Tải trọng tác động lên công trình ngầm và phương pháp tính lún khi thi công hầm bằng máy TBM

24 2.9K 12
Tải trọng tác động lên công trình ngầm và phương pháp tính lún khi thi công hầm bằng máy TBM

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

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

TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG NGẦM CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN KHI THI CÔNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TBM TỔNG QUAN 1. Tải trọng tác dụng các nguyên nhân gây lún: 1.1.Tải trọng tác dụng: Kết cấu công trình giao thông ngầm chịu tác dụng của các tải trọng ngoài khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chiều sâu đặt hầm, kích thước hầm, điều kiện địa chất công trình, đặc điểm xây dựng giao thông đô thị giao thông trên mặt đất, công nghệ thi công… Tải trọng tác dụng lên đường hầm được chia làm hai loại: tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng bản thân công trình ngầm, trọng lượng các lớp áo đường các hạng mục kỹ thuật khác, áp lực đất nước cũng như trọng lượng nhà cửa kiến trúc bên trên các công trình lân cận hố đào gây nên, lượng ứng suất trước của cốt thép. Tải trọng tạm thời xuất hiện do các phương tiện giao thông chuyển động trên đường ngầm gây nên. Tải trọng tạm thời còn có một số loại chỉ xuất hiện trong giai đoạn thi công công trình, đặc tính tạm thời còn do tác dụng của các yếu tố sau gây nên: sự biến thiên nhiệt độ; hiện tượng trương nở của đất các tác dụng đặc biệt (động đất, va chạm…) hoặc do các sự cố gây nên. Theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JSCE-1996) như sau: Bảng 1. Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu hầm thi công bằng TBM Tải trọng thường xuyên 1. Tải trọng thẳng đứng nằm ngang 2. Áp lực nước 3. Trọng lượng bản thân 4. Hiệu ứng tải trọng chất thêm (surcharge) 5. Phản lực của đất nền Tải trọng không thường xuyên 6. Các tải trọng nội tại 7. Tải trọng thi công 8. Hiệu ứng động đất Tải trọng đặc biệt 9. Hiệu ứng của hai hoặc nhiều khiên đào 10. Hiệu ứng làm việc ở các khu vực lân cận 11. Hiệu ứng biến dạng đất nền 12. Các hiệu ứng khác. trang 1 Tất cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên công trình đồng thời hoặc vào các thời điểm khác nhau, do các tổ hợp tải trọng khác nhau, có thể gây nên các trạng thái ứng suất khác nhau trong kết cấu. Để tính toán kết cấu công trình ngầm cần tìm ra tổ hợp tải trọng bất lợi nhất (cơ bản đặc biệt) khi chúng tác dụng lên kết cấu xuất hiện nội lực lớn nhất. 1.2.Các nguyên nhân gây lún: Hiện nay, mặc dù công nghệ thi công hầm bằng máy đào TBM đã được cải tiến rất nhiều nhưng cũng không thể giải quyết được triệt để vấn đề lún bề mặt đất nền. Việc lún sụt bề mặt dẫn đến thiệt hại về về vật chất, tài sản thương vong về người. Một số hình ảnh sự cố khi xây dựng công trình ngầm: trang 2 Sập hầm tuyến tàu điện ngầm số 1 ở thành phố Hàng Châu, thủ phủ tỉnh Chiết Giang (Trung Quốc) ngày 15/11/2008 (1.2.1). Một số nguyên nhân gây lún đất nền trong quá trình thi công đào hầm bằng khiên đào được Maidl 1996 tổng hợp như sau: - Việc hạ mực nước ngầm trong đất dẫn đến sự thay đổi thể tích cấu trúc đất - Thay đổi áp lực đất tại bề mặt khiên, do sự đào dư của máy đào. - Hệ giằng chống không đảm bảo cho sự mất nhiều đất tại bề mặt hầm - Sự thay đổi cấu trúc của đất do sự rung của máy đào làm cho đất xung quanh bị nén lại, cùng với hệ giằng không phù hợp với độ nén chặt của đất. - Vỡ các túi khí trong đất là giảm tiết diện hầm do sự gia tăng của áp lực đất lên hệ giằng chống. (1.2.2). Theo Grasso 2007, các nguyên nhân gây lún được chia thành 3 nguyên nhân chủ yếu sau: - Nguyên nhân ngắn hạn (lún tức thời) xuất hiện trong quá trình thi công hầm. Bao gồm: + (1) sự không cân bằng áp lực ở gương đào dẫn đến sự trồi đất vào phía trong hang đã được đào hoặc sự trồi đất vào phía trong hang đã được đào hoặc sự trồi đất về phía ngược lại, vì vậy sẽ làm xuất hiện biến dạng lún hoặc trồi của khối đất; + (2) ma sát giữa vỏ khiên đào đất trong quá trình di chuyển khiên đào dẫn đến sự phá huỷ đất xung quanh hang đào; trang 3 +(3) sự đào đất vượt quá, mà trong thực tế không thể tránh được, đặc biệt khi đào hầm trên đoạn cong; + (4) sự tồn tại của khe hở thi công trong phần đuôi của khiên đào dẫn đến sự trồi đất vào khe hở thi công tiếp theo là biến dạng lún của đất. Độ lớn của biến dạng lún phụ thuộc vào thời gian chất lượng lấp đẩy khe hở thi công. Lưu ý rằng, áp lực bơm vữa lấp khe hở thi công quá lớn trong đất sét sẽ dẫn đến sự trồi mặt đất. Biến dạng của khối đất có thể được gây ra bởi: + (5) sự điều chỉnh khiên đào “ngoi lên” mà thường xuyên phải điều chỉnh để bù lại sự “chìm xuồng” của nó trong khi chuyển dịch, điều đó có thể dẫn đến sự “đẩy ra” của đất phía trước khiên đào cùng với sự trồi của mặt đất; + (6) sự “sai lệch” của khiên đào khi đào hầm dẫn đến làm rời rạc khối đất ở gương đào sập đổ đất vào trong hầm, vì vậy, dẫn đến biến dạng lún của khối đất; + (7) vận tốc di chuyển khiên đào gây ảnh hưởng đến biến dạng của đất (vận tốc càng lớn, biến dạng càng lớn). Điều đó liên quan đến mức độ phá huỷ đất xung quanh hang đào, ngoài ra vận tốc không đều trong thời gian khi đào hầm gây ra biến dạng lún lớn hơn; - Nguyên nhân dài hạn xảy ra do quá trình cố kết của đất bao gồm cố kết nhất thời (thường xảy ra với đất có độ dính bám, hoặc đất bị nén trong quá trình giảm áp lực nước lỗ rỗng) cố kết thứ cấp (là một hình thức co ngót của đất). - Nguyên nhân lún do sự biến dạng của vỏ chống đỡ hầm. Độ lún này ảnh hưởng lớn khi đường kính hầm lớn chiều sâu đặt hầm cạn so với mặt đất. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được kiểm soát trong thi công hầm bằng máy TBM trong khu vực thành phố, nhờ vào việc dự đoán trước tính toán các tải trọng tác dụng lên vỏ hầm, từ đó thiết kế hệ thống các tấm lắp ghép hệ vỏ hầm có thể chịu được cường độ tính toán trên. (1.2.3). Theo Nguyễn Đức Toản (2006) rút ra kết luận về mức độ ảnh hưởng của các nguyên nhân trên đến tổng độ lún bề mặt dựa trên cơ sở thể tích đất bị mất (Volumn loss V L ): [Để quá trình di chuyển của máy đào được dể dàng, người ta sẽ đào đất với đường kính lớn hơn đường kính thân máy đào. Từ đó, dẫn đến thể tích đất bị mất do sự đào vượt này, bao gồm có 2 nguyên nhân. Một là, phần lưỡi cắt đất được chế tạo lớn hơn đường kính thân máy đào để giúp máy đào không bị kẹt. Hai là, phần đào dư do hệ thống buồng lái di chuyển trong các đoạn cong] - Từ 10% đến 20% là do áp lực bề mặt - Từ 40% đến 50% là do các phần rỗng dọc theo thân máy đào. trang 4 - Từ 40% đến 50% là do mức độ bịt kín của đuôi máy đào. Với giá trị L V tính theo % bằng công thức: 2 100 100 % / 4 L L l tunel V x V x V V d π = = thể tích mất đất phụ thuộc vào các tác nhân sau: Loại đất; Phương pháp đào hầm; Tốc độ đào; Kích thước hầm; Kết cấu chống đỡ tạm thời Giá trị VL được dự đoán theo các phương pháp thi công hầm dựa trên các kết quả phân tích đo đạt lại của các tuyến hầm trong quá khứ: - Thi công bằng phương pháp New Austria Tunnelling Method –NATM cho đất sét ở London có: VL = 0.5% - 1.5% - Thi công bằng máy khiên đào (TBM) + Không có mặt chống đỡ: cho đất sét cứng có VL = 1% - 2% + Khi có hệ chống đỡ (vữa bentonite (Slurry shield) hoặc bentonite trộn với đất vừa đào được (Earth Pressure Balance – EPB), có: Cho đất cát V L < 0.5% Cho đất sét yếu V L = 1% - 2% ( bao gồm lún do cố kết). 2.Phân loại đánh giá hư hại công trình theo biến dạng: [5]. trang 5 Trong thực tế khi chỉ quan trắc được sự hình thành phát triển vết nứt của công trình hiên hữu thì dùng kết quả nghiên cứu của Burland để đánh giá trạng thái kỹ thuật của công trình lân cận hố đào theo bề rộng vết nứt chức năng sử dụng theo mức độ hư hại (bảng 1). Phân loại Mức độ ảnh hưởng Miêu tả mức độ hư hại Thông số max θ max S (mm)suprsuu 1.Thẩm mỹ Không đáng kể Phá hoại không mong muốn tại bề mặt <1/500 <10 2.Thẩm mỹ Nhẹ 1/500- 1/200 10-50 3. Chức năng Trung bình 1/200- 1/50 50-75 Chức năng cấu trúc Cao >1/50 >75 Bảng.Phân cấp hư hại công trình theo biến dạng trang 6 Cấp hư hại Mô tả sự hư hại Bề rộng khe nứt Lún lệch Biến dạng góc Không đáng kể Dấu nứt nẻ mỏng 0.1 mm Rất nhẹ Nứt mảnh, dễ xử lí trong khi trang trí bình thường. Trong nhà có thể cô lập những chỗ nứt gẫy nhẹ. Những nứt nẻ ở bên ngoài của công trình xây bằng gạch có thể nhận thấy khi nhìn kĩ 1mm <3cm <1/3000 Nhẹ Những nét nẻ có thể dễ dàng trám. Yêu cầu phải trang trí lại. Trong toà nhà có một số chỗ nứt gẫy. Những nứt nẻ có thể khá lớn. Yêu cầu trát vữa lại để chống thấm. Cửa cửa sổ có thể bị kẹt nhẹ 5mm 3-4cm 1/300-1/240 Trung bình Những nứt nẻ có thể yêu cầu đập ra lại. Định kì làm lớp vữa trát để che giấu những nứt nẻ. Trát lại bên ngoài của công trình xây bằng gạch có lẽ một số chỗ nhỏ của công trình xây bằng gạch phải sửa chữa lại. Cửa cửa sổ có thể bị kẹt. Hệ thống đường ống có thể bị đứt gẫy. Tính chống thấm thường bị suy yếu 5 - 15mm hoặc một số khe nứt > 3mm 4-5cm 1/240-1/175 Nặng Nói chung việc sửa chữa gồm cả phá xây lại một phần tường, đặc biệt cả phần cửa cửa sổ. Khung cửa cửa sổ bị uốn, sàn tầng bị dốc rất đáng kể. Tường bị nghiêng hoặc phình ra rất đáng kể. Khả năng chịu lực của dầm bị kém 15 - 25mm, phụ thuộc vào số lượng của khe nứt 5-8cm 1/175-1/120 Rất Nặng Yêu cầu chính về sửa chữa bao gồm cả cục bộ hoặc xây lại hoàn toàn. Dầm mất khả năng chịu lực; tường nghiêng xấu yêu cầu chống đỡ. Cửa sổ bị gẫy do uốn.Tín hiệu báo nguy do mất ổn định. Thường > 25 mm, phụ thuộc vào số lượng của khe nứt 8-13cm 1/120-1/70 Hiện nay có các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam sau đây qui định về độ lún cho phép của công trình nhà: trang 7 TCXD 45 : 1978 "Tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà công trình" quy định chuyển vị giới hạn của nền nhà công trình như sau: Công trình Độ lún tương đối (rad) Độ lún lớn nhất (mm) Nhà sản xuất nhà dân dựng nhiều tầng bằng khung hoàn toàn 0.001 ÷ 0.004 80÷120 Nhà công trình không xuất hiện nội lực thêm do lún không đều 0.006 150 Nhà nhiều tầng không khung 0.001÷0.005 100÷400 TCXD 205 : 1998 "Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế" quy định về chuyển vị giới hạn của nền nhà cao tầng sử dụng móng cọc: Công trình Độ lún tương đối (rad) Độ lún lớn nhất (mm) Nhà dân dụng cao tầng có kết cấu khung hoàn toàn: - Bằng bê tông cốt thép - Bằng thép 0.002 0.004 80 120 Nhà công trìnhtrong kết cấu không xuất hiện nội lực do lún không đều 0.006 150 Nhà nhiều tầng không khung với kết cấu tường chịu lực 0.0016 ÷ 0.024 100÷150 Tuy nhiên, các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam qui định độ lún cho phép như trên chỉ áp dụng cho các công trình làm mới. 3.Các phương pháp tính toán độ lún: Các phương pháp tính lún được sử dụng bao gồm 2 hướng chính. Hướng thứ nhất là tính toán theo các công thức kinh nghiệm, được nhiều tác giả phát triển theo nhiều quan điểm khác nhau, nhưng chủ yếu là dựa trên nhiều kết quả khảo sát của các tuyến hầm sau khi thi công trang 8 xong cho một khu vực địa chất nhất định (không đánh giá được tác dụng do các công trình bên trên gây ra) . Hướng thứ hai là tính toán dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp này yêu cầu các số liệu đầu vào chi tiết chính xác, nhưng lại có thể đánh giá phù hợp với các loại đất khác nhau. 3.1. Phương pháp kinh nghiệm: Peck 1969 O’Reilly 1982, giả thiết độ lún bề mặt làm việc xấp xỉ theo đường cong Grauss Hình 4.18: Mô hình Gaussian tính lún bề mặt thi công hầm được đưa ra O’Reiley New (1982) dựa theo phương pháp Schmidt - Peck Bề rộng 2 max 2 y exp 2 S S i   − =  ÷   Trong đó: • S: biến dạng bề mặt đất nền • max S biến dạng lớn nhất đất nền tại vị trí đỉnh hầm (m) • y là khoảng cách từ trục hầm đến điểm tính lún theo phương ngang trang 9 • i : là khoảng cách từ trục hầm đến điểm uốn của đường biến dạng lún Với đường hầm dạng tròn có thể xác định max S theo công thức: (1). của New & O’Reiley (1991): 2 max 2 8 l V D S i π = (2). Hoặc theo công thức của Herzog (1985) 2 max 0.785( ) o s D S z P iE γ   = +  ÷   Sau đó New & O’Reiley (1991)đã đưa ra thông số xác định bề rộng tham số i 0 i kz= Với k là hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào loại đất trang 10 [...]... đối phức tạp nhờ vào sự phát triển của kỹ thuật máy tính (ưu điểm: tính toán nhanh, đánh giá được độ lún mô phỏng được địa chất của lớp đất Theo Ercelebi 2005, bài toán 3D được đề xuất thay thế bài toán 2D khi tính toán hệ số giảm ứng suất (stress reduction factors), vì phương pháp 2D rất khó tính toán chính xác hệ số nay Với bài toán 3D, có thể mô hình từng quá trình thi công đào hầm chính xác hơn...  • Z  i3 = 0.9 R  O ÷  2R  0.8 0.88 Thông tin tuyến hầm máy TBM tại khu vực Nhà hát thành phố (Tài liệu thi t kế) Các thành phần Đơn vị Giá trị Đường kính trong hầm m 6.05 Đường kính ngoài hầm m 6.65 Hầm 2 Chiều sâu đặt hầm trên zo m 12.7 Chiều sâu đặt hầm dưới zo m 24.7 Đường kính TBM m 6.79 Chiều dài máy TBM m 7.8 Số lượng tuyến hầm trang 12 γ= 17 + 17.78 + 20.21 + 20.4 + 20.1 + 19.4 = 19.148... đất hợp lý Đồng thời có thể kiểm soát được kết quả xuất ra từ các chương trình tính trang 14 THAM KHẢO [1] Võ Phán, Nguyễn Quang Khải - Phân tích mô hình tính toán biến dạng lún bề mặt khi thi công hầm Metro bằng phương pháp TBM khu vực Thành phố Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Đức Toản, Lưu Xuân Hùng – Một số vấn đề về quản lý rủi ro lún mặt đất cho Dự án tuyến đường sắt đô thị thí điểm TP Hà Nội [3] LVThS... = 0.9 R  O ÷  2R  Phương pháp LTSM (Limitting Tensile Strain Method): đây là phương pháp phổ biến nhất để dự báo tác hại , được xây dựng bởi Burland Wroth vào năm 1974, bao gồm 6 bước: Phương pháp số: PPPTHH Với sự phát triển của hàng loạt các phần mềm tính toán kết cấu công trình trong môi trường đất như PLAXIS 2D, 3D, 3D Tunnel; Midas GTS, GEFDYN… Các bài toán về kết cấu hầm cũng như đánh giá... ngôi nhà công trình mà rơi vào trong vùng biến dạng Mức độ ảnh hưởng của chúng phụ thuộc vào độ lún có thể của mặt đất, hình dạng, kích thước trạng thái kỹ thuật-khai thác của kết cấu công trình vị trí phân bố của ngôi nhà các công trình trong vùng biến dạng của 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... nhà công trình trên mặt đất được chia ra 4 nhóm phụ thuộc vào độ nghiêng độ lún lớn nhất mặt đất (bảng 2) Bảng 2 Phân nhóm hư hỏng của các công trình trên mặt đất Nhóm hư hỏng Biến dạng lún mặt đất trang 17 Độ lún lớn nhất ηm(mm) Độ nghiêng J(mm/m) Bỏ qua 20 Tóm lại, biến dạng lún mặt đất ảnh hưởng bất lợi đến các ngôi nhà công. .. giai đoạn thi công Trong khi đó, Vermeer & Moller 2001 đề xuất một phương pháp tình toán kết cấu hầm bằng bài toán 2D, thông qua các hệ số β (unloading factor) có thể đánh giá tương đối chính xác bài toán hiện nay, phần mềm này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong tính toán đường hầm xây dựng trong nền đất yếu Tuy nhiên, theo New & O’Reilly 1991, cho rằng: sự phát triển của máy tính đã giúp... thoátnước CU, cố kết thoát nước CD) - Tính trương nở của đất sét - Tính tan rã của đất sét - Độ co ngót trang 21 Phương pháp LTSM (Limiting Tensile Strain Method): Phương pháp LTSM được xây dựng trên cơ sở 6 bước (Burland, 1974): Bước 1: Xác định vùng ảnh hưởng theo các phương pháp kinh nghiệm với giả thuyết không có công trình bên trên Bước 2: Gán các chuyển vị vào mô hình tính của tòa nhà Trong giai đoạn... nền công trình lân cận [6] PGS.TS.Nguyễn Bá Kế – Phòng tránh sự cố công trình ở lân cận hố đào sâu trong đô thị [7] LVThS Trịnh Trọng Lợi– Nghiên cứu biện pháp gia cố nền giữa hai đường hầm lân cận trong dự án xây dựng đường sắt đô thị thành phố Hồ Chí Minh, tuyến số 3a trang 15 Ảnh hưởng của biến dạng mặt đất đến các công trình xây dựng gần kề trang 16 Lún mặt đất gây ra biến dạng của các ngôi nhà và. .. biến dạng đứng, bởi vì rằng chúng tác động trên các đoạn ngắn, không xâm chiếm toàn bộ ngôi nhà Để đánh giá ảnh hưởng biến dạng lún mặt đất đến ngôi nhà tồn tại nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có thể kể đến các phương pháp của giáo sư Wahls (1981), Borcardin Cording (1987), Attewwll (1986) nêu trong quy trình CHиΠ 2.01.09-91 Trong CHиΠ 2.01.09-91 phụ thuộc vào các thông số của đường cong . quá, mà trong thực tế không thể tránh được, đặc biệt khi đào hầm trên đoạn cong; + (4) sự tồn tại của khe hở thi công trong phần đuôi của khi n đào dẫn đến sự trồi đất vào khe hở thi công và tiếp. http://mrb.gov.vn/vi/tin-tuc-su-kien/he-thong-dan-huong-may-khoan -ham- toan- guong#sthash.qpD46qoP.dpuf Tham khảo: http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-anh-huong -lun- be-mat-do -thi -cong- duong- ham- metro-dat-nong -trong- dat -bang- may-dao-to-hop -tbm- 42829/ Bài 1: Tổng quan. kính hầm lớn và chiều sâu đặt hầm cạn so với mặt đất. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được kiểm soát trong thi công hầm bằng máy TBM trong khu vực thành phố, nhờ vào việc dự đoán trước và tính toán

Ngày đăng: 12/05/2014, 10:40

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Hệ thống dẫn hướng máy khoan hầm toàn gương

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan