đến lún bề mặt:
- Chuyển vị nền và chiết giảm thể tích đ−ờng hầm thi công đào ngang Biến dạng của nền là không thể tránh khỏi khi thi công CTN trong nền đất yếu. Rất khó có thể có đ−ợc một vỏ hầm có kích th−ớc và độ cứng phù hợp với vùng lỗ hổng vừa đ−ợc tạo ra. Trong thời gian đào, đất nền xung quanh sẽ chuyển vị vào phía trong nh− là sự cân phân bố lại ứng suất. Điều này dẫn đến yêu cầu đào một kích th−ớc lớn hơn kích th−ớc thực tế của hầm. Thể tích đất phải đào thêm này đ−ợc gọi là “mất mát thể tích”.
Khi đào bằng các loại máy khoan cắt (TBM): trong quá trình đào đất đá phía mặt máy đào đ−ợc đào phá ra và trong quá trình đào liên tục này đất đá ở khu vực phiá trên và bên chuyển vị vào phía trong mặt g−ơng đào làm gia tăng sự mất mát thể tích mặt g−ơng đào.
Viền l−ỡi đào ở đầu khiên đào cắt vào đất đá, sau khi nó v−ợt qua sẽ là cơ hội để đất đá ở khu vực này biến dạng h−ớng tâm. Tuỳ theo tỷ lệ của biến dạng (độ cứng của đất đá) và chiều dài b−ớc đào mà nó có thể áp sát ngay vào bề mặt của vỏ khiên đào.
Vỏ hầm có kích th−ớc nhỏ hơn một chút so với kích th−ớc của khiên đào đ−ợc lắp đặt ngay lập tức. Vùng hở phía sau vỏ hầm sẽ đ−ợc lấp đầy bằng bơm vữa đệm phía sau vỏ. Đây là cơ hội để đất tiếp tục chuyển vị h−ớng tâm cho đến khi vữa bơm phía sau đủ c−ờng độ để chịu đ−ợc ứng suất của đất nền. Tổng cộng của các chuyển vị h−ớng tâm này đ−ợc nhóm lại và gọi là chuyển vị “h−ớng tâm”. Tổng cộng mất mát thể tích h−ớng tâm và bề mặt g−ơng đào đ−ợc gọi là mất mát thể tích trong suốt quá trình thi công ,VL, đo bằng m3 trên 1 mét chiều dài đào.
Hình 1.26: Các loại mất mát thể tích khi thi công bằng TBM
- Việc xác định mối quan hệ giữa kích th−ớc biên đào ban đầu và kích th−ớc biên ngoài vỏ hầm với mức độ triết giảm thể tích là rất khó xác định. Theo nghiên cứu của Macklin và Field (1999) với đ−ờng hầm có đ−ờng kính D=2,8m trong nền sét mềm thì có đến 70% giá trị biến dạng bề mặt đất xảy ra trong giai đoạn lắp dựng vỏ lắp ghép và phun vữa phía sau vỏ (khi khiên đào đã đi qua).
- Việc lựa chọn loại máy thi công đào hầm phụ thuộc chủ yếu vào khả năng đảm bảo an toàn trong quá trình đào. Hiện nay, khi lựa chọn thiết bị thi công hầm trong đất yếu ng−ời ta th−ờng lựa chọn các loại máy có thể chiết giảm mức độ mất mát thể tích bề mặt g−ơng đào nh−: máy cân bằng áp lực đất, cân bằng áp lực vữa sét … Còn trong đất cứng t−ơng đối ổn định thì có thể sử dụng các loại máy dạng ngực trần. Đối với các biến dạng h−ớng tâm thì rất khó để hạn chế các biến dạng này, một trong những cách có thể làm giảm bớt biến dạng h−ớng tâm là bơm ép vữa lỏng vào sau vỏ hầm, tuy nhiên nó phụ thuộc rất nhiều vào thời điểm bơm vữa. Một cách hiệu quả hơn để hạn chế biến dạng h−ớng tâm đó là sử dụng khí nén, tuy nhiên ph−ơng án này bị hạn chế là quá đắt. Nh− vậy việc biến dạng của nền đất h−ớng tâm là không thể tránh khỏi.
Phần l−ỡi cắt Mất mát h−ớng tâm Mất mát g−ơng đào
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ch−ơng 1 - 24 - bùi văn d−ỡng
Lún sụt đất nền do mặt g−ơng mất ổn định Lún đất nền do mất mát h−ớng tâm Hình 1.27
- Việc xác định đ−ợc mức độ lún đất nền đối với ng−ời thiết kế là hết sức quan trọng. Tuy nhiên ng−ời thiết kế chỉ biết đ−ợc các giá trị này thông các số liệu khảo sát mà các số liệu này không thể phản ánh hết đ−ợc tất cả các yếu tố rất phức tạp của nền đất. Kể cả loại máy với cơ chế làm việc của nó và tay nghề của công nhân cũng là những yếu tố ảnh h−ởng rất lớn đến lún bề mặt đất. Ngoài ra, trong thực tế mức độ mất mát thể tích lại không phụ thuộc vào trạng thái ứng suất của nền đất hoặc chiều sâu đặt hầm mà phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của đất nền và trạng thái của nó. Đất lấp Sỏi sạn Sét Đá mồ côi Cát Cát tơ Đá gốc
Hình 1.28: Ví dụ mô tả trạng thái địa chất thực tế tại 1 công trình đ−ờng hầm
Máy đào cân bằng áp lực đất và n−ớc Máy đào cân bằng áp lực đất Máy đào cân bằng áp lực khí nén
Dung dịch sét + đất
- Trong quá trình thi công hầm thì các yếu tố gây ra hiện t−ợng lún bề mặt có thể kể đến là:
+ Do sự thay đổi cao độ mực n−ớc ngầm: Điều này phụ thuộc rất nhiều vào loại đất và phân bố của đất mà đ−ờng hầm sẽ đi qua. Trong đó phải nói đến khả năng thấm n−ớc của đất là cao hay thấp.
Độ thấm cao hay thấp Độ thấm khác nhau Độ thấm khác nhau
cao Thấp Cao Thấp Hình 1.29 + Do chiết giảm thể tích đất nền (Vs): Vs= VL-∆V,
VL: Thể tích biến dạng của đất nền (tổng của các biến dạng tức thời xung quanh biên hầm)
∆V: Phần thể tích thay đổi trong nền đất (tăng lên hay giảm đi theo quá trình thi công). Mang dấu (+) nếu bị kéo giãn, (-) nếu bị nén ép.
VS: Thể tích biến dạng lún mặt đất. VS = Thể tích
VL = Thể tích mất mát tổng thể vùng biến dạng lún
V = Thể tích thay đổi nội tại trong đất
∆
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ch−ơng 1 - 26 - bùi văn d−ỡng
- Theo nh− nghiên cứu của Alan Graham Bloodworth trong luận văn tiến sỹ của mình thì khi thi công hầm bằng TBM trong thì tổng thể tích đất đá đ−ợc đào đi luôn lớn hơn từ 1% - 2% thể tích của hầm kể cả phần vỏ đã đ−ợc lắp đặt sau này. Còn đối với các hầm có đ−ờng kính 5m và 10m trong đất sét thì độ lún lớn nhất trong vùng lún bề mặt đất là 12mm và 24mm.
- Thông th−ờng mức độ lún bề mặt đất đã đ−ợc tổng kết nh− sau (theo AFTES,1995):
+ 10 – 20% gây ra do mất mát bề mặt g−ơng đào.
+ 40 – 50% gây ra do khoảng trống dọc theo chiều dài thân khiên. + 30 – 50% gây ra tại khu vực sau khi khiên đào đã đi qua.
- Mức độ mất mát thể tích của đất nền trong quá trình thi công có thể xảy ra phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Đặc điểm địa chất , thuỷ văn khu vực hầm. + Ph−ơng pháp thi công và tay nghề công nhân.
+ Tốc độ thi công.
+ Kích th−ớc của đ−ờng hầm. + Hình dạng của kết cấu chống đỡ.
- Biến dạng lún ngắn và dài hạn của đất nền: Mức độ biến dạng trong ứng xử cơ học của đất phụ thuộc vào yếu tố thời gian, vì vậy phải đ−a ra khái niệm về biến dạng ngắn và dài hạn:
+ Biến dạng lún ngắn hạn: Theo nh− các số liệu nghiên cứu trong vùng đất sét Lon Don thì biến dạng lún ngắn hạn này xảy ra trong khoảng 4 ngày đầu sau khi đào hầm. Tỷ lệ thời gian này ngắn hơn hoặc có thể so sánh đ−ợc với thời gian tiến lên của quá trình đào hầm gây ra biến dạng lún của đất nền. Báo cáo của Macklin và Field (1999) nói rằng các biến dạng lún ngắn hạn nằm tại vị trí mặt cắt trong khoảng thời gian 24 giờ tr−ớc và sau khi khiên đào v−ợt qua. Có một bằng chứng rằng biến dạng ngắn hạn của đất nền xuất hiện và kết thúc ngay tại thời điểm mà đầu đào v−ợt qua. Phản ứng của đất nền ở thể tích không đổi đã ngay lập tức thiết lập nên một trạng thái ứng suất mới của nền đất, bản chất của nó là sự gia tăng tải trọng lên xung quanh biên hầm. Xét riêng về khía cạnh của hầm thì các biến dạng này đ−ợc coi là nhỏ nên không đủ để gây ra phá hoại
hoặc biến đổi kết cấu của đất một cách đáng kể. Điều đó có thể nói rằng cấu trúc của đất không hề thay đổi trong suốt quá trình này.
+ Biến dạng lún dài hạn: Biến dạng dài hạn là kết quả của các quá trình: từ biến, hiện t−ợng lão hoá và cố kết, đó chính là các sự thay đổi các tính chất của đất nền d−ới tác dụng của tải trọng không đổi. Yếu tố thời gian của các hiện t−ợng này phụ thuộc vào các điều kiện của đất nền, nó có thể là hàng tuần hoặc hàng tháng với đất cát và sét mềm; hàng năm với nền sét cứng. Giá trị của biến dạng lún dài hạn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và rất khó để xác định cụ thể. Theo các nghiên cứu số liệu lịch sử (case histories) thì biến dạng lún dài hạn có xấp xỉ 60% biến dạng ngắn hạn (theo Simsons và Som, 1970; Morton và Au, 1975). Attwell và Selby (1989) đã đánh giá biến dạng dài hạn có thể lên tới 2,5 lần biến dạng ngắn hạn, tuy nhiên bề rộng của vùng biến dạng lại rộng hơn. Điều đó có nghĩa rằng dạng đ−ờng cong của vùng lún cũng t−ơng tự nh− của biến dạng lún ngắn hạn D H Vùng biến dạng lún dài hạn Vùng biến dạng lún ngắn hạn Hình 1.31: Biến dạng lún ngắn và dài hạn
Do đó có thể nói chuyển vị ngắn hạn là vấn đề băn khoăn chủ yếu mà các nhà kỹ thuật quan tâm giải quyết, đồng thời nó cũng là mục tiêu của đề tài này.