Nghiên cứu tính toán kết cấu chống đỡ tạm thời và lâu dài khi đào hầm qua vùng đất yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM XUÂN DIỆU NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI VÀ LÂU DÀI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU, ÁP DỤNG CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- TỈNH YÊN BÁI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM XUÂN DIỆU NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI VÀ LÂU DÀI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU, ÁP DỤNG CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- TỈNH YÊN BÁI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GS.TS NGUYỄN CHIẾN TS ĐÀO VĂN HƯNG HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu tính toán kết cấu chống đỡ tạm thời lâu dài đào hầm qua vùng đất yếu, áp dụng cho hầm thủy điện Văn Chấn- Tỉnh Yên Bái” tác giả Nhà trường giao nghiên cứu theo định số 03/QĐĐHTL ngày 04 tháng 01 năm 2016 Hiệu trưởng trường Đại học Thủy Lợi việc giao đề tài luận văn người hướng dẫn cho học viên cao học Hà Nội đợt năm 2016 Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Xuân Diệu i ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời lâu dài đào hầm qua vùng đất yếu, áp dụng cho hầm thủy điện Văn Chấn- Tỉnh Yên Bái” với mục đích đưa phương pháp tính tốn, biện pháp thi cơng đào hầm qua vùng đất yếu…Luận văn đưa ví dụ tính tốn tham khảo cho hầm thủy điện Văn Chấn- tỉnh Yên Bái Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến, TS Đào Văn Hưng dành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn cung cấp thông tin cần thiết giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo đại học sau đại học, khoa Cơng trình thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học trường Đại học thủy lợi, trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Thủy điện lượng tái tạo Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, bạn bè, đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả thời gian học tập thực luận văn Do hạn chế trình độ chun mơn, thời gian có hạn, nên q trình thực luận văn, tác giả khơng tránh khỏi sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận bảo thầy, giáo góp ý bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn! iii iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM THỦY CƠNG 1.1 Tình hình xây dựng đường hầm thủy cơng Việt Nam 1.2 Các vấn đề gặp phải xây dựng đường hầm qua đoạn có địa chất xấu .7 1.3 Các nghiên cứu tính tốn kết cấu, biện pháp gia cố, thi cơng đường hầm 1.3.1 Các phương pháp thi công đào đường hầm 1.3.2 Các phương pháp gia cố, chống đỡ tạm thời đào hầm gặp phải địa chất yếu 1.3.2.1 Gia cố dạng treo: 1.3.2.2 Gia cố dạng chống 10 1.3.2.3 Gia cố vượt trước 11 1.3.3 Các nghiên cứu tính tốn kết cấu lớp lót đường hầm 14 1.3.3.1 Phương pháp học kết cấu (tính tốn vịm kín) 14 1.3.3.2 Phương pháp học vật rắn biến dạng 16 1.3.3.3 Phương pháp số tính tốn lớp lót đường hầm 17 1.4 Phạm vi nghiên cứu luận văn 20 1.5 Kết luận Chương 21 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THI CƠNG VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU 23 2.1 Khái niệm vùng đất yếu thi công đường hầm 23 2.1.1 Hiện tượng Karst 23 2.1.2 Đứt gãy .23 2.1.3 Đất sụt .24 v 2.2 Các giải pháp thi công đào hầm qua vùng đất yếu 24 2.2.1 Khoan lỗ thăm dò 24 2.2.2 Lựa chọn biện pháp chống đỡ 25 2.2.3 Dự báo cố xảy đề giải pháp 25 2.3 Tải trọng tác dụng lên đường hầm 25 2.3.1 Các tải trọng tổ hợp tải trọng 25 2.3.2 Áp lực núi đá 26 2.3.3 Lực kháng đàn tính đá 30 2.3.4 Các lực khác 30 2.3.4.1 Áp lực nước: 30 2.3.4.2 Áp lực vữa: 30 2.3.4.3 Ứng suất nhiệt: 31 2.3.4.4 Lực động đất: 31 2.4 Tính toán kết cấu sườn chống tạm thời 31 2.4.1 Phương pháp tính toán kết cấu 31 2.4.1.1 Xác định ngoại lực phạm vi chống (trường hợp thi cơng) 32 2.4.1.2 Tính tốn nội lực chống 33 2.4.1.3 Lựa chọn mặt cắt chống 33 2.4.2 Nghiên cứu quan hệ modun chống uốn sườn chống với tải trọng kích thước hầm 33 2.4.2.1 Các tài liệu nghiên cứu 33 2.4.2.2 Tính tốn 34 2.5 Kết luận Chương 43 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO HẦM THỦY ĐIỆN VĂN CHẤN- YÊN BÁI 45 3.1 Giới thiệu cơng trình 45 3.1.1 Vị trí cơng trình [12] 45 vi 3.1.2 Các thông số .45 3.1.3 Quy mô hạng mục công trình 47 3.2 Các thơng số tính tốn đường hầm 49 3.2.1 Các thông số hầm dẫn nước [12] 50 3.2.2 Mô tả địa chất khu vực đứt gãy.[11] 50 3.2.3 Các tiêu lý đất đá khu vực đứt gãy .55 3.3 Giải pháp đào hầm qua đoạn có địa chất xấu 55 3.3.1 Tính tốn sườn chống tạm thời 55 3.3.2 Biện pháp đào hầm qua vùng đất yếu .56 3.4 Tính tốn kết cấu lớp lót cho đoạn hầm có địa chất xấu 59 3.4.1 Các trường hợp tính tốn .59 3.4.2 Các lực tác dụng lên vỏ hầm khu vực đứt gãy 59 3.4.3 Sơ đồ lực tác dụng khu vực đứt gãy 60 3.4.4 Các mơ hình tính tốn 63 3.4.5 Phương pháp tính tốn 65 3.4.5.1 Tính nội lực lớp lót .65 3.4.5.1 Tính tốn cốt thép 65 3.4.6 Kết tính tốn 66 3.5 Kết luận Chương 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 Các kết đạt Luận văn 69 Một số vấn đề tồn 70 Hướng tiếp tục nghiên cứu 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 PHỤ LỤC TÍNH TỐN .73 vii viii PHỤ LỤC 4: Biểu đồ lực dọc (N) ứng với f k =1,5; B o =4m; L c =0,7 76 PHỤ LỤC 5: Biểu đồ momen(M )ứng với f k =1,5 ; B o =5m; L c =0,7 77 PHỤ LỤC 6: Biểu đồ lực dọc (N) ứng với f k =1,5; B o =5m; L c =0,7 78 PHỤ LỤC 7: Biểu đồ momen(M )ứng với f k =1,5 ; B o =6m; L c =0,7 79 PHỤ LỤC 8: Biểu đồ lực dọc (N) ứng với f k =1,5; B o =6m; L c =0,7 80 PHỤ LỤC 9: Biểu đồ momen(M )ứng với f k =1,5 ; B o =7m; L c =0,7 81 PHỤ LỤC 10: Biểu đồ lực dọc (N) ứng với f k =1,5; B o =7m; L c =0,7 82 PHỤ LỤC 11: Biểu đồ momen(M )ứng với f k =0,55 ; B o =5,8m; L c =0,7 83 PHỤ LỤC 12: Biểu đồ lực dọc (N) ứng với f k =0,55; B o =5,8m; L c =0,7 84 PHỤ LỤC 13: Ứng suất S 11 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 14: Ứng suất S 22 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 85 PHỤ LỤC 15: Ứng suất S 11 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 16: Ứng suất S 22 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 86 PHỤ LỤC 17: Ứng suất S 11 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 18: Ứng suất S 22 không kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 87 PHỤ LỤC 19: Ứng suất S 11 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 20: Ứng suất S 22 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 88 PHỤ LỤC 21: Ứng suất S 11 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 22: Ứng suất S 22 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 89 PHỤ LỤC 23: Ứng suất S 11 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp PHỤ LỤC 24: Ứng suất S 22 có kể đến khả chịu lực sườn chống Trường hợp 90 ... pháp đào hầm, chống đỡ tạm thời tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời để đảm bảo an tồn đào hầm qua vùng đất yếu Tính tốn kết cấu gia cố lâu dài đường hầm qua vùng đất yếu có xét đến làm việc kết cấu. .. lực khung chống đỡ tạm thời dựng đào Nghiên cứu tính tốn kết cấu chống đỡ tạm thời lâu dài đào hầm qua vùng đất yếu nhu cầu cấp thiết nhằm giảm thời gian thi công đào gia cố đường hầm, an tồn... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM XUÂN DIỆU NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI VÀ LÂU DÀI KHI ĐÀO HẦM QUA VÙNG ĐẤT YẾU, ÁP DỤNG CHO HẦM THỦY ĐIỆN