Đường tàu điện ngầm và Công trình ga: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:173

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 Tài liệu Công trình ga và đường tàu điện ngầm gồm nội dung các chương: Sự làm việc tĩnh của kết cấu ga tàu điện ngầm, các công trình kết nối ga tàu điện ngầm với mặt đất, ga mặt đất và ga nổi trên mặt đất, các giải pháp quy hoạch không gian nút chuyển tàu, kết cấu các công trình trên nút chuyển tàu,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đường tàu điện ngầm và Công trình ga: Phần 2

Chương 6 SỤ LÀM VIỆC TĨNH CỦA KẾT CÂU (ỈA TÀU ĐIỆN NGÂM 6.1. LỰA CHỌN VÀ LUẬN c ứ s ơ Đ ổ TÍNH Bài toán chính tính toán tĩnh học kết cấu ga m êtrô n g ầ m là đ á n h giá khá n ă n s chịu lực của chúng. Tính toán kết cấu đường n gầm theo trạng thái giới hạn nằm trong cơ sớ đ án h giá đó. Đ ể làm điều đó, cần xác định trạng thái ứng suất - biến dạng kếl cấu (H, IC), nghĩa là tính giá trị nội lực và biến dạng trong vỏ hầm . Sừ d ụ n g giá trị nội lực đó đ án h giá độ bền mặt cắt chịu ứng suất lớn nhất ciia vỏ hầm , còn trong nhiều Irường hợp cả độ ốn định về hình dạng kết cấu. Đ ộ phức tạp tính toán công trình ga dòi hói phải có n hững giả Ihict các loại khác nhau để lý tưởng hoá cả kết cấu vỏ hầm lẫn nền đất. Sử d ụ n g các phương pháp lính toán đã biết để trực tiếp phân tích kết cấu ng ẩm thực tế là k h ô n g thể được. Vì \'ậy các phươiig pháp tính toán, theo n guyên tắc, được sử dụng không phải c h o c h ín h bản thân hệ thực m à c h o m ô hình toán học của chúng. M ô hình loán học đơn giản nhất là sơ đồ tính toán ga. Lựa chọn và luận cứ sơ đồ tính - giai đoạn tính toán đ ầ u tiên q u a n trọng nhất. Sơ đồ tính toán kếl cấu ga cán được lựa c h ọ n sao c h o c h ú n g phù hợp ớ mức đ ộ cao nhất với điều kiện làm việc tĩnh thực tế của \ ỏ hầm , phán ánh được đặc tính của kết cấu. vật liệu vỏ, các điều kiện địa chất còng trình c ũ ng như phương p háp thi cõniz. Khi lựa chọn sơ dồ tính toán tất yếu phải có những giả tiiiết nhất định. Đ ộ đ ú n g đắn và độ chính xác của kết quả tính toán phụ thuộc vào các giả ihiết. có bao nhiêu luận cứ dược chấp nhận và mức độ phù hợp của chúng với điều kiện làm việc thực của kêt câu tza. Nhữiig giả thiết được ch ấp nhận cần đám bảo dự trữ độ bổn của vỏ hầm . Bài toán phẳng được đưa vào cơ sở xâv dựng sơ đồ tính toán kết cấu đườna im ấm ga nằm trong m ói trường đất đồng nhất. N hững ng uy ên tắc đặt ra n h ư \'ậy là hợp lý \'ì cliiéu dài dường ng ầm thông thường lớn hơn kích thước mật cắt ng an g của nó rấl nhieu. Tính toán hệ pháng được tiến hành theo kích thước dọc trục ga, bằng Im đối \ ới kct cáu từ BTCT loàn khối hoặc bằng chiều rộng khối hoặc tấm m ái đôi với kêl cấu lắp ghép. Tải trọng tính toán cần được quy về chiều rộng của hệ phảng đó. H ướng đi như vậy đơn gián hoá sơ đồ tính toán và hoàn toàn có cơ sớ đối với kết cấu m ột nhịp, cụ thế, đôi với vòm m ột nh ịp c ũ n g như đối với đ oạn đặc c ủ a ga trụ cầu. Đ ê thành lập s ơ đ ồ tính toán aa CỘI và trụ cấu có sự tiếp nối của cột hoặc trụ và lối đi giữa c hú ng , người la tách m ột đ(ín n gu yên định hình có chiéu dài bằng khoảng c ách giữa trục cột và trụ cáu hoặc lối di lĩiữa chúng. Các đặc tính hình học Ihiết diện các cấu kiện nối tiếp n h au của đơn nguycn định hình cần được quy về chiều rộng của hệ phảng để tính toán. 188
Các phương p h á p tính toán hicn dai kết cấu ga m étrô cho phép c h u y ển từ sơ đồ tính toán phắng sang sơ đ ồ k h ò n s eiun. trong đó người ta xét đến sự làm việc các cấu kiện của đơn nguy ên định hình cả trong phưoìig ngang lẫn trong phương dọc. Mức độ khó khăn irong tính toán như Nậy tăng Icn rất nhiều. V'i \'ậy trong giới hạn chương trình tài liệu này, dể đánh giá sơ bộ H, IC kết cấu 2 Ìứi liạn tính loán trong điểu kiện bài toán phẳng là đủ. Sự đặc biệt của tính toán kết cấu niỉđm, thi công bằng phương pháp kín nằm ở độ phức tạp trons \ iệc xác định lài trọng lên \'ỏ hầm. Điều đó được giải thích rằng, một trong những tái trọng cơ bản, áp lực mỏ, được xác định bằng các thông số của cả bản thân kết cấu lẫn khối đất xung q uanh chúng. Khi tính toán vỏ ga. thi cõng vé nguyên tắc theo từng phần, bài toán phức tạp hoá lên do phai tính đến quá trình thi công kết cấu theo giai đoạn và sự ảnh hưởng cúa phần kết cấu này lén phần khác trong quá trình xây dựng ga. Tinh hình nêu trên yêu cầu luận cứ sơ dồ tính toán, xác định đặc điểm tác động tương hỗ khả dĩ của vỏ h ầm với khối đất trong điều kiện xây dựng cụ thể. Đ ể làm điều đó cần imhiên cứu điểu kiện địa chất cỏrm trình khu vực xây dựng, xác định tính đặc biệt của giải pháp kết cấu vỏ hầm . phàn lích dặc diêm công nghệ tnở hầm ga và ihi công vỏ hầm. Bằng kết q u ả ph ân tích như \'ậy cán có kết luận \ c mức độ ảnh hưởng của kết cấu vỏ hầm và phương p h á p thi cón» nó lèn dac đièm hình thành tải trọng trong các điều kiện xâv dựng đã cho. L uận cứ giái pháp nàv hoặc giải pháp khác cần dựa trên những giả thiết sau đâv. I. K ết cấu vỏ h ầ m và công ĩighệ thi eòng chúng dcUì dến c h u y ển vị chu tuyến, gây nên sự phá hoại đất lân cận hẩm đào trưcrc khi hoàn thành việc xây d ựng vỏ c ố định. Trong trường hợp đó, lải trọng lên kết cấu sẽ hình thành không phu thuộc vào độ cứng của nó, n ghĩa là độ cứng vỏ h ầm thực lế không anh hưởng đốn đậc điếm hình thành tải trọng. Lúc đó giá trị tải trọng lên kết cấu \ ó hầm sẽ được xác dịnh bằng trọng lượng đất trong khối lớ tạo nên tro n g hầm đào khỏim (lirực gia c ố hoặc trong trường hợp cực hạn, bằng trọng lượng cột đất trôn đường ngầm. Trong đó, tái trọng lên vỏ hầm sẽ phụ thuộc chủ vếu \ ’ào nhịp h ầ m đào cũng như kích thước vùng sụt lở khả d ĩ của đất. C h ế độ làm việc của vỏ hầm như \ ậy gọi là chê độ tái trọng ch o trước. Sự làm việc của kết câu ga tro n g chẽ dộ tải trọim cho trước đặc trưng khi b ố trí ga trong đất yếu ít dính, nơi th ậm c h í c h u v ên vị râì nhỏ của chu tuvến hầm đào cũ ng dẫn đến phá hoại đất. Các kết cấu thi c ô n g theo từng phần với việc gia cường nhiều lần các chi tiết hầm đào cũng làm việc tro ng c h ế độ như vậv. Thực tế đ ồ n a nghĩa với các điều kiện làm việc trong c h ế độ tải trọníí cho Irước của kết cấu s a m êtrò thi c ô n g theo phương pháp lộ thicn khi liến hành u á p đất trở lại lên kết cấu. Cần lưu V rằ n s trong trường họp kết cấu đặt MÔns, các tải trọ n g n ằ m trên bề mặt. cụ Ihé, từ các c ỏ n s trình và các phương tiện giao ihôim được coi là các tái irọne cho trước. I I . Điều kiện làm việc tĩnh cúa kcl cấu \'C naưvèn tắc thay đổi nếu cho rằng trong quá trình xây dựng tic'p xúc \ ’ỏ hầm \ớ i dìu đirợc dảm báo nhanh và chặt n gay th eo sau m ở 189
hầm, biến d ạng tự do của chu tuyến k hô ng lớn và đối với đất đ a n ạ xét k h ỏ n s làm phá hoại đất trên chu tuyến hầm đào. T rong Irường hợp đó, vỏ hầm làm \ iệc đồiiíỉ ihời \'ới khối đất, thời gian lắp đặt vỏ hầm và độ cứng củ a nó ả n h hướng rất nhiều lên giá trị tái trọng đã xác định. Trong các điều kiện cho trước, vó hầm làm việc trong c ììế d ộ biên dạng ảnh hưởng tương hỗ với đất. G iả thiết như vậy sẽ hợp lý, ví dụ, khi tính toán vỏ h ầ m lừ bè tỏ n g phun ihi có ng trong vùng lân cận trực tiếp gương hầm có k h o ả n g cách k h ô n g lớn \ ’ề thời eian 2 Ìữa m ớ hầin và gia cường nó. Giả thiết đó họp Iv cả khi lính toán \'ỏ lắp g hép ép \ à o đất hoặc \ â y dựng dưới phần m ái đua bêtỏng vượt trước. T ron g n h ữ ng trường hợp đó, kết cấu \’ò tiầni và khối đất cần xét như m ột hệ Ihống nhất. Như vậy tiến tới xây dựng sơ đồ tính toán ga, cần lựa chọn m ỏ hình tác đ ộ n e tương hỗ của kết cấu với khối đất xung quanh: hoặc cho rằng kết cấu được chái tái bằim áp lực từ các khối sụt lở khả dĩ được tạo nên trong hầm đ ào k h ô n g gia cỏ' hoặc sự chất lái đó - kết quá tác độ n g tương hỗ của lực hệ “vỏ hầm - khối đ ấ t” . Ta xét các n gu yên tắc xây dựng sơ đồ tính toán ga tương ứng với các ché đ ộ làm việc khác nhau của kết cấu ga. • K h i tín h to á n kết cấu g a làm việc Irong c liể c íộ tà i irọnịị ch o trước, người ta cho rằng vỏ hầm chịu tác động của các tải trọng chủ động; Tái đứng q và lái ngan g p. N hững tải trọng đó được xác định như trọng lượng đất trong khố i lở khả dĩ từ vòm và thànli hầm đào hoặc như trọng lượng loàn bộ cột đất trẽn đư ờ n g n g ầm . Dưới lác đ ộ n c của lái trọng chủ động vó hầm bị biến dạng \'à, Irong phần chu tuyến, nơi nhữiiíỉ biên d ạng dó hướng về phía đất, vỏ hầin tham gia vào sự tác đ ộ n g lực tương hỗ cùng ch úng. N ếu đâì đủ bổn và có tính chất đàn hồi thì ch ún g hạn c h ế biến d ạ n g vỏ hầm do áp lực chú đ ộ n g sây ncn. Trong trường hợp đó, vỏ hầm cần được xét như kết c ấu trong m ôi trường đàn liồi \'à được tính toán k h ôn g những với tải trọng chủ đ ộ n g đứ ng và n g a n g cho trước mà còn phải xét đến tác độn g tương hỗ của nó với đất. T ro n g sơ đ ồ tính to án lực tác độ ng lương hỗ có the là các lực kháng đàn hồi của đất R „ (hình 6 .1). M M ( M M M p ỉỉin h 6.1: Sơ dó tíỉỉỉi ỉoán \'o ềìám ỉùm việc Ỉroỉỉi^ c h ế độ íãi ỉrọtìi^ cho ĩrước. 190
Xác đ ịn h giá trị lực k h á n g dan hổi dược khuyến nghị tiến hành trên c ơ sở lý thuyết biến dạng cục bộ củ a V inkle, xuất phái từ điều kiện tỷ lệ tuy ến tính giữa ứng suất và biến d ạn g U: R„ = K,U (6.1) t r o n g đ ó : K - h ệ s ố k h á n g đ à n h ổ i c ù a đất. G iá trị hệ số k h á n g đàn hồi cua dál được xác định thông thường bằng thí nghiệm bàn n én trong điều kiện cô n g trường. Đẽ tính loán sơ bộ, có thể xác định giá trị K q ua bảng hệ số k h á n g đàn hổi đơn vị K() ihco quan liệ sau: K = ^ ( 6 .2 ) B trong đó: - nhip hđm đào. Đ ối \'ó'i \ ’ò hầm d ạ n g tròn nằm ironu mỏi trường đàn hồi giá trị K có thể được xác định bằng phương p h á p lý thuyêì: K ^ (6.3) 1^ ( 1 + v) trong đó: E(, - mòđun biến dạng ciui dãì \' - hệ số biến dạng ngang cúa dãi R - bán kính bên ngoài của vó h;ini. T ính toán tĩnh học theo sơ dồ línli toán clã xél (xem hình 6.1) dẫn đến việc sử dụng các phương pháp cơ học kết cấu, cụ thế, phươim pháp lực hoặc phương pháp ch u yển vị. Ph ổ biến nhất là sơ đ ồ tính toán xây dựníỉ tương ứng với những giả thiết cơ sở của phương p h á p do viện thiết k ế đường tàu diện ngầm (M elrog ipro tran x) đề xuất. Trong các sơ đổ n h ư vậy, kết cấu vỏ h ầm được cho Irong d ạn g hệ thanh phẳng nầm trong môi trường đ àn hổi. T ro n g kết qu ả lính toán xác định được phản lực của lực khán g đàn hồi đất và nội lực trong các m ạt cắt kết câu (rnỏinen uốn, lực pháp tu y ế n và lực ngang) cũng như ch u y ển vị của các cấu kiện vỏ hầm. • K h i tín h to á n vỏ h ầ m làm việc irong cỉiế độ biến dạng ảnh hưởng tương hỗ với khối đất, c ần xét kết cấu vỏ h ầ m và khối đãì xung qu an h nó như 1 hệ th ố ng nhất. Đ ể làm điểu đó, trước tiên, c ần c h o trước mô hình cơ địa của đất phù hợp nhất cả với các điều kiện địa chất công trình lẫn với các đặc đicm kêì cấu - c ô ng nghệ của công trình ngầm . T rên cơ sờ m ô hình c ơ địa thành lập sơ đồ tính toán của bài toán. K hối đất được coi như m ôi trường liên tục h o ặ c rời rạc có lỗ rỗim tươna ứng với ch u tuyến h ầm đào và được gia cường từ phía trong bằng kết cấu mô hìiili lioá vỏ hầm (hình 6.2). K ích thước vùng khối đất tách ra được lựa c h ọ n sao cho phú kín \'ùnu ánh hướng hầm đào của ga lên trạng thái ứng suất khối đất. Tliông thường khoáng cách lừ tâm hầm đào đến chu tuyến ngoài của khối đất được d ự k iến ít nhất 5R, trong dó R - nửa nhịp hầm đào. T rên sơ đồ tính toán 191
cũ n g cần tái tạo lại trạng thái ứng suất yH ban đầu c ủ a k h ố i đất và điều kiện biên H H H i HH I trên chu tu y ến vỏ h ầ m và khối đất. K hi cần thiết, tron g sơ đồ tính toán có thể xét sự làm việc c ủ a kết cấu và các cấu k iệ n riêng rẽ củ a nó k h ô n g những trong Z- giai đ o ạ n khai thác c u ối m à còn trên từng giai đ o ạn thi cô n g nó. Các phương p h á p tính toán theo sơ đồ n h ư vậy (h ình 6 .2 ) được dựa trên các n g u y ê n tắc cơ họ c m ô i trường liên tục. T ro n g kết q u ả tính toán hệ “vỏ hầm - khối đ ấ t” , người ta x ác định ứng suất và c h u y ê n vị ở đ iể m bất kỳ củ a hệ đang xét, H ình 6.2: Sơ đ ồ tính toán vó lìẩin iủni việc trong đó cả ứng suất tại vị trí tiếp xúc vỏ trong c liế d ộ bicìì dạng ảnh luỉởng tươiiị' lìổ. h ầm với đất (tải trọ n g lên vỏ hầm ). Đ iể m q u a n Irọng khi luận cứ sơ đồ tính toán vỏ ga là xác đ ịn h độ cứng liên kết các cấu kiện riêng rẽ củ a kết cấu lắp ghép. Các cấu kiện vỏ hầm từ vì tubin gang có liên kốt k éo k h ô n g đổi tron g các m ôi nối và được thi cồng với liên kết các mối nối dọc, khi ihành lập sơ đồ tính to án c ó thể coi n h ư kết cấu liền khối, trục c ủ a c h ú n g giữ nguvcMi hình d á n g m ề m mại k h ô n g bị gãy dưới tác d ụ n g của lải trọng. T ro n g tính toán gần đún g k.n đ ầu tiên, có thể x e m xét các cấu kiện vỏ hầm BTCT lắp g h é p với các liên kẽì kéo trong m ối nối khi tồn tại liên kết m ối nối dọc n h ư kêì cấu liền khối. T ro n g đó, tính biến dạng lớn củ a vỏ h ầ m B TC T lắp g h ép được xét đ ế n bằng cách giảm m ô đ u n biến d ạng tính toán c ủ a vật liệu vỏ h ầ m Epi Ep = a .E „ trong đó: - môđun biến dạng của bêtông a - hệ sô' chiết giảm, 0,5 < a < 1 C ác cấu k iện vỏ h ầ m BTCT lắp ghép từ các khối liên tục và có sườn theo ng uy ên tắc, k h ô n g có liên kết kéo thường xu y ên theo m ối nối dọc. K hi làm việc dưới tải trọno các m ố i nối có thể bị m ở ra từ phía trorlg và phía ngoài dẫn đ ến các vết gãy trục vỏ tại vị Irí m ố i nối. V ì vậy, tính toán tĩnh học vỏ B TC T lắp g hép cần liến h ành có tính đến kết cấu và vị trí m ố i nối, tro ng bước gần đú n g đầu tiên có thể xem n h ư khớp. Do tấm đệm - khoá c ó ch iều dài k h ô n g lớn nên được x em n h ư 1 khớp. C ách lập luận n h ư vậv là có căn cứ nhất đối với sơ đ ồ tín h toán các cấu kiện vỏ hầm có các m ối nối lồi - lõm hình trụ. Khi tính toán vỏ B T C T có m ố i nối p h ẳng và đặc biệt c ó các liên kết kéo trong m ối nối. sơ dồ tính toán kết cấu c ần được ch ín h xác hó a bằng c ách xét đến các m ô m c n mối nối xác đ ịn h dựa vào kết c ấu m ố i nối (xem m ục 6 .6 ). 192
Dựa vào kết cấu ga, các nút lici) kci c:iu kicn Iròn ciìa \ ’o hầm , xà gồ và cột cũ n g có thế dược xem hoặc như liên kết cúìiU - kỉii t(in lai các liẽii kết tương ứng hoặc như liên kết khớp khi các cấu kiện tựa tự do. Xếu các nút kết cấu k h ô n g đủ co sơ dua \ c dan« cứny hoạc k hớ p thì trong sơ đồ tính loáii lựa ch ọn liên kết n a h iê n s \ è dư irũ do Ivii. Khi lựa chọn sơ đồ tính toán cán phaii tiVh sư làin \ ÌL'C của kết cấu và các cấu kiện ricng rẽ cùa nó khỏng n h ữ n a Ironi: íiiai doaii kỉiai ihác nià còn trong q u á trình thi công, ' ĩ r o n ự q u á I r l n h t h i c ô n í ỉ v ỏ h á m g a ilìCv! i ỉ a \ v i i U N ổ n . c á c c ấ u k i ệ n r i ê n g rõ c ủ a k ế t c ấ u có ilié làm việc Irong điểu kiện bai loi hon so \ ói khi đã xàv dựng xong. L à m việc trong nhữiiii điêu kiẹn như \'ậ>' thưừnu là; \ o diiLíiiii imáin bcn sườn của ga trụ cầu khi m ở hám cian giữa. \'ó hầm bên su:ò'n cua ua coi klii inơ iiian 2 !Ũ'a, vỏ hầin ga một vòm trong dal ycLi Irước khi tlii còng \'òni ní:ưoc. Phan tícii sư làm \ i ẽ c c ú a kẽt cáu tioiiL’ i|ua Innh x ã \ tlựng c h ú n g là c ầ n tliiết đ ế lựa chọn kịp thò’i các biện ph áp imãn niiừa ho;ic tiiam bicn dạim của tÙTia càu kiện nằm troníi d iẽ u kiẹn làm việc bất lợi. Các hicn phap do là bố trí c ác thanh g iã n g , cột, x à g ồ . khuna. vách ntiăn tạin ihời. Trong phẩn ỈỚII các irường họp. nguuì la thọ iì so đổ iàin S’iệc phù hợp với giai đoạn khai thác cuối cìine làm sơ đồ tínli toán co ha:i cua kcl càu ua. ().2. rÍNIl ro ÁN KẾT CẤU (ỈA \ \ v DỊ N
T ín h toán theo tổ h ọ p cơ bản có ý n g h ĩa thực tế nhất và q u a n trọ ng nhất Irong đó đạc biệt là tải trọ ng thườ ng x uyên. T ín h toán kết cấu theo các tổ hợp tải trọng khác chi tiến h ành đ ể k iể m tra. B ả n g 6.1 Các hệ số độ tin cậy Dạng lải trọng theo tải trọng - Tải trọng từ toù. bộ khối đất trên đường ngầm: Trong nền tự nhiên 1,1 Đất đắp 1,15 - Tải đứng lừ áp lực mỏ khi tạo vòm cho đất: Đá 1,6 Cát 1,5 Cát và đâì hòn lớn 1,4 - Tải đứng từ áp lực đất khi sụt iớ 1,8 - Tải ngang từ áp lực đất 1.2 (0,7) - Áp lực thuỷ tĩnh 1,1 (0,9) - Trọng lượng bản thân kết cấu: Bêtông cố thép lắp ghép I.l (0,9) Bêlông đổ tại chỗ 1,2 (0 ,8 ) Kim loại 1,05 Các lớp cách ly, làm phảng, hoàn thiện 1,3 Ghi chú: Giá trị hệ số độ tin cậy theo tài trọng cho trong ngoặc chọn trong Irường hợp, khi giảm tải trọng dẫn đến sự gia tải bất lợi hơn cho vỏ hầm. K hi lính toán kết c ấu ga xây d ự ng bằng p h ư ơ n g p h á p kín trên tuyến dặt sâu cẩn xét đ ến tác đ ộ n g lực k h ô n g đổi sau: Tải trọng từ áp lực mỏ, áp lực thuỷ tĩnh, Irọng lượng bản thân k ết cấu. • T ả i trọng t ừ á p lực m ỏ là yếu tố lực ch ín h bên ngoài. K hi lính toán kc't cấu làm việc tron g ch ê đ ộ tải trọng ch o trước, giá trị tái trọng từ áp lực m ỏ được xác định Iihư trọ n g lượng đất trong thể tích vù ng phá hoại khả dĩ ở lân cận hầm đào không gia cố. phụ th u ộ c nhiều vào k h ả năng chịu tải của lớp đất n ằ m trên. T ro n g đó áp lực m ỏ được coi là tải đ ứ n g bên ngoài q và lải ng an g p lên kết cấu vỏ. N hững tải trọ n g đó. phụ thuộc vào dộ sâu đặt đườ ng n g ầ m \ à lính chất đất x u n g q u an h, được xác đ ịn h theo inột trong n hững lý th u y ế t sau đây: T h e o lý th uy ết tạo vòm ; lừ irọng lượng đất troniĩ khối sụl lở từ vòrn và tư ờ n a hầm đào; từ trọ n g lượna toàn bộ khối đất trên đường rmầm. Cườntì độ áp lực m ỏ lên vỏ liầm củ a 2 ỉioặc 3 đưcmg n g ầ m sonsz s o n s được xác dịnh dựa vào k h o ả n g c ách giữa chúim hoặc n h ư đối \'ới đường níỉấm dơ n lioặc có xét đ è n sự tạo th à n h vòm sụt lở ch u n g trên các đườnu n a ầm . 194
• T ái t r ọ n g t ừ á p lực t h u ỷ t ĩ n h lên kết cấu được liệt vào tải trọ n g thường xu yên (khỏnu đổi), mặc dù c h ú n g có thể thay đổi từ 0 đ ế n giá trị m ax , tro n g các thời kỳ tồn tại khác nhau của ga. V í dụ, trong thời kỳ xây dựng, khi vỏ h ầm chưa được làm kín hoặc chưa làni xong, áp lực th u ỷ tĩnh lên kết cấu thực tế k h ô n g tồn tại. Sau khi cách nước hoàn toàn c h o vò ga, áp lực thuỷ tĩnh đạt đ ế n giá trị m ax. T ro ng đó. dõi với các cấu kiện vỏ ga hìn h tròn, xét đ ế n á p lực thu ỷ tĩnh, nói c h u n g làm tãng điều kiên làm việc tĩnh học của c h ú n g do nó tạo nên lực p h á p tu y ế n k h á lớn với độ lệch tâm nhỏ irong các m ặt cắt vỏ hầm . Vì vậy khi bố trí ga tro ng đất chứ a nước, c ần tính toán kẽt cấu cả theo áp lực th uỷ tĩnh lớn nhất lẫn th eo áp lực th uỷ tĩnh n h ỏ nhất. T rường hợp sau thực lế có ng h ĩa là k h ô n o có áp lực thuỷ tĩnh. Tai trọng do áp lực th u ỷ tĩnh tác d ụ n g theo phương p h á p tu y ế n với m ặt ngoài vỏ. Cường dộ cúa nó phụ Ihuộc vào k h o ả n e c ác h các điể m chu tu yến vỏ h ầ m tới cao đ ộ mực nuức Iiííầin. Khi lính loán theo áp lực th uỷ tĩnh, áp lực m ỏ c ần xác đ ịn h c ó xét đ ế n trọng lượng đất iRMig trạng thái đẩv nổi. Trong lượnq thể tích củ a đất có xét đến lính đẩy nổi tro ng nước: Yivh = Y - T ^ = T-'“ ( y v - Y b ) (6-4) 1+ £ 1 4- e ' Irong dó: - trọng lượng thê lích cúa dất ở trạng ihái khô ; 7^.- trọns lượng riêng cùa đất ở trạng thái khô; - trọng lượng riẽng của nước; c - hệ số đỏ rỗng của đất. T rọ n a lượng bản thân vỏ h ầ m so với tải trọng từ á p lực m ỏ thườ ng k h ô n g lớn. Khi tính toán vó h ầm ga theo tố hợp tải trọng cơ bản tron g giai đ o ạ n khai thác, tải trọng bán thàn được tính toán nếu nó c h iếm ít nhất 5% tải trọn g th ẳ n g đứng từ áp lực niỏ. Tái trọng bản thân dược COI là phân b ố đều th eo nhịp hầm đ à o và được c ộ n g với tải trọng tính toán từ áp lực m ỏ thẳng đứng. T ro ng q u á trình thi cô n g vỏ ga, khi vẫn chưa dám báo sự làm việc đ ổ n g thời của các cấu kiện kết cấu và đất, tải trọng bản thân và Irọng lượns thiết bị có thc gày nên nội lực và biến d ạ n g lớn. Vì vậy, tải trọ ng bản thân c in dược xét dến khi tính to án kết câu ga ở giai đ oạn lắp ráp. T ái trọng từ thành phần ch u v ển đ ộ n g k h ôn g tính đến khi tính toán kết cấu ga chôn sáu \'ì tái trọng này k h ô n g lớn và p h ân bô' trên bề m ặt lớn củ a vò h ẩ m và lớp đất phía dưỏi nhừ cấu tạo nền đường b êtôn g cứng, 195
6.2.2. C á c sơ đ ồ Íín h to á n g a loại t r ụ c ầ u V ỏ ga loại trụ cầu là m ột kết cấu k h ô n s gian phức tạp cấu tạo từ 3 đ ư ờ n e n g ầm rièno biệt, liên kết với nhau bằng vỏ hầm cùa các lối đi. K hi tính toán 2 a theo tải trọno clio trước, trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu có thể được xác định n h ờ 4 so' đồ lính toán phảng đơn giản hoá. Sơ đổ thứ 1 phản ánh sự làm việc của đoạn đặc oa. sơ dồ ihứ 2 - đoạn có lỗ cửa trong mặl cắt theo lối đi, sơ đồ thứ 3 - các lanh tỏ lối đi, sơ đổ tliứ 4 - khu vực lỗ cửa rà ga trong mặt cắt theo trụ. H ướng đi n hư vậy hoàn toàn có luận cứ khi tính toán kết cấu ga từ BTCT lap ghép do khô ng có liên kết kết cấu giữa các vùng lân cận. Với các giả thiết nhất định, sơ đồ tính toán phẳng có thể được sử dụng cả cho tính vỏ ga từ vì tubin gaiiR. Ta xét các sơ đồ tính theo liình tự, tronơ đó cẩn phái tiến hành tính toán. 1'rone phấn đặc của ga, sự làm việc của vỏ hầm được xác định rõ nhất, ở đâv, đường ngáin bén dưọc chia ra bằng khối đất lớn đạt lới lOm và lớn hơn và vỏ hầm của các đưÒDíĩ naầni dó làm việc k hô n g phụ thuộc vào nhau. Vì vậy Irong sơ dồ tính toán \'ỏ hầm Irèn đoạn đó cua ga người ta chọn sơ đổ đường ngầm đơn dạng tròn. Xây dựng sơ đồ tính toán được tién hành lương ứng với các giả thiết cơ bản của phương pháp M etro gipro tran x. noliĩa là \ ỏ hầm được coi là hệ thanh phảng độ cứng thay đổi nằm trong môi trư ờ n s dùn liổi (hình 6.3). Trong phần lỗ cửa của ga, các vòng vỏ Irong niặt cắl llico lối đi được tính toán với giả thiết sự làm việc kh ô n g phụ thuộc của các vòng lỗ cửa. Các ví dụ trên hình 6.4 và 6.7 trình bày các sơ đồ tính toán phảng của kết cấu ga có vỏ lắp ghép dạng tròn với chiều rộng vòng b, (xem hình 5.20). Trong m ặt cắt theo lối đi vỏ đường ng ầm bên h ở (hình 6 .4 ) . Hình 6.3: Sơ clồ tính ìoán doạiì đặc cúa qa loại trụ ::áii. ■ e- H ĩ í ĩ ! TI Ti T!.f! CÍD 1 ứ ỉ I T Ĩ ! - ĩ Ì T TT l T n1 I Í'I I 11 1i I I n 1 f'i 1 1 1 1 1 H i ỉ ĩ h 6 . 4 : S i n ỉ ồ Ỉiiiỉi ĨCÚIÌ g a l o ạ i ỉ r ụ Cííii i r o ì ì g m ặ t c á ĩ l ỉ ỉ c o l o i J ỉ . 196
T ự a \'ỏ đường ngầm lẽn lanh tó Irong sư đồ tính toán C(5 thê được c h ọ n là khớp do có độ đ à n hồi nào đó của liên kết các cấu kiẹn lanh tô. Kết quá tính toán xác định được phản lực gối tựa V và H. Trong vỏ đưòng ngầrn giữa, người ta chỉ túứi toán vòm trên vì vòm ngược (không cho trên hình 6.4) làm việc trong điều kiện thuận lợi hơn và các thông số của nó lây theo cấu tạo. Sau đó người ta tiến hành tính toán lanh tô. Sơ đồ lính toán lanh tô phụ thuộc vào kết c ấu cùa nó. V í dụ, lanh tò nêm (xem hình 5.195) có thể được coi là cun g vòm m ặt cắt thay đổi, liên kết cứng 2 đầu (hình 6.5). Sơ đồ tính toán lanh tô dầm từ BTCT toàn khối (xem hình 5.24) có thể lựa chọn theo dạng dầm liên lục tựa trên các trụ hoặc dầm một n h ịp ngàm 2 đầu (hình 6 .6 ). Tải trọng phản lực thảng đứng V và lực đạp H được truyền từ vòm lên lanh tô, giá trị ciia chún« được xác định ở bước tính toán trước đó trong các phần trụ vòm giữa và đường ngầm bẽn hông (hình 6.4). Khi tính toán nội lực V và H th u ậ n lợi nhất là thav bằng hệ đồng nhất 2 lực - lực pháp tuyến N và lực cắt Q. Trong đó, đ ế đưn giản hoá sơ đồ tính toán phána, các lanh tò có thê’ được giới hạn bằng cách xét d ến vếu tò lực chính, chuvổn từ vòm lên lanh tô - phân bố theo chiều rộng từng vòng vỏ c ủ a lực N /b (xem hình 6.5 và 6 .6 ). Nhìn A —— — N/b ỉ t ỉinĩTiTHTni1ĩmi"]f i Nhìn A H ình 6.5: Sơ dồ tíiìh toáìi Ilinh 6.6: Sơ đồ tính toán liiiih tỏ lìéni cùa ÍỊCI loại trụ cấu líUìh !õ dầm liẽit lục của ga trụ cấn. K ết quả tính toán nhận được nội lực M |, N |. Q |, và M i, N-,, Q 2 c h uy ền từ chân lanh tô lèn vỏ trụ cầu. T ính toán vỏ phần lỗ cửa của ga tiorm mặt cắt theo trụ là giai đo ạn tính toán cuối của ua loại trụ cầu. Sơ đ ồ tính to án trong mặt cãt đó là 3 vòng độ cứng thay đổi làm việc khô n g phụ thuộc Iihau (hình 6.7). Các phần tiếp giáp vòng tạo nên từ các VI tubin tăng cường biểu diễn bằng các đường nét đậm hơn. Cần lưu ý rằng hộ số k h á n s đàn hồi trong giới hạn trụ Kj cần tăng lên có xét đến sự nhồi đầv trụ bằnơ bctông. 197
T rong các nú t trên ch u tu y ến tương ứng các vị trí liên kết lanh tò với vỏ trụ cầu được đặt các lực M | , N |, Q j và M 2, N 2, Q 2 tru y ề n từ c h ân lanh tô lên vỏ trụ. Sự chuyền lực lừ lanh tô lên vỏ trụ x ả y ra k h ô n g đ ồ n g đều, tro ng đó các vò ng k h u n g lỗ cửa lanh tô trực tiếp tựa lên c hịu tải trọ n g lớn hofn. V ì vậy việc k iể m tra đ ộ bền vòn g k h u n g theo nội lực xác đ ịn h từ tính to án các vòn g bên tron g trụ (x em h ìn h 6.7) cần tiến h àn h có xét đến hệ số độ tin c ậ y K„. K iế n ng hị lấy Kn = 1,5. ' n T i n m i H t u i » ‘u j ) i H t j i r T T T n H ìn h 6.7: Sơ đ ồ tính toán ga loại trụ cáu írong mặt cắt qua trụ. 6.2.3. Các sơ đổ tính toán ga loại cột K hi tính to án ga loại cột cũ n g n h ư khi tính toán ga loại trụ cầu, người ta sử dụng sơ đ ồ tính to án phẳng. Đ ể th àn h lập sơ đồ tính toán ph ẳng cho ga cột có các cột liên tiếp nhau và các lôi di giữa c h ú n g , người ta tá ch theo đơn ng u y ê n đ ịn h h ìn h d ài /, bao g ồ m trong đ ó cột, 2 nửa nhịp, các d ầ m d ọ c (x à gồ) th eo 2 phía của cột. T rạn g thái ứng suất - biến d ạn g của kết cấu với đ ộ c h ín h x á c đủ d ù n g có thể m iêu tả n h ờ 2 sơ đ ồ tính toán phẳng, phản ánh sự làm việc c ủ a ga tro n g m ặ t cắt q u a cột và sự làm việc c ủ a d ầ m d ọc hoặc lanh tô nêm. Để giải bài toán phẳng, các đặc tứứi hình học của thiết diện cột cần được quy đổi sang chiều rộng của cấu kiện phẳng b tách ra theo chiều dọc trục ga. Diện tích thiết diện cột F,^p và m ô m en quán tứih Jnp của nó quy đổi vể bài toán phẳng được xác định bằng cách nhàn các đặc tứứi tương ứng của cột với hệ số chuyển đổi bằng tỷ số b//. Khi tính toán ga lừ BTCr toàn khối, thuận lợi nhất là tách phân tố phảng rộng b = I m dọc theo trục ga. Khi tính toán ga từ BTCT lắp ghép, giá trị b tốt nhất lấy bằng chiều rộng vòng vỏ. Đ ể làm ví dụ tín h toán, ta xét kết cấu ga cộ t từ g a n g lắp ghép, vỏ đưòfng ngầm tiếp g iáp c ủ a nó được tựa lên lanh lô n ê m g h ép đôi (x e m h ìn h 5.29). Sơ đ ồ tính toán cho trên hìn h 6 .8 a (có m á n g p h ẳ n g ) và trên hìn h 6 .8b (có vò m ngược) sẽ phù h ợ p với kết cấu như vậy. Các sơ đồ tính toán được th àn h lập trên cơ sở các giả thiết của phương pháp M etro g ip ro tra n x , vỏ h ầ m ga cột được coi n h ư kết cấu th an h nhiều liên kết trong môi trường đ à n hồi. 198
a) TTTTTTTItlỶI 1 1♦ 1111 111♦ 11 ĩ ii n h 6.8: Sơ đồ tỉnh íoân ga loại cộĩ a. có máng phảng; b. có vòm ngược. Khi \'òm tựa khớp lên cột. cần xét đến k h ớ p cấu tạo trong các nút liên kết. K hi tính toán ga cột BTCT lắp ghép, trong sơ đồ tính toán c ũ n g cần tính đ ến các khớp cấu tạo tại vị tn' liẽn kết các khối bên cạnh của vỏ hầm. Các sơ đồ tính toán ph áng nêu Irên k h ô n g xét đ ến sự làm việc của các cấu kiện dọc - các dầm dọc hoặc thay chơ c h ú n g là các lanh tô nêm . Vì vậy tính toán các cấu k iện đó dược tiến hành riêng biệt. Sư đồ tính toán d ầm dọc hoặc lanh tỏ được thàn h lập dự a vào kết cấu củ a c h ú n g , loại niối nôi giữa ch úng cũng n h ư dựa vào phiKíng pháp liên kết vỏ h ầm với d ầ m dọc. V í dụ, lanli lô nêm từ các tubin g ang có thế được thực hiện tro ng d ạ n g cu n g thiết diện th ay đổi ngàm 2 đáu (xem hình 6.5). Sơ đồ tính toán d ầm dọc (x em h ình 5.34) c ó thể là c u n g hoặc d ầ m thiết d iệ n thay đổi ngàm 2 đầu (xem hình 6 .6 ), d ầ m 2 đầu c ỏ n g x ô n thiết d iện thay đổi (h ình 6.9), d ầ m liên tục nhiều nhịp (hình 6 . 1 0 ). N/b N/b T T T ĩ r r r r " H T IT m i lil u r i1 1 N/b 1 / 1 Ị Á ù. . 1 .. 1. . ... Ấ Iliìih 6.9: Sơ dồ linlì toán dầiìì dọc H ìn h 6.10: Sơ dồ tính toáìi dầm dọc như dâm 2 dầii côngxòn. như dầm liên tục nhiêu nhịp. 199
T ải trọ ng lên d ầ m d ọc được coi là lực phân b ố N/b. T ải trọ ng n ày là tổ n g tác d ụ n g của lực p h á p tu y ế n ở các ph ầ n trụ vỏ h ở đư ờ ng n g ầ m bên và giữa, c h ú n g được xác định trong q u á trình tính toán k ết cấu ga (xem h ình 6.9 và 6.10). D o lực trong cột đ ã được xác địn h từ tính toán đ ơ n n g u y ê n đ ịnh hình củ a ga n h ư kết cấu p h ẳ n g có c h iều rộ n g b, n ên để k iể m tra đ ộ bền cột và c h ín h xác hoá kích thước thiết diện củ a nó, nội lực n h ậ n được trong cột cần tính lại có xét đ ến ch iều dài thực tế của đon n g u y ê n /. Đ ể làm điều đ ó nội lực n h ậ n được cần nh â n với hệ số q u y đổi bằ n g iPo. 6.2.4. Sơ đồ tính toán ga một vòm T ín h toán tĩnh học kết c ấu ga 1 vòm đặt sâu được xác đ ịn h rõ hơn so với ga loại trụ và cột. Sơ đồ tính to án ga m ộ t v ò m B TC T toàn k h ố i (xem h ình 5 .39) có thể được trình bày tro ng d ạ n g hệ th a n h p h ẳ n g trong m ô i trường đ àn hồi, xây d ự n g tương ứng với phương p h á p của M etro g ip ro íra n x (hình 6.11). K hi tính to á n ga 1 v ò m B TC T lắp ghép, trong sơ đồ tín h to á n cần xét đ ến sự c ó mặt c ủ a các k h ớ p cấu tạo tại vị trí liên kết các k h ối bên cạnh. K hi tồn tại trong kết cấu ga 1 vòm trụ k hố i lớn (x em h ìn h 5.42 và 5.44), c h ú n g cần được thay bằ n g các th a n h đ ộ cứng tương đ ươ ng trong sơ đ ồ tính toán. Các trụ ga 1 vòm có thể được tính toán n h ư các tường c h ắn cứng, n ằ m dưới tác đ ộ n g của lực c h u y ề n lừ c h ân vòm , trọ n g lượng b ản thân trụ, tải trọng từ áp lực m ỏ (q, p) và trụ đ à n hồi cúa đất (R^p). Sơ đ ồ tín h to á n ga trong trư òng hợp đ ó là hệ khối co n g cứn g trên n ền đàn hồi, liên k ết với nhau b ằ n g khớp, và các trụ khối lớn (hình 6.12). T ính toán kết cấu như vậv dẫn đ ến sự xác đ ịn h trạng thái ứng suất củ a 2 kết cấu n hiều k h ớ p vòm trên và dưới trên nền đ àn hồi đặc trưng b ằng các p h ản lực của đất p hía sau k hố i vỏ h ầ m (R|), c ó xét đ ế n tính c h ất c h u n g củ a lực và c h u y ể n vị tại vị trí k ết nối c ủ a c h ú n g với các trụ. N ội lực trong :3P H H M I Mit t t Ỷt M t H ình 6.11: Sơ đ ồ tính loáii ga ỉ vòm H ình 6.12: Sơ dồ tính toán ga I vòm !ữ BTCT toàn khối. từ E T C T lắp íỊliép có tườììiị khói lớn. 200
vòm được xác định từ điều kiện cân bằng nút của ch ún g, trong đ ó các nút được x e m xét lầii lượt bắt đầu từ khoá. C ho rằng trong các m ối nối m ô m e n u ốn bằn g 0, người ta xác định được lực pháp tuyến và lực cắt, ph ản lực của đất c ũ n g n h ư m ô m e n trong các khối. 6.3. ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN KẾT CẤU GA, THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN Vỏ ga thi công bằng phương ph áp lộ thiên làm việc th eo n g u y ê n tắc, trong c h ế độ tải trọng cho trước và khác biệt ở chỗ, sơ đ ồ tính toán được xác đ ịn h rõ ràng và đơn giản hơn. Điẽin đặc biệt chính củu sơ đồ tính toán kết cấu ga thi c ô n g bằng phưcíng pháp lộ thiên là xác định tái trọng lên vỏ hầm . K hi tinh toán nhữ n g kết cấu n h ư vậy, người ta xét đến các lải trọng thường x u v é n và tạm thời. Các tải trọng thường x u y ê n bao gồm : áp lực ngan a và đimg cúa đất đắp, áp lực thuỷ tĩnh, áp lực từ trọng lượng áo đưòng và trọng lượng liẽng của vỏ hầm. Tải trọng tạm thời - áp lực đất từ các phư ơ ng tiện vận tải trên mặt đấi (tải trọng từ thành phần c h u y ể n độ n g trẽn ga th ô n g thườ ng k h ô n g được tính). Các tác đ ộn g đặc biệt - tải đ ộ n g đất và các tải bổ sung. Giá Irị tiêu ch uẩn của tải trọng đ ứng thường x u y ê n (hình 6.13). q = qgn + + qi a5 + qcb (6-5) irollg dó: - áp lực từ trọng lượng áo đường; - áp lực đất đắp; qi aò ' íiiưỷ tĩnh; íỵ-b ' áp lực từ trọng ỉượng bản thán vỏ hầm. qgn = Tuôa + Yơôa trong dó: 5,J. ỗCT và 7y, - tương ứng chiều dày và trọng lượng riêng tiêu chuẩn của lớp áo atphan bètồng và nền bêtông. q.,c = [H - (ô, + s„)]y , trong đó: H - khoảng cách từ mặt đất đến đinh kết cấu; - trọng lượng thể tích tiêu chuẩn của đất đắp; Khi đặt cỏhg trình trong đất rỗng thấm nước chứa nước tự do, tải trọng từ áp lực đất cần xác đ ịn h như áp lực đ ồ n g thời của nước và đâì trong trạng thái đ ẩ y nổi. T rọn g lượng thè tích củ a đất có xét đến đ ộ đ ẩv nổi trong nước được xác định th e o c ô n g thức (6.4). Tái Irọ n s tiêu chuẩn từ trọng lượng bán thân vỏ h ầ m được xác đ ịn h bằng thê tích ihiết k è 'c ủ a câu kièr Kết cấu và trọng lượng thể tích vật liệu. 201
Á p lực đất lên vỏ hầm từ các phưcmg tiện giao th ô n g trên m ặt đất q|,p được x á c định tương ứng với các tài liệu tiêu c hu ẩn nh ư áp lực đ ứ n g từ các phương tiện giao th ô n g cơ giới trong dạng dải A - II và từ tải trọng m ột b án h độc lập H K - 80. T ron g đó, người ta xét đến trường hợp bất lợi nhất c h o sự làm việc ciía vỏ h ầm và cấu kiện riêng rẽ của nó, sơ đồ bố trí các tải trọng đó trên vỏ h ầ m và trên k h ố i trượt lở. Phụ thuộc vào c h iề u sâu đật ga, áp lực bổ sung của đất từ các tải trọng di đ ộ n g trên bề m ặt cả tải đứ n g lẫn tải ngang có thể liên tục (khi chiều sâu lớn) hoặc gián đ o ạ n (khi c h iều sâu nhỏ). Trong quá trình xây dựng, điều kiện làm việc c ủ a vỏ ga thay đổi. Có thể c h ia 2 iỉiai đoạn làm việc của kết cấu - xây lắp và khai thác. G ia i đ o ạ n x ả y lá p . Sự làm việc của kết cấu khi x ây dựng nó trong đườ ng h ầ m được đặc trưng bằng sự tồn tại của đất đắp sau tường vỏ hầm trong khi dất đắp trên m á i chưa có. Phân tích sự làm việc của kết cấu trong giai đ o ạ n xây lắp là c ần thiết để đ ư a ra các giải pháp kết cấu đặc biệt, đảm bảo ổn định và đ ộ bền cú a cấu k iện vó hầm lã p ghép trong giai đoạn xây lắp. G a m ột vòm từ BTCT liền khối thi công b ằn g ph ươ ng p háp lộ thiên (xcm h ìn h 5.52) được tính toán theo sơ đồ kết cấu thanh trong m ỏi trường đàn hồi (hình 6.13) lập nên trẽn cơ sớ các giả thiết của phương pháp M êtrô gipro tranx . D H IÌ [ i c o 3 ĩ r a x [ 3 : ; 3 : i i B í i m Hình 6.13: Sơ d ồ tính toán ga một VÒIÌÌ từ BTCT toùn khối thi côiìi’ hầiiíỊ p/ìưtỉiiiỊ pháp lộ tlìién. Kết cấu ga thiết diện chữ nhật với m ộ t hoặc hai dãy cột được xem xét như khung nhiều nhịp từ BTCT toàn khối hoặc từ các cấu kiện B TCT lắp g hép sản xuất tại n h à ináy. Tác độn g tương hỗ giữa các cấu kiện riêng biệt củ a vỏ hầm lắp g h é p được xem xét dựa vào sơ đồ kết cấu ga bằng cách đặt các liên kết cứng hoặc k hớp tại các \'Ị Irí liên kẽl. Khi tồn tại các nút k hông phải cứng cũng k h ôn g phải m ề m , cần lựa ch ọ n dạng liẽn kết đảm bảo d ư trữ đô bền ch o kết cấu. 202
C ũng n h ư khi tính toán ga thi công bâng phương pháp kín, người ta xem xét theo ng uy ẽn tắc, sơ đồ tính toán p hẳng đơn giản hoá. Người ta c ũn g tách đcfn n gu yên định hình, đặc tính của ch ú ng th uận lợi nhấl là quy về 1 md hoặc q uy về chiều rộng của cấu kiện láp g hép tấm mái (hình 6.10). Đặc tính hình học thiết d iện cột dẫn đến việc phải tách chiểu rộn g hệ phảng theo phương pháp đã nêu khi xem xét sơ đồ tính toán ga cột thi công bằng phương pháp kín. Để lấy ví dụ, trên hình 6 .14 đưa ra sơ đồ tính toán ga cột 3 nhịp từ BTCT lắp ghép (xem hình 5.48) CCĨI] L Ũ 3 2 Z L i:i L ồ :? . P r^ i i i i n m ĩ i i i H ình 6.Ĩ4: Sơ đ ồ líỉìỉì ĩoán ga loại cội từ ỊĩTCỈ' ỉắp ghép, íỉii công bảng phươìĩg pháp ỉộ ĩhiên. Sơ đồ xét đốn khóp tựa của tấm mái lèn dáiTi dọc và khối lường. Cột cũng liên kết khớp với d ầ m dọc. K h ối tường và m ón g cột tựa lên lấrn m á n g làm từ BTCT toàn khối. Sơ đồ tính toán d ầm dọc, phụ thuộc vào giải pháp kết cấu củ a nó, có thể c họ n là dầm đơn giản hoặc dầưi liên tục 2 c ô n g x ô n làm việc dưới tác động tưcmg hỗ của tải trọng Iliẳng đứng p h â n bố đều (xem h ình 6.9 và 6.10). Ngoài ra, d ầ m m ái được kiểm tra xoắn xuất hiện trong trường h ợ p vị trí tải tạrn thời đặt trên m ột trong những nhịp kết nối với dầm dọc. V í dụ xây dự ng sơ đồ tính toán ga ngầm thi công bằng phương p h á p lộ thiên nêu trên, có thể dùng cho cả các giải p h áp cấu tạo khác của kết cấu ga. T ro ng đó, bên cạnh việc xét các đặc đ iể m kết cấu cụ thể riêng biệt, cần đưa sự điều ch ỉnh tương ứng vào sơ đồ tính toán. 6.4. CÁC NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KÊT CÂU GA, LÀM VIỆC TRONG CHẾ ĐỘ BIẾN DẠNG ẢNH HƯỞNG TƯƠNG H ỏ VỚI KHÔI ĐẤT K hi tính toán kết cấu g a làm việc trong ch ế độ biến d ạn g ảnh hưởng tương hỗ với khối đất, cần thiết xem xét vỏ hầm ga và khối đất xung qu an h n ó n h ư m ột hệ thống nhất. Trong đó, tải trọng lên vỏ h ầm k h ôn g thể sơ bộ cho trước nh ư số liệu ban đầu để tính toán. Trạng thái ứng suất vỏ h ầ m và khối đất được xác định từ điều kiện đồn g thời 203
ch u y ển vị vỏ và c h u tuy ến hầm đào trong q u á trình tính toán toàn bộ hệ biến d ạ n g “vỏ h ầm - khối đ ấ t” . N g à y nay các m ô hình c ơ học - toán tác động tương hỗ vỏ hầm với đất đ ã được soạn thảo. C hú n g xét đến đặc đ iể m làm việc của kết cấu và các th ôn g s ố địa cơ họ c củ a khối đất. N gười ta p h ân biệt 2 sơ đồ tiếp xúc tương hỗ của vỏ hầm với đất - liên tục và rời rạc. Sơ đ ồ tí n h t o á n liên tụ c được thể h iện trong dạng 2 cấu kiện liên tục: M ỏi trường có lỗ m ô hìn h h o á khố i đất và kết cấu gia cường lỗ đó m ô hình hoá vỏ hầm (x em hìn h 6 .2 ) (liên tục - từ tiếng la tinh C ontinium - liên tục, không đứt đoạn). Q u á trình giải bài toán theo sơ đồ tín h toán liên tục dựa trên cơ sở lý thuvết inôi trường liên tục và n ằ m ở việc thành lập và giải hệ phương trình cân bằng, tính đ ồ n g biến d ạn g và phưcfng trình liên hệ vật lỷ giữa ứng suất và biến dạng. Giải bài toán đó vêii cầu áp d ụ n g phưcíng p h á p tính toán phân tích khá phức tạp, kết họp sử dụn g bộ m áy của lý th uy ết đàn hồi, dẻo, từ biến, cân bằng giới hạn. N gày nay với việc ứng dụng các phưoíng pháp cơ học môi trường liên tục, lời giải của bài toán ph ẳng tác đ ộ n g tương hỗ của đất chỉ nhận được cho vỏ hầrn liển khối k h ép kín trong m ôi trưòmg đ à n hồi, dẻo nhớt và đ à n dẻo. S ơ đ ồ tí n h t o á n rờ i r ạ c của hệ “vỏ h ầ m - khối đất” được trình bày trong d ạ n g mói trường chia n h ỏ th à n h các phần tử hữu h ạ n liên kết với nhau bằng các liên kết cứng hoặc đàn hồi. Sử d ụ n g sơ đ ồ rời rạc cho phép m ở rộ n g phạm vi giải quyết bài toán tác đ ộ n g tiếp xúc tương hỗ vỏ c ôn g trình ng ầm với khối đất. Sử dụng sơ đồ như vậy, lời giải bài toán được m ở rộng ch o vỏ h ầ m toàn khối và lắp g h é p m iêu tả chu tuyến không khép kín nhiều licn kết, cũ n g nh ư c h o k h ố i đất không đồn g n hất và phi tuyến và m ặt vật lý. T uy nh iê n c ần lưu ý rằng, tính toán c ô n g trình ng ầm sử dụ ng sơ đồ rời rạc khác biệt ở mức đ ộ k h ó k h ă n lớn và phức tạp, khi c h u ẩ n bị các số liệu ban đầu c h o m á y tính, yêu cầu m á y tính có d u n g lượng lớn và nhân viên tính toán có trình đ ộ cao. M ột trong n h ữ n g phương pháp sử d ụ n g sơ đồ tính toán rời rạc phổ biến nhất là phưcmg p h áp p hần tử hữu hạn (M K 3 ) - đ ó là phương pháp s ố gần đ ú n g giải bài toán c ơ học m ôi trường liên tục. Sơ đồ tính toán M K 3 được xây dựng trên c ơ ,sở các giả thiết sau; K hối đất x e m xét được giới hạn bởi n ử a m ặt phảng hoặc bán không g ian \'à kết Cấu nằm trong đ ó được ch ia thành các p h ần tử có số lượng hữu hạn liên kết với nhau tại các nút (hình 6.15). D ựa vào đặc điểm bài to án cần giải, người ta sử dụ ng các phần tử núi tam giác hoặc tứ giác phẳng hoặc khối. T ín h chất các phần tử phản ánh các đặc tính thực của vật liệu đất và k ết cấu. 204
- H > -ĩrH i l i n h 6.15: S(/ d ồ linlì loáu V( i ỉuini V(I khối ilíiì thuộc phưưng p h á p MK.'-). 1i - khoáng cách từ mạt dấl dêii giới haii \ ùng mỏ hình hoá. hệ sô' áp lưc bôn hông. Pliàn chia ihành các phần tử hữu liaii dưọc tiC'n hànli theo ng u v ê n tắc k hông đồng (Icu. lưới dàv ớ Iihững vùng vêu cẩu dộ tliiìih xác cao \ à những vùng có sự thay đổi ứng siKÍt (troim giới hạn vùng ánh hướng ỉuiin dào clự kièn). Kích thưức vùng lách ra của khối tláì cán dủ sao cho phu được vùng anh liưuiií' hẩni (lào ga và loại trừ được ảnh hưỏíng của vùng giới hạn lên giá trị nội lực tính toán troim kốt cấu. Đ iều kiện ban đầu và điéu kiện bièn cũng )ihư nội lực và ngoại lực được đưa về nút. Trẽn các giới hạn biên m ội phần khói, niHíời ta xác định giới hạn trong d ạng ngăn cản chuyển vị, (rên biên phía dưới - thẳng đứiiụ. bicn phía trôn biến d ạng tự do; M ớ hẩm được m ó hình hoá bằng lớp cãt Irong mật phẳng chu tuyến tương ứng. Kết cấu vỏ hầm các phần tử riêng biệi bất kỳ của tió cũng được m ô hình hoá bằng các phần lử tam giác hoặc tứ giác phẳng như khối đất (hình 6.15). Kết cấu vỏ h ầ m cũ n g có thể dược trình bày bằng hệ thanh đàn hồi cho plicp đơn giản sơ đồ lính toán nhiều m à không giàm độ chính xác kết q u ả tính toán. Các tính chất vật liệu tạo nên nưa mạl pháne mô hình hoá khối đất được xác định bằng m ò đ un biến dạng E |, hộ số biến dạníi Iigaiiii \'j. írọng lượng riêng Ỵ|. Phần tử thanh cùa kết Cấu đii.^c đặc truìm bằng niỏdun hióii dạiie E,, tiọiig lượn g r iê n g vật liệu v ỏ hầm Ỵi. diện tích F và m ô m en quán tính J cua íìiict diên. Phươim ph á p phần tử hữu hạn dưọc an dunẹ trona nliữni> trường hợp chưa có lời giải mái tích: để lính toán kết cấu hớ Iihiei! liôn kếi. dc tính loán kết cấu tron g k h ố i k h ô n g d ồ n a nliất \'ới các lóp rõ ràna, khi câi! lỈDci xcl dóii vàn dề xây dựnạ ga Iheo giai đoạn. 205
P h ư ơn g p h áp p h ần tử hữu hạn cũ n g cho p hép giải các bài toán khối. Trong đó, bán k h ô n g gian đ an g xét được chia th ành các phần tử khối. M ức độ khó khãn của việc lính toán n h ư v ậy tăng lên rất nhiều. VI vậy trong thực tế, để xét đ ế n sự làm việc k hông gian c ủ a kết cấu, người ta sử d ụ n g các sơ đ ồ tính toán đơ n giản M K 3 . V í dụ, khi tính toán ga trụ cầu đườ ng tàu đ iện n gầm , sơ đồ xét vỏ h ầm n h ư kết cấu hình irụ bị giảm yếu bằng các lỗ bên sườn từ m ột phía c h o đườ ng n g ầ m bên và từ 2 p hía cho đường ngầm siữa được p hổ biến rộng rãi. N h ờ sự c h u y ể n tiếp các lỗ cửa và các trụ đều đặn, nên có ihồ xét sự làm \áệc của m ộ t đơn n g u y ê n lỗ cửa điển hình. C ác đ ơ n n g u y ê n khác cũng làm việc n hư v ậy khi đ iều k iện địa chất k h ô n g thay đổi và phương p h á p thi cóng như nhau. Các đầu m ú t của đ o n n g u y ê n (trong các m ặt p h ẳ n g m ặt cắt qu y ước) có ngàm trưcTt; nó k h ô n g cản trở c h u y ể n vị đứ n g trong m ặt ph ả n g n g à m , n hưng k h ô n a cho phép xoay inặl cắt tron g ngàm . Sơ đồ tính toán k h ô n g gian tương tự được á p d ụ n g cả tron g tính toán ga cột. Đơn n g u y ê n đ iể n h ìn h được tách ra củ a ga cột, Irong đó các vỏ đư ờ n g n gầm tiếp giáp được liên kết b ằng d ầ m dọc tựa lên cột. Đ ầu m ú t đ ơ n n g u y ê n (trong m ặt phảng mịit cắt quy ước) c ó n g àm trượt tương tự các sơ đ ồ tính toán ga loại trụ cầu. Các sơ đồ tính toán đó kh ác với các sơ đồ ph ản g đơ n giản h o á nêu trẽn (xcm hình 6.4, 6.7, 6 . 8 ) d ù n g để tính toán kết câu ga phản án h sự làm việc k h ô n g gian ciia vỏ hầm ga. Phư ơng p háp phần tử hữu hạn cho phép liến h à n h tính toán vỏ ga k h ô n g những irên c ơ sở m ô hình đ à n hồi tác đ ộ n g tương hỗ của c h ú n g với khối đất, mà còn xét dốn tính phi tu y ế n của biến d ạ n g kh ối đất và vỏ hầm . T ro n g trường h ợ p đó, người ta lựa c h ọn mô hìn h địa cơ học của kh ối đất tương ứng với các điổu kiện địa chất công trình xét đến lính bất đ ẳ n g hướng, k h ô n g đ ồ n g nhất, tính tạo lớp, khe nứt, đặc đ iể m làm việc phi luycVi cua đất và vỏ hầm . M K 3 c h o p hép tính toán kết c ấu g a m ê trô trên các giai đoạn ihi công khác n h a u tương ứng với trình lự cô n g nghệ m ớ h ầ m và thi c ô n g vỏ hầm . M ở h ầm theo giai đ o ạn được th ể h iện trong sơ đổ tính toán b ằn g sự xa d ầ n củ a các phần tử hữu hạn tương ứng. T rên h ìn h 6.16 đưa ra sơ đồ tính toán M K 3 , m ô hìn h hoá các giai đoạn cơ bản thi cô n g vỏ h ầ m ga m ộ t vò m đường tàu điện n gầm . K ết cấu vỏ hầm là các vòm khớp tựa lên tường k h ố i lớn. K h i tính toán hệ phức tạp n h ư kết cấu ga, số lượng các p hần tử hữu hạn, và vì vậy cá s ố lượng ẩn s ố đ ạt đ ế n vài trãm và th ậ m c h í h àng nghìn. V iệc giải nhũng bài toán như vậy được ihực hiện trên các m á y tính đ iện tử cô n g suất lớn và năng suất cao bằno các ph ươ ng p háp c h ín h xác hoạc lặp lại - đ ú n g dần. N g ày nav, người ta đã soạn thảo và ứng d ụ n g th à n h c ô n g các tổ hợp ch ư ơ n g trình đặc biệt c h o 3 B M , phù hợp c h o M K 3 đè íziai cả c ác bài to án p h ẳn g và k h ô n g gian. C ác tlìỏng tin ban đẩu đư a vào m áy là các khái niệm về k ích thước h ìn h học và vật liệu kết cấu. đặc tính độ bền \'à biến d ạn g của dất \à vỏ h ầ m , các đ iều kiện biên. Phân chia thành các p h ần tử hữu hạn \'à tính loán dược thực hiện trên 3 B M tron g c h ế độ tự đ ộng. K ết qu á giải n h ậ n được các nội lực, ứng suât \à 206
biến dạng trong các phần tử. Các tổ hợp ch ươn g trình hiện đại đưa ra kết quả của các ihỏng tin đó trong dạn g đơn giản và dễ nhìn, trong dạng sơ đồ và hình ảnh phân bố ứng suất và biến dạng. H ình 6.16: Cúc màỉig cùa s ơ đồ tính MK.'-) đ ể tíìih toán ga m ột vòm có xé! cìến tìình tự thi côníỊ vó hầm. Tuy nhiên, cần nhớ ràng tính toán có sử d ụ n g M K 3 vẻ thực ch ất là m ồ h ìn h toán học. l.ựa chọn có căn cứ các sơ đ ồ tính toán, phân tích các kết q u ả n h ậ n được yêu cầu các kỹ sư - thiết kế viên hiểu biết, kinh ng hiệm , linh cảm c ố n g trình, làm chủ ho àn toàn thuật toán lính toán c ô n " trình ngầm . 6.5. ĐẶC ĐIỂM LẢM VIỆC TĨNH CỦA v ỏ ĐƯỜNG NGẨM BẢNG TẢI Đăc điếm làm \ iệc tĩnh của \'ỏ đường ngầm bãng tải tạo nên bằng độ nghiêng của chúng dưới góc 30^’ so VỚI inặl phảng ngang. Trong dó, độ sâu đặt đường ngầm thay đổi theo chiều dài \'à theo nguyên tắc, đường ngầm cắt qua đất có tửih chất cơ - lý khác nhau. Điéu dó dẫn đốn vấn đề là tải trọng lên vỏ đư ờ ng n g ầ m bãng tải và điểu kiện làm việc của kêì cấu thay đổi rất nhiều theo chiều dài c ò n g trình. Tương ứng với các điều kiện địa chất cóng trình có thc thay đổi cả loại \ ỏ h ầm . T ron g trường hợp đó, vỏ đường n g ầm cần được xét như kết cấu k h ô n ẹ gian. Trono lần gần đúng đầu tiên, tính toán vỏ đườ ng n g ầ m băng tải n hư hệ k h ô n g gian có ihc cỉươc thực hiện trong 2 giai đoạn theo 2 sơ đồ tính toán phảng đ ơn giản hoá. ở giai đoạn tính toán đầu tiên, người ta xác định nội lực tác độ n g trong thiết diện đường ngầm \ u òng 2 ÓC với trục của n ó. ở giai đ o ạ n tính to á n thứ 2, n s ư ờ i ta x á c đ ịn h biến d ạ n g d ọ c irục của ống Uiành dàv năm trên nền đàn hồi khác nhau và nội lực trong mặt cắt của nó tác dụng theo phươim dọc Irục đường imầm d o các biến dạn g đó gây nên. Ó giai đoạn đáu \'ỏ hầm được lính trono inặt cắt chịu tải lớn nhất của đường ngầm băne tai theo sơ đổ \'òim Irong mỏi trường đ à n hồi (x em hình 6.3). T ính loán được liến l i à n h \x')'i l ố h ự p t a i t r ọ i i t í CO' b à n : á p l ự c m ỏ . t r ọ n a l ư ợ n a b ả n i h â n v ỏ , á p l ự c t h u ỷ t ĩ n h . 207