Tiểu luận Đường hầm nâng cao

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG –&— BÀI TIỂU LUẬN CÁ NHÂN ĐƯỜNG HẦM NÂNG CAO GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẤN : PGS. TS. NGUYỄN BÁ HOÀNG HỌC VIÊN THỰC HIỆN : LỚP : CH1401 TP.HCM tháng 8 năm 2015 ĐỀ BÀI Bài 1a: Phân tích biến dạng hố đào chống đỡ bằng cừ có thanh chống neo Số liệu đầu vào : X = 7 m, Y = 16 m. Cho hố đào rộng Y = 16 m, sâu 20 m, phạm vi ảnh hưởng của hố đào thể hiện trên hình 1. Tải trọng trên bề mặt hố đào cách vị trí tường chắn đoạn X = 7 m là tải trọng phân bố trong phạm vi 5 m giá trị lực phân bố như trên hình vẽ. Địa chất gồm 2 lớp đất : sét và cát cứng, lớp cát có độ dày lớn. Phạm vi chiều sâu ảnh hưởng là 40 m, phạm vi ảnh hưởng ngang như hình vẽ. Các giai đoạn thi công là khi đào được 5m, 10m, 15m, 20m. Tường chắn là cừ thép, thanh chống là phần từ đàn dẻo. Clay to be excavated Clay Diaphram wall Sand 5 KN/m²/m Strut 20 19 1 5 KN/m²/m 23 5 7 16 7 5 23 Hình 1.1 : Mặt cắt ngang hố đào Mô hình hóa kết cấu : Tạo mô hình hình học : Ta mô hình kết cấu bài toán như sau : bề rộng ảnh hưởng toàn hệ là 86 m x 40 m. Các lớp đất và các giai đoạn thi công được mô hình hóa bằng Geometry line. Tường vây được mô hình hóa bằng phần tử Plate. Thanh chống được mô hình bằng phần tử Node-to-node anchor vì hố đào sâu đến 20m nên cứ 5 m tính từ mặt đất ta lắp đặt thêm 1 hệ thanh chống. Đề bài không cho mực nước ngầm nên ở đây giả sử mực nước ngầm nằm cách mặt đất 1m. Tải phân bố được khai báo phân bố trên chiều dài 5m, cách tường vây 7 m và lực phân bố theo phương Y là -5 KN/m2, khai báo bằng lệnh Distributed loads – system load A Hình 1.2 : Mô hình hình học Thiết lập điều kiện biên Điều kiện biên được thiết lập thông qua công cụ Standard fixities nhằm cố định phần đáy mô hình và liên kết phần biên dọc hai bên mô hình. Mô hình sau khi thiết lập như hình: Hình 1.3 : Thiết lập điều kiện biên Khai báo đặc trưng vật liệu : Khai báo vật liệu gồm có các đặc trưng của hai lớp đất, đặc trưng vật liệu của tường vây, thanh chống. Số liệu địa chất : thiết lập theo mô hình Morh – Coulomb và xét ứng xử thoát nước của đất (Drained) Thông số kỹ thuật của cây chống và tường chắn. Mực nước ngầm nằm ở cao độ -1.00m. Tạo lưới : Hình 1.4 : Tạo lưới phần tử tam giác. Gán mực nước ngầm Hình 1.5 : Gán mực nước ngầm và tính toán áp lực nước. Tính toán áp lực đất Hình 1.6 : Tính toán áp lực đất.. Khai báo các giai đoạn thi công Giai đoạn đầu : Chỉ gồm đất nền. Giai đoạn 1 : Tiến hành đặt tải trọng và đóng tường vây. Giai đoạn 2 : Đào đến cao độ -1.00m. Giai đoạn 3 : Làm khung chống tầng 1. Giai đoạn 4 : Đào đến cao độ -5.00m. Giai đoạn 5 : Làm khung chống tầng 2. Giai đoạn 6 : Đào đến cao độ -10.00m. Giai đoạn 7 : Làm khung chống tầng 3. Giai đoạn 8 : Đào đến cao độ -15.00m. Giai đoạn 9 : Làm khung chống tầng 4. Giai đoạn 10 : Đào đến cao độ -20.00m. Hình 1.7 : Khai báo các giai đoạn thi công. Tính toán và xuất kết quả : Giai đoạn 1 : Tiến hành đặt tải trọng và đóng tường vây. Hình 1.8 : Lưới biến dạng giai đoạn 1 Hình 1.9 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 1 Giai đoạn 2 : Đào đến độ sâu -1.00m Hình 1.10 : Lưới biến dạng giai đoạn 2 Hình 1.11 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 2 Giai đoạn 3 : Tạo khung chống tầng 1. Hình 1.12 : Lưới biến dạng giai đoạn 3 Hình 1.13 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 3 Giai đoạn 4 : Đào đến độ sâu -5.00m Hình 1.14 : Lưới biến dạng giai đoạn 4 Hình 1.15 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 4 Giai đoạn 5 : Tạo khung chống tầng 2. Hình 1.16 : Lưới biến dạng giai đoạn 5 Hình 1.17 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 5 Giai đoạn 6 : Đào đến độ sâu -10.00m. Hình 1.18 : Lưới biến dạng giai đoạn 6 Hình 1.19 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 6 Giai đoạn 7 : Tạo khung chống tầng 3. Hình 1.20 : Lưới biến dạng giai đoạn 7 Hình 1.21 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 7 Giai đoạn 8 : Đào đến độ sâu -15.00m Hình 1.22 : Lưới biến dạng giai đoạn 8 Hình 1.23 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 8 Giai đoạn 9 : Tạo khung chống tầng 4. Hình 1.24 : Lưới biến dạng giai đoạn 9 Hình 1.25 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 9 Giai đoạn 10 : Đào đến độ sâu -20.00m Hình 1.26 : Lưới biến dạng giai đoạn 10 Hình 1.27 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 10 Hình 1.28 : Biểu đồ momen uốn tường vây giai đoạn 10 Hình 1.29 : Biểu đồ lực cắt tường vây giai đoạn 10 Hình 1.30 : Bảng thông số lực neo của thanh chống Hình 1.31 : Đường cong chuyển vị - lực của độ võng tường Bài 1b: Giải bài toán trong trường hợp tải trọng trên miệng hầm không đối xứng phía bên phải: P1=5KN/m2/m và bên trái P2=10 KN/m2/m. Số liệu đầu vào : X = 7 m, Y = 16 m. Cho hố đào rộng Y = 16 m, sâu 20 m, phạm vi ảnh hưởng của hố đào thể hiện trên hình 1. Tải trọng trên bề mặt hố đào cách vị trí tường chắn đoạn X = 7 m là tải trọng phân bố trong phạm vi 5 m giá trị lực phân bố như trên hình vẽ. Địa chất gồm 2 lớp đất : sét và cát cứng, lớp cát có độ dày lớn. Phạm vi chiều sâu ảnh hưởng là 40 m, phạm vi ảnh hưởng ngang như hình vẽ. Các giai đoạn thi công là khi đào được 5m, 10m, 15m, 20m. Tường chắn là cừ thép, thanh chống là phần từ đàn dẻo. Clay to be excavated Clay Diaphram wall Sand 5 KN/m²/m Strut 20 19 1 10 KN/m²/m 23 5 7 16 7 5 23 Hình 2.1 : Mặt cắt ngang hố đào Mô hình hóa kết cấu : Tạo mô hình hình học : Ta mô hình hóa bài toán tương tự như bài 1a. Riêng phần tải trọng bên trái ta đặt là -10kN/m2/m. Thiết lập điều kiện biên Điều kiện biên được thiết lập thông qua công cụ Standard fixities nhằm cố định phần đáy mô hình và liên kết phần biên dọc hai bên mô hình. Mô hình sau khi thiết lập như hình: Hình 2.2 : Mô hình hình học Khai báo đặc trưng vật liệu : Khai báo tương tự như bài 1a. Mực nước ngầm nằm ở cao độ -1.00m. Tạo lưới : Hình 2.3 : Tạo lưới phần tử tam giác. Gán mực nước ngầm Hình 2.4 : Gán mực nước ngầm và tính toán áp lực nước. Tính toán áp lực đất Hình 2.5 : Tính toán áp lực đất. Khai báo các giai đoạn thi công Giai đoạn đầu : Chỉ gồm đất nền. Giai đoạn 1 : Tiến hành đặt tải trọng và đóng tường vây. Giai đoạn 2 : Đào đến cao độ -1.00m. Giai đoạn 3 : Làm khung chống tầng 1. Giai đoạn 4 : Đào đến cao độ -5.00m. Giai đoạn 5 : Làm khung chống tầng 2. Giai đoạn 6 : Đào đến cao độ -10.00m. Giai đoạn 7 : Làm khung chống tầng 3. Giai đoạn 8 : Đào đến cao độ -15.00m. Giai đoạn 9 : Làm khung chống tầng 4. Giai đoạn 10 : Đào đến cao độ -20.00m. Hình 2.7 : Khai báo các giai đoạn thi công. Tính toán và xuất kết quả : Giai đoạn 1 : Tiến hành đặt tải trọng và đóng tường vây. Hình 2.8 : Lưới biến dạng giai đoạn 1 Hình 2.9 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 1 Giai đoạn 2 : Đào đến độ sâu -1.00m Hình 2.10 : Lưới biến dạng giai đoạn 2 Hình 2.11 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 2 Giai đoạn 3 : Tạo khung chống tầng 1. Hình 2.12 : Lưới biến dạng giai đoạn 3 Hình 2.13 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 3 Giai đoạn 4 : Đào đến độ sâu -5.00m Hình 2.14 : Lưới biến dạng giai đoạn 4 Hình 2.15 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 4 Giai đoạn 5 : Tạo khung chống tầng 2. Hình 2.16 : Lưới biến dạng giai đoạn 5 Hình 2.17 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 5 Giai đoạn 6 : Đào đến độ sâu -10.00m. Hình 2.18 : Lưới biến dạng giai đoạn 6 Hình 2.19 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 6 Giai đoạn 7 : Tạo khung chống tầng 3. Hình 2.20 : Lưới biến dạng giai đoạn 7 Hình 2.21 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 2 Giai đoạn 8 : Đào đến độ sâu -15.00m Hình 2.22 : Lưới biến dạng giai đoạn 8 Hình 2.23 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 8 Giai đoạn 9 : Tạo khung chống tầng 4. Hình 2.24 : Lưới biến dạng giai đoạn 9 Hình 2.25 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 9 Giai đoạn 10 : Đào đến độ sâu -20.00m Hình 2.26 : Lưới biến dạng giai đoạn 10 Hình 2.27 : Mức độ gia tăng chuyển vị giai đoạn 10 Hình 2.28 : Biểu đồ momen uốn tường vây giai đoạn 10 phía 10kN/m2/m Hình 2.29 : Biểu đồ lực cắt tường vây giai đoạn 10 phía 10kN/m2/m Hình 2.30 : Biểu đồ momen uốn tường vây giai đoạn 10 phía 5kN/m2/m Hình 1.29 : Biểu đồ lực cắt tường vây giai đoạn 10 phía 5kN/m2/m Hình 2.31 : Bảng thông số lực neo của thanh chống Hình 2.32 : Đường cong chuyển vị - lực của độ võng tường.