Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu biện pháp phụt vữa cao áp để gia cố xung quanh hầm tại tuyến Metro 1 (đoạn nhà hát-Bason)

Mối quan hệ gi a các đặc trưng của đất trộn ximăng b ng công nghệ phụt v a cao áp: modul dan hồi E, bề dày ö va độ lún bềmặt được thiết lập dựa trên kết quả tính toán b ng phương pháp ph

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

1k‡k:k:k 3k 3k 3k 2K :k of ok ois ok ok ok ok

NGO THANH HUY

NGHIEN CUU BIEN PHAP PHUT VUA CAO AP DE GIA CO

XUNG QUANH HAM TAI TUYEN METRO 1

(DOAN NHÀ HAT - BA SON)

Chuyén nganh : Kỹ Thuật Xây Dung Công Trinh NgầmMã số ngành : 60580204

Tp Hô Chí Minh, tháng 06 năm 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dan khoa học:

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHAN

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TSKH NGUYEN VĂN THƠ

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS TÔ VAN LAN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai hoc Bach Khoa Tp Hồ Chí Minh,

ngày 13 thang 7 năm 2018.

1/ Chủ tịch hội đồng : — PGS.7S BÙI TRƯỜNG SƠN2/Thưkýhộiđồng : 7S LẺ TRỌNG NGHĨA3/ Ủy viên phản biện 1: GS.TSKH NGUYEN VAN THƠ4/ Ủy viên phản bién 2: PGS.TS TO VAN LAN

5/ Uy vién hoi déng : PGS.TS TRAN TUAN ANH

CHU TICH HOI DONG TRUONG KHOA

KY THUAT XAY DUNG

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIET NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: NGÔ THANH HUY MSHV: 1570672Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1991 Nơi sinh: Tiền GiangChuyên ngành: Kỹ thuật Xây Dựng Công Trình Ngâm Mã số: 60580204I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CỨU BIEN PHÁP PHUT VỮA CAO AP DE GIA COXUNG QUANH HAM TAI TUYẾN METRO I (DOAN NHÀ HÁT — BA SON).Il NHIEM VỤ VA NỘI DUNG

1 Nghiên cứu biện pháp Jet-grouting dé gia cố nền xung quanh hầm đoạn Nhà Hát —

Ba Son.

2 Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất quanh ham, chuyền vị mặt đất khi gia

cô nên và không gia cô đề đánh giá vai trò của biện pháp gia cô nên.

3 Tiến hành tối ưu hóa bài toán lựa chọn biện pháp gia cô nền xung quanh hầm dựatrên kết quả nghiên cứu

HI NGÀY GIAO NHIỆM VỤ "_ [ Í, IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : rr re

V CAN BO HUONG DAN: PGS.TS VÕ PHAN

Tp HCM, ngay thang nam 20

CAN BO HUONG DAN CHU NHIIỆM BỘ MON

PGS.TS VO PHAN PGS.TS LE BA VINH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

LOI CAM ON

“Con người phải suôt đời trau doi cho minh có kiên thức ngày cảng rộng thêm.”

( Theo A LU-NA-SÁC-XKI )Không n m ngoài mục đ ch đó thì giai đoạn làm Luận văn - một giai đoạn rất quantrong nh m củng cô kiến thức sau nh ng tháng ngày học tập trên ghế nhà trường.Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Võ Phan đã tận tìnhhướng dẫn và động viên em trong suốt quá trình thực hiện Với sự hỗ trợ rất lớnngay từ khi bắt đầu em đã có được nh ng định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt

Luận văn này.

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) trong bộ môn Dia Co-Nén

Móng nói riêng và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Dai hoc Bach Khoa TP.

HCM nói chung Trong hơn 2 năm học tập tại trường, các thay cô đã trang bi choem nh_ng kiến thức, kỹ năng quý báu cũng như là động lực để thực hiện Luận vănDo ch nh là hành trang tốt nhất và là nên tảng v ng chắc dé bước vào con đườngsự nghiệp nhiều thử thách

Bản thân đã cô găng nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn này tuy nhiên với kiênthức hiện tại thì luận văn không tránh khỏi một sô thiêu sót Em kính mong nhậnđược sự đóng góp ý kiên từ phía thây cô và các bạn đê Luận văn của em được

hoàn thiện hơn và kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế.Một lần n a em xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2018

Học viên thực hiện

Ngô Thanh Huy

TÓM TẮT LUẬN VĂNNGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP ĐỀ GIA CÓ XUNG QUANH

HAM TẠI TUYẾN METRO 1 (DOAN NHÀ HÁT - BA SON)TÓM TẮT:

Công nghệ Jet - Grouting ngày càng được sử dung phổ biến trên thế giới trongcông tác gia có nên và xử lý đất yếu Ở Việt Nam, phụt va cao áp chỉ mới đượcnghiên cứu áp dụng trong vài năm gần đây Trong nghiên cứu này, công nghệ phụtva cao áp được sử dụng dé gia có đất nên xung quanh tuyến Metro 1, đoạn NhàHát — Ba Son Mục đ ch của việc gia cố này là nh m giảm độ lún bề mặt do quátrình thi công ham Metro số 1 b ng máy khiên dao (TBM)

Các công thức kinh nghiệm sẽ được sử dung để đánh giá độ lún bề mặt Kết quảtính lún b ng các công thức này sẽ được so sánh với kết quả tính toán b ngphương pháp phan tử h u hạn Mối quan hệ gi a các đặc trưng của đất trộn ximăng b ng công nghệ phụt v a cao áp: modul dan hồi E, bề dày ö va độ lún bềmặt được thiết lập dựa trên kết quả tính toán b ng phương pháp phân tửh u hạn.Từ khóa: Phut v a cao áp, ham, lún bé mat, gia cô nên, máy khiên đào (TBM)

RESEARCH ON JET-GROUTING METHOD TO SOIL STABILIZATIONAROUND TUNNEL OF THE METRO LINE 1 (NHA HAT TO BA SON)ABSTRACT:

Jet - Grouting is widely used nowadays in over the world as an effectivetechnology for soil improvement In Vietnam, this technology has just beenstudied and used recent years In this research, Jet- Grouting is used to stabilize thesoil around a tunnel of Metro line |, section from Nha Hat to Ba Son The purposeof using Jet - Grouting is to reduce the surface settlement due to tunneling withTunnel boring machine -TBM.

The surface settlement calculated by impirical equations are compared with that offinite element method - FEM As a result, the relationship between the soilcreteproperties including modulus E and 6 thickness from Jet Grouting and the surfacesettlement is proposed by using FEM analysis.

Keywords: Jet - Grouting, tunnel, surface settlement, ground reinforcement, TBM.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

Thay PGS.TS Võ Phán.Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bồ ở các nghiên

cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm vệ công việc thực hiện của mình.

TpHCM, ngày 18 tháng 06 năm 2018

Học viên thực hiện

Ngô Thanh Huy

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ANH ccccccccccececessececscecescssecscscececsevavsceceesevevavecevevacaceceasevavaeees ivDANH MỤC BANG BIEU Qu ccccccsccscsscssccesessesecscececssvevscscecsecevacaceceesacscecesevavaceceees viiÿI9097.000 |1 _ Tính cấp thiết của để tài - ¿56 5+ S* 3 2121511211111 11 11111111111 |

2 Mục tiêu nghiên CỨU - -G G5 00000 nh 2

3 Nội dung nghiên CỨU -GĂĂ G0 nọ ve 24 Phương pháp nghiên CỨU G199 1 nen 2

5, Y nghĩa khoa hoc và thực tiễn của GE tai ec ecececcececescesecececevecsceceseeeeveeees 3

6 Gidi han phạm vi nghiÊn CUU - 5G G5001 1 999933 11 ng ke 3

CHUONG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ PHỤT VUA CAO ÁPKHI XÂY DUNG CÔNG TRINH NGAM ucccccccccsesesescsesessscccevecececececececececececeaseeees 4

1.1 — Mục đ ch công nghệ phụt v acao ap [1] oo eee eeeeesnnececeeeeeessneeeeeeeeeeees 4

1.2 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting cecceccscsssessesesessesssesesesesesseseseesesen 51.2.1 Lịch sử phát triển.|2][3] - + ¿5655222 £E+E£E+E+ESEE£ErErkererererersee 5

1.2.2 Nguyên lý hoạt động:[3 ][4] [5 ][O][14] - << «<< <<<<++<<ss 7

1.2.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp Jet-grouting.[3][14] - 121.2.4 Các cách bố trí cọc Jet-grOUting -:- 25+ eccsccczrsrererrersree 141.3 Một số phương pháp gia cô nền khác trong công trình ngầm [7]/8/ 16

[.3.I Silicất hóa Gà 16

1.3.2 Nhựa hóa - - Gà 16

1.3.3 SOC hóa L LH 17

1.3.5 Phương pháp gia cô tạm thời tuyến đào sử dụng màng chăn b ng Ống

LA Nhận XÉK SG HH nọ 19

CHUONG 2: LY THUYET TÍNH TOÁN CHUYEN VỊ MAT ĐẤTKHI THI CÔNG HAM BANG MAY ĐÀO TBM ke sec rerereree 202.1 Chuyến vị - biến dạng mặt đất khi thi công b ng máy TBM (Tunnel Boring

2.1.1 Van dé lún bé mặt khi thi công b ng máy TBM.{3] - 202.1.2 Nguyên nhân gây biến dạng [9] ¿- 2 52 +c+S++e+t+Eezxzxererseree 212.2 Lý thuyết tính lún bề mặt ƒ3jJƒ9JJƑ 10] 1 Ï] ceccccccccescscssessssssessssesssesseseseesesee 252.2.1 Lún thắng đứng theo phương vuông góc với CTN - 252.2.2 Lún dọc trục hầm c- + xxx S191 91 51 1E 91111 8E 12126 ng ng 30

CHUONG 3: TINH TOÁN CHUYEN VI MAT DAT THEO PHƯƠNG PHAPPHAN TU HỮU HAN (FINITE ELEMENTS METHOD-FEM)) 32SN v5 ố :.‹-1 323.2 Phần mềm phan tử h u hạn Plaxis 2D ¿5-5 +2 £+s+x+ezrzrecsd 33

3.2.1 Mô hình Mohr — Coulomb [I2][ 5 ] - - << -<<<<<<e<<<<<<e<2 33

3.2.2 Mo hình Hardening Soil [12][13] - <5 << <<++++++<+ssssssseess 38

3.3 Nhận XẾ( c CS H1 E11 111112111111 111111 1111111112111 1111 0tr 44

CHUONG 4: ỨNG DUNG TINH TOÁN VA PHAN TICH HIEU QUA BIENPHAP JET-GROUTING DE GIA CO XUNG QUANH HAM TAI TUYENMETRO 1 (DOAN NHÀ HÁT — BA SON) eeececesssesesesesesscscececscscscseesstetetstseseseeen 45

4.1 Giới thiệu về công trình / 1JJ 14] 1 S} - ¿+ scs+e+e+esrercrereseerererereee 454.2 Giới thiệu về địa chất và thông số dùng tính toán 2-5555: 474.2.1 Dia chất khu vực nghiên CỨU - ¿2-6 + +22 EE£E£E£ESEEErErErrersrered 47

4.2.2 Thông số tính toán: Í ] ¿+2 + 2+2 S£+E+EEE+E£E£EE£EEEeEErkererererrerered 494.3 Tính toán chuyền vị mặt đất b ng giải tích.[3] -2-55- 55s 5243.1 T nh toán độ lún bề mat theo Herzog (985) -cSSSSe++e 524.3.2 T nh toán độ lún bề mặt theo O’ Reilly và New (1991) 524.4 Mô phỏng trường hợp gia cô và không gia cố nền xung quanh công trìnhngầm b ng phần mềm PlaXis - ¿2 5£ ©£+ES£SE+E+EE£E£E£EEEE£EeEEEErErEererrrreee 544.4.1 Trường hợp không gia cố NN cccccscsessssesessesesessesssessesesesseseseeseseeeesesee 574.4.2 Trường hợp gia 6 nÊN : ¿6-52 S523 2EE E211 Erkrrrred 58A.5 (cố nh i4 604.5.1 Trường hợp không gia cỗ nên - + 2+2 £+E+E£E+xeErerrerered 604.5.2 Trường hợp gia CO nÊN ¿252 2 E2 *EEEEEEEEEEEEEEEEErkrrerrred 63

DANH MỤC HINH ANHHình 1.1: Mặt b ng phụt v a đoạn kẹp bên hông Nhà Hát thuộc tuyến Metrol 4Hình 1.2: Mặt cắt gia có ham b ng phương pháp Jet-groufing - - - 5c: 5Hình 1.3: Kết cau dạng màng - - 252 S S2 SE2E2EE2E2EE 1231112111111 11c 8Hinh 1.4: Két cau dạng fƯỜng COC, VOM - - G999 9905011 1e 8Hình 1.5: Sơ đỗ quy trình thi công Jet-grouting - 5-52 55s ss+s+ecesceee 9Hình 1.6: Thông số vận hành b ng công nghệ ba pha ở tuyến Metro l II

Hình 1.7: So sánh phạm vi sử dụng các công nghệ khác với Jet-Grouting 13

O’Reilly & New (1982) dựa theo phương pháp Schmidt — Peck 26

Hình 2.3: Hệ số K khi tính toán ham trong nên nhiều lớp với Zo < 1.5D 29Hình 2.4: Hệ số K khi tính toán hầm trong nên nhiều lớp với Zo > 1,5D 29Hình 2.5: Dạng đường cong lún của hầm đôi +25 2 s+s+czce+x+xczsceee 30Hình 2.6: Đường cong độ lún dọc trục ham theo phương pháp Attewell (1986) 30Hình 3.1 - Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình đàn dẻo lý tưởng 34Hình 3.2 - Xác định Exr từ thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước 36Hình 3.3 - Xác định Eoea từ thí nghiệm nén cố kẾt - 5-52 252 5222+£+£z££zzs2 37Hình 3.4 - Mối quan hệ Hyperpolic gi a ứng suất lệch và biến dang dọc trục trong

thí nghiệm nén ba trục thoát HƯỚC - - << 119999101011 199 09 vn kế 40

Hình 3.5 - Vùng dan hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất

Hình 3.6 - Xác định Eso từ thí nghiệm 3 trục thoát nước - -s- 42

Hình 3.7 - Xác định Eoca’ từ thí nghiệm nén cố KẾT - 222 2552£+c£z£scs2 43Hình 3.8 - Xác định hệ số mũ m từ thí nghiệm 3 trục thoát nước AAHình 4.1: Vịtr đoạn hầm thi công tuyến Metro 1 o.c.cccccsccsesseesessessssseeseseseeseseeeeees 45Hình 4.2: Mặt b ng vị trí gia cô đoạn kẹp hông Nhà hát -. - 55+: 46Hình 4.3: Mặt cắt vị trí gia cô đoạn kẹp hong Nhà hat - << s«2 46Hình 4.4: Mặt cat địa chất dựa trên hỗ khoan ABH -1, ABH -2, U - 130, U-140, U -

150, U — (Ú 2 - 52 SE 1 E123 1515131111 21215 1111151111151 111511111111 1111 1111110111111 xe 47

Hình 4.5 Độ lún Smax theo phương pháp O’ Reilly và New cà 53

Hình 4.6 Vịtr 3 điểm kiểm tra chuyển 2 54Hình 4.7 Mô hình không gia cố nêền - + + 22+ SE+E+E£EE£E+EeEEEEeErrxrrrrrerree 57Hình 4.8M6 hình không gia cố nên có xét tải bên trên + -55s+sz5s+s+¿ 58Hình 4.9 Mô hình thay đổi E và cố định 8 = 2/7 m ¿- + 2 2 2 2+s+e+eszrsced 58Hình 4.10 Mô hình thay đổi E va thay đối ö - + 25252 SE E2 ErErkerererered 59Hình 4.11 Độ lún nền khi xây dựng hầm dưới (VL=1.55) - 5555555 scscs¿ 61Hình 4.12 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (VL=I.5%) c- sex cersesed 61Hình 4.13 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (VLE0.5%) ccccecersrsei 62Hình 4.14 Độ lún lún nền khi xây dựng cả 2 hầm (V=1%) -s sex cersesed 62Hình 4.15 Quan hệ độ lún mặt đất với giá tr) VỊ, (%) cư 62Hình 4.16 Độ lún lún nền với E=120MN/m2(V=0.55%) 5- 5255 5c+ccscc+2 63Hình 4.17 Độ lún lún nền với E=120MN/m2(VL=1%) -.- 255252 2s2s+escscse2 64Hình 4.18 Độ lún lún nền với E va 8 thay đối (Vị=0.5%) co tt stress 66Hình 4.19 Độ lún lún nền với E va 8 thay đối (VI 1%) ác ctt 2v vrseekseeo 66

Hình 4.22 Biểu đồ quan hệ E - S - 8 tại điểm B (VỊ, = 1%%) 57c ccccccsce 69Hình 4.23 Biéu đồ quan hệ E - S - 6 tại điểm B (Vi = 0.5%) c 2c cccc, 69Hình 4.24 Biéu đồ quan hệ E - S - 6 tại điểm C (Vi = 0.5%) cc 2c cccccee, 7IHình 4.25 Biéu đồ quan hệ E - S - 6 tại điểm C (Vi = 1%) 2-55 cccccccce2 72

DANH MỤC BANG BIEUBảng 1.1-Ưu, nhược điểm các công nghệ Jef-grouting - + 55555555552 11

Bang 2.1 - Thông số Vị, dựa theo loại đất và công nghệ thi công 27

Bảng 2.2- Giá t ri kế số K theo loại đất -¿-¿- 2s tt 2E EEEEErrrrrrrred 28Bảng 4.1-Thông số địa chất tham khảo tại hỗ khoan U150 - - 2 255552 48Bảng 4.2 - Các thông số đặc trưng vỏ ham - móng Nhà hát - +: 49

Bảng 4.3 - Thông số đặc trưng cọc XM - Ð (Jet - Grouting) -c-c-cscscs¿ 50Bảng 4.4 - Phân nhóm hư hỏng các công trình trên mặt đất -. . - +: 51

Bang 4.5 - Kết quả lún cho ham bên trên và ham bên dưới theo Herzog 52

Bang 4.6 - Thông số tính toán lún cho ham bên trên và ham bên dưới 52

Bang 4.7 - Kết quả lún bề mặt cho ham bên trên và bên dưới theo O° Reilly và New¬— ỐốỐỐốỐỐỔỐỔỐ 53Bang 4.8 - So sánh kết quả tính lún bé mặtt - + + 2 2©s+s££+x+£z£e+x+xzscxez 53Bảng 4.9 - Tổng hợp các trường hop mô hình bài toán -5- 525555: 55Bang 4.10 -Độ lún xung quanh hầm và mặt đất - +: 52 5+s+ccs+x+ecscce2 60Bảng 4.11-Bảng so sánh kết quả độ lún Smax tại mặt đất 25-5: 60Bảng 4.12- Bảng tong hợp độ lún khi VỊ, = 1% (thay doi E và cô định 8=2,7 m) 64

Bảng 4.13- Bang tong hợp độ lún khi Vị, = 0.5% (thay đối E và cố định ö=2/7 m)64Bang 4.14- Bảng tong hợp độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm A (Vụ = 1%) 67

Bang 4.15- Bang tong hop độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm A (Vi = 0.5%) 68

Bang 4.16 - Bảng tổng hop độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm B (VL = 1%) 70

Bang 4.17- Bang tong hợp độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm B (VL = 0,5%) 70

Bảng 4.18 -Bảng tổng hợp độ lún lớn nhất S(mm) tại điểm C (VL = 0.5%) 71

MO DAU1 Tinh cấp thiết của dé tài

Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất cả nước với dân số

khoảng 8 triệu người, có ty lệ tăng trưởng đô thi hàng năm trên 3% (Cục

Thống Kê, 2013) Bên cạnh đó, với hơn 6 triệu phương tiện giao thông cơgiới trong đó có 5.938.421 xe hai bánh gắn máy số lượng xe ô tô cá nhâncũng tăng hơn 120% từ 2003 đến 2013 (Sở Giao thông vận tải Tp.HCM,2014) lanh ng nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông và ô

nhiễm môi trường Mặt khác, mạng lưới vận tải hành khách công cộng như

xe buýt vẫn chưa thật sự phát huy hết vai trò của mình (xe buýt hiện chỉ đápứng được khoảng 7% nhu cầu)

Để hạn chế vấn dé cấp bách trên, chính quyên thành phố đã dé ra kếhoạch triển khai xây dựng mạng lưới giao thông công cộng Theo điều chỉnhquy hoạch giao thông vận tai được phê duyệt năm 2013, thành phố dự kiếncó 8 tuyến tàu điện ngâm (metro), 3 tuyến xe điện (tramway) va monorail, 6tuyến xe buýt nhanh chạy trên làn đường dành riêng (BRT) Hình thức giaothông ngâm tại các khu đô thị ngày càng được ưa chuộng vì mang nhiều lợiích về kinh tế lẫn kỹ thuật:

- Giải pháp toi ưu về vấn dé giao thông đường pho, cho phép khai tháctong thé và tận dung được không gian ngâm trong lòng đô thị;

- Giảm thiểu tai nạn và ách tắc giao thông; nâng cao giá trị sử dụng đất;- Không doi hỏi chỉ phí vật liệu nhiều Ngoài phan vỏ cầu tao BTCT, các hệ

thong bên trong chủ yếu là hệ thong cơ khí, kết cầu thép lắp ráp;- Trong quá trình thi công ít ảnh hưởng đến giao thông đô thị;

Tuy nhiên, các tuyến metro đi ngầm trong thành phố không thé tránhkhỏi việc gây biến dạng mặt đất cũng như ảnh hưởng tới các công trình lâncận trong quá trình thi công, khai thác Đối với khu vực địa chất chủ yếu làcát như Thành phố Hỗ Chí Minh thi ảnh hưởng đó càng rõ rang hơn — đây làmột van dé cần được quan tâm cũng như đánh giá đúng mức Khi đó, nhiềubiện pháp gia cô xung quanh công trình ngầm: cọc xi măng — dat, đóng băngnhân tao, dùng hóa chất được nghiên cứu và lựa chọn phù hợp với từng

công trình cụ thé nh m giảm nh_ng hạn chế đó.Nhưng đây vẫn còn là một van dé còn khá mới ở Việt Nam, có nhiềunghiên cứu tập trung về chuyển vị mặt đất trong quá trình thi công khiênđào tô hợp TBM: nhưng lại có rất ít nghiên cứu về các biện pháp gia cốxung quanh công trình ngầm.

Tổng hợp nh ng lý do trên, tôi đưa ra hướng đề tài: “Nghiên cứu biệnpháp phụt vữa cao áp để gia cỗ xung quanh ham tại tuyến Metro số 1(doan Nhà Hat-Ba Son)” là rất cần thiết, nó có ý nghĩa khoa học và thựctiễn rất cao trong giai đoạn hiện nay

- Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu về biện pháp Jet-grouting dé gia cô nên xung quanh hầm đoạn

Nha Hát — Ba Son.

Sử dung Plaxis 2D mô phỏng ứng xử dat đá quanh ham, chuyển vị mặt dat

khi gia cô nên và không gia cô đê đánh giá vai trò của biện pháp gia cô nên.

Tìm ra quan hệ gi a thông số của tường cọc: Modul đàn hồi E, độ day ö; giatri mat mát thé tích VL(%) với độ lún lớn nhất tại mặt đất Lua chon được

thông sô tôi ưu đôi với điêu kiện địa chât tại khu vực Noi dung nghiên cứu

Câu trúc của luận văn được chia thành 04 chương:Chương 1 : Tong quan về các biện pháp phụt va cao áp để gia cô nền khixây dựng công trình ngâm

Chương 2 : Lý thuyết tính toán chuyển vị mặt đất khi thi công ham b ng

máy đào TBM.

Chương 3: Tính toán chuyển vị mặt đất theo phương pháp phần tử h u hạn

(Finite Elements Method-FEM).

Chương 4: Ung dung tính toán va phân tích hiệu quả biện pháp gia cỗ xungquanh công trình ngầm cho tuyến metro 1, đoạn Nhà Hát — Ba Son

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng bàitoán dùng biện pháp gia cỗ xung quanh nền và không gia cô từ đó có cơ sởdé đánh giá và so sánh lựa chọn biện pháp hop lý.

Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàiCác kết quả nghiên cứu của dé tài có thé làm tài liệu nghiên cứu, tham khảocho chuyên ngành công trình ngầm khi lựa chọn biện pháp gia cố nền xungquanh ham

Đề tài phù hợp với thực tế ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là tại Thànhphố Hồ Ch Minh Trên cơ sở đó, kết quả của để tài có thể áp dụng sơ bộcho các công trình ngầm tương tự, từ đó lựa chọn được giải pháp thi côngphù hợp cũng như có kinh tế cao

Giới hạn phạm vi nghiên cứuTrong phạm vi nghiên cứu đê tài chỉ sử dụng sô liệu địa chat tai một hô khoanmang tính chat cục bộ, vì vậy cân mở rộng nghiên cứu và xem xét tông quát

hơn với số liệu địa chất toàn bộ đoạn tuyến ngầm thi công b ng TBM.Trong thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền phù hợp với từng điều kiện cụ thénhưng dé tài chỉ tập trung nghiên cứu gia cố nền b ng biện pháp phụt v a áp

lực cao.

Số liệu thực tế còn hạn chế vì đây là công trình lần đầu được xây dựng tại ViệtNam và đang trong giai đoạn hoàn thành nên nh_ng kết luận chỉ mang tính lý

thuyết cần xác định lại b ng thực nghiệm để đánh gia khách quan hon

Đề tài chỉ nghiên cứu gia cô phun v acho hai bên và phía trên hầm riêng phanph a dưới hầm có địa chất tốt nên không gia có

CHUONG 1: | TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA CAO ÁP

KHI XÂY DỰNG CONG TRÌNH NGAM.Công trình ngầm được xây dựng n m sâu trong lòng đất, phạm vi xây dựngcó thể bị hạn chế trong không gian đô thị và điều kiện địa chất phức tạp nênviệc gia có phần nền móng dé đảm bao sự 6n định cho công trình cũng nhưhạn chế ảnh hưởng đến các công trình hiện h u là vấn đề thiết yếu Jet-grouting là một phương pháp gia cô và xử lý nền được sử dụng khá linh hoạtvới nhiều ưu điểm nỗi bật: thi công điều kiện chật hẹp, có thé xử lý hầu hếtcác loại địa chất, nhiều độ sâu khác nhau mà không cần gia cô từ mặt đất trởxuống

1.1 Mục đích công nghệ phụt vữa cao áp.{ l |

Phương pháp Jet-grouting tao ra khối soilcrete dam bảo về cường độ với cáchình dạng khác nhau thông qua các yếu tố như: tốc độ xoay, tốc độ nâng cần, cáchbố tr Mục đ ch của việc phụt va khi xây dựng công trình ngầm là dé gia cô đấtyếu xung quanh ham nh m giảm độ lún bề mặt dé đảm bảo ồn định cho công trình

cũng như công trình lân cận khi thi công.

Tai vi tri gia cô kẹp bên hồng Nha Hát (Hình 1.1) với việc điều chỉnh các thôngsố modul đàn hồi E, bề dày tường cọc jet-grouting ồ (Hình 1.2), giá trị mat mát thétích VL(%) nh m chọn thông số tối ưu cho dia chất khu vực dé giảm độ lún bề mặt

Hotel Continental Saigon

Vincom Tower feuas

Hình 1.2: Mặt cắt gia có hai bên và bên trên ham.1.2 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting.

1.2.1 Lịch sử phát triển.[2][3]1.2.1.1 Trên thé giới

Khả năng xói của tia nước đã được sử dựng cho mục đ ch đào đất từ rấtsớm, đặt biệt trong công nghiệp khai thác mỏ, thậm chí có một số tài liệu chor ng kỹ thuật này được áp dụng từ thời Trung Cổ

Kỹ thuật Jet-Grouting sớm được phat minh ở Anh vào thập niên 50, nhưng

được ứng dụng đầu tiên ở Nhật vào thập niên 70 (Essler & Yoshida 2004).Nh ng nghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất

vào khoảng năm 1965 bởi Yamakado và cộng sự (Xanthakos et al 1994 từ

nguồn Miki & Nikanishi 1984) Trong giai đoạn này Jet-Grouting được sử dụngdau tiên chỉ để tạo tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004)

Vào đầu nh ng năm thập niên 70, phut v a cao áp kết hợp xoay cần xuấthiện ở Nhật vì kết cầu dạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cườngđộ yếu (Essler & Yashida 2004) Cuối nh ng năm của thập niên 70, hầu hết cáckỹ thuật cơ bản về Jet Grouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thếgiới, nhưng trước tiên chủ yếu là ở Đức, Ý, Pháp, Singapore và Brazil

(Xanthakos et al 1994).

Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet-Grouting được dé cập lần dau tiên vào năm1979, cho đến 1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi côngphương pháp này Cho đến năm 1987 thì Jet Grouting mới được dùng ở Mỹ.

Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet-Grouting, đólà dùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia v a áp lực cao —Crossjet Grouting Đầu thập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet-Grouting,Supperjet Grouting, có khả năng gia tăng đường kính cọc được phát triển

Ở Trung Quốc áp dụng năm 1972, xây dựng kết cau tường chắn, 6n định hốđào cho nhà máy thép Baoshan, Thượng Hải Đến năm 1990 công nghệ này áp

dung công trình có quy mồ lớn như đập tam hiệp trên sông Duong Tử va

Xiaolangdi trên sông Hoàng Hà va nh ng công trình ngầm của thành phố lớnnhư Thượng Hải, Bắc kinh, Quảng Châu và Trung Quốc cũng là nước áp dụngcông nghệ này nhiều nhất trên thế giới

1.2.1.2 Ở Việt NamỞ nước ta, Jet-grouting xuất hiện vào năm 1999 được áp dụng nhiều dự ánnhưng công nghệ vẫn chưa có tiêu chuẩn ngành hướng dẫn và tài liệu khoa học vềcông nghệ nay cũng còn rat ít

Ở phía Nam, liên hiệp địa chất công trình - xây dựng và môi trường thuộc tonghội địa chất Việt Nam cũng đã tiến hành công nghệ này Sau một thời gian thicông nghệ xáo trộn v a cao áp nh m để xử lý gia cố một số công trình tại TPHCM va một vai địa phương khác ở phía Nam Kiểm chứng cho thấy hiệu quả củacông nghệ được áp dụng dé gia cố các bờ sông, kênh mương, hỗ móng sâu, máidốc trượt lỡ, công trình ngầm, nên đường bộ

Trong năm 2012, TS.Tran Nguyễn Hoàng Hùng cùng nhóm nghiên cứu thựchiện đề tài trong điểm cấp quốc gia, đã cải tiễn và thử nghiệm thành công cọcsoilcrete b ng công nghệ Jet Grouting ở TP HCM có đường k nh lên đến 1.7m.Kết quả nghiên cứu này giúp củng cé lại tính thực tiễn công nghệ trong gia cô cáccông trình giao thông và xây dựng trong tương lai gần

Trong nh ng năm gan đây, công nghệ phụt v a áp lực cao đã sử dụng rộng rãi

ty nước ngoài triển khai và chuyển giao công nghệ và cũng một phan dé Việt Namtừng bước phát triển các công nghệ phù hợp với các điều kiện đặc thù trong nướctrên cơ sở kế thừa và cải tiến công nghệ mới đã có trên thế giới.

Năm 2014, đáp ứng nhu câu thị trường về các công trình ngầm được khởi côngxây dựng tại Việt Nam, FECON kết hợp với Tap đoàn Kanamoto và SODIC thànhlập Công ty công trình ngầm FECON (FECON UCC) Ngay sau đó, FECON UCChợp tác với Công ty Raito Kogyo Nhật Ban bat tay vào dự án HCM Metro line 1Bến Thành - Suối Tiên với hạng mục gia cố các điểm đầu và cuối đường đàoTBM Cuối năm 2015, dự án hoàn thành hạng mục gia cố tại khu vực tiếp nhậnTBM (Arriving shaft) Đây là dự án đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng thành côngcông nghệ Jet Grouting ba pha đường kính lớn (khoan bơm v a cao áp) để thicông thành công cọc xi măng đất đường k nh lên đến 3,5m

1.2.2 Nguyên lý hoạt động:[3 |[4]{[5 ][6][14|Công nghệ Jet - groufing: Phương pháp khoan phụt cao áp là quá trình làm rời

đất hoặc đá yếu trộn với hoặc thay thế một phân b ng tác nhân dính kết xi mang;

Quá trình làm rời đạt được b ng một tia dung dich có năng lượng cao, trong đó

bản thân dung dịch có thể là tác nhân dính kết xi măng.Trước tiên đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến thì dừng lại và bắt đầu v abơm v a XM phụt ra thành tia ở đầu mũi khoan, vừa bơm v a vừa xoay cankhoan rút lên Tia nước và v a phun ra với áp suất cao (200 - 400 atm), vận tốclớn (=100 m/s) làm cho các phan tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòatrộn với v a phụt, sau đó đông cứng tạo thành một cọc (cột) đồng nhất

Có 2 dạng phan tử thông dung là dang cọc và dang tâm Một tổ hợp các phantử khoan phut cao áp liên kết một phan hoặc toàn bộ với nhau Các kết cầu thôngdụng nhất là:

+ Màng: Có dạng như một bức tường (hình 1.3)+ San: Có dạng một lớp n m ngang

+ Trần: Được tạo bởi các phan tử n m ngang

+ Khoi: Két câu ba chiêu

Hình 1.3: Kết cầu dạng mang

Hình 1.4: Kết cấu dạng tường cọc, vòmTheo lich sử phát triển, đã có 3 công nghệ đơn pha - S, hai pha - D và ba pha -T ra đời nh m đạt được mục tiêu tạo cọc có đường kính lớn hơn và chất lượngtrộn đồng đều hơn

+ Công nghệ don pha (Công nghệ S): Sử dụng cần khoan nòng đơn với đầumũi chỉ có một lễ phun (nozzel) V a phụt ra với vận tốc 100m/s, vừa cat đấtvừa trộn v a với đất một cách đồng thời, tạo ra một cọc dat-ximang đồng đều Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 60 đến 80 em

Tron ——*‡ Bõn chứa

Bơm áp lựcKiêm soát độ sâu và độ quay -

Hình 1.5: Sơ đồ quy trình thi công Jet-grouting+ Công nghệ hai pha (Công nghệ D): Sử dụng cần khoan nòng đôi, lõi trong

bơm v a, lõi ngoài bom kh Lỗ phun kép có 2 vòng, vòng trong phun v a,vòng ngoài phun khí Hỗn hợp va được bơm ở áp suất cao (> 200 atm) phunra ở vòng trong, đồng thời bơm kh nén (> 20atm) phun ra ở vòng ngoài Tia

khí nén sẽ bao bọc quanh tia v alam giảm ma sát, cho phép v a xâm nhập

sâu vào trong đất, do vậy tạo ra cọc dat-ximang có đường kính lớn Theocông nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 80 đến 150 cm tùyvào loại đất Khả năng tạo chiều dài cọc đến 45m

+ Công nghệ ba pha (Công nghệ T): Sử dụng cần khoan nòng 3 Đầu mũikhoan gan 2 lỗ phun, lỗ phun đơn pha dưới để phun v a, lỗ phun kép n mph a trên để phun nước và kh Nước được bơm dưới áp suất cao, kết hợp vớidòng kh nén xung quanh tia nước có tác dụng phá vỡ dat sơ bộ V a đượcbơm qua một vòi riêng biệt n m dưới lấp day v a vào các phan tử đất v a

được pha vỡ Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ

100 đến 500 cm tùy vào loại đất Khả năng tao chiều dài cọc đến 50m Loại

thiết bị này ít phd biến, chỉ sử dụng khi có nh ng yêu cầu phải tạo cọc cóđường kính 3 ~ 5m hoặc nh ng yêu cầu đặc biệt khác.

Đối với tuyến Metro | nh ng đoạn gia cố b ng Jet-grouting đã áp dụng côngnghệ ba pha (công nghệ T) để tạo ra cọc có đường kính lớn từ 3-3.5m So với cáccọc xi măng đất tiết diện nhỏ, Jet-grouting đường kính lớn là công nghệ thi côngphù hợp các công trường trong khu vực đô thị bị hạn chế về không gian, không thểsử dụng được các thiết bị lớn Đồng thời, với việc sử dụng thiết bị thi công phùhợp được lựa chọn tối ưu sử dung trong đô thi, chất lượng khối xử lý được kiểmsoát chặt chẽ, đảm bảo độ chính xác cao, khối lượng bùn trào ngược ít sẽ giảmthiểu tối đa các tác động đến môi trường Đặc biệt, với việc sử dụng các thiết bịthi công áp lực cao, khối lượng v a xi măng sử dụng để tạo tường cọc t hơn sovới các công nghệ cũ (1 pha, 2 pha) nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về gia cố, giúpnâng cao hiệu quả kinh tế cho thi công công trình

Ngoài ra, hiện nay còn một số phương pháp cải tiến khác như: phương phápsuper Jet-Grouting (cải tiến từ phương pháp phun đôi); phương pháp X-Jet (cảitiễn từ phương pháp phun ba)

LDudng kính 3500mmAp lực vita MPa 40+ |.Toe độ xà vừa Litjphút 300 2Tốc độ vòng quay Vongiphut 12

Tóc độ rut cân Phút/m 0/0

II.Đường kính 3000mmAp lực vita MPa 40 + 1.0

Tốc độ vòng quay Vong/phut l4Tốc độ rt cân Phitím 10

III.Đường kính 1400mmAp lực vữa MPa 30 + 1.0

Tốc độ xả vừa Lit/phiit 100-2Tốc độ vòng quay lòng (phút 12Tốc độ rút cân Phitim 10.0

Hình 1.6: Thông số vận hành bằng công nghệ ba pha ở tuyến Metro 1Bảng 1.1-Uu, nhược điểm các công nghệ Jet-grouting

Hệ thống Ưu điểm Nhược điểmPhun đôi |+ Hệ thống được sử dụng nhiều

nhất Do đó thiết bị và dụng cụcó nhiều trên thị trường và cónhiều công trình tham khảo.

+ Dat duoc năng lượng xói cao

giúp tăng k ch thước sản phẩm.+ Thường có hiệu quả kinh tế cao

nhất.

+ Khó kiểm soát hiện tượng nângnên trong nên dat d nh.

+ Khó khăn trong xử lý bùn thải.

+ Thường không thể dùng cho mụcđ ch chống đỡ công trình

Phun ba + Hệ thống có khả năng kiểm

soát tốt nhật.+ Đạt được chat lượng tốt nhất

nghiệm.

Superjet | + Giá thành thấp nhất t nh trên

một đơn vị thé t ch xử lý.+ Hỗn hợp v a— dat được trộn

+ Cần thiết bị và dụng cụ đặc biệt.+ Khó kiểm soát hiện tượng nâng

nên trong dat d nh.đồng đều nhất

+ Khó xử lý bùn thải.

+ Không thé khoan phut gan mặtđất mà không có thiết bị phụ trợ.+ Vận chuyên khó khăn nhất.

X-jet + Kiểm soát được hình dạng cột ¬- : sa

+ Cân thiệt bị đặc biệt và phải kiêmsoilcrete ‹ -

+ Kiểm soát được khối lượng vật tra hàng nay: ¬

liêu + Hệ thông ra đời tré nhât nên công

+ Hệ thống tốt nhất cho đất d nh trình tham khảo còn t

mềm.

1.2.3 Uu, nhược điểm của phương pháp Jet-grouting.[3][14]Ưu điểm: Pham vi áp dụng rộng rãi, th ch hợp với mọi loại dat, thi cong duoctrong nước, phạm vi xử lý sâu hơn trộn khô, có thé xử ly lớp đất yếu cục bộ màkhông ảnh hưởng đến lớp đất tốt, quá trình hình thành cường độ của cọc đất gia cốdiễn ra đồng đều hơn, t chấn động nên hạn chế tối đa đến công trình lần cận Đặcbiệt là khả năng xử lý trong nh ng điều kiện đặc biệt (dưới bản đáy công trình, cục

bộ dưới sâu )

Gidi hạn áp dụng kỹ thuật khoan phụt

Hang hốc

Giải pháp tổng hp —— | “2 4 i — si cm, SwWv II

Silicat kiềm (độ nhớt nhỏ) |) AA-aỹyead.- CV CV So

Silicat hóa (độ nhớt lớa : | ' E |

ở kêt cầu cọc và tường chăn, tránh hiện tượng hóa lỏng nên công trình.

Dùng cho mục đ ch gia cường cong trình : chịu tải và tăng cường kha

năng chịu lực, gia cố móng các công trình lân cận trong quá trình thicông hồ dao, thi công ham, gia tăng kha năng chịu lực của móng các

công trình do khả năng chịu tải giảm theo thời gian, hay trong trường

hợp tải trọng tác dụng gia tăng so với thiết kế ban đầu, gia cường nênđất để nên đất không bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụngvượt giới hạn cho phép, làm việc như móng cọc truyén tải trọng củacông trình xuống lớp đất tốt hơn bên dưới

Nhược điểm:

+

1.2.4Cũng

Jet-grouting có chi ph dat va phụ thuộc va mức độ phức tạp của việc xửly, loại địa chất và chiều sâu

Quá trình phụt v a phải diễn ra liên tục, nếu có sự cô tắt nghẽn xảy rathì áp lực có thé tạo ra hiện tượng day trồi và sụp đồ trong dat

Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơn trộn khô do có xi măng đi theodòng trào ngược và đặc biệt là đối với nền đất có nhiều túi bùn hoặc rách u cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trìnhninh kết hỗn hợp đất xi măng

Các cách bố trí cọc Jet-grouting.giống như phương pháp tao trụ XM-D truyền thống thi Jet-grouting có

nhiêu cách bô trí nên tùy thuộc vào hình dạng, mục đ ch cũng như yêu cau sử

TT” aia SB kc=

1 Kiểu tường; 2 Kiểu kẻ 6; 3 Kiểu khối; 4 Kiểu diện.

(Bồ tr trụ trộn ướt trên mặt đất)Hình 1.8: Cách bố trí cọc jet-groutingCó 2 trình tự thường được chọn để thi công: [5]

+ Trình tự thi công tươi: Trình tự mà các phan tử phụt va cao áp được thi côngliên tiếp nhau ma không đợi v a ở phan giao nhau ninh kết

1 2 3 4 5 6 733 SE ee eee ON

/ ES ‘is \ ⁄Z N any \ = ` v N ‘ite

| o |o Lo } 6 so! co }) 9° | ——>

\ / | / } ị` A Yi / 4 A A À J

KY ee Ne a’ — ——_ 7 NY

Hình 1.9: Trinh tự thi công tươi

+ Trình tự thi công khô: Trinh tự mà các phan tử phụt v a cao áp được thi côngxen kẽ nhau, trong đó phần tun m xen gi a chỉ được thực hiện sau một thờigian chỉ định để các phan tử thi công trước đó ninh kết hoặc đạt được mộtcường độ thiết kế nao đó Thời gian nỗi chồng gi a 2 cọc không nên vượt quá48 giờ Nếu quá thời gian trên phải khoan rỗng chiếc cọc cuối cùng chừa rađầu mộng để chờ nối chồng với dot cọc sau Nếu thời gian ngừng quá dài, cóthể sử dụng biện pháp đồ v a hoặc vá cọc, nhưng phải được sự đồng ý của chủđầu tư và đơn vị thiết kế

1.3 Một số phương pháp gia cố nền khác trong công trình ngầm [7//8/Bên cạnh Jet-grouting thì trong lịch sử xây dựng công trình ngâm trên thế giớicũng có nhiều phương pháp gia cố nền khác:

1.3.1 Silicat hóa

Nguyên ly của silicat hóa là ép vào đất (tién hành dưới áp lực qua kim phut)các loại v a tạo ra từ một hay một số thành phần mà khi trộn vào đất sẽ tạonên trong các lỗ rỗng của đất các chất keo, làm cho đất đạt độ bên, độ chốngthấm nhất định

Khi xây dựng các CTN trong đất no nước không 6n định có thé gia cô chúngb ng các hóa chất Phương pháp này sử dụng khi xây dựng các CTN đô thịb ng các phương pháp đào k n hoặc đào lộ thiên gần móng nhà hoặc các CTNkhác, khi mở miệng giếng đứng và ham đào nghiêng, khi xuyên đường hamqua khối đất hoặc các chướng ngại vật khác Gia cô đất b ng silicát còn sửdụng dé tạo nền hầm chắc chan n m trong đất không ôn định

Phương pháp silicát hóa có khả năng tránh được độ lún bề mặt đất và ngănngừa hư hỏng nhà và công trình cũng như hệ thống công trình kỹ thuật ngầmlân cận Các dung dịch hóa chất được sử dụng để gia cố đất cần có độ dínhnhỏ, không độc hại, không làm gi các thiết bị máy bơm b ng kim loại

Các phương pháp gia cô hóa chất gồm: silicát hóa một loại v a, silicát hóahai loại v_ a, silicát hóa khí; tam hợp hóa chất b ng các v a bentonite silicát,

sét xi măng va keo hóa.1.3.2 Nhựa hóa

Để gia cô đất yếu no nước không 6n định có kết cau nguyên dạng với hệ sốthấm 0,3 + 1 m/ngày đêm, bên cạnh silicát hóa, có thé sử dụng nhựa hóa kếthợp các chất gia cố h u cơ trên cơ sở các loại nhựa tong hop khac nhau

Nhựa tổng hop có độ dính không lớn, thấm rất tốt vào dat và sau khi bốsung chất đông cứng, chúng được tổng hợp thành gel đóng băng tạo cho đấtđộ cứng và độ chống thấm yêu cầu

cô đất, sử dụng cacbonic motrêvin phôrrmagít (KM), motrévin phôrrmagít(My = 17) và các loại nhựa khác Đối với đất đá nứt né, hang casto và nửa đácũng như dat hòn lớn như sỏi, cuội, có thé sử dụng phương pháp phut v a xi

mang.

Trong đó, nước từ trong lỗ rỗng va các vết nứt được v a day ra va đất trởthành một khối không thắm nước Phụ thuộc vào k ch thước vết nứt và lỗ rỗngcũng như tốc độ chuyên động của nước ngầm, v a phụt có thé dùng ximăng,

sét hoặc bitum.13.3 Sét hóa

Sét hóa là phương pháp để chống thắm cho hang ngầm khi lưu lượng thắmkhông lớn lãm trong địa tang nứt nẻ với độ thấm (0,1 + 100)1 t/phút Căn cứ

vào độ thắm của địa tầng, khi sét hóa, sử dụng v asét,v a sét sillcát hoặc v a

ximang.

V a sét được chế tao từ đất sét hoặc 4 sét, mật độ v a có thé từ 1,2 +1 45g/cmẺ với độ loãng từ 18 + 26cm Dé ép nước ra khỏi v_ a và rút ngăn quátrình lắng kết của các hạt sét người ta tăng áp lực sét đến 3MPa Các v a sétsilicát chế tạo trên cơ sở các bentonite khuếch tán nhanh và các loại sét phobiến tại các địa phương

Các v a sét xi măng kinh tế hơn nhiều, ôn định hơn (đặc trưng b ng độ sụt

nhỏ hơn) so với v a sết ximang Hàm lượng sét trong v a sét xi mang dao

động từ 50 + 150% khối lượng xi măng

1.3.4 Phương pháp dong băng nhán tao.

Đóng băng (đông cứng) đất nhân tạo được sử dụng trong các điều kiện địachất công trình khác nhau, khi tôn tại các lớp bị cuốn trôi không đồng nhất cóhệ số thấm nhỏ hơn 10 m/ngay đêm và trong các đất đá nứt né n m trên tangđất cuốn trôi không ồn định có dòng chảy của nước ngầm lớn hơn 50 m?/gid

Việc đóng băng nhân tạo áp dụng cho đất no nước và cát chảy được coinhư một phương pháp gia cô tam, chúng được sử dụng với mục đ ch tạo nênmột vách ngăn b ng đất không thắm nước với nh ng kết cấu chịu lực khi xâydựng CTN trong các điều kiện địa chất thủy văn phức tạp

Bản chất của phương pháp là dựa trên đặc điểm của các loại đất bão hòa

nước khi làm đóng băng sẽ có độ bên và tính chống thắm cao.

Trong quá trình đóng băng nước n m trong các khe nứt và lỗ rỗng sẽ liên

kết các hạt của các loại đất khác nhau lại Các loại đất chứa từ 30 + 40% nướccó độ bền lớn nhất khi được đóng băng Khối đất đóng băng sẽ bảo vệ hangngâm không bị nước chảy vào khi đảo các đoạn hầm qua vùng có điều kiệnđịa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp

Thực chất của phương pháp đóng băng nhân tạo là tạo nên tường chắn bềnv ng nhân tạo từ đất đóng băng (tròn, ch nhật hay hình thù khác) ngăn cảnthâm của nước hay đất không ôn định no nước vào ham khi thi công các CTNhoặc công trình xây dựng khác Tường chan nhân tạo này tiếp nhận áp lực củađất bao quanh ham, cũng như áp lực của nước ngầm Việc thiết kế đóng băngnhân tạo, khoan lỗ và hạ cột làm lạnh, thiết bị và lắp ráp trạm làm lạnh, tácnhân gây lạnh Trong thực tế trong xây dựng CTN người ta phân loại phươngpháp đóng băng đất nhân tạo dựa vào vật liệu làm chất đóng băng hoặc dựavào trình tự thi công đóng băng Có 2 phương pháp đóng băng đất nhân tạo:song song và tuân tự

1.3.5 Phương pháp gia có tạm thời tuyến đào sử dụng màng chan bằng ong.Trong thực tế xây dựng đường ngầm, màng b ng ống gia cô tạm thời chotuyến đào ngầm được sử dụng rộng rãi Ông thép, BTCT hoặc phibrô xi măngđường kính từ 85 + 2500 mm với chiều dài ống > 30 + 40 m xuyên vào đấthoặc luồn vào các lỗ khoan b ng các nhánh riêng dài 2 + 5 m, liên kết chúngb ng liên kết với nhau b ng liên kết han, đai vòng, đai kẹp

Theo tiến trình k ch đây, đất được lấy ra từ ống, sau khi kết thúc, nhồi bêtông toàn khối hoặc BTCT lắp ghép vào khoảng không được giải phóng đó.Như vậy, màng phang hoặc vòm được tạo nên trên mái, đôi khi cả dọc tườngCTN, dưới màng bảo vệ lõi đất được đào đi và kết câu chịu lực được xâydựng Mang b ng ống không nh ng được dùng như hệ chống tạm thời mà cònđược coi là thành phần của kết cấu chịu lực lâu dài

Phương pháp này được dùng trong xây dựng các đoạn nối ngầm, các ga tàu

này đặc biệt hiệu quả khi xây dựng đường ngầm dưới các tuyến đường phó,dưới các khối đất và móng nhà trong địa chất yếu không ôn định với độ sâumóng từ 3 + 10 m so với mặt đất, nó không yêu cầu đào đất trên CTN, khôngphá vỡ điều kiện giao thông trong tuyến phố và hạn chế độ dịch chuyển vàbiến dạng của mặt đất Trong đó, phần lớn các trường hợp không cần gia côđất b ng hóa học và đóng băng nhân tạo

Dưới màng chan bảo vệ b ng ống có thể xây dựng đường ham với hìnhdạng và k ch thước tiết diện bat kì với chiều dài 80 + 100 m Có thé tăng chiềudài màng ống b ng cách tao ra các giếng đứng trung gian hoặc các ham đểk ch đây ống cũng như dé xây dựng hệ thống vượt trước ké từ gương ham

Nhận xét

Trong điều kiện không gian xây dựng hạn chế, nhiều công trình quan trọngcó ý nghĩa về mặt mỹ thuật - lịch sử cần bảo tồn bên cạnh việc địa chất khuvực tuyến chủ yếu cát mịn thì “Phương pháp xử lý nền Jet - Gouting” đượcứng dụng dé nh m giảm ảnh hưởng đến công trình lân cận và chuyền vị bểmặt đất khi thi công là hợp lý

Tuy nhiên, bên cạnh phương pháp Jet-grouting thì còn rất nhiều phươngpháp gia cố nền khác nên khi lựa chọn phương pháp dé thi công cần phải xétđến nh ng đặc điểm của các điều kiện địa chất công trình, đói tượng xâydựng, kết cau công trình dé lựa chon cho đáp ứng cả yêu câu kĩ thuật lẫnkinh tế

CHƯƠNG 2: LÝ THUYET TÍNH TOÁN CHUYEN VI MAT DAT

KHI THI CONG HAM BANG MAY DAO TBMTrên thé giới hiện nay có rất nhiều phương pháp t nh lún bề mặt dat đượcsử dụng Tuy nhiên có hai phương pháp t nh lún bề mặt đất đang được sửdụng pho biến là: phương pháp giải t ch (phương pháp kinh nghiệm va bánkinh nghiệm) dựa trên các công thức kinh nghiệm được rút ra từ kết quả quantrắc tại các công trình cũ và được chứng minh là tương đối phù hợp qua cácứng dụng thực tế; phương pháp số (chủ yếu sử dụng phương pháp phan tửh uhạn) là phương pháp khá pho biến hiện nay hoặc kết hợp ca hai phương pháp

trên; bên cạnh đó còn có phương pháp th nghiệm nhưng t được quan tâmhơn.

Chuyển vị - biến dạng mặt đất khi thi công bang máy TBM (Tunnel Boring

Machine).

2.1.1 Vấn dé lún bê mặt khi thi công bằng máy TBM.[3]Van dé lún sụt bề mặt đất nền được xem là một trong nh ng khuyết điểm

lớn của phương pháp khi các biện pháp kỹ thuật không được đảm bảo hoàn

toàn Sự lún bề mặt sẽ gây ra sự chuyển vị cưỡng bức đối với các công trìnhhiệnh u bên trên mặt đất Nghiên cứu sự ảnh hưởng của sự lún bề mặt khi thicông đào ham đến các công trình hiện h u bên trên, các tác giả Burland &

Wroth 1974, Frismann 1994, Gredde 1978, Potte & Addenbrooke 1997 có

nhiều đóng góp quan trọng Trong đó Potte & Addenbrooke 1997 đã cho thayđược mối quan hệ gi a moment uốn của kết cấu phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư độ cứng kết cấu công trình bên trên (cụ thể là số tầng của một toà nhà),vị trí đường ham di qua, tải trọng trên công trình, mức độ tiếp xúc gi a đất vàcông trình (interface), chiều sâu đặt ham và quá trình thi công ham

Với sự ảnh hưởng rất lớn đến các công trình hiện h u, do đó can thiết phảinghiên cứu các nguyên nhân, cũng như các quan niệm tính toán lún sụt bêmặt khi thi công đào hằm b ng máy TBM trong đất yếu

Việc xây dựng CTN sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng khốiđất đá tự nhiên, làm cho khối đất đá sụt lún và bién dạng so với ban đầu Đối

với các CTN được xây dung trong lòng đô thi đi xuyên qua các tòa nhà, công

tình lân cận bên trên, hệ thống CTN khác, mặt áo đường, nó làm phá vỡ kếtcau áo đường, địa chat và ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến công trình hạtầng trên mặt đất

Với công nghệ xây dựng hầm b ng phương pháp đào k n b ng TBM đượcxem làm lựa chọn tối ưu trong khu đô thi đông đúc, việc đào hầm xuất hiện sựmat mát thé tích VL(%), và đây là lý do tạo ra sự phá hoại khối đất đá baotrùm xung quanh ham đào

Việc ảnh hưởng đến quá tình chuyển vị, biến dạng khối đất đá và bề mặtđất được xác định từ một số nguyên nhân sau: Điều kiện địa chất, thuy văn,muc HƯỚC ngâm; Quy hoạch và xây dựng khu vực đô thị; Các hệ thông CTNhiện hữu (cấp thoát nước, viễn thông, dién, ); Hình dạng và kích thước,hướng tuyến, độ chôn sâu của CTN; Độ cứng và sơ đồ kết cấu chống giữ vách

CTN.

2.1.2 Nguyên nhân gây biến dạng [9]Hiện nay, mặc dù công nghệ thi công ham b ng máy đào TBM đã đượccải tiền rất nhiều nhưng cũng không thể giải quyết được triệt dé van dé lún bềmặt đất nền Một số nguyên nhân gây lún đất nền trong quá trình thi côngdao hầm b ng khién đào được Maid! 1996 tong hợp như sau:

+ Việc hạ mực nước ngâm dẫn đến sự thay đổi thể tích và cau trúc dat.+ Thay đổi áp lực đất tại bề mặt khiên đào do địa chất thay đôi

+ HỆ gi ng chong khong dam bao cho su mat nhiều đất tại bề mặt ham+ Sự thay đổi cấu trúc của đất do sự rung của máy đào làm cho đất xung

quanh bị nén lại, cùng với hệ gi ng không phù hợp với độ nén chặt của đất.+ Vỡ các túi kh trong đất là giảm tiết diện hầm do sự gia tăng của áp lực đất

lên hệ gi ng chống

a, Sut lún phía trước và trên mặt sươngb Sut lún dọc theo tục khiển

c Sut lún do khoảng hở giữa vỏ him và biên đàod Sut lún do biến dạng vỏ hầm

Khiên Vo hâm

Hình 2.1 : Các nguyên nhân gây lún đất nên bên trên hamHình 2.1 thể hiện các nguyên nhân gây lún của bề mặt đất nền khi thi cônghầm b ng máy khiên đào TBM với các nguyên nhân:

+ Lún ở ph a trước va ph a trên gương đào (đoạn a): Gây ra bởi sự dịch

chuyển của đất ở ph a trước và trên khu vực khiên đảo về phía khoảng

trồng vừa tạo ra;

+ Lun dọc theo trục khiên đào (đoạn b): Do 2 nguyên nhân chu yếu là dokhoảng hở gi a khối đất và thành máy khiên đào và ma sát gi a khiên

dao với khôi dat;

+ Lun tại đuôi khiên đào (đoạn c): Do một khoảng hở phát triển gi a đuôikhiên đào với khối đất bao quanh;

+ Lun liên quan đến biến dạng của lớp vỏ ham (đoạn d): Các phân đốt bêtông đúc sẵn được lắp đặt phía trong lớp vỏ khiên ở ph a đuôi có thể bịbiến dạng khi chịu lực day của kích và áp lực đất, gây lún bề mặt

Tuy nhiên, theo Grasso 2007, các nguyên nhân gây lún được chia thành 3nguyên nhân chủ yêu sau:

+ Nguyên nhân ngăn hạn (lún tức thời) xuất hiện trong quá trình thi công

hâm Bao gôm: sự ôn định của bê mặt khiên đào, tôc độ đào hâm, thời gian

cần thiết dé lắp đặt kết cau vỏ hầm, thời gian can thiết dé lắp day phan rỗng

phan v a phun xi măng lắp các lỗ rỗng đuôi máy đào đạt đủ cường độ.+ Nguyên nhân lún do sự biến dạng của vỏ chống đỡ hầm Độ lún này ảnh

hưởng lớn khi đường kính hầm lớn và chiều sâu đặt hầm cạn so với mặtđất Tuy nhiên, vấn đề này có thể được kiểm soát trong thi công hầm b ngmáy TBM trong khu vực thành phố, nhờ vào việc dự đoán trước và tínhtoán các tải trọng tác dụng lên vỏ hầm, từ đó thiết kế hệ thống các tắm lắpghép hệ vỏ hầm có thé chịu được cường độ tính toán trên

+ Nguyên nhân dài hạn xảy ra do quá trình cô kết của đất: có kết nhất thời(thường xảy ra với đất có độ dính bám, hoặc đất bị nén trong quá trìnhgiảm áp lực nước lỗ rỗng) và có kết thứ cấp (là một hình thức co ngót củađất)

Nội dung dé cập trong dé tai này chỉ tập trung vào phan các nguyên nhânngăn hạn và xảy ra trong quá trình thi công ham Lúc này, phan đất khôngđược chống đỡ hoặc chong đỡ mot phan sé di chuyén đến các lỗ rỗng mới cóáp lực nhỏ hơn Từ đó, sẽ dẫn đến kết quả là luôn luôn cần phải đào bỏ phầnthé tích đất lớn hon phan thể tích đủ để lắp vỏ hầm Phan thé tích dư nàyđược gọi là “volume loss” —V,, và được t nh toán với trên một đơn vi chiều

đài đoạn dao (ví dụ như mỶ cho một mét tới) Thông thường V, cũng được

tính với đơn vị % được tính theo công thức:

_ V,.I00_ V,.100

V zd” I4tunelV, (2.1)

Độ lớn cua độ lún được xác định do phan dat dao du Vị gay ra được xemlà phụ thuộc vào các yếu tố như là loại đất nền xung quanh ham, tốc độ thicông ham, đường kính hầm, phương pháp thi công đào ham và độ cứng củacác kết cầu chong do

Trong truong hop su dung may khién dao TBM, cac nhan tổ gây nên giá tri

+ Để quá trình di chuyển của máy đào được dé dang, người ta sẽ dao đất vớiđường kính lớn hơn đường k nh thân máy đào Từ đó, dẫn đến thể tích đấtbi mat do sự đào vượt này, bao gồm có 2 nguyên nhân Một là, phan lưỡicắt đất được chế tạo lớn hơn đường k nh thân máy đào để giúp máy đàokhông bị kẹt Hai là, phan đào dư do hệ thống buông lái di chuyển trongcác đoạn cong Sau khi các vành rìa đi qua, đất xung quanh có xu hướng dichuyển về bên trong theo hướng bán kính ham Tuy theo tốc độ chuyến viđất (do tốc độ di chuyển máy khiên quyết định), phần vành bao ngoài phanđất đào tiến sát hoàn toàn với thân máy đào Cả 2 sự mất đất được gọichung là mat mát bán kính.

+ Phan vỏ ham, vì đường kính gi a máy đào và đường k nh ngoài đường hamcó sự chênh lệch Dé lắp day khoảng trồng đó, thông thường người ta sửdụng v a phun Do đó, đất xung quanh có thé di chuyển theo hướng bánkính hầm khi v a phun chưa đạt đủ cường độ chịu lực hoặc các lỗ rỗng trênkhông được lắp đây hoàn toàn

Cả 2 mất mát do bề mặt và do bán kính đều có thể kiểm soát được b ngcách sử dụng máy đào TBM thích hợp Thực té, phan mat mát tại bề mặt cóthé được hạn chế b ng áp luc chỗng đỡ bề mặt phù hop, và phần mat mát bánkính có thé được kiểm soát b ng sự chèn đủ thé tích v a với ap luc thich hop,thay doi cấp phối v a và tốc độ đông cứng của v a Tuy nhiên, trong quátrình thi công có thé xảy ra một số trường hợp làm gia tăng thé tích V, nhưkhi dao qua vùng dat đá, các lưỡi khoan bị mòn và không thé cat đất đượcn a, lúc này cần thiết phải thay thế lưỡi khoan, khi đó, cần phải giảm áp lựcchống đỡ bé mặt dé tạo khoản trống cho công nhân vào thay thế lưỡi khoan.Khi đó giá trị V, tại bề mặt tăng lên rat lớn

Tuy là kỹ thuật thi công b ng TBM đã được phát triển rất nhiều, nhưngviệc tạo ra các phan rỗng là không thé tránh khỏi hoàn toàn, chủ yếu tậptrung vào mat mát theo bán kính do bản thân máy đào

Sự mat mát thé tích V, bên trên sẽ gây ra sự lún bề mặt với vùng tring lún có

+ Đối với đất có thé tích không đổi, đất không thoát nước thì V„ được xem b ng

VỚI giá tri của Vụ,

+ Đối với đất cát (thoát nước) giá trị V nhỏ hơn V, do sự giãn nở.+ Đối với đất rời, dễ dé, giá tri Vs có thé lớn hơn V, do sự giấn nở ngược

Giá trị V, phụ thuộc vào loại đất nền và phương pháp dao hầm Thôngthường, khi biện pháp thi công được đảm bao, giá trị V, trong dat cát rời đượcxap xi V, < 0,5%, và trong đất sét yếu là khoảng 1 + 2% kế cả giá trị lún dài

hạn.

Qua nghiên cứu của Leblais & Bochon 1991, cho thấy giá trị V, n m trongkhoảng 0,2 + 0,9% khi thi công đường hầm có đường kính 9,25m trong vùngđất cát chặt của Fontainebleau, với chiều sâu đặt hầm khoảng 22 + 52m Giátrị Vị n m trong khoảng 0,8 + 1,3% khi đặt hầm ở độ sâu 4,1 + 7,2m bên dướibể mặt của cùng tuyến ham trên Ata 1996 nghiên cứu tuyến ham có đườngkính 9,48m ở Cairo đặt ở độ sâu 9m trong điều kiện đất cát chặt hạt trung bêndưới mực nước ngầm, có giá trị V„ từ 0,2 + 1%

Có thé tong kết về tính lún bề mặt theo phương pháp giải t ch như sau:2.2.1 Lún thăng đứng theo phương vuông góc với CTN

Các tác giả đều dé xuất máng lún có dạng đường cong phân phối chuẩn

lL⁄Š XRY } "TT" rs ——~—~x — —

Hình 2.2: Mô hình Gaussian tính lún bê mặt khi thi công ham được đưa ra bởi

@Reilỳ & New (1982) dua theo phương pháp Schmidt — Peck

_ 2

S=S in su| ¬ (2.2)

2iTrong đó:

+ S: độ lún bé mặt theo tính tóan lý thuyết, đường được giả định có dạnghàm hai số Gauss hay đường cong phân phối chuẩn;

+ Smax: độ lún bề mặt lớn nhất, ở phía trên trục ham, thuong duoc xac dinh

thông qua thé tích phéu lún Giá trị này phụ thuộc rất nhiều vào tinh chat

cơ lý của khối đất như độ bên, độ cứng, tính thấm, cao độ nước ngâm `

các thông số hình học của CTN như đường kính ham, độ sâu đặt ham,

phương pháp thi công, trình độ kỹ thuật thi công:

+ exp: hàm số mũ eŠ, với e ~ 2,178 và là cơ số của hàm số logarit tự nhiên;+ i: khoảng cách từ trục ham đến điểm uốn của đường biến dang lún;+ Với đường hầm tròn có thé định Smax theo công thức của New &

OˆReilly (1991):

_2Z VD (2.3)

18 iHoặc công thức cua Herzog (1985):