PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế kéo theo sự tập trung ngày càng đông hơn của lực lượng lao động, cơ sở hạ tầng đặc biệt là giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh đang chịu nhiều áp lực không nhỏ. Với định hướng phát triển các phương tiện ngầm để giảm thiểu tắc nghẽn giao thông trong những năm sắp tới, việc xây dựng các tòa nhà nằm ngay bên trên hoặc rất gần với các hệ thống đường hầm và các tiện ích ngầm sẽ trở nên phổ biến. Đồng thời, sự phát triển nhanh chóng của xây dựng đô thị dẫn đến ngày càng nhiều chung cư, cao ốc văn phòng mọc lên san sát đòi hỏi phải thi công tiếp giáp với các đường hầm và nhà ga ngầm hiện hữu.
Quy trình thi công hố đào sâu của các dự án sẽ tạo một tác động đáng kể đối với chuyển vị và ứng suất của đường hầm hay nhà ga tàu điện ngầm. Cụ thể, ảnh hưởng của chuyển vị đất nền do các hố đào sâu có thể gây ra hai nguy cơ tiềm ẩn đối với các ga tàu điện ngầm như sau: (1) các vết nứt kết cấu có thể dẫn đến rò rỉ và thậm chí hư hỏng các kết cấu tàu điện ngầm; (2) dịch chuyển đường sắt có thể dẫn đến trật bánh dẫn đến tai nạn đáng tiếc. Do đó, sự chuyển vị của các ga tàu điện ngầm cần được kiểm soát trong mức có thể chấp nhận được trong quá trình thi công hố đào sâu gần đó. Mặc dù tình trạng này sẽ ngày càng phổ biến trong tương lai, nhưng không nhiều các nghiên cứu trong nước tiến hành để khảo sát các ảnh hưởng đối với đường hầm và nhà ga ngầm.
Ngoài ra, tại Việt Nam cũng chưa có những quy định rõ ràng trong tiêu chuẩn hay các quy phạm để đánh giá các ảnh hưởng này. Trong các phương pháp hiện tại, các kỹ sư thiết kế thường sẽ lựa chọn các phương án gia cố nền (như cọc xi măng đất, phun vữa áp lực cao), tường vây hay tường cọc để giảm thiểu ảnh hưởng của hố đào với đường hầm và nhà ga ngầm do tải trọng thi công, phương án đào đất…Hiệu quả của các phương án này vẫn chưa rõ ràng do kiến thức và kinh nghiệm thi công hố đào cạnh đường hầm và nhà ga ngầm còn hạn chế. Vấn đề đặt ra là việc thi công hố đào sâu cần thiết hiểu rõ cơ chế của đường ngầm và nhà ga ngầm cũng như các tương tác với nền đất xung quanh để phát triển 1 phương pháp dự đoán ứng xử của chúng khi thi công 1 dự án lân cận. 2 Trọng tâm của luận văn này hướng đến việc phân tích cơ chế ứng xử của đường hầm và nhà ga metro cũng như tương tác đất – đường hầm khi thi công hố đào sâu lân cận trong nền sét mềm và cát rời, mà được chắn giữ bằng tường vây kết hợp hệ giằng bằng thép hình.
Ứng xử cơ bản của của nền đất với đường hầm hay nhà ga metro trong quá trình thi công hố đào sẽ được nghiên cứu kiểm chứng dựa trên số liệu quan trắc một dự án thực tế - The Sun Tower, khu phức hợp bất động sản Grand Marina Saigon, quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh được thi công ngay bên cạnh nhà ga ngầm Ba Son. Các mô hình phần tử hữu hạn (2D và 3D) sẽ được sử dụng để khảo sát tổng quát phản ứng của đường hầm và nhà ga metro khi thi công hố đào sâu lân cận cũng như ứng xử giữa chúng với nền đất xung quanh. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn Các mục tiêu nghiên cứu của luận văn như sau: 1. Nghiên cứu ứng xử của kết cấu nhà ga ngầm metro trong quá trình thi công hố đào sâu lân cận 2.
Nghiên cứu đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến nội lực và chuyển vị nhà ga tàu điện ngầm Các mục trên sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn 2D và 3D kết hợp với các kết quả quan trắc hiện trường. Ý nghĩa khoa học của đề tài Các kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ giải quyết các vấn đề tồn đọng hiện tại như kiến thức về tương tác đất – đường hầm và đưa ra dự đoán về ứng xử của đường hầm và nhà ga ngầm, đồng thời, dự báo các sự cố có thể xảy ra. Từ đó, cung cấp tài liệu tham khảo thực tế hữu ích cho các kỹ sư để xác định các tiêu chí bảo vệ hợp lý của các ga tàu điện ngầm và áp dụng các biện pháp đối phó thích hợp khi gặp các điều kiện xây dựng tương tự. Phương pháp nghiên cứu của đề tài Thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến tường vây hố đào sâu, nhà ga tàu điện ngầm và ảnh hưởng của hố đào sâu đến nhà ga.
3 Thu thập các dữ liệu thực tế về tường vây hố đào sâu và nhà ga tàu điện ngầm bao gồm biện pháp thi công, dữ liệu quan trắc, cụ thể từ dự án The Sun Tower và nhà ga ngầm Ba Son lân cận tại Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Từ số liệu quan trắc, tiến hành phân tích ngược để đưa giá trị mô phỏng phần tử hữu hạn trong mô hình Plaxis 2D, 3D về gần với thực tế và kết luận về việc lựa chọn các thông số đầu vào như đất nền, kết cấu. Sau đó, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số ảnh hưởng chính (khoảng cách và độ sâu hố đào) đối với tính ổn định (chuyển vị, biến dạng và nội lực) của nhà ga tàu điện ngầm bên cạnh bằng phương pháp phần tử hữu hạn qua phần mềm Plaxis 2D 5.
Phạm vi của đề tài Nghiên cứu nhà ga ngầm 2 hầm hiện hữu nằm song song với hố đào sâu 5 tầng hầm đang thi công. Bố cục luận văn Chương 1 trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến công trình lân cận, đặc biệt là nhà ga ngầm. Chương 2 trình bày các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm liên quan tích lũy trong quá khứ. Bao gồm ứng xử của kết cấu đường hầm và nhà ga ngầm, các kết quả quan trắc hố đào sâu trong nền sét mềm, cát rời và các phản ứng của công trình lân cận đối với hố đào sâu, các nghiên cứu số trong các lĩnh vực này.
Đây là nền tảng chủ yếu của luận văn. Trong chương 3, tình huống về dự án The Sun Tower thi công bên cạnh nhà ga ngầm Ba Son được giới thiệu, trong đó, mô hình phân tích bằng 2D và 3D cũng như các giá trị quan trắc thực tế được sử dụng. Cơ chế phân tích cơ bản về ứng xử của nhà ga ngầm với hố đào lân cận và những nhân tố ảnh hưởng được trình bày. Đặc trưng của mô hình các lớp đất, các phần tử kết cấu và phương án thi công hố đào sẽ được trình bày.
Trọng tâm của chương hướng về phản ứng của kết cấu nhà ga và so sánh kết quả mô hình với các giá trị quan trắc. Các giá trị quan trắc và phân tích cơ bản ở chương 4 chưa thể cung cấp một hướng nhìn tổng quát để hiểu rõ tương tác của hố đào đến các kết cấu của nhà ga. 4 Chương 4 sẽ giải quyết vấn đề này bằng cách trình bày một loạt các mô hình 2D của dự án. Trong đó, 2 nhân tố ảnh hưởng chính là khoảng cách từ hố đào đến nhà ga D và độ sâu hố đào He được xem xét đánh giá kĩ càng.
Cuối cùng, các kết luận chính và các hạn chế của luận văn được trình bày phần cuối của luận văn, và những hướng nghiên cứu tiếp theo cũng sẽ được nêu ra. Hạn chế của luận văn Ảnh hưởng của hố đào đến kết cấu nhà ga lân cận có thể bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố khác nhau như khoảng cách từ hố đào đến kết cấu nhà ga, độ sâu hố đào cuối cùng hay từng bước đào, quy mô của hố đào, loại tường chắn, điều kiện tải trọng xung quanh hố đào, đặc điểm kết cấu nhà ga, địa chất khu vực khảo sát. Trong phạm vi của luận văn này chỉ đề cập đến 2 yếu tố đó là độ sâu hố đào He và khoảng cách từ hố đào đến kết cấu nhà ga D. Vì vậy sẽ có nhiều hạn chế khi áp dụng kết quả của nghiên cứu như: - Thứ nhất là đặc trưng của các thông số.
Ví dụ như đặc điểm địa chất đang khảo sát là tại quận 1, TP. Hồ Chí Minh, kết cấu nhà ga đặc thù cho ga Ba Son, hố đào đặc thù của dự án The Sun Tower (5 hầm, kích thước trên mặt bằng là 52m x 114m), những yếu tố này sẽ làm cho kết quả nghiên cứu có thể sai lệch nếu áp dụng cho các khu vực khác. Do đó, cần điều chỉnh phù hợp trước khi áp dụng cho dự án cụ thể. - Thứ hai là vị trí hố đào.
Trong nghiên cứu này, vị trí hố đào nằm ngay bên cạnh nhà ga ngầm và chỉ xét ứng xử của kết cấu nhà ga qua một mặt cắt ngang 2D. Tuy nhiên, sẽ có rất nhiều trường hợp khác có thể có như: hố đào nằm ngay bên trên nhà ga, hố đào nằm bên cạnh hay bên trên đường hầm… Do đó, ứng xử có thể khác và có thể sử dụng mô phỏng 3D để giải quyết. Do đó, hướng nghiên cứu tiếp theo của học viên là về mô phỏng nhiều trường hợp trong mô hình 3D để phân tích rõ ứng xử của kết cấu nhà ga. TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN ĐẤT NỀN VÀ NHÀ GA TÀU ĐIỆN NGẦM 1.
Đặt vấn đề Biện pháp thi công hố đào sâu gồm các hạng mục chủ yếu như: Lựa chọn hệ giằng, phân tích ứng suất do áp lực đất tác dụng lên hệ giằng, ảnh hưởng đến các tiện ích và công trình lân cận, bảo vệ môi trường khu vực xung quanh…Trong các công việc trên, ảnh hưởng của hố đào phần ngầm của các dự án cao tầng đối với nền đường và cả các công trình xung quanh luôn được quan tâm hàng đầu. Mặc dù, hiện nay đã có các giải pháp thi công hiện đại như sử dụng tường vây kết hợp với biện pháp thi công semi-topdown hay topdown, phương án này đã tối ưu chuyển vị nền xung quanh hố đào rất nhiều so với biện pháp đào mở thông thường, nhưng vẫn rất khó để kiểm soát giới hạn chuyển vị của nền đất cũng như kết cấu các tiện ích ngầm lân cận.
