Thạc Sĩ Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố Nam Định

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC
NĂM 2011

Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Mở đầu 1

Chương I Tổng quan về công trình hầm vượt và các phương pháp thi công hầm vượt. Giới thiệu về phương án hầm vượt dự kiến tại Thành phố nam định 4
1.1 Tổng quan về công trình hầm vượt 4
1.1.1 Định nghĩa và phân loại 4
1.1.2 Lịch sử xây dựng hầm vượt trên Thế giới . 5
1.1.3 Tổng quan về xây dựng hầm vượt ở Việt Nam . 6
1.1.4 Giới thiệu về phương án hầm vượt dự kiến tại Thành phố Nam Định .9
1.2 Tổng quan về các phương pháp thi công hầm 14
1.2.1 Các phương pháp đào kín 14
1.2.2 Các phương pháp đào hở (lộ thiên) 15
1.2.3 Một số phương pháp khác thi công công trình ngầm . 21
1.3 Công nghệ xây dựng tường trong đất 24
1.3.1 Phạm vi áp dụng và các ưu nhược điểm 24
1.3.2 Công nghệ xây dựng tường trong đất 26

Chương II Lý thuyết tường trong đất trong thi công công trình hầm vượt .34
2.1 Tính toán tường trong đất 34
2.1.1 Tải trọng tác động lên tường trong đất 34
2.1.2 Một số phương pháp tính toán tường trong đất 43
2.2 Tính toán tường trong đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn52
2.2.1 Xác định tải trọng . 53
2.2.2 Rời rạc hóa kết cấu . 53
2.2.3 Xác định ma trận độ cứng của mỗi phần tử 54
2.2.4 Thành lập ma trận độ cứng tổng thể 56
2.3 Sơ bộ về phần mềm áp dụng trong tính toán tường trong đất .57
2.3.1 Phạm vi áp dụng . 58
2.3.2 Các dạng mô hình được thiết lập sẵn trong phần mềm 59
2.3.3 Các số liệu đầu vào và đầu ra khi tính toán 60

Chương III Phân tích, khảo sát sự làm việc của tường trong đất trong thi công hầm vượt và tính toán kết cấu vỏ hầm vượt61
3.1 Tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt với các điều kiện địa chất khu vực TP Nam Định .61
3.1.1 Phân tích kết cấu tường trong đất theo các phương pháp hiện hành bằng chương trình tính theo ngôn ngữ Matlab
3.1.2 Phân tích kết cấu tường trong đất theo phương pháp Sachipana70
3.1.3 Phân tích kết cấu tường trong đất bằng phần mềm Plaxis 73
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nước ngầm, chiều dày của tường trong đất .76
3.2.1 ảnh hưởng của mực nước ngầm đến nội lực trong kết cấu 76
3.2.2 ảnh hưởng của chiều dày tường đến nội lực trong kết cấu 77
3.3 Tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác .81
3.3.1 Mô hình tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác81
3.3.2 Các kết quả tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác 82
Kết luận và kiến nghị 84

MỞ ĐẦU
* Tính cấp thiết của đề tài
Do nhu cầu phát triển của kinh tế, hầm vượt và không gian ngầm ngày càng được quan tâm. Tại các thành phố lớn hệ thống tàu điện ngầm đang được triển khai xây dựng. Một số dự án về hầm vượt đã được triển khai lập dự án, khảo sát và giải phóng mặt bằng. Rất nhiều các nhà cao tầng đã và đang xây dựng có từ một đến nhiều tầng hầm. Thi công công trình ngầm đô thị ở Việt Nam trong một số năm trở lại đây đã sử dụng nhiều phương pháp thi công hiện đại như phương pháp khiên đào (TBM- tại hầm dẫn nước công trình Thủy điện Đại Ninh Tây Nguyên- sẽ sử dụng TBM trong đất yếu, tại các công trình Metrô ở Hà nội và thành phố HCM), phương pháp hầm dìm để thực hiện xây dựng các công trình hầm dưới nước (thi công hầm vượt Thủ Thiêm), sử dụng phương pháp tường trong đất Một loạt các dự án xây dựng hầm vượt được nghiên cứu triển khai xây dựng: dự án hầm vượt sông Thủ Thiêm (T.p Hồ Chí Minh), hầm vượt sông Hương (Huế), dự án tàu điện ngầm tại Tp Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh, các dự án hầm vượt đường bộ Trong đó một số dự án đã hoàn thành, một số dự án đang được triển khai.
Trong các dự án về hầm vượt đã xây dựng chúng ta chủ yếu thi công bằng phương pháp đào mở. Phương pháp thi công tường trong đất ở Việt Nam cho đến nay được sử dụng chủ yếu trong thi công các tầng hầm nhà cao tầng và các công trình phục vụ cho giao thông chủ yếu ở các Thành phố lớn. Hiện nay trong các dự án hầm vượt đường bộ thường được thiết kế đi ngầm trong đất và sử dụng phương pháp thi công tường trong đất là chủ yếu. Do những ưu điểm đặc biệt của phương pháp tường trong đất là:
- Thi công được các công trình ngầm có độ sâu lớn.
- Thích dụng trong mọi điều kiện địa chất, đặc biệt trong các vùng đất yếu, mực nước ngầm cao.
- Đảm bảo ổn định cho các công trình phụ cận, liền kề, phù hợp sử dụng thi công trong các công trình có điều kiện mặt bằng xây dựng chật hẹp.
- Giảm khối lượng thi công, có thể thi công theo phương pháp ngược (top -down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công.
- Tường vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kết hợp làm kết cấu chịu lực (cho các công trình ngầm), làm móng cho công trình trong những điều kiện nhất định.
Cho nên việc nghiên cứu áp dụng tường trong đất trong thi công hầm vượt là cần thiết. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu “Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại Thành phố Nam Định”.

* Mục tiêu đề tài luận văn
- Nghiên cứu và tính toán tường trong đất vào xây dựng công trình hầm vượt ở Việt Nam, áp dụng cụ thể cho hầm vượt dự kiến sẽ được xây dựng tại Thành phố Nam Định.
- ứng dụng khảo sát, phân tích sự làm việc của kết cấu cấu tường trong đất trong thi công công trình hầm vượt với các điều kiện địa chất ở Thành phố Nam Định.
- Phân tích sự làm việc của kết cấu công trình ngầm thi công theo phương pháp tường trong đất, từ các kết quả nghiên cứu có thể đề xuất các kiến nghị về giải pháp kết cấu hợp lý.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các công trình hầm vượt ứng dụng công nghệ tường trong đất với điều kiện địa chất tại Thành phố Nam Định.
* Nội dung nghiờn cứu của đề tài
Luận văn có ba chương với các nội dung chính như sau
Chương 1: Tổng quan về công trình hầm vượt và các phương pháp thi công hầm vượt. Giới thiệu về phương án hầm vượt dự kiến tại Thành phố Nam Định.
Chương 2: Lý thuyết tường trong đất trong thi công công trình hầm vượt
Chương 3: Phân tích, khảo sát sự làm việc của tường trong đất trong thi công hầm vượt và tính toán kết cấu vỏ hầm vượt.
Kết luận và kiến nghị
* Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về công trình hầm, các công nghệ thi công hầm đặc biệt là công nghệ tường trong đất trong thi công hầm vượt, kết hợp với các tài liệu thực tế thiết kế và thi công các công trình ngầm tại Việt Nam và tại Hà Nội. Tiến hành nghiên cứu phân tích kết cấu tường trong đất theo quá trình thi công, từ đó đưa ra kiến nghị về lựa chọn mô hình tính toán và dạng kết cấu vỏ hầm thích hợp.
Tiến hành khảo sát với dạng kết cấu hầm vượt dự kiến thi công tại Thành phố Nam Định với một số dạng điều kiện địa chất ở Thành phố Nam Định. Việc khảo sát được thực hiện bằng các phần mềm hiện hành trong đó xây dựng một phần mềm tính toán bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình ngầm đô thị, là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng công nghệ ứng dụng tường trong đất trong thi công các hầm vượt tại Thành phố Nam Định và ở những nơi có điều kiện địa chất tương tự.