Đang tải... (xem toàn văn)
Tại nghiên cứu này, tác giả trình bày công nghệ Jet - Grouting (cọc xi măng - đất phụt vữa áp lực cao) gia cố đất nền xung quanh hầm tại vị trí khó khăn trên để giảm lún bề mặt đất và công trình Nhà hát. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để đánh giá độ lún bề mặt đất nền. Từ kết quả tính toán bằng phương pháp PTHH đưa ra quan hệ giữa đặc trưng thông số của cọc xi măng – đất (Jet - Grouting) với độ lún bề mặt đất nền trên hầm và góc Nhà hát tại vị trí nguy hiểm nhất, trong điều kiện độ lún mặt đất cho phép nhỏ hơn 10mm.
26 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ JET-GROUTING GIA CỐ XUNG QUANH HẦM BẢO VỆ CƠNG TRÌNH MĨNG NƠNG TẠI TUYẾN METRO SỐ - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH USING JET-GROUTING TO REINFORCED SOID MASS SURROUNDING THE TUNEL AND PROTECT THE CONSTUCTION FOUNDATION IN METRO LINE – HO CHI MINH CITY Phan Sỹ Liêm, Nguyễn Bá Hoàng Trường Đại Học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Việc thi công hầm công nghệ khiên đào xuất biến dạng bề mặt đất trình thi cơng Với điều kiện hạn chế khơng gian thi cơng bảo vệ cơng trình kiến trúc cổ Nhà hát Thành phố cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật lúc vận hành khai thác Tại nghiên cứu này, tác giả trình bày cơng nghệ Jet - Grouting (cọc xi măng - đất vữa áp lực cao) gia cố đất xung quanh hầm vị trí khó khăn để giảm lún bề mặt đất cơng trình Nhà hát Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) sử dụng để đánh giá độ lún bề mặt đất Từ kết tính tốn phương pháp PTHH đưa quan hệ đặc trưng thông số cọc xi măng – đất (Jet - Grouting) với độ lún bề mặt đất hầm góc Nhà hát vị trí nguy hiểm nhất, điều kiện độ lún mặt đất cho phép nhỏ 10mm Từ khóa: Jet-Grouting, lún bề mặt, khiên đào, PTHH Abstract: Due to tunneling with tunnel boring machine the surface settlerment will appear With the restriction on construstion site and have to protection of ancient architicture Opera House building, the tunnel have to be placed ensure technical requirements and operating In this study, the authors use the Jet - Grouting (Cement piles - high pressure grouting) for reinforcement of surrounding ground tunnels going through the restriction site to reduce surface settlerment and Opera House building The finite element method will be used to evaluate the surface settlerment From the results calculated by the finite element method will make the relationship between the characteristic parameters of the pile Jet - Grouting with the surface settlerment above the tunnel and the most dangerous locations Opeara House building corner’s, with a maximum allowable surface settlement of 10mm Keywords: Jet - Grouting, surface setterment, tunnel boring machine, element method Giới thiệu Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) trung tâm kinh tế, tài nước với số dân 7,95 triệu người (Tổng cục thống kê 2014) xem thành phố động nước ASEAN Trong khi, hệ thống hạ tầng giao thơng chưa phát triển, tình trạng kẹt xe cao điểm ngày tăng Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống Đường sắt đô thị (ĐSĐT) TP.HCM phát triển sớm từ cuối năm 90 Tuyến Metro số ngầm lòng đất 2,6 km độ sâu trung bình [-12÷ -25]m tính theo cao độ đỉnh ray thi công TBM (Tunnel Boring Machine) (BQLĐSĐT - 2010) Khi đưa TBM vào thi công xuất lún bề mặt đất khu vực tuyến thi công Nhà hát Thành phố (NHTP) nằm phạm vi thi công cách tim hầm vị trí nguy hiểm 9,14m Móng NHTP dạng móng nơng cọc cừ 25 cây/m2 có ý nghĩa lịch sử quan trọng nên phương án giảm thiểu lún bề mặt điều kiện cho phép bé 10 mm (Attewell 1986)[1] xem ưu tiên giải trước thi công tuyến hầm qua Tuyến Metro số 2.1 Giới thiệu dự án Metro số Tuyến ĐSĐT số (Bến Thành – Suối Tiên) Ủy ban Nhân dân TP.HCM phê duyệt với hỗ trợ vây vốn ODA (Official Development Assistance) Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) ký kết với Chính phủ Việt Nam ngày 30/3/2007 (BQLĐSĐT) Tuyến dài 19,7km, có 17,1km cao 2,6km ngầm 2.2 Vị trí cơng trình Độ lún tòa nhà NHTP nằm khu vực gần đoạn tuyến qua nghiên cứu qua mơ hình mơ sử dụng phần mềm Plaxis 2D TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 Khoảng cách từ tim hầm (đoạn ống chạy trùng tim dưới) đến góc tòa nhà vị trí nguy hiểm 9,14m (hình 1) Hình 1.Mặt cắt dọc vị trí nghiên cứu (Thiết kế sở-BQLĐSĐT-2010) 2.3 Số liệu địa chất Địa chất khu vực nghiên cứu sử dụng thông số hố khoan U150 (bảng 1) Bảng Thông số địa chất hố khoan U150 Nguồn: BQL ĐSĐT-01/2016 2.4 Thơng số đầu vào cho mơ hình mơ Bảng Thơng tin hầm máy TBM Hình Hướng tuyến Metro số qua NHTP (Nguồn: Google Earth) 27 Bảng Các thông số đặc trưng khiên TBM - móng Nhà hát Nguồn: BQL ĐSĐS-01/2016 Số liệu tải trọng (BQL ĐSĐT – 2016): - Tải trọng nhà hát gồm bốn tầng (bề rộng phương ngang 30m): 60kN/m2; - Tải trọng công viên giao thông bề mặt: 10 kN/m2 Phương pháp nghiên cứu 3.1 Cơ sở lý thuyết Dựa kết nghiên cứu tổng quan vấn đề lún sụt bề mặt đất thi công máy khiên đào TBM Dựa sở đường cong Graus, Peck (1969) đề xuất hình dạng đường trũng bề mặt đất đỉnh hầm công thức thực nghiệm New & O’Reilly (1982), Mair (1996) tính tốn độ lún lớn bề mặt vị trí đỉnh hầm Độ lún phân tích phần tử hữu hạn (PTHH) Độ lún bề mặt đất đỉnh hầm dựa thông số địa chất lỗ khoan U150 (bảng 1) Nguyễn Đức Toản (2006) tính tốn lại độ lún hầm dự án tuyến hầm Italian National Railway phương pháp PTHH bao gồm toán lún bề mặt đất độ ổn định bề mặt khiên đào Phương pháp PTHH sử dụng mô lún bề mặt đất thi công TBM gia cố Jet - Grouting Độ lún bề mặt đất khảo sát theo thay đổi đặc trưng lớp ngăn xi măng trộn với đất (Mô đun đàn hồi bề dày tường xi măng – đất) 3.2 Phương pháp PTHH Phần mềm Plaxis 2D sử dụng mô lún bề mặt đất đỉnh hầm dựa giá trị mát thể tích VL(%) Mơ hình Mohr - Culomb chọn để mô ứng 28 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 xử đất nền, tốn nước (Drained), tải trọng tính tốn vị trí nghiên cứu gồm: Nhà hát, giao thơng, móng Nhà hát (hình 3) Hình Giá trị lún bề mặt S(mm) hai điểm khảo sát Nhận xét: - Độ lún lớn hai điểm khảo sát tăng so với lúc chưa thi công, điểm A tăng từ Giá trị độ lún phụ thuộc vào giá trị mát thể tích VL(%) theo loại đất công 14,62mm lên 38,71mm; điểm B tăng từ 52,48mm lên 61,04mm nghệ thi công - Lúc thi công TBM đất bên dưới, - Đối với đất cát: 0,5%; đất sét 1%÷2% ngồi việc chịu tải trọng tòa nhà, giao thi cơng cơng nghệ gương kín (New & thơng có thêm tải trọng TBM vỏ O’Reilly 1991) - Tham khảo dự án Circle Line - hầm mát thể tích đào Điều Singapore địa chất tương tự TP.HCM chọn dẫn đến độ lún bề mặt tăng lên hợp lý - Tuy nhiên giá trị độ lún lớn VL = 1% thiên an toàn lớn độ lún cho phép 10mm nên cần phải Tác giả đề xuất VL= 1% đảm bảo an toàn đưa giải pháp xử lý gia cố trước Kết tính tốn Để so sánh trường hợp trước sau thi cơng hầm 4.2 Kết tính tốn độ lún gia cố nền, tác giá đề xuất trường hợp gia cố Jet - Grouting để phân tích độ lún bề mặt đất sau: Mơ hình nghiên cứu Vị trí khảo sát hai điểm gồm: NHTP biểu tượng nghệ thuật lịch Điểm A (mặt đất đỉnh hầm) điểm sử TP.HCM, nên bảo vệ cơng trình B (góc phải nhà hát cách tim hầm 9,14m); Khi chưa gia cố, phân tích độ lún q trình thi cơng ưu tiên, với độ với trường hợp tải trọng bên trên, thi công lún cho phép nhỏ 10mm hầm trước, hầm sau; Khi gia cố Jet - Grouting phân tích độ lún với trường hợp tải trọng bên trên, xử lý Jet - Grouting trước, thi công hầm dưới, sau thi công hầm trên; Khảo sát mối quan hệ độ lún bề mặt với giá trị mô đun đàn hồi bề dày Hình Mơ hình gia cố Jet-Grouting NHTP tường xi măng – đất 4.1 Kết tính toán độ lún Phương pháp Jet - Grouting đề chưa gia cố xuất thiết kế sơ dạng khung xung quanh hầm chiều dài vùng gia cố 83,5m qua vị trí NHTP (TKCS – BQLĐSĐT 2010) Hình Mơ hình phân tích Plaxis 2D Hình Kết chuyển vị trường hợp khơng gia cố TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 Bảng Thông số đặc trưng Jet-Grouting 29 cho việc tạo vữa có cường độ cao gây tốn thời gian kinh phí thực b) Quan hệ E-S- cho độ lún bề mặt Để xác định quan hệ E-S-, giá trị E = [120 ÷ 180] MPa = [0,5 ÷ 3,5] m Khảo sát độ lún bề mặt điểm A B Nguồn: BQLĐSĐT-03/2016 Trong nghiên cứu này, thay đổi giá trị E sau: - Bề dày tường XM-Đ [] thay đổi sau: 0,5m; 1,0m; 1,5; 2,0m; 2,5m; 3,0m; 3,5m - Mô đun đàn hồi E thay đổi sau: 120MPa; 140MPa; 160MPa; 180MPa (BQL ĐSĐT); 200MPa Kết tính tốn a) Quan hệ E-S với cố định Tính tốn ban đầu với E = [120÷200] MPa = 2,7m (TKCS-BQL ĐSĐT-2010) để khảo sát độ lún lớn theo E Kết tính tốn sau: Hình Quan hệ E-S- điểm A Hình 92 Quan hệ E-S- điểm B Hình 30 Biểu đồ ứng suất xx - zz điểm B Hình Quan hệ Mơ đun đàn hồi E độ lún bề mặt S ứng với giá trị =2,7m Nhận xét: Với kết tính tốn đồ thị biểu diễn mối quan hệ E-S cho ta thấy - Tại điểm A: Khi E = [120÷180]MPa độ lún bề mặt giảm từ 11,99mm xuống 9,91mm giảm chậm E = [180÷200]MPa từ 9,91mm xuống 9,71mm tất thỏa mãn nhỏ 10mm - Tại điểm B: Khi giá trị E = [120÷200]MPa độ lún giảm dần nhỏ 10mm => Để Smax < 10mm sử dụng vữa có E = [180 ÷ 200] MPa Với E = 180MPa độ lún cho phép 9,91mm < 10mm, giá trị E tối ưu thiết kế (BQLĐSĐT -2016), E > 200MPa độ lún giảm gây khó khăn Kiểm tra độ ổn định đất góc móng NHTP B cách mặt đất 0,6m: - Sinmax (chưa gia cố) = 0o7’18”