Dự báo độ lún của bề mặt đất do đào hầm bằng máy đào TBM tại tuyến Metro Line 3, Hà Nội

Chia sẻ: ViNeji2711 ViNeji2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cấu trúc của bài báo như sau: Tiếp theo phần giới thiệu là phần lời giải độ lún của nền bằng các công thức giải tích đã nghiên cứu trên thế giới cho nền đồng nhất, đề xuất sử dụng công thức tương đương cho nền nhiều lớp. Sau đó là vị dụ áp dụng các công thức trên cho tuyến đường sắt đô thị ở Hà Nội (Metro Line 3) và một số nhận xét về kết quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự báo độ lún của bề mặt đất do đào hầm bằng máy đào TBM tại tuyến Metro Line 3, Hà Nội

DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA BỀ MẶT ĐẤT DO ĐÀO HẦM BẰNG MÁY ĐÀO TBM TẠI TUYẾN METRO LINE 3, HÀ NỘI ĐẶNG HÔNG LAM*, NGUYỄN BÁ ĐỒNG* Prediction of ground setlement due to trenchless excavation by TBM at the metro line 3 in Hanoi Abstract: The prediction of ground setlement due to trenchless excavation is compulsory for the city metro projects, especialy in compactly constructed cities such as Hanoi, HCMC. The paper deal with a method of predicting the setlement of ground surface cocerning metro line contruction and for example of metro line 3 Hanoi. Keywords: Trenchless excavation, TBM, Metroline, Setlement. 1. GIỚI THIỆU CHUNG * tác giả đã sử dụng công thức hệ số tƣơng đƣơng Ở TP. Hà Nội với mật độ dân cƣ đông đúc hiện cho nền đất nhiều lớp. Kết quả dự báo là một nay, đặc biệt là ở các khu vực tuyến hầm ngầm trong những cơ sở để các đơn vị liên quan xem xét của dự án Metro Line 3 đi qua, nên việc dự báo độ đến vấn đề lún gây ra cho quá trình đào hầm sau lún của nền đất do quá trình thi công đào hầm này không chỉ cho dự án Metro Line 3, Hà Nội mà bằng TBM là rất quan trọng và cần đƣợc nghiên còn cho các tuyến đƣờng hầm sau này. cứu kỹ lƣỡng. Do phần lớn công tác đào hầm diễn Cấu trúc của bài báo nhƣ sau: tiếp theo phần ra trong môi trƣờng đô thị có mật độ dày đặc, có giới thiệu là phần lời giải độ lún của nền bằng khả năng ảnh hƣởng đến mặt bằng xung quanh các công thức giải tích đã nghiên cứu trên thế hoặc kết cấu dƣới lòng đất trong phạm vi khu vực giới cho nền đồng nhất, đề xuất sử dụng công ảnh hƣởng, nên việc xác định quy mô của sụt lún thức tƣơng đƣơng cho nền nhiều lớp. Sau đó là có thể xảy ra đóng một vai trò lớn trong việc thiết vị dụ áp dụng các công thức trên cho tuyến lập các quy định và chỉ dẫn kỹ thuật cho biện pháp đƣờng sắt đô thị ở Hà Nội (Metro Line 3) và thi công và trong thiết kế các biện pháp giảm thiểu một số nhận xét về kết quả. Cuối cùng là một số rủi ro tại những vị trí cần thiết. Vì vậy việc tuyến kết luận chung của bài báo. đƣờng sắt Metro Line 3 sử dụng công nghệ khoan 2. LỜI GIẢI BẰNG GIẢI TÍCH hầm TBM với những ƣu điểm vƣợt trội trong thi 2.1. Nền đất đồng nhất công là mang tính cấp thiết nhằm hạn chế triệt để Thông qua các nghiên cứu và kinh nghiệm những rủi ro do việc thi công hầm ảnh hƣởng xấu thực địa khác nhau, các phƣơng pháp thực nghiệm đến công trình cũng nhƣ dân cƣ phía trên. Tuy đã đƣợc phát triển trong nhiều năm để dự đoán sự nhiên, việc dự báo độ lún của nền đất do quá trình biến dạng gây ra bởi việc đào hầm trên mặt đất đào hầm cần đƣợc quan tâm. Bài báo tiến hành tập mềm của Peck (1969). Độ lún của bề mặt đƣợc đề hợp các lời giải giải tích đã có trên thế giới, sau đó xuất ở hàm xấp xỉ hàm phân phối xác suất (Hình tìm cách áp dụng công thức đó vào điều kiện địa 1) đƣợc mô tả bởi Peck (1969). chất ở Việt Nam mà cụ thể là tuyến Metro Line 3, Hà Nội. Trong quá trình áp dụng công thức, nhóm (1) trong đó: là độ lún bề mặt ở khoảng cách * Khoa Công trình - Đại học Giao thông Vận tải ngang (y) từ đƣờng tâm của đƣờng hầm và Smax là 03 Cầu Giấy - Láng Thượng - Đống Đa - Hà Nội Email: dang.hong.lam@utc.edu.vn độ lún tối đa tâm đƣờng hầm tại mặt đất (y = 0). ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 57
Theo công thức đƣợc đề xuất của Peck: Các kết quả tính toán đã đƣợc tập hợp và minh họa trong một sơ đồ không thứ nguyên của (2) i / R so với z /2R cho các đƣờng hầm khác nhau trong đó: là thể tích đất bị mất và i là giá trong các vật liệu khác nhau của Peck (1969). trị cần xác định. Từ các quan hệ thu đƣợc với các quan sát thực Thể tích đất bị mất có thể tính theo công thức sau: địa, Peck (1969) đã hình thành mối quan hệ sau (3) đây để ƣớc tính giá trị của i. ; Công thức ƣớc tính giá trị i bằng thực ; (4) nghiệm: (5) Trong công thức (3), giá trị VL ảnh hƣởng đến việc dự tính độ lún của nền đất. Giá trị VL phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có điều kiện địa chất, hình học của hầm (độ sâu và đƣờng kính hầm), công nghệ thi công. Trong thực hành, VL đƣợc lấy theo kinh nghiệm của một số nghiên cứu dƣới đây Hình 1. Mô phỏng độ lún mặt đất Bảng 1. Các công thức kinh nghiệm xác định i Công thức tìm i Tác giả và cơ sở cho công thức i / R = ( z o / 2R) n Peck (1969) bằng quan sát thực địa đã đề xuất n = 0,8 ÷ 1,0 i / R = ( z o / 2 R) n Attewell và Farmer (1974) bằng quan sát thực địa của các đƣờng hầm ở Vƣơng quốc Anh đã đề xuất n = 1 i / R = ( z o / 2 R) n Clough và Schmidt (1981) bằng quan sát thực địa của các đƣờng hầm Vƣơng quốc Anh trong đó n = 0,8 i= 0,43 z o + 1,1m O'Reilly và New (1982) bằng quan sát thực địa của các đƣờng hầm ở Vƣơng quốc Anh cho đất dính với 3 z o 34m i = 0,28 z o - 0,1m O'Reilly và New (1982) bằng quan sát thực địa của các đƣờng hầm Vƣơng quốc Anh cho đất dạng hạt với 6 z 0 10m i = 0,5 z o Mair và cộng sự (1983) bằng quan sát thực địa và thử nghiệm máy ly tâm 58 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
Bảng 2. Một số giá trị của mất mát khối lƣợng VL(%) Phƣơng pháp Tác giả VL (%) thi công O'Reilly và New 1.0 - 1.4 Open face (1982) Mair và Taylor 1.0 - 2.0 Open face (1997) Hình 2. Mô hình hóa cho nền đất nhiều lớp Mair và Taylor 0.5 - 1.5 NATM (1997) 3. VÍ DỤ ÁP DỤNG - Phần này của báo cáo trình bày các giới Mair và Taylor 1.0 - 2.0 EPB hoặc thiệu địa chất của Tuyến Metro Line 3 Hà (1997) Slurry Shield Nội. Các điều kiện địa chất và địa kỹ thuật ở TBM khu vực Hà Nội khá phức tạp và do kiến thức Shirlaw và cống 0–6 EPB TBM về các điều kiện địa kỹ thuật rất hạn chế, vì sự (2003) vậy các chƣơng trình khảo sát toàn diện đã đƣợc thực hiện để xác định các thông số địa Binh Thanh Le 1.0 TBM kỹ thuật cả bằng các thí nghiệm hiện trƣờng và cộng sự và trong phòng. (2019) 3.1. Địa tầng của tuyến Metro Line 3 Do sự biến đổi trong trắc dọc của hầm và các 2.2. Đề xuất công thức cho trƣờng hợp nền thông số địa kỹ thuật khác nhau, bài báo chỉ lựa đất không đồng nhất chọn mặt cắt địa chất tại ga S11 để làm ví dụ Đối với nền đất không đồng nhất, có thể áp minh họa kết quả tính (Systra. S.A, 2012). dụng công thức tuyến tính gần đúng nhƣ sau: i = Mặt cắt địa chất đƣợc thể hiện trong hình 3 . keq.zo, Mair và cộng sự (1993) đã quan sát thấy Theo đó, địa chất tuyến Metro Line 3 đƣợc chia rằng giá trị keq tăng lên cùng với chiều sâu độ thành 6 lớp: Đất lấp, GU3&4, GU1_s, GU1_s2, lún dƣới đất. GU5_a, GU5_b, và GU7&8 nhƣ sau: Đối với đất không đồng nhất, có thể sử dụng - Lớp Đất lấp là tầng địa chất lấp phía trên có công thức trọng lƣợng đƣợc đề xuất sau đây: chiều dày mỏng. (6) - Lớp GU3&4 là tổng hợp của tầng GU3 (Sét giàu - CH) và GU4 (sét dẻo – MH) có tính dẻo Trong đó: vừa đến dẻo cao. Nó chủ yếu bao gồm đất từ  là hệ số xét đến sự ảnh hƣởng của vị trí lớp hữu cơ và có thể đƣợc mô tả từ trạng thái mềm đất đến vị trí đào hầm, giá trị này có thể lấy đến cứng. bằng 0.6 - Lớp GU1_s bao gồm Sét vô cơ (CL) có độ zi là chiều dày lớp đất số i dẻo thấp và có thể đƣợc mô tả là từ trạng thái ki là tham số của lớp đất thứ i cứng đến rất cứng. Tầng này đƣợc phân chia m là số lƣợng lớp đất nằm trên chiều dày thành GU1_s_1 khi SPT N nhỏ hơn 10 (và q c 1.5D tính từ tim đƣờng hầm, trong đó D là nhỏ hơn 1MPa) và GU1_s_2 khi SPT N lớn hơn đƣờng kính của hầm (hình 2) 10 (và qc lớn hơn 1MPa). ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 59
- Lớp GU5 bao gồm Cát lẫn đất bột và tính chất của các lớp đất. Đối với địa chất ở đƣợc phân loại là đất dạng hạt. Tầng này có dự án Metro Line 3 thì có thể tham khảo theo thể đƣợc phân chia thành GU5a là Cát đất bột bảng 3. trạng thái chặt vừa (SPT N nhỏ hơn 30 và q c nhỏ hơn 10MPa) và GU5b là Cát bột từ trạng Bảng 3. Một số giá trị của tham số k. thái chặt đến rất chặt (SPT N lớn hơn 30 and qc lớn hơn 10MPa). Tên lớp đất Mô tả tính chất k - Lớp GU7&8 là sự kết hợp của tầng GU7 gồm Cát cuội sỏi và tầng GU8 là cuội sỏi. Lớp đất đắp Đất đắp 0,3 Trong tầng GU7&8, giá trị SPT N là trên 50 phân xếp lớp này là lớp có trạng thái rất chặt. GU1_s Sét pha có các lăng kính 0,5 bột hoặc sét bột GU1_d Sét pha có các lăng kính 0,5 bột hoặc sét bột GU3&4 Sét trạng thái dẻo lẫn 0,5 hƣu cơ GU5_a Cát mịn hoặc cát bột 0,25 trạng thái rời rạc đến chặt vừa GU5_b Cát mịn hoặc cát bột 0,25 trạng thái chặt GU7&8 Cát và sỏi rất chặt 0,3 ▪ Ảnh hƣởng của các lớp đất không đồng nhất đến giá trị i. Hình 3. Sơ đồ địa chất tại ga S11 - i là thông số chiều rộng ảnh hƣởng đến độ 3.2. Áp dụng tính chuyển vị bề mặt lún đƣợc tính là i=keq.zo, trong đó keq hằng số ▪ Sự ảnh hƣởng của VL đối với độ lún lớn không có đơn vị, phụ thuộc vào loại đất và zo nhất bề mặt là độ sâu của trục hầm dƣới mặt đất; i thể hiện Khối lƣợng vật liệu mất đi trong quá trình vị trí của điểm cong lún, trong đó hào có độ đào ảnh hƣởng lớn đến việc dự tính độ lún của dốc tối đa của nó; nó tách phần võng xuống nền đất. Theo các nghiên cứu của Binh Thanh khỏi phần khu vực cong uốn của đƣờng của Le và cộng sự (2019) cho tuyến Metro line 1 ở đƣờng cong. Sài Gòn thì hệ số VL có là 1%. Trong nghiên cứu này, hệ số VL đƣợc chọn là 1% tƣơng tự - Công thức (6) đƣợc sử dụng để dự tính keq nhƣ ở tuyến Metro line 1 ở Sài Gòn. tƣơng đƣơng cho các lớp đất trong dự án Metro ▪ Tham số k Line 3 cho hầm ở vị trí sâu 21m đƣợc trình bày Tham số ki đƣợc lƣa chọn nhƣ sau tùy theo ở bảng 4 và minh họa ở hình 4. 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
Khoảng cách (m) -25 -15 -5 5 15 25 0 10 m -5 11 m 12 m -10 13 m Độ lún (mm) 14 m -15 15 m 16 m -20 17 m 18 m -25 19 m 20 m 21 m -30 Hình 5. Dự tính độ lún của bề mặt với chiều sâu đặt hầm từ 10m đến 21m Hình 4. Minh họa vị trí cho hầm sâu 21m 3.3. Nhận xét Qua kết quả tính ở hình 5, ta thấy rằng độ lún lớn nhất của bề mặt đất xẩy ra ở trục đi qua tâm Bảng 4. Bảng thông số để tính giá trị keq hầm. Giá trị độ lún này tỷ lệ nghịch với chiều cho hầm ở độ sâu 21m sâu chôn hầm, tức là giá trị độ lún lớn nhất gần 28mm ứng với độ sâu chôn hầm tại 10m, giá trị Lớp đất zi ki  Ghi chú này giảm dần đến 15mm ứng với độ sâu chôn hầm là 21m. Đất đắp 1 0,3 0,4 Phạm vị ảnh hƣởng (độ lún của bề mặt) phụ Lớp đất xa hầm thuộc vào độ sâu đặt hầm, cụ thể: với độ sâu đặt GU3&4 10 0,5 0,4 hầm 10m thì phạm vị ảnh hƣởng khoảng 12m về phía 2 bên; trong khi giá trị phạm vi ảnh hƣởng GU1_s 3,5 0,5 0,6 này lên đến khoảng 25m cho hầm sâu 21m. Lớp đất gần hầm 4. KẾT LUẬN GU5_a 6,5 0,25 0,6 Bài báo trình bày công thức tính dự báo độ lún của hầm do quá trình thi công TBM và áp Đối với hầm của tuyến Metro line 3 có bán dung để dự tính độ lún cho tuyến Metro Line 3, Hà Nội. Công thức giải thích trong bài báo là kính R= 3,3m, đƣợc đào trong độ sâu tính từ đƣợc phát triển từ các nghiên cứu cho nền đất mặt đất đến tâm hầm là zo = 10 ÷ 21 (m), giá đồng nhất cho trƣờng hợp nền đất có nhiều lớp trị i đƣợc tính toán theo công thức (2). Ta có khác nhau. Ƣu điểm của công thức này cho kêt quả tính sau cho vị trí đặt hầm ở độ sâu phép dự tính rất nhanh giá trị độ lún của nền, từ tƣơng ứng với 10m đến 21m từ công thức (1) đó đƣa ra các phƣơng án xử lý gia cố nền đất bề nhƣ hình 5. mặt nếu yêu cầu. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 6. Mair, R.J., Taylor, R.N. and Bracegirdle, A., 1993, “Subsurface settlement profiles 1. Attewell, P.B. and Farmer, I.W., 1974, above tunnels in clay,” Geotechnique, Vol.43, “Ground deformations resulting from shield pp.315-320. tunneling in London clay,” Canadian 7. O’Reilly, M.P. and New, B.M., 1982, Geotechnical Journal, Vol. 11, pp.380-395. “Settlements above tunnels in the UK- their 2. Binh Thanh Le, Minoru Kuriki, Quoc magnitude and prediction,” Tunneling ’82, pp. Phan, Neil Taylor, 2020. “An empirical analysis 173-181. on measured ground surface settlement induced 8. Peck, R. B., 1969, “Deep Excavations and by TBM tunnelling in Ho Chi Minh city”. Tunneling in Soft Ground,” State of the Art Lecture Notes in Civil Engineering, vol 62. Volume, Seventh International Conference on Springer, Singapore. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 3. Clough, G.W. and Schmidt, B., 1981 pp. 225-290, Mexico City. “Excavation and Tunneling,” Soft Clay 9. Shirlaw, J.N., Ong, J.C.W., Rosser, H.B., Engineering, Chapter 8, edited by E.W. Brand Tan, C.G, Osborne, N.H. and Heslop, P.J.E. 2003. and R.P. Brenner, Elsevier. “Local settlements and sinkholes due to EPB 4. Mair, R.J., and Taylor, R.N. 1997. tunnelling”. Proc. ICE, Geotechnical Engineering “Theme lecture: Bored tunnelling in the urban I 56, October Issue GE4, pp 193–211. environment”. In Proceedings of the fourteenth 10. Systra S.A 2012. “Báo cáo thiết kế kỹ international conference on soil mechanics and thuật_ Dự án: Tuyến đƣờng sắt đô thị thí điểm foundation engineering, Balkema (pp. 2353– thành phố Hà Nội đoạn Nhổn – Ga Hà Nội_Gói 2385). thầu: Đoạn đi ngầm – tuyến và nhà ga 5. Mair, R.J., Gunn, M.J. and O’Reilly, (SYSTRA S.A – tƣ vấn thực hiện dự án)” M.P., 1983, “Ground movements around 11. Wooi Leong Tan, 2003. “Parameters and shallow tunnels in soft clay,” 10th International Considerations in Soft Ground Tunneling”. Conference on Soil Mechanics and Foundation School of Civil & Environmental Engineering Engineering, Stockholm, pp. 323-328. Nanyang Technological University, Singapore. Người phản biện: PGS.TS NGUYỄN CHÂU LÂN 62 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020