Đồ án môn học thiết kế hầm giao thông

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HẦM GIAO THÔNG


SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
số thứ tự: n=22
sơ đồ mặt cắt dọc hầm:
- Sơ đồ trắc dọc 6
- Loại hầm : Đường ôtô khổ K9.5 cao 5.0m với một đường bộ hành
- Chiều dài tuyến hầm : L=200+5

n = 200+5.22= 310m
L
2
=0.002

(300-n)

L=0.002

(300-22)

310=172.4(m)
L
A
=22(m)
L
B

=5(m)
L
1
=L-(L
2
+L
A
+L
B
) = 310 –(172.4+22+5)=130.6 (m)
Dạng địa chất :2

L
ớ
p ph
ủ

l
ớ
p 1

l
ớ
p 2

l
A

l
B

Lo
ạ
i đ
ấ
t đá

f

3
( / )
T m


lo
ạ
i đ
ấ
t đá

f

3
( / )
T m


22

5

Đô lô mít

6
-
8

2.4








Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 2

Khổ hầm K9.5 ôtô cao 5.0m, một đường bộ hành
Kích thước ghi bằn mm


YÊU CẦU NỘI DUNG ĐỒ ÁN:
- Lên trắc dọc của tuyến hầm, xác định được chiều dài của hầm
- Thiết kế mặt cắt ngang của hầm và mặt cắt vỏ hầm ( vỏ hầm tường cong)
- Tính toán loại kết cấu vỏ hầm ứng với lớp địa chất 1
- Đề xuất phương án thi công hầm.
- Lựa chọn thiết bị thi công chủ yếu cho hầm ( khoan, xúc, chuyển, xây vỏ )
- Tính các thông số nổ mìn và lập hộ chiếu khoan nổ mìn cho một gương đào

- Tính toán và lập hộ chiếu gia cố chống tạm
- Lập biểu đồ chu kì đào
YÊU CẦU BẢN VẼ THUYẾT MINH:
Phần thuyết minh:
- Toàn bộ nội dung trên được thể hiện trên thuyết minh bằng sơ đồ tính toán
kèm theo giải thích
- Các sơ đồ vẽ trên giấy thể hiện đúng tỷ lệ, kích thước
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 3

Phần bản vẽ:
- Trắc dọc tuyến hầm tỷ lệ ngang 1/2000(hoặc 1/5000) tỷ lệ đứng 1/1000 (
hoặc 1/500)
- Sơ đồ mặt cắt ngang của hầm tỷ lệ 1/50 có bố trí các thiết bị thông gió( nếu
có), thoát nước, kết cấu mặt đường
- Biểu đồ nội lực (M ; N) trong kết cấu vỏ hầm
- Sơ đồ thi công hầm tỷ lệ 1/100
- Các mặt cắt ngang của sơ đồ thi công, thể hiện các công tác chủ yếu
- Một hộ chiếu khoan nổ mìn
- Một hộ chiếu gia cố chống tạm
- Biểu đồ chu kì đào








CHƯƠNG I: THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG HẦM

I,THIẾT KẾ TRẮC DỌC HẦM:
1, Xác định các thông số của tuyến hầm:
Tuyến đi qua hai điểm A, B có cùng cao độ tự nhiên, xuyên qua 3 lớp địa chất khác
nhau, khoảng cách giữa hai điểm L
AB
=310m. Do hai điểm đầu và cuối cùng cao
độ nên ta sẽ thiết kế hầm hai hướng dốc nhằm đảm bảo cho quá trình thoát nước thi
công khi thi công hầm theo chiều xuống dốc, đảm bảo sức khoẻ của công nhân, tuy
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 4

nhiên nó cũng gây khó khăn cho việc thông gió tự nhiên, tuy nhiên với tuyến hầm
với chiều dài L
AB
= 310m thì vẫn có thể được tận dụng việc thông gió tự nhiên
2, Thiết kế trắc dọc:
- độ dốc dọc trong hầm phải thoả mãn điều kiện i
max


4%, i
min
=0.4%
- Để đảm bảo cao độ giữa hai điểm đầu tuyến và cuối tuyến ta sẽ thiết kế
tuyến hầm hai hướng dốc, độ dốc dọc thiết kế chọn là i=0.4%
Ta có trắc dọc hầm chi tiết như hình vẽ:


Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 5

II,THIẾT KẾ TRẮC NGANG HẦM:
1, Thiết kế khuôn trong của vỏ hầm:
Khi chọn khuôn trong của vỏ hầm cần tuân thủ một số nguyên tắc sau:

- Hình dạng trục vòm phải trơn tru, liên tục vì đường gấp khúc sẽ làm cho
đường cong áp lực và trục kết cấu tách rời, gây bất lợi về mặt chịu lực cho
hầm cũng như kiến trúc hầm
- Hầm núi chịu áp lực thẳng đứng là chủ yếu nên có thể chọn vòm một tâm,
hoặc hai tâm có tường thẳng hay vòm 3 tâm , trong đó độ cong ở đỉnh vòm
là lớn nhất, độ cong tường là nhỏ nhất.
- Tường cong
- Khuôn trong của vỏ hầm nên chọn đối xứng thuận lợi cho thi công
- Khuôn trong của vỏ hầm phải có cự ly an toàn. Cự ly này tùy loại địa tầng
có thể chọn từ 10-15cm để đề phòng trường hợp có sai số trong quá trình
đào hầm
- Ta có trắc ngang hầm như hình vẽ
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 6

-

2, Thiết kế khuôn ngoài của vỏ hầm và bố trí đáy hầm:
Cơ sở chủ yếu để chọn các kích thước cơ bản của tiết diện vỏ hầm là: Kinh
nghiệm thiết kế, tham khảo tài liệu thiết kế
Phần đáy hầm bao gồm kiến trúc phần trên của tuyến đường, lát đáy hoặc là dùng
vòm ngược, Trong nội dung đồ án này ta không thiết kế phần vòm ngược
A. KÍCH THƯỚC HẦM VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
Do hầm tường cong nên ta sẽ không tính với lớp địa chất đá gốc với hệ số
kiên cố f=6-8 mà ta sẽ tính toán với lớp địa chất xấu là lớp phủ với các

thông số cơ bản sau:
- Hệ số kiên cố chọn f=2
- Trọng lượng riêng của lớp đất đá
2.4


3
( / )
T m

- Góc nội ma sát
0
arctg(f)=63.4





Bêtông mác 200 có các chỉ tiêu:

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 7

-
Modyun đàn hồi : E=2.4x 10
4
(MPa)

-
Cường độ chịu nén : R

n
= 9 (MPa)

-
Cường độ chịu kéo : R
k
=0.75 (MPa)

Góc nội ma sát

= arctangf = arctang2 =
63.5
o

Vậy chiều cao vòm áp lực được tính toán thông qua sơ đồ sau:
B,TÍNH TOÁN VỎ HẦM:

Nguyên tắc tính toán: Tính toán cho 1m dài hầm dựa trên:
- Nguyên lý cộng tác dụng
- Thiết biến dạng cục bộ của Winkler
Vì kết cấu tường cong trong địa tầng yếu sơ đồ tổng quát nhất để tính toán vỏ
hầm là: Vòm chịu áp lực thẳng đứng, áp lực nằm ngang, kháng lực đàn hồi vuông
góc với mặt ngoài của vỏ hầm và lực ma sát của nó
Chia vỏ hầm thành 15 đốt chiều dài mỗi đốt được xác định bằng Autocad
Ta có các đặc trưng tiết diện như hình vẽ

I, TÍNH TOÁN VỎ HẦM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG:
1.Xác định các giá trị của tải trọng chủ động:
Tải trọng chủ động tác dụng lên kết cấu bao gồm áp lực địa tầng thẳng đứng và
nằm ngang, trọng lượng bản thân kết cấu (bỏ qua các tải trọng khác)

a, Áp lực địa tầng thẳng đứng tác dụng lên kết cấu vỏ hầm :
Do hầm được thiết kế qua núi nên áp lực địa tầng thẳng đứng sẽ được áp dụng theo
nguyên lý tạo vòm Protodiakonov
Với các thông số đầu vào bao gồm:
Chiều rộng hang đào B= 14m.
Chiều cao toàn hâm H = 8.8m
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 8

Hệ số kiên cố f=2 ->
Vậy chiều cao của vòm áp lực là
vậy ta có
1 (45 ) 7 8.8 13.25 9.07( )
2
o o
b b h tg tg m

       

Chiều cao vòm áp lực
1 9.07
1 4.535( )
2
b
h m
f
  

Vậy áp lực địa tầng tính toán thẳng đứng tác dụng lên kết cấu vỏ hầm là
2

1 1.5 2.4 4.535 16.326( )
e
T
q n h
m

     

Áp lực địa tầng nằm ngang tác dụng lên kết cấu vỏ hầm là
2
1 1 13.25 1.5 2.4 4.535 13.25 3.84( )
o o
e
T
e n h tg tg
m

        
2
2 ( 1 ) 13.25 1.5 2.4 13.335 13.25 11.3( )
o o
e
T
e n h h tg tg
m

         

Với
e

n
được gọi là hệ số vượt tải của kết cấu
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 9


b, Trọng lượng bản thân kết cấu: Bê tông có tỷ trọng riêng là
b

= 2.4(T/m
3
)
Mô hình hóa toán bộ kết cấu vào trong chương trình SAP2000 để tìm ra biểu đồ
nội lực tác dụng lên kết cấu

II. Kiểm toán tiết diện:
Ta kiểm tra tất cả các tiết diện tính toán
Công thức kiểm tra về điều kiện làm việc của bê tông theo lệch tâm lớn:
1.75
6 1
k
gh
R b d
N m
e
d
 
  
 

Công thức kiểm tra về điều kiện làm việc của bê tông theo độ lệch tâm bé:
2
2
n
gh
R d
N m
d e

 
 

Trong đó :
1.75 là để xét đến khả năng tăng cường chịu lực của tiết diện do phát triển sự biến
dạng dẻo trong
d: Chiều dày của vỏ hầm tại các tiết diện
b: b=1m chiều dài của hầm
R
k
: Khả năng chịu kéo của bê tông; R
k
= 75T/m
2

m: Hệ số điều kiện làm việc; m=0.9
e : Độ lệch tâm, được xác định theo công thức
i
i
i
M

e
N


Nếu 0.225d
i
< e
i
kiểm tra theo lệch tâm lớn
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 10

Nếu 0.225d
i
> e
i
kiểm tra theo lệch tâm bé
Ta sẽ kiểm tra theo điều kiện N
o
<N
gh
Nếu thỏa mãn thì tiết diện đó đạt

PHẦN II, TỔ CHỨC THI CÔNG HẦM

I,Chọn phương pháp thi công:
Chọn phương pháp thi công là khâu quan trọng quyết định tới tiến độ, chất lượng
và giá thành của công trình hầm cũng như tất cả mọi công trình khác
Với lớp địa chất là lớp phủ, ta áp dụng phương pháp đào bậc thang, sử dụng neo và
bêtông phun, chiều dài đoạn thi công là L=310m

II, Chọn thiết bị thi công:
1. Chọn thiết bị xúc bốc, vận chuyển
Hầm có tiết diện lớn là S
tk
=92.02m
2
>50m
2
; bề rộng hang là B=14.0m
Ta sẽ thiết kế thi công hầm theo phương pháp đào bậc thang, đào vòm trước tường
sau.
Chọn máy xúc bốc tay vơ
4


Hb
có các đặc trưng thông số kỹ thuật
- Kích thước hang đào tối thiểu : Rộng 4m, cao 3m.
- Năng suất kỹ thuật :6m
3
/ phút
- Diện xúc bốc : 2.7m

Đất đá trong quá trình đào được vận chuyển ra ngoài bằng ô tô
5033

MA
có các
thông số kỹ thuật sau:

- Tải trọng : 7 tấn
- Dung tích thùng xe : 4m
3

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 11

- Kích thước (dài

rộng

cao ) : 5.92

2.5

2.7 (m)
- Chiều cao thùng xe: 1.95 m
- Góc nghiêng lớn nhất của thùng xe: 55
o

- Bán kính của vòng quay xe :7.5m
- Động cơ Diezen
- Công suất 180 mã lực
- Tốc độ chạy tối đa trong hầm là 15km/h
- Thời gian nâng thùng xe để đổ là 30 giây
- Thời gian hạ thùng xe sau khi đổ là 30 giây
- Trọng lượng 14 tấn
2, Chọn máy khoan:
Với các thông số và các biện pháp lựa chọn thi công ở trên, kích thước hang đào
không thể mở rộng quá lớn. Mặt khác địa chất bên trong hầm là lớp phủ với hệ số

kiên cố f=2, do đó ta dùng máy khoan Bomer 352 có các thông số:


Số lượng máy khoan : 2 cái do kích thước hang đào lớn
a, Các cụm thiết bị chính :
- Đầu khoan 2x COP 1238 ME
- Cần khoan 2x BUT 35
- Xe di chuyển DC26
b, Đầu búa khoan:
- Công suất 15KW
- Áp suất thủy lực 250 Bar
- Lưu lượng dầu bôi trơn 5 l/s
- Lưu lượng nước 0.8 l/s
- Tốc độ quay 0-300 vòng/ phút
- Mô men quay 500 Nm
- Trọng lượng 151 Kg
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 12

c, Cần nâng cần khoan khoan But 35:
- Hành trình xi lanh 1600 mm
- Góc nghiêng lớn nhất 70
0

- Góc quay lớn nhất 45
0

- Trọng lượng 2700Kg
d, Xe di chuyển :
- Kí hiệu xe Atlascopco DC26

- Kí hiệu động cơ diesel DEUTZ BF6L 931
- Công suất 147 HP
- Vận tốc 2300 vòng/phút
- Tốc độ di chuyển lớn nhất 16 Km/h
- Độ dốc max 1:4
- Loại lốp 14.00 R24 XKA D2
e, Hệ thống điện:
- Tổng công suất 100 KW
- Điện áp 380-1000 V
- Tần số 50-60 Hz
- Động cơ bơm 2x 45 KW
f, Cần dẫn hướng mũi khoan :
- Kí hiệu BMH 6316
- Tổng chiều dài 6490 mm
- Độ sâu lỗ khoan 4640 mm
- Độ mở rộng lớn nhất của cần dẫn hướng 1800 mm
- Lực khoan 20 KN
- Trọng lượng đầu búa khoan 640 Kg
g, Kích thước và trọng lượng:
- Chiều cao 3100 mm
- Chiều rộng 2500 mm
- Chiều dài 14350 mm
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 13

- Bán kính quay:
+ Ra ngoài :7100 mm
+ Vào trong 4400 mm
- Tổng trọng lượng 27000 Kg
- Đường kính lỗ khoan


45
- Diện tích mặt cắt ngang lớn nhất 90 m
2


3, Trình tự thi công một chu kì đào:
Được thực hiện theo các bước sau:
- Xác định chính xác vị trí chính xác lỗ khoan trên gương đào
- Khoan lỗ mìn
- Nạp thuốc nổ vào lỗ khoan và gây nổ
- Thông gió sau khi nổ mìn
- Tiến hành xúc bốc vận chuyển
- Chống tạm đưa gương về trạng thái an toàn
- Tiến hành các công tác phụ
III, TÍNH TOÁN VÀ LẬP HỘ CHIẾU KHOAN NỔ :
1, Chọn các thông số khoan nổ mìn :
a, loại thuốc nổ:
Loại thuốc nổ được chọn cho từng loại lỗ mìn : với diện tích hang đào 92.02 m
2
ta
tiến hành thi công theo phương pháp bậc thang dưới, công tác thi công phần trên
và dưới được tiến hành đồng thời với cự ly công tác từ 25- 50 m, chọn cự ly công
tác là 25 m
Diện tích phần trên là 53.43 m
2
; diện tích phần dưới là 38.59 m
2

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 14


Thuốc nổ được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng hầm là thuốc nổ ( hỗn hợp
của Nitrat amon tinh thể 79 – 85% với thuốc nổ trotyl dạng bột 5 – 21% và các
thành phần khác như bột nhôm, mùn gỗ ); Nó an toàn và kinh tế. Thuốc nổ Amonit
nén N
0
6
và đặc biệt là thuốc nổ cứng
N
0
1 có tính ổn định chịu nước và tính phá nổ
cao không thua kém gì các loại thuốc nổ mạnh
- Với lỗ mìn đột phá và lỗ mìn đáy : Chọn thuốc nổ Amonit N
0
1 , có dạng
thỏi
- Lỗ mìn loại phá dung thuốc nổ AmonitN
0
6

B
có dạng thỏi
- Lỗ mìn biên dùng loại thuốc nổ Amonit N
0
20

B

có dạng thỏi
- Lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị q
0
xác định theo bảng cho loại thuốc
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 15

Amonit N
0
6

Bvới f=2 có trị số q
0
= 0.65 kg/m
3
; Ta thấy phần trên gương
đào có diện tích S= 53.43 m
2

50 m
2
nên hệ số

=1.0
Vậy q
0
= 0.65 kg/m
3

Các kíp nổ sử dụng là loại vi nổ chậm với 6 mức vi chậm ( từ 0 đến 250 ms )

b, Bước đào và chiều sâu khoan :
với hệ số kiên cố f =2-4, chọn bước đào W=1.0 đến 1.5m; để tăng nhanh tín
độ thi công ta chọn bước đào W =l
0
=1.5m; Chiều sâu lỗ mìn l được xác
định trên cơ sở của 3 yếu tố sau
- Theo độ ổn định của nóc hang đào:

0
1.5
1.67( )
0.9
l
l m

  

Trong đó

= 0.8 - 0.95 là hệ số sử dụng mìn, chọn

=0.9
Vậy chọn l=1.7m.
- Theo mức độ cơ giới hóa thi công: l= 2.0 – 2.5m khi dùng máy khoan loại
nhẹ, bốc đá bằng cơ giới
- Theo điều kiện tổ chức thi công hợp lý : Chiều sâu khoan xác định sao cho
thời gian khoan của một chu kì đào là bội số của của một ca kíp làm việc, vì
chiều sâu khoan quyết định đến khối lượng công việc của một chu kì đào.
Để quá trình tính toán được đơn giản ta chọn l =1.7 m
c, Dạng đột phá :

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 16

sử dụng dạng đột phá nêm đứng với góc nghiêng

=70
0

phương pháp nổ mìn là nổ mìn tạo biên vi sai, sử dụng kíp nổ vi chậm với 6
mức từ 0 – 150 ms
2, Tính toán và bố trí lỗ mìn trên gương đào :
a, Số lượng lỗ mìn :
số lượng lỗ mìn được tính theo công thức:
0 0
1
2
0 1 3
11 '
'
P q SP
N S
a a d k k


   
   

Trong đó :
- P
0

: Chu vi của hang đào phần trên ( không kể đáy ), P
0
= 32.79 m
- a
0
: Khoảng cách các lỗ mìn tạo biên, tra bảng với hệ số kiên cố f =2 ta có
a
0
= 0.65 m
- P
1
: Bề rộng hang đào, P
1
= 14.0 m
- a
1
: Khoảng cách các lỗ mìn đáy; a
1
= ( 0.4 – 0.5 )W (m)
với bước đào W = 1.5m, ta có a
1
= ( 0.6 – 0.75) m, ta chọn a
1
= 0.7m
- q
0
: lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị; q
0
= 0.65 kg/m
3

- S’ : Diện tích tiết diện hang đào su khi đã trừ đi phần phá nổ bằng các lỗ mìn
biên. Để xác định S’ ta phải xác định đường kháng của lỗ mìn biên W
b

Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 17

0
b
0.65
W (0.72 0.81)
0.8 0.9
a
m
m
   


m: Hệ số hiệu chỉnh; m=0.8 – 0.9 đối với đá có hệ số kiên cố f =2 là loại đá
mềm. Vậy chọn W
b
= 0.75 m
ta bố trí lỗ mìn biên cách chu vi hang đào là 0.15 m. Vậy S’ là phần diên tích
của phần nằm bên trong hang đào có chu vi cách chu vi hang đào một đoạn
là W
b
+ 0.15 = 0.75+0.15 = 0.9 m
Vậy qua phần mềm Autocad ta đo được S’=39.17 m
2

- d: Đường kính thỏi thuốc; d =3.6 cm
- k
3
: Hệ số lấp đầy lỗ mìn lấy theo hệ số kiên cố; với f =2 ta lấy k
3
=0.6
-

: Độ chặt của thuốc nổ, với thuốc nổ N
0
6


B thì

= (1.0 – 1.15); Chọn

= 1.1 g/cm
3

-
k

: hệ số kể đến sự lèn chặt thuốc nổ,
k

= ( 1.05 – 1.15 ) ta chọn

k


= 1.05
Thay số vào biểu thức tính lượng thuốc nổ ta có
2
32.9 14 11 0.65 39.17
39.17
0.65 0.7 3.6 0.6 1.1 1.05
N
 
   
  
= 108
Vậy số lượng lỗ mìn tính toán là 108 lỗ
Số lượng lỗ mìn thu được qua tính toán được hiệu chỉnh lại cho chính xác
với sơ đồ bố trí trong gương đào
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 18

- Các lỗ mìn biên trong nổ mìn tạo biên được bố trí cách đều theo chu vi hang
sao cho càng gần thiết kế càng tốt, ta bố trí chúng cách biên hang đào là 15
cm. Khoảng cách các lỗ mìn biên a
0
= 0.65 m được xác định theo độ cứng
của đất đá; trị số cuối cùng của chúng được lấy sau khi nổ thử nghiệm
- Khoảng cách giữa lỗ mìn biên và lỗ mìn phá lân cận được lấy phụ thuộc vào
độ cứng đất đá và loại thuốc nổ của lỗ mìn phá; được lấy bằng W
b
+ ( 0.4 –
0.5 m) trong đá mềm và nứt nẻ; vậy ta chọn bằng
W

b
+ 0.45 = 0.75 + 0.45 = 1.2 m
- Các lỗ mìn đột phá và lỗ mìn đáy sử dụng thuốc nổ uy lực nổ cao Amonit
N
0
1 có dạng thỏi. Khoảng cách của các lỗ mìn đột phá theo phương đứng
cách nhau một khoảng phụ thuộc vào độ cứng của đá và diện tích hang đào;
với f = 2, diện tích hang đào là 53.43 m
2
ta chọn khoảng cách này là 0.6 m,
số lượng là 6 lỗ, góc nghiêng so với trục hầm là

=70
0

- Các lỗ mìn phá dùng loại thuốc nổ có uy lực nổ thấp hơn thuốc
Amonit N
0
6

B có dạng thỏi, các lỗ mìn phá được rải đều thành từng hàng
theo hình dạng tiết diện hang đào. Các hàng bố trí theo thứ tự từ biên vào
giữa hang đào. Các lỗ mìn phá có thể gồm một hàng, hai hay nhiều hàng. Để
tính toán trị số đường kháng nhỏ nhất W của các lỗ mìn phá phụ thuộc vào
tính chất cơ lý của đất đá và diện tích hang, đào được xác định bằng cách tra
bảng. Khoảng cách lớn nhất giữa các hàng lỗ khoan a
1
= K
1


W
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 19

+Khoảng cách lớn nhất của các lỗ trong một hàng a
2
= K
2

W
Với f = 2 ta chọn W = 1.3 m

b, Tính chiều sâu lỗ khoan:
- Chiều sâu các lỗ đột phá có kể đến góc nghiêng

=70
0
so với trục hầm
- Chiều sâu các lỗ phá : l
p
= l
0
=1.7 (m)
- Chiều sâu của lỗ biên và lỗ đáy có kể đến góc nghiêng

=80
0
so với trục
hầm là :

0
0
1.7
1.71( )
sin sin85
b d
l
l l m

   

3, Tính lượng thuốc nổ cần thiết cho một chu kì đào :
Q = q

S
tk

w = 0.65

53.43

1.5 =52.10 (kg)


IV, TÍNH TOÁN GIA CỐ CHỐNG TẠM:
Biện pháp gia cố chống tạm cho nóc hang được thiết kế trong đồ án là sử dụng
phương pháp neo kết hợp với bê tông phun
Loại neo được sử dụng là neo BTCT thi công bằng phương pháp đóng, dùng cốt
thép AII
20


, vữa dùng là loại vữa xi măng cát có M200. Lỗ khoan có đường
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 20

kính 36 mm nhằm mục đích liên thông sử dụng máy khoan đã dùng để khoan lỗ
mìn nhằm tiết kiệm chi phí máy móc.
1, Trình tự thi công gia cố chống tạm :
- Khoan lỗ bằng máy khoan
- Bơm vữa xi măng cát vào trong lỗ khoan
- Khi đã bơm vữa được 2/3 chiều sâu lỗ khoan thì tiến hành đóng cốt thép
2, Tính toán cấu tạo neo:
Chiều dài neo được xác định theo công thức:
l = l
1
+ l
2
+l
3

trong đó:
- l
1
= 10 cm
- l
2
: Chiều dài thân neo, xác định dựa theo điều kiện địa chất kích thước hang
đào chiều sâu vùng phá hoại
l
2

= h
H
= K
1


B
0

với K
1
: Hệ số phụ thuộc vào hệ số kiên cố và tính nứt nẻ của đất đá; K
1
= 0.4
B
0
: Nhịp của hang đào; B
0
=13.73 m
Vậy ta có l
2
= 0.4

13.73 = 5.492 m
- l
3
: Chiều dài ngàm neo ( phần neo vượt ra ngoài vùng phá hoại )
3
0.5
400

a a
a
R d
l m


 


R
a
= 2700 KG/ cm
2
là cường độ của thép neo loại AII
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 21

d
a
= 2.0cm là đường kính cốt thép


a

là lực ma sát giữa bê tông và cốt thép. Xác định bằng cách tra bảng neo
làm bằng thép gai và giữa xi măng cát M200 nên
a

= 25 KG/cm
2

Vậy
3
2700 2.0
0.54 0.5
400 25
l m m

  


Lấy l
3
= 0.6 m
Vậy chiều dài neo là l = l
1
+ l
2
+l
3
=0.1+5.492 + 0.6 =6.19 m
Lấy l = 6.2 m
 kiểm tra neo theo điều kiện chống trượt:
N
k


N
a
Trong đó:

- N
k
là ma sát giữa bê tông và vách khoan
3
k b b
N d l
 
   

d
b
: đường kính lỗ khoan , d
b
= 4.2 cm
-
b

: lực ma sát đơn vị giữa bê tông và vách đá, phụ thuộc vào loại vữa sử
dụng, loại đất đá, điều kiện môi trường làm việc của neo. Trong nội dung đồ
án, ta sử dụng loại xi măng cát ( thời gian đông cứng là 28 ngày đêm), loại
đất đá mềm, môi trường là khô ráo, ta chọn
b

= 20 Kg/ cm
2

Thay số ta có N
k
= 3.14


4.2

20

60 =15825.6 (Kg)
- N
a
: Khả năng chịu lực của cốt thép neo:
2
2
0
2.0
2700 8478
4 4
a a
d
N R




    
(Kg)
Có N
k
= 15825.6 (Kg) > N
a
= 8478 (Kg)
Vậy neo đảm bảo điều kiện chống trượt giữa bê tông và vách lỗ khoan.

3, Sơ đồ bố trí neo :
Tính khoảng cách a (m) giữa các neo theo phương ngang và phương dọc
hầm; nó được xác định theo 3 điều kiện sau:
a,Theo điều kiện tạo thành vòm đá :

1 0
( )
b
a a
K q
a l l B
C

   

Trong đó:
- l
a
= l
2
+ l
3
=5.492 +0.6 = 6.092 m
- K
b
: Hệ số phụ thuộc tình trạng của hang và ổn định của đá; với f =2 < 5 thì
K
b

= 0.25
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 22

- q : Cường độ tính toán của áp lực thẳng đựng của địa tầng; Với f
KP
< 4
B> 6m thì
1.5
q h
 
   


với h là chiều cao vòm áp lực; h = 4.535 m

: Hệ số phụ thuộc vào nhịp hang, với B = 14 m thì

=1.0

:
Dung trọng của đất đá,

= 2.4 T/m
3

Vậy q = 1.5

1.0


2.4

4.535 = 16.33 ( T/m
2
)
c: Lực dính của đất đá trong vùng phá hoại ; lấy c = 3

f = 6 (T/m
2
)
vậy
1
0.25 16.33
6.092 (6.092 14)
6
a

    

b, Theo điều kiện ổn định giữa các neo :
2
6.092 6
1.23( )
3 3 16.33
a
l
c
a m
q
    

c, Theo điều kiện sức chịu tải của neo :

3
2
a
P
a
l




P
a
: Sức chịu tải của neo; P
a
= 8478 (Kg) = 8.478 (T)
l
2
= 5.492 m
Vậy
3
8.478
0.64
2.4 5.492
a m
 


Vậy khoảng cách giữa các neo a = min ( a
1
,a
2
,a
3
) = 0.64 m
Vậy chọn a = 1.0 m
2, Bố trí neo :
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 23

Bước đào W = 1.5 m, khoảng cách giữa các neo là a =1.0 m, ta bố trí neo
theo dạng hình vuông, tại mỗi mặt cắt ngang có

V, TÍNH TOÁN XÚC BỐC VÀ VẬN CHUYỂN :
 Tính năng suất xúc bốc
W
TK
V K S

   

Trong đó:

: Hệ số sử dụng máy,

= 0.8 – 0.85; chọn

=0.85

K : Hệ số tơi của đất đá; phụ thuộc vào hệ số kiên cố của đất đá. Với đất đá
có f = 2 thì K = 1.8
P
T
: năng suất kỹ thuật, với máy xúc tay vơ
4


Hb


T

=
360
1.8
= 200 ( m
3
/ h)
t
1
: thời gian đổi ô tô; t
1
= 1.2 – 1.8 phút , chọn t
1
= 1.5 phút

Chọn loại xe ô tô MAZ – 503 có các thông số kỹ thuật sau:
- tải trọng : 7 tấn
- v

1
: Dung tích thùng xe; v
1
= 4 m
3

- kích thước : dài

rộng

cao : 5920

2500

27000 mm
- chiều cao thùng xe : 1950 mm
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 24

- góc nghiêng lớn nhất của thùng xe : 55
o

- bán kính vòng quay xe : 7.5 m
- loại động cơ diezen
- công suất 180 HP
- tốc độ chạy tối đa trong hầm là 15 Km/h
- thời gian nâng thùng xe để chờ đổ là 30 giây
- trọng lượng : 14 tấn
1


: Hệ số xúc đầy ô tô,
1

= 0.9 – 1.0 ; chọn
1

= 0.9
t
3
: thời gian mất mát, t
3
= 0.02 – 0.03 h; chọn t
3
= 0.02 h
thay số vào ta có :
3
60 0.85
89.08( / )
60 1.5
1.8( ) 0.02
200 4.0 0.9 60
P m h


 
 
 

Năng suất làm việc trung bình của một ca làm việc : P
C

=
1




P


-
1

: hệ số kể đến thời gian chờ đợi trong ca làm việc thực hiện công tác xúc
bốc ;
1

= 0.65 – 0.75. chọn
1

= 0.7
Vậy ta có P
C
=
1




P


= 0.7

89.08 = 62.36 ( m
3
/h )
 Thời gian xúc bốc vận chuyển trong hầm được xác định theo công thức :

*
tb
C
V
t t
P
 

Trong đó:
Phạm văn Cường lớp 50CD4
Mssv:1182750 Page 25

- V: thể tích của đất đá tơi vận chuyển ra sau một chu kì đào ở trạng thái tơi

W
TK
V K S

   

Với

= 1.05 gọi là hệ số đào vượt

K= 1.8 là hệ số tơi của đất đá
W = 1.5m là bước đào
S
TK
= 92.02 m
2

Vậy thể tích của đất đá vận chuyển ra sau một chu kì đào là :
V = 1.05

1.8

1.5

92.02 = 260.88 ( m
3
)
-
*
t
: thời gian chuẩn bị và kết thúc ,
*
t
= 0.5 – 1.0 h; chọn
*
t
= 0.75 h
Thay số vào ta có
260.88
0.75 4.93( )

62.36
tb
t h
  
, lấy t
tb
= 5.0 (h)
 Số xe ô tô cần thiết :
1
d n
M n
t t
n
t t

 


- t
d
: thời gian quay vòng của xe :

2
d P
C
L
t t
V

 

+ L : Chiều dài đường chạy ( là khoảng cách từ gương đào đến bãi đổ đất ),
lấy L = 2Km
+ V
C
: vận tốc trung bình khi xe chạy, lấy V
C
= 20 km /h
+ t
P
: thời gian đổ đất đá t
P
= 0.1 – 0.3 h; lấy t
P
= 0.2 h
Vậy
2 2
0.2 0.4
20
d
t

  
h