ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XÂY DỰNG HẦM DẪN DÒNG THỦY ĐIỆN CỬA ĐẠT

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Phần I
Thiết kế kỹ thuật
Chơng I
Khái quát chung về công trình hầm
dẫn dòng thuỷ điện Cửa Đạt
1.1.Sơ lợc về công trình.
Dự án hồ chứa nớc Cửa Đạt là công trình thuỷ lợi, nằm ở vị trí
105
0
20
/
độ kinh đông, 19
0
44
/
20
0
00
/
độ vĩ bắc thuộc huyện Thờng Xuân,
tỉnh Thanh Hoá. Dự án bao gồm công trình đầu mối thuỷ lợi, công trình
thuỷ điện và hệ kênh tới. Hầm dẫn dòng là một trong những hạng mục của
cụm công trình đầu mối thuỷ lợi.
Do đờng hầm có áp lực đi qua nhiều lớp đất đá, với các đặc điểm địa
chất thuỷ văn, địa chất công trình khác nhau. Nên công tác thiết kế kỹ
thuật, thiết kế thi công có khối lợng rất lớn. Trong bản đồ án này chỉ trình
bày thiết kế kĩ thuật và thiết kế thi công cho phần thân đờng hầm dẫn dòng.
1.1.1.vị trí địa lý.
Hầm dẫn dòng đợc xây dựng bên vai phải đập chính, theo hớng Tây
Bắc Đông Nam, tuyến tim hầm hợp với tuyến tràn xả lũ một góc 23

0
và với
tuyến đập chính một góc 64
0
, cửa vào đợc bẻ góc 44
0
so với tim hầm.
Toạ độ các điểm khống chế hầm đợc xác định theo 3 điểm dới đây:
.Cửa vào có toạ độ X =199547.2300 Y=528603.9046 Z=+30.00
.Điểm uốn có toạ độ X =199368.7371 Y=528569.1948 Z=+29.96
.Cửa ra có toạ độ X =198799.8306 Y=528936.2783 Z=+29.18
1.1.2.Địa hình, khí hậu.
*Địa hình: khu vực thiết kế chủ yếu gồm hai dạng địa hình bào mòn
núi cao và địa hình tích tụ chủ yếu là bãi bồi. Vai trái ngoài phố Đạt tơng
đối bằng phẳng còn lại là các đỉnh núi có cao độ trên 200m, sờn núi có độ
dốc 35
0
ữ 45
0
. ở vai phải cách tuyến đập chính khoảng 1 km về hạ lu có bãi
khá bằng phẳng thuận lợi cho việc bố trí mặt bằng thi công. Địa hình bên
khu vực vai phải đập là vùng địa hình với các yên ngựa hẹp có cao độ
180ữ190m. Hai phía thợng hạ lu sờn núi bị kẹp bởi hai suối nhỏ từ đỉnh núi
cao đổ xuống vào sông Chu, tạo lên hai thung lũng hẹp có cao độ đáy
khoảng +50m.
*Khí hậu: khu vực xây dựng mang đặc điểm khí hậu miền đồng bằng
Bắc bộ. Qua số liệu đo đạc đợc ta thấy:
+Nhiệt độ không khí: nhiệt độ trung bình tháng của các trạm đại biểu
trên lu vực sông Chu có dạng một đỉnh, lớn nhất vào tháng VII và thấp nhất
vào tháng I. Nhiệt độ trung bình năm tại Bái Thợng 23.4

0
C. Nhiệt độ cao
nhất 41.5
0
C, thấp nhất 2.6
0
C.
+Độ ẩm: trung bình năm 86%. Những tháng có độ ẩm lớn là tháng 3,
4 và 8. Những tháng đó độ ẩm thấp là 6, 7, 11 và 1.
+Gió: Do ảnh hởng của địa hình, lu vực nằm lọt giữa hai dãy núi cao
chạy song song theo hớng Tây Bắc - Đông Nam, chế độ gió ở đây cũng bị
phân hoá rõ rệt:
. mùa hè: gió mùa Tây Nam thổi tới đem theo hơi nớc nên
thời tiết nóng khô. Sau khi đã trút ma phía sờn Tây lu vực, luồng không khí
trở nên khô nóng, gây nên hiện tợng gió phơn tây nam vào thời kỳ tháng
IV-VII.
. mùa đông: gió mùa đông bắc tiến vào lu vực đã bị các dãy
núi ngăn cách sông Chu với sông Mã và sông Chu với sông Cả chặn lại, nên

1
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
khả năng ảnh hởng gió mùa đông bắc ở sông Chu ít hơn. Đây là nguyên
nhân gây ra mùa đông khô lạnh và ma ít.
1.1.3.Điều kiện hạ tầng giao thông, dân c và xã hội.
Khu vực xây dựng công trình nằm trên địa phận xã Xuân Mỹ, Thờng
Xuân, Thanh Hoá. Là xã miền núi, dân c tha thớt, cơ sở công nghiệp, dịch
vụ, trờng học, bệnh viện, điện nớc, thông tin liên lạc còn thiếu thốn, hầu nh
không có. Để xây dựng công trình cơ sở hạ tầng nh hiện nay phải làm mới
hoàn toàn. Về giao thông vận tải duy nhất chỉ có đờng đá dăm thâm nhập
nhựa từ thành phố Thanh Hoá đến công trờng. Giao thông giữa 2 bờ chủ

yếu bằng thuyền và bè mảng.
1.2.Điều kiện về địa chất, địa chất thuỷ văn.
Trên cơ sở tài liệu địa chất đợc lập cho công trình thuỷ điện Cửa Đạt
và tài liệu khảo sát bổ sung của công trình thuỷ lợi, các đặc điểm của vùng
xây dựng công trình ngầm đợc xác định nh sau:
1) Tầng phủ:
+Lớp 4A: lớp đất á sét nặng đến sét lẫn ít dăm sạn(khoảng 5ữ20).
Đôi chỗ chứa tảng lăn, trạng thái cứng, nửa cứng là chủ yếu, phân bố ở sờn
núi. Chiều dày lớp trung bình từ 2 ữ 5m. Nguồn gốc pha tàn tích không
phân chia.
+Lớp 4B: lớp đất á sét trung là chủ yếu chứa nhiều dăm sạn(khoảng
20ữ40%) đôi chỗ có tảng lăn 20ữ30cm có chỗ tới 1m, phân bố ở hai bên s-
ờn núi. Trạng thái cứng vừa chặt. Chiều dày lớp trung bình từ 2 ữ 5m.
Nguồn gốc pha tàn tích không phân chia.
2) Đá gốc: Cửa nhận nớc và đoạn đầu của hầm dài khoảng 400m nằm
trong vùng phân bố đá granit thuộc phức hệ Bản Muồng, phần còn lại nằm
trong đá phiến thạch anh thuộc hệ tầng Sông Cả. Đá phiến thạch anh có thế
nằm 40ữ50 < 50
0
ữ75
0
nhng đá phân phiến rất mờ, có thể coi nh dạng khối.
3) Các đới đá phong hoá bao gồm:
+Đới phong hoá hoàn toàn(5):
.Lớp 5A: Sản phẩm phong hoá hoàn toàn của đá gốc khi khoan lên ở
dạng đất á sét nặng đến sét lẫn khoảng 10ữ20% dăm sạn mềm bở đôi chỗ
lẫn đá tảng 20ữ30cm, có chỗ lớn tới 1ữ2m, trong đới còn quan sát thấy dấu
vết kết cấu của đá gốc. Đới dày trung bình 5ữ20m, có chỗ tới 40m.
.Lớp 5B: Sản phẩm phong hoá hoàn toàn của đá gốc khi khoan lên ở
dạng hỗn hợp á sét nhẹ-á sét trung và 35ữ40% dăm sạn, đôi chỗ chứa tảng

30ữ40cm đôi chỗ tới 1ữ2m(thờng tập trung ở khu vực đá gốc là đá Granit).
Trong đới còn quan sát thấy dấu vết kết cấu ban đầu của đá gốc, lớp dày
5ữ10m.
+Đới phong hoá mạnh(6): đá bị biến màu hoàn toàn so với đá tơi. Đá
thờng ở dạng vỡ vụn, búa đập dễ vỡ, các mảnh vỡ vụn không sắc cạnh kém
cứng chắc. Các khoáng vật flespat nhiều chỗ phong hoá gần thành đất. Tại
các rãnh đào thoát nớc quan sát thấy rõ cấu trúc của đá.
+Đới phong hoá vừa(7): đá tuy bị biến màu nhng còn cứng chắc, các
mảnh vỡ tơng đối sắc cạnh. Đá nứt nẻ mạnh.
+Đới phong hoá nhẹ(8): đá bị biến màu nhẹ, cứng chắc đến rất cứng
chắc. Đá nứt nẻ yếu.
+Đá tơi(9): đá rất cứng chắc.
4) Các đứt gãy phá huỷ và hệ thống khe nứt.

2
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Các hệ thống khe nứt bậc phần lớn có phơng Tây Bắc - Đông Nam, ít
hơn có phơng á vĩ tuyến, ít gặp nhất là các hệ khe nứt có hớng ĐB-TN và á
kinh tuyến.
Nhìn chung thân hầm dẫn dòng hầu nh nằm trong đá tơi cứng chắc.
Khu vực cửa vào nằm trong đá granit thuộc đới phong hoá nhẹ, việc mở cửa
hầm không gặp khó khăn vì tầng phủ và đới phong hoá mạnh tơng đối
mỏng. Riêng khu vực cửa ra phải đào sâu 15 ữ 20m trong đá phong hoá
mạnh và vừa mới gặp hoàn toàn đá tơi do vị trí thiết kế mới cách vị trí
khoan khảo sát khoảng 60m.
5) Mực nớc ngầm nằm khá sâu thờng đợc gặp ở đới phong hoá nhẹ,
tính thấm của khối đá bao quanh hầm khá nhỏ khoảng 1 ữ 5 Lugeon, có thể
thấy lợng nớc ngầm chảy vào hầm không nhiều. Theo kết quả thí nghiệm
phân tích thành phần hoá học của hai mẫu nớc ngầm có tên là Bicacbonat
Clorua Natri Canxi. Tính ăn mòn bê tông của các mẫu đợc đánh giá theo

tiêu chuẩn việt nam về chống ăn mòn trong xây dựng TCVN 3994:1985.
Kết quả đánh giá cho thấy nớc ngầm có tính ăn mòn kiềm bicacbonat trung
bình đối với bê tông chắc đặc bình thờng, ăn mòn yếu đối với bê tông chắc
đặc cao và không ăn mòn đối với bê tông chắc đặc đặc biệt.
Tính thấm nớc:
- Đới phong hoá hoàn toàn: Thấm yếu đến thấm vừa hệ số thấm dao động từ
1
ì
10
-4
ữ1
ì
10
-3
cm/s.
- Đới phong hoá mạnh: Thấm vừa, hệ số thấm dao động từ 1
ì
10
-4
ữ1
ì
10
-3
cm/s, cá biệt lớn hơn.
- Đới phong hoá vừa: Thấm vừa, có chỗ thấm mạnh, hệ số thấm dao động
yếu từ 1
ì
10
-4
ữ6

ì
10
-2
cm/s, lợng mất nớc đơn vị dao động chủ yếu từ
0,02ữ0,8 l/ph.m.
- Đới phong hoá nhẹ: Thấm yếu đến thấm vừa, lợng mất nớc đơn vị dao
động chủ yếu từ 0,01ữ 0,1 l/ph.m cá biệt tới 1,0 l/ph.m.
- Đá tơi: thực tế không thấm đến thấm yếu, lợng mất nớc đơn vị dao động
chủ yếu từ < 0,01 đến 0,05 l/ph.m cá biệt tới 1,0 l/ph.m, tính thấm nớc th-
ờng ở phạm vi đứt gẫy phá huỷ.
1.3.Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống cho đờng
hầm
*Đánh giá: Thân hầm dẫn dòng đào qua đất đá tơng đối ổn định có
điều kiện địa chất thuận lợi, hệ số kiên cố của đá f =8ữ10, mặt khác dựa
vào bảng phân loại đất đá của Bieniawski nhận thấy đất đá mà hầm đào qua
thuộc nhóm II, có chỉ số RMR = 61ữ80, đất đá tơng đối cứng vững và ổn
định.
*Mức độ ổn định của khối đá xung quanh khoảng trống ngầm có liên
quan chặt chẽ tới các vấn đề lựa chọn phơng pháp thi công, lựa chọn kết cấu
chống, các sơ đồ đào Vì vậy việc đánh giá mức độ ổn định khi khai đào
công trình ngầm là không thể thiếu đợc.
Hiện nay có rất nhiều phơng pháp đánh giá và dự báo ổn định của
khối đá khi xây dựng công trình ngầm. Trên cơ sở mối quan hệ giữa thời
gian ổn định và khẩu độ không chống, giáo s Bieniawski đã xây dựng sơ đồ
phân loại khối đá, thể hiện trên hình 1.1.
Theo sơ đồ này ta sẽ xác định đợc khoảng thời gian kể từ khi khai
đào cho đến khi bắt đầu xuất hiện hiện tợng phá huỷ (hay hoá dẻo) trong
khối đá ở trạng thái không có kết cấu chống. Từ đó ta có thể tính toán lựa

3

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
chọn kết cấu chống tạm phù hợp cho công trình ngầm. Trong trờng hợp thời
gian ổn định không chống của khối đá sau khi khai đào rất lớn thì việc
chống tạm là không cần thiết.
Đờng hầm có bán kính R = 10m, chiều cao tờng H = 4.5m, RMR =
61ữ80, từ hình 1.1 bằng phơng pháp nội suy ta có thời gian ổn định không
chống cho đờng hầm là: 5.10
2
h ữ 8,4.10
3
h.

Hình 1.1 Khẩu độ và thời gian ổn định không chống
1.4.Tổ hợp các công trình thuộc nhà máy thuỷ điện Cửa Đạt
Tổ hợp các công trình thuộc nhà máy thuỷ điện:
+ Công trình đầu mối thuỷ lợi. Công trình gồm các hạng mục chủ
yếu sau:
. Khu đập chính gồm đập chính ngăn sông Chu, xả tràn lũ và hầm
dẫn dòng.
. Khu đập phụ Hón Can, đờng quản lý Hón Can-Cửa Đạt.
. Khu đập phụ Dốc Cáy gồm đập phụ Dốc Cáy, hầm lấy nớc, kênh
dẫn vào và ra, đờng quản lý Thờng Xuân-Dốc Cáy.
+ Công trình thuỷ điện:
. Nhà máy thuỷ điện( số tổ máy: 2tổ; công suất 1 tổ máy: 48.5MW,
dự kiến phát điện với công suất 88ữ97MW)
. Hầm dẫn dòng.
+ Hệ thống kênh tới
Mặt bằng tổng thể hầm dẫn dòng đợc thể hiện ở hình 1.2

4

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Chơng 2
Hình dạng kích thớc tiết diện ngang đờng hầm
2.1.Vai trò của công trình
Hầm dẫn dòng thuỷ lợi-thuỷ điện Cửa Đạt có vai trò:
+Dẫn dòng thi công, hoặc kết hợp dẫn dòng xả lũ với lu lợng nớc lớn
nhất đi qua hầm là Q
max
= 94.2 m
3
/s
+Đảm bảo cấp nớc liên tục cho hạ du với lu lợng tối thiểu khoảng
50m
3
/s, đáp ứng yêu cầu tới của hệ thống thuỷ nông sông Chu, cấp nớc cho
thành phố Thanh Hoá và các cơ sở công nghiệp hiện có.
+Tham gia dẫn dòng mùa hạn hán năm thứ 3 và thứ 4 với tần suất lũ
p = 5% để cao trình đê quai thợng lu vào khoảng +45, đảm bảo cờng độ nớc
lên đập tơng ứng và tiến độ thi công công trình.
+Tham gia dẫn dòng mùa lũ năm thứ 3 cùng với đoạn đập chính đắp
dở dài 220m ở cao trình +50, với tần suất lũ p = 5% đảm bảo mực nớc cao
nhất trớc đập nằm trong khoảng 55 - 56m để việc gia cố đoạn đập tràn nớc
không quá phức tạp.
+Tham gia dẫn dòng mùa lũ năm thứ 4 cùng với tràn xả lũ xây dở ở
cao trình +85, tần suất lũ 1%, đảm bảo mực nớc hồ trong khoảng trên dới
cao độ +90 theo yêu cầu của tiến độ thi công.
2.2.Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang đờng hầm
Hầm dẫn dòng có chiều dài 789,283m từ lý trình Km 0+55.877 đến
lý trình Km 0+846.23 với nhiệm vụ chính là dẫn dòng xả lũ thi công. Hình
dạng tiết diện ngang đờng hầm do công ty t vấn xây dựng thuỷ lợi 1 và

công ty t vấn thiết kế cầu lớn-hầm cung cấp với 5 loại mặt cắt nh hình 2.1.
Với 5 loại mặt cắt này thì khối lợng công việc thi công thiết kế là rất lớn, vì
vậy trong giới hạn cho phép của bản đồ án này em chỉ sử dụng một loại mặt
cắt điển hình nhất đó là mặt cắt sử dụng dạng hình tròn, mặt cắt ngang đào
dạng vòm móng ngựa. Ưu điểm của loại mặt cắt hình tròn: rất có lợi về khả
năng chịu lực cả bên trong và bên ngoài do độ cong đều không gây ra sự tập
trung ứng suất lớn, tạo ra điều kiện dòng chảy tơng đối tốt. Ngoài ra vỏ
hình tròn có lợi nhất về sức cản dòng chảy so với các loại hình dạng tiết
diện khác. Mặt cắt ngang sử dụng của thân hầm dẫn dòng đã chọn đảm bảo
lu lợng nớc lớn nhất chảy qua hầm Q
max
=94.2m
3
/s, và vận tốc dòng chảy
cho phép với đờng hầm thuỷ lợi V
max
=1,5m/s [1]. Mặt cắt ngang đào dạng
vòm móng ngựa tuy gặp khó khăn khi tạo biên cho đờng hầm, tránh hiện t-
ợng tập trung ứng suất, khó tạo đợc biên theo thiết kế. Nhng phơng án này
lại có nhiều u điểm: khả năng ổn định của công trình cao, do tờng cong nên
giảm đợc chi phí cho công tác nổ mìn, giảm đợc chi phí khối lợng đổ vỏ
chống cố định Các thông số của thân hầm nh sau: chiều cao tờng: h
t
=
4,5m, chiều rộng đáy B=6m, bán kính vòm R = 4,5m.
2.3.Lựa chọn vỏ chống
Sau mỗi tiến độ nổ, các mặt lộ của đờng hầm có thể cần đợc chống
tạm thời ngay hoặc không cần chống tạm. Điều này phụ thuộc vào tính chất
cơ lý của khối đá, thời gian ổn định không chống, điều kiện địa chất thuỷ
văn, địa chất công trình, mức độ nứt nẻ, phong hoá của khối đá, phơng pháp

khoan nổ mìn Trờng hợp khối đá có độ ổn định trung bình và lớn có biểu
hịên của sự dịch chuyển hay biến dạng của biên đờng hầm là không lớn thì
kết cấu chống tạm có hiệu quả nhất là neo và bê tông phun. Trờng hợp khối
đá mềm yếu, thời gian ổn định không chống nhỏ, có thể gây sập lở ngay

5
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
vào khoảng trống đờng hầm thì cần nhanh chóng có biện pháp gia cố bằng
các vỏ chống có khả năng mang tải ngay nh các khung thép hình Chính vì
vậy việc lựa chọn kết cấu chống giữ phù hợp với loại đất đá là rất cần thiết.
Lựa chọn kết cấu chống giữ phù hợp còn làm tăng hiệu quả kinh tế.
Đờng hầm thiết kế ở đây đợc đào qua đất đá có hệ số kiên cố f
=8ữ10, mặt khác nh đã phân tích ở trên đất đá mà hầm đào qua thuộc nhóm
II, có chỉ số RMR =61ữ 80, đất đá tơng đối cứng vững và ổn định. Đá nứt
vỡ một phần có thể rơi nhng toàn bộ hầm đào ổn định, phần vòm hầm đôi
khi gặp phải thớ đá nứt nẻ nhiều, biến dạng đá nhỏ và nằm trong giới hạn
đàn hồi nên kết cấu chống tạm phù hợp nhất là bê tông phun+lới thép+neo.
Kết cấu này có những tính chất u việt là: khả năng áp dụng rộng rãi trong
cùng một đờng hầm, dễ dàng thay đổi kết cấu khi gặp điều kiện địa chất
xấu. Chúng làm tăng độ bền của khối đá, đồng thời chúng cũng là một bộ
phận trong kết cấu chống cố định.
Kết cấu chống cố định là vỏ bê tông cốt thép liền khối đổ tại chỗ. Từ
những đặc điểm trên đây ta xác định sơ bộ chiều dày vỏ chống cố định cho
đờng hầm:
2.3.1.Kết cấu chống cố định
Kêt cấu vỏ hầm bằng bê tông cốt thép liền khối: Theo kinh nghiệm
ngời ta thờng lấy chiều dày vỏ bê tông cố định:
d =(0,1ữ0,15). R (m) (1.2.1)
Trong đó: d_chiều dày vỏ chống cố định
R_bán kính sử dụng của đờng hầm dẫn dòng, R = 4,5m

d = 0,1. 4,5 = 0,45 m chiều dày vỏ chống bê tông cốt thép d = 45cm
2.3.2.Xác định kích thớc tiết diện sử dụng của đờng hầm
Tiết diện sử dụng của hầm dẫn dòng: S
sd
=
4
.
2
D

(m) (1.2.2)
Trong đó: D_đờng kính sử dụng của đờng hầm D = 9m
Vậy thay số ta có: S
sd
=
4
9.
2

= 63,585m
2

2.3.3.Xác định kích thớc tiết diện đào của đờng hầm
Chiều rộng bên ngoài vỏ chống phần thân hầm đợc xác định theo
công thức: 2a = D + 2. d + 2. (m) (1.2.3)
Trong đó: 2a_chiều rộng khai đào tại chân vòm
_chiều dày vỏ chống tạm = 0,05m
d_chiều dày vỏ chống cố định phần thân hầm d =0,45m
Thay số vào công thức ta đợc 2a= 9 + 2. 0,45 + 2. 0,05 = 10m
Bán kính đào tại thân hầm R

d
= 5m
Chiều cao tờng cong xiên h
t
= 4,95m
Phần tiết diện đào đợc giới hạn bởi các cung tròn AG, AB, GE, và các đoạn
thẳng BC, CD, DE. Sơ đồ tính toán đợc thể hiện trên hình 1.3

6
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ

2110
h
9950
H
K
=
25
9060
t
d
2840 5000
2000
2b=6000
R


2a=10000
G
E

D
C
B
A
I

Hình 1.3.Sơ đồ xác định tiết diện đào phần thân hầm
Tỉ lệ 1:100
Chiều rộng tại mức nền hầm là: 2b = 6m
Diện tích đào phần thân hầm: S
d
= S
v
+ S
t
(m
2
) (1.2.4)
Trong đó: S
v
_diện tích đào phần vòm bán nguyệt, S
v
=
2
.
2
d
R

= 39,25m

2
S
t
_diện tích đào phần tờng, S
t
= 2.S
AIB
+S
BIE
+ S
BCDE
(m
2
) (1.2.5)
Trong đó các kích thớc cần tính đã đợc ghi trong hình vẽ 2.2
S
AIB
=



360
2
d
R
=
25.5.
360
2

= 5,45m
2
S
BIE
=
BEIH
2
1
=
06,9.11,2.
2
1
= 9,56m
2
S
BCDE
=
DK
CDBE
.
2
+
=
84,2.
2
606,9 +
=21,38m
2
Thay các giá trị vào công thức(1.2.5) ta đợc:
S

t
=2. 5,45 + 9,56 + 21,38 = 41,84 (m
2
)
Vậy diện tích đào của hầm là: S
d
= 39,25 + 41,84 = 81,09 (m
2
)
R
5
0
0
0
R
4
5
0
0
10000
9950
Hình 1.4.Kích thớc mặt cắt ngang sử dụng hầm dẫn dòng
Tỉ lệ 1:100

7
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
2.4.Tính toán áp lực đất đá tác dụng lên thân hầm
Thân hầm dẫn dòng đợc đào trong đất đá loại II, hệ số kiên cố của đá
f =8ữ10. Để an toàn cho công trình, trong quá trình tính toán ta tính với
f=8. áp lực phần thân hầm đựơc tính theo giả thuyết của GS.Tximbarevich.

Sơ đồ tính toán áp lực thân hầm đợc thể hiện nh hình 1.5
=
68
2a
P
s
2
s
1
P
1
b
2b
h
Hình 1.5.Sơ đồ tính áp lực phần thân hầm
Tỉ lệ 1:50
2.4.1.áp lực đất đá tác dụng lên nóc hầm( tính cho 1m dài hầm)
áp lực đất đá P
n
= b
1
.

(T/m) (1.2.6)
Trong đó: _dung trọng của đất đá = 2,7(T/m
3
)
b
1
_chiều cao vòm phá hủy b

1
=
f
a
1

f_hệ số kiên cố của đất đá f = 8
a
1
_nửa chiều rộng vòm phá huỷ phía nóc
a
1
= a+ h.tg
2
90


(1.2.7)
a_nửa chiều rộng đào của thân hầm a = 5m
h_chiều cao đờng hầm h = 9,95m
_góc ma sát trong = arctg(f) = 82
0
87
/
Thay số ta đợc a
1
= 5 + 9,95. tg
2
788290
0

= 5,6m
Vậy chiều cao vòm phá huỷ: b
1
=
8
6,5
= 0,7m
Thay các giá trị vào (1.2.6) ta đợc P
n


= 0,7. 2,7 = 1,89(T/m)
2.4.2.áp lực sờn hầm (Tính cho 1m dài hầm)
Đoạn tờng hầm có dạng cong và xiên. Do đoạn tờng cong là không
lớn vậy để thuận lợi cho việc tính toán ta coi đoạn tờng cong này là tờng
xiên và tính toán áp lực sờn hầm theo giả thuyết của GS.Tximbarevich

8
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
+áp lực sờn ngang mức nóc hầm: P
s1
= . b
1
. tg
2
(45
0
-

2

) (T/m) (1.2.8)
Thay số ta đợc: P
s1
= 2,7. 0,7. tg
2
(45
0
-
2
7882
0

) = 0,07 (T/m)
+áp lực sờn tại nền hầm: P
s2
= . (b
1
+ h). tg
2
(45
0
-
2

). sin (T/m) (1.2.9)
Trong đó: _góc nghiêng của tờng; = 68
0
Thay số ta đợc: P

s2
= 2,7. (0,7 + 9,95). tg
2
(45
0
-
2
7882
0

). sin68
0
= 0,1 (T/m)
Để đơn giản trong tính toán và thi công ta chọn thành phần áp lực sờn phân
bố hình chữ nhật. Vậy áp lực đất đá bên sờn là: P
s
= 0,1(T/m)
2.4.3.áp lực nền hầm
Chiều sâu tính toán của áp lực nền tính theo công thức:
x
0
=
2
90
1
2
90
).(
4
4

1





+
tg
tghb
=1,5. 10
-5
(m) (1.2.10 )
áp lực nền hầm: Q
nền
= D
0
.tg
2
90


(T/m) (1.2.11)
Trong đó: D
0
=
( )
2
90
.
2

.
2
90

2
.
2
2
2
10
0





++ tg
x
tgbhx
x
(1.2.12)
Lần lợt thay các giá trị vào (1.2.11) , (1.2.10) ta đợc Q
nền
=7,5.10
-7
(T/m)
Vì áp lực nền rất nhỏ nên coi nh chúng không ảnh hởng đến công trình
Vậy ta có sơ đồ phân bố áp lực đất đá phần thân hầm nh trên hình 1.6
9950
6000

s
P =0,1(T/m)
P =1,89(T/m)
n
P =0,1(T/m)
s
10000
Hình 1.6.Sơ đồ phân bố áp lực đất đá phần thân hầm
Tỉ lệ 1:50
2.5.Tính toán vỏ chống tạm cho đờng hầm
Nh đã nói ở phần trên vỏ chống tạm cho thân hầm dẫn dòng là tổ hợp
lới thép, neo bê tông cốt thép và bê tông phun.
2.5.1.Lới thép
Lới thép đợc sử dụng nhằm tăng khả năng chịu lực của vỏ bê tông
phun. Lới thép đợc coi là một lớp cốt của kết cấu hỗn hợp bê tông phun-lới

9
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
thép. Trong trờng hợp đất đá nứt nẻ và vỡ vụn, ngoài vịêc sử dụng neo và bê
tông phun thì chúng ta có thể sử dụng thêm lới thép để ngăn hiện tợng đá
rơi, tách vỡ, tránh gây nguy hiểm cho ngời và thiết bị, gia cố bề mặt khối đá
nằm giữa các neo và gia cố cho lớp bê tông phun. Lới thép ở đây thờng
không phải tính toán cụ thể, sử dụng lới thép CQS6 (3,13kg/m
2
) mắt lới
4x4cm, đờng kính thép là 6mm.
2.5.2. Vì neo
Vì neo là một loại kết cấu chống có khả năng đảm bảo an toàn cho
công tác trong gơng, vững chắc và chống đợc sụt lở của đất đá, tiết kiệm đ-
ợc không gian đào, lắp đặt dễ dàng, nhanh chóng, có độ bền và tính kinh tế.

Vì neo liên kết các lớp đất đá riêng lẻ, các khối đá nứt nẻ cấu trúc, cản trở
quá trình biến dạng tự do của khối đá và bằng phơng pháp đó nâng cao độ
ổn định cho khối đá.
2.5.2.1.Chiều dài neo
Chiều dài neo xác định theo công thức:
L
n
= b
1
+ 1,5. l
z
+ l
k
(m) (1.2.13)
Trong đó: b
1
_chiều cao vùng phá huỷ, b
1
= 0,7 (m)
l
k
_chiều dài phần neo nằm phía trong đờng hầm, l
k
= 0,2m
1,5_hệ số an toàn
l
z
_chiều dài phần neo nằm ngoài vùng phá huỷ(chiều dài làm
việc của neo), đợc xác định theo công thức sau:
l

z
=
a
aa
dR

.4
.
0,5(m) (1.2.14)
R
a
_độ bền kéo của thanh neo. Với cốt thép CIII thì
R
a
= 3400KG/cm
2
d
n
_Đờng kính thanh neo, d
n
= 2,5cm
a

_độ bền chống trợt của cốt thép và bê tông, với bê tông M300
thì
a


= 25 KG/cm
2

Thay số ta đợc : l
z
=
25.4
5,2.3400
= 85cm = 0,85m
Thay số ta đợc : L
n
= 0,7

+ 1,5. 0,85 + 0,2 = 2,2 m. Để đảm bảo an toàn ta
lấy L
n
= 2,5m
2.5.2.2. Khả năng mang tải của neo
+Tính theo khả năng chịu kéo của cốt neo: P
1
= F
c
. R
a
(T) (1.2.15)
Trong đó: F
c
_tiết diện cốt neo, F
c
= 4,91 cm
2
= 4,91. 10
-4

m
2
[2]
R
a
_độ bền kéo của thép làm cốt neo;
R
a
= 3400KG/cm
2
=34000T/m
2
Thay số ta đợc: P
1
= 4,91. 10
-4
. 34000 = 16,69 (T)
+ Tính theo điều kiện bám dính của cốt neo với bê tông:
P
2
= II. d
n
.
a
. l
tt
(T) (1.2.16)
Trong đó:d
n
_đờng kính thép làm neo, d

n
= 25.10
-3
m

a
_độ bền chống trợt của cốt thép với bê tông,
a
=250T/m
2

l
tt
_chiều dài tính toán của thanh neo trong chất dính kết, l
z
= 2,3m
Thay số ta đợc: P
2
=3,14. 25. 10
-3
. 250. 2,3 = 45 (T)
+Tính theo điều kiện bám dính giữa bê tông và đất đá ở thành lỗ khoan :
P
3
= II. d
lk
.
2
. l
tt

(T) (1.2.17)
Trong đó:

10
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
d
lk
_đờng kính lỗ khoan, d
lk
= 45 mm = 45.10
-3
m

2
_độ bền chống trợt của bê tông trên thành lỗ khoan,
2
= 120 T/m
2
Thay số ta đợc: P
3
= 3,14. 45.10
-3
. 120. 2,3 = 38,99 (T)
Khả năng mang tải của neo P
N
= min(P
1
, P
2
, P

3
). Vậy P
N
= 16,69(T).
2.5.2.3.Tính mật độ neo
Mật độ neo đợc tính theo công thức: S =
N
P
b
1
.

(neo/m
2
) (1.2.18)
Trong đó : P
N
_khả năng mang tải của 1 neo, P
N
= 16,69 (T)


_trọng lợng riêng của đá,

= 2,7(T/m
3
)
b
1
_chiều cao vòm phá huỷ, b

1
= 0,7(m)
Thay số vào (1.2.18) ta đợc: S =
69,16
7,0.7,2
= 0,11 (neo/m
2
)
2.5.2.4.Tính khoảng cách giữa các neo
Khoảng cách giữa các neo theo chu vi hầm đợc chọn nhỏ nhất theo các điều
kiện sau :
+ Khoảng cách giữa các neo theo khả năng mang tải của neo:
a
1
=
1
.b
P
N


7,0.7,2
69,16
= 2,97m (1.2.19)
+ Khoảng cách giữa các neo để duy trì sự ổn định giữa các neo:
a
2
=
n
n

q
C
L
.
3
(m) (1.2.20)
Trong đó: L
n
_chiều dài thanh neo, L
n
=2,5m
C_hệ số dính kết của đất đá vùng phá huỷ, C = 3.f
f_hệ số kiên cố của đất đá, f = 8 C=3. 8 = 24
q
n
_tải trọng thẳng đứng, q
n
= 1,89(T/m
2
)
Thay số ta đợc: a
2
=
89,1
24
.
3
5,2
=2,96m
+ Khoảng cách giữa các neo theo điều kiện tạo thành vòm sụt lở:

a
3
= L
n
-
C
Kq
bn
.
.(L
n
+B) (m) (1.2.21)
Trong đó: K
b
_hệ số phụ thuộc vào độ kiên cố của đất đá,
với f >5 thì K
b
= 0,3
B_chiều rộng đờng hầm khi đào, B = 10m
Thay số ta đợc: a
3
=2,5 -
24
3,0.89,1
.(2,5 +10) = 2,2m
Vậy khoảng cách giữa các neo theo chu vi hầm đợc chọn theo giá trị
nhỏ nhất: a = min(a
1
,a
2

,a
3
) =2,2m. Qua kết quả tính toán trên ta chọn và sử
dụng neo bê tông cốt thép loại SN 200KN, chiều dài neo L=2,5m, bớc neo
2,2x1,5m(2,2m_khoảng cách theo chu vi đờng hầm, 1,5m_khoảng cách
theo dọc trục đờng hầm)
2.5.2.5. Tính lợng neo trong một vòng chống.
Số lợng neo trong một vòng chống đợc tính nh sau: neo chỉ đợc phân bố ở
phần vòm nóc còn phần tờng không bố trí neo

11
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ

1+=
a
Cv
N
v
(neo) (1.2.22)
Trong đó:N
v
_ số neo trong một vòng chống
C
v
_chu vi của vòm, C
v
=.R = 3,14. 5 = 15,7 m
a _khoảng cách bố trí neo theo chu vi hầm a=2,2m
Thay số ta đợc: N
v

=
2,2
7,15
+1 = 8,13 neo. Vậy số neo trong một vòng
chống 9 neo, do đó khoảng cách thực tế giữa các neo trong một vòng chống
là:
1
=
v
v
tt
N
C
a
=
19
7,15

=1,96m
1
9
6
0
6000
1960 1960
R
5
0
0
0

50
Hình 1.7.Sơ đồ bố trí neo bê tông cốt thép
Tỉ lệ 1:50
2.5.3.Bê tông phun

12
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Bê tông phun với u điểm là tạo nên mặt biên công trình ngầm trơn
phẳng, chèn lấp đầy những lồi lõm trên mặt biên công trình, có tác dụng
điều chỉnh và phân bố lại ứng suất tập trung trên biên công trình vì vậy nó
đợc sử dụng để gia cố, chống giữ công trình ngầm. Theo giáo s Mostkov thì
chiều dày vỏ bê tông phun đợc tính nh sau :

p
B
Rm
P
ak
.


=

(m) (1.2.23)
Trong đó: k_hệ số, khi dùng bê tông phun + vì neo k = 0,25
Khi dùng bê tông phun độc lập k = 0,35
a
/
_bớc chống(m) khi dùng bê tông phun và neo thì: a
/

=1,5m

p
R
_giới hạn bền kéo của bê tông phun(T/m
3
)
p
R
=1,5ữ2 lần giới
hạn bền nén của bê tông thờng. Với bê tông M300 thì
R
k
=100T/m
2

p
R
=200T/m
2
P
B
_tải trọng thẳng đứng tính toán, P
B
=1,89(T/m
2
)
m_hệ số làm việc, m = 0,75 khi sử dụng bê tông phun kết hợp với neo
Thay số ta đợc:
200.75,0

89,1
.5,1.25,0=

= 0,042(m).Vậy ta chọn = 5cm
2.6.Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định
Việc xác định nội lực trong vỏ chống trên cơ sở xem xét các thành phần
ngoại lực tác dụng. Ta tiến hành giải bài toán theo các tổ hợp tải trọng tác
dụng dựa trên nguyên lý cộng tác dụng. Sau đó chọn mặt cắt có thành phần
nội lực nguy hiểm nhất để tiến hành thiết kế mặt cắt vỏ chống theo các tiêu
chuẩn hiện hành.
2.6.1.Tổ hợp tải trọng 1
Khi đờng hầm vừa thi công xong, bao gồm các tải trọng:
+áp lực đất đá
+trọng lợng bản thân vỏ chống
+ áp lực nớc từ bên ngoài và lực kháng đàn hồi
2.6.1.1.Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng.
Theo[3] khi tính toán các vỏ chống phải tính đến các lực kháng đàn
hồi của đá K
0
, lực kháng tác dụng lên phần lớn các vỏ chống với góc ở tâm
là 270
0
Phơng của lực kháng đàn hồi theo phơng hớng kính và trị số của nó
phân bố theo qui luật:
Khi 45
0
90
0
thì R = -K.
a

. cos2
Khi 90
0
180
0
thì R = K.
a
. sin
2
+ K.
b
. cos
2

Trong đó: _nửa góc ở tâm của tiết diện đang xét
K.
a
; K.
b
_trị số lực kháng đàn hồi tại vị trí = 90
0
và 180
0
Bỏ qua thành phần lực cắt, ta có biểu thức xác định thành phần mô men và
lực dọc:
M = P
n
. R
d
. r. [A. a + B + C. n.(1+a)] (1.2.24)

13
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
N = P
n
. R
d
. [D. a + E + F. n.(1+a)]
Trong đó: a =
r
R
n
2

R
n
_bán kính ngoài vỏ bê tông cốt thép R
n
= R
d
- = 4,95m
R
d
_bán kính đào của hầm, R
d
= 5m
_chiều dày vỏ bê tông phun, = 0,05m
r_bán kính trục của vỏ hầm, r = R
n
-

2
d
= 4,725m (1.2.25)
d_chiều dày vỏ hầm, d = 0,45m
Thay số ta đợc: a = 0,95
n=
dKRr
JE
d

.
06416,0
1
3
+
(1.2.26)
E.J_độ cứng vững của vỏ hầm(T/m
3
)
E_môđun đàn hồi của vật liệu xây, E=270000 KG/cm
2
J_ mômen quán tính mặt cắt ngang vỏ hầm
J =
12
.
3
db
=
12
45,0.1

3
= 7,59.10
-3
b_chiều dài một đơn vị dọc theo trục của hầm
K_lực kháng đàn hồi của địa tầng
K =
n
r
K
100
.
0
=
495
100
.700
=141,4 KG/cm
2
Thay các giá trị vào (1.2.26) ta đợc:
N =
45,0.4,141.95,4.725,4
10.59,7.270000
06416,0
1
3
3
+
=7,9
Thay n, P
n

, R
n
, r , a vào công thức (1.2.24) ta đựơc:
M = 44,2. [0,95. A + B + 15,4. C] (1.2.27)
N = 9,35. [0,95. D + E + 15,4. F]
Hình 1.8.Sơ đồ tính
nội lực do áp lực đá
Tỉ lệ 1:50
Theo [3] các trị số
A, B, C, D, E, F tơng
ứng với góc cho
trong bảng 2.1
Bảng 2.1. Giá trị hệ
số A, B, C, D, E, F
Mặt cắt A
B C D
E F
= 0
0
0,1628
0,0872 -0,007 0,2122
-0,2122 0,021

14
n
R
R
P
n
s

P
r
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
= 45
0
-0,025 0,025 -0,0008 0,15 0,35 0,0148
= 90
0
-0,125 -0,125 0,00082 0 1 0,0057
= 35
0
0,025 -0,125 0,00022 -0,15 0,9 0,0138
=180
0
0,0872 0,0162 -0,0083 -0,212 0,717 0,0224
2.6.1.2.Nội lực trong vỏ chống gây bởi trọng lợng bản thân
Vỏ chống có chiều dày d. Lực dọc và momen đợc xác định theo công
thức sau: M = g. r
2
. (A
1
+ B
1
. n) (1.2.28)
N = g. r. (C
1
+ D
1
. n)
Trong đó:g_tự trọng vỏ chống hầm(tính cho 1m dài hầm)

g = 1.
d
bt
.

= 0,99(T/m) (1.2.29)

bt

_khối lợng thể tích của bê tông,
bt

= 2,2(T/m
3
)
d_chiều dày vỏ bê tông, d = 0,45m
Thay các giá trị vào (2.28) ta đợc: M = 22,10. (A
1
+ 7,9. B
1
) (1.2.30)
N = 4,67. (C
1
+ 7,9. D
1
)
Trị số A
1
, B
1

, C
1
, D
1
_ đựơc cho trong bảng 2.2
g
R
R
n
Hình 1.9.Sơ đồ tính nội lực đồ trọng lợng bản thân vỏ chống
Tỉ lệ 1:50

15
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Bảng 2.2. Giá trị hệ số A
1
, B
1
, C
1
, D
1
Mặt cắt A
1
B
1
C
1
D
1

= 0
0
0,3447 -0,02198 0,1567 0,0695
= 45
0
0,3447 -0,00267 0,3375 0,0466
= 90
0
-0,3928 0,0258 0,1507 0,0180
= 135
0
-0,0335 0,00067 1,19186 0,0422
= 180
0
0,4405 -0,0262 1,7375 0,0701
2.6.1.3.Nội lực vỏ chống gây bởi áp lực sờn hầm
Momen và lực dọc gây ra đợc xác định theo công thức:
-tại tiết diện = 0 và = : M =- 0,1488. P
s
. R. r (1.2.31)
N = - 0,7854. P
s
. R
n
Trong đó: R_bán kính sử dụng(bên trong vỏ) hầm; R = 4,5m
P
s
_áp lực sờn hầm; P
s
= 0,1(T/m)

-tại tiết diện =90
0
và =135
0
; M = 0,1366. P
s
. R. r (1.2.32)
N = 0,5. P
s
. R
n
Thay các giá trị A, B, C, D, E, F, A
1
, B
1
, C
1
, D
1
vào các công thức (1.2.27)
và (1.2.30), (1.2.31), (1.2.32), độ lệch tâm e =
N
M
, ta đợc kết quả nội lực
trong vỏ chống thể hiện ở bảng 2.4
2.6.1.4.Nội lực vỏ chống gây bởi áp lực nớc từ bên ngoài và lực
kháng đàn hồi tác dụng
M = -
n
.

2
n
R
. r. (A
2
+ B
2
. n) = -115,77. (A
2
+ 7,9. B
2
) (1.2.33)
N = -
n
.
2
n
R
. (C
2
+ D
2
. n) +
HR
n


=-24,5. (C
2
+ D

2
. 7,9)
Trong đó: chiều cao tính từ đỉnh hầm tới độ cao mặt nớc, theo tài liệu địa
chất địa chất thuỷ văn mực nớc ngầm ở độ sâu 30ữ25m H = 0
trị số A
2
, B
2
, C
2
, D
2
_ đựơc cho trong bảng 2.3
Bảng 2.3. Giá trị hệ số A
2
, B
2
, C
2
, D
2
Mặt cắt A
2
B
2
C
2
D
2
= 0

0
0,1024 -0,01079 -0,4885 0,03924
= 45
0
0,01673 -0,00132 -0,42771 0,02329
= 90
0
-0,19638 00,01294 -0,21460 0,00903
= 135
0
-0,01679 0,00036 -0,39413 0,02161
= 180
0
0,22027 -0,01312 -0,63125 0,03509
Thay các trị số A
2
, B
2
, C
2
, D
2
vào công thức (1.2.33) ta đợc ta đợc kết quả
nội lực trong vỏ chống thể hiện ở bảng 2.4
2.6.2.Tổ hợp tải trọng 2

16
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
ứng với lúc bắt đầu vận hành. Các thành phần tải trọng bao gồm:
+áp lực đất đá

+trọng lợng bản thân vỏ chống
+áp lực nớc bên trong vỏ hầm
+áp lực nớc ngầm và lực kháng đàn hồi
Trong đó áp lực đất đá, trọng lợng bản thân vỏ chống và áp lực nớc ngầm
tính nh tổ hợp tải trọng 1.
*Nội lực do áp lực nớc phân bố không đều bên trong đờng hầm
M =
n
. R
2
. r. (A
2
+ B
2
. n) (1.2.34)
N =
n
. R
2
. (C
2
+ D
2
. n)
Trong đó:
n
_trọng lợng thể tích của nớc trong vỏ hầm
n
= 1(T/m
3

)
Thay số vào (1.2.34) ta đợc: M = 21,26. (A
2
+ B
2
. 7,9) (1.2.35)
N = 20,25. (C
2
+ D
2
. 7,9)
R
R
n
P
n
Hình 1.10.Sơ đồ tính nội lực do áp lực nớc bên trong
Tỉ lệ 1:50
Thay các trị số A
2
, B
2
, C
2
, D
2
vào công thức (1.2.35) ta đợc ta đợc kết quả
nội lực trong vỏ chống thể hiện ở bảng 2.4

17

Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Bảng 2.4.Kết quả nội lực trong vỏ chống hầm dẫn dòng
Tên thành phần áp lực
= 0
0
= 45
0
= 90
0
= 135
0
= 180
0
Momen
M(T.m)
Lực dọc
N(T)
Momen
M(T.m)
Lực dọc
N(T)
Momen
M(T.m)
Lực dọc
N(T)
Momen
M(T.m)
Lực dọc
N(T)
Momen

M(T.m)
Lực dọc
N(T)
áp lực đất đá 5,9 2,29 -0,52 6,7 -5,2 10,18 0,09 9,06 5,15 8
Trọng lợng vỏ chống 3,78 1,65 0,27 3,3 -4,16 8 -0,62 10,5 5,16 10,7
áp lực sờn -0,32 -0,38 0,29 0,25 0,29 0,25 -0,32 -0,38
áp lực nớc ngầm -10,09 8,04 -0,729 5,97 10,9 3,5 1,6 5,47 -13,5 8,67
Tổ hợp 1 -0,73 11,6 -0,979 15,97 1,83 21,93 1,36 25,28 -3,51 26,99
Độ lệch tâm (e) -0,063 -0,06 0,08 0,05 -0,13
áp lực nớc trong hầm 8,339 -6,647 0,6 -4,9 -9 -2,9 -1,33 -4,5 11,15 -7,17
Tổ hợp 2 7,609 4,953 -0,379 11,07 -7,17 19,03 0,03 20,78 7,64 19,82
Độ lệch tâm (e) 1,54 0,03 0,37 0,001 0,385
SV: Nguyễn Thị Hoàng Minh Trang Lớp XDCTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
7,609
0,379
7,17
0,03
7,64
M (T.m)
+
-
4,953
11,07
19,03
20,78
19,82
+
+
N (T)

Hình 1.11.Biểu đồ nội lực trong vỏ chống
Tỉ lệ lực: 1T.m=1cm; 5T =1cn
Độ lệch tâm cho phép e =
N
M
<
6
d
= 0,075(m) =7,5(cm) trong khi độ lệch
tâm e ở cả vòm và tờng đều vợt quá cho phép, nên bố trí thêm cốt thép vào
cấu kiện để giảm độ lệch tâm.
2.7.Tính cốt thép.
Sau khi đã xác định đợc nội lực trong vỏ chống, kết quả độ lêch tâm lớn
hơn giới hạn cho phép vì vậy để đảm bảo ổn định cho vỏ chống thì ta phải
tính toán cốt thép.
Theo [2] độ dầy lớp bê tông bảo vệ có thể lấy nh sau: a = a
/
= 5cm
h
0
= d -a = 0,45 - 0,05 = 0,4m
Độ lệch tâm khi chịu lực: e =
N
M
=
953,4
609,7
=1,54 > 0,3. h
0
= 0,3. 0,4 = 0,12

Cấu kiện làm việc ở trạng thái chịu nén lệch tâm nhiều. Tính toán cốt thép
cấu kiện chịu nén lệch tâm nhiều, tính cho 1m dài đờng hầm với cốt thép
đặt đối xứng.
Diện tích cốt thép: F
/
a
= F
a
=
).(
)
2
.(
0
0
ahR
x
heN
a


+
(cm
2
) (1.2.36)
Trong đó: F
/
a
, F
a

_diện tích cốt thép chịu nén và kéo
e_độ lệch tâm lực dọc, e =1,54m
x =
bR
N
u
.
khi có cốt thép đặt đối xứng
R
u
_cờng độ chịu ép khi uốn, BT mác 300 thì R
u
= 160KG/cm
2
N = 4,953T = 4953KG
b=1m

19
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
Thay số ta đợc: x =
100.160
4953
= 0,31cm
R
a
_cờng độ tính toán của cốt thép, R
a
= k
a
. m

a
. R
ac
(KG/cm
2
)
Trong đó: k
a
_hệ số đồng chất của cốt thép, k
a
= 0,9
m
a
_hệ số điều kiện làm việc, m
a
= 1
R
ac
_cờng độ tiêu chuẩn của cốt thép, với thép nhóm
AI thì R
ac
=2400 (KG/cm
2
)
Vậy R
a
= 0,9.1.2400 =2160(KG/cm
2
)
Thay các giá trị vào công thức (1.2.36) ta đợc:

F
/
a
= F
a
=
)540.(2160
)
2
31,0
40154.(4953

+
=7,5 (cm
2
)
Vậy ta chọn 5 thanh AI 14 làm cốt chịu lực tơng ứng diện tích cốt thép là
7,69cm
2
. Tổng diện tích cốt thép là 15,38cm
2
Kiểm tra hàm lợng cốt thép :
100.
.
0
/
hb
FF
aa
+

=
à
100.
40.100
38,15
=
=0,38%
Vậy
%05,0
min
=
à

%5,3%5,0
max
àà
<=<
Chọn thép AII 10 làm cốt phân bố khoảng cách giữa các cốt phân bố là
0,5m.
Chọn thép 8 làm cốt đai khoảng cách giữa các cốt đai lấy bằng khoảng
cách giữa các cốt phân bố.
*Kiểm tra bền cho kết cấu chống
Yêu cầu đối với vỏ chống là:
<
tt

[
gh

]

Trong đó:
tt

_ứng suất kéo trong vỏ chống

tt

=
22
2
2
RR
RP
n
nN

=
22
2
5,495,4
95,4.89,1.2

=72,36T/m
2
=723,6(KG/cm
2
)
[
gh

]_ứng suất kéo giới hạn của vỏ chống
Đối với vỏ chống bê tông cốt thép, do bê tông chịu kéo kém nên toàn bộ lực
kéo do cốt thép chịu. Vì vậy độ bền kéo của vỏ chống lấy bằng độ bền kéo
của cốt thép. [
gh

] =
k
R
a
Trong đó: k_hệ số điều kiện làm việc của vỏ chống, k =1,3
Vậy [
gh

] =
3,1
2160
=1661(KG/cm
2
)
<=
2
/6,723 cmKG
tt

[
gh

] =1661
(KG/cm

2
). Nh vậy vỏ chống luôn đảm bảo bền.
Phần II
Thiết kế thi công
Chơng 1
Công tác đào phá đất đá và chống tạm
1.1.Sơ đồ công nghệ đào gơng và phơng tiện phá vỡ đất đá.
Hiện nay khi xây dựng công trình ngầm có rất nhiều phơng pháp

20
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
phân chia các sơ đồ công nghệ thi công. Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ thi
công có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nâng cao tốc độ đào hầm, giúp ta
bố trí công việc một cách nhịp nhàng giảm thời gian ngừng nghỉ của máy
móc, thiết bị và các công việc tới mức thấp nhất, kinh tế nhất.
1.1.1.Một số sơ đồ thi công.
+Sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần: với sơ đồ này đờng hầm đợc đào và
chống tạm cho đến hết chiều dài theo thiết kế. Sau đó mới tiến hành chống
cố định cho đờng hầm. Sơ đồ này áp dụng cho đờng hầm có tiết diện không
lớn, chiều dài ngắn.
+Sơ đồ thi công nối tiếp từng phần: với sơ đồ này đờng hầm đợc phân chia
thành từng đoạn, phụ thuộc vào độ ổn định của khối đá. Trình tự thi công:
đầu tiên đào và chống tạm thời cho đến hết chiều dài đoạn thứ nhất. Sau đó
đào và chống tạm thời một phần chiều dài của đoạn thứ hai(hoặc hết đoạn
thứ hai) thì dừng công tác thi công tại gơng và quay lại chống cố định đoạn
thứ nhất. Tiếp theo ngời ta đào và chống tạm thời hết đoạn thứ hai và một
phần đoạn thứ ba thì dừng gơng đào và tiến hành chống cố định cho đoạn
thứ hai. Phơng pháp này cứ tiến hành cho đến hết chiều dài công trình. Sơ
đồ này áp dụng cho đờng hầm có tiết diện hẹp nhng có chiều dài lớn. Đất
đá từ trung bình cho đến rắn chắc.

+Sơ đồ thi công song song: trong sơ đồ này công tác đào và chống tạm thời
tại gơng đợc tiến hành đồng thời với công tác chống cố định thực hiện cách
gơng một khoảng cách nào đó. Khoảng cách này phụ thuộc vào kích thớc
trang thiết bị thi công, độ ổn định của khối đá Sơ đồ này thờng dùng cho
các đờng hầm có tiết diện ngang và chiều dài lớn. Phơng pháp này có u
điểm là rút ngắn thời gian thi công đờng hầm so với phơng pháp thi công
nối tiếp.
+Sơ đồ thi công phối hợp: trong sơ đồ này tất cả các công tác đào, chống
tạm thời và chống cố định đợc tiến hành ngay trong một chu kì công tác. Sơ
đồ này dùng để thi công các hầm trạm có kích thớc tiết diện ngang lớn cần
thi công vỏ chống cố định.
1.1.2.Lựa chọn sơ đồ thi công cho đờng hầm.
Căn cứ vào các công việc khi thi công, dựa vào khoảng lu không của đờng
hầm sau khoan nổ mìn với thời gian chống tạm và chống cố định để chọn sơ
đồ thi công cho đờng hầm hợp lý. Đờng hầm đào qua đất đá có hệ số kiên
cố f = 8 thuộc loại tốt, kích thớc tiết diện ngang của công trình lớn: S
d
=
81,09m
2
, đờng hầm dài 789,283m, vậy ta chọn sơ đồ thi công là sơ đồ thi
công nối tiếp toàn phần.
1.1.3.Lựa chọn sơ đồ đào gơng.
Việc lựa chọn sơ đồ đào gơng phụ thuộc vào các yếu tố sau: điều
kiện địa chất, hệ số kiên cố của đất đá, tiết diện đào của công trình, chủng
loại thiết bị máy móc Căn cứ vào các yếu tố đó ta có thể chọn sơ đồ đào là
chia gơng hay đào toàn tiết diện.
Sơ đồ đào toàn gơng đ ợc quyết định bởi các yếu tố: thời gian tồn
tại ổn định không chống của khối đá, trong mối liên quan với kích th ớc
v hình dạng của công trình, phải đủ lớn. Nhu cầu về thời gian lắp dựng kết

cấu bảo vệ phải phù hợp với thời gian ổn định không chống. Nếu khối đá có
thời gian tồn tại ổn định không chống đủ lớn, hay khối đá l rất ổn định, có
thể không cần thiết lắp dựng kết cấu chống tạm. Tuy nhiên trong mọi
tr ờng hợp cần thiết phải đảm bảo an to n cho con ng ời. Các thiết bị
máy móc phải có công suất cũng nh khả năng tiếp cận đủ lớn, để đảm bảo

21
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
trình tự v tốc độ thi công trong các điều kiện đã cho.
Sơ đồ đ o chia g ơng áp dụng khi gặp các tiết diện lớn, chia g ơng
chịu quyết định chính bởi việc sử dụng kinh tế các trang thiết bị thi công.
Thời gian tồn tại ổn định không chống của khối đá không đủ lớn để đ o
to n g ơng. Nhu cầu về thời gian để lắp dựng kết cấu bảo vệ khi đ o toàn
g ơng không t ơng xứng với thời gian ổn định của khối đá (mối quan hệ
với thời gian tồn tại, khẩu độ thi công). Các trang thiết bị không bao quát
đ ợc to n bộ tiết diện (tiết diện đ o lớn so với năng lực của thiết bị thi
công) do vậy phải chia g ơng. Việc chia g ơng cũng th ờng bị chi phối
bởi các điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn v địa cơ học.
Để bản đồ án này đợc gần với thực tế tại công trờng thuỷ điện Cửa Đạt em
sử dụng các phơng tiện máy móc kỹ thuật đã có và đợc áp dụng thi công
thực tế tại hầm dẫn dòng Cửa Đạt
Bảng 2.1.Đặc tính kỹ thuật cuả máy khoan Boomer 352
Từ những
điều kiện địa chất
đã nêu trên và tiết
diện đào của hầm S
d
=81,09m
2
, chiều cao đờng hầm 9,95m, chiều rộng hầm

là 10m, năng lực của thiết bị khoan, ta chọn sơ đồ đào chia gơng(gơng bậc
trên và gơng bậc dới, gơng bậc trên sẽ tiến trớc đến hết chiều dài đờng hầm
sau đó quay lại đào gơng bậc dới), phơng tiện phá vỡ đá bằng phơng pháp
khoan nổ mìn. Khối lợng công việc trong một chu kỳ lớn, và qua thực tế ta
dự kiến thời gian hoàn thành một chu kỳ là: T
ck
= 16h. Thời gian ổn định
không chống là: 5.10
2
h ữ 8,4.10
3
h. Tuy nhiên để tăng tính an toàn ta sẽ tiến
hành chống tạm sau mỗi chu kỳ nổ mìn. Công tác chống tạm sẽ đợc tiến
hành theo trình tự sau:
+Lắp đặt lới thép
+Lắp đặt neo
+Phun bê tông
Các công việc sẽ đợc trình bày chi tiết ở phần thi công kết cấu chống tạm.

Đờng kính lỗ khoan(mm) 45
Chiều sâu khoan(mm) 4640
Trọng lợng(kg) 18000
Cần khoan BUT 32
Chiều dài choòng khoan(mm)
6490
Diện tích mặt cắt ngang (m
2
)
8 ữ 45
Kích thớc chính

Chiều dài(mm) 14350
Chiều rộng(mm) 2500
Chiều cao(mm) 3100
22
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
10000
6000
3950
9800
9800
6000
R

=
5
0
0
0
=
12
B
C
A
D
H
I
h
=
4
3

8
0
d
Hình 2.1.Sơ đồ gơng bậc trên và gơng bậc dới
Tỉ lệ 1:100
Diện tích tiết diện gơng đào bậc trên : S
dt
= S
v
+ 2. S
AID
+ S
DIC
(m
2
)
Trong đó: S
v
=
2
.
2
d
R

= 39,25 m
2
S
AID
=

360
2
d
R
=
12.5.
360
2

= 2,6 m
2
S
DIC
=
IHDC
2
1
=
1.8,9.
2
1
= 4,9 m
2
Vậy: S
dt
= 39,25 + 2. 2,6 + 4,9 = 49,35 m
2

Diện tích đào gơng bậc dới là: S
dd
= S
d
- S
dt
= 81,09 - 49,35 = 31,74 m
2
Trong đó:S
d
_diện tích đào toàn gơng S
d
= 81,09 m
2
1.2.Thiết kế thi công bậc trên
1.2.1.Lựa chọn thuốc nổ và phơng tiện gây nổ
Thuốc nổ dùng để phá gơng là thuốc nổ P3151 có sức công phá là 380cm
3
,
đờng kính thỏi thuốc 35 mm, chiều dài thỏi thuốc 175mm, tỷ trọng:
1,23g/cm
3
, khối lợng một thỏi thuốc g =200gam.
Để kích nổ các thỏi thuốc sử dụng loại kíp điện vi sai EXEL-MS của úC
Bảng 2.2.Đặc tính kỹ thuật của kíp điện vi sai EXEL-MS
Số kíp vi sai 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Thời gian vi sai(às)
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Số kíp vi sai 9 10 11 12 13 14 15
Thời gian vi sai(às)

250 300 350 400 450 500 600
Để nổ mìn dùng máy nổ mìn VMK-500
Bảng 2.3.Đặc tính kỹ thuật của máy nổ mìn VMK-500
STT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Số lợng
1 Điện áp lớn nhất của tụ điện

3000
2 Điện dung
àF
3,3
3 Điện trở của mạng nổ
às
2100
4 Số lợng kíp nổ mắc nối tiếp cái 800
5 Kích thớc của máy cm 280x165x165
6 Trọng lợng kg 11

23
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
7 Nguồn điện cung cấp V 650
1.2.2.Tính toán các thông số khoan nổ mìn
1.2.2.1. Chiều sâu lỗ mìn: l(m)
Đây là một thông số quan trọng ảnh hởng quyết định đến các chỉ tiêu kĩ
thuật của đờng hầm. Chiều sâu lỗ mìn đợc lựa chọn theo mức độ ổn định
của khối đá, diện tích tiết diện gơng hầm và thiết bị khoan.
+ Mức độ ổn định của khối đá: đoạn hầm thi công qua đá granit và
đá phiến thạch anh cứng chắc, RMR =76 nên chiều sâu lỗ mìn có thể chọn
L
m
= 4 ữ 5m

+Diện tích tiết diện gơng đào có ảnh hởng đến việc lựa chọn chiều
sâu lỗ mìn. L
m
= (0,5 ữ 0,75).B
d
chọn L
m
= 0,5. B
d
= 5 m
Trong đó : B
d
_chiều rộng đào, B
d
= 10 m
+Năng lực thiết bị thi công: ở đây ta sử dụng máy khoan Bommer-
352 có thể khoan các lỗ mìn sâu đến 4,5 m
+ Theo yêu cầu tiến độ thi công đề ra là: V
th
= 115 m/tháng.
Ta có công thức tính chiều dài lỗ mìn:
l
m
=

.24.26
.
ckth
TV
=

86,0.24.26
16.115
= 3,5 m (2.1.1)
Trong đó : 26_số ngày làm việc trong 1 tháng, ngày
24_ số giờ làm việc trong ngày, giờ
T
ck
_thời gian hoàn thành một chu kì, T
ck
= 16 giờ


_hệ số sử dụng lỗ mìn = 0,86
Từ các yêu cầu trên ta chọn chiều sâu lỗ mìn thi công: L
m
= 3,5m
Vậy tiến độ thi công một ngày là: V = L
m
..
ck
T
24
= 3,5.0,86.
16
24
= 4,5m/ngày
1.2.2.2.Đờng kính lỗ mìn
Đờng kính lỗ mìn đợc xác định theo đờng kính thỏi thuốc:
d
m

= d
b
+ (3ữ8) (mm) (2.1.2)
Trong đó: d
b
_đờng kính thỏi thuốc sử dụng, d
b
=35mm
Thay số ta đựơc: d
m
= 35 + 8 = 43mm. Để phù hợp với thiết bị khoan
Boomer-352 ta lấy d
m
= 45mm.
1.2.2.3. Chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị q(kg/m
3
)
Theo Pocrovxki.N.M lợng thuốc nổ đơn vị đợc xác định theo công thức
q = (1,2 ữ 1,5). q
1
. f
1
. e. k
d
(kg/m
3
) (2.1.3)
Trong đó: q
1
_chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn (kg/m

3
), q
1
= 0,1. f
f_hệ số kiên cố của đất đá, f = 8 q
1
= 0,1. 8 = 0,8 (kg/m
3
)
f
1
_hệ số cấu trúc của đá trong gơng hầm, phụ thuộc vào đặc tính
của đất đá[5], f
1
=1,4
e_hệ số xét tới sức công nổ, e =
s
P
380
380_sức công nổ của thuốc nổ Dinamit 62% làm thuốc nổ chuẩn
P
s
_ sức công nổ của thuốc nổ sử dụng, thuốc nổ P3151 có P
s
=380
e=
380
380
=1
k

đ
_hệ số ảnh hởng của đờng kính thỏi thuốc,d =35mm thì k
đ
=1

24
Đồ án tốt nghiệp ngành XDCTN & Mỏ
1,2 ữ 1,5_hệ số sức cản của đá, với gơng hầm có 1 mặt tự do,
diện tích đào của gơng: S
dt
= 49,35 m
2
>18m
2
, chọn giá
trị 1,5
Thay số ta đợc : q = 1,5. 0,8. 1,4 1. 1 = 1,68(kg/m
3
)
Vậy ta chọn lợng thuốc nổ đơn vị : q =1,68(kg/m
3
)
1.2.2.4. Khối lợng thuốc nổ cho một lần nổ
Q = q. S
dt
. L
m
(kg) (2.1.4)
Trong đó: q_chỉ tiêu thuốc nổ đơn vị, q = 1,68(kg/m
3

)
S
dt
_diện tích tiết diện gơng đào bậc trên, S
d
= 49,35m
2
L
m
_chiều sâu lỗ mìn, L
m
= 3,5m
Thay số vào (2.4) ta đợc: Q = 1,68. 49,35. 3,5 = 290,178(kg)
1.2.2.5. Lợng thuốc nổ trung bình trên 1m dài lỗ mìn



=
4
.
2
b
d

.

.a

.k
n

( kg/m) (2.1.5)
Trong đó: d
b
_đờng kính bao thuốc, d
b
= 0,035 m


_mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc,

= 1230 kg/m
3
k
n
_Hệ số nén chặt của thỏi thuốc, k
n
= 1
a_hệ số nạp thuốc, phụ thuộc vào độ kiên cố của đất đá; với f =3ữ10
thì a

=0,5ữ0,6
Thay số ta đợc:


=
4
035,0.
2

.1230. 0,6. 1 = 0,7( kg/m)

Lợng thuốc nổ trung bình nạp trong một lỗ mìn là:
q
tb
=
m
L.

= 0,7. 3,5 = 2,45kg
1.2.2.6. Lợng thuốc nổ nạp trung bình trong một lỗ mìn nhóm phá
q
tbp
= q
tb
= 2,45kg
Số thỏi thuốc trong một lỗ mìn phá là: n
p
=
g
q
tbp
(thỏi)
Trong đó:g_ khối lợng thỏi thuốc g = 0,2kg
Vậy n
p
=
2,0
45,2
= 12,25 thỏi. Để tiện cho thi công và đảm bảo kĩ thuật nên
lấy số thỏi thuốc là: n
p

/
= 13thỏi
Vậy khối lợng thuốc nổ thực tế nạp cho một lỗ mìn phá là:
q
p
/
=13. 0,2 =2,5(kg)
Chiều dài nạp thuốc của mỗi lỗ mìn phá: L
tp
=n
p
/
. l
t
(m)
Trong đó: l
t
_chiều dài mỗi thỏi thuốc, l
t
= 0,175m
L
tp
= 13. 0,175 = 2,275m
Chiều dài nạp bua của mỗi lỗ phá là:
L
buap
= L
m
- L
tp

= 3,5 - 2,275 = 1,225m
1.2.2.7.Lợng thuốc nổ nạp trung bình trong một lỗ mìn nhóm đột phá
Lợng thuốc nổ trong nhóm lỗ mìn đột phá lấy tăng lên từ 15ữ20% so với l-
ợng thuốc nổ trung bình: q
dp
= 1,15. q
tb
= 1,15. 2,45 = 2,82kg
Theo [5] thì các lỗ mìn đột phá đợc khoan sâu hơn các lỗ mìn phá từ
20ữ30cm. Vậy chiều sâu lỗ mìn đột phá là: L
kdp
= 3,8m

25