Phân tích xu hướng biến dạng nền đất do đào hầm bằng mô hình kiểm soát chuyển vị (DCM)

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.