Thạc Sĩ Nghiên cứu tính toán và biện pháp thi công hầm giao thông qua đô thị phù hợp với điều kiện khu vực t

TÓM TẮT
ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HẦM GIAO
THÔNG QUA ĐÔ THỊ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN KHU VỰC TP.HCM”
Giới thiệu chung
Xác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu
luận văn, nêu được ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận văn.
Chương 1. Tổng quan về công trình ngầm, các biện pháp thi công công trình
ngầm trên thế giới và ở Việt Nam
Nêu tổng quan về các công trình ngầm theo lịch sử phát triển trên thế giới
cũng như tại Việt Nam. Sơ bộ các phương pháp tính toán cũng như các phương
pháp thi công đường hầm phổ biến trên thế giới hiện nay. Luận văn chú trọng vào
khu vực có địa chất yếu qua đô thị nên có những nhận xét tổng quan và yêu cầu khi
tính toán, thi công đường hầm qua khu vực đặc trưng này.
Chương 2. Đặc điểm địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Dựa trên số liệu địa chất của các dự án lớn, có đủ số liệu thí nghiệm của các
dự án đang triển khai trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh để tổng hợp và có cái
nhìn tổng quan về địa chất của khu vực. Qua đó lựa chọn địa chất đặc trưng và có
nhận xét, kiến nghị một số lưu ý khi xây dựng hầm qua khu vực địa chất này.
Chương 3. Sự làm việc của hầm trong môi trường đất
Nghiên cứu các đặc tính cơ bản của đất để từ đó xác định được cơ chế tác
dụng của áp lực địa tầng lên công trình ngầm. Từ đó cũng thấy được ứng xử của đất
- kết cấu tùy theo loại đất sẽ quyết định hình dáng, kích thước hầm. Ngoài ra việc
xác định các tổ hợp tải trọng cũng có ý nghĩa quan trọng đảm bảo công trình ổn
định và an toàn trong quá trình thi công và khai thác.
Chương 4. Các phương pháp tính toán công trình hầm.
Nghiên cứu các phương pháp tính toán công trình ngầm theo các phương
pháp chính là phương pháp lực, phương pháp biến dạng, phương pháp phần tử hữu
hạn, Từ đó rút ra phương pháp tính và mô hình tính toán hợp lý với điều kiện địa
chất yếu để áp dụng cho phù hợp.
Chương 5. Phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với điều kiện của
khu vực nghiên cứu
Với địa chất yếu, không có điều kiện đào hở thì phương pháp đào kín bằng
khiên đào là phù hợp nhất. Chương này tìm hiểu kỹ về phương pháp khiên đào từ
khi phát minh cho đến nay, từ đơn giản đến phức tạp. Nghiên cứu nguyên lý hoạt
động của các loại khiên đào hiện đại như phương pháp khiên cân bằng áp lực đất,
khiên cân bằng áp lực vữa, khiên bọt khí, khiên đa mặt, khiên nhiều trục, khiên mặt
cắt tự do, khiên hình cầu cùng với đặc điểm cũng như phạm vi áp dụng thích hợp
của chúng để có thể áp dụng vào từng điều kiện cụ thể hợp lý nhất. Sự đa dạng của
khiên cho phép giải quyết các vấn đề thi công hầm gần như không hạn chế.
Chương 6. Một số vấn đề cần giải quyết khi xây dựng công trình hầm trong
điều kiện đô thị thành phố Hồ Chí Minh
Do công trình ngầm đi qua khu vực địa chất yếu trong điều kiện đô thị đông
đúc nên để đảm bảo thi công và khai thác an toàn cho công trình ngầm cũng như
các công trình lân cận thì cần phải giải quyết một số bài toán thực tế.
Các bài toán cơ bản đặt ra la các bài toán tìm chiều sâu đặt hầm hợp lý, tính
toán ảnh hưởng của hầm đến các công trình ngầm cũng như các công trình trên mặt
đất lân cận. Từ đó xác định được phạm vi an toàn và mức độ ảnh hưởng lên các
công trình để có các biện pháp xử lý thích hợp.
Chương 7. Kết luận và kiến nghị
MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM, CÁC PHƯƠNG
PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ
Ở VIỆT NAM 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM . 3
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HẦM . 9
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM 9
1.3.1 Phương pháp mỏ (phương pháp khoan nổ) . 10
1.3.2 Phương pháp dùng máy đào các loại thích hợp với thi công đường
hầm trên núi, thi công đường hầm nông và trong đất mềm . 11
1.3.3 Phương pháp đào lộ thiên là phương pháp thi công đường hầm nông
và trong đất mềm . 11
1.3.4 Phương pháp tường liên tục dưới đất thi công hầm trong đất mềm yếu
11
1.3.5 Phương pháp khiên 11
1.3.6 Phương pháp hạ chìm 11
1.3.7 Đánh giá và đề xuất phương án . 12
1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH NGẦM GIAO THÔNG ĐÔ THỊ
KHU VỰC TP.HCM 13
1.4.1 Bối cảnh 13
1.4.2 Đặc điểm công trình ngầm đô thị . 13
Chương 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP.HCM 16
2.1 Thống kê số liệu địa chất 16
2.2 Đặc điểm địa chất .17
2.3 Lựa chọn các thông số đặc trưng dùng tính toán .24
2.4 Một số lưu ý .25
2.4.1 Cát có thể chảy lỏng 25
2.4.2 Khả năng ăn mòn bê tông của nước ngầm . 25
Chương 3. SỰ LÀM VIỆC CỦA HẦM TRONG . 26
MÔI TRƯỜNG ĐẤT 26
3.1 Các đặc tính cơ bản của đất 26
3.1.1 Đất đá và các tính chất cơ bản của nền đất yếu . 26
3.1.1.1 Biến dạng của đất đá . 26
3.1.1.2 Độ bền của đất đá 27
3.1.1.3 Tính lưu biến của đất đá 29
3.1.1.4 Hệ số kiên cố . 30
3.1.2 Nền đất yếu . 32
3.1.2.1 Các tính chất của nền đất yếu 32
3.2 Điều kiện địa chất, thuỷ văn ảnh hưởng đến công trình ngầm .33
3.3 Áp lực địa tầng lên công trình ngầm .34
3.4 Ứng xử đất – kết cấu của đất xung quanh đường hầm .36
3.4.1 Sự phân bố ứng suất trong đất nền xung quanh hầm . 36
3.4.2 Các phương pháp xác định áp lực địa tầng 41
3.4.2.1 Tính toán áp lực địa tầng theo quan điểm môi trường phân tán . 42
3.4.2.2 Tính toán áp lực ngang 48
3.4.2.3 Tính toán phản lực đáy hầm . 49
3.5 Tải trọng tác dụng lên đường hầm 51
Chương 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN . 53
CÔNG TRÌNH NGẦM . 53
4.1 Các phương pháp lực .53
4.1.1 Phương pháp SN.Naumov 53
4.1.2 Phương pháp G.G. Zurabov 53
4.1.3 Phương pháp thay thế bằng hệ thanh 54
4.1.4 Phương pháp S.A. Orlov 54
4.1.5 Phương pháp S.S. Đavưđov . 54
4.1.6 Phương pháp I.A. Malikova . 55
4.2 Các phương pháp biến dạng 55
4.2.1 Phương pháp Ya. Bialer 56
4.2.2 Phương pháp K.V.Ruppenneyt,V.A. Lutkin, A.N. Dranovxki 56
4.2.3 Phương pháp B.G. Galerkin 56
4.2.4 Phương pháp M.M. Protodiakonov 56
4.3 Phương pháp phần tử hữu hạn .57
4.3.1 Khái niệm chung về phương pháp PTHH 57
4.3.2 Phương pháp PTHH trong tính toán công trình ngầm . 59
4.3.2.1 Các mô hình tính 59
4.3.2.2 Các dạng phần tử . 59
4.3.2.3 Nguyên tắc chia lưới phần tử . 67
4.3.2.4 Các dạng mô hình nền . 68
4.3.3 Giới thiệu một số phần mềm tính toán sử dụng phương pháp PTHH71
4.4 Phương pháp phần tử rời rạc .71
4.5 Các phương pháp tính toán thiết kế đường hầm phù hợp đối với địa chất
mềm yếu .72
4.5.1 Tính toán kết cấu hầm theo phương pháp thay thế bằng hệ thanh 73
4.5.2 Tính toán kết cấu công trình hầm dạng vòm hình yên ngựa . 76
4.5.3 Tính toán kết cấu công trình hầm dạng tròn 77
Chương 5. PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM PHÙ HỢP
VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU . 79
5.1 Các phương pháp thi công công trình ngầm phù hợp với khu vực địa chất
mềm yếu .79
5.2 Biện pháp thi công hầm bằng phương pháp khiên đào 80
5.2.1 Lịch sử phát triển hầm theo phương pháp khiên (shield) . 80
5.2.2 Cấu tạo, phân loại khiên đào . 86
5.2.2.1 Cấu tạo của khiên 86
5.2.2.2 Phân loại khiên 90
5.2.2.3 Căn cứ chọn loại khiên 92
5.2.3 Nguyên lý cơ bản của thi công hầm bằng khiên đào 93
5.2.3.2 Máy đào và phương pháp thi công khiên cân bằng áp lực đất (Earth
Pressure Balanced Shield – EPB Shield) 95
5.2.3.3 Máy đào và phương pháp thi công khiên dung dịch vữa (Slurry
Shield) 97
5.2.4 Các phương pháp mới thi công bằng khiên đào 100
5.2.4.1 Phương pháp khiên đa mặt MF (Multi Face) .100
5.2.4.2 Phương pháp khiên nhiều trục lệch tâm DPLEX (Developing
Parallel Link EXcavating shield Method) 102
5.2.4.3 Phương pháp khiên mặt cắt tự do 104
5.2.4.4 Phương pháp khiên hình cầu .106
5.2.4.5 Phương pháp khiên MSD (Mechanical Shield Docking) 109
5.2.4.6 Phương pháp khiên MMST (Multi Micro Shield Tunnel) .110
5.2.4.7 Phương pháp khiên bọt khí .111
5.2.4.8 Phương pháp khiên CPS (Chemical Plug Shield) 113
5.2.4.9 Phương pháp khiên DOT (Double O Tube) .114
5.2.4.10 Phương pháp khiên H & V .115
5.2.4.11 Phương pháp khiên mở rộng cục bộ .118
5.2.5 Ưu khuyết điểm của biện pháp thi công hầm bằng khiên đào 119
5.2.5.1 Ưu điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên .119
5.2.5.2 Khuyết điểm của thi công đường hầm theo phương pháp khiên .120
Chương 6. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT KHI XÂY DỰNG CÔNG
TRÌNH NGẦM TRONG ĐIỀU KIỆN TP. HỒ CHÍ MINH 121
6.1 Tính toán đường hầm có xét ảnh hưởng của các công trình lân cận 121
6.1.1 Cấu tạo đường hầm trong đất yếu 121
6.1.1.1 Bố trí chung của đường hầm 121
6.1.1.2 Mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu 122
6.1.1.3 Kích thước mặt cắt ngang đường hầm trong nền đất yếu 122
6.1.2 Bài toán 1: Xác định độ sâu đặt hầm hợp lý .125
6.1.3 Bài toán 2: Ảnh hưởng của 2 đường hầm lân cận nhau 130
6.1.3.1 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương ngang 130
6.1.3.2 Bài toán biến thiên khoảng cách theo phương đứng 134
6.1.4 Bài toán 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của công trình trên mặt đất xuống
công trình ngầm 138
Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 143
7.1 Kết luận 143
7.2 Kiến nghị 144