intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu ảnh hưởng của gia cố bằng neo vượt trước đến ổn định của công trình ngầm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

12
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để đánh giá hiệu quả của hệ neo vượt trước đến môi trường đất đá xung quanh khoang đào qua đó có thể đánh giá được ổn định của công trình ngầm, các tác giả sẽ thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của hệ neo vượt trước tới trạng thái ứng suất – biến dạng của môi trường đất đá thông qua việc nghiên cứu trên mô hình 3D sử dụng công cụ phân tích bằng phần mềm địa kỹ thuật.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của gia cố bằng neo vượt trước đến ổn định của công trình ngầm

  1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GIA CỐ BẰNG NEO VƯỢT TRƯỚC ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM ĐỖ NHƢ TRÁNG, NGUYỄN VĂN HÙNG* Analyze of Affect of Forepoling to the stability of rock massive surrounding underground excavation Abstract: Construction of underground works, due to the complex geological conditions, often has the potential to be unsafe, prone to collapse of the tunnel, so as to limit and prevent incidents that may occur in the process. construction of underground works through complex geological areas, weak soil and rock, the application of reinforcement measures before tunneling is very necessary. One of the measures that is applied very effectively is Forepoling. In order to evaluate the effect of the anchoring system on the surrounding rock and soil surrounding the excavation so that the stability of underground structures can be assessed, the authors will study the effect of Forepoling on the condition of Stress - deformation of the rock massive by 3D modeling studies using geotechnical software. The object of the study is the above-mentioned reinforcement solution that was applied at the Deo Ca Phu Yen - Khanh Hoa road tunnel project. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Đối tƣợng nghiên cứu đƣợc thực hiện là gỉải Xây dựng công trình ngầm, do môi trƣờng pháp gia cố nêu trên đã đƣợc áp dụng tại dự án địa chất phức tạp thƣờng tiềm ẩn nguy cơ mất hầm đƣờng bộ Đèo Cả Phú Yên – Khánh Hòa. an toàn cao, dễ xảy ra sự cố sập lở hầm khi đào, 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN để hạn chế, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra Dƣới đây sẽ thực hiện phân tích theo trình tự trong quá trình thi công công trình ngầm qua thực hiện các công đoạn thi công hệ neo ống vùng địa chất phức tạp, đất đá yếu, việc áp dụng vƣợt trƣớc tạo ô: khoan, ép ống thép và ép vữa. các biện pháp gia cố trƣớc khi đào hầm là rất Nếu hiểu theo cách trình tự thực hiện các công cần thiết. Một trong các biện pháp đƣợc áp dụng đoạn thì đây là cách giải quyết bài toán 4 chiều. rất hiệu quả đó là hệ neo vƣợt trƣớc. Trong tính toán bỏ qua lớp bê tông phun và vì Để đánh giá hiệu quả của hệ neo vƣợt trƣớc chống thép, phù hơp với phần thân hầm. đến môi trƣờng đất đá xung quanh khoang đào 2.1. Đặc điểm hầm đƣờng bộ Đèo Cả qua đó có thể đánh giá đƣợc ổn định của công Hầm đƣờng bộ Đèo Cả đƣợc xây dựng xuyên trình ngầm, các tác giả sẽ thực hiện nghiên núi Đèo Cả với chiều dài là 4,125 Km. Trong cứu ảnh hƣởng của hệ neo vƣợt trƣớc tới trạng quá trình xây dựng đƣờng hầm khi gặp những thái ứng suất – biến dạng của môi trƣờng đất vùng địa chất yếu đã sử dụng các biện pháp gia đá thông qua việc nghiên cứu trên mô hình 3D cố trƣớc bằng neo vƣợt trƣớc để đảm bảo an sử dụng công cụ phân tích bằng phần mềm địa toàn, tránh các sự cố sập lở gƣơng đào. Neo kỹ thuật. vƣợt trƣớc là các ống thép dài 6m, đƣờng kính ngoài 102mm, chiều dày ống là 5mm. Trên ống thép có đục lỗ để ép vữa vào trong thân neo và * Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải môi trƣờng xung quanh thanh neo. Số 54 Triều Khúc-Thanh Xuân - Hà Nội 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020
  2. a. Mặt cắt ngang điển hình b. Neo vượt phối cảnh c. Mặt cắt ngang chi tiết d. Mặt cắt dọc chi tiết Hình 2.1. Neo vượt trước áp dụng khi thi công hầm Đèo Cả. Khi thực hiện phân tích đánh giá sử dụng cách đƣợc áp dụng trong dự án. Trong bảng 2.1 tổng phân loại đất đá theo tiêu chuẩn Nhật Bản [4], hợp phân loại đất đá từ đá cứng đến đá yếu (A-D). Bảng 2.1. Bảng phân loại đất đá và tính chất tƣơng ứng [3], [4] Vân tốc Cƣờng độ Góc ma Mô đun Lực truyền nén một sát Loại Mô tả biến dạng dính c sóng trục trong  (MPa) (kPa) (m/s) (MPa) (độ) Mảnh đá không thể bị phá vỡ dễ dàng khi bị Lớn Lớn búa đập, với âm thanh Lớn hơn Lớn hơn Lớn A hơn hơn kim loại. Không suy 100 5000 hơn 50 4000 150 giảm các khoáng chất hình thành đá. Âm thanh cộng hƣởng kim loại khi bị búa Từ Từ 100 đập. Liên kết giữa các 2000 Từ 50 Từ 3000 Từ 45 B đến phân lớp đặc chắc. Ít đến đến 100 đến 5000 đến 50 150 dấu vết của sự suy 6000 giảm các khoáng chất. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 65
  3. Vân tốc Cƣờng độ Góc ma Mô đun Lực truyền nén một sát Loại Mô tả biến dạng dính c sóng trục trong  (MPa) (kPa) (m/s) (MPa) (độ) Đá thƣờng bị vỡ khi bị búa đập. Các mảnh đá Từ Từ 30 giữ gần nhƣ nguyên 1000 Từ 10 Từ 500 Từ 35 C đến vẹn khi bị vỡ. Giữa đến đến 50 đến 3000 đến 45 100 các phân lớp bị phong 3000 hóa nhẹ đến vừa. Có thể dùng tay để bóc tách miếng đá. Tỷ Nhỏ Nhỏ hơn Nhỏ hơn Nhỏ Nhỏ D lệ mảnh vỡ thƣờng là hơn 10 500 hơn 30 hơn 35 30-50% và 20-50% ở 1000 dạng bột. 2.2. Mô hình vật liệu E‘=200MPa, hệ số Poisson =0,3, cƣờng độ lực Ứng xử cơ học của môi trƣờng đất đá có thể dính c‘=20kPa, góc ma sát trong =350. đƣợc mô tả bằng các mô hình vật liệu nền khác nhau. Từ đơn giản nhất quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong môi trƣờng tuân theo định luật Hook là tuyến tính, đàn hồi đẳng hƣớng. Khi đó, chỉ cần hai thông số đầu vào đó là mô đun đàn hồi E và hệ số Poisson , điều này dƣờng nhƣ quá đơn giản khi mô tả ứng xử của môi trƣờng đất đá và chỉ phù hợp cho một số ít trƣờng hợp. Hiện nay, có nhiều mô hình nền vật liệu đƣợc đƣa ra để mô hình hóa sự làm việc của nền đất đá nhƣ mô hình Mohr-Coulomb (MC), mô hình Jointed Rock (JR), mô hình Hardning- Soil (HS), mô hình Soft-Soil-Creep (SSC)… Với mỗi mô hình vật liệu nền nhƣ vậy sẽ phù hợp với từng môi trƣờng đất đá cụ thể. Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả sẽ sử dung mô hình Mohr-Coulomb (MC) trong mô hình vật liệu nền của bài toán phân tích. Các kết quả nghiên cứu trƣớc đó cũng chỉ ra sự phù hợp khi Hình 2.2. Mô hình 3D của bài toán sử dụng mô hình vật liệu MC để mô tả ứng xử cơ học của môi trƣờng đá yếu và đất. 2.3. Phần tử sử dụng trong mô hình 3D Để đƣa vào đặc trƣng tính chất vật liệu đá Để xây dựng mô hình bài toán, các phần tử yếu (loại D) theo mô hình vật liệu Mohr- đƣợc sử dụng là phần tử khối mô tả môi trƣờng Coulomb (MC) trong mô hình 3D, các tham số đất đá và phần tử ―embedded pile‖ mô tả neo đƣợc xác định nhƣ sau: Mô đun biến dạng vƣợt trƣớc [8]. 66 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020
  4. Hình 2.3. Xây dựng các phần tử thành phần của mô hình 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Để nghiên cứu ảnh hƣởng của hệ neo vƣợt trƣớc tới trạng thái ứng suất-biến dạng của môi Hình 3.2. Biểu đồ chuyển vị trƣờng xung quanh công trình khi đào hầm. trên biên nóc hầm dọc trục hầm Thực hiện chạy mô hình bài toán với các tham số vật liệu của vùng đƣợc gia cố khác nhau. * Nhận xét: Xem xét sự hình thành vùng phá hủy trƣớc Từ kết quả phân tích bài toán trên mô hình gƣơng đào khi vùng gia cố đƣợc bơm vữa với bằng phần mềm địa kỹ thuật Plaxis 3D, có thể chất lƣợng từ thấp đến cao (mô đun biến dạng đƣa ra các nhận xét sau đây: của vật liệu vùng gia cố tăng dần). Kết quả phân - Việc sử dụng hệ neo vƣợt trƣớc có tác dụng tích nhƣ sau: ngăn đất đá phía trƣớc gƣơng đào không bị sập lở vào trong khoang đào. Đồng thời có tác dụng giảm chuyển vị trên biên nóc hầm trong quá trình thi công. - Nếu chỉ sử dụng neo mà không thực hiện bơm ép vữa vào trong thanh neo và môi trƣờng đất đá xung quanh neo thì chuyển vị trên biên gƣơng đào và kích thƣớc vùng phá hủy giảm không nhiều so với trƣờng hợp không có neo. - Khi sử dụng hệ neo kết hợp với ép vữa vào trong neo và môi trƣờng đất đá xung quanh neo, chất lƣợng vữa ép có ảnh hƣởng rất nhiều tới hiệu quả làm việc của hệ neo vƣợt trƣớc. Khi chất lƣợng vữa ép càng tốt, Hình 3.1. Vùng phá hủy trước mặt gương chuyển vị trên biên gƣơng hầm càng giảm, a) Không có hệ neo vượt trước; b) Có neo, không bơm vữa; đồng thời vùng phá hủy bên trên, phía trƣớc c) Có neo, vùng gia cố có E’=4000MPa; d) Có gƣơng đào càng giảm. Ở đây, khi dùng neo neo, vùng gia cố có E’=8000MPa; và ép vữa tạo vùng gia cố có mô đun đàn hồi e) Có neo, vùng gia cố nếu đạt được có E‘=8000MPa thì vùng phá hủy bên trên, E’=10000MPa; f) Có neo, vùng gia cố nếu đạt phía trƣớc mặt gƣơng đào hầu nhƣ không được có E’=20000MPa. còn xuất hiện. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 67
  5. 4. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Qua kết quả nghiên cứu nhƣ trên, có thể thấy rõ hiệu quả của biện pháp sử dụng hệ neo [1]. J. Oke*, N. Vlachopoulos, M.S. vƣợt trƣớc khi thi công công trình ngầm trong Diederichs. (2014), Numerical analyses in the điều kiện đất đá yếu. Càng thấy rõ hơn rằng design of umbrella arch systems, Journal of nếu kết hợp neo vƣợt trƣớc với bơm ép vữa Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. gia cố vùng đất đá xung quanh neo thì hiệu [2]. Volkmann G.M., Button E.A. & quả làm việc của hệ neo vƣợt trƣớc tăng lên rõ Schubert W. (2006), A Contribution to rệt. Nếu vùng đất đá quanh neo đƣợc gia cố the Design of Tunnels Supported by a Pipe đảm bảo hình thành một vỏ kín liên kết các Roof. Proc. 41st U.S. Rock Mechanics Symp., neo thành một thể thống nhất và đƣợc cải American Rock Mech. Assoc., June 17-21, thiện tới một mức độ nhất định (cƣờng độ chịu Golden, CO. nén hay mô đun đàn hồi đạt tới một giá trị đủ [3]. E. Hoek, M.S. Diederichs. (2006), lớn) thì vùng đất đá phía trên trƣớc gƣơng đào Empirical estimation of rock mass mudulus, không bị phá hủy (vẫn làm việc trong giới hạn International Journal of Rock Mechanics and đàn hồi). Điều này có ý nghĩa rất lớn khi mà Mining Sciences 43, 203-215. nguyên tắc quan trọng nhất trong thi công theo [4]. Guideline for Rock Mass Classification công nghệ NATM là giữ cho môi trƣờng đất System. (2018), Japan International Cooperation đá xung quanh khoang hầm không bị phá hủy Agency (JICA). (bảo toàn khả năng tự ổn định của khối đá) [5]. Singh M., Singh B. (2012), Modified trƣớc khi lắp dựng kết cấu chống giữ. Hơn thế Mohr-Coulomb criterion for non-linear triaxial nữa, có thể thấy rằng hệ neo kết hợp với ép and polyaxial strength of jointed rocks, vữa cải thiện môi trƣờng đất đá xung quanh International Journal of Rock Mechanics and neo có tác dụng làm giảm chuyển vị lớn nhất Mining Sciences, 51, pp. 43-52. trên biên khoang hầm. Điều này làm giảm sự [6]. Sein Win Tun, Sunil Kumar Singal. hình thành các vết nứt trên trên kết cấu vỏ (2016), Management of Hydropower Tunnels to hầm vĩnh cửu sau này. Vì thực tế, hiện tƣợng Prevent Collapse and Remedical Measures. nứt vỡ trên lớn bê tông vỏ hầm trong quá trình [7]. N. Vlachopoulos, M.S Diedericks. (2009), sử dụng đã đƣợc nghiên cứu và chỉ ra rằng Improved Longitudinal Displacement Profiles for một trong những nguyên nhân chủ yếu là do Convergence Confinement Analysis of Deep sự chuyển vị quá mức của vùng đất trên biên Tunnels, Rock Mech Rock Engng 42: 131-146 khoang đào sau khi thi công. [8]. Plaxis (2013), Material models manual. Người phản biện: PGS, TS. VƢƠNG VĂN THÀNH 68 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2