Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu mái hầm đến lún bề mặt với công trình hầm chui

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2019 10 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU MÁI HẦM ĐẾN LÚN BỀ MẶT VỚI CƠNG TRÌNH HẦM CHUI NGUYỄN THỊ QUỲNH NHƢ* Influence of flat roof structure of shallow tunnels on the settlement of the ground Abstract: This article introduces the research results about the comparision of the influences of the dome structure and flat roof of shallow tunnels on the settlement of the ground above them. The article also presents the displacement of the ground above the structure within the interaction of the tunnel roof of the tunnel constructed by the barrette construction method. From the results of research, some comments, reviews and recommendations are resulted in. Keywords: Foundation; tunnel roof; displacement; stress; underground; barrette 1. GIỚI THIỆU CHUNG Do quĩ đất đơ thị cĩ giới hạn nên ngày nay nhu cầu thi cơng các cơng trình ngầm để làm bãi đỗ xe, đường giao thơng ngầm qua các điểm giao cắt ngày càng tăng. Tuy nhiên việc thi cơng các cơng trình ngầm cũng thường gây ra các ảnh hưởng đến kết cấu của các cơng trình lân c n nếu khơng được tính tốn trước và l a chọn biện pháp thi cơng phù hợp. Vì v y việc nghiên cứu trạng thái chuyển vị của nền đất và độ lún phía trên cơng trình ngầm mang tính khoa học và th c tiễn rõ rệt. 2. PHƢƠNG PHÁP NGHI N CỨU 2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, l a chọn phương án cấu tạo mái, l a chọn sơ đồ tính, phương pháp tính tốn phù hợp. Từ phân tích các kết quả tính tốn trên phần mềm Plaxis, đưa ra những nh n xét về phương án hợp lý. 2.2. Sơ đồ tính tốn hầm Hình 1. Sơ đồ tính tốn cho trường hợp mái phẳng Hình 2. Sơ đồ tính tốn cho trường hợp mái vịm - Để* tính tốn, tác giả th c hiện tính tốn * ThS. y d ng Cầu hầm Tr ng Đ i h c iao thơng V n tải DĐ: 0982 187716 Email: quynhu61@utc.edu.vn cho một cơng trình hầm giả định cĩ mái phẳng và mái vịm, vùng khảo sát rộng 50m và cao 25m, nĩc hầm cách mặt đất 5m, khẩu độ hầm 10m. Kích thước này được chọn sao cho chuyển vị ngang từ biên đứng bằng 0 và chuyển vị đứng trên biên ngang bằng 0. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2019 11 - Xét bài tốn cĩ m c nước ngầm cách mặt đất 20m. - Kết cấu được đặt lên một lớp đất đồng nhất đẳng hướng với các số liệu như sau: mơi trường xung quanh là đất sét cĩ trọng lượng riêng sat = 18 kN/m 3 , gĩc ma sát trong  = 250, l c dính Cref = 5 kN/m 2 - Xét bài tốn phẳng, chiều dọc hầm lấy bằng 1m - Các đặc trưng hình học từ sơ đồ tính gồm Tường BTCT M300 dày dtường = 1,0m, độ cứng dọc tr c EA = 2,65*106KN/m, độ cứng chống uốn EI = 2,21*105KNm2/m, nĩc BTCT M300 dày dnĩc = 1,0m, độ cứng dọc tr c EA = 2,9*10 6KN/m, độ cứng chống uốn EI = 2,42*10 5 KNm 2 /m - Tải trọng trên mặt đất q = 20kN/m2 lấy theo tiêu chuẩn. 3. KẾT QUẢ NGHI N CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CẤU TẠO MÁI VÕM ĐẾN ĐỘ LƯN Ề MẶT SO VỚI MÁI PHẲNG KHI HẦM ĐẶT NƠNG 3.1. Khảo sát tính tốn ảnh hƣởng của kết cấu hầm nĩc phẳng đến lún bề mặt với cơng trình hầm Hình 3. ớng chuyển vị của n n đất và cơng trình (n c phẳng) Hình 4. Sơ đồ chuyển vị của cả hệ (n c phẳng) 3.2. Khảo sát tính tốn ảnh hưởng của kết cấu hầm nĩc cong đến lún bề mặt với cơng trình hầm ình 5. ớng chuyển vị của n n đất và cơng trình (nĩc vịm cong) ình 6. Sơ đồ chuyển vị của cả hệ (nĩc vịm cong) Sau khi khảo sát chuyển vị của mặt đất và nghiên cứu tại những điểm cách nhau 1m, điểm đầu tiên nằm trên mặt đất, tại tr c đối xứng của hầm. Do hệ đối xứng, chịu tải trọng đối xứng nên chỉ tiến hành khảo sát một bên kết cấu, điểm khảo sát xuất phát từ tr c đối xứng của cơng trình, bề rộng khảo sát sang mỗi bên tính từ tr c đối xứng là ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2019 12 25m. Sau đĩ nĩc hầm được lấy theo 5 giá trị khác nhau là 0,6m; 0,8m; 1,0m; 1,2m; 1,4m để thu n tiện cho việc khảo sát và tính tốn. Kết quả đưa ra được các số liệu, từ đĩ các biểu đồ chuyển vị của đất được xây d ng như trong biểu đồ sau: ình 7. Biểu đồ chuyển vị của hầm n c phẳng ình 8. Biểu đồ chuyển vị của hầm n c vịm ình 9. Biểu đồ so s nh chuyển vị U của n c vịm và n c phẳng Hình 10. Biểu đồ so s nh chuyển vị theo ph ơng đứng của n c vịm và n c phẳng ình 11. Biểu đồ so s nh chuyển vị hi độ dày vịm thay đổi ình 12. Biểu đồ so s nh chuyển vị ph ơng đứng hi độ dày vịm thay đổi Hình 13. Khảo sát chuyển vị theo ph ơng đứng hi độ s u thay đổi 4. NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ 1. Hình 9 thể hiện chuyển vị tổng U của mặt đất trong trường hợp nĩc phẳng và nĩc vịm là khác nhau. Hầm nĩc phẳng cĩ độ lún lớn phía trên tại vị trí giữa nĩc =0,043m, cách xa tường khoảng 4m thì độ lún max= 0,093m. Hầm nĩc vịm cĩ độ lún phía trên tại vị trí giữa nĩc =0,021m, xa tường khoảng 4m độ lún max= 0,062m. Do đĩ ta thấy độ lún của mơi trường đất đá trên nĩc phẳng lớn hơn độ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2019 13 lún của mơi trường đất đá phía trên nĩc vịm. Điều này cịn cĩ thể hiểu được vì tường cĩ chiều cao đến mặt đất và tường bị nghiêng vào trong. 2. Hình 10 so sánh chuyển vị lún theo phương đứng Uy của nĩc phẳng và nĩc vịm cĩ cùng chiều dày d = 1m. Xét chuyển vị tại vị trí tr c đối xứng của nĩc, vị trí cĩ giá trị max (cách tường khoảng 4m) và vị trí cho giá trị min, ta cĩ bảng kết quả dưới đây. STT Chuyển vị Nĩc phẳng Nĩc vịm Ghi chú 1 Chuyển vị max -0,071 -0,053 Cách xa tường 4m 2 Chuyển vị min 0,00 Cách xa tường 20m 0,00 Cách xa tường 17m 3 Chuyển vị tại tr c đối xứng 0,014 0,020 Khi càng xa ra khỏi tường hầm thì chuyển vị càng tiến về giá trị ban đầu bằng 0, theo bảng số liệu thì với hầm nĩc phẳng, phạm vi an tồn cho các cơng trình liền kề cần đảm bảo xa tường hơn so với hầm nĩc vịm. Trong thành phố ch t hẹp, nhiều cơng trình gần kề thì việc l a chọn phương án hầm nĩc vịm cĩ lợi hơn cần được xem xét kỹ. 3. Hình 11 cho ta thấy khi thay đổi độ cứng của vịm với các giá trị 1m, 0,8m, 0,6m chuyển vị lún phía trên nĩc vịm thay đổi, vịm 0,6m cĩ chuyển vị lún lớn hơn vịm 0,8m và lớn hơn vịm 1m, điểm cĩ chuyển vị lún lớn nhất cĩ vị trí và giá trị khác nhau như trong biểu đồ. 4. Hình 12 cịn cho ta thấy khi thay đổi độ dày nĩc vịm, chuyển vị lún Uy của mặt đất tại tr c đối xứng giảm đi rõ rệt từ -0,06 đến -0,04. Vịm càng mỏng thì độ lún càng lớn, ở vị trí ngồi tường ra xa khoảng 17m thì độ lún của mặt đất là như nhau, khơng ph thuộc chiều dày nĩc hầm. Độ lún mặt đất lớn nhất theo phương đứng cũng cĩ tọa độ tại X =33,0 m. Khi độ cứng thay đổi cho cả hai phương án mái phẳng và mái vịm, các chuyển dịch đều thay đổi. Do đĩ cần phải tính tốn với độ cứng cần thiết đảm bảo sức mang tải của kết cấu và từ đĩ kết lu n về độ lún của bề mặt. 5. Hình 13 cho ta thấy khi ta khảo sát chuyển vị lún ở những độ sâu khác nhau thì độ lún khác nhau, ở độ sâu 22m lún nhiều hơn ở độ sâu 23,5m và 25m. Từ kết quả cĩ thể thấy được việc l a chọn độ sâu cần được phân tích c thể. Khi độ sâu càng lớn thì độ lún càng nhỏ nhưng giá thành cơng trình tăng cao do đĩ cần cĩ phân tích cho từng trường hợp để l a chọn chiều sâu hợp lý. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Phùng, “Cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm bằng phương pháp tường trong đất”, NXB Giao thơng V n tải Hà Nội, 1998. [2] Nguyễn Văn Quảng, “Chỉ dẫn thiết kế và thi cơng cọc Baret, tường trong đất, neo trong đất”, NXB Xây D ng, 2003. [3] Đỗ Như Tráng, “Giáo trình cơng trình ngầm”, NXB HV Kỹ thu t Quân s , 1995. [4] Nguyễn Quốc Hùng, Nguyễn Thế Phùng, “Thiết kế cơng trình hầm giao thơng”, NXB Giao thơng V n tải Hà Nội, 2004. [5] Nguyễn Bá Kế, “Thiết kế và thi cơng hố mĩng sâu”, NXB Xây d ng, 2002. Ng i phản biện: GS.TS. ĐỖ NHƯ TRÁNG