Phân tích xu hướng biến dạng nền đất do đào hầm bằng mô hình kiểm soát chuyển vị (DCM)
Email:
duongtuyenduong2@gmail.com
Từ khóa:
Biến dạng nền đất; đào hầm; mô hình kiểm soát chuyển vị (DCM); phương pháp phần tử hữu hạn (FEM); khảo sát tham số; Metro Bến Thành - Suối Tiên.
Tóm tắt
Biến dạng nền đất do đào hầm trong điều kiện đất yếu bão hòa là một vấn đề quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn thi công và ổn định công trình lân cận. Nghiên cứu này phân tích xu hướng biến dạng nền đất quanh hầm bằng mô hình kiểm soát chuyển vị (DCM) trong khuôn khổ phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), với giả định làm việc trong phạm vi biến dạng nhỏ. Hiệu ứng đào hầm được mô phỏng thông qua chuyển vị cưỡng bức tại biên hầm, phản ánh cơ chế hội tụ của nền đất vào khoảng trống hầm trong quá trình đào. Mô hình được kiểm chứng bằng bài toán Hầm thử nghiệm Heathrow (The Heathrow Express Trial Tunnel), cho thấy sai khác độ lún cực đại tại mặt đất nhỏ hơn 5% so với số liệu quan trắc, qua đó khẳng định khả năng tái hiện hình dạng và xu hướng biến dạng. Trên cơ sở mô hình đã được kiểm chứng, nghiên cứu tiến hành khảo sát có hệ thống ảnh hưởng của đường kính hầm, độ sâu chôn hầm và tỷ lệ thất thoát thể tích đến biến dạng nền đất. Kết quả cho thấy độ lún cực đại tăng gần tuyến tính khi đường kính hầm tăng, giảm rõ rệt khi độ sâu chôn hầm lớn hơn, và gia tăng nhanh theo xu hướng phi tuyến khi tỷ lệ thất thoát thể tích vượt khoảng 1,5%. Nghiên cứu điển hình cho tuyến Metro số 1 TP. Hồ Chí Minh (Bến Thành - Suối Tiên) cho thấy mô hình kiểm soát chuyển vị có khả năng mô tả hợp lý xu hướng biến dạng nền đất trong điều kiện địa chất tương tự. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở tham khảo cho việc đánh giá xu hướng biến dạng và lún mặt đất trong các bài toán hầm đô thị, không nhằm thay thế các phân tích thiết kế chi tiết.Tài liệu tham khảo
[1]. C. Q. Vo, H. V. Nguyen, T. T. T. Nguyen, T. N. Huynh, B. T. Le, Components of volume loss induced by EPB TBM tunnelling in sandy soils - A case study in Ho Chi Minh City, Vietnam, Journal of Transportation Science and Technology, 40-41 (2021).
[2]. B. T. Le, M. Kuriki, Q. Phan, N. Taylor, An empirical analysis on measured ground surface settlement induced by TBM tunnelling in Ho Chi Minh City, Lecture Notes in Civil Engineering, 62 (2020). https://doi.org/10.1007/978-981-15-2184-3_38.
[3]. N. T. Hieu, P. H. Giao, N. Phien-wej, Tunnelling-induced ground settlements in the first metro line of Ho Chi Minh City, Vietnam, Lecture Notes in Civil Engineering, 62 (2020). https://doi.org/10.1007/978-981-15-2184-3_37.
[4]. R. J. Mair, M. J. Gunn, M. P. O’Reilly, Ground movements around shallow tunnels in soft clay, Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Balkema, Rotterdam, 1981, pp. 323-328
[5]. R. B. Peck, Deep excavations and tunnelling in soft ground, Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, State-of-the-Art Volume, Mexico City, 1969, pp. 225-290.
[6]. J. Ameratunga, N. Sivakugan, B. M. Das, Correlations of Soil and Rock Properties in Geotechnical Engineering, Elsevier, Developments in Geotechnical Engineering Series, 2016.
[7]. N. Loganathan, H. G. Poulos, Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124 (1998) 846-856. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1998)124:9(846)
[8]. D. K. W. Tang, K. M. Lee, C. W. W. Ng, Stress paths around a 3-D numerically simulated NATM tunnel in stiff clay, in: Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Kusakabe, Fujita, Miyazaki (Eds.), Balkema, Rotterdam, 1996.
[9]. N. Loganathan, H. G. Poulos, D. P. Stewart, Centrifuge model testing of tunnelling-induced ground and pile deformations, Geotechnique, 50 (2000) 283-294. https://doi.org/10.1680/geot.2000.50.3.283
[10]. N C. Y. Cheng, G. R. Dasari, Y. K. Chow, C. F. Leung, Finite element analysis of tunnel-soil-pile interaction using displacement-controlled model, Tunnelling and Underground Space Technology, 22 (2007) 450-466. https://doi.org/10.1016/j.tust.2006.08.002
[11]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Development and application of the bi-elliptical displacement-controlled method for improving TBM tunnelling simulations, Tunnelling and Underground Space Technology, 148 (2025) 105574. https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105574
[12]. D. Boldini, A. Amorosi, M. Fraldi, S. Picone, Finite element modelling of tunnelling-induced displacements on framed structures, Tunnelling and Underground Space Technology, 80 (2018) 222-236. https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.06.021
[13]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Numerical prediction of tunnelling-induced displacement field in large and very shallow tunnels, Tunnelling and Underground Space Technology, 143 (2024) 105448. https://doi.org/10.1016/j.tust.2023.105448
[14]. Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Thị Hương, Trần Xuân Thành, Ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình đất đến kết quả dự báo lún bề mặt khi thi công đường hầm khiên đào tại Hà Nội, Journal of Construction Science, 03 (2025). https://doi.org/10.64588/jc.03.12.2025
[15]. Nguyễn Văn Hùng, Trần Xuân Thành, Nguyễn Thị Hương, Mô phỏng số đánh giá ảnh hưởng của các tham số hình học tới độ lún bề mặt khi thi công hai đường hầm khiên đào song song tại Hà Nội, Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, 14 (2025) 71-80. https://doi.org/10.55228/JTST140607
[16]. ABAQUS Inc. (2019). ABAQUS/CAE User Manuals. Dassault Systèmes Simulia Corp., USA.
[17]. T. I. Addenbrooke, D. M. Potts, A. M. Puzrin, The influence of pre-failure soil stiffness on the numerical analysis of tunnel construction, Geotechnique, 47 (1997) 693-712. https://doi.org/10.1680/geot.1997.47.3.693
[18]. A. P. Deane, R. H. Bassett, The Heathrow Express Trial Tunnel, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 113 (1995) 144-156.
[19]. M. Karakuş, R. J. Fowell, Effects of different tunnel face advance excavation on the settlement by PTHH, Tunnelling and Underground Space Technology, 18 (2003). https://doi.org/10.1016/S0886-7798(03)00068-3
[20]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Practical implementation of bi-elliptical displacement-controlled method in analysing shallow and large tunnel excavation impact, Tunnelling and Underground Space Technology, 149 (2025) 105608. https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105608
[2]. B. T. Le, M. Kuriki, Q. Phan, N. Taylor, An empirical analysis on measured ground surface settlement induced by TBM tunnelling in Ho Chi Minh City, Lecture Notes in Civil Engineering, 62 (2020). https://doi.org/10.1007/978-981-15-2184-3_38.
[3]. N. T. Hieu, P. H. Giao, N. Phien-wej, Tunnelling-induced ground settlements in the first metro line of Ho Chi Minh City, Vietnam, Lecture Notes in Civil Engineering, 62 (2020). https://doi.org/10.1007/978-981-15-2184-3_37.
[4]. R. J. Mair, M. J. Gunn, M. P. O’Reilly, Ground movements around shallow tunnels in soft clay, Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Balkema, Rotterdam, 1981, pp. 323-328
[5]. R. B. Peck, Deep excavations and tunnelling in soft ground, Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, State-of-the-Art Volume, Mexico City, 1969, pp. 225-290.
[6]. J. Ameratunga, N. Sivakugan, B. M. Das, Correlations of Soil and Rock Properties in Geotechnical Engineering, Elsevier, Developments in Geotechnical Engineering Series, 2016.
[7]. N. Loganathan, H. G. Poulos, Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124 (1998) 846-856. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1998)124:9(846)
[8]. D. K. W. Tang, K. M. Lee, C. W. W. Ng, Stress paths around a 3-D numerically simulated NATM tunnel in stiff clay, in: Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Kusakabe, Fujita, Miyazaki (Eds.), Balkema, Rotterdam, 1996.
[9]. N. Loganathan, H. G. Poulos, D. P. Stewart, Centrifuge model testing of tunnelling-induced ground and pile deformations, Geotechnique, 50 (2000) 283-294. https://doi.org/10.1680/geot.2000.50.3.283
[10]. N C. Y. Cheng, G. R. Dasari, Y. K. Chow, C. F. Leung, Finite element analysis of tunnel-soil-pile interaction using displacement-controlled model, Tunnelling and Underground Space Technology, 22 (2007) 450-466. https://doi.org/10.1016/j.tust.2006.08.002
[11]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Development and application of the bi-elliptical displacement-controlled method for improving TBM tunnelling simulations, Tunnelling and Underground Space Technology, 148 (2025) 105574. https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105574
[12]. D. Boldini, A. Amorosi, M. Fraldi, S. Picone, Finite element modelling of tunnelling-induced displacements on framed structures, Tunnelling and Underground Space Technology, 80 (2018) 222-236. https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.06.021
[13]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Numerical prediction of tunnelling-induced displacement field in large and very shallow tunnels, Tunnelling and Underground Space Technology, 143 (2024) 105448. https://doi.org/10.1016/j.tust.2023.105448
[14]. Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Thị Hương, Trần Xuân Thành, Ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình đất đến kết quả dự báo lún bề mặt khi thi công đường hầm khiên đào tại Hà Nội, Journal of Construction Science, 03 (2025). https://doi.org/10.64588/jc.03.12.2025
[15]. Nguyễn Văn Hùng, Trần Xuân Thành, Nguyễn Thị Hương, Mô phỏng số đánh giá ảnh hưởng của các tham số hình học tới độ lún bề mặt khi thi công hai đường hầm khiên đào song song tại Hà Nội, Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, 14 (2025) 71-80. https://doi.org/10.55228/JTST140607
[16]. ABAQUS Inc. (2019). ABAQUS/CAE User Manuals. Dassault Systèmes Simulia Corp., USA.
[17]. T. I. Addenbrooke, D. M. Potts, A. M. Puzrin, The influence of pre-failure soil stiffness on the numerical analysis of tunnel construction, Geotechnique, 47 (1997) 693-712. https://doi.org/10.1680/geot.1997.47.3.693
[18]. A. P. Deane, R. H. Bassett, The Heathrow Express Trial Tunnel, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 113 (1995) 144-156.
[19]. M. Karakuş, R. J. Fowell, Effects of different tunnel face advance excavation on the settlement by PTHH, Tunnelling and Underground Space Technology, 18 (2003). https://doi.org/10.1016/S0886-7798(03)00068-3
[20]. T. Yang, D. Zhang, C. Y. Cheng, C. W. W. Ng, Practical implementation of bi-elliptical displacement-controlled method in analysing shallow and large tunnel excavation impact, Tunnelling and Underground Space Technology, 149 (2025) 105608. https://doi.org/10.1016/j.tust.2024.105608
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
21/10/2025
Nhận bài sửa
31/01/2026
Chấp nhận đăng
06/02/2026
Xuất bản
15/02/2026
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Phạm Tuyên, D. (1771088400). Phân tích xu hướng biến dạng nền đất do đào hầm bằng mô hình kiểm soát chuyển vị (DCM). Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 77(2), 181-195. https://doi.org/10.47869/tcsj.77.2.3
