Báo cáo khoa học: TÍNH TOÁN LÚN BỀ MẶT GÂY RA BỞI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KÍCH ĐẨY

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số nguyên nhân và phương pháp xác định lún bề mặt trong quá trình thi công và khai thác công trình ngầm (CTN) được thi công theo công nghệ kích đẩy. Một số kết quả tính toán cho một CTN cụ thể đang được thi công tại thành phố Hồ Chí Minh cũng sẽ được giới thiệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "TÍNH TOÁN LÚN BỀ MẶT GÂY RA BỞI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KÍCH ĐẨY" TÍNH TOÁN LÚN BỀ MẶT GÂY RA BỞI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM THEO CÔNG NGHỆ KÍCH ĐẨY KS. BÙI THANH MAI TS. NGÔ ĐĂNG QUANG TS. NGUYỄN XUÂN HUY Bộ môn Kết cấu xây dựng Viện Khoa học và Công nghệ xây dựng giao thông Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số nguyên nhân và phương pháp xác định lún bề mặt trong quá trình thi công và khai thác công trình ngầm (CTN) được thi công theo công nghệ kích đẩy. Một số kết quả tính toán cho một CTN cụ thể đang được thi công tại thành phố Hồ Chí Minh cũng sẽ được giới thiệu. Summary: The article introduces some causes and methods of estimating the face stability and the surface settlement induced during building and operating underground works using pipe-jacking technology. Some results of a cacultion for an underground works presently carried out in Ho Chi Minh city are also presented. I. MỞ ĐẦU Các công trình ngầm (CTN) trong đô thị ngày càng trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Có nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau được sử dụng để xây dựng những công trình này. Hai kỹ thuật chính được sử dụng để xây dựng các CTN đô thị là kỹ thuật đào hở và kỹ thuật đào kín. Mỗi công nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại công trình ngầm khác nhau. Kỹ thuật đào kín tỏ ra đặc biệt có hiệu quả khi thi công các CTN trong đô thị đặt sâu. Đối với các CTN dạng trọng lực, kĩ thuật kích đẩy ống (thuộc nhóm kỹ thuật đào kín) là một lựa chọn thích hợp [3]. Một vấn đề chung được đặt ra đối với việc xây dựng các CTN là sự ảnh hưởng của nó đối với môi trường xung quanh trong và sau quá trình thi công. Việc xác định lún bề mặt là vấn đề rất quan trọng cần được quan tâm khi xây dựng CTN, đặc biệt là các CTN được xây dựng trong đô thị do có rất nhiều các công trình kiến trúc, nhà cửa, kết cấu hạ tầng kỹ thuật v.v… nằm lân cận khu vực CTN. Lún bề mặt, tuỳ thuộc vào mức độ, phạm vi ảnh hưởng, hướng và tốc độ phát triển, có thể gây tác động xáo trộn trạng thái của các công trình này, làm thay đổi chức năng sử dụng và nguy hiểm hơn, có thể phá huỷ kết cấu gây mất ổn định công trình [1]. II. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ KÍCH ĐẨY Theo định nghĩa của Hiệp hội kỹ sư xây dựng Hoa Kỳ (American Society of Civil Engineers-ASCE) [9] có thể hiểu công nghệ kích đẩy ống (pipe jacking) như sau: công nghệ kích đẩy là một hệ thống gồm nhiều đốt ống được lắp đặt trực tiếp ở phía sau một khiên đào, được đẩy đi bằng hệ kích thuỷ lực, từ một giếng kích đẩy (drive shaft/pit) đến một giếng nhận (receiving shaft/pit) để tạo thành một công trình ngầm liên tục trong lòng đất. Những đặc điểm chung nhất của công nghệ kích đẩy ống là : (1) được điều khiển từ xa; (2) có dẫn hướng; (3) được kích đẩy theo hướng tuyến đã định và (4) đất nền được chống đỡ liên tục. Hình 1. Mô tả sơ đồ công nghệ kích đẩy III. LÚN BỀ MẶT VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LÚN BỀ MẶT Do lực kích đẩy ống tác dụng trong quá trình kích đẩy có phương nằm ngang nên việc xác định lún theo phương thẳng đứng của công trình ngầm được thi công theo công nghệ kích đẩy chỉ chủ yếu phụ thuộc vào loại thiết bị được sử dụng trong quá trình đào hầm. 1. Các nguyên nhân gây lún bề mặt khi thi công CTN bằng phương pháp kích đẩy Hình 2. Hình dạng phễu lún trên bề mặt do thi công CTN Thiết bị chủ yếu được sử dụng để đào hầm trong quá trình thi công kích đẩy là khiên đào hoặc máy đào tổ hợp TBM (Tunnel boring machine). Do đó, lún bề mặt có thể phân ra làm 4 nhóm sau (hình 3): Hình 3. Độ lún dọc theo máy khiên đào - Lún ở phía trước và phía trên gương đào (đoạn a): Gây ra bởi sự dịch chuyển của đất ở phía trước và trên khu vực khiên đào về phía khoảng trống vừa tạo ra; - Lún dọc theo trục khiên đào (đoạn b): Do 2 nguyên nhân chủ yếu là do khoảng hở giữa khối đất và thành máy khiên đào và ma sát giữa khiên đào với khối đất; - Lún tại đuôi khiên đào (đoạn c): Do một khoảng hở phát triển giữa đuôi khiên đào với khối đất bao quanh; - Lún liên quan đến biến dạng của lớp vỏ hầm (đoạn d): Các phân đốt bê tông đúc sẵn được lắp đặt phía trong lớp vỏ khiên ở phía đuôi có thể bị biến dạng khi chịu lực đẩy của kích và áp lực đất, gây lún bề mặt. 2. Các phương pháp tính lún Có hai phương pháp tính lún bề mặt đất đang được sử dụng phổ biến là (1) phương pháp kinh nghiệm và bán kinh nghiệm/giải tích dựa trên các công thức kinh nghiệm được rút ra từ kết quả quan trắc tại các công trình cũ và đã được chứng minh là tương đối phù hợp qua các ứng dụng thực tế và (2) phương pháp số (chủ yếu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn) là phương pháp khá phổ biến hiện nay, hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên. 2.1. Phương pháp giải thích (phương pháp kinh nghiệm và bán kinh nghiệm) [1,2] Có rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để xây dựng phương trình xác định lún bề mặt như các nghiên cứu của Peck và Schmidt, Cording và Hansmire, Atkinson và Potts, Attewell và Woodman, O’Reilly và New, v.v… Có thể tổng kết về tính lún thẳng đứng theo phương pháp giải tích như sau: a. Lún thẳng đứng theo phương vuông góc với CTN Các tác giả đều đề xuất giả thiết máng lún có dạng đường cong phân phối chuẩn (hình 4). ⎛ − y2 ⎞ S = S max exp⎜ 2 ⎟ (1) ⎜ 2i ⎟ ⎝ ⎠ Trong đó: S: Độ lún bề ...