Tài liệu Phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga bến thành tuyến metro số 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- VŨ NGỌC HẢI PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG NHÀ GA BẾN THÀNH TUYẾN METRO SỐ 1 STABILITY ANALYSIS IN THE CONSTRUCTION STAGE OF BEN THANH STATION OF METRO LINE NO 1 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số: 8580204 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2021 ii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trường Sơn Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Đỗ Thanh Hải Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Anh Tuấn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 06 tháng 08 năm 2021 (trực tuyến). Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: PGS. TS. Lê Bá Vinh 2. Thư ký: TS. Lại Văn Quí 3. Phản biện 1: TS. Đỗ Thanh Hải 4. Phản biện 2: TS. Nguyễn Anh Tuấn 5. Ủy viên: ThS. Nguyễn Phúc Bình An CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: VŨ NGỌC HẢI MSHV: 1970292 Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1991 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số: 8580204 I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG NHÀ GA BẾN THÀNH TUYẾN METRO SỐ 1 II. NỘI DUNG - Mô phỏng đánh giá khả năng ổn định của tường vây hố đào khi thi công nhà ga bằng phương pháp đào mở trên cơ sở sơ đồ bài toán phẳng bẳng Plaxis 2D. - Phân tích đánh giá vai trò của lực kích thanh chống lên khả năng giảm chuyển vị ngang nhằm hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/6/2021 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Bùi Trường Sơn TP. HCM, ngày... tháng... năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. Bùi Trường Sơn PGS.TS. Lê Bá Vinh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG iv LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Bùi Trường Sơn đã dành nhiều tâm huyết để giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá cho tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường. Thầy đã hướng dẫn giúp tác giả hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn phương pháp tiếp cận nghiên cứu. Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ rất nhiều trong suốt chặng đường vừa qua. Ngoài ra, Thầy đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tác giả hiểu rõ về bản chất đề tài, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tác giả trong suốt khóa học cao học vừa qua. Mặc dù bản thân cũng đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên với khả năng và hiểu biết hiện tại của tác giả chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót nhất định. Kính mong quý Thầy Cô hãy bỏ qua và chỉ dẫn thêm cho tác giả để bổ sung những kiến thức và hoàn thiện chính bản thân mình hơn. Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô. TP. Hồ Chí Minh,15 tháng 6 năm 2021 Học viên Vũ Ngọc Hải v TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến Metro số 1. Mặt bằng công trình được chia ra thành 2 phân đoạn. Phân đoạn có thi công cải tại đất và phân đoạn không thi công cải tạo đất. Cả 2 phân đoạn đều có cấu tạo gồm 2 tầng hầm, trong quá trình thi công tường vây được chống đỡ bằng 4 tầng khung chống. Quá trình phân tích đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D để mô phỏng lại quá trình thi công thực tế, đồng thời so sánh kết quả thu được với kết quả quan trắc thực tế. Kết quả phân tích cho thấy tác dụng của biện pháp gia tải trước trong thanh chống đến giảm thiểu biến dạng tường vây tại phân đoạn không thi công cải tạo đất. Ngoài ra, gia tải trước trong thanh chống và cải tạo đất dưới đáy hố đào được phân tích đánh giá độ hiệu quả đến ổn định tường vây trong quá trình thi công tại phân đoạn có thi công cải tạo đất. vi ABSTRACT This thesis presents stability analysis during the construction of Ben Thanh station of Metro line No 1. The construction site is divided into 2 segments. The segment with soil improvement and the without soil improvement segment. Both segments are composed of 2 basements, during construction the diaphragm wall is supported by 4 layers of shoring. The analysis process used Plaxis 2D finite element method to simulate the actual construction process, and compare the results obtained with actual monitoring result. The analysis results show that the effect of the preloading measure in the struts to minimize the deformation of the diaphragm wall at the segment without soil improvement. In addition, the pre-loading in the struts and soil improvement at the bottom of the excavation are analyzed for their effectiveness in stabilizing the diaphragm wall during construction at the section with soil improvement. vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS. TS. Bùi Trường Sơn. Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình. TP. HCM, ngày 12 tháng 8 năm 2021 Học viên Vũ Ngọc Hải vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................. III LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... IV TÓM TẮT LUẬN VĂN....................................................................................... V DANH MỤC BẢNG........................................................................................ VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... X MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ....................................................1 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................2 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................2 5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI ......................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU .............................................3 1.1. CÁC YẾU TỐ GÂY RA MẤT ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU .........................3 1.1.1. Ổn định tổng thể kết cấu .....................................................................3 1.1.2. Ổn định nền đất và công trình xung quanh hố đào.............................5 1.2. CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO ...........6 1.2.1. Các biện pháp thi công đảm bảo ổn định tổng thể .............................6 1.2.2. Ổn định nền đất và bảo vệ công trình lân cận ..................................10 1.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG ..............................................................................15 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH KẾT CẤU TƯỜNG VÂY VÀ HỆ KHUNG CHỐNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ........................................16 2.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THANH CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO ...........16 2.2. PHÂN TÍCH LỰC DỌC TRONG HỆ THANH CHỐNG BẰNG BIỆN PHÁP ĐƠN GIẢN ......................................................................................17 vii 2.2.1. Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến ......................................................................................................17 2.2.2. Sự gia tăng tải trọng trên hệ thanh chống trong giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn tầng hầm .........................................................................20 2.3. PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT CỦA ĐẤT NỀN .......................................21 2.4. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG BIỆN PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS .........................................23 2.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG ..............................................................................35 CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG NHÀ GA BẾN THÀNH TUYẾN METRO SỐ 1 .............................................36 3.1. CẤU TẠO ĐỊA CHẤT VÀ BIỆN PHÁP ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO ...............36 3.2. QUAN TRẮC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ........50 3.3. MÔ HÌNH VÀ TỔNG HỢP KẾT QUẢ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỐ ĐÀO NHÀ GA BẾN THÀNH ....................................................................51 3.3.1. Phân tích đánh giá khả năng ổn định tường vây hố đào phân đoạn không xử lý cải tạo đất. .......................................................................51 3.3.2. Phân tích đánh giá khả năng ổn định tường vây hố đào phân đoạn có xử lý cải tạo đất. ..................................................................................66 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...........................................................................82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................85 PHỤ LỤC.............................................................................................................87 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Thông số mô hình đất nền phân đoạn không xử lý cải tạo đất Bảng 3.2: Thông số mô hình đất nền phân đoạn có xử lý cải tạo đất Bảng 3.3: Thông số mô hình cho tường vây và tường trung gian tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Bảng 3.4: Thông số mô hình cho tường vây tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Bảng 3.5: Thông số mô hình cho hệ khung chống tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Bảng 3.6: Thông số mô hình cho hệ khung chống tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Bảng 3.7: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P48) Bảng 3.8: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía nam (P06) Bảng 3.9: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) Bảng 3.10: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16) Bảng 3.11: Các giai đoạn và thời gian thi công thực tế tương ứng tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Bảng 3.12: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P06) Bảng 3.13: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P48) Bảng 3.14: Tỷ lệ giữa chuyển vị ngang tường vây lớn nhất và chiều sâu đào tại phía nam (P06) Bảng 3.15: Tỷ lệ giữa chuyển vị ngang tường vây lớn nhất và chiều sâu đào tại phía bắc (P48) Bảng 3.16: Các giai đoạn và thời gian thi công thực tế tương ứng tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Bảng 3.17: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P36) Bảng 3.18: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P16) Bảng 3.19: Chênh lệch chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P36) giữa các phương án thiết kế Bảng 3.20: Chênh lệch chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P16) giữa các phương án thiết kế ix Bảng 3.21: Chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn Bảng 3.22: Chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn Bảng 3.23: Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn giữa các phương án thiết kế Bảng 3.24: Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn giữa các phương án thiết kế x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 – Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể Hình 1.2 – Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng Hình 1.3 – Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn Hình 1.4 – Ảnh hưởng của công tác đào đến công trình lân cận Hình 1.5 – Biện pháp đào mái dốc Hình 1.6 – Biện pháp đào sử dụng tường chắn Hình 1.7 – Biện pháp đào sử dụng giằng chống Hình 1.8 – Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây Hình 1.9 – Biện pháp đào từng phần Hình 1.10 – Biện pháp thi công Top – Down Hình 1.11 – Mối quan hệ giữa mô đun biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng lớn Hình 1.12 – Mối quan hệ giữa mô đun biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng bé Hình 1.13 – Chiều dài không cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào Hình 1.14 – Mối quan hệ giữa áp lực đất, hệ thanh chống và phản lực đất nền Hình 1.15 – Các dạng bố trí cải tạo đất cơ bản Hình 1.16 – Cấu tạo tường chống ngang Hình 2.1 – Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck Hình 2.2 – Các biện pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống Hình 2.3 – Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn hầm Hình 2.4 – Các dạng độ lún bề mặt của đất nền Hình 2.5 – Quan hệ giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và độ lún bề mặt đất nền (Ou et al, 1993) Hình 2.6 – Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb Hình 2.7 – Mặt ngưỡng dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính (c=0) Hình 2.8 – Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm 3 trục thoát nước xi Hình 2.9 – Các đường cong dẻo ứng với các giá trị 𝛾 khác nhau Hình 2.10 – Mô đun 𝐸 trong thí nghiệm nén cố kết Hình 2.11 – Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p – 𝑞 ) của mô hình Hardening Soil Hình 2.12 – Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình Hardening Soil Hình 2.13 – Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước Hình 2.14 – Biên mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis Hình 3.1 – Mặt bằng bố trí tường vây tại nhà ga Bến Thành Hình 3.2 – Mặt bằng bố trí hệ giằng chống tại nhà ga Bến Thành Hình 3.3 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 1 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Hình 3.4– Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 2 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Hình 3.5 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 3&4 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Hình 3.6 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 1, 2 tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Hình 3.7 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 3, 4 tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Hình 3.8 – Mặt bằng thi công cải tạo đất Hình 3.9 – Mặt cắt ngang hầm đào có cải tạo đất Hình 3.10 – Chi tiết bố trí hệ kích gia tải Hình 3.11 – Bố trí hệ kích gia tải (Hình ảnh thực tế) Hình 3.12 – Thiết bị đo nghiêng (Inclinometter) Hình 3.13 – Mặt bằng công trường tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Hình 3.14 – Mặt cắt ngang hố đào và bố trí hệ khung chống tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất Hình 3.15 – Sơ đồ tính toán mô phỏng và thông số kích thước mô hình ở phân đoạn không xử lý cải tạo đất xii Hình 3.16 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -6,00 m Hình 3.17 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -5,00 m Hình 3.18 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 3 đến cao độ EL: -11,15 m Hình 3.19 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 3 tại cao độ EL: -10,15 m Hình 3.20 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 4 đến cao độ EL: -13,50 m Hình 3.21 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 4 tại cao độ EL: -12,50 m Hình 3.22 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 5 đến cao độ EL: -16,50 m Hình 3.23 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -6,00 m Hình 3.24 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -5,00 m Hình 3.25 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 3 đến cao độ EL: -11,15 m Hình 3.26 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 3 tại cao độ EL: -10,15 m Hình 3.27 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 4 đến cao độ EL: -13,50 m Hình 3.28 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 4 tại cao độ EL: -12,50 m Hình 3.29 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 5 đến cao độ EL: -16,50 m Hình 3.30 – Mặt bằng công trường tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất xiii Hình 3.31 – Mặt cắt ngang hố đào và bố trí hệ khung chống tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Hình 3.32 – Sơ đồ tính toán mô phỏng và thông số kích thước mô hình ở phân đoạn có xử lý cải tạo đất Hình 3.33 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -4,00 m Hình 3.34 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -3,00 m Hình 3.35 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 3 đến cao độ EL: -7,00 m Hình 3.36 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 3 tại cao độ EL: -6,00 m Hình 3.37 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 4 đến cao độ EL: -12,00 m Hình 3.38 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 4 tại cao độ EL: -11,00 m Hình 3.39 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 5 đến cao độ EL: -17,00 m Hình 3.40 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -4,00 m Hình 3.41 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -3,00 m Hình 3.42 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 3 đến cao độ EL: -7,00 m Hình 3.43 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 3 tại cao độ EL: -6,00 m Hình 3.44 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 4 đến cao độ EL: -12,00 m Hình 3.45 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 4 tại cao độ EL: -11,00 m xiv Hình 3.46 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 5 đến cao độ EL: -17,00 m 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh trong những năm gần đây ở các thành phố lớn đã khiến quỹ đất cho các công trình xây dựng đang ngày bị thu hẹp. Để sử dụng một cách hiệu quả diện tích đất sử dụng, các nhà đầu tư đều chọn xu thế phát triển công trình của họ sâu vào trong lòng đất. Đây chính là xu thế phát triển đô thị theo chiều thẳng đứng và là giải pháp cần thiết hiện nay cho các thành phố đông đúc trên thế giới. Kèm theo sự phát triển đó, các giải pháp công nghệ để đảm bảo thi công an toàn càng cần phải nghiên cứu và phát triển. Đặc biệt, do tính chất đặc thù của các công trình ngầm thường nằm trong thành phố, nơi có mật độ xây dựng hiện hữu cao, các sai lầm dù nhỏ trong quá trình thi công cũng dẫn đến những hậu quả rất lớn. Đề tài “Phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến metro số 1” được chọn lựa cho luận văn nhằm phân tích khả năng ổn định của công trình cũng như các tác động trong quá trình thi công đến các công trình hiện hữu. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu, nghiên cứu các biện pháp thường được sử dụng nhằm ổn định tổng thể hố đào và bảo vệ công trình lân cận trong quá trình thi công hố đào sâu. - Nghiên cứu biện pháp thi công hố đào đang được áp dụng tại nhà ga Bến Thành thuộc tuyến đường sắt đô thị số 1 Bến Thành – Suối Tiên. - Mô phỏng lại biện pháp thi công hố đào sâu tại nhà ga Bến Thành bằng phần mềm Plaxis từ đó phân tích, so sánh với kết quả quan trắc thực tế. - Phân tích ý nghĩa, tính hiệu quả của lớp đất cải tạo dưới đáy hố đào trong việc ổn định đáy hố đào và giảm biến dạng tường vây tại Nhà Ga Bến Thành. - Phân tích tính hiệu quả của gia tải trước trong thanh chống. Mục đích và tác dụng thực tế đối với việc hạn chế chuyển vị ngang tường vây và bảo vệ công trình lân cận. 2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Là tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu biện pháp thi công hố đào sâu trong thành phố. - Là tài liệu tham khảo để đánh giá các biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận, từ đó có thể đưa ra những giải pháp thi công hợp lý cho công trình. - Là tài liệu tham khảo cho việc tính toán và mô hình biện pháp thi công hố đào sâu. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến biện pháp thi công hố đào sâu, biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận. - Mô phỏng các biện pháp ổn định hố đào bằng phần mềm Plaxis từ đó có được các mô hình thực tế thi công phục vụ mục đích đánh giá so sánh. - Phân tích kết quả quan trắc thực tế từ đó có được những so sánh đánh giá với mô hình tính toán. 5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI Đề tài tập trung phân tích đánh giá khả năng ổn định của công trình hầm đào hở trong quá trình thi công và một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định. Các yếu tố hạ mực nước ngầm, khả năng mất ổn định của các công trình lân cận và một số yếu tố khác chưa được đề cập phân tích đánh giá. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU 1.1. CÁC YẾU TỐ GÂY RA MẤT ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU 1.1.1. Ổn định tổng thể kết cấu Sự phá huỷ hố đào có thể xảy ra do ứng suất trong hệ chống vượt quá khả năng chịu tải của nó hay mô men trong tường chắn vượt quá mô men giới hạn. Đây là các dạng phá hoại về khả năng chịu lực của kết cấu chắn tạm. 1.1.1.1. Phá hoại cắt tổng thể Khi ứng suất cắt tại một điểm trong đất vượt quá hoặc bằng sức kháng cắt của đất tại điểm đó, thì điểm đó rơi vào trạng thái phá hoại hoặc trạng thái giới hạn. Khi nhiều điểm phá hoại liên kết với nhau, mặt phá hoại sẽ được hình thành gây phá hoại hố đào hoặc sập hố đào. Hình 1.1 – Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể 4 1.1.1.2. Đẩy trồi hố đào Nếu bên dưới đáy hố đào tồn tại lớp đất không thấm nước nằm trên lớp đất thấm tốt như cát hoặc đá dăm thì lớp đất không thấm nước có khả năng bị đẩy trồi bởi áp lực nước ngầm từ lớp thấm nước tốt. Hình 1.2 – Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng 1.1.1.3. Cát chảy Khi mực nước ngầm bên trong hố đào thấp hơn mực nước bên ngoài hố đào, điều này gây chênh lệch áp suất và hình thành dòng thấm trong đất. Dòng thấm này nếu chảy qua lớp cát nằm bên dưới hố đào sẽ có khả năng mang theo cát tràn vào trong đáy hố đào. Hình 1.3 – Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn