ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

1

PHÂN TÍCH S TNG TÁC CA CÔNG TRÌNH NGM
ÀO THEO PHNG PHÁP ÀO HM MI CA ÁO (NATM) TRI QUA QUÁ
TRÌNH GIA TI CA NG T VI CÁC LOI T Á

Tác gi:
Zaneta G. Adme
Home Institution—Florida State University
Home Advisor—Makola M. Abdullah, Ph.D
REU Institution—University of Tokyo
REU Advisor—Yozo Fujino, Ph. D.
ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

2
kin có đng đt.

Li gii thiu

Có nhiu lí do vì sao s dng các công trình ngm. Các công trình ngm có th kt ni
các vùng đt vi nhau đ tránh các điu kin đa cht nguy him, có th to các đng vòng đ
tránh các công trình đã xây dng n đnh, ngoài ra còn đóng góp rt ln làm gim các mi lo
ngi v vn đ môi trng. ó là các lí do chính đáng cho vic s dng các công trình ngm.
Nhng hu ht các đng hm đang đc s dng hin nay làm đ tng lu lng giao thông.
Mi nm phn trm dân s th gii sng trong đô th, by mi phn trm dân s sng trong
nhng vùng b nh hng ca đng đt (Merritt, J. L., Monsees, J. E., Hendron, A. J., 1985).
Vào giai đon đu, các công trình ngm đc thit k mà không tính toán đn nh hng ca
đng đt. Nhng gn đây, đã có rt nhiu s quan tâm đn tác hi ca đa chn đn các cu trúc
ca các công trình ngm (Merritt, J. L., Monsees, J. E., Hendron, A. J., 1985).
ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

3

Ngi ta phân ra hai loi chính v nh
hng ca đng đt đn các công trình ngm:
s chn đng ca đt đt đá và s phá hu nn

công trình ngm bao ph ly b mt đt đá và tr thành thành phn ca cu trúc chng gi
(Yang, M. W. W., 2002). Phi ht sc cn thn trong quá trình khai đào và áp dng trc tip
phng tin chng gi đ ngn nga kh nng ri ca kt cu chng gi này. Các công trình
ngm này phi đc phun ph bao quanh tit din đ tránh áp lc tp trung vào mt khu vc ni
mà các kt chng c khí t ra bt li (Yamaji, H). Các đng hm này cng đc tn dng các
v chng mng đ làm gim cho nh nht mô men un. S quan trc đ đi phó kp thi trong
sut quá trình xây dng là mt yu t rt quan trng trong NATM. iu này có ngha là quy
trình và yêu cu chng gi phi tùy bin hp lí (Yang, M. W. W., 2002). Rt nhiu quc gia đã
chp nhn phng pháp này nh là mt phng pháp chính ca xây dng công trình ngm.

Phng pháp nghiên cu

Mc tiêu ca công trình là đánh giá và phân loi đt đá, khi đc s dng chung vi
đng hm đc thi công theo NATM. Vic này đc thc hin tt khi ch th b kích thích bi
các chn đng ca đng đt. By thành ph trên th gii đã đc la chn và đt đá  đó đc
đánh giá là ch yu nm trong vùng b dch đng cao nht. Và  đó đu đã tng tri qua quá trình
b đng đt.
 đa ra kt qu hp lí và đm bo s hoàn tt ca công trình, phng pháp gii quyt
đã đc thit lp. Bc th nht là nhn dng vn đ t nhiên và đánh giá tác đng có th xy
đn. Bc tip theo trong quy trình là đnh ngha các thông s đu vào và đnh ngha mô hình
da trên c s đu vào. Bc cui cùng là tìm ra gii pháp ca mu và xem xét kt qu ca công
trình.
Ba bc c bn c th là:
1. Nhn dng vn đ t nhiên
- Mô t cu trúc t nhiên
- Nhn dng ngun kích thích đng lc
- ánh giá kh nng có th xy ra
2. nh ngha mô hình
- Xác đnh thông s đu vào
ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

iu này có th đc hiu rng rt là cn thit đ ly các loi đt đá này thí nghim đ tìm ra
kiu thi công công trình ngm mt cách thích hp vi mi loi đt đá đc lit kê. Mi thành
ph s dng trong thí nghim đã đc phân loi đt đá. Loi đt đá đó đc phân loi kt hp
theo mi yêu cu c th. Loi đt đá và thành phn đt đá (k c các thành phn khác bao gm
trong đt đá đó) ca mi thành ph đc lit kê trong bng sau:ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

6
BN  PHÂN B T Á TRÊN TH GII

a đim Loi đt đá Thành phn đt đá có cha
Agadir, Ma rc Alfisols Sét có đ do thp
Avezzano, Italy Ultisols Bùn có đ do thp
Chimbote, Pê ru Entisols Hn hp cát si
Los Angeles, California, Hoa K Mollisols Hp cht hu c
Mexico City, Me hi cô Andisols Bùn có đ do trung bình
Tangshan, Trung Quc Inceptisols Si cát
Tokyo, Nht Bn Oxisols t sét có đ do cao

Tính cht ca các loi đt đá đc lit kê nh sau. Các tính cht này đc lit kê là cn
thit cho vic tính toán cho mi thành ph.

Loi đt đá
Trng
lng th

Sét kt
 do nh 1900 2.00E+06 0,28 24 6000
 do trung bình 1800 1.00E+06 0,25 20 8000
 do cao 1650 6.00E+05 0,25 17 10000
t ph hu c 1550 5.00E+05 0,25 20 7000
á
Gra nít 2700 7.40E+10 0,25 51 5.51E+07
ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

7
Cu trúc vt lý s dng cho mô phng này là mt công trình ngm đào qua hai lp đt đá. Lp đá
Lp đt
p
h
Din tính toán ca các lp đt đá theo chiu rng là 130 mét và 130 chiu cao. Lp di
đáy là đá gra-nít bt đu xut hin  đ sâu 106 mét. Tính cht ca lp này đc gi nguyên cho
mi ln th nghim. Lp cao nht là lp đt ph có chiu dày 24 mét và tính cht ca nó thay đi
theo mi th nghim ti các thành ph khác nhau. Công trình ngm, vi tit din tròn đn vi
đng kính 22 mét và nm  đ sâu 67 mét bên di mt đt.
Vi công trình này, phng pháp đc s dng đ phân tích là phng pháp phn t hu
hn. Phng pháp phn t hu hn đc s dng cho mô hình và gii quyt các vn đ k thut
hai hay ba chiu phc tp. Phng pháp phn t hu hn bin đi d liu đu ra thành dng hình
nh trình bày trên màn hình và nhng chng trình có th đem li các d liu t các đim khác
nhau trong cu trúc. Chng trình Phân tích Phn t hu hn hình (VisualFEA) phi hp phn

ian
Gia tng thông s đu vào (1995 Kobe, Japan)

Các thông s đu vào đc s dng vì đng đt đã tác dng vào Kô Bê – Nht Bn đã
phá hy ln nht ti c s h tng trong lch s. Thông s đng lc đu vào t trn đng đt
đc đt ti đáy vùng biên.
Kt qu
Vi mc đích so sánh, d liu đc ghi chép t si đng nht và bùn đ do trung bình
đn cao đc thc hin. Si đng nht
Sét do trung
bình đn cao
 dch chuyn = 0,5753cm
 dch chuyn = 0,2838cm
ANALYSIS OF NATM TUNNEL RESPONSES DUE TO EARTHQUAKE LOADING IN VARIOUS SOILS

TRANSLATED BY PHAM TIEN VU
©10/2005

9

Mc dù các di màu dng nh là tng t trong s dch chuyn ca chúng, s khác
nhau ca chúng đc xp sp ln lt theo t l ca mi loi đt đá. T l ca si đng nht bin
đi t 0-2,1406 cm và t l ca đ do ca bùn t trung bình đn cao ch dao đng trong khon
0-1,1526 cm.

Xin cm n ti:
• MCEER
• FAMU Undergraduate Program
• National Science Fundation
• REUJAT Program
• University of Tokyo
• Tin s khoa hc Makola M. Abdulla
• Terri R. Norton, M.S.C.E
TÀI LIU THAM KHO
Kirzhner, F. and Rosenhouse, G., 2000. Numerical analysis of tunnel dynamic response to earth motions. Tunneling
and Underground Space Technology, Volume 15, Issue 3, 249-258 .

Merritt, J. L., Monsees, J. E., Hendron, A. J., 1985. Seismic design of underground structures: Proc of the 1985
Rapid Excavation and Tunneling Conference, New York. International Journal of Rock Mechanics and Mining
Science & Geomechanics Abstracts, Volume 23, Issue 6, 255-282.

Yang, M. W. W., 2002. Principles of Tunnel Lining Design. AGS/IMM Technical Meeting 2002 on “Underground
Excavation in Urban Environments”.