Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, nhu cầu xây dựng các công trình thương mại, khu dân cư và văn phòng cho thuê ngày càng gia tăng, đặc biệt là các công trình cao tầng kết hợp thi công hố đào sâu. Tại TP. Hồ Chí Minh, việc thi công hố đào sâu gần các tuyến metro ngầm hiện hữu đặt ra thách thức lớn về kiểm soát chuyển vị và đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận. Theo báo cáo của ngành, tuyến Metro số 1 dài 19.7 km, trong đó đoạn ngầm dài 2.6 km, có 14 ga, với yêu cầu chuyển vị tối đa không vượt quá 15 mm và chuyển động trong mọi mặt phẳng nhỏ hơn 1/1000.

Luận văn tập trung nghiên cứu hiệu quả của hệ tường Buttress kết hợp với tường Barrette trong việc giảm chuyển vị tuyến metro khi thi công hố đào sâu tại Quận 1, TP. Hồ Chí Minh, dự án The Nexus A với 5 tầng hầm và 2 tháp cao 25 và 36 tầng. Mục tiêu chính là phân tích cơ chế làm việc của hệ tường Buttress, đánh giá hiệu quả giảm chuyển vị so với trường hợp không sử dụng tường Buttress, khảo sát ảnh hưởng của các thông số hình học tường Buttress (chiều dài, chiều dày, chiều sâu) và trình tự phá dỡ tường Buttress đến chuyển vị tường vây và tuyến metro. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu quan trắc thực tế kết hợp mô phỏng phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 3D.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp giải pháp gia cố tường vây, đảm bảo ổn định cho tuyến metro hiện hữu, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn thi công hố đào sâu trong môi trường đô thị phức tạp. Các chỉ số chuyển vị được kiểm soát chặt chẽ, giúp giảm thiểu rủi ro và tổn thất cho công trình lân cận, đồng thời tối ưu chi phí và tiến độ thi công.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cơ học đất nền: Sử dụng mô hình Mohr-Coulomb và Hardening Soil để mô phỏng đặc tính cơ học của đất nền, bao gồm các thông số như độ cứng, sức kháng cắt, hệ số thấm và trọng lượng thể tích đất bão hòa và không bão hòa.
  • Cơ chế làm việc của tường Buttress: Tường Buttress là tường bê tông cốt thép có chiều dài hữu hạn, thi công trước khi đào đất, kết nối với tường Barrette để tăng độ cứng tổng thể hệ thống tường vây. Cơ chế làm việc bao gồm huy động ma sát giữa bề mặt tường Buttress và đất lân cận, cũng như tăng cường độ cứng chống uốn cho tường vây.
  • Mô hình phần tử hữu hạn 3D (Plaxis 3D): Mô phỏng quá trình thi công hố đào sâu và tương tác giữa tường vây, tường Buttress, đất nền và tuyến metro. Mô hình bao gồm các phần tử tấm, dầm và cọc khoan nhồi, mô phỏng chi tiết cấu trúc và điều kiện địa chất thực tế.
  • Khái niệm chuyển vị và biến dạng: Chuyển vị ngang của tường vây và tuyến metro được xem là chỉ số quan trọng đánh giá mức độ an toàn và ổn định công trình trong quá trình thi công.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu quan trắc chuyển vị tường vây và tuyến metro tại dự án The Nexus A, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Dữ liệu quan trắc được thu thập đến độ sâu chân tường vây -36 m và vị trí quan trắc INS2 trên tuyến metro.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng quá trình thi công hố đào sâu theo phương pháp Semi Top-down. Phân tích ngược được áp dụng để hiệu chỉnh thông số đất nền nhằm phù hợp với kết quả quan trắc thực tế.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình phân tích bao gồm toàn bộ khu vực hố đào và tuyến metro lân cận, với kích thước mặt bằng hố đào 129.2 m, chiều sâu đào 22.5 m. Các thông số hình học tường Buttress được khảo sát biến đổi theo chiều dài (2-6 m), chiều dày (600-1500 mm) và chiều sâu (22.5-36 m).
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 9/2023 đến tháng 12/2023, bao gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả giảm chuyển vị khi sử dụng tường Buttress: Kết quả mô phỏng và quan trắc cho thấy, khi sử dụng hệ tường Buttress kết hợp tường Barrette, chuyển vị ngang của tường vây giảm khoảng 42%, chuyển vị tuyến metro giảm khoảng 34% so với trường hợp không sử dụng tường Buttress.

  2. Ảnh hưởng của chiều sâu tường Buttress (Hbw): Tăng chiều sâu tường Buttress từ 22.5 m lên 36 m làm giảm chuyển vị tường vây và tuyến metro lần lượt khoảng 18% và 22%. Điều này cho thấy chiều sâu tường Buttress đóng vai trò quan trọng trong việc gia cố và hạn chế chuyển vị.

  3. Ảnh hưởng của chiều dài tường Buttress (Lbw): Khi tăng chiều dài tường Buttress từ 2 m lên 6 m, chuyển vị tường vây và tuyến metro giảm lần lượt 35% và 31%. Chiều dài tường Buttress có tác động mạnh mẽ đến hiệu quả giảm chuyển vị.

  4. Ảnh hưởng của chiều dày tường Buttress (Tbw): Tăng gấp đôi chiều dày tường Buttress chỉ làm giảm chuyển vị tường vây và tuyến metro khoảng 7% và 5%, cho thấy chiều dày tường Buttress có ảnh hưởng nhỏ hơn so với chiều dài và chiều sâu.

  5. Ảnh hưởng của trình tự phá dỡ tường Buttress: Việc duy trì tường Buttress theo trình tự thi công cho đến khi hoàn thành tầng hầm cuối cùng giúp giảm chuyển vị tường vây và tuyến metro hiệu quả hơn so với phá dỡ sớm.

  6. Ảnh hưởng của cọc khoan nhồi: Mô phỏng có tính đến cọc khoan nhồi làm giảm chuyển vị tường vây tại đáy hố đào khoảng 4.4% và giảm 42% tại chân tường, cho thấy vai trò quan trọng của cọc trong ổn định hố đào.

  7. Ảnh hưởng của độ cứng uốn dọc trục tuyến metro: Nếu không xem xét giảm yếu độ cứng dọc trục do các khớp nối giữa các phân đoạn bê tông đúc sẵn, chuyển vị tuyến metro sẽ bị đánh giá thấp hơn khoảng 11%, dẫn đến dự báo không an toàn.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên được minh họa qua biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây và tuyến metro theo các trường hợp khảo sát, cho thấy rõ sự khác biệt khi áp dụng tường Buttress. Việc tăng chiều dài và chiều sâu tường Buttress làm tăng độ cứng tổng thể của hệ thống tường vây, từ đó giảm chuyển vị hiệu quả. Chiều dày tường Buttress ít ảnh hưởng do chủ yếu tác động lên khả năng chịu lực cắt và uốn cục bộ, không ảnh hưởng lớn đến chuyển vị tổng thể.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế tại Kuala Lumpur và Đài Bắc, kết quả tương đồng về vai trò quan trọng của chiều dài và chiều sâu tường Buttress trong giảm chuyển vị. Việc duy trì tường Buttress trong suốt quá trình thi công cũng được khuyến nghị nhằm tận dụng tối đa hiệu quả gia cố.

Ảnh hưởng của cọc khoan nhồi và độ cứng uốn dọc trục tuyến metro là những yếu tố đặc thù cần được xem xét kỹ lưỡng trong mô phỏng để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong thiết kế. Việc không tính đến các yếu tố này có thể dẫn đến đánh giá sai lệch về chuyển vị và nguy cơ an toàn.

Những phát hiện này góp phần làm rõ cơ chế làm việc của hệ tường Buttress kết hợp tường Barrette, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và thi công các công trình hố đào sâu gần tuyến metro hiện hữu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng chiều dài và chiều sâu tường Buttress: Khuyến nghị thiết kế tường Buttress với chiều dài từ 4 đến 6 m và chiều sâu từ 30 đến 36 m để đạt hiệu quả giảm chuyển vị tối ưu cho tường vây và tuyến metro trong các dự án hố đào sâu. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và nhà thầu thi công. Thời gian áp dụng: từ giai đoạn thiết kế đến thi công.

  2. Duy trì tường Buttress trong suốt quá trình thi công: Không phá dỡ tường Buttress trước khi hoàn thành tầng hầm cuối cùng nhằm tận dụng tối đa độ cứng chống uốn và ma sát giữa tường và đất, giảm chuyển vị hiệu quả. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và giám sát. Thời gian áp dụng: toàn bộ quá trình thi công hố đào.

  3. Tích hợp mô phỏng cọc khoan nhồi trong thiết kế: Cần mô phỏng và tính toán ảnh hưởng của cọc khoan nhồi đến chuyển vị tường vây để đảm bảo ổn định hố đào và giảm chuyển vị tại chân tường. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật. Thời gian áp dụng: giai đoạn thiết kế và mô phỏng.

  4. Xem xét giảm yếu độ cứng dọc trục tuyến metro trong mô phỏng: Áp dụng hệ số giảm yếu độ cứng dọc trục do các khớp nối giữa các phân đoạn bê tông đúc sẵn để dự báo chuyển vị tuyến metro chính xác hơn, tránh đánh giá sai lệch gây nguy hiểm. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và phân tích kết cấu. Thời gian áp dụng: giai đoạn mô phỏng và thiết kế.

  5. Áp dụng phần mềm mô phỏng 3D chi tiết: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D hoặc tương đương để mô phỏng toàn diện quá trình thi công, tương tác giữa tường vây, tường Buttress, đất nền và công trình lân cận nhằm tối ưu thiết kế và đảm bảo an toàn. Chủ thể thực hiện: kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế. Thời gian áp dụng: từ giai đoạn thiết kế đến giám sát thi công.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tế để thiết kế hệ tường vây kết hợp tường Buttress hiệu quả, đảm bảo an toàn và giảm chuyển vị cho các công trình hố đào sâu gần tuyến metro.

  2. Nhà thầu thi công công trình ngầm và hố đào sâu: Tham khảo các giải pháp thi công, trình tự phá dỡ tường Buttress và các thông số hình học tối ưu giúp giảm rủi ro chuyển vị và biến dạng công trình lân cận.

  3. Cơ quan quản lý và giám sát xây dựng đô thị: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn, quy định kiểm soát chuyển vị và an toàn cho các dự án thi công hố đào sâu trong khu vực đô thị có tuyến metro hiện hữu.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo hữu ích về mô hình phần tử hữu hạn 3D, cơ chế làm việc của tường Buttress và tường Barrette, cũng như các phương pháp phân tích chuyển vị trong thi công hố đào sâu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tường Buttress là gì và tại sao lại kết hợp với tường Barrette?
    Tường Buttress là tường bê tông cốt thép có chiều dài hữu hạn, thi công trước khi đào đất, kết nối với tường Barrette để tăng độ cứng tổng thể hệ thống tường vây. Việc kết hợp giúp tăng khả năng chịu uốn và ma sát với đất, giảm chuyển vị tường vây và công trình lân cận.

  2. Phương pháp mô phỏng Plaxis 3D có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    Plaxis 3D cho phép mô phỏng chi tiết quá trình thi công hố đào sâu, tương tác ba chiều giữa tường vây, đất nền và công trình lân cận, giúp dự báo chuyển vị chính xác và đánh giá hiệu quả các giải pháp gia cố.

  3. Tại sao chiều dài và chiều sâu tường Buttress ảnh hưởng nhiều hơn chiều dày?
    Chiều dài và chiều sâu tường Buttress ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng tổng thể và khả năng truyền lực của hệ tường, trong khi chiều dày chủ yếu ảnh hưởng cục bộ đến khả năng chịu lực, do đó tác động đến chuyển vị tổng thể nhỏ hơn.

  4. Việc duy trì tường Buttress trong quá trình thi công có lợi ích gì?
    Duy trì tường Buttress giúp huy động ma sát giữa tường và đất, tăng độ cứng chống uốn, giảm chuyển vị tường vây và tuyến metro hiệu quả hơn so với phá dỡ sớm, đảm bảo ổn định công trình trong suốt quá trình thi công.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu cho các dự án khác?
    Cần điều chỉnh các thông số hình học và điều kiện địa chất phù hợp với từng dự án cụ thể, đồng thời sử dụng mô phỏng 3D để đánh giá chi tiết tương tác công trình và đất nền nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn.

Kết luận

  • Hệ tường Buttress kết hợp tường Barrette giảm chuyển vị tường vây và tuyến metro lần lượt khoảng 42% và 34% so với không sử dụng tường Buttress.
  • Chiều dài và chiều sâu tường Buttress là các thông số hình học quan trọng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả giảm chuyển vị, trong khi chiều dày có ảnh hưởng nhỏ hơn.
  • Việc duy trì tường Buttress theo trình tự thi công đến khi hoàn thành tầng hầm cuối cùng giúp giảm chuyển vị tối ưu.
  • Cần xem xét ảnh hưởng của cọc khoan nhồi và giảm yếu độ cứng dọc trục tuyến metro trong mô phỏng để đảm bảo tính chính xác và an toàn.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho thiết kế, thi công và quản lý các công trình hố đào sâu gần tuyến metro hiện hữu.

Next steps: Áp dụng các khuyến nghị thiết kế và thi công trong các dự án tương tự, mở rộng nghiên cứu về các yếu tố khác như khoảng cách tường Buttress, hình dạng tường Buttress chữ T, và các phương pháp thi công khác.

Call to action: Các kỹ sư và nhà quản lý dự án nên tích hợp mô phỏng 3D chi tiết và áp dụng hệ tường Buttress kết hợp tường Barrette để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công hố đào sâu trong môi trường đô thị phức tạp.