Nghiên cứu tính toán và thi công đường hầm bằng phương pháp khiên đào trong điều kiện tp hcm

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ GIA HOÀNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHIÊN ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN TP HCM Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2007 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh MỤC LỤC Trang Phần Mở Đầu : Đặt Vấn Đề Nghiên Cứu Chương 1: Hệ Thống Phân Loại Đất Đá Trong Thi Công Hầm Và Điều Kiện Địa Chất Ở Tp Hồ Chí Minh 1.1 Hệ thống phân loại đất đá thi công hầm 1.2 Điều kiện khí hậu, địa chất Tp Hồ Chí Minh 11 1.3 Nhận xét sơ 18 Chương 2: Tổng Quan Về Các PP Thi Công Hầm Trong Đất Yếu 20 2.1 Phương pháp xây dựng đường hầm 20 2.2 Một số cố thi công hầm gặp 74 2.3 Nhận xét sơ 77 Chương 3: Cơ Sở Tính Toán Đường Hầm Thi Công Bằng PP Khiên Đào 78 3.1 Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm 78 3.2 Các phương pháp tính toán đường hầm 85 3.3 Sử dụng chương trình Plaxis 3d tunnel tính toán hầm 90 3.4 Nhận xét sơ 93 Chương 4: Tính Toán Đường Hầm Trong Điều Kiện Địa Chất Ở TP HCM 94 4.1 Mô toán tính toán 94 4.2 Kết tính toán nhận xét 95 Phần Kết Luận Và Kiến Nghị 99 Tài liệu tham khảo Trang Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong năm gần Việt Nam nước có phát triển mạnh mẽ mặt, đặt biệt kiện Việt Nam thức gia nhập tổ chức Thương mại Thế Giới (WTO) kể từ ngày 11/01/2007 Trong công đại hoá công nghiệp hóa đất nước việc xây dựng hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò quan trọng, góp phần xây dựng đô thị đại, thu hút đầu tư từ nước Tuy nhiên Thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… đất đai đắt đỏ khan hiếm, giải tình trạng ách tắc giao thông, ô nhiễm môi trường, ngập úng vào mùa mưa cần có hệ thống giao thông hoàn chỉnh Trong thời gian tới việc xây dựng hệ thống công trình ngầm điều kiện cần thiết phù hợp với xu hướng quy hoạch đô thị tương lai Thành phố Hồ Chí Minh thành phố đầy động, thu hút nhiều thành phần đầu tư, có tốc độ phát triển kinh tế cao Nhu cầu giao thông công cộng lớn Vì xây dựng tuyến đường hầm cần thiết Trong xây dựng đường hầm, phương pháp xây dựng đường hầm đóng vai trò quan trọng phụ thuộc vào điều kiện địa chất tuyến công trình qua, vị trí sử dụng đất tuyến công trình MỤC ĐÍCH p dụng phương pháp khiên đào điều kiên địa chất vị trí khu đô thị Thành phố Hồ Chí Minh Lập sở tính toán để tính kết cấu công trình ngầm ứng với trường hợp Trang Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phương pháp thi công đường hầm khiên đào điều kiện địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Tính toán kết cấu công trình ngầm trường hợp sử dụng khiên đào Ý NGHĨA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Trong điều kiện Việt Nam chưa có nhiều kỹ thuật kinh nghiệm công trình thực tế thi công phát triển công nghệ đường hầm nghiên cứu ứng dụng phương pháp áp dụng nước phát triển cần thiết Vì nghiên cứu phương pháp khiên đào đường hầm cách tiếp cận công nghệ tiên tiến giới nhằm ứng dụng vào công trình thực tiễn Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng lãnh thổ Việt Nam nói chung Trang Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh CHƯƠNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG HẦM VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT Ở TP HỒ CHÍ MINH 1.1 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ TRONG THI CÔNG HẦM Trong trình thực công trình ngầm việc xác định loại đất đá nhằm số mục đích sau: - Xác định thông số ảnh hưởng đến trạng thái đất đá - Phân chia khối đất đá thành nhóm có ứng xử tương tự - Xác lập sở để nhận biết đặt tính nhóm - Lập tương quan thực nghiệm đặc điểm khối đất đá điều kiện xét so với điều kiện tương tự khác - Nêu số liệu định lượng để tham khảo cho thiết kế - Làm sở chung cho việc thông tin, thu thập dư liệu kỹ sư xây dựng nhà địa chất Có nhiều phương pháp phân loại khối đất đá, nhiên theo phương pháp luận chia làm hai nhóm: - Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo tải trọng khối đất đá - Các phương pháp đánh giá mức độ ổn định theo thời gian Phân loại cấp đất đá theo hệ số bền vững f M M Protodjakonov Bảng 1.1 I Mức độ bền đá Chắc II Rất II Chắc Cấp đất đá Tên đá F Quaczit bazan Đá granit chắc, loại đá pocfia thạch anh, silic, quaczit, cát kết đá vôi rắn Granit chặt, cát kết đá vôi rắn Mạch quặng thach anh Cuội kết rắn 20 Trang 15 10 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh IIIa Chắc IV Iva Khá Khá V Va Trung bình Trung bình Quặng sắt rắn Đá vôi rắn Granit rắn Cát kết rắn Đá hoa, đolomit rắn Cát kết thường Quặng sắt Phiến thạch cát Phiến thạch sét rắn Cát kết đá vôi rắn Cuội kết mềm Phiến thạch rắn Các loại đá manơ chặt Phiến thạch mềm Đá vôi, đá phấn, muối mỏ, thạch cao mềm Đá manơ thường VIa Khá mềm Phiến thạch bị phá hoại, than đá rắn 1,5 VII Mềm Sét chặt, than đá mềm Đất bồi 1,0 VIIa Mềm Sét cát nhẹ, đất lớt 0,8 VIII Đất Đất trồng, than bùn, cát pha nhẹ 0,6 IX Đá rời Cát, lở tích, dăm nhỏ, đất đắp… 0,5 Đất cát chảy, đất lầy, đất lót bị chảy nhão X Đất chảy 0,3 loại đất chảy nhảo khác Phân loại cấp đất đá theo phương pháp Terzaghi: phương pháp đánh giá tải VI Khá mềm trọng đá, xác định vùng suy yếu công trình phụ thuộc vào chiều rộng b chiều cao h đường hầm bảng 1.2 sau: Bảng 1.2 Cấp đất đá Chiều cao vùng suy yếu Phản ứng đất đá Có thể nổ đá, sập lở nhỏ, áp lực bên sườn hầm B- Đá cứng: phân lớp ngang – 0,5b Sập lở nóc, áp lực bên Phân lớp đứng – 0,25b sườn hầm C- Đá cứng, nức nẻ không 0,25– Sập đá nóc, áp lực bên sườn hầm 0,35(b+h) không đáng kể D- Đá cứng chắc, nức nẻ: đá 0,35– Nóc không ổn định, áp lực sườn cứng giòn, đất rời 0,1(b+h) hầm từ nhỏ đến trung bình E- Đất dính gần mặt đất 1,1–2,1(b+h) Không ổn định, áp lực sườn hầm lớn F- đất dính độ sâu lớn 2,1–4,5(b+h) Không ổn định, áp lực sườn hầm lớn A- Đá cứng cấu tạo khối – 0,25b Trang 10 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Phương pháp số khối đá RMR (Rock Mass Rating) Bieniawski đề xuất Nó dựa thông số đo trường lỗ khoan RMR = R βS + R RQD + R dj + R cj + R w + R oj Trong đó: R βS R : kể đến độ bền nén đơn trục mẫu đá; R RQD : xét tới số RQD; R dj : xét khoảng cách mặt gián đoạn; R cj : xét đặc điểm gián đoạn; Rw : xét ảnh hưởng nước khối d; R oj : xét hướng mặt gián đoạn Phương pháp NGI (Norway Geotechnical Institute): phường pháp Viện địa kỹ thuật Na Uy đề xuất đánh giá chất lượng đá đường hầm thông qua hệ thống Q Q= RQD Jr Jw Jn Ja SRF Trong đó: RQD lấy chẵn từ đến 10 đến 100; J n : số ảnh hưởng số lượng hệ khe nứt; J r : số thể độ nhám khe nứt; J a : số thể trạng thái khe nứt thành khe nứt tiếp xúc với trượt 1.2 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU - ĐỊA CHẤT TẠI TP HCM 1.2.1 Đặc Điểm Khí Hậu Thành phố Hồ Chí Minh có điều kiện khí tượng thuỷ văn khu vực mang nét đặc trưng khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, hàng năm có hai mùa rõ rệt mùa khô mùa mưa; khí hậu có tính ổn định cao, thay đổi năm nhỏ, bão lụt bị ảnh hưởng nhẹ, không đáng kể Trang 11 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Nhiệt độ không khí thay đổi tháng năm, biên độ dao động khoảng từ 10oC – 15oC, nhiệt độ trung bình năm 27oC Độ ẩm không khí cao, vào tháng mùa mưa độ ẩm không khí lên đến mức bão hòa 100%, vào tháng mùa khô độ ẩm giảm Lượng bốc năm tương đối lớn, lượng bốc lớn tháng mùa khô, bình quân tháng nắng: – mm/ ngày Chế độ mưa: - Lượng mưa vào mùa mưa chiếm 95% lượng mưa năm - Lượng mưa vào mùa khô chiếm 5% lượng mưa năm - Số ngày mưa trung bình năm: 154 ngày - Số ngày mưa trung bình tháng: 22 ngày (mùa mưa từ tháng tư đến tháng 11) - Lượng mưa bình quân năm: 1979 mm - Cường độ mưa: thống kê với chuỗi số liệu từ 1953 đến 1989, biểu đồ mưa xây dựng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh biểu thị mối tương quan cường độ mưa thời gian mưa theo tần suất khác Biểu đồ sử dụng đưa vào tính toán Bức xạ mặt trời: Lượng xạ mặt trời năm phụ thuộc vào số nắng trung bình, cực đại, cực tiểu; số nắng trung bình tăng lên tháng mùa khô từ 222,7 đến 272 (tháng 12 đến tháng 3), vào mùa mưa số nắng trung bình giảm từ 195,4 (tháng 5) xuống 162 (tháng 9) Số nắng trung bình năm 2488,9 Gió bão: Vùng duyên hải Việt Nam có hai mùa gió Đông Bắc Tây Nam với tốc độ trung bình - 10m/s; Trang 12 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu chịu ảnh hưởng gió bão, có bão cuối mùa, tốc độ gió thường không lớn, tốc độ gió lớn đo 36m/s vào năm 1972 theo hướng Đông Theo báo cáo kết tổng hợp qua năm thời kỳ, khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu tồn hệ thống gió sau: - Hướng Tây Nam: tần suất 63%, xuất từ tháng – 10, tốc độ gió trung bình từ – 8m/s, tốc độ lớn 28m/s - Hướng Đông Nam: tần suất 30%, xuất từ tháng – 6, tốc độ gió trung bình từ – 12m/s, tốc độ lớn 24m/s - Hướng Đông Bắc: tần suất thấp chiếm 7%, thời gian xuất từ tháng 11 năm trước đến tháng năm sau, tốc độ gió trung bình từ – 8m/s, tốc độ lớn 24m/s Chu kỳ xuất gió có tốc độ 20m/s lớn: - Tốc độ v = 25m/s khoảng 10 năm lần - Tốc độ v = 28m/s khoảng 25 năm lần - Tốc độ v = 33m/s khoảng 50 năm lần Theo số liệu Đài khí tượng thủy văn thành phố Hồ Chí Minh, thời kỳ 1929 – 1983 ghi nhận thảy bão qua khu vực Vũng Tàu – thành phố Hồ Chí Minh, tốc độ gió cực đại không 30m/s Theo tính toán, tốc độ gió với tần suất 1% 38m/s Nói chung, khí tượng thời tiết không ảnh hưởng đến việc thi công công trình, nhiên nên hạn chế thi công mùa mưa hạng mục cần tránh mưa 1.2.2 Điều kiện thuỷ văn Thành phồ Hồ Chí Minh nằm hạ lưu sông Sài Gòn-Đồng Nai; sông Sài Gòn bắt nguồn từ tỉnh Tây Ninh, chảy xuôi đến hợp lưu với sông Đồng Nai Trang 13 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh δik, Δip - chuyển vị theo phương ẩn lực Mi tương ứng cặp mômen đơn vị Mk = 1, hay tải trọng gây hệ bản, xác định theo công thức: δ ik = ∑∫ M i M k ds + E.I ∑ N i N k a E.F (3.11) Chuyển vị hệ biến dạng kết cấu lún địa tầng Chuyển vị lún địa tầng phụ thuộc vào phản lực gối tựa độ cứng gối tựa Chuyển vị biến dạng kết cấu bao gồm chuyển vị uốn phân tố chuyển vị nén Ta có: M i M k ds + E.I M i M p0 = ∑∫ ds + E.I δ ik = Δ ip ∑∫ N i N k a + E.F N i N p0 ∑ E.F a + ∑ ∑ ∑ R i R k D R i R p0 (3.12) D Trong đó: M i , N i R i - mômen lực dọc phản lực gối tựa hệ cặp mômen đơn vị đặt khớp i gây ra; M k , N k R k - mômen lực dọc phản lực gối tựa hệ cặp mômen đơn vị đặt khớp K gây ra; M p0 , N p0 R p0 - trên, tải trọng gây EI, EF - độ cứng chịu uốn chịu nén thanh; D - độ cứng gối tựa đàn hồi Giải hệ phương trình tắc xác định ẩn lực mômen vị trí thay khớp kết cấu Từ xác định nội lực kết cấu phản lực gối tựa đàn hồi tiết diện theo công thức sau: Trang 87 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh M m = M mp + ∑ M k M mk N m = N mp + ∑ N k N mk (3.13) Rm = Rmp + ∑ M k R mk Phương pháp thay hệ tính toán kết cấu công trình ngầm có ý nghóa thực tế lớn tải trọng tác dụng không đối xứng thay đổi điều kiện địa tầng Từ số liệu thực tế thu trình thi công tính toán kiểm tra lại tình hình làm việc vỏ hầm, để có thay đổi thiết kế cho phù hợp Tính toán phương pháp thay hệ cho kết có độ xác cao, có khả giải toán vỏ hầm máy tính điện tử 3.2.2 Tính toán vỏ hầm phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số cho phép nhận lời giải có giá trị gần toán Trong phương pháp ta chia nhỏ số lượng đáng kể phần tử xét Mô hình cho lời giải rời rạc phương trình trạng thái Việc tính toán phương pháp phần tử hữu hạn bao gồm trình sau: - Rời rạc hoá vùng tính toán: vùng khảo sát chia làm phần tử Trong phạm vi sơ đồ tính chứa đồng thời phần tử dạng khác Việc chi vùng tính toán thành phần tử giải pháp tính toán ý nghóa mặt vật lý phần tử riêng rẽ ghép nối thành hệ không làm gián đoạn hàm nghiên cứu - Chọn hàm tiệm cận: phần tử nút của sơ đồ xác định - Xác định tính chất phần tử - Ghép nối phần tử: để thực tính toán cần phải ghép nối phần tử riêng rẽ vào hệ thống Trang 88 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh - Giải hệ phương trình để tìm ẩn số biến dạng - Các tính toán phụ để nhận thông số phụ thuộc vào thông số 3.2.3.1 Phương trình phương pháp phần tử hữu hạn Dựa vào qui luật phân bố ứng suất chuyển vị phần tử Trong tính toán ẩn số chuyển vị nút lực đặt nút Mối quan hệ chuyển vị chưa biết lực tác dụng phần tử viết dạng: Fe = Seδe Trong Fe ma trận cột lực tác dụng; Se ma trận độ cứng phần tử δe= ma trận cột chuyển vị ẩn số Nếu biết chuyển vị điểm xác định trị số biến dạng tương đối theo biểu thức: ε = Bδe Trong đó: ε biến dạng tương đối B hàm hình dạng 3.2.3.2 Xác định tính chất phần tử Trong phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần tử có dạng khác Trong phần tử phẳng phần tử tam giác thường sử dụng Ngoài có phần tử tứ giác bậc cho phépm nhận ứng suất phân bố bậc phạm vi diện tích phần tử, Các phần tử bậc hai thỏa mãn tốt yêu cầu thực tế độ xác phức tạp 3.2.3.3 Điều kiện biên tính toán phần tử hữu hạn Cáclực tác dụng chuyển vị tương ứng thông số tính toán Một pầhn điều kiện biên giả thuyết trước trị số chuyển vị nút Trong tính toán công trình ngầm hình thành nguyên tắc tính môi trường phi tuyến vật lý, tính công trình có xét đến giai đọan thi công để thể Trang 89 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh ảnh hưởng công nghệ thi công đến trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu địa tầng xung quanh 3.3 SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS 3D TUNNEL TRONG TÍNH TOÁN HẦM 3.3.1 Giới thiệu chung chương trình Plaxis 3d Tunnel Chương trình Plaxis 3d tunnel xây dựng dựa phương pháp phần tử hữu hạn, tính toán nội lực, phân tích ổn định biến dạng công trình địa kỹ thuật Chương trình có giao diện đơn giản, cho phép xây dựng mô hình công trình cho kết tính toán tương đối xác Plaxis 3d tunnel có đặc tính đặc biệt cho phép tạo đường hầm có mặt cắt ngang dạng tròn nhiều cung tròn bán kính khác tạo thành Đặc biệt mô hình trình xây dựng đường hầm đất yếu phương pháp khiên đào Phần mềm plaxis 3d tunnel sử dụng rộng rãi giới tính toán đường hầm xây dựng đất yếu Khi thi công đường hầm phương pháp khiên đào, diện tích đất đào lớn diện tích mặt cắt ngang hầm, dù bơm vữa lấp sau vỏ hầm tránh khỏi phân bố lại ứng suất biến dạng đất kết tất yếu trình xây dựng hầm Để tránh nguy hại đến công trình xây dựng móng công trình phía trên, việc dự báo xác ảnh hưởng phạm vi ảnh hưởng cho phép cần thiết Chương trình plaxis 3d tunnel gồm ba phần chính: nhập số liệu, tính toán xuất kết Nhập số liệu: Nhập thông số đất vị trí xây dựng đường hầm: mô hình đất, tính chất lý đất nền: dung trọng, hệ số thấm, môđun đàn hồi, hệ Trang 90 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh số poisson, lực dính, góc ma sát trong, góc trương nở (đối với đất cát) Đối với loại đất sét plaxis cho phép khai báo tăng cường độ đất theo chiều sâu Khai báo đặc trưng hình học mặt cắt ngang đường hầm: độ cứng chống uốn (EI), độ cứng chống nén (EA), chiều dày vỏ hầm, đường kính hầm, trọng lượng vỏ hầm (w) Plaxis 3d tunnel cho phép mô hình làm việc đường hầm môi trường đất thông qua tham số: tunnel lining, tunnel interface, contraction Khai báo điều kiện mực nước ngầm, thông số kể đến ứng suất có hiệu trạng thái ứng suất ban đầu gây có liên quan đến áp lực nước, trạng thái thoát nước hay không thoát nước đất Tính toán Để mô hình việc xây dựng đường hầm tính toán phải kể đến giai đoạn xây dựng đường hầm, đào hầm khối đất đường hầm coi mực nước ngầm không tồn lòng đường hầm Plaxis 3d tunnel chia nhiều giai đoạn tính toán cho phù hợp với giai đoạn ứng xử đất, giai đoạn chịu tải kết cấu tuỳ theo thực tế trình xây dựng công trình Trong phạm vi luận văn, việc tính toán gồm hai giai đoạn: Giai đoạn đầu tương đương với điều kiện ban đầu liệu đầu vào sở cho giai đoạn sau Xuất kết Plaxis vẽ biểu đồ xuất kết biến dạng nội lực 3.3.2 Các mô hình vật liệu chương trình Plaxis 3d Tunnel Mô hình Mohr – Coulomb (MC) Trang 91 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Mô hình Morh-Coulomb đàn hồi dẻo bao gồm 05 thông số đất như: E ν đại diện cho tính đàn hồi; ϕ c đại diện cho tính dẻo, có ψ góc trương nở Mô hình Morh-Coulomb mô hình xem có ứng xử tương đương đất đá Người ta khuyên nên dùng mô hình cho nghiên cứu bước đầu Mỗi lớp đất xem đồng Ngoài 05 thông số có ứng suất ngang ban đầu cần xem xét đến giá trị K0 Mô hình Jointed Rock (JR) Mô hình JR mô hình đàn hồi dẻo dị hướng, ý nghóa đặc biết mô ứng xử lớp đá bao gồm phân tầng hướng riêng biệt Tính dẻo xảy tối đa mặt phẳng cắt Mỗi mặt phẳng có thông số ϕ c Đá nguyên vẹn xem xét đàn hồi hoàn toàn với tính chất độ cứng liên tục E ν Giảm tính đàn hồi định nghóa cho phân hương Mô hình Hardening – Soil (HS) Mô hình HS giới thiệu cho mô ứng xử đất Giống mô hình Morh-Coulomb, trạng thái ứng suất tới hạn mô tả góc ma sát ϕ, lực dính c góc trương nở ψ Tuy nhiên độ cứng đất mô tả giá trị khác nhau: Độ cứng nén trục E50, độ cứng trục dỡ tải Eur, Eoed giá trị trung bình vài loại đất có Eur ≈ E50 Eoed ≈ E50 hai đất mềm cứng cho hệ số Eoed/E50 khác Ngược lại với mô hình Morh-Coulomb, mô hình tính cho ứng suất phụ thuộc độ cứng, nghóa độ cứng tăng áp suất tăng Mô hình Soft – Soil – Creep (SSC) Mô hình HS cho tất loại đất không tính toán đến hiệu ứng nhớt từ biến chùng ứng xuất Trang 92 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh 3.4 NHẬN XÉT SƠ BỘ Hiện thời đại công nghệ thông tin phát triển vượt bậc, ứng dụng thành tựu phương pháp số cần thiết, giúp giải toán có khối lượng lớn, tiết kiệm thời gian tính toán, mô hình gần với mô hình thực tế tính toán Tuy nhiên cần nghiên cứu phương pháp tính giải tính để kiểm tra kết phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp gần Bên cạnh việc áp dụng phương pháp tính toán có công tác quan trong công trình có qui mô lớn mô hình hóa công trình thực tế để kiểm tra đo đạt thông số điều kiện cần thiết để xác định nội lực độ ổn định công trình Từ rút phương pháp tốt để ứng dụng cho công trình, rút kinh nghiệm kiểm chứng với kết tính toán phương pháp tính Trong chương trình Plaxis 3d tunnel ta sử dụng mô hình vật liệu đất Mohr – Coulomb cho địa chất thành phố Hồ Chí Minh phù hợp Trong số nghiên cứu đặc biệt nghiên cứu thêm mô hình Hardening – Soil (HS) mô hình Soft – Soil – Creep Trang 93 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh CHƯƠNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT Ở TP HỒ CHÍ MINH 4.1 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN VÀ TÍNH TOÁN Chọn mô hình vật liệu cho toán - Mô hình vật liệu cho lớp đất: sử dụng mô hình Morh-Coulomb - Mô hình vật liệu cho đường hầm: Sử dụng mô hình đàn hồi p dụng điều kiện địa chất Tp Hồ Chí minh: p dụng địa chất tham khảo công trình khoan địa chất có số liệu sau: Thông số Ký hiệu Lớp Lớp Lớp MC MC MC γunsat 11 16.2 17.0 kN/m3 Dung troïng bảo hòa γsat 17,2 21,1 20 kN/m3 Mô đun đàn hồi Eref 1,0.104 1,0.104 7,5.104 kN/m2 Hệ số Poisson ν 0,35 0,35 0,30 Lực dính c 0,6 1,75 kN/m3 Góc ma sát ϕ 5o13’ 16o57’ 31 Độ Góc trương nở ψ 0 Độ Rinter 1 Rigid 28 m Mô hình vật liệu Dung trọng khô Độ giảm sức căng bề mặt Chiều dày lớp đất Đơn vị Thông số vật liệu: Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Type of behaviour Material type Elastic kN/m Trang 94 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Normal stiffness EA 2.000E+07 kNm2/m Flexural rigidity EI 4.170E+05 m Equivalent thickness d 0.500 kN/m/m Weight w 12.000 - Poisson's ratio ν 0.150 Mô hình toán Plaxis 3D Tunnel Sử dụng TBM dài 8,6m Đường kính hầm rộng 8,5m Tim hầm đặc z = 13m Mô hình lập hình sau : y x 10 1 12 1 14 Hình 4.1 4.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ NHẬN XÉT Hình 4.1 : ứng suất vỏ hầm Trang 95 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Kết tính toán nội lực vỏ hầm tổng hợp sau : Nội Lực N_11 N_22 Q_12 Q_23 Q_13 M_11 M_22 M_12 Đơn vị [kN/m] [kN/m] [kN/m] [kN/m] [kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [kNm/m] Max 1.155,98 241,59 28,31 5,38 11,46 4,55 6,71 0,95 Min 0,00 0,00 -1,82 -13,66 -7,13 -4,15 -6,18 -0,48 Hình dạng chuyển vị vỏ hầm biểu đồ mối quan hệ chuyển vị lực tác dụng Hình 4.3 Kết tổng hợp chuyển vị vỏ hầm: Chuyển vị Đơn vị Max Min Ux [m] 0,000746 -0,00075 Trang 96 Uy [m] 0,326925 0,128063 Uz [m] 0,001908 -0,00465 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa vào kết phân tích chương1, chương2, chương 3, với điều kiện thành phố Hồ Chí Minh, trường hợp cụ thể việc áp dụng phương pháp khiên đào phù hợp Từ điều kiện địa chất thành phố Hồ Chí Minh ta nhận thấy đặt cao độ đáy đường hầm lớp đất sét lẫn cát sỏi cát kết, cuội, sỏi có hệ số bền vững khoảng f = (F) nằm độ sâu từ 17m đến 25m tính từ mặt đất Từ mô hình tính toán đường hầm chương trình Plaxis 3d tunnel ta tính toán nội lực giai đoạn thi công giai đoạn hoàn thành công trình Vì hoàn toàn áp dụng để tính toán cho công trình đường hầm thành phố Hồ Chí Minh NHỮNG HẠN CHẾ Mô hình toán thực sở lý thuyết kiểm tra phương pháp tính toán phần tử hữu hạn thực phần mềm có mà chưa có điều kiện thí nghiệm sâu mô hình thực tế để tìm kết hợp lý số liệu đầu vào chưa thật cụ thể mô hình chưa mô tả hết phận chi tiết công trình thực tế Mong thời gian tới ứng dụng cách chi tiết cụ thể công trình thực tế để hiểu rõ phương pháp thi công KIẾN NGHỊ Công nghệ khiên đào áp dụng giới phổ biến nhiên nước ta hệ thống đường ngầm chưa xây dựng nhiều Đồng thời phương pháp có chi phí cao, thời gian tới tác giả mong muốn tìm Trang 97 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh hiểu nghiên cứu cải tiến phương pháp khiên đào áp dụng điều kiện Việt Nam để giảm giá thành xây tăng hiệu đầu tư để giải hệ thống giao thông thành phố Hồ Chí Minh nói riêng tòan lành thổ Việt Nam nói chung Trang 98 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh Tài liệu tham khảo : Giáo sư, Viện sỹ L V Makốpski Công trình ngầm giao thông đô thị NXB Xây dựng 2004 Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt Tính toán thiết kế công tình ngầm NXB Xây dựng 2002 PTS Nguyễn Quốc Hùng Thiết kế công trình hầm giao thông NXB Giao thông vận tải 1998 Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn Thi Công Hầm NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 An Young Xơn Thiết kế công trình ngầm NXB Xây Dựng 2002 PTS Nguyễn Thế Phùng Công nghệ thi công công trình ngầm phương pháp tường đất NXB Giao thông vận tải 1998 Quy trình khảo sát địa chất công trình để thiết kế xây dựng công trình ngầm 14TCN 13 1985 NXB Xây dựng 2000 Lê Bá Lương tác giả khác Công trình đất yếu điều kiện Vệt Nam, chương trình hợp tác Việt Pháp 1989 Nguyễn Thế Phong tác giả Kết cấu BTCT, phần cấu kiện NXB Khoa học Kỹ thuật 1996 10 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng Cơ Học Đất NXB KHKT 2000 11 Nghiêm Hữu Hạnh Cơ học đá NXB Xây Dựng 2004 11 Tunnels and tunnelling – C.A Pequignot London 1963 12 Underground Rock Chamber – ASCE Arizona 1971 13 J H Atkinson The mechanics of soil An introduction to critical sate, soil mechanics 1982 14 Atkinson An introduction to the mechanics of soil and foundation.1993 15 Các trang web liên quan Trang 99 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh PHẦN ĐỀ CƯƠNG THỰC HIỆN LUẬN VĂN Dự kiến thời gian thực hoàn tất luận văn sau (mốc thời gian tính từ lúc thức nhận đề tài) : - Phần mở đầu 01 tuần - Chương 02 tuần - Chương 06 tuần - Chương 07 tuần - Chương 06 tuần - Phần kết luận 02 tuần Tổng cộng : 24 tuần Trang 100 Luận Văn Thạc Só GVHD : TS Lê Bá Khánh PHẦN LÝ LỊCH KHOA HỌC TRÍCH NGANG Họ tên : Lê Gia Hoàng Phái : Nam Ngày sinh : 26 tháng 09 năm 1979 Nơi sinh : Lâm Đồng Dân tộc Tôn giáo : Thiên Chúa : Kinh Chỗ : 67/2A Ngô Gia Tự, phường 02, quận 10, Tp Hồ Chí Minh Nơi công tác : Ban Quản lý dự án – ĐTXD CT quận Tân Phú, Tp.HCM Quá trình đào tạo: Từ nhỏ đến 1998 học Bảo Lộc – tỉnh Lâm Đồng Từ 1998 đến 2003 học đại học trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, khoa Xây dựng, chuyên ngành Cầu đường Từ 2005 đến học cao học ngành Xây dựng đường ô tô đường thành phố trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Trang 101 ... đây: phương pháp đào nắp thuận, phương pháp đào nắp nghịch, phương pháp đào nắp nửa nghịch, tổ hợp phương pháp đào nắp thuận phương pháp đào nắp nghịch, tổ hợp phương pháp đào nắp phương pháp đào. .. TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phương pháp thi công đường hầm khiên đào điều kiện địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Tính toán kết cấu công trình ngầm trường hợp sử dụng khiên đào Ý... Các PP Thi Công Hầm Trong Đất Yếu 20 2.1 Phương pháp xây dựng đường hầm 20 2.2 Một số cố thi công hầm gặp 74 2.3 Nhận xét sơ 77 Chương 3: Cơ Sở Tính Toán Đường Hầm Thi Công Bằng PP Khiên Đào 78