Dọc theo tuyến đường hầm cú cỏc vị trớ cú nguy cơ lỳn mạnh và mất ổn định bao gồm:
- Cỏc vị trớ đường hầm ra vào nhà ga, cú lớp phủ mỏng. - Cỏc vị trớ cú phõn bố lớp đất yếu dày.
- Cỏc vị trớ cú mực nước ngầm cao.
- Cỏc vị trớ cụng trỡnh múng cọc lõn cận đường hầm. Tiờu chớ xem xột ảnh hưởng của việc đào hầm gồm:
- Ổn định tổng thể của cụng trỡnh. - Ổn định cục bộ của gương đào.
- Biến dạng của mặt đất và và mức độ ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh lõn cận. Để tỡm ra cỏc rủi ro tiềm ẩn, cần phải chạy mụ hỡnh cho toàn bộ tuyến đường ngầm. Trong khuụn khổ của luận văn này, mỗi đoạn tuyến cú đặc trưng về địa chất, tải trọng và độ sõu bố trớ hầm khỏc nhau đều được tiến hành cỏc phõn tớch riờng. Cỏc vị trớ phõn tớch cụ thể như sau:
Đoạn từ nhà ga số 9 (Ga Kim Mó) đến nhà ga số 10 (Ga Cỏt Linh) dài 1.35 km, phõn tớch tại cỏc vị trớ sau:
Tại km 219+118: Đõy là mặt cắt tại khu vực tiếp giỏp giữa hầm và nhà ga số 9 (Ga Kim Mó), tại mặt cắt này lớp phủ trờn núc hầm mỏng (13.7 m), hai hầm chạy song song nhau, hầm chạy dưới đường giao thụng.
Tại km 219+418: Đõy là mặt cắt tại đoạn hầm nằm giữa nhà ga số 9 (Ga Kim Mó) và nhà ga số 10 (Ga Cỏt Linh), đoạn này 2 ống chuyển hướng để chồng lờn nhau, tại mặt cắt này cú lớp đất yếu phớa trờn hầm dày 15m, một hầm sẽ đào trong đất yếu này và hầm cũn lại đào trong lớp đất tốt bờn dưới, hầm chạy dưới đường giao thụng. Đoạn hầm đi dưới nhà dõn cú mật độ dày từ ga Kim Mó đến Ga Cỏt Linh được phõn tớch tại 2 mặt cắt là km 219 + 923 (cú lớp đất yếu dày nhất) và km 220 + 230 (cú lớp đất yếu mỏng nhất), đoạn này hai hầm chồng lờn nhau, hầm chạy dưới cỏc cụng trỡnh xõy dựng.
Đoạn từ nhà ga số 10 đến nhà ga số 11 (Ga Văn Miếu) dài 700 m, phõn tớch tại cỏc vị trớ sau:
Tại km 220+638: Đõy là mặt cắt tại đoạn hầm nằm giữa nhà ga số 10 (Ga Cỏt Linh) và nhà ga số 11 (Ga Văn Miếu), mặt cắt này ngay sỏt ga số 10, hai hầm chồng lờn nhau, hầm chạy dưới đường giao thụng.
Tại km 220+978: Đõy là mặt cắt cú lớp đất yếu dày nhất trờn đoạn hầm từ ga số 10 (Ga Cỏt Linh) và nhà ga số 11 (Ga Văn Miếu), hai hầm chồng lờn nhau, hai hầm chồng lờn nhau, hầm chạy dưới đường giao thụng.
Đoạn từ nhà ga số 11 đến nhà ga số 12 (Ga cuối cựng) dài 540m, phõn tớch tại cỏc vị trớ sau:
Tại km 221+498: Đõy là mặt cắt tại khu vực tiếp giỏp giữa hầm và nhà ga số 11 (Ga Văn Miếu), tại mặt cắt này cú lớp đất yếu phớa trờn hầm dày 8.5m , hai hầm chồng lờn nhau, hầm chạy dưới đường giao thụng.
Tại km 221+658: Đõy là vị trớ hầm trước khi đi vào khu vực Ga Hà Nội, phớa trờn hầm cú lớp đất yếu dày 7.7m, trờn bề mặt cú nhiều nhà cửa, hai hầm chuyển hướng để chuẩn bị chạy song song.
Tại km 221+784: Đõy là mặt cắt tại khu vực Ga Hà Nội hiện tại, tại mặt cắt này hai hầm chạy song song nhau.
Vị trớ tương đối giữa 2 hầm được thể hiện trong bảng 3.3 Bảng 3.3: Vị trớ tương đối giữa 2 hầm.
Lý trỡnh Vị trớ tương đối
giữa 2 hầm Ghi chỳ
Km 219+118 Hầm chạy dưới đường
Km 219+418
Hầm chạy dưới đường
Km 219+923 Hầm chạy dưới nhà
Km 220+230 Hầm chạy dưới nhà
Km 220+638 Hầm chạy dưới đường
Km 220+978 Hầm chạy dưới đường
Km 221+498 Hầm chạy dưới đường
Km 221+658
Hầm chạy dưới nhà
Km 221+784 Hầm chạy dưới nhà (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kớch thước mụ hỡnh được xỏc định như trong hỡnh 3.5 [7]: - Khoảng cỏch từ đỏy hầm đến biờn dưới: a ≥ D/2 - Khoảng cỏch mộp trỏi hầm đến biờn trỏi: W ≥ 3D - Khoảng cỏch mộp phải hầm đến biờn phải: W ≥ 3D - Khoảng cỏch từ gương hầm về phớa trước: W ≥ 3D
Trong đú D là đường kớnh hầm. W W a D Hỡnh 3.5: Kớch thước mụ hỡnh
Kớch thước chi tiết mụ hỡnh tại cỏc vị trớ xem cỏc hỡnh từ 3.6 đến hỡnh 3.13. Trong cỏc hỡnh vẽ mụ hỡnh và biểu đồ kết quả tớnh toỏn, X (m) là khoảng cỏch theo phương ngang từ điểm tớnh lỳn đến gốc tọa độ của mụ hỡnh (0 m). Trong khuụn khổ luận văn này chỉ tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch tại bề mặt đất, khụng tớnh cho cỏc điểm bờn dưới mặt đất.
Hỡnh 3.7: Mụ hỡnh 2D hỡnh tại Km 219+418
Hỡnh 3.8: Mụ hỡnh 2D tại Km 219+923 và Km 220+230
Hỡnh 3.9: Mụ hỡnh 2D tại Km 220+638
Hỡnh 3.11: Mụ hỡnh 2D tại Km 221+498
Hỡnh 3.13: Mụ hỡnh 2D tại Km 221+784
3.3.2.1. Tớnh toỏn biến dạng nền bằng phương phỏp Loganathan & Poulos
Sử dụng phương trỡnh (3.11) để tớnh toỏn biến dạng mặt đất. Tại bề mặt đất theo phương X (vuụng gúc với trục hầm), độ lỳn và độ lỳn lệch được tớnh toỏn tại cỏc điểm cỏch nhau 2.5m, bắt đầu từ X = 10 m đến X= 60m. Độ lỳn lệch được tớnh giữa hai điểm liền kề nhau (cỏch nhau 2.5m), bắt đầu từ điểm X = 10. Cỏc kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch được thể hiện trờn cỏc hỡnh từ hỡnh 3.14 đến hỡnh 3.16.
a)
b)
Hỡnh 3.14: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo phương phỏp L&P tại Km 219+118 và Km 221+784
a)
b)
Hỡnh 3.15: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo phương phỏp L&P từ Km 219+923 đến Km 221+498
a)
b)
Hỡnh 3.16: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo phương phỏp L&P tại Km 219+418 và Km 221+658
3.3.2.2. Tớnh toỏn biến dạng nền bằng phương phỏp PTHH (mụ hỡnh 2D)
Quỏ trỡnh thi cụng đường hầm được mụ phỏng theo phương phỏp PTHH, sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.2, bao gồm cỏc bước:
Tạo mụ hỡnh và nhập cỏc số liệu về chỉ tiờu cơ lý đất, tải trọng. Tạo lưới phõn chia cỏc phần tử.
Nhập điều kiện mực nước dưới đất và ứng suất bản thõn nền đất ban đầu. Bước tớnh toỏn bao gồm cỏc phase sau:
- Phase 1: Điều kiện ban đầu. Xõy dựng cỏc cụng trỡnh trờn mặt, chất tải giao thụng.
- Phase 2: Cho đất nền cố kết, giả định là 10 năm.
- Phase 3: Khoan đường hầm thứ nhất (là hầm bờn trỏi hoặc bờn dưới trong cỏc mụ hỡnh). - Phase 4: Phản ỏnh lượng mất mỏt thể tớch của đường hầm thứ nhất.
- Phase 5: Khoan phụt vữa bự lượng đất mất mỏt xung quanh hầm thứ nhất. - Phase 6: Lắp ghộp vỏ hầm thứ nhất.
- Phase 7: Ảnh hưởng của tải trọng của hệ thống đằng sau mỏy khoan.
- Phase 8: Khoan đường hầm thứ hai (là hầm bờn phải hoặc bờn trờn trong cỏc mụ hỡnh). - Phase 9: Phản ỏnh lượng mất mỏt thể tớch của đường hầm thứ hai.
- Phase 10: Khoan phụt vữa bự lượng đất mất mỏt xung quanh hầm thứ hai. - Phase 11: Lắp ghộp vỏ hầm thứ hai. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phase 12: Ảnh hưởng của tải trọng của hệ thống đằng sau mỏy khoan. - Phase 13: Thi cụng múng đường trong hầm.
- Phase 14: Giao thụng đi lại trong hầm.
- Phase 15: Cho đất nền cố kết 10 năm để theo dừi.
Lượng mất mỏt thể tớch được lấy bằng 2%, ỏp lực phụt vữa bự tại đỉnh hầm (đuụi mỏy TBM) Pv = 1.2 x v (Pv được xem là gia tăng tuyến tớnh theo độ sõu do ảnh hưởng bởi trọng lượng riờng của vữa phụt 17 kN/m3
).
Trong đú: v là ứng suất thẳng đứng (ứng suất tổng) do tải trọng bề mặt và ỏp lực bản thõn đất gõy ra tại độ sõu núc hầm.
v = q + i . hi (3.14)
q là tải trọng phõn bố trờn mặt đất.
i là trọng lượng riờng tự nhiờn của lớp đất thứ i (nếu đất nằm dưới mực nước ngầm thỡ sử dụng bóo hũa).
hi là bề dày lớp thứ i
Cỏc kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch được thể hiện trờn cỏc hỡnh từ hỡnh 3.17 đến hỡnh 3.19.
a)
b)
Hỡnh 3.17: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo mụ hỡnh 2D tại Km 219+118 và Km 221+784
a)
b)
Hỡnh 3.18: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo mụ hỡnh 2D từ Km 219+923 đến Km 221+498
a)
b)
Hỡnh 3.19: Kết quả tớnh độ lỳn và độ lỳn lệch theo mụ hỡnh 2D tại Km 219+418 và Km 221+658
3.3.2.3. Tớnh toỏn biến dạng nền bằng phương phỏp PTHH (mụ hỡnh 3D)
Đối với Plaxis 3D Tunnel V1.2, cỏc quỏ trỡnh xõy dựng đường hầm được mụ phỏng cho một đoạn đường hầm dài 50m. Sau khi tạo lưới 2D, tiến hành tạo lưới 3D gồm 3 đoạn chớnh: Đoạn đầu dài 15m coi như đó thi cụng xong; đoạn tiếp theo dài 18m đang chờ mỏy khoan thi cụng, đoạn này được chia lưới tương ứng với 12 đốt hầm, mỗi đốt hầm dài 1.5m; đoạn cuối dài 17m phớa sau gương hầm khụng được thi cụng (hỡnh 3.20).
Đoạn hầm Đoạn hầm Đoạn chưa đào đến
đó đào mụ phỏng đào
Hỡnh 3.20: Tạo lưới 3D gồm 3 đoạn chớnh
Thứ tự cỏc phase tương tự như mụ phỏng bài toỏn 2D. Mỗi một phase thi cụng một đoạn hầm dài 1.5m được mụ phỏng theo cỏc bước:
- Khoan đường hầm: loại bỏ cỏc phần tử đất trong hầm, làm khụ hầm. - Tạo ỏp lực chống đỡ gương hầm.
- Mụ phỏng lượng mất mỏt thể tớch do đào hầm. - Tạo ỏp lực phụt vữa để bự lượng mất mỏt thể tớch. - Lắp ghộp vỏ hầm.
- Ảnh hưởng của tải trọng của hệ thống đằng sau đầu mỏy khoan. - Tạo lực kớch để di chuyển mỏy TBM tiến lờn phớa trước.
Sau đú cứ thế mụ phỏng lặp lại cho đến khi khoan hết đoạn đường hầm. Chi tiết cỏc pha được thể hiện trờn hỡnh 3.21. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.21: Cỏc pha trong mụ hỡnh 3D
Ngoài ra, chương trỡnh cũn cho phộp tớnh toỏn ỏp lực tối thiểu chống đỡ gương hầm bằng cỏch cho giảm dần ỏp lực gương hầm đến khi phỏ hoại.
Tại mặt mặt cắt Km 219+923 đó tiến hành lập mụ hỡnh bằng Plaxis 3 D với kớch thước mụ hỡnh dài x rộng x sõu = 50m x 35m x 35m (đối xứng trục). Lượng mất mỏt thể tớch được lấy bằng 2%, ỏp lực phụt vữa bự tại đỉnh hầm (đuụi mỏy TBM) Pv = 1.2 x v (Pv được xem là gia tăng tuyến tớnh theo độ sõu do ảnh hưởng bởi trọng lượng riờng của vữa phụt 17 kN/m3),ỏp lực chống đỡ tại đỉnh gương hầm Pg = K0 x
v (Pg được xem là gia tăng tuyến tớnh theo độ sõu do ảnh hưởng bởi trọng lượng riờng của vữa bentonite 12 kN/m3
Trong đú:
v là ứng suất thẳng đứng do tải trọng bề mặt và ỏp lực bản thõn đất gõy ra tại độ sõu núc hầm, tớnh theo cụng thức (3.14).
K0 là hệ số ỏp lực đất tĩnh, K0 = 1 - sin ’ (3.15)
Hỡnh 3.22 thể hiện quỏ trỡnh mỏy TBM đang lắp ghộp đến đốt hầm thứ 8 của đường hầm bờn trờn, hầm bờn dưới đó hoàn thành lắp ghộp vỏ hầm.
Hỡnh 3.22: Mụ hỡnh 3D tại Km 219+923
Trong mụ hỡnh 3D, Hệ tọa độ XYZ, cỏc trục cú phương như sau: trục Z trựng với phương của trục hầm, trục X theo phương ngang vuụng gúc với trục hầm, trục Y cú phương thẳng đứng vuụng gúc với trục hầm.
Kết quả tớnh toỏn bằng mụ hỡnh 3D được thể hiện trờn hỡnh 3.23. Độ lỳn và độ lỳn lệch đạt giỏ trị lớn nhất tại vị trớ cỏch đuụi mỏy TBM 33 m (Z = - 10 m).
a) b)
c) d)
Hỡnh 3.23: Kết quả phõn tớch theo mụ hỡnh 3D tại Km 219+923 a), b): Độ lỳn và độ lỳn lệch tại mặt cắt z = -10m.
c): Lưới biến dạng, d):Độ lỳn dọc trục hầm.