Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THẠCH BÍCH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG

HẦM BẰNG TỔ HỢP KHOAN ĐÀO HẦM (TBM) ĐẾN LÚN VÀ CÁC

CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội - 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN THẠCH BÍCH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG

HẦM BẰNG TỔ HỢP KHOAN ĐÀO HẦM (TBM) ĐẾN LÚN VÀ CÁC

CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 9580205

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS Nguyễn Phương Duy

2: GS.TS Trần Đức Nhiệm

Hà Nội - 2022

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận án này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được

thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Phương Duy,

và GS.TS Trần Đức Nhiệm. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày

trong luận án này trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam

đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này đã được cảm ơn và các thông

tin trích dẫn trong luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, Ngày tháng năm 2022

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thạch Bích

Page

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn

Phương Duy, GS.TS. Trần Đức Nhiệm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện

và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô bộ môn Cầu Hầm, Khoa Công Trình,

Khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại học Giao thông vận tải đã tạo điều kiện thuận lợi

giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại Bộ môn và Khoa.

Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cô, các nhà khoa học đã đóng góp nhiều ý

kiến quý báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và động viên

trong suốt quá trình tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên gia đình đã thông

cảm tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

và hoàn thành luận án.

Trong khuôn khổ một luận án Tiến sĩ khoa học kỹ thuật, chắc chắn chưa đáp ứng

được một cách đầy đủ những vấn đề đã nêu ra. Tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp thu

nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Tác giả

Page ii

Nguyễn Thạch Bích

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii

MỤC LỤC ....................................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii

DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. ix

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ...... 7

1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM METRO TRÊN THẾ GIỚI

VÀ VIỆT NAM................................................................................................. 7

1.1.1 Tình hình xây dựng Metro trên thế giới .................................................. 7

1.1.2 Tình hình xây dựng Metro tại Việt Nam ............................................... 11

1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM METRO BẰNG CÔNG NGHỆ TBM VÀ

CÁC VẤN ĐỀ PHÁT SINH .......................................................................... 13

1.2.1 Sự ra đời và phát triển công nghệ TBM ................................................... 13

1.2.2. Phân loại TBM ....................................................................................... 16

1.2.3. Các vấn đề phát sinh trong quá trình thi công hầm Metro bằng TBM ..... 18

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG CỦA

VIỆC THI CÔNG HẦM METRO ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN MẶT

ĐẤT

............................................................................................................. 23

1.3.1 Những tác động của việc xây dựng đường hầm và Metro đến công trình

trên mặt đất ...................................................................................................... 23

1.3.2 Phân loại hư hỏng của các công trình lân cận do lún bề mặt .................... 25

1.3.3 Quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công

móng và tầng hầm ............................................................................................ 26

1.3.4 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm

nhà cao tầng ..................................................................................................... 26

1.3.5 Các công trình nghiên cứu trong nước về biến dạng, lún các công trình đô

thị xung quanh khu vực thi công Metro. ........................................................... 27

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ......................................................................... 28

Page iii

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH LÚN MẶT ĐẤT KHI THI

CÔNG ỐNG HẦM TRÒN . ........................................................................... 29

2.1 PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP

LÝ THUYẾT .................................................................................................. 29

2.1.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Sagaseta (1987), Verruijt và

Booker (1996), Gonzalez và Sagaseta (2001) ................................................... 29

2.1.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Lee et al (1987), Rowe và Lee

(1992) ............................................................................................................. 30

2.1.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Loganathan và Poulos (1998) .... 31

2.2 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ LÚN THEO PHƯƠNG PHÁP KINH

NGHIỆM VÀ BÁN KINH NGHIỆM ............................................................ 33

2.2.1.Phương pháp nghiên cứu kinh nghiêm Macklin và Field (1999): ............. 33

2.2.2.Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm sử dụng hệ số ổn định: .......... 33

2.2.3.Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Schmidt-Peck (1969)...... 35

2.2.4. Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Chow (1994) ................. 39

2.2.5. Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Mair và Taylor (1993) ... 40

CHƯƠNG 3 QUAN TRẮC - SO SÁNH KẾT QUẢ QUAN TRẮC LÚN BỀ

MẶT DỌC ĐOẠN TUYẾN NGẦM DỰ ÁN XÂY DỰNG TUYẾN METRO

SỐ 1 BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN VỚI KẾT QỦA TÍNH TOÁN THEO LÝ

THUYẾT. ....................................................................................................... 48

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁN VÀ ĐOẠN TUYẾN METRO ĐI

NGẦM ............................................................................................................. 48

3.2 QUÁ TRÌNH THI CÔNG TUYẾN NGẦM VÀ CÔNG TÁC QUAN

TRẮC LÚN BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ

TRÊN BỀ MẶT .............................................................................................. 50

3.2.1 Tầm quan trọng của công tác quan trắc .................................................... 50

3.2.2 Mục đích, nội dung của công tác quan trắc .............................................. 51

3.2.3. Nguyên tắc thiết kế hệ thống quan trắc ................................................... 53

3.2.4 Các nội dung quan trắc ............................................................................ 54

3.3 QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ QUAN TRẮC ................... 57

Page iv

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 3.3.1 Sơ đồ bố trí các điểm quan trắc lún dọc tuyến Metro ngầm thi công theo

TBM

............................................................................................................. 57

3.3.2 Kết quả quan trắc lún .............................................................................. 57

3.3.3 Nhận xét ................................................................................................. 60

3.4 PHÂN TÍCH LÚN MẶT ĐẤT THEO CÁC CÔNG THỨC LÝ

THUYẾT VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ QUAN TRẮC ............................ 60

3.4.1 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo các công thức lý thuyết và kết quả

quan trắc thực tế tại hiện trường ....................................................................... 60

3.4.2 So sánh đường cong lún tính theo các lý thuyết với kết quả quan trắc ..... 64

3.5 Kết luận chương 3. ................................................................................... 65

CHƯƠNG 4 PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU DỰ ĐOÁN LÚN BỀ MẶT VÀ

XÂY DỰNG CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM DỰ TÍNH ĐỘ LÚN BỀ

MẶT ............................................................................................................. 67

4.1 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH HỆ SỐ MẤT MÁT THỂ TÍCH VLoss 67

4.1.1 Khái niệm hệ số mất mát thể tích VL ...................................................... 67

4.1.2 Phân tích các tương quan giữa Hệ số mất thể tích Vloss với các yếu tố đặc

trưng. ............................................................................................................. 68

4.1.3 Đề xuất công thức tính Vloss ................................................................... 74

4.1.4 Áp dụng công thức VL trong tính toán lý thuyết và so sánh với kết quả

quan trắc thực địa ............................................................................................. 78

4.2 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ LÚN LỚN NHẤT Smax ............. 86

4.2.1 Định dạng tương quan giữa Độ lún lớn nhất (Smax) với các yếu tố đặc

trưng. ............................................................................................................. 86

4.2.2. Đề xuất công thức tính Smax .................................................................. 91

4.2.3 Áp dụng công thức Smax trong tính toán lý thuyết và so sánh kết quả tính

với kết quả quan trắc thực địa ........................................................................... 95

4.3 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH THÔNG SỐ BỀ RỘNG MÁNG

LÚN

............................................................................................................. 98

4.3.1 Khái niệm thông số bề rộng máng lún i ................................................... 98

4.3.2 Nghiên cứu mối tương quan giữa hệ số i với các yếu tố liên quan ........... 99

Page v

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 4.3.3 Nghiên cứu xây dựng công thức hệ số máng lún i ................................. 100

4.3.4 Áp dụng công thức i trong tính toán lý thuyết và so sánh kết quả tính với

kết quả quan trắc thực địa ............................................................................... 101

4.3.5 So sánh đường cong lún tính bằng Smax, Vloss và i đề xuất với kết quả

tính bằng các lý thuyết khác ........................................................................... 102

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH ẢNH

HƯỞNG THI CÔNG HẦM BẰNG TBM ĐẾN CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ

MẶT TRONG ĐÔ THỊ. ............................................................................... 106

5.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH BÀI TOÁN PTHH CẢI TIẾN

TÍNH LÚN BỀ MẶT VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN CÔNG TRÌNH

TRÊN MẶT ĐẤT ......................................................................................... 106

5.1.1 Đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến. ......................... 106

5.1.2 So sánh kết quả phân tích bằng phương pháp cải tiến với số liệu quan

trắc.

........................................................................................................... 108

5.2 Áp dụng Mô hình bài toán bằng theo phương pháp PTHH cải tiến đánh

giá tác động thi công đường hầm đến các loại móng công trình trên mặt

đất.

........................................................................................................... 109

5.2.1 Mô hình bài toán theo phương pháp PTHH cải tiến ............................... 109

5.2.2.Phân tích kết quả bài toán thi công hai ống hầm song song ................... 111

5.2.3 Kết luận ................................................................................................ 118

5.3 NHỮNG ĐỀ XUẤT NHẰM KIỂM SOÁT TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG

QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG TBM ĐẾN CÁC CÔNG

TRÌNH TRÊN BỀ MẶT .............................................................................. 119

5.3.4 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình lân cận ................................ 124

5.3.5 Các giới hạn phá hoại công trình ........................................................... 125

5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 ....................................................................... 127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 129

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH .. 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 134

Page vi

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Mạng lưới và dự án đầu tư đường sắt đô thị đến năm 2020 của Hà

Nội .................................................................................................. 12

Bảng 1.2: Bảng phân loại TBM ........................................................................ 17

Bảng 2.1 Công thức xác định Smax: .................................................................. 36

Bảng 2.2: Công thức xác định tham số bề rộng i: ............................................. 37

Bảng 3.1. Số lần đo chuyển vị của các điểm đo [120]....................................... 55

Bảng 3.2 Các hạng mục khảo sát công trình dọc tuyến Bến Thành Suối Tiên

[120] ............................................................................................... 56

Bảng 3.3 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Peck ( 1969) ... 61

Bảng 3.4 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo New & O’Reilly

(1982) và Mair (1993) .................................................................... 62

Bảng 3.5 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Attewell (1977) ;

Clough & Schmidt (1981) và Atkinson & Potts (1979) ................... 63

Bảng 3.6: Sai số trung bình của độ lún lớn nhất giữa kết quả tính với quan trắc64

Bảng 4.1 Quan hệ giữa hệ số mất mát thể tích và áp lực bơm vữa bên thành p269

Bảng 4.2 Quan hệ giữa hệ số mất mát thể tích với áp lực bơm vữa bên thành p2

và độ sâu đặt hầm ........................................................................... 72

Bảng4.3: Số liệu quan trắc lún bề mặt tại mặt căt điển hình ............................. 75

Bảng4.4: Kết quả tính Vloss theo số liệu quan trắc hiện trường ....................... 76

Bảng 4.5 Kết quả hệ số mất mát thể tích VL tính theo công thức đề xuất .......... 83

Bảng 4.6 So sánh kết quả Vloss tính toán theo công thức đề xuất với Vloss quan

trắc .................................................................................................. 84

Bảng 4.7 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp đường kính hầm .. 87

Bảng 4.8 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp đường độ sâu hầm

....................................................................................................... 88

Bảng 4.9 Độ lún lớn nhất Smax ứng với các hệ số Vloss .................................. 89

Bảng 4.10 Dữ liệu quan trắc từ Km 1+500 đến KM 0+850 .............................. 92

Bảng 4.11 Độ lún lớn nhất Smax tình theo công thức đề xuất. ......................... 95

Page vii

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Bảng 4.12. So sánh kết quả lún lớn nhất giữa số liệu quan trắc với kết quả tình

toán bằng công thức Smax đề xuất .................................................. 96

Bảng 4.13 Sai số trung bình của độ lún lớn nhất giữa kết quả tính ................... 97

Bảng 4.14 So sánh kết quả tính hệ số i theo công thức đề xuất ...................... 102

và so sánh với số liệu quan trắc ...................................................................... 102

Bảng 5.1 Phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và

chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt đất ................... 108

Bảng 5.2 Thông số đầu vào cho các lớp đất .................................................... 111

Bảng 5.3 Các đặc tính của vật liệu vỏ hầm và kết cấu móng công trình mặt đất

..................................................................................................... 111

Bảng 5.4 Chuyển vị móng nông khi thi công ống hầm bên trái ...................... 113

Bảng 5.5 Chuyển vị móng nông khi thi công hai ống hầm ............................. 114

Bảng.5.7 Chuyển vị đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm ......................... 117

Bảng 5.8 . Tiêu chuẩn giới hạn phá hoại các công trình nhà do biến dạng mặt đất

..................................................................................................... 125

Bảng 5.9. Phân loại các hư hỏng bề ngoài trên tường (Burland & Wroth, 1975)

..................................................................................................... 126

Bảng 5.10. Quan hệ giữa loại hư hỏng và biến dạng kéo giới hạn .................. 126

Page viii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 0.1: Hiện trạng giao thông công cộng tại Hà Nội ....................................... 1

Hình 0.2: Mô hình thi công tuyến Metro ngầm chìm trong đô thị ....................... 3

Hình 0.3: Hiện tượng lún sụt mặt đường do thi công tuyến Metro ngầm ............ 3

Hình 0.4: Các loại mất thể tích khi thi công hầm bằng công nghệ TBM ............. 3

Hình 1.1: Biểu đồ các thông số chính của một số hệ thống Metro nổi tiếng trên

thế giới .............................................................................................. 7

Hình 1.2: Bản đồ mạng lưới hệ thống tàu điện ngầm tại Paris ............................ 8

Hình 1.3: Bản đồ mạng lưói tàu điện ngầm tại Matxcơva ................................... 9

Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới Metro tại thành phố London ................................ 10

Hình 1.5 : Sơ đồ tàu điện ngầm tại NewYork ................................................... 11

Hình 1.6: Bản đồ qui hoạch hệ thống Metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh .... 13

Hình 1.7: Sơ đồ thi công bằng khiên ................................................................ 14

Hình 1.8: Quy luật biến dạng chung của mặt đất .............................................. 18

Hình 1.9. Sơ đồ lún theo mặt cắt ngang khi thi công bằng khiên ...................... 19

Hình 1.10: Hiện tượng sập lở tại một gương khi thi công hầm tại thành phố

Muenchen (Munich), Đức, 1994 ...................................................... 21

Hình 1.11: Sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT) ........................................... 22

Hình 1.12: Một phần của đường cao tốc bị sập phía trên công trường xây dựng

đường hầm cho tuyến tàu điện ngầm mới ở Sao Paulo, Brazil, ngày 1

tháng 2 năm 2022. ........................................................................... 23

Hình 1.13:Các dạng ảnh hưởng của phễu lún tới công trình bề mặt [01] .......... 24

Hình 1.14: Định nghĩa biến dạng của công trình (sau Burland, 1995) .............. 25

Hình 1.15. Mô hình hoá công trình như một dầm đàn hồi và định nghĩa độ võng

tương đối (Burland và Wroth, 1975) ................................................ 26

Hình 2.1: Các yếu tố của biến dạng bề mặt và đường biên của khối chuyển dịch

........................................................................................................ 31

Hình 2.2:Biến dạng theo phương thẳng đứng và phương ngang khi đào hầm ... 32

Hình 2.3: Các yếu tố hình học sử dụng cho tính toán hệ số ổn định ở thời điểm

phá hoại (hệ số ổn định tới hạn) ....................................................... 34

Page ix

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Hình 2.4: Đường cong Gauss đối với máng lún ngang và mất mát đất Vt ......... 35

Hình 2.5 Dịch chuyển bề mặt ngang và đường cong lún ngang ........................ 38

Hình 2.6 Đường cong lún dọc phía trên đường tim hầm (Attewell, 1986) ........ 39

Hình 2.7: So sánh giữa mô tả lún bề mặt của Gaussian và của Sagaseta ở cùng

độ lún Smax. ...................................................................................... 40

Hình 2.8 Một số mô hình phần tử thường dùng ................................................ 42

Hình 3.1. Quy hoạch mạng lưới tàu điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh .......... 48

Hình 3.2 Đoạn tuyến Metro đi ngầm từ Ga Bến Thành – Ga Ba Son ............... 50

Hình 3.3 Phối cảnh 3D Đoạn tuyến Metro đi ngầm. ......................................... 50

Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị mặt đất theo phương dọc hầm ....... 54

Hình 3.5. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị mặt đất theo phương ngang hầm ... 54

Hình 3.8. Đoạn Khu gian từ ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn ........................... 57

Hình 3.9. Mặt bằng bố trí điểm đo quan trắc lún [120] ..................................... 57

Hình 3. 10 Kết quả đo lún bề mặt dọc đoạn tuyến Metro ................................. 58

Hình 3.11: Kết quả khảo sát số liệu đo lún tại mặt cắt KM 1+400 .................... 59

Hình 3.12: Kết quả khảo sát số liệu đo lún một số tại mặt cắt ........................... 60

Hình 3.13. Các biểu đồ so sánh lún bề mặt giữa quan trắc và tính theo lý thuyết

........................................................................................................ 65

Hình 4.1 Các giai đoạn thi công hầm bằng TBM .............................................. 67

Hình 4.2 Các tổn thất thể tích trong quá trình đào hầm bằng TBM. ................. 68

Hình 4.3 Kết quả phân tích lún bề mặt do thi công ống hầm TBM ứng với áp

lực bơm vữa thay đổi từ 0.15Mpa -0,3Mpa. ..................................... 69

Hình 4.4 . Đường cong lún tại mặt cắt điển hình .............................................. 69

Hình 4.5 Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích theo phân tích

số ..................................................................................................... 70

Hình 4.6: Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích theo quan

trắc .................................................................................................. 71

Hình 4.7 Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích và độ sâu đặt

hầm ................................................................................................. 71

Hình 4.8: Tương quan mất mát thể tích và X ................................................... 73

Page x

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Hình 4.9 Tương quan mất mát thể tích và Y .................................................... 73

Hình 4.10:Tương quan mất mát thể tích và (1/V) ............................................ 74

Hình 4.11:Đường cong lún bề mặt ngoại suy từ số liệu quan trắc. .................... 76

Hình 4.12 Đoạn khu gian từ Ga Ba Son đến Ga Bến Thành. [121] ................... 79

Bảng 4.3 Các thông số điều kiện địa chất tại các mặt cắt [121] ........................ 80

Hình 4.14 : Vị trí 4 sensors ở vị trí đầu buồng khoan [122] .............................. 81

Hình 4.15: Màn hình điều khiển máy khoan trong quá trình khoan. [122] ........ 81

Hình 4.16 : Phiếu khảo sát áp lực vữa bơm. [122] ............................................ 82

Hình 4.16 : Biểu đồ so sánh Vloss tính toán với Vloss Quan trắc. .................... 85

Hình 4.17.Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp đường kính hầm 87

Hình 4.18. Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và D ................................. 87

Hình 4.19 Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và Z ................................... 88

Hình 4.20 Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp độ sâu đặt hầm .. 88

Hình 4.21: Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo PTHH...................... 90

Hình 4.22 Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo xác xuất thống kê ..... 90

Hình 4.23 Biểu đồ tương quan giữa Smax và tỷ lệ (D.P/Z) .............................. 91

Hình 4.24 Biểu đồ so sánh kết quả lún bề mặt giữa số liệu quan trắc và tính toán

theo công thức Smax đề xuất ........................................................... 97

Hình 4.25 .Biểu đồ tương quan giữa I và ( Z/D) .............................................. 99

Hình 4.26 .Biểu đồ tương quan giữa I và ( P/Z) ............................................... 99

Hình 4.27 Biểu đồ so sánh đường cong lún bề mặt giữa số liệu quan trắc và

đường cong lún tính toán theo công thức Smax, Vloss và i đề xuất với

các đường cong lún tinh theo các lý thuyết khác. ........................... 103

Hình 5.1 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình bên trên và hệ móng cọc A,

B, C – Vùng ảnh hưởng rõ rệt; D- Vùng ít ảnh hưởng. .................. 107

Hình 5.3 So sánh chuyển vị đáy móng tính toán PTHH với số liệu quan trắc. 109

Hình 5.4 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng nông do thi công hai ống

hầm song song cùng cao độ ........................................................... 110

Hình 5.5 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng cọc do thi công hai ống

hầm song song cùng cao độ ........................................................... 110

Page xi

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Hình 5.6 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất, trường hợp

2 ống hầm cùng cao độ (móng nông) ............................................. 111

Hình 5.7 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm, trường hợp 2

ống hầm cùng cao độ (móng nông) ................................................ 112

Hình 5.8. Đường cong lún bề mặt sau khi thi công ống hầm bên trái .............. 112

Hình 5.9. Đường cong lún bề mặt sau khi thi công hai ống hầm song song .... 112

Hình 5.10 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công ống

hầm trái ......................................................................................... 114

Hình 5.11 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công hai

ống hầm song song. ....................................................................... 114

Hình 5.12. Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất, trường

hợp 2 ống hầm cùng cao độ (móng cọc) ........................................ 115

Hình 5.13. Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm, trường hợp 2

ống hầm cùng cao độ (móng cọc) .................................................. 115

Hình 5.14. Đường còng lún mặt đất có móng cọc khi thi công ống hầm bên trái

...................................................................................................... 115

Hình 5.15 Đường cong lún mặt đất có móng cọc khi thi công hai ống hầm .... 116

Hình 5.17 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công ống

hầm trái ......................................................................................... 117

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công hai ống

hầm ............................................................................................... 118

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của công trình ........ 125

Hình 5.19 Chuyển vị ngang của công trình ..................................................... 125

Phụ lục 1a: Mặt bằng bố trí điểm đo quan trắc lún ........................................ 145

Page xii

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Khái quát, đặt vấn đề nghiên cứu

Hiện nay, tại các đô thị lớn, nhu cầu xây dựng nhà ở, cụm công trình công cộng,

các khu công nghiệp, mạng lưới giao thông phát triển mạnh mẽ. Mức sống của người dân tăng lên đòi hỏi những không gian xanh cho môi trường. Trong bối cảnh đó, không gian mặt đất không đáp ứng được nữa, đã đến lúc bắt buộc phải tính đến việc sử dụng các không gian ngầm chìm.

Trong lĩnh vực giao thông, với những giải pháp tình thế như đã vận dụng hiện nay không thể giải quyết triệt để các tồn tại của giao thông đô thị như tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Sự tăng trưởng dân số, đặc biệt là dân số đô thị kéo theo nhu cầu phương tiện

giao thông tăng mạnh. Với sự phát triển giao thông không ngừng kéo theo mức độ nguy hiểm của môi trường sinh thái. Cấu trúc giao thông đô thị không thể thiếu mạng lưới phân nhánh, các đường trục giao thông qua các khu dân cư, khu công nghiệp cơ quan trường học….đảm bảo cho nhu cầu đi lại của người dân theo các hướng khác nhau. Đô

thị càng phát triển lưu lượng hành khách ngày càng lớn mà các mạng lưới giao thông hành khách hiện tại như xe buýt sẽ không đủ năng lực đảm bảo, xe buýt nhanh Hà Nội đã đi vào hoạt động xong cũng không hiệu quả. Theo số liệu khảo sát cho thấy: Năm 2013:

Hà Nội có 57 điểm ùn tắc, TP HCM có 50 điểm. Từ 2008 đến nay: Toàn quốc 1379 vụ ùn tắc kéo dài trên 1 giờ (Hà nội 336 vụ chiếm 24,4%, TPHCM 227 vụ chiếm 16,5%). Nguyên nhân chính là do cơ sở hạ tầng giao thông đô thị Việt Nam chưa đáp ứng được nhu cầu. Hà Nội: 3888 nút giao, 36 nút khác mức, 207 nút đèn tín hiệu. TPHCM : 4306

nút giao, hơn 648 nút giao đèn tín hiệu. Hải Phòng: 200 nút giao, 64 nút đèn tín hiệu

Hình 0.1: Hiện trạng giao thông công cộng tại Hà Nội

Các công trình đã nghiên cứu cũng cho thấy trong đô thị lớn dân số trên 500.000 người có dòng hành khách vượt trên 10.000 người/1h theo 1 hướng thì nên sử dụng tàu

Page 1

điện. Khi dòng khách ổn định 20.000 người/ 1h theo1 hướng thì việc vận chuyển hành

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT khách cần giải quyết bằng Metro ( tầu điện ngầm). Do đó trong tình hình giao thông đô thị phát triển mạnh như hiện nay thì việc xây dựng đường hầm và metro là tất yếu. Metro

là dạng giao thông vận tải hành khách lớn, tiện nghi và hoàn thiện nhất. Đây là loại hình giao thông công cộng rất hiệu quả và thuận tiện, đảm bảo vận chuyển khối lượng hành khách lớn với tốc độ đều đặn với thời gian giữa các chuyến chỉ từ 1,5 đến 5 phút. Đường

tầu điện ngầm còn giải quyết được các vấn đề mở rộng không gian đô thị cũng như tận dụng được các diện tích mặt đất và giảm ô nhiễm môi trường ( không khí và tiếng ồn). Với hệ thống tầu điện ngầm có thể mở rộng thành phố ra các khu vực ngoại thành, giảm mật độ dân số trong khu vực nội thành làm giảm mức độ gia tăng của phương tiện giao

thông cá nhân, giảm tình trạng ách tắc và ô nhiễm môi trường. Do đó có thể thấy xây dựng hệ thống metro tại Hà Nội và TP HCM mang tính cấp thiết hiện nay.

Với tính cấp thiết đó, Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt qui hoạch phát triển giao

thông đô thị, theo đó Hà Nội sẽ xây dựng hệ thống Metro với 8 tuyến và TP HCM sẽ xây dựng hệ thống Metro với 6 tuyến.

Với đặc điểm Hà Nội và TP HCM: Quĩ đất cho giao thông rất khan hiếm, dân cư đông đúc, tình trạng giao thông luôn quá tải, các công trình trên mặt đất rất nhiều và đa

dạng cùng với những móng công trình phức tạp…, chúng ta thấy cần lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp để xây dựng đường hầm và metro tại đây. Việc xây dựng các tuyến Metro tại Hà nội và TP HCM bằng phương pháp đào mỏ

truyền thống sẽ rất khó khả thi. Không thể đào bằng khoan nổ mìn gây chấn động khu dân cư, tiến độ thi công chậm, rất dễ mất ổn định cục bộ dẫn đến sập toàn bộ khung chống tạm trong thi công. Còn công nghệ đào và lấp hiện nay hay công nghệ lộ thiên sẽ gặp trở ngại lớn về giải phóng mặt bằng trong thi công và chắc chắn phải tạm ngừng giao

thông một phần trong thời gian thi công. Mặt khác công nghệ này chỉ áp dụng cho các tuyến đi nông … Công nghệ dùng tổ hợp máy khoan đào hầm TBM ( Tunnel Boring Machine) có

thể phần nào khắc phục được những hạn chế đó. Công nghệ này có thể áp dụng xây dựng cho cả tuyến đặt nông hay sâu, giảm tối đa diện tích giải phóng mặt bằng, không cản trở đến giao thông đô thị. Do đó công nghệ TBM phù hợp cho áp dụng để thi công các tuyến hầm Metro ngầm tại

Page 2

HN và TP HCM

Hình 0.2: Mô hình thi công tuyến Metro ngầm chìm trong đô thị

Ngay cả thi công bằng phương pháp TBM cũng không tránh khỏi việc gây lún bề

mặt gây nguy hiểm cho các công trình bên trên.

Hình 0.3: Hiện tượng lún sụt mặt đường do thi công tuyến Metro ngầm

Nguyên nhân chính là mất thể tích hướng tâm và mất thể tích gương đào

Hình 0.4: Các loại mất thể tích khi thi công hầm bằng công nghệ TBM

Hệ quả là quá trình thi công bằng TBM tất yếu sẽ gây lún cả theo phương ngang

và phương dọc tuyến hầm.

Tuy nhiên như đã giới thiệu trên, hai thành phố lớn như HN và TP HCM có đặc điểm Qui hoạch chưa đồng nhất; Quĩ đất giành cho giao thông khan hiếm; Nhiều công

Page 3

trình kiến trúc cổ cần bảo tồn; Dân cư đông đúc; Tình trạng giao thông quá tải; Công trình trên mặt đa dạng và phong phú. Do đó, vấn đề đặc biệt cần quan tâm hiện nay đó là

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT nghiên cứu ảnh hưởng quá trình thi công Metro đến hiện tượng lún và các công trình trên bề mặt, ứng xử của nền đất xung quanh khu vực thi công hầm, các yếu tố ảnh hưởng đến

hiện tượng lún bề mặt, phạm vi ảnh hưởng của lún đến các công trình trên mặt và đặc biệt cần xây dựng các công thức dự báo lún bề mặt khi thi công xây dựng tuyến hầm metro bằng công nghệ TBM tại các đô thị lớn ở Việt Nam.

2. Đối tượng, phạm vị và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu luận án tập trung vào các dự án án xây dựng đường hầm metro tại TP Hồ Chí Minh.

2.2. Phạm vi nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu đoạn tuyến ngầm từ Ga Bến Thành đến Ga Ba Son, dự án xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh.

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết dựa trên các kết quả tính toán theo công thức kinh nghiệm so sánh với các kết quả quan trắc tại hiện trường kết hợp với phương pháp PTHH

3. Mục tiêu và tổ chức triển khai nghiên cứu

3.1 Mục tiêu của luận án

Ngày nay, do đô thị hóa và tình hình tăng dân số thì nhu cầu xây dựng hệ thống

Metro, đặc biệt là những đoạn tuyến ngầm tăng lên đáng kể tại các đô thị. Đặc điểm chung tại các đô thị là điều kiện địa chất yếu, tuyến thường đặt nông, trên bề mặt thì rất nhiều công trình đa dạng và phong phú. Thách thức lớn nhất với những công trình này chính là sự ổn định của nền trong quá trình thi công. Do đó sự ổn định của nền và độ lún

bề mặt tiềm ẩn những yếu tố nguy hiểm nhất cần được xem xét trong suốt quá trình thi công cũng như là khai thác. Độ lún bề mặt có thể dẫn đến những phá hoại công trình trên mặt lân cận. Chúng ta cần ước tính được độ lún bề mặt và đánh giá những tác động ảnh

hưởng đến các công trình trên bề mặt khi thi công đường hầm bằng tổ hợp máy khoan đào hầm (TBM) tại các đô thị lớn Việt Nam.

Bài toán phân tích lún mặt đất và đánh giá tác động đến các công trình trên mặt đất trong quá trình xây dựng đường hầm trong thành phố, đặc biệt là các tuyến metro là

một bài toán tác động tương hỗ vô cùng phức tạp và có thể giải quyết một cách hiệu quả với các phương pháp số. Tính ưu việt của phương pháp PTHH trong mô hình các bài toán phân tích lún mặt đất đó là có thể xem xét tính tác động tương hỗ qua lại giữa hiện tượng lún mặt đất do thi công đường hầm metro với các công trình hiện hữu trên mặt đất,

Page 4

có thể phân tích theo trình tự thi công của mỗi dự án… cùng với sự phát triển các phần mềm thương mại khiến việc phân tích bài toán này theo phương pháp PTHH ngày càng trở nên phổ biến hơn. Tuy nhiên, kết quả bài toán phân tích theo phương pháp này phụ

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT thuộc rất nhiều vào các số liệu đầu vào. Trong đó phải kể đến hệ số mất mát thể tích Vloss. Tuy nhiên, không có nhiều nghiên cứu phân tích đại lượng này và đa phần đều lấy

giá trị này giả định theo kinh nghiệm thi công.

Do đó mục tiêu thứ nhất của luận án là : Xây dựng công thức tính Vloss nhằm hoàn thiện hơn phương pháp tính PTHH để đánh giá tác động thi công đường hầm

Metro đến công trình trên mặt đất.

Bên cạnh đó, trong quá trình xây dựng các tuyến đường hầm metro, không phải lúc nào cũng có thể sử dụng phương pháp số, vẫn cần một công cụ, mô hình toán học nhanh chóng xác định được độ lún lớn nhất cũng như các thông số của hình dạng máng lún ví dụ như để xác định cao độ tuyến, khu vực ảnh hưởng lún, phục vụ công tác quan trắc lún trong thi công, xác lập các giới hạn cảnh báo…nên vẫn cần công thức thực nghiệm. Cũng đã có những nghiên cứu trước đây về vấn đề này. Các nhà khoa học đã

nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau, phổ biến ở những năm cuối của thế kỷ 20 là phương pháp thực nghiệm dựa trên các số liệu quan trắc thực tế của các công trình cụ thể, các tác giả xây dựng các công thức thực nghiệm nhằm xác định độ lún lớn nhất và hệ số máng lún i của đường cong lún trên bề mặt. Tiêu biểu cho phương pháp này phải

kể đến công bố của Peck năm 1969. Sau đó các nhà khoa học tiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu quan trắc thực tế các công trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từng nước. Tuy nhiên, hiện tại

chưa có nghiên cứu nào áp dụng cho điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

Mục tiêu thứ hai của luận án muốn so sánh những giá trị lún bề mặt được tính bằng các công thức thực nghiệm của các tác giả đã công bố với những số liệu quan trắc thực tế tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành, Suối Tiên đoạn Ga Nhà hát

lớn đến ga Ba Son. Từ đó sẽ đề xuất các công thức tính các đại lượng lún mặt đất

bằng phương pháp thực nghiệm phản ánh qui luật lún mặt đất trong quá trình thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM tại thành phố Hồ Chí Minh.

Đây quả là vấn đề mang tính thời sự cao do Việt Nam hiện nay đang triển khai xây dựng hàng loạt các tuyến Metro thuộc 2 dự án lớn là xây dựng hệ thống metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Với kết quả nghiên cứu này có giá trị rất lớn để áp dụng cho những dự án xây dựng các tuyến Metro tiếp theo mà Việt Nam đang triển khai.

3.2 Tổ chức triển khai nghiên cứu Để thực hiện được mục tiêu luận án nêu trên, NCS triển khai nghiên cứu như sau: Ngoài nghiên cứu mở đầu xây dựng mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, luận án triển

Page 5

khai nghiên cứu các chương sau: Chương 1: Tổng quan các vấn đề liên quan đến đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết dự tính lún mặt đất khi thi công đường hầm bằng TBM.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Chương 3: Quan trắc- So sánh kết quả quan trắc lún mặt đất dọc đoạn tuyến ngầm Ga Bến Thành đến Ga Ba Son dự án xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP

Hồ Chí Minh với kết quả tính toán lý thuyết. Chương 4: Phát triển nghiên cứu dự báo lún bề mặt và xây dựng các công thức thực nghiệm dự tính các yếu tố lún bề mặt khi thi công đoạn tuyến hầm Metro tại Thành phố

Hồ Chí Minh. Chương 5: Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH ảnh hưởng thi công hầm bằng TBM đến công trình trên bề mặt tại Thành phố Hồ Chí Minh.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc xây dựng được công thức thực nghiệm tính hệ số mất mát thể tích Vloss được xem là đóng góp to lớn trong lĩnh vục này bởi theo các nghiên cứu trước đây đã được công bố, vấn đề mất mát thể tích trong quá trình thi công đường hầm gây lún bề

mặt cũng được đề cập song đều được chỉ dẫn lấy theo kinh nghiệm thi công hiện trường mà chưa có công thức nào được công bố. Đồng thời với giá trị Vloss được tính toán sẽ giúp hoàn thiện hơn phương pháp tính PTHH để đánh giá bài toán tác động thi công

đường hầm Metro đến công trình trên mặt đất.

Luận án đã so sánh những giá trị lún bề mặt được tính bằng các công thức thực nghiệm của các tác giả đã công bố với những số liệu quan trắc thực tế tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành-Suối Tiên đoạn Ga Nhà hát lớn đến ga Ba Son. Từ đó

đã đề xuất các công thức tính các đại lượng lún mặt đất bằng phương pháp thực

nghiệm phản ánh qui luật lún mặt đất trong quá trình thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM tại thành phố Hồ Chí Minh

Ngoài ra, việc đề xuất hai sơ đồ công nghệ thi công đường hầm bằng TBM nhằm

kiểm soát tác động của việc xây dựng đường hầm bằng TBM đến các công trình trên mặt cũng là đóng góp mới và là một cách tiếp cận vấn đề khá mới trong lĩnh vực này. Với sơ đồ công nghệ này cho phép chúng ta tính toán xác định áp lực vữa bơm trước khi tổ chức

thi công nhằm kiểm soát tác động đến công trình trên. Và trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM cũng luôn quan trắc lún bề mặt để có thể làm căn cứ cơ sở để điều chỉnh ngay yếu tố kỹ thuật trong thi công (áp lực vữa bơm) nhằm kiểm soát tác động đến công trình trên mặt.

Kết quả nghiên cứu của luận án rất có ý nghĩa khoa học và có tính thời sự thực tiễn cao tại Việt Nam khi đã và đang triển khai xây dựng hàng loạt các tuyến Metro thuộc 2 dự án lớn là xây dựng hệ thống metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Với kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho những dự án xây dựng các tuyến Metro tiếp theo mà Việt Nam

Page 6

đang triển khai

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG HẦM METRO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình xây dựng Metro trên thế giới Tuyến Metro đầu tiên được xây dựng ở Anh vào năm 1863, cho đến nay đã có khoảng 80 thành phố trên thế giới sử dụng hệ thống Metro trong giao thông công cộng. Hệ thống

3500

Metro lớn nhất thế giới là ở Newyork với tổng chiều dài 471km và 468 nhà ga

3200

3000

2500

2053.4

2000

1434

1405.3

1500

1261.7

952.6

1000

758.4

503.5

471

468

415

401.8

500

378

375

211

265

177

225

200

153

175

164

75

49

51

49

Hình 1.1: Biểu đồ các thông số chính (chiều dài, số nhà Ga) của một số hệ thống Metro

nổi tiếng trên thế giới

Dưới đây giới thiệu một số hệ thống Metro tại một số thành phố lớn :

1.1.1.1 Metro tại Paris - Pháp

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của hệ thống tàu điện ngầm tại Paris là lối

lên xuống các ga, được thiết kế theo phong cách nghệ thuật mới của Hector Guimard, với các cổng vòm mang đậm phong cách kiến trúc của Pháp.

Hầu hết các nhà ga đều được bố trí ngầm, chỉ có một số ga bố trí trên mặt đất và

trên cao do điều kiện tuyến phải đi cao. Các ga được nối với mặt đất chủ yếu bởi các băng truyền để đảm bảo vận chuyển hành khách lên xuống ga.

Page 7

Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại Paris

Hình 1.2: Bản đồ mạng lưới hệ thống tàu điện ngầm tại Paris

1.1.1.2 Hệ thống Metro tại Matxcova - Liên bang Nga

Đặc điểm của Metro Matxcova Hệ thống tàu điện ngầm của Matxcova có 277,9 km với 12 tuyến, 171 nhà ga và trong những ngày bình thường (theo báo cáo hàng năm) hệ thống chuyên chở được 10,05

triệu hành khách. Số lượng hành khách chở trung bình trong năm là 8,745 triệu hành khách/ngày.

Tàu điện ngầm Matxcova có khoảng cách giữa hai trục bánh xe là 1520 mm, giống như hệ thống đường sắt thông thường ở Nga và ray được cấp dòng điện xoay chiều

825V. Khoảng cách trung bình giữa các ga là 1800 m và khoảng cách ngắn nhất là 510 m giữa 2 ga Aleksandrovskiy Sad và Arbatskaya, khoảng cách dài nhất 3,4 km giữa 2 ga Volgogradskiy Prospekt và Tekstilshchiki.

Page 8

Tàu điện ngầm ở Matxcova hiện có 171 ga trong đó có 70 ga ở mức độ sâu, 87 ga ở mức không sâu. Trong số các ga sâu có 53 ga kiểu tháp, 16 ga kiểu cột và 1 ga dạng vòm đơn. Trong những ga không sâu có 65 ga loại cột, 19 ga loại vòm đơn và 3 ga loại 2 tầng.

. Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại Matxcơva

Hình 1.3: Bản đồ mạng lưói tàu điện ngầm tại Matxcơva

Kế hoạch phát triển Metro trong tương lai của Matxcơva

Trong những năm sắp tới, Matxcova dự định sẽ nâng cấp chất lượng những tuyến đường đã có để phục vụ hành khách tốt hơn. Đồng thời để đáp ứng được nhu cầu đi lại của hành khách, Matxcova sẽ mở thêm 11 tuyến mới với những trang thiết bị hiện đại nhất.

1.1.1.3 Hệ thống Metro tại London – Vương quốc Anh

Hệ thống tàu điện ngầm London là một trong những hệ thống giao thông nội thành lớn nhất thế giới, hoạt động liên tục 20 giờ một ngày. Với diện tích 617 dặm vuông,

London bị sông Thames chia thành 2 phần Bắc và Nam, sự phát triển của tàu điện ngầm ở 2 miền là không cân đối, chủ yếu phát triển mạnh ở khu vực phía Bắc. Trong 275 ga tàu điện ngầm chỉ có 29 ga được đặt tại khu vực phía Nam. Đoàn tàu sử dụng trong hệ thống tàu điện ngầm London thường gồm 3 - 8 toa tàu, có thể chứa tối đa 150 hành

khách một lượt, chuyên chở 45.000 hành khách/h. Khoảng thời gian giữa 2 lần tàu vào ga là 5 - 15 phút, vào giờ cao điểm là 2 phút.

Page 9

Quy hoạch mạng lưới tuyến Metro tại London

Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới Metro tại thành phố London

Kế hoạch phát triển Metro trong tương lai của London

Trong tương lai gần London chưa có kế hoạch mở thêm các tuyến tàu điện ngầm mới trong thành phố mà chỉ nâng cao công suất hoạt động của các tuyến và cải thiện, thay mới hệ thống các đoàn tàu. Tiếp theo sẽ tăng cường độ hoạt động của tuyến phía Bắc lên 25%, 30% với tuyến Bakerloo, 30% với tuyến vòng và tuyến nội đô. Tăng khả năng vận chuyển của tuyến Bakerloo và tuyến trong thành phố lên 12%, tuyến Jubilee 22%. 200 ga sẽ được tân trang và hiện đại hóa. Đồng thời thay thế và đưa 314 tàu điện mới vào hoạt động, cải thiện được 80% số tàu hiện đang sử dụng.

1.1.1.4. Hệ thống Metro tại New York Đặc điểm của Metro Newyork

Một ga tàu điện điển hình có thềm đợi dài khoảng 122m đến 213m đủ để phục vụ

một lượng lớn khách. Khách vào ga qua bậc cầu thang vào nơi bán vé bằng máy tự động và mua vé, bây giờ thay thế bằng metrocard. Sau đó qua cửa quay vào thềm đợi tàu. Hiện nay có khoảng 3200 cửa quay ở 468 ga cho phép hành khách sử dụng metrocard. Có nhiều tuyến và ga có cả 2 loại tàu là: tàu nhanh chạy suốt (express) và tàu điện chạy theo

tuyến ngắn (local). Ga phục vụ cho tàu nhanh dùng để chung chuyển tuyến hoặc là ga đặc biệt. Là hệ thống duy nhất trên thế giới mở cửa 24h trong ngày và 7 ngày trong tuần phục vụ hành khách. Một số ga được bố trí đặc biệt để phục vụ người tàn tật (phải ngồi xe lăn) như ga ở đường số 72. N.Y.C.S có hệ thống toa tàu điện lớn nhất thế giới. Tất cả

Page 10

toa tàu thường chế tạo từ inox, đều trang bị điều hoà không khí,. Số lượng ghế 30 - 45. Sức chứa hành khách 130 - 148 tốc độ từ 80-105 km/h, trung bình đạt 90 km/h.

Hệ thống MTA cách đây không lâu (20 năm) đã ứng dụng tự động hoá vào điều khiển hệ thống. Bắt đầu với tuyến đường BMT Canarside, MTA lên kế hoạch tự động

hoá toàn bộ hệ thống, chỉ dùng một người điều khiển (OPTO) dựa trên cơ chế thông tin nhận được. Vào giờ cao điểm, khoảng thời gian giữa 2 tàu kế tiếp nhau có thể giảm xuống còn 90 giây, hệ thống máy tính và bộ điều khiển phát ra khoảng 10,675 tín hiệu,

điều khiển 205 ga xép và thực hiện 540 chu trình chạy tàu. Hệ thống tàu điện ngầm được chia thành 26 tuyến chính, bao gồm cả 3 tuyến ngắn ở: đại lộ Franklin, đường số 42 và công viên Rockaway. Các tuyến được phân biệt với nhau bằng các chữ số, màu sắc và tên gọi.

Quy hoạch mạng lưới tuyến metro tại New York

Hình 1.5 : Sơ đồ tàu điện ngầm tại NewYork

1.1.2 Tình hình xây dựng Metro tại Việt Nam

Theo định hướng phát triển của hệ thống đường sắt đô thị đến năm 2020 của thành phố Hà Nội, hệ thống tuyến đường sắt nội đô trên mặt đất, trên cao và đi ngầm vận

Page 11

chuyển hành khách từ các vùng phụ cận Đông - Tây - Nam - Bắc vào trung tâm thành phố, với Ga Hà Nội là điểm gốc.

Bảng 1.1 : Mạng lưới và dự án đầu tư đường sắt đô thị đến năm 2020 của Hà Nội

Chiều dài

TT

Tên tuyến

Hệ thống dự kiến

(km)

Yên Viên – Ngọc Hồi

24,6

Tàu điện trên cao có sử dụng các làn đường sắt

Ga Hà Nội – Hà Đông

12,6

Tàu điện hoặc Metro trên cao

8,00

Tàu điện hoặc Metro trên cao

Voi Phục – Cầu Giấy – Cầu Diễn Ga Hà Nội – Nội Bài

21,60

Ga Giáp Bát – Nam T.Long

18,90

Tàu điện hoặc Metro trên cao có sử dụng ĐS Nam Thăng Long – Tang Mi Tàu điện hoặc Metro trên cao

32,10

Tàu điện hoặc Metro trên cao

KS Deawoo – Láng – Hoà Lạc Bưởi - Đông Anh – Sóc Sơn

23,90

Cổ Bi – Kim Nỗ

25,50

Liên quan đến sự phát triển của khu Nam Thăng Long “Hanoi New Town” Liên quan đến sự phát triển của khu Nam

Thăng Long “Hanoi New Town”

TP Hồ Chí Minh có 6 tuyến Metro là:

* Tuyến 1: Bến Thành-Suối Tiên dài 19,7 km * Tuyến 2: Ngã tư An Sương - Thủ Thiêm dài 19 km, hướng tuyến đi theo các trục

đường: Thủ Thiêm - BT - Phạm Hồng Thái - CMT8 - Trường Chinh.

* Tuyến 3: QL13 - Bến xe Miền Đông - Nguyễn Thị Minh Khai - Hùng Vương - Kinh Dương Vương - BX Miền Tây - Tân Kiên dài 24 km, hướng tuyến: QL13 - Xô Viết Nghệ Tĩnh - Nguyễn Thị Minh Khai - Hùng Vương - Kinh Dương Vương.

* Tuyến 4: Cầu Bến Cót - Gò Vấp - đường Nguyễn Văn Linh dài 24 km, hướng tuyến: Nguyễn Oanh - Nguyễn Kiệm - Phan Đình Phựng - Hai Bà Trưng - Khánh Hội - Nam Sài Gòn.

* Tuyến 5: Cầu Sài Gòn - BX Cần Giuộc dài 17 km, hướng tuyến: Điện Biên Phủ - Bạch Đằng - Phan Đăng Lưu - Hoàng Văn Thụ - Lý Thường Kiệt - Phù Đổng Thiên Vương - BX Cần Giuộc.

Page 12

* Tuyến 6: Âu Cơ - Lũy Bán Bích dài 6Km

Hình 1.6: Bản đồ qui hoạch hệ thống Metro tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh

1.2 THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM METRO BẰNG CÔNG NGHỆ TBM VÀ CÁC VẤN ĐỀ PHÁT SINH 1.2.1 Sự ra đời và phát triển công nghệ TBM

Thi công bằng khiên (Shield Method) là phương pháp thi công cơ giới dùng khiên đào đường hầm ngầm dưới mặt đất. Khiên (Shield) là một loại kết cấu ống thép hoạt động dưới sự che chắn áp lực địa tầng, lại có thể hoạt động tiến lên trong địa tầng. Tổ

hợp máy khoan đào hầm (TBM) thực hiện trọn vẹn chu trình thi công hầm từ đào đường hang, chống đỡ, vận chuyển đất đá ra ngoài và lắp ráp vỏ hầm. Đoạn đầu máy là mâm quay với các lưỡi cắt đất đá quay vi sai để phá hủy đất đá. Toàn bộ đất đá được nuốt vào trong thân máy theo thanh cuộn ruột gà và theo băng truyền đưa ra ngoài theo giếng

đứng. Phía sau, các mảnh hầm được đưa vào và các robot lắp ráp thành vành hầm khép kín. Hệ thống kích đẩy vào vành hầm vừa lắp xong để tiến lên phía trước. Đồng thời người ta sẽ bơm vữa tạo áp lực vữa bơm trước Gương và ép vữa xi măng cát vào khe hở

Page 13

đằng sau lưng các vòng hầm bê tông để đề phòng hầm và mặt đất lún xuống.

Hình 1.7: Sơ đồ thi công bằng khiên

Ý tưởng thi công bằng khiên lần đầu tiên thế giới do công trình sư người Pháp Brunel đề xuất vào năm 1818 xuất phát từ hình tượng con mọt đục gỗ trên tàu thuyền.

Năm 1825 đến 1843, Brunel đã xây dựng dưới sông Thames ở London một đường hầm thi công bằng khiên lần đầu tiên trên thế giới, dài toàn bộ 458m, khiên hình chữ nhật mặt cắt 6,8m x11,4m. Năm 1869 Barlow, người Anh lần đầu tiên đã dùng khiên tròn xây

dựng thành công đường hầm đường kính ngoài 2,21m dưới đáy sông Thames. Ông

Greathead kỹ sư người Anh đã tổng hợp đặc điểm kỹ thuật thi công bằng khiên và bằng

khí nén trong quá khứ, đề xuất công nghệ thi công bằng khiên dùng khí nén tương đối hoàn chỉnh và lần đầu tiên sáng tạo ra phương pháp thi công phun vữa có áp lực vào khe hở sau vỏ hầm bằng cách lắp một thiết bị phun vữa có áp lực vào đuôi của khiên. Sáng kiến đó đã có tác dụng thúc đẩy phương pháp thi công bằng khiên phát triển rất mạnh.

Năm 1874 người ta đã ứng dụng phương pháp khiên có khí nén vào xây dựng thành công đường hầm với đường kính trong là 3,12m tại tuyến Metro phía nam London trong địa tầng đất sét và cát có chứa nước.

Từ năm 1880 đến năm 1890 dưới một con sông giữa nước Mỹ và Canada đã xây

dựng một đường hầm Metro dưới đáy sông, đường kính 6,4m, dài hơn 1.800m bằng phương pháp khiên đào.

Vào đầu thế kỷ 20, phương pháp thi công bằng khiên đào đã được đẩy mạnh tại các

nước Mỹ, Anh, Đức, Liên Xô, Pháp. Chỉ trong thập kỷ 30-40 người ta đã sử dụng khiên

xây dựng nhiều tuyến Metro, đường hầm ôtô qua sông với đường kính từ 3,0m  9,5m.

Riêng thành phố New York người ta đã dùng phương pháp thi công bằng khiên có khí nén xây dựng thành công 19 tuyến đường hầm quan trọng dưới đáy sông, dùng cho đường ôtô, đường sắt và khí đốt.

Từ những năm đầu của thập kỷ 60 của thế kỷ XX, phương pháp thi công bằng

Page 14

khiên đào ở Nhật Bản phát triển rất nhanh, phần lớn ngoài việc dùng cho thi công đường Metro ngầm trong các thành phố ngoài ra còn được ứng dụng rộng rãi trong thi công các

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT loại đường ống phục vụ công trình thị chính. Từ nhu cầu thực tế, người ta đã nghiên cứu sáng chế ra nhiều kiểu khiên mới như: Khiên với khí nén cục bộ, khiên có thể nén nước

và bùn, khiên có thể cân bằng áp lực đất v.v… để thích ứng với thi công trong các loại địa tầng. Căn cứ theo thống kê của Nhật Bản có hơn 2000 bộ khiên đào, trong đó 90% dùng để xây dựng các loại đường hầm phục vụ công trình thị chính. Cùng với đó thiết bị

đồng bộ và quản lý kỹ thuật thi công bằng khiên cũng rất phát triển.

Ở Trung Quốc: Năm 1957, ở Bắc Kinh trong công trình đường ống nước cũng đã dùng các khiên đường kính 2,0m và 2,6m. Năm 1963, ở Thượng Hải bắt đầu thí nghiệm công trình đường hầm bằng khiên đường kính 4,2m trong tầng đất mềm yếu. Khiên được lái bằng tay, có 16 kích, tổng lực đẩy là 1,96 x 104kN, mặt trước có kích che chống, vỏ hầm bằng các phiến ống bộ phận có sườn với một tầng phòng nước và dùng nhựa đường lẫn keo tổng hợp làm vật liệu xảm các mối nối để phòng nước. Năm 1984, Thượng Hải

chế tạo khiên đường kính 11,32m xây dựng thành công đường ôtô ngầm dưới đáy sông phía Đông đường Hoàng Phố Giang – Diên An. Từ thập kỷ 70 trở lại dùng các loại khiên khác nhau xây dựng các loại đường hầm có công dụng khác nhau. Chỉ riêng Thượng Hải đã dùng khiên thi công dọc bờ sông Trường Giang và vùng bờ biển 6 tuyến đường hầm

thoát nước và dẫn nước có đường kính 4,3m. Ngoài ra, Thượng Hải, Quảng Châu cùng một số địa phương khác đã dùng khiên xây dựng đường hầm Metro, đường hầm ngầm, ví như tuyến Metro số 1 Thượng Hải dài 14,87 km đã dùng 7 chiếc khiên thi công: tuyến

Metro số 1 Quảng Châu đã dùng 3 chiếc khiên thi công 6 đoạn Metro.

Như vậy, tuỳ theo sự phát triển kinh tế của mỗi nước, nhất là sự phát triển xây dựng đô thị thì việc ứng dụng phương pháp thi công bằng khiên có tiền đồ phát triển rộng lớn. Phương pháp thi công bằng khiên được phát triển nhanh ở các nước chủ yếu vì nó

có các ưu điểm sau đây:

- Dưới sự che chống của khiên có thể đào và xây vỏ một cách an toàn. - Tốc độ thi công nhanh, toàn bộ quá trình hoạt động của khiên như: đào, đưa đất đá

ra, lắp ráp vỏ hầm v.v… có thể cơ giới hoá, tự động hoá, giảm cường độ lao động.

- Khi thi công, không ảnh hưởng giao thông và công trình trên mặt đất, xuyên qua

sông không ảnh hưởng giao thông thuỷ.

- Trong thi công không bị ảnh hưởng thời tiết, gió mưa, khí hậu.

- Trong thi công không gây tiếng ồn và chấn động, không cản trở môi trường xung

quanh.

Phương pháp thi công bằng khiên thích hợp với đường hầm dài, các đường hầm ngắn hơn 750m thì không kinh tế. Bởi vì, khiên là một loại cơ giới rất đắt, có tính chuyên

Page 15

dụng rất cao, mỗi loại thích hợp với điều kiện thủy văn, địa chất, kích thước mặt kết cấu riêng đã được thiết kế chế tạo đặc biệt, nói chung không thể thay đổi sử dụng một cách giản đơn vào công trình đường hầm khác. Ngoài ra, nếu đường hầm có bán kính cong

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT quá nhỏ hoặc lớp đất phủ trên hầm quá nông thì gặp rất nhiều khó khăn. Đường hầm dưới đáy nước, nếu gặp lớp phủ quá nông thi công sẽ không an toàn. Khi thi công bằng

khiên nếu dùng phương pháp hoàn toàn khí nén để làm khô và ổn định địa tầng, thì yêu cầu bảo hộ đối với lao động phải rất cao. Khi thi công bằng khiên rất khó tránh lún trong lớp đất phía trên, nhất là chỗ tầng đất mềm yếu lại có nước, khi lắp vỏ hầm phải chú ý

phun vữa vào sau lưng vỏ hầm, yêu cầu đó rất cao. Những khuyết điểm nói trên trong thi công bằng khiên đang được nghiên cứu khắc phục.

Từ năm 1818 (lần đầu tiên Brunel đề xuất thi công bằng khiên) đến nay các nước trên thế giới đã nghiên cứu chế tạo hàng mấy nghìn kiểu khiên, phương pháp thi công

bằng khiên đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng công trình ngầm ở các đô thị: đã có đường hầm dẫn nước bậc trên bậc dưới, đường ngầm dùng cho điện và cáp điện, đường ngầm cho thủy lợi, cấp nước, đường hầm ngầm Metro, đường hầm ngầm dưới đáy

sông cho đường ôtô v.v…

1.2.2. Phân loại TBM

Khiên đào là loại tổ hợp thiết bị cơ giới thi công cỡ lớn đào các đường hầm ngầm có nhiều chức năng tập trung thống nhất như đào, che chống, làm vỏ hầm. Loại máy này

chủ yếu dùng cho thi công đường hầm có địa tầng mềm yếu, phức tạp. Khiên có nhiều loại, có thể dựa vào hình dạng mặt cắt của khiên, vào phương thức đào, vào cấu tạo bộ phận trước của khiên và dựa vào phương thức thoát nước cùng ổn định mặt đào để phân

loại.

Dựa vào hình dạng mặt cắt khiên: có thể chia thành 4 loại khiên: khiên tròn, khiên hình nón, khiên hình chữ nhất và khiên hình móng ngựa. Do khiên hình tròn có thể chống lại áp lực đất và áp lực nước tương đối tốt, lắp ráp vỏ hầm tương đối giản tiện, có

thể dùng cấu kiện thông dụng, dễ thay thế, vì thế được dùng tương đối rộng rãi.

Dựa theo cách đào đất khác nhau, có thể chia khiên ra làm 3 loại: loại đào thủ

công, loại đào bán cơ giới và loại đào cơ giới hoá toàn bộ.

Dựa vào cấu tạo bộ phận trước: chia khiên ra làm hai loại: loại ngực trần và loại

ngực bịt.

Dựa vào phương thức thoát nước ngầm và ổn định mặt đào khác nhau mà chia khiên ra các loại: loại hạ nước ngầm thủ công bằng giếng kim, loại nén bùn và nước, loại

cân bằng áp lực đất không dùng khí nén, loại dùng khí nén cục bộ, loại khiên dùng toàn bộ khí nén v.v…

Theo đà phát triển của đường hầm và công trình ngầm các loại khiên cơ giới càng ngày càng nhiều, các tính năng và tính thích dụng của khiên được phân tích trong bảng

Page 16

1.2

Phương

Loại

Tên của

Địa tầng thích

Biện pháp ổn định mặt đào

Ghi chú

khiên

ứng

thức đào

cấu tạo

Đại tầng ổn định hoặc mềm

Với sự hỗ trợ của khí nén,

Khiên phổ thông

Kích che chống bằng tấm chắn tạm thời

yếu

hạ nước ngầm bằng

Ngực

Chia mặt đào ra nhiều lớp

Đất cát

Khiên có mái che

trần

giếng kim thủ công và

Khiên có

Đào bằng

Lợi dụng ma sát giữa đất và

lưới ô

thủ

Bùn sét

biện pháp gia cố địa tầng

lưới ô vuông cứng

vuông

công

khác

Đất sét yếu

Khiên nửa đạp ép

Tấm chắn có lỗ cục bộ, đất có thể lọt vào

Ngực

kín

Bùn

Khiên dập ép toàn bộ

Tấm chắn trước không có lỗ, đất không thể lọt vào.

Đất cứng chắc, có tể tự đứng

Đào

Khiên có gầu nghịch

Khiên có lắp gầu đào nghịch điều khiển bằng tay

vững

Ngực trần

Biện pháp bổ trợ

nửa cơ giới

Đá mềm

Khiên quay vòng

Khiên điều khiển bằng tay có lắp máy đào đá mềm

Đá mềm

Mâm mootjdao cộng thêm tấm lắp nhiều dao

Khiên có mâm dao quay

Ngực trần

Biện pháp bổ trợ

Kích đẩy tấm chắn giữ đất

Tầng đất cứng

Khiên có cắm dao

Khiên

Không cần

Giữa tấm chắn mặt và tấm ngăn có buồng khí nén

Tầng ngậm nước

dùng khí nén cục bộ

biện pháp bổ trợ

Đào toàn bộ bằng cơ

giới

Khiên nén bùn và

Giữa tấm chắn mặt và tấm ngăn có buồng khí nén bùn

Tầng lũ tích, tầng xung tích

Ngực

nước

và nước

có chứa nước

kín

Biện pháp bổ trợ

Khiên cân

Đảm bảo cân bằng giữa áp lực sản sinh của đất cát giữa

Bùn, bùn lẫn

cát

bằng áp lực đất

tấm chắn và tấm ngăn với áp lực địa tầng chỗ đào

Page 17

Bảng 1.2: Bảng phân loại TBM

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Phương thức

Biện pháp ổn định mặt đào

Loại cấu

Ghi chú

Địa tầng thích ứng

Tên của khiên

đào

tạo

Tấm chắn mặt có mạng lưới

Khiên có

Bùn

ô vuông, khối đất đi qua mạng lưới ô vuông đòn vào

mạng lưới ô vuông

khiên

Trên thế giới khiên đào đã được dùng khi xây dựng hầm từ đầu thế kỷ thứ 19, ngày nay khiên đào được dùng rất phổ biến khi thi công hầm đủ dài trong điều kiện phức tạp. Trong thực tế xây dựng hầm người ta sử dụng khiên đào cơ giới hoá (MS), khiên đào bán cơ giới (PMS) và khiên đào không cơ giới hoá (NMS). Khiên đào cơ giới hoá được chia

ra thành khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào và khiên đào không có áp lực cân bằng ở gương đào (MS). Khiên đào có áp lực cân bằng ở gương đào phụ thuộc vào dạng vật liệu tạo áp lực ở gương đào được chia ra làm 4 loại: bằng dung dịch vữa sét (MS-S)

(Bentonite Slurry Shield- BS Shield hoặc Hyđroshield), bằng đất đã được đào (MS-E) (Earth Pressure Baland Shield) (loại này được chia ra làm hai: chỉ nguyên đất MS-E và bơm vào đất dung dịch vữa sét hoặc bột MS-ED), bằng khí nén (MS-A) (Compressed Air Shield – CA Shield) và loại hỗn hợp (MS-M) (Mixshield).

Trong điều kiện địa chất, giao thông và mật độ xây dựng ở 2 thành phố lớn của Việt Nam là Hà Nội và TP. HCM, khiên đào loại MS-S, MS-E hay MS-M để thi công các tuyến hầm đường Metro và hầm đường ô tô đủ dài sẽ hạn chế được sự phá huỷ các ngôi

nhà, công trình xây dựng gần kề và hệ thống công trình giao thông hiện tại.

1.2.3. Các vấn đề phát sinh trong quá trình thi công hầm Metro bằng TBM 1.2.3.1 Lún mặt đất trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM

Khi thi công bằng phương pháp khiên trong địa tầng đất sét mềm và bão hoà, biến

dạng của mặt đất sản sinh dọc trục đường hầm. Nói chung có thể chia làm 3 giai đoạn: Mặt đất gồ lên và lún xuống phía trước khiên, lún xuống khi thi công và lún xuống do cố kết.

Page 18

Hình 1.8: Quy luật biến dạng chung của mặt đất

Thông thường, khi khối đất phía trước bị dồn ép, mặt đất phía trước khiên có phần gồ lên chút ít. Nhưng khi khối đất tại mặt đào không được che chống đầy đủ, khối đất

phía trước khiên dịch chuyển xuống dưới và hướng ra phía sau, do đó mà làm cho mặt đất lún xuống. Khi khiên đẩy lên, khối đất hai bên khiên dịch chuyển ra phía ngoài và khi vỏ hầm đã thoát ly đuôi khiên, do có khe hở thi công giữa mặt ngoài vỏ hầm và vách đất,

mặt đất sẽ có một lượng lún khá lớn và tốc độ lún cũng rất lớn, đồng thời khối đất hai bên hầm lại dịch chuyển hướng vào tâm đường hầm. Độ lún trong giai đoạn này là độ lún thi công, thường hoàn thành trong 1-2 tháng. Do khối đất xung quanh đường hầm bị xáo động trong quá trình thi công, áp suất nước lỗ rỗng dâng cao, sau đó tuỳ theo áp suất

lỗ rỗng tiêu tan, địa tầng sẽ phát sinh lún do cố kết chính. Sau khi áp suất nước lỗ rỗng có xu hướng đi dần vào ổn định, khối đất vẫn sẽ từ biến, tức là cố kết thứ sinh, địa tầng sẽ lún xuống do cố kết thứ sinh. Lún cố kết chính và lún cố kết thứ sinh là độ lún trong giai

đoạn thứ ba được gọi chung là độ lún cố kết.

Độ lún mặt đất liên quan mật thiết với điều kiện thi công và điều kiện địa chất. Sai sót trong thi công luôn luôn dẫn đến các độ lún mặt đất nhiều hay ít như: che chống của khiên, áp lực tại mặt đào của khiên, che chống có kịp thời hay không, việc phun vữa bịt

khe hở đằng sau đuôi khiên có kịp thời hay không... đều có thể dẫn đến sai khác nhau về độ lún. Do đặc tính cố kết của đất sét mềm và bão hoà sau khi bị xáo động, khi người ta xây dựng một đường hầm thứ hai ở bên cạnh một đường hầm thứ nhất vừa xây xong, thì

độ lún mặt đất của đường hầm thứ hai sẽ lớn hơn so với độ lún mặt đất của đường hầm thứ nhất và sau khi thi công xong cả hai đường hầm thì đường trung tâm của rãnh lún trên mặt đất gây ra giữa hai đường hầm sẽ không đối xứng. Phạm vi lún và lượng lún phía đường hầm thứ nhất đều khá lớn.

Hình 1.9. Sơ đồ lún theo mặt cắt ngang khi thi công bằng khiên

* Nguyên nhân lún xuống của mặt đất

Khi thi công bằng khiên, nguyên nhân dẫn đến mặt đất lún xuống có nhiều, song

chủ yếu là do các loại nguyên nhân sau đây:

a. Thay đổi trạng thái ứng suất ban đầu của địa tầng: Khi khiên được đẩy lên, ứng suất đẩy chính diện lên khối đất lớn hơn ứng suất nguyên thuỷ của đất, khối đất

Page 19

chính diện sẽ bị khiên tác dụng dồn ép làm cho khối đất bị dịch chuyển lên phía trên và sẽ bị vồng lên phía trước của khiên. Dù dồn đất quá nhiều hoặc quá ít hoặc do khi áp suất

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT đất trên mặt đào trở nên long rời hoặc bị dồn ép, làm cho ứng suất ban đầu của khối đất trên mặt đào và áp suất vữa bùn không ổn định, đều có thể làm cho khối đất trên mặt đào

thay đổi mà dẫn đến làm cho mặt đất lún xuống hoặc vồng lên.

b. Sự thay đổi mức nước ngầm: Trong thi công đường hầm bằng khiên, luôn luôn phải dùng biện pháp hạ mực nước ngầm, do nước bị hạ nên sẽ sinh ra lún cố kết. Nếu

dùng giếng kim thì sẽ làm cho độ lún mặt đất đi theo phạm vi mặt trong của phễu hạ mức nước ngầm của giếng kim, lượng lún và thời gian lún có thể liên quan với tỷ số lỗ rỗng và hệ số thẩm thấu.

c. Phun vữa bịt khe hở sau đuôi khiên đào không đầy đủ:. Khi phun vữa bịt kín

không kịp thời, ép lượng vữa không đủ, áp suất không thoả đáng sẽ làm cho khối đất xung quanh phía sau đuôi khiên mất trạng thái cân bằng ban đầu mà dịch chuyển vào trong khe hở ở đuôi khiên tạo thành sự sụt địa tầng, đặc biệt là đối với địa tầng ngậm

nước không ổn định khi áp lực vữa bịt kín khe hở đuôi khiên không đầy đủ sẽ làm cho địa tầng bị sụt dẫn đến lún sụt mặt đất.

d. Biến dạng của vỏ hầm: Sau khi vỏ hầm thoát ly khỏi đuôi khiên xong, áp lực đất và nước tác dụng lên vỏ hầm làm cho vỏ hầm phát sinh biến dạng, cũng có thể dẫn

đến làm cho lún xuống một ít.

đ. Cố kết của khối đất bị xáo động: Khối đất xung quanh khiên bị xáo động sau khi khiên thi công xong sẽ hình thành khu siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đường

hầm của khiên, khi khiên đi khỏi địa tầng xong, do ứng suất bề mặt của khối đất được phóng thích, siêu áp suất nước lỗ rỗng xung quanh đường hầm sẽ hạ xuống, nước lỗ rỗng thoát ra dẫn đến tầng đất dịch chuyển và mặt đất sụt xuống.

1.2.3.2 Các hiện tượng lún do xây dựng công trình ngầm đã được ghi nhận Thi công đường hầm luôn gắn liền với nguy cơ xảy ra sự cố kỹ thuật cao, do sự biến đổi bất thường của điều kiện địa chất, thủy văn, mực nước, công nghệ thi công phức tạp…Sự cố kỹ thuật xảy ra khi xây dựng đường hầm thường để lại hậu quả rất lớn như:

Chậm tiến độ của dự án; Ảnh hưởng đến các công trình xây dựng lân cận; Ảnh hưởng đến an toàn cho con người; Chi phí khắc phục sự cố rất lớn; Ảnh hưởng đến các vấn đề dân sinh…Các sự cố xảy ra trong xây dựng công trình ngầm thành phố trên thế giới do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong mọi khâu công tác từ khảo sát, thiết kế đến thi

công. Một số sự cố xảy ra khi thi công công trình ngầm trên thế giới. 1.2.3.2.1 Sụt lún bề mặt trong quá trình thi công tuyến tầu điện ngầm thành phố Muenchen (Munich), Đức, 1994 Tuyến tàu điện ngầm U1 được kéo dài để khai thác khu hội chợ nằm tại phía đông

Page 20

Muenchen. Một đề nghị đặc biệt của các nhà thầu là nên đào đường hầm phía dưới lớp sét cách nước, để không gây ảnh hưởng đến khối nước ngầm phía trên. Sau khi bắt đầu công tác đào đã xảy ra hiện tượng sập lở tại một gương. Các thợ đào hầm không còn

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT khống chế được nước và đất đá sập vào hầm. Trên mặt đất, gần ngã tư đường phố đã xuất hiện nhanh một phễu lún sụt, cũng bị nước ập vào nhanh. Một xe buýt, đang đứng

chờ tại ngã tư, không kịp chạy ra khỏi khu vực sập đất và bị tụt xuống phễu lún. Ba hành khách đã bị chết “đuối”. Để khắc phục, nhà thầu đã tiến hành thi công một vòng tường vây quanh bằng cọc khoan nhồi và đào xúc đất phía trong thận trọng. Khi đào, người ta

phát hiện rằng chiều dày lớp đá phấn (Mergel) nằm giữa hai lớp cuội chứa nước, mỏng hơn so với trong tài liệu thiết kế. Ngoài ra các khe nứt trong đá phấn chứa cát đã dẫn đến hiện tượng thấm nước và đó là nguyên nhân của sự cố. Sau đó tuyến hầm được thi công bằng cách sử dụng phương pháp buồng khí nén.

Hình 1.10: Hiện tượng sập lở tại một gương khi thi công hầm tại thành phố Muenchen (Munich), Đức, 1994

1.2.3.2.2 Tàu điện ngầm tại Đài Bắc, Đài loan, 1994/1995 Vào năm 1990, có năm tuyến của hệ thống tàu điện ngầm của thành phố Đài Bắc được tiến hành xây dựng. Thoạt đầu đường hầm được thi công bằng máy khiên đào cân bằng áp lực đất, trong đất sét mềm. Trong khi khởi đầu đào và khi kết thúc đi ra các giếng và

các ga đã gây ra sập lở hầm vào những năm 1994 và 1995. Các sự cố này đã gây ra thiệt hại lớn về kinh tế và gây ra hư hỏng các ngôi nhà lân cận. Ngoài ra một số máy khiên đào phải bỏ lại trong lòng đất. Nguyên nhân của phần lớn các sự cố là do các khối bê tông nén ép (khối bê tông sử dụng làm tấm đệm để kích đẩy máy khiên đào), tại các tường của giếng và các hào thi công ga, đã được thi công không đảm bảo kỹ thuật. Đúng ra các tấm này phải đảm bảo an toàn trong khi đẩy các đầu khiên vào và ra. Các khối bê tông đặc này đã cho thấy không đủ

Page 21

kín nước, vì chất lượng kém vì thế nước và vật liệu đã xâm nhập vào tường và gây ra sập lở.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Công tác khắc phục đã gặp nhiều khó khăn và gây nhiều thiệt hại về kinh tế. Người ta đã sử dụng nhiều giải pháp khác nhau, như khoan phụt, đóng băng và cả phương pháp đào

sử dụng buồng khí nén. 1.2.3.2.3. Tàu điện ngầm (MRT) Singapore 2004

Hình 1.11: Sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT) Tại Singapore, ngày 20/4/2004 đã xảy ra một vụ sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT).

Phương pháp đào hở được sử dụng để thi công cho tuyến mới hệ thống tàu điện ngầm Singapore. Hố đào rộng 15m và sâu 33m tại khu vực đất ven biển. Phương pháp phụt vữa được dùng để gia cố. Tầng 1 cách mặt đất 28,5m với độ dày 1,5m. Tầng 2 độ dày 3m ở độ sâu 33,5m. Thép chống với khoảng cách 4 - 5m theo phương ngang và 3m theo

phương đứng. Có 9 thanh chống thép đã được thi công khi sự cố xảy ra. Các vết nứt bất thường và các tiếng động được phát hiện từ sáng. Tiếng gãy lớn nghe thấy 15 phút trước khi sự cố sập hầm xảy ra. Hầm sập với bề rộng 100m x 130m, ở độ sâu 15m. Nguyên nhân sự cố này là: Thiết kế sai tại các mối nối của thanh chống thép trong hệ

thống chống; Phương pháp phần tử hữu hạn thiếu chính xác; Thiếu các bước kiểm định thiết kế; Thiếu các phương án đánh giá và xử lý tại hiện trường khi các sự cố cho tường chắn được phát hiện cũng như độ chuyển vị ngang lớn được ghi nhận; Chất lượng thi

công kém; Hệ thống quan trắc kém; Hệ thống phòng chống rủi ro kém hiệu quả. 1.2.3.2.4 Hố sụt hình thành ở đường Tannery do công trình tàu điện ngầm Bengaluru. Chỉ một tháng rưỡi sau khi một gia đình phải sơ tán khỏi nhà của họ ở Shivajinagar do trục trặc đường hầm tàu điện ngầm, một hố sụt đã được hình thành bên cạnh một tòa nhà

trên Đường Tannery của Bengaluru vào khoảng 7h30 sáng thứ Năm, ngày 30 tháng 9, năm 2021 khiến một gia đình khác phải sơ tán. Hố sụt cách ga tàu điện ngầm Venkateshpura UG khoảng 100 m về phía ga tàu điện ngầm đường Tannery, nơi máy đào

Page 22

hầm TBM thi công tuyến Metro Bengaluru đang hoạt động. Trước đó vào tháng 8, một sự cố khác đã xảy ra do hoạt động khoan đường hầm của tàu điện ngầm Namma gần Shivajinagar. Vào ngày 13 tháng 8, một ngôi nhà bị ngập trong

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT nước và bùn sau khi nó phun trào lên khỏi mặt đất do áp lực của TBM lên nền đất yếu gần nhà.

1.2.3.2.5 Tuyến tàu điện ngầm mới ở Sao Paulo, Brazil, ngày 1 tháng 2 năm 2022 SAO PAULO, ngày 1 tháng 2 (Reuters) - Một phần của đường cao tốc chính đã bị sập

phía trên một công trường xây dựng ở thành phố Sao Paulo của Brazil. Tuyến đường dài 15 km (9 dặm) theo kế hoạch, một trong những dự án cơ sở hạ tầng lớn nhất đang được triển khai ở Mỹ Latinh, sẽ nối quận Brasilandia ở phía bắc Sao Paulo đến trung tâm thành phố. Hình ảnh trên truyền hình cho thấy một làn đường của đường cao tốc

Marginal Tiete khoét sâu vào một hố mở rộng cùng với vị trí xây dựng đường hầm dưới con sông gần đó cho Tuyến số 6. Nhà điều hành tàu điện ngầm bang Sao Paulo cho biết trên trang web của họ rằng các đường hầm được đào cho dự án tàu điện ngầm mới đã bị ngập lụt.

Hình 1.12: Một phần của đường cao tốc bị sập phía trên công trường xây dựng đường

hầm cho tuyến tàu điện ngầm mới ở Sao Paulo, Brazil, ngày 1 tháng 2 năm 2022.

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THI CÔNG HẦM METRO ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN MẶT ĐẤT 1.3.1 Những tác động của việc xây dựng đường hầm và Metro đến công trình trên

mặt đất

Nói chung, các dạng công trình khác nhau sẽ chịu tác động của máng lún theo các dạng khác nhau. Kinh nghiệm cho thấy, các công trình bằng gạch đá sẽ chịu biến dạng

Page 23

bằng với biến dạng của đất mà chúng được đặt trên. Và điều này cũng xảy ra với phần lớn các công trình được đặt trên các móng đơn.

Ngược lại, những công trình xây dựng gần đây bằng vật liệu bê tông cốt thép, có kết cấu được tăng cường chắc chắn sẽ có biến dạng ngang nhỏ hơn đất đá ở móng. Độ

cứng chống uốn của những công trình này chính là nguyên nhân làm giảm biến dạng của chúng so với biến dạng của đất đá, đặc biệt là trong trường hợp sử dụng các móng liên tục như móng băng, móng bè.

Độ cứng của kết cấu càng lớn thể hiện sức kháng cắt càng lớn và dẫn đến có xu hướng bị nghiêng lệch nhiều hơn là bị cong vênh. Đặc điểm này phụ thuộc vào chiều cao công trình (số tầng), số lượng lỗ khoan đào và kiểu công trình (tường bê tông hay dầm hay cột chống,…).

Hình 1.13:Các dạng ảnh hưởng của phễu lún tới công trình bề mặt [01]

Khoảng cách giữa công trình và máng lún ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự dịch chuyển của công trình (dãn dài và uốn cong qua chỗ lồi của máng lún, hay nén và võng xuống

qua chỗ lõm),

Năm 1974, Burland & Wroth [02] đã chỉ ra rằng, các dấu hiệu để nhận biết và cách xác định biến dạng của công trình là rất phong phú. Hai ông đã đề xuất 9 thông số mà dựa

vào đó có thể định nghĩa biến dạng công trình. Các thông số này được thể hiện trên hình 1.14 và được định nghĩa như sau:

1. Lún là chuyển vị thẳng đứng tại một điểm. Giá trị dương chỉ ra rằng sự dịch

chuyển là từ trên xuống (Hình a)

2. Lún không đều hay lún tương đối Sv là độ chênh lệch giữa hai giá trị độ lún

Page 24

(Hình a)

3. Góc quay hay độ dốc là sự thay đổi độ nghiêng của đường thẳng nối hai điểm

được định trước trong kết cấu (Hình a)

4. Biến dạng góc gây lún hoặc lõm nếu là giá trị dương và gây lồi nếu là biến dạng

âm (Hình a)

5. Độ võng tương đối để hiện chuyển vị tương đối lớn nhất của đường thẳng nối

hai điểm chuẩn với khoảng cách L. Giá trị dương thể hiện công trình bị lún xuống (Hình b).

6. Tỷ lệ độ võng DR được định nghĩa là thương số của độ võng tương đối và chiều

dài tương ứng: DR L (b).

7. Độ nghiêng là góc quay tuyệt đối của toàn bộ kết cấu hoặc của một bộ phận dễ xác định của kết cấu. Giá trị này khó xác định vì kết cấu thường đã tự uốn (Hình c).

8. Góc quay tương đối hay biến dạng góc là góc quay của đường thẳng nối hai

điểm chuẩn với mặt nghiêng (Hình a).

h là tỉ số giữa chiều dài

9. Biến dạng ngang trung bình L và chiều dài L:

L L .

Ta cũng cần chú ý rằng những định nghĩa trên chỉ để thể hiện biến dạng trong bài

toán phẳng.

Hình 1.14: Định nghĩa biến dạng của công trình (sau Burland, 1995)

1.3.2 Phân loại hư hỏng của các công trình lân cận do lún bề mặt Mức độ hư hỏng của công trình gần khu vực đào hầm, đặc biệt là các kết cấu gạch đá, mang tính chất ngẫu nhiên nhiều hơn. Vì thế, phương pháp được sử dụng để nghiên cứu

hư hỏng của công trình là đưa ra các ngưỡng giới hạn. Khi một đặc tính nào đó của công trình vi phạm một trong các ngưỡng này, người kỹ sư sẽ dựa vào đó và đánh giá được

Page 25

mức độ hư hỏng của nó. Theo Burland và các đồng nghiệp (1977) [03] , hư hỏng của các

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT công trình gần khu vực thi công hầm được phân làm ba loại chính: Hư hỏng kiến trúc là những hư hỏng có thể quan sát thấy bằng mắt thường;

Hư hỏng chức năng, có thể dẫn đến trục trặc trong quá trình khai thác, sử dụng; Phá hủy kết cấu, tác động đến ổn định của công trình.

Hình 1.15. Mô hình hoá công trình như một dầm đàn hồi và định nghĩa độ võng tương

đối (Burland và Wroth, 1975) Burland và đồng nghiệp (1977) đã chứng minh rằng, các vết nứt quan sát được của công trình bắt đầu xuất hiện khi các bộ phận của công trình nghiêng khoảng 1/250 theo phương ngang và phương thẳng đứng. Khi độ nghiêng đạt tới 1/100 và/hoặc tỷ lệ độ võng là 1/250, vết nứt có thể nhìn thấy dễ dàng. Tuy nhiên, họ cũng chỉ ra thằng, các hư hỏng nhìn thấy tương đối khó để xác định số lượng vì nó phụ thuộc nhiều vào quan niệm chủ quan.

1.3.3 Quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng

và tầng hầm Công tác quan trắc chuyển dịch nền móng nhà cao tầng trong giai đoạn thi công móng và tầng hầm chủ yếu là quan trắc trong quá trình thi công hố đào để thi công móng và tầng

hầm. Các hướng nghiên cứu là xác định nội dung quan trắc. Nội dung quan trắc thường được nêu trong các tiêu chuẩn thiết kế, thi công hoặc quản lý. Ví dụ, theo JGJ 120 - 99 [04], nội dung quan trắc trong quá trình thi công hố đào bao gồm: quan trắc chuyển dịch

theo phương ngang của kết cấu chống giữ; biến dạng của đường ống ngầm và công trình xung quanh; mực nước ngầm; nội lực trong cọc, tường; lực kéo trong đất; lực dọc trong thanh chống; biến dạng trụ đứng; độ lún theo chiều sâu của các lớp đất và độ trồi đất ở đáy hố móng; áp lực ngang trên bề mặt kết cấu chống giữ.

1.3.4 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch nền móng và tầng hầm nhà cao tầng Trong quan trắc biến dạng nền móng và tầng hầm nhà cao tầng, các hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nâng cao độ chính xác quan trắc, nâng cao mức độ tin cậy của giá trị quan trắc và phân tích số liệu quan trắc nhằm kiểm soát sự cố có thể xảy ra đối với Page 26

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT công trình và công trình lân cận. P.Erik Mikkelsen (2003) đã nghiên cứu phân tích dữ liệu để nâng cao độ chính xác đo chuyển dịch ngang bằng thiết bị Inclinometer [05].

Christian Moormann (2004) dựa trên kết quả quan trắc 530 công trình hố đào sâu trong đất mềm yếu, đề xuất giá trị cảnh báo và giá trị giới hạn về chuyển dịch ngang của tường và chuyển dịch đứng của đất lân cận hố đào, dùng chúng để kiểm soát và phòng ngừa

những hư hại có thể xảy ra đối với công trình ở gần hố đào Sự cố công trình thực tế về hố móng sâu được phân tích dựa trên kết quả quan trắc được thiết kế và lắp đặt trước khi thi công tầng hầm và bổ sung kịp thời trong quá trình diễn biến sự cố. Phương pháp kiểm soát sự cố khá chủ động nhờ phân tích một cách khoa học

tin thông từ quan trắc

[53]. Richard N. Hwang, Za-Chieh Moh các and C. H. Wang (2007) đã chỉ ra rằng: biến động điểm đáy của ống Inclinometer là không thể tránh khỏi, thậm chí kể cả khi đáy ống được lắp đặt trong tầng cuội sỏi. Trong

đo chuyển dịch ngang bằng cách áp dụng các điểm đáy ống như điểm tham chiếu có thể sẽ là sai lầm. Các điểm ở phía trên của ống dẫn hướng cần được theo dõi để đọc, có thể được hiệu chỉnh cho phù hợp. [06] A.Rahman, M.Taha (2005), Inclinometers là những công cụ tốt để đo lường và quan trắc sự biến dạng ngang của đất do đào đắp. Tuy nhiên

ống dẫn hướng sử dụng phải đủ sâu để có được kết quả đáng tin cậy. Vì lý do này ống dẫn hướng Inclinometers lắp đặt bên trong tường vây phải được lắp đặt ít nhất là đến hết chiều sâu bức tường hoặc thậm chí sâu hơn. Đó là khuyến cáo để lắp đặt các

Inclinometers nhằm thực hiện các mô hình phân tích chính xác hơn về thông số chuyển dịch biến dạng của đất bên ngoài của bức tường ngăn hoặc cho tiêu chuẩn thiết kế tốt hơn. [04]

1.3.5 Các công trình nghiên cứu trong nước về biến dạng, lún các công trình đô thị

xung quanh khu vực thi công Metro. Ở nước ta cuối những năm 1980 việc quan trắc biến dạng các công trình xây dựng đã được nhiều ngành quan tâm. Điều đó xuất phát từ một thực tế là ngày càng có nhiều công

trình xây dựng đòi hỏi độ chính xác cao trong thi công xây lắp và phải đảm bảo một yêu cầu nghiêm ngặt trong khai thác và vận hành chúng. Các số liệu đầy đủ chính xác về sự biến dạng của công trình là những tài liệu hữu ích quan trọng. Dựa vào các số liệu này chúng ta không chỉ khẳng định được độ an toàn, bền vững của công trình mà còn cho

phép đưa ra những dự đoán về độ biến dạng của công trình trong tương lai, giúp cho công tác nghiên cứu và xử lý các sự cố của công trình như lún, nghiêng, chuyển dịch một cách hợp lý về khoa học cũng như hiệu quả về kinh tế. Năm 1985 đã có tiêu chuẩn TCVN 3972:1985 “Công tác trắc địa trong xây dựng công

Page 27

trình” [08] đã nói đến quan trắc biến dạng công trình. Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học các cấp, một số luận án, luận văn nghiên cứu về quan trắc biến

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT dạng công trình để hoàn thiện công tác quan trắc công trình, đáp ứng được yêu cầu quan trắc đối với các công trình cụ thể.

Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc biến dạng công trình: Quy trình công nghệ quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã được tác giả Trần Khánh (1991) thể hiện trong báo cáo đề tài nhánh của đề tài cấp nhà nước 46A-05-01

[09].

Nghiên cứu về thiết kế lưới và xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình: Để mạng lưới quan trắc biến dạng đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và yêu cầu về thời gian thì hệ thống lưới quan trắc cần được thiết kế tối ưu.Về mặt thiết kế tối ưu lưới

quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình đã có công trình nghiên cứu của tác giả Nguyễn Quang Phúc (2006). Trong công trình nghiên cứu này đã trình bày đầy đủ về đặc điểm công tác thiết kế hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình và

những kết quả nghiên cứu thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng công trình trên máy tính điện tử. Các nghiên cứu cũng cho thấy, việc thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng trên máy tính điện tử là đơn giản và hiệu quả [10].

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Metro là loại hình giao thông công cộng rất phổ biến và vẫn ngày càng phát triển tại các đô thị trên Thế giới. Vì vậy xây dựng các tuyến Metro tại các đô thị lớn ở Việt Nam nhằm giải quyết các vấn đề giao thông đô thị là một nhu cầu khách quan và cần thiết tại

thời điểm này. Chúng ta thấy rằng khi thi công tuyến hầm Metro ngầm chìm bằng công nghệ TBM rất phù hợp và hiệu quả với các đô thị lớn với mật độ dân cư đông đúc, kiến trúc phức tạp và phong phú như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Tuy nhiên mặc dù thi công với công nghệ hiện đại cũng không tránh khỏi những tác động tiêu cực lên bề mặt thể

hiện qua hiện tượng biến dạng và lún bề mặt trong quá trình thi công. Điều này tác động không nhỏ đến những công trình xây dựng hiện hữu trên mặt đất. Thực tế cũng đã ghi nhận nhiều hiện tượng lún sụt trên mặt đất khi thi công các tuyến Metro trên thế giới. Do

đó nghiên cứu dự báo, đánh giá và kiểm soát được hiện tượng lún trên bề mặt do quá trình thi công xây dựng tuyến Metro ngầm chìm là vấn đề cấp thiết mà bất kỳ chủ đầu tư, nhà thầu xây dựng và các nhà quản lý đặc biệt quan tâm. Trên thế giới cũng có rất nhiều nghiên cứu về hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM

Page 28

được công bố, tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ TBM nhằm giảm thiểu ảnh hướng tác động lên bề mặt trong quá trình thi công thì các nghiên cứu về vấn đề này cũng cần được liên tục nghiên cứu cập nhật và bổ sung đặc biệt là nghiên cứu áp dụng trong điều kiện Việt Nam,

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH LÚN MẶT ĐẤT KHI THI CÔNG ỐNG HẦM TRÒN .

2.1 PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO LÚN MẶT ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT

Một số tác giả phát triển phương pháp giải tích, ngoại suy từ các công thức bán

kinh nghiệm và kết hợp tất cả các yếu tố để tổng quát hóa công thức tính toán biến dạng mặt đất:

2.1.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Sagaseta (1987), Verruijt và Booker (1996), Gonzalez và Sagaseta (2001)

Sagaseta (1987) [11] trình bày giải pháp tổng quát hóa trong đất không cố kết, không thoát nước, đẳng hướng và đồng nhất. Đất được mô hình như vật liệu đàn hồi tuyến tính với công nghệ ảnh ảo và kết quả từ bán không gian đàn hồi để tính toán sự

dịch chuyển đất bề mặt. Thể tích đất mất mát không thoát nước ở một độ sâu hữu hạn là không gian vô hạn được đánh giá là do chiết giảm thể tích khi đào hầm bỏ qua tác động của đất trên bề mặt, với điều kiện là không nén được và chuyển vị hướng tâm có hình cầu đối xứng trục.

Verruijt và Booker (1996) [12]. trình bày một phương pháp phân tích cho đường hầm trong không gian đàn hồi đồng nhất, sử dụng phương pháp gần đúng theo đề nghị của Sagaseta (1987).

Công thức được đưa ra bởi Verruijt và Booker là sự tổng quát của phương pháp

Sagaseta trong đó:

- Công thức tính biến dạng bề mặt cho trường hợp đất không nén được và có hệ số

Poisson bất kỳ.

- Bao gồm ảnh hưởng của ovalisation (đường hầm mở hình oval) trong thời gian

dài.

Công thức tính của Verruijt và Booker tính toán biến dạng thẳng đứng và biến

(



)

(



)

2 2



 R



 R



U Z

z 1 2 r 1

z 2 2 r 2

kx 4 r 1

kx 4 r 2

  

  

  

  

)

2 x



)

z 2

2 z 2

zz .2 2

2 z 2



2  2 R m

m 

zm  ( )1 2 2 r 2

2 xmz (  4 r 2

 4 r 2

2 x 3( 6 r 2

 2   2 hR 

  

   

   

dạng bên như sau:

)

xx (

)

xz ( 1

2 1

2 2



 R



 R



U X

z 1 2 r 1

z 2 2 r 2

 4 r 1

 4 r 2

  

  

  

  

xmz .(

)

2 2





2  2 xR m

2  4 xhR  m 1

1 2 r 2

zzm ..2 4 r 2

z 2 4 r 2

 6 r 2

  

  

  

  

(2.1)

Page 29

(2.2)

Trong đó:

: hệ số mất mát hướng tâm đều, hệ số Poisson.

: biến dạng mặt đất dài hạn do ovalization của đường hầm.

2 = x2+z2

2 z2 = x+H r2

z1 = z-H 2 = x2+z1 r1 R và h: Bán kính và chiều sâu đặt hầm.

m = 1(1-2 m =  /(1-

2.1.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Lee et al (1987), Rowe và Lee (1992)

Lo và Rowe (1982) và Rowe et al (1983) [13] đã giới thiệu yếu tố khoảng hở gây ra mất mát thể tích có quan hệ cường độ và biến dạng ứng xử trạng thái đàn hồi và dẻo, là khoảng trống giữa đường kính lỗ đào và vỏ hầm.

* +

Khoảng trống này được điều chỉnh bởi Lee et al (1992) như sau:

  G = GP + u3D

Trong đó :

    GP : khoảng hở vật lý (GP=2

chiều dày đuôi máy đào ; : khoảng hở bắt buộc để lắp đặt vỏ hầm.

* : biến dạng đàn hồi dẻo tương đương tại mặt gương đào.

u3D

3 

 x

k 2

(2.4)

k : hệ số sức kháng cắt của đất, k = 0,7 ÷ 0,9 đối với đất sét cứng đến đất sét

mềm, k = 1 đối với đất sét yếu.

x : đất xâm nhập tại gương đào.

 x

0 RP E

(2.5)

Ω : hệ số chuyển vị không thứ nguyên, R : bán kính đường hầm.

E : Modun Young. P0 = K0’. Pw’ + Pw - Pi (2.6) K0’: hệ số áp lực có hiệu của đất tại bề mặt gương ở trạng thái nghỉ.

Pw’ : ứng suất có hiệu thẳng đứng tại biên hầm. Pw : áp lực nước lỗ rỗng tại biên hầm, Pi : áp lực cân bằng mặt gương đào.

giá trị tùy thuộc vào tay nghề và công nghệ thi công hầm.

Lo et al. (1990) đưa ra biểu thức xác định chuyển vị trên mặt phẳng đàn hồi dẻo

của biên hầm Ui như sau:

 1

U i R

1(2

)

c u



exp

 2

  

  

  u E u

  

  

     1  

2/1       

Page 30

(2.7)

R : bán kính đường hầm, Eu : modun Young không thoát nước. cu : sức kháng cắt không thoát nước của đất, N : hệ số ổn định.

u : hệ số Poisson không thoát nước. Giá trị Min (0,6Gp; 1/3Ui) được chọn làm giá trị của Lee et al. 1992)

Giá trị của bao gồm cả mất mát hướng tâm do bánh cắt. - Trường hợp không có bánh cắt:  - Trường hợp bánh cắt mở rộng góc 1800: độ dày bánh cắt. - Trường hợp bánh cắt phủ hết đường tròn: ×độ dày bánh cắt.

2.1.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết của Loganathan và Poulos (1998)

Loganathan và Poulos (1998) [14] sửa đổi phương pháp của Veruijt và Booker bằng cách kết hợp điều kiện biên thực tế, khối chuyển dịch thể hiện trong hình 1.7. Một hình bầu dục đã được giới thiệu trên đỉnh đường hầm vì mất mát thể tích xảy ra ở các

giai đoạn khác nhau trong quá trình đào hầm.

Hình 2.1: Các yếu tố của biến dạng bề mặt và đường biên của khối chuyển dịch

Dựa trên khoảng hở hình bầu dục hình thành xung quanh đường hầm, người ta ước tính rằng khoảng 75 phần trăm chuyển động mặt đất dọc xảy ra. Hình 2.1 cho thấy khu vực ảnh hưởng của khối chuyển dịch thẳng đứng. Trong đất cát, góc giới hạn β được định nghĩa là (45 ° + φ/2), trong đó φ = góc ma sát trong của đất cát.

Đối với đất sét mềm đến cứng, β có thể được giả định là 45° dựa trên quan sát của Cording và Hansmire (1975). Nghĩa là, nó được giả định rằng đất chuyển dịch xảy ra chủ yếu trong góc (45° + φ/2) giữa mặt đất và đường hầm. Ước tính rằng độ lớn của chuyển

Page 31

dịch ngang là khoảng một nửa của chuyển động thẳng đứng trên đỉnh đường hầm (gây ra 75 phần trăm của sự chuyển động mặt đất vào vòng tròn trên của khoảng cách hình oval xung quanh đường hầm).

exp



U Z



 0

H 4 H

 )  1( 2 2 x 

x 38,1  g

cot

(



)

  

  

Hình 2.2:Biến dạng theo phương thẳng đứng và phương ngang khi đào hầm







 )43( 



U Z

 0

Hz   Hz ( 

)

Hz   Hz ( 

)

xz (2 2  x (

Hz (    Hz (

2 )) 22 ))

  

  





x 38,1  gH cot

(



R )

z .69,0 2 H

  

  

  exp.  

   









U x

 0

1 Hz 

)

 43   Hz  (

)

(

Hzz (4   Hz  (

) 22 ))



(

 2  xR 

  





x 38,1  gH cot

(



R )

z .69,0 2 H

  

  

  exp.  

   

(2.8)

Trong đó:

Uz=0 : chuyển vị thẳng đứng tại bề mặt đất, Uz: chuyển vị thẳng đứng tại độ sâu z.

Ux : chuyển vị ngang, R: đường kính đường hầm.

z: độ sâu tính toán tính từ bề mặt đất, H: độ sâu đặt hầm, hệ số Poisson.

mất mát thể tích trung bình, x: khoảng cách ngang tính từ tim đường hầm.

= (45 ° + φ/2): góc giới hạn vùng chuyển dịch của đất.

Những phương trình này cho phép tính toán nhanh chóng của biến dạng mặt đất và yêu cầu ước tính giá trị của hệ số Poisson (ν) của đất. Hệ số Poisson gián tiếp thể hiện những đặc điểm của hệ số áp lực đất bên (k0) giá trị của đất. Các giá trị của k0 được ước

tính từ các mối quan hệ được thể hiện trong phương trình:



 



Page 32

(2.9)

Mối quan hệ giữa i/R và H/2R theo phương pháp phân tích được thể hiện trong

9,0

(tan



23,0)



phương trình:

35,0

i R

15,1  )

(tan

H 2 R

  

  

(2.10)

Trong đó: i : bề rộng vùng biến dạng lún bề mặt.

2.2 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ LÚN THEO PHƯƠNG PHÁP KINH NGHIỆM VÀ BÁN KINH NGHIỆM

2.2.1.Phương pháp nghiên cứu kinh nghiêm Macklin và Field (1999):

Macklin và Field (1999) [15] dựa vào số liệu thực tế với đường hầm đường kính 2,8m trong đất sét London cho biết quan hệ thay đổi giữa áp lực đất thứ cấp và biến dạng

lún bề mặt với tốc độ đào hầm. Ở trường hợp này thì có đến 70% biến dạng lún bề mặt đất tại mặt cắt vuông góc xảy ra khi đuôi khiên đào đã vượt qua, trong suốt quá trình lắp đặt vỏ và bơm vữa.



V .1 00% L 2 D .

/ 4

VL được xác định bằng phần trăm của diện tích tổng cộng mặt cắt ngang hầm

(2.11)

VL%: phần trăm thể tích mất mát tổng thể so với diên tích mặt cắt ngang

Trong đó: hầm.

D: Đường kính gương đào.

Có thể nói mức độ mất mát thể tích đất đá phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chủ quan và khách quan, các số liệu thực tế của công trình cụ thể chỉ nên sử dụng để tham khảo trước khi nghiên cứu ảnh hưởng này cho một công trình mới. Vì vậy, một số tác giả đã đưa ra các công thức đánh giá ảnh hưởng lún bề mặt đất dựa vào các số liệu đo

đạc thực tế kết hợp với việc mô hình hoá bài toán bằng phương pháp PTHH hoặc giải tích... có thể cộng thêm các kết quả thí nghiệm để đưa ra các công thức dạng bán kinh nghiệm.

- Macklin (1999) [16], Mair (1981) [17], và O’Reilly (1988) [18], kết hợp lịch sử và kết quả mô hình thí nghiệm ly tâm đã đề nghị một phương pháp dự đoán mất mát thể tích trong đất sét lẫn thực vật. Lý thuyết này sử dụng khái niệm hệ số ổn định:

Page 33

2.2.2.Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm sử dụng hệ số ổn định:

Hình 2.3: Các yếu tố hình học sử dụng cho tính toán hệ số ổn định ở thời điểm phá hoại (hệ số ổn định tới hạn)

Gọi hệ số ổn định là: N ( khái niệm của Broms và Bennermark (1967)): [19],

- t) /Su

(2.12)

N= (z

Trong đó: Z : áp lực tầng phủ tại vị trí trục hầm.

t : Phản lực của kết cấu chống đỡ (nếu có)

su : Sức kháng cắt không thoát nước của đất.

Bằng cách sử dụng hệ số ổn định N này kết hợp với các kết quả nghiên cứu thực tế tổng cộng 14 công trình hầm được báo cáo của các tác giả Wei-I. Chou và Antonio Bobet (2002) [20], Đồng thời hai ông đã đưa ra các kết luận và nhận xét như sau:

-Giải pháp phân tích đã giúp cho việc đưa ra đánh giá rất quan trọng cho thiết kế, từ đó tất cả các thành phần có liên quan đều được đưa vào thành công thức kiểm soát. Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế khi mà sự phá hoại trong thực tế có thể xảy ra

ngay cả khi đã phân tích đủ các yếu tố.

-Các giải pháp phân tích đó đã cho thấy rằng các dự đoán là hợp lý cho thi công sử

dụng khiên đào trong đất sét trung bình và cứng hoặc trong các loại đất hay đá mềm.

- Một trong những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị lớn nhất (tại vị trí tim

đường hầm) là các thông số về khoảng hở (w) giữa biên đào và mép ngoài vỏ hầm.

- Một phương pháp hạn chế hiệu quả mức độ lún này là sử dụng biên pháp chống

đỡ mặt gương và chất lượng thi công tốt.

-Hầu hết các vùng lún đều nằm trong phạm vi khoảng 3 đến 4 lần bán kính xung

quanh khu vực hầm.

Page 34

- Vị trí biên giới hạn dưới của biến dạng thẳng đứng bằng 0 là yếu tố then chốt, nó thường nằm tại vị trí bằng hai lần đường kính ở phía dưới đường tim hầm hoặc tại vị trí

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT lớp đất cứng (tuỳ theo yếu tô' nào đạt đến trước).

- Các chuyển vị ngang thì thường nhỏ hơn so với các chuyển vị đứng. Điều này đã

được công nhận bởi việc phân tích và các số liệu khảo sát thực tế.

- Vì các phương pháp dự đoán đều dựa trên giả thuyết đàn hồi nên các dự báo

thường có xu hướng đưa ra biến dạng lớn nhất và vùng lún rộng hơn so với thực tế.

- Đối với các hầm thi công có sử dụng khí nén thì biến dạng của đất nên sau khi đã thôi cấp khí nén cũng không nhỏ hơn các hầm không sử dụng khí nén. Với việc sử dụng áp suất nén ép bên trong sẽ không làm giảm được các biến dạng lún nhưng nó có thể thu hẹp được bề rộng vùng ảnh hưởng của lún.

2.2.3.Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Schmidt-Peck (1969) *. Lún bề mặt theo phương ngang

Phương pháp thực nghiệm phổ biến nhất để dự báo lún bề mặt là dựa vào phân phối Gauss. Peck (1969) [21], và Schmidt (1974) [22] giả thiết hình dạng của phễu lún tương tự như dạng của đường cong phân phối chuẩn Gauss

Bằng các phân tích thống kê dựa trên các quan sát thực tế, hai ông đã chỉ ra rằng, đây là phương pháp hợp lý để mô hình hoá hình dạng phễu lún gây ra bởi quá trình đào

đường hầm.

Phương trình cơ bản:

 x 22 i

  

  

S = Smax exp (2.13)

 . .(

)

V L



là độ lún bề mặt lớn nhất (phía trên trục đường hầm);

D 2 i 2,5.

Trong đó: - S là độ lún bề mặt theo tính toán lý thuyết ; - maxS (2.14) max

- x là khoảng cách ngang từ tim đường hầm đến điểm cần tính lún;

- i là độ lệch tiêu chuẩn của đường cong tính lún (khoảng cách từ điểm uốn

của máng lún đến tim trục hầm), còn được gọi là thông số bề rộng máng lún.

Page 35

Hình 2.4: Đường cong Gauss đối với máng lún ngang và mất mát đất Vt

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Với đường hầm dạng tròn có thể xác định Smax theo công thức:



max

2 8

DV L i



785

 . .( Z



(New & O’Reilly [23])

P S

max

D . Ei

  ). 

  

Hoặc

 Xác định thông số bề rộng máng lún i



i R

Z 2

O R

  

  

: n=0,8 ÷1,0

Trong đó:

 VL: Phần trăm thể tích mất mát tổng thể so với diện tích gương đào.

 D: Đường kính thực quy đổi của hầm khi đào.

 : Trọng lượng riêng trung bình của các lớp đất tính toán.

 Z0: Chiều sâu của tim hầm so với mặt đất.

 PS :Tổng tải trọng chất thêm.

 E: Mô đun đàn hồi trung bình của các lớp đất tính toán.

Sau đó các tác giả khác nhau đã dựa trên những số liệu quan trắc thực tế để đưa ra các

công thức tính Smax bảng 2.1

Bảng 2.1 Công thức xác định Smax:

Ghi chú

Tên tác giả

Công thức tính Smax

 . (

)

V L

Peck (1969)

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế.



max

D 2 i 2,5.

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế

 . (

)

V L

và kết quả thí nghiệm mô hình.



max

Atkinson & Potts (1979) [24]

D 2 i 2,5.

New & O’Reilly (1982)



max

. LV D i

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế đường hầm tại Anh. Dựa trên số liệu quan trắc thực tế

Mair (1993) [25]



max

và thí nghiệm ly tâm

 . (

)

V L

Attewell (1977) [26]



max

 2 8 1.252 LV R . i D 2 i 2,5.

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế đường hầm tại Anh

 . (

)

V L



max

Clough & Schmidt (1981) [27]

D 2 i 2,5.

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế đường hầm tại Mỹ

Có nhiều tác giả dựa vào kết quả quan trắc hiện trường đã đề xuất các công thức để xác

Page 36

định giá trị i nhằm điều chỉnh công thức ban đầu của Peck để phù hợp với từng điều kiện cụ thể của các công trình.

Bảng 2.2: Công thức xác định tham số bề rộng i:

Tên tác giả

Ghi chú

Công thức tính i



Dựa trên số liệu quan trắc

i R

Z 2

O R

Peck (1969)

  

  

thực tế.

n=0,8 ÷1,0

Dựa trên số liệu quan trắc

Atkinson & Potts (1979)

thực tế và kết quả thí nghiệm mô hình.

Dựa trên số liệu quan trắc

New & O’Reilly (1982)

thực tế đường hầm tại Anh.

i = 0,25(Z0 + R) đối với đất cát rời. i = 0,43Z0 + 1,1 đối với đất cố kết. i = 0,28Z0 – 0,1 đối với đất không cố kết.

Mair (1993)

i = 0,5Z0



Attewell (1977)

i R

Z 2

O R

 .  

  

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế và thí nghiệm ly tâm Dựa trên số liệu quan trắc thực tế đường hầm tại Anh

α = 1 và n = 0,8



i R

Z 2

O R

 .  

  

Clough & Schmidt (1981)

Dựa trên số liệu quan trắc thực tế đường hầm tại Mỹ

α = 1 và n = 0,8

Khi hầm được thi công trong khu vực đô thị, dịch chuyển dạng ngang do việc thi công hầm có thể dẫn đến sự hư hỏng của các công trình bên trên. Tuy nhiên, có tương đối ít các nghiên cứu đo đạc chuyển vị ngang của đất cũng như các công trình bên trên.



O’Reilly và New (1982) [7] cho rằng chuyển vị ngang bề mặt, Sh(y) ở khoảng cách y từ mặt phẳng đối xứng của hầm có thể được biểu diễn theo công thức (2.15) :

S y ( ) h

S y ( ) v

y H

(2.15)

Trong đó: H là độ sâu đến trục hầm và Sv(y) là độ lún tại khoảng cách y.



.exp



.exp

Công thức gần đúng này xuất phát từ các nghiên cứu đối với các hầm trong đất sét và nó đã được áp dụng phổ biến trong thực tế cho các điều kiện dự án khác. Từ công thức 2.15 , dịch chuyển bề mặt theo phương ngang có thể được viết thành:

S y ( ) h

max

V . L

y H

 2

y 2 i

y H

 2

y 2 i

A t i  . 2

  

  

  

  

(2.16)

Hình 2.5 cho thấy sự phân bố của dịch chuyển theo phương ngang cùng với đường cong

Page 37

lún phân phối chuẩn Gauss. Phù hợp với các quan sát hiện trường của dịch chuyển ngang

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT lớn nhất theo lý thuyết Svmax xảy ra tại điểm uốn của đường cong lún, tại đó Sv(y) = 0.6Svmax. Do vậy, công thức có thể được viết lại như sau:



S .0, 6.

max

i H

(2.17)

Từ đó ta có:



1.65.

.exp

S y ( ) h S

y i

 y 2 2 i

max

  

  

Dịch chuyển ngang

(Giá trị dương là về phía tim hầm)

Điểm uốn

Độ lún

(2.18)

Hình 2.5 Dịch chuyển bề mặt ngang và đường cong lún ngang

*Lún theo phương dọc hầm Bên cạnh việc xác định kích thước phễu lún theo phương vuông góc với trục hầm, cần

được xác định bề rộng vùng sụt lún dọc trục hầm. Trong những trường hợp yêu cầu phải có các thông tin về ảnh hưởng ba chiều của độ lún, khi các toà nhà ở phía trên có thể chịu xoắn vặn thì cần thiết phải phân tích lún theo phương dọc hầm.

Hiện nay, những nghiên cứu xung quanh việc xác định đường cong lún theo phương dọc trục hầm còn rất hạn chế. Attewell và Woodman (1982) [28] cho thấy rằng đường cong lún theo phương dọc có thể đạt được bằng việc xem xét một hầm như là một số lượng điểm gốc trên phương dọc và bằng việc cộng tác dụng các đường lún sinh ra bởi mỗi nguồn điểm. Họ cũng đưa ra giả thiết là đường cong lún dọc phụ thêm có dạng đường cong Gauss. Độ lún tại một điểm dọc trục hầm được tính theo công thức:







 S x v

,max



x i

  

  

(2.19)



x 22 i x





Trong đó:

  x

(2.20)





1 i  2 x

i

Với: x là khoảng cách từ điểm tính lún đến vị trí mặt gương; ix là thông

số bề rộng máng lún theo phương dọc cầu, gần đúng có thể lấy với i đã tính toán ở trên. Attewell (1986) giả thiết rằng độ lún dọc trục trực tiếp ngay trên bề mặt gương đào (x =

Page 38

0) bằng 20% độ lún lớn nhất Svmax, như trên hình 2.6. Điều này có thể phù hợp hơn đối

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT với trường hợp thi công hầm bằng khiên đào hở. Tuy nhiên, trong trường hợp dùng khiên đào kín có áp lực chống đỡ phù hợp thì độ lún ngay trên mặt gương đào sẽ giảm

Độ lún S

Hướng đào hầm

Mặt gương hầm

rất đáng kể. Mair và Taylor (1997) [29] kết luận rằng đối với trường hợp khiên đào kín thì giá trị độ lún tại gương nhỏ hơn rất nhiều, chỉ bằng khoảng 22% - 30% độ lún lớn nhất, dẫn đến đường cong lún dọc trục có dạng đường nét đứt như trên hình 2.6.

Hình 2.6 Đường cong lún dọc phía trên đường tim hầm (Attewell, 1986)

2.2.4. Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Chow (1994)

Phương pháp này khảo sát lún thẳng đứng tại điểm nằm ở khoảng cách vị trí tải trọng tập trung trong một không gian bán đàn hồi (tải trọng tập trung này được mô hình



 G

2 .D . Z 2  .(x

)

là một đường tải trọng chạy dọc theo trục tim hầm do quá trình đào khối đất bên trong hầm). Chuyển vị lún bề mặt đất sau đó được tính toán theo công thức:

(2.21)

Trong đó:

: trọng lượng thể tích đất nền

D: Đường kính hầm Z: Chiều sâu đặt hầm G: Mô đun chịu cắt của đất nền

x: Khoảng cách theo phương ngang từ trục hầm

Tuy nhiên công thức này mới chỉ tính đến chuyển vị do việc dỡ tải (đào đất) chứ chưa xét đến chuyển vị trong quá trình chiết giảm thể tích. Do đó các dự đoán đều thiếu chính xác.

Chow [30] cũng đã đưa ra một công thức khác dựa theo phương pháp của Sagaseta (1987) [31] - phân tích dựa trên lý thuyết của cơ học chất lỏng để tính toán cho đất Page 39

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT không nén ép. Chow đã sử dụng kết quả đó và đưa ra công thức tính chuyển vị lún bề mặt:



 G

2 .D . Z 2  .(x

)

Hình 2.7: So sánh giữa mô tả lún bề mặt của Gaussian và của

Sagaseta ở cùng độ lún Smax.

2.2.5. Phương pháp nghiên cứu bán kinh nghiêm của Mair và Taylor (1993)

Mair và Taylor [32] đã nghiên cứu để so sánh với các giải pháp của các công thức gần đúng (công thức kinh nghiêm) về biến dạng bên dưới của đất nền. Cụ thể hai ông

(0.75





)

 D

us D ( G r 2

và

(

 1)



)

 D

us D ( G r 2

đã đưa ra công thức cho dạng lỗ rỗng hình cầu và hình trụ tròn:

(2.22)

Trong đó: : chuyển vị hướng tâm tại vị trí cách tim hầm khoảng bằng r.

su: sức kháng cắt không thoát nước của đất nền.

N*= ơv/su -Hê số ổn định.

v: ứng suất tầng phủ tại vị trí tim đường hầm trước khi đào hầm

(ứng suất nguyên sinh).

Như vậy có thể thấy, chuyển vị dọc trục của đất nền thay đổi phụ thuộc vào tỷ số (D/r)2 (đối với lỗ khoét dạng hình cầu), trong khi chuyển vị hướng tâm lại phụ thuộc vào tỷ số (D/r) (đối với lỗ khoét dạng hình trụ tròn).

Mair và Taylor (1993) cũng đã phát triển phân tích của mình đối với việc lắp đặt

Page 40

vỏ hầm (trong các đường hầm hình trụ tròn) bằng cách thay đổi công thức thứ 2:

* (1

 

 ) 1   n 



) e

(2.23)

 D

us D ( G r 2

Trong đó: n: phần áp lực tầng phủ mà vỏ hầm có thể mang được. Phương pháp này đã đưa ra sự tiện ích rất lớn khi giải quyết vấn đề ổn định tổng

thể của đường hầm có hoặc không có kết cấu chống đỡ của các tác giả sau này.

Nhận xét:

Hướng nghiên cứu thực nghiệm và bán thưc nghiệm đưa ra các công thức số học cho phép chúng ta nhanh chóng, dễ dàng ước tính mức độ ảnh hưởng lún gây ra do quá trình thi công đào hầm. Tuy nhiên các phương pháp này không xét đến ảnh hưởng

tác động tương hỗ cũng như đặc tính ứng xử của nền đất.

Tiêu biểu cho phương pháp này phải kể đến công bố của Peck năm 1969. Sau đó các nhà khoa học tiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu

quan trắc thực tế các công trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từng nước.

Các phương pháp dựa trên cơ sở kinh nghiệm và số liệu thực nghiệm hầu hết đều dựa trên giả thuyết bề mặt trống “Green field”, nói cách khác, sự tồn tại của các công trình xây dựng cũng như ảnh hưởng tải trọng của nó ảnh hưởng đến ứng xử biến

dạng của nền đất và lún bề mặt, chuyển vị các công trình mặt đất gây ra trong quá trình thi công hầm là không được xem xét đến.

2.3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ LÚN BỀ MẶT DỰA TRÊN MÔ HÌNH SỐ VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 2.3.1 Khái niệm và cơ sở của phương pháp PTHH Khái niệm chung về phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là phương pháp số để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi

phân riêng phần cùng với các điều kiện biên cụ thể. Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải gần đúng bài toán phương trình vi phân từng phần và phương trình tích phân. Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán.

Các miền liên tục được chia thành nhiều miền con (phần tử). Các miền này được liên kết với nhau tại các điểm nút. Trên miền con này, dạng biến phân tương đương với bài toán được giải xấp xỉ dựa trên các hàm xấp xỉ trên từng phần tử, thoả mãn điều kiện trên biên

cùng với sự cân bằng và liên tục giữa các phần tử. Người ta căn cứ vào hình dạng và tình hình chịu lực của kết cấu để chọn loại phần tử thích hợp. Đối với hệ thanh, lấy đoạn dầm và thanh làm PTHH. Với kết cấu tấm phẳng thường sử dụng các phần tử hình tam giác, phần tử hình chữ nhật, phần tử hình tứ giác có

Page 41

cạnh thẳng hoặc cong. Đối với vật thể khối, thường dùng các loại phần tử hình tứ diện,

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT hình lập phương, hình lục diện. Còn đối với vật thể đối xứng trục, thường dùng phần tử hình vành khăn.

Hình 2.8 Một số mô hình phần tử thường dùng Tùy theo số lượng nút và cách bố trí nút trong mỗi PTHH, người ta phân biệt các loại phần tử tuyến tính và phần tử bậc cao, tương ứng với các dạng hàm chuyển vị tuyến tính

và dạng hàm chuyển vị bậc cao. Khi phân tích các kết cấu có thể sử dụng các mô hình tính như: mô hình chuyển vị (chọn chuyển vị ở các nút làm ẩn) hoặc mô hình cân bằng (chọn các ứng suất hay nội lực ở các

nút làm ẩn). Thông thường người ta hay sử dụng mô hình chuyển vị vì nó thuận lợi hơn cho việc tự động hóa tính toán trên máy tính. Để mô tả mối quan hệ giữa chuyển vị (hay ứng suất) trong một phần tử với chuyển vị (hay ứng suất) tại các điểm nút người ta phải chọn một hàm xấp xỉ hay hàm chuyển vị

phải thỏa mãn điều kiện liên tục trên các điểm nút hoặc các đường biên của các phần tử kế tiếp nhau. Khi vật thể chịu lực, trong các phần tử sinh ra các nội lực. Phương pháp PTHH giả thiết

rằng các nội lực này đều truyền qua nút. Các lực tác dụng lên nút gọi là lực nút, đó là lực tương tác giữa các phần tử liên kết với nhau tại nút do các chuyển vị nút sinh ra. Sử dụng nguyên lý cực tiểu thế năng toàn phần đối với phần tử, người ta thiết lập được phương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn tính theo mô hình chuyển vị như sau:

(2.24) k = Pe

Trong đó: k gọi là ma trận độ cứng phần tử,  véc tơ chuyển vị nút, còn véc tơ Pe là vectơ tải phần tử bao gồm các thành phần lực đặt tại nút, các lực này được quy đổi sau khi dởi các tải trọng P và q về nút, do đó Pe còn gọi là lực nút tương đương. Sử dụng nguyên lý cực tiểu thế năng toàn phần đối với toàn hệ kết cấu ta có điều phương trình cơ bản của toàn bộ kết cấu ta có:

K = P (2.25)

o P là thành phần nội lực nút của cả hệ,

o K là ma trận độ cứng tổng thể và  là thành phần chuyển vị của cả hệ.

Mô hình phương pháp số tiêu biểu được sử dụng trong phân tích địa kỹ thuật thường bao

Page 42

gồm các hệ thống nút, phần tử và điều kiện biên. Trong đó, các phần tử được sử dụng để

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT mô hình hóa đặc trưng hình học và cơ học của khối đất đá cũng như kết cấu. Các nút có vai trò xác định vị trí và liên kết các phần tử còn điều kiện biên sẽ mô tả lại đặc điểm liên

kết của mô hình với không gian còn lại xung quanh. Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số phổ thông nhất trong việc ước tính lún bề mặt, cũng như tác động của lún đến các công trình bên trên do thi công hầm. Khi mô

hình hóa và dự báo phát triển lún bề mặt bằng một phần mềm địa kỹ thuật chuyên dụng, cần có các số liệu đầu vào như: kích thước hình học; tính chất vật liệu của hệ thống chống đỡ, phương pháp thi công, điều kiện địa chất,…Các kết quả đầu ra, ngoài biến dạng lún mặt đất, còn bao gồm cả nội lực trong vỏ hầm và các sơ đồ phần bố ứng suất.

Phương pháp phần tử hữu hạn đã được chứng minh là phương pháp số phổ biến nhất trong việc giải quyết vấn đề lún bề mặt do thi công hầm. Nhưng vẫn có nhiều yếu tố khó khăn phức tạp trong quá trình mô hình bài toán thi công hầm mà chưa thể giải quyết

được trong thời điểm hiện tại, điều này đã được nhấn mạnh bởi O’Reilly, M.P and New, B. (1982). [33] rằng: “ Các vấn đề về đất trong quá trình thi công hầm đã được chứng minh là rất khó mô hình hoá bằng phần tử hữu hạn vì tính chất phức tạp của nó, thông thường thì các thông

số nối chung đều không được biết đến một cách rõ ràng, và càng không thể chấp nhận được nếu không mô hình một cách đúng đắn đất nền và kết cấu chống đỡ theo đúng như quá trình thi công”

Mô hình của Liu (1997) [34] và một số tác giả khác sau ông Các tác giả đã mô hình trong đất sét London với mục tiêu là kiểm tra lại thông số vùng lún i đã được tìm thấy trong phương pháp sử dụng phân phối chuẩn Gaussian bằng cách mô hình quá trình mất mát thể tích của đất nền áp sát vào vỏ hầm như là một sự co ngót

phân bố đều: Hầm có đường kinh D = 5m. Với việc khảo sát mức độ thay đổi của mất mát thể tích từ 1%-4%, mô hình đã cho thấy biến dạng lớn nhất của đất nền thay đổi tuyến tính với mất mát thể tích, nhưng thông số bề rộng i không thay đổi = 8,3m. Tuy nhiên với mô hình trên lại cho kết quả tương đối khác nhiều với mô hình thí nghiêm ly tâm tại vị trí phía đáy hầm, đối với mô hình trên thì chuyển vị xung quanh khu vự hầm là tương đối đều nhau, còn thí nghiêm ly tâm cho thấy chuyển vị ở đáy hầm là rất nhỏ. Vì vậy các tác giả đã đưa ra hai tuỳ chọn đối với phần bên vỏ hầm và phần vòm ngửa bằng cách đưa vào hai liên kết đàn hồi. Và kết quả cho thấy rằng mô hình với hai sự tuỳ chọn này cho ra vùng lún có bề rộng nhỏ hơn so với mô hình cũ và mô hình mới này cho giá trị thông số bề rộng vùng lún i rất gần với giá trị này trong phương pháp sử dụng phân phối chuẩn Gaussian. Tuy nhiên nó lại đưa ra một vùng lún méo mó, với các biến dạng

Page 43

quá lớn ở các vùng phía xa, điều này có thể do hiệu ứng nhổ đất ở phần vòm ngửa lên đã tác động lên mặt đất. Nhóm tác giả đưa ra kết luận Hầm càng đặt nông thì sự sai khác về hình dạng đường cong lún giữa mô hình sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT phương pháp sử phương pháp sử dụng phân phối chuẩn Gaussian càng nhỏ. Khi hầm đặt sâu hình dạng giữa hai mỗ hình có sai khác nhưng diện tích vùng lún vẫn là tương đương

nhau. Tính đến nay thì đã và đang tồn tại rất nhiều các mô hình tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn của rất nhiều tác giả khác nhau.Với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính, các mô

hình phần tử hữu hạn 3-D đã không còn là vấn đề khó khăn nữa. Các mô hình nói chung đều đã đề cập rất cụ thể đến quá trình thi công hầm. Đặc biêt hiện nay đang có rất nhiều các loại phần mềm chuyên dụng cho tính toán thiết kế' hầm nói chung và dự đoán ảnh hưởng lún bề mặt đất nói riêng. Các chương trình tính toán bằng phần tử hữu hạn có thể

dựa trên mô hình đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến hoặc đàn - dẻo. Với việc sử dụng các chương trình chuyên dùng cho hầm (Plaxis, Misess, Phase, OXFEM, Tunset, MidasGTS,...) có thể mô hình bài toán theo quá trình thi công một cách rất tốt. Ngoài ra

có thể sử dụng các chương trình tính toán bằng phương pháp PTHH khác để mô hình bài toán theo mục đích tính toán

Nhận xét:

Bài toán lún bề mặt trong quá trình xây dựng đường hầm trong thành phố,

đặc biệt là các tuyến hầm metro là một bài toán tác động tương hỗ vô cùng phức tạp và có thể giải quyết một cách hiệu quả với các phương pháp số. Tính ưu việt của phương pháp PTHH trong mô hình các bài toán phân tích lún mặt đất đó là có thể xem xét tính

tác động tương hỗ qua lại giữa hiện tượng lún mặt đất do thi công đường hầm metro với các công trình hiện hữu trên mặt đất, có thể phân tích theo trình tự thi công của mỗi dự án… cùng với sự phát triển các phần mềm thương mại khiến việc phân tích bài toán này theo phương pháp PTHH ngày càng trở nên phổ biến hơn. Tuy nhiên, kết quả bài toán

phân tích theo phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu đầu vào. Trong đó phải kể đến hệ số mất mát thể tích Vloss. Tuy nhiên, không có nhiều nghiên cứu phân tích đại lượng này và đa phần đều lấy giá trị này giả định theo kinh nghiệm thi

công.

Page 44

2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MẶT GƯƠNG ĐÀO 2.4.1 Phương pháp dựa trên cơ sở thiết kế theo trạng thái giới hạn của Leca và Dormiex (1990):

Hình 2.9: Mô hình tính áp lực ổn định mặt gương theo Leca và Dormieux (1990) [33] Cả hai vấn đề về đảm bảo an toàn chống sập mặt gương đào và đẩy trồi đất đều được đưa vào kiểm soát dựa trên cơ sở của cơ học biến dạng vật rắn và tiêu chuẩn phá hoại được giả thuyết cho đất cố kết và đất ma sát. Ba cơ chế phá hoại đã được đặt tên là MI, MII và MIII, được thể hiên trong hình dưới

đây, với giả thuyết là chiều dài của khoảng không chống đỡ là bằng 0. MI và MII là các cơ chế phá hoại sập lở của một hoặc hai khối đất hình nón phía trước gương, MIII kiểm soát cơ chế phá hoại do đẩy trồi đất nền khi ƠT lớn hơn áp lực đất phía trước gương.

Hình 2.10: Các cơ chế phá hoại theo Leca và Dormieux

2.4.2 Phương pháp phân tích theo cân bằng giới hạn của Covári và Anagnostou (1996):

Thực chất mô hình này được Hom xây dựng năm 1961 dựa trên giả thuyết của cơ

Page 45

học phá huỷ, nó có thể sử dụng đối với cả khiên đào cân bằng áp lực vữa (dung dịch) và cân bằng áp lực đất. Sau đó được phát triển thêm bởi Covári và Anagnostou (1996). Áp lực chống đỡ bề mặt S được xác định như là một phương trình của mặt trượt ro:

Hình 2.11: Mô hình tính của Horn (1961), [55] được Covári và Anagnostou phát triển (1996) [56]

1. Xác định hê trục toạ đô Oxyz, các đặc trưng như đường kính hầm, đô sâu chôn hầm và xác định các điều kiên biên của đề bài như áp lực nước (biểu hiện bằng chiều cao côt nước hF), cao đô của mực nước ngầm.

2. Tính toán các lực tác dụng giới hạn lên mặt cắt hầm. Bước này bao gồm việc tính toán số học lực thấm vào các lăng thể trụ dựa trên sự chênh lệch các độ cao cột

Theo đó ta có các bước tính toán sự ổn định mặt gương đào:

3. Tính toán áp lực cần thiết tạo ra để cân bằng với áp lực đất bằng cách áp dụng

nước thể hiện sự chênh lệch áp suất trong và ngoài gương đào

các phương trình cân bằng lực. 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Qua nghiên cứu tổng quan các phương pháp đánh giá lún bề mặt do thi công hầm bằng TBM chúng ta có tóm tắt lại có ba hướng nghiên cứu chính: Nghiên cứu lý thuyết, Nghiên cứu thực nghiệm và bán thực nghiệm, Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH.

Với mỗi hướng nghiên cứu đều có những đóng góp rất lớn vào việc ước lượng dự báo lún bề mặt do thi công ống hầm bằng TBM. Hướng nghiên cứu thực nghiệm và bán thưc nghiệm đưa ra các công thức số học cho phép chúng ta nhanh chóng, dễ dàng ước tính

mức độ ảnh hưởng lún gây ra do quá trình thi công đào hầm. Tuy nhiên các phương pháp này không xét đến ảnh hưởng tác động tương hỗ cũng như đặc tính ứng xử của nền đất. Hướng nghiên cứu PTHH ứng dụng sự phát triển khoa học công nghệ nhằm mô hình và xem xét nhiều hơn các yếu tố liên quan như tác động tương hỗ, hay các yếu tố kỹ thuật

thi công trong quá trình thi công... Bài toán lún bề mặt trong quá trình xây dựng đường hầm trong thành phố, đặc biệt là các tuyến metro là một bài toán tác động tương hỗ vô cùng phức tạp và chỉ có thể giải quyết một cách hiệu quả với các phương pháp số. Tuy nhiên, kết quả bài toán phân tích theo phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào các số

Page 46

liệu đầu vào, trong đó phải kể đến hệ số mất mát thể tích Vloss mà thường được lấy theo

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT giả định.

Phổ biến ở những năm cuối của thế kỷ 20 là phương pháp thực nghiệm dựa trên các

số liệu quan trắc thực tế của các công trình cụ thể, các tác giả xây dựng các công thức thực nghiệm nhằm xác định độ lún lớn nhất và đường cong lún trên bề mặt. Tiêu biểu cho phương pháp này phải kể đến công bố của Peck năm 1969. Sau đó các nhà khoa học

tiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu quan trắc thực tế các công trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từng nước. Các phương pháp tính toán hiện nay đều ít nhiều dựa trên kinh nghiệm thực tế và các số liệu thực nghiệm thu thập được qua các mô hình thu nhỏ hoặc các công trình thực

tế. Cũng cần lưu ý rằng các phương pháp dựa trên cơ sở kinh nghiệm và số liệu thực nghiệm hầu hết đều dựa trên giả thuyết bề mặt trống “Green field”, nói cách khác, sự tồn tại của các công trình xây dựng cũng như ảnh hưởng tải trọng của nó ảnh hưởng đến ứng

xử biến dạng của nền đất và lún bề mặt, chuyển vị các công trình mặt đất gây ra trong quá trình thi công hầm là không được xem xét đến.

Tuy nhiên, hiện tại chưa có nghiên cứu nào áp dụng cho điều kiện cụ thể tại Việt Nam. Và liệu các công thức thực nghiệm nghiên cứu dựa trên các số liệu thực tế của các

công trình tại các nước khác có thật sự phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Từ đó vấn đề cấp bách hiện nay cần nghiên cứu khảo sát những số liệu quan trắc của các công trình thực tế tại Việt Nam để điều chỉnh công thức sao cho phù hợp với điều kiện Việt Nam

Page 47

nhằm xây dựng các công cụ dự báo và phân tích được hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công tuyến Metro ngầm chìm tại Việt Nam.

CHƯƠNG 3 QUAN TRẮC - SO SÁNH KẾT QUẢ QUAN TRẮC LÚN BỀ MẶT DỌC ĐOẠN TUYẾN NGẦM DỰ ÁN XÂY DỰNG TUYẾN METRO SỐ 1 BẾN THÀNH – SUỐI TIÊN VỚI KẾT QỦA TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT.

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁN VÀ ĐOẠN TUYẾN METRO ĐI NGẦM Năm 2013, theo điều chỉnh quy hoạch giao thông năm 2007, hệ thống đường sắt đô thị đã có những thay đổi đáng kể: Cụ thể, đến năm 2030, Thành phố Hồ Chí Minh sẽ có 8 tuyến Metro

Page 48

Hình 3.1. Quy hoạch mạng lưới tàu điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

Tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên Hướng tuyến: Bến Thành (tại Quãng trường Quách Thị Trang) – Lê Lợi – Nguyễn Siêu – Ngô Văn Năm – Tôn Đức Thắng – Ba Son – Nguyễn Hữu Cảnh – Văn Thánh – Điện Biên Phủ – cầu Sài Gòn – xa lộ Hà Nội.

 Tổng chiều dài: khoảng 19,7 km (2,6 km đi ngầm và 17,1 km đi trên cao).  Số lượng ga: 14 (3 ga ngầm và 11 ga trên cao).  Depot tại phường Long Bình, Quận 9 với diện tích 27,4 ha.  Tuyến sẽ được kéo dài từ ga Suối Tiên đến Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai và

tỉnh Bình Dương trong tương lai. Dự án có 03 gói thầu chính: Xây dựng đoạn đi ngầm; Xây dựng đoạn đi trên cao, đoạn depot và Mua thiết bị cơ điện, đường ray, toa xe. Trong đó gói Xây dựng đoạn đi ngầm bắt đầu từ Ga số 1 tại khu vực vòng xoay Quách Thị Trang trước chợ Bến Thành đi ngầm dưới đường Lê Lợi gồm 2 tuyến đường hầm đơn chạy song song, từ ngã tư Lê Lợi – Pasteur chuyển sang chạy trùng tim (hầm trên, hầm dưới) đi qua bên hông Nhà hát thành phố, qua trụ sở Công ty Điện lực Sài Gòn, theo đường Nguyễn Siêu, qua FAFILM đến khu vực nhà máy Ba Son. Từ sau ga số 3 (ga Ba Son), tuyến chuyển từ đi ngầm sang đi trên cao.

Page 49

Trong đoạn ngầm có 03 nhà ga gồm: Nhà ga Trung tâm Bến Thành trung chuyển giữa các tuyến số 1, số 2, số 3a và số 4 hiện đang chuẩn bị thi công, Ga Nhà hát Thành phố kết cấu gồm 4 tầng hầm, dài 190m, rộng 26.67m, sâu 30.44m, sử dụng công nghệ Top-Down để thi công; Ga Ba Son gồm 2 tầng hầm, dài 290m, rộng 34.95m, sâu 17.4m, sử dụng biện pháp thi công đào mở dùng tường bê tông cốt thép và hệ King Post để giữ ổn định hố đào; Kết nối giữa ga Nhà Hát Thành phố và ga Ba Son 2 là 02 hầm đơn, kết cấu bê tông cốt thép, đường kính trong 6.05m, đường kính ngoài 6.65m, công nghệ thi công là sử dụng máy đào TBM.

Hình 3.2 Đoạn tuyến Metro đi ngầm từ Ga Bến Thành – Ga Ba Son

Hình 3.3 Phối cảnh 3D Đoạn tuyến Metro đi ngầm. Đặc điểm bình diện tuyến đường sắt đôi ở đoạn đi ngầm: Từ ga số 1 (ga Bến Thành) tuyến đi theo đường Lê Lợi gồm 2 tuyến đường hầm đơn khổ 1.435mm chạy song song

nhau, khoảng cách giữa 2 tim đường là 8,8m. Từ Km 0+534 hai tuyến ngầm chạy song song trùng tim (hầm trên, hầm dưới) đến Km 1+123 hai hầm từ chạy trùng tim chuyển sang chạy song song ngang nhau, khoảng cách giữa 2 tim đường là 13m. Từ sau Nhà ga

số 3 (ga Ba Son), tuyến chuyển từ đi ngầm sang đi trên cao tại Km 2+260. Đoạn chạy song song trùng tim (hầm trên, hầm dưới) là để vòng tránh Nhà hát thành phố và bãi đậu xe ngầm phía sau Nhà hát thành phố, tòa nhà Điện lực 2, khu chung cư số 5 Nguyễn Siêu và một số công trình tại khu vực này. Đoạn hầm từ nhà ga Nhà hát thành phố đến nhà ga

Ba son dài 781m sẽ được thi công bằng biện pháp dùng máy đào TBM.

3.2 QUÁ TRÌNH THI CÔNG TUYẾN NGẦM VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC LÚN BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐÔ THỊ TRÊN BỀ MẶT 3.2.1 Tầm quan trọng của công tác quan trắc

Trong quá trình thi công hầm, dựa vào phương pháp thi công, chu kỳ kiểm soát tiến trình đào hầm, đồ án thiết kế sơ bộ ban đầu sẽ được cập nhật liên tục tại hiện trường. Các kết quả quan trắc cho phép chúng ta dự báo định tính điều kiện địa chất khối đất đá nằm

ở phía trước gương hầm, đánh giá được quá trình dịch chuyển của khối đất đá xung quanh hầm, giải pháp chống đỡ cho một đoạn hầm tiếp theo khi cần thiết.

Theo tần suất quan trắc đo đạc trong quá trình thi công hầm công tác quan trắc đo

đạc được phân biệt thành 2 loại:

Page 50

Công tác quan trắc đo đạc thường xuyên phục vụ cho quản lý thi công hằng ngày. Đó là các nội dung đo đạc có liên quan đến trạng thái đất đá và hang đào, nhằm mục đích thu thập số liệu để đánh giá phát hiện các tình trạng bất thường của đất đá xung quanh

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT hang đào, và kết cấu chống đỡ hầm cũng như độ ổn định của chúng. Công tác quan trắc đo đạc thường xuyên được tiến hành với một khoảng thời gian nhất định theo trục hầm,

bao gồm các nội dung sau:

 Quan sát điều tra điều kiện đất đá ở gương đào

 Quan sát điều tra hiện trạng hang đào và mặt đất trong phạm vi ảnh hưởng của

công trình (trong trường hợp cần thiết).

 Đo độ thu hẹp (mức độ tắt dần của chuyển vị) vách hang đào và chuyển vị của

đỉnh hầm.

Công tác quan trắc đo đạc bổ sung (không thường xuyên) được tiến hành tại những vị trí (tiết diện) đặc trưng, với mục đích kiểm chứng kết quả đo với thiết kế và các bước

thi công, thông qua việc đánh giá sự phù hợp của hệ thống chống đỡ hầm, trên cơ sở đó mới liên hệ giữa các thông tin có được ở công tác đo đạc thường xuyên về trạng thái hang đào đất đá và kết cấu chống đỡ. Công tác quan trắc đo đạc bổ sung có thể rất khác nhau tùy mục đích tiến hành các hạng mục sau:

 Đo chuyển vị đất đá và mặt đất phía trên công trình.

 Điều tra địa chất bổ sung.

 Thí nghiệm xây dựng các tính chất cơ lý của đất đá.

 Đo đạc đánh giá ảnh hưởng của công trình lân cận

Thực tế có thể sử dụng nhiều phương pháp đo đạc khác nhau, khi thi công theo phương pháp khiên đào kín chúng ta cần áp dụng các công tác quan trắc để thu được các

đại lượng chính sau đây:

 Quan sát nghiên cứu địa chất ở gương hầm đào của khiên.

 Quan sát hiện trạng hang đào (như hiện tượng nước ngầm ...)

 Đo biến dạng bao gồm chuyển vị mặt đất, chuyển vị tương đối khối đất xung

quanh hang đào và chuyển vị vách hang đào.

 Quan trắc lún của các vòng vỏ hầm sau khi thoát khỏi đuôi khiên.

 Quan trắc di chuyển vào của chu vi hầm trong khe hở ở đuôi khiên.

 Quan trắc đối với nhà cửa, công trình kiến trúc lân cận

3.2.2 Mục đích, nội dung của công tác quan trắc

Trong thi công hầm bằng máy đào hầm TBM quan trắc là một công cụ trợ giúp đặc

lực được sử dụng nhằm những mục đích:

 Quan trắc, dự đoán điều kiện địa cơ học khu vực hầm sẽ đào qua;

 Quan trắc các biểu hiện biến dạng, độ bền của kết cấu chống giữ hầm;

 Quan trắc đánh giá các biểu hiện phản ứng cơ học của khối đất xung quanh hầm

sau khi khai đào;

Page 51

 Quan trắc dịch chuyển mặt đất và các biểu hiện phá huỷ công trình bề mặt do ảnh

hưởng của thi công hầm. Đối tượng quan trắc, đo đạc bao gồm:

 Kết cấu vỏ hầm hoặc kết cấu chống đỡ tức thời;

 Khối đất xung quanh hầm và trên bề mặt;

 Các công trình mặt đất có thể chịu ảnh hưởng của quá trình thi công

Kết quả quan trắc có ý nghĩa không chỉ dự đoán các ứng xử cơ học của khu vực hầm sẽ thi công nhằm lựa chọn phương pháp thi công hợp lý, quan trắc còn có ý nghĩa

đánh giá tính hiệu quả của giải pháp, công nghệ thi công đã sử dụng bao gồm cả công tác gia cố khối đất, đào và chống giữ công trình và làm cơ sở đưa ra những điều chỉnh cần thiết về thiết kế, thi công. Điều này đặc biệt quan trọng đối với xây dựng hầm thi công

qua vùng địa chất luôn có biến đổi và các thông số liên quan tới quá trình thiết kế, thi công không dễ dàng để xác định chính xác. Nội dung và phạm vi quan trắc chủ yếu trong thi công hầm bao gồm:

 Thiết lập mạng lưới các mốc và tiến hành đo lún trên bề mặt;

 Đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất, sự thay đổi mực nước, hướng và tốc độ dòng

chảy;

 Đo ứng suất trong kết cấu chống đỡ hầm và trong khối đất xung quanh hầm;

 Đo biến dạng của kết cấu chống đỡ hầm

 Đo biến dạng, dịch chuyển và sự hình thành vết nứt tại các công trình mặt đất chịu

tác động của quá trình thi công.

Rõ ràng với những mục đích và nội dung quan trắc như vậy, công việc này phải được thực hiện liên tục trong toàn bộ các giai đoạn thực hiện của dự án, trước, trong và thậm

chí cả sau quá trình thi công. Tùy thuộc vào mục đích quan trắc, quy mô và tầm quan trọng của công trình mà các biện pháp quan trắc khác nhau sẽ được sử dụng.

Với mỗi nội dung, đối tượng quan trắc, đo đạc cụ thể, 2 thông số quan trọng nhất là mật độ thiết bị đo đạc và tần suất đo. Mật độ thiết bị đo đạc phản ánh số lượng thiết bị đo được lắp đặt trong không gian công trường xây dựng còn tần suất đo đạc thể hiện thời gian giãn cách giữa các lần đọc các đại lượng đo của thiết bị đo và thời gian đo từ khi bắt đầu lắp đặt thiết bị đến khi ngừng công việc đo. Các thông số này được thiết lập trước

khi thực hiện công tác quan trắc và được điều chỉnh khi thực hiện trên cơ sở các số liệu đo thực tế. Ngoài ra, trong giai đoạn thiết kế cũng cần phải dự đoán những giá trị đo giới hạn, xu hướng biến đổi của các số liệu đo hay thực chất là những thay đổi xảy ra trên kết cấu công trình và khối đất xung quanh. Giá trị này có ý nghĩa báo hiệu hạng mục được

quan trắc đang nằm trong giới hạn nguy hiểm. Tùy thuộc vào tầm quan trọng của mỗi công trình, loại giá trị này còn được chia thành nhiều cấp khác nhau tương ứng với mức độ nguy hiểm tăng dần.

Page 52

Dựa vào các số liệu quan trắc thu được, sau khi xử lý và phân tích, các bên tham gia

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT dự án có thể đánh giá chất lượng, hiệu quả thi công công trình đã thực hiện, rút ra những kinh nghiệm và những biện pháp cần thực hiện để cải tiến chất lượng công việc, phòng

ngừa các dạng sự cố không để chúng xảy ra.

3.2.3. Nguyên tắc thiết kế hệ thống quan trắc Nguyên tắc tin cậy:

Nguyên tắc tin cậy là nguyên tắc quan trọng nhất cần phải tính toán kỹ trong khi thiết

kế hệ thống quan trắc. Để đảm bảo đủ tin cậy, cần phải làm được :

 Hệ thống cần phải sử dụng các thiết bị đủ độ tin cậy. Nói chung, các thiết bị đo kiểu cơ có tính tin cậy cao hơn thiết bị đo kiểu điện, do đó, nếu sử dụng thiết bị đo kiểu điện thì thường phải có hệ thống mốc tiêu hoặc thiết bị đo cơ khác để điều

chỉnh cho nhau.

 Trong thời gian quan trắc phải bảo vệ tốt điểm đo.

Nguyên tắc nhiều tầng lớp quan trắc: Nội dung của nguyên tắc này gồm có 4 điểm chính sau đây:

 Về đối tương quan trắc, lấy chuyển vị làm chính nhưng cũng phải tính đến việc

quan trắc các đại lượng vật lí khác.

 Về phương pháp quan trắc, lấy việc quan trắc bằng thiết bị làm chính đồng thời

cũng phải bổ sung bằng phương pháp kiểm tra bằng mắt thường.

 Về lựa chọn kiểu thiết bị quan trắc, lấy thiết bị đo kiểu cơ làm chính, có hỗ trợ bằng thiết bị đo kiểu điện. Để đảm bảo tính tin cậy của quan trắc, hệ thống quan

trắc cũng phải sử dụng nhiều loại phương pháp và thiết bị từ các nguyên lí khác nhau.

 Đảm bảo các điểm đo hình thành được mạng lưới với độ che phủ nhất định.

Nguyên tắc vùng trọng điểm quan trắc:

Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu, tại các vị trí khác nhau của từng phương pháp chống giữ khác nhau thì tính ổn định của chúng cũng khác nhau. Nói chung, những vị trí

mà tính ổn định kém thì dễ mất ổn định và sụt lở, thậm chí làm ảnh hưởng đến sự an toàn của các công trình xây dựng ở lân cận. Những vị trí này chính là những vùng then chốt, trọng điểm cần phải tập trung quan trắc nhiều hơn.

Nguyên tắc sử dụng thuận tiện:

Để giảm bớt vướng víu lẫn nhau giữa quan trắc và thi công, việc lắp đặt và xem kết

quả hệ thống quan trắc phải được bố trí hợp lí để có thể sử dụng thuận tiện. Nguyên tắc kinh tế hợp lí:

Tùy theo mức độ quan trọng của công trình xây dựng, của các công trình lân cận cũng như sự phức tạp của điều kiện địa chất, thủy văn mà cần cân nhắc lựa chọn hệ thống thiết bị quan trắc phù hợp về mặt kinh tế. Đối với các công trình tạm thời, thời

Page 53

gian quan trắc ngắn, phạm vi quan trắc không rộng,… cần cố gắng tận dụng những thiết

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT bị thực dụng, giá thành rẻ để giảm chi phí toàn bộ công trình.

3.2.4 Các nội dung quan trắc

3.2.4.1Quan trắc chuyển vị trên mặt đất Đo độ lún của nền hầm, đỉnh vòm và mặt đất nhằm mục đích:

 Nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình đào hầm.

 Đánh giá mức độ ổn định của đất đá phía trước gương đào.

 Quan trắc lún sụt mặt đất.

Sự cần thiết và mức độ quan trọng của công tác đo chuyển vị của nền đất và mặt đất phía trên nóc công trình được xác định tùy thuộc vào chiều sâu của hầm so với mặt đất. Khoảng cách giữa các điểm đo: Theo phương dọc hầm từ 5÷10m (khi h < D), 10÷20m

§o¹n cÇn ®o, kho¶ng c¸ch (5-10)m/mÆt c¾t

2D-5D

5° 4

HÇm thi c«ng

(khi D ≤ h ≤ 2D) và 20÷50m (khi h > 2D); Theo phương ngang hầm từ 3÷5m

Mèc ®o chuyÓn vÞ mÆt ®Êt

§ång hå ®o trît

Kho¶ng c¸ch (3-5)m/®iÓm

5° 4

ThiÕt bÞ ®o nghiªng

ThiÕt bÞ ®o lón

Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị mặt đất theo phương dọc hầm

Page 54

Hình 3.5. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị mặt đất theo phương ngang hầm

Công tác đo chuyển vị của nền đất và mặt đường thường được thực hiện bằng các máy đo thủy bình, loại máy độ chính xác cao có thể quan trắc được độ lún của đỉnh vòm,

chu vi hầm hay các điểm trên mặt đất của chúng biến dạng theo thời gian, thông thường các kết quả đo được là trị số chuyển vị tuyệt đối. Trong đất yếu, quy trình số lần đo chuyển vị, tốc độ lún và mối quan hệ giữa khoảng cách từ mặt cắt đo đến gương hầm được thực hiện như bảng 3.1.

Bảng 3.1. Số lần đo chuyển vị của các điểm đo [120]

Khoảng cách từ mặt cắt Tần suất đo Tốc độ lún (B) đo đến gương hầm (A)

1-2 lần/1 ngày 0÷2D > 5 mm/ngày

1lần/2 ngày 2D÷5D 1 ÷ 5 mm/ngày

1 lần/tuần > 5D < 1 mm/ngày

Ghi chú: D là chiều rộng gương đào Tần suất đo được xác định từ hai mục A và B, theo mục nào có hướng lớn hơn, lúc đầu tốc độ lún nhanh, số lần đo đạc phải nhiều, cần 1 ÷ 2 đo đạc mỗi ngày, về sau độ lún

chậm, số lần đo đạc ít đi. Công tác đo đạc sẽ được chấm dứt khi trạng thái hầm và khối đất xung quanh hoàn toàn ổn định.

3.2.4.4 Quan trắc các công trình hiện hữu

Nếu các bộ phận khác nhau của một kết cấu dịch chuyển đồng đều với giá trị lớn, vẫn có thể chỉ gây ra các hư hỏng nhỏ, có thể không phát triển, trừ trường hợp các tiện ích ngầm ví dụ như các ống thoát nước không thể tự điều chỉnh đối với các chuyển vị trên. Tuy nhiên, hầu hết các công trình chịu ảnh hưởng của việc thi công công trình ngầm, các

bộ phận ở gần vị trí đào sẽ chuyển dịch nhiều hơn so với các bộ phận ở xa. Sự dịch chuyển khác nhau này là nguyên nhân chính của các hư hỏng liên quan đến việc xây dựng công trình ngầm, vì các công trình sẽ chịu tác động của các lực không xét đến trong thiết kế. Ví

dụ một tòa nhà, khi móng của nó lún một bên trong khi một bên còn lại lún rất ít hoặc không lún có thể đưa đến sự nghiêng của tường, có thể dẫn đến nứt, vỡ của một số bộ phận kiến trúc, hoặc thậm chí xấu hơn là làm hư hỏng một hoặc nhiều bộ phận kết cấu. Một cây cầu, mà móng của nó chịu chuyển vị khác nhau có thể làm xuất hiện các ứng suất kéo cục

bộ, gây nứt các bộ phận kết cấu. Nhìn chung, việc phát hiện các mức độ lún và đặc biệt là lún lệch là biện pháp đầu tiên trong việc bảo vệ các công trình hiện hữu, cho dù chúng nằm trên mặt đất (đường bộ, tòa nhà, cầu) hay dưới ngầm (các tiện ích, hầm đường sắt, hầm

Page 55

đường bộ). Sự phát hiện độ nghiêng cũng có thể hữu ích và trở thành phổ biến hơn cùng với sự phát triển của các thiết bị quan trắc được chế tạo theo hướng tăng sự tự động hóa. Loại hình quan trắc đơn giản nhất liên quan đến sự phát hiện và theo dõi sự tách rời của các mối nối và sự phát triển vết nứt trong kết cấu bê tông hoặc các bộ phận kiến trúc. Ý

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT tưởng của việc quan trắc này là để phát hiện và giảm thiểu một số hoặc tất cả các dịch chuyển này trước khi chúng trở nên đủ nghiêm trọng để sinh ra các hư hỏng lớn có thể xảy

ra rủi ro.

Quan trắc đối với nhà cửa, công trình kiến trúc lân cận: Chủ yếu quan trắc độ lún bề mặt ảnh hưởng đối với nhà cửa, công trình kiến trúc lân cận, quan trắc thay đổi độ cao,

thay đổi vị trí, thay đổi vết nứt, ... của nhà cửa, công trình công cộng lân cận trước và sau khi đào hầm.

Bảng 3.2 Các hạng mục khảo sát công trình dọc tuyến Bến Thành Suối Tiên [120]

Điểm

Mục đích

quan

Hạng mục quan trắc

Điểm quan trắc riêng biệt

quan trắc

trắc

Chuyển vị trong đất

Lớn nhất. Điểm chuyển vị cùng khu vực trọng yếu

Đất

Đánh giá sự tác động bè mặt tuyến

TBM

Chuyển vị trong đất

Lớn nhất. Điểm chuyển vị khi máy khiên đào bắt đầu chạy

Lún của kiến trúc

Nghiên của kiến trúc

Kiến trúc liền kề

Loại A: Kiến trúc lịch sử quan trọng, Nhà hát thành phố Loại B: Công trình còn lại: Lún và nghiêng công trình

Phân tích dự đoán sự cố có thể xảy ra để có biện pháp phòng ngừa.

Nền đất

Lún của bề mặt đất

Lớn nhất: Quan trắc lún trong hành lang 20m

Toàn bộ dọc tuyến bao gồm [120]

+Công ty Power 02 +Tòa nhà VP bank +Khách sạn Cara velli +Nhà hàng Lion

+Khách sạn Lotte legend +The House hold Historical +Tòa nhà hàng phim Fafim +Nhà hàng Rieu ca +Tòa nhà The Place cappital +Nhà hàng Hoàng Long..... +Power Apartment

Page 56

- Các công trình kiến trúc lịch sử quan trong: Nhà Hát lớn thành phố - Các công trình tòa nhà: 17 tòa nhà lớn: + Nhà Hát lớn +Khách sạn Hải Yến +Tòa nhà Mai Linh +Các nhà hàng và Bar +Công ty Trần Phú +Trường học quốc tế Asia

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 3.3 QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ QUAN TRẮC 3.3.1 Sơ đồ bố trí các điểm quan trắc lún dọc tuyến Metro ngầm thi công theo TBM

Hình 3.8. Đoạn Khu gian từ ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn

Hình 3.9. Mặt bằng bố trí điểm đo quan trắc lún [120]

3.3.2 Kết quả quan trắc lún

Vì chỉ có một máy khoan, nên khi khoan hầm East ( hầm phía dưới) từ Ga Ba Son

về Ga Nhà Hát Lớn trước sau đó mới khoan ống hầm West ( Ống hầm phía trên). Kết quả quan trắc được sử dụng trong tài liệu này là kết quả thu được tính đến thời điểm thi công xong một ống hầm East. Ống hầm này nằm phía bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ

Page 57

hướng Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn. Sau khi quan trắc thu được kết quả đo lún bề mặt như sau:

Page 58

Hình 3. 10 Kết quả đo lún bề mặt dọc đoạn tuyến Metro

Page 59

Hình 3.11: Kết quả khảo sát số liệu đo lún tại mặt cắt KM 1+400

Hình 3.12: Kết quả khảo sát số liệu đo lún một số tại mặt cắt

3.3.3 Nhận xét

Luận án tập trung nghiên cứu về quan trắc, thu thập và phân tích các số liệu quan trắc lún bề mặt tại khu gian Ga Ba son – Ga Nhà Hát Lớn thuộc tuyến Metro số 1 Bến

Thành – Suối Tiên, TP HCM, Việt Nam. Với một khối lượng số liệu quan trắc rất lớn, chi tiết được thu thập khoảng 30 mặt cắt và cỡ khoảng 300 điểm quan trắc được lấy số liệu liên tục trong suốt quá trình thi công ống hầm bên dưới (West) và cũng là ống hầm

bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ phía Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn. Tổng hợp, phân tích và thể hiện được đường lún lớn nhất trong quá trình thi công theo phương dọc ống hầm, đồng thời cũng thể hiện được các kết quả đo lún trên mỗi mặt cắt ngang theo phương ngang hầm

Page 60

3.4 PHÂN TÍCH LÚN MẶT ĐẤT THEO CÁC CÔNG THỨC LÝ THUYẾT VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ QUAN TRẮC 3.4.1 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo các công thức lý thuyết và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 3.4.1.1 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết Peck 1969 và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường

Luận án áp dụng công thức của Peck 1969 với ba trường hợp tương ứng với ba



i R

Z 2

O R

  

  

trường hợp tính i:

trường hợp 1: n=0.8 trường hợp 2: n= 0.9

trường hợp 3: n= 1.0

Sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc tại các mặt cắt của dự án, kết quả thể hiện

bảng 3.3

Smax

Mặt cắt

: n=0,8 ÷1,0 (3.1)

Smax (Peck3)

Smax (Peck1)

Sai số (Peck1)

Sai số (Peck2)

Sai số (Peck1)

Sai số (Peck3)

(Quan trắc)

Sai số (Peck3)

(mm)

(%)

1483 1462

-7.40 -9.38

1.80 3.68

32.2 64.5

-6.81 -8.59

1.21 2.89

21.5 50.7

-6.26 -7.87

0.66 2.17

11.7 38.1

Bảng 3.3 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Peck ( 1969) Smax (Peck2)

-5.6 -5.7

-5.0 -4.0

-5.7 -1.8

-2.4 -2.5

1420 1400 1380 1360 1325 1304 1284

-7.07 -5.76 -10.50 -3.03 -3.93 -3.52 -2.90

2.07 1.76 4.80 1.23 1.53 1.02 0.70

41.4 44.0 84.2 68.6 63.7 41.0 31.9

-6.43 -5.23 -9.48 -2.73 -3.50 -3.13 -2.58

1.43 1.23 3.78 0.93 1.10 0.63 0.38

28.6 30.6 66.3 51.5 46.0 25.2 17.1

-5.85 -4.74 -8.56 -2.45 -3.13 -2.78 -2.29

0.85 0.74 2.86 0.65 0.73 0.28 0.09

17.1 18.5 50.2 36.2 30.2 11.2 4.0

1264 1243

-1.79 -3.03

0.19 1.13

11.8 59.2

-1.59 -2.68

0.01 0.78

0.8 41.2

-1.41 -2.38

0.19 0.48

12.0 25.3

-2.2 -1.6 -1.9

1203 1183

-4.01 -3.95

1.51 0.95

60.6 31.6

-3.56 -3.50

1.06 0.50

42.3 16.5

-3.15 -3.10

0.65 0.10

26.1 3.2

-2.5 -3.0

1163 1123

-7.73 -6.99

1.63 1.99

26.7 39.8

-6.84 -6.18

0.74 1.18

12.1 23.5

-6.05 -5.46

0.05 0.46

0.8 9.1

-6.1 -5.0

1063

-5.37

1.27

31.0

-4.74

0.64

15.5

-4.18

0.08

1.9

-4.1 -3.9

-3.6

1043 1003 980

-5.32 -4.80 -6.73

1.42 1.20 1.43

36.4 33.4 27.0

-4.69 -4.23 -5.91

0.79 0.63 0.61

20.2 17.4 11.6

-4.13 -3.72 -5.20

0.23 0.12 0.10

5.9 3.3 1.9

-5.3 -6.0

965 945

-9.03 -5.09

2.02 1.02

28.8 25.1

-7.93 -4.46

0.92 0.39

13.1 9.7

-6.96 -3.92

0.05 0.15

0.7 3.8

925

-5.04

0.52

11.6

-4.42

0.10

2.3

-3.87

0.65

14.4

-4.1 -4.5

900

-4.72

0.65

16.1

-4.13

0.06

1.6

-3.62

0.45

11.1

-4.1

890

-7.43

0.84

12.8

-6.50

0.09

1.4

-5.68

0.91

13.7

-6.6 -1.7

860 842

-2.33 -2.19

0.61 0.91

35.2 71.3

-2.03 -1.92

0.31 0.64

18.2 49.8

-1.78 -1.68

0.06 0.40

3.3 31.1

828

-2.21

0.51

29.9

-1.93

0.23

13.7

-1.69

0.01

0.5

-1.3 -1.7

815

-4.99

1.23

32.7

-9.60

5.84

155.2

-3.83

0.07

1.8

-3.8

Sai số trung bình

39,9

28,7

13,8

Page 61

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 3.4.1.2 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết New & O’Reilly (1982) và của Mair (1993) và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường Luận án áp dụng công thức của New & O’Reilly (1982) dựa vào số liệu quan trắc thực tế tại Anh đề xuất công thức



max

 2 8

LV D . i

(3.2)

với hai trường hợp tương ứng với hai trường hợp tính i: trường hợp 1: i = 0,43Z0+1,1 trường hợp 2: i = 0,28Z0 – 0,1



max

Luận án áp dụng công thức của Mair (1993) dựa trên các số liệu quan trắc thực tế và thí nghiệm quay ly tâm đề xuất công thức

. 1.252 LV R i

(3.3)

Sai số

Smax

Sai số

Mặt cắt

(Mair)

(Mai)

tại 30 mặt cắt của dự án , kết quả thể hiện bảng 3.4 Bảng 3.4 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo New & O’Reilly (1982) và Mair (1993) Smax (New OReilly2)

Sai số (New OReilly2)

Sai số (New OReilly1)

Sai số (New OReilly2)

Smax (New OReilly1)

Sai số (New OReilly)

Smax (Quan trắc)

(mm)

(%)

(mm)

(%)

1483 1462

-6.22 -7.87

0.62 2.17

11.1 38.0

-11.41 -14.34

5.81 8.64

103.7 151.5

-6.23 -7.84

11.3 37.6

0.63 2.14

Với i được tính theo công thức : i=0.5Zo sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc

-5.6 -5.7

1420 1400

-5.90 -4.80

0.90 0.80

18.1 20.0

-10.65 -8.62

5.65 4.62

113.0 115.4

-5.83 -4.72

16.6 18.1

0.83 0.72

-5.0 -4.0

1380 1360

-8.72 -2.51

3.02 0.71

53.0 39.5

-15.55 -4.45

9.85 2.65

172.7 147.1

-8.53 -2.44

49.6 35.7

2.83 0.64

-5.7 -1.8

1325 1304

-3.23 -2.88

0.83 0.38

34.5 15.4

-5.66 -5.03

3.26 2.53

136.0 101.3

-3.11 -2.77

29.7 10.8

0.71 0.27

-2.4 -2.5 -2.2

1284 1264 1243

-2.37 -1.46 -2.47

0.17 0.14 0.57

8.0 8.6 30.2

-4.14 -2.55 -4.31

1.94 0.95 2.41

88.2 59.3 126.8

-2.28 -1.40 -2.37

3.6 12.3 24.8

0.08 0.20 0.47

-1.6 -1.9

-2.5

1203 1183

-3.28 -3.22

0.78 0.22

31.2 7.4

-5.71 -5.60

3.21 2.60

128.2 86.8

-3.14 -3.08

25.6 2.8

0.64 0.08

1163

-6.31

0.21

3.4

-10.95

4.85

79.5

-6.03

1.1

0.07

-3.0 -6.1

1123

-5.69

0.69

13.9

-9.87

4.87

97.4

-5.44

8.7

0.44

-5.0 -4.1

1063 1043

-4.37 -4.32

0.27 0.42

6.5 10.8

-7.56 -7.47

3.46 3.57

84.3 91.6

-4.16 -4.12

1.5 5.6

0.06 0.22

1003

-3.90

0.30

8.2

-6.72

3.12

86.7

-3.70

2.9

0.10

-3.9 -3.6

-5.3

980 965

-5.45 -7.30

0.15 0.29

2.9 4.2

-9.39 -12.58

4.09 5.57

77.3 79.4

-5.18 -6.93

2.3 1.1

0.12 0.08

945

-4.12

0.05

1.1

-7.08

3.01

73.9

-3.90

4.1

0.17

-7.0 -4.1

Page 62

Smax

Sai số

Mặt cắt

(Mair)

(Mai)

Smax (New OReilly1) -4.07

Sai số (New OReilly) 0.45

Sai số (New OReilly1) 9.9

Smax (New OReilly2) -6.99

Sai số (New OReilly2) 2.47

Sai số (New OReilly2) 54.7

-3.86

0.66

14.7

925

Smax (Quan trắc) -4.5 -4.1

-3.81 -5.99

0.26 0.60

6.4 9.1

-6.53 -10.27

2.46 3.68

-3.60 -5.66

0.47 0.93

11.5 14.1

60.5 55.8

900 890

-6.6

-1.87 -1.77

0.15 0.49

8.9 38.1

-3.21 -3.03

1.49 1.75

-1.77 -1.67

0.05 0.39

2.9 30.6

86.6 136.8

860 842

-1.7 -1.3

-1.78

0.08

4.8

-3.06

1.36

-1.69

0.01

0.8

79.8

828

-4.03

0.27

7.1

-6.92

3.16

-3.81

0.05

1.4

83.9

815

-1.7 -3.8

Sai số trung bình

98,5

16,1

13,6

3.4.1.3 So sánh kết quả tính lún bề mặt theo lý thuyết Attewell (1977) ; của Clough & Schmidt (1981) và của Atkinson & Potts (1979) và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường Luận án áp dụng công thức của Attewell (1977) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu quan trắc thực tế công trình tại Anh đã điều chỉnh công thức tính i



i R

Z 2

O R

 .  

  

(3.4) : α = 1 và n = 1

Luận án áp dụng công thức của Clough & Schmidt (1981) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu quan trắc thực tế công trình tại Mỹ đã điều chỉnh công thức tính i



i R

Z 2

O R

 .  

  

(3.5) : α = 1 và n = 0,8

Luận án áp dụng công thức của Atkinson & Potts (1979) sử dụng công thức của Peck, và dựa vào số liệu mô hình đã điều chỉnh công thức tính i

sau khi tính toán và so sánh với giá trị quan trắc tại 30 mặt cắt của dự án, kết quả thể hiện bảng 3.5

(3.6) i = 0,25(Z0 + R)

Bảng 3.5 So sánh kết quả quan trắc với kết quả tính toán theo Attewell (1977) ; Clough

Smax

Sai số

Smax

Sai số

Smax

Sai số

(Attewell)

(Clough)

(Atkinson)

Mặt cắt

Smax (Quan trắc) (mm)

(mm)

(%)

(mm)

(%)

(mm)

(%)

1483 1462

-6.26 -7.87

0.66 2.17

11.7 38.1

-7.40 -9.38

1.80 3.68

32.2 64.5

-10.29 -13.03

4.69 7.33

83.8 128.6

& Schmidt (1981) và Atkinson & Potts (1979)

-5.6 -5.7

1420 1400

-5.85 -4.74

0.85 0.74

17.1 18.5

-7.07 -5.76

2.07 1.76

41.4 44.0

-9.80 -7.97

4.80 3.97

96.0 99.4

-5.0 -4.0

--5.7

1380 1360

-8.56 -2.45

2.86 0.65

50.2 36.2

-10.50 -3.03

4.80 1.23

84.2 68.6

-14.51 -4.18

8.81 2.38

154.5 132.4

1325

-3.13

0.73

30.2

-3.93

1.53

63.7

-5.39

2.99

124.6

-1.8 -2.4

1304

-2.78

0.28

11.2

-3.52

1.02

41.0

-4.82

2.32

92.9

-2.5

Page 63

1284

-2.29

0.09

4.0

-2.90

0.70

31.9

-3.97

1.77

80.5

-2.2 -1.6

1264 1243

-1.41 -2.38

0.19 0.48

12.0 25.3

-1.79 -3.03

0.19 1.13

11.8 59.2

-2.45 -4.14

0.85 2.24

52.9 117.7

-1.9

1203 1183

-3.15 -3.10

0.65 0.10

26.1 3.2

-4.01 -3.95

1.51 0.95

60.6 31.6

-5.49 -5.39

2.99 2.39

119.4 79.8

-2.5 -3.0

1163

-6.05

0.05

0.8

-7.73

1.63

26.7

-10.55

4.45

73.0

-6.1 -5.0

1123 1063

-5.46 -4.18

0.46 0.08

9.1 1.9

-6.99 -5.37

1.99 1.27

39.8 31.0

-9.53 -7.31

4.53 3.21

90.6 78.4

-4.1 -3.9

1043 1003

-4.13 -3.72

0.23 0.12

5.9 3.3

-5.32 -4.80

1.42 1.20

36.4 33.4

-7.24 -6.53

3.34 2.93

85.7 81.4

-3.6

980 965

-5.20 -6.96

0.10 0.05

1.9 0.7

-6.73 -9.03

1.43 2.02

27.0 28.8

-9.14 -12.25

3.84 5.24

72.5 74.7

-5.3 -7.0

945 925

-3.92 -3.87

0.15 0.65

3.8 14.4

-5.09 -5.04

1.02 0.52

25.1 11.6

-6.90 -6.83

2.83 2.31

69.6 51.1

-4.1 -4.5

900 890

-3.62 -5.68

0.45 0.91

11.1 13.7

-4.72 -7.43

0.65 0.84

16.1 12.8

-6.39 -10.05

2.32 3.46

57.1 52.5

-4.1 -6.6

860 842 828 815

-1.78 -1.68 -1.69 -3.83

0.06 0.40 0.01 0.07

3.3 31.1 0.5 1.8

-2.33 -2.19 -2.21 -4.99

0.61 0.91 0.51 1.23

35.2 71.3 29.9 32.7

-3.14 -2.97 -2.99 -6.76

1.42 1.69 1.29 3.00

82.8 131.7 75.9 79.7

-1.7 -1.3 -1.7 -3.8

Sai số trung bình

13,8

39,0

90,0

Sau khi so sánh giữa kết quả quan trắc hiện trường với kết quả tính toán lý thuyết theo đề xuất của Peck 1969 và 8 đề xuất tiếp theo của các tác giả nêu trên chúng ta có thể thấy rằng độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm quan trắc được tại TP HCM thường nhỏ

hơn các giá trị lún lớn nhất tính theo lý thuyết.

Với kết quả so sánh từ 30 mặt cắt điển hình chúng tôi nghiên cứu thì sai số giữa kết

quả tính so với số liệu quan trắc thể hiện bảng 3.6

Bảng 3.6: Sai số trung bình của độ lún lớn nhất giữa kết quả tính với quan trắc

Sai số

Sai số ( Peck1)

Sai số ( Peck2)

Sai số ( Peck3)

Sai số ( Mair)

(Attewell)

( Clough)

(Atkinson)

Lý thuyết

Sai số ( New OReilly1)

Sai số ( New Oreilly2)

Sai số

39.9 28,7

13,8

16,1

98,5

13,6

13,8

39,0

90,0

trung binh

(%)

3.4.2 So sánh đường cong lún tính theo các lý thuyết với kết quả quan trắc

Sau khi áp dụng các công thức lý thuyết vào với điều kiện cụ thể tại khu vực khảo

Page 64

sát là đoạn Khu gian từ Ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn, của tuyến Metro số 1 Bến Thành- Suối Tiên, luận án đã thể hiện các đường cong lún theo lý thuyết và so sánh với các giá trị quan trắc tại hiện trường. Kết quả trình bày ở hình 3.13 các biều đồ đường cong lún tại các mặt cắt khảo sát dưới đây và ở phụ lục số 2.

Hình 3.13. Các biểu đồ so sánh lún bề mặt giữa quan trắc và tính theo lý thuyết

3.5 Kết luận chương 3.

Việc nghiên cứu ảnh hưởng, tác động của việc thi công đường hầm ngầm trong các đô thị đến các công trình trên bề mặt là vô cùng cần thiết và cấp thiết với Việt Nam hiện

nay. Đã nhiều hướng nghiên cứu vấn đề này, trong đó phổ biến là những nghiên cứu thực nghiệm từ các dự án cụ thể. Tiêu biểu cho hướng nghiên cứu này là đề xuất của Peck năm 1969, sau đó nhiều tác giả tiếp theo căn cứ vào các số liệu quan trắc thực tế tại nhiều nước như Anh, Mỹ.. đề xuất những điều chỉnh công thức của Peck nhằm phù hợp hơn

với những điều kiện cụ thể từng dự án, từng nước. Tuy nhiên tại Việt Nam chưa có nghiên cứu nào xuất phát từ nhưng số liệu quan trắc thực tế tại Việt Nam

Page 65

Chương 3 tập trung nghiên cứu về quan trắc, thu thập và phân tích các số liệu quan trắc lún bề mặt tại khu gian Ga Ba son – Ga Nhà Hát Lớn thuộc tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP HCM, Việt Nam. Với một khối lượng số liệu quan trắc rất lớn, chi tiết được thu thập trên 30 mặt cắt và cỡ khoảng 300 điểm quan trắc được lấy số liệu

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT liên tục trong suốt quá trình thi công ống hầm bên dưới (West) và cũng là ống hầm bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ phía Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn, luận án đã tổng hợp,

phân tích và thể hiện được đường lún lớn nhất trong quá trình thi công theo phương dọc ống hầm, đồng thời cũng thể hiện được các kết quả đo lún trên mỗi mặt cắt ngang theo phương ngang ( vuông góc với tim ống hầm).

Sau khi so sánh giữa kết quả quan trắc hiện trường với kết quả tính toán lý thuyết theo đề xuất của Peck 1969 và 8 đề xuất tiếp theo của các tác giả nêu trên, qua các biểu đồ lún trên 30 mặt cắt ngang chúng ta thấy rằng các đường cong lún tính theo các lý thuyết đều chưa thật sự bám sát các số liệu quan trắc. Độ lún lớn nhất Smax tính toán

theo Mair có sai số với giá trị quan trắc nhỏ nhất 13,6% và lớn nhất 90% khi tính theo công thức của Atkinson. Điều đó có thể thấy các lý thuyết này chưa thật sự phản ánh đúng qui luật lún tại dự án Tuyến Metro số 1 Bến Thành Suối Tiên, TP HCM.

Từ đó cho thấy cần thiết phải có những nghiên cứu nhằm đề xuất những điều chỉnh

Page 66

công thức của Peck sao cho phù hợp hơn với điều kiện cụ thể tại Việt Nam.

CHƯƠNG 4 PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU DỰ ĐOÁN LÚN BỀ MẶT VÀ XÂY DỰNG CÁC

CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM DỰ TÍNH ĐỘ LÚN BỀ MẶT

4.1 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH HỆ SỐ MẤT MÁT THỂ TÍCH VLoss 4.1.1 Khái niệm hệ số mất mát thể tích VL

Quá trình làm việc của máy khoan TBM có thể chia ra theo các giai đoạn sau:

Hình 4.1 Các giai đoạn thi công hầm bằng TBM

- Khu vực xa phía trước gương đào (mặt cắt 0-0): khu vực này đất đá vẫn ở trạng thái nguyên sinh và tự ổn định với các thành phần áp lực xung quanh vị trí gương đều là P0= γ.H (γ: trọng lượng thể tích đất nền; H: chiều sâu đặt hầm).

- Tại khu vực ngay phía trước mặt gương đào (mặt cắt 1-1): tại khu vực này vấn đề ổn định mặt gương đào được đặt ra là chủ yếu. Ở đây đang xem xét trường hợp thi công trong đất yếu vì vậy phải lựa chọn các loại thiết bị TBM có giải pháp cân bằng áp

lực bề mặt gương (cân bằng áp lực đất, cân bằng áp lực dung dịch vữa sét, khí nén..). Như vậy mặt cắt này có thể xem xét tương tự như mặt cắt 0-0 khi coi như áp lực giữ cân bằng đủ đảm bảo không gây ra biến dạng mặt gương.

- Khi phần mũi cắt của máy đào đã vượt qua (mặt cắt 2-2): do cấu tạo dạng hình

nón của máy và khiên đào (nhằm giảm ma sát xung quanh giúp khiên đào tiến lên dễ dàng) và khi máy đào thi công qua đoạn đường cong bằng, nên đã tạo ra một khoảng trống giữa vỏ khiên và đất nền (u1). Khiên đào tiếp tục tiến lên (mặt cắt 3-3): lúc này ở

Page 67

phía đuôi khiên đã tiến hành lắp dựng vỏ đúc sẵn, phần vỏ này phải được lắp ở bên trong đuôi khiên, vì vậy sẽ có thêm một khoảng trống nữa do bề dày của đuôi khiên (u2). Đòi hỏi phải có biện pháp lấp đầy khoảng trống giữa biên đào và kết cấu vỏ vừa được lắp đặt. Giai đoạn này thường sử dụng phương pháp bơm vữa phía sau vỏ, khi vỏ khiên tiến lên

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT khoảng trống do nó để lại sẽ được thay thế ngay bằng vữa bơm vào. Do đó hình thành mất mát thể tích trong giai đoạn thi công này.

- Khi vữa bơm phía sau vỏ đã đông cứng (mặt cắt 4-4): Khi vữa được bơm vào với dạng lỏng và hàm lượng nước cao, khi vữa đông cứng sẽ gây ra biến dạng của đất xung quanh hang đào và sau đó là quá trình làm việc tương tác giữa đất nền và kết cấu vỏ

hầm

Vậy rõ ràng trong quá trình thi công theo TBM hình thành một khoảng hở giữa đường kính hang đào và đường kính vỏ hầm vĩnh cữu, mặc dù đã được bơm vữa lấp đầy tuy nhiên cũng tạo nên sự co lại về mặt thể tích tạo nên sự mất mát thể tích trong quá trình thi công và gây ra hiện tượng lún trên bề mặt.

VL là hệ số mất mát thể tích: Hệ số này xét đến việc hao hụt thể tích khi lắp vỏ hầm

so với quá trình đào bằng công nghệ TBM. Cụ thể các hao hụt này bao gồm

- Tổn thất thể tích mặt gương đào (Vf), - Tổn thất xung quanh khiên đào (Vs), - Tổn thất tại đuôi khiên (Vt) Các tổn thất được thể hiện tại hình vẽ 4.2

Hình 4.2 Các tổn thất thể tích trong quá trình đào hầm bằng TBM.

Rõ ràng chính những mất mát thể tích này sẽ gây ra lún trên bề mặt trong quá trình

thi công đường hầm bằng TBM. Thể hiện rất rõ trong công thức của Peck.

Tuy nhiên, hệ số này thì ngay cả công thức của Peck cũng chưa đề xuất công thức tính cụ thể nào. Do đó hệ số này thường được ước lượng trong các tính toán. Và các nghiên cứu sau đó thì cũng chỉ điều chỉnh các hệ số i hay Smax mà chưa nghiên cứu đề

xuất công thức tính VL chính xác. Các nghiên cứu trên cũng chưa đề cập đến những yếu tố kỹ thuật trong thi công và điều kiện địa chất mà ống hầm sẽ đi qua. 4.1.2 Phân tích các tương quan giữa Hệ số mất thể tích Vloss với các yếu tố đặc trưng.

4.1.2.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm

Page 68

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 4.1.2.1.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng phương pháp PTHH a. Khảo sát đường cong lún khi áp lực bơm vữa thay đổi

tại Đại Học Giao Thông Vận Tải và

chức

tổ

mặt do thi công ống hầm bằng TBM ứng với các trường hợp áp lực bơm vữa sau vỏ thay đổi từ 0.15Mpa đến 0.3Mpa. Kết quả nghiên cứu này đã được NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2020 tại http://www.springer.com/series/15087 Volume 145, Phụ lục

NCS tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng cách xây dựng các mô hình tính toán được thực hiện tương ứng với các áp lực khiên đào thay đổi từ 0.15 MPa đến 0.3 MPa. Khảo sát máng lún bề

Hình 4.3 Kết quả phân tích lún bề mặt do thi công ống hầm TBM ứng với áp lực bơm

vữa thay đổi từ 0.15Mpa - 0.3Mpa.

b. Khảo sát hệ số mất mát thể tích VL khi áp lực bơm vữa thay đổi Với mỗi giá trị áp lực bơm vữa, bài toán cho kết quả đường cong lún tương ứng như hành vẽ

tim ống hầm và tính được diện tích phễu lún từ đó tính được hệ số VL theo công thức

.100%



V L

Hình 4.4 . Đường cong lún tại mặt cắt điển hình Với mỗi đường cong này chúng ta xác định được độ lún lớn nhất Smax tại vị trí

P (KPa)

150

155

160

165

170

175

180

185

190

200

Page 69

pheulun F ham Bảng 4.1 Quan hệ giữa hệ số mất mát thể tích và áp lực bơm vữa bên thành p2

1.4

1.15

0.9

0.82

0.75

0.7

0.66

0.63

0.58

P (KPa)

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

0.55

0.52

0.5

0.48

0.47

0.46

0.45

0.44

Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss,p)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,p)

10.63 0.82

Hình 4.5 Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích theo phân tích số -> Có mối tương quan với nhau -> Có mối tương quan với nhau

Các kết quả nghiên cứu ban đầu bằng mô hình PTHH cũng chỉ ra mối quan hệ tương tác phức tạp giữa áp lực cân bằng gương đào, áp lực bơm vữa sau khiên với hệ số mất

mát thể tích Vloss

Dựa trên kết quả phân tích mối quan hệ giữa mất mát thể tích và áp lực bơm vữa sau vỏ được thiết lập: Mất mát thể tích giảm khi áp suất tăng lên đến giá trị 0,18MPa khi thay đổi chậm lại. Rõ ràng áp lực vữa bơm và điều kiện địa chất, lượng vữa bơm sau đều

ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số mất mát thể tích .

Nghiên cứu thấy rằng rằng các mất mát này phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thi công hầm theo TBM như: phụ thuộc vào thể tích vữa bơm sau vỏ, áp lực ngang của đất đá

Page 70

trước mặt gương đào và đặc biệt cũng sẽ phụ thuộc vào áp lực vữa bơm tại Gương và áp lực vữa bơm thành khiên trong quá trình thi công 4.1.2.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng phương pháp xác xuất thống kê. NCS khảo sát sự tương quan giữa hai đại lượng là hệ số mất thể tích Vloss và áp lực vữa bơm thu thập được từ hiện trường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Từ đó lập được biểu đồ tương quan như sau:

0.25 0.80

Hình 4.6: Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích theo quan trắc Sử dụng các hàm xác xuất để phân tích sự tương quan giữa hai đại lượng này cho thấy -> Có mối tương quan với nhau Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss,p)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,p) -> Có mối tương quan với nhau Kết luận: Bằng phương pháp phân tích PTHH và phương pháp xác xuất thống kê đều cho thấy hai

đại lượng hệ số mất thể tích và áp lực bơm vữa có tương quan với nhau.

4.1.2.2 Phân tích tương quan giữa hệ số mất mát thể tích VL với áp lực bơm vữa và độ sâu Zo thay đổi.

NCS tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số mất

mát thể tích với áp lực vữa bơm bằng cách xây dựng các mô hình tính toán được thực hiện tương ứng với các áp lực khiên đào thay đổi từ 0.15Mpa đến 0.3 MPa, đồng thời thay đổi độ sau đặt hầm Zo lần lượt với các giá trị từ -16m xuống -24m . Kết quả bài toán cho phép ta xác định các hệ số mất mát thể tích ứng với mỗi trường hợp và xây

dựng thành đường cong quan hệ giữa áp lực bơm vữa và hệ số mất thể tích tương ứng với các trường hợp độ sâu đặt hầm khác nhau. Kết quả thể hiện tại hình vẽ 4.7 và bảng 4.2

Page 71

Hình 4.7 Tương quan áp lực bơm vữa sau vỏ với mất mát thể tích và độ sâu đặt hầm

Bảng 4.2 Quan hệ giữa hệ số mất mát thể tích với áp lực bơm vữa bên thành p2 và độ

P2 (KPa)

Z=16 (m)

Z=18 (m)

Z= 22(m)

Z=24 (m)

Hệ số mất thể tích VL(%) Z= 20(m)

150 155

1.40 1.15

1.45 1.20

1.25 1.00

1.37 1.12

1.28 1.03

160 165

1.00 0.90

1.05 0.95

0.85 0.75

0.97 0.87

0.88 0.78

170 175

0.82 0.75

0.87 0.80

0.67 0.60

0.79 0.72

0.70 0.63

180 185

0.70 0.66

0.75 0.71

0.55 0.51

0.67 0.63

0.58 0.54

190 200 210 220

0.63 0.58 0.55 0.52

0.68 0.63 0.60 0.57

0.48 0.43 0.40 0.37

0.60 0.55 0.52 0.49

0.51 0.46 0.43 0.40

230 240 250 260 270 280 290 300

0.50 0.48 0.47 0.46 0.45 0.44 0.44 0.44

0.55 0.53 0.52 0.51 0.50 0.49 0.49 0.49

0.35 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.29 0.29

0.47 0.45 0.44 0.43 0.42 0.41 0.41 0.41

0.38 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32 0.32

sâu đặt hầm

Các kết quả nghiên cứu bằng mô hình PTHH cũng chỉ ra mối quan hệ tương tác giữa



hệ số mất mát thể tích với độ ssau đặt hầm Zo.

 4.1.2.3 Phân tích tương quan giữa hệ số mất mát thể tích VL với ap  Trong quá trình thi công, việc bơm vữa sau vỏ với giá trị áp lực bơm Pa lấp đầy khoảng trống giữa vở hầm với đường biên hang địa tầng. Tuy nhiên độ chênh lệch giữa áp lực đất ϬZ với giá trị áp lực bơm vưa Pa có tác động trực tiếp đến hệ số mất thể tích Vloss. Bằng phương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiện

Page 72

trường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được mối tương quan giữa hai đại lượng Vloss và X = (ϬZ-pa) thể hiện tại biểu đồ sau:

0.82

-> Có mối tương quan với nhau

0.83

Hình 4.8: Tương quan mất mát thể tích và X

Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss, X)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,X) Qua đây có thể thấy hệ số Vloss có tương quan với (ϬZ-pa) 4.1.2.4 Phân tích tương quan giữa hệ số mất mát thể tích VL với (Ps- K0ϬZ) Không chỉ bơm vữa sau vỏ hầm, trong quá trình thi công đường hầm bằng TBM, với máy TBM cân bằng áp lức đất, chúng ta tạ ra buồng cân bằng áp lực đất phía Gương đào để cân bằng áp lực đất phía trước Gương. Tuy nhiên sự chênh lệch giữa áp lực ngang của

đất K0ϬZ và giá trị áp lực bơm vữa tại Gương đào Ps cũng là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến hệ số mất thể tích trong quá trình thi công. Bằng phương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiện trường công trình xây dựng

đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được mối tương quan giữa hai đại lượng Vloss và Y = (Ps- K0ϬZ)thể hiện tại biểu đồ sau:

0.09

-> Có mối tương quan với nhau

0.89

-> Có mối tương quan với nhau

Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss, Y)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,Y) Qua đây có thể thấy hệ số Vloss có tương quan với (ps-Ko.ϬZ)

Hình 4.9 Tương quan mất mát thể tích và Y

Page 73

4.1.2.5 Phân tích tương quan giữa hệ số mất mát thể tích VL với thể tích vữa bơm V (m3)

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Bằng phương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiện trường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được mối tương quan giữa hai đại lượng Vloss và thể tích vữa bơm V(m3) thể hiện tại biểu đồ sau:

0.13

-> Có mối tương quan với nhau

0.26

-> Có mối tương quan với nhau

Hình 4.10:Tương quan mất mát thể tích và (1/V)

Hiệp số phương sai Covariance ( Vloss, 1/V)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Vloss,1/V) Qua đây có thể thấy hệ số Vloss có tương quan với thể tích vữa bơm V (m3)

4.1.3 Đề xuất công thức tính Vloss 4.1.3.1 Đề xuất công thức dạng tổng quát tính Vloss

Qua các nghiên cứu bằng phương pháp PTHH nêu trên chúng ta thấy rằng: Trong thi công ống hầm bằng máy tổ hợp TBM, việc bơm vữa sau khi thi công vỏ hầm nhằm hạn chế những tổn thất nêu trên gồm tổn thất tại gương đào, tổn thất xung quanh thân

khiên và tổn thất tại đuôi khiên. Áp lực bơm vữa sau vỏ được coi là thông số hoạt động quan trọng của TBM để hạn chế sự mất mát thể tích và độ lún bề mặt quá mức. Và qua nghiên cứu, NCS thấy có sự liên hệ giữa hệ số mất thể tích này với áp lực vữa bơm, Cụ thể đó là tương quan tỷ lệ nghịch giữa hai đại lượng này. Kết quả đã được công bố



V L

1 

1 V

  

 3   

1  p K 0 s

 . Z

 Z

p a

  

 1   

  

 2   

và báo cáo tại Hội nghị quốc tế The 3rd International Conference on Sustainability in Civil Engineering năm 2020. Đồng thời qua nghiên cứu cũng có thể thấy Hệ số mất thể tích này cũng chịu ảnh hưởng bởi độ sâu đặt ống hầm. Với những nghiên cứu đó, cùng các phân tích tương quan giữa Vloss và các đại lượng liên quan trên, luận án đề xuất công thức dạng tổng quát công thức tính mất mát thể tích như sau:

Page 74

(4.2)

VL: Hệ số mất mát thể tích ( %)

ps: Áp lực bơm vữa trước mặt gương đào ( Mpa) pa: Áp lực bơm vữa theo phương z ( Mpa) Ko: Hệ số áp lực đất

σZ: áp lực đất theo phương Z của địa chất (Mpa) V: thể tích vữa bơm (m3) β1, β2 β3: Các hệ số cần phải tìm từ dự liệu đã có.

log(

)



log(

)



.log



.log



.log

(4.3)

V L

 1

 2

 3

1 

1 V

  

  

1  p K s

 . Z

 Z

p a

  

  

  

  

4.1.3.2 Xây dựng công thức thực nghiệm Vloss Logarit biểu thức trên được một hàm đa biến tuyến tính

tính với

là bộ số đã biết.

1 V



  

  

1 p K  Z

1  ap

  

  

  

  

Sử dụng số liệu quan trắc được tại hiện trường công trình xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Từ số liệu quan trắc độ lún bề mặt tại các mặt cắt từ KM 1+500 đến mặt cắt KM 0+850 đoạn tuyến Metro ngầm Ga Bến Thành – Ga Ba Son.

Để tính các số mũ β1, β2 β3 và hệ số K, sử dụng hàm hồi quy tuyến đa biến tuyến

GT159

GT160

GT161

GT162

GT163

GT164

KM 1+360

(mm)

X(m)

6.4

2.75

-0.75

-3.76

-9.11

-13.5

S(mm)

-0.7

-1.2

-1.6

-1.5

-0.7

-0.3

NCS sử dụng hàm FORECAST.ETS trong Excel ngoại suy các giá trị lún trên toàn bộ mặt cắt ngang như sau

X(m)

-16.00

-15.00

-14.00

-13.50

-9.11

-3.76

-0.75

0.00

0.50

1.00

0.08

-0.03

-0.13

-0.30

-0.70

-1.50

-1.60

-1.58

-1.51

-1.44

S (mm)

X(m)

1.50

2.00

2.50

2.75

6.40

7.00

8.00

9.00

10.00

12.00

-1.30

-1.37

-1.23

-0.70

-0.48

-0.62

-1.20

-0.34

-0.21

-0.07

S (mm) Từ đó dựng được đường cong lún theo số liệu quan trắc như sau:

Page 75

Bảng4.3: Số liệu quan trắc lún bề mặt tại mặt căt điển hình

.100%



pheulun F

ham

Hình 4.11:Đường cong lún bề mặt ngoại suy từ số liệu quan trắc. Từ đường cong lún mặt đất ngoại suy từ những số liệu quan trắc, NCS tính được diện tích phễu lún Fpheu lun. Qua đó, NCS tính được hệ số mất mát thể tích theo số liệu quan trắc theo công F thức Ta thu được kết quả sau:

Mặt cắt Diện tích

Bảng4.4: Kết quả tính Vloss theo số liệu quan trắc hiện trường

Vloss

Diện tích hầm

(%)

(mm2) 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270

1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325 1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123

(mm2) 47600 57000 45000 40000 62700 18000 21600 21250 16500 13600 16150 25000 24000 54900 55000

0.14 0.16 0.13 0.12 0.18 0.05 0.06 0.06 0.05 0.04 0.05 0.07 0.07 0.16 0.16

Page 76

1063 1043 1003 980 965 945 925 900 890 860 842 828 815

36900 39000 37800 53000 56080 40700 40680 40700 72490 18920 16640 17000 37600

34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270 34732270

0.11 0.11 0.11 0.15 0.16 0.12 0.12 0.12 0.21 0.05 0.05 0.05 0.11

Áp dụng hàm hồi qui tuyến tính Regression Statistics trong Microsoft excel để xây

dựng phương trình hồi quy. Kết quả như sau:

Regression Statistics

Multiple R

0.960478837

R Square

0.922519597

Adjusted R Square

0.912834547

Standard Error

0.065180905

Observations

 Độ phù hợp của mô hình:

- Hệ số tương quan bội Multiple R = 0.96 rất gần 1  Mức độ chặt chẽ của các mối liên hệ tương quan bội giữa các đại lượng trong công thức - Hệ số tương quan R Square = 0.92 =93%. Điều đó cho thấy các thông số trong biểu thức có tương quan chặt chẽ với nhau. Mô hình được giải thích Smax có 93% sự biến động là do các biến độc lập ảnh hưởng - Sai số chuẩn của Smax do hồi quy = 0,06

Significance F

Regression

1.214048

0.404683

95.25191531

1.82E-13

 Mức độ ý nghĩa của mô hình nói chung:

Tiêu chuẩn F dùng làm căn cứ để kiểm định độ tin cậy về mặt thống kê của toàn bộ phương trình hồi quy. Giá trị p_value của F_test = 1.81.10^-13 < 0.05

Kết quả hàm hồi quy là có độ tin cậy, có ý nghĩa thống kê.

Page 77

 Ý nghĩa của từng biến trong mô hình:

Standard

Coefficients

Error

t Stat

P-value

Intercept

-3.570394026

0.226032

-15.796

3.50324E-14

2.276758684

0.139376

16.33537

1.6716E-14

0.795062048

0.09988

-7.96021

3.44681E-08

0.694348939

0.178805

3.883269

0.00070732

logK=-3.5  K= 10-3.5 = 31,6*10-3 β1 = 2.3 β2 =0.78 β3= 0.7

Kết quả hàm hồi quy Regression Statistics cho thấy



1 p K  Z

  

  

Kết quả giá trị p_value của t_test của = 1.67*10-14 < 0.05: Có tương

quan dương và có ý nghĩa thống kế

1  ap

  

  

Kết quả giá trị p_value của t_test của = 3.44*10-8 < 0.05: Có tương quan

dương và có ý nghĩa thống kế

=0,7*10^-4 < 0.05: Có tương quan dương

1 V

  

  

Kết quả giá trị p_value của t_test của

 3



(4.4)

V L

0.78

0.7

 p K



V .





 . Z

p a

31, 6.10 2.3    Z

và có ý nghĩa thống kế. Thay các giá trị K,β1, β2 β3 vào công thức ta có công thức Vloss đề xuất như sau:

Trong đó:

VL: Hệ số mất mát thể tích ( %)

ps: Áp lực bơm vữa trước mặt gương đào ( Mpa) pa: Áp lực bơm vữa theo phương z ( Mpa) Ko: Hệ số áp lực đất σZ: áp lực đất theo phương Z của địa chất (Mpa) V: thể tích vữa bơm (m3)

4.1.4 Áp dụng công thức VL trong tính toán lý thuyết và so sánh với kết quả quan

Page 78

trắc thực địa 4.1.4.1 Áp dụng công thức VL trong tính toán lý thuyết

Luận án nghiên cứu áp dụng công thức nêu trên với trường hợp thi công ống hầm East ( ống hầm dưới và là ông bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ hướng từ Ga Ba Son về

Ga Nhà Hát Lớn.)

Hình 4.12 Đoạn khu gian từ Ga Ba Son đến Ga Bến Thành. [121]

Page 79

Theo đó khảo sát và thu thập các số liệu sau. Điều kiện địa chất mà ống hầm East đi qua là lớp địa chất AS2 và AS1 thể hiện trong hình bảng 4.3 và phụ lục 4

Chỉ số

Trọng

Mặt

Độ sâu

Lực

Góc nội

Mô dun

Địa chất

SPT

lượng

cắt

hầm Zo

dính C

ma sát φ

đàn hồi E

(N)

riêng (γ)

(m)

(KN/m3)

( kPa)

( độ)

(KN/m2)

1500

-14.99 Sand layer 3 ( AS1)

19,5

1.1

40000

1483

-15.43 Sand layer 3 ( AS1)

19,5

1.1

40000

1462

-15.98 Sand layer 3 ( AS1)

19,5

1.1

40000

1420

-17.08 Sand layer 3 ( AS1)

19,5

1.1

40000

1400

-17.60 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1380

-18.47 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1360

-19.34 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1325

-20.86 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1304

-21.77 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1284

-21.87 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1264

-21.97 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1243

-22.08 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1223

-22.18 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1203

-22.28 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1183

-22.44 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1163

-22.61 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1123

-22.94 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1063

-23.43 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1043

-23.59 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

1003

-23.92 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

980

-24.23 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

965

-24.44 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

945

-24.71 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

925

-24.98 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

900

-25.32 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

890

-25.39 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

860

-25.60 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

842

-25.37 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

828

-25.19 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

815

-25.02 Sand layer 3 ( AS2)

19,5

1.1

55000

Bảng 4.3 Các thông số điều kiện địa chất tại các mặt cắt [121]

Trong quá trình thi công đào hầm theo công nghệ TBM, rõ ràng sẽ tạo ra khoảng hở giữa

Page 80

vỏ hầm và địa tầng, do đó, chúng ta phải thực hiện việc bơm vữa sau vỏ hầm để lấp đầy

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT khoảng hở này. Ngoài ra để đảm bảo cân bằng áp lực tại mặt gương đào, cần bơm vữa đảm bảo áp lực buồng khoan cân bằng với áp lực đất trước buồng khoan. Tuy nhiên theo

nghiên cứu trên cho thấy áp lực bơm vữa ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số mất mát thể tích. Ở đây trong quá trình khoan, áp lực đất trước buồng khoan sẽ được tính toán dựa vào điều kiện địa chất khu vực dọc tuyến đi qua. Với giới hạn trên và dưới của áp lực đó,

hệ thống phần mềm Enzan sẽ setup thông số vào 4 sensors ở đầu buồng khoan, từ đó trong suốt quá trình khoan máy sẽ duy trì và đọc giá trị Face pressure theo khoảng giới hạn đó.

Hình 4.14 : Vị trí 4 sensors ở vị trí đầu buồng khoan [122]

Hình 4.15: Màn hình điều khiển máy khoan trong quá trình khoan. [122]

Page 81

Trong quá trình khoan thì các áp lực thực tế được ghi lại tại các mẫu phiếu

Hình 4.16 : Phiếu khảo sát áp lực vữa bơm. [122]

Kết quả thu được thể tích vữa bơm và áp lực vữa bơm thực tế tại các mặt cắt thể

hiện trong bảng 4.4

Độ sâu

Áp lực ngang mặt

Áp lực thẳng đứng

Thể tích vữa bơm

Mặt cắt

hầm Zo

gương đào ( Ps)

bên hông ( Pa)

(V)

( Mpa)

(m)

(m3)

1483

-15.43

0.24

0.25

2.90

1462

-15.98

0.22

0.25

2.90

1420

-17.08

0.23

0.27

3.20

1400

-17.60

0.23

0.27

3.20

1380

-18.47

0.22

0.30

3.00

1360

-19.34

0.30

0.31

2.90

1325

-20.86

0.27

0.31

2.90

1304

-21.77

0.27

0.30

2.90

1284

-21.87

0.30

0.33

2.90

1264

-21.97

0.32

0.34

3.00

Page 82

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật trong quá trình thi công theo TBM

1243

-22.08

0.30

0.33

2.90

1223

-22.18

0.00

1203

-22.28

0.27

0.33

2.90

1183

-22.44

0.27

0.33

2.90

1163

-22.61

0.22

0.29

2.90

1123

-22.94

0.23

0.33

2.90

1063

-23.43

0.25

0.34

2.90

1043

-23.59

0.25

0.34

2.90

1003

-23.92

0.24

0.30

3.00

980

-24.23

0.23

0.30

3.00

965

-24.44

0.22

0.25

2.80

945

-24.71

0.24

0.30

2.90

925

-24.98

0.24

0.30

2.90

900

-25.32

0.24

0.30

2.90

890

-25.39

0.21

0.27

4.50

860

-25.60

0.27

0.34

4.50

842

-25.37

0.28

0.35

4.50

828

-25.19

0.28

0.35

4.50

815

-25.02

0.24

0.35

4.50

Thay vào công thức Vloss đề xuất (4.4) Ta thu được kết quả như sau:

(Ps)

(V)

(γ)

(φ)

Bảng 4.5 Kết quả hệ số mất mát thể tích VL tính theo công thức đề xuất

VL

Ghi chú

Độ sâu hầm Zo (m)

Mpa

độ

Mpa

Mặt cắt

(%)

1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325

-15.43 -15.98 -17.08 -17.6 -18.47 -19.34 -20.86

0.24 0.22 0.23 0.23 0.22 0.3 0.27

0.25 0.25 0.27 0.27 0.3 0.31 0.31

m3 2.9 2.9 3.2 3.2 3 2.9 2.9

MN/m3 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

31 31 31 33 33 33 33

40 40 40 40 55 55 55

0.12 0.16 0.14 0.11 0.18 0.05 0.07

1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163

-21.77 -21.87 -21.97 -22.08 -22.28 -22.44 -22.61

0.27 0.3 0.32 0.3 0.27 0.27 0.22

0.3 0.33 0.34 0.33 0.33 0.33 0.29

2.9 2.9 3 2.9 2.9 2.90 2.90

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

33 33 33 33 33 33 33

55 55 55 55 55 55 55

0.06 0.05 0.04 0.05 0.08 0.07 0.16

Page 83

-22.94 -23.43 -23.59 -23.92 -24.23 -24.44 -24.71 -24.98 -25.32 -25.39 -25.60 -25.37 -25.19 -25.02

1123 1063 1043 1003 980 965 945 925 900 890 860 842 828 815

0.33 0.34 0.34 0.30 0.30 0.25 0.30 0.30 0.30 0.27 0.34 0.35 0.35 0.35

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

0.23 0.25 0.25 0.24 0.23 0.22 0.24 0.24 0.24 0.21 0.27 0.28 0.28 0.24

2.90 2.90 2.90 3.00 3.00 2.80 2.90 2.90 2.90 4.50 4.50 4.50 4.50 4.50

55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55

33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT

0.16 0.11 0.11 0.11 0.15 0.16 0.12 0.12 0.12 0.21 0.05 0.05 0.05 0.11

4.1.4.2 So sánh với kết quả tính với kết quả quan trắc hiện trường

NCS đưa kết quả Vloss tính được bằng công thức đề xuất nêu trên so sánh với kết

quả tính Vloss theo số liệu quan trắc hiện trường tại các mặt cắt dọc đoạn tuyến Ga Bến Thành –Ga Ba Son. Kết quả thể hiện tại bảng 4.6

Mặt cắt

Sai số

Ghi chú

V loss ( quan trắc) (%)

Vloss (tínhtoán) (%)

Bảng 4.6 So sánh kết quả Vloss tính toán theo công thức đề xuất với Vloss quan trắc

(%)

1483 1462 1420 1400 1380 1360

0.14 0.16 0.13 0.12 0.18 0.05

-9.79 0.19 9.48 -0.15 1.83 2.65

0.12 0.16 0.14 0.11 0.18 0.05

0.06 0.06 0.05 0.04 0.05 0.07

1325 1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123 1063 1043 1003 980

13.22 4.47 4.44 2.64 5.32 5.53 9.30 8.62 5.81 7.79 2.02 5.49 -1.81

0.07 0.16 0.16 0.11 0.11 0.11 0.15

0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.08 0.08 0.17 0.17 0.11 0.11 0.11 0.15

Page 84

Ghi chú

Mặt cắt

Sai số

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Vloss (tínhtoán)

V loss ( quan trắc)

965 945 925 900 890 860 842 828 815

9.38 4.90 6.84 9.40 3.43 6.72 5.46 3.16 6.61

0.16 0.12 0.12 0.12 0.21 0.05 0.05 0.05 0.11

0.18 0.12 0.13 0.13 0.22 0.06 0.05 0.05 0.12

Sai số trung bình ( %)

4.75

Hình 4.16 : Biểu đồ so sánh Vloss tính toán với Vloss quan trắc.

So sánh kết quả tính hệ số mất thể tích Vloss bằng công thức đề xuất với kết quả tính hệ số mất thể tích bằng số liệu quan trắc thực tế tại hiện trường có sai số nhỏ là 4.75%. Điều đó có thể thấy công thức Vloss mà luận án đề xuất phần nào phản ánh sát

hao hụt thể tích trong quá trình thi công đường hầm metro tại dự án Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh

4.1.4.3 Nhận xét về công thức Vloss đề xuất Trong quá trình thi công đào hầm bằng công nghệ TBM không tránh khỏi hiện tượng lún

bề mặt tạo thành phễu lún. Phễu lún này phụ thuộc trực tiếp vào hệ số mất mát thể tích VL trong quá trình thi công. Tuy nhiên theo các nghiên cứu trước đây, hệ số này thường được lấy theo kinh nghiệm. Luận án đã nghiên cứu và đề xuất công thức tính VL là công

thức thực nghiệm dựa trên các số liệu quan trắc thực tế tại dự án “Tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên TP HCM, Việt Nam”. Công thức đã thể hiện được bản chất của sự mất mát thể tích này trong quá trình thi công, nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất mà tuyến hầm đi qua, đặc biệt phụ thuộc vào áp lực bơm vữa trong quá trình thi công từng

Page 85

bước thi công. Kết quả so sánh cho thấy so với các giá trị Vloss quan trắc tại hiện trường, sai số với Vloss trung bình khi tính toán theo công thức đề xuất là 4.75%, đây là sai số nhỏ có thể chấp nhận được. Kết quả tính toán Vloss theo công thức đề xuất của luận án

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT tạo các mặt cắt đạt giá trị từ 0,05% đến 0,22% cũng hoàn toàn phù hợp với những giá trị Vloss gợi ý giả định của Peck từ 0,05 đến 0.5%. Điều đó cho thấy công thức Vloss luận

án đề xuất phản ánh qui luật lún tại dự án này và cũng phù hợp với nghiên cứu trước đó. Với công tính Vloss này có thể làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho bài toán mô phỏng số phân tích theo phương pháp PTHH nhằm cải thiện hơn nữa bài toán PTHH trong lĩnh vực

nghiên cứu này. Tiếp theo, NCS tiếp tục nghiên cứu điều chỉnh công thức Smax của Peck để có thể phản ánh đúng và phù hợp hơn với điều kiện thi công tại Việt Nam

4.2 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ LÚN LỚN NHẤT Smax

Peck và các tác giả tiếp theo đã nghiên cứu và đưa ra các công thức thực nghiệm xác định giá trị độ lún lớn nhất tại tim ống hầm Smax. Theo đó Smax mới chỉ xem xét

đến các yếu tố ảnh hưởng bao gồm kích thước ống hầm ( R hoặc D) và độ sâu đặt ống hầm.

NCS nhận thấy rằng các công thức nêu trên còn một số hạn chế là chưa xem xét đến yếu tố địa chất khu vực hầm đi qua, chưa xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công

theo công nghệ TBM như thể tích vữa bơm, áp lực bơm vữa trong quá trình thi công. Và đặc biệt theo khảo sát chương 3, NCS nhận thấy số liệu quan trắc tại hiện trường giá trị nhỏ hơn tính toán và có những mặt cắt thì giá trị đo lún lại không bám sát đường cong

trơn theo lý thuyết mà xuất hiện những điểm đặc biệt. Điều này có thể lý giải độ lún trên bề mặt có ảnh hưởng tương hỗ với các công trình trên mặt trong quá trình thi công TBM. Từ đó NCS thấy rằng cần nghiên cứu đề xuất công thức tính Smax với đầy đủ các

yếu tố ảnh hưởng nói trên và phản ánh sát hơn giá trị độ lún lớn nhất tại tim ống hầm.

4.2.1 Định dạng tương quan giữa Độ lún lớn nhất (Smax) với các yếu tố đặc trưng. 4.2.1.1 Tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax và đường kính hầm

NCS đã sử dụng phương pháp PTHH xây dựng bài toán xem xét sự ảnh hưởng

của bán kính ống hầm đến lún bề mặt trong điều kiện địa chất tại Việt Nam lấy theo số liệu địa chất tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành- Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu đã được NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải. Tổng hợp các biểu đồ ta có biểu đồ quan hệ

Page 86

ảnh hưởng bán kính hầm R đến chuyển vị lún bề mặt trong thi công đường hầm theo phương ngang.

Đường kính

D = 8 m

D = 9 m

D = 10 m

D = 11 m

D = 12 m

Smax (mm)

-17.23

-21.27

-26.09

-31.88

-38.71

Hình 4.17.Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp đường kính hầm Bảng 4.7 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp đường kính hầm

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,D)=

13.3925

-> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, D)

0.994691

-> Có mối tương quan rất chặt với nhau

Hình 4.18. Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và D

Dựa vào kết quả tính toán, ta có thể đưa ra kết luận có sự ảnh hưởng của bán kính

hầm đến lún bề mặt trong thi công theo phương pháp TBM. Khi ta tăng bán kính thì chiều sâu lún tăng lên nhưng bán kính vùng chịu lún giảm đi nói cách khác bán kính hầm tỉ lệ thuận với chiều sâu lún và tỉ lệ nghịch với bán kính vùng chịu lún.

4.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng chiều sâu đặt hầm đến độ lún lớn nhất 4.2.1.2.1 Nghiên cứu bằng phương pháp xác xuất thống kê

Page 87

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smax quan trắc được và số liệu độ sâu đặt hầm khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên cho biểu đồ như sau:

Hình 4.19 Biểu đồ quan hệ tương quan giữa Smax và Z

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Z)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Z)

0.957456 0.189723

-> Có mối tương quan với nhau -> Có mối thương quan với nhau

Sử dụng công thức xác xuất thống kê để xác định thông số

Vậy bằng công cụ xác xuất thống kê chúng ta khẳng định Smax và độ sâu đặt hầm

có tương quan với nhau. 4.2.1.2.2 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

NCS đã sử dụng phương pháp PTHH xây dựng bài toán xem xét sự ảnh hưởng

của độ sâu đặt hầm đến lún bề mặt trong điều kiện địa chất tại Việt Nam lấy theo số liệu địa chất tại công trình thi công tuyến Metro số 1 Bến Thành - Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu đã được NCS công bố Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải.

Khi cho thay đổi độ sâu đặt hầm từ 25m đến 40 m. Sau khi tính bằng phần mềm Plaxis 2D Tunnel ta có kết quả lún bề mặt như sau: Tổng hợp các biểu đồ ta có biểu đồ quan hệ ảnh hưởng chiều sâu đặt hầm Z đến chuyển

vị lún bề mặt trong thi công đường hầm theo phương ngang.

Hình 4.20 Đường cong lún bề mặt tương ứng các trường hợp độ sâu đặt hầm

Page 88

Bảng 4.8 Giá trị lún lớn nhất tương ứng với các trường hợp độ sâu hầm

Độ sâu hầm

Z =20m

Z =25m

Z =30m

Z =35m

Z = 40 m

Smax

-43.86

-36.51

-30.54

-24.47

-23.58

Kết luận :Dựa vào kết quả tính toán ở trên bằng phần mềm Plaxis ta có thể đưa ra kết

luận sự ảnh hưởng của chiều sâu đặt hầm đến lún bề mặt trong thi công theo phương pháp TBM. Khi ta tăng chiều sâu đặt hầm thì chiều sâu lún giảm đi nhưng vùng bán kính chịu lún tăng lên nói cách khác thì chiều sâu đặt hầm tỉ lệ thuận với bán kính vùng chịu lún nhưng tỉ lệ nghịch với chiều sâu lún

4.2.1.3. Nghiên cứu tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax với Hệ số mất thể tích

Vloss 4.2.1.3.1 Nghiên cứu bằng phương pháp PTHH

Chúng ta đều biết rằng trong quá trình xây dựng đường hầm bằng TBM, sự mất mát

thể tích dẫn đến chuyển vị lún bề mặt và có thể gây phá hoại hay hư hỏng các công trình trên mặt. Nguồn gốc của các hiện tượng mất thể tích này chủ yếu là do kích thước đường hang đào lớn hơn kích thước vỏ hầm lắp ghép, nền đất phía trước bị xáo trộn trong quá

trình đào, biến dạng của vỏ hầm và mất thể tích phần đuôi khiên. NSC tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH nghiên cứu độ lún bề mặt do mất mát thể tích gây ra. NCS khảo sát với sự thay đổi các hệ số mất mát thể tích khác nhau. Kết quả nghiên cứu này đã được NCS công bố tại Hội thảo Quốc tế ICSCE năm 2016 tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải.

Kết quả từ phân tích bài toán bằng phương pháp số và so sánh với kết quả tính theo công thức thực nghiệm được trình bày tương ứng với các giá trị hệ số mất mát thể tích từ

0.5% ; 1% 1,5% đến 4%

0.5%

1,5%

2.5%

3,5%

VL (%)

Smax (mm)

-5.67

-12.46

-20.04

-27.91

-36.33

-45.07

-54.08

-63.39

Page 89

Bảng 4.9 Độ lún lớn nhất Smax ứng với các hệ số Vloss

Tương quan giữa Smax và Vloss

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

-10

-20

-30

-40

x a m S n ú l ộ Đ

-50

-60

-70

Hệ số mất thể tích Vloss (%)

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Vloss)=

24.94

-> Có mối tương quan với nhau

Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Vl)

0.99

-> Có mối tương quan với nhau

Hình 4.21: Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo PTHH

4.2.1.3.2 Nghiên cứu bằng phương pháp xác xuất thống kê

Tương quan giữa Vloss và Smax

)

m m

(

x a m S

0.2

0.4

0.6

0.8

Vloss (%)

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smax quan trắc khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên với hệ số Vloss cho biểu đồ như sau:

Hình 4.22 Biểu đồ tương quan giữa Smax và Vloss theo xác xuất thống kê

0.215 0.96

-> Có mối tương quan với nhau -> Có mối tương quan với nhau

Sử dụng phương pháp xác xuất thống kê xác định các hệ số Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,Vloss)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, Vl)

Từ đó có thể thấy yếu tố kỹ thuật trong xây dựng đường hầm thể hiện bằng hệ số mất

mát thể tích VL có ảnh hưởng đến độ lún lớn nhất Smax.

4.2.1.4. Nghiên cứu tương quan giữa độ lún lớn nhất Smax với Tỷ lệ ( P.D/Z)

Nghiên cứu lý thuyết tương quan chúng ta xây dựng đồ thị tương quan giữa Smax quan trắc khảo sát tại công trình xây dựng tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên với tỷ lệ

Page 90

(D.P/Z ) cho biểu đồ như sau:

0.19 0.23

-> Có mối tương quan với nhau -> Có mối tương quan với nhau

Hình 4.23 Biểu đồ tương quan giữa Smax và tỷ lệ (D.P/Z)

Hiệp số phương sai Covariance ( Smax,(D.P/Z)= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( Smax, DP/Z) 4.2.2. Đề xuất công thức tính Smax

4.2.2.1 Xây dựng công thức tổng quát

Sau khi nghiên cứu các lý thuyết của Peck 1969, tiếp theo của Attewell năm 1977, Atkinson và Potts năm 1979, Cloungh và Schmidt năm 1981, New&O’Reilly năm 1982,

và Mair năm 1993 và đặc biệt là Nghiên cứu các số liệu quan trắc từ dự án thi công Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, NCS nhận thấy rằng: Độ lún lớn nhất trên bề mặt tại vị trí tim ống hầm thi công theo công nghệ TBM ngoài chịu ảnh hưởng của kích

thước ống hầm và độ sâu ống hầm như các lý thuyết nêu trên thì nó còn chịu tác động từ các yếu tố kỹ thuật thi công TBM và đặc biệt có sự tác động tương hỗ với các công trình trên bề mặt.

Thật vậy, độ lún lớn nhất Smax phụ thuộc và tỷ lệ thuận với kích thước hình học ống

hầm ( Bán kính hầm hay đường kính hầm) và tỷ lệ nghịch với chiều sâu đặt hầm Z. Điều này đã được thể hiện trên bài báo của NCS công bố trong Hội thảo khoa học quốc tế The 1sd International Conference on Sustainability in Civil Engineering năm 2016. Theo đó độ lún lớn nhất tại vị trí tim hầm có tỷ lệ thuận và quan hệ bậc hai với bán kính ống hầm. Ngược lại thì độ lún lớn nhất lại tỷ lệ nghịch với độ sâu đặt hầm Z.

Mặt khác NCS thấy tính chất cơ lý của địa chất mà ống hầm đi qua cũng sẽ ảnh hưởng đến độ lún Smax. Cũng dễ nhận thấy điều kiện địa chất càng cứng thì độ lún càng

nhỏ, và ngược lại. Do đó có thể thấy Modun đàn hồi của địa chất nơi ống hầm đi qua sẽ tỷ lệ nghịch với độ lún trên bề mặt khi thi công ống hầm xuyên qua địa chất đó.

Page 91

Ngoài ra, qua nghiên cứu đã được bảo vệ thành công tại Đề tài NCKH cấp trường 2017 của NCS cho thấy rằng độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm cũng chịu sự tác động

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT tương hỗ với móng công trình trên bề mặt. Điều đó có thể khẳng định công trình hiện hữu trên bề mặt có ảnh hưởng đến giá trị lún lớn nhất tại tim ống hầm.



max

D P . Z

E 

  

  ,    

  

     f V L  

    

Căn cứ vào các nghiên cứu tương quan nói trên, NCS xin đề xuất công thức tổng quát có dạng như sau:

 2

 1

Công thức được viết lại dưới dạng:







max

V L

. D P Z

E 

  

  

  

 3   

(4.6)

Trong đó:

Smax: Độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm (mm) D: Đường kính ống hầm (m)

VL: Hệ số mất thể tích ( %) Z: Độ sâu tim hầm. (m) : Trọng lượng riêng địa chất mà ống hầm đi qua ( KN/m3) E: Modun đàn hồi của địa chất mà ống hầm đi qua ( Mpa)

P: Giá trị tải trọng chất thêm trên bề mặt (KN/m) β1, β2 β3: Các hệ số cần phải tìm từ dự liệu đã có.

log(

)



log



log



.log

4.2.2.2 Xây dựng công thức thực nghiệm Smax Logarit biểu thức trên được một hàm đa biến tuyến tính



 1

max

 V L

 2

 3

(4.7)

. D P Z

E 

  

  

  

  

LV ,

.D P Z

  

  

, Để tính các số mũ β1, β2 β3 sử dụng hàm hồi quy đa biến tuyến tính với 

E 

  

  

là bộ số đã biết.

Sử dụng số liệu quan trắc được tại hiện trường công trình xây dựng tuyến Metro số 1

Bến Thành Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Số liệu khảo sát và lấy tại các mặt cắt từ Km 1+500 đến Km 0+850 dọc tuyến metro số 1 Bến Thành –Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh và các giá trị Vloss tại các mặt cắt được tính theo công thức đề xuất mục 4.1 của luận án

làm căn cứ cơ sở xây dựng công thức tính Smax

Mặt cắt

Smax Z ( Quan trắc)

Page 92

Bảng 4.10 Dữ liệu quan trắc từ Km 1+500 đến KM 0+850

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT (%)

(KN/m3)

(KN/m)

(Mpa)

(mm)

(m)

1500 1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325 1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123 1063 1043 1003 980 965 945

-5.6 -5.7 -5.0 -4.0 -5.7 -1.8 -2.4 -2.5 -2.2 -1.6 -1.9 -2.5 -3.0 -6.1 -5.0 -4.1 -3.9 -3.6 -5.3 -7.0 -4.1

-14.99 -15.43 -15.98 -17.08 -17.60 -18.47 -19.34 -20.86 -21.77 -21.87 -21.97 -22.08 -22.28 -22.44 -22.61 -22.94 -23.43 -23.59 -23.92 -24.23 -24.44 -24.71

6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

40 40 40 40 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

6.52 6.71 7.07 7.24 7.53 7.81 8.30 8.59 8.62 8.65 8.68 8.75 8.80 8.85 8.95 9.11 9.16 9.26 9.35 9.42 9.50

0.12 0.16 0.14 0.11 0.18 0.05 0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.08 0.08 0.17 0.17 0.11 0.11 0.11 0.15 0.18 0.12

925 900 890 860 842 828 815

-4.2 -4.1 -6.6 -1.7 -1.4 -1.7 -3.8

-24.98 -25.32 -25.39 -25.60 -25.37 -25.19 -25.02

6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65

20 20 20 20 20 20 20

55 55 55 55 55 55 55

10 10 10 10 10 10 10

9.59 9.69 9.71 9.77 9.70 9.65 9.60

0.13 0.13 0.22 0.06 0.05 0.05 0.12

Áp dụng hàm hồi qui tuyến tính Regression Statistics trong Microsoft excel để xây dựng phương trình hồi quy. Kết quả như sau:

Regression Statistics

0.995929303

Multiple R

0.991875176

R Square

0.951225191

Adjusted R Square

0.127291814

Standard Error

Observations

 Độ phù hợp của mô hình:

Page 93

- Hệ số tương quan bội Multiple R = 0.99 rất gần 1  Mức độ chặt chẽ của các mối liên

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT hệ tương quan bội giữa các đại lượng trong công thức - Hệ số tương quan R Square = 0.991875176=99%. Điều đó cho thấy các thông số trong

biểu thức có tương quan chặt chẽ với nhau. Mô hình được giải thích Smax có 98% sự biến động là do các biến độc lập ảnh hưởng - Sai số chuẩn của Smax do hồi quy = 0,127

Significance F

Regression

3 49.45202057 16.48400686 1017.329969

2.04361E-25

 Mức độ ý nghĩa của mô hình nói chung:

Tiêu chuẩn F dùng làm căn cứ để kiểm định độ tin cậy về mặt thống kê của toàn bộ

phương trình hồi quy. Giá trị p_value của F_test = 2.04361E-25< 0.05 Kết quả hầm hồi quy là có độ tin cậy, có ý nghĩa thống kê.

Coefficients

Standard Error

t Stat

P-value

#N/A

Intercept ln(VL) ln((D.P/Z) ln( E/g)

0.051939803 0.098553868 0.138979099

18.55923829 3.91341E-16 16.78988794 4.00356E-15 12.29634822 4.25014E-12

0 0.963963178 1.654708396 1.708 935396

 Ý nghĩa của từng biến trong mô hình:

Kết quả hàm hồi quy Regression Statistics cho thấy

β1 = 0.96 β2 =1.65 β3= 1.7

0.96





(4.8)

max

 V L

D P . Z

E 

  

1.65   

  

1.7   

Kết quả giá trị p_value của t_test của VLoss= 3.9*10^-16 < 0.05: Có tương quan dương và có ý nghĩa thống kế Kết quả giá trị p_value của t_test của D.P/Z= 4.00356E-15< 0.05: Có tương quan dương và có ý nghĩa thống kế Kết quả giá trị p_value của t_test của (E/γ)= 4.25014E-12: Có tương quan dương và có ý nghĩa thống kế. Thay các giá trị β1, β2 β3 vào công thức ta có công thức Smax đề xuất như sau:

Trong đó:

Smax: Độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm (mm)

Page 94

D: Đường kính ống hầm (m) VL: Hệ số mất thể tích ( %)

Z: Độ sâu tim hầm. (m) : Trọng lượng riêng địa chất mà ống hầm đi qua ( KN/m3) E: Modun đàn hồi của địa chất mà ống hầm đi qua ( Mpa)

P: Giá trị tải trọng chất thêm trên bề mặt (KN/m)

4.2.3 Áp dụng công thức Smax trong tính toán lý thuyết và so sánh kết quả tính với kết quả quan trắc thực địa 4.2.3.1 Áp dụng công thức Smax trong tính toán lý thuyết

Áp dụng công thức Smax và Vloss đề xuất trên tính cho trường hợp thi công ống hầm WEST với đường kính 6.65m là ống hầm bên dưới và nằm bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ hướng Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn. Với giả thiết trên bề mặt có tải trọng

chất thêm là P= 10 KN/m. (Dựa trên kết quả khảo sát các tòa nhà dọc đoạn tuyến Bến Thành – Suối Tiên đã trình bày ở chương 3 của luận án). Kết quả tính trên số liệu các mặt của dự án.

Kết quả thể hiện tại bảng 4.11

(P)

(D)

(γ)

(φ)

Smax

(VL)

Ghi chú

Mặt cắt

KN/m3

(KN/m)

(m)

Mpa

(mm)

Độ sâu hầm Zo (m)

(%)

độ

1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325 1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123 1063 1043 1003 980 965 945 925

-15.43 -15.98 -17.08 -17.60 -18.47 -19.34 -20.86 -21.77 -21.87 -21.97 -22.08 -22.28 -22.44 -22.61 -22.94 -23.43 -23.59 -23.92 -24.23 -24.44 -24.71 -24.98

0.12 0.16 0.14 0.11 0.18 0.05 0.07 0.06 0.05 0.04 0.12 0.16 0.14 0.11 0.18 0.05 0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.08

6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

31 31 31 31 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33

40 40 40 40 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55

Bảng 4.11 Độ lún lớn nhất Smax tính theo công thức đề xuất.

-4.86 -6.04 -4.70 -3.65 -6.29 -2.00 -2.66 -2.51 -1.96 -1.59 -1.90 -2.86 -2.81 -6.10 -5.28 -3.90 -3.86 -3.78 -4.77 -6.51 -3.82 -3.82

Page 95

Smax

(D)

(φ)

(P)

(γ)

(VL)

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Ghi chú

Mặt cắt 900 890 860 842 828 815

Độ sâu hầm Zo -25.32 -25.39 -25.60 -25.37 -25.19 -25.02

10 10 10 10 10 10

6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65

0.08 0.17 0.17 0.11 0.11 0.11

20 20 20 20 20 20

33 33 33 33 33 33

55 55 55 55 55 55

-3.82 -6.28 -1.76 -1.50 -1.58 -3.52

4.2.3.2 So sánh với kết quả quan trắc hiện trường

So sánh kết quả tính độ lún lớn nhất với số liệu quan trắc hiện trường cho kết quả

thể hiện tại bảng 4.12

Mặt cắt

Sai số

Ghi chú

Smax ( Tính toán) (mm)

Smax (Quan trắc) (mm)

Bảng 4.12. So sánh kết quả lún lớn nhất giữa số liệu quan trắc với kết quả tính toán bằng công thức Smax đề xuất

(mm)

(%)

1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325

-4.86 -6.04 -4.70 -3.65 -6.29 -2.00 -2.66

-5.6 -5.7 -5.0 -4.0 -5.7 -1.8 -2.4

-0.74 0.34 -0.30 -0.35 0.59 0.20 0.26

-13.16 5.91 -6.09 -8.69 10.35 11.11 10.83

1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123 1063 1043 1003 980 965 945 925 900 890 860

-2.51 -1.96 -1.59 -1.90 -2.86 -2.81 -6.10 -5.28 -3.90 -3.86 -3.78 -4.77 -6.51 -3.82 -3.82 -3.82 -6.28 -1.76

-2.5 -2.2 -1.6 -1.9 -2.5 -3.0 -6.1 -5.0 -4.1 -3.9 -3.6 -5.3 -7.0 -4.1 -4.2 -4.1 -6.6 -1.7

0.01 -0.24 -0.01 0.00 0.36 -0.19 0.00 0.28 -0.20 -0.04 0.18 -0.53 -0.49 -0.25 -0.40 -0.25 -0.31 0.04

0.58 -11.05 -0.84 0.14 14.27 -6.44 0.01 5.60 -4.89 -1.13 4.92 -9.93 -7.00 -6.07 -9.49 -6.07 -4.77 2.16

Page 96

Mặt cắt

Sai số

Ghi chú

842 828 815

Smax ( Tính toán) -1.50 -1.58 -3.52

Smax (Quan trắc) -1.4 -1.7 -3.8

0.12 -0.12 -0.24

8.70 -7.26 -6.26

Sai số trung bình ( %)

-2.99

Ngoài ra kết quả còn được thể hiện bằng biểu đồ lún theo phương dọc hầm thể hiện

trong hình vẽ 4.24

Hình 4.24 Biểu đồ so sánh kết quả lún bề mặt giữa số liệu quan trắc và tính toán theo công thức Smax đề xuất

Nhận xét: Qua so sánh kết quả Smax tính theo công thức đề xuất với các giá trị quan trắc thực tế tại hiện trường cho thấy kết quả tính rất sát với kết quả đo chỉ sai số trung bình cỡ khoảng -2.99%. Điều đó chứng tỏ công thức Smax và Vloss đề xuất đã phản ánh khá chính xác độ lún lớn nhất thực tế theo điều kiện thi công hầm tại thành phố HCM theo công nghệ TBM.

4.2.3.3 So sánh với kết quả tính bằng các lý thuyết khác

So sánh kết quả tính lún Smax bằng công thức đề xuất với kết quả tính độ lún lớn nhất bằng các công thức lý thuyết khác cho thấy, với công thức Smax đề xuất cho ra kết

quả sát với số liệu quan trắc thực tế hơn. Sai số trung bình chỉ còn -2,99 % thấp hơn nhiều với các lý thuyết nêu trên. Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng 4.13

Sai số

Lý thuyết

Sai số New

Sai số Peck1

Sai số Peck2

Sai số Peck3

Sai số Mair

Attewell

Sai số Clough

Atkinson

OReilly1

Oreilly2

(%)

Smax Đề xuất (%)

Sai số

trung

Bảng 4.13 Sai số trung bình của độ lún lớn nhất giữa kết quả tính

39,9

28,7

13,8

16,1

98,5

13,6

13,8

39,0

90,0

-2.99

binh

Page 97

Qua so sánh kết quả Smax tính theo công thức đề xuất với kết quả các tính theo các

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT lý thuyết khác thấy rằng kết quả tính theo công thức Smax đề xuất bám sát hơn với giá trị quan trắc. Từ đó có thể kết luận rằng công thức đề xuất Smax đã góp phần làm công thức

dự báo lún của Peck phản ánh đúng hơn giá trị lún do thi công đường hầm theo TBM tại TP Hồ Chí Minh Việt Nam.

4.2.3.4 Nhận xét về công thức đề xuất Smax

Quá trình thi công đường hầm theo công nghệ TBM không tránh khỏi việc gây ra hiện tượng lún trên bề mặt. Và theo nghiên cứu của Peck 1969, hiện tượng lún này xuất hiện theo qui luật hình phễu và đạt giá trị lớn nhất tại vị trí tim ống hầm. Để xác định được giá trị Smax này Peck cũng dựa vào số liệu quan trắc thực địa để đưa ra công thức

tính Smax, sau đó cũng nhiều tác giả đã nghiên cứu theo phương pháp thực nghiệm, dựa trên các số liệu quan trắc của các công trình cụ thể để điều chỉnh các công thức Smax này cho phù hợp hơn với từng dự án. Tuy nhiên khi áp dụng vào điều kiện cụ thể tại dự

án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên, ở TP HCM tại Việt Nam thì thấy kết quả chưa thực sự phù hợp.

Dựa vào kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường tại Việt Nam, luận án đã đề xuất công thức Smax mà theo đó Smax được bổ sung xem xét thêm các yêu tố: Yếu tố hình

học của ống hầm, độ sâu đặt hầm, điều kiện địa chất mà ống hầm đi qua và đặc biệt có xem xét đến sự hiện diện công trình hiện hữu trên bề mặt. Đặc biệt đóng góp lớn của luận án đó là đã nghiên cứu đề xuất công thức Vloss dựa trên các yếu tố kỹ thuật thi

công, điều mà trước đây khi tính toán dự báo Smax chúng ta đều phải giả định dựa trên các kinh nghiệm thi công.

Kết quả tính toán Smax và Vloss theo công thức đề xuất của luận án cho kết quả rất sát với số liệu quan trắc thực tế trên các mặt cắt dọc đoạn tuyến từ Ga Ba Son đến Ga

Nhà Hát Lớn. Từ đó có thể kết luận công thức mà luận án đề xuất phù hợp để dự báo độ lún lớn nhất khi thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM theo điều kiện thi công và địa chất tại TP Hồ Chí Minh.

4.3 ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH THÔNG SỐ BỀ RỘNG MÁNG LÚN i 4.3.1 Khái niệm thông số bề rộng máng lún i

Phương pháp thực nghiệm phổ biến nhất để dự báo lún bề mặt là dựa vào phân

Page 98

phối Gauss. Peck (1969) và Schmidt (1974) giả thiết hình dạng của phễu lún tương tự như dạng của đường cong phân phối chuẩn. Bằng các phân tích thống kê dựa trên các quan sát thực tế, hai ông đã chỉ ra rằng, đây là phương pháp hợp lý để mô hình hoá hình dạng phễu lún gây ra bởi quá trình đào đường hầm. i là độ lệch tiêu chuẩn của đường cong tính lún (khoảng cách từ điểm uốn của máng lún đến tim trục hầm), còn được gọi là thông số bề rộng máng lún. Có nhiều tác giả dựa vào kết quả quan trắc hiện trường đã đề xuất các công thức để xác định giá trị i nhằm điều chỉnh công thức ban đầu của Peck để

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT phù hợp với từng điều kiện cụ thể của các công trình Rõ ràng để dự báo ảnh hưởng lún bề mặt do thi công đường hầm Metro thì ngoài dự báo

về giá trị lún lớn nhất Smax xuất hiện tại vị trí tim đường hầm thì hình dạng đường cong lún cũng là yếu tố mà chúng ta cần quan tâm. Do đó NCS tiếp tục nghiên cứu đề xuất công thức tính hệ số máng lún i là độ lệch tiêu chuẩn của đường cong tính lún (khoảng

cách từ điểm uốn của máng lún đến tim trục hầm).

4.3.2 Nghiên cứu mối tương quan giữa hệ số i với các yếu tố liên quan 4.3.2.1 Mối tương quan giữa hệ số i với tỷ lệ (Z/D) Bằng phương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiện

trường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được mối tương quan giữa hai đại lượng hệ số máng lún I và tỷ lệ Z/D thể hiện tại biểu đồ sau:

-> Có mối tương quan với nhau -> Có mối tương quan rất chặt với nhau

Hình 4.25 .Biểu đồ tương quan giữa I và ( Z/D)

Hiệp số phương sai Covariance ( i, (Z/D))= 0.43 Hệ số tương quanCorrelation cofficient ( i,(Z/D))= 0.99 Qua đây có thể thấy hệ số I có tương quan với độ sâu Z và đường kính hầm ( Z/D) 4.3.2.2 Mối tương quan giữa hệ số i với tỷ lệ (P/Z) Bằng phương pháp xác xuất thống kê phân tích trên các số liệu thu thập được tại hiện trường công trình xây dựng đoạn tuyến Metro Bến Thành Suối Tiên, NCS thiết lập được

mối tương quan giữa hai đại lượng hệ số máng lún i và tỷ lệ P/Z thể hiện tại biểu đồ sau:

Page 99

Hình 4.26 .Biểu đồ tương quan giữa I và ( P/Z)

-> Có mối tương quan với nhau -> Có mối tương quan với nhau

0.069 0.99

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Hiệp số phương sai Covariance ( i, (P/Z))= Hệ số tương quan Correlation cofficient ( i,(P/Z))= Qua đây có thể thấy hệ số I có tương quan với độ sâu Z và tải trọng chất thêm P

4.3.3 Nghiên cứu xây dựng công thức hệ số máng lún i 4.3.3.1 Đề xuất công thức dạng tổng quát tính hệ số máng lún i Với những nghiên cứu trên, cùng các phân tích tương quan giữa i và các đại lượng liên

 2 .P

quan trên, luận án đề xuất công thức dạng tổng quát công thức tính mất mát thể tích như sau:

Z D

   

 1   

(4.9)

Trong đó:

i: Hệ số máng lún Z: Độ sâu tim hầm (m)

D: Đường kính ống hầm (m) P: Tải trọng rải đều trên bề mặt ( KN/m) β1, β2: Các hệ số cần phải tìm từ dữ liệu đã có.

i log( )





.log(P)

 .log( 1

 2

Z ) D

,P là bộ số

4.3.3.2 Xây dựng công thức thực nghiệm tính hệ số máng lún i Logarit biểu thức trên được một hàm đa biến tuyến tính

đã biết. Sử dụng số liệu quan trắc được tại hiện trường công trình xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh. Áp dụng hàm hồi qui tuyến tính Regression Statistics trong Microsoft excel để xây

Để tính các số mũ β1, β2 sử dụng hàm hồi quy đa biến tuyến tính với Z D

dựng phương trình hồi quy. Kết quả như sau:

Regression Statistics

Multiple R

0.99999994

R Square

0.99999988

Adjusted R Square

0.961538337

Standard Error

0.000776689

Observations

 Độ phù hợp của mô hình:

Page 100

- Hệ số tương quan bội Multiple R = 0.99 rất gần 1  Mức độ chặt chẽ của các mối liên

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT hệ tương quan bội giữa các đại lượng trong công thức - Hệ số tương quan R Square = 0.99 =99%. Điều đó cho thấy các thông số trong biểu

thức có tương quan chặt chẽ với nhau. Mô hình được giải thích i có 99% sự biến động là do các biến độc lập ảnh hưởng - Sai số chuẩn của Smax do hồi quy = 0,00077

Significance F

Regression

131.1061

65.55303

1.09E+08

1.82E-87

 Mức độ ý nghĩa của mô hình nói chung:

Tiêu chuẩn F dùng làm căn cứ để kiểm định độ tin cậy về mặt thống kê của toàn bộ phương trình hồi quy. Giá trị p_value của F_test = 1.82.10-87 < 0.05 Kết quả hầm hồi quy là có độ tin cậy, có ý nghĩa thống kê.

t Stat

Intercept ln(Z/D) Ln(P)

Coefficients 0 0.79953407 0.521982827

Standard Error 0.001021 0.000535

783.3505 974.879

P-value 2.2E-58 7.45E-61

 Ý nghĩa của từng biến trong mô hình:

Kết quả hàm hồi quy Regression Statistics cho thấy β1 = 0.79 β2 =0.52

0.8

0.52

(4.9)

Z D

   

  

Kết quả giá trị p_value của t_test của (Z/D) = 2.2*10-58 < 0.05: Có tương quan dương và có ý nghĩa thống kế Kết quả giá trị p_value của t_test của (P)= 7.45*10-61 < 0.05: Có tương quan dương và có ý nghĩa thống kế Thay các giá trị β1, β2 vào công thức ta có công thức i đề xuất như sau:

Trong đó:

i: Hệ số máng lún Z: Độ sâu tim hầm (m) D: Đường kính ống hầm (m) P: Tải trọng rải đều trên bề mặt ( KN/m)

4.3.4 Áp dụng công thức i trong tính toán lý thuyết và so sánh kết quả tính với kết quả quan trắc thực địa

Page 101

Áp dụng công thức i đề xuất trên tính cho trường hợp thi công ống hầm WEST với đường kính 6.65m là ống hầm bên dưới và nằm bên trái phía sông Sài Gòn nhìn từ hường Ga Ba Son về Ga Nhà Hát Lớn. Với giả thiết trên bề mặt có tải trọng chất thêm là

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT P= 10 KN/m. (Dựa trên kết quả khảo sát các tòa nhà dọc đoạn tuyến Bến Thành – Suối Tiên đã trình bày ở chương 3 của luận án). Kết quả tính trên số liệu các mặt của dự án.

Kết quả thể hiện tại bảng 4.14

Mặt cắt

Sai số

đề xuất

khảo sát

1483 1462 1420 1400 1380 1360 1325 1304 1284 1264 1243 1203 1183 1163 1123 1063 1043 1003 980 965 945 925 900 890 860 842 828 815

(m) -15.43 -15.98 -17.08 -17.60 -18.47 -19.34 -20.86 -21.77 -21.87 -21.97 -22.08 -22.28 -22.44 -22.61 -22.94 -23.43 -23.59 -23.92 -24.23 -24.44 -24.71 -24.98 -25.32 -25.39 -25.60 -25.37 -25.19 -25.02

(KN/m) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

6.49 6.68 7.04 7.21 7.50 7.78 8.26 8.55 8.58 8.61 8.65 8.71 8.76 8.81 8.92 9.07 9.12 9.22 9.32 9.38 9.46 9.55 9.65 9.67 9.73 9.66 9.61 9.56

6.52 6.71 7.07 7.24 7.53 7.81 8.30 8.59 8.62 8.65 8.68 8.75 8.80 8.85 8.96 9.08 9.14 9.26 9.35 9.42 9.50 9.59 9.69 9.71 9.77 9.70 9.65 9.60

(m) 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 6.65 Sai số trung bình

Bảng 4.14 So sánh kết quả tính hệ số i theo công thức đề xuất và so sánh với số liệu quan trắc

-0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.44 -0.47 -0.52 -0.09 -0.20 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.41 -0.40

4.3.5 So sánh đường cong lún tính bằng Smax, Vloss và i đề xuất với kết quả tính bằng các lý thuyết khác

Page 102

So sánh đường cong lún tình bằng công thức Smax, VL và i đề xuất và đường cong lún tính bằng các công thức lý thuyết khác trên các mặt cắt ngang khảo sát và cùng đối chiếu với đường cong lún quan trắc tại các mặt cắt này. Kết quả cho thấy đường cong lún đề xuất có giá trị sát với những giá trị quan trắc lún thực tế hơn tất cả các đường cong lún tính theo lý thuyết khác. Kết quả cụ thể được trình bày trong hình vẽ 4.27 và phụ lục 5

Hình 4.27 Biểu đồ so sánh đường cong lún bề mặt giữa số liệu quan trắc và đường cong lún tính toán theo công thức Smax, Vloss và i đề xuất với các đường cong lún tính theo

các lý thuyết khác.

Kết quả tính độ lún theo phương ngang hầm tại mỗi mặt cắt ngang đều cho thấy đường cong lún theo công thức Peck mà sử dụng hệ số Smax và Vloss và hệ số máng

Page 103

lún i đề xuất thì bám sát với các giá trị quan trắc lún tại các điểm đo, điều đó thể hiện rằng công thức đề xuất đã phản đúng qui luật lún tại dự án này. Từ đây có thể khẳng định các công thức Smax, Vloss, và hệ số máng lún i mà luận án đề xuất có độ tin cậy và phù hợp với các điều kiện thi công và địa chất tại Thành phố Hồ Chí Minh. Các công

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT thức có tính dự báo cho dự án tương tự tại Thành phố Hồ Chí Minh.

4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Dựa vào kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường, chương 4 luận án đã nghiên cứu và đề xuất công thức tính VL là công thức thực nghiệm dựa trên các số liệu quan trắc thực tế tại dự án Tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên TP HCM, Việt Nam. Công

thức đã thể hiện được bản chất của sự mất mát thể tích này trong quá trình thi công, nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất mà tuyến hầm đi qua, đặc biệt phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật trong thi công như áp lực bơm vữa sau vỏ hầm. Công thức đã được kiểm chứng khi áp dụng để tính với các mặt cắt của dự án và cho sai số với kết quả tính Vloss theo

các số liệu quan trắc là rất nhỏ 4.75%. Điều đó cho thấy công thức Vloss có ý nghĩa thực tiễn tại công trình xây dựng Metro tại Việt Nam. Đây tiếp tục là đóng góp giá trị trong lĩnh vực nghiên cứu này bằng phương pháp thực nghiệm. Trước đó khi áp

dụng các công thức Peck và các tác giả sau đó thì hệ số Vloss đều được lấy theo kinh nghiệm thi công mà chưa có công thức cụ thể nào để xác định. Tại đây, NCS đã nghiên cứu và xây dựng thành công công thức xác định hệ số Vloss theo các yếu tố kỹ thuật thi công.

Với kết quả Vloss này được dùng làm đầu vào cho bài toán PTHH sẽ góp phần hoàn thiện hơn phương pháp PTHH trong việc phân tích đánh giá tác động thi công Metro đến các công trình trên mặt đất ( trình bày chi tiết tại chương 5)

Tiếp theo, luận án đã đề xuất công thức Smax mà theo đó Smax được bổ sung xem xét thêm các yêu tố: Yếu tố hình học của ống hầm, độ sâu đặt hầm, điều kiện địa chất mà ống hầm đi qua và đặc biệt có xem xét đến sự hiện diện công trình hiện hữu trên bề mặt. Kết quả tính toán Smax theo công thức đề xuất ứng với các giá trị Vloss

được tính theo công thức đề xuất cho kết quả rất sát với số liệu quan trắc thực tế trên các mặt cắt dọc tuyến từ Ga Ba Son đến Ga Nhà Hát Lớn. Sai số trung bình so với các giá trị quan trắc tại hiện trường giảm xuống chỉ còn 2.99% nhỏ hơn rất nhiều so với

các công thức lý thuyết công bố trước đó. Điều đó thể hiện rằng công thức đề xuất đã phản ánh đúng qui luật lún tại dự án này. Đây là một đóng góp lớn trong lĩnh vực nghiên cứu này tại Việt Nam

Chương 4 của luận án tiếp tục nghiên cứu điều chỉnh hệ số máng lún i nhằm phản

ánh đúng hơn qui luật lún trên bề mặt khi thi công xây dựng đường hầm Metro tại Việt Nam. Các công thức hệ số máng lún công bố trước đó chỉ phụ thuộc vào điều kiện đường kính và độ sâu đặt hầm mà chưa xem xét đến yếu tố tải trọng chất thêm trên bề mặt. Đóng góp của luận án tại công thức này đó là có xét đến sự hiện diện của công trình trên

Page 104

mặt tác động đến đường cong lún. Và khi vẽ đường cong lún bằng công thức của Peck với các hệ số Smax, Vloss và i tính theo công thức mà luận án đề xuất thì cho kết quả bám sát với các điểm đo lún quan trắc tại hiện trường.

Từ tất cả những kết quả nêu trên, có thể kết luận các công thức Smax, Vloss, và hệ số máng lún i mà luận án đề xuất có ý nghĩa thực tiễn và là những đóng góp mới trong

việc dự báo lún bề mặt khi thi công xây dựng các tuyến Metro tại thành phố Hồ Chí Minh Việt Nam. Đồng thời với công thức tính Vloss cũng sẽ góp phần hoàn thiện hơn phương PTHH trong phân tích đánh giá tác động quá trình thi công Metro đến lún mặt

Page 105

đất cũng như các công trình hiện hữu trên mặt đất.

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH ẢNH HƯỞNG THI CÔNG HẦM BẰNG TBM ĐẾN CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT TRONG ĐÔ THỊ. 5.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH BÀI TOÁN PTHH CẢI TIẾN TÍNH LÚN BỀ MẶT VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN CÔNG TRÌNH TRÊN MẶT ĐẤT 5.1.1 Đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến.

Trong quá trình thi công các tuyến hầm dù là bằng các công nghệ TBM tiên tiến nhất cũng làm xuất hiện các xáo trộn nền đất phía trước, xung quanh và phía sau của

khiên đào. Các xáo trộn này làm cho đất đá có xu hướng dịch chuyển về phía vỏ hầm gây ra các biến dạng do nguyên nhân của hiện tượng giải phóng ứng suất. Các biến dạng này phát triển qua khối đất đá bên trên và tạo ra hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công hầm bằng TBM. Chuyển vị và biến dạng mặt đất gây nên biến dạng và phá hoại các

công trình trên mặt đất nằm trong giới hạn khối đất chuyển dịch gây ra do công trình ngầm đang xây dựng. Đặc điểm xuất hiện và cường độ phát triển của các biến dạng đó được đánh giá trên cơ sở loại công trình, đặc điểm kết cấu và trạng thái kỹ thuật cũng

như vị trí của nó so với nguồn gây ra chuyển dịch mặt đất.

Các ngôi nhà mà nằm ở phần trung tâm của vùng biến dạng phải chịu ảnh hưởng của độ cong âm (lõm) của mặt đất vì vậy biến dạng sẽ phát triển nói chung ở các tầng thấp và móng công trình. Ở các khu vực các khối nhà xây dựng liền kề nhau, các ngôi nhà nằm

sát nhau có thể chịu biến dạng phụ thêm do hiện tượng lún lệch và mức độ lún lệch khác nhau của các tòa nhà bên cạnh, điều đó kèm theo sự phá vỡ các bức tường ở các vị trí cục bộ. Các khối nhà nằm trên khoảng biên của vùng biến dạng chịu tác động của độ cong dương (lồi) của mặt đất, mà gây ra biến dạng, trước tiên ở các tầng phía trên. Bất lợi nhất cho các ngôi nhà mà nằm ở đoạn uốn của vùng biến dạng chịu tác động kép của độ cong âm và dương của vùng biến dạng.

Ảnh hưởng lớn nhất đến các khối nhà gây ra bởi biến dạng thẳng đứng của mặt đất:

độ nghiêng và độ cong. Độ nghiêng của móng dẫn đến sự nghiêng của các ngôi nhà, còn độ cong gây ra sự uốn trong chúng. Biến dạng ngang kéo và nén tác động lên kết cấu của các ngôi nhà ở dạng lực ma sát ở đáy và các mặt bên của móng. Ảnh hưởng của các biến dạng ngang, nói chung, nhỏ hơn nhiều ảnh hưởng của các biến dạng đứng, bởi vì rằng

chúng tác động trên các đoạn ngắn, không xâm chiếm toàn bộ ngôi nhà.

Một vấn đề thời sự nữa ở đây là tác động của biến dạng ngang và thẳng đứng của nền đất khi xây dựng hầm vào các cọc hiện hữu trong khu vực lân cận công trình hầm

Page 106

xây dựng. Tác động này phức tạp hơn so với nhà và công trình ở chỗ cọc vừa chịu tải

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT ngang vừa thay đổi sức mang tải đứng do lún nền đất. Jacobs (2005), bằng mô hình thí nghiệm thu nhỏ ly tâm đã chỉ ra rằng có thể chia thành 2 khu vực với bản chất ứng xử

khác nhau. Vùng trung tâm ngay trên hầm (A,B,C Hình 5.1), cọc chịu lún lớn có thể lún hơn của đất do xuất hiện ma sát âm. Vùng bên (D), cọc ít bị ảnh hưởng do nằm ngoài vùng lún ảnh hưởng.

Đo đạc biến dạng lún thêm của 339 nhà trên móng cọc dài 6-22m dọc theo tuyến MRT Bangkok (đường kính hầm 6.3m, sâu 20m) cho kết quả là các nhà cao tầng trên cọc dài ít chịu ảnh hưởng (độ lún dưới10mm) hơn các nhà thấp trên cọc ngắn (độ lún trên 30mm) và các nhà có độ lún thêm lớn (trên 20mm) chỉ thấy trong phạm vi 30m kể từ trục

hầm.

Hình 5.1 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình bên trên và hệ móng cọc A, B, C – Vùng ảnh hưởng rõ rệt; D- Vùng ít ảnh hưởng.

Tóm lại, biến dạng lún mặt đất ảnh hưởng bất lợi đến các khối nhà và công trình gần kề. Mức độ ảnh hưởng của các công trình trên mặt đất về cơ bản phụ thuộc vào trạng thái kết cấu của các khối nhà và giá trị các thông số của vùng biến dạng mặt đất. Dạng kết cấu móng cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ biến dạng này.

Chương 4 luận án đã đề xuất và chứng minh công thức VL được đề xuất trong luận án là hoàn toàn khả thi. Chương 5 sẽ sử dụng hệ số VL đã được tính toán theo công thức ở

Page 107

chương 4 đưa vào bài toán PTHH để phân tích tác động tương hỗ giữa các loại móng công trình trên mặt đến lún bề mặt do thi công Metro bằng công nghệ TBM. Tại đây NCS sẽ cải tiến mô hình bài toán PTHH để tìm hiểu sự tác động tương hỗ giữa lún mặt đất với các loại móng trên bề mặt như sau:

Bảng 5.1 Phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và chuyển vị

đáy móng công trình hiện hữu trên mặt đất

Phương pháp mô phỏng bài toán truyền thống Phương pháp mô phỏng bài toán cải tiến

Bước 1 Mô phỏng kích thước môi trường nền Mô phỏng kích thước môi trường nền

Bước 2

Mô phỏng điều liện địa chất theo Morh - Coulomb hoặc Harden soil Mô phỏng điều liện địa chất theo Morh - Coulomb hoặc Harden soil

Bước 3

Thiết lập trạng thái ứng suất ban đầu của nền đất và kết cấu bên trên mặt Thiết lập trạng thái ứng suất ban đầu của nền đất và kết cấu bên trên mặt

Mô phỏng công tác xây dựng Mô phỏng công tác xây dựng Bước 4 ống hầm thứ nhất ống hầm thứ nhất

Kích hoạt hệ số mất thể tích Vloss giả định theo kinh Bước 5

Bước 6

nghiệm thi công Kích hoạt các phần tử betong vỏ hầm Tiếp tục lặp lại các bước trên với Kích hoạt hệ số mất thể tích Vloss được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 Kích hoạt các phần tử betong vỏ hầm Tiếp tục lặp lại các bước trên với Bước 7 ống hầm thứ hai. ống hầm thứ hai.

5.1.2 So sánh kết quả phân tích bằng phương pháp cải tiến với số liệu quan trắc. 5.1.2.1 So sánh kết quả lún mặt đất bằng phương pháp PTHH với số liệu quan trắc

Hình 5.2 thể hiện sự so sánh kết quả tính và kết quả quan trắc lún bề mặt tại hiện trường vị trí có hai đoạn hầm song song cùng cao độ. Kết quả cho thấy đường cong lún tính toán bằng PTHH bám sát với các giá trị quan trắc thực tế tại hiện trường. Điều đó có thể kết luận phương pháp mô phỏng bài toán PTHH cải tiến với giá trị Vloss

được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 phù hợp và phản ánh đúng qui

Page 108

luật lún mặt đất tại dự án xây dựng Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên.

Hình 5.2 So sánh kết quả tính lún mặt đất theo PTHH với số liệu quan trắc

5.1.2.2 So sánh kết quả tính toán chuyển vị đáy móng bằng phương pháp PTHH với số liệu quan trắc

Hình 5.3 thể hiện kết quả tính và kết quả quan trắc chuyển vị móng tòa nhà tại hiện trường vị trí có hai đoạn hầm song song cùng cao độ. Kết quả cho thấy các điểm đo quan

trắc hiện trường cho giá trị chuyển vị móng công trình xấp xỉ giá trị tính toán. Điều đó có thể khẳng định phương pháp mô phỏng số cải tiến mà luận án đề xuất hoàn toàn phù hợp và phản ánh đúng qui luật chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất.

Hình 5.3 So sánh chuyển vị đáy móng tính toán PTHH với số liệu quan trắc. Vậy phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến với giá trị Vloss được tính toán theo công thức của luận án có độ tin cậy. Từ đó có thể áp dụng phương pháp mô phỏng này để xây dựng các bài toán phân tích lún mặt đất và đánh giá tác động đến các công trình

trên bề mặt.

5.2 Áp dụng Mô hình bài toán bằng theo phương pháp PTHH cải tiến đánh giá tác động thi công đường hầm đến các loại móng công trình trên mặt đất. 5.2.1 Mô hình bài toán theo phương pháp PTHH cải tiến

Áp dụng phương pháp mô phỏng bài toán PTHH cải tiến nêu trên vào bài toán cụ thể tại một số mặt cắt điển hình tại dự án xây dựng Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên,

Page 109

TP Hồ Chí Minh. Mô hình được phân tích dựa trên phần mềm Plaxis.

Hình 5.4, 5.5 thể hiện mô hình bài toán được giả định cho mặt cắt ngang có hai ống hầm song song, có đường kính ngoài là 6,65m, khoảng cách giữa hai ống hầm tương ứng

là 16,0m. Hai ống hầm nằm trên cùng cao độ, ở độ sâu -17,0m tính từ mặt đất tự nhiên. Trường hợp này tương ứng với mặt cắt ngang của đoạn tuyến nằm gần với nhà ga Ba Son. Trong mô hình kỹ thuật số, ống hầm bên trái, nằm xa hơn so với mép đáy móng giả

định được thi công trước. Ống hầm thứ hai bên phải được thi công sau khi hoàn thành thi công ống hầm thứ nhất. Trình tự thi công này là tương đối phù hợp với thực tế thi công đoạn tuyến giữa hai nhà ga Ba Son đến Nhà Hát Lớn.

Hình 5.4 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng nông do thi công hai ống hầm song song cùng cao độ

Hình 5.5 Mô hình PTHH bài toán ảnh hưởng tới móng cọc do thi công hai ống hầm song song cùng cao độ

Các thông số địa chất khu vực tuyến tàu điện ngầm số 1, đoạn giữa ga Nhà Hát Lớn và ga Ba Son được sử dụng cho mô hình tính toán (bảng 5.2). Mô hình đàn hồi dẻo tuyệt đối Morh-Coulomb (MC) được sử dụng để mô phỏng ứng xử của nền đất.

Kết cấu công trình xây dựng trên mặt đất được mô phỏng cho cả hai trường hợp là móng nông với các thông số đầu vào được thể hiện trên bảng 5.3. Các trường hợp kết cấu móng được xem xét bao gồm:

 Móng gạch xây dày 1m dài 20m cách tim tuyến 15m, trên có tải

trong giả định 10KN/m

 Móng nông BTCT dày 1m dài 20m cách tim tuyến 15m, trên có tải

Page 110

trọng giả định 10KN/m

Thông Số

Đơn Vị

Lớp 1 (Đất Đắp)

Lớp 2 (Ac2)

Lớp 3 (As1)

Lớp 4 (As2)

Lớp 5 (Dc)

Lớp 6 (Dc)

MC 1,1

MC 1,7

MC 14

MC 17

MC 16

MC -

- m

15,3

18,6

19,8

19,5

kN/m3

19,5

kN/m3

8,6.10-2

8,6.10-5

4,3.10-5

8,6.10-6

8,64.10-2 m/ngày

8,6.10-2

8,6.10-5

4,3.10-5

8,6.10-6

8,64.10-2 m/ngày

1,8.103 8,5 28

1,8.103 14 15

4,2.103 4 31

13,9.103 1,1 31

20,5.103 22 17

20,5.103 3,5 34

kN/m2 kN/m2 o

0,35

0,48

0,33

0,35

0,31

Mô hình nền Chiều dày Trọng lượng khô Trọng lượng tự nhiên Hệ số thấm(ngang) Hệ số thấm(dọc) Mô đun ĐH Lực dính Góc nội MS Hệ số Poisson

Bảng 5.2 Thông số đầu vào cho các lớp đất

Lớp sét 2 (Ac2): Vật liệu đất là sét dẻo rất mềm đồng nhất chứa mảnh vỏ sò vỡ xen lẫn

vật thể hữu cơ đậm màu Lớp Cát mịn bùn 1 (As1): Vật liệu tổng quát là từ không đồng nhất tới đồng nhất. Tỉ lệ hàm lượng bùn giảm theo chiều sâu và thay đổi thành cát mịn lẫn bùn.

Thông số vật liệu

Hệ số Poisson υ

Kích thước (m)

Vỏ hầm Móng nông BTCT Móng gạch xây

Modul đàn hồi E ( kN/m2 ) 2944.104 2944.104 1944.104

Trọng lượng đ/v γ ( kN/m3 ) 25 25 17

0,3 0,3 0,3

0,3 2,0 1,0

Lớp cát 2 ( As2): Đây là lớp dưới cùng trong tầng bồi tích và bên trên lớp sét mịn cứng của tầng lũ tích. Bảng 5.3 Các đặc tính của vật liệu vỏ hầm và kết cấu móng công trình mặt đất

5.2.2.Phân tích kết quả bài toán thi công hai ống hầm song song

5.2.2.1 Phân tích kết quả tính toán tính lún mặt đất trường hợp móng nông

Page 111

Hình 5.6 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất, trường hợp 2 ống

hầm cùng cao độ (móng nông)

Hình 5.7 Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm, trường hợp 2 ống hầm cùng cao độ (móng nông)

Kết quả tính toán lún bề mặt khi thi công ống hầm thứ nhất (hầm trái) trong hai

trường hợp không xét đến công trình mặt đất và trường hợp có xét đến móng nông thể hiện trên hình vẽ cho thấy không có khác biệt lớn về giá trị cũng như hình dạng đường cong lún. Điều này có thể khẳng định khi khoảng cách từ tim ống hầm đến mép móng

kết cấu trên mặt đất đủ lớn (xấp xỉ 3,5D) thì ảnh hưởng của công trình trên mặt đất đối với đường cong lún gây ra do quá trình đào ống hầm thứ nhất là không lớn. Kết quả này cũng cho thấy trong trường hợp hai ống hầm được bố trí song song, việc lựa chọn trình tự thi công sẽ dẫn đến những ảnh hưởng nhất định đến chuyển vị lún mặt đất và công

trình bên trên.

Hình 5.8. Đường cong lún bề mặt sau khi thi công ống hầm bên trái

Khi mô phỏng bước tiếp theo sau khi thi công xong ống hầm thứ hai.

Page 112

Hình 5.9. Đường cong lún bề mặt sau khi thi công hai ống hầm song song

Với bài toán hai ống hầm song song cùng cao độ, kết quả cho thấy đường cong chuyển vị lún bề mặt có sự khác biệt rõ nét giữa hai trường hợp có xét và không xét đến

móng kết cấu trên mặt đất. Độ lún lớn nhất trong trường hợp không có móng (đạt - 5.25mm) lớn hơn trường hợp có móng Gạch (-5.19mm) và trường hợp móng BTCT (- 5.15mm). Điều đó chứng tỏ có sự tác động tương hỗ giữa công trình trên bề mặt với

độ lún mặt đất lớn nhất khi thi công ống hầm tròn.

Tuy nhiên, đường cong lún bề mặt (Hình 5.9) xuất hiện một điểm chuyển

hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng. Bên cạnh đó, kết quả mô phỏng cũng cho thấy ảnh hưởng của độ cứng kết cấu móng nông đến đường cong lún là nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp là gần như trùng nhau. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm.

5.2.2.2 Chuyển vị đáy móng trường hợp móng nông trường Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông thi công 1 ống hầm bên trái và được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

Không móng Móng betong

Móng gạch

Đơn vị

Y max Y min Góc xoay

0.5211 0.0405 -0.0314 -1.798

0.4501 -0.0235 -0.0248 -1.419

0.4561 -0.0209 -0.0254 -1.457

mm mm rad độ

Page 113

Bảng 5.4 Chuyển vị móng nông khi thi công ống hầm bên trái

Hình 5.10 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công ống hầm trái

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông thi công hai ống hầm được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

Không móng Móng betong

Móng gạch

Đơn vị

Y max Y min

Góc xoay

0.6164 -2.3116 -0.0426 -2.4403

0.8169 -1.6003 0.0941 5.3933

0.7923 -1.6160 0.0826 4.7303

mm mm rad độ

Bảng 5.5 Chuyển vị móng nông khi thi công hai ống hầm

Hình 5.11 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng nông do thi công hai ống hầm song song.

Page 114

Nhận xét: Kết quả chuyển vị đáy móng nông khi thi công ống hầm khu vực lân cận đáy

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT móng nông sẽ gây hiện tượng chuyển vị cho móng bao gồm chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay. Tuy nhiên ảnh hưởng của độ cứng của móng dường như không

thực sự rõ rệt. Móng gạch với độ cứng nhỏ hơn sẽ có các biến dạng bản thân lớn hơn dưới tác dụng của chuyển vị nền đất do hầm đào tuy nhiên không thật sự khác biệt so với trường hợp của móng bằng bê tông có độ cứng lớn hơn. Cũng cần nhấn mạnh rằng mô

hình chỉ giới hạn trong các chuyển vị nhỏ và không xét đến tính không toàn khối, đứt gẫy của móng gạch dưới tác dụng của chuyển vị lún lệch.

5.2.2.3 Phân tích kết quả tính toán lún bề mặt trường hợp móng cọc

Hình 5.12. Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công ống hầm thứ nhất

Hình 5.13. Biến dạng lưới PTHH gây ra do thi công hai ống hầm

Kết quả tính toán lún bề mặt khi thi công ống hầm thứ nhất trong hai trường hợp không xét đến công trình mặt đất và trường hợp có xét đến móng cọc không có khác biệt lớn thể hiện trên Hình 5.14. Điều này có thể lý giải khi khoảng cách từ tim ống hầm

trái đến mép móng kết cấu trên mặt đất đủ lớn (xấp xỉ 3,5D) thì ảnh hưởng của công trình trên mặt đất đối với đường cong lún gây ra do quá trình đào ống hầm thứ nhất là không lớn. Kết quả này cũng cho thấy trong trường hợp hai ống hầm được bố trí song song, việc lựa chọn trình tự thi công sẽ dẫn đến những ảnh hưởng nhất định đến chuyển vị lún mặt đất và công trình bên trên.

Page 115

Hình 5.14. Đường còng lún mặt đất có móng cọc khi thi công ống hầm bên trái

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Trong bước mô hình hóa tiếp theo sau khi thi công xong ống hầm thứ hai. Với bài toán hai ống hầm song song cùng cao độ, kết quả cho thấy đường cong

chuyển vị lún bề mặt có sự khác biệt rõ nét giữa hai trường hợp không xét và có xét đến móng cọc trên mặt đất. Độ lún lớn nhất xuất hiện trên bề mặt tại tim ống hầm bên trái trong trường hợp không có móng đạt -5.12mm, bé hơn trường hợp có móng cọc 8m (-

5.53mm) và trường hợp móng cọc 12m (-5.28mm). Kết quả chỉ rõ độ lún bề mặt tăng lên khi trên bề mặt có công trình. Vậy có thể khẳng định có công trình dạng móng cọc sẽ làm tăng độ lún bề mặt khi công ống hầm Metro. Tuy nhiên với loại móng cọc ngắn 8m thì sẽ gây ra độ lún lớn hơn (-5.53mm) so với loại móng cọc dài 12 có độ lún là

(-5,28mm). Có thể nói với các loại móng cọc khác nhau cũng sẽ gây tác động đến lún bề mặt khác nhau. Tuy nhiên, đường cong lún bề mặt (Hình 5.15) xuất hiện một điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng. Bên cạnh đó, kết quả

mô phỏng cũng cho thấy ảnh hưởng của chiều dài cọc đến đường cong lún là không nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp là không còn gần như trùng nhau nữa. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm.

Hình 5.15 Đường cong lún mặt đất có móng cọc khi thi công hai ống hầm

Bảng.5.6. Chuyển vị đáy móng cọc khi thi công ống hầm trái

không móng Móng cọc ngắn Móng cọc dài

Đơn vị

Y max Y min

Góc xoay

0.5211 0.0405 -0.0314 -1.7982

0.2748 -0.0438 -0.0187 -1.0743

0.3345 -0.1128 -0.0230 -1.3170

mm mm rad độ

Page 116

5.2.2.4 Chuyển vị đáy móng trường hợp móng cọc * Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công 1 ống hầm bên trái được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

Hình 5.17 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công ống hầm trái

Bảng 5.6 và hình 5.17 thể hiện kết quả chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay

của đáy móng cọc gây ra do thi công ống hầm trái. Kết quả cho thấy chuyển vị thẳng đứng tại vị trí đáy móng trong trường hợp có móng cọc trên mặt đất tăng lên rõ rệt so với trường hợp không có móng. Điều này khẳng định có sự tác động tương hỗ giữa thi công đường hầm và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất. Cụ thể là khi thi công

đường hầm Metro tại khu vực có các công trình hiện hữu trên bề mặt sẽ gây chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng công trình trên mặt. Tuy nhiên giá trị và qui luật chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của cả hai trường hợp móng cọc

ngắn và móng cọc dài không khác nhau nhiều. Điều đó cho thấy khi thi công một ống hầm bên trái có khoảng cách đến tim hầm khá xa ( > 3,5D) thì loại móng cọc ngắn hay

cọc dài không làm thay đổi giá trị chuyển vị đáy móng. * Kết quả chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm

được thể hiện trong bảng và hình vẽ dưới đây.

không móng

Móng cọc ngắn

Móng cọc dài

Đơn vị

Y max Y min

Góc xoay

0.5211 0.0405 -0.0314 -1.7982

0.9552 -2.3587 0.1876 10.7510

0.7248 -1.0827 0.1016 5.8214

mm mm rad độ

Page 117

Bảng.5.7 Chuyển vị đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và góc xoay đáy móng cọc khi thi công hai ống hầm

Bảng 5.7và hình 5.18 thể hiện kết quả chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng cọc gây ra do thi công hai ống hầm. Kết quả cho thấy chuyển vị thẳng

đứng tại vị trí đáy móng trong trường hợp có móng cọc trên mặt đất tăng lên rõ rệt so với trường hợp không có móng. Điều này khẳng định có sự tác động tương hỗ giữa thi công đường hầm và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt đất. Cụ thể là khi thi công đường hầm Metro tại khu vực có các công trình hiện hữu trên bề mặt sẽ gây chuyển vị

thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của đáy móng công trình trên mặt. Tuy nhiên giá trị và qui luật chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của trường hợp móng cọc ngắn lớn hơn trường hợp móng cọc dài. Điều đó cho thấy loại hình móng cọc ngắn hay dài

khác nhau sẽ chuyển vị khác nhau khi thi công đường hầm Metro tại khu vực lân cận móng.

5.2.3 Kết luận

Luận án đã đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt

đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt. Theo đó, hệ số Vloss nhập vào để phân tích bài toán được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó. Kết

Page 118

quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Có thể đề xuất sử dụng mô

hình này trong tính toán các bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đã áp dụng phương pháp mô hình cải tiến này để phân tích bài toán tính

lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt với số liệu cụ thể tại mặt cắt điển hình của dự án Metro Bến Thành – Suối Tiên, qua đó có một số nhận xét sau: - Khi thi công đường hầm Metro tại khu vực có công trình đô thị trên bề mặt sẽ làm giảm độ lún mặt đất lớn nhất so với trường hợp trên mặt không có công trình hiện hữu.

Tuy nhiên độ cứng của móng nông không ảnh hưởng nhiều đến sự thay đổi này nhưng loại móng cọc ngắn hay móng cọc dài sẽ tác động khác nhau đến sự thay đổi độ lún lớn nhất Smax này. - Đường cong lún mặt đất sẽ xuất hiện điểm chuyển hướng (gãy khúc) tại vị trí ứng với mép móng công trình đô thị trên mặt. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc nghiên cứu tác động của quá trình thi công Metro đến công trình đô thị trên mặt đất bởi chính điểm chuyển hướng này sẽ làm cho móng công trình trên mặt đất sẽ xuất hiện các

chuyển vị tịnh tiến và chuyển vị góc xoay gây nguy hiểm cho móng công trình. - Khi móng công trình đô thị trên mặt đất có khoảng cách tim ống hầm thi công đủ xa ( >3,5D) thì dường như việc thi công đường hầm metro không có tác động nhiều đến

chuyển vị móng công trình trên mặt. - Khi móng công trình nằm trong khu vực lân cận thi công Metro thì thấy có sự tác động tương hỗ giữa móng công trình đô thị với sự lún mặt đất. Cụ thể là các móng công trình đều xuất hiện các chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay. Tuy nhiên với

trường hợp móng nông, thì độ cứng của móng không ảnh hưởng nhiều đến những chuyển vị này, còn loại hình móng cọc thì chịu sự tác động khác nhau giữa các loại hình móng cọc ngắn hay móng cọc dài.

5.3 NHỮNG ĐỀ XUẤT NHẰM KIỂM SOÁT TÁC ĐỘNG ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM BẰNG TBM ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BỀ MẶT

Đối với các tuyến Metro ngầm thi công trong thành phố bao gồm nhà ga và đoạn khu gian bên dưới mặt đất, đặc biệt tại các khu vực trung tâm thành phố, với mật độ xây dựng và khai thác trên mặt đất rất lớn, trước khi tiến hành thi công các công trình ngầm, đoạn tuyến và nhà ga tàu điện ngầm, một công tác vô cùng quan trọng phải được tiến

Page 119

hành là nghiên cứu chi tiết nguy cơ lún mặt đất có thể gây ra dưới tác dụng của công tác thi công đường hầm Metro. Khi thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM sẽ có rất nhiều yếu tố phức tạp là nguyên nhân gây ra hiện tượng này, tuy nhiên trong quá trình

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT thi công đó, chúng ta có thể điều chỉnh áp lực bơm vữa sau vỏ và trước mâm quay để kiểm soát được những tác động tiêu cực đến công trình trên mặt đất. Nhằm đảm bảo an

toàn cho các công trình đô thị trên mặt đất NCS đề xuất sơ đồ công nghệ xây dựng

đường hầm bằng TBM nhằm kiểm soát tác động ảnh hưởng công trình đô thị trên mặt đất trong giai đoạn trước khi tổ chức thi công và trong quá trình tổ chức thi công.

Page 120

5.3.1 Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 5.3.2 Sơ đồ công nghệ trong khi tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM

Với các sơ đồ công nghệ thi công TBM này giúp chúng ta kiểm soát và kiềm chế những

Page 121

tác động ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu trên bề mặt trước khi tổ chức thi công và ngay cả trong giai đoạn đang tiến hành tổ chức thi công đường hầm Metro bằng công nghệ TBM nhờ việc điều chỉnh áp lực bơm Pa,Ps.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 5.3.3 Công tác khảo sát và thu thập số liệu

Công tác khảo sát hiện trường và thu thập số liệu, phân tích nguy cơ phải được tiến hành trên tất cả các công trình xây dựng trên mặt đất có nguy cơ bị ảnh hưởng bởi quá trình xây dựng nhà ga ngầm và đoạn tuyến Metro. Thông thường, một dải hành lang sẽ

được thiết lập hai bên trục dọc tuyến hầm và tất cả các công trình nằm trong khu vực hành lang đó đều phải được khảo sát, phân tích. Hành lang nghiên cứu được định nghĩa như sau:

 Tất cả các công trình nằm trong khoảng cách 50m tính từ trục dọc tim hầm

 Khoảng cách ít nhất là 30m hoặc 2Zo ( Zo là chiều sâu đặt hầm) với các công

trình đào hở tính từ mép ngoài của chu vi đào

 Tất cả các công trình có tính lịch sử văn hóa nằm trong khoảng cách 200m từ trục

tim hầm

Trường hợp đường giới hạn của hành lang cắt qua một phần của một tòa nhà, toàn

bộ tòa nhà đó phải được khảo sát.

Mỗi tòa nhà trong phạm vi của hành lang phải được tiến hành khảo sát chi tiết và phân tích rủi ro xét đến dự kiến biến dạng của nền đất và mức độ rủi ro đối với công

trình với mức độ chi tiết hóa tăng dần. Kết quả của các khảo sát này sẽ được lập thành các báo cáo khảo sát hiện trường tòa nhà trong đó thể hiện đặc điểm kết cấu (phần trên và phần dưới) của tòa nhà, và ghi nhận tình trạng trước khi tiến hành xây dựng công trình ngầm.

Mỗi tòa nhà sẽ được phân biệt bằng một số hiệu duy nhất và không đổi. Các hình ảnh hiện trường của mỗi tòa nhà cũng được phân biệt bằng dãy số có chứa số hiệu của tòa nhà. Các khảo sát hồ sơ địa chính sẽ cho phép xác định năm xây dựng, dạng kết cấu

và nền móng, các cải tạo lớn như thay đổi số tầng sau khi công trình đã hoàn thành… Các khảo sát bằng mắt sẽ được thực hiện với tất cả các bộ phận bên trong và bên ngoài của tòa nhà kể cả phần hoàn thiện và khu kỹ thuật.

Một biểu mẫu thống nhất sẽ được điền đầy đủ các thông tin cho mỗi tòa nhà trong

khu vực nghiên cứu bao gồm các thông tin chung cũng như các thông tin chi tiết về loại vật liệu, điều kiện và các hư hỏng hiện hữu, các dấu hiệu xuống cấp được phát hiện ra trong quá trình khảo sát. Ảnh chụp tư liệu được lưu giữ với tất cả các hư hỏng tồn tại như vết nứt, thấm nước, mạch bả thạch cao cũng như các hư hỏng khác. Các vết nứt nghiêm

trọng sẽ được đo đạc bằng thiết bị đo độ mở rộng vết nứt quang học và lưu giữ.

Các hư hỏng phát hiện được sẽ được mô tả thật chi tiết, họa đồ thể hiện đặc tính của các hư hỏng cũng được thực hiện. Vị trí của các hư hỏng cũng được mô tả chính xác trên

bản họa đồ cùng với vị trí mà từ đó, các bức ảnh được chụp.

Page 122

Tất cả các biểu mẫu khảo sát cũng như các kết quả khảo sát, ghi nhận, phát hiện hư hỏng phải được lưu giữ và dễ dàng tiếp cận khi cần thiết và sẽ là một phần của hệ thống

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT quan trắc và phần mềm quản lý biến dạng mặt đất.

Các đại lượng quan trắc Trong thi công đường hầm bằng máy đào hầm TBM, quan trắc là một công cụ trợ

giúp đắc lực được sử dụng nhằm những mục đích:

 Quan trắc, dự đoán điều kiện địa cơ học khu vực đường hầm sẽ đào qua;

 Quan trắc các biểu hiện biến dạng, độ bền của kết cấu chống giữ đường hầm;

 Quan trắc đánh giá các biểu hiện phản ứng cơ học của khối đất xung quanh đường

hầm sau khi khai đào;

 Quan trắc dịch chuyển mặt đất và các biểu hiện phá huỷ công trình bề mặt do ảnh

hưởng của thi công đường hầm. Đối tượng quan trắc, đo đạc bao gồm:

 Kết cấu vỏ hầm;

 Khối đất xung quanh vỏ hầm và trên bề mặt;

 Các công trình chịu ảnh hưởng của quá trình thi công

Kết quả quan trắc có ý nghĩa không chỉ dự đoán biểu hiện cơ học của khu vực đường hầm sẽ thi công nhằm lựa chọn phương pháp thi công hợp lý, quan trắc còn có ý nghĩa đánh giá tính hiệu quả của quá trình thi công đã sử dụng bao gồm cả công tác gia

cố khối đất, đào và chống giữ công trình và làm cơ sở đưa ra những điều chỉnh cần thiết về thiết kế, thi công. Điều này đặc biệt quan trọng đối với thi công đường hầm qua vùng địa chất luôn có biến đổi và các thông số liên quan tới quá trình thiết kế, thi công không

dễ dàng để xác định chính xác. Nội dung và phạm vi quan trắc chủ yếu trong thi công đường hầm bao gồm:

 Thiết lập mạng lưới các mốc và tiến hành đo lún trên bề mặt;

 Đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất, sự thay đổi mực nước, hướng và tốc độ dòng

chảy;

 Đo ứng suất trong kết cấu vỏ hầm và trong khối đất xung quanh đường hầm.

 Đo biến dạng của lớp vỏ hầm

 Đo biến dạng, dịch chuyển và sự hình thành vết nứt tại các công trình chịu tác

động của quá trình thi công. Rõ ràng với những mục đích và nội dung quan trắc như vậy, công việc này phải được thực hiện trong toàn bộ các giai đoạn thực hiện của dự án, trước, trong và thậm chí cả sau quá trình thi công. Tùy thuộc vào mục đích quan trắc, quy mô và tầm quan trọng

Page 123

của công trình mà các biện pháp quan trắc khác nhau sẽ được sử dụng. Với mỗi nội dung, đối tượng quan trắc, đo đạc cụ thể, 2 thông số quan trọng nhất là mật độ thiết bị đo đạc và tần suất đo. Mật độ thiết bị đo đạc phản ánh số lượng thiết bị đo được lắp đặt trong không gian môi trường xây dựng còn tần suất đo đạc thể hiện thời gian giãn cách

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT giữa các lần đọc chỉ số của thiết bị đo và thời gian đo từ khi bắt đầu lắp đặt thiết bị đến khi ngừng công việc đo. Các thông số này được thiết lập trước khi thực hiện công tác

quan trắc và được điều chỉnh khi thực hiện trên cơ sở các số liệu đo thực tế. Ngoài ra, trong giai đoạn thiết kế cũng cần phải dự đoán những giá trị đo giới hạn, xu hướng biến đổi của các số liệu đo hay thực chất là những thay đổi xảy ra trên kết cấu công trình và

khối đất xung quanh. Giá trị này có ý nghĩa báo hiệu hạng mục được quan trắc đang nằm trong giới hạn nguy hiểm. Tùy thuộc vào tầm quan trọng của mỗi công trình, loại giá trị này còn được chia thành nhiều cấp khác nhau tương ứng với mức độ nguy hiểm tăng dần.

Dựa vào các số liệu quan trắc thu được, sau khi xử lý và phân tích, các bên tham gia dự án có thể đánh giá chất lượng, hiệu quả thi công công trình đã thực hiện, rút ra những kinh nghiệm và những biện pháp cần thực hiện để cải tiến chất lượng công việc,

phòng ngừa các dạng sự cố không để chúng xảy ra.

5.3.4 Ảnh hưởng của lún bề mặt đến công trình lân cận

qua chỗ lõm).

Khi một công trình được xây dựng gần vị trí thi công hầm, có thể xảy ra một trong

các dạng dịch chuyển sau:

 Lún đồng đều;

 Lún không đều giữa các gối;

 Quay toàn bộ hoặc quay không đều;

 Dịch chuyển ngang toàn bộ;

 Dịch chuyển ngang không đều khi chịu nén và chịu kéo.

L: Chiều dài phần tử theo hướng của máng lún; va : Độ lún tuyệt đối tại điểm A; v : Độ lún tuyệt đối lớn nhất;

max

VAB : Chênh lệch lún giữa A và B ;

Vmax : Chênh lệch lún lớn nhất;

 : Góc nghiêng; B C : Góc quay của đoạn BC ;

Các thông số chính trong chuyển vị của công trình được miêu tả hình vẽ 5.18 và 5.19





B C

 

B C 

B C : Góc quay tương đối (hay biến dạng góc) của đoạn BC ( c : Biến dạng góc tại điểm C ;

);

A D

Page 124

: Biến dạng tương đối = chuyển dịch lớn nhất tính trên đường thẳng nối điểm A

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT và D;



A D

A DL

: Tỷ lệ độ võng.

Chú ý rằng, độ võng tương đối thể hiện biến dạng cắt của kết cấu; độ võng tương đối thường liên quan tới biến dạng uốn

Hình 5.18 Chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay của công trình

Hình 5.19 Chuyển vị ngang của công trình

hb : Chuyển vị ngang tại điểm B







h A B : Biến dạng ngang giữa điểm A và điểm B

hAB

 ha

 hb ABL

  

  

Trong hình vẽ: h a : Chuyển vị ngang tại điểm A

5.3.5 Các giới hạn phá hoại công trình

Các giới hạn phá hoại sau đây thường sẽ được đề xuất áp dụng chung cho các công

trình xây dựng nhà cửa trên mặt đất.

Bảng 5.8 . Tiêu chuẩn giới hạn phá hoại các công trình nhà do biến dạng mặt đất

CÁC TÒA NHÀ CÓ TÍNH NHẠY CẢM CAO CÁC TÒA NHÀ THÔNG THƯỜNG

Cấp độ hư hỏng 1 Cấp độ hư hỏng 2 Mức độ hư hỏng cho phép

Page 125

Lún tổng cộng Smax ≤ 5mm Smax ≤ 15mm

Lún không đều ΔSmax ≤ 2mm ΔSmax ≤ 5mm

Độ nghiêng β ≤ 1/1000 β ≤ 1/500

Biến dạng ε ≤ 0.025 ε ≤ 0.075

Bảng 5.9. Phân loại các hư hỏng bề ngoài trên tường (Burland & Wroth, 1975)

Mô tả hư hỏng điển hình Cấp độ hư hỏng Mức độ nguy hiểm

Không đáng Vết nứt dạng sợi tóc, bề rộng nhỏ hơn 0.1mm 0

kể Rất nhẹ Nhẹ Vết nứt điển hình có độ mở rộng xấp xỉ 1mm Vết nứt điển hình có độ mở rộng xấp xỉ 5mm 1 2

Bình thường 3

Nghiêm trọng 4 Vết nứt điển hình có độ mở rộng từ 5mm đến 15mm hoặc các các vết nứt mật độ dày có độ mở rộng lớn hơn 3mm Vết nứt điển hình có độ mở rộng từ 15mm đến 25mm tuy nhiên còn phụ thuộc vào số lượng vết nứt

5 Rất nghiêm trọng Vết nứt điển hình có độ mở rộng lớn hơn 25mm tuy nhiên còn phụ thuộc vào số lượng vết nứt

Bảng 5.10. Quan hệ giữa loại hư hỏng và biến dạng kéo giới hạn

(Boscardin & Cording, 1989 và Burland (1995))

Loại hư Biến dạng kéo giới hạn Mức độ hư hỏng hỏng (%)

Hư hỏng hầu như không đáng kể 0-0,05 0

Hư hỏng rất nhẹ 0,05-0,075 1

Hư hỏng nhẹ 0,075-0,15 2

Hư hỏng trung bình 0,15-0,3 3

>0,3 4 tới 5 Hư hỏng nghiêm trọng đến rất nghiêm trọng

5.3.6 Các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng tác động các tòa nhà lân cận khi xây dựng đường hầm Metro trong đô thị

Các biện pháp này sẽ bao gồm bất kỳ giải pháp cải thiện nền đất cần thiết hoặc các công tác bảo vệ cho các kết cấu và công trình để nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra các hư hỏng vượt quá mức độ chấp nhận được. Các biện pháp sẽ bao gồm:

Page 126

 Tăng cường khả năng chịu tải của tòa nhà để chịu được các ứng suất bổ xung gây ra bởi hiện tượng lún nền đất bằng việc gia cường kết cấu và do đó thay đổi

ứng xử của nó đối với các tác động của quá trình đào hầm. Các công tác bổ xung kết cấu chống đỡ bên trong hay gia cường nền móng bên dưới đều bao gồm trong

các công tác này.

 Giảm mạnh nguy cơ lún gây ra trong quá trình đào hầm với các khiên chắn nhằm phòng ngừa sự phát triển của lún về phía nền móng các tòa nhà. Việc này thường dẫn đến việc xây dựng các tấm ngăn vật lý giữa nền móng tòa nhà với công trình hầm. Tấm khiên chắn thường được tạo thành bằng nền đất cố kết hoặc

gia cường như dải tường trong đất bằng vữa thấm, các cột vữa bơm, cọc đổ tại chỗ đường kính nhỏ, các tấm chắn thẳng đứng hoặc cọc hoặc tổ hợp của các hệ thống trên. Các màng chắn này có thể theo trục đứng nếu được thi công từ trên mặt đất

hoặc theo trục ngang nếu được thi công từ các giếng đứng phục vụ cho công tác thi công đặc biệt này hoặc từ các tầng hầm sâu nhất của các tòa nhà lân cận.

 Giảm triệt để khả năng gây chênh lệch thể tích đào mà có thể dẫn đến hiện tượng lún bề mặt. Việc này có thể đạt được bằng cách gia cường nền đất xung quanh nóc hầm hoặc toàn bộ mặt cắt trước khi tiến hành đào hầm bằng các kỹ thuật gia cố phù hợp nhất. Các chỉ dẫn đặc biệt liên quan đến vận hành TBM cũng

phải được xem xét để giảm thiểu nguy cơ gây chênh thể tích đào vượt quá mức cho phép.

 Bù lún, việc này có thể được thực hiện bằng kỹ thuật kích đẩy hoặc bơm vữa bù

thể tích.

5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

Luận án đã đề xuất phương pháp mô hình bài toán PTHH cải tiến tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt. Theo đó, hệ số Vloss nhập vào để phân tích bài toán được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án

thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó. Kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên.

Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Có thể đề xuất sử dụng mô hình này trong tính toán các bài toán tính lún mặt đất và phân tích đánh giá ảnh hưởng

tác động đến các công trình trên bề mặt khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đã áp dụng phương pháp mô hình cải tiến này để phân tích bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình trên mặt với số liệu cụ thể tại mặt cắt điển hình của dự án Metro Bến Thành – Suối Tiên, qua đó có một số nhận xét sau:

Page 127

* Khoảng cách từ tim ống hầm đến mép bệ móng nông hay móng cọc đủ lớn ( xấp xỉ 3,5D) thì không ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất do thi công ống hầm ngầm gây

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT ra. Ngược lại, việc thi công ống hầm không tác động nhiều đến chuyển vị móng công trình đô thị trên bề mặt. * Khi khoảng cách mép bệ móng nhỏ hơn 3,5D thì:

- Sự hiện diện của móng nông có ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất. Cụ thể là giá trị lún lớn nhất Smax nhỏ hơn trong trường hợp không có móng. Tuy nhiên tại vị trí mép bệ móng, thì đường cong lún xuất hiện điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng. - Kết quả cũng cho thấy ảnh hưởng của độ cứng của kết cấu móng nông đến đường cong lún là nhỏ khi đường cong lún của hai trường hợp này gần như là trùng nhau. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc khảo sát và đánh giá rủi ro đối với các công trình hiện hữu dưới ảnh hưởng tác động của công tác đào hầm - Sự hiện diện của móng cọc cũng ảnh hưởng đến đường cong lún mặt đất. Cụ thể giá trị độ lún lớn nhất của đường cong lún khi có móng đạt giá trị lớn hơn trong trường hợp không có móng. Và với các loại móng cọc ngắn và loại móng cọc dài thì giá trị độ lún lớn nhất cũng khác nhau. Điều đó có thể kết luận: Với sự hiện diện của các loại móng cọc trên bề mặt sẽ làm tăng độ lún lớn nhất của đường cong lún và các loại móng cọc khác nhau sẽ tác động đến giá trị lún bề mặt lớn nhất khác nhau. Tại vị trí mép bệ móng, thì đường cong lún xuất hiện điểm chuyển hướng tương ứng với điểm giới hạn của kết cấu móng. - Khi móng công trình nằm trong khu vực lân cận thi công Metro thì thấy có sự tác động tương hỗ giữa móng công trình đô thị với sự lún mặt đất. Cụ thể là các móng công trình đều xuất hiện các chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc xoay. Tuy nhiên với trường hợp móng nông, thì độ cứng của móng không ảnh hưởng nhiều đến những chuyển vị này, còn loại hình móng cọc thì chịu sự tác động khác nhau giữa các loại hình móng cọc ngắn hay móng cọc dài. Điều này cần nhấn mạnh thêm là mô hình chỉ giới hạn chuyển vị nhỏ, không xét đến tính không toàn khối và đứt gãy của móng dưới tác dụng của chuyển vị lệch.

Page 128

Chương 5 của luận án đã đề xuất Sơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằng TBM nhằm kiểm soát những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất bao gồm: Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công và Sơ đồ công nghệ trong quá trình thi công. Với sơ đồ công nghệ thi công TBM này cho phép chúng ta kiểm soát và kiềm chế những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất trước khi tổ chức thi công và ngay cả trong giai đoạn tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM. Ngoài ra chương 5 luận án cũng nghiên cứu những tác động của lún bề mặt đến những công trình hiện hữu trên bề mặt. Nghiên cứu các giới hạn phá hoại của công trình trên mặt với các tòa nhà thông thường và với các tòa nhà nhạy cảm. Từ đó phân tích biến dạng và đánh giá rủi ro với các tòa nhà, xây dựng qui trình khảo sát rủi ro các tòa nhà. Đồng thời nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng của lún bề mặt do thi công hầm Metro bằng công nghệ TBM đến các tòa nhà hiện hữu trên mặt.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KL1. Tổng kết quá trình, nội dung và kết quả nghiên cứu của luận án

Phổ biến ở những năm cuối của thế kỷ 20 là phương pháp thực nghiệm dựa trên các số liệu quan trắc thực tế của các công trình cụ thể, các tác giả xây dựng các công thức

thực nghiệm nhằm xác định độ lún lớn nhất và đường cong lún trên bề mặt. Tiêu biểu cho phương pháp này phải kể đến công bố của Peck năm 1969. Sau đó các nhà khoa học tiếp tục phát triển và điều chỉnh công thức của Peck dựa trên số liệu quan trắc thực tế các công trình tại các nước khác nhau, nhằm phù hợp hơn với những điều kiện cụ thể từng

nước. Sau này với sự phát triển công nghệ thì phương pháp PTHH hiện đang được sử dụng khá nhiều bởi phương pháp này có xem xét được những yếu tố kỹ thuật trong quá trình thi công, xem xét đến trình tự thi công...Tuy nhiên hiện tại chưa có nghiên cứu thực

nghiệm nào dựa trên các số liệu quan trắc thực tế tại các công trình xây dựng Metro tại Việt Nam. Vì thế liệu các công thức thực nghiệm được xây dựng dựa trên các số liệu quan trắc của những dự án của các nước khác có phù hợp với điều kiện cụ thể tại Việt Nam? Do đó vấn đề cấp bách hiện nay cần nghiên cứu khảo sát những số liệu quan

trắc của các công trình thực tế tại Việt Nam để điều chỉnh công thức sao cho phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Luận án so sánh kết quả quan trắc được tại hiện trường dự án xây dựng tuyến Metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên, TP Hồ Chí Minh với kết quả tính toán theo các

công thức lý thuyết của các tác giả công bố trước đó và thấy có những sai số nhất định. Từ đó cho thấy cần thiết phải có những nghiên cứu nhằm điều chỉnh công thức của Peck sao cho phù hợp hơn với điều kiện cụ thể tại Việt Nam. Luận án nghiên cứu đề xuất công thức tính VL. Đây là một đóng góp đáng kể cho lĩnh vực này, bởi các công thức được công bố trước của các tác giả nêu trên thì đều chưa xây dựng công thức tính VL mặc dù có xem xét sự mất mát thể tích này trong công thức

tính Smax và phương trình đường cong lún của mình. Điều đó có nghĩa là khi áp dụng thì chúng ta sẽ phải giả định hệ số VL theo kinh nghiệm thi công chứ chưa đưa ra công thức tính cụ thể nào. Đến đây luận án đã xây dựng công thức tính VL mà trong đó xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến VL như yếu tố hình học của ống hầm, điều kiện địa

chất, độ sâu đặt hầm và đặc biệt có xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công TBM như áp lực vữa bơm, thể tích vữa bơm. Để kiểm chứng công thức mà luận án công bố. Luận án đã áp dụng công thức Vloss tính với điều kiện cụ thể tại dự án Tuyến Metro Bến Thành- Suối Tiên và so sánh với kết quả quan trắc tại hiện trường. Kết quả cho thấy số

Page 129

liệu tính toán Vloss khá sát với giá trị đo tại các mặt cắt khảo sát và sai số trung bình của kết quả tính toán này với số liệu quan trắc thực tế chỉ là 4.75%. Sai số này cho thấy công thức Vloss mà luận án đề xuất có độ tin cậy và có ý nghĩa thực tiễn.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Luận án đã tiếp tục nghiên cứu đề xuất công thức tính Smax có xem xét đến các yếu tố kỹ thuật thi công và tải trọng chất thêm trên bề mặt. Để kiểm chứng công thức

Smax công bố, luận án áp dụng vào các điều kiện dự án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên và dùng các hệ số Vloss được tính toán bởi công thức Vloss mà luận án đề xuất để tính toán cho ra kết quả Smax tại các mặt cắt khảo sát. Kết quả đem so sánh với các số

liệu quan trắc tại hiện trường cho thấy sai số giữa kết quả tính với giá trị quan trắc trung bình chỉ còn 2.99 % bé hơn rất nhiều so với sai số mà các công thức của các tác giả nêu trên đã công bố. Điều đó có thể khẳng định rằng công thức Smax mà luận án đề xuất đã phản ánh đúng hơn và sát thực hơn ứng xử lún bề mặt tại dự án xây dựng Metro tuyến

Bến Thành Suối Tiên TP HCM. Đây là một đóng góp đáng kể trong trong lĩnh vực này Luận án tiếp tục nghiên cứu đề xuất điều chỉnh công thức hệ số máng lún i. Hệ số này phản ánh qui luật biện dạng và hình dạng đường cong lún bề mặt do thi công ống

hầm tròn gây ra. NCS đã đưa hệ số i, Smax, và Vloss đề xuất vào công thức tính đường cong lún của Peck và vẽ ra đường cong lún tại các mặt cắt điển hình trên đoạn tuyến Metro đi ngầm từ Bến Thành – Suối Tiến. Kết quả cho thấy đường công lún được vẽ bới Smax, Vloss, và i đề xuất của luận án bám rất sát với những số liệu quan trắc tại hiện

trường. Điều đó chứng tỏ đường cong lún của Peck mà được điều chỉnh bởi các hệ

số Smax, Vloss, i phản ánh được qui luật biến dạng bề mặt khi thi công tuyến Metro ngầm tại TP Hồ Chí Minh. Và đây là những đóng góp khoa học về lĩnh vực này có giá trị áp dụng với các điều kiện thi công đoạn tuyến Metro ngầm chìm tại TP Hồ

Chí Minh.

Luận án đã hoàn thiện hơn phương pháp mô hình bài toán PTHH tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt bằng cách sử dụng hệ số Vloss

được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó. Kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH được so sánh đối chứng với số liệu quan trắc tại hiện trường cho

thấy kết quả tính toán phản ánh đúng với qui luật lún mặt đất và chuyển vị đáy móng các công trình thuộc dự án xây dựng tuyến Metro Bến Thành –Suối Tiên. Điều đó có thể khẳng định, mô hình bài toán PTHH cải tiến với hệ số Vloss tính toán theo công thức chương 4 có ý nghĩa khoa học và thực tiến. Có thể đề xuất sử dụng mô hình này trong

tính toán các bài toán tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng khi thi công hầm Metro bằng TBM.

Luận án đề xuất Sơ đồ công nghệ thi công đường hầm metro bằng TBM nhằm

Page 130

kiểm soát những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất bao gồm: Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công và Sơ đồ công nghệ trong quá trình thi công. Với sơ đồ công nghệ thi công TBM này cho phép chúng ta kiểm soát và kiềm chế những tác động ảnh hưởng đến công trình đô thị trên mặt đất trước khi tổ chức thi công và ngay

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT cả trong giai đoạn tổ chức thi công đường hầm Metro bằng TBM.





V L

0.78

0.7

 p K



V .





 . Z

31, 6.10 2.3    Z

p a

KL2 Những đóng góp mới của luận án KL2.1 Nghiên cứu đề xuất công thức tính Vloss

Trong đó:

VL: Hệ số mất mát thể tích ( %)

ps: Áp lực bơm vữa trước mặt gương đào ( Mpa) pa: Áp lực bơm vữa theo phương z ( Mpa) Ko: Hệ số áp lực đất

σZ: áp lực đất theo phương Z của địa chất (Mpa) V: thể tích vữa bơm (m3)

0.96





max

 V L

D P . Z

E 

  

1.65   

  

1.7   

KL2.2Nghiên cứu đề xuất công thức tính Smax

Trong đó:

Smax: Độ lún lớn nhất tại vị trí tim ống hầm (mm)

D: Đường kính ống hầm (m) VL: Hệ số mất thể tích ( %) Z: Độ sâu tim hầm. (m) : Trọng lượng riêng địa chất mà ống hầm đi qua ( KN/m3) E: Modun đàn hồi của địa chất mà ống hầm đi qua ( Mpa)

P: Giá trị tải trọng chất thêm trên bề mặt (KN/m)

0.52

Z D

   

0.8   

KL2.3 Nghiên cứu đề xuất công thức tính hệ số máng lún i

Trong đó:

i: Hệ số máng lún Z: Độ sâu tim hầm (m) D: Đường kính ống hầm (m)

P: Tải trọng rải đều trên bề mặt ( KN/m)

KL2.4 Luận án đã hoàn thiện hơn phương pháp mô hình bài toán PTHH tính lún mặt đất và chuyển vị đáy móng công trình hiện hữu trên mặt bằng cách sử dụng hệ số Vloss được tính toán theo công thức đề xuất tại chương 4 của luận án thay vì nhập số liệu

Page 131

giả định theo kinh nghiệm thi công như các mô hình trước đó.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT KL2.5 Đề xuất Sơ đồ công nghệ thi công đường hầm Metro nhằm kiểm soát những tác động ảnh hưởng đến công trình hiện hữu trên bề mặt bao gồm:

-Sơ đồ công nghệ trước khi tổ chức thi công ( phụ lục 6) -Sơ đồ công nghệ trong quá trình thi công ( phụ lục 7)

KL3 Những tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp Một số tồn tại của luận án đó là mới nghiên cứu dựa trên số liệu khảo sát quan trắc tại một công trình ở Việt Nam. Tham vọng ban đầu là có thể sử dụng số liệu quan trắc của hai dự án là dự án Tuyến Metro số 1 Bến Thành Suối Tiên TP Hồ Chí Minh và dự án Tuyến Nhổn – Ga Hà Nội , TP Hà Nội. tuy nhiên do tiến độ thi công dự án tuyến Nhổn

Ga Hà Nội bị chậm, nên luận án chưa thể tiếp cận số liệu này trong nghiên cứu của mình. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án sẽ tiếp tục chờ đợi dự án Nhổn Ga Hà Nội thi công sẽ tiếp cận và thu thập số liệu quan trắc tại dự án để tiếp tục hoàn thiện công

thức của mình nhằm tăng tính độ tin cậy trong dự báo lún bề mặt khi thi công tuyến Metro ngầm chìm tại Việt Nam Luận án mới tập trung nhiều vào lún bề mặt, chưa có đủ thời gian để khảo sát kết cấu tòa nhà cụ thể chạy dọc tuyến Metro và khảo sát quan trắc các biến dạng các tòa nhà này.

Hướng nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục nghiên cứu khảo sát các tòa nhà chạy dọc tuyến Bến Thành – Ba son để xây dựng các công thức dự báo nguy hiểm cho các loại hình tòa nhà khác nhau.

Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu để đánh giá các yếu tố ảnh hường khác của đất nền

KL4 Một số kiến nghị - Kiến nghị các đơn vị liên quan đến lĩnh vực thiết kế và xây dựng metro ở Việt Nam tham khảo mô hình và công thức thực nghiệm mà luận án đã đề xuất để dự báo lún bề mặt trong quá trình thi công các tuyến Metro tiếp theo tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. - đến hiện tượng lún bề mặt khi thi công tuyến hầm Metro bằng công nghệ TBM. - Kiến nghị các nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng các đại lượng vật lý

Page 132

của hệ thống TBM khác nhau đối với mô hình bài toán.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH

1. Thach Bich Nguyen, Xuan Nam Ho (2016), Analysis of factors affecting the surface

subsidence due to shield tunnel construction tại Hội thảo Quốc tế ICSCE tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải.

2. Thach Bich Nguyen, Phuong Duy Nguyen (2016), Numerical analysis of ground

surface settlement due to volume loss during the tunnel construction by TBM tại Hội thảo Quốc tế ICSCE tổ chức tại Đại Học Giao Thông Vận Tải. 3. Nguyễn Thạch Bích, Nguyễn Phương Duy, Lê Thành Lê (9/2017), Nghiên cứu ảnh hưởng của thi công nhà Ga Metro đến lún bề mặt, Tạp chí Giao thông Vận Tải. 4. Thach Bich Nguyen, Phuong Duy Nguyen (2018), Ground movement analysis during the construction by numerical method of the Opera House underground station, Ho Chi Minh city tại Hội thảo Quốc tế ICSCE tổ chức tại Đại Học

Giao Thông Vận Tải.

5. Nguyễn Thạch Bích, Nguyễn Phương Duy, Lê Thành Lê (12/2019), Nghiên cứu tác động tương hỗ của các dạng móng nông trên mặt đất đến lún bề mặt do thi công hầm bằng công nghệ TBM, Tạp chí Giao thông Vận Tải.

6. Thach Bich Nguyen, Thanh Le Le, and Phuong Duy Nguyen (2020), Numerical Analysis of the Influence of Shield-Gap Pressure on the Volume Loss and Surface Settlement of the TBM Tunneling, Lecture Notes in Civil Engineering,

ISSN 2366-2557, https://doi.org/10.1007/978-981-16-0053-1

7. Nguyễn Thạch Bích, Nguyễn Phương Duy, Nguyễn Ngọc Thanh (11/2021), Hệ số mất thể tích gây ra do thi công hầm bằng công nghệ TBM cân bằng áp lực đất, kết quả quan trắc và phân tích số bằng phương pháp PTHH, Tạp chí Giao

thông Vận Tải.

Page 133

8. Nguyễn Thạch Bích, Trần Đức Nhiệm, Nguyễn Phương Duy (08/2022), Khảo sát hệ số mất thể tích trên cơ sở các số liệu quan trắc trong quá trình thi công hầm bằng TBM tại tuyến Metro số 1, TP Hồ Chí Minh, Tạp chí Giao thông Vận Tải.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Suwansawat S. (2006), “Using Artificial Neural Networks for Predicting Surface

Settlements over Twin Tunnels” ( 1)

2. J B Burland and C P Wroth, 1974, “ Setlemet of buildings and associated damage” ,

Conference on Settlement of Structures, Cambridge, April 1974, section5, pp611-654 (2)

J B Burland (1977), “ Behaviour of foundation and structures” , Paper presented at 9th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,

Tokyo, July 1977, Section2. (3)

4. Liu xing (Nj, JS, China). (2009), “JGJ 120-99 building foundation pit support technical regulations(Chinese Edition)”, AbeBooks Seller Since April 7, 2009

(4)

5. P. Erik Mikkelsen (2003), Advances in Inclinometer Data Analysis, Ground

Engineering.15, pp.13-22 (5)

6. RN Hwang, ZC Moh, CH Wang, (2007) “Toe movements of diaphragm walls and

correction of inclinometer readings” Journal of geoengineering, 2007 (06)

7. A Rahman, M Taha, (2005), “ Geotechnical performance of embedded cast-in-situ diaphragm walls for deep excavations” Slovak journal of civil engineering,

2005 (07)

8. Tiêu chuẩn TCVN 3972 (1985) “Công tác trắc địa trong xây dựng công trình”. 9. Trần Khánh , (1991) “Quy trình công nghệ quan trắc chuyển dịch biến dạng công

trình” đề tài nhánh của đề tài cấp nhà nước 46A-05-01

10. GPS. Nguyễn Quang Phúc, (7-2006), “Thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng công trình thành lập bằng công nghệ”. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 15,.

11. Sagaseta, C. 1987. Analysis of undrained soil deformation due to ground loss.

Géoteclmique 373,301-320.

12. Verruijt, A. & Booker, J.R. 1996. Surface settlements due to deformation of a

tunnel in an elastic half plane. Geotechnique 46(4): 753–756.

13. Lee, K.M., Rowe, R.K. & Lo, K.Y. 1992. Subsidence due to tunnelling: Estimating

the gap parameter. Canadian Geotechnical Journal 29(6): 929–940.

14. Loganathan, N. & Poulos, H.G. 1998. Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental

Engineering 124(9): 846–856.

Page 134

15. Macklin, S.R. and Field, G.R. (1999). The response of London clay to full-face TBM tunnelling at West Ham, London. In: Proc. Int. Conf. On Urban Ground

Engineering, Hong Kong, 11-12 November 1998. London: Thomas Telford.

16. Macklin, S.R. (1999). The prediction of volume loss due to tunnelling in

overconsolidated clay based on heading geometry and stability number. Ground Engineering, 32 (4), 30- 33.

17. Mair, R.J., Gunn, M.J. and O’Reilly, M.P. (1981). Ground movements around

shallow tunnels in soft clay. Proc. 10th ICSE, Vol. 1, Stockholm, 15-19 June. Rotterdam: Balkema, 323-328.

18. O’Reilly, M.P. (1988). Evaluating and predicting ground settlements caused by tunnelling in London clay. In: Proc. Int. Symposium Tunnelling ‘88, London

18-21 April. London: Institution of Mining and Metallurgy, 231-241. 19. Broms, B.B. and Bennermark, H. (1967). Stability of clay in vertical openings.

Journal of Soil Mechanics and Foundations, ASCE, 193, 71-94.

20. W. Chou and A. Bobet (2002). Predictions of ground deformations in shallow tunnels in clay, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 17, pp. 3–19

21. Schmidt, B. (1969). Settlements and ground movements associated with tunnelling

in soil. Thesis (PhD). University of Illinois.

22. Peck, R.B. 1969. Deep excavations and tunnelling in soft ground. 7th Int. Conf. on

Soil Mech. and Found. Engrg., Mexico, 1969.

23. O’Reilly, M.P and New, B. (1982). Settlement above tunnels in the United Kingdom- their magnitude and prediction. In: Proc. Int. Symposium Tunnelling ‘82, London, 7-11 June. London: Institution of Mining and Metallurgy, 173- 181

24. ATKINSON, J. H. & POTTS, D. M. (1978) Calculation of stresses and deformations around shallow circular tunnels in soft ground by the method of associated fields in Computer Methods in Tunnel Design, Burt, A. ed., (The

Institution of Civil Engineers), 61-84, (Proc. Conf. on Computer Methods in Tunnel Design, 1977)

25. Mair, R.J. (1993). Developments in geotechnical engineering research: Application to tunnels and deep excavations. Proceedings ICE Civil Engineering, 93 (1),

27-41.

26. Attewell, P. B. (1977). “Ground movements caused by tunneling in soil.” Conference on Large Ground Movements and Structure, Wiley, New York, pp. 812–948.

Page 135

27. Clough, G. W. & Schmidt, B. 1981. Design and performance of excavations and tunnels in soft clay. Soft Clay Engineering (Eds Brand, E. W. & Brenner,R. P.) 569-636. Amsterdam : Elsevier

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 28. Attewell, P.B. and Woodman, J.P. (1982). Predicting the dynamics of ground settlement and its derivatives caused by tunnelling in soil. Ground Engineering,

15 (8), 13-22.

29. Mair, R.J., Taylor, R.N. (1997) Bored tunnelling in the urban environment. In: Proceedings. Forteenth International Conference on Soil Mechanics and

Foundation Engineering. Hamburg. 4:2353–2385.

30. Chow, L. (1994). Prediction of surface settlement due to tunnelling in soft ground.

Thesis (MSc). University of Oxford.

31. Sagaseta C (1987) Analysis of undrained soil deformation due to ground loss.

Geotechnique 37(3):301–320

32. Mair, R.J. and Taylor, R.N. (1993). Prediction of clay behaviour around tunnels using plasticity solutions. In: Predictive Soil Mechanics: Proc. Wroth Memorial

Symposium, Oxford, 27-29 July 1992. London: Thomas Telford, 449-463.

33. O’Reilly, M.P and New, B. (1982). Settlement above tunnels in the United Kingdom- their magnitude and prediction. In: Proc. Int. Symposium Tunnelling ‘82, London, 7-11 June. London: Institution of Mining and Metallurgy, 173-

181.

34. Liu G. (1997). Numerical modelling of damage to masonry buildings due to

tunnelling, DPhil Thesis, Oxford Universit, pp.189-209.

35. Ahangari, K., Moeinossadat, S.R. and Behnia, D. (2015), “Estimation of tunnelling- induced settlement by modern intelligent methods”, Soils Found., 55(4), 737- 748. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2015.06.006.

36. FRANZA, A. M. MARSHALL†, B. ZHOU‡, N. SHIRLAW§ and S. BOONE∥ “Greenfield tunnelling in sands: the effects of soil density and relative dep” - - Franza, A. et al. (2020). Géotechnique 70

37. Ali Naghi Dehghan1,*, Ehsan Bagheri1, Meysam Khodaei2 and Rouzbeh Imani Kalehsar ( 2021), “Evaluating the effect of EPBM operational parameters on

surface settlement in soft ground” - Journal of Geophysics and Engineering (2021)

38. Brinkgreve, R. B. J., and Broere, W. (2004). Plaxis 3D tunnel reference manual,

version 2, Delft Univ. of Technology and Plaxis bv, Delft, Netherlands, 3–40.

39. Benz, T. (2007). “Small-strain stiffness of soil and its numerical consequences.” Ph.D. thesis, Univ. of Stuttgart, Stuttgart, Germany, 193. Brinkgreve, R. B. J. (2005). “Selection of soil models and parameters for geotechnical application.”

Proc., GeoFrontiers 2005: Soil Constitutive Models, Evaluation, Selection, and Calibration, ASCE, Reston, VA, 69–97.

Page 136

40. B.-Z. Yao, C.-Y. Yang, B. Yu, F.-F. Jia, and B. Yu,( 2010) “Applying support

vector machines to predict tunnel surrounding rock displacement,” Applied Mechanics and Materials, vol. 29-32, pp. 1717–1721, 2010.

41. Brinkgreve, R. B. J., et al. (2012). Plaxis 3D material models manual, Delft Univ.

Of Technology and Plaxis bv, Delft, Netherlands, 202.

42. Bouayad, D. and Emeriault, F. (2017), “Modeling the relationship between ground

surface settlements induced by shield tunneling and the operational and geological parameters based on the hybrid PCA/ANFIS method”, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 68, 142-152. https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.03.011. 43. Cording, E. J., Hansmire, W. H (1975): Displacements around soft ground tunnels,

pp 571-632.

44. Lee and R. Sterling,(1992) “Identifying probable failure modes for underground openings using a neural network,” International Journal of Rock Mechanics and

Mining Sciences, vol. 29, no. 1, pp. 49–67, 1992.

45. Y. Kim, G. J. Bae, S. W. Hong, C. H. Park, H. K. Moon, and H. S. Shin, (2001) “Neural network based prediction of ground surface settelements due to tunnelling,” Computers and Geotechnics, vol. 28, no. 6-7, pp. 517–547, 2001.

46. Chow, B. (2006). “Double-O-Tube shield tunneling technology in the Shanghai rail transit project.” Tunneling Underground Space Technol.,21, 594–601. 47. Yoo and J.-M. Kim, “Tunneling performance prediction using an integrated GIS

and neural network,” Computers and Geotechnics, vol. 34, no. 1, pp. 19–30, 2007.

48. Chen, S. L., Gui, M. W., and Yang, M. C. (2012). “Applicability of the principle of superposition in estimating ground surface settlement of twin-and quadruple-

tube tunnels.” Tunneling Underground Space Technol., 28, 135–149. 49. Chen, R.P., Zhang, P., Kang, X., Zhong, Z.Q., Liu, Y. and Wu, H.N. (2019), “Prediction of maximum surface settlement caused by EPB shield tunneling

ANN methods”, Soils Found., 59(2), 284-295.

with https://doi.org/10.1016/j.sandf.2018.11.005.

50. Ding, W.Q., Yue, Z.Q., Tham, L.G., Zhu, H.H., Lee, C.F. and Hashimoto, T. (2004), “Analysis of shield tunnel”, Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech.,

28(1), 57-91. https://doi.org/10.1002/nag.327.

51. Ding, Z. Wei, X.J. and Wei, G. (2017), “Prediction methods on tunnel-excavation induced surface settlement around adjacent building”, Geomech. Eng., 12(2), 185-195.

https://doi.org/10.12989/gae.2017.12.2.185.

Page 137

52. Dongku Kim1b, Khanh Pham1a, Sangyeong Park1b, Ju-Young Oh2a and Hangseok Choi, ( 2020) “Determination of effective parameters on surface

settlement during shield TBM”, Geomechanics and Engineering, Vol. 21, No. 2 (2020) 153-164 DOI: https://doi.org/10.12989/gae.2020.21.2.153

53. Dongku Kim, Sangyeong Park, Khanh Pham, Ju-Young Oh ( 2020) “Determination of effective parameters on surface settlement during shield TB M” - ResearchGate 2020

Geomech. metro”, 15(2), Eng.,

54. Eskandari, F., Goharrizi, K.G. and Hooti, A. (2018), “The impact of EPB pressure on surface settlement and face displacement in intersection of triplet tunnels at Mashhad 769-774. https://doi.org/10.12989/gae.2018.15. 2.769

55. Suwansawat S. (2006), “Using Artificial Neural Networks for Predicting Surface

Settlements over Twin Tunnels” ( 30)

56. Horn, M. (1961). Alagutak homlokbiztositasara hat6 vizszintes

foldnyomasvizsgalat néhany eredménye. Az orszégos mélyé~ pitéipari konferencia eloadasai, Kdzlekedési Dokumentacios Vallalat, Budapest (in Hungarian). See also "Horizontaler Erddruck auf senkrechte Abschlussflachen von Tum1eln", In: Landeskonferenz der ungarischen Tiejbauindustrie,

Budapest (German transalation, STUVA, Dtisseldorf). Anagnostou, G. & K. Kovari (1996). Anagnostou, G. & K. Kovari 1996, Underground Space Technology, 11, No. 2 (in Print).

57. Hunt, D. (2004). “Predicting The Ground Movements Above Twin Tunnels Constructed In London Clay”. PhD Thesis. Department of Civil Engineering, School of Engineering, The University of Birmingham

58. H. Rafiai and A. Jafari, (2011) “Artificial neural networks as a basis for new

generation of rock failure criteria,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 48, no. 7, pp. 1153–1159, 2011.

59. Hamid Chakeri , Bahtiy (2013), “A new equation for estimating the maximum

surface settlement above tunnels excavated in soft ground” - Environmental Earth Sciences · April 2013

60. Hamid Chakeri ,Yilmaz Ozcelik, Bahtiyar Ünver ( 2014), “Investigation of ground surface settlement in twin tunnels driven with EPBM in urban area” - -

Arabian Journal of Geosciences · December 2014

61. Hasanipanah, M., Noorian-Bidgoli, M., Jahed Armaghani, D. And Khamesi, H. (2016), “Feasibility of PSO-ANN model for predicting surface settlement caused by tunneling”, Eng. ., 32(4), 705-715. https://doi.org/10.1007/s00366-

016-0447-0

Page 138

62. J. Ghaboussi and D. E. Sidatra, (1997), “New method of material modeling using neural networks,” in Proceedings of the 6th International Symposium on

Numerical Models in Geomechanics, S. Pietruszczak and G. N. Pande, Eds., pp. 393–400, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, July 1997

63. J. H. Hu, F. S. Wang, and S. X. Zhang,(2001), “Identification of surrounding rock stability of underground engineering MBP neural network,” Geological Exploration for Non-Ferrous Metals, vol. 4, no. 12, pp. 63–64, 2001 64. J. C. Jan, S.-L. Hung, S. Y. Chi, and J. C. Chern, “Neural network forecast model in deep excavation,” Journal of Computing in Civil Engineering, vol. 16, no. 1, pp. 59–65, 2002.

65. J. Shi, J. A. R. Ortigao, and J. Bai, (2008) “Modular neural networks for predicting

settlements during tunneling,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 124, no. 5, pp. 389– 395, 1998

66. Ju, H., Chen, C. H., Lin, C. H., and Yao, T. L. (2008). “Summary for the analysis

of the Taipei MRT Double-O-Tube bored tunnel.” SinoGeotechnics, 118, 37– 46 (in Chinese).

67. Jinxing Lai,1,2 Junling Qiu,2 Zhihua Feng,2 Jianxun Chen,1,2 and Haobo Fan ( 2016) “Prediction of Soil Deformation in Tunnelling Using Artificial Neural

Networks” , -,- Hindawi Publishing Corporation Computational Intelligence and Neuroscience Volume 2016,

68. Jim Shiau1 and Mathew Sams ( 2018), “Estimation of tunneling induced ground

settlement using pressure relaxtion method” .- - International Journal of GEOMATE, Nov., 2017

69. Jizhi Huang1, Yong Zhang2,3,4,*, Xiaowei Ouyang5,* and Guoyuan Xu1 ( 2019), “Lagged settlement in sandy cobble strata and earth pressure on shield tunnel”-

- http://www.aimspress.com/journal/MBE ( 2019)

70. Kim, C.Y., Bae, G.J., Hong, S.W., Park, C.H., Moon, H.K. and Shin, H.S. (2001), “Neural network based prediction of ground surface settlements due to

Geotech., Comput. 28(6- 7), 517-547.

tunneling”, https://doi.org/10.1016/S0266-352X(01) 00011-8

71. K. M. Neaupane and N. R. Adhikari, ( 2006) “Prediction of tunnelinginduced the multi-layer perceptron,” Tunnelling and ground movement with

Underground Space Technology, vol. 21, no. 2, pp. 151–159, 2006.

72. Klar, A., Vorster, T. E., Soga, K. & Mair, R. J. (2007). Elastoplastic solution for soil–pipe–tunnel interaction. J. Geotech. Geoenviron. Engng 133, No. 7, 782– 792, https://doi.org/10.1061/(ASCE) 1090- 0241(2007)133:7(782)

Page 139

73. Kao, C. C., Chen, C. H., and Hwang, R. N. (2008). “Minimization of settlements during tunneling under Songshan Airport.” Sino-Geotechnics, 118, 5–18 (in Chinese).

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 74. Ke, W. Y.

“Ground (2011).

settlement of Double-O-Tube surface shield tunnel for airport access MRT in Taipei basin.” Masters degree

dissertation,

75. Klar, A., Elkayam, I. & Marshall, A. M. (2015). Design oriented linear-equivalent approach for evaluating the effect of tunneling onpipelines. J. Geotech.

Geoenviron. E ://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606. 0001376.

76. Kohestani, V.R., Bazargan-Lari, M.R. and Asgari-marnani, J. (2017), “Prediction of maximum surface settlement caused by earth pressure balance shield forest”, J. AI Data Min., 5(1), 127-135. tunneling using random

://doi.org/10.22044 /jadm.2016.748.

77. Kim, K., Oh, J.Y., Lee, H., Kim, D. and Choi, H. (2018), “Critical face pressure and backfill pressure in shield TBM tunneling on soft ground”, Geomech. Eng.,

15(3), 823-831. https://doi.org/10.12989/gae.2018.15.3.823.

78. Loganathan, N. & Poulos, H. G.

In Clays. Journal

Tunnelling Geotechnical Induced Ground Movement and Geoenvironmental (1998). Analytical Prediction For of September Engineering /

1998

79. Loganathan, N. and Poulos, H.G. (2002), “Analytical prediction for tunneling- induced ground movements in clays”, J. Geotech. Geoenviron. Eng., 124(9),

846-856. https://doi.org/10.1061/(asce)1090-0241(1998)124:9(846). 80. Leca, E. and New, B. (2007), “Settlements induced by tunneling in soft ground”, 119-149. Technol., Undergr. 22(2), Sp.

Tunn. https://doi.org/10.1016/j.tust.2006.11.001.

81. L. Cantieni, G. Anagnostou, and R. Hug, (2011) “Interpretation of core extrusion measurements when tunnelling through squeezing ground,” Rock Mechanics and Rock Engineering, vol. 44, no. 6, pp. 641–670, 2011.

82. L. Y. Ding, F. Wang, H. B. Luo, M. Yu, and X. Wu, (2013) “Feedforward analysis for shield-ground system,” Journal of Computing inCivil Engineering, vol. 27, no. 3, pp. 231–242, 2013.

83. Mair, R.J. (1983), “Geotechnical aspects of soft ground tunneling”, Proceedings of

the International Symposium on Construction Problems in Soft Soils, Singapore.

84. Mair, R. J. (1993). Developments in geotechnical engineering research:application to tunnels and deep excavations Proc. Inst. Civil Engineers, Civil Engineering,

Vol.93, 27-41

Page 140

85. Mair, R. J. & Taylor, R. N. (1997). Bored tunneling in the urban environment. In 14th International conference on soil mechanics and foundation engineering,

pages 2353–2385. 5, 10, 14, 169

86. Michael J. Kavvadas,( 2003), Monitoring and Modelling ground deformations

tunelling, Proceedings, 11th FIG Symposium on Deformation

during Measurements, Santorini, Greece, 2003

87. Marshall, A. M., Farrell, R., Klar, A. & Mair, R. (2012). Tunnels in sands: the

loss on greenfield displacements.

effect of size, depth and volume Géotechnique 62, No. 5, 385–399, https://doi.org/ 10.1680/geot.10.P.047

88. Marshall, A. M. & Franza, A. (2017). Discussion of “Observation of ground movement with existing pile groups due to tunneling in sandusing centrifuge

modelling” by Ittichai Boonsiri and Jiro Takemura. Geotech. Geol. Engng 35, No. 1, 535–539, https://doi.org/10.1007/ s10706-016-0083-x

89. Melis, M., Medina, L. and Rodríguez, J.M. (2002), “Predictionand analysis of

subsidence induced by shield tunnelling in theMadrid Metro extension”, Can. Geotech. J., 39(6), 1273-1287. https://doi.org/10.1139/t02-073.

90. Neaupane, K.M. and Adhikari, N.R. (2006), “Prediction of tunneling-induced ground movement with the multi-layer perceptron”, Tunn. Undergr. Sp.

Technol., 21(2), 151-159. https://doi.org/10.1016/j.tust.2005.07.001. 91. National Taipei Univ. of Technology, Taipei, Taiwan, 119 (in Chinese). Mathew, G. V., and Lehane, B. M. (2012). “Numerical back-analysis of

greenfield settlement during tunnel boring.” Can. Geotech. J., 50, 145–152.

92. NOROUZI H. ( 2020), “The effect of loading type on the amount of effect of loading on the surface settlement during forepoling tunnel excavation in JOURNAL OF APPLIED diffrent geotechnical conditions” - -

ENGINEERING SCIENCES( 1/2020)

93. O'Reilly, M.P. and New, B.M. (1982), “Settlements above tunnels in the United the 3rd their magnitude and prediction”, Proceedings of Kingdom -

International Symposium on Tunnelling’82, Brighton, U.K., June.

94. O’rourke, M.J. & Liu, X. (1999). Response of buried pipelines subject to Earthquake effects. Monograph No.III, MCEER (Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research) Publications, University at Buffalo, Red

JacketQuadrangle,Buffalo, NY 14261

95. Ocak, Sadi Evren Seker, (2013), “Calculation of surface settlements caused by tunneling using artificial neural network, SVM, and Gaussian

EPBM processes”- - Environmental Earth Sciences · October 2013

Page 141

96. Peck, R.B. (1969), “Deep excavations and tunneling in soft ground”, Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Mexico City, Mexico.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT 97. Park, K.H. (2005), “Analytical solution for tunnelling-induced ground movement in 249-261.

Technol., Undergr. clays”, 20(3), Tunn. Sp.

https://doi.org/10.1016/j.tust.2004.08.009. (80)

98. Power, M. S., Rosidi, D. & Kaneshiro, J. (1996). Strawman: screening, evaluation, and retrofit design of tunnels. Report Draft. Vol. III, National Center for

Earthquake Engineering Research,Buffalo, New York

99. Park, K.H. (2005), “Analytical solution for tunnelling-induced ground movement in 249-261. Technol., Undergr. 20(3), Tunn. Sp.

clays”, https://doi.org/10.1016/j.tust.2004.08.009. (80)

100. Paolucci, R., Pitikalis, k. (2007). Seismic risk assessment of underground structures under transient ground deformation. In Pitikalis, K. (editor). Earthquake Geotechnical Engineering. Chapter 18, pp 433-459. SpringerVienna 101. Peng, F. L., et al. (2011). “Field measurements and finite-element method simulation of a tunnel shaf constructed by pneumatic caisson method in shanghai soft ground.” J. Geotech. Geoenviron. Eng., 10.1061/(ASCE) GT.1943-5606.0000460, 516–524.

102. Pescara, M., Gaspari G. M., & Repetto, L. (2011). Design of underground structures under seismic conditions: a long deep tunnel and a metro tunnel. Geodata Engineering SpA, Torino, Italy

103. Pinto, F., Zymnis, D. M., and Whittle, A. J. (2014). “Ground movements due to shallow tunnels in soft ground. II: Analytical interpretation and prediction.” J. Geotech. Geoenviron. Eng., 10.1061/(ASCE)GT.1943 -5606.0000947, 04013041.

104. Profillidis, V.A. and Botzoris, G.N. (2019), Chapter 5 – Statistical Methods for

Transport Demand Modeling, in Modeling of Transport Demand, Elsevier.

105. Rankin, W. J. (1988). “Ground Movements Resulting from Urban

Predictions and Effects.” Engineering Geology of

Tunnelling: Underground Movements Geological Society, 76-88.

106. Ritter, S., Giardina, G., DeJong, M. J. & Mair, R. J. (2017). Influence of building characteristics on tunnelling-induced groundmovements. Géotechnique 67, No.

10, 926–937, https://doi.org /10.16 80/jgeot.SIP17.P.138

107. R. Kohestani , Mohammad Reza Bazargan-Lari ( 2017), “Prediction of maximum surface settlement caused by earth pressure balance shield tunneling using random forest” https://www.researchgate.net Journal of Artificial Intelligence

and Data Mining · March 2017

Page 142

108. Rezaei, A.H., Shirzehhagh, M. and Golpasand, M.R.B. (2019), “EPB tunneling in cohesionless soils: A study on Tabriz Metro settlements”, Geomech. Eng.,

19(2), 153-165. https://doi.org/10.12989/gae.2019.19.2.153.

109. Sagaseta, C. (1987), “Analysis of undraind soil deformation due to ground loss”,

Geotechnique, 37(3), 301-320. https://doi.org/10.1680/geot.1987.37.3.301.

110. . S.-S. Leu, C.-N. Chen, and S.-L. Chang,(2001) “Data mining for tunnel support stability: neural network approach,” Automation in Construction, vol. 10, no. 4,

pp. 429–441, 2001.

111. Suwansawat, S. and Einstein, H.H. (2006), “Artificial neuralnetworks forpredicting the maximum surface settlement caused by EPB shield tunneling”, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 21(2), 133-150. https://doi.org/10.1016/j.tust.

2005.06.007.

112. Santos, O.J. and Celestino, T.B. (2008), “Artificial neuralnetworks analysis of São Paulo subway tunnel settlement data”, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 23(5),

481-491.https://doi.org/10.1016/J.TUST.2007.07.002

113. Selamet G. Ercelebi, Hanifi Copur, Ocak ( 2011), “ Surface settlement predictions for Istanbul Metro tunnels excavated by EPBTBM “–nvironmental Earth Sciences · January 2011

114. S. Mahdevari, S. R. Torabi, and M. Monjezi, ( 2012) “Application of artificial intelligence algorithms in predicting tunnel convergence to avoid TBM jamming phenomenon,” International Journal of Rock Mechanics & Mining

Sciences, vol. 55, pp. 33–44, 2012

115. Shong-Loong Chen1; Shen-Chung Lee2; and Yu-Syuan Wei3 ( 2016) – “Numerical Analysis of Ground Surface Settlement Induced by Double-O Tube Shield Tunneling” - J. Perform. Constr. Facil.

116. S.U. Novozhenina, M.G. Vystrchil ( 2016), “New Method of Surface Settlement Prediction for Saint-Petersburg Metro Escalator Tunnels Excavated by EPB TBM” , International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016,

Available online at www.sciencedirect.com

117. Sayed Rahim Moeinossadat1, Kaveh Ahangari1, Kourosh Shahriar ( 2016) “Calculation of maximum surface settlement induced by EPB shield tunnelling and introducing most effective parameter” - - : https://www.researchgate.net

Journal of Central South University · December 2016

118. Takahiro Aoyagi (1995): Representing Settlement for Soft Ground Tunnelling, Mater of science in Civil and Environmental Engineering at the Massachusetts Institute of Technology, USA

119. Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels Civil Elements.

Publication No. FHWA-NHI-10-034. December 2009.

Page 143

120. Shimizu, Maeda joint operation (SMJO), Ground and building monitoring

report for shield tunnel (TBMS), 2019.

121. Shimizu, Maeda joint operation (SMJO), Geotechnical interpretative Report

(Bored tunnel), 2015.

122. Shimizu, Maeda joint operation (SMJO), Method Statment for backfill

grounting – Bored tunnel, 2017.

123. Bùi Văn Dưỡng (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng lún bề mặt do thi công đường hầm mêtrô đặt nông trong đất bằng máy đào tổ hợp TBM, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học giao thông vận tải, Hà Nội.

124. Trần Quý Đức, Vũ Trọng Hiếu, Lê Bảo Quốc (2015), “Ảnh hưởng của quá trình thi công công trình ngầm đối với kết cấu công trình nổi lân cận”, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - Học viện KTQS, số 168 tháng 6/2015.

125. Trần Quý Đức, Lê Đình Tân, Thân Văn Văn (2017), "Dự đoán lún mặt đất của môi trường đất yếu xung quanh khi thi công metro số 6 TP HCM", Tạp Chí Xây Dựng Việt Nam, số tháng 2/2017.

126. Trần Quý Đức, Lê Đình Tân, Thân Văn Văn, Lê Bảo Quốc (2017), “Trường biến

dạng xung quanh đường hầm đơn trong nền đất yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh”, Tạp Chí Xây Dựng Việt Nam, số tháng 3/2017.

127. Trần Quý Đức, Nguyễn Tương Lai, Lê Bảo Quốc (2017), “Phân tích ảnh hưởng của

hao hụt thể tích nền đất đến lún mặt đất do đào hầm trong đất yếu”, Tạp Chí Xây Dựng Việt Nam, số tháng 4/2017.

128. Trần Quý Đức, Nguyễn Tương Lai, Lê Bảo Quốc, Thân Văn Văn (2017),“Ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng đến lún mặt đất do đào đường hầmbằng khiên

đào trong đất yếu ở TP Hồ Chí Minh”, Tạp Chí Xây Dựng Việt Nam, số tháng 12/2017.

129. Đức Quý Trần, Van Van Thanh ( 2017) “Dự đoán lún bề mặt của môi trường đất -, số 6 TP HCM” công metro thi

yếu xung quanh khi https://www.researchgate.net, 2017

130. Đức Quý Trần, Van Van Thanh , Lê Quốc Bảo Thanh ,( 2017),” Ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng đến lún mặt đất do đào đường hầm bằng khiên đào trong

đất yếu ở TP Hồ Chí Minh, https://www.researchgate.net, 2017

131. Th.S Nguyễn Thái Khanh (2009), “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đào hầm bằng máy đào TBM trong các đô thị Việt Nam”, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp bộ – Bộ GTVT năm 2009, Hà Nội 2010,

132. Lê Thành Lê (2015) Nghiên cứu công nghệ hệ thống quan trắc phục vụ thi công đường hầm trường hợp tuyến số 1 Bến Thành – Ba Son, TP HCM. Luận văn thạc sĩ ĐH GTVT năm 2015

Page 144

133. Võ Phán, Nguyễn Quang Khải ( 2011), “Phân tích mô hình tính toán biến dạng lún

bề mặt khi thi công đường hầm Metro bằng máy tổ hợp TBM khu vực TP. HCM”-, Tạp chí khoa học công nghệ 2011

Page 145

PHỤ LỤC Phụ lục 1a: Mặt bằng bố trí điểm đo quan trắc lún

Page 146

Phụ lục 1b: Mặt cắt ngang đoạn tuyến Metro đi ngầm

Page 147

Page 148

Phụ lục 2: Các biểu đồ so sánh lún bề mặt giữa quan trắc và tính theo lý thuyết

Page 149

Mặt cắt

Độ sâu hầm Zo

Áp lực ngang mặt gương đào ( Ps)

Áp lực thẳng đứng bên hông ( Pa)

( Mpa)

(m)

1183

-22.44

0.27

0.33

Thể tích vữa bơm (V) (m3) 2.90

1163

-22.61

0.22

0.29

2.90

1123

-22.94

0.23

0.33

2.90

1063

-23.43

0.25

0.34

2.90

Page 150

Phụ lục3: Thông số kỹ thuật trong quá trình thi công theo TBM

1043

-23.59

0.25

0.34

2.90

1003

-23.92

0.24

0.30

3.00

980

-24.23

0.23

0.30

3.00

965

-24.44

0.22

0.25

2.80

945

-24.71

0.24

0.30

2.90

925

-24.98

0.24

0.30

2.90

900

-25.32

0.24

0.30

2.90

890

-25.39

0.21

0.27

4.50

860

-25.60

0.27

0.34

4.50

842

-25.37

0.28

0.35

4.50

828

-25.19

0.28

0.35

4.50

815

-25.02

0.24

0.35

4.50

Địa chất

Mặt cắt

Độ sâu hầm Zo

Chỉ số SPT (N)

Lực dính C

Góc nội ma sát φ

(m)

( kPa)

( độ)

Phụ lục 4: Thông số kỹ thuật của địa chất tại các mặt cắt kiểm chứng

Trọng lượng riêng (γ) (KN/m3) 19,5

1.1

1183

-22.44

55000

Sand layer 3 (AS2)

19,5

1.1

1163

-22.61

55000

Sand layer 3 (AS2)

19,5

1.1

1123

-22.94

55000

Sand layer 3 (AS2)

19,5

1.1

1063

-23.43

55000

Sand layer 3 (AS2)

19,5

1.1

1043

-23.59

55000

Sand layer 3 (AS2)

1003

-23.92

Sand layer 3

19,5

1.1

55000

Page 151

Mô dun đàn hồi E (KN/m2)

Địa chất

Mặt cắt

Độ sâu hầm Zo

Chỉ số SPT (N)

Trọng lượng riêng (γ)

Lực dính C

Góc nội ma sát φ

Mô dun đàn hồi E

(AS2)

1.1

19,5

980

-24.23

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

965

-24.44

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

945

-24.71

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

925

-24.98

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

900

-25.32

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

890

-25.39

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

860

-25.60

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

842

-25.37

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

828

-25.19

55000

Sand layer 3 (AS2)

1.1

19,5

815

-25.02

55000

Sand layer 3 (AS2)

Page 152

“Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xây dựng đường hầm bằng tổ hợp khoan đào hầm (TBM) đến lún và các công trình trên bề mặt tại thành phố Hồ Chí Minh” – Nguyễn Thạch Bích – Đại học GTVT Phụ lục 5: Biểu đồ so sánh đường cong lún bề mặt giữa số liệu quan trắc và đường cong lún tính toán theo công thức Smax, Vloss và i đề xuất với các đường cong lún tinh theo các lý thuyết khác.

Page 153

Page 154