Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất phi tuyến của đất đá đối với sự làm việc của hệ kết cấu vỏ hầm và nền bằng phương pháp khống chế hội tụ

LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất phi tuyến đất đá đến làm việc hệ kết cấu vỏ hầm phương pháp khống chế hội tụ” đƣợc hoàn thành với nỗ lực thân tác giả giúp đỡ tận tình Bộ môn Xây dựng CTQP – Viện KTCT Đặc Biệt; Ban NCS – Phòng Sau đại học – Học viện Kỹ thuật Quân Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc, PGS.TS Đào Văn Canh, GS.TS Vũ Đình Lợi, PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng đóng góp ý kiến nhận xét để luận án đƣợc hoàn thiện Xin đƣợc dành tình cảm chân thành đến cố PGS.TS Nghiêm Hữu Hạnh – ngƣời thầy xa mà tác giả nhớ đến thầy Xin đƣợc cảm ơn đồng nghiệp trung tâm GTĐT – Đƣờng sắt – Viện Khoa học công nghệ GTVT trực tiếp TS Phạm Trƣờng Thắng, TS Lê Công Thành nhƣ Lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải tạo nhiều thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập thực luận án Cảm ơn bạn lớp Cầu hầm B – K38 Trƣờng ĐH Giao thông vận tải đồng nghiệp TS Đỗ Ngọc Anh, KS Nguyễn Anh Hùng, CN Nguyễn Thu Hà, CN Hồ Ngọc Nhung động viên, khích lệ tác giả mặt suốt thời gian qua Đặc biệt, xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn vô sâu sắc đến GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng hƣớng dẫn tạo điều kiện quan trọng để tác giả vƣợt qua trở ngại hoàn thành luận án Những lời động viên sức ép công việc GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng giúp tác giả hoàn thành đƣợc luận án Luận án hoàn thành ngƣời thân yêu gia đình làm chỗ dựa mặt để tác giả vƣợt qua khó khăn thời gian thực luận án Tuy cố gắng, nhƣng thời gian trình độ có hạn nên luận án chắn tồn tại, hạn chế Tác giả mong muốn đƣợc thầy cô, đồng nghiệp bạn bè góp ý, trao đổi để tác giả tiếp thu, hoàn thiện kiến thức lĩnh vực chuyên môn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận án NCS Vũ Thị Thuỳ Giang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả luận án NCS Vũ Thị Thuỳ Giang i MỤC LỤC MỤC LỤC……………… I THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT V DANH MỤC HÌNH VẼ… VII DANH MỤC BẢNG BIỂU XII MỞ ĐẦU……………… CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HẦM……… 1.1 Tổng quan thiết kế hầm .4 1.1.1 Các mô hình thiết kế cho hầm 1.1.2 Giới hạn thiết kế giá trị an toàn cho kết cấu .7 1.2 Cách phân loại truyền thống 1.2.1 Trên sở lý thuyết sức bền vật liệu 1.2.2 Các phƣơng pháp thiết kế sở lý thuyết học môi trƣờng liên tục……………… 11 1.3 Phƣơng pháp khống chế hội tụ thiết kế hầm 13 1.3.1 Các giả thiết để xây dựng sơ đồ tính 17 1.3.2 Đánh giá phƣơng pháp đào hầm Áo (NATM) ứng dụng CCM thiết kế hầm 19 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP CCM 23 2.1 Các giả thiết tiêu chuẩn phá huỷ mô hình phá hủy 23 2.1.1 Tiêu chuẩn phá huỷ Mohr – Coulomb 23 2.1.2 Tiêu chuẩn Hoek – Brown 24 2.1.3 Các đặc trƣng phá hủy 26 ii 2.2 Phân tích ổn định hầm trƣớc hình thành vùng cân giới hạntrƣờng hợp không chống 31 2.3 Xây dựng đƣờng cong phản lực 36 2.3.1 Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Mohr – Coulomb 37 2.3.2 Vật liệu thoả mãn tiêu chuẩn Hoek –Brown 40 2.4 Hiệu ứng giải phóng ứng suất, biến dạng dọc trục hầm 42 2.5 Đánh giá sức mang tải giới hạn đàn hồi 45 2.5.1 Mô hình tính toán 46 2.5.2 Hệ số cƣờng độ “” đá 46 2.5.3 Ví dụ khảo sát, nhận xét kết luận 50 KẾT LUẬN CHƢƠNG 55 CHƢƠNG ĐƢỜNG ĐẶC TÍNH CỦA KẾT CẤU CHỐNG VÀ LỜI GIẢI CHO KẾT CẤU VỎ CÔNG TRÌNH NGẦM 56 3.1 Các khái niệm chung đƣờng cong đặc tính kết cấu chống 56 3.2 Xây dựng đƣờng đặc tính kết cấu chống 58 3.2.1 Mô hình tính toán đƣờng cong đặc tính kết cấu chống 58 3.2.2 Đƣờng đặc tính vỏ bê tông bê tông phun 61 3.2.3 Hệ vỏ hỗn hợp 66 3.3 Hệ số bền……… 69 3.3.1 Bê tông bê tông phun 70 3.3.2.Neo…………… 70 3.3.3 Hệ hỗn hợp 71 3.4 Phân tích hầm theo phƣơng pháp khống chế hội tụ phần mềm Phase2………… 71 3.4.1 Bài toán mô trình đào hầm theo giai đoạn (St) thông qua phản lực chống pi 72 iii 3.4.2 Kết toán 73 KẾT LUẬN CHƢƠNG 74 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ TRONG XÂY DỰNG HẦM 76 4.1 Các trƣờng hợp phân tích 76 4.2 Phân tích số lƣợng phần tử bị phá biên (%) theo độ cứng nền…………… 80 4.2.1 Trƣờng hợp bán kính hầm ri=2m, Chiều sâu đặt hầm H=50m Không có kết cấu chống 80 4.2.2.Khi có kết cấu chống, St6; pi6=0,62MPa 82 4.3 Đánh giá ảnh hƣởng hình dạng kết cấu, hệ số áp lực hông tới hệ số bền nền…… 84 4.2.3 Hệ số bền 84 4.2.4 Ảnh hƣởng chiều sâu đặt hầm tới số lƣợng phần tử bị phá hủy biên hầm (%) điểm xét; 86 4.3 Phân tích thông số với hầm tròn vòm tròn tƣờng thẳng, 88 4.4 Ảnh hƣởng công nghệ 92 4.4.1 Sự xáo trộn đất đá đào hầm 92 4.4.2 Khảo sát bán kính vùng phá hủy theo phản lực chống: 100 4.5 Phân tích ảnh hƣởng yếu tố địa học 103 KẾT LUẬN CHƢƠNG 109 CHƢƠNG ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP CCM VỚI ĐƢỜNG HẦM DẪN NƢỚC THỦY ĐIỆN SỬ PÁN – LÀO CAI 111 5.1 Tính chất lý đất đá tuyến hầm dẫn nƣớc 111 5.2 Phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm theo tiêu chuẩn MohrCoulomb……… 113 iv 5.2.1 Áp dụng Phase2 điều kiện đá cứng thủy điện Sử Pán 113 5.2.2 Sơ đồ tính toán: 113 5.2.3 Kết tính toán 114 5.3 Phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm theo tiêu chuẩn Hoek Brown………………………………… 121 5.3.1 Số liệu tính 121 5.3.2 Kết tính toán 121 5.3.3 Kết luận chung tiêu chuẩn áp dụng cho loại đá cứng 128 5.4 Hầm Sử Pán đá yếu 129 5.4.1 Số liệu tính 129 5.4.2 Kết tính theo Mohr –Coulomb 129 5.4.3 Tính theo tiêu chuẩn Hoek- Brown 133 KẾT LUẬN CHƢƠNG 137 KẾT LUẬN CHUNG… 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 v THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT a= Hằng số bền tiêu chuẩn phá huỷ Hoek - Brown a= Hằng số bền dƣ tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown C = Cƣờng độ cƣờng độ lực dính khối đá C*= Cƣờng độ cƣờng độ lực dính tƣơng đƣơng khối đá db= Đƣờng kính neo E= Mô đun đàn hồi khối đá G = Mô đun trƣợt khối đá GSI= Chỉ số độ bền địa chất kp= Hệ số dãn nở thể tích khối đá trạng thái bị phá huỷ mi = Hằng số tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown mb' = Hằng số bền dƣ tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown s= Hằng số bền tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown s= Hằng số bền dƣ tiêu chuẩn phá huỷ Hoek – Brown RMR= Chỉ số phân loại khối đá Bieniawski ri = Bán kính hầm r = Khoảng cách từ tim hầm đến điểm khảo sát re= Bán kính vùng dẻo u ri = Chuyển vị (độ hội tụ) hầm không gia cố = Hệ số suy giảm độ bền sau giới hạn bền r= Ứng suất pháp tuyến = Ứng suất tiếp tuyến re= Ứng suất pháp tuyến biên vùng đàn hồi - dẻo = Ứng suất cực đại vi = Ứng suất cực tiểu ci= Độ bền nén trục đá nguyên khối  ci' =Độ bền nén dƣ đá nguyên khối = Hệ số áp lực hông = Góc giãn nở đá = Góc ma sát đá = Hệ số Poisson đá z= Ứng suất trƣợt phân bố neo vữa z = Ứng suất dọc phân bố neo CCM: phƣơng pháp khống chế hội tụ (convergene –confinement method) CBGH: cân giới hạn D: Đƣờng kính hầm KC: Kết cấu chống ITA: Hiệp hội hầm không gian ngầm quốc tế Lu: biến dạng dọc trục hầm NATM: phƣơng pháp đào hầm Áo PPMTT: phƣơng pháp mỏ truyền thống TCPH: tiêu chuẩn phá hủy (phá hủy) St: giai đoạn (Stage) TTƢSBĐ: trạng thái ứng suất ban đầu (nguyên sinh) vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình thiết kế hầm theo ITA [38] .6 Hình 1.2 Mô hình biến dạng cục (phƣơng pháp Zurabop – Bugaeva) .9 Hình 1.3 Phƣơng pháp thay [35] 10 Hình 1.4 Sơ đồ tính theo mô hình biến dạng toàn Đavƣđốp [35] 10 Hình 1.5 Phân loại phƣơng pháp tính theo ITA 12 Hình 1.6 Các giai đoạn xây dựng hầm 13 Hình 1.7 Đƣờng cong phản lực ảnh hƣởng giải phóng ứng suất theo giai đoạn 16 Hình 1.8 Mô hình toán tổng quát [20] 18 Hình 2.1 Vòng tròn Mohr ứng suất 23 Hình 2.2 Các đặc trƣng phá huỷ loại đá có chất lƣợng khác 27 Hình 2.3 Sơ đồ mô hình đàn - dẻo không đồng tƣơng tác hệ đất đá vỏ hầm 28 Hình 2.4 Bài toán phƣơng pháp khống chế hội tụ [20] 31 Hình 2.5 Phân bố độ bền nén σN (MPa) 36 Hình 2.6 Các giá trị hệ số  giai đoạn khác khoang đào 43 Hình 2.7 Sơ đồ tính bài toán mô hình đàn hồi –dẻo đá 46 Hình 2.8 Kết khảo sát tính toán 51 Hình 2.9 Quan hệ bán kính vùng phá hủy phản lực với góc ma sát =150; =300; =450 52 132 Hình 5.17 Sự hình thành vùng phá hủy theo St b Phân tích nội lực: Để phân tích nội lực, xác định giá trị mô men M (MNm), lực dọc N(MN) lực cắt Q(MN) theo phản lực pi (MPa) chuyển vị tƣơng ứng ui (m) Bảng 5.23 Tƣơng quan chuyển vị nội lực Chuyển vị ui 0.004459 0.004509 0.004558 0.004608 0.004657 0.004707 0.004757 0.004806 0.004856 0.004905 0.004955 pi(MPa) 0.27 0.24 0.22 0.19 0.16 0.13 0.11 0.08 0.05 0.03 Nmax(MN) 0.4702 0.5173 0.5643 0.6133 0.6583 0.7054 0.7524 0.7994 0.8464 0.8935 0.9405 Qmax(MN) 0.0565 0.0622 0.0678 0.0735 0.0792 0.0848 0.0905 0.0961 0.1018 0.1074 0.1131 Mmax(MNm) 0.00306 0.00336 0.00367 0.00397 0.00429 0.00458 0.0048 0.0052 0.0055 0.00581 0.00611 133 5.4.3 Tính theo tiêu chuẩn Hoek- Brown 2.5 1.5 Series1 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 Hình 5.18 Đƣờng cong phản lực theo tiêu chuẩn Hoek –Brown (pi=0) a Phân tích chuyển vị: Để phân tích chuyển vị, bảng dƣới thực tính toán chuyển vị điểm tính theo khoảng cách từ biên hầm tới điểm tính toán giá trị chuyển vị tƣơng ứng St 2, St 10 St20 Bảng 5.24 Bảng giá trị chuyển vị theo khoảng cách tính từ biên hầm tới biên miền tính toán tính Stage 2, 10 Stage 20: Chuyển vị u (m) giai đoạn Khoảng cách từ biên Stage Stage 10 Stage 20 0.631579 1.26316 1.89474 2.52632 3.15789 3.78947 4.42105 5.05263 5.68421 6.31579 6.94737 7.57895 8.21053 0.000944 0.0007 0.000563 0.000468 0.000392 0.000329 0.000281 0.000241 0.000209 0.00018 0.000154 0.000131 0.00011 9.10E-05 0.018784 0.013133 0.010357 0.008276 0.006768 0.005696 0.004876 0.004185 0.003631 0.00313 0.002681 0.002282 0.00191 0.001581 0.033257 0.023769 0.019091 0.014933 0.011909 0.009722 0.00823 0.007043 0.006109 0.005273 0.004522 0.003851 0.003226 0.002673 134 8.84211 9.47368 10.1053 10.7368 11.3684 12 7.21E-05 5.61E-05 4.05E-05 2.61E-05 1.26E-05 0.001253 0.000975 0.000703 0.000454 0.000219 0.002119 0.001649 0.001191 0.000768 0.000372 Total Displacement Total Displacement [m] 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 Distance [m] Query Stage Query Stage 10 Query Stage 20 Hình 5.19 Chuyển vị theo giai đoạn b Phân tích nội lực: Để phân tích nội lực, thực tính toán giá trị mô men M (MNm), lực dọc N(MN) lực cắt Q(MN) theo phản lực pi (MPa) chuyển vị tƣơng ứng u (m) nhƣ sau: Bảng 5.25 Giá trị nội lực theo pi chuyển vị u N0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Chuyển vị u (m) 0.008495 0.008589 0.008684 0.008778 0.008873 0.008967 0.009061 0.009156 0.00925 pi (MPa) 0.27 0.24 0.22 0.19 0.16 0.13 0.11 0.08 0.05 Nmax(MN) 4.2934 4.3411 4.3888 4.4365 4.4842 4.5319 4.5796 4.6273 4.675 Qmax(MN) 0.5139 0.5169 0.5252 0.531 0.5367 0.5424 0.5481 0.5538 0.5596 Mmax(MNm) 0.02769 0.02799 0.0283 0.02861 0.02892 0.02922 0.02953 0.02984 0.03015 135 19 20 0.013519 0.014062 0.03 4.7227 4.7704 0.5653 0.571 0.03045 0.03076 c Hệ số bền Phân tích hệ số bền theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb HoekBrown lắp dựng vỏ bắt đầu giai đoạn (1) giai đoạn (20): Bảng 5.26 Hệ số bền theo giai đoạn Stage 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Lắp vỏ Stage Mohr- Coulomb Hoek-Brown 100 42.8034 54.358 21.4254 36.2267 14.2826 27.1763 10.7172 21.751 8.57973 18.1302 7.1532 15.5435 6.13415 13.6036 5.36989 12.0951 4.77561 11.9621 4.72325 11.8323 4.6721 11.7065 4.62251 11.5798 4.57257 11.4605 4.52556 11.3411 4.47857 11.2244 4.43259 11.1098 4.38747 10.9993 4.34387 10.8881 4.30009 136 120 100 80 Series1 60 Series2 40 20 0 10 15 20 25 Hình 5.20 Hệ số bền hai tiêu chuẩn Serie 1: Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb; Serie 2: Tiêu chuẩn Hoek-Brown Nhận xét: So sánh giá trị tính toán chuyển vị, ứng suất, nội lực hệ số bền qua bảng biểu đồ thị thấy: Các giá trị ứng suất không thay đổi trừ giá trị ζ1 Stage 20 Hệ số bền theo tiêu chuẩn Mohr - Coulomb cao lắp vỏ sớm, lắp vỏ muộn hai mô hình gần nhƣ Nội lực nhƣ chuyển vị tiêu chuẩn Mohr- Coulomb thấp so với tiêu chuẩn Hoek -Brown Tính toán theo mô hình Mohr-Culomb thiên an toàn Các kết luận phù hợp với quan điểm nhiều chuyên gia [28,36,38] cho mô hình Mohr - Coulomb phù hợp với đất, mô hình Hoek -Brown chủ yếu áp dụng cho loại đá Với đất đá yếu, phân tích cho thấy việc tính toán tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm - đất đá có xét tới tính chất phi tuyến giai đoạn đàn hồi cho phép tận dụng đƣợc sức mang tải điều mang lại hiệu kinh tế 137 Kết luận Chƣơng Trong chƣơng 5, tác giả áp dụng phƣơng pháp CCM thực khảo sát số với điều kiện địa chất thủy điện Sử Pán – Lào Cai số mặt cắt điển hình tuyến hầm dẫn nƣớc Từ kết tính toán số phân tích cho thấy số kết luận nhƣ sau: Trong hai điều kiện đá cứng hay nửa cứng, dù áp dụng tiêu chuẩn Mohr –Coulomb hay Hoek – Brown việc thực gia cố chống đỡ không nên thực sớm Hệ số bền theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb cao lắp vỏ sớm, lắp vỏ muộn hai mô hình gần nhƣ Nội lực nhƣ chuyển vị tiêu chuẩn Mohr- Coulomb thấp so với tiêu chuẩn Hoek -Brown Tính toán theo mô hình Mohr-Culomb thiên an toàn Các kết luận phù hợp với quan điểm nhiều chuyên gia [28,36,38] cho mô hình Mohr- Coulomb phù hợp với đất, mô hình Hoek -Brown chủ yếu áp dụng cho loại đá Nếu đất đá có biến dạng đàn hồi, không xuất biến dạng dẻo (áp lực gia cố nhỏ giá trị tới hạn pcr) không cần thiết phải thực gia cố (hầm không chống) Nếu kết cấu vỏ hầm chịu lực (theo chức chịu lực công trình – nhƣ vỏ chịu áp với hầm thủy điện) kết cấu nên đƣợc lắp dựng muộn, tốt đất đá hết chuyển dịch đàn hồi 138 Khi đất đá chuyển sang giai đoạn dẻo (xuất biến dạng phi tuyến), việc lựa chọn thời điểm lắp dựng kết cấu chống cần phải đƣợc khống chế giới hạn cân để đảm bảo hệ số bền hệ nằm giá trị cho phép chuyển vị hầm nằm giá trị kiểm soát Không nên chọn thời điểm lắp dựng sau phát triển hết biến dạng dẻo, đất đá hoàn toàn bị phá hủy tải trọng lớn Nên chọn kết cấu lắp ghép kiểu linh động, sử dụng hệ neo bê tông phun để đất đá thực chuyển vị đàn hồi hay dẻo định (bỏ giả thiết kết cấu đƣợc lắp dựng tức thời), không nên sử dụng kết cấu đúc chỗ cứng nhƣ 139 KẾT LUẬN CHUNG Những đóng góp luận án Luận án giới thiệu tổng quát phƣơng pháp thiết kế, phân tích kết cấu vỏ hầm nhƣ hệ gia cố kết cấu- môi trƣờng đất đá phân tích, đánh giá đánh giá khả tự đứng vững (ổn định hầm ) giai đoạn đàn hồi Từ việc lựa chọn xây dựng mô hình tính, luận án thực tính toán định lƣợng sức mang tải môi trƣờng đất đá xung quanh, qua phân tích kết định lƣợng khẳng định đƣợc đất đá dù chuyển sang biến dạng dẻo nhƣng khả mang tải nên tận dụng khả Để tận dụng khả mang tải đất đá, tác giả lựa chọn phƣơng pháp CCM Luận án xây dựng đƣợc chƣơng trình phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm-môi trƣờng đất đá lời giải giải tích thực Matlab sử dụng phần mềm PHASE2 để phân tích làm việc kết cấu vỏ hầm mối quan hệ tƣơng tác với môi trƣờng đất đá xung quanh thời điểm lắp dựng kết cấu Luận án nghiên cứu ảnh hƣởng thông số: chiều sâu đặt hầm, hệ số áp lực hông hình dạng hầm (tròn vòm tròn tƣởng thẳng) áp dụng phƣơng pháp CCM, qua phân tích kết tính toán rút kết luận cần thiết để tham khảo trình thiết kế Luận án nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ nhƣ mức độ xáo trộn đất đá, lớp vữa nhồi sau vỏ, thời gian lắp dựng kết cấu chống nhƣ yếu tố địa học vùng biến dạng phi đàn hồi 140 Các kết nghiên cứu cho thấy ảnh hƣởng yếu tố việc lựa chọn thời điểm lắp dựng vỏ hầm để có đƣợc kết cấu chống tối ƣu hệ số bền Những kết chƣa đƣợc đề cập trƣớc phƣơng pháp CCM Luận án tiến hành khảo sát số cho số liệu địa chất tuyến hầm dẫn nƣớc thủy điện Sử Pán Lào Cai điều kiện địa chất điển hìnhvới kết luận chung tiêu chuẩn Mohr-Coulomb Hoek- Brown áp dụng cho loại đá Các kết khảo sát cho thấy mô hình Mohr- Coulomb phù hợp với đất, mô hình Hoek -Brown chủ yếu áp dụng cho loại đá Các tính toán tƣơng tác kết phân tích kết luận tính chất khoa học ý nghĩa hợp lý kinh tế việc tính toán tƣơng tác hệ gia cố kết cấu vỏ hầm có xét tới biến dạng dẻo phi tuyến đàn hồi-khả tận dụng sức mang tải xung quanh công trình ngầm Qua khẳng định rõ ƣu điểm phƣơng pháp CCM nhƣ cần thiết hoàn chỉnh thêm để áp dụng Việt Nam, Những tồn hƣớng phát triển tiếp Phƣơng pháp CCM giới hạn cho hầm có tiết diện tròn, cần phát triển lời giải cho toán tổng quát hơn- hầm có hình dạng môi trƣờng Cần nghiên cứu hoàn chỉnh thêm điều kiện ứng suất ban đầu có yếu tố động học nhƣ ảnh hƣởng điều kiện nƣớc ngầm điều kiện đất trƣơng nở, nén ép mà luận án chƣa đề cập đến Kết luận kiến nghị 141 Tính toán không xét đến sức mang tải – nhƣ phƣơng pháp đào hầm truyền thống thiết kế theo tải trọng cho trƣớc, coi phần đất đá vòm áp lực hoàn toàn bị phá hủy-là thiên an toàn Khi chuyển sang biến dạng dẻo (ngoài đàn hồi) đất đá mang tải, kiểm soát đƣợc khả mang tải (bằng thiết bị quan trắc), việc tính toán hệ gia cố vỏ hầm làm việc với môi trƣờng đất đá cần thiết ý nghĩa khoa học có giá trị kinh tế Điều có ý nghĩa với việc tận dụng kết cấu linh động (cho phép chuyển vị định) mà luận án chƣa đề cập đến Phƣơng pháp CCM có nhiều ƣu điểm, nên cần thiết hoàn chỉnh thêm để áp dụng vào thực tế xây dựng công trình ngầm Việt Nam 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Cƣờng, Phan Trƣờng Phiệt (1979), Tính toán áp lực đất đá lên công trình, NXB Khoa học kỹ thuật Đỗ Nhƣ Tráng (1997), Áp lực đất đá tính toán kết cấu công trình ngầm, Tài liệu chuyên đề chuyên ngành xây dựng công trình quân sự, Học viện KTQS Đỗ Nhƣ Tráng (2002), Cơ học đá tương tác hệ kết cấu công trình ngầm – môi trường đất đá, NXB Quân đội nhân dân Đỗ Ngọc Anh (2006), Nghiên cứu, đề xuất giải pháp phòng ngừa cố thi công công trình ngầm thành phố Hà Nội phương pháp ngầm, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Mỏ địa chất Hà Nội Fukusima, (2002), Bài giảng NATM, Dự án hầm đƣờng Hải Vân, Đà nẵng Hoàng Ngọc Tú (2009), Điều chỉnh hợp lý kết cấu chống tạm neo bê tông phun thi công công trình ngầm sở kết đo dịch chuyển biến dạng khối đá, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Mỏ địa chất Hà Nội N.I Bêdukhốp (1979), Cơ sở lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, lý thuyết từ biến, tập 1, (bản dịch), NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Nguyễn Đức Toản, Vũ Thị Thuỳ Giang (2005), Bước đầu nghiên cứu hệ thống chống đỡ xây dựng công trình ngầm theo NATM Việt Nam, Đề tài NCKH Viện KHCN GTVT Nguyễn Sỹ Ngọc (2012), Cơ học đá, Nhà xuất Giao thông vận tải 10.Pecc 2, Hồ sơ khảo sát địa chất thủy điện Sử pán 2, Lào Cai, 2005 11.Vũ Thị Thuỳ Giang, Đỗ Nhƣ Tráng (2007), “Ứng dụng phƣơng pháp convergence-confinement tính toán thiết kế hầm,” Tạp chí kỹ thuật, HV Kỹ thuật quân 12.Vũ Thị Thuỳ Giang, Đỗ Nhƣ Tráng (2007), “Mô hình thiết kế hầm có xét đến hiệu ứng giải phóng ứng suất”, Tạp chí Cầu đƣờng số 12 13.Vũ Thị Thùy Giang, Áp dụng phương pháp convergence – confinement method tính toán thiết kế hầm, luận văn thạc sỹ - học viện KTQS, 2008 143 14.AFTES (2001), “Considerations on the usual methods of tunnel lining design”, France 15.AFTES (2001), “The convergence-confinement method”, France 16.Alejano L.R(2009), “Application of the convergence- confinement method to tunnels in rock exhibition Hoek – Brown Strain- softening behaviour”, TUST 17.Armer (2001), “Monitoring and assessment of Structures”, Spon press 18.Alan Graham Bloodworth (2002), Three-dimensional analysis of tunnelling effects on Structures to develop design methods, thesis Doctor of Philosophy, University of Oxford 19.Barla G and Barla M (1998) “Tunnelling in difficult conditions” Int Conf on Hydro Power Development, India 20.C Carranza Torres, C FairhurSt, “Application of the convergence – confinent method of tunnel design to rock mass that satisfy the Hoek Brown failure criterion”, Tunnelling and underground space, Vol 15, 2000 21.C Torres, E Alonso, “ElaSto-plaStic analysis of deep tunnels in brittle rock using a scaled form of the Mohr-Coulomb failure criterion”, Vol 15, 2004 22.Catrin Edelbro (2003), Rock mass Strength - A review, Luleå, LTU-TR0316-SE 23.E Hoek, E.T.Brown (1980), Support of Underground excavation in Rock, The InStitution of Mining and Metallurgy, London 24.E Hoek (2000), Rock engineering, USA 25.E Hoek (1993), Support of underground excavation in hard rock, USA 26.E Hoek (2012), BlaSt damaged factor D, Technical note for Rocscience 27.EM 1110 –20 – 2901(1997), Engineering and design- tunnels and shafts in rock, USA 28 D Kolymbas (2005), Tunnelling And Tunnel Mechanics, Springer 29.Fulvio Tonon and nnk(2005), “Pretunnel technology: appplications and design method”, Geotechnical and Geological Engineering, 144 30.FHWA (2002), Technical manual Underground Transportation, USA 31.Frank Lu, Dong-Sheng Jeng (2005), Dynamic Response of a circular Tunnel with a Piecewise Lining and Embedded in a PoroelaStic Medium, Research Report No R853, The university of Sydney 32.K.Kovári & P.Lunardi (2000), “On the Observational Method in Tunnelling’, TUST 33 K.Kovári (1979), “New developments in inStrumentation in underground opening”, Japan 34 K Kovári (1992), Erroneous concept behind NATM, Swiss 35.K Széchy (1966), The art of tunnelling, Akadémiai kiadó budapeSt, Hungary 36.Kazƣhito Komiya, Kenichi Soga and nnk (1999), “Finite element modelling of excavation and advancement process of shield tunnel machine, Soil and foundation”, Japanese Geotechnical Society 37.Kovari (1979), “Decision making and field measurement in tunnelling, 25th OYO anniversaty lecture meeting”, Tokyo 38.ITA (1988), “Guilines for the design of tunnel”, TUST, Vol 3, N0 3, pp 237-249 39.ITA (2012), 50 year of NATM, ITA report, AuStria 40.Morgan & Yang (2002), “Principles of tunnel lining design”, AGS/IMM Technical meeting “underground excavation in urban environment” 41.M Karakus & R.J Fowell 2004, “An insight into the New AuStrian Tunnelling Method (NATM)” BKM68 42.Osgoui R.R.(2006), “On the assessment of the Effect of the Anisotropy in in-situ Stress on support pressure in tunnels”, international symposium on In- situ rock sress, Norway 43.Osgoui R.R.(2006), Ground reaction curve of reinforced tunnel using a newelaSto-plaStic model, Thesis maSter, Italia 44.P.Fritz (1984), “An analytical solution for axisymmetric tunnel problems in elaSto-viscoplaStic media”, International journal for numerical and analytiacalmethods in geomechanics 45.P.Luanardi (2008), Design and conStruction of tunnels, Springer 145 46.Pierpaolo OreSte (2004), “Back-analysis techniques for the improvement of the underStanding of rock in underground conStructions”, TUST 47 Pawan K.Sah and nnk (2014), “EStimation of rock mass using intact rock parameter”, Ijirset, India 48.R.S.Sinha (1989), Underground InStrumentation, Elsevier Structures–Design and 49.Singh B (2006), Underground in weak rock, Springer 50.T Unlu, H.Gerek (2003), “Effect of Poisson’s ratio on the normalized radial displacement occurring around the face of a circular tunnel”, TUST 51.Y.Matsumoto, T.Nishioka (1991), Theoretical tunnel mechanics, University of Tokyo press, Japan 52.Villaescusa-Potvin (2004), Ground Support in Mining and underground conStruction, AuStralia 53.White, D J., Take, W A & Bolton, M D (2003), “Soil deformation measurement using particle image velocimetry (PIV) and photogrammetry”, Geotechnique 54.Wittke (2002), NATM - Stability Analysis and Design (WBI-PRINT 5), German 55.Wittke (2007), Stability Analysis and Design for Mechanised tunneling (WBI-PRINT 5), German 56.Z.Guan and nnk (2005), “Reinforcement evaluation for fully grouted rock bolt and shotcrete lining syStem in NATM”, The second JapanChina joint seminar for the graduate Student in Civil Engineering Nagasaki, Japan 57.И.В.Бaклашов(2012); сооружений, Недра Б.А.КартозияМеханика подемных 58.В.И.Заворицкий (1975), Проектирование транспортных сооружений, Киев подземных 59 Н С Булычёв (1994), Механика подемных сооружений, Недра 146 60 Э.В Каспарьян (1985), Устойчивость горных выработок в скальных породах, Лениград издатеьство – Недра, Лениградское отделение 61 И.Е.Прокопович, В.А.Зедгенидзе (1980), Прикладная теория ползучести, москва стройиздат [...]... kế hầm Việc mở ra hƣớng đi mới này đã dẫn đến bài tốn tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm – đất đá để tận dụng khả năng chịu lực của đất đá khi vƣợt q giới hạn bền Phƣơng pháp CCM là một trong những hƣớng đi nhằm giải quyết bài tốn tính tốn hệ kết cấu vỏ hầm – đất đá với nền đàn dẻo (có tính đến giai đoạn ngồi đàn hồi của đất đá- trong vùng cân bằng giới hạn)-về bản chất là phƣơng pháp tính tốn và khống chế. .. dẻo phi tuyến khi xuất hiện vùng dẻo Phân tích, đánh giá ảnh hƣởng độ cứng của đất đá, chiều sâu đặt hầm và hình dạng hầm Phân tích các thơng số ảnh hƣởng đến khả năng làm việc của hầm nhƣ ảnh hƣởng của cơng nghệ, yếu tố địa cơ học và thời gian trong phƣơng pháp CCM Phƣơng pháp nghiên cứu 3 Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về phƣơng pháp thiết kế hầm theo CCM, xây dựng lời giải và thuật tốn tính tốn kết. .. phƣơng pháp tính theo ITA 13 1.3 Phƣơng pháp khống chế hội tụ trong thiết kế hầm Phƣơng pháp khống chế hội tụ (CCM) đƣợc đƣa ra lần đầu tiên trong một bài báo của Fenner năm 1938 Thuật ngữ này đã đƣợc phát triển trong những thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ 20 (ví dụ nhƣ ở Hiệp hội hầm Pháp) [15] Việc áp dụng phƣơng pháp CCM đòi hỏi sự hiểu biết về cơ chế tƣơng tác giữa vỏ hầm và đất đá (mối quan hệ giữa đặc tính. .. dạng của đất đá và kết cấu chống) nhằm đánh giá tải trọng tác dụng lên kết cấu chống và thời gian lắp đặt kết cấu chống theo sự phát triển của vùng dẻo Để xây dựng mơ hình thiết kế hầm, khảo sát sơ đồ mơ tả q trình xây dựng hầm từ khi bắt đầu đào cho tới khi vỏ hầm và đất đá bắt đầu làm việc nhƣ trên hình 1.6 A Bước 1: Trạng thái ban đầu Bước 2: Đào hầm, chưa gia cố Bước 3: Lắp đặt gia cố Bước 4: Kết cấu. .. đƣờng (1): chuyển vị của nền là đàn hồi, kết cấu chống chịu tải trọng lớn, hầm ổn định + Khi lắp đặt kết cấu đúng thời điểm - đƣờng (2): chuyển vị của nền dẻo, hầm ổn định, kết cấu làm việc đàn hồi + Khi lắp đặt kết cấu muộn- đƣờng (3): chuyển vị của nền vƣợt q giới hạn dẻo, hầm mất ổn định Nhƣ vậy, có thể xây dựng mơ hình tổng qt về phân tích tƣơng tác hệ kết cấu vỏ hầm- mơi trƣờng đất đá nhƣ sau: (1).Trạng... của nền và kết cấu trong trƣờng hợp này sẽ chịu tải ít hơn Khi đó vỏ hầm cũng là một phần tử gia cố giữ cho hầm ổn định và đây là ý tƣởng chính trong phƣơng pháp thi cơng hầm mới của Áo (NATM) Cùng một khối đất đá có thể biểu diễn bằng các mơ hình khác nhau tuỳ thuộc vào mối tƣơng quan giữa các đặc trƣng cơ bản của nó với các đặc trƣng của trƣờng ứng suất ban đầu, với tính chất tƣơng tác của khối đá. .. phần đất đá long rời gây ra, nên các kết cấu chống tạm này thƣờng tính tốn làm việc độc lập với kết cấu vỏ hầm vĩnh cửu và khơng tận dụng đƣợc nhiều sức mang tải của đất đá xung quanh nên thƣờng có chiều dày lớn, kết cấu gia cố nặng nề, chi phí xây dựng hầm lớn 2 Từ khi có sự xuất hiện của NATM với các ngun tắc thiết kế riêng, ngƣời ta mới quan tâm nhiều hơn đến khả năng tự mang tải của khối đá trong... thực của hệ số an tồn thực tế là rất phức tạp và chịu nhiều ảnh hƣởng bởi sự đa dạng về các đặc trƣng của đất đá - kết cấu vỏ hầm và các tƣơng tác của chúng Vì vậy, các kết quả tính tốn nên chú ý tới sự liên quan tƣơng ứng với các tiêu chuẩn phù hợp trong điều kiện cụ thể 1.2 Cách phân loại truyền thống Có thể liệt kê một số cách phân loại nhƣ sau: (1) Tính tốn vỏ hầm theo các phƣơng pháp tách kết cấu. .. Phƣơng pháp S.S Đavƣđov [2], [35]: Tính tốn vỏ hầm dạng vòm tƣờng thẳng 1.2.2 Các phương pháp thiết kế trên cơ sở lý thuyết cơ học mơi trường liên tục Đặc điểm đặc trƣng của các mơ hình tính tốn theo quan điểm mơi trƣờng liên tục [2, 3, 57, 58, 59] là phân tích sự làm việc tƣơng hỗ giữa kết cấu chống đỡ và mơi trƣờng (tƣơng tác) - phân tích ứng xử khơng chỉ của kết cấu vỏ hầm mà còn của đất đá xung... đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu các phƣơng pháp thiết kế hầm hiện có, phân tích các mơ hình thiết kế hầm Tiến hành nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp CCM, phát triển và bổ sung các nghiên cứu vùng phá hủy theo ngun tắc của CCM và thực hiện các khảo sát số, từ đó rút ra các kết luận cụ thể về việc áp dụng phƣơng pháp CCM trong cơng tác thiết kế hầm Khảo sát vùng cân bằng giới hạn với các