- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Sử dụng công nghệ jet grouting gia cố xung quanh hầm bảo vệ công trình móng nông tại tuyến metro số 1 - thành phố Hồ Chí Minh
Xem mẫu
- 26
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ JET-GROUTING GIA CỐ XUNG QUANH
HẦM BẢO VỆ CÔNG TRÌNH MÓNG NÔNG TẠI TUYẾN METRO
SỐ 1 - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
USING JET-GROUTING TO REINFORCED SOID MASS SURROUNDING THE
TUNEL AND PROTECT THE CONSTUCTION FOUNDATION IN METRO LINE
1 – HO CHI MINH CITY
Phan Sỹ Liêm, Nguyễn Bá Hoàng
Trường Đại Học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh
Tóm tắt: Việc thi công hầm bằng công nghệ khiên đào sẽ xuất hiện biến dạng bề mặt đất trong
quá trình thi công. Với điều kiện hạn chế về không gian thi công và bảo vệ công trình kiến trúc cổ Nhà
hát Thành phố cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và lúc vận hành khai thác. Tại nghiên cứu này, tác giả
trình bày công nghệ Jet - Grouting (cọc xi măng - đất phụt vữa áp lực cao) gia cố đất nền xung quanh
hầm tại vị trí khó khăn trên để giảm lún bề mặt đất và công trình Nhà hát. Phương pháp phần tử hữu
hạn (PTHH) được sử dụng để đánh giá độ lún bề mặt đất nền. Từ kết quả tính toán bằng phương pháp
PTHH đưa ra quan hệ giữa đặc trưng thông số của cọc xi măng – đất (Jet - Grouting) với độ lún bề
mặt đất nền trên hầm và góc Nhà hát tại vị trí nguy hiểm nhất, trong điều kiện độ lún mặt đất cho
phép nhỏ hơn 10mm.
Từ khóa: Jet-Grouting, lún bề mặt, khiên đào, PTHH.
Abstract: Due to tunneling with tunnel boring machine the surface settlerment will appear. With
the restriction on construstion site and have to protection of ancient architicture Opera House
building, the tunnel have to be placed ensure technical requirements and operating. In this study, the
authors use the Jet - Grouting (Cement piles - high pressure grouting) for reinforcement of
surrounding ground tunnels going through the restriction site to reduce surface settlerment and Opera
House building. The finite element method will be used to evaluate the surface settlerment. From the
results calculated by the finite element method will make the relationship between the characteristic
parameters of the pile Jet - Grouting with the surface settlerment above the tunnel and the most
dangerous locations Opeara House building corner’s, with a maximum allowable surface settlement
of 10mm.
Keywords: Jet - Grouting, surface setterment, tunnel boring machine, element method.
1. Giới thiệu quan trọng nên phương án giảm thiểu lún bề
Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) mặt trong điều kiện cho phép bé hơn 10 mm
trung tâm kinh tế, tài chính của cả nước với (Attewell 1986)[1] được xem ưu tiên giải
số dân 7,95 triệu người (Tổng cục thống kê - quyết trước khi thi công tuyến hầm qua đây.
2014) được xem là thành phố năng động cả 2. Tuyến Metro số 1
nước và ASEAN. Trong khi, hệ thống hạ 2.1. Giới thiệu về dự án Metro số 1
tầng giao thông chưa được phát triển, tình Tuyến ĐSĐT số 1 (Bến Thành – Suối
trạng kẹt xe giờ cao điểm ngày càng tăng. Tiên) được Ủy ban Nhân dân TP.HCM phê
Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống Đường duyệt với sự hỗ trợ vây vốn ODA (Official
sắt đô thị (ĐSĐT) tại TP.HCM phát triển Development Assistance) của Ngân hàng
sớm từ cuối những năm 90. Tuyến Metro số Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) ký kết với
1 ngầm dưới lòng đất 2,6 km độ sâu trung Chính phủ Việt Nam ngày 30/3/2007
bình [-12÷ -25]m tính theo cao độ đỉnh ray (BQLĐSĐT). Tuyến dài 19,7km, trong đó có
và được thi công bằng TBM (Tunnel Boring 17,1km đi trên cao và 2,6km đi ngầm.
Machine) (BQLĐSĐT - 2010). 2.2. Vị trí công trình
Khi đưa TBM vào thi công sẽ xuất hiện Độ lún của tòa nhà NHTP nằm trong
lún bề mặt đất tại khu vực tuyến thi công. khu vực gần đoạn tuyến đi qua được nghiên
Nhà hát Thành phố (NHTP) nằm trong phạm cứu qua mô hình mô phỏng sử dụng phần
vi thi công và cách tim hầm tại vị trí nguy mềm Plaxis 2D.
hiểm nhất 9,14m. Móng NHTP dạng móng
nông cọc cừ 25 cây/m2 và có ý nghĩa lịch sử
- 27
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016
Khoảng cách từ tim hầm (đoạn ống chạy Bảng 3. Các thông số đặc trưng khiên TBM - móng
trùng tim trên dưới) đến góc tòa nhà tại vị trí Nhà hát.
nguy hiểm nhất là 9,14m (hình 1).
Hình 1.Mặt cắt dọc tại vị trí nghiên cứu.
(Thiết kế cơ sở-BQLĐSĐT-2010)
Nguồn: BQL ĐSĐS-01/2016.
2.3. Số liệu địa chất Số liệu về tải trọng (BQL ĐSĐT –
Địa chất khu vực nghiên cứu được sử 2016):
dụng thông số hố khoan U150 (bảng 1). - Tải trọng nhà hát gồm bốn tầng (bề
Bảng 1. Thông số địa chất tại hố khoan U150.
rộng phương ngang 30m): 60kN/m2;
- Tải trọng công viên và giao thông
trên bề mặt: 10 kN/m2.
3. Phương pháp nghiên cứu
3.1. Cơ sở lý thuyết
Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan
về vấn đề lún sụt bề mặt nền đất trong thi
công bằng máy khiên đào TBM. Dựa trên cơ
sở đường cong Graus, Peck (1969) đề xuất
hình dạng đường trũng bề mặt đất nền trên
đỉnh hầm và công thức thực nghiệm New &
Nguồn: BQL ĐSĐT-01/2016.
O’Reilly (1982), Mair (1996) về tính toán độ
2.4. Thông số đầu vào cho mô hình mô
lún lớn nhất trên bề mặt tại vị trí đỉnh hầm.
phỏng
Bảng 2. Thông tin về hầm và máy TBM. Độ lún trong bài này được phân tích
bằng phần tử hữu hạn (PTHH). Độ lún bề
mặt đất trên đỉnh hầm dựa trên thông số địa
chất lỗ khoan U150 (bảng 1). Nguyễn Đức
Toản (2006) đã tính toán lại độ lún của hầm
trong dự án tuyến hầm Italian National
Railway bằng phương pháp PTHH bao gồm
bài toán lún bề mặt đất nền và về độ ổn định
của bề mặt khiên đào.
Phương pháp PTHH được sử dụng mô
phỏng lún bề mặt đất khi thi công bằng TBM
và khi được gia cố nền bằng Jet - Grouting.
Độ lún bề mặt nền đất được khảo sát theo sự
thay đổi của đặc trưng của lớp ngăn bằng xi
măng trộn với đất (Mô đun đàn hồi và bề dày
tường xi măng – đất).
3.2. Phương pháp PTHH
Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng mô
phỏng lún bề mặt nền đất trên đỉnh hầm dựa
trên giá trị mất mát thể tích VL(%). Mô hình
Hình 2. Hướng tuyến Metro số 1 đi qua NHTP. Mohr - Culomb được chọn để mô phỏng ứng
(Nguồn: Google Earth).
- 28
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016
xử đất nền, bài toán thoát nước (Drained), tải
trọng tính toán tại vị trí nghiên cứu gồm: Nhà
hát, giao thông, móng Nhà hát (hình 3).
Hình 5. Giá trị lún bề mặt S(mm) tại hai điểm khảo
sát.
Nhận xét:
Hình 3. Mô hình phân tích bằng Plaxis 2D. - Độ lún lớn nhất tại hai điểm khảo sát
Giá trị độ lún phụ thuộc vào giá trị mất tăng so với lúc chưa thi công, điểm A tăng từ
mát thể tích VL(%) theo từng loại đất và công 14,62mm lên 38,71mm; điểm B tăng từ
nghệ thi công. 52,48mm lên 61,04mm.
- Đối với đất cát: 0,5%; đất sét 1%÷2% - Lúc thi công TBM đất nền bên dưới,
thi công bằng công nghệ gương kín (New & ngoài việc chịu tải trọng của tòa nhà, giao
O’Reilly 1991). thông còn có thêm tải trọng của TBM và vỏ
- Tham khảo dự án Circle Line - hầm và mất mát thể tích khi đào. Điều này
Singapore địa chất tương tự TP.HCM chọn dẫn đến độ lún bề mặt tăng lên là hợp lý.
VL = 1% thiên về an toàn. - Tuy nhiên giá trị độ lún lớn nhất vẫn
Tác giả đề xuất VL= 1% đảm bảo an toàn. lớn hơn độ lún cho phép 10mm nên cần phải
4. Kết quả tính toán đưa ra giải pháp xử lý gia cố nền trước khi
Để so sánh các trường hợp trước và sau thi công hầm.
khi gia cố nền, tác giá đề xuất các trường hợp 4.2. Kết quả tính toán độ lún của nền
để phân tích độ lún bề mặt đất nền như sau: được gia cố Jet - Grouting
1. Vị trí khảo sát tại hai điểm gồm: Mô hình nghiên cứu
Điểm A (mặt nền đất trên đỉnh hầm) và điểm NHTP là biểu tượng nghệ thuật và lịch
B (góc phải nhà hát cách tim hầm 9,14m); sử của TP.HCM, nên bảo vệ công trình này
2. Khi nền chưa gia cố, phân tích độ lún trong quá trình thi công được ưu tiên, với độ
với trường hợp tải trọng bên trên, thi công lún cho phép nhỏ hơn 10mm.
hầm dưới trước, hầm trên sau;
3. Khi nền gia cố Jet - Grouting phân
tích độ lún với trường hợp tải trọng bên trên,
xử lý nền bằng Jet - Grouting trước, tiếp theo
thi công hầm dưới, sau cùng thi công hầm
trên;
4. Khảo sát mối quan hệ về độ lún bề
mặt với giá trị mô đun đàn hồi và bề dày
tường xi măng – đất. Hình 6. Mô hình gia cố bằng Jet-Grouting tại NHTP.
4.1. Kết quả tính toán độ lún của nền Phương pháp Jet - Grouting được đề
chưa gia cố xuất trong thiết kế sơ bộ dạng khung xung
quanh hầm chiều dài vùng gia cố 83,5m đi
qua vị trí NHTP (TKCS – BQLĐSĐT -
2010).
Hình 4. Kết quả chuyển vị trường hợp không gia cố.
- 29
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016
Bảng 4. Thông số đặc trưng Jet-Grouting. cho việc tạo ra vữa có cường độ cao gây tốn
kém thời gian và kinh phí thực hiện.
b) Quan hệ E-S- cho độ lún bề mặt
Để xác định quan hệ E-S-, giá trị E =
[120 ÷ 180] MPa và = [0,5 ÷ 3,5] m. Khảo
sát độ lún bề mặt tại 2 điểm A và B.
Nguồn: BQLĐSĐT-03/2016
Trong bài nghiên cứu này, chỉ thay đổi
giá trị E và như sau:
- Bề dày tường XM-Đ [] thay đổi như
sau: 0,5m; 1,0m; 1,5; 2,0m; 2,5m; 3,0m; Hình 8. Quan hệ E-S- tại điểm A.
3,5m.
- Mô đun đàn hồi E thay đổi như sau:
120MPa; 140MPa; 160MPa; 180MPa (BQL
ĐSĐT); 200MPa.
Kết quả tính toán
a) Quan hệ E-S với cố định
Tính toán ban đầu với E = [120÷200]
MPa và = 2,7m (TKCS-BQL ĐSĐT-2010)
Hình 92. Quan hệ E-S- tại điểm B.
để khảo sát độ lún lớn nhất theo E. Kết quả
tính toán như sau:
Hình 30. Biểu đồ ứng suất xx - zz tại điểm B.
Hình 7. Quan hệ Mô đun đàn hồi E và độ lún bề mặt Kiểm tra độ ổn định của nền đất tại góc
S ứng với giá trị =2,7m.
móng NHTP tại B cách mặt đất 0,6m:
Nhận xét:
Với kết quả tính toán và đồ thị biểu diễn - Sinmax (chưa gia cố) = 0o7’18” Để Smax < 10mm khi sử dụng vữa có
E = [180 ÷ 200] MPa. Với E = 180MPa độ
lún cho phép 9,91mm < 10mm, giá trị E này
tối ưu nhất thiết kế (BQLĐSĐT -2016), khi E
> 200MPa độ lún giảm nhưng gây khó khăn Hình 41. Đồ thị so sánh độ lún SEi - Sqt.
- 30
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016
- Tại điểm A, với E = [180÷200] MPa - Với E = [180 ÷ 200] MPa độ lún nằm trong
và =2,7 m có S lần lượt là 9,91 mm và 9,71 giới hạn cho phép và chiều dày tường = 2,7
mm lớn hơn độ lún quan trắc 7,6mm (Báo m đảm bảo chịu lực, tiết kiệm chi phí.
cáo quan trắc – BQL ĐSĐT – 6/2016). - Khi E > 180MPa và chiều dày tường
- Tại điểm B, với E = [180÷200] MPa tăng từ 2,7÷3,5m chiếm nhiều diện tích trong
và =2,7 m có S lần lượt là 5,58 mm và 5,81 điều kiện chật hẹp và kinh phí thi công cao.
mm xấp xỉ độ lún quan trắc 5,6mm (Báo cáo 5.2. Khuyến nghị
quan trắc – BQL ĐSĐT – 6/2016). Từ các đánh giá trên công nghệ Jet-
Nhận xét: Grouting để giảm độ lún bề mặt nền nhỏ hơn
Từ kết quả tính và đồ thị thể hiện tại 2 10mm tại khu vực NHTP là phù hợp.
điểm A, B theo các trường hợp tăng mô đun - Chiều dày tường được khuyến nghị
đàn hồi E và bề dày tường cho thấy mức độ [2,7 ÷ 3,0] m là tối ưu đảm bảo yêu cầu về độ
lún giảm dần và đạt độ lún cho phép
nguon tai.lieu . vn
