến 2mmchiếm khoảng 15% đến 32.6%, cấp phối hạt sét từ 0.075mm đến 0.425mmtừ 47.5% đến 62%, và phan trăm còn lại chủ yếu là lớp sét dẻo có đườngkính nhỏ hơn 0.075mm.

Do vậy, phương pháp khiên đào áp lực đất (TBM-EBP) được đánh giá phùhợp nhât với điêu kiện địa chât của dự án.

1.3 Sự cố khi áp dụng công nghệ khiên đào trong đất yếu1.3.1 Một số sự cổ

Tại dự án tuyến đường hầm Thượng Hải (Trung Quốc, 2003) và Metro Nam Cologne (Đức, 2009), do áp lực ở gương đào không đủ, nước xâm nhập vàotrong đường hầm làm hạ mực nước ngầm, xuất hiện khoảng trống bên ngoài tườngvây nơi có sự hiện diện của công trình.

Bắc-HV: Bùi Thành Phước MSBắc-HV: 1670111

(2004) Wallis S (2009).

Hình 1-6 Sự cố khi đào đường ham

Tai dự án đường sắt Docklands Light Rail (Anh, 1998), áp lực đầu đào lớnhơn so với thực tế, do vậy đất bị đây lên

Hình 1-8 Minh hoa hiện tượng gương ham, [5].

Một số nguyên nhân chính gây ra sự cô trong quá trình thi công+ Ap lực cân bằng đầu đào không đủ khi đi qua khu vực có địa chất sai khác

nhiều với thiết kế, gây sự sụp đồ của phần đất trên trên; trong trường hợp áplực lớn hơn với áp lực trước đâu đào, hiện tượng trôi sẽ xuât hiện.

+ Vung đất đường hầm đi qua, có nước ngầm có độ thấm cao hoặc lớp đấtkhông thoát nước mỏng hơn thực tế, dẫn đến sự xâm nhập của nước vàohầm không như tính toán ban đầu, gây sụp đồ

+ Tính toán vữa phun xung quanh vỏ ham không đủ, gây gia tăng độ lún làmphá hủy các công trình lần cận

1.4 Nhận xét của chươngViệc xây dựng trong khu vực địa chất yếu, đô thị có lịch sử lâu đời với sự hiệnhữu nhiều công trình cao tầng như Tp HCM Quá trình vận hanh/thi công cần phải

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

lên kế hoạch đảm bảo an toàn, nhằm giảm thiểu cũng như giải quyết sự cố nhanhchóng và hiệu quả Một số lưu ý chính khi áp dụng công nghệ khiên đào được thểhiện như sau:

+ Phân tích chi tiết các van dé liên quan đến kỹ thuật, tránh rút ngăn giaiđoạn.

+ Trong các nguyên nhân chính gây sự sụp đồ, và một nửa trong số đó | liênquan đến quan lý thi công Nhiéu kỹ su bị áp lực tiễn độ dẫn tới phát sinhnhững sai sót không đáng có.

+ Tính toán ứng suất trong công trình hoặc sự thay đổi ứng suất trong đất làyêu cầu được dé ra khi thiết kế công trình Kết quả của bài toán ứng suat-biến dạng càng chính xác thì công trình thiết kế càng tối ưu hơn về bài toánkinh tế - kỹ thuật

Phương pháp khiên đào cân bằng áp lực đất phù hợp với yêu cầu kỹ thuật khitriển khai dự án tại Tp HCM Trong báo cáo này, học viên chỉ tập trung phân tíchcông nghệ này, những công nghệ khác sẽ không được xem xét.

Trong đóvin là trọng lượng riêng tự nhiên của đất.Yon là trọng lượng riêng bão hòa của dat.Yn là trọng lượng riêng của nước.

Yben là trọng lượng riêng tự nhiên của đất đá do máy dao ra được trộn với phụgia hoặc dung dịch Bentonite (gọi chung là dung dịch bentonite)

o, là áp lực nước tác dụng lên gương ham.6, là áp lực đất tác dụng lên gương ham.Open là áp lực dung dich bentonite tác dụng lên gương ham.P là áp lực gia tăng do máy TBM tạo ra trong buồng đào.Ap lực tác dung ở phía trước đầu dao phân bố tuyến tinh theo độ sâu, do vậydé 6n định gương ham, khi đó áp lực buông đào tạo ra phía sau dau dao phải có giá

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

tri tương đương hoặc lớn hon áp lực phía trước đầu đào, hai điều kiện được mô tảnhư dưới đây:

Điều kiện 1: Ap lực buồng dao tại đỉnh hầm có giá trị lớn hơn tổng áp lực đấtvà nước gây ra tại đỉnh hầm

Prop = (hz - D).¥n + {Y¥in-hy + (Yon - Yn) Cho - D)} Keg (2.1)Điều kiện 2: Ap lực trong buông đào tại đáy hầm phải lớn hơn tổng áp lực đấtvà nước gây ra tại đáy hầm Tức là,

Prop + Sben = On + Ga „ tai đáy hầm (2.2)Từ đó suy ra:

Prot 2 hạ Yn + Yn-lt + (Yoh - Yn)-ha} -Kea - Open (2.3)

Với Ked là hệ số áp lực chủ động và D là đường kính ham.2.1.2 Phương pháp nêm trượt

Tác giả Horn (1961) quan niệm rang áp lực tác dụng lên gương hầm do 1nêm trượt phía trước gương với chiều cao nêm = D (đường kính ham) và tải trọngcủa lăng trụ đất bên trên nêm Anagnoustou & Kovari (1994 & 1996) xây dựngvung ảnh hưởng gương ham, dựa trên học thuyết “silo” (Jansen, 1895 va Terzaghi)và mô hình phân tích ba chiều được dé xuất bởi Horn (1991) Trong phương phápnày, phù hợp với ham TBM-EPB (áp lực cân bang đất)

Lang tru datNêm trượt

Guongham TT '\ |

Hình 2-2 Mô hình nêm trượt, Anagnoustou & Kovari.

Sự 6n định của gương ham là do sự cân bang của các lực gây trượt và chốngtrượt Các lực gây trượt gồm áp lực theo phương ngang của đất và nước Các lựcchống trượt gồm áp lực dung dich bentonite của buông đào (S), lực ma sát và lựcdính trên mặt trượt (K) và các mặt bên của nêm (T).

Theo lý thuyết sỉ lô của Terzaghi, áp lực đất hiệu quả theo phương thắng đứngcủa silo lên mặt trên của nêm được tính theo công thức,

me "[z -5 |ep(=2z)+ 2 (24)

Trong đó:+ a=y-R.ec+ PB=R.Ky.tano+ Z là độ sâu tại đỉnh của nêm.+ ơo 1a tải trọng phân bé tại z = 0.+ y là trọng lượng riêng có hiệu.+ 0 là góc ma sat trong.

+ Kylà hệ số áp lực đất theo phương ngang.+ R là tỷ sô của chu vi và bê rộng của mặt cat ngang cột dat.

Phương pháp nảy tinh toán cho trường hợp 1 lớp đất, tuy nhiên có thé dé dangmở rộng ra cho trường hợp nhiều lớp đất bằng cách lấy áp lực Piop tại đỉnh lớp dướibăng với ứng suất có hiệu theo phương thăng đứng ứng với độ sâu tại đáy lớp phíatrên Tổng lực Gs tác dụng lên mặt trên của nêm được tính theo công thức:

G, = ø,({t) D,.D.cos® (2.5)Trong đó Dr là bê rộng cua nêm, @ là góc tạo bởi mặt trượt nêm va mặt năm

ngang, Z = tr.

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

Các lực khác tác dụng lên nêm dễ dàng được tính toán trong trường hợp nêmđồng chất Trong trường hợp phân tích cho nhiều lớp đất, các lực nảy được tính toánnhờ hệ các phương trình cân bằng được đưa ra bởi Walz (1983) Hệ phương trìnhnày sẽ được đơn giản hóa bang cách vi phân thành các lát mỏng nằm ngang Trướctiên ta xác định bề day của nêm là hàm của độ sâu:

W(Z) = (ty - Z).cosO VỚI fr< Z < tụ (2.6)Tổng khối lượng Gw được tích phân từ z = tf đến z = tb của hàm øw(2):

gu) = y ().wŒ) Dy 3

Trong đó g,(z) là khối lượng của 1 lát mỏng vi phân của nêm.Tương tự như thế, lực chống trượt T trên mặt bên và lực chống trượt K trênmặt trượt là tích phân của:

t(z) = w(z).{c(Z) + KyŒ) o'\(z).tane(z)} (2.8)

Với k(z) = D,.c(z)/sin®Ap lực dat tác dung lên gương là:

E Œ; (sin@ — cos Ø tan @(f;) }

sin tan @(f;) + cos Ø

(2.9)

'“ ø,(£) (sinØ — cos Ø tan @(z)) — k(z) — 2!(z)đz

fsin Ø tan @(z) + cos 8

Áp lực do nước dưới đất tác dụng lên gương được tính theo biểu thức

th

W = [ dz.Dr.p(z) (2.10)

Và: Trong đó p(z) là áp lực cột nước lên gương ham tai độ sâu z Áp lựcchống đỡ gương hầm S được tính theo công thức

S=E+W (2.11)Biéu thức cho thay giá tri E phụ thuộc vào góc trượt 0 Bang cách giả thiết, cácgiá tri góc trượt 9 khác nhau sẽ tìm được giá tri E lớn nhất, từ đó tính được áp lựcchống đỡ gương đào tối thiểu S

Phương pháp niêm trượt phù hợp trong tính toán chỉ tiết, kết quả phù hợp vớisự hình thành biến dạng của đất tại gương hầm Trong một số trường hợp phức tạp,phương pháp mô phỏng 3D với đầy đủ các yếu tô sẽ được cân nhắc trong tính toán.2.2 Biến dạng nền đất khi áp dụng công nghệ khiên dao

2.2.1 Các yếu tổ gây ra hiện tượng biến dạng nền đấtLún mặt đất do xây dựng hầm khi áp dụng công nghệ khiên đào giảm so vớinhững phương pháp khác nhưng vẫn tôn tại

Trong hình bên dưới thể hiện các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng sụtlún.

Mất mát khiên đào Mất mát ở đuôiMất mát đầu | |

=>

—HƯỚNG ĐÀO

Vỏ

hầm

Hình 2-3 Các thành phan chính gây mất mát dat, [6]

+ Mat mát ở dau dao (do sự chuyển động theo hướng dọc trên mặt đầu dao)+ Mat mát khiên dao (mat mát tại khiên dao do khe hở xuất hiện khi cắt đất).+ Mất mát ở đuôi (do khe hở ở phan đuôi)

Có hai hướng nghiên cứu chính phục vụ dự đoán biến dạng đất nền:HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

e Xây dựng mô hình thí nghiệm Farrell, 2010; Farrell et al 2014;Giardina et al., 2012; Nghiem et al., 2014, wv

e Va xây dựng mo hình FEM theo Potts và Addenbrooke, 1997;Franzius et al., 2006; DeJong et al., 2008; Giardina et al., 2010; Giardina et al.,2013; Amorosi et al., 2014, vv

2.2.2 Dw đoán biến dang bang phương pháp thực nghiệm

2.2.2.1 Đặt van déPhương pháp thực nghiệm phù hợp trong dự đoán biến dạng của nên đất, khithi công đường ham đi qua khu vực trống trải, không có sự hiện hữu của công trìnhlan cận (Peck 1969, Attewell et al., 1982, Mair et al 1996).

a) trên mặt cat ngang: b) trên mặt cat dọc

Hình 2-4 Tác động của quá trình thi công ham, Attewell et al 1986

— |7 —

2.2.2.2 Biến dạng mặt đất theo phương ngangPhương pháp dau tiên được đề xuất bởi Peck (1969) Dựa trên số liệu thu thậptrên hiện trường, phương trình lún được thé hiện dưới dạng biểu thức như dưới đây

Sy(X) — Saye at?) (2.12)

Với+ §, = độ lún theo phương x hướng về tâm đường ham.+ S¿ max = độ lún lớn nhất tại vị trí x=0

+ iy =vi trí điểm uốn của phương trình

Trục đường hầm

iy Hướng ngang

Điểm uốn

Vùnguốn ———————>Hình 2-5 Hình dạng máng lún trên mặt đất [7]

Công thức tinh thé tích Vs, được thé hiện băng công thức toán học dưới đây:

a<—=>

Với: Vs là thé tích đất mat mát theo phương đứng theo đơn vị chiều dài

Trong những loại đất có hệ số thấm thấp như đất sét cứng, giả định mực nướcngâm cũng như thể tích nước trong khối đất là không đổi Thể tích của máng lúnđược hình thành trên mặt đất được xem băng VỚI phan thé tích đất đào bị dư ra sovới thiết kế ban đầu

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

Phần khối lượng thừa này được định nghĩa là phần trăm khối lượng thể tíchham thiết kế trên một đơn vị chiều dai:

Hình 2-6 Hình dang phân bố hin trên bê mặt và bién dang ngang [7]

Loganathan 2011, đã tiễn hành thí nghiệm so sánh biểu đồ phương trình biếndạng tại mặt đất ứng với đường kính hầm 6m, chiều sâu tâm hầm là 30m Tỉ số giữa

thé tích đất bị mat/ thé tích đường ham trên 1 mét dai, V,, được cho bang 1%, giá trịi thay đổi từ 8.3 đến 15m

Khoảng cách-30 -20 -10 0 10 20 30

Atkinson & Potts

Hình 2-7 Biểu đô so sánh phương trình lún S,(x) theo các công thức dé xuất, [6]

2.2.2.3 Biến dang mặt đất theo phương dọc (hướng thi công)

-Y Vị trí đường

ESúi đường hain Bên trong đường hâm

Sy,max

Hình 2-8 Phương trình lún theo hướng doc, [6]

Theo phương dọc, biến dạng theo được xác định theo công thức sau:

Hình 2-9 Dạng phương trình lún bê mặt và dưới mặt đất, Mair (1993).

Theo Mair (1993), cho răng hình dạng của phương trình lún bên dưới mặt đấtcó dạng phương trình Gaussian, giống như phương trình lún bề mặt Công thứcđược đề xuất theo như dưới đây

|

él,

Với:i, = k(Zo - Z)

Quá trình hình thành khe hở ở đuôi diễn ra nhanh, do vậy có thể xem quá trìnhdiễn ra trong điều kiện không thoát nước, nên có thể bỏ qua quá trình cố kết và từbiến Phương pháp ước lượng băng hệ số “gap” chỉ áp dụng đúng trong điều kiệnnền đất không thoát nước.

Eạo = 100%E, x »— Eer+Hoot p).0 = 25% Eo>>

i Sy Blén dang| trung binh

EọZ

Yi

Tunnel

Hinh 2-10 Ving anh huong lin sut [6].

Dựa trên nghiên cứu cua Veruijt va Booker (1996), Loganathan et al (1998)đưa ra vùng bao ảnh hưởng thực tế của hiện tượng biến dạng nên đất do anh hưởngtrong quá trình thi công đường ham, Hình 2-10 Theo Loganathan et al (1998),HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

trong điều kiện đất cát giá trị góc B = (45 + @/2), với góc ma sat của cát, đối vớiđất yếu đến đất sét, giá trị B có thé xem xét bang 45° dựa trên quan trắc của Cordingvà Hansmire (1975).

Theo [6], giá trị biến dang tương đương dựa theo hệ số gap, được thể hiện nhưcông thức dưới đây.

+ g: thông số độ hở ước tính, %

Trước khi hình thành khe hở, tất cả ứng suất chính tác dụng lên đất nền xemnhư là cân băng Ứng suất xung quanh hầm bị giải phóng và phân bố không đều dosự dịch chuyền của đất vào khu vực tiết diện ovan, đây được xem là nguyên tắc cơsở đê xác định biên dạng của đât nên xung quanh hâm.

Theo [8], biến dang tương đương, ey „=0, được xác định theo công thức sau:

— 1.38x?

Biến dạng tương đương cùng với với su di chuyển không tuyến tinh (hìnhdạng thực tế bién dạng xung quanh ham hình 6 van) gây ra biến dạng được xác địnhnhư sau:

4gR + g? 1.38x? 0.69z?

= ————— — +

VỚI:+ H-= chiêu sâu từ dat nên đên bê mat dat;+ R= bán kính tiết diện ngang đường ham;

+ ø= thông số độ hở ước tính:Từ đó, theo [8], đã đưa ra các phương trình biến dạng như sau:

4 Phương trình chuyến vị trên bề mặt

+ z= Chiều sâu tại vị trí z.+ H=Chiéu sâu tại trục ham.+ v= Hệ số Poisson của đất nên.+ & = giá trị bién dạng tương đương.+ _x= Khoảng cách ngang từ điểm đỉnh đường cong đến tâm ham

B = góc giới han = (45 + 0/2).

HV: Bùi Thành Phước MSHV: 1670111

2.2.3 Một số hướng nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.3.1 Một số nghiên cứu ở nước ngoàiNhững nghiên cứu tiền đề của Peck et al 1969, Mair et al 1996 và một sốnghiên cứu sau này của Loganathan và Polous (1998), mặt dù dự đoán chính xác vềsự chuyển vị của nên đất theo phương trình thực nghiệm với điều kiện không có sự

hiện hữu của tải trọng trên mặt đất, tuy nhiên việc đường ham di qua khu vực đồ thi,

do vậy một van đề được cân nhắc xem xét là sự hiện diện kết cấu có làm ảnh hưởngđến những chuyển vị đó hay không “Tương tác giữa kết cau — dat” cần được xemxét.

Theo phương pháp nghiên cứu có hai hướng chính: Xây dựng mo hình thínghiệm Farrell, 2010; Farrell et al 2014; Giardina et al., 2012; Nghiem et al., 2014và xây dựng mô hình FEM theo Potts va Addenbrooke, 1997; Franzius et al., 2006;DeJong et al., 2008; Giardina et al., 2010; Giardina et al., 2013; Amorosi et al.,2014, vv

Phương pháp dễ tiếp cận nhất là phương pháp thực nghiệm dựa trên số liệu lúnđo đạt hiện trường (theo O’reilly và New, 1982) Trong phương pháp này, đặc trưngcủa kết cầu sẽ được bỏ qua, gia tri bién dạng cua tòa nha sẽ được sử dụng để đánhgiá mức độ phá hoại Khái niệm hệ số bién dạng DR, được định nghĩa như hình bên

VÌ TTETTITTTTTTTTTITTTT[TTTTTTTTU

0.2Deflection ratios:

Hình 2-11 Dinh nghĩa của hệ số biến dang DR, tương quan hệ số biến dang DR và biến

dang ngang, Burland et al 1995.

Theo Burland et al 1995, dựa trên hệ số bién dang DR và biến dạng ngang (eh)nham đánh giá mức độ phá hoại cả tòa nhà Với mức độ từ 3 đến 5 cần phải xem xétquá trình sử dụng và 6n định kết cau hiện hữu

Potts và Addenbrooker (1997) đề xuất phương pháp dự đoán dựa vào độ cứngtương đương của tòa nhà để đánh giá lún do sự ảnh hưởng của quá đình đào đườnghâm.

1

Hình 2-12 Mô hình phán tích cua Potts va Addenbrooker (1997).

Kết cấu tòa nhà được mô phỏng bang 2D, kết cau được thé hiện là cấu kiệndầm đàn hồi Dầm được xem xét với không có khối lượng, chỉ xem xét đến độcứng Hai thông số được định nghĩa cho sự thay đôi của độ lún và phản hồi dọc trụccủa tòa nhà, độ cứng uốn tương quan p*, và độ cứng dọc tương quan a* p* và a*được cải tiến bởi Franzius et al 2006, dạng không thứ nguyên, được thể hiện côngthức sau:

El EA

mod = 2 đề cà aE.B°zoL EBL

HV: Bùi Thanh Phước MSHV: 1670111