Phân tích hiệu quả làm việc của hệ tường cừ ván kết hợp tường barrette trong việc giảm chuyển vị tuyến metro khi thi công hố đào sâu
MỤC LỤC
TRÌNH LÂN CẬN
Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây
Nếu tường chắn không cung cấp khả năng ngăn mực nước ở độ sâu nào đó, một dòng thấm sẽ phát triển và có xu hướng dịch chuyển đi qua chân của tường chắn không thấm nước và chảy vào bên trong hố đào, lúc này nước sau lưng tường sẽ hạ xuống, áp lực nước lỗ rỗng giảm so với điều kiện thủy tĩnh ban đầu, việc này dẫn đến lún nền sau lưng tường do sự cố kết hoặc trương nở của đất hạt mịn và chuyển vị. Ou (1996) [3] đã báo cáo về ứng xử ba chiều của một hố đào sử dụng chương trình phần tử hữu hạn 3 chiều và so sánh với kết quả của biến dạng phẳng, từ đó rút ra tỉ lệ PSR của chuyển vị tường theo tỉ lệ chiều rộng, chiều dài của hố đào và khoảng cách từ góc.
![Hình 1.7 Dạng chuyển vị điển hình của tường chắn và mặt đất với các kiểu giằng và cột chống [25]](https://media.store123doc.com/figures/003/406/hinh-dang-chuye-die-hinh-tuong-dat-giang-3406972.webp)
Giải pháp tường Buttress kết hợp tường Barrette trong việc giảm chuyển vị
Kim Hing Law (2018) [8] đã báo cáo nghiên cứu về các thông số của tường Buttress trong việc giảm ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu tới chuyển vị của tuyến Metro lân cận, trong phân tích này tác giả sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 3D để mô phỏng áp dụng tường Buttress tới việc giảm chuyển vị của một hố đào sâu 22.5m tại Kuala Lumpur, Malaysia. Pio-Go Hsieh, Chang-Yu Ou (2018) [7] đã rút ra những kết luận chính sau quá trình phân tích, khi tường Buttress bị phá dỡ theo quá trình đào đất, độ cứng chống uốn được cải thiện bởi tường Buttress khi kết hợp với tường Barrette không mang lại hiệu quả nhiều trong việc giảm chuyển vị của tường, ảnh hưởng trong việc giảm chuyển vị tường chủ yếu đến từ ma sát giữa bề mặt tường Buttress và vùng đất lân cận, lúc này tường Buttress dài sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn.
![Hình 1.21 Mặt bằng bố trí Buttress và kết quả chuyển vị tường vây tại SI4 và SI6 [4]](https://media.store123doc.com/figures/003/406/hinh-mat-bo-buttress-ket-chuye-tuong-vay-3406979.webp)
Nhận xét
Bên cạnh đó, khi thi công hố đào sâu tại các khu vực mực nước ngầm cao, để đảm bảo hố đào khô ráo cần tiến hành bơm hạ mực nước ngầm, lúc này ứng suất hữu hiệu bên ngoài hố đào gia tăng một cách đáng kể do áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống, từ đó sẽ làm cho mặt đất hố đào bị lún xuống, đặc biệt công trình lân cận nằm trong vùng ảnh hưởng / phễu lún thì công trình sẽ bị biến dạng nhiều. Từ các bài học trên, cần nghiờn cứu hiờ̉u rừ ứng xử của nền đất khi thi cụng hố đào sõu, việc bơm hạ mực tới chuyển vị của tường vây, ngoài ra cần phát triển nghiên cứu các giải pháp xử lý và gia cố nền đất yếu bên dưới đáy hố đào để giảm chuyển vị tường vây, từ đó giảm ảnh hưởng tới công trình lân cận và đảm bảo mức độ an toàn, tránh cho các công trình lân cận xảy ra sự cố khi thi công hố đào sâu là một việc làm cần thiết.
NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ VÀ CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG BUTTRESS
Thông thường tường Barrette sẽ được thi công trước và tường Buttress sẽ được thi công sau và cũng được thi công bằng công nghệ thi công tường Barrette, lúc này sẽ tồn lại lớp mùn khoan giữa tường Buttress và tường Barrette, do đó khi thi công hố đào làm cho tường Barrette chuyển vị lúc này lớp bùn dư sẽ bị nén trước khi tường Buttress bị nén nên chuyển vị của tường Barrette có thể lớn hơn so với dự kiến. Cơ chế làm việc của tường Buttress trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro chủ yếu đến từ sức kháng ma sát phát triển giữa hai mặt bên tường Buttress và vùng đất lân cận, ngoài ra độ cứng chống uốn của hệ tiết diện Composite được tạo ra bởi tường Buttress và tường Barrette cũng góp phần vào việc giảm chuyển vị của tường vây và tuyến Metro.
![Hình 2.6 Tồn tại lớp mùn khoan giữa tường Buttress và tường Barrette [3]](https://media.store123doc.com/figures/003/406/hinh-to-khoan-giu-tuong-buttress-tuong-barrette-3406984.webp)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tùy theo phương pháp xác định ta có Module tiếp tuyến hay cát tuyến trong các đường cong ứng suất biến dạng, ứng với các mức độ biến dạng ta lại có các giá trị Module E của đất nền khác nhau, nếu xét đến biến dạng tổng và biến dạng đàn hồi thì Module E lại phân thành Module biến dạng và Module đàn hồi. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là phương pháp số phổ thông và tối ưu nhất trong việc phân tích các bài toán địa kỹ thuật vượt trội so với phương pháp truyền thống là mô phỏng được ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến sự biến đổi của áp lực nước lỗ rỗng, tính toán chuyển vị, ổn định, dòng thấm, có xét đến tương tác giữa đất và kết cấu, mô phỏng được ứng xử động và quan trọng hơn cả, FEM không đòi hỏi phải giả thiết trước cơ chế phá hoại hoặc giả thiết trước hành vi ứng xử của vấn đề cần xem xét.
GIẢM CHUYỂN VỊ TUYẾN METRO
Địa chất
✓ Lớp 4: Cát pha bụi, cát pha sét, cát pha sét bụi, cát pha sét lẫn sạn sỏi, cát pha bụi lẫn sạn sỏi, màu xám, xám xanh, xám vàng, xám trắng, trạng thái chặt vừa – chặt, đôi chỗ lẫn sạn sỏi thạch anh nhỏ, tròn cạnh, lẫn ít vón cuội cát kết. ✓ Lớp 6: Cát pha bụi, cát pha sét, bụi, cát pha sét lẫn sạn sỏi, màu xám, xám xanh, xám trắng, xám vàng, trạng thái chặt – rất chặt, đôi chỗ lẫn nhiều sạn sỏi thạch anh tròn cạnh từ thô đến nhỏ, đôi chỗ lẫn vón cục cát kết.
Kết quả quan trắc
Tại mốc quan trắc INS2, mặt cắt vỏ hầm tuyến Metro được bố trí 7 điểm quan trắc để đo chuyển vị của tuyến Metro do quá trình thi công hố đào sâu gây ra. Chuyển vị lớn nhất của tuyến Metro do ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu của dự án The Nexus là 11.4mm, tuyến Metro dịch chuyển vào bên trong hố đào.
Mô phỏng bài toán bằng Plaxis
Theo Nguyễn Quốc Trung, Lê Trọng Nghĩa [10] phân tích chuyển vị ngang tường vây của công trình Cao Ốc Lim Tower có xem xét việc khai báo cọc trong mô hình tới chuyển vị của tường vây và rút ra nhận xét, khi khai báo cọc trong mô hình ảnh hưởng lớn tới kết quả chuyển vị ngang của tường: mật độ cọc trong mô hình càng dày, số lượng cọc càng nhiều càng ảnh hưởng lớn đến kết quả chuyển vị ngang của tường vây và càng cho kết quả chính xác so với giá trị quan trắc thực tế. Dựa vào biểu đồ so sánh, ta nhận thấy trong trường hợp thiết lập mô phòng có khai báo yếu tố cọc vào mô hình, khác biệt về hình dáng chuyển vị của tường vây chủ yếu sẽ bị ảnh hưởng chủ yếu ở độ sâu gần đáy hố đào đến chân tường vây, đối với mô hình mô phỏng cọc, độ cứng ngang khu vực đáy hố đào sẽ được tăng cứng, ảnh hưởng đáng kể đến kết quả chuyển vị tường vây, lúc này hình dạng chuyển vị.
Đánh giá hiệu quả giảm chuyển vị tường vây và tunnel khi bố trí tường Buttress
Ở các giai đoạn đào đầu, cả tường Buttress và nền đất phía trước tường vây đều bị đẩy về phía trước, lúc này hầu như giống nhau về mức độ chuyển vị của tường Buttres và nền đất xung quanh, nên chỉ một ít ma sát giữa tường Buttres và nền đất xung quanh được huy động. Tuy nhiên như thể hiện ở hình 4.44 ma sát tại 2 mặt bên tường càng được huy động nhiều hơn khi càng đào xuống sâu, tuy nhiên phần tường Buttress tại đỉnh và ở phía xa tường vây được huy động ma sát nhiều hơn, phần tường Buttress gần tường vây sẽ huy động ít hơn (như thể hiện trong hình, phần bên trái là phần tường Buttress gần tường vây, phần bên phải là phần tường Buttress xa tường vây).
Khảo sát ảnh hưởng của thông số hình học tường Buttress đến chuyển vị
Theo Chang-Yu Ou và cộng sự [3] [7], khi tường Buttress bị phá dỡ từng bước theo quá trình thi công đào đất, độ cứng chống uốn của tăng cường bởi tường Buttress tới tường vây không mang lại hiệu quả trong việc giảm chuyển vị của tường, lúc này cơ chế chính của tường Buttress trong việc giảm chuyển vị ngang của tường vây chủ yếu đến từ ma sỏt giữa tường và nền đất xung quanh. Nếu tường Buttress được duy trì trong suốt quá trình thi công đào đất và chỉ phá dỡ sau khi hoàn thành thi công sàn hầm cuối cùng, việc giảm chuyển vị của tường vây và tuyến Metro đến từ cả ma sát được phát triển tại các mặt bên tường Buttress và vùng đất lân cận, ngoài ra còn có độ cứng chống uốn của hệ tiết diện Composite được tạo ra bởi tường Buttress và tường Barrette, mặc dù độ cứng chống uốn đóng vai trò thứ yếu so với cơ chế huy động ma sát giữa các mặt bên tường Buttress và vùng đất lân cận.
Nhận xét
Do đó để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro, tường Buttress nên được duy trì cho đến khi hoàn thành giai đoạn đào và sàn hầm dưới cùng rồi mới tiến hành phá dỡ tường Buttress phía trên hố đào. Chiều dày tường chỉ đóng vai trò nhỏ trong việc giảm chuyển vị tường vây và tuyến Metro, điều này là phù hợp với các nghiên cứu đã được đề cập ở Chương 1, Chương 2, vì cơ chế làm việc của tường Buttress trong việc giảm chuyển vị chủ yếu đến từ sức kháng ma sát phát triển giữa hai mặt bên tường Buttress và vùng đất lân cận hơn là từ việc tăng độ cứng chống uốn khi kết hợp tường vây và tường buttress.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Khi tường Buttress được duy trì, chuyển vị tường vây giảm 13.7%, chuyển vị tuyến metro giảm 6.6%, do đó để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc giảm chuyển vị của tường vây và tuyến metro, tường Buttress nên được duy trì theo trình tự thi công cho đến khi thi công xong tầng hầm cuối cùng mới tiến hành phá dỡ. Các tấm vỏ hầm thông thường không phải là kết cấu liên tục, nó là các phân đoạn bê tông đúc sẵn được kết nối thông qua các khớp, bu lông và miếng đệm cao su, khi đó độ cứng dọc đường hầm sẽ bị giảm yếu bởi các vị trí khớp nối này.
KIẾN NGHỊ
Trong phạm vi phần mềm Plaxis, có thể sử dụng phương pháp phân tích ngược trong các mô hình ứng xử Hardening Soil Small, Soft Soil, Soft Soil Creep… để ta có thể đưa ra các kết luận mang tính tổng quát cao, có nhiều ứng dụng trong thực tế. Trong tương lai cần tiến hành phân tích thêm những yếu tố khác của tường Buttress gây ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây, so sánh hiệu quả giữa tường R.Shaped và tường T.Shaped và mở rộng thêm là tường Buttress kết hợp với tường Cross trong việc giảm chuyển vị của tường Barrette và tuyến metro, bên cạnh đó cần xem xét kỹ liên kết giữa các Panel tường vây với nhau để có hướng mô phỏng phù hợp, từ đó đưa ra giá trị chuyển vị phù hợp với thực tế hơn.