Xem mẫu
- Hội thảo Khoa học Quốc tế Phát triển Xây dựng bền vững trong điều kiện Biến đổi khí hậu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long SCD2021
PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA VỎ HẦM HAI LỚP
THE DOUBLE - LAYER TUNNEL IS OPERATION IS EXAMINED
Nguyễn Ngọc Huệ, Lê Minh Quang, Nguyễn Quang Quý
ABSTRACT:
Building a calculation diagram and algorithm for calculating the assembled type double-layer tunnel shell
- the entire block, survey results of the influence of the degree of assembly and the pressure coefficient on the
internal forces in the layers of the double-layer tunnel; Conclusions and recommendations.
KEYWORDS: “assembled type double-layer tunnel shell”; “assembly level”; “internal forces in the layer”.
TÓM TẮT:
Xây dựng sơ đồ tính và thuật toán tính vỏ hầm hai lớp loại gồm lớp vỏ lắp ghép và lớp vỏ bê tông cốt thép
đổ toàn khối, kết quả khảo sát ảnh hưởng của mức độ lắp ghép và hệ số áp lực hông đến nội lực trong các lớp
của vỏ hầm hai lớp; Các kết luận và kiến nghị.
TỪ KHÓA: “vỏ hầm hai lớp lắp ghép”; “mức độ lắp ghép”; “nội lực trong các lớp”.
Nguyễn Ngọc Huệ
Lecturer, Faculty of Architecture, Thu Dau Mot University. 6 Tran Van On Street, Ward Phu Hoa, Thu Dau
Mot City, Binh Duong Province.
Email: huenn@tdmu.edu.vn
Tel : 0918.233985
Lê Minh Quang
Lecturer, Faculty of Architecture, Thu Dau Mot University. 6 Tran Van On Street, Ward Phu Hoa, Thu Dau
Mot City, Binh Duong Province.
Email: quanglm@tdmu.edu.vn
Tel : 0915.520415
Nguyễn Quang Quý
Lecturer, Faculty of Construction, Military Engineering College. 220B Bach Dang Street, Ward Phu Cuong,
Thu Dau Mot City, Binh Duong Province.
Email: Quysqcb1@gmail.com
Tel : 0973.375779
51
- SCD2021 International Conference on sustainable construction development in the context of climate change in the Mekong Delta
1. ĐẶT VẤN ĐỀ - INTRODUCTION thể trượt, nên lớp bên trong không có liên kết
Xây dựng các công trình ngầm trong những cứng với đất đá nhờ vậy mà khi làm khô hoặc khi
điều kiện địa chất và địa chất thủy văn phức tạp đào bóc tách đất đá kết cấu vỏ vẫn giữ được khả
như trong các thành phố lớn của nước ta, áp lực năng chịu lực của nó.
đất đá tác dụng lên vỏ và chuyển dịch của đất đá Trường hợp công trình ngầm qua sông hay xây
sẽ là lớn. Trong và sau khi thi công đào các công dựng ở vùng có nước ngầm nhiều thì vỏ hầm hợp
trình ngầm, môi trường đất đá xung quanh công lý hơn cả sẽ là vỏ hầm cấu thành gồm một vỏ lắp
trình có thể ổn định lâu dài hay không ổn định ghép kết hợp với vỏ bê tông cốt thép nguyên khối
ở các mức độ khác nhau. Nếu dưới các tác động với chức năng chịu lực và chống thấm trong quá
khác nhau, môi trường đất đá vẫn ổn định theo trình thi công (chống tạm) cũng như trong khai
yêu cầu về thời gian, khoảng trống có thể được thác. Công trình ngầm có cấu tạo hai lớp phù hợp
sử dụng mà không cần có biện pháp bảo vệ nào với địa hình địa chất và điều kiện địa chất thủy
cả. Ngược lại nếu môi trường đất đá mất ổn định văn của khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
(xuất hiện các hiện tượng tróc vỡ, sập lở cũng như Các phương pháp tính toán hiện hành chưa có
biến dạng, dịch chuyển đủ lớn), cần thiết phải áp thể đánh giá hết các đặc điểm cấu tạo đó. Dưới
dụng các biện pháp kỹ thuật để có thể sử dụng đây sẽ xây dựng phương pháp tính vỏ hai lớp
khoảng trống bình thường theo yêu cầu. Các biện nhằm khảo sát các đặc điểm như đã nêu trên.
pháp kỹ thuật đó được gọi là các biện pháp bảo vệ
và chống giữ công trình ngầm. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: THEORETICAL BASIS
Để làm việc tốt trong môi trường đất đá khác Sơ đồ tính:
nhau và mang tính hợp lý cao thì kết cấu vỏ hầm Tải trọng tác dụng lên lớp kết cấu vỏ hầm gồm:
thường được cấu tạo bởi nhiều lớp vật liệu và các tải trọng pháp tuyến p và tải trọng tiếp tuyến q.
lớp vật liệu đó được liên kết với nhau. Kết cấu vỏ
Xét kết cấu gồm 2 lớp trụ tròn liên kết với nhau.
hầm nhiều lớp thường có các loại như sau:
Độ bền của kết cấu vỏ hai lớp xác định trước hết
- Kết cấu loại 1: gồm có neo (có thể là neo thép, bởi lớp trong, điều kiện làm việc của nó là bất lợi
cáp, neo bêtông cốt thép) và bêtông phun. Loại nhất vì mặt trong của vỏ không có thành phần
kết cấu này thường được sử dụng ở những nơi đất ứng suất hướng tâm, vì vậy tại đây vật liệu làm
đá cứng. Nó đảm bảo có độ bền, độ tin cậy cao, việc chịu nén đơn hướng (theo thuyết bền Morh)
kinh tế và dễ thi công. và nó sẽ bị phá hỏng đầu tiên. còn với vỏ ngoài
- Kết cấu loại 2: gồm lớp vỏ lắp ghép bằng vật liệu chịu nén thể tích, độ bền của nó cao hơn
bêtông và bêtông cốt thép nguyên khối, loại này nhiều, ngoài ra ngay cả biến dạng phi đàn hồi của
phù hợp hơn cả trong trường hợp tải trọng phân vỏ ngoài còn xa mới dẫn đến phá hỏng kết cấu vỏ
bố không đều. hầm về tổng thể.
- Kết cấu loại 3: gồm có 3 lớp bên trong là gang, Tải trọng tính toán chọn dạng bất lợi nhất cho
bên ngoài là bêtông cốt thép toàn khối, lớp giữa lớp vỏ ngoài của [2]:
là lớp chống thấm. Thường được sử dụng trong p p 0 p 2 cos 2;
những điều kiện địa chất phức tạp, chịu áp lực (1)
q q 2 sin 2
nước và áp lực đất đá lớn.
Tải trọng tính toán tác dụng lên lớp vỏ hầm
- Kết cấu loại 4: gồm có vỏ thép bên ngoài, giữa
thứ 2:
bêtông, trong vỏ thép, trong cùng là lớp bê tông
p1 p '0 p'2 cos 2;
tăng cường. Thường sử dụng trong những điều (2)
kiện địa chất phức tạp và chịu áp lực lớn. Khi bố q1 q '2 sin 2;
trí giữa các lớp trong và ngoài bằng các lớp dẻo
như Bitum thì lớp bên ngoài và lớp bên trong có
52
- Hội thảo Khoa học Quốc tế Phát triển Xây dựng bền vững trong điều kiện Biến đổi khí hậu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long SCD2021
p nguyên khối uTK và cho phép tính toán yếu tố lắp
ghép của các lớp đơn.
p
1
mLG - tỷ số giữa chuyển vị hướng tâm của lớp
θ
q
vỏ lắp ghép uLG với lớp vỏ bê tông cốt thép nguyên
1 khối uTK;
r r2
1
u
0 m LG LG
r u TK
1
Khi tính toán thiết kế và thi công chúng ta cần
2 lưu ý tính toán các khối lắp ghép sao cho hợp lý.
Đối với vỏ hầm hình tròn trên mỗi đoạn vỏ hầm
rộng khoảng 100 cm, vỏ hầm có thể chia thành
Hình 1: Phân tích sơ đồ tính
nhiều khối hình chữ nhật cong là những bản
Các giá trị p'0; p'2 tìm từ điều kiện bằng nhau đặc hay bản có sườn. Kích thước bản tùy thuộc
của các chuyển vị của các vành trung gian tại các vào kích thước tiết diện và phương tiện thi công.
tiết diện theo đường kính lớp vỏ bên trong và lớp Trong các khối lắp ghép, đều có bố trí lỗ để sau
vỏ ngoài. này dùng bơm cao áp bơm vữa ra sau vỏ hầm.
r 1 Từ (3) và (4) có thể tìm được giá trị giới hạn khi
p '0 p 0 ; (3) mất tính liên tục trên mặt tiếp xúc tức là những
r1 1 a1 m
a
LG trường hợp thường gặp trong thực tế:
r r 1
r 2p 2 q 2 c p 2 2q 2
p '2 p 2 (5)
b1 2 c1
r1 1 m
1 LG .
' b1 b 2c
b1
q 2 1 m LG 2 c c1 m LG Biểu thức (3) vẫn còn lại như cũ;
b b
p2
'
(4) Khi khảo sát ảnh hưởng của hệ số áp lực hông
b1 b1
2 1 m LG c c1 m LG chúng ta xác định áp lực thẳng đứng như trường
b b
hợp trên. Còn áp lực ngang tác dụng lên vỏ công
Trong đó:
trình ngầm: Qn = mQQv.
r1 r13 2J
a ;b ; c 12 ; Từ các giá trị ứng suất tiếp xúc, có thể tính toán
E1F1 18E1F1 E1r1
nội lực trong vỏ nhiều lớp theo các công thức sau:
r2 r3 2J 1
a1
E 2 F2
; b1 2 ; c1 22 ;
E 2 F2 E 2 r2 M I r1 p 2 r p'2 r1 2 q 2 r q '2 r1 cos 2;
6
Trong các công thức trên: p 2 r p'2 r1 (6)
1
N I rp0 r1p0
'
cos 2;
r - bán kính sử dụng của công trình hầm, m; 3 2 q 2 r q '2 r1
r1 - bán kính của lớp vỏ thứ nhất, m;
rr
r2 - bán kính của lớp vỏ hầm thứ hai, m; M 2 1 2 2p '2 q '2 cos 2;
6
M1 - mô đun dàn hồi của lớp vỏ thứ nhất; (7)
' p'2 2q '2
M2 - mô đun đàn hồi của lớp vỏ thứ hai; N 2 r1 p 0 cos 2
3
F1 - diện tích mặt cắt của lớp vỏ thứ nhât, m2; Mối liên hệ trên nhận được từ việc nghiên
F2 - diện tích mặt cắt của lớp vỏ thứ hai, m2. cứu làm việc của lớp vỏ như các vòng đàn hồi.
Trong công thức (3), (4) đưa vào hệ số mLG Trong thực tế, các lớp riêng của lớp vỏ kết cấu
được xác định như là tỷ số của các chuyển vị có thể thực hiện từ các thành phần lắp ghép.
hướng tâm của lớp vỏ lắp ghép uLG và lớp vỏ Trong trường hợp khi kết cấu được tạo thành từ
53
- SCD2021 International Conference on sustainable construction development in the context of climate change in the Mekong Delta
các thành phần lắp ghép với liên kết chịu kéo Kết quả tính toán cho công trình ngầm hai lớp
trong các vị trí nối ghép hoặc không có. Mối nối với: (Thứ nguyên chiều dài là m, Lực là T).
ghép của các thành phần của lớp vỏ này không • Tải trọng đứng: QV = 4 T; Tải trọng ngang
phải là cứng tuyệt đối tại vì có thể mở được các Qn = 2 T;
vị trí nối ghép. • Chiều dày lớp vỏ ngoài d1 = 0.30 (m); Chiều
dày lớp vỏ trong d2 = 0.30 (m);
3. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN • Bán kính hầm tính toán RTT2 = 4.15 (m); RTT1
1. Khảo sát ảnh hưởng của mức độ lắp ghép = 4.45 (m);
mLG đến nội lực trong các lớp của công trình • Mô đun đàn hồi E1 = 265.104 MPa; E2
ngầm hai lớp. = 200.104 MPa.
Bảng 1. Kết quả tính toán mômen và lực dọc
o
Tại φ = 0
Hệ số mLG
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
M1 1.1912 1.3360 1.4631 1.5754 1.6755 1.7653 1.8461 1.9194 1.9861 2.0471
N1 2.5402 2.3190 2.1269 1.9584 1.8094 1.6767 1.5578 1.4506 1.3535 1.2651
M2 2.0708 1.9357 1.8172 1.7124 1.6191 1.5354 1.4600 1.3916 1.3294 1.2725
N2 12.7932 13.0143 13.2065 13.3750 13.5240 13.6567 13.7756 13.8828 13.9799 14.0682
Tại φ = 45o
Hệ số mLG
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
M1 0.8427 0.9451 1.0350 1.1145 1.1853 1.2487 1.3059 1.3578 1.4050 1.4481
N1 2.4817 2.2605 2.0684 1.8998 1.7508 1.6181 1.4992 1.3921 1.2950 1.2066
M2 1.4648 1.3693 1.2855 1.2114 1.1453 1.0861 1.0328 0.9844 0.9404 0.9002
N2 12.3100 12.5217 12.7055 12.8666 13.0090 13.1358 13.2494 13.3518 13.4445 13.5288
Tại φ = 90o
Hệ số mLG
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
M1 0.0009 0.0011 0.0012 0.0013 0.0013 0.0014 0.0015 0.0015 0.0016 0.0016
N1 2.3403 2.1192 1.9270 1.7585 1.6095 1.4768 1.3579 1.2507 1.1536 1.0653
M2 0.0016 0.0015 0.0014 0.0014 0.0013 0.0012 0.0012 0.0011 0.0011 0.0010
N2 11.1434 11.3321 11.4957 11.6390 11.7655 11.8781 11.9788 12.0695 12.1517 12.2263
M1, M2 - mô men trong lớp vỏ thứ nhất và thứ hai (T.m);
N1, N2 - lực dọc trong lớp vỏ thứ nhất và thứ hai, (T).
54
- Hội thảo Khoa học Quốc tế Phát triển Xây dựng bền vững trong điều kiện Biến đổi khí hậu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long SCD2021
16 14
14 12
12 10
Giá trị M1, M2, N1, N2
mQ mQ
10 M1
M1 8
8 N1 N1
M1
6 M2
6
N2 N2
4
4
2
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hệ số lắp ghép mLG Hệ số lắp ghép mLG
Hình 2: Ảnh hưởng của hệ số mức độ lắp ghép mLG Hình 3: Ảnh hưởng của hệ số mức độ lắp ghép mLG
đến mômen và lực dọc trong hai lớp của vỏ tại θ = 0o đến mômen và lực dọc trong hai lớp của vỏ
(Tại đỉnh) tại θ = 45o và θ = 90o (Tại hông) (tiếp theo)
16 2. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số áp lực hông
14 mQ đến giá trị nội lực trong các lớp của công trình
12 ngầm hai lớp với:
mQ
10
Trong trường hợp này ta xét tải trọng ngang
Giá trị M1, M2, N1, N2
M1
N1
8
M2
tác dụng lên kết cấu vỏ hầm:
6
N2 • Tải trọng đứng: QV = 4; Tải trọng ngang
4
Qh = mQ.QV;
2
0
• Chiều dày lớp vỏ ngoài d1 = 0.30 (m); Chiều
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
dày lớp vỏ trong d2 = 0.30 (m).
Hệ số lắp ghép mLG • Bán kính hầm tính toán RTT2 = 4.15 (m);
RTT1 = 4.45 (m).
Hình 3: Ảnh hưởng của hệ số mức độ lắp ghép mLG
• Mô đun đàn hồi: E1 = 2,65.104 MPa; E2
đến mômen và lực dọc trong hai lớp của vỏ
= 2,00.104 MPa.
tại θ = 45o và θ = 90o (Tại hông)
Bảng 2. Kết quả tính toán mômen và lực dọc
(tính cho trường hợp mLG = 0,50)
Tại = 0o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 2.1442 1.9060 1.6677 1.4295 1.1912
N1 2.4460 2.4696 2.4931 2.5166 2.5402
M2 3.7274 3.3132 2.8991 2.4849 2.0708
N2 10.4340 11.0238 11.6136 12.2034 12.7932
55
- SCD2021 International Conference on sustainable construction development in the context of climate change in the Mekong Delta
Bảng 2. (Tiếp theo)
Tại = 45o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 1.5168 1.3482 1.1797 1.0112 0.8427
N1 2.3407 2.3759 2.4112 2.4464 2.4817
M2 2.6367 2.3437 2.0508 1.7578 1.4648
N2 9.5644 10.2508 10.9372 11.6236 12.3100
Tại = 90o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 0.0017 0.0015 0.0013 0.0011 0.0009
N1 2.0863 2.1498 2.2133 2.2768 2.3403
M2 0.0030 0.0026 0.0023 0.0020 0.0016
N2 7.4645 8.3842 9.3040 10.2237 11.1434
Bảng 3. Kết quả tính toán mômen và lực dọc (tính cho trường hợp mLG = 0,90)
Tại = 0o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 3.0160 2.6809 2.3457 2.0106 1.6755
N1 1.6281 1.6734 1.7187 1.7641 1.8094
M2 2.9144 2.5905 2.2667 1.9429 1.6191
N2 11.2519 11.8199 12.3879 12.9559 13.5240
Tại = 45o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 2.1335 1.8964 1.6594 1.4223 1.1853
N1 1.5228 1.5798 1.6368 1.6938 1.7508
M2 2.0616 1.8325 1.6035 1.3744 1.1453
N2 10.3249 10.9960 11.6670 12.3380 13.0090
Tại = 90o
mQ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M1 0.0024 0.0021 0.0019 0.0016 0.0013
N1 1.2684 1.3537 1.4390 1.5242 1.6095
M2 0.0023 0.0021 0.0018 0.0015 0.0013
N2 8.0866 9.0064 9.9261 10.8458 11.7655
56
- Hội thảo Khoa học Quốc tế Phát triển Xây dựng bền vững trong điều kiện Biến đổi khí hậu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long SCD2021
14 ș = 0o 14 ș = 0o
He so AL hong
12 mQ 12
M1
*LiWUӏ0102, N1, N2
10 N1 10
HÖ sè AL
8 M2 8 h«ng mQ
M1
N2
6 6 N1
M2
4 4
N2
2 2
0 0
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
12 16
Θ = 45o Θ = 45o
14
10
*LiWUӏ0102, N1, N2
12
8 HÖ sè AL H«ng mQ HÖ sè AL
10 H«ng mQ
M1 M1
6 N1 8
N1
M2
6
4 N2 M2
4 N2
2
2
0 0
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
14 14
Θ = 90o Θ = 90o
12 12
HÖ sè AL
*LiWUӏ0102, N1, N2
10
h«ng mQ 10
M1 HÖ sè AL h«ng mQ
8 8 M1
N1 N1
6 6 M2
M2 N2
4 4
2 N2 2
0 0
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
+ӋVӕOҳSJKpSPQ = 0,50 +ӋVӕOҳSJKpSPQ = 0,90
Trường hợp hệ số áp lực hông mQ = 0,50 Trường hợp hệ số áp lực hông mQ = 0,90
Hình 4: Ảnh hưởng của hệ số áp lực hông mQ đến mômen và lực dọc trong hai lớp của vỏ tại góc φ
4. KẾT LUẬN - CONCLUSIONS đất đá yếu có hệ số áp lực hông lớn (mQ = 0,4 - 0,5),
kết quả nghiên cứu mới dùng lại ở giá trị mQ = 0,5,
Nghiên cứu tính toán áp lực đất đá tác dụng
với các giá trị lớn hơn cần có nghiên cứu bổ xung.
lên vỏ hầm nhiều lớp để xác định nội lực xuất
hiên trong vỏ hầm với kết cấu vỏ hầm 2 lớp 3. Từ các kết quả tính toán có thể áp dụng
trong đó có lớp vỏ lắp ghép chúng tôi rút ra một phương pháp tính ở trên để nghiên cứu tính toán,
số vấn đề: thiết kế các vỏ hầm hai lớp trong điều kiện đất đá
1. Các giá trị nội lực tại các vị trí φ = 0o, 45o yếu ở nước ta như ở đồng bằng sông Cửu Long
và 90o có giá trị ổn định nằm trong khoảng có và sử dụng trong các công trình Quốc phòng như
hoành độ 6 - 8 tương ứng với mLG = 0,9 - 1,0 tức công trình ngầm cho Sở chỉ huy, công trình ngầm
là chuyển vị của hai lớp là tương đương sẽ cho nội ẩn nấp cho bộ đội.
lực hợp lý (Bảng 1; Hình 2, 3).
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO - REFERENCES
2. Trong cùng những điều kiện, hệ số lắp ghép
ít ảnh hưởng tới quy luật thay đổi của nội lực [1] Nguyễn Ngọc Hụê, Đỗ Như Tráng. “Nghiên cứu
theo hệ số áp lực hông, từ Bảng 2, 3 và Hình vẽ 4 ảnh hưởng của lớp gia cố tới sự làm việc của vỏ hầm
có thể thấy vỏ nhiều lớp phù hợp hơn cả trong dạng vòng tròn nhiều lớp”. Tạp chí Khoa học và
57
- SCD2021 International Conference on sustainable construction development in the context of climate change in the Mekong Delta
Kỹ thuật - Học viện Kỹ thuật Quân sự. Số 111, [4] Баклашов И. В, Тимофеев О. В (1979),
II-2005, trang 109 - 116. Конструкции И Расчем крепейИ Обделок,
[2] Lê Văn Thưởng, Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Моcква, “Недра ”.
Cường, Phí Văn Lịch (1981), Cơ sở thiết kế công trình [5] Бакиров Р. О, Лой Ф. В (2002), Динамический
ngầm, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Расчет и Оптимальное Проектиование Подэемные
[3] International Center For Mechanical Sciences Cооружений, Моcква Cтройиздат.
(1998), Application of Numerical Method To [6] Булычев H.С. (1980), Механика подземных
Geotechnical Problems. сооружений, Моcква, “Недра ”.
58
nguon tai.lieu . vn
