Một số phương pháp dự báo độ lún bề mặt khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM)

Trong nghiên cứu "Một số phương pháp dự báo độ lún bề mặt khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM)", ngoài việc mô hình hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), độ lún bề mặt cũng được dự báo theo phương pháp bán thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, mô hình FEM dự báo tốt độ lún bề mặt, phạm vi hình thành phễu lún phù hợp với phân tích theo phương pháp bán thực nghiệm và dữ liệu quan trắc hiện trường. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số phương pháp dự báo độ lún bề mặt khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM) HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Một số phương pháp dự báo độ lún bề mặt khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM) Nguyễn Văn Hiến Trường Đại học Xây dựng Hà NộiTÓM TẮTHệ thống các đường hầm rất cần thiết cho một thành phố hiện đại để giải quyết những vấn đề bức xúc vềgiao thông, nó không những đảm bảo cảnh quan mà còn tiết kiệm được không gian trên mặt đất. Tuy nhiên,trong quá trình đào đường hầm thường gây ra hiện tượng lún bề mặt, làm thay đổi trạng thái làm việc củacác công trình xây dựng bên trên, nguy hiểm hơn nó có thể phá hủy kết cấu gây mất ổn định công trình. Vìvậy, một trong những vấn đề quan trọng trong công tác thiết kế là phải dự báo được độ lún bề mặt gây rabởi việc đào đường hầm. Những kết quả dự báo sẽ làm cơ sở đề xuất các biện pháp nhằm hạn chế nhữngrủi ro có thể xảy ra trong quá trình thi công. Có nhiều phương pháp khác nhau để dự báo độ lún bề mặt,một trong những nguyên nhân gây ra nhiều rủi ro tiềm ẩn ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu. Trongnghiên cứu này, ngoài việc mô hình hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), độ lún bề mặt cũngđược dự báo theo phương pháp bán thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, mô hình FEM dự báotốt độ lún bề mặt, phạm vi hình thành phễu lún phù hợp với phân tích theo phương pháp bán thực nghiệmvà dữ liệu quan trắc hiện trường.Từ khóa: đường hầm; độ lún bề mặt; phễu lún bề mặt; phương pháp bán thực nghiệm; phương pháp phầntử hữu hạn.1. Tổng quan Đường hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển. Tùy vào mục đích sửdụng, phạm vi và phương pháp xây dựng có những loại đường hầm khác nhau. Với sự phát triển mạnh mẽcủa nền kinh tế và quá trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm ngày càngphổ biến. Tuy nhiên, trong quá trình thi công đường hầm thường gây ra nhiều bất ổn trong lòng đất, đặcbiệt là hiện tượng lún bề mặt. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lún bề mặt, trong đó các yếu tốliên quan đến công nghệ xây dựng, điều kiện địa chất và đặc điểm kết cấu của đường hầm giữ vai trò quantrọng. Nếu không có những dự báo trước để lựa chọn giải pháp thiết kế, biện pháp thi công và chống giữhợp lý sẽ dẫn đến những rủi ro rất lớn trong quá trình thi công, cũng như gây mất ổn định cho các côngtrình xây dựng bên trên. Trong nghiên cứu này sẽ giới thiệu tổng quan phương pháp bán thực nghiệm vàphương pháp phần tử hữu hạn (phương pháp co giảm, giảm ứng suất, áp lực vữa thay đổi) để dự báo, phântích độ lún bề mặt trong quá trình thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM). Ban đầu, nghiên cứu đượcthực hiện bằng cách sử dụng phương pháp bán thực nghiệm để phân tích ngược độ lún từ các kết quả quantrắc hiện trường, nó như một bước xác minh sơ bộ để nắm được xu hướng về sự dịch chuyển của phễu lúnbề mặt. Sau đó, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để so sánh với các kết quả phân tích theo phươngpháp bán thực nghiệm và dữ liệu quan trắc hiện trường.2. Các phương pháp dự báo độ lún bề mặt2.1. Phương pháp bán thực nghiệm Hiện tượng lún bề mặt trong quá trình thi công đường hầm được biểu thị bởi sự hình thành của một phễulún. Phễu lún thường xuất hiện dưới dạng máng ba chiều (Hình 1). Hình dạng và độ dịch chuyển của phễulún tuân theo định luật Gauss, được đặc trưng bởi độ lún lớn nhất tại trục của đường hầm, độ lún của phễusẽ giảm theo khoảng cách từ điểm uốn của đường cong ra phía ngoài trong mặt cắt ngang của công trình(Hình 2). Độ lún của phễu lún được xác định từ công thức (1).  - x2  Sv  x  = Smax exp  2  (1)  2i  Trong đó: x - khoảng cách ngang đến trục của đường hầm; Sv(x) - độ lún bề mặt tương ứng với tọa độx; Smax - độ lún bề mặt lớn nhất tại trục của đường hầm; i - đặc tính tham số của chiều rộng phễu lún (điểmuốn của đường cong lún); Z0 - độ sâu của trục đường hầm; R - bán kính của đường hầm. Tác giả liên hệEmail: hiennv@huce.edu.vn 148 Hình 1. Hình dạng phễu lún trên bề mặt Hình 2. Biểu đồ Gaussian của phễu lún (Attewell et al., 1986) (Peck, 1969) Mô hình được Peck đề xuất để ước lượng phễu lún, cho phép suy ra điểm uốn (i) và nửa chiều rộng củaphễu lún (Lc), cũng như xác định giá trị độ lún lớn nhất (Smax) trên bề mặt trong quá trình đào đường hầm.Để tính toán độ lún trên bề mặt, có một mối quan hệ gần đúng được Mair và Taylor đ ...