Luận văn thạc sĩ xây dựng Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố nam định

Bộ giáo dục đào tạo Bộ xây dựng Trường đại học kiến trúc hà nội đỗ nhật tân Nghiên cứu tính toán tường đất thi công hầm vượt thành phố nam định luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng công nghiệp mã số: 60.58.20 Hà Nội 2011 Bộ giáo dục đào tạo Bộ xây dựng Trường đại học kiến trúc hà nội đỗ nhật tân Nghiên cứu tính toán tường đất thi công hầm vượt thành phố nam định luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng công nghiệp mã số: 60.58.20 người hướng dẫn khoa học gs.ts đỗ tráng Hà Nội 2011 Bộ giáo dục đào tạo Bộ xây dựng Trường đại học kiến trúc hà nội đỗ nhật tân Nghiên cứu tính toán tường đất thi công hầm vượt thành phố nam định luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng công nghiệp mã số: 60.58.20 Hà Nội 2010 -1mở đầu * Tớnh cp thit ca ti Do nhu cầu phát triển kinh tế, hầm vượt không gian ngầm ngày quan tâm Tại thành phố lớn hệ thống tàu điện ngầm triển khai xây dựng Một số dự án hầm vượt triển khai lập dự án, khảo sát giải phóng mặt Rất nhiều nhà cao tầng xây dựng có từ đến nhiều tầng hầm Thi công công trình ngầm đô thị Việt Nam số năm trở lại sử dụng nhiều phương pháp thi công đại phương pháp khiên đào (TBM- hầm dẫn nước công trình Thủy điện Đại Ninh Tây Nguyên- sử dụng TBM đất yếu, công trình Metrô Hà nội thành phố HCM), phương pháp hầm dìm để thực xây dựng công trình hầm nước (thi công hầm vượt Thủ Thiêm), sử dụng phương pháp tường đất Một loạt dự án xây dựng hầm vượt nghiên cứu triển khai xây dựng: dự án hầm vượt sông Thủ Thiêm (T.p Hồ Chí Minh), hầm vượt sông Hương (Huế), dự án tàu điện ngầm Tp Hà Nội Tp Hồ Chí Minh, dự án hầm vượt đường Trong số dự án hoàn thành, số dự án triển khai Trong dự án hầm vượt xây dựng chủ yếu thi công phương pháp đào mở Phương pháp thi công tường đất Việt Nam sử dụng chủ yếu thi công tầng hầm nhà cao tầng công trình phục vụ cho giao thông chủ yếu Thành phố lớn Hiện dự án hầm vượt đường thường thiết kế ngầm đất sử dụng phương pháp thi công tường đất chủ yếu Do ưu điểm đặc biệt phương pháp tường đất là: - Thi công công trình ngầm có độ sâu lớn - Thích dụng điều kiện địa chất, đặc biệt vùng đất yếu, mực nước ngầm cao -2- Đảm bảo ổn định cho công trình phụ cận, liền kề, phù hợp sử dụng thi công công trình có điều kiện mặt xây dựng chật hẹp - Giảm khối lượng thi công, thi công theo phương pháp ngược (top -down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công - Tường vừa dùng làm kết cấu bao che độ sâu lớn lại kết hợp làm kết cấu chịu lực (cho công trình ngầm), làm móng cho công trình điều kiện định Cho nên việc nghiên cứu áp dụng tường đất thi công hầm vượt cần thiết Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu Nghiên cứu tính toán tường đất thi công hầm vượt Thành phố Nam Định * Mc tiờu ti lun văn - Nghiên cứu tính toán tường đất vào xây dựng công trình hầm vượt Việt Nam, áp dụng cụ thể cho hầm vượt dự kiến xây dựng Thành phố Nam Định - ứng dụng khảo sát, phân tích làm việc kết cấu cấu tường đất thi công công trình hầm vượt với điều kiện địa chất Thành phố Nam Định - Phân tích làm việc kết cấu công trình ngầm thi công theo phương pháp tường đất, từ kết nghiên cứu đề xuất kiến nghị giải pháp kết cấu hợp lý * i tng v phm vi nghiờn cu Các công trình hầm vượt ứng dụng công nghệ tường đất với điều kiện địa chất Thành phố Nam Định * Ni dung nghiờn cu ca ti Luận văn có ba chương với nội dung sau Chương 1: Tổng quan công trình hầm vượt phương pháp thi công hầm vượt Giới thiệu phương án hầm vượt dự kiến Thành phố Nam Định -3Chương 2: Lý thuyết tường đất thi công công trình hầm vượt Chương 3: Phân tích, khảo sát làm việc tường đất thi công hầm vượt tính toán kết cấu vỏ hầm vượt Kết luận kiến nghị * Phương pháp nghiên cứu Trên sở nghiên cứu lý thuyết công trình hầm, công nghệ thi công hầm đặc biệt công nghệ tường đất thi công hầm vượt, kết hợp với tài liệu thực tế thiết kế thi công công trình ngầm Việt Nam Hà Nội Tiến hành nghiên cứu phân tích kết cấu tường đất theo trình thi công, từ đưa kiến nghị lựa chọn mô hình tính toán dạng kết cấu vỏ hầm thích hợp Tiến hành khảo sát với dạng kết cấu hầm vượt dự kiến thi công Thành phố Nam Định với số dạng điều kiện địa chất Thành phố Nam Định Việc khảo sát thực phần mềm hành xây dựng phần mềm tính toán ngôn ngữ lập trình Matlab * ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Các kết nghiên cứu đề tài luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công xây dựng công trình ngầm đô thị, sở khoa học để kiến nghị sử dụng công nghệ ứng dụng tường đất thi công hầm vượt Thành phố Nam Định nơi có điều kiện địa chất tương tự -4Chương I- Tổng quan công trình hầm vượt Và phương pháp thi công hầm vượt Giới thiệu phương án hầm vượt dự kiến tP nam định 1.1 Tổng quan công trình hầm vượt [1, 9, 12] 1.1.1 Định nghĩa phân loại Hầm công trình nhân tạo nằm lòng đất có hai đầu nối thông với mặt đất dùng vào mục đích giao thông, dẫn nước bố trí hệ thống kỹ thuật khác Hầm nằm ngang nghiêng, trường hợp công trình bố trí theo phương đứng gọi giếng Ngày hầm sử dụng phổ biến lĩnh vực khác kinh tế quốc dân đặc biệt nước phát triển Đa số công trình hầm, đặc biệt hầm lớn dùng vào mục đích giao thông hầm đường sắt, hầm đường bộ, đường thủy Một số công trình loại sử dụng hỗn hợp cho đường sắt ô tô Các công trình hầm hạng mục phổ biến việc xây dựng công trình thủy lợi đầu mối trạm thủy điện, công trình thủy Trong xây dựng phát triển thành phố hầm vượt sử dụng rộng rãi để bố trí mạng lưới giao thông, để làm kho tàng, bể chứa, gara, bãi chứa xe mục đích đặc biệt khác Theo công dụng đặc biệt kết cấu hầm chia thành nhóm loại sau: Bảng 1.1- Phân loại hầm STT Đặc điểm công trình Hầm đường giao thông Hầm thủy lợi Phân loại - Hầm đường sắt - Hầm xe điện ngầm - Hầm đường ô tô - Hầm cho người - Hầm đường thủy - Hầm trạm thủy điện - Hầm thủy nông: hầm dẫn nước tưới -5tiêu, cải tạo đất - Hầm đường cấp thoát nước - Hầm đường thủy - Hầm cấp, thoát nước Hầm để bố trí hệ thống - Hầm để cấp hơi, cấp nhiệt kỹ thuật, đặc biệt quan trọng - Hầm để bố trí mạng lưới thông tin liên thành phố, khu dân cư, lạc, mạng điện hệ thống khu công nghiệp lượng khác - Hầm giao thông, vận chuyển Hầm công nghiệp khai - Hầm thoát nước thác mỏ - Hầm thông gió - Hầm dùng cho mục đích quân sự: hầm phòng tránh, hầm chiến lược, hầm chứa máy bay, tàu thuyền - Các gara, kho tàng ngầm - Hầm cho nhà máy nhà máy Hầm có ý nghĩa đặc biệt điện nguyên tử, nhà máy quốc phòng có ý nghĩa đặc biệt - Các trung tâm thương mại, nghỉ ngơi thành phố đại - Các phòng thí nghiệm quan trọng KTQD - Hầm xuyên núi Theo khu vực xây dựng - Hầm đồng - Hầm thành phố 1.1.2 Lịch sử xây dựng hầm vượt Thế giới Nguồn gốc việc xây dựng hầm phải kể đến việc tạo nên hang ngầm từ thời cổ xưa Từ lâu, trước công nguyên Babilon, Ai Cập, Hy Lạp La Mã công tác xây dựng ngầm tiến hành để khai thác khoáng sản, xây dựng lăng mộ, nhà thờ sau đến cấp nước giao thông Đáng kể hầm người La Mã xây dựng vào mục đích cấp, thoát nước giao thông, số giữ nguyên ngày Vào cuối thời kỳ trung cổ việc mở rộng quan hệ dân tộc việc rút ngắn đường buôn bán người ta xây dựng hầm -6đường thủy nối đường giao thông thủy ngăn cách dãy núi việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá Việc xuất đường sắt nguyên nhân thúc đẩy nghiệp phát triển hầm sau Hầm đường sắt dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từ Liverpool đến Manchester Anh Cũng thời kỳ này, hầm đường sắt xây dựng Pháp nước Châu Âu khác Sau chiến tranh giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm đến thời kỳ mạng lưới đường sắt hoàn thiện nước Châu Âu Trong số hầm xây dựng thời kỳ có hầm Apenhin B tuyến Phlorece Bolona (1920-1931) Đây hầm đường sắt tuyến đôi dài giới có ga Cũng thời kỳ (1927) kết thúc việc xây dựng hầm đường thủy Rove dài 7,12Km tuyến Marcei-Ron Pháp có tiết diện ngang lớn giới 24,5x17,1m Tuyến đường xe điện ngầm Luân Đôn vận hành năm 1863 tuyến xe điện ngầm giới mở đầu thời kỳ xây dựng hệ thống xe điện ngầm thành phố lớn giới Đến giới đưa vào vận hành 100 hệ thống xe điện ngầm 30 nước thiết kế thi công 30 hệ thống khác 1.1.3 Tổng quan xây dựng hầm vượt Việt Nam Các công trình ngầm đô thị hệ thống tàu điện ngầm, bãi đỗ xe ngầm, hầm vượt đường , cuối kỷ XX chưa có công trình xây dựng Việt Nam Trong năm đầu kỷ XXI tương lai gần, công trình ngầm xây dựng thành phố lớn kể đến: * Tại Thành phố Hà Nội: - Dự án tuyến đường sắt đô thị/tàu điện ngầm (Metro) có hai dự án thực là: Dự án thí điểm đoạn Nhổn - Ga Hà Nội theo hướng đông tây (tuyến số 3) dài khoảng 12,5km có khoảng 9km cao, 4km hầm, -31- Phần tử 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 0,5m 138.04 138.03 137.51 136.47 134.89 132.76 130.05 126.74 122.82 118.26 113.06 107.08 100.21 92.43 83.71 74.04 63.38 51.71 39.01 25.26 10.43 -5.51 -22.56 -40.77 -60.14 -80.72 -102.36 -124.95 -148.49 -173.02 -198.55 -219.80 -232.47 0,6m 143.04 143.19 142.83 141.96 140.55 138.58 136.04 132.90 129.14 124.75 119.71 113.90 107.20 99.59 91.04 81.53 71.03 59.53 47.00 33.41 18.75 2.98 -13.91 -31.95 -51.16 -71.56 -93.04 -115.46 -138.84 -163.20 -188.56 -210.56 -225.50 Chiều dày tường 0,7m 0,8m 148.16 153.58 148.48 154.08 148.30 154.08 147.60 153.56 146.36 152.51 144.56 150.89 142.19 148.70 139.22 145.91 135.64 142.50 131.42 138.47 126.55 133.78 120.91 128.32 114.38 121.97 106.93 114.71 98.55 106.51 89.21 97.35 78.89 87.20 67.56 76.05 55.20 63.87 41.78 50.64 27.29 36.33 11.69 20.91 -5.02 4.37 -22.89 -13.31 -41.93 -32.17 -62.17 -52.23 -83.47 -73.35 -105.72 -95.42 -128.93 -118.45 -153.12 -142.46 -178.31 -167.47 -200.76 -190.17 -217.20 -207.61 0,9m 159.48 160.18 160.38 160.05 159.19 157.77 155.78 153.18 149.98 146.14 141.64 136.38 130.23 123.16 115.16 106.20 96.25 85.30 73.31 60.28 46.16 30.94 14.60 -2.89 -21.55 -41.41 -62.34 -84.21 -107.04 -130.86 -155.67 -178.48 -196.59 1,0m 165.97 166.88 167.30 167.19 166.54 165.34 163.56 161.18 158.19 154.57 150.29 145.25 139.31 132.46 124.67 115.93 106.20 95.46 83.69 70.87 56.97 41.97 25.84 8.57 -9.88 -29.52 -50.23 -71.88 -94.50 -118.10 -142.69 -165.53 -184.06 -32- Phần tử 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 0,5m -237.95 -237.51 -232.30 -223.34 -211.56 -197.72 -182.53 -166.55 -150.28 -134.11 -118.37 -103.31 -89.12 -75.94 -63.86 -52.94 -43.19 -34.60 -27.16 -20.80 -15.46 -11.08 -7.56 -4.83 -2.80 -1.36 -0.42 0.11 0.32 0.33 0.21 0.07 0.00 0,6m -234.35 -237.99 -237.26 -232.91 -225.62 -216.02 -204.64 -191.97 -178.44 -164.41 -150.18 -136.03 -122.17 -108.77 -95.98 -83.91 -72.64 -62.21 -52.67 -44.02 -36.27 -29.39 -23.37 -18.17 -13.75 -10.05 -7.03 -4.64 -2.81 -1.49 -0.62 -0.15 0.00 Chiều dày tường 0,7m 0,8m -228.34 -220.33 -234.85 -228.85 -237.33 -233.63 -236.37 -235.15 -232.50 -233.83 -226.21 -230.05 -217.94 -224.20 -208.09 -216.60 -197.02 -207.57 -185.06 -197.39 -172.49 -186.32 -159.56 -174.58 -146.48 -162.39 -133.44 -149.93 -120.61 -137.36 -108.11 -124.85 -96.07 -112.50 -84.56 -100.45 -73.67 -88.78 -63.46 -77.59 -53.95 -66.94 -45.20 -56.92 -37.21 -47.56 -30.01 -38.93 -23.59 -31.08 -11.97 -24.02 -13.12 -17.82 -9.06 -12.49 -5.76 -8.06 -3.22 -4.58 -1.42 -2.05 -0.35 0.52 0.00 0.00 0,9m -210.41 -220.35 -226.81 -230.15 -230.72 -228.86 -224.88 -219.07 -211.69 -203.00 -193.22 -182.58 -171.27 -159.48 -147.35 -135.06 -122.74 -110.51 -98.49 -86.79 -75.50 -64.71 -54.51 -44.98 -36.18 -28.18 -21.06 -14.87 -9.67 -5.53 -2.50 -0.63 0.00 1,0m -198.65 -209.62 -217.30 -222.01 -224.03 -223.66 -221.15 -216.77 -210.75 -203.32 -194.68 -185.05 -174.60 -163.51 -151.95 -140.05 -127.98 -115.85 -103.80 -91.95 -80.40 -69.26 -58.63 -48.60 -39.27 -30.73 -23.07 -16.35 -100.68 -6.13 -2.78 -0.71 0.00 -33- Bảng 7- Kết chuyển vị ngang (mm) thay đổi chiều dày tường tính theo Plaxis Plate Element Node 1 61 60 81 81 80 103 103 104 152 152 153 187 187 188 217 217 218 280 280 281 343 Tọa độ [m] Chiều dày tường X Y 0,6m 0,7m 0,8m 0,9m 1,0m 15.50 20.00 0.10 0.12 0.13 0.14 0.12 15.50 19.33 0.63 0.53 0.46 0.40 0.32 15.50 18.67 1.07 0.86 0.71 0.61 0.49 15.50 18.67 1.07 0.86 0.71 0.61 0.49 15.50 18.00 1.37 1.10 0.90 0.76 0.62 15.50 17.33 1.55 1.23 1.01 0.86 0.71 15.50 17.33 1.55 1.23 1.01 0.86 0.71 15.50 16.67 1.57 1.26 1.04 0.88 0.74 15.50 16.00 1.45 1.17 0.98 0.85 0.73 15.50 16.00 1.45 1.17 0.98 0.85 0.73 15.50 15.25 1.13 0.93 0.81 0.71 0.64 15.50 14.50 0.67 0.60 0.55 0.51 0.48 15.50 14.50 0.67 0.60 0.55 0.51 0.48 15.50 14.25 0.52 0.48 0.46 0.43 0.42 15.50 14.00 0.39 0.38 0.37 0.36 0.36 15.50 14.00 0.39 0.38 0.37 0.36 0.36 15.50 13.13 0.24 0.24 0.24 0.24 0.25 15.50 12.25 0.18 0.17 0.17 0.17 0.16 15.50 12.25 0.18 0.17 0.17 0.17 0.16 15.50 11.38 0.11 0.11 0.11 0.11 0.10 15.50 10.50 0.10 0.09 0.09 0.09 0.05 -34- Bảng 8- Kết lực cắt (KN) thay đổi chiều dày tường tính theo Plaxis Plate Element Node 1 61 60 81 81 80 103 103 104 152 152 153 187 187 188 217 217 218 280 280 281 343 Tọa độ [m] X Y 15.50 20.00 15.50 19.33 15.50 18.67 15.50 18.67 15.50 18.00 15.50 17.33 15.50 17.33 15.50 16.67 15.50 16.00 15.50 16.00 15.50 15.25 15.50 14.50 15.50 14.50 15.50 14.25 15.50 14.00 15.50 14.00 15.50 13.13 15.50 12.25 15.50 12.25 15.50 11.38 15.50 10.50 0,6m 25.05 11.09 -2.87 1.77 1.78 1.78 1.33 0.56 -0.21 2.52 -18.05 -38.62 -38.90 -40.97 -43.04 36.64 17.45 -1.74 -12.45 -0.50 11.44 Chiều dày tường 0,7m 0,8m 0,9m 29.59 32.06 33.82 13.15 14.64 15.77 -3.29 -2.78 -2.29 2.18 3.24 4.12 2.12 2.74 3.52 2.05 2.25 2.91 1.34 2.13 2.94 0.35 0.57 1.04 -0.63 -0.99 -0.85 2.08 1.85 2.04 -19.43 -20.34 -20.65 -40.95 -42.52 -43.34 -40.56 -41.01 -40.54 -42.96 -44.92 -47.36 -45.35 -48.83 -54.17 33.00 28.14 22.34 16.60 15.16 13.28 0.21 2.17 4.23 -11.61 -11.91 -11.96 0.43 1.43 2.46 12.46 14.78 16.89 1,0m 31.44 15.34 -0.76 4.67 4.51 4.35 3.79 2.70 1.60 3.89 -18.76 -41.41 -40.22 -48.81 -57.39 15.02 9.71 4.40 -6.67 3.13 12.94 -35- Bảng 9- Kết mô men (KNm) thay đổi chiều dày tường tính theo Plaxis Plate Element Node 1 61 60 81 81 80 103 103 104 152 152 153 187 187 188 217 217 218 280 280 281 343 Tọa độ [m] X Y 15.50 20.00 15.50 19.33 15.50 18.67 15.50 18.67 15.50 18.00 15.50 17.33 15.50 17.33 15.50 16.67 15.50 16.00 15.50 16.00 15.50 15.25 15.50 14.50 15.50 14.50 15.50 14.25 15.50 14.00 15.50 14.00 15.50 13.13 15.50 12.25 15.50 12.25 15.50 11.38 15.50 10.50 0,6m 0.00 12.04 14.78 14.78 15.97 17.15 17.15 17.78 17.90 17.90 12.08 -9.17 -9.17 -19.16 -29.66 -29.66 -5.99 0.88 0.88 -4.79 0.00 Chiều dày tường 0,7m 0,8m 0,9m 1,0m 0.00 0.00 0.00 0.00 14.24 15.57 16.53 15.59 17.53 19.52 21.02 20.45 17.53 19.52 21.02 20.45 18.96 21.51 23.57 23.51 20.35 23.17 25.71 26.46 20.35 23.17 25.71 26.46 20.92 24.07 27.04 28.63 20.82 23.93 27.10 30.06 20.82 23.93 27.10 30.06 14.32 17.00 20.12 24.48 -8.32 -6.57 -3.88 1.92 -8.32 -6.57 -3.88 1.92 -18.76 -17.31 -14.87 -9.21 -29.80 -29.03 -27.56 -22.48 -29.80 -29.03 -27.56 -22.48 -8.10 -10.09 -11.97 -11.66 -0.74 -2.51 -4.31 -5.49 -0.74 -2.51 -4.31 -5.49 -5.64 -7.09 -8.47 -7.03 0.00 0.00 0.00 0.00 -36- C Số liệu tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường đất giai đoạn khai thác a Số liệu địa chất + Lớp kết cấu áo đường dày 0,5m: =450; c=30KN/m2 ; =22,5 KN/m3 + Lớp kết cấu đất đắp dày 1,0m: = 240; c = KN/m2; =18KN/m3 + Lớp đất san lấp sạn xỉ dày 1,5m: c = 0kG/cm2, =220, =18.5KN/m3 + Lớp đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4m C = 0.062 kG/cm2, = 19010, = 17.7 KN/m3, E0=76*104KN/m2 + Lớp bùn sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp mạch cát pha dày 1.5m C = 0.062 kG/cm2, = 6033, =16.7KN/m3, E0=16*104KN/m2 + Lớp đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4.5m C = 0.069 kG/cm2, = 19053, =18.5KN/m3, E0=93*104KN/m2 b Đặc trưng kết cấu - Đặc trưng hình học kết cấu cho 1m dài hầm: Dầm nóc: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=1m Tường bên: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=1m Tường giữa: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0,5m Dầm đáy: bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0,75m - Thông số kỹ thuật bê tông: Mác bê tông fC=30Mpa Trọng lượng riêng = 24KN/m3 Môđun đàn hồi E=2,84*104Mpa - Mômen quán tính tiết diện: Dầm nóc: I1=bh3/12=1*13/12=0.083m4 Dầm đáy: I2=bh3/12=1*0.753/12=0.0352m4 Tường bên: I3=bh3/12=1*13/12=0.083m4 c Số liệu tải trọng -37* Xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên kết cấu hầm: - Với tải trọng động xe HL-93: Độ lớn hoạt tải tác dụng lên công trình ngầm phụ thuộc vào chiều sâu công trình, phân bố dải đường loại phương tiện giao thông Với công trình đặt nông, tải trọng động tác dụng lên công trình từ phương tiện giai thông mạng lưới giao thông mặt đất Tải trọng tạm thời hoạt tải HL-93 bố trí vị trí bất lợi công trình ngầm phạm vi lăng thể trụ phá hoại Căn vào kích thước hầm trạng giao thông tương lai vị trí bất lợi hầm có xe HL93 chạy song song Khi chiều sâu công trình lớn 0,7-0,8m tải trọng tạm thời quy đổi thành tải trọng rải Với mặt đường rải bê tông tải trọng truyền xuống phía với góc = 450 với lớp đất đá tải trọng truyền xuống với góc = 300 1,8m 72,5KN 1,2m 1,8m 72,5KN 72,5KN 72,5KN H1 45 b2 b2 b2 H2 b2 30 b1 b1 4,3m 4,3m 35KN 145KN 145KN H1 45 a2 a2 b2 H2 a2 30 a1 a1 Hình 3.21- Sơ đồ tác dụng hoạt tải lên kết cấu (xe trục) -38Với ký hiệu hình vẽ ta có: a1 = a2 + 2H1tg450+2H2tg300 b1 = b2 +2H1tg450 + 2H2tg300 Trong đó: H1, H2 chiều dầy lớp kết cấu mặt lớp phía hầm tương ứng với H1=0,5m; H2=2,5m a2 chiều dài tiếp xú dọc đường bánh (m) b2 chiều rộng bánh sau (m), b2=0,51m Với tải trọng xe HL-93 theo TCN 272-05 ta có: a2=2,28*10-3**(1+IM/100)*P Trong đó: hệ số tải trọng (Lấy =1,75) IM lực xung kích tính phần trăm Với cấu kiện vùi IM = 33*(1-4,1*10-4*DE)*(A3*6*1*2*5) DE = H1+H2 = 0,5+2,5 = 3m Thay vào ta được: IM 33% P tải trọng trục lớn hoạt tải : Với xe trục P = 55KN Với xe trục P = 72,5KN Thay vào ta có : Với xe trục a2 = 0,29m Với xe trục a2 = 0,38m Do ta có: a1 = 0,29+2.0,5.1+2.2,5.tg300 = 3,369m Với xe trục a1 = 0,38+2.0,5.1+2.2,5.tg300 = 3,462m Với xe trục b1 = 0,51+2.0,5.1+2.2,5.tg300 = 3,588m Cường độ áp lực phân bố bánh xe 1m bề rộng bản: p0 = Với xe trục p0 = p 110 = = 4,55 KN / m 2.a1 b1 2.3,369.3,588 Với xe trục p0 = p 145 = = 5,84 KN / m 2.a1 b1 2.3, 462.3,588 p 2.a1.b1 Vị trí bất lợi hai bánh xe sau có áp lực trùm lên tác dụng lên -39Vậy áp lực tính toán là: Ptt = p0 = 2.4,55 = 9,10( KN / m) Xe trục Ptt = p0 = 2.7,84 = 11, 67( KN / m) Xe trục - Với tải trọng tĩnh: Tải trọng tính toán khung 1m tải trọng thân có loại tải trọng: Trọng lượng tiêu chuẩn lớp kết cấu áo đường hầm: tc g ad = ad * b * had = 22,5 *1,0 * 0,5 = 11,25( KN / m) Trọng lượng tiêu chuẩn lớp đất đắp phủ lên kết cầu hầm: tc g dd = dd * b * hdd = 18 *1*1 + 18,5 *1*1,5 = 45,75( KN / m) Theo bảng 8-TCXDVN thiết kế đường hầm giao thông, hệ số vượt tải lấy đối với: + Tải trọng thân kết cấu đổ chỗ n1=1,2 + áp lực đất đá không hình thành vòm áp lực n2=1,1 + Trọng tải kết cấu mặt đường ô tô n3=1,5 + Tải trọng động đoàn xe n4=1,4 Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường hầm: + áp lực tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn tác dụng lên hầm qtc = qtct + qtch Trong đó: qtct tĩnh tải tiêu chuẩn lớp kết cấu áo đường đất phủ hầm qtch hoạt tải tiêu chuẩn đoàn xe HL-93 tác dụng lên hầm áp lực tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng lên hai bên tường hầm Đối với xe trục: qtc=n2*gdd + n3*gad+n4*ptt=1,1*45,75+1,5*11,25+1,4*9,1=79,12KN/m Đối với xe trục: qtc=n2*gdd + n3*gad+n4*ptt=1,1*45,75+1,5*11,25+1,4*11,67=82,72KN/m * Xác định áp lực hông tính toán tác dụng lên tường Từ công thức: ei = (qlt + i.Hi - 2c)tg2(450- i ) -40Trong đó: qlt áp lực tính toán thẳng đứng (T/m) n hệ số vượt tải lớp đất thứ i (n=1,3) i trọng lượng riêng lớp đất thứ i Hi chiều dày lớp đất thứ i i góc ma sát lớp đất thứ i Để tiện lợi cho việc tính toán ta coi áp lực ngang phân bố theo dạng hình thang liên tục, hầm nằm lớp đất có góc ma sát, lực dính trọng lượng riêng trung bình: = h h i i i = 16 = h h i i = 17,84 KN / m i c= c h h i i = 6,47 KN / m i Vì hệ số vượt tải n>1 nên góc cộng thêm 50 Pa1 = 82,72*tg2(450-210/2)-2*6,47* tg(450-210/2) = 30 (KN/m) Pa2 = (82,72+17,84*6,03)*tg2(450-210/2)-2*6,47* tg(450-210/2) = 81 (KN/m) Pa3 = (82,72+17,84*9,5)*tg2(450-210/2)-2*6,47* tg(450-210/2) = 110 (KN/m) Pp1= 31,538*.tg2(450+210/2)+2*6,47* tg(450+210/2) = 86 (KN/m) Pp2=(31,538+17,84*3,375)*.tg2(450+210/2)+2*6,47*tg(450+210/2)= 213(KN/m) mục lục Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương I Tổng quan công trình hầm vượt phương pháp thi công hầm vượt Giới thiệu phương án hầm vượt dự kiến Thành phố nam định 1.1 Tổng quan công trình hầm vượt 1.1.1 Định nghĩa phân loại 1.1.2 Lịch sử xây dựng hầm vượt Thế giới 1.1.3 Tổng quan xây dựng hầm vượt Việt Nam 1.1.4 Giới thiệu phương án hầm vượt dự kiến Thành phố Nam Định 1.2 Tổng quan phương pháp thi công hầm 1.2.1 Các phương pháp đào kín 1.2.2 Các phương pháp đào hở (lộ thiên) 1.2.3 Một số phương pháp khác thi công công trình ngầm 1.3 Công nghệ xây dựng tường đất 1.3.1 Phạm vi áp dụng ưu nhược điểm 1.3.2 Công nghệ xây dựng tường đất Chương II Lý thuyết tường đất thi công công trình hầm vượt 2.1 Tính toán tường đất 2.1.1 Tải trọng tác động lên tường đất 2.1.2 Một số phương pháp tính toán tường đất Tính toán tường đất phương pháp phần 2.2 tử hữu hạn 2.2.1 Xác định tải trọng 4 14 14 15 21 24 24 26 34 34 34 43 52 53 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 Rời rạc hóa kết cấu Xác định ma trận độ cứng phần tử Thành lập ma trận độ cứng tổng thể Sơ phần mềm áp dụng tính toán tường đất 2.3.1 Phạm vi áp dụng 2.3.2 Các dạng mô hình thiết lập sẵn phần mềm 2.3.3 Các số liệu đầu vào đầu tính toán Chương III Phân tích, khảo sát làm việc tường đất thi công hầm vượt tính toán kết cấu vỏ hầm vượt 3.1 Tính toán tường đất thi công hầm vượt với điều kiện địa chất khu vực TP Nam Định 3.1.1 Phân tích kết cấu tường đất theo phương pháp hành chương trình tính theo ngôn ngữ Matlab 3.1.2 Phân tích kết cấu tường đất theo phương pháp Sachipana 3.1.3 Phân tích kết cấu tường đất phần mềm Plaxis 3.2 Khảo sát ảnh hưởng nước ngầm, chiều dày tường đất 3.2.1 ảnh hưởng mực nước ngầm đến nội lực kết cấu 3.2.2 ảnh hưởng chiều dày tường đến nội lực kết cấu 3.3 Tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường đất giai đoạn khai thác 3.3.1 Mô hình tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường đất giai đoạn khai thác 3.3.2 Các kết tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường đất giai đoạn khai thác Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phần phụ lục 53 54 56 57 58 59 60 61 61 61 70 73 76 76 77 81 81 82 84 86 Danh mục bảng Tên bảng Số hiệu Trang 1.1 Phân loại hầm 3.1 Thông số địa chất 63 3.2 Thông số đầu vào phần tử Plate 63 3.3 Thông số đầu vào phần tử chống Strut 64 3.4 Nội lực kết cấu tường đất tính theo Matlab 66 3.5 Nội lực kết cấu tường đất tính theo Plaxis 75 Danh mục hình vẽ, đồ thị Tên hình vẽ, đồ thị Số hiệu 1.1 Công trình hầm chui ngã tư Kim Liên, Hà Nội 1.2 Nút giao thông giao cắt Quốc lộ 10 đường Hà Trang 10 Nội xã Tân An Lộc Hòa TP Nam Định 1.3 Mặt cắt dọc, mặt hầm vượt dự kiến TP Nam Định 12 1.4 Mặt cắt ngang hầm 13 1.5 Sơ đồ đào lộ thiên với mái dốc tự nhiên 16 1.6 Sơ đồ mở hố đào với hệ gia cường kiểu công son 16 1.7 Hệ gia cường kiểu công son có biện pháp giảm tải 17 1.8 Sơ đồ kết cấu vây xung quanh hệ thống chống ngang 18 1.9 Sơ đồ hệ thống chống xiên 19 1.10 Thi công đào lộ thiên sử dụng kết cấu chắn giữ 23 tường đất 1.11 Sơ đồ công nghệ thi công tường đất 27 1.12 Các dạng tường hào tường cọc 28 1.13 Sơ đồ thi công tường liên tục đất cọc đào 29 Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.14 Sơ đồ thi công tường liên tục đất cọc khoan xung 30 1.15 Tường đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ 31 1.16 Tường đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ hai 32 1.17 Kết cấu hỗn hợp tường đất lắp ghép 33 2.1 Vòng tròn ứng suất điều kiện cân giới hạn 36 2.2 Trạng thái chủ động bị động Rankine 37 2.3 Tính áp lực chủ động Rankine 38 2.4 Tính áp lực chủ động đất gồm nhiều lớp 39 2.5 áp lực chủ động có tải trọng mặt đất 40 2.6 Tính áp lực bị động Rankine 41 2.7 Tính áp lực đất áp lực nước 42 2.8 Sơ đồ chuyển vị cọc côngson phân bố áp lực 43 đất 2.9 Sơ đồ tính tường công son theo phương pháp H.Blum 44 2.10 Sơ đồ tính theo Blum 45 2.11 Toán đồ để tìm nghiệm phương trình theo Blum 46 2.12 Sơ đồ tính phương pháp Sachipana 47 2.13 Sơ đồ tính phương pháp đàn hồi Nhật Bản 49 2.14 Sơ đồ tính phương pháp đàn hồi sửa đổi 50 2.15 Rời rạc hữu hạn kết cấu tường chắn 53 2.16 Sơ đồ tính phần tử dầm 53 2.17 Sơ đồ tính toán phần tử hữu hạn hệ 54 3.1 Mặt cắt ngang hầm hình hộp mái phẳng có vách ngăn 62 3.2 Sơ đồ tính tường theo ngôn ngữ lập trình Matlab 64 3.3 Biểu đồ chuyển vị tường đất tính theo Matlab 65 3.4 Biểu đồ mômen tường đất tính theo Matlab 65 3.5 Biểu đồ lực cắt tường đất tính theo Matlab Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị 66 Trang 3.6 Sơ đồ tính tường theo phương pháp Sachipana 70 3.7 Sơ đồ kết tính tường đất theo Sachipana 71 3.8 Sơ đồ tính toán chống trồi hố móng 72 3.9 Sơ đồ tính toán phun trào 73 3.10 Mô hình tường đất phần mềm Plaxis 74 3.11 Chuyển vị ngang, mômen, lực cắt tường theo Plaxis 74 3.12 Quan hệ chuyển vị mực nước ngầm 76 3.13 Quan hệ lực cắt mực nước ngầm 77 3.14 Quan hệ mômen mực nước ngầm 77 3.15 Quan hệ chuyển vị chiều dày tường theo Matlab 78 3.16 Quan hệ lực cắt chiều dày tường theo Matlab 79 3.17 Quan hệ mômen chiều dày tường theo Matlab 79 3.18 Quan hệ chuyển vị chiều dày tường theo Plaxis 80 3.19 Quan hệ lực cắt chiều dày tường theo Plaxis 80 3.20 Quan hệ mômen chiều dày tường theo Plaxis 81 3.21 Sơ đồ tính toán hầm vượt giai đoạn khai thác 82 3.22 Biểu đồ mômen, lực dọc hầm vượt giai đoạn 82 khai thác 3.23 Biểu đồ lực cắt hầm vượt giai đoạn khai thác 83