Đề tài Sự cố thi công hầm bằng máy TBM bài toán ổn định gương đào bằng phần mềm plaxis 3d tunnel

Trường đại học Giao thông vận tải Đề tài: sự Cố THI CÔNG HầM BằNG MáY tbm BàI TOáN ổn định gương đào bằng phần mềm plaxis 3d tunnel Giáo viên hướng dẫn: Ths. BùI VĂN DƯỡNG KS. nguyễn thạch bích Sinh viên thực hiện: Chử ngọc minh chiến Mai cao cường ninh thế dân phạm đình việt đức KHOA CÔNG TRìNH Nội dung của đề tài Sự Cố THI CÔNG HầM BằNG tbm MÔ HìNH TíNH TOáN BàI TOáN ổn định gương đào bằng phần mềm plaxis 3d tunnel Mục đích nghiên cứu Trong thời gian gần đây công nghệ thi công hầm bằng máy TBM đã phát triển khá rộng rãi. Tuy nhiên vẫn gặp phải các sự cố khách quan trong quá trình thi công. Đề tài của nhóm nghiên cứu đưa ra bài toán ổn định gương đào khi thi công đường hầm bằng TBM và sử dụng phần mềm Plaxis để giải quyết bài toán đó. Phần I: sự cố thi công bằng máy TBm Giới thiệu về tbm TBM là một dạng tổ hợp thiết bị chuyên dụng sử dụng trong xây dựng công trình ngầm trong các điều kiện địa chất khác nhau. Nhược điểm Chiều dài thi công phải lớn (L>750m), Khó khăn trong đoạn cong có bán kính nhỏ, Giá thành lớn, kích thước định hình sẵn theo đường kính hầm. ƯU ĐIểM Thi công an toàn, Cơ giới, áp dụng trong nhiều loại địa hình, Không ảnh hưởng tới bề mặt, môi trường, Không chịu ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài. Phân loại TBM TBM phân thành hai loại cơ bản: TBM mui trần TBM có khiên Khiên đơn Khiên đôi Các sự cố khi thi công bằng TBM Lớp phủ mỏng, đường kính hầm lớn gây ra lún và sập lở lên bề mặt, ảnh hưởng tới các công trình bên trên, Các chướng ngại vật chưa khảo sát :đá mồ côi, móng cọc các công trình, túi nước…, Sự thất thoát áp lực đối với các loại TBM cân bằng áp lực gây ra khó khăn trong thi công và lún… BIếN dạng ngắn hạn Nguyên nhân: Sự không cân bằng áp lực gương đào làm đất phía trước và trên gương chuyển dịch vào phía trong hầm. Ma sát giữa vỏ khiên và đất trong quá trình di chuyển dẫn đến sự phá huỷ đất xung quanh hang đào. Đào quá tiết diện gặp phải trong trường hợp hầm cong Sự tồn tại khe hở ở đuôi khiên đào. Sự điều chỉnh “ngoi lên - chìm xuống” dẫn đến sự đẩy ra của đất trước khiên và sự trồi lún trên mặt đất. Vận tốc di chuyển của khiên: vận tốc càng lớn biến dạng càng lớn. Biến dạng dài hạn Biến dạng lâu dài của đất gây ra bởi biến dạng hình elip nằm ngang và chuyển dịch vỏ hầm dưới tác động của tải trọng không cân bằng và nước ngầm bao quanh hầm. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng liên kết bulông giữa các khối vỏ hầm. Đánh giá ảnh hưởng của biến dạng đến các công trình trên mặt đất gần kề Đánh giá ảnh hưởng của biến dạng đến các công trình trên mặt đất gần kề Phần II: Mô hình tính toán Bài toán ổn định bề mặt gương đào  Mô hình không gian Sự ổn định bề mặt được mô hình hoá bằng sự cân bằng các lực tác dụng lên lăng trụ chữ nhật và lăng trụ tam giác. Bài toán ổn định bề mặt gương đào Mô hình Phẳng Xét cân bằng của một phân tố mặt cắt trong thể lăng trụ tam giác. Phân tích các lực tác dụng Trình tự tính toán Xác định các đặc trưng của hầm và phân tích các lực tác dụng lên mặt cắt gương. Tính toán các lực tác dụng lên gương đào. Tính toán áp lực cần thiết tạo ra để cân bằng với áp lực đất tác dụng vào gương đào. Phương pháp bán kinh ngiệm áp lực có hiệu s’ phụ thuộc vào các đại lượng: Công thức bán kinh nghiệm + Có xét đến áp lực nước: + Không xét đến áp lực nước: Biểu đồ tra các trị số Fo, F1, F2, F3 Phần III: Giải bài toán ổn định gương Đào bằng phần mềm Plaxis 3D tunnel Các modul trong Plaxis 3D tunnel Modul nhập dữ liệu (Input) để xác định các điều kiện ban đầu của bài toán, các tham số tính chất vật liệu, đất đá, liên kết giữa các môi trường. Modul tính toán (Calculation) tiến hành tính toán để đạt được kết quả theo điều kiện đầu vào đã nhập Modul kết quả (Output) biểu diễn các kết quả tính toán như chuyển vị, ứng suất, biến dạng… Modul biểu thị quan hệ US và BD (Curves) tại các điểm bất kỳ trên mô hình tính và tại thời điểm thi công khác nhau GiảI bài toán ổn định gương đào Mục đích: Xác định chuyển vị của đất phía trên khi áp dụng ổn định gương đào, Xác định áp lực nhỏ nhất cần thiết ổn định gương, Phân tích an toàn. Mô hình tính toán và Input Input Thiết lập các dữ liệu cho TBM Input Mô hình 2D Mô hình 3D InPut (Initial Conditions) Mô hình áp lực nước ngầm Mô hình áp lực đất 2. Calculation Nhập giá trị áp lực cần thiết để ổn định gương Kết quả Biến dạng của gương hầm khi dùng cân bằng gương áp lực gương nhỏ nhất: Đỉnh gương : 0,1746.100 = 17,46 kN/m2 Đáy gương : 0,1746.200 = 34,92 kN/m2 OutPut Xác định áp lực gương nhỏ nhất áp lực gương nhỏ nhất: ở đỉnh gương : 0,1746.100 = 17,46 kN/m2 ở đáy gương : 0,1746.200 = 34,92 kN/m2 OutPut Phân tích an toàn - Theo điều kiện Coulomb - Phương pháp Phi - C Khi tính toán chấp nhập giá trị đầu tiên là = 0,1 Sau khi tính toán có được hệ số an toàn = 2,3592 Output Phân tích an toàn Curves Biểu đồ thể hiện sự phát triển của tải trọng đến chuyển vị gương hầm Curves Biểu đồ thể hiện sự phát triển của chuyển vị gương hầm qua hệ số an toàn Kết Luận Qua 3 mô hình tính toán trên ta thấy khi sử dụng phần mềm Plaxis dùng cho công việc tính toán thiết kế một công trình hầm khá hiệu quả. Bằng cách nhập các số liệu đầu vào khá đơn giản và đòi hỏi người dùng phải có hiểu biết về các định luật biến dạng, khi các số liệu đầu vào càng bao được các trường hợp xảy ra trong thực tế thì kết quả đạt được là càng chính xác với yêu cầu đặt ra đối với quá trình thi công bằng TBM. Kiến nghị Phương pháp đào hầm bằng máy cân bằng áp lực cân bằng gương đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Với đặc trưng sử dụng thuận lợi trong môi trường địa chất yếu rất phù hợp để thực hiện tại các đô thị nhất là tại Hà Nội. Qua việc tính toán bằng mô hình Plaxis đã phản ánh khá chính xác các hiện tượng xảy ra khi thi công bằng TBM, cho thấy vấn đề lún là không thể tránh khỏi khi thi công hầm trong đất (đặc biệt đối với địa chất yếu như của Hà Nội) do luôn tồn tại khoảng hở giữa biên hang đào với kết cấu vỏ lắp sau này,độ cứng của kết cấu vỏ hầm, vì vậy cần có các giải pháp để hạn chế vấn đề lún trên. Nghiên cứu chỉ dừng lại ở phương pháp lý thuyết đối với các lớp địa chất được mô hình khá đơn giản tại 1 địa điểm cụ thể trong toàn bộ đường hầm của địa chất Hà Nội nên không thể tránh được những sai số nhất định. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn sinh viên.