NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN & CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN KHI THI CÔNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TBM

Gồm 3 phần: Tải trọng tác dụng và các nguyên nhân gây lún: Tải trọng tác dụng; Các nguyên nhân gây lún. Phân loại và đánh giá hư hại công trình theo biến dạng Các phương pháp tính toán độ lún. Kết cấu công trình giao thông ngầm chịu tác dụng của các tải trọng ngoài khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chiều sâu đặt hầm, kích thước hầm, điều kiện địa chất công trình, đặc điểm xây dựng giao thông đô thị và giao thông trên mặt đất, công nghệ thi công… Tải trọng tác dụng lên đường hầm được chia làm hai loại: tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng bản thân công trình ngầm, trọng lượng các lớp áo đường và các hạng mục kỹ thuật khác, áp lực đất và nước cũng như trọng lượng nhà cửa kiến trúc bên trên và các công trình lân cận hố đào gây nên, lượng ứng suất trước của cốt thép. Tải trọng tạm thời xuất hiện do các phương tiện giao thông chuyển động trên đường ngầm gây nên. Tải trọng tạm thời còn có một số loại chỉ xuất hiện trong giai đoạn thi công công trình, đặc tính tạm thời còn do tác dụng của các yếu tố sau gây nên: sự biến thiên nhiệt độ; hiện tượng trương nở của đất và các tác dụng đặc biệt (động đất, va chạm…) hoặc do các sự cố gây nên.

NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN & CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN KHI THI CÔNG HẦM BẰNG PHƯƠNG

PHÁP TBM

Trình bày: TRƯƠNG CHÍ HÙNG

Gồm 3 phần:

1 Tải trọng tác dụng và các nguyên nhân gây lún

1.1.Tải trọng tác dụng 1.2 Các nguyên nhân gây lún

2 Phân loại và đánh giá hư hại công trình theo biến dạng

3 Các phương pháp tính toán độ lún

Kết cấu công trình giao thông ngầm chịu tác dụng của các tải trọng ngoài khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chiều sâu đặt hầm, kích thước hầm, điều kiện địa chất công trình, đặc điểm xây dựng giao thông đô thị và giao thông trên mặt đất, công nghệ thi công…

xuyên bao gồm trọng lượng bản thân công trình ngầm, trọng lượng các lớp

áo đường và các hạng mục kỹ thuật khác, áp lực đất và nước cũng như trọng lượng nhà cửa kiến trúc bên trên và các công trình lân cận hố đào gây nên,

phương tiện giao thông chuyển động trên đường ngầm gây nên Tải trọng tạm thời còn có một số loại chỉ xuất hiện trong giai đoạn thi công công trình, đặc tính tạm thời còn do tác dụng của các yếu tố sau gây nên: sự biến thiên nhiệt độ; hiện tượng trương nở của đất và các tác dụng đặc biệt (động đất, va

Theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JSCE-1996) như sau:

  Tải trọng thường xuyên 

1. Tải trọng thẳng đứng và nằm ngang 

2. Áp lực nước 

3. Trọng lượng bản thân 

4. Hiệu ứng tải trọng chất thêm  (surcharge) 

5. Phản lực của đất nền Tải trọng không thường 

xuyên 6. Các tải trọng nội tại 7. Tải trọng thi công 

8. Hiệu ứng động đất  Tải trọng đặc biệt 9. Hiệu ứng của hai hoặc nhiều khiên đào 

10. Hiệu ứng làm việc ở các khu vực lân  cận 

11. Hiệu ứng biến dạng đất nền 

Tất cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên công trình đồng thời hoặc vào các thời điểm khác nhau, do các tổ hợp tải trọng khác nhau: Để tính toán kết cấu công trình ngầm cần tìm ra tổ hợp tải trọng bất lợi nhất (khi chúng tác dụng

 Hiện nay, mặc dù công nghệ thi công hầm bằng máy đào TBM đã được cải tiến rất nhiều nhưng cũng không thể giải quyết được triệt để vấn đề lún

bề mặt đất nền Việc lún sụt bề mặt dẫn đến thiệt hại về vật chất, tài sản và đặc biệt thương vong về người

(1.2.1) Một số nguyên nhân gây lún đất nền trong quá trình thi công đào hầm

đất

quanh bị nén lại, cùng với hệ giằng không phù hợp với độ nén chặt của đất

lên hệ giằng chống

(1.2.2) Theo Grasso 2007, các nguyên nhân gây lún được chia thành 3 nguyên nhân chủ yếu sau:

Nguyên nhân ngắn hạn (lún tức thời) xuất hiện trong quá trình thi

công hầm Bao gồm:

+ (1) sự không cân bằng áp lực ở gương đào dẫn đến sự trồi đất vào

phía trong hang đã được đào hoặc sự trồi đất về phía ngược lại, và vì vậy sẽ làm xuất hiện biến dạng lún hoặc trồi của khối đất;

+ (2) ma sát giữa vỏ khiên đào và đất trong quá trình di chuyển khiên đào dẫn đến sự phá huỷ đất xung quanh hang đào;

+(3) sự đào đất vượt quá, mà trong thực tế không thể tránh được, đặc biệt khi đào hầm trên đoạn cong;

+ (4) sự tồn tại của khe hở thi công trong phần đuôi của khiên đào dẫn đến sự trồi đất vào khe hở thi công và tiếp theo là biến dạng lún của đất

(1.2.2) Theo Grasso 2007, các nguyên nhân gây lún được chia thành 3

nguyên nhân chủ yếu sau:

Nguyên nhân ngắn hạn (lún tức thời) xuất hiện trong quá trình thi

công hầm Bao gồm:

+ (5) sự điều chỉnh khiên đào “ngoi lên” mà thường xuyên phải điều chỉnh để bù lại sự “chìm xuồng” của nó trong khi chuyển dịch, điều đó có thể dẫn đến sự “đẩy ra” của đất phía trước khiên đào cùng với sự trồi của mặt đất;

+ (6) sự “sai lệch” của khiên đào khi đào hầm dẫn đến làm rời rạc khối đất ở gương đào và sập đổ đất vào trong hầm, vì vậy, dẫn đến biến dạng lún của khối đất;

+ (7) vận tốc di chuyển khiên đào gây ảnh hưởng đến biến dạng của đất (vận tốc càng lớn, biến dạng càng lớn) Điều đó liên quan đến mức độ phá huỷ đất xung quanh hang đào, ngoài ra vận tốc không đều trong thời gian khi đào hầm gây ra biến dạng lún lớn hơn;

(1.2.2) Theo Grasso 2007, các nguyên nhân gây lún được chia thành 3

nguyên nhân chủ yếu sau:

Nguyên nhân dài hạn xảy ra do quá trình cố kết của đất bao gồm cố kết

nhất thời (thường xảy ra với đất có độ dính bám, hoặc đất bị nén trong quá trình giảm áp lực nước lỗ rỗng) và cố kết thứ cấp (là một hình thức co ngót của đất)

Nguyên nhân lún do sự biến dạng của vỏ chống đỡ hầm: Độ lún này ảnh

hưởng lớn khi đường kính hầm lớn và chiều sâu đặt hầm cạn so với mặt đất Tuy nhiên, vấn đề này có thể được kiểm soát trong thi công hầm bằng máy TBM trong khu vực thành phố, nhờ vào việc dự đoán trước và tính toán các tải trọng tác dụng lên vỏ hầm, từ đó thiết kế hệ thống các tấm lắp ghép hệ vỏ hầm có thể chịu được cường độ tính toán trên

(1.2.3) Theo Nguyễn Đức Toản (2006) rút ra kết luận về mức độ ảnh hưởng của các nguyên nhân trên đến tổng độ lún bề mặt dựa trên cơ sở thể tích đất

[Để quá trình di chuyển của máy đào được dể dàng, người ta sẽ đào đất với đường kính lớn hơn đường kính thân máy đào Từ đó, dẫn đến thể tích đất bị mất do

sự đào vượt này, bao gồm có 2 nguyên nhân Một là, phần lưỡi cắt đất được chế tạo lớn hơn đường kính thân máy đào để giúp máy đào không bị kẹt Hai là, phần đào

dư do hệ thống buồng lái di chuyển trong các đoạn cong]

2 2 3

(7.05 6.8 ).1 5.44 4

(1.2.3) Theo Nguyễn Đức Toản (2006) (Volumn loss VL):

Với giá trị tính theo % bằng công thức:

đào; Kích thước hầm; Kết cấu chống đỡ tạm thời

kết quả phân tích và đo đạt lại của các tuyến hầm trong quá khứ:

 Thế giới:

 Phân  loại

 Mức độ  ảnh  hưởng Miêu tả mức độ hư hại

Thông số

 Lún  lệch

  Smax (mm)

1.Thẩm 

mỹ đáng kểKhông 

Các vết nứt không đáng kể xuất  hiện bề mặt, không cần phải sửa 

1/500-3. Chức 

năng Trung bình

Xuất hiện các vết nứt đáng kể, ảnh  hưởng đến khả năng chịu lực của 

tòa nhà

1/50 50-75

1/200-4.Chức 

năng  và  Cao Xuất hiện các vết nứt lớn, công  >1/50 >75

Phân loại mức độ ảnh hưởng theo Rankin (1988)

Nứt mảnh, dễ xử lí trong khi trang  trí bình thường. 

Trong nhà có thể  cô lập những chỗ nứt gẫy nhẹ. Những 

nứt nẻ ở bên ngoài của công trình xây bằng gạch có thể  nhận thấy khi nhìn kĩ

1mm  <3cm  <1/3000 

Nhẹ

Những nét nẻ có thể dễ dàng trám.  Yêu cầu phải trang  trí lại. Trong  toà nhà có một số chỗ nứt gẫy. Những nứt 

ngoài của công trình xây bằng gạch và có lẽ một số chỗ nhỏ của công trình xây  bằng gạch phải sửa chữa lại. Cửa và cửa sổ có thể bị kẹt. 

Hệ thống đường ống có thể bị đứt gẫy. Tính chống thấm 

thường bị suy yếu

5 - 15mm hoặc một

và cửa sổ bị uốn, sàn tầng bị dốc rất đáng kể. Tường bị  nghiêng hoặc phình ra rất đáng kể. Khả năng chịu lực 

của dầm bị kém

25mm, phụ thuộc vào số lượng của khe nứt

15 -5-8cm  1/175-1/120 

Rất Nặng

Yêu cầu chính về sửa chữa bao gồm cả cục bộ hoặc xây  lại hoàn toàn. Dầm mất khả năng chịu lực; tường 

nghiêng xấu và yêu cầu chống đỡ. Cửa sổ bị gẫy do uốn.Tín hiệu báo nguy do 

mất ổn định.

Thường >

25 mm, phụ thuộc vào số  8-13cm  1/120-1/70

 Thế giới:

trình" quy định chuyển vị giới hạn của nền nhà và công trình như sau:

Công trình Độ lún tương 

đối (rad)

Độ lún lớn nhất

(mm)

Nhà sản xuất và nhà dân  dựng nhiều tầng bằng  khung hoàn toàn 0.001 ÷ 0.004 80÷120Nhà và công trình không 

về chuyển vị giới hạn của nền nhà cao tầng sử dụng móng cọc:

Công trình

Độ  lún  tương  đối

(rad)

Độ lún lớn nhất

(mm) Nhà dân dụng cao tầng có kết cấu 

khung hoàn toàn:

- Bằng bê tông cốt thép

- Bằng thép

            0.002        0.004

80 120

Nhà  và  công  trình  mà  trong  kết  cấu  không  xuất  hiện  nội  lực  do  lún 

không đều

0.006  

Các phương pháp tính lún được sử dụng bao gồm 2 hướng chính Hướng thứ

theo nhiều quan điểm khác nhau, nhưng chủ yếu là dựa trên nhiều kết quả khảo sát của các tuyến hầm sau khi thi công xong cho một khu vực địa chất nhất định (không đánh giá được tác dụng do các công trình bên trên gây ra) Hướng

yêu cầu các số liệu đầu vào chi tiết và chính xác, nhưng lại có thể đánh giá phù hợp với các loại đất khác nhau

3.1.Phương pháp kinh nghiệm:

****công thức tính trong TKCS các dự án đường sắt đô thị:

Thiet ke co so 3b.doc

Peck và O’Reilly 1982, giả thiết độ lún bề mặt làm việc xấp xỉ theo đường cong Grauss:

• S: biến dạng bề mặt đất nền

• Smax: biến dạng lớn nhất đất nền tại vị trí đỉnh hầm (m)

• y: là khoảng cách từ trục hầm đến điểm tính lún theo phương ngang

• i : là khoảng cách từ trục hầm đến điểm uốn của đường biến dạng lún

(1) của New & O’Reiley (1991):

Trường hợp đất có nhiều lớp thì hệ số K được tính như

sau:

Với i=kZo, Với k là hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào loại đất

(1982):đã đề xuất công thức kinh nghiệm cho đất dính và đất rời như sau:

(3) Phương pháp Trạng thái ứng suất giới hạn (LTSM- Limiting Tensile

Strain Method): MAIN_REPORT_April_2012.pdf

ga nhà hát thành phố

ga nhà hát thành phố

17 17.78 20.21 20.4 20.1 19.4

19.148 6

10000 35350.63 6

E      

3.2.Phương pháp phần tử hữu hạn:

kết cấu công trình trong môi trường đất như PLAXIS 2D, 3D, 3D Tunnel; Midas GTS, GEFDYN… Các bài toán về kết cấu hầm cũng như đánh giá sự

ổn định kết cấu đất đã có thể giải quyết nhanh chóng với các bài toán tương đối phức tạp nhờ vào sự phát triển của kỹ thuật máy tính: tính toán nhanh, đánh giá được độ lún và mô phỏng được địa chất của lớp đất cũng như các công trình bên trên, giải quyết được các bài toán phức tạp

như kết cấu hầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, việc chọn lựa các thông số trên đòi hỏi người tính toán phải có kinh nghiệm trong việc đánh giá mức độ tin cậy và lựa chọn mô hình đất hợp lý Đồng thời có thể kiểm soát được kết quả

3.2.Phương pháp phần tử hữu hạn:

*** Tổng quan về phần mềm Plaxis: Phần mềm nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi nhất để giải quyết các bài toán Địa kỹ thuật hiện nay

Nguồn gốc:

hữu hạn

(các Modul) như sau: 1 lythuyet (Tieng Viet).pdf

3.2.Phương pháp phần tử hữu hạn:

Trình tự tính toán:

(1) Khai báo số liệu đầu vào: đơn vị, kích thước tổng thể; Xây dựng mô hình

hình học tính toán; Khai báo đặc trưng vật liệu; …

(2) Khai báo điều kiện ban đầu: Khai báo mực nước; Khai báo các điều kiện

biên: biên không thấm; Khai báo biên của vùng cố kết…

thông tin, khai báo thông số tính toán, giai đoạn tính toán khác nhau

(4) Xuất kết quả.