Phân tích ảnh hưởng của các tham số hình học và địa kỹ thuật đến hiện tượng lún mặt đất khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM)

Nội dung nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích đặc điểm biến dạng của mặt đất sau khi đào đường hầm bằng khiên đào (TBM). Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng của các tham số hình học và địa kỹ thuật đến hiện tượng lún mặt đất khi xây dựng đường hầm. Mức độ ảnh hưởng của các tham số đến chuyển vị mặt đất cũng được phân tích trong nghiên cứu này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ảnh hưởng của các tham số hình học và địa kỹ thuật đến hiện tượng lún mặt đất khi thi công đường hầm bằng khiên đào (TBM)470 PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THAM SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐỊA KỸ THUẬT ĐẾN HIỆN TƢỢNG LÚN MẶT ĐẤT KHI THI CÔNG ĐƢỜNG HẦM BẰNG KHIÊN ĐÀO (TBM) Nguyễn Văn Hiến Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Tác giả chịu trách nhiệm: hiennv@huce.edu.vnTóm tắt Hiện nay, việc xây dựng đường hầm trong lòng đất là một trong những giải pháp tối ưu để sửdụng đất đô thị một cách hiệu quả nhất. Hệ thống các đường hầm rất cần thiết cho một thành phốhiện đại để giải quyết những vấn đề bức xúc về giao thông, nó không những đảm bảo cảnh quanmà còn tiết kiệm được không gian trên mặt đất. Tuy nhiên, trong quá trình đào đường hầmthường gây ra hiện tượng lún mặt đất, làm thay đổi trạng thái làm việc của các công trình xâydựng bên trên, nguy hiểm hơn có thể phá hủy kết cấu gây mất ổn định công trình. Vì vậy, mộttrong những vấn đề quan trọng trong công tác thiết kế là phải dự báo được độ lún mặt đất gây rabởi việc đào đường hầm. Những kết quả dự báo sẽ làm cơ sở đề xuất các biện pháp nhằm hạnchế những rủi ro có thể xảy ra trong quá trình thi công. Nội dung nghiên cứu sử dụng phươngpháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích đặc điểm biến dạng của mặt đất sau khi đào đườnghầm bằng khiên đào (TBM). Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng của các tham số hình học và địa kỹthuật đến hiện tượng lún mặt đất khi xây dựng đường hầm. Mức độ ảnh hưởng của các tham sốđến chuyển vị mặt đất cũng được phân tích trong nghiên cứu này.Từ khóa: đường hầm; độ lún mặt đất; phễu lún mặt đất; phương pháp phần tử hữu hạn.1. Tổng quan Đường hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất hoặc dưới lòng sông, biển. Tùy vàomục đích sử dụng, phạm vi và phương pháp xây dựng có những loại đường hầm khác nhau. Vớisự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế và quá trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khaithác không gian ngầm ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, trong quá trình thi công đường hầmthường gây ra nhiều bất ổn trong lòng đất, đặc biệt là hiện tượng lún mặt đất. Có rất nhiều yếu tốảnh hưởng đến quá trình lún mặt đất, trong đó các yếu tố liên quan đến công nghệ xây dựng, điềukiện địa chất và đặc điểm kết cấu của đường hầm giữ vai trò quan trọng. Nếu không có những dựbáo trước để lựa chọn giải pháp thiết kế, biện pháp thi công và chống giữ hợp lý sẽ dẫn đếnnhững rủi ro rất lớn trong quá trình thi công, cũng như gây mất ổn định cho các công trình xâydựng bên trên. Đối với các đường hầm trong đô thị, công tác thi công dưới các tòa nhà cao tầnghay dưới hệ thống kỹ thuật ngầm luôn tiềm ẩn nhiều rủi ro như gây lún, nứt kết cấu, thậm chígây sụp đổ, phá hủy các công trình trên mặt đất hay ở vị trí lân cận. Do đó, việc lựa chọn hướngtuyến hay thiết kế kỹ thuật rất cần thiết phải có những dự báo và đánh giá mức độ ảnh hưởng từhoạt động thi công đường hầm đến các công trình hiện hữu.2. Các phương pháp tính l n mặt đất2.1. Phương pháp bán thực nghiệm Có nhiều phương pháp khác nhau để dự báo độ lún, một trong những nguyên nhân gây ra nhiềurủi ro tiềm ẩn ảnh hưởng cho các công trình hiện tại. Phương pháp bán thực nghiệm giúp ước tínhcác giá trị này khi thay đổi một số dữ liệu như độ sâu, đường kính của đường hầm, tính chất xâydựng của đất trong thời gian thi công (Dias, 1999). Hiện tượng lún mặt đất trong quá trình thi côngđường hầm được biểu thị bởi sự hình thành của một phễu lún. Phễu lún thường xuất hiện dưới dạngmáng ba chiều (hình 1). Hình dạng và độ dịch chuyển của phễu lún tuân theo định luật Gauss vàđược đặc trưng bởi độ lún lớn nhất tại trục của đường hầm, độ lún của phễu sẽ giảm theo khoảngcách từ điểm uốn của đường cong ra phía ngoài trong mặt cắt ngang của công trình. . 471 Lún bề mặt đất đối xứng với trục của đường hầm. Điều này được mô tả lần đầu tiên bởiMarcos (1958); các tác giả khác như Peck (1968), Schmidt (1969), Cording (1975), Attewell(1977), Clough (1981), O Reilly (1982) và Rankin (1988) đã xác nhận kết quả này (trích dẫn bởiMagnan và Serratrice, 2002). Hình 1. Hình dạng phễu lún mặt đất Hình 2. Biểu đồ Gauss của phễu lún mặt đất (Attewell et al., 1986). (Peck, 1969). Độ lún của phễu lún mặt đất được xác định theo công thức của Peck (1969).  - x2  (1) Sv  x  = Smax exp  2   2i  Trong đó: x - khoảng cách ngang đến trục của đường hầm; Sv(x) - độ lún bề mặt tương ứngvới tọa độ x; Smax - độ lún bề mặt lớn nhất tại trục của đường hầm; i - đặc tính ...