Phân tích tương tác kết cấu vỏ giếng với nền đất xung quanh thi công theo tổ hợp cơ giới đào giếng VSM8000

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 2 
TRAN MANH LIEU; NGUYEN QUANG HUY; TRUONG VAN THINH, BUI BAO TRUNG; NGUYEN 
TRONG THUC; NGUYEN VAN THUONG, THAI HONG ANH: Zoning quantitative complexity of 
geoengineering - geotechnical conditions for construction of urban infrastructure VNU in Hoa 
Lac 38 
PHAM QUANG TU, NGUYEN VAN TUAN: Determining soil parameters by probability analysis 
for vertical drain design 46 
NGUYEN VAN VIEN, NGHIEM MANH HIEN, TRINH VIET CUONG: Linear analysis of 
rectangular pile under vertical load in layered soil 54 
PHÂN TÍCH TƯƠNG TÁC KẾT CẤU VỎ GIẾNG 
VỚI NỀN ĐẤT XUNG QUANH THI CÔNG THEO TỔ HỢP 
CƠ GIỚI ĐÀO GIẾNG VSM8000 
PHẠM NGỌC TRƢỜNG*, ĐỖ ANH DŨNG** 
Analysing interaction of soil and structure of shaft constructed by 
mechanical combiner VSM 8000 
Abstract: This paper presents some results of studying the interaction between 
structure of shaft and soil surrounding using machanical combiner VSM 8000 
for shafts construction. Software Plaxis 2D and 3D is used for calculation with 
shaft of circle and square section. The calculation results lead to a conclusion 
that the circle shaft is more stable than square and Plaxis 2D should be used 
only for concept design and Plaxis 3D for detail design. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Với việc đô thị hóa, khối lƣợng xây dựng nhà ở 
và công trình công cộng ngày càng tăng, sự liên 
tục phát triển mạng lƣới giao thông đƣờng bộ, sự 
hình thành các công trình và cụm công trình công 
nghiệp mới, các xí nghiệp... đang yêu cầu đô thị 
dành riêng cho những khu đất lớn. Những khu đất 
đó, đặc biệt tại những khu trung tâm đô thị ngày 
càng khan hiếm. Việc phát triển và sử dụng các 
không gian trên cao và không gian ngầm nhằm 
tăng quỹ không gian đô thị, nâng cao năng lực lƣu 
thông và vận chuyển hàng hóa, hành khách... là 
một tất yếu khách quan. 
Trong đó việc xây dựng giếng đứng trong 
hầm đƣờng bộ, đƣờng sắt, Metro... là cần thiết. 
* Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 
 278 Lam Sơn, P. Đồng Tâm, TP Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc 
 DĐ: 0984826232 
** 
 Lữ đoàn 72 Bộ tư lệnh công binh, Thanh Nông, Lạc 
Thủy, Hòa Bình, 
 DĐ: 0985276474 
Việc xây dựng giếng đứng phụ thuộc rất 
nhiều vào điều kiện địa chất và địa hình của khu 
vực. Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào 
tháng 8 năm 2008, thành phố Hà Nội có diện 
tích 3.328,9 km
2
 và dân số theo thống kê năm 
2014 là 6.996.000 ngƣời. Mật độ dân số của 
thành phố Hà Nội là 2.087 ngƣời/km2 (theo 
https://vi.wikipedia.org/wiki/Hà_Nội).Thông 
thƣờng thành phố từ 1 triệu dân trở lên là đã yêu 
cầu cần có giao thông ngầm. Với quy mô thành 
phố nhƣ hiện nay, việc xây dựng hệ thống giao 
thông ngầm nói chung và giếng đứng nói riêng 
là thực sự cần thiết và cấp bách. 
2.TỔ HỢP THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA THI 
C NG GIẾNG ĐỨNG VSM 8000 
Tổ hợp thiết bị cơ giới thi công giếng đứng 
VSM 8000 sử dụng thiết bị cơ giới để cắt phá 
đất đá tại gƣơng giếng đứng, có thể thi công 
giếng có đƣờng kính lên đến 8,0 m [1]. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 3 
Hình 1: Thiết bị đào giếng VSM8000 
Thiết bị đào giếng bao gồm hai thành phần 
chính: bộ phận khoan phá và bộ phận hạ chìm 
giếng (hình 1). Bộ phận hạ chìm giếng đƣợc neo 
chắc chắn vào nền móng trên bề mặt giếng. Bên 
trên nền móng các dạng vòng đốt đƣợc lắp ghép 
nhờ sự trợ giúp của cần cẩu và kích ép. Các xi 
lanh đẩy đƣợc lắp ráp trên bộ phận hạ chìm, đẩy 
các tấm đƣợc liên kết theo phƣơng thẳng đứng 
theo hƣớng đào giếng bằng bƣớc đào định sẵn. 
Bộ phận khoan đào giếng đƣợc lắp đặt ở ô 
đào giếng thứ nhất và đƣợc gá vào cơ cấu dẫn 
tiến (hình 2). 
Đốt giếng đầu tiên đƣợc đúc bằng bê tông, có 
cấu tạo đặc biệt và đƣợc hạ vào ô đào giếng thứ 
nhất bằng cần cẩu. 
Để chống lại áp lực nƣớc ngầm và tránh sự 
lầy lún, nƣớc ngầm xâm nhập vào giếng trong 
lúc xây dựng việc khai đào gƣơng giếng đƣợc 
thực hiện trong nƣớc. 
Đất đá đƣợc phá vỡ bởi một cần cắt có thể 
xoay 190
o
 theo cả hai hƣớng và đƣợc vận 
chuyển lên trạm thu hồi sản phẩm thông qua hệ 
thống ống hút. 
Để giảm ảnh hƣởng của giếng đứng đến các 
công trình xây dựng xung quanh và ngƣợc lại 
thì việc xác định phạm vi ảnh hƣởng của giếng 
đứng là rất cần thiết. Trên cơ sở đó để xác định 
kết cấu vỏ giếng phù hợp. Vỏ giếng thi công 
theo tổ hợp đào giếng VSM8000 chủ yếu là 
dạng kết cấu lắp ghép. 
Vỏ giếng là những miếng bê tông đƣợc đúc 
sẵn đảm bảo yêu cầu về độ bền để có thể chịu 
đƣợc các tải trọng, lực tác động xuất hiện trong 
quá trình xây dựng và sử dụng. Ngoài ra cấu 
trúc vỏ giếng cần phải đảm bảo tính kinh tế, số 
lƣợng miếng cấu kiện trong một đốt vòng giếng 
là nhỏ nhất, đảm bảo chống thấm và khả năng 
chịu nhiệt. 
Hình 2: Bộ phận khai đào giếng được gá 
 vào cơ cấu dẫn tiến 
MT ®Êt ®¸
§èt BT l¾p ghÐp dµy 40cm
Líp BT lÊp chÌn dµy 10cm
a) b)
D=
8m
Líp BT lÊp chÌn dµy 10cm
§èt BT l¾p ghÐp dµy 40cm
MT ®Êt ®¸
R=
4m
Bªt«ng M300
Bªt«ng M300
Hình 3: Mặt cắt ngang giếng đứng 
a- Vỏ giếng mặt cắt hình tròn; 
b- Vỏ giếng mặt cắt hình vuông. 
3. MÔ HÌNH TÍNH 
a. Cấu tạo và các đặc trưng hình học 
Bài báo sẽ thực hiện phân tích kết cấu vỏ 
giếng có kích thƣớc phù hợp với các loại tiết 
diện thi công cho hệ thống tàu điện ngầm ở Hà 
Nội và TP. Hồ Chí Minh (hình 3). 
- Xét một giếng đứng có độ sâu H, giếng tròn 
có 
0R - bán kính trong vỏ giếng, 1R - bán kính 
ngoài vỏ giếng, giếng vuông có chiều dài cạnh 
là a, chiều dài đƣờng chéo là D. 
- Kết cấu công trình tiếp xúc liên tục với môi 
trƣờng đất đá. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 4 
q
3
q
2
q
1
q
3
q
2
q
1
q
d
H
 (
m
)
Líp 1
SÐt
Líp 2
SÐt pha
Líp 3
C¸t
R 0
R 1
h1
h2
h3
d 1
d 2
Hình 4: Mô hình phân tích tương tác đàn dẻo 
kết cấu vỏ giếng và môi trường đất đá 
b. Điều kiện địa chất 
Với các thông số đầu vào: bê tông mác 
300; chiều dày vỏ giếng d =0,5m; chiều sâu 
giếng H=30m; đƣờng kính giếng mặt cắt hình 
tròn D1=8,0m; đƣờng chéo giếng mặt cắt hình 
vuông D2=8,0m. Điều kiện địa chất đƣợc thể 
hiện trên bảng 1. 
Bảng 1: Địa chất tại khu vực Hà Nội 
STT 1 2 3 
Tên lớp đất 
Lớp 1- 
Sét 
Lớp 2- 
Sét pha 
Lớp 3-
Cát 
STT 1 2 3 
Thông số Đơn vị 10m 10m 30m 
g [kN/m
3
] 18,8 19.2 19,1 
gđn [kN/m
3
] 19,2 19.5 19,6 
ef
50
rE [kN/m2] 5555 4347 7500 
efr
oedE [kN/m
2
] 5555 4347 7500 
ef
ur
rE [kN/m2] 16665 13041 22500 
c [kN/m
2
] 42 30 0,1 
 [ ° ] 9 10 27 
 [ ° ] 0 0 0 
ur [ - ] 0,2 0,2 0,2 
efrp [kN/m2] 100 100 100 
m [ - ] 0,5 0,5 0,5 
R_inter [ - ] 1 1 1 
4. THỰC HIỆN TÍNH TOÁN 
Các phần tính toán dƣới đây đƣợc thực hiện 
bằng chƣơng trình tính Plaxis2D và Plaxis3D 
cho bài toán cụ thể với các số liệu đã cho trên 
đây với mặt cắt hình tròn và mặt cắt hình vuông 
trong điều kiện đất nền khu vực Hà Nội thi công 
theo công nghệ VSM8000 và kết quả tính theo 
phƣơng pháp giải tích để so sánh. 
a. Kết quả tính toán cho giếng tròn theo 
Plaxis3D (bảng 2) 
Bảng 2: Nội lực và chuyển vị của giếng tròn tính theo Plaxis3D 
Y N_1 M_11 M_22 U_x U_y U_z 
[m] [kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [m] [m] [m] 
-30 -530,538 96,929 21,867 -7,95E-05 0,024392 -7,01E-05 
-27.5 -528,28 11,947 4,918 -0,00022 0,024309 -0,00033 
-25 -503,706 32,141 8,174 -0,00038 0,024269 -0,00062 
-22.5 -423,956 2,935 1,122 -0,00015 0,0242 -0,00026 
-20 -352,104 14,553 2,826 -0,0003 0,024144 -0,00052 
-17.5 -298,612 2,649 0,473 -0,00018 0,02412 -0,00034 
-15 -237,428 2,550 1,043 -0,00019 0,0241 -0,00037 
-12.5 -196,425 0,724 0,081 -0,0001 0,024088 -0,00024 
-10 -155,422 -1,102 -0,881 -7,99E-05 0,024077 -0,00022 
-7.5 -112,572 -0,090 -0,932 -2,69E-05 0,024071 -0,00015 
-5 -73,9345 -0,757 -1,738 2,21E-05 0,024065 -9,46E-05 
-2.5 -39,0033 -0,768 -1,587 6,45E-05 0,024061 -4,53E-05 
0 -4,07221 -0,778 -1,435 0,000129 0,024057 4,17E-05 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 5 
Momen M11 Momen M22 Chuyển vị Ux Chuyển vị Uz 
Hình 6: Momen và chuyển vị giếng tròn theo mô hình 3D 
b. Kết quả tính toán cho giếng tròn theo Plaxis2D (bảng 3) 
Momen 
Chuyển vị Ux 
Hình 7: Biểu đồ momen và chuyển vị cho giếng tròn theo mô hình 2D 
Bảng 3: Nội lực và chuyển vị của giếng tròn tính theo Plaxis2D 
X Y N M_max M_min U_x U_y 
[m] [m] [kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [m] [m] 
4 -30 -913,23 651,628 0 -0,0001135 0,024986 
4 -27,5 -822,-33 0 -46,634 -0,00027809 0,02488 
4 -25 -736,525 0 -0,68992 -0,00031581 0,024823 
4 -22,5 -657,968 2,097645 0 -0,00026612 0,024778 
4 -20 -586,981 0 -2,67082 -0,00026293 0,024743 
4 -17,5 -520,574 0,567945 -1,89112 -0,00027482 0,024721 
4 -15 -452,99 0,166581 0 -0,00023341 0,0241 
4 -12,5 -385,795 0,308418 -0,02114 -0,0001916 0,024705 
4 -10 -318,129 0,438612 -0,38071 -0,00015416 0,024682 
4 -7,5 -243,052 0,083229 -0,01217 -0,00011201 0,024675 
4 -5 -163,809 0,148969 -0,65538 -6,8193E-05 0,02467 
4 -2,5 -81,1609 0,121721 -1,81734 -1,6833E-05 0,024667 
4 0 -0,75256 1E-12 -8E-12 1,7146E-05 0,024664 
c. Kết quả tính toán cho giếng vuông theo Plaxis3D (bảng 4) 
Bảng 4: Nội lực và chuyển vị giếng vuông tính theo Plaxis3D 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 6 
Y N M_11 M_22 U_x U_y U_z 
[m] [kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [m] [m] [m] 
-30 -1388,89 314,1294 -2,3499 -6,52E-05 0,009826 -4,45E-07 
-27.5 -747,227 -66,2132 -374,815 -0,00182 0,00967 -1,70E-06 
-25 -105,56 -446,556 -747,281 -0,00306 0,009623 -2,73E-06 
-22.5 -472,054 -127,828 -618,067 -0,0027 0,009571 -3,66E-06 
-20 -440,554 -147,435 -556,502 -0,00255 0,009523 -4,53E-06 
-17.5 -307,159 -96,1999 -509,579 -0,00232 0,009498 -5,33E-06 
-15 -288,713 -100,332 -473,662 -0,00215 0,009473 -6,04E-06 
-12.5 -238,43 -78,4075 -387,427 -0,00175 0,009451 -6,67E-06 
-10 -188,158 -56,4828 -301,192 -0,00138 0,009433 -7,25E-06 
-7.5 -140,575 -43,3363 -223,347 -0,00102 0,009419 -7,83E-06 
-5 -93,2127 -26,5493 -144,806 -0,00068 0,009409 -8,42E-06 
-2.5 -43,2855 -14,3946 -77,7908 -0,00036 0,009403 -9,01E-06 
0 5,885301 1,013233 -10,1931 -6,81E-05 0,009401 -9,62E-06 
Momen M11 
Momen M22 
Chuyển vị Ux 
Chuyển vị Uz 
Hình 8: Momen và chuyển vị của giếng vuông theo mô hình 3D 
Bảng 5: Nội lực và chuyển vị lớn nhất của giếng tròn 
Giếng tròn tính theo Plaxis3D Giếng tròn tính theo Plaxis2D 
N_1max M_11max M_22max U_xmax U_ymax U_zmax Nmax Mmax U_xmax U_ymax 
[kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [mm] [mm] [mm] [kN/m] [kNm/m] [mm] [mm] 
530,538 96,9292 22,0078 0,767 24,52 0,738 913,23 651,628 0,34 24,99 
H=30m H=30m H=30m H=25m H=30m H=25m H=30m H=30m H=26.25m H=30m 
Bảng 6: Nội lực và chuyển vị lớn nhất của giếng vuông 
Giếng vuông tính theo Plaxis3D 
N_1max M_11max M_22max U_xmax U_ymax U_zmax 
[kN/m] [kNm/m] [kNm/m] [mm] [mm] [mm] 
1388,89 314,129 687,884 3,07 9,83 3,06 
H=30m H=30m H=30m H=25m H=30m H=25m 
d. Kết quả tính theo phương pháp giải tích (bảng 7) 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 7 
Việc tính áp lực lên khung-vỏ chống dựa 
theo cơ sở lý thuyết tƣờng chắn đất. Theo 
Protodiaconov, áp lực tác dụng lên khung vỏ 
chống là áp lực chủ động, đƣợc xác định gần 
đúng cho toàn bộ chiều dài giếng là: 
2
90
..
0
2  tgzP 
Trong đó: : dung trọng trung bình của khối 
đá quanh giếng. 
 : góc ma sát ảo trung bình. 
z: độ sâu kể từ mặt đất đến đáy giếng. 
Hình 9: Mô hình tính kết cấu giếng thông thường 
Ngoại lực tác dụng lên kết cấu vỏ giếng 
thuần túy chỉ có áp lực phân bố đều của đất đá 
xung quanh khoang giếng. Trong trƣờng hợp 
này nội lực trong kết cấu vỏ giếng chỉ có lực 
dọc N đƣợc tính bởi: 
N=P*R 
Trong đó: P - là áp lực phân bố đều xung 
quanh khoang giếng tròn; 
R - là bán kính của giếng (R=4m). 
Bảng 7: Nội lực kết cấu vỏ giếng 
theo phƣơng pháp giải tích 
TT 
Tên 
lớp 
đất 
Chiều 
dày(m) 
 
(kN/m3) 
(độ) 
Áp lực 
đất 
(kN/m2) 
Lực dọc 
(kN/m) 
1 Sét 10 18,8 9 137,137 548,548 
2 
Sét 
pha 
10 19,2 10 272,322 1089,288 
3 Cát 10 19,1 27 344,047 1376,188 
5. CÁC NHẬN XÉT 
Từ kết quả bài toán cụ thể ta có nhận xét sau: 
- Ở cả 3 mô hình momen và lực dọc đều tăng 
dần theo chiều sâu và đạt giá trị lớn nhất tại độ 
sâu h=30m. 
- Với bài toán giếng tròn theo mô hình 3D có 
M_11max = 96,9292 kNm/m và M_22max = 
22,0078 kNm/m, bài toán giếng vuông theo mô hình 
3D có M_11max = 314,129 kNm/m và M_22max = 
687,884 kNm/m. Nhƣ vậy ta thấy nội lực mặt cắt 
giếng hình vuông lớn hơn mặt cắt giếng tròn. 
- Chuyển vị của giếng mặt cắt hình vuông và 
giếng mặt cắt tròn theo mô hình 3D đều đạt giá 
trị lớn nhất tại độ sâu h=25m. Cụ thể với bài 
toán giếng tròn có U_xmax = 0,767 mm và 
U_zmax = 0,738 mm, bài toán giếng vuông có 
U_xmax = 3,07 mm và U_zmax = 3,06 mm. 
Nhƣ vậy ta thấy chuyển vị của giếng vuông lớn 
hơn so với giếng tròn. 
- Với bài toán giếng tròn theo phƣơng pháp 
giải tích có Nmax = 1376,188 kN/m. Theo mô 
hình 2D có Mmax = 651,628 kNm/m, Nmax = 
913,23 kN/m. Theo mô hình 3D có M_11max = 
96,9292 kNm/m,, M_22max = 22,0078 
kNm/m, Nmax = 530,538 kN/m. Nhƣ vậy nội 
lực bài toán giếng tròn theo phƣơng pháp giải 
tích lớn hơn so với bài toán giếng tròn theo mô 
hình 2D và nội lực bài toán theo mô hình 2D lớn 
hơn so với mô hình 3D. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2016 8 
6. KẾT LUẬN 
- Giếng đứng mặt cắt ngang hình tròn có độ 
bền vững, độ ổn định - phù hợp với quy luật 
thực tế cao hơn so với mặt cắt giếng hình 
vuông. Hiện nay, mặt cắt giếng đứng hình tròn 
đƣợc sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng 
công trình ngầm. Có thể kể tới một số hãng 
chuyên sản xuất tổ hợp đào giếng đứng mặt cắt 
giếng hình tròn nhƣ ―Herenknecht‖ của Đức, 
―Dosko Overseas Engineering Ltd‖ của Anh, 
―Bennett Asociates Ltd‖ của Anh. 
- Nội lực và chuyển vị của bài toán giếng 
tròn theo Plaxis3D cho kết quả phù hợp với quy 
luật và số liệu đo đạc thực tế hơn so với bài 
toán giếng tròn theo Plaxis2D và theo phƣơng 
pháp giải tích. Nhƣ vậy nên dùng Plaxis2D để 
thiết kế sơ bộ còn Plaxis3D để thiết kế kỹ thuật 
nhƣ khuyến cáo của nhiều tác giả trên thế giới. 
- Các kết quả trên đây, tiếp theo, sẽ đƣợc 
nghiên cứu toàn diện hơn để có thể vận dụng tính 
toán thiết kế giếng phục vụ cho quá trình nghiên 
cứu và thi công các công trình đạt hiệu quả. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. GS. TS Võ Trọng Hùng (2012), Thi công 
giếng đứng, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và 
Công nghệ. 
2. GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng (2002), Cơ học đá 
và tương tác hệ kết cấu công trình ngầm môi 
trường đất đá, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân. 
3 GS.TS Đỗ Nhƣ Tráng (1997), Áp lực đất 
và tính toán kết cấu công trình ngầm, Giáo trình 
Công trình ngầm, Học viện kỹ thuật quân sự. 
4. PGS. TS Đỗ Văn Đệ (2012), Phần mềm 
Plaxis 3D Foundation ứng dụng vào tính toán 
móng và công trình ngầm, Nhà xuất bản Xây dựng. 
5. Ladanyi, B. 1974. Use of the long-term 
strength concept in determination of ground 
pressure on tunnel linings. Proc. 3rd Int. Cong. on 
Rock Mech. 1150-56. Nat. Acad. Sci: Washington. 
6. Windsor, C.R.& Alan G. Thompson.1998. The 
design of shotcrete linings for excavations created 
by drill and blast methods. Proc. 1998 Aust. 
Shotcrete Conf., IBC Conferences: Sydney. 
Người phản biện: GS. TS ĐÕ NHƢ TRÁNG