Lựa Chọn Kết Cấu Gia Cố Cho Đường Hầm Qua Đứt Gãy Thủy Điện Hủa Na

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

0.1. Tính cấp thiết của đề tài

0.2. Mục đích của đề tài

0.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

0.4. Kết quả dự kiến đạt được

0.5. Nội dung của luận văn

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA ĐẤT MỀM

1.1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm. Công trình ngầm trên thế giới

1.2. Công trình ngầm ở Việt Nam

1.3. Đường hầm thi công

1.4. Các phương pháp cơ bản thi công đường hầm

1.4.1. Phương pháp khoan nổ (Drill and Blast)

1.4.2. Phương pháp thi công đường hầm mới của do (New Austrian Tunneling Method - NATM)

1.4.3. Phương pháp khiên đào (Shield Method)

1.4.4. Phương pháp đào bằng máy đào (Tunnel boring machine - TBM)

1.4.5. Phương pháp đúc sẵn mặt đỉnh lắp vào đất (Lining)

1.4.6. Phương pháp đánh chìm hầm (Immersed tubes)

1.4.7. Phương pháp đào hở và lấp lại (Cut and Cover)

1.5. Đặc điểm thi công đường hầm qua đất mềm

1.6. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất và địa chất yếu đến việc đào đường hầm

1.7. Các sự cố kỹ thuật xảy ra khi đào đường hầm qua đất mềm

1.7.1. Sự cố kỹ thuật tại đường hầm Zimmerberg (Zurich, Thụy Sỹ) thi công trong đất yếu (thi công bằng máy khiên đào)

1.7.2. Vành Trude của tuyến điện ngầm thành phố Muenchen (Munich, Đức, 1994)

1.7.3. Hầm tàu điện ngầm ở Taegu (Hàn Quốc, 2000)

1.7.4. Sự cố sụt lở cửa hầm phía nam hầm đường bộ qua đèo Hải Vân

1.7.5. Một số sự cố kỹ thuật xảy ra khi xây dựng các công trình ngầm tại TP. Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh

2. CHƯƠNG 2: ỨNG XỬ CỦA ĐẤT MỀM TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU GIA CỐ

2.1. Đặc điểm đất mềm và phương pháp đánh giá. Định nghĩa và phân loại đất mềm

2.2. Dự đoán sự ứng xử của đất mềm khi đào đường hầm qua

2.2.1. Sự ổn định

2.2.2. Sự biến dạng

2.3. Biện pháp hạ thấp mực nước ngầm

2.4. Đứt gãy và ảnh hưởng của nó khi đào hầm qua

2.4.1. Hiện tượng chênh ứng suất và hiện tượng từ biến

2.4.2. Hiện tượng lún tiềm ẩn

2.5. Áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống đỡ. Nguyên nhân hình thành và các loại áp lực đất đá

2.6. Phân bố ứng suất của đất đá xung quanh khối đào

2.6.1. Trạng thái phân bố ứng suất của đất đá trong tự nhiên

2.6.2. Trạng thái phân bố ứng suất của đất đá xung quanh khối đào

2.7. Các phương pháp xác định áp lực đất đá

2.7.1. Phương pháp thứ nhất

2.7.2. Phương pháp thứ hai

2.7.3. Phương pháp thứ ba

3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH LỰC CỦA ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH KHỐI ĐÀO TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU GIA CỐ

3.1. Bài toán cơ bản

3.2. Mô hình tính toán

3.2.1. Tải trọng trong tính toán

3.2.1.1. Trường hợp 1: Đường hầm chưa đi qua đứt gãy

3.2.1.2. Trường hợp 2: Đường hầm đi qua đứt gãy

3.3. Xác định lực tác dụng lên kết cấu sử dụng phần mềm để giải quyết bài toán

3.4. Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn

3.4.1. Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Những quan hệ cơ bản của phương pháp PTHH

3.4.2. Tính chất của phần tử

3.4.3. Sự khối quát các quan hệ đối với hệ các phần tử

3.4.4. Các điều kiện biên trong tính toán bằng PTHH

3.5. Sử dụng phần mềm SAP 2000 tính toán kết cấu chống đỡ đường hầm

3.5.1. Giới thiệu phần mềm SAP 2000

3.5.2. Sử dụng phần mềm SAP 2000 tính toán kết cấu chống đỡ đường hầm

3.6. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm

3.6.1. Chọn tiết diện thép hình

3.6.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn)

3.6.3. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện bền chịu cắt

4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU GIA CỐ CHO ĐƯỜNG HẦM THỦY ĐIỆN HUA NA KHI ĐI QUA ĐỨT GÃY

4.1. Giới thiệu công trình thủy điện Hủa Na

4.1.1. Giới thiệu chung

4.1.2. Nhiệm vụ của công trình

4.1.3. Các hạng mục công trình

4.1.4. Các thông số chính của công trình. Điều kiện địa chất tuyến đường hầm dẫn nước thủy điện Hủa Na

4.2. Tính toán kết cấu đường hầm công trình Thủy điện Hủa Na sử dụng phần mềm SAP 2000

4.2.1. Chế số liệu đầu vào

4.2.2. Mô hình tính toán lại

4.2.3. Tải trọng tính toán

4.2.4. Kết quả bài toán

4.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu gia cố đường hầm thủy điện Hủa Na

4.3.1. Trường hợp đường hầm chưa đi qua đứt gãy

4.3.1.1. Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn)

4.3.1.2. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt

4.3.2. Trường hợp đường hầm đi qua đứt gãy

4.3.2.1. Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn)

4.3.2.2. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt

4.4. Kết luận và kiến nghị

MỤC LỤC HÌNH VẼ

MỤC LỤC BẢNG

I. Giới thiệu về công trình ngầm và đường hầm

Đường hầm là một trong những công trình ngầm quan trọng trong xây dựng, đóng vai trò thiết yếu trong giao thông, thủy lợi và nhiều lĩnh vực khác. Việc xây dựng đường hầm qua các vùng địa chất khó khăn, đặc biệt là qua các đứt gãy, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến kết cấu gia cố. Công trình Thủy điện Hủa Na là một ví dụ điển hình cho việc áp dụng các kỹ thuật hiện đại trong thiết kế và thi công đường hầm. Việc lựa chọn giải pháp gia cố phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến an toàn công trình cũng như hiệu quả kinh tế của dự án.

1.1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm

Lịch sử xây dựng đường hầm đã có từ hàng nghìn năm trước, với những công trình tiêu biểu như đường hầm Malpas ở Pháp. Sự phát triển của công nghệ thi công đã tạo ra nhiều phương pháp mới, từ kỹ thuật gia cố đến các phương pháp thi công hiện đại như NATM và TBM. Những công trình này không chỉ phục vụ cho nhu cầu giao thông mà còn góp phần vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.

1.2. Đặc điểm thi công đường hầm qua đất mềm

Thi công đường hầm qua đất mềm là một thách thức lớn do tính chất không ổn định của đất. Các yếu tố như đứt gãy, thủy lực và địa chất cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc áp dụng các phương pháp như khoan nổ hay sử dụng máy đào hiện đại giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công. Các nghiên cứu về ứng xử của đất mềm và cách thức tác động của nó lên kết cấu gia cố là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình.

II. Phân tích ứng xử của đất mềm và đứt gãy

Đất mềm thường có tính chất không đồng nhất và dễ bị biến dạng khi chịu áp lực. Việc phân tích ứng xử của đất mềm khi đào đường hầm qua đứt gãy là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế. Các phương pháp đánh giá như phân tích lực tác dụng của đất đá lên kết cấu chống đỡ là rất cần thiết. Đặc biệt, hiện tượng từ biến và lún có thể xảy ra, ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu. Việc lựa chọn giải pháp gia cố phù hợp sẽ giúp giảm thiểu những rủi ro này.

2.1. Đứt gãy và tác động của nó

Đứt gãy là hiện tượng địa chất quan trọng, có thể gây ra những biến động lớn trong quá trình thi công. Khi đường hầm đi qua các vùng có đứt gãy, áp lực đất đá tác động lên kết cấu gia cố sẽ thay đổi, đòi hỏi phải có các biện pháp cải thiện độ bền cho kết cấu. Các nghiên cứu về hiện tượng này giúp đưa ra những giải pháp kỹ thuật phù hợp, đảm bảo an toàn cho công trình.

2.2. Phân tích lực tác dụng lên kết cấu

Việc xác định lực tác dụng lên kết cấu chống đỡ là rất quan trọng trong thiết kế đường hầm. Các phương pháp tính toán hiện đại, như phương pháp phần tử hữu hạn, giúp mô phỏng và dự đoán ứng xử của đất đá xung quanh khối đào. Sự phân bổ ứng suất của đất đá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu, từ đó ảnh hưởng đến toàn bộ công trình. Việc sử dụng phần mềm như SAP2000 để tính toán và lựa chọn giải pháp gia cố là một bước đi quan trọng trong quá trình thiết kế.

III. Lựa chọn giải pháp gia cố cho đường hầm Thủy điện Hủa Na

Lựa chọn kết cấu gia cố cho đường hầm Thủy điện Hủa Na là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thiết kế. Các giải pháp cần được xem xét dựa trên các yếu tố như địa chất, điều kiện thi công và yêu cầu kỹ thuật. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại sẽ giúp xác định được loại vật liệu và cấu trúc phù hợp nhất. Sự kết hợp giữa công nghệ gia cố và các phương pháp thi công tiên tiến sẽ đảm bảo an toàn cho công trình.

3.1. Tính toán kết cấu đường hầm

Tính toán kết cấu đường hầm cần phải dựa trên các yếu tố như tải trọng, ứng suất và độ bền của vật liệu. Việc sử dụng phần mềm tính toán như SAP2000 giúp mô phỏng và phân tích các điều kiện làm việc của kết cấu. Các kết quả tính toán sẽ giúp đưa ra các quyết định hợp lý về giải pháp gia cố, đảm bảo cho tính khả thi và an toàn của công trình.

3.2. Kiểm tra điều kiện bền của kết cấu

Kiểm tra điều kiện bền của kết cấu gia cố là một bước quan trọng trong thiết kế. Các tiêu chí như khả năng chịu momen và chịu cắt cần được đánh giá kỹ lưỡng. Việc lựa chọn tiết diện và vật liệu phù hợp sẽ đảm bảo cho an toàn công trình. Các phương pháp kiểm tra hiện đại giúp xác định được khả năng chịu lực của kết cấu, từ đó đưa ra các giải pháp khắc phục nếu cần thiết.

Luận Văn Thạc Sĩ Về Kết Cấu Gia Cố Khi Đào Đường Hầm Qua Đứt Gãy Thủy Điện Hủa Na