Phân tích sự làm việc của hệ thống neo hầm trong thi công hầm đào

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ]^ - NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NEO HẦM TRONG THI CÔNG HẦM ĐÀO CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU, HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 11 năm 2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS VÕ PHÁN ……………………………………… Cán chấm nhận xét : ……………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : ……………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……… tháng……… năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -Tp.Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG Ngày tháng năm sinh: 15/10/1982 Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm Phái : Nam Nơi sinh: Quảng Bình MSHV: 04005660 I- TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích làm việc hệ thống neo hầm thi công hầm đào II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phân tích sở lý thuyết làm việc neo, ảnh hưởng hệ thống neo đến nội lực chuyển vị hầm, ứng dụng tính toán thiết kế đề xuất công nghệ thi công Mở đầu Chương 1: Tổng quan kiểu bulông neo hầm Chương 2: Phân tích sở lý thuyết làm việc neo Chương 3: Ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống neo Chương 4: Nghiên cứu công nghệ thi công loại neo Chương 5: Các phương pháp thử tải neo Chương 6: Tính toán neo cho công trình cụ thể - Tính neo cho hầm Hải Vân Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VU: 14/12/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/11/2007 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương Luận văn thạc só Hội đồng Chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS VÕ PHÁN TS LÊ THỊ BÍCH THỦY LỜI CÁM ƠN Trong trình thực đề tài này, xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến : TS Võ Phán tận tình hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành luận văn Cám ơn ý kiến đóng góp PGS.TS Lê Văn Nam TS Lê Bá Khánh Cám ơn Thầy Cô môn cầu đường, khoa kỹ thuật xây dựng truyền đạt cho nhiều kiến thức kinh nghiệm trình học tập trường Đại Học Bách Khoa Tôi xin chân thành cám ơn đồng nghiệp bạn học viên học chung lớp tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhiều Xin chân thành cám ơn Học viên cao học Nguyễn Hướng Dương ABSTRACT Rock bolts, a support structure is very common in the underground Works and especially Works which is being constructed by NATM method The rock bolting system works fairly effective and is economical There are many types of rock bolts and each of them has characteristics which are suitable for different types of soils Being successful in applying these rock bolts in reality, there shall be an understanding about how they operate The theme entitled “Analysis on the operation of the rock bolting system during construction of excavated tunnel” is expected to give a small contribution to diversify the support ways of the tunnel and to give a better understanding about how the Rock bolting system works and affects the stress-redistribution as well Being a very large field and rather new in our Country, the scope of the theme only focuses on the study of aspects regarding operation principles, technical parameters of Rock bolting system ect The theme mainly has Chapters: Chapter 1: Generality about rock bolts Chapter 2: Analysis on theory of operation of rock bolts Chapter 3: Application of calculation and design of rock bolts Chapter 4: Study on construction technology of rock bolts Chapter 5: Method of load testing of rock bolts Chapter 6: Rock bolts calculation for particular works - Rock bolts calculation for Hai Van pass Tunnel TÓM TẮT LUẬN VĂN Neo hầm kết cấu chống đỡ thường gặp công trình ngầm đặc biệt công trình thi công theo phương pháp NATM Hệ thống neo làm việc hiệu kinh tế Có nhiều loại neo, loại có tính phù hợp với loại địa chất khác Để ứng dụng thành công kiểu neo vào thực tế, cần có hiểu biết cách thức làm việc chúng Đề tài “ Phân tích làm việc hệ thống neo hầm thi công hầm đào” mong muốn đóng góp phần nhỏ để đa dạng hóa kiểu hệ thống chống đỡ hầm, hiểu rõ làm việc hệ thống neo ảnh hưởng đến phân bố lại ứng suất Đây lónh vực rộng nước ta nên khuôn khổ đề tài tập trung nghiên cứu vài khía cạnh nguyên lý làm việc, thông số kỹ thuật hệ thống neo hầm … Đề tài gồm chương : Chương 1: Tổng quan kiểu bulông neo hầm Chương 2: Phân tích sở lý thuyết làm việc neo Chương 3: Ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống neo Chương 4: Nghiên cứu công nghệ thi công loại neo Chương 5: Các phương pháp thử tải neo Chương 6: Tính toán neo cho công trình cụ thể – Tính neo cho hầm Hải Vân MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1- Tính cần thiết đề tài nghiên cứu 2- Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận văn 3- Phương pháp nghiên cứu lựa chọn 4- Ý nghóa khoa học giá trị đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC KIỂU BULÔNG NEO HẦM 1.1- Các loại bulông neo thông thường 1.1.1- Bulông neo đỉnh (neo học) 1.1.2- Bulông neo dính kết suốt chiều dài 11 1.2- Các loại bulông neo đặc biệt 14 1.2.1- Bulông neo cáp 14 1.2.2- Bulông neo masát 15 1.2.3- Buloâng neo Swellex 16 1.2.4- Bulông neo có đầu tự khoan 17 1.2.5- Bulông neo kiểu hỗn hợp 19 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ LÀM VIỆC CỦA NEO 21 2.1- Hiệu ứng treo 21 2.2- Hiệu ứng dầm kết hợp 24 2.3- Hiệu ứng chốt 33 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NEO 36 3.1- Lựa chọn loại bulông neo 36 3.1.1- Phạm vi sử dụng neo học 36 3.1.2- Phạm vi sử dụng neo vữa dính bám 37 3.1.3- Neo không ứng suất .37 3.1.4- Neo vữa dính có ứng suất 37 3.2- Xác định chiều dài bulông neo .38 3.3- Mô hình bố trí khoảng cách neo 40 3.4- Đường kính neo khả neo giữ 42 3.5- Ứng suất trước 44 3.6- Tính toán hệ thống neo học 45 3.6.1- Xác định độ lớn lực neo baùm 46 3.6.2- Tính toán neo gim mái hầm địa tầng vách hầm an toàn 49 3.6.2.1- Trường hợp địa tầng đồng 49 3.6.2.2- Trường hợp địa tầng phân lớp 51 3.6.3- Tính toán neo gim vách hầm vách hầm không ổn định .54 3.7- Tính toán hệ thống neo dính bám 56 3.7.1- Xác định khả chịu tải neo 56 3.7.2- Tính toán neo phần vòm haàm .58 3.7.3- Tính toán neo phần tường hầm 59 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÁC LOẠI NEO 60 4.1- Bulông neo kiểu thép mở rộng 60 4.2- Bulông neo dùng nhựa dính phần đầu neo 61 4.3- Bulông neo có vữa nhựa dính suốt chiều dài 63 4.4- Bulông neo có đầu tự khoan 69 CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI NEO 70 5.1- Khaùi quaùt 70 5.2- Buloâng neo học 70 5.3- Bulông neo vữa nhựa dính bám 72 5.4- Quy trình thử tải 76 5.5- Kiểm tra khả chịu tải neo hầm Hải Vân 77 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN NEO CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ - TÍNH NEO CHO HẦM HẢI VÂN 81 6.1- Tổng quan công trình hầm Hải Vân 81 6.2- Ứng dụng tính toán neo cho hầm Hải Vân .83 6.2.1- Các đặc trưng địa chất vị trí công trình .83 6.2.2- Tính neo thi công phần vòm 86 6.2.2.1- Tính chuyển vị nội lực vòm hầm chưa bố trí neo, chiều dày lớp bêtông phun thay đổi từ 0.1÷0.4m .86 1- Mô hình tính 86 2- Kết tính toán 88 6.2.2.2- Tính chuyển vị nội lực vòm hầm có bố trí neo, chiều dài neo thay đổi 4, 6, 8m; chiều dày lớp bêtông phun 0.2m .92 1- Mô hình tính 92 2- Kết tính toaùn 93 6.2.2.3- Kết thử tải neo trường 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 1- Kết luận .101 2- Kieán nghò 102 CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯC CÔNG BỐ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .104 - 1- MỞ ĐẦU 1- Tính cần thiết đề tài nghiên cứu Sự phát triển liên tục phương tiện giao thông vận tải dẫn đến phát triển không ngừng hạ tầng giao thông Có thể thấy phát triển hạ tầng giao thông phản ánh rõ nét phát triển quốc gia Sự phong phú, đa dạng điều kiện tự nhiên dẫn tới phát triển đa dạng công trình giao thông cầu, hầm, công trình phục vụ khai thác… Ngày nay, nhiều mục tiêu đặt công trình giao thông đảm bảo an toàn công trình, an toàn giao thông, vốn đầu tư thấp, hạn chế ảnh hưởng bất lợi với môi trường thiên nhiên… Một biện pháp đáp ứng yêu cầu dùng hầm thay cho cầu đường vị trí thích hợp Ở nước ta, việc mở rộng phát triển, cải tạo thành phố lớn, tránh ùn tắc giao thông, chống úng lụt, cải tạo nâng cấp hệ thống kỹ thuật để giao thông thuận lợi trung tâm kinh tế hẵn không tránh khỏi việc xây dựng hầm công trình ngầm khác Thực tế năm gần đây, nước ta xây dựng số công trình ngầm có quy mô trung bình phức tạp tầng đá không ổn định hầm thuỷ điện Hoà Bình, Trị An , Đại Ninh; hầm xuyên đèo Hải Vân, hầm Đèo Ngang tới hầm Đèo Ca û… Vấn đề thi công hầm vùng địa chất yếu giữ ổn định vỏ hầm, hệ thống neo lựa chọn tối ưu Chống đỡ bulông neo dạng gia cố tiên tiến kinh tế, sử dụng rộng rãi điều kiện địa chất khác [3] Bulông neo đá cho hiệu cao phương pháp chống đỡ chủ động, tận dụng khả tự chống đỡ đá cách tạo ứng suất gia cường bên đá Nhờ bulông neo, phần đá vòm biến dạng phá hoại gắn chắn vào vùng đá nguyên khối nhờ neo mà vùng đá trở thành dầm hay vòm có cấu tạo bêtông cốt thép, đảm bảo cho hầm thêm an toàn [5] ... bulông neo hầm - Phân tích sở lý thuyết làm việc neo - Ứng dụng tính toán thi? ??t kế hệ thống neo - Nghiên cứu công nghệ thi công loại neo - Các phương pháp thử tải neo - Tính toán hệ thống neo cho công. .. thành công kiểu neo vào thực tế, cần có hiểu biết cách thức làm việc chúng Đề tài “ Phân tích làm việc hệ thống neo hầm thi công hầm đào? ?? mong muốn đóng góp phần nhỏ để đa dạng hóa kiểu hệ thống. .. dựng cầu, hầm Phái : Nam Nơi sinh: Quảng Bình MSHV: 04005660 I- TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích làm việc hệ thống neo hầm thi công hầm đào II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phân tích sở lý thuyết làm việc neo, ảnh