Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm 4

Phương pháp phân tích phần tử khối- lò xo: năm 1987 Kawai áp dụng đơn giản hoá khối rắn để mô phỏng mô hình trị số phân tử lò xo thể rắn trong môi trường không liên tục. Mô hình này lấy chuyển vị thể rắn của phân tử trung tâm làm ẩn số chưa biết, chri tính đến quan hệ kết cấu và biến dạng cân đối của mặt phân tử tiếp giáp để giải phương trình điều khiển xác định ứng suất và chuyển vị tương đối của mặt tiếp giáp. Mô hình này còn có ưu điểm...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm 4 KÐt cÊu chèng hai líp lµ kÕt cÊu th«ng th−êng hay truyÒn thèng. Tr−íc tiªn chóng ®−îc ph©n biÖt râ rµng qua chøc n¨ng lµ vá chèng t¹m vµ vá chèng cè ®Þnh. Líp vá ngoµi, hay líp thø nhÊt ®−îc l¾p dùng trong qu¸ tr×nh ®µo kho¶ng trèng ngÇm vµ kÕt hîp víi kh¶ n¨ng tù mang t¶i cña khèi ®¸ t¹o nªn kÕt cÊu b¶o vÖ, kÓ tõ thêi ®iÓm sau khi ®µo, t¹o ra kho¶ng trèng ngÇm ®Õn khi l¾p dùng vá chèng cè ®Þnh. Hai líp vá th−êng ®−îc ng¨n c¸ch bëi mét líp chèng thÊm hay c¸ch n−íc, ch¼ng h¹n b»ng mét líp chÊt dÎo cïng víi c¸c hÖ thèng b¶o vÖ kh¸c (nh− v¶i ®Þa kü thuËt); hoÆc b»ng mét líp vá ng¨n c¸ch, nh− v¶i nhùa polyetylen, nÕu líp vá trong lµ bª t«ng c¸ch n−íc (kh«ng thÊm), ®ång thêi còng ®Ó ph©n c¸ch kh«ng cho hai líp vá liªn kÕt víi nhau. KÕt cÊu vá hai líp còng cã thÓ kh«ng cã líp c¸ch n−íc hay líp ng¨n c¸ch, ch¼ng h¹n líp vá bª t«ng phÝa trong lµ bª t«ng chèng thÊm ®−îc ®æ trùc tiÕp kÕ theo líp vá bª t«ng phun bªn ngoµi, trong tr−êng hîp thi c«ng hÇm ë ®iÒu kiÖn cã n−íc ngÇm. Nãi chung, víi quan ®iÓm vá hai líp th× líp vá ngoµi th−êng ®−îc xem lµ líp vá sÏ bÞ hñy ho¹i theo thêi gian, cã tuæi thä ng¾n. Do vËy, líp vá trong ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ ®é bÒn, ®é æn ®Þnh l©u dµi vµ c¸c tÝnh n¨ng sö dông. §iÒu nµy xuÊt ph¸t tõ gi¶ ®Þnh lµ líp vá ngoµi bÞ ph¸ hñy vµ coi nh− kh«ng tån t¹i. Ng−îc l¹i, còng cã quan ®iÓm cho r»ng, líp vá ngoµi ®ãng vai trß chÝnh lµm kÕt cÊu chÞu t¶i, lëp vá trong chØ mang ý nghÜa cÊu t¹o vµ c¸c yªu cÇu thÈm mü, hoÆc chèng l¹i c¸c t¸c nh©n ph¸ ho¹i h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. KÕt cÊu chèng cña ®−êng hÇm H¶i V©n lµ vÝ dô ®iÓn h×nh cho lo¹i kÕt cÊu nµy. Tuy nhiªn trong thùc tÕ cã nhiÒu vÝ dô chøng tá r»ng, líp vá ngoµi, t¹i tr¹ng th¸i cuèi cïng vÇn cã kh¶ n¨ng mang t¶i vµ cã thÓ tÝnh to¸n, kiÓm ®Þnh ®−îc vµ ý t−ëng vÒ kÕt cÊu mét vá ®−îc h×nh thµnh cã ba yÕu tè: • Líp vá ngoµi thùc tÕ kh«ng bÞ ph¸ hñy ®Õn møc nh− vÉn tån t¹i trong c¸c gi¶ ®Þnh lý thuyÕt; • Ngµy nay hoµn toµn cã thÓ sö dông bª t«ng phun ë d¹ng bª t«ng kÕt cÊu. Nh− vËy, nÕu ®· xem líp vá ngoµi lµ mét bé phËn cña vá chèng cè ®Þnh, viÖc t¹o ra líp vá trong chØ nªn xem lµ t¹o mét líp bæ sung cña líp vá ®· tån t¹i, ®Ó ®¶m b¶o ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu vÒ ®é bÒn vµ ®é æn ®Þnh l©u dµi. Nh− vËy cã thÓ gi¶m ®−îc khèi l−îng hay thÓ tÝch ®¸ ®µo ra còng nh− khèi l−îng hay thÓ tÝch cña kÕt cÊu; • B»ng c¸ch sö dông bª t«ng sîi thÐp còng nh− bª t«ng phun sîi thÐp cho phÐp rót ng¾n ®−îc thêi gian thi c«ng. §−¬ng nhiªn kÕt cÊu mét líp cÇn thiÕt ph¶i ®¶m b¶o ®−îc c¸c yªu cÇu kh¸c nhau trong tõng giai ®äan kh¸c nhau còng nh− lµ kÕt cÊu tæng thÓ ®èi víi c¸c yªu cÇu cuèi cïng, l©u dµi. Thùc hiÖn ®−îc ý t−ëng nµy sÏ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ nhÊt ®Þnh. §iÒu kiÖn ®Ó cã thÓ tÝch hîp líp vá ngoµi thµnh mét bé 19 phËn cña líp vá chèng cè ®Þnh lµ ph¶i t¹o ra mèi liªn kÕt toµn phÇn cña ‘khe c«ng t¸c’ gi÷a hai líp. Trong thùc tÕ còng cßn nãi ®Õn kÕt cÊu vá nhiÒu líp, ph©n biÖt bëi ®Æc ®iÓm cÊu t¹o, vËt liÖu trong tõng líp vµ c¸c líp nµy cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ riªng rÏ, song vÒ kh¶ n¨ng chÞu t¶i tæng thÓ vÉn cã thÓ xem lµ kÕt cÊu mét vá hay kÕt cÊu mét líp. 1.4. Vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn Cho ®Õn kho¶ng thËp kû 50 cña thÕ kû 20 ®Ó chèng ®ì (b¶o vÖ) c¸c c«ng tr×nh ngÇm vÉn chñ yÕu sö dông kÕt cÊu khung b»ng gç. Sau ®ã c¸c kÕt cÊu khung thÐp, bª t«ng phun vµ neo míi dÇn dÇn ®−îc sö dông. Tuy nhiªn, ngay tõ l©u, tr−íc ®ã, ®· cã c¸c ý t−ëng thóc ®Èy viÖc t×m c¸c ph−¬ng ¸n thay dÇn gç trong x©y dùng má vµ c«ng tr×nh ngÇm, v× c¸c yÕu ®iÓm cña lo¹i kÕt cÊu nµy lµ tèn nhiÒu thêi gian vµ c«ng søc khi ®µo v−ît tiÕt diÖn nhiÒu, tÝnh linh häat kÐm vµ dÔ bÞ ch¸y. KÕt cÊu thÐp ®−îc sö dông ®Çu tiªn ë d¹ng c¸c thÐp ®−êng ray ®· qua sö dông vµ lóc ®Çu th−êng ë d¹ng phèi hîp víi kÕt cÊu gç. Sù ra ®êi cña ngµnh c¸n thÐp vµo ®Çu thÕ kû 19 ®· gãp phÇn thay thÕ kÕt cÊu khung gç b»ng kÕt cÊu khung thÐp ngµy cµng nhiÒu h¬n. Cho ®Õn kho¶ng cuèi thÓ kû 19, ®Çu thÕ kû 20 t¹i c¸c n−íc ph¸t triÓn trªn thÕ giíi, hÇu nh− gç ®· bÞ thay thÕ hßan toµn trong x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm khi ®µo qua c¸c khèi ®¸ cã ¸p lùc m¹nh (Fayol 1885; Mathet 1888; Koehler 1900). Mét vÝ dô, ®−îc coi lµ ®iÓn h×nh, lµ sö dông kÕt cÊu thÐp khung ch÷ nhËt 2,5x2,8m ®Ó chèng gi÷ ®o¹n hÇm ¸p lùc lín t¹i ®−êng hÇm Simplon (Pressel 1906). LÞch sö ¸p dông bª t«ng phun trong x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña c¸c lo¹i m¸y phun cã tÝnh n¨ng kü thuËt ngµy cµng tèt h¬n vµ ®é an toµn, tÝnh æn ®Þnh ngµy cµng cao h¬n. Ngay sau khi ®¨ng ký b¶n quyÒn m¸y phun kh« ®Çu tiªn (“cement gun“) cña Akeley 1911, mét ®−êng hÇm ë Mü ®· ®−îc söa ch÷a b»ng bª t«ng phun (Teichert 1979). Còng t¹i Mü, trong lÜnh vùc khai th¸c hÇm lß ®· b¾t ®Çu sö dông bª t«ng phun ®Ó chèng gi÷ c¸c ®−êng lß t¹i c¸c má Bruceton, Pennsylvania tõ 1914 (Rice 1918). Tr−íc 1920 vá bª t«ng phun kÕt hîp víi l−íi thÐp ®· ®−îc sö dông ®Ó b¶o vÖ ®−êng hÇm ®−êng s¾t ë Illinois. Vµo ®Çu thÕ kû 20, c¸c m¸y bª t«ng phun kh« (bª t«ng phun trén kh«) ®· x©m nhËp vµo ch©u ¢u, ®Æc biÖt lµ t¹i vïng nói Alp. C¸c ®−êng hÇm ¸p lùc cña nhµ m¸y ®iÖn Buendner vµ cña nhµ m¸y ®iÖn Amsteg ®· sö dông bª t«ng phun (gunit) lµm kÕt cÊu b¶o vÖ. T¹i ®−êng hÇm ®−êng s¾t Coldrerio vµ Massagno ë Tessin ®· sö dông bª t«ng phun ®Ó söa ch÷a. H×nh 1-5 cho thÊy h×nh ¶nh sö dông bª t«ng phun ®Ó c¶i t¹o ®−êng hÇm 20 ®−êng s¾t thµnh ®−êng hÇm « t« Ulmberg t¹i Zuerich vµo n¨m 1927 (Kovari 2001). H×nh 1- 5. Sö dông bª t«ng phun t¹i Thôy sü ( ®−êng hÇm Ulmberg 1927) N¨m 1922, ®−êng hÇm ¸p lùc dµi 6 km cña nhµ m¸y ®iÖn Heimbach t¹i §øc ®· ®−îc phun phñ b»ng bª t«ng phun. Tuy nhiªn bª t«ng phun ®−îc sö dông nhiÒu, b¾t ®Çu cïng víi sù ra ®êi cña c¸c m¸y phun c«ng suÊt cao. M¸y phun cã kÕt cÊu trôc xo¾n do Senn ph¸t triÓn míi ®−îc coi ...