Đề tài Nghiên cứu tính toán và biện pháp thi công hầm giao thông đi qua khu vực đô thị phù hợp với điều kiện khu vực TP Hồ Chí Minh

o, giảm độ lún mặt đất, đặc biệt thích hợp với việc đào vào địa tầng cát rời và cát cuội. Bọt khí sau khi đi theo đất đào ra ngoài, rất dễ bị bốc hơi, không cần phải xử lý đặc biệt, đất vẫn có thể phục hồi đặc tính nguyên dạng. Hình 5.36 Khiên bọt khí v Đặc điểm : Tính lưu động cao: bọt khí có độ trơn, có tác dụng tăng tính lưu động của đất đào, có thể phòng tránh hiệu quả trường hợp đất sét cứng dính chặt vào bản mặt khiên hoặc khoang chứa. Áp lực đất tại mặt đào biến động ít : vì bọt khí có tính nén ép, có thể giảm thiểu phạm vi biến động của áp lực đất tại mặt đào. Có tính năng ngăn nước tương đối tốt. Bọt khí sau khi bơm vào, bọt khí nhỏ li ti thế chỗ của nước ở khe hở giữa các hạt đất, cải thiện tính ngăn nước của đất đào. Xử lý và vận chuyển đất dư dễ dàng : bọt khí trong đất thải ra, dễ dàng bốc hơi, không cần xử lý đặc biệt, đất có thể trở lại nguyên dạng, tiện lợi cho vận chuyển. Bên trong đường hầm gọn sạch : vì không dùng đất sét hoặc bentônít nên môi trường làm việc trong đường hầm được cải thiện. Thiết bị sử dụng nhỏ: bơm bọt khí vào, không cần dùng thiết bị lớn. - 113 - Hình 5.37 Cấu tạo khiên bọt khí 5.2.4.8 Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield) Người ta đưa vào khoang chứa đất một số thuốc hóa học, làm cho đất đào có khả năng ngăn nước, giữ ổn định cho mặt đào. Phương pháp cân bằng áp lực đất này thích hợp với trường hợp chiều sâu đào lớn, áp lực nước cao : cụ thể là đưa một chất hóa học chính cùng với 1 số phụ gia vào trong khoang chứa rồi trộn với đất đào ra, sau đó đem thuốc phụ trợ bơm vào máy thải đất. Dùng loại đất có tính ngăn nước này để đào tầng cát sỏi có áp lực nước lớn, sẽ có tác dụng chống áp lực nước cao, để phòng nước ngầm và đất cát phun lên, giữ cho mặt đào ổn định. v Đặc điểm : Có thể đào tầng cát sỏi áp lực nước lớn, chiều sâu đào lớn một cách an toàn, đảm bảo mặt đào không bị lở, không có cát chảy. Có thể thích hợp với nhiều loại đất và nước ngầm. - 114 - Đất đào sau khi mất tính lưu động, biến thành đất bình thường, thuận tiên cho việc vận chuyển. Ít ảnh hưởng đến môi trường, chất hóa học và chất phụ gia vô hại đối với người và động vật, biến đất đào thành đất trung tính. Hình 5.38 Sơ đồ cấu tạo khiên CPS 5.2.4.9 Phương pháp khiên DOT (Double O Tube) Khiên DOT là loại khiên áp lực đất có lắp trên cùng mặt đào hai đôi lưỡi dao hình nan hoa. Hai đôi lưỡi dao cạnh nhau này ngàm vào nhau như bánh răng cưa, hướng quay ngược nhau và cho phép khống chế đồng bộ để đề phòng hai lưỡi dao trong quá trình quay có thể tiếp xúc va chạm, có tính kinh tế, hợp lý khi đồng thời đào 2 đường hầm, có thể dùng trong trường hợp đất phủ nông và đào các loại đất. v Đặc điểm : Có thể tùy ý bố trí tiết diện hai hình tròn như hướng đứng, ngang hay xiên, ít chịu ảnh hưởng của các vật kiến trúc xung quanh, đường ống ngầm và các chướng ngại vật khác, có lợi cho việc qui hoạch tuyến đường hầm. - 115 - Dễ khống chế tư thế của khiên, vì lưỡi dao được thiết kế trên cùng một mặt phẳng, làm cho việc cân bằng khiên khi đào tốt hơn. Giá thành tổng thể thấp, có thể lựa chọn dạng mặt cắt hợp lý, chiều rộng đường hầm và chiều sâu thi công có thể giảm mức độ nhất định, làm hạ giá thành tổng thể. Hình 5.39 Khiên DOT 5.2.4.10 Phương pháp khiên H & V : Căn cứ nhu cầu, có thể tổ hợp các mặt cắt hình tròn lại để đào nhiều đường hầm có hình dạng mặt cắt khác nhau. Có thể căn cứ điều kiện thi công và công dụng mà thay đổi hình dạng mặt cắt và hướng đi ngầm dưới đất, có thể tách ra làm 2 khiên làm việc độc lập. v Nguyên lý của hướng tiến xoắn ốc : - 116 - Giữa 2 mặt cắt của 2 khiên liền kề, có lắp thiết bị đổi hướng qua liên kết chốt, làm cho thân khiên mỗi cái có thể quay theo hướng ngược nhau, khiên tiến theo hình xoắn ốc. Khi khiên đổi hướng thì lưỡi dao đón mặt ngoài sẽ thực hiện đào cục bộ, giúp khiên thực hiện việc quá độ đi vào hình xoắn ốc. v Nguyên lý đào các hầm nhánh : Các khiên trong H&V có lắp động cơ và thiết bị đẩy đất độc lập. Phần trước của 2 khiên liền kề dùng bulông neo liên kết, phần sau dùng bulông thường liên kết, cả 2 phần đều có thể tháo ra ở bên trong khiên. Giữa hai máy đào của khiên sau khi tháo chốt ra rồi nhờ kích bên sườn đẩy khiên cần tách rời ra, sau đó mỗi khiên có thể tự tiến theo các hướng riêng. Hình 5.40 Sơ đồ nguyên lý khiên H&V Mặt cắt thay đổi từ phương đứng sang phương ngang Có thể xây dựng thành 2 đường hầm riêng biệt - 117 - v Đặc điểm : Thiết bị đổi hướng liên kết chốt được chế tạo đặc biệt đã giúp cho việc khống chế tư thế cũng như phương hướng của khiên tương đối dễ dàng. Thiết bị khởi động và thiết bị đào được bố trí độc lập nhau, có thể tiến hành quản lý cụ thể đối với loại đất khác nhau và sự ổn định của vách đào mà lựa chọn dùng loại khiên kiểu nước bùn hay khiên áp lực đất. Từ hướng dọc đến ngang hay ngược lại của đường hầm có thể tự do quá độ và chuyển đổi, không cần giếng công tác, có lợi cho việc rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình. Hình 5.41 Khiên H&V Đường kính khiên trên : 3.29m Đường kính khiên dưới : 2.89m Loại khiên dung dịch vữa. Chiều dài thi công : 154m Đường kính khiên chính (khiên trái và phải) : 6.56m Đường kính khiên phụ (khiên trên và dưới) : 1.72m Kích thước cả hệ khiên : rộng 13.18m và cao 7.06m Loại khiên dung dịch vữa. Chiều dài thi công : 236m - 118 - 5.2.4.11 Phương pháp khiên mở rộng cục bộ : Tại mặt cắt bất kỳ của đường hầm tiến hành mở rộng cục bộ. Thi công bình thường : trước tiên, thi công đoạn đường hầm bình thường, mặt cắt không đổi tại chỗ mở rộng cục bộ, lắp đặt mảng ống đặc biệt, giữa mảng ống đoạn bình thường và đoạn đặc biệt, lắp đặt vành dẫn hướng. Thi công trụ đỡ phản lực xung quanh khiên : tháo dỡ các tấm vỏ hình quạt đúc sẵn phần dưới đoạn đặc biệt, sau khi lắp kết cấu chống đỡ, tiến hành đào đất, khi cần có thể tiến hành gia cố cục bộ, đổ bêtông trụ đỡ phản lực khi đào đường tròn. Trên vành dẫn hướng của phần móng bộ phận mở rộng lắp khiên đường tròn xong, vừa tiến hành đào vừa lắp mảng ống đường tròn, cuối cùng sẽ hình thành bệ đỡ phản lực của khiên phần mở rộng. Lắp phần mở rộng của khiên và đào đất : trên nền móng ban đầu, lắp ráp khiên mở rộng, tiến hành đào đoạn đường hầm mở rộng. Hình 5.42 Sơ đồ nguyên lý thi công mở rộng cục bộ - 119 - 5.2.5 Ưu khuyết điểm của biện pháp thi công hầm bằng khiên đào 5.2.5.1 Ưu điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên : Ø Thi công đào ẩn kín công trình ngầm được tiến hành với sự bảo vệ của khiên, không chịu ảnh hưởng của các điều kiện trên mặt đất: giao thông, luồng nước trên sông, vận tải thủy, nước triều, thời tiết, khí hậu,... có thể đảm bảo thi công an toàn đường hầm một cách kinh tế, tương đối hợp lý. Hình 5.43 Thi công đường hầm theo phương pháp khiên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện tự nhiên Ø Đẩy tiến, thải đất, lắp ghép vỏ bọc hầm,... của khiên có thể thực hiện tự động hóa, và điều khiển từ xa, tin học hóa. Tiến độ khoan tương đối nhanh, cường độ lao động thi công tương đối thấp. Ø Cảnh quan tự nhiên trên mặt đất được bảo vệ tốt, môi trường xung quanh không bị đảo lộn do thi công của khiên Hình 5.44 Hầm theo phương pháp khiên có thể bảo vệ tự nhiên trên mặt đất - 120 - Ø Xây dựng trong đường hầm dài trong vùng đất mềm yếu ngậm nước, hoặc ở dưới sâu luôn luôn có tính ưu việt về mặt kỹ thuật và kinh tế, vì thế phương pháp thi công bằng khiên thích hợp nhất là xây dựng đường hầm trong địa tầng rời rạc, mềm yếu và có nước, xây dựng đường hầm dưới đáy sông, trong thành phố (xây dựng mêtrô) và các loại công trình đô thị khác. 5.2.5.2 Khuyết điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên : Ø Giá chế tạo máy khiên tương đối đắt, công nghệ láp ráp, vận chuyển vỏ hầm và lắp đặt cơ giới, ... tương đối phức tạp. Trong lớp đất xốp mềm bão hòa nước, rủi ro lún sụt mặt đất tương đối lớn. Ø Yêu cầu về phối hợp kỹ thuật thi công chế tạo thiết bị, cung ứng thiết bị khí nén, chế tạo sẵn các tấm vỏ hầm, kết cấu chống thấm, phòng nước của vỏ hầm, trắc đạc thi công, bố trí công địa, chuyển dịch khiên,... và sự điều hòa của hệ thống công trình phức tạp. Ø Tính kinh tế của đường hầm ngắn <750m kém. Đối với đường hầm bán kính cong nhỏ hoặc chôn tương đối sâu thì độ khó thi công tương đối lớn. KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 5 đã nêu chi tiết biện pháp thi công bằng khiên đào, từ lịch sử phát triển cho đến giới thiệu các loại khiên đào. Đối với mỗi loại khiên đều có đặc điểm và phạm vi áp dụng thích hợp riêng. Ngoài các loại khiên đào thông thường như khiên cân bằng áp lực vữa, cân bằng áp lực đất còn có các loại khiên đặc biệt dùng trong các điều kiện cụ thể như khiên MF, DPLEX, MMST, H&V,... Sự đa dạng của khiên cho phép giải quyết các vấn đề khi thi công gặp phải một cách tốt nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng loại khiên nào cũng phải có tính toán cụ thể cả về kỹ thuật và kinh tế mới có hiệu quả tốt. - 121 - Chương 6. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG ĐIỀU KIỆN TP. HỒ CHÍ MINH 6.1 Tính toán đường hầm có xét ảnh hưởng của các công trình lân cận 6.1.1 Cấu tạo đường hầm trong đất yếu 6.1.1.1 Bố trí chung của đường hầm [1] & [2] Vị trí xây dựng hầm được lựa chọn theo các chỉ tiêu: kinh tế – kỹ thuật, địa chất, địa chất thuỷ văn, địa hình, điều kiện thông gió đồng thời phải kết hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể của tuyến đường về mặt bằng và trắc dọc tuân thủ theo các qui định kỹ thuật. [1] Đường hầm được xây dựng dưới lòng các thành phố lớn trong nền đất yếu thường được bố trí ở độ sâu từ 5 đến 50 mét dưới mặt đất, đôi khi còn sâu hơn nữa. Khi đường hầm đặt nông thì thường bố trí dọc theo các đường trục chính của giao thông đô thị, khi đó các yếu tố kỹ thuật của tuyến rất khó khăn. Khi tuyến đặt sâu thì hướng tuyến không phụ thuộc vào việc xây dựng của thành phố, tuy nhiên xây dựng sẽ khó khăn và giá thành xây dựng sẽ tăng đáng kể. Mặt cắt dọc của tuyến hầm được quyết định phụ thuộc vào điều kiện địa chất thuỷ văn của tuyến, phương pháp thi công và các yêu cầu khai thác. Do đặc điểm xây dựng dưới lòng các thành phố khi đó độ lún của đất nền cũng tương đối ổn định, tuy nhiên ảnh hưởng của nước ngầm sẽ khó tránh khỏi khi xây dựng đường hầm trong đất yếu. Đo đó nền hầm cố gắng bố trí vào lớp đất tốt không thấm nước. Độ dốc dọc của tuyến hầm được khống chế bởi việc bố trí các ga, điều kiện thoát nước, thông gió của tuyến hầm. Đảm bảo điều kiện chuyển động của của phương tiện giao thông độ dốc dọc tối đa nhỏ hơn độ dốc tối đa của phần tuyến lộ thiên, tức phải triết giảm độ dốc dọc vì trong hầm hệ số bám giảm do ẩm ướt, do có lực cản không khí lớn hơn ở ngoài khi phương tiện chuyển động do hiệu ứng piston, độ dốc dọc tối đa thường là 4% đồng thời để đảm bảo thoát nước dọc độ dốc dọc nhỏ nhất là 0,3%.[1] - 122 - 6.1.1.2 Mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu [1]&[4] Hình dạng mặt cắt ngang hầm ngoài việc phải thoả mãn những yêu cầu về khai thác còn phải hợp lý về phương diện chịu lực, phù hợp với những đặc điểm của vật liệu dùng để xây dựng vỏ và phương pháp thi công. Mặt cắt ngang hầm thường chọn theo những nguyên tắc sau: 1. Trục của vỏ hầm phải là đường cong trơn, khi đó sẽ tránh được đáng kể việc tập trung ứng suất, tránh được sự xuất hiện các vùng biến dạng dẻo tại vị trí tiếp xúc giữa địa tầng và vị trí gẫy góc; 2. Khi tải trọng thẳng đứng chiếm ưu thế, vòm phải đủ cao và có dạng gần với đường parabol bậc hai, đỉnh vòm có độ cong lớn hơn phần dưới; 3. Khi vỏ chịu áp lực bên thì tường cũng nên có dạng cong hướng về phía địa tầng. Vỏ hầm có dạng đường cong ba hoặc năm tâm; 4. Trong địa tầng không ổn định, đặc biệt là địa tầng ngậm nước, áp lực lên hầm từ mọi phía, hợp lý hơn cả là vỏ hầm có dạng kín, có vòm ngửa; 5. Thuận lợi trong thi công, sử dụng ván khuôn và các thiết bị tiêu chuẩn trong thiết kế. Từ những phân tích trên và ở các chương trước nhận thấy khi xây dựng đường hầm qua vùng đất yếu, có mực nước ngầm thường xuyên khi đó áp lực địa tầng, áp lực thuỷ tĩnh tác dụng mọi phía lên vỏ hầm, kết cấu vỏ hầm dạng tròn là kết cấu ưu việt nhất trong điều kiện địa chất thuỷ văn như thế. Ngoài ra với mặt cắt ngang dạng tròn tiến độ thi công sẽ nhanh chóng khi được cơ giới hoá trong thi công bằng cách lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn. Tuy nhiên do nằm trong nước ngầm nên giải pháp chống thấm cho kết cấu lắp ghép phải được xem xét cẩn thận. 6.1.1.3 Kích thước mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu Vỏ hầm đường giao thông thường có nhịp không lớn lắm. Kích thước tùy thuộc vào khổ hầm, tình hình địa chất và phương pháp thi công, với hầm trong nền đất yếu có hệ số kiên cố fkc < 2 thì bề dày vỏ hầm có thể lựa chọn sơ bộ theo kinh nghiệm thiết kế hầm đường sắt đơn như sau: - 123 - Bảng 6.1 Bảng quan hệ hệ số kiên cố – bề dày vòm Hệ số kiên cố fkc Bề dày vòm (cm) Bề dày vòm ngửa (cm) 2 1 0,6 50 50 60 30 40 50 Như đã phân tích trong chương 4, phương pháp phần tử hữu hạn tỏ ra là phương pháp có nhiều ưu thế khi giải quyết được khối lượng tính toán lớn có độ chính xác cao với sự trợ giúp của máy tính. Vì vậy tác giả sử dụng phần mềm tính toán là phần mềm Plaxis, là phần mềm tính toán địa kỹ thuật chuyên dụng, có độ chính xác và tin cậy cao, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và hiện đã được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới. Tác giả sử dụng phiên bản Plaxis 8.2 để tính toán cho các bài toán yêu cầu. Do thời gian thực hiện luận văn có hạn, tác giả không thể tính toán cho tất cả các trường hợp địa chất của khu vực nghiên cứu cho tất cả các bài toán nên chỉ lựa chọn một loại địa chất điển hình của khu vực áp dụng cho tất cả các bài toán. Qua các số liệu địa chất của các dự án, tác giả nhận thấy thông số địa chất của dự án 2 tuyến mêtrô ưu tiên: Tham Lương – Bà Quẹo – CMT8 – Chợ Bến Thành và Chợ Bến Thành - Bến xe Miền Tây do TEWET và Trung tâm Nghiên cứu Phát triển GTVT phía Nam thực hiện mang tính điển hình chung của khu vực, các số liệu thí nghiệm khá đầy đủ nên được chọn để làm địa chất tính toán. Khi hệ thống hầm công trình ngầm của thành phố phát triển, các tuyến hầm giao thông và hầm kỹ thuật cũng như nhiều tuyến hầm giao thông sẽ có sự giao cắt lẫn nhau. Các công trình lân cận hiện hữu phía trên mặt đất cũng có ảnh hưởng đến việc thi công và khai thác công trình ngầm. Đây là các bài toán thực tế cần phải xem xét giải quyết. Kích thước hầm phải đảm bảo đủ tĩnh không cho xe chạy, đủ bố trí các công trình phụ trợ như điện, nước, cáp, chiếu sáng, biển báo,… Theo như kích thước vỏ hầm của dự án tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên do TEDI South lập, chọn vỏ hầm có bán kính trong là 3100mm. Chiều dày hầm t thay đổi tùy theo bài toán nghiên cứu. - 124 - Bảng 6.2 Thông số đất nền Parameter Name Lớp A: Sét mềm Lớp B: Sét dẻo Lớp C: Cát rời Lớp D: Sét cứng Lớp E: Cát chặt Unit Material model Material beh. Dry soil weight Wet soil weight H. permeability V. permeability Young's modulus Increase E Reference level Poisson's ratio Cohesion Friction angle Dilatancy angle Interface strength Interface perm. Layer’s thickness Model Type gdry gwet kx ky Eref Eincr yref n cref j y Rinter Perm MC Drained 15.8 17.8 1.81e-5 1.81e-5 1000 - - 0.33 8.5 5 0 Rigid Imperm 8.6 MC Drained 20 21 4.7e-5 4.7e-5 2000 - - 0.33 2.48 17 0 Rigid Imperm 4.84 MC Drained 20.8 21 0.5 0.5 30000 - - 0.3 1.1 28 4 Rigid Imperm 26.9 MC Undrained 20.4 22 1.36e-5 1.36e-5 10000 - - 0.33 3.88 16 0 Rigid Imperm 12.6 MC Drained 19.6 20.5 0.5 0.5 120000 - - 0.3 1.5 21 3 Rigid Imperm - - - kN/m3 kN/m3 m/day m/day kN/m2 kN/m3 m - kN/m2 ° ° - - M Ghi chú : MC – mô hình Mohr-Coulomb Hình 6.1 Mặt cắt ngang điển hình vỏ hầm - 125 - Các thông số vỏ hầm nhập vào chương trình bao gồm : loại vật liệu, độ cứng chống nén EA, độ cứng chống uốn EI, trọng lượng, hệ số Poisson. Chọn vỏ hầm có chiều dày t=0.6m, có thông số vật liệu như sau: Bảng 6.3 Thông số vật liệu vỏ hầm Parameter Name Value Unit Type of behaviour Normal stiffness Flexural rigidity Equivalent thickness Weight Poisson's ratio Material type EA EI D w n Elastic 2.400E+07 7.20E+05 0.600 14.40 0.150 kN/m kNm2/m m kN/m/m - 6.1.2 Bài toán 1: Xác định độ sâu đặt hầm hợp lý Với số liệu địa chất và thông số vỏ hầm như trên, sử dụng chương trình Plaxis tính toán chuyển vị, nội lực phát sinh trong hầm và đất nền ứng với các chiều sâu chôn hầm khác nhau dao động từ 6-15m. Để không bị ảnh hưởng bởi điều kiện biên, chọn phạm vi tính toán có chiều rộng 50m mỗi bên và 80m chiều sâu. Với phạm vi tính toán như trên thì biến dạng và ứng suất do xây dựng hầm không ảnh hưởng đến biên tính toán. Để xét đến ảnh hưởng mất mát thể tích do thi công hầm bằng phương pháp khiên đào có thể áp dụng phương pháp nén lại (contraction method). Phương pháp này xét đến việc giảm tiết diện mặt cắt ngang vỏ hầm. Độ nén được tính bằng % là tỉ số của phần diện tích giảm so với diện tích tiết diện ngang ban đầu. Tạm tính giá trị này là 2%. Với mỗi bài toán tính cho 3 giai đoạn: - Giai đoạn ban đầu. - Giai đoạn thi công hầm bằng khiên đào. - Giai đoạn ổn định. - 126 - Sơ đồ khối tính toán kết cấu vỏ hầm như sau: Hình 6.2 Sơ đồ khối tính toán kết cấu vỏ hầm Bài toán được mô phỏng trong Plaxis như sau: Hình 6.3 Mô hình bài toán hầm đơn trong Plaxis Xaùc ñònh kích thöôùc haàm Tính toaùn noäi löïc Kieåm tra öùng suaát Keát quaû ÑaïtKhoâng ñaït Nhaäp caùc thoâng soá ñòa chaát, vaät lieäu, taûi troïng Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E Vỏ hầm - 127 - Kết qủa tính toán được tổng hợp như sau: Bảng 6.4 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm theo chiều sâu chôn hầm Chiều sâu Chuyển vị x (mm) Chuyển vị y (mm) Nmax Mmax (m) Max A B C Max A B C (kN) (kN) H= 6 39.47 0.02 -39.45 0.00 122.34 122.34 83.71 45.05 -377.19 -58.71 H= 7 -39.38 -0.01 -38.88 6.11 107.46 107.46 62.58 30.44 -420.97 -48.69 H= 8 39.07 -0.01 -38.59 6.11 73.36 73.36 28.20 -4.22 -480.06 -17.55 H= 9 -39.26 -0.07 -39.05 6.10 70.53 70.53 27.59 -6.79 -502.67 -39.24 H= 10 39.33 -0.03 -39.32 0.03 40.54 40.54 1.80 -37.04 -535.91 -80.52 H= 11 39.04 0.05 -38.96 0.02 -44.05 34.32 -4.86 -44.05 -588.42 21.78 H= 12 38.69 -0.01 -38.58 0.12 -46.94 32.25 -7.49 -46.94 -665.58 102.89 H= 13 -38.44 0.02 -38.44 -0.35 -49.22 30.74 -9.19 -49.22 -743.27 168.38 H= 14 -37.97 -0.08 -37.97 -0.06 -50.79 29.92 -10.60 -50.79 -819.22 222.56 H= 15 -37.69 0.10 -37.69 -0.38 -51.93 29.49 -11.14 -51.93 -891.93 268.26 Ghi chú: O: Tim đường hầm, tọa độ (0,0). A: Điểm nằm tại đáy hầm, phía ngoài vỏ hầm, tọa độ (0,-3.9). B: Điểm nằm tại mép ngoài vỏ hầm, ngang tâm đường hầm, tọa độ (3.9,0). C: Điểm nằm tại đỉnh phía trên vỏ hầm, tọa độ (0,3.9). Kết quả tính toán chi tiết xem trong Phụ lục 3. -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Độ sâu chôn hầm H (m) Lự c dọ c N (k N) Nmax Hình 6.4 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – lực dọc Nmax - 128 - -100 0 100 200 300 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Độ sâu chôn hầm H (m) M om en t ( kN m ) Mmax Hình 6.5 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – moment Mmax -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Độ sâu chôn hầm H (m) C hu yể n vị (m m ) U_Ax U_Ay U_Bx U_By U_Cx U_Cy Uxmax Uymax Hình 6.6 Biểu đồ quan hệ độ sâu chôn hầm H – chuyển vị Qua kết quả tính toán, có thể rút ra một số nhận xét : Về chuyển vị: · Tại điểm A là điểm đáy vỏ hầm, có chuyển vị theo phương ngang gần như bằng 0 vì đây là bài toán đối xứng. Chuyển vị theo phương đứng của điểm A đều có giá trị dương, nghĩa là điểm A chuyển vị nổi lên. Với chiều cao đắp càng nhỏ thì giá trị chuyển vị tại A càng lớn: Lý do là hầm bị đẩy nổi. Tại H=6m, U_Ay = 122.34mm. Chiều sâu chôn hầm càng lớn thì chuyển vị - 129 - càng nhỏ do địa chất của lớp đất phía dưới tốt hơn. Khi hầm đặt sâu từ 10m trở lên thì chuyển vị tại điểm A thay đổi rất ít trong khoảng 3-4cm. · Tại điểm B, là điểm trên vỏ hầm ở vị trí cao ngang tim hầm, vỏ hầm bị biến dạng theo phương ngang chủ yếu do sự chênh lệch áp lực địa tầng phía trên và dưới vỏ hầm làm cho hầm bị biến dạng thành hình ovan. Điểm B luôn có chuyển vị hướng ra xa tâm đường hầm. Giá trị này tương đối đồng đều cho mọi chiều sâu chôn hầm và có giá trị khoảng 4cm. Chuyển vị theo phương đứng của điểm B tương tự như điểm A, giảm dần theo sự tăng độ sâu chôn hầm. Khi chiều sâu chôn hầm >10m thì điểm B bắt đầu có chuyển vị âm, tức là lún xuống nhưng ít thay đổi khi chiều sâu chôn tăng lên. Điều này có thể lý giải do khi chôn sâu, phía trên hầm hình thành nên vòm áp lực và độ chênh áp lực địa tầng tác dụng lên hầm hầu như không thay đổi. · Tại điểm C là điểm trên đỉnh vỏ hầm cũng có biến dạng theo phương ngang gần bằng 0 do là bài toán đối xứng. Tương tự chuyển vị theo phương đứng của điểm A và B, chuyển vị của điểm C theo phương đứng cũng nổi lên khi chiều sâu chôn hầm nhỏ và chuyển sang lún khi chiều sâu chôn hầm lớn. Tuy nhiên khi chiều sâu chôn hầm lớn hơn 10m thì độ lún tăng rất ít khi chiều sâu chôn hầm tăng lên, dao động từ 4-5cm. Về nội lực: · Lực dọc trong kết cấu vỏ hầm có xu hướng tăng dần đều theo chiều sâu chôn hầm (hình 6.5) · Momen trong kết cấu vỏ hầm thay đổi theo địa chất, momen nhỏ khi hầm chôn trong đất yếu, khi chôn trong tầng địa chất tốt thì có xu hướng tăng tuyến tính cùng với chiều sâu chôn hầm. KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, chiều sâu chôn hầm hợp lý trong khoảng 9- 12m so với mặt đất. Tại khoảng chiều sâu này, chuyển vị của hầm tương đối nhỏ (khoảng 4cm) và nội lực trong vỏ hầm là vừa phải. Khi hầm chôn sâu hơn 13m thì phải tăng chiều dày vỏ hầm lớn hơn vì với chiều dày t = 0.6m là không đảm bảo về cường độ. - 130 - 6.1.3 Bài toán 2: Ảnh hưởng của 2 đường hầm lân cận nhau Khi đô thị phát triển, việc xây dựng, hoàn thiện hệ thống giao thông ngầm là việc tất yếu. Các đường hầm được xây dựng cạnh nhau là khó tránh khỏi. Để xét đến ảnh hưởng của việc xây dựng các hầm nằm lân cận nhau, bài toán được đặt ra là : Việc xây dựng đường hầm mới cạnh đường hầm hiện hữu sẽ có ảnh hưởng như thế nào ? Vị trí xây dựng đường hầm mới so với đường hầm hiện hữu như thế nào là hợp lý ? Để giải quyết bài toán trên, giả sử đã tồn tại một đường hầm được xây dựng ở chiều sâu chôn hầm hợp lý với địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh là 9-12m (theo bài toán 1), chọn chiều sâu chôn hầm là 10m. Mô hình bài toán trong Plaxis bằng cách xây dựng 2 đường hầm, thời gian xây dựng cách nhau 1000 ngày (khoảng 3 năm), đường hầm thứ 2 được xây dựng song song so với đường hầm thứ nhất và có vị trí thay đổi so với đường hầm hiện hữu theo 2 phương ngang và đứng với các khoảng cách tim hầm khác nhau. Xét chuyển vị và nội lực thay đổi trong đường hầm thứ 1 do việc xây dựng đường hầm thứ 2 gây ra. Bài toán cũng xét đến việc mất mát thể tích (contraction) khi xây dựng từng đường hầm, tạm tính = 2%. 6.1.3.1 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương ngang Một trong các bài toán được mô hình trong Plaxis như sau : Hình 6.7 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương ngang trong Plaxis Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E Vỏ hầm 2 Vỏ hầm 1 - 131 - Giải bài toán với đường hầm thứ hai xây dựng cùng chiều sâu chôn hầm, khoảng cách tim hầm cách nhau từ 10-50m. Biên đất nền được lấy đủ rộng để không làm ảnh hưởng đến chuyển vị của đất nền xung quanh hầm. Kết quả tính toán chi tiết xem trong Phụ lục 4. Các giá trị Ux, Uy, N, M lớn nhất xuất hiện trong hầm được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 6.5 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 Chiều sâu Trước khi đào hầm 2 Sau khi đào hầm 2 Chênh lệch Ux Uy N M Ux Uy N M DUx DUy DN DM (m) [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] B= 10 -39.50 41.76 -535.29 -81.64 39.95 53.74 -549.20 -59.73 1.37 12.12 -26.48 46.47 B= 12 -39.48 41.79 -535.84 -81.40 39.63 51.94 -541.59 -68.25 0.69 10.21 -15.84 33.98 B= 15 -39.54 41.78 -535.91 -80.52 39.04 -44.05 -539.58 -75.74 1.67 -8.62 -7.15 21.66 B= 20 -39.58 41.78 -535.55 -81.31 -39.70 46.82 -539.05 -81.15 -0.77 5.71 -4.29 10.98 B= 25 -39.64 41.82 -536.27 -81.37 -39.64 44.70 -538.88 -82.79 -0.64 3.56 -3.09 6.39 B= 30 -39.59 41.80 -535.46 -81.02 39.43 43.12 -538.10 -82.58 0.92 1.91 -2.72 -4.15 B= 40 -39.66 41.77 -535.66 -81.17 40.19 41.25 -537.64 -82.23 1.55 -0.87 -2.02 -1.66 B= 50 -39.93 41.74 -535.73 -81.76 40.54 40.53 -537.09 -82.18 1.96 -1.37 -1.40 -0.53 - 132 - -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 35 45 55 Khoảng cách tim hầm B (m) C hu yể n vị (m m ) Ux1 Uy1 Ux2 Uy2 DeltaUx DeltaUy Hình 6.8 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – Chuyển vị -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) Lự c dọ c N (k N ) DeltaNmax Hình 6.9 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – moment Mmax -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) M om en t ( kN m ) DeltaMmax Hình 6.10 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm ngang B – chuyển vị - 133 - Qua kết quả tính toán, có thể rút ra một số nhận xét : Về chuyển vị: · Chuyển vị theo phương DUx của hầm 2 dao động quanh giá trị 0, nghĩa là khi xây dựng hầm 2 thì ảnh hưởng gây chuyển vị ngang là rất nhỏ. · Chuyển vị theo phương DUy của hầm giảm dần từ giá trị 12,12mm ứng với khoảng cách B=10m và giảm dần tiệm cận về 0 khi B tăng dần. Giá trị DUy hầu như mang giá trị dương, nghĩa là hầm 1 bị kéo lên phía trên cùng với chuyển vị của hầm 2. · Khi B ≥ 25m, xem như việc xây dựng đường hầm 2 hầu như không gây ảnh hưởng đến đường hầm 1 về chuyển vị (chuyển vị < 8.5%). Về nội lực : · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 cạnh đường hầm thứ nhất thì đường hầm thứ nhất bị nén lại. Khi B=10m thì lực nén tăng thêm DN là 26.48kN. Khi khoảng cách tim B tăng lên, giá trị này giảm dần khi về 0 theo dạng hàm logarit. Khi B ≥ 20m, giá trị DNmax chỉ còn nhỏ hơn 5kN ( ~ 1% Nmax trong hầm). · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 cạnh đường hầm thứ nhất thì momen trong đường hầm thứ nhất giảm đi. Khi B=10m thì momen giảm một lượng DM là 46.47kNm (giảm 57% so với ban đầu). Momen lớn nhất phát sinh tại đáy dưới của vỏ hầm, khi bị kéo nổi lên phần hầm này sẽ giảm lực tiếp xúc với đất nền và momen tại vị trí này giảm. Khi khoảng cách tim hầm B tăng lên, giá trị này giảm dần khi về 0 theo dạng hàm logarit. Khi B ≥ 25m, giá trị DMmax chỉ còn nhỏ hơn 6.39kNm ( ~ 7.8% Mmax trong hầm). KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, khoảng cách chôn hầm B hợp lý khi B>25m. Tại khoảng cách này, việc thi công đường hầm thứ 2 hầu như không ảnh hưởng đến đường hầm thứ nhất, các giá trị chuyển vị, nội lực thay đổi trong đường hầm thứ nhất đều < 10%. Đặc biệt yếu tố quan trọng nhất là lực dọc thì chỉ thay đổi tăng khoảng 1%. Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình bị hạn chế về mặt bằng vẫn - 134 - có thể xây dựng đường hầm thứ 2 gần hơn, lúc đó cần xem xét cụ thể mức độ ảnh hưởng về nội lực cũng như chuyển vị của 2 đường hầm. 6.1.3.2 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương đứng Một trong các bài toán được mô hình trong Plaxis như sau : Hình 6.11 Mô hình bài toán hầm đôi theo phương đứng trong Plaxis Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E Vỏ hầm 2 Vỏ hầm 1 - 135 - Giải bài toán với đường hầm thứ hai xây dựng cùng tim theo phương x, khoảng cách hầm thứ nhất giữ nguyên, thay đổi chiều sâu chôn hầm thứ 2 sâu dần với khoảng cách tim từ 10-50m. Biên đất nền được lấy đủ rộng để không làm ảnh hưởng đến chuyển vị của đất nền xung quanh hầm. Kết quả tính toán chi tiết xem trong Phụ lục 4. Các giá trị Ux, Uy, N, M lớn nhất xuất hiện trong hầm được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 6.6 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị và nội lực hầm trên hầm 1 theo khoảng cách xây dựng hầm 2 Trước khi đào hầm 2 Sau khi đào hầm 2 Chênh lệch Chiều sâu Ux Uy N M Ux Uy N M DUx DUy DN DM (m) [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] [mm] [mm] [kN] [kNm] h= 10 -39.36 41.77 -535.21 -81.19 -39.48 -51.58 -569.41 -102.83 0.15 -16.03 -34.37 21.66 h= 12 39.34 41.86 -535.29 -80.83 39.57 -53.45 -577.17 -106.46 0.24 -18.06 -41.97 25.84 h= 15 -39.36 41.77 -535.21 -81.19 -39.48 -51.58 -569.41 -102.83 0.15 -16.03 -34.37 21.66 h= 20 -39.34 41.75 -535.72 -81.00 -39.42 -48.50 -561.98 -95.32 0.09 -12.84 -26.42 -14.32 h= 25 -39.34 41.74 -535.43 -80.99 -39.38 -44.87 -549.99 -87.67 0.04 -9.10 -14.69 -6.69 h= 30 39.33 41.74 -535.30 -81.18 -39.35 -45.40 -544.72 -85.48 -0.03 -9.62 -9.55 -4.30 h= 40 -39.36 41.72 -535.31 -81.38 -39.41 -52.41 -548.17 -90.15 0.06 -16.66 -13.03 -8.79 h= 50 -39.36 41.71 -535.31 -81.38 -39.40 -51.74 -545.84 -88.78 -0.05 -15.97 -10.68 -7.42 - 136 - -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 35 45 55 Khoảng cách tim hầm B (m) C hu yể n vị (m m ) Ux1 Uy1 Ux2 Uy2 DeltaUx DeltaUy Hình 6.12 Biểu đồ quan hệ khoảng cách tim hầm đứng h – Chuyển vị -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) Lự c dọ c N (k N ) DeltaNmax Hình 6.13 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – moment Mmax -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tim hầm B (m) M om en t ( kN m ) DeltaMmax Hình 6.14 Biểu đồ quan hệ cách tim hầm đứng h – chuyển vị - 137 - Qua kết quả tính toán, có thể rút ra một số nhận xét : Về chuyển vị: · Chuyển vị theo phương DUx của hầm 2 dao động quanh giá trị 0, nghĩa là khi xây dựng hầm 2 thì ảnh hưởng gây chuyển vị ngang là rất nhỏ, gần như bằng 0. · Chuyển vị theo phương DUy của hầm thay đổi trong khoảng từ -9.1mm đến -18.06mm. Chuyển vị này do khi xây dựng hầm 2 đất nền xung quanh hầm 2 bị mất mát thể tích kèm theo chuyển vị của hầm 2 kéo theo hầm 1 dịch chuyển xuống dưới. Giá trị này có khoảng biến thiên nhỏ.. Về nội lực vỏ hầm: · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 càng sâu thì lực nén tăng thêm do xây dựng đường hầm thứ 2 gây ra trên đường hầm 2 càng giảm. Khi h ≥ 30m, giá trị DNmax chỉ còn khoảng 10kN ( ~ 2% Nmax trong hầm). · Khi xây dựng đường hầm thứ 2 gần đường hầm thứ nhất thì độ tăng momen trong đường hầm thứ nhất tăng lên và giá trị này giảm xuống dần khi h tăng lên. Tại h=10m thì momen tăng một lượng DM là 21.66kNm (tăng 27% so với ban đầu). Khi h ≥ 18m thì khi xây đường hầm thứ 2 lại làm giảm momen trong đường hầm thứ 1. Nguyên nhân do đất nền dưới đáy hầm 1 lún xuống làm giảm phản lực nền lên đáy hầm 1. Độ giảm momen trong hầm 1 gây ra do hầm 2 thường tỉ lệ thuận với chuyển vị theo phương y do hầm 2 gây ra cho hầm 1. Về ứng suất trong nền: · Vùng biến dạng dẻo của nền xuất hiện tại các vị trí xung quanh hầm 2 và dưới đáy hầm 1. Khi 2 đường hầm xây dựng quá gần nhau thì các điểm dẻo giao thoa nhau có thể gây nên mất ổn định trượt trong nền. Khi khoảng cách đường hầm h >15m, vùng biến dạng dẻo của 2 đường hầm cách xa nhau, không gây mất ổn định trượt trong nền. Sơ đồ các điểm chảy dẻo trong nền quanh đường hầm có dạng như sau: - 138 - Hình 6.15 Các điểm chảy dẻo trong nền tương ứng h=12m & h=15m KẾT LUẬN: Qua phân tích ở trên, giá trị chuyển vị của hầm 1 chuyển vị thay đổi trong khoảng 1-2cm (~ 0.1-0.25% đường kính hầm) và giá trị nội lực trong hầm 1 do hầm 2 gây ra tăng thêm là 15m, vùng biến dạng dẻo của 2 đường hầm không giao thoa với nhau. Do đó để không bị mất ổn định trượt trong nền thì khoảng cách hầm h nên lớn hơn 15m. Tuy nhiên, việc xây dựng đường hầm càng sâu thì càng tốn kém do áp lực lên đường hầm thứ 2 lớn hơn thì vỏ hầm phải dày hơn, phải xây dựng các giếng đứng sâu hơn, nhà ga đặt sâu hơn,… Kiến nghị khoảng cách đứng h giữa tim 2 đường hầm nên nằm trong khoảng 15-20m là hợp lý cả về kỹ thuật và kinh tế. 6.1.4 Bài toán 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của công trình trên mặt đất xuống công trình ngầm Khi xây dựng công trình ngầm, nhất là các công trình ngầm gần trên mặt đất, ngoài việc phải giữ ổn định cho bản thân hầm còn phải giữ ổn định cho các công trình lân cận, đặc biệt là các công trình hiện hữu trên mặt đất. Tại thành phố Hồ Chí Minh, một thực tế là với các công trình thấp tầng và các công trình xây dựng trước - 139 - đây, việc gia cố nền đất yếu chủ yếu dùng móng nông có hoặc không có cừ tràm. Do chiều sâu xây dựng hầm nằm sâu hơn cao độ đáy cừ tràm (trung bình cao độ đáy cừ tràm là -5m so với mặt đất) việc xây dựng công trình ngầm sẽ có ảnh hưởng đến các công trình bên trên dạng này, với các công trình cao tầng hoặc công trình sử dụng móng cọc BTCT thì hầu như không bị ảnh hưởng. Bài toán đặt ra là xem xét ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm đối với các công trình hiện hữu bên trên sử dụng các loại móng nông. Điều này rất quan trọng để có thể dự đoán được các ảnh hưởng để có các biện pháp xử lý thích hợp khi xây dựng hầm. Mô hình bài toán trong Plaxis với địa chất và kết cấu vỏ hầm tương tự như bài toán 1 và 2. Công trình nhà bên trên được mô phỏng bằng tấm bản (plate) kết nối với các móng. Các móng được mô hình bằng cách kết hợp tấm bản (plate) và neo (node-to- node anchors) để xét khả năng chịu mũi của cọc và ma sát xung quanh thân cọc. Cố định vị trí xây dựng hầm và dịch chuyển dần công trình nhà bên trên ở các vị trí có khoảng cách B = (khoảng cách tính từ tim hầm đến mép gần nhất của công trình nhà) khác nhau để xét ảnh hưởng của nó. Một trong những bài toán được biểu diễn như sau : Hình 6.16 Mô hình bài toán trong Plaxis với B=10m - 140 - . Kết quả được tổng hợp như sau (kết của chi tiết xem trong Phụ lục 6) : Hình 6.17 Biến dạng sau cùng của hầm, đất nền và nhà với B=10m Xét chuyển vị của các điểm A, B, C, D, E, F, G, H, I như trên hình 6.17 ứng với các khoảng cách B tương ứng bằng 0m, 5m, 10m, 20m, 30m, 40m, 50m, kết quả tổng hợp trong bảng sau : Bảng 6.7 Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị theo khoảng cách B Chuyển vị max tại các vị trí (mm) Khoảng cách B (m) A B C D E F G H I 0 40.09 41.08 49.58 37.12 50.25 38.28 26.66 16.18 50.25 5 38.21 41.96 49.33 37.29 38.95 28.36 19.26 14.77 33.56 10 37.71 41.24 45.16 37.31 19.84 13.56 8.57 8.72 31.34 15 37.66 40.90 43.10 37.30 14.24 7.45 5.46 5.17 30.95 20 37.59 40.70 42.06 37.26 7.51 5.73 4.09 5.34 30.86 30 37.55 40.59 41.22 37.54 6.44 4.47 2.53 2.31 30.78 40 37.54 40.60 40.89 37.86 4.58 3.62 2.68 1.82 30.78 50 37.54 40.61 40.83 37.93 4.80 3.81 2.84 1.95 30.75 A B CD E F G HI - 141 - 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách B (m) C hu yể n vị (m m ) Điểm A Điểm B Điểm C Điểm D Điểm E Điểm F Điểm G Điểm H Điểm I Hình 6.18 Biểu đồ chuyển vị tại các vị trí ứng với khoảng cách B Nhận xét : Chuyển vị của các điểm A, B, C, D tương ứng với các vị trí trên vỏ hầm như trong hình 6.17. Các chuyển vị này dao động quanh giá trị 40mm và cũng phù hợp với chuyển vị thu được trong Bài toán 1. Chuyển vị của điểm I cũng phụ thuộc vào chuyển vị của hầm và đất nền xung quanh hầm và biến thiên gần như tuyến tính với các chuyển vị tại A, B, C, D. Các chuyển vị tại điểm E, F, G, H là các chuyển vị tại đáy móng nông của công trình nhà. Khi công trình nhà nằm ngay trên đỉnh hầm (B=0), chuyển vị thu được tại vị trí E là lớn nhất = 50.25mm, các chuyển vị tại F, G, H cũng khá cao và giảm dần khi cách xa tim hầm hơn. Tuy nhiên khi khoảng cách B được tăng lên thì chuyển vị tại E, F, G, H giảm khá nhanh, cụ thể khi B=10m, chuyển vị tại E là 19.84mm, khi B=20m chuyển vị tại E là 7.51mm và sự biến thiên chuyển vị khi B tăng lên cũng nhỏ hơn khi B=50m thì chuyển vị tại E là 4.58mm. Quan hệ biến thiên chuyển vị - khoảng cách B có dạng hàm số ex. Chuyển vị tại các vị trí gần tim đường hầm biến thiên rất nhanh nên sẽ có hiện tượng lún lệch giữa các móng với nhau. Hiện tượng này rất nguy hiểm cần được quan tâm xem xét. - 142 - Kết luận : Việc xây dựng công trình ngầm có ảnh hưởng đến các công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất là điều khó tránh khỏi. Với đường hầm chôn sâu H=10m ở khu vực địa chất Tp.HCM, kiến nghị các công trình có móng nông nằm trong phạm vi 15m kể từ tim hầm cần có đánh giá và có biện pháp xử lý thích hợp trước khi xây dựng hầm. Khi công trình nằm ngoài phạm vi trên thì ảnh hưởng là khá nhỏ vì chuyển vị do xây dựng đường hầm gây ra là <1.5cm. - 143 - Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận Hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển. Hiện nay việc sử dụng công trình hầm rất phổ biến trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, tuỳ theo mục đích sử dụng, phạm vi và phương pháp xây dựng ta có những loại hầm thích hợp. Tổng quan các phương pháp tính toán và thi công hầm để thấy được và lựa chọn phương pháp tính toán cũng như xây dựng phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực là việc cần thiết. Thông qua số liệu địa chất của các công trình trên địa bàn Tp.HCM có thể có hiểu biết tổng quan địa chất của khu vực để có biện pháp sơ bộ lựa chọn tuyến công trình, kết cấu, biện pháp xây dựng,... phù hợp. Ngoài ra cũng cần lưu ý một số điểm như hiện tượng cát chảy, ăn mòn bê tông để có biện pháp xử lý, đề phòng thích hợp. Nắm được các đặc tính cơ bản của địa chất, thủy văn của khu vực xây dựng hầm để từ đó xác định chính xác áp lực địa tầng tác dụng lên công trình ngầm là rất quan trọng. Chính việc này thường có ý nghĩa quyết định đến hình dạng, kích thước, kết cấu vỏ hầm vì tải trọng tác dụng lên công trình ngầm chủ yếu là áp lực địa tầng. Ngoài ra, việc xác định các tổ hợp tải trọng cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán kết cấu vỏ hầm đảm bảo công trình ổn định và an toàn cả trong quá trình thi công và khai thác. Với công trình ngầm xây dựng trong khu vực địa chất yếu thì các phương pháp tính toán phù hợp là phương pháp thay thế bằng hệ thanh, phương pháp số như phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp DEM. Đây cũng là xu thế chung của thế giới và phù hợp trong việc tính toán bài toán địa-kết cấu với nhiều điều kiện phức tạp. Nghiên cứu áp lực địa tầng thấy rằng trong nền đất yếu áp lực địa tầng tác dụng từ mọi phía lên kết cấu ngầm, đồng thời để cơ giới trong quá trình thi công thì kết cấu vỏ hầm dạng tròn là kết cấu ưu việt nhất. Chương 5 đã nêu chi tiết biện pháp thi công bằng khiên đào, từ lịch sử phát triển cho đến giới thiệu các loại khiên đào. Đối với mỗi loại khiên đều có đặc điểm - 144 - và phạm vi áp dụng thích hợp riêng. Ngoài các loại khiên đào thông thường như khiên cân bằng áp lực vữa, cân bằng áp lực đất còn có các loại khiên đặc biệt dùng trong các điều kiện cụ thể như khiên MF, DPLEX, MMST, H&V,... Vị trí đặt hầm theo chiều sâu rất quan trọng. Theo nghiên cứu ở chương 3, càng nằm sâu hầm làm việc càng hợp lý về mặt chịu lực, độ lệch tâm càng nhỏ kết cấu làm việc chủ yếu chịu nén tuy nhiên sẽ bất lợi về khả năng chịu lực của tiết diện hầm. Chiều sâu chôn hầm hợp lý trong khoảng 9-12m so với mặt đất. Tại khoảng chiều sâu này, chuyển vị của hầm tương đối nhỏ (khoảng 4cm) và nội lực trong vỏ hầm là vừa phải. Khi hầm chôn sâu hơn 13m thì phải tăng chiều dày vỏ hầm lớn hơn vì với chiều dày t = 0.6m là không đảm bảo về cường độ. Khi xây dựng nhiều đường hầm lân cận nhau thì việc xây dựng đường hầm sau sẽ có ảnh hưởng nhất định đến đường hầm trước. Khoảng cách chôn hầm B hợp lý khi B>25m. Tại khoảng cách này, việc thi công đường hầm thứ 2 hầu như không ảnh hưởng đến đường hầm thứ nhất, các giá trị chuyển vị, nội lực thay đổi trong đường hầm thứ nhất đều < 10%. Đặc biệt yếu tố quan trọng nhất là lực dọc thì chỉ thay đổi tăng khoảng 1%. Tuy nhiên, trong điều kiện địa hình bị hạn chế về mặt bằng vẫn có thể xây dựng đường hầm thứ 2 gần hơn, lúc đó cần xem xét cụ thể mức độ ảnh hưởng về nội lực cũng như chuyển vị của 2 đường hầm. Việc xây dựng công trình ngầm có ảnh hưởng đến các công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất là điều khó tránh khỏi. Với đường hầm chôn sâu H=10m ở khu vực địa chất Tp.HCM, kiến nghị các công trình có móng nông nằm trong phạm vi 15m kể từ tim hầm cần có đánh giá và có biện pháp xử lý thích hợp trước khi xây dựng hầm. Khi công trình nằm ngoài phạm vi trên thì ảnh hưởng là khá nhỏ vì chuyển vị do xây dựng đường hầm gây ra là <1.5cm. 7.2 Kiến nghị Nghiên cứu vị trí đặt hầm trong nền đất yếu ở các đô thị ở nước ta cần phải được tiến hành cẩn thận dựa vào số liệu của công tác điều tra khảo sát địa chất thuỷ - 145 - văn. Cần có những quy hoạch hợp lý cả về bình đồ và trắc dọc các hệ thống đường hầm trong đô thị. Ở các nước trên thế giới đã có những tiêu chuẩn xây dựng đường hầm trên nền đất yếu, do đó việc xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu cũng như khai thác quản lý công trình hầm xây dựng trên nền đất yếu ở nước ta là hết sức cần thiết. Hiện tượng cát chảy và ăn mòn bê tông là những nguy cơ có khả năng xảy ra đối với đường hầm xây dựng trong khu vực Tp.HCM cần phải được chú trọng. Do mức độ quan trọng, tính phức tạp cũng như giá thành rất cao khi xây dựng đường hầm trên nền đất yếu do đó nước ta cần phải tiến hành xây dựng những công trình mang tính chất thử nghiệm với kinh phí cho phép, tận dụng công nghệ khoa học của các nước trên thế giới để đào tạo đội ngũ kỹ sư tiếp cận công nghệ mới trước khi triển khai các công trình mang tính chất quan trọng như dự án 2 tuyến mêtrô thành phố Hồ Chí Minh. Hiện nay, Việt Nam chưa có kinh nghiệm nhiều trong việc tính toán thiết kế cũng như thi công công trình ngầm trong điều kiện địa chất yếu. Để tránh các tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra cần có nghiên cứu sâu hơn nữa để áp dụng hệ số an toàn riêng cho khu vực. Tính toán đường hầm trên nền đất yếu rất phức tạp, đòi hỏi phải có sự kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để có những đánh giá một cách tương đối ứng xử của đường hầm trong nền đất. Đây cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo để luận văn mang tính khả thi và có thể áp dụng trong điều kiện khu vực thành phố Hồ Chí Minh và trong cả nước. - 146 - TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I. TÓM TẮT - Họ và tên : PHẠM MINH TIẾN - Phái : Nam - Ngày sinh : 16-04-1979 - Nơi sinh : Hà Tây II. ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Địa chỉ thường trú : 259/5A Nơ Trang Long, Phường 13, Quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh. Điện thoại : (08)8.055.977 – 0988.846.346 - Cơ quan : Phân viện KHCN GTVT phía Nam 3 Phạm Ngọc Thạch Phường 6 Quận 3 TP.HCM Điện thoại : (08)8.244.613 III. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Năm 1996 – 2001 : Sinh viên trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM - Tốt nghiệp đại học : năm 2002 - Hệ : Chính quy - Trường : Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh - Chuyên ngành : Xây dựng Cầu đường - Năm 2005 : Trúng tuyển cao học khóa 2005 - Ngành học : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố - Mã số học viên : 00105020 - 147 - IV. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC v Từ 2/2001 – 4/2004 : công tác tại Công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải phía Nam (TEDI South). Tham gia các công trình sau : Ø Công tác khảo sát : ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa ü Nâng cấp cải tạo đường tỉnh 782-784 tỉnh Tây Ninh. ü Nâng cấp cải tạo đuờng nội thị Côn Đảo tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Ø Công tác thiết kế : ü Đường tỉnh lộ 16 tỉnh Quảng Bình ü Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Tây đoạn Km120-Km137 tỉnh Quảng Bình. ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa. ü Nâng cấp cải tạo đường tỉnh 782-784 tỉnh Tây Ninh. ü Nâng cấp cải tạo đuờng nội thị Côn Đảo tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. ü Đường nội bộ khu dân cư Thạnh Mỹ Lợi quận 2 – TpHCM. ü Đường Nam Sông Lô – Cù Hin – sân bay Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa. ü Đường liên xã Lộc Nga – Tân Lạc tỉnh Lâm Đồng. ü Đường tỉnh 723 đoạn Đạ Cháy – ranh giới tỉnh Khánh Hòa. ü Cải tạo nâng cấp Quốc lộ 27 tỉnh Lâm Đồng. Ø Công tác tư vấn giám sát : ü Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Đông đoạn Đá Mài – Cam Lộ tỉnh Quảng Bình + Quảng Trị. ü Đường Nam Sông Lô – Cù Hin – sân bay Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa. ü Đường lên khu du lịch Hòn Bà tỉnh Khánh Hòa. v Từ 4/2004 đến nay : công tác tại Phân viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải phía Nam. Tham gia các công trình sau : Ø Công tác thiết kế : - 148 - ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Trung Lương – Mỹ Thuận. ü Nâng cấp cải tạo đường D600 tỉnh Đồng Nai. ü Đường Hồ Chí Minh đoạn Mỹ An – Vàm Cống tỉnh Đồng Tháp. ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 30 đoạn Cao Lãnh – Hồng Ngự tỉnh Đồng Tháp. Ø Công tác tư vấn giám sát : ü Nâng cấp mở rộng QL1A đoạn An Sương – An Lạc Tp.HCM. ü Giám sát tác giả Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Trung Lương – Mỹ Thuận tỉnh Tiền Giang. Ø Công tác tư vấn thẩm tra, kiểm định: ü Đường số 4 – khu dân cư phía Tây thành phố Nha Trang tỉnh Khánh Hòa. ü Nâng cấp mở rộng Quốc lộ 1A đoạn Mỹ Thuận – Cần Thơ tỉnh Vĩnh Long. ü Kiểm định thử tải cầu Ông Bổn tỉnh Bạc Liêu. ü Kiểm định thử tải cầu Ba Láng tỉnh Hậu Giang. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO I. CÁC TÀI LIỆU TRÍCH DẪN TRONG LUẬN VĂN [1] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng - THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH HẦM GIAO THÔNG - NXB Giao thông Vận tải - 2004. [2] L.V. Makốpski - CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG ĐÔ THỊ - NXB Xây dựng - 2004. [3] Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2002. [4] Lê Xuân Thưởng, Đinh Xuân Bảng, Ngưyễn Tiến Cường, Phí Văn Lịch - CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Khoa học Kỹ Thuật - 1981. [5] Chu Quốc Thắng, PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN, NXB Khoa học – Kỹ thuật – 1997. [6] Ansel C. Ugural, STRESSES IN PLATES AND SHELLS, McGraw-Hill - 1999 [7] Bùi Đức Chính – MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU HẦM Ở VIỆT NAM – Tạp chí Cầu Đường Việt Nam số 10/2006. [8] TEWET & Trung tâm NC PTGTVTPN - NGHIÊN CỨU KHẢ THI HAI TUYẾN MÊ TRÔ ƯU TIÊN – 2003. [9] Công ty Cổ phần TVTK GTVT phía Nam – DỰ ÁN KHẢ THI TUYẾN MÊ TRÔ BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN – 2007. [10] Cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh, NIÊN GIÁM THỐNG KÊ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2005, Cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh, 2006. [11] Đào Duy Lâm – PHÂN TÍCH MẶT TIẾP XÚC ĐẤT VÀ KẾT CẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ RỜI RẠC – 2005. II. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO THÊM [12] TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU HẦM ĐƯỜNG SẮT VÀ HẦM ĐƯỜNG Ô TÔ - NXB Xây dựng - 2003. [13] Nguyễn Xuân Trọng - THI CÔNG HẦM VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2004. [14] Vilen Alếchxêvích Ivácnhúc – THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ CÔNG TRÌNH ĐÀO SÂU – NXB Xây dựng - 2004 [15] An Young Xon - THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - NXB Xây dựng - 2002. [16] Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Ngọc Tuấn - THI CÔNG HẦM - NXB Khoa học Kỹ thuật - 2001. [17] Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải - NHỮNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU - NXB Khoa học và Kỹ thuật - 1973. [18] Trần Quang Hộ - CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU - NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM - 2004. [19] Lê Văn Nam - BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐƯỜNG HẦM – Lớp cao học ngành Cầu đường K2005 - 2006. [20] Ngô Trùng Dương - NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM TRONG NỀN ĐẤT YẾU - Luận văn thạc sỹ ngành Cầu – Tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ô tô và đường sắt, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM - 2005. [21] John Atkinson - AN INTRODUCTION TO THE MECHANICS OF SOIL AND FOUNDATIONS - McGRAW-HILL Book Company - 1993. [22] Ahmet Gursoy, Paul C. Van Milligen - TUNNELING AND UNDERGROUND TECHNOLOGY - Pergamon Press Ltd - 1993. [23] George A. Antaki - PIPING AND PILELINE ENGINEERING – DESIGN, CONSTRUCTION, MAINTAINANCE, INTEGRITY AND REPAIR - Marcel Derkker Inc. - 2003. [24] Anderson, Loren Runar - STRUCTURAL MECHANICS OF BURIED PIPES - CRC Press LLC - 2000. [25] Ashraf Mohamed Hefny - ANALYSIS OF INITIAL STRESSES LONG TERM DEFORMATION AND ROCK LINING INTERACTION IN TUNNELS - PhD Thesis, The University of Western Ontario, London - 1994. [26] Chung-Jung Lee, Bing-Ru Wu, Shean-Yau Chiou – SOIL MOVEMENTS AROUND A TUNNEL IN SOFT SOIL – 1998. [27] Wooi Leong Tan – Pathegama Gamage Ranjith, PARAMETERS AND CONSIDERATIONS IN SOFT GROUND TUNNELING, EGJE Journals. [28] R.B.J. Brinkgreve – PLAXIS 2D Version 8 – Balkema Publishers – 2002. [29] R.B.J. Brinkgreve, P.A. Vermeer – PLAXIS 3D Tunnel Version 1 – Balkema Publishers – 2001. [30] Midas - MIDAS/GTS ANALYSIS REFERENCE - 2006 [31] Website : CSDL gồm hơn 489 tạp chí toàn văn về Hóa học, Khoa học Máy tính, Kỹ thuật Công nghệ, Khoa học Vật liệu, Sinh học, Di truyền học, Sinh học Phân tử ... [32] Website : CSDL tạp chí toàn văn của Nhà xuất bản Blackwell gồm khoảng 750 tạp chí hàng đầu về Khoa học, Công nghệ, Giáo dục, Xã hội, Y tế, [33] Website : American Society of Civil Engineers (Hội kỹ sư xây dựng Mỹ) [34] Website : Electronic Journal of Geotechnical Engineering (Tạp chí Địa kỹ thuật điện tử) [35] Website : International Tunnelling Association (Hiệp hội hầm quốc tế) [36] Website : Shield Tunneling Association of Japan (Hiệp hội khiên đào hầm của Nhật Bản) [37] Website : công ty sản xuất khiên đào tại Đức. [38] Website : công ty sản xuất khiên đào tại Nhật Bản. [39] Website : nhà cung cấp các dịch vụ xây dựng và hầm của Mỹ. [40] Website : trang thông tin – kinh tế - xã hội của thành phố Hồ Chí Minh.