24

Chương 2 Tính toán ổn định công trình ngầm

2.1 Công tác khảo sát dự án

2.1.1 Khát quát

Khi xây dựng công trình ngầm cần xét đầy đủ tổ hợp các thông số địa kỹ

thuật một cách tổng thể và xác định trạng thái địa chất cụ thể. Tính chất của đất

đá quyết định công nghệ xây lắp, phương pháp đào và đắp đất, loại gia cố tạm

thời và gia cố lâu dài. Đặc điểm tính chất của đất đá cần thiết khi xác định giá trị

tải trọng lên kết cấu ngầm, khi lựa chọn sơ đồ tính toán công trình ngầm, khi xác

định các thông số gia cố.

Theo phương án lựa chọn, người ta tiến hành khảo sát chi tiết địa kỹ thuật -

Thăm dò địa kỹ thuật. Mục tiêu chính của công tác thăm dò - nhận được đặc tính

định lượng sử dụng khi xác định tải trọng lên kết cấu công trình ngầm, khi lựa

chọn sơ đồ tính toán công trình, các phương phá 1.đào đất, các thông số ổn định

tạm thời v.v... cũng như dự đoán tính động học của sự phát triển các quá trình địa

vật lý, các trạng thái ứng suất - biến dạng của khối đất, các chế độ nhiệt và nước

ngầm.

Trình tự khảo sát được giới thiệu ở bảng 2.1

Bảng 2.1. Trình tự khảo sát

Trì

nh t

ự x

ây d

ựng v

à

kh

ảo s

át

So s

ánh c

ác t

uy

ến

Chọ

n t

uyến

Bắt

đầu

xây

dự

ng

Hoàn

thàn

h x

ây d

ựng

Mục đích

chính

Thu thập những số liệu

cần thiết để chọn tuyến

đường phù hợp nhất về

các điều kiện địa

Thu thập các số liệu cơ

bản cần thiết cho bản

thiết kế gốc, lập kế

hoạch xây dựng, dự

Dự đoán và xem xét

những vấn đề có thể

xảy ra trong khi xây

dựng.

Kiểm tra các vấn đề

xuất hiện trong khi

xây dựng và sau khi

hoàn thành.

Khảo sát để

chọn tuyến

chọn tuyến

Thiết kế và khảo

sát để lập kế

hoạch thi công

Khảo sát trong

giai đoạn xây

dựng

Khảo sát sau

khi kết thúc

xây dựng

25

chất/địa lý và các điều

kiện khác về môi

trường.

toán, v..v.. Thay đổi thiết kế.

Quản lý xây dựng.

Thu thập số liệu để đền

bù trong tương lai.

Thu thập số liệu để

đền bù và các biện

pháp đề phòng xuống

cấp, hư hỏng.

Nội dung Khảo sát tổng quát Khảo sát địa chất chi

tiết. Khảo sát có cân

nhắc về môi trường.

Những phương tiện

khảo sát cần thiết cho

việc xây dựng.

Đo đạc trong đường

hầm chủ yếu là quan

trắc đất đá, trạng thái

của hệ thống chống đỡ.

Khảo sát và đo đạc

những vùng xung

quanh đường hầm và

môi trường chủ yếu để

đánh giá các tác động

của việc xây dựng và

các biện pháp xử lý.

Khảo sát và đo đạc

những vùng xung

quanh đường hầm và

môi trường chủ yếu để

đánh giá những tác

động của việc xây

dựng và các biện pháp

xử lý.

Khu vực

khảo sát

Khu vực khảo sát rộng

bao gồm tất cả các

tuyến được kiến nghị.

Đường hầm và vùng

xung quanh kể cả vị trí

có thể bị liên lụy.

Đường hầm và khu vực

được chống đỡ bị ảnh

hưởng của việc xây

dựng.

Khu vực xung quanh

một vị trí có tranh cãi

chịu ảnh hưởng của

việc xây dựng.

2.1.2 Khảo sát Địa kỹ thuật

Khảo sát địa kỹ thuật cần làm sang tỏ những điều kiện sau:

1. Đất đá đang hoặc có tiềm năng dịch chuyển như trượ lở

2. Đới nứt nẻ, khu vực có cấu trúc uốn nếp;

3. Đất đá yếu, chứa nước;

4. Đất đá bị ép vắt;

5. Đất đá có thể xảy ra hiện tượng đá nổ;

6. Đất đá có nhiệt lượng cao, mạch nước nóng, khí độc, v..v..;

7. Đất đá chứa nhiều nước dưới đất.

Trong khảo sát cũng cần chú ý đến những điều kiện đặc biệt có lien quan đến

môi trường, như:

1. Chiều dày tầng đất đá phủ mỏng;

2. Khu vực đô thị;

3. Dưới mực nước ngầm;

4. Giếng nghiêng hoặc giếng đứng;

5. Cửa hầm;

6. Công trình xây dựng lân cận;

26

7. Mặt cắt ngang lớn.

Trình tự khảo sát địa kỹ thuật nêu ở bảng 2.2

Trong giai đoạn khảo sát sơ bộ cần khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn,

v..v.. một vùng rộng gồm cả tuyến để so sánh. Mục đích khảo sát là để nắm chắc

những nét đại cương về điều kiện đất đá của đường hầm và thu thập những số

liệu cần thiết cho quá trình chọn tuyến và lập kế hoạch khảo sát tiếp theo. Cần

tiến hành khảo sát bằng phương pháp phù hợp với các điều kiện địa chất của khu

vực.

Khảo sát địa kỹ thuật chi tiết nhằm đáp ứng mục đích là nắm bắt được

điều kiện tổng thể về đất đá ở khu vực xây dựng công trình ngàm, thu thập

những số liệu cơ bản cần thiết cho thiết kế và lập kế hoạch xây dựng, từng bước

nâng cao độ chính xác. Trong khảo sát địa kỹ thuật chi tiết, phải chọn các đề mục

cần thiết để khảo sát tùy theo mục đích khảo sát, các điều kiện đất đá, v..v.. và

phải dùng phương pháp khảo sát phù hợp nhất. Đặc điểm của các phương pháp

khảo sát địa kỹ thuật nêu ở bảng 2.3.

Bảng 2.2. Trình tự khảo sát điều kiện địa kỹ thuật

27

Phương pháp khảo sát, thu thập thông tin

28

Bảng 2.3. Đặc điểm của các phương pháp khảo sát địa kỹ thuật

Phương pháp Các hạng mục để khảo

sát

Sử dụng các kết quả để

lập kế hoạch và thiết kế

Các khó khăn khi khảo sát

Nghiên cứu tài

liệu

1. Điều kiện địa lý, địa

chất và thủy văn của

khu vực định xây dựng.

2. Lịch sử các thảm họa

đã xảy ra và phác thảo

khả năng xây dựng.

1. Các vấn đề hoặc vùng khó

khăn được định rõ ở giai

đoạn chọn tuyến

2. Đưa ra vấn đề cần làm rõ khi

khảo sát bề mặt hoặc khảo sát

tỉ mỉ sau này

1. Có thể ở đó không có số

liệu hữu ích phụ thuộc vào

từng vùng.

2. Nói chung, các bản đồ

không đủ độ chính xác

3. Thông tin trên bản đồ

không phải bao giờ cũng

liên quan đến mục đích

nghiên cứu.

Phân tích ảnh

hàng không

1. Đất đá không ổn định

quanh cửa hầm

2. Cấu trúc địa chất, đặc

biệt là cấu trúc đặc

trưng như đứt gãy

3. Địa chất bề mặt trước

khi có thay đổi nhân

tạo.

- Đảm bảo độ chính xác tiêu

chuẩn nhưng cần phải

kiểm tra lần nữa bằng khảo

sát trên mặt đất

Khảo sát địa chất

bề mặt

1. Sự phân bố, các đặc

điểm và sự ổn định địa

chất bề mặt

2. Sự phân bố và các

đặc điểm đất nền

3. Sự phân bố và kiểu

cấu trúc địa chất.

1. Lập bản đồ địa chất cắt ngang

và cắt dọc và kiểm tra sự phân

bố và đặc điểm của đất đá

xung quanh tuyến

2. Đánh giá chất lượng an toàn

và khả năng xây dựng của địa

chất ngoại vi của tuyến

1. Bản đồ địa chất chỉ là một

cách trình bày các kết quả

khảo sát, cần kiểm tra

trong giai đoạn khảo sát

sau này

2. Bị ảnh hưởng rất lớn bởi

độ chính xác của bản đồ

địa lý

Thăm

dò đ

ịa v

ật l

ý

Thăm dò

địa chấn

1. Vận tốc sóng đàn hồi

của đất đá.

2. Vị trí, quy mô và vận

tốc của đới có vận tốc

chậm

1. Để biết rõ bề dày và đặc điểm

các trầm tích không bền

vững, tầng phong hóa.

2. Để biết rõ điều kiện khối đá ở

cao độ khai đào

3. Để biết rõ vị trí, quy mô, điều

kiện và tính liên tục của đứt

gãy, đới nứt nẻ và lớp đất

mềm

4. Nghiên cứu phân loại đất đá

1. Khi khu vực có vận tốc

chậm là hẹp thì sẽ giảm độ

chính xác của phân tích

2. Đánh giá sự phân bố địa

chất, mức độ phong hóa và

phát triển của nứt nẻ phải

kết hợp với các khảo sát

khác và phải đánh giá tổng

hợp

29

Thăm dò

điện

- Điện trở riêng của đất

đá và phân bố điện trở

riêng trên mặt cắt

ngang.

1. Để biết rõ bề dày sườn tích và

lớp phong hóa.

2. Để biết rõ cấu trúc địa chất và

các đặc điểm từ điện trở

riêng.

3. Phát hiện dải mỏng của đất

mềm

4. Để biết rõ các tính chất và

quy mô của đứt gãy

5. Nghiên cứu sự phân bố và

các tính chất của nước ngầm

và tầng ngậm nước

1. Các tính chất địa lý và

địa chất ở hiện trường ảnh

hưởng rất lớn đến độ

chính xác của khảo sát.

2. Kết quả không trực tiếp

quan hệ với độ bền cơ học

của đất đá

Khoan khảo sát

1. Sự phân tầng và phân

bố cát và đá.

2. Vị trí, phạm vi, các

tính chất, tính liên tục

của đứt gãy, đới nứt

nẻ, lớp mềm yếu

3. Loại đá, phong hóa và

biến đổi, các tính chất

của đới nứt nẻ và của

khe nứt

4. Tình trạng nước ngầm,

áp suất và lượng dòng

chảy

1. Trực tiếp khảo sát địa chất để

kiểm tra chi tiết phân bố và

các tính chất của đất đá

2. Nghiên cứu phân loại đất đá,

các phương pháp khai đào,

chống đỡ và bê tông vỏ hầm,

lượng thuốc nổ sử dụng

- Đây là khảo sát chính xác

và cần kết hợp với trắc địa

trên mặt đất, khảo sát địa

vật lý, v..v..

Kh

ảo s

át l

ỗ k

hoan

Thí

nghiệm

xuyên

tiêu

chuẩn

1. Kiểm tra xem xét độ

ổn định quanh cửa hầm

và những nơi mà bề

dày tầng đất đá phủ

mỏng

2. Để biết rõ độ sâu của

đá và lớp chịu tải

1. Giá trị N, tính mềm và/hoặc

chặt

2. Lấy mẫu và phân loại đất.

1. Nói chung, không áp

dụng cho đá và lớp cuội

sỏi.

2. Khi giá trị N > 50 thì

không phân biệt chính xác

Thí

nghiệm

tải trọng

trong lỗ

khoan

- Hệ số biến dạng, hệ số

đàn hồi.

- Phân tích biến dạng đất đá. 1. Chọn lựa thiết bị thí

nghiệm hợp lý đối với các

điều kiện địa chất và

đường kính lỗ khoan là

cần thiết

2. Chọn lựa vị trí bao gồm

các trạng thái địa chất đặc

trưng bằng đánh giá lõi

khoan là cần thiết

30

Thí

nghiệm

thấm

- Các tính chất thủy văn

của đất đá.

1. Đánh giá và dự đoán dòng

chảy bất thường và/hoặc ổn

định từ tầng ngậm nước.

2. Đánh giá sự ổn định của

gương trong đất đá không bền

vững.

1. Giá trị đo được đánh giá

thô do vậy cần phải diễn

giải bằng lý thuyết

2. Chọn thí nghiệm hợp lý

là cần thiết cho điều kiện

đất đá.

Thí

nghiệm

vận tốc

trong

lỗ khoan

- Sự phân bố vận tốc đàn

hồi thẳng đứng của đất

đá.

1. Gián tiếp ước tính phân loại

đá/cát hoặc mức độ phong

hóa, biến đổi và phát triển nứt

nẻ

2. Để biết rõ lớp có vận tốc

thấp.

1. Đôi khi không đo được

khi không có nước ngầm.

2. Đôi khi lớp có vận tốc

chậm không đo được dưới

mực nước ngầm.

Thí

nghiệm

điện

trong

lỡ khoan

- Điện trở biểu kiến của

các vách lỗ khoan

1. Để biết rõ phân bố địa chất

bằng điện trở riêng

2. Đánh giá điều kiện nước

ngầm ở tầng ngậm nước.

1. Khả năng bị hạn chế ở

dưới mực nước ngầm

2. Không đo được trong ống

vách

Truyền

hình

lỗ khoan

1. Điều kiện địa tầng.

Phạm vi, các tính chất

và đường phương/góc

dốc của đứt gãy và các

nứt nẻ .

2. Điều kiện nước ngầm

1. Thẩm tra ổn định của gương

hầm bằng điều kiện của các

nứt nẻ và đường phương/góc

dốc của chúng.

2. Nghiên cứu điều kiện dòng

chảy của khu vực

- Kết thúc và dọn kỹ lỗ

khoan là cần thiết

Thí nghiệm

trong phòng

1. Các đặc tính cơ lý của

đá tạo thành: khối

lượng riêng, vận tốc

sóng đàn hồi, cường độ

nén, v..v..

2. Các đặc tính khoáng

vật của đá tạo thành:

thành phần khoáng vật

sét, tính vỡ vụn, v..v..

3. Các đặc tính cơ lý của

đất tạo thành : thành

phần hạt, độ ẩm,

cường độ nén, độ sệt,

v..v..

1. Để biết rõ mức độ phá hỏng

đá do nứt nẻ

2. Để biết rõ các đặc tính cơ

học của đá.

3. Đánh giá và dự báo đất đá bị

ép vắt

4. Đánh giá sự ổn định của các

trầm tích không bền vững

5. Đánh giá sự ổn định tự đứng

vững của gương hầm ở nơi

đất đá không bền vững

1. Vì mẫu không có các vết

nứt gãy nên giá trị không

thể hiện đặc trưng đại

diện của đất đá

2. Kết quả thực nghiệm

thay đổi rất lớn do độ ẩm

của mẫu đá mềm

3. Thí nghiệm cơ học có xu

hướng bị ảnh hưởng lơn

do xáo trộn khi lấy mẫu

Khảo sát địa kỹ thuật chi tiết cần nắm bắt và xem xét những nội dung sau

đây:

1. Cấu tạo địa chất tổng thể, sự phân bố và các đặc điểm của mặt cắt

công trình;

2. Phân loại đất đá với sự xem xét kỹ thuật dựa trên kết quả khảo sát;

31

3. Địa hình và địa chất tại vị trí cửa hầm, những tài liệu tham khảo cơ

bản về các vấn đề này và các biện pháp xử lý;

4. Đánh giá sự ổn định của gương, thiết kế hệ thống chống đỡ, chọn các

phương pháp phụ, các tài liệu tham khảo để chọn các phương pháp

khai đào gương và các phương pháp đào hầm;

5. Sự phân bố và các đặc điểm của những điều kiện đất đá đặc biệt, dự

báo những vấn đề và hiện tượng, các tài liệu tham khảo cơ bản về các

biện pháp xử lý.

Những đề mục khảo sát địa kỹ thuật liệt kê trong bảng 2.4. Tham khảo

bảng này để chọn các đề mục khảo sát theo điều kiện đất đá của đường hầm và

chọn phương pháp khảo sát phù hợp.

Một số lĩnh vực được quan tâm trong khảo sát các điều kiện đất đá đặc biệt và

những điều kiện đặc biệt khác ở bảng 2.4 có thể bao gồm:

1. Các loại đất đá đang hoặc có tiềm năng dịch chuyển như trượt lở. Phải phân

tích khả năng đất trượt, sụt lở và sập mái dốc ở cửa hầm, ở nơi bề dày tầng đất đá

phủ mỏng như các thung lũng và các đường hầm gần mái dốc. Phải đánh giá sự

ổn định của đường hầm. Cũng cần phải thực hiện các khảo sát để có thể xác định

sự cần thiết về các biện pháp xử lý và thiết kế các trường hợp đó. Khi đất trượt,

sụt lở với quy mô lớn thì cần phải xem xét khả năng chọn một tuyến tránh sự

trượt, sụt lở đó.

2. Vùng nứt nẻ / vùng uốn nếp. Có thể phát hiện một đứt gãy với một dải

rộng của đới nứt nẻ bằng khảo sát sơ bộ (nghiên cứu tài liệu, ảnh hàng không,

khảo sát trên mặt đất, v..v..). Có thể ước đoán những đặc điểm của đới nứt nẻ,

như cường độ của đới nứt nẻ, bằng phương pháp thăm dò địa chấn, khoan khảo

sát, v..v..

3. Đất đá yếu chứa nước. Đất đá yếu, như đất sét, đất cát và đất sỏi tạo

thành tầng sườn tích và một phần của tầng bồi tích, đất đá núi lửa không bền

vững như tro núi lửa hoặc sỏi (đá bọt), là những loại đất đá không bền vững. Khi

loại đất đá này tiếp xúc với nước có thể xảy ra những vấn đề: xói lở hoặc sập

gương, đất đá lún hoặc sập khi bề dày tầng đất đá phủ mỏng, nước chảy vào

nhiều. Tầng cát không bền vững hoặc tầng sỏi cát thường có cấu trúc đơn giản vì

vậy việc khảo sát địa chất trên bề mặt, khoan khảo sát, khảo sát địa vật lý trong

lỗ khoan, khảo sát nước ngầm, v..v.. có thể đánh giá các đặc điểm địa chất và khả

32

năng bị xói lở đến một mức độ khá lớn. Thí nghiệm trong phòng lập r a chỉ số

xói lở là đặc biệt quan trọng đối với cát mịn có cỡ hạt đồng đều.

Bảng 2.4. Quan hệ giữa điều kiện đất đá, các đề mục

khảo sát và phương pháp khảo sát

33

4. Đất đá trương nở, nén ép (Swelling and squeezing soil and rock). Đây

là vùng đất đá mà mặt cắt ngang bên trong phát triển về phía trong do áp lực đất

gia tăng rất lớn khi khai đào đường hầm. Hiện tượng này quan sát thấy trong sét

kết Neogen, và đá túp, sét tại vùng đứt gãy, vùng vỡ vụn vò nhàu, sét solfataic,

secpentinit. Hiện tượng này không chỉ phụ thuộc vào loại và các đặc điểm của

đá, mà còn liên quan chặt chẽ đến ứng suất do áp lực tầng đất đá phủ và ứng suất

do cấu tạo địa chất như cấu tạo uốn nếp. Thường không thể dự báo phạm vi

trương nở chỉ bằng một tiêu chuẩn.

5. Đá nổ. Hiện tượng này xảy ra khi đá vỡ vụn bay khắp đó đây do khối đá

và đá gần gương hầm thình lình bị vỡ do nổ. Quan sát thấy hiện tượng này khi

điều kiện ứng suất trong khối đá gần bằng giới hạn biến dạng do áp lực cao của

đất và tại chỗ đó đạt đến ứng suất biến dạng phá hoại do khai đào và do xuất hiện

sự giải phóng năng lượng biến dạng đàn hồi một cách bất thình lình.

6. Đất đá có nhiệt lượng cao, mạch nước nóng, khí độc, các kim loại nặng.

Các kiểu đất đá này nằm trong vùng nhiệt dịch biến đổi, đới vò nhàu, đá xâm

nhập và tầng chứa dầu, than hoặc kim loại, v.v… Xác định điều kiện này trong

giai đoạn khảo sát sơ bộ.

7. Đất đá chứa nước dưới đất. Nước ngầm cách ly do sét ở các đứt gãy,

nước ngầm được giữ lại trong tầng đất đá không bền vững như là vật liệu từ

nham thạch núi lửa, nước ở trong khe nứt và đới nứt nẻ, nước trong chỗ rỗng của

đá vôi và dung nham, có thể tạo ra một lượng nước chảy vào rất lớn bất thình

lình gây đổ sập hoặc xói lở. Việc khảo sát thực hiện chủ yếu bằng phương pháp

khoan và khảo sát địa chất thủy văn dựa theo sự tham khảo những đề mục nêu

trong vùng nứt nẻ và đất đá yếu chứa nước.

Khi xây dựng công trình ngầm cần lưu ý đến những điều kiện đặc biệt sau:

1. Tầng đất đá phủ mỏng. Ở tầng đất đá phủ mỏng đất đá thường là đất

mềm hoặc đá mềm vì vậy tác động vòm không dễ xảy ra. Đất đá như vậy dễ bị

hư hại do lún đất đá trên mặt hay lún đất do đất đá bị tơi ra. Cũng đã có những sự

cố về sự ổn định của gương và thành tường đường hầm. Khi có một công trình

trên bề mặt thì phải tiến hành khảo sát để đánh giá độ lún và khu vực bị lún.

2. Khi đường hầm xuyên qua khu vực đô thị. Các đường hầm xây dựng ở

khu vực đô thị có nhiều hạn chế hơn so với các đường hầm xuyên núi vì các

vùng xung quanh và điều kiện đất đá. Trước đây, đường hầm xuyên dưới khu đô

34

thị được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp đào mở hoặc phương pháp khiên

chống, tuy nhiên gần đây áp dụng phổ biến hơn phương pháp đào hầm xuyên

núi. Cần phải khảo sát những điều kiện xung quanh như các công trình trên bề

mặt và cấu trúc ngầm dưới đất.

3. Khi đường hầm xuyên dưới nước. Khi xây dựng đường hầm xuyên dưới

nước như dưới đáy biển, đáy sông sẽ gặp nguy hiểm là ngập nước do một lượng

nước khổng lồ chảy vào đường hầm, vì vậy cần khảo sát cẩn thận. Các đề mục

khảo sát địa chất đối với các đường hầm dưới nước không khác với các đường

hầm dưới đất bình thường, nhưng bị hạn chế khi thực hiện do độ sâu của nước và

các dòng chảy. Không thể kiểm tra trực tiếp, và điều này còn bị ảnh hưởng bởi

giao thông đường thủy và các điều kiện môi trường có thể hạn chế phương pháp

và mùa khảo sát.

4. Giếng nghiêng và giếng đứng. Khảo sát về giếng cũng tương tự như đối

với các bộ phận khác của đường hầm. Biện pháp đối phó duy nhất với dòng nước

chảy vào là thoát nước cưỡng bức, giếng bị ngập là điều nguy hiểm vì vậy cần

khảo sát tỉ mỉ để ước tính lượng nước chảy vào.

5. Cửa hầm. Xây dựng cửa hầm là một trong những công việc khó khăn

trong xây dựng đường hầm. Điều kiện của cửa hầm trong các đường hầm luôn

luôn khác nhau và đòi hỏi phải xem xét từng trường hợp. Cần quan tâm đặc biệt

đến cửa hầm có khả năng bị trượt lở đất hoặc mất ổn định mái dốc và tham khảo

mục 1) trên đây để khảo sát cẩn thận

6. Trường hợp có công trình xây dựng lân cận.

Khi xây dựng công trình ngầm gần những công trình hiện tại cần phải nắm

chắc đặc điểm của những công trình đó như điều kiện xây dựng, địa điểm, môi

trường, đất đá, xây dựng từ khi nào, v..v.. để đường hầm không ảnh hưởng đến

các công trình đó.

2.1.3 Khảo sát thủy văn

Mục đích khảo sát thủy văn là dự báo khả năng và lượng nước mặt và

nước dưới đất chảy vào công trình ngầm, xem xét và đánh giá các vấn đề kế tiếp

trong thiết kế và xây dựng và tác động đến môi trường xung quanh. Thực hiện

những đề mục khảo sát cần thiết vào những thời điểm thích hợp. Khi thi công

nếu có dòng nước chảy vào công trình thì những khó khăn trong xây dựng tăng

lên rất nhiều.

35

1. Dự báo dòng nước chảy vào công trình ngầm. Dòng nước chảy vào

được phân thành hai loại: dòng nước tập trung khi xây dựng và dòng nước ổn

định sau khi xây dựng công trình. Việc xác định các loại dòng nước, lượng nước

và khu vực có dòng nước chảy vào chủ yếu dựa vào cấu tạo của tầng chứa nước

và những đặc điểm của tầng đó như tính thấm và hệ số tích trữ, v..v..

2. Các vấn đề cho thiết kế và xây dựng. Dòng nước chảy vào đường hầm

không chỉ làm đảo lộn việc khai đào mà có thể gây sập gương và những điều

tương tự, đây là điều quan trọng theo quan điểm an toàn khi xây dựng đường

hầm và đạt hiệu quả kinh tế. Dòng nước chảy vào tập trung gây ra nhiều vấn đề

về thiết kế và xây dựng khi bắt đầu khai đào. Cần xem xét các phương pháp phụ

đối với thiết bị xây dựng, các phương pháp khai đào và xử lý nước ngầm bằng

cách dự báo vị trí và lượng nước chảy vào trong giai đoạn chọn tuyến, thiết kế và

lập kế hoạch xây dựng. Đo lượng nước chảy vào trong khi xây dựng, phân tích

và so sánh với giá trị dự báo. Cũng cần tiếp tục quan sát sau khi xây dựng xong

để bảo dưỡng đường hầm.

Sau đây là những vấn đề dự kiến trong thiết kế và xây dựng đường hầm:

i) Sự ổn định của gương, đặc biệt là sập gương, và xói lở cát trong đất

đá không bền vững;

ii) Áp lực của đất tăng; mở rộng sự hấp thụ nước của đá mềm và trượt

lở;

iii) Khả năng chống đỡ giảm; bê tông phun hoặc neo đá dính bám không

tốt, lún chân hệ thống chống đỡ bằng thép;

iv) Xử lý dòng nước chảy vào; ngập đường hầm, bố trí thiết bị xử lý

dòng nước chảy vào, bố trí thêm thiết bị thoát nước và/hoặc máy bơm

nước trong và sau khi xây dựng;

v) An toàn xây dựng: lũ lụt phá hủy nền đường;

vi) Sụt giảm chất lượng và bảo dưỡng; xói lở vật liệu chèn lấp hoặc cát

do nước chảy vào và nước rò. Sự xói mòn đất đá phía dưới vòm ngược

hoặc nền đường bê tông. Sự phá hủy bê tông do nước axit, mạch nước

nóng, v..v.. ảnh hưởng trực tiếp đến công trình do mực nước ngầm thay

đổi không bình thường vì mưa nhiều hoặc điều chỉnh chế độ bơm nước.

3. Tác động đến môi trường xung quanh. Tác động của dòng nước chảy vào

đường hầm đến các công trình nước xung quanh trở thành một vấn đề xã hội

36

quan trọng về mặt bảo vệ môi trường. Dòng nước chảy vào tập trung gây ra tác

động tạm thời, còn tác động chính đến môi trường xung quanh là do dòng nước

chảy vào ổn định. Vì vậy cần ước tính và đánh giá mức độ của tác động này như

sự thiếu hụt nước trong các giai đoạn chọn tuyến, thiết kế và lập kế hoạch xây

dựng. Cần chuẩn bị các biện pháp đối phó kể cả việc chuyển đường hầm đi nơi

khác. Cần xác định sự cân bằng nước vào – nước ra kể cả dòng nước vào đường

hầm trong và sau khi xây dựng. Cần làm sáng tỏ mối quan hệ nhân quả giữa việc

xây dựng và tác động lên môi trường xung quanh. Nếu cần thiết thì thảo luận và

đưa ra các biện pháp đối phó để ngăn ngừa sự gia tăng mức độ của tác động này.

Sau đây là những hiện tượng cần xem xét liên quan đến tác động môi

trường:

i) Giảm hoặc thiếu nước; nước sông, nước ngầm, nước chảy vào, nước

tưới;

ii) Lún đất đá; biến dạng các công trình, lún bề mặt, lún đất đá;

iii) Thay đổi chất lượng nước; nhiễm bẩn nước mặt hoặc nước ngầm

(nhiễm bẩn do phương pháp cách ly nước và thoát nước bên trong

đường hầm), nước ngầm bị nhiễm mặn;

iv) Nước lạnh, nông nghiệp bị hại vì nước lạnh;

v) Gián đoạn dòng nước ngầm; trở ngại do gián đoạn dòng nước ngầm.

4. Từng bước khảo sát thủy văn. Các khảo sát thủy văn gồm những hạng

mục khảo sát địa chất thủy văn, khảo sát cân bằng nước vào – nước ra và khảo

sát thủy văn môi trường. Một tổng thể gồm việc xem xét kết quả những khảo sát

vừa nêu, nghiên cứu tài liệu và kết quả khảo sát tình huống phải được thực hiện

để đưa ra những dự báo và những đánh giá khác nhau. Trong bảng 2.5 giới thiệu

mục đích của các khảo sát khác nhau, nội dung và thời gian khảo sát.

Bảng 2.5. Đại cương về khảo sát thủy văn

Caïc

haûng

muûc

Muûc âêch cuía

khaío saït

Näüi dung Giai âoaûn khaío saït

Choün

tuyãún

Láûp

kãú

hoüach

Trong

khi

thi

cäng

Sau

khi

kãút

thuïc

37

Loaûi khaío saït thuyí vàn

Dæî liãûu

Vaûch kãú hoüach

khaío saït bàòng

kiãøm tra cáúu

truïc thuíy vàn,

så bäü âiãöu

kiãûn næåïc

ngáöm, vaì caïc

váún âãö dæû

âoïan træåïc

Âiãöu kiãûn âëa lyï vaì

âëa cháút: cáúu truïc

âëa cháút thuíy vàn.

Khê tæåüng thuíy vàn:

næåïc mæa, nhiãût âäü

..

Sæí duûng næåïc ngáöm:

caïc giãúng, tæåïi

næåïc ..

Δ Δ

Træåìng håüp nghiãn

cæïu

Âaïnh giaï doìng

chaíy vaì qui mä

giaím/thiãúu

næåïc åí háöm dæû

kiãún. Kiãøm tra

tênh thêch håüp

cuía caïc phæång

phaïp khaío saït

khaïc nhau

Dæî liãûu tæì caïc dæû

aïn træåïc: Âëa cháút,

täøng læåüng næåïc,

caïc âiãöu kiãûn thi

cäng, khu væûc bë aính

hæåíng båíi sæû thiãúu

næåïc. Caïc biãûn phaïp

khàõc phuûc.

Δ Δ

Khaío saït âiaû cháút thuyí vàn

Cáúu truïc âëa

cháút thuíy vàn,

caïc tênh cháút

cuía næåïc ngáöm

.. âæåüc täøng

håüp trong baín

âäö âëa cháút

thuíy vàn âãø dæû

âoïan vë trê

doìng chaíy vaì

khu væûc thu

næåïc.

Khaío saït âëa cháút

bãö màût.

Khaío saït âëa váût

lyï.

Khoan khaío saït.

Thê nghiãûm Carota läù

khoan.

Kiãøm tra cháút læåüng

næåïc (hiãûn træåìng,

trong phoìng).

Ο

Ο

Δ

Δ

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Δ

Δ

Δ

Δ

Ο

Caïc hãû säú âäúi

våïi næåïc nhæ

tháúm, têch tuû

.. âæåüc xaïc

âënh bàòng caïc

lyï thuyãút thuíy

læûc âãø dæû

âoïan læu læåüng

doìng næåïc vaì

khu væûc thu

næåïc

Thê nghiãûm tháúm âån

giaín trong läù khoan

(nhæ thê nghiãûm cäüt

næåïc).

Thê nghiãûm aïp suáút

doìng næåïc, thê

nghiãûm phun næåïc.

Thê nghiãûm båm, läù

ngaïch ngang.

Thê nghiãûm theo doîi,

hæåïng doìng vaì váûn

täúc.

Thê nghiãûm giaím âäü

sáu cuía næåïc

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Ο

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

38

Sæû cán bàòng cuía næåïc

Khê tæåüng thuíy

vàn, täøng doìng

næåïc màût, khaío

saït mæûc næåïc

ngáöm... âæåüc

thæûc hiãûn âãø

kiãøm tra cán

bàòng cuía næåïc

âãø dæû âoïan

haình vi traûng

thaïi cuía næåïc

ngáöm trong khi

thi cäng

Khê tæåüng thuíy vàn:

næåïc mæa, nhiãût âäü.

Doìng næåïc màût: täøng

læåüng næåïc säng, häö,

bãø næåïc, âáûp, næåïc

tæåïi, caïc suäúi.

Mæûc næåïc ngáöm:giãúng

quan tràõc, giãúng âang

täön taûi.

Täúc âäü bay håi.

Næåïc chaíy vaìo háöm,

aính hæåíng âãún sæû

thiãúu næåïc.

Ο

Ο

Ο

Ο

Mäi træåìng

thuyí vàn

Âãø kiãøm tra

nguäön næåïc vaì

sæí duûng næåïc

åí khu væûc thu

næåïc vaì vuìng

lán cáûn âãø dæû

âoaïn aính hæåíng

cuía thi cäng.

Nguäön næåïc: caïc

suäúi, säng, häö,

giãúng, bãø chæïa, aính

hæåíng cuía mæa.

Sæí duûng næåïc: cung

cáúp vaì thoïat næåïc,

næåïc cäng nghiãûp vaì

näng nghiãûp.

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Phæång phaïp dæû

âoaïn

Dæû âoïan læu

læåüng, vë trê

vaì khu væûc thu

næåïc cuía doìng

chaíy vaìo cuía

næåïc

Vê du sau khi thi cäng

Âiãöu kiãûn âëa lyï vaì

âëa cháút thuíy vàn

Caïc cäng thæïc thuíy

læûc

Phán têch bàòng säú

Ο

Ο

Ο

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Kyï hiãûu: cáön phaíi thæûc hiãûn, Ο Âæåüc khuyãún khêch thæûc

hiãûn, Δ Thæûc hiãûn khi cáön thiãút

2.1.4 Khảo sát các điều kiện địa điểm xây dựng

2.1.4.1 Khảo sát môi trường

Cần thực hiện những khảo sát các điều kiện cơ bản liên quan đến môi trường tự

nhiên, môi trường xã hội, môi trường sống của con người v..v.. trong phạm vi

khu vực có thể bị ảnh hưởng do việc xây dựng và trong thời kỳ sử dụng sau đó.

Nhằm mục đích bảo vệ môi trường và kiểm soát ô nhiễm, phải tiến hành khảo sát

để tìm đủ các biện pháp bảo vệ sao cho việc xây dựng không gây tác động

nghiêm trọng đến môi trường sống của con người xung quanh địa điểm xây

dựng. Trong việc lập kế hoạch một dự án, cần đánh giá tác động môi trường theo

luật pháp hoặc quy định, phải dự báo và đánh giá tác động môi trường.

39

Những vấn đề chính về môi trường trong xây dựng đường hầm là tiếng ồn,

chấn động, các giếng nước trở nên khô cạn, nước đục và hư hỏng các công trình

xây dựng. Người kỹ sư phải thực hiện khảo sát môi trường trước khi bắt đầu xây

dựng, dự báo và đánh giá mọi tác động có thể có trong khi xây dựng và trong

thời gian sử dụng sau đó và áp dụng các biện pháp phù hợp nếu có vấn đề. Hơn

nữa, người kỹ sư cũng phải tiến hành khảo sát môi trường trong khi xây dựng và

trong thời kỳ sử dụng sau đó để hiểu việc xây dựng ảnh hưởng đến môi trường

như thế nào.

2.1.4.2 Khảo sát luật pháp và các quy định điều chỉnh dự án

Khi lập kế hoạch một dự án, phải nghiên cứu trước pháp luật và các quy

định điều chỉnh dự án, nội dung của luật và quy định đó, các thủ tục, biện pháp

cần phải áp dụng, v..v.. Tiến hành những nghiên cứu về yêu cầu đền bù để nhận

đất cần cho dự án.

Cần thực hiện những khảo sát địa hình, địa chất, thời tiết, các điều kiện sử

dụng đất, những tác động đến khu vực xung quanh và những đề mục khác cần để

thu thập số liệu cho việc lập kế hoạch thiết bị ở bên ngoài, các khu vực thải đất

đá, v..v..

2.1.5 Các kết quả khảo sát

Các kết quả khảo sát được hệ thống sắp xếp theo một hình thức cần thiết

có sự hiểu biết đầy đủ về mục đích, được sắp xếp và lưu trữ để có thể sử dụng

trong những giai đoạn khác nhau của dự án. Những kết quả khảo sát các điều

kiện địa kỹ thuật được đánh giá tổng hợp và xếp hạng theo mức độ quan trọng để

có thể phân loại đất đá một cách đúng đắn theo mục đích sử dụng. Cần đánh giá

các tính chất của đất đá theo quan điểm địa kỹ thuật, sử dụng các kết quả khảo

sát điều kiện dịa kỹ thuật để áp dụng thỏa đáng vào thiết kế và lập kế hoạch xây

dựng. Các kết quả khảo sát điều kiện địa kỹ thuật được tổ chức thành các mục

như sau để dễ sử dụng trong các nghiên cứu về thiết kế và các phương pháp xây

dựng:

i) Mục tiêu, địa điểm, phạm vi, phương pháp khảo sát và tên người chịu

trách nhiệm;

ii) Mô tả sơ lược địa hình, và địa chất cùng với cấu tạo địa chất;

40

iii) Các bản đồ địa chất;

iv) Các mặt cắt địa chất ngang;

v) Mặt cắt địa chất dọc.

2.2 Ổn định của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào mở

2.2.2 Lựa chọn kết cấu chắn giữ và kiểm tra chất lượng

Thông thường, có 3 giai đoạn trong thi công công trình ngầm:

a) Giai đoạn chuẩn bị: Xây dựng các công trình tạm để thi công công trình

ngầm, gia cường các móng kế cận và các công tác khác cần thiết để đảm bảo quá

trình xây dựng sau đó được thuận lợi,

b) Giai đoạn cơ bản: xây dựng công trình ngầm và tất cả các công trình

trên mặt đất cần cho khai thác công trình ngầm,

c) Giai đoạn kết thúc: tiến hành các công tác trang trí và lắp thiết bị, tháo

dỡ công trình và nhà tạm, khôi phục mạng lưới kỹ thuật đô thị và hoàn thổ...

Kiểm tra chất lượng thi công công trình ngầm phải theo hồ sơ thiết kế và

gồm các quá trình kiểm tra địa kỹ thuật (địa chất công trình, địa chất thuỷ văn,

địa sinh thái) khi xây dựng và kiểm tra chất lượng của vật liệu và kết cấu chống

giữ thành hố đào.

Căn cứ để lựa chọn kết cấu tường chắn cho hố đào mở khi thi công CTN

là:

- Kích thước CTN trên mặt bằng và độ sâu;

- Điều kiện ĐCCT và ĐCTV;

- Điều kiện và khả năng thi công;

- Điều kiện môi trường, sinh thái, điều kiện khống chế biến dạng công

trình lân cận ;

- Mức độ an toàn, thông qua việc chọn hệ số an toàn (tường tạm hay tường

vĩnh cửu);

- Các yếu tố kinh tế.

Phân tích toàn diện các yếu tố trên (có khi cả yếu tố phụ), dựa vào cấp an

toàn của hố đào như nêu ở bảng 2.6, có thể chọn lựa kết cấu chắn giữ theo các

nguyên tắc sau:

(1) Trong điều kiện bình thường thì cấu kiện của chắn giữ hố đào (như

tường chắn, màn chống thấm và neo) không được vượt ra ngoài phạm vi vùng

41

đất được cấp cho công trình, nếu không, phải có sự đồng ý của các bộ phận chủ

quản sở hữu (Trung ương hoặc địa phương) hoặc của chủ đất kế cận;

(2) Cấu kiện của kết cấu chắn giữ thành hố đào không làm ảnh hưởng đến

việc thi công bình thường các kết cấu chính của công trình.

Bảng 2.6. Cấp an toàn hố đào và hệ số tầm quan trọng hố đào β

Cấp an toàn Hậu quả phá hoại β

Cấp I

Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến

dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc

thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

1,10

Cấp II

Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến

dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc

thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng vừa phải.

1,00

Cấp III

Kết cấu chống giữ bị phá hoại, nền đất mất ổn định hoặc biến

dạng quá lớn làm cho công trình xung quanh hố đào hoặc việc

thi công kết cấu ngầm bị ảnh hưởng không nghiêm trọng.

0,90

Chú ý: Với những công trình đặc biệt cấp an toàn hố đào có thể căn cứ vào tình hình

thực tế để xác định.

Theo điều kiện đất nền và điều kiện thi công, có thể tham khảo phạm vi áp

dụng các loại tường chắn ở bảng 2.7.

Bảng 3.7 Ph©n lo¹i theo ph­¬ng ph¸p ®µo hè

(A) §µo

hè kh«ng

cã ch¾n

gi÷

§µo th¼ng ®øng

§µo cã dèc

§µo cã dèc khi kh«ng cã n­íc ngÇm

§µo cã dèc tho¸t n­íc b»ng m¸ng hë

§µo cã dèc khi h¹ mùc n­íc b»ng giÕng

§µo kiÓu con s¬n

(Cã neo kÐo,

kh«ng cã neo kÐo)

Cäc b¶n thÐp, cäc èng thÐp

CÊu thµnh bëi cäc nhåi BTCT (cäc xÕp dµy, cäc xÕp

th­a), t­êng ch¾n ®Êt tæ hîp bëi mét hµng hoÆc hai

hµng - cäc nhåi khoan lç vµ b¬m v÷a hoÆc cäc trén

®Êt v«i, cäc b¬m quay )

T­êng liªn

tôc ngÇm

T­êng liªn tôc ngÇm BTCT

T­êng liªn tôc ngÇm ®Êt

v«i cã cèt (SMW)

KÕt cÊu ch¾n gi÷ b»ng giÕng ch×m

T­êng ch¾n ®Êt kiÓu träng lùc

42

(B) §µo

hè cã

ch¾n gi÷

Cäc gi÷ ®Êt cèt cøng

§µo kiÓu kÕt cÊu ch½n gi÷ h×nh vßm

§µo kiÓu ch¾n gi÷ bªn trong (hÖ thèng trong ®­îc t¹o thµnh bëi dÇm ngang

däc theo mÆt b»ng, èng thÐp, cäc) bao gåm 1 tÇng chèng, nhiÒu tÇng chèng

§µo kiÓu kÕt cÊu ch¾n gi÷ víi neo ®Êt (cäc ch¾n ®Êt, kÕt cÊu neo gi÷ mét

tÇng, nhiÒu tÇng, ®inh ®Êt kiÓu thanh neo cã t¹o lùc neo b»ng dù øng lùc vµ

kh«ng dù øng lùc )

(C) §µo ph©n ®o¹n hè ®µo - ph­¬ng ph¸p ®µo ph©n ®o¹n hè ®µo

(KÕt hîp

ph­¬ng

thøc A.B)

§Çu tiªn ®ãng cäc b¶n - ®µo ë phÇn gi÷a - ®æ bª t«ng CTN ë gi÷a vµ c¸c kÕt

cÊu ngÇm - thanh chèng chÐo vµ chèng ngang - råi l¹i ®µo ®Êt xung quanh thi

c«ng tiÕp

(D) §µo b»ng ph­¬ng ph¸p ng­îc vµ b¸n ng­îc (top-down) - Tr­íc tiªn lµm cäc nhåi bª

t«ng hoÆc t­êng råi lµm b¶n sµn bª t«ng tõ trªn xuèng, lîi dông nã lµm kÕt cÊu ch¾n gi÷

(E) §µo

cã gia cè

khèi ®Êt

thµnh hè

vµ ®¸y hè

§µo b¬m v÷a gi÷ thµnh, ®µo cã mµng ho¸ chÊt gi÷ thµnh, ®µo cã xi m¨ng ®Êt

l­íi thÐp gi÷ thµnh

§µo cã ®inh ®Êt gi÷ thµnh (bê thµnh ®Æt thÐp phun bª t«ng)

§µo phun neo bª t«ng gi÷ thµnh (hoÆc phun neo cã thanh neo gi÷ thµnh)

§µo víi cäc rÔ c©y d¹ng l­íi gi÷ thµnh

§µo gia cè b»ng b¬m v÷a dïng ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng ë ®¸y hè (hoÆc kÕt hîp víi

cäc ch¾n ®Êt )

(F) §µo gi÷ thµnh b»ng biÖn ph¸p tæng hîp - hè mãng ®­îc ®µo b»ng c¸ch cã mét phÇn ®Ó

m¸I dèc, cã mét phÇn gi÷ thµnh

Kết cấu tường chắn giữ thành hố đào sâu có thể phân loại theo đặc điểm

chịu lực như ở bảng 2.8 và theo chức năng kết cấu như ở bảng 2.9.

43

Bảng 2.8. Ph©n lo¹i theo ®Æc ®iÓm chÞu lùc cña kÕt cÊu chèng gi÷ thµnh hè

Cäc

B¶n

èng

T­êng

Chèng

Cäc nhåi BTCT t¹o lç b»ng c«ng nh©n (cã thanh neo)

Cäc nhåi BTCT t¹o lç b»ng m¸y

Cäc BTCT ®óc s½n

Cäc trén s©u

Cäc phun quay

KÕt cÊu

chèng gi÷

chÞu lùc bÞ

®éng

B¶n thÐp h×nh ch÷ I/b¶n BTCT ch÷ nhËt, ch÷ C...

B¶n thÐp h×nh lßng m¸ng ...

Cäc èng thÐp (cã thanh neo)

Cäc BTCT èng thÐp (cã thanh neo)

T­êng trong ®Êt b»ng BTCT (®æ t¹i chç/l¾p ghÐp)

T­êng ch¾n kiÓu träng lùc ®Êt xi m¨ng

Chèng gi÷ b»ng thÐp

Chèng b»ng BTCT

Chèng b»ng gç

Chèng b»ng chÊt ®èng

bao c¸t

Chèng ®ì b»ng thÐp

m¸ng

Chèng ®ì b»ng thÐp I

Chèng b»ng èng thÐp

KÕt cÊu

chèng gi÷

chÞu lùc chñ

®éng

Phun neo ®Ó ch¾n gi÷ (bao gåm b¬m v÷a, kÐo neo)

T­êng b»ng ®inh ®Êt ®Ó ch¾n gi÷ (bao gåm cµi thÐp gia c­êng)

44

Bảng 2.9. Ph©n lo¹i theo chøc n¨ng t­êng ch¾n

KÕt

cÊu

ch¾n

gi÷

Bé phËn

ch¾n ®Êt

KÕt cÊu ch¾n

®Êt, thÊm n­íc

KÕt cÊu ch¾n

®Êt, ng¨n n­íc

1. Cäc thÐp ch÷ H ch÷ I cã b¶n cµi

2. Cäc nhåi ®Æt th­a phñ lªn mÆt xi m¨ng l­íi thÐp

3. Cäc ®Æt dµy (cäc nhåi, cäc ®óc s½n)

4. Cäc hai hµng ch¾n ®Êt

5. Cäc nhåi kiÓu liªn vßm

6. Cäc t­êng hîp nhÊt, c¸ch lµm ng­îc nhµ ngÇm

7. Ch½n gi÷ b»ng ®inh ®Êt

8. Ch¾n gi÷ b»ng cµi cèt gia c­êng

1. T­êng liªn tôc trong ®Êt

2. Cäc, t­êng trén xi m¨ng ®Êt d­íi tÇng s©u

3. Cäc trén xi m¨ng d­íi tÇng s©u, thªm cäc nhåi

4. Gi÷a cäc ®Æt dµy thªm cäc phun xi m¨ng cao ¸p

5. Gi÷a cäc ®Æt dµy thªm cäc b¬m v÷a ho¸ chÊt

6. Cäc b¶n thÐp

7. T­êng vßm cuèn khÐp kÝn

Bé phËn ch¾n gi÷ kiÓu kÐo gi÷

1. KiÓu tù ®øng (cäc c«ng x«n, t­êng)

2. Neo kÐo (dÇm, cäc, neo kÐo)

3. Thanh neo vµo tÇng ®Êt

4. èng thÐp, thÐp h×nh chèng ®ì (chèng ngang)

5. Chèng chÐo

6. HÖ dÇm ®ai chèng ®ì

7. Thi c«ng theo c¸ch lµm ng­îc (top - down)

Phạm vi sử dụng một số loại tường chắn thông thường được nêu ở bảng 2.10.

45

B¶ng 2.10. Ph¹m vi ¸p dông mét sè lo¹i t­êng ch¾n

H¹ng môc kh¶o s¸t

T­êng cõ

§iÒu kiÖn ®Êt nÒn H¹n

chÕ ån

vµ chÊn

®éng

§é lón

®Êt

quanh

hè ®µo

Hè ®µo

s©u §Êt

yÕu

§Êt sÐt §Êt c¸t §Êt

ngËp

n­íc

Cäc b¶n thÐp nhÑ x 0 0 x x X

Cäc trô + b¶n ngang * * x

Cäc b¶n thÐp * * * * 0 0

Cäc b¶n * 0 0 0 0 *

T­êng liªn tôc b»ng

cäc

0 0

(NB.1)

(NB.2)

0 0

T­êng xi m¨ng ®Êt * 0 0 0 0 0 0

T­êng liªn tôc + Trô * 0

(NB.1)

*

(NB.2)

0 0 0

T­êng BTCT liªn tôc * 0

(NB.1)

*

(NB.2)

0 * *

Chó thÝch : *: ThÝch hîp ; 0 : trung b×nh; x : kh«ng thÝch hîp; : Ph¶i xem xÐt kü

NB.1- H­ háng t­êng trong qu¸ tr×nh ®µo; NB.2- ChÊt l­îng bª t«ng khã kiÓm so¸t khi cã

dßng n­íc ngÇm ch¶y víi tèc ®é qu¸ 3m/phót Kết cấu chống giữ hố đào có thể căn cứ

vào các điều kiện như công trình xung quanh hố đào, chiều sâu đào, điều kiện địa

chất công trình và địa chất thuỷ văn, thiết bị thi công và thời điểm thi công, dựa

theo bảng 2.11 để lựa chọn dùng cọc cừ, tường trong đất, tường xi măng đất,

tường neo, mái dốc hoặc kết hợp các phương pháp trên.

Bảng 2.11 Một số điều kiện lựa chọn kết cấu chống giữ hố đào

Cấu tạo kết cấu Điều kiện thích hợp

Cọc hàng hoặc tường liên

tục

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp I, II, III

2. Trong khu vực đất yếu kết cấu con- xôn không vượt quá 5m

3. Khi mực nước ngầm cao hơn đáy hố móng nên dùng hạ mực nước ngầm, cọc

hàng kết hợp vách ngăn nước hoặc tường liên tục.

Tường xi măng đất 1. Thích hợp với hố đào mức an toàn cấp II, III

2. Sức chịu tải của đất nền trong phạm vi thi công cọc xi măng đất không nên vượt

quá 150kPa

3. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 6m

46

Tường đinh đất 1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp II, III nhưng đất nền không yếu.

2. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 12m

3. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ

mực nước ngầm hoặc chắn nước

Tường vòm

1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp II, III

2. Không nên dùng cho đất bùn hoặc dạng bùn

3. Tỷ số giữa chiều cao và nhịp vòm không nên nhỏ hơn 1/8

3. Chiều sâu của hố đào không nên vượt quá 12m

4. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ

mực nước ngầm hoặc chắn nước

Mái dốc 1. Thích hợp với hố đào có mức an toàn cấp III

2. Hiện trường thi công nên đáp ứng các yêu cầu để tạo mái dốc

3. Có thể dùng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp trên

4. Khi cao độ nước ngầm cao hơn cao độ đáy hố, nên dùng các phương pháp hạ

mực nước ngầm

2.2.3. Tính toán ổn định hố đào

Trong thi công hố đào mở, người ta quan tâm đến hai trạng thái giới hạn:

trạng thái phá huỷ do cắt của đất, trạng thái chuyển vị của đất. Trạng thái phá

huỷ cần được kiểm tra trong quá trình thiết kế hố đào đó là: lật của cả hệ thống

(overturn), trượt ngang (sliding), mất khả năng chịu tải của móng, tường bị phá

hoại do mô men và lực cắt (bending or shear), mất ổn định của nền đất xung

quanh kết cấu (shope failure, overall stability, basal stability). Sự mất ổn định

của kết cấu có thể xảy ra trong thời gian ngắn hoặc thời gian dài. Chuyển vị của

nền đất trong nền và xung quanh hố đào sinh ra do việc thay đổi ứng suất trong

đất do việc đào đất gây ra. Bao gồm hai chuyển vị: ngang (cùng chuyển vị của

tường), đứng (chuyển vị của đất xung quanh tường cừ, chuyển vị của đáy hố

đào).

Rất nhiều trường hợp hệ thống tường cừ tồn tại cùng sự giảm của ứng suất

tổng, vì thế thường tường được tính toán với ứng suất có hiệu và các thông số

sức bền của đất cùng với sự thoát nước hoàn toàn (c’, ’). Tường chắn cũng

không bảo đảm an toàn khi bị chuyển vị nhiều. Để khống chế chuyển vị người ta

47

thường tính toán với hệ số an toàn cao (từ 1,5 đến 2,0). Trong thiết kế tường cừ

bao gồm việc lựa chọn kiểu tường cừ độ sâu ngàm của tường cừ, kích thước của

tường cừ, xác định hệ thống chống, neo, dự báo biến dạng của tường, kiểm tra ổn

định của hố đào. Trong đó các vấn đề cơ bản phải thực hiện tính toán là:

- Áp lực đất, thanh chống, tải trọng neo, mô men uốn của tường.

- Chuyển dịch của đất nền xung quanh hố đào.

- Ổn định của hệ tường cừ, thành và đáy hố đào

2.2.3.1 Áp lực đất

Thông thường có thể chia làm 3 loại: tải trọng thường xuyên, tải trọng

thay đổi và tải trọng đặc biệt. Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ, chủ yếu

gồm có:

1. Áp lực đất và áp lực nước dưới đất

2. Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng

trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng);

3. Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo

giữ tường chắn v.v...

4. Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chính thì phải kể lực động

đất;

Tùy theo kết cấu chắn giữ hố móng khác nhau cũng như điều kiện đất nền

mà các loại tải trọng sẽ xuất hiện ở các dạng khác nhau: tải trọng cục bộ ở gần hố

đào, tải trọng phân bố đều trên một diện hữu hạn, tải trọng hình băng.

a. Áp lực đất lên tường chắn

48

Hình 2.1. Tải trọng lên công trình ngầm: a) dài hạn b)

ngắn hạn

Khi tính toán lực tác dụng lên tường chắn người ta tạm chia ra loại tường

làm việc trong thời gian ngắn, từ khi thi công xong công trình ngầm thì tháo dỡ

hoặc không giữ vai trò gì đối với công trình vĩnh cửu và loại tường chắn phải

làm việc lâu hơn do thời gian thi công kéo dài (thường được xem là trên 1 năm)

hoặc nó sẽ là một bộ phận của công trình ngầm như tường ngầm của ga tàu điện

ngầm, tường của colectơ, tường ngoài của tầng ngầm nhà cao tầng v.v... (xem

hình 3.1)

Pradel (1914) đã phân làm 3 phương pháp xác định áp lực đất:

- Các phương pháp dựa vào lý thuyết dẻo (Rankine 1857, Brinch – Hansen

1953, Sokolovski 1960, Chen 1975…)

- Các phương pháp dựa vào điều kiện cực hạn của cung trượt (Coulomb

1773, Fanba 1957, Bang 1985…)

- Các phương pháp dựa vào mô hình nền xây dựng trên cơ sở quan hệ ứng

suất - biến dạng của nền đất, sau đó sử dụng kỹ thuật số như sai phân, phần tử

hữu hạn để giải.

49

Nhìn chung các phương pháp sử dụng để xác định áp lực đất đều phụ

thuộc nhiều yếu tố đó là: tính chất cơ lý của đất, thời gian thành tạo của đất, tải

trọng tác dụng tương tác giữa tường cừ và đất (phần tử tiếp xúc) và tính chất biến

dạng của đất - tường cừ.

Việc xác định áp lực đất cần phải làm rõ khi nào thì áp lực đất đạt trạng

thái chủ động (active). Theo Bjerrum 1972 đối với đất sét từ dẻo chảy đến dẻo

mềm khi chuyển dịch của tường đạt 0,1% 2% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt

trạng thái chủ động. Weissenbach 1985 nghiên cứu đất cát, khi tường có chuyển

vị 0,1% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt trạng thái chủ động. Das 1987 chỉ ra khi

chuyển vị của tường đạt 5% độ sâu hố đào thì áp lực đất đạt trạng thái bị động

(passive). Tuỳ vào hình thức chống, neo giữ, sự phân bố áp lực đất có các hình

thức khác nhau, điều này rất khó xác định trong quá trình tính toán.

b. Phản lực của thanh chống

Để xác định phản lực thanh chống cần đơn giản hoá sơ đồ phân phối áp

lực đất xung quanh tường chắn, bố trí các vị trí của thanh chống. Có thể sử dụng

các phương pháp đơn giản của Peck 1969, Terzaghi và Peck 1967, Mant 1978,

Fang 1991…Để xác định mô men uốn của tường cừ và thiết kế tường cừ có thể

căn cứ vào việc lấy tải trọng là giá trị lớn nhất do các thông số sức bền của đất

tính ra. Cũng có thể xác định thông qua việc xác định độ ngàm của tường trong

tính toán ổn định.

Hiện tại việc thiết kế tường chắn đều theo trạng thái giới hạn. Theo tiêu

chuẩn của Anh (BS 8002) thì tường ở trạng thái giới hạn sử dụng chỉ được

chuyển vị nhỏ hơn 0,5% của độ cao tường, khi dùng ứng suất tổng thì hệ số huy

động M không được nhỏ hơn 1,5, khi dùng ứng suất có hiệu thì hệ số M lấy bằng

1,2 và chuyển vị ngang của tường cho phép đến 0,5% độ cao tường.

c. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố áp lực lên tường chắn

. Độ cứng của tường

Ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn đối với áp lực đất. Có thể xuất

hiện mấy loại tình huống sau đây (hình 2.2):

- Khi đỉnh tường cố định, đầu dưới tường dịch chuyển ra phía ngoài, áp

lực đất có hình parabol (hình 2.2.a);

- Khi hai đầu trên và dưới tường cố định nhưng phần giữa tường vồng ra

phía ngoài, áp lực đất có hình yên ngựa (hình 2.2.b);

50

- Khi tường dịch chuyển song song ra phía ngoài, áp lực đất có hình

parabol (hình 2.2.c);

- Khi tường nghiêng ra phía ngoài, quay theo điểm giữa của đoạn dưới

tường sẽ gây ra áp lực đất chủ động bình thường (hình 2.2.d);

- Chỉ khi tường chắn hoàn toàn không dịch chuyển mới có thể sinh ra áp

lực tĩnh (hình 2.2.e).

d. Ảnh hưởng của kết cấu chắn giữ.

Petros Pxanthakos (Mỹ) nêu ra 4 loại kết cấu chắn giữ có quan hệ với áp

lực đất lên tường như:

- Không có thanh chống, chân tường ngàm cố định;

- Có một tầng thanh chống và chân tường ngàm cố định;

- Có một tầng thanh chống, chân tường xem là tự do;

- Có nhiều tầng thanh chống.

e. Ảnh hưởng của quá trình thi công đào + chống/neo.

Áp lực đất lên tường chắn của hố đào có quan hệ đến quá trình thi công

đào, chống hoặc neo tường cùng với tính chất của đất và loại hình kết cấu chắn

giữ. Khi tiếp tục tăng hoặc giảm lực ở thanh chống thì từ tầng thanh chống thứ 2

trở xuống sẽ phát sinh ra biến dạng tương ứng và sẽ dẫn đến sự thay đổi mới áp

lực đất.

f. Ảnh hưởng của thời gian.

Khi cần nghiên cứu những ảnh hưởng nói trên trong tính toán thường phải

thông qua mô hình tương ứng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính khác

nhau (nhờ các phần mềm chuyên dụng) cho phép người thiết kế giải quyết những

vấn đề phức tạp gặp phải trong thực tế. Một trong các phần mềm tốt nhất về vấn

đề tính toán hố đào là phần mềm PLAXIS…

51

Hình 2.2. Ảnh hưởng của tường chắn

với áp lực đất

2.2.3.2 Tường chắn

1. Tính toán tường chắn như một cấu kiện chịu áp lực đất

Sự làm việc của tường chắn như một kết cấu chịu áp lực đất phụ thuộc

không những bản thân kết cấu tường mà còn phụ thuộc vào phương pháp thi

công hố đào, trình tự thực hiện thi công cũng như chất lượng công tác thi công.

Tính toán kết cấutường chắn nhằm đảm bảo yêu cầu cường độ và ổn định bản

thân tường dưới tác dụng của áp lực đất trước và sau tường. Sơ đồ làm việc của

tường được lựa chọn chủ yếu căn cứ vào theo biện pháp và trình tự thi công. Các

phương pháp tính sau đây có thể coi là tiêu biểu.

a. Phương pháp cân bằng tĩnh. Phương pháp cân bằng tĩnh áp dụng cho

phân tích tường chắn được coi là “ngàm” trong đất dựa vào các phương trình cân

bằng tĩnh học áp lực đất hai phía và cân bằng mô men tĩnh đối với đáy tường để

xác định chiều sâu tối thiếu đảm bảo ổn định tường. Hệ số áp lực chủ động và bị

động, giá trị áp lực đất tương ứng xác định theo công thức Rankine (1857) có

dạng:

2a a v ap K c K (2.1)

Và 2p p v pp K c K (2.2)

Trong đó Ka= hệ số áp lực đất chủ động.

2 0(45 )2

aK tg

(2.3)

Trong đó Kp= hệ số áp lực đất bị động.

2 0(45 )2

pK tg

(2.4)

Sơ đồ chuyển vị và biểu đồ áp lực đất lên tường có dạng như trên hình 3.3.

a và 3.3.b. Độ sâu ngàm cần thiết, t0, là nghiệm của phương trình bậc 4: 2

1 1 1 14 2

0 0 1 1 02 2

6 ( ) 468 (2 )

p a a p a aa ap a

e e E y e e EE Et t y e e t

(2.5)

Trong đó: t0, y – xem hình 3.3;

52

Ea = tổng áp lực đất chủ động xác định từ hiệu áp lực đất bị động và áp lực đất bị

động và áp lực đất chủ động trên toàn bộ chiều sâu tường;

2 0 2 0[tan (45 ) tan (45 )]2 2

n nn

(2.6)

n - Trọng lượng riêng của đất ở lớp thứ n.

n - Góc ma sát trong của đất ở lớp thứ n.

Mô men uốn trong tường cũng xác định được theo phương pháp kết cấu

thông thường.

Hình 2.3. Sơ đồ chuyển vị và áp lực đất lên tường trong phân tích cân bằng tĩnh.

a, b. theo sơ đồ của Rankine, c. theo đề nghị của Blum

b. Phương pháp Blum. Blum đề nghị thay áp lực đất bị động ở phần chân

tường phía ngoài bằng lực tập trung tác dụng ở chân tường như trên hình 3.3.c.

Việc xác định độ sâu ngàm cần thiết trở nên đơn giản hơn nhờ bậc của phương

trình xác định đã giảm xuống bậc 3 có dạng:

3

0 0

6 6 ( )

( ) ( )

a a

a p p a

E E l at t

K K K K

(2.7)

Trong đó: l = khoảng cách từ mặt đất đến điểm có áp lực zero,

(1 )a

P a

Kl h

K K

(2.8)

a = Khoảng cách từ mặt đất đến điểm đặ của Ea , (1 )a

P a

Ka h

K K

`c. Phương pháp đường đàn hồi. Phương pháp đường đàn hồi có thể áp

dụng cho tường ngàm tự do lẫn tường có chắn cho phép xác định cả chiều sâu

cắm tường vào đất dưới đáy hố đào lẫn mô men uốn lớn nhất trong tường. Thực

chất của phương pháp đàn hồi và sử dụng đồ họa xác định gần đúng gần độ sâu

53

ngàm cần thiết trên nguyên tắc đa giác lực tác dụng lên tường đóng kín. Việc

thực hiện được tiến hành theo các bước sau:

- Chọn độ sâu ngàm bất kỳ (cho bước thử ban đầu), t0

- Tính áp lực đất lên hai phía tường chia tường theo chiều cao làm nhiều đoạn,

thay áp lực đất trên từng đoạn bằng các lực tập trung tác dụng tại trọng tâm biểu

đồ áp lực đất vẽ đa giác lực và đa giác dây tương ứng theo tỷ lệ xích chọn thích

hợp. Đa giác lực sẽ khép kín thỏa mãn điều kiện cân bằng tĩnh học khi độ sâu

ngàm t0 đã chọn đúng. Trường hợp đa giác lực chưa khép chứng tỏ độ sâu t0

chọn ban đầu chưa thích hợp, cần thay đổi và vẽ lại từ bước 2.

- Xác định giá trị và điểm đặt của E’p trên đa giác lực đã khép kín cũng như độ

sâu ngàm cần thiết xác định mô men uốn lớn nhất và vị trí của nó theo sơ đồ trên

đa giác dây với tỷ lệ xích đã chọn.

d. Phương pháp Sachipana. Sachipana phân tích tường có nhiều tầng

chống thực hiện trong đất dính dựa vào các giả thiết sau:

- Thân tường là một kết cấu đàn hồi dài vô hạn

- Áp lực đất từ đáy hố đào trở lên phân bố theo luật tam giác, từ đáy hố trở

xuống phân bố đều.

- Áp lực đất bị động phía trước tường (dưới đáy hố đào) gồm hai vùng phân biệt:

vùng cân bằng giới hạn (đã biến dạng dẻo) và vùng đàn hồi.

- Vị trí chống không thay đổi, lực trong văng chống không thay đổi

Việc tính toán dựa vào hai phương trình cân bằng tĩnh học (cân bằng lực

theo phương ngang và cân bằng mô men lấy với chân tường) cho từng giai đoạn

đào và đặt văng chống cho đến khi hoàn thành đào hố.

e. Phương pháp biến dạng. Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng ở

Nhật bản với các giả thiết cơ bản tương tự phương pháp Sachipana với một thay

đổi về giả thiết áp lực đất phía bị động: giá trị áp lực đất phía bị động tỷ lệ thuận

với dịch chuyển của tường. Giải phương trình đường trục võng đàn hồi của

tường ứng với điều kiện biên xuất hiện tại từng giai đoạn thi công, nội lực thân

tường và lực nén trong văng chống được xác định được dùng làm căn cứ thiết

kế/kiểm tra kết cấu tường và văng chống.

f. Phương pháp lý luận cùng biến dạng. Tường trong trạng thái ban đầu

chịu áp lực tĩnh cân bằng từ hai phía. Trong quá trinh đào hố móng, tường bị

dịch chuyển làm thay đổi áp lực đất từ hai phía dần đạt tới giá trị áp lực đất chủ

54

động nhỏ nhất pa và áp lực đất bị động lớn nhất pp. Giá trị áp lực đất tại một vị trí

bất kỳ thay đổi cùng sự biến dạng của tường được xác định theo công thức:

0 , a pp p K p p p (2.9)

Trong đó, p0 = áp lực tĩnh lên tường, p0=K0z;

K0 = hệ số áp lực đất tĩnh.

Đối với đất rời, K0 có thể xác định theo góc ma sát trong hữu hiệu theo công

thức thực nghiệm của Jaky (1994):

K0= 1-sin’ (2.10)

hoặc theo công thức của Alpan (1967) đối với đất quá cố kết:

0, 0, .( )a

OC NCK K OCR (2.11)

trong đó, K0,NC = hệ số áp lực đất ở trạng thái cố kết bình thường; K0,NC = hệ số

áp lực đất tĩnh của đất quá cố kết; OCR = hệ số quá cố kết của đất;

P - áp lực đất thực tác dụng lên tường;

K - hệ số nền theo phương ngang;

- dịch chuyển ngang của tường.

g. Nhận xét chung. Việc tính toán tường chắn như một cấu kiện độc lập

chịu sự tác dụng của áp lực đất xuất hiện trong quá trình thi công hố đào mặc dù

có nhiều nghiên cứu cải tiến nhưng rõ ràng không phù hợp với sự làm việc thực

tế của công trình trong đó tường và đất xung quanh luôn luôn tồn tại sự tương

tác, phụ thuộc lẫn nhau. Hệ quả của việc đơn giản hóa mô hình phân tích là sự an

toàn của công trình trong quá trình thi công cũng như ảnh hưởng của việc thi

công hố đào đến các công trình lân cận không thể kiểm soát được hoặc phải rất

tốn kém. Các phương pháp tính thuộc loại này nói chung chỉ nên áp dụng cho

những trường hợp hố đào sâu mà ở đó ít có nguy cơ xảy ra tai biến công trình

hoặc việc phân tích phù hợp hơn trong đó có xét đến sự làm việc đồng thời của

tường với đất nền không đem lại lợi ích đáng quan tâm. Trong những trường hợp

khác, phân tích hố đào coi tường chắn như một cấu kiện độc lập chịu tác dụng

của áp lực đất chỉ nên được sử dụng trong phân tích sơ bộ để tìm lời giải xấp xỉ

ban đầu.

55

3.1.2.2. Tính toán tường chắn cùng làm việc đồng thời với đất

a. Phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Áp lực đất lên tường thực tế phụ

thuộc vào mức độ dịch chuyển của tường. Khi đất chuyển từ trạng thái cân bằng

đàn hồi (tường không chuyển vị) sang trạng thái chủ động, hướng ứng suất chính

không thay đổi, giá trị của nó giảm xuống gây ra biến dạng ngang của đất nhỏ

hơn nhiều so với khi chuyển sang trạng thái bị động (hướng ứng suất chính xoay

một góc 900 trong đó ứng suất theo phương ngang tăng lên nhiều). Chuyển vị

của chân tường do đó chưa đạt đến trạng thái giới hạn bị động. Việc áp dụng lý

thuyết cân bằng giới hạn một mặt không đảm bảo ổn định của tường (vì áp lực

đất bị động ở chân tường chưa đạt tới giá trị tính toán), mặt khác kết cấu bản

thân tường lại quá lãng phí (vì được tính với giá trị áp lực lớn). Để giải quyết

mâu thuẫn này, mô hình dầm trên nền đàn hồi cục bộ được đề xuất áp dụng trong

đó thay nền đất tiếp xúc hai bên tường bằng các lò xo đàn hồi độc lập thoe mô

hình Winkler (1867). Tư tưởng của phân tích dầm trên nền đàn hồi chủ yếu như

sau:

Nền đất được mô phỏng bằng hệ lò xo có độ cứng

ks= p/

trong đó p - tải trọng gây ra chuyển vị ; ks - độ cứng của lò xo thay thế nền đất

còn được gọi là mô đun phản lực nền.

Đối với một đoạn tường có bề rộng đơn vị (thường là 1m) và chiều dài di

được thay thế bắng lò xo đàn hồi độ cứng Ksi xác định theo công thức:

0, 2

0(1 )

is i si i

d EK k d

0, 2

0(1 )

is i si i

d EK k d

(2.12)

Trong đó, ksi = mô đun phản lực nền tại độ sâu đang xét; E0 = mô đun biến

dạng của đất; v0 = hệ số biến dạng ngang của đất; = hệ số phụ thuộc tỉ lệ giữa

chiều dài di với bề rộng tường.

56

Hình 2.4. Sơ đồ dầm đàn hồi phân tích tường chắn

Sơ đồ thay thế áp lực đất từ hai phía và văng chống bằng các lò xo có độ

cứng tương ứng và dầm thay thế tường chắn được thể hiện trên hình 2.4. Trước

khi đào, áp lực hai phía cân bằng ở trạng thái tĩnh. Giả sử việc đào đảm bảo được

tường hoàn toàn không chuyển dịch, áp lực tĩnh lên tường có dạng như hình

2.4.c chứng tỏ sự mất cân bằng. Sự mất cân bằng áp lực như vậy suất hiện khi

đào làm cho tường bị biến dạng và làm thay đổi áp lực đất lên tường dần đến

trạng thái cân bằng mới như trên hình 2.4.c.

b. Phương pháp số gia. Phương pháp số gia được dùng để phân tích đơn

giản tường trong điều kiện thi công có nhiều tầng hoặc nhiều tầng neo có xét đến

sự làm việc đồng thời giữa tường, thanh chống/ neo và đất. Trong phương pháp

này phần đất chưa đào và hệ văng chống được thay thế bằng các lo xo tương ứng

có độ cứng đàn hồi K phụ thuộc độ cứng của đất, của hệ văng chống. Khi việc

đào đất được gia tăng theo độ sâu trong quá trình thi công, các lò xo thay thế đất

dần bị mất đi, nội lực tương ứng chuyển dần sang hệ văng chống và các lò xo đất

còn lại sẽ làm thay đổi chuyển vị của tường cũng như của đất cho đến khi quá

trình thi công kết thúc.

c. Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh chống. Trong

phương pháp này kết cấu chắn (tường, hệ văng/neo) được chia thành các phần tử

57

thanh dầm. Áp lực đất phía chủ động đóng vai trò tải trọng lên hệ với giá trị áp

lực đất chủ động phân bố tam giác cho phần trên đáy hố đào và phân bố đều cho

phần dưới; đất phía bị động thay thế bằng các gối tựa đàn hồi có độ cứng K xác

định theo (3.12). Ma trận độ cứng của phần tử thanh dầm xác định theo công

thức:

(2.13)

Trong đó, [K]c - ma trận độ cứng của phần tử; A - diện tích tiết diện ngang tường

với bề rộng đơn vị; I - mô men quán tính tương ứng; l - độ dài phần tử (di); E -

mô đun đàn hồi của vật liệu tường.

Ma trận độ cứng của hệ văng chống hoặc neo có dạng như sau khi coi

phân tử chỉ có một bậc tự do:

(2.14)

Trong đó, E - mô đun đàn hồi của vật liệu chống hoặc neo; A - diện tích tiết diện

phần tử; 1- chiều dài phần tử.

58

Hình 2.5 : Sơ đồ phân tích tử dầm: nội lực và chuyển vị nút

d. Phương pháp phần tử hữu hạn tổng thể hai chiều. Chia vùng ảnh hưởng

của việc đào hố bằng các lưới (tam giác hoặc hình chữ nhật) để tạo thành các

phần tử. Mỗi phân tử xác định bởi tọa độ các đỉnh gọi là các nút. Chuyển vị của

các nut trên phần tử, {q} liên hệ với chuyển vị tại một điểm bất kỳ bên trong

phẩn tử bởi phương trình:

{u} = [f] {q} (2.15)

Trong đó. {u} - vector chuyển vị tại một điểm bất kỳ trong vùng phân tích; [f] -

hàm hình dạng chuyển vị; {q} - ma trận chuyển vị nút.

Ma trận biến dạng tại một điểm xác định theo biểu thức:

{ }=[d]{ }=[d][f]{ }=[B]{ }u q q (2.16)

Trong đó, [d] - toán tử vi phân tuyến tính riêng phần; [B] - ma trận liên hệ giữa

biến dạng với chuyển vị nút.

Theo nguyên lý công khả dĩ, ma trận độ cứng của phần tử xác định theo

công thức:

e

v

[K ]= [B] [D][B]dVT

(2.17)

Trong đó [D] - ma trận quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử (đất nền, tường

chắn, văng chống...) xây dựng theo mô hình nền lựa chọn.

Tổ hợp các ma trận độ cứng của các phần tử trong hệ tọa độ tổng thể ta

thiết lập được ma trận độ cứng [K] của hệ do đó ma trận chuyển vị nút {q} là

nghiệm của phương trình:

[K] {q}= {P} (2.18)

Trong đó. {P} - ma trận các tải trọng ngoài xuất hiện do đào hố hoặc tải trọng

nút tương đương.

59

{} = [D] {} (2.19)

e. Nhận xét chung

1. Các phương pháp phân tích tường chắn như dầm trên nền đàn hồi cục

bộ dựa vào lời giải phương trình vi phân trục dầm thuận lợi cho trường hợp nền

đồng nhất hoặc có mô đun phản lực nền thay đổi tuyến tính, không có hệ thống

chống ngang. Lời giải có sẵn của bài toán cọc chịu tải trọng ngang có thể áp

dụng trực tiếp hoặc có số hóa. Trường hợp nền nhiều lớp, nhiều hệ văng chống

ngang, bài toán trở nên phức tạp hơn và chỉ có thể có được lời giải theo phương

pháp số, trình tự thực hiện và nội dung tương tự phương pháp lý luận cùng biến

dạng với khả năng mở rộng linh hoạt hơn nhờ quan hệ ứng suất – biến dạng

không bị ràng buộc. Trong số đó phương pháp số gia dựa vào quan hệ ứng suất –

biến dạng của nền theo mô hình đàn hồi tuyến tính thường kém chính xác, đặc

biệt là khi mô tả chuyển vị ngang của đất.

2. Phương pháp PTHH coi tường như hệ thanh trên nền đàn hồi về căn bản

tương tự như phương pháp dầm trên nền đàn hồi trong đó tường được phân thành

các phân tử có cùng độ cứng, có nút được lựa chọn sao cho chỉ tồn tại sự thay

đổi tải trọng, chuyển vị chỉ xảy ra tại nút do đó phần tử trở nên thuần nhất hơn.

Việc xuất hiện hệ thống văng chống ngang, neo ... cũng như trình tự và biện

pháp thi công có thể được xử lý một cách thuận lợi trong quá trình phân tích.

3. Tất cả các phương pháp phân tích nêu trên mặc dù đã ngày càng trở nên

“tiến bộ”, các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu tường chắn được xem xét nhưng vẫn

tồn tại nhược điểm chủ yếu là tách rời hoặc “liên kết” lỏng lẻo giữa tường và môi

trường đất xung quanh. Sự khiếm khuyết này làm hạn chế khả năng phân tích,

không cho phép mô tả đồng thời hiệu ứng quan trọng của quá trình là sự ổn định

chung của hệ thống, ổn định đáy hố đào cũng như chuyển dịch của đất xung

quanh hố. Các khiếm khuyết này có thể được khắc phục bằng phương pháp

PTHH đầy đủ mô tả toàn bộ hệ tường – đất nền bằng các phân tử có liên hệ trực

tiếp với nhau trong đó nền đất được mô tả thông qua các mô hình toán học thích

hợp với từng điều kiện địa chất công trình cụ thể.

2.1.3. Chuyển vị của đất xung quanh hố đào

Chuyển vị của nền đất trong nền và xung quanh hố đào sinh ra do việc

thay đổi ứng suất trong đất do việc đào đất gây ra. Chuyển vị nền bao gồm hai

60

chuyển vị: ngang (cùng chuyển vị của tường), đứng (chuyển vị của đất xung

quanh tường cừ, chuyển vị của đáy hố đào).

a. Chuyển vị ngang

Chuyển vị ngang phụ thuộc vào chuyển vị của tường (kiểu chuyển vị của

tường phụ thuộc vào hệ thống thanh chống, tính chất của nền và thực tế xây

dựng).

Độ cứng của hệ thanh chống phụ thuộc vào sức chống ngang của thanh

chống hoặc neo, sức chống uốn của tường cừ, hệ chống đứng của hệ tường và

neo. Mỗi một hệ thống chống tổ hợp của nhiều thành phần sẽ giải quyết định

kiểu biến dạng và chuyển vị của tường cừ.

Theo Burland và Hancook 1977 thì 75% 85%, tổng biến dạng ngang đạt

được trong quá trình sử dụng hệ thống thanh chống khi dùng giải pháp tường

trong đất. Theo Day (1994) 50% tổng biến dạng ngang đạt được trong quá trình

dùng cọc cừ, ván cừ và neo. Chuyển vị ngang sau khi lắp dựng hệ thống chống

thì phụ thuộc vào độ cứng của toàn hệ và tải trọng tác dụng vào nền. Trong quá

trình lắp dựng hệ thống chống theo từng giai đoạn đào thì chuyển vị của hệ thống

phụ thuộc vào độ cứng của nền. Theo Clough và O’ Rourke 1990, độ chuyển vị

ngang lớn nhất của tường trong đất sét cứng, cát có thể đạt 0,2% đến 0,5% độ

sâu hố đào.

b. Lún của nền đất xung quanh tường cừ

Xác định độ lún của nền đất xung quanh tường cừ rất quan trọng vì nó ảnh

hưởng đến sự an toàn các công trình lân cận. Độ lún của nền thường phát sinh

trong quá trình thi công.

- Độ lún của nền gây ra do chuyển vị ngang của tường trong quá trình đào.

Trong quá trình đào đất do việc tăng áp lực ngang của đất gây ra chuyển vị của

tường từ đó gây ra độ lún của nền xung quanh. Độ lớn của độ lún phụ thuộc vào

độ cứng và kiểu thanh chống, vị trí trí thanh chống và độ cứng của tường.

Clough và O’Rourke 1990 xác định độ chuyển vị ngang của tường gần

bằng 0,2% độ sâu đào thì độ lún của nền là 0,15% độ sâu đào. Trong trường hợp

tường trong đất hay tường bằng cọc nhồi thì độ lún lớn nhất bằng 75% độ

chuyển dịch ngang của tường. Duncan và Bentle 1998 chứng minh rằng tỷ lệ

giữa độ lún lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất dao động từ 0.25 - 4 phụ thuộc

vào cấu tạo và quá trình xây dựng tường cừ và đào.

61

- Độ lún gây ra trong quá trình thi công tường: Độ lún có thể xuất hiện do

quá trình đóng cọc cừ, ép cọc cừ, rung – ép cọc cừ và quá trình khoan tường

trong đất. Fujta 1994 cho rằng 50% tổng độ lún gây ra trong quá trình đóng và

nhổ cọc cừ Larsen. Trong quá trình thi công tường trong đất, cọc nhồi, độ lún có

thể gây ra do quá trình khoan, sự chống đỡ không tốt của bentonite gây ra sập

thành hố khoan làm giảm ứng suất ngang của đất (Gumn và Clayton 1992) .

Trong quá trình dao động, múc đất cùng gây ra lún nền. Burland và Hancook

1977 cho rằng chuyển vị ngang và đứng trong quá trình thi công tường trong đất,

khoan cọc nhồi chiếm xấp xỉ 50% tổng chuyển vị trong đất sét London. Lehar

1993 thấy rằng 60% tổng độ lún gây ra trong quá trình thi công tường trong đất ở

đất sét yếu. Clough và O’Rourke 1990 thấy rằng trong quá trình thi công tường

trong đất gây ra độ lún từ 5 – 15mm. Wong 1998 thấy rằng độ lún 23.5mm và

chuyển vị ngang 45mm của nền gây ra trong quá trình thi công một giếng sâu

55.5m trong đất yếu.

- Độ lún gây ra trong quá trình thi công neo. Trong quá trình thi công neo

cũng gây ra độ lún. Độ lún này phụ thuộc vào phương pháp khoan, vật liệu

chống đỡ tạm thời, cấu tạo neo. Theo Kemplert và Gebreselassie (1999) thì 70%

tổng độ lún sinh ra trong quá trình xây dựng neo trong đất sét yếu.

- Độ lún gây ra do hạ mực nước ngầm: Schweiger và Bremann (1994) thấy

rằng 75% độ lún của nền xảy ra do hạ mực nước ngầm trong quá trình thi công

công trình, dùng tường trong đất ở đất sét yếu.

Như vậy độ lún của nền xung quanh hố đào gây ra bởi nhiều nguyên nhân.

Dự báo độ lún này cần sử dụng phương pháp số cùng mô hình nền (FEM). Tuy

nhiên việc xác định sự ảnh hưởng do dao động, do hệ thống chống không phù

hợp, các tải trọng do giao thông v.v... cạnh hố đào rất khó xác định.

Cũng có thể sử dụng các phương pháp thực nghiệm để xác định độ lún

(Peck 1969). Có một số tác giả thấy rằng độ lún lớn nhất nhỏ hơn 1% độ sâu hố

đào đối với cát, sét mềm đến cứng, lớn hơn 2% độ sâu hố đào đối với sét dẻo

chảy đến dẻo mềm. Clough và O’Rourke 1990 chứng minh tỷ lệ độ lún và độ sâu

hố đào là 0.15% - 0,2% với đất sét mềm đến nửa cứng, trong khi đó Dusan và

Bentler 1998 thấy rằng tỷ lệ này dao động 0.4% - 1.3%.

Dự báo độ lún đất nền sau tường là rất quan trọng vì nó có ảnh hưởng trực

tiếp đến an toàn của công trình lân cận. Độ lún đất nền sau tường được tạo ra do:

62

tường bị chuyển vị trong quá trình đào, thi công lắp đặt tường chắn, lắp đặt neo

tường và hạ mực nước dưới đất. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần

mềm Plaxis, đầu vào là những thông số đất nền và mô hình hoá chi tiết kỹ thuật

thi công cùng sự phù hợp có thể dự báo hợp lý chuyển vị đất nền.

Có thể tham khảo kết quả phân tích số liệu chuyển vị ngang của tường

chắn và lún bề mặt đất do thi công hố đào sâu trong đất yếu (Cu 75 – 100

kN/m2) cho 530 trường hợp sử dụng trên thế giới theo phương pháp kinh nghiệm

được tổng kết như sau:

+ Chuyển vị ngang lớn nhất của tường uhmax

thường nằm trong khoảng

0,5% H – 1,0 % H (H là chiều sâu đào), trung bình là 0,87H . Chuyển vị ngang

lớn nhất của tường thường được đo ở độ sâu z = 0,5 H – 1,0 H dưới mặt đất.

+ Độ lún lớn nhất ở mặt đất sau tường chắn uvmax

thường nằm trong

khoảng 0,1 % H – 10 % H, trung bình là 1,1 % H. Độ lún lớn nhất thường xảy ra

ở khoảng cách x 0,5 H sau tường chắn, nhưng có trường hợp trong đất yếu

khoảng cách x đến 2,0 H. Tỷ số uvmax

/ uhmax

thay đổi trong khoảng 0,5 – 1,0.

+ Điều kiện đất nền và độ sâu đào là những thông số ảnh hưởng quan trọng nhất.

+ Chưa chứng minh được ảnh hưởng của các kiểu hệ chống đỡ (neo, vỉ

chống, phương pháp top- down) đến chuyển vị của đất nền, tuy nhiên như trông

đợi, hệ top – dow có xu thế cho thấy chuyển vị nhỏ nhất.

+ Tường chắn và chuyển vị đất nền dường như không phụ thuộc nhiều vào

độ cứng của tường, từ đó cho thấy nếu tường đủ cứng, chuyển dịch của đất nền

bị chi phối bởi các yếu tố liên quan khác và nếu gia tăng thêm độ cứng của

tường, kết quả là không phải làm giảm thêm chuyển dịch của tường.

c) Đẩy trồi đáy hố đào: Sự đẩy trồi đáy các hố đào là hiện tượng đáy hố

đào bị nâng lên cao hơn cao độ đã đào sau khi hố đào đã hoàn tất đạt đến độ sâu

thiết kế. Đây là hiện tượng luôn xảy ra khi thi công đào các hố đào, đặc biệt là

các hố đào sâu và trực tiếp làm tăng độ lún của công trình xây dựng. Theo kết

quả quan trắc tại một số công trình, đáy hố đào có thể trồi lên đến hàng chục cm.

Ví dụ kết quả quan trắc thực hiện tại thủ đô Mexico, trong đó độ trồi đàn hồi E

của một hố đào sâu 4,75 m đạt tới 20 cm. Biến dạng của đáy hố đào có thể phát

sinh do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó các nguyên nhân chủ yếu là sự

thay đổi của trạng thái ứng suất - biến dạng trong đất và sự thay đổi của độ ẩm

của đất.

63

Quá trình thi công hố đào dẫn đến thay đổi trạng thái ứng suất và biến

dạng trong đất nền, trong đó mức độ thay đổi phụ thuộc vào khối lượng đất được

đào đi và kích thước của hố móng. Việc xây dựng công trình bắt đầu bằng quá

trình dỡ tải và sau đó gia tải trở lại khi xây dựng công trình. Độ trồi phát sinh do

dỡ tải khi đào đất phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của đấtE

. Một thành phần

khác của độ trồi là do biến dạng dẻo P

của đất nền phát sinh khi xảy ra hiện

tượng trượt của đất nền quanh hố đào. Khi mặt trượt xuất hiện, đất nền xung

quanh có xu hướng chuyển dịch vào bên trong hố làm trồi đáy hố. Thành phần

chuyển vị này có thể được loại trừ nếu áp dụng biện pháp chống đỡ thành hố đào

thích hợp hoặc khống chế độ sâu đào nhỏ hơn độ sâu giới hạn. Bên cạnh độ trồi

do thay đổi của trạng thái ứng suất - biến dạng, nếu việc thi công kéo dài và hố

đào ngập nứơc thì đất ở bề mặt đáy hố đào bị thay đổi độ ẩm. Khi các hạt sét

trong đất hấp thụ nứơc thì thể tích đất tăng lên gây ra độ trồi do trương nở S

.

Độ trồi S

có thể được loại trừ bằng cách thi công nhanh và tránh không để đọng

nước ở đáy hố móng. Trong một số trường hợp độ trồi cũng có thể phát sinh

trong quá trình thi công cọc. Nếu việc đóng hay ép cọc được thực hiện sau khi

đào hố móng thì độ trồi của đất D

do thi công cọc cũng có ảnh hưởng đáng kể

đối với sự làm việc của cọc cũng như độ lún của công trình. Vì độ trồi của đáy

hố đào có quan hệ trực tiếp đến độ lún của công trình, việc dự báo độ trồi là một

bước quan trọng cần phải thực hiện khi thiết kế móng nổi.

3.1.4. Một số vấn đề ổn định của hố đào

Khi đào hố với lượng đất lấy đi khá lớn nên đã làm biến đổi trường ứng

suất và trường biến dạng của đất quanh hố đào, có thể dẫn đến mất ổn định nền

đất nói chung và mất ổn định cả nền và kết cấu chắn giữ hố đào. Do đó trong

thiết kế chống giữ hố đào (gồm tường xi măng đất, cọc bản, cọc nhồi hay tường

trong đất ...) đều cần kiểm tra ổn định hố đào, khi cần phải thêm các biện pháp

gia cường để nền đất quanh hố đào được ổn định hơn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị và biến dạng gồm có:

- Sức chống cắt không thoát của đất, Cu;

- Độ sâu của hố đào, H;

- Bề rộng của hố đào, B;

- Độ sâu của lớp đất cứng, T;

64

- Độ sâu của tường trong đất, D;

- Độ cứng của tường, EI;

- Khoảng cách giữa các tầng thanh chống/neo;

- Sự thành thạo trong thi công.

3.1.4.1. Kiểm tra tính ổn định tổng thể

Khi đáy hố có tầng đất mềm yếu, thường dùng phương pháp trượt cung

tròn để kiểm tra tính ổn định tổng thể của tường chắn, như trình bày trên hình 3.6

Hình 2.6. Sơ đồ kiểm tra tính ổn định

tổng thể của tường và nền

Hình 2.7. Sơ đồ kiểm tra đùn cát vào

hố đào do dòng thấm của lớp cát

Thường thì cung trượt nguy hiểm nhất là ở dưới đáy tường 0,5 – 1m. Khi

lớp đất dưới đáy tường là đất rất kém, phải tăng thêm độ sâu tính toán, cho đến

khi trị K tăng lên mới thôi.

3.1.4.2. Kiểm tra ổn định thấm của đáy hố đào

a. Dòng thấm không có áp. Khi đào hố trong lớp đất bão hòa nước phải

quan tâm đến áp lực nước, bảo đảm ổn định của hố, kiểm tra xem trong tình hình

chảy thấm thì có thể xuất hiện cát chảy hay không. Khi nước ngầm chảy từ bên

dưới mặt đáy hố lên phía trên thì các hạt đất trong nền sẽ chịu lực đẩy nổi của

nước thẩm thấu, khi áp lực nước thẩm thấu quá lớn, các hạt đất sẽ ở vào trạng

thái huyền phù, tạo ra hiện tượng cát chảy.

Như thể hiện trong hình 2.7 toàn bộ lực thẩm thấu J tác dụng trong phạm

vi phun trào B là:

65

J = γwhB (2.20)

trong đó:

h- tổn thất cột nước trong phạm vi B từ chân tường đến mặt đáy hố đào,

thường có thể lấy h ≈ hw/2;

γw – trọng lượng riêng của nước;

B – phạm vi xảy ra cát chảy, thường lấy B = D/2.

Trọng lượng trong nuớc của khối đất W chống lại áp lực thẩm thấu là:

W = γ’DB

Trong đó:

γ’ – trọng lượng đẩy nổi của đất;

D - độ cắm sâu vào đất của tường.

Nếu thỏa mãn điều kiện W > J thì sẽ không xảy ra cát chảy, tức phải thỏa

mãn điều kiện:

Ks = '

w

D

h

=

2 '

w w

D

h

(2.21)

Trong đó: Ks – hệ số an toàn chống phun trào, thường lấy Ks ≥ 1,5.

b. Dòng thấm có áp. Trong lớp đất sét không thấm nước, có một tầng chứa

nước, hoặc trong tầng chứa nước tuy không phải là nước có áp, nhưng do đào đất

mà hình thành chênh lệch giữa cột nước bên trong và bên ngoài hố đào, làm cho

áp lực trong tầng chứa nước ở bên trong hố móng lớn hơn áp lực nước tĩnh. Có

thể kiểm tra ổn định chống nước có áp của đất ở đáy hố móng theo công thức sau

đây:

Ky = cz

wy

P

P (2.22)

Trong đó: Pcz - áp lực do trọng lượng bản thân của lớp đất phủ kể từ mặt

hố đào đến mái của tầng nước có áp;

Pwy - áp lực cột nước của tầng nước có áp;

Ky – hệ số an toàn ổn định chống cột nước có áp, lấy bằng 1,05.

Nếu không thỏa mãn yêu cầu chống bùng đáy hố đào do độ sâu của tường

chắn không đủ, và lý do kinh tế – kỹ thuật không thể tăng độ sâu của tường,

người ta dùng các biện pháp khác để giữ ổn định đáy hố như: Hạ mực nước

ngầm, gia cường đáy hố bằng cọc trộn xi măng đất, hay cọc bơm ép vữa hoặc

làm màng chống thấm sâu hơn quanh tường chắn v.v...

66

3.1.4.3. Kiểm tra đẩy trồi nền

Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra ổn định trồi đáy hố đào khi chúng

được dựa trên những mô hình và giả thiết khác nhau. Dưới đây là một số phương

pháp thường dùng nhất.

1. Phương pháp Terzaghi cải tiến khi hố móng rộng và dài (hình 3.8) được

chống giữ bằng tường trong đất.

Hình 2.8. Phương pháp Terzaghi cải

tiến kiểm tra chống trồi đáy hố B1 =

0,7B; Bs ≤ B1, lớp đất cứng nằm không

sâu dưới chân tường

Hình 2.9. Sơ đồ kiểm tra sự trồi đáy hố

đào theo Eide

- Khi không kể đến độ sâu D của tường và không có tải trọng phân bố ở

mép hố đào:

K = 2 1 1

1

5,7 u uc B c H

HB

(2.23)

- Khi kể đến độ sâu của tường D và có tải qs ở mép hố đào với Bs ≤B1 =

B 2 hoặc B1 = T(T – bề dày lớp đất sét cứng dưới đáy hố), chọn trị nhỏ hơn

trong B/ 2 và T. Ta có:

K1 = 2 1

1 1 3

5,7

(1 )

u

u u s s

c B

HB c H c D q B (3.24)

K2 = 2 1 1 3

1

5,7 (1 )u u u

s s

c B c H c D

HB q B

(2.25)

Với K ≥ 1,5.

Các ký hiệu trong công thức trên xem hình 2.8.

Từ các công thức (2.23) – (2.25) ta thấy:

67

- Theo (2.23): Không kể đến ảnh hưởng độ sâu của tường, hình dạng hố

đào và độ cứng của tường;

- Theo (2.24) và (2.25): cũng mới kể được ảnh hưởng của độ sâu hố đào

D.

2. Phương pháp Eide cải tiến

Khi hố đào hẹp với bất kỳ loại tường cừ nào (hình 3.9) để kiểm tra ổn định

trồi đáy hố đào, Eide đưa ra công thức sau:

Fs = 2 (1 / ) /ub c AC N C D B L B

H q

(2.26)

Trong đó:

- Các ký hiệu xem ở hình 2.9;

Nc - hệ số, lấy như sau:

+ Khi (H + D)/B < 2,5: Nc ≈ 5 (1 + 0,2B/L) [ 1 + 0,2 (H + D)/B];

+ Khi (H + D)/B ≥ 2,5: Nc ≈ 7,5 (1+0,2B/L)

- β – hệ số phục thuộc vào tỷ số T/B, lấy theo bảng 2.12.

Bảng 1.12. Trị hệ số β

T/B 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 ≥ 0,7

β 1,60 1,34 1,16 1,08 1,04 1,02 1,0

2.3 Ổn đinh của công trình ngầm đào bằng phương pháp đào kín

2.3.1 Áp lực đất đá

Áp lực của khối đá quanh công trình lên vỏ chống được gọi là áp lực đá

hoặc áp lực địa tầng. áp lực đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất của đá,

trường ứng suất ban đầu, các điều kiện địa chất - kỹ thuật và công nghệ chống

đỡ. Trong các công trình ngầm, áp lực đá có thể xuất hiện theo nhiều hướng khác

nhau tùy theo từng điều kiện cụ thể. Các phương pháp tính áp lực đá có thể được

chia thành 2 nhóm chính: nhóm các phương pháp tính theo tải trọng cho trước và

nhóm các phương pháp tính theo ứng suất biến dạng của hệ đá-hệ chống đỡ. Các

phương pháp thuộc nhóm thứ nhất giả thiết rằng áp lực đá lên hệ chống đỡ là

một ngoại lực được gây nên bởi trọng lượng của khối đá hoặc một phần khối đá

ở phía trên công trình. Trị số của nó là một hàm số của tính chất cơ lý của đá,

kích thước hầm, chiều sâu bố trí hầm. Các phương pháp thuộc nhóm thứ hai tính

68

áp lực đá dựa trên mối quan hệ tương hỗ giữa đá và hệ chống đỡ. Có rất nhiều

phương pháp xác định áp lực đất đá, sau đây là một số phương pháp phổ biến.

2.3.1.1 Phương pháp Terzaghi.

Khi đào đường hầm, trên nóc hầm xuất hiện vòm cân bằng, trọng lượng

của đất đá trong vòm đó gây ra áp lực đất đá. Terzaghi xác định kích thước của

vòm đó dựa vào chiều rộng và chiều cao của hầm (1946), Deere và Rose đã cải

biên như bảng 13.

Hình 2.10. Khái niêm về áp lực đá của Terzaghi

Bảng 2.13. Phân loại áp lực đá mới theo Terzaghi

Cấp đất đá RQD Chiều cao vùng suy

yếu Phản ứng của đất đá

1 - Đá cứng cấu tạo khối 95 - 100 0,0 Có thể có nổ đá, sập lở nhỏ, không có áp lực bên

sườn hầm. Cần vỏ hầm nhẹ chỉ khi xảy ra nứt vỡ hoặc nổ đá

2- Đá cứng phân lớp ngang 90 – 99 0 - 0,5b Sập lở nóc, không có áp lực bên sườn hầm. Cần

kết cấu chống đỡ nhẹ, chủ yếu để chống nứt vỡ.

Tải trọng có thể thay đổi đột ngột từ điểm này

sang điểm khác

3- Đá khối, phân lớp đứng 85 - 95 0 - 0,25b

4 - Đá cứng, tương đối

phân khối, phân lớp

75 - 85 0,25b - 0,2(b+h) Không có áp lực bên

5 - Đá phân khối, phân lớp

mạnh

30 - 75 (0,2 - 0,6)(b+h) Nóc không ổn định, áp lực bên sườn hầm từ nhỏ đến trung bình

6- Đá hoàn toàn vỡ vụn nhưng nguyên vẹn về thành

phần khoáng hóa

6b – Cát, sỏi

3 – 30

0 - 3

(0,6 – 1,1)(b+h)

(1,1 - 1,4)(b+h)

Áp lực bên đáng kể. ảnh hưởng làm mềm của độ

thấm nước vào đáy hầm đòi hỏi phải có kết cấu

chống đỡ liên tục cho phần dưới vì thép hoặc vì

tròn

69

7- Đá co ép nằm tương đối sâu

KAD (1,1 – 2,1)(b+h) Áp lực bên lớn. Cần có các thanh giằng vòm ngược. Đề xuất sử dụng vì tròn.

8 - Đất dính ở độ sâu lớn KAD

2,1 - 4,5(b+h) Không ổn định, áp lực bên sườn lớn. Cần có các

thanh giằng vòm ngược. Đề xuất sử dụng vì tròn.

9 – Đất đá trương nở

KAD Tới 75m không phụ

thuộc vào (b+h)

Không ổn định, áp lực bên sườn lớn. Cần vì tròn,

trong trường hợp đặc biệt sử dụng chống đỡ chống

cong oằn.

Ghi chú: Bảng phân loại này đã được cải biên bởi Deere et al (1970) và Rose (1982)

Chiều cao Hp, b, h được tính bằng feet và chiều sâu lớn hơn 1,5(b+h)

Áp lực đá lên vòm hầm được xác định theo công thức sau:

tg

B

Hexp)tg(

B

CB,pn 21

250 1 (2.27)

trong đó: H- độ sâu đặt công trình; - hệ số áp lực hông; B = b+2htg(45o-(/2);

- trọng lượng thể tích của đá.

Theo Terzaghi áp lực đá lên vỏ chống chỉ được hình thành trong điều kiện:

C

B2

2.3.1.2 Phương pháp Protodjakonov.

Protodjakonov tính toán cho môi trường rời, có ma sát trong nhưng không có lực

liên kết. Giả sử tại chiều sâu H có một hầm hình chữ nhật chiều rộng bằng b,

chiều cao là h. Trên đỉnh hầm, theo giả thuyết, sẽ hình thành một vòm cân bằng

tự nhiên AOC có chiều cao hH (hình 2.11). Theo Protodjakonov, chiều cao vòm

cân bằng được xác định bởi công thức:

Hình 2.11. Sơ đồ tính toán áp lực đất đá lên nóc hầm theo Protodjakonov

70

f

hctgb

f

bh

o

H

2

452

2

(2.28)

- góc nội ma sát của đất đá,

f = n/100 – hệ số kiên cố/bền vững của đất đá,

n – độ bền nén một trục của đất đá, tính bằng kg/cm2.

Áp lực đá lên nóc hầm được xác định theo công thức:

245

23

2

3

on hctg

b

ff

Bp (2.29)

2.3.1.3 Áp lực đá trong thành giếng

Theo phương nằm ngang áp lực đá được xác định theo một số phương pháp sau:

1. Phương pháp Protodjakonov (hình 2.12a) :

2452 *

Htgp o (2.30)

trong đó: * = arctgf - góc nội ma sát biểu kiến; f- hệ số bền vững; H- chiều sâu

của điểm đang xét.

Trong môi trường rời công thức này có dạng sau:

p =(H (2.31)

trong đó:

245

1

11 2 otgsin

sin

2. Phương pháp Berezantshev (hình 2.12b):

71

Hình 2.12. Sơ đồ tính toán áp lực đất đá lên thành giếng đứng.

a) theo Protodjakonov, b) theo Berazantshev, c) theo Bulyshev

Cctgr

r

r

rq

r

rrp

c

o

c

o

c

oo 11

1

1

(2.32)

trong đó:

245

245

2452 2 oo

oco tg;Htgrr;tgtg

Khi không có tải trọng q và C=0, áp lực đá được xác định theo công thức:

1

11 c

oo

r

rrp (2.33)

Khi H lớn vô cùng, áp lực đá không phụ thuộc vào độ sâu, nó được tính

theo công thức sau:

1

orp (2.34)

22

1

2 cosB

Btgrp o (2.35)

trong đó: ;cosr

H)(sinsinB;costg

r

Hcosarctg

oo

sh

2

1 42221

);(coscossinr

HB

o

sh 22222 Hsh- toàn bộ độ sâu của giếng.

72

2.3.1.4.Phân tích áp lực đất đá theo quan hệ tương tác đá – hệ chống đỡ

Áp lực đá cũng như mối quan hệ tương tác giữa đá và hệ chống đỡ có ý

nghĩa quyết định đến việc lựa chọn độ cứng của hệ chống đỡ và thời gian thích

hợp để lắp đặt chúng. Mối quan hệ này được thể hiện ở hình 2.13. Trên hình

2.13 đường ABF thể hiện biến dạng của nóc hầm, đường ACF thể hiện biến dạng

của sườn hầm, đường DEF là đường đặc trưng cho hệ chống đỡ. Trạng thái ứng

suất biến và các vùng biến dạng xung quanh hầm được thể hiện ở hình 2.14.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đánh giá hệ chống đỡ, cần quan tâm

thích đáng đến những vấn đề sau:

- Thời điểm lắp đặt hệ chống đỡ kể từ khi mở công trình và khoảng cách

từ điểm đang xét tới gương hầm;

- Sự ảnh hưởng của phương pháp khai đào (như nổ mìn khối, nổ tạo rãnh

cắt trước,...) đến độ cứng, độ bền của khối đá;

- Ảnh hưởng của kết cấu, thể loại hệ chống đỡ (như kích thước các phần

tử, khẩu độ giữa các khung, bề dày của các khung, điều kiện chân khung ...) đến

độ cứng và độ bền của hệ chống đỡ.

Hình 2.13. Phân tích áp lực đất đá theo mối tương tác giữa đất đá và vỏ chống

73

Hình 2.14. Phân bố ứng suất và các vùng biến dạng quanh hầm

Trên hình 2.14, trong vùng đàn hồi trạng thái ứng suất - biến dạng của đất

đá quanh đường hầm được xác định bởi công thức sau:

02

20

02

20

02

20

02

20

1

1

Pr

R

r

R

Pr

R

r

R

r

rr

(2.35)

Ưùng suất lên vách hầm là:

00

0

2 r

rr

P

(2.36)

Dịchchuyển đàn hồi xung quanh hầm là:

0

2

0

0

2

0211

rr

RP

r

Rr

EU

(2.37)

Dịch chuyển vách hầm là:

121121 00

0000E

PRRP

EU rR (2.38)

Bán kính đường tiếp giáp giữa trạng thái dẻo và trạng thái đàn hồi R’

được tính như sau:

1

1

0

0

01

1

1

2'

p

upr

up

p q

qPRR

(2.39)

Ứng suất ở vùng dẻo là:

74

11

11

0

1

0

1

p

u

p

urpp

p

u

p

urrp

qq

R

r

qq

R

r

p

p

(2.40)

Ứng suất tại ranh giới tiếp giáp giữa vùng đàn hồi và vùng dẻo là:

1

2

1

2

0

'

0

'

p

u

R

p

urR

qP

qP

p

(2.4.1)

Độ dịch chuyển tại ranh giới tiếp giáp giữa vùng đàn hồi và vùng dẻo là:

'0' 12'1

rRR PRE

U

(2.4.2)

Độ dịch chuyển tại vách hầm:

121

1

21

1

111

1

11

00

0

0

00

E

PR

qR

q

EC

RU

p

p

u

r

p

p

u

stR

(2.43)

1

21

1

111

''

1

1' 0

1

0

12

'

p

p

u

r

p

p

u

RstqR

RR

q

EURC

p

(2.44)

trong đó 1

pl

rpl

2.3.2 Hệ chống đỡ

2.3.2.1 Khái quát

Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để giữ ổn định ngay sau khi

khai đào xong do tạo ra một kết cấu vững chắc kết hợp với đất đá xung quanh.

Nơi nào sự dịch chuyển của đất đá có thể gây ra tác động đến đất mặt hoặc các

kết cấu xung quanh thì phải áp dụng hệ thống chống đỡ đường hầm phù hợp

không có bất kỳ tác động bất lợi nào đến đất mặt hoặc các kết cấu xung quanh.

75

Hệ thống chống đỡ đường hầm được thiết kế để bảo đảm thực hiện an toàn và có

hiệu quả tất cả các hoạt động trong đường hầm.

Để thiết kế hệ thống chống đỡ hiệu dụng cần phải đánh giá tất cả các điều

kiện đất đá như địa lý, địa chất, các đặc điểm vật lý, chiều sâu tầng đất đá phủ,

khả năng có dòng nước chảy vào, các mặt cắt khai đào đường hầm, hạn chế về

độ lún bề mặt, phương pháp đào đường hầm, v..v..Vì vậy, các hệ phân loại đất đá

theo các chỉ số địa chất phù hợp là những yếu tố quan trọng để thiết kế hệ thống

chống đỡ đường hầm. Trước khi khai đào đường hầm, cần phải xác định các mô

hình hệ thống chống đỡ đường hầm là những cách phối hợp của bê tông phun,

neo đá hoặc hệ thống chống đỡ bằng thép đối với mỗi hệ phân loại đất đá. Dùng

những mô hình hệ thống chống đỡ đường hầm như trên làm thiết kế sơ bộ của hệ

thống chống đỡ đường hầm.

Trong quá trình đào đường hầm sẽ tiến hành thẩm định thiết kế sơ bộ này

thông qua quan trắc và theo dõi, nếu cần thì thay đổi, và sẽ được một thiết kế phù

hợp của hệ thống chống đỡ đường hầm đối với điều kiện đất đá.

Bảng 2.14 giới thiệu những hạng mục để chọn các thành phần của hệ

thống chống đỡ. Thường thiết kế hệ thống chống đỡ theo cách sau:

1) Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn,

2) Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự,

3) Áp dụng phương pháp giải tích.

1. Áp dụng thiết kế tiêu chuẩn

Cần phải có kỹ năng và kinh nghiệm cùng với số liệu xây dựng đường

hầm để xác định các mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm. Sẽ là thuận lợi

và thiết thực để quyết định những mô hình của hệ thống chống đỡ đường hầm

dựa trên các mô hình tiêu chuẩn của hệ thống chống đỡ được xác định bằng các

số liệu của đường hầm đã xây dựng.

2. Áp dụng thiết kế theo các điều kiện đất đá tương tự

Khi các điều kiện thiết kế như điều kiện đất đá hoặc mặt cắt đường hầm tương tự

nhau thì có thể thiết kế hệ thống chống đỡ đường hầm theo ví dụ tương tự đó.

Trường hợp này yêu cầu những nội dung sau:

i) thu thập mọi thông tin về đường hầm đã xây dựng như điều kiện địa

chất, phương pháp đào đường hầm trong thời gian xây dựng, và đo đạc

và quan trắc theo dõi, v..v..

76

ii) phân tích và đánh giá những thông tin trên đây, đối chiếu với tất cả kết

quả khảo sát.

iii) thêm những phân tích mới vào các mô hình của hệ thống chống đỡ của

ví dụ đã dùng, xác định các mô hình phù hợp của các hệ thống chống

đỡ đường hầm.

Theo cách này, có thể sử dụng hệ phân loại đá Q để lựa chọn hệ chống đỡ

(hình 2.15)

Hinh 2.15 Phương pháp lựa chọn hệ chống đỡ bằng hệ phân loại đá Q

Bảng 2.14. Những hạng mục để chọn các thành phần của hệ thống chống đỡ

(mặt cắt khai đào 20 – 100 m2)

Lo

ạ

i đá

Đặc điểm

Thành phần của hệ thống chống

đỡ

Phương pháp

phụ Ghi chú

77

Mục

đích

của

hệ thống

chống

đỡ

Bê

tông p

hun

Neo

đá

Vì

thép

Bê tông

vỏ hầm

Có l

ớp b

ê

tông t

hứ

hai

Bê

tông v

òm

ngư

ợc

Đá

cứng

Đứt gãy

nhỏ

- Đá rơi Không có ứng suất khi tác

động lên bê tông vỏ hầm

Đứt gãy

nhỏ

(không có

khoáng vật

sét)

- Đá rơi

- Áp lực

đất đá bị

tơi

Có thể dùng vì thép cho

mặt gương phần vòm

Thường có

nứt nẻ

- Đá rơi

- Áp lực

đất đá bị

tơi

- Áp lực

của đất

Ổn định mặt

gương (Mặt

gương và

vòm hầm)

Bảo đảm các điều kiện tốt

cho bề mặt bên dưới, bê

tông vòm ngược được ưa

chuộng

Đá

mềm

Đất đá lớn

Yùếu tố tin

cậy

- Đá rơi

Bảo đảm các điều kiện tốt

cho bề mặt bên dưới, cần

có bê tông vòm ngược cho

trường hợp bùn kết

Đất đá nhỏ

Yùếu tố tin

cậy

- Áp lực

đất đá bị

tơi

- Áp lực

của đất

Bê tông vòm ngược cần

thiết lập sớm

Đất đá rất

nhỏ

Yùếu tố tin

cậy

- Áp lực

đất đá bị

tơi

- Áp lực

của đất

Ổn định

gương (mặt

gương)

- Thiết lập sớm các mặt cắt

kín

- Bê tông phun tính năng

cao

- Quan trắc biến dạng lún

- Giới hạn cho phép

chuyển dịch cuối cùng

Đất đá bị ép vắt - Áp lực

đất đá bị

tơi

- Áp lực

của đất

- Áp lực ép

vắt

Ổn định mặt

gương (Ổn

định mặt

gương và gia

cố chân

tường hầm)

- Thiết lập sớm các mặt cắt

kín

- Bê tông phun tính năng

cao

- Lớp bê tông vỏ hầm thứ

hai là thành phần của hệ

thống chống đỡ

- Theo dõi lún do biến

dạng

- Giới hạn cho phép

chuyển dịch cuối cùng

78

Đất đá không bền

vững (đất đá phủ

ít)

- Áp lực

đất đá bị

tơi

- Lún bề

mặt

Ổn định mặt

gương, bảo

vệ lún bề mặt

và kết cấu kề

bên

- Thiết lập sớm các mặt cắt

kín

- Lớp bê tông vỏ hầm thứ

hai là thành phần của hệ

thống chống đỡ

3. Áp dụng phương pháp tính toán

Phương pháp tính toán được thực hiện bằng lời giải giải tích hoặc phương

pháp số. Trong tính toán, cần xét tới các yếu tố ảnh hưởng đến hệ chống đỡ, như:

Tính chất của đất đá như áp lực đất, biến dạng của đất đá, sự ổn định của gương

và dòng nước chảy vào đường hầm thiết kế, tác động của những công trình lân

cận (đặc biệt quan trọng khi xây dựng trong khu đô thị, khu vực đã có công

trình…), ảnh hưởng của động đất…

3.2.2.2 Phân tích hệ chống đỡ

Như đã nêu ở hình 2.15, hệ chống đỡ thường được lắp đặt sau khi chu

tuyến đường hầm đã chuyển dịch một giá trị ban đầu ui0 nào đó. Độ cứng của hệ

chống đỡ được đặc trưng bởi hằng số độ cứng K. Áp lực chống đỡ hướng tâm pi

của hệ chống đỡ được xác định theo công thức:

i

iei

r

uKp (2.45) hoặc:

K

rpuu ii

ioi (2.46)

trong đó: uie phần biến dạng đàn hồi của tổng biến dạng ui; ui0 - xem hình 2.16.

Phương trình (2.46) được áp dụng cho vỏ chống bêtông hoặc bêtông

phun, cho khung thép hoặc bulông hoặc neo cáp phụt vữa. Áp lực lớn nhất của

hệ chống đỡ được xác định bởi giá trị psmax (hình 2.16).

79

Hình 2.16. Quan hệ pi – ui của hệ chống đỡ

- Vỏ chống bêtông, bêtông phun (hình 2.17 ). Vỏ chống với bề dầy tc được

đặt ở bên trong bán kính ri. áp lực chống đỡ tạo nên bởi vỏ chống này phản ứng

lại với sự hội tụ của hầm được nêu bởi công thức (2.17), khi:

])tr(r)[()(

]trr[EK

ciicc

ciicc 22

22

211

(2.47)

trong đó: Ec, c- môđun đàn hồi và hệ số Poisson của bêtông; tc - bề dầy của lớp

vỏ áo bêtông; ri - bán kính của đường hầm.

Hình 2.17. Dạng hình học của hệ chống đỡ bằng bêtông hoặc bêtông phun

Trong công thức này chưa xét đến sự ảnh hưởng của cốt hoặc lưới thép

trong hệ chống đỡ. Cốt thép trong vỏ chống và lưới thép trong áo bêtông phun có

vai trò rất quan trọng đối với sự phân bố ứng suất và khả năng gây nứt nẻ vỏ

chống, nhưng nó không tăng đáng kể độ cứng. Khi vỏ chống có cốt thép dày, thí

80

dụ như khi đổ bêtông trên khung thép, cần xét đến sự làm việc đồng thời của cả

hai hệ.

Khi giả thiết là vỏ chống bêtông và bêtông phun có thể bị thấm nước, thì

áp lực nước ở bên trong cũng như bên ngoài không ảnh hưởng đến áp lực chống

đỡ pi. Trong các đường hầm thủy công, khi vỏ chống được coi là không thấm thì

cần xét đến ứng suất phụ do áp lực nước gây nên.

Áp lực chống đỡ lớn nhất do vỏ chống bêtông và bêtông phun tạo ra được

xác định như sau:

2

12

1

ci

iconccmaxs

tr

rp (2.48)

trong đó: cconc - độ bền nén đơn trục của bêtông.

Công thức (2.48) chỉ áp dụng được khi đường hầm có tiết diện tròn và vùng phá

hủy không quá lớn.

Trong tính toán các hệ chống đỡ cho đường hầm đèo Hải Vân, nhà tư vấn

thiết kế đã sử dụng các phép tính sau:

a. Neo đá: khả năng chống đỡ của neo đá được tính theo phương trình

sau:

Đối với một neo:

BBBB SlRC 2 (2.49)

Tổng khả năng chịu tải cho số neo lắp đặt dọc theo đuờng kính hầm >

B

BiB

LR

CnP

02 (2.50)

Trong đó:

CB - khả năng chống đỡ một đơn vị của neo đá (một neo đá)

RB - bán kính của neo đá

lB - Chiều dài của neo đá

SB - Cường độ của neo đá

PiB - Tổng khả năng chống đỡ của neo đá

LB - Khoảng cảch giữa các neo đá dọc theo trục hầm

Loại neo đá dạng thanh chịu biến dạng được sử dụng trong thiết kế.

Bảng 2.15. Khả năng chống đỡ của neo đá

81

Neo đá trong tính toán thiết kế

Khả năng chống đỡ của neo đá

Loại Vật liệu Đường

kính

Khả năng tới

hạn

Trọng

lượng/m

D2 SD45 25mm 121kN 3.98kg

Độ bền của vật liệu neo đá

Loại Độ bền của đinh ốc (kN) Độ bền của neo đá (kN)

Uốn cong Gãy Uốn cong Gãy

D25 120.5 172.5 173.5 247.9

b. Vỏ hầm bêtông phun: khả năng chống đỡ của bêtông phun và sự chuyển

dịch của vỏ hầm được tính theo công thức sau:

C

cCis

R

tP

,

cSC

scisSC

tE

PU

21

(2.51)

trong đó:

Pis - Khả năng chống đỡ của bêtông phun

σc - Cường độ đơn trục của bêtông phun

tc - Độ dày của lớp bêtông phun

Rc - Bán kính của vỏ bêtông phun

Usc - Sự chuyển dịch của bêtông phun

Esc - Mođun đàn hồi của bêtông phun

sc - Hệ số Poisson của bêtông phun (giả sử sc =0.2)

Mođun đàn hồi có thể được xác đinh theo Phương trình Paw như sau:

CSCE 5.14300 (2.52)

Ρ - Trọng lượng riêng của bêtông phun

Giả sử ρ=25 kN/m3, cường độ chị nén một truc và mođun đàn hồi của

bêtông phun thể hiện như bảng 2.16.

Bảng 2.16. Quan hệ giữa cường độ chịu nén và module đàn hồi của bê tông phun

Ngày Cường độ chịu nén đơn

trục (MPa)

Mođun đàn hồi của

bêtông phun (x 104

MPa)

1 10 1.7

3 20 2.4

7 30 2.94

82

c. Khung thép: Phương trình đối với vỏ ống hình trụ mỏng được sử dụng

đế đánh giá khả năng chống đỡ của khung thép.

SS

SS

iSRlR

AP

(2.53)

trong đó:

PiSR - khả năng chống đỡ của khung thép

σs - độ bền của khung thép

As - diện tích tiết diện của khung thép

Rs - bán kính của khung thép (tâm)

ls - khoảng cách của khung thép dọc theo trục hầm

Các tính chất của khung thép H-150 được thể hiện ở bảng 2.17.

Bảng 2.17. Các tính chất vật liệu cúa khung thép Các tính chất vật liệu của khung thép

Loại Vật liệu Kích thước (mm) Diện tích

tiết diện

Độ bền uốn

Thép H SS41 H-150x150x7x10 40.14 cm2 180MPa

d. Vỏ hầm: Khả năng chống đỡ của vỏ hầm bằng bêtông hình trụ có lớp vỏ

dầy và vỏ hầm bằng bêtông phun gia cố bằng sợi thép (SFRS) sẽ được tính toán

trong điều kiện ứng suất tác động lên mặt trong và mặt ngoài là khác nhau theo

công thức sau:

Ciab

abP

22

22

(2.54)

trong đó:

a - bán kính bên trong của hình trụ

b - bán kính bên ngoài của hình trụ

σc - cường độ nén một trục của bêtông.

Cường độ chịu nén của SFRS, lớp vỏ bêtông được tính là 40 MPa và 25 MPa

tương ứng.