ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HẦM DẪN DÒNG THỦY ĐIỆN CỬA ĐẠT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (758.83 KB, 62 trang )
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
Phần I: Thiết kế kỹ thuật
Chơng 1
Khái quát chung công trình hầm dẫn dòng
thuỷ điện Cửa Đạt
I.1. Nhiệm vụ thiết kế
Sau quá trình học tập và rèn luyện chuyên nghành xây dựng công trình
ngầm và mỏ, em đã đợc đi thực tập tốt nghiệp tại công trình thuỷ điện, thuỷ
lợi, Cửa Đạt Thanh Hoá và nhận đề tài: Thiết kế thi công hầm dẫn dòng
thuỷ điện Cửa Đạt.
I.2. Hệ thống công trình ngầm thuộc nhà máy thuỷ điện Cửa Đạt
+ Hầm dẫn nớc: Đờng hầm có chiều dài là 623,2m mục đích là dẫn nớc vào
nhà máy
+ Hầm dẫn dòng: Có chiều dài 789.283m, đợc xây dựng bên vai phải đập
chính, theo hớng TB - ĐN, tuyến tim hầm hợp với tuyến tràn xả lũ một góc
230 và với tuyến đập chính một góc 64 0, cửa vào đợc bẻ góc 440 so với tim
hầm, đồng thời là hầm thuỷ lợi.
Mặt bằng tổng thể đợc thể hiện trên hình vẽ 1.1
I.3. Vai trò của công trình hầm dẫn dòng
- Dẫn dòng thi công:
Đờng hầm có lu lợng nớc đi qua lớn nhất là Qmax= 94.2 m3/s Dòng nớc
không áp
- Dẫn dòng thoát lũ:
Đảm bảo cấp nớc liên tục cho hạ du với lu lợng tối thiểu khoảng 50m3/sec
đáp ứng yêu cầu tới của hệ thống Sông Chu, cấp nớc cho thành phố Thanh
Hoá và các cơ sở công nghiệp.
I.4. Điều kiện địa chất xung quanh công trình hầm dẫn dòng
I.4.1.Đặc điểm địa hình địa mạo
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 ữ
450. 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.)
I.4.2. Địa chất công trình
Mặt cắt địa chất đợc thể hiện trên hình vẽ 1.2
Địa tầng
- Tầng phủ:
+ Lớp 4A: lớp đất á sét nặng đến sét lẫn ít dăm sạn(khoảng 5ữ20%). Đôi
chỗ chứa tảng lăn 20ữ30cm, có chỗ tới 1ữ2m, 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% cá biệt có chỗ đến 20%), đôi chỗ có tảng lăn, phân bố ở hai bên sờn núi. Trạng thái cứng vừa chặt. Chiều dày lớp trung bình từ 2 ữ 5m.
- Các đới đá phong hoá bao gồm:
+ Đới phong hoá hoàn toàn :
SV: Đỗ Ngọc Thái
1
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
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. Đới dày trung bình 5ữ20m, có chỗ tới 40m.
Lớp 5B: Sản phẩm phong hóa 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 đá
tảng 30ữ40cm, lớp dày 5ữ10m.
+ (6) Đới phong hoá mạnh: đá bị biến màu hoàn toàn. 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.
+ (7) Đới phong hoá vừa: đá tuy bị biến màu nhng còn cứng chắc, các mảnh
vỡ tơng đối sắc cạnh. Đá nứt nẻ mạnh
+ (8) Đới phong hoá nhẹ: đá bị biến màu nhẹ, cứng chắc đến rất cứng chắc.
Đá nứt nẻ yếu.
+ (9): Đá Gốc: Đá Granit: rất cứng chắc, cửa nhận nớc nằm trong vùng
phân bố đá granit thuộc phức hệ Bản Muồng
Đá phiến thạch anh: Thân hầm nằm trong đá Phiến thạch
anh cứng chắc có thế nằm 40 ữ 50 < 500ữ750 nhng đá phân phiến rất mờ, có
thể coi nh dạng khối.
Tính chất cơ lý của đá bố trí công trình đợc thể hiện trong bảng 1.1
Bảng 1.1. Tính chất cơ lý của đất đá dọc tuyến công trình
Đá Phiến
STT Đặc tính cơ lý của đá
Đơn vị Đá Granit
thạch anh
1 Dung trọng tự nhiên( )
T/m3
2,67
2,73
2 Hệ số kiên cố(f)
8ữ10
8ữ10
3 Độ bền nén đơn trục( n)
Mpa
80ữ95
85ữ100
0
4 Góc ma sát trong( )
Độ
82,8
83,30
5 Lực dính kết(C)
Mpa 21,2 ữ 50,8 24,12 ữ 57,75
- Các đứt gãy phá huỷ và hệ thống khe nứt :
+ 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.
Bảng 1.2. Đặc điểm các đứt gãy, khe nứt
Số hiệu Đờng
Hớng
Góc
Thông số
Chất lấp
Vị trí
đứt gẫy phơng
dốc
dốc
hình học
đầy
Đứt gẫy kể
Đất lẫn
Cắt chéo
cả đới ảnh
0
dăm
sạn
IV-5 TB-ĐN
TN
75
trục
hởng rộng
tuynen
rộng1ữ2m
5ữ10m
Đất lẫn
Đứt gẫy kể
Cắt chéo
dăm sạn
cả
đới
ảnh
0
IV-8 TB-ĐN
TN
75
trục
rộng
hởng rộng
tuynen
1,5m
0,1ữ1m
Khe nứt
Cắt gần
trung
bình
vuông
góc
0
IV-13 ĐB-TN
ĐN
60
Sét sạn
có chiều
với trục
tuynen
Dài 3ữ8m ,
IV-15
á vĩ
B
700
Canxi
Cắt
gần
bớc của
tuyến
thạch anh vuông góc
khe nứt
hoặc
với trục
0,6ữ2m độ không
có
tuynen
SV: Đỗ Ngọc Thái
2
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
IV-11
á VT
B
Cắt gần
Không có vuông
góc
chất lấp
với
trục
đầy
tuynen
700
mở khe nứt
0,1 ữ 2mm
I.4.3. Địa chất thuỷ văn
- Mực nớc ngầm nằm khá sâu thờng đợc gặp ở nóc của 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, 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
- Tính thấm nớc:
+ Đới phong hoá hoàn toàn: Thấm yếu đến thấm vừa hệ số thấm dao động
từ 1 ì 10-4ữ1 ì 10-3cm/s
+ Đới phong hoá mạnh: Thấm vừa, hệ số thấm dao động từ 1 ì 10-4ữ1 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 10-4ữ6 ì 10-2cm/s, lợng mất nớc đơn vị dao động 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 gốc: thực tế không thấm đến thấm yếu, lợng mất nớc đơn vị dao động
chủ yếu từ < 0,01 l/ph.m đến 0,05 l/ph.m cá biệt tới 1,0 l/ph.m, tính thấm
nớc thờng ở phạm vi đứt gẫy phá huỷ.
I.5. Phân loại, đánh giá khối đá
- Phân loại:
Để đánh giá mức độ ổn định của khối đá ta sử dụng phơng pháp phân loại
khối đá của Bienawski (RMR).
Năm 1973 Bienawski đa ra bảng phân loại khối đá RMR đã đợc áp dụng
rộng rãi ngành xây dựng CT Ngầm và Mỏ
Hệ thống phân loại RMR có chú ý đến yếu tố ảnh hởng khác nhau, xác
định theo công thức:
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6
Trong đó:
I1_ tham số kể đến độ bền nén đơn trục của đá.
I2_ tham số thể hiện lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)
I3_ tham số kể đến ảnh hởng khoảng cách giữa các khe nứt.
I4_ tham số kể đến ảnh hởng trạng thái khe nứt.
I5_ tham số kể đến ảnh hởng nớc ngầm.
I6_ tham số kể đến ảnh hởng của góc cắm và đờng phơng khe nứt.
- Đối với đá Granit:
+ Độ bền nén đơn trục của mẫu đá
Độ bền nến đơn trục của đá biến đổi không lớn từ 80 ữ 95 Mpa, I1 = 7
+ Chỉ số chất lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)
Đờng hầm nằm trong đá cứng chắc nứt nẻ trung bình đôi chỗ nứt nẻ yếu
Granit RQD = 75 ữ 80 I2 = 17
+ Khoảng cách giữa các khe nứt
Đất đá phần cửa hầm nằm trong đới phong hoá vừa đến phong hoá nhẹ nứt
nẻ trung bình đến nứt nẻ yếu khoảng cách giữa cách khe nứt nhỏ 700 ữ
1000mm I3 = 14
+ Trạng thái các khe nứt
SV: Đỗ Ngọc Thái
3
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
Các khe nứt thờng có chiều dài 5 ữ 10m, độ mở thờng 0,1 ữ 2mm, độ nhám
cao và không có chất lấp đầy I4 = 24
+ Tình trạng nớc ngầm
Có tính thấm yếu, lợng mất nớc nhỏ, nhìn chung lợng nớc chảy vào công
trình rất nhỏ, đá ở dạng ẩm đến khô I5 = 13
+ Sự định hớng của các khe nứt
Tham số kể đến đờng phơng và hớng dốc của khối đá, sự định hớng của các
khe nứt biến đổi phức tạp, các bậc khe nứt nhìn chung phần lớn có phơng
Tây Bắc-Đông Nam góc dốc 750, đợc đánh giá là thuận lợiI6=-2
Theo phơng pháp phân loại của Bienawski
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 7 + 17 + 14 + 24+ 13 2 = 73
- Đối với đá Phiến thạch anh:
+ Độ bền nén đơn trục của mẫu đá
Độ bền nến đơn trục của đá biến đổi không lớn từ 85 ữ 100Mpa, I1 = 7
+ Chỉ số chất lợng thu hồi lõi khoan RQD (%)
Đờng hầm nằm trong đá cứng chắc nứt nẻ yếu Granit RQD = 80 ữ 95 I2
=18
+ Khoảnh cách giữa các khe nứt
Đất đá phần cửa hầm nằm trong đới phong hoá vừa đến phong hoá nhẹ nứt
nẻ trung bình đến nứt nẻ yếu khoảng cách giữa cách khe nứt nhỏ từ 600 ữ
2000mm I3 = 15
+ Trạng thái các khe nứt
Các khe nứt thờng có chiều dài 3 ữ 10m, độ mở thờng 0,1 ữ 2mm, độ nhám
cao và không có chất lấp đầy I4 = 25
+ Tình trạng nớc ngầm
Có tính thấm yếu, lợng mất nớc nhỏ, tính thấm nớc thờng ở phạm vi đứt gẫy
phá huỷ, đá ở trạng thái khô I5 = 13
+ Sự định hớng của các khe nứt
Tham số kể đến đờng phơng và hớng dốc của khối đá, sự định hớng của các
khe nứt biến đổi phức tạp, các bậc khe nứt nhìn chung phần lớn có phơng
Tây Bắc-Đông Nam góc dốc 750, đợc đánh giá là thuận lợi I2=-2
Theo phơng pháp phân loại của Bienawski
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 7 + 18 + 15 + 25 + 13 2 = 76
- Đánh giá khối đá: Theo RMR = 73 ữ 76 đờng hầm đào qua đất đá tơng
đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi.
+ Thời gian ổn định không chống của đờng hầm
Khu vực thi công trong đồ án của ta nằm trong đất đá có RMR = 73 ữ 76 đợc đánh giá là tốt.
Dựa vào hình vẽ 1.3 mối quan hệ giữa giá trị RMR và thời gian ổn định
không chống với khẩu độ công trình là 10m là 104 giờ 13 tháng.
SV: Đỗ Ngọc Thái
4
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
Hình vẽ 1.3. Mối quan hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không
chống Theo Bieniawski (1979).
Chơng 2
Thiết kế kĩ thuật
I.1. Lựa chọn hình dạng tiết diện ngang đờng hầm
Đờng hầm thuỷ lợi: với mục đích tiêu thoát nớc ta có thể sử dụng loại tiết
diện hình tròn, hình vòm bám nguyệt tờng thẳng hoặc hình chữ nhậtVì đờng hầm đào qua đất đá ổn định để thuận lợi trong thi công ta chọn tiết diện
vòm bán nguyệt tờng thẳng.
I.2. Xác định kích thớc mặt cắt ngang đờng hầm
- Kích thớc sử dụng của đờng hầm đợc xác định theo lu lợng dòng chảy qua
hầm, lu lợng nớc lớn nhất đi qua hầm là Qmax= 94.2 m3/s
Vận tốc dòng chảy trong hầm thoả mãn kiều kiện: V =
Q
Vmax (m/s)
S sd
Trong đó: V_Vận tốc dòng nớc chảy trong hầm, m/s
Q_Lu lợng nớc đi qua, m3/s
Ssd _Diện tích mặt cắt ngang sử dụng của đờng hầm, m2
Vmax _Vận tốc dòng nớc chảy cho phép trong hầm, với đờng
hầm thuỷ lợi, Vmax=1,5 m/s
[1]
Từ công thức V =
Trong đó:
Q
Q
94.2
Vmax Ssd
=
= 62,8 m2
S sd
Vmax
1,5
2
Ssd = .r + h.b
(m2)
2
Trong đó: r_ bán kính vòm, (m)
h_chiều cao phần tờng, ta chọn h = r (m)
b_chiều rộng nền hầm b = 2r (m)
Ssd =
.r 2
+ h.b = 1,57.r2 + 2.r2 = 3,57.r2 62,8 r 4,2 (m)
2
SV: Đỗ Ngọc Thái
5
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
để dễ tính toán và thi công ta lấy r = 4,5 (m) Ssd = 72,3 (m2)
- Phần cửa hầm: Vì là nơi tiếp nhận thu gom nớc, trực tiếp chịu tác dụng
của dòng xoáy. Vậy để giảm sự tác dụng của dòng chảy kích thớc cửa hầm
lớn hơn và giảm dần theo chiều dài, ta chọn cửa hầm có kích thớc:
bán kính vòm phần cửa r = 5,5 (m),
chiều cao tờng phần cửa h = r = 5,5 (m)
vậy chiều rộng phần cửa hầm: b = 2.r = 11 (m)
Chiều cao cả vòm và tờng phần cửa hầm là: h/ = r + h = 11 (m)
.r 2
Diện tích sử dụng: Ssd =
+ h/.b = 102,5 (m2)
2
R 5500
11000
11000
11000
10000 9000
R 4500
9000
9000
6000
12000
Hình vẽ 2.1. Kích thớc phần hần cửa hầm
Tỷ lệ 1: 1000
I.3. Lựa chọn vỏ chống
I.3.1. Lựa chọn kết cấu chống tạm
- Kết cấu chống tạm thời đợc sử dụng để chống giữ đờng hầm trong thời
gian thi công, có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho công nhân và thiết bị làm
việc.
- Đờng hầm có điều kiện phù hợp với điều kiện của Bieniawski đa ra chiều
rộng đờng hầm B = 10 (m) đào qua đất đá có tham số RMR = 76 theo chỉ
dẫn phân loại địa cơ học cho CTN và biện pháp chống giữ cho đờng hầm,
của Bieniawski (1979) thể hiện trong bảng 2.1 ta thấy biện pháp chống giữ
là sử dụng neo cục bộ dài 3.0 m tại nóc, khoảng cách 2.5 m, đôi chỗ sử
dụng lới thép và bê tông phun dày 50 mm tại nóc (nếu cần thiết). Vậy để
đảm bảo an toàn chúng ta kiến nghị sử dụng kết cấu chống tạm là tổ hợp
neo bê tông cốt thép và bê tông phun.
SV: Đỗ Ngọc Thái
6
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây Dựng CTN & Mỏ
Bảng 2.11. Chỉ dẫn phân loại địa cơ học cho CTN và biện pháp chống giữ cho đờng hầm, theo Bieniawski (1979).
Hình dạng: Hình móng ngựa; Chiều rộng: 10 m; ứng suất thẳng đứng: nhỏ hơn 25 MPa;
Đào bằng khoan nổ mìn
Biện pháp chống giữ
Loại khối đá Biện pháp thi công
Neo dính kết đờng kính Bê tông phun
Vì thép
thanh neo 20mm
Đá rất tốt I
Đào toàn tiết diện
Nói chung không cần chống hoặc chỉ cần sử dụng neo cục bộ tại một
RMR: 81
số vị trí
tiến
độ
3.0
m
100
Đá tốt II
Đào toàn tiết diện, tiến độ 3.0
Neo cục bộ dài 3.0 m tại Bê tông phun dày
nóc, khoảng cách 2.5 m, 50 mm tại nóc nếu
Không
RMR: 61 4.5m. Chống giữ đầy đủ
cách gơng 20 m
đôi chỗ sử dụng lới thép cần thiết
80
chia bậc trên và bậc dới.
Neo mạng dài 4.0 m,
Đá trung bình Phân
Tiến
độ
bậc
trên
1.5-3.0
m.
Tiến
khoảng cách các neo 1.5 50 100 mm
III
hành
chống
ngay
sau
mỗi
chu
2.0 m tại nóc và hông. tại nóc, 30 mm
Không
RMR: 41 kỳ nổ mìn. Chống giữ hoàn
Sử
dụng
thêm
lới
thép
tại
tại
hông
60
thiện cách gơng 10 m
nóc
Phân
chia
bậc
trên
và
bậc
dới.
Neo mạng dài 4-5 m,
Đá yếu IV
150 mm Vì thép loại nhẹ tới
Tiến
độ
bậc
trên
1.0-1.5
m.
Tiến
khoảng cách các neo 1.0 100
tại
nóc,
bình, khoảng
RMR: 21 hành chống giữ đồng thời với
1.5 m tại nóc và hông. tại hông100 mm trung
cách
1.5
m khi cần
40
đào cách gơng 10 m
kết hợp với lới thép
Đào chia thành nhiều mảnh nhỏ.
độ bậc trên 0.5-1.5 m. Đào
Đá rất yếu V Tiến
đến
đâu
giữ ngay đến đó.
RMR: < 20 Sử dụng chống
bê tông phun càng sớm
càng tốt
SV: Đỗ Ngọc Thái
Neo mạng dài 5-6 m,
khoảng cách các neo 1.0
1.5 m tại nóc và hông.
kết hợp với lới thép. Neo
tại vòm ngợc
150 - 200 mm tại
nóc, 150 mm tại
hông, 50 mm tại
mặt gơng
Vì thép loại trung bình
hoặc nặng, khoảng
cách 0.75 m kết hợp
với giằng thép và neo
vợt trớc khi cần. Sử
dụng tại cả vòm ngợc
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ K48
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
I.3.2. Kết cấu chống cố định
- Lớp đất đá xung quanh công trình đào qua là ổn định, vì đờng hầm dẫn
dòng làm việc trong điều kiện môi trờng nớc, hầm thuỷ lợi thoát lũ có thời
gian tồn tại lâu dài vậy ta sử dụng vỏ chống cố định là bê tông cốt thép liền
khối
Chiều dày vỏ chống cố định : d (m)
[2]
d = (0,1ữ 0,15).r = (0,1ữ 0,15).4,5 = 0,5 (m)
.R 2
Vậy kích thớc đào phần thân hầm là : Sd =
+ ht.b/ (m2)
2
Trong đó: R_ bán kính đào của vòm, R = r + d = 4,5 + 0,5 = 5 (m)
d_chiều dày lớp vỏ chống cố định, d = 0,5 (m)
ht_chiều cao đào của tờng, ht = h + d1 = 4,5 + 0,3 = 4,8 (m)
d1- chiều dày bê tông nền, d1 = 0,3 (m)
b/_chiều rộng đào, b/ = 2.R = 10 (m)
2
2
Diện tích gơng đào: Sd = .R + ht.b/ = 3,14.5 + 4,8.10 = 87.25( m2)
2
2
500
4500
R = 5000
r = 4500
9800
4500
750
750
300
500
10000
Hình 2.2.1. Kích thớc tiết diện ngang thân hầm
Tỷ lệ 1:100
Tơng tự ta có kích thớc đào phần cửa hầm:
R_ bán kính đào của vòm, R = r + d = 5,5 + 0,5 = 6 (m)
d_chiều dày lớp vỏ chống cố định, d = 0,5 (m)
ht_chiều cao đào của tờng, ht = h + d1 = 5,5 + 0,3 = 5,8 (m)
d1_chiều dày bê tông nền, d1 = 0,3 (m)
b/_chiều rộng đào, b/ = 2.R = 12 (m)
2
2
Diện tích gơng đào: Sd = .R + ht.b/ = 3,14.6 + 5,8.12 = 126,42 ( m2)
2
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
2
8
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
500
5500
R = 6000
r = 5500
11800
5500
750
750
300
Hình 2.2.2. Kích thớc
tiết diện ngang cửa hầm
12000
Tỷ lệ 1:100
I.4. Tính toán áp lực đất đá lên công trình
- Đờng hầm nằm trong đất đá rắn chắc bền vững có hệ số kiên cố f = 8 nên
ta áp dụng phơng pháp RMR:
500
- Chiều cao vòm phá huỷ:
hph =
100 RMR
.Bn
100
(m)
Trong đó: Bn_ chiều rộng đào của công trình, (m)
RMR_ Chỉ số chất lợng khối đá tính theo Bieniawski
hph =
100 RMR
100 73
.Bn =
.12 = 3,2 (m)
100
100
Phần thân hầm: hph =
100 RMR
100 76
.Bn =
.10 = 2,4 (m)
100
100
Thay số ta có:Phần cửa hầm:
+ áp lực nóc tác dụng lên công trình ngầm: q = .hph ,(T/m2)
Trong đó: _ dung trọng của đất đá, (t/m3)
Thay số ta có: Phần cửa hầm: q = .hph= 2,67.3,2 = 8,5 (T/m2)
Phần thân hầm: q = .hph= 2,73.2,4 = 6,4 (T/m2)
+ áp lực hông tác dụng lên công trình ngầm: qh = 0,1.q ,(T/m2)
Phần cửa hầm:
qh = 0,1.q = 0,1.8,5 = 0,85 (T/m2)
Phần thân hầm:
qh = 0,1.q = 0,1.6,4 = 0,64 (T/m2
- áp lực tác dụng lên đờng hầm bao gồm:
+ áp lực thẳng đứng: qđ = q + g (T/m2)
+ áp lực nằm ngang : qng = qh (T/m2)
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
9
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Trong đó :g_ tự trọng vỏ chống phân bố đều trên một chiều dài đơn vị,
g = bt .d (T/m2)
bt _khối lợng thể tích của bê tông, bt = 2,2 (T/m3)
d_chiều dày vỏ bê tông, d = 0,5 (m)
Thay số ta đợc: g = 1,1 (T/m2)
Phần cửa hầm: qđ = q + g = 8,5 + 1,1 = 9,6 (T/m2)
Phần thân hầm: qđ = q + g = 6,4 + 1,1 = 7,5 (T/m2)
Vậy tải trọng thẳng đứng, nằm ngang phân bố đều trên một đơn vị mét dài
là: Phần cửa hầm là: pd = 9,6 (T/m), png = 0,85 (T/m),
Phần thân hầm: pd = 7,5 (T/m), png = 0,64 (T/m)
p = 8,5 (T/m)
p = 6,4 (T/m)
pđ= 9,6 (T/m)
png = 0,85 (T/m)
pđ= 7,5 (T/m)
png = 0,64 (T/m)
R = 6000
R = 5000
11800
9800
10000
12000
a) Phần thân hầm
b) Phần của hầm
Hình 2.3. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên vỏ chống đờng hầm
Tỷ lệ 1:100
I.5. Tính toán nội lực trong vỏ chống
- Nhận xét áp lực phần cửa hầm lớn hơn phần thân hầm, trong khi đó không
thay đổi kích thớc vỏ chống cho nên ta chỉ cần xác định nội lực cho cửa
hầm
a) Xác định nội lực trên vòm
- Đây là vòm không khớp, hệ siêu tĩnh bậc 3 nên cần 3 phơng trình chính
tắc để xác định 3 ẩn: M0 , N0 , Q0 .
q = 8,5 (T/m)
qng = 0,85 (T/m)
M0
N0
qx
qđ= 9,6 (T/m)
M0
N0
Hình 2.4.1. Sơ đồ tính vòm không khớp
Tỷ lệ 1:100
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
10
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Nhng do công trình chịu tải trọng đối xứng nên lực cắt tại đỉnh vòm Q0= 0
và ta chỉ cần xét nửa bên phải của công trình.
Ta có hệ phơng trình chính tắc để xác định M0 và N0:
11.N 0 + 12 .M 0 + 1q = 0
21.N 0 + 22 .M 0 + 2 q = 0
Theo lý thuyết Maxxwell ta có : 12 = 21 = 0
Trong đó : i _phơng chuyển vị
k _ nguyên nhân gây chuyển vị
ik _ chuyển vị đơn vị
s
s
M i .M k
N i .N k
à .Qi .M F
ik = 2. E.J .ds + 2. E.F .ds + 2. G.F .ds
0
0
0
s
(2.18)
Trong thực tế trong hầm ta có thể bỏ qua lực cắt và lực dọc mà vẫn
s
M .M
i
k
ik = 2. E.J .ds
0
Trong đó : s_ nửa chiều dài vòm
E_ môđun đàn hồi của vật liệu làm vỏ chống
J_ môđun quán tính tiết diện vỏ hầm
Để tính M0 và N0 ta chuyển phép tính tích phân thành tổng Simson :
đảm bảo độ chính xác.
b
y.dx =
a
ba
.[ y 0 + 4( y1 + y 2 + ... + y n 1 ) + 2.( y 2 + y 4 + ... + y n 2 )] + y n
3n
(2.19)
Ta có : a = 0 và b = s, do vậy ta chia vòm thành 6 phần bằng nhau (n = 6) :
A = 3.n =18
N0 =
A. M q . y y. M q
( y ) 2 A. y 2
y . M y. y.M
( y ) A. y
2
M0 =
q
2
q
2
Mq _ momen do tải trọng ngoài gây ra
2
q .y2
Mq= - (Mqn+ Mqs ) với Mqn= q x .x , Mqs= ng
2
ta có
qx q
qd q
= qx= ( qd q ) .
x
r
2
x
+ q = 0,18.x + 8,5 (T/m)
r
Mq = - (Mqn+ Mqs ) = - (0,09.x3 + 4,5.x2 + 0,045.y2)
Ta có: q = 8,5(T/m); qđ = 9,6 (T/m); qng = 0,85 (T/m)
x , y_ là các toạ độ mặt cắt: x = r.sin y = 6.sin y
y = r.(1- cos y ) = 6.(1- cos y )
Thay số ta tính đợc N0 và M0 nh sau:
STT (0)
1-1
0
2-2
30
3-3
45
SV: Đỗ
Thái
4-4Ngọc 60
K48
5-5
75
6-6
90
x(m)
0
3
4,2
5,1
5,7
6
y(m)
0
0,8
1,75
3
4,4
6
Mq(t.m)
y. Mq
N0(t) M0(t.m)
0
0
- 38,49
- 4,48
- 75,8
- 21,59
31,4
2,4
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
-11
114,3
- 63,07
- 146,2 - 132,54
- 170,3 - 255,81
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Bảng 2.1.2. Momen và lực dọc
M0
q = 8,5 (T/m)
qx q
ng = 0,85 (T/m)
N0
y
Q
x
M
N
Hình 2.4.2. Sơ đồ tính nội lực tại vòm
Tỷ lệ 1:100
x
2
+Lực cắt: Q = [q..x + (qx - q). ].cos - N0.sin + qng.(1- cos ).r.sin
Ta có:q = 8,5(T/m); qđ = 9,6 (T/m); qng = 0,85 (T/m), x = r.sin y = 6.sin y
Thay số vào ta có: Q = 46.sin .cos + 21.cos .sin2 + 6,78.sin
x x
r2
x2
- [q.. + (qx- q). . ]
2 3
2
2
2
3
= 183,6 30,6.cos - 137,7.sin - 6,48.sin
x
+Lực dọc: N = N0. cos - qng..(1- cos ).r. cos + [q..x+(qx- q). ] .sin
2
= 25,9.cos + 5,1 + 45,9.sin2 + 3,24.sin3
M
Ta tính độ lệch tâm e =
,(m)
N
+Momen:M = M0 + N0(1- cos ).r qng(1-cos )2.
+ Nội lực tại mặt cắt bất kì của vòm:
Bảng 2.1.3. Các giá trị nội lực của vòm
Mặt cắt
1-1
2-2
33
44
55
6-6
(0)
M (t.m)
0
30
45
60
75
9,12
5,49
- 22,14
- 37,85
- 8,16
N (t)
51,4
55,7
58,1
72,85
76,8
Q (t)
0
15,6
12,6
- 30,2
- 44,8
e (m)
0,14
- 0,1
- 0,381
- 0,519
- 0,106
b) Xác
90
33,4
78,5
- 45,1
0,421
định
nội lực trong tờng thẳng
Theo Đavdov có hai chế độ làm việc của tờng là cứng vững hoặc đàn
hồi. Để xác định chế độ làm việc của tờng là cứng vững hay đàn hồi dạ vào
đại lợng:
=
.E0 1 à 2 3
.
.C
6.E.J 1 à 02
(2.24)
Trong đó: E0 _ môđun đàn hồi của đất đá xung quanh tờng
E0= 0,32.105 MPa = 3,2.105 KG/cm2
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
12
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
E _môđun đàn hồi của vật liệu xây tờng E =290000 KG/cm2
J _ mômen quán tính mặt cắt ngang tờng J =
b.d t3
12
b _ chiều dài một đơn vị dọc theo trục của tờng
dt _chiều dày tờng, dt = 0,5m
à _ hệ số Poát xông của vật liệu xây tờng à = 0,17
à 0 _hệ số Poát xông của đất đá xung quanh tờng à 0 = 0,094
C = 0,2.ht = 0,2. 1000 = 200cm
Thay số vào (2.22) ta đợc : = 43,7 > 0,05. Vậy tờng làm việc ở chế độ
đàn hồi.
Tờng chịu tác dụng của các lực sau:
+ Nội lực từ vòm truyền xuống gồm :
Mx= 48,4 (T.m), Nx= 78,5 (T), Qx= - 45,1 (T)
+ Trọng lợng bản thân vật liệu làm tờng: G = dt. bt = 0,5.2,2 = 1,1(t/m2)
+ Phản lực đất đá phân bố theo hình tam giác qbd
+ Tờng làm việc với chế độ đàn hồi nên xuất hiện lực ma sát T ở thành tờng.
+ Phản lực U tại mép móng.
+ Phản lực tác dụng lên đáy móng phân bố theo hình chữ nhật qđ
Nx
Mx
Qx
qbd
T
U
/
O
hc
hm
ht
G
qd
dt Sơ đồ tính tờng
Hình 2.4.3.
Tỷ lệ 1:100
*ở trạng thái cân bằng ta có phơng trình:
X = 0 Qx - U + qbd.
Y =0
hc
=0
2
(2.25)
Nx - G + qd.hm + T = 0
(2.26)
dt
dt
q bd .hc 2
hm2
.
.
h
M(O)=0 -Mx + Qx.hc + G. - Nx. +
= 0 (2.27)
c - qđ.
2
2
2
3
2
q .h
q .5
Trong đó: T = bd c . f ' = bd .0,4 = qbd và hc = ht + hm = 4,5 + 0,5 = 5(m)
2
2
f ' _ hệ số ma sát giữa tờng và đất đá bên sờn tờng , f ' = 0,4
Vậy ta có hệ phơng trình
U +2,5.qbd =45,1
qbd +qd .0,5 =
77,5
8,3.qbd 21,125.qd =115,5
qbd = - 53,78 (t) qd = - 26,5 (t)
*Tính nội lực của tờng tại tiết diện bất kì
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
13
U = - 126,25 (t)
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Nx
Qx
qbd
Mx
G
T
Qy
+ Lực dọc:
My
Ny
Hình 2.4.5. Sơ đồ tính nội lực tờng
Tỷ lệ 1:100
Ny = Nx - Gy +T
y
2
Trong đó: T = [qbdy.y + (qbd qbdy) . ]. f '
qbd = - 53,78 (t); qd = - 26,5 (t);
qbdy
qbd
=
U = - 126,25 (t)
y
hc y
qbdy =(1 - ).qbd = - 53,78 + 10,7.y
hc
hc
T = 0,468.y - 0,0468.y2
Gy = dt.y. bt = 0,5. y.2,2 = 1,1.y
Thay số ta đợc: Ny = 67,99 0,192.y - 0,0468.y2
d
y
(2.28)
y
2
2
+ Mô men uốn : My = Mx - Qx.y - T. t - [ qbdy.
+ (qbd qbdy) . . .y
2 3
2
2
= 5,8 + 2,03.y - 0,58.y2 + 0,04.y3
(2.29)
y
+ Lực cắt :
Qy = Qx + [ qbdy.y + (qbd qbdy) . ]
2
= - 8,4 + 1,17.y - 0,117.y2
(2.30)
Thay các giá trị y vào các công thức tính nội lực trên ta đợc giá trị nội lực
phần tơng đợc thể hiện trông bảng 2.1.4
Bảng 2.1.4. Các giá trị nội lực phần tờng
Mặt cắt
Y(m)
My (T.m)
Ny (T)
Qy (t)
e (m)
77
88
99
10 - 10
11 - 11
12 - 12
0
1
2
3
4
33,4
30,76
32,08
31,6
31,4
78,5
76,9
73,7
71,92
71,88
- 45,1
- 42
- 9,2
14,28
25
0,421
0,4
0,381
0,37
0,35
5
28,4
69,9
Biểu đồ nội lực đợc thể hiện trên hình vẽ 2.4.6
33,2
0,321
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
14
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
N (T)
M (T/m)
Q (T)
Hình 2.4.6. Biểu đồ nội lực
Tỷ lệ 1: 100
M
Ta thấy độ lệch tâm cho phép e = < 0,05(m) = 5 (cm) trong khi độ lệch
N
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
II. Tính toán kết cấu chống
II.1. Tính toán kết cấu chống cố định
II.1.1. Tính cốt thép
- Theo kết quả bảng giá trị nội lực ta thấy tại vị trí mặt cắt = 900 có độ
lệch tâm lớn nhất: emax = 0,421(m) có M = 48,4 (T.m), N = 78,5 (T)
+ Kích thớc tiết diện ngang: bxh = 100x50 (cmxcm), chiều dày lớp bảo
vệ: a = a/ = 2(cm) h0 = h - a = 50 - 2 = 48 (cm)
Bê tông M300
Rn = 130(KG/cm2), Rk = 10(KG/cm2),
Eb=290.103(KG/cm2)
Chọn cốt thép nhóm AII có Ra= Ra/= 2800 (KG/cm2) Ea= 210.103(KG/cm2)
tra phụ lục 0 = 0,55 và A0 = 0,399
[3]
- Kiểm tra cấu kiện lệch tâm lớn hay bé
+ Độ lệch tâm giới hạn : e0gh = 0,4.(1,25.h - 0 .h0)
= 0,4.(1,25.50 - 0,55.0,48) = 24,9 (cm)
+ Độ lệch tâm e0: e0 = emax + eng (cm) = 42,1 + 1,5 = 62,5 (cm)
eng _độ lệch tâm ngẫu nhiên cấu kiện có chiều dày > 25(cm) eng = 1,5
(cm)
Ta thấy: e0 = 62,5 (cm) > e0gh = 24,9 (cm) cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn
- Tính độ lệch tâm lớn nhất: e = .e0 + 0,5.h a ,(cm)
1
Trong đó: _hệ số kể đến ảnh hởng của uốn dọc, = 1 N
6,4 S
Nth_Lực dọc tới hạn, Nth = l 2 ( K .Eb.Jb+ EaJa) , (N)
0
dh
N th
Jb , Ja _mô men quán tính của bê tông và cốt thép
Eb , Ea_ môđun đàn hồi của bê tông và cốt thép
%_ hàm lợng cốt thép, trên cơ sở giả thiết:
Fa + Fa/
% = F .100% = 0,8 % ữ 1,2 % ta chọn % = 1 %
b
Kdh_hệ số kể tới tính chất của tải trọng dài hạn Kdh = 1
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
15
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
h
50
Ja = .b.h0.( 2 - a)2 = 1%.100.48.( 2 -2)2 = 91125(cm4)
b.h 3 100.503
Jb =
=
= 104.104 (cm4)
12
12
Vì : 0,05.h = 2,5 (cm) < e0 = 26,6 (cm) < 200 (cm) = 4.h
0,11
0,11
Hệ số kể đến độ lệch tâm ban đầu: S = 0,1 + e0 + 0,1 = 0,1 + 26,6 + 0,1 = 0,28
50
h
6,4 0,28
Nth =
.(
.290.103.104.104 + 21.105.91125) = 176518720 (KG)
100 2
1
1
1
ta có: = 1 N = 1 78,5.103 = 0,99
N th
176518720
Độ lệch tâm lớn: e = .e0 + 0,5.h a = 0,99.43,6 + 0,5.50 2 = 61,2
(cm)
- Tính cốt thép: Cấu kiện làm việc ở trạng thái chịu nén lệch tâm lớn. Tính
toán cốt thép cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn, tính cho 1m dài đờng hầm với
cốt thép đặt đối xứng.
Sơ đồ tính cốt thép đợc thể hiện trên hình vẽ 2.5
e
?.e0
e'
fara
rn
f'r'
a a
b = 100cm
x
N
a = 2cm
a' = 2cm
h = 48cm
= 50cm
Hình 2.5. Sơ hđồ
tính toán cốt thép
Tỷ lệ 1:100
Viết phơng trình tổng hợp lực lên phơng dọc trục của cấu kiện ta có
(1)
Y = 0 N = .Rn.b.x.ho + Ra/.Fa/ - Ra.Fa
phơng trình mômen với trọng tâm tiết diện cốt Fa ta có:
M
Fa
= 0 N.e = Rn.b.x( ho -
x
) + Ra/ F/a.(ho - a/)
2
(2)
Từ phơng trình (1) : N = .Rn.b.x.ho + Ra/.Fa/ - Ra.Fa
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
16
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
x=
N
78,5.103
=
= 6,04 cm
Rn .b
130.100
Cốt thép đặt đối xứng Fa/ = Fa , Vậy diện tích cốt thép chịu nén và kéo
x
6,04
N .(e h0 + ) 78,5.103.(61,2 48 +
)
2 =
F a = Fa =
2 = 14,9 (cm2)
Ra .(h0 a )
2800.(48 2)
/
Kiểm tra hàm lợng cốt thép: à:
theo điều kiện sau 0,05% = àmin à àmax = 3%
2.Fa
2.14,9
ta có:
à = F .100% = 100.50 .100% = 0,5% điều kiện thoả mãn
b
Vậy hàm lợng cốt thép bố trí là hợp lí
II.1.2. Bố trí cốt thép
+ Cốt chị lực: Trong 1m dài đờng hầm chọn 4 thanh thép AII 22 (diện
tích Fa = 15,2cm2), khoảng cách giữa các vòng thép a = 250 mm
2.Fa
2.15,2
Hàm lợng cốt thép thực tế là: à = F .100% = à =
.100% = 0,61%
100.50
b
+ Cốt cấu tạo thép AII 16, khoảng cách a = 500 mm
+ Cốt đai thép AII 6 có vai trò liên kết các cốt chịu lực, chống lực cắt cục
bộ khoảng cách giữa các cốt đai là 500mm
- Riêng phần nền do chịu áp lực tác dụng nhỏ nên ta chỉ bố trí trong 1m dài
đờng hầm chọn cốt chịu lực 4 thanh thép AII 22, khoảng cách giữa các
thanh thép a = 250 mm, cốt dọc chọn 7 thanh thép AII 16 khoảng cách a
= 1000 mm,
Sơ đồ bố trí cốt thép thể hiện trên hình vẽ 2.5.1
II.2. Tính toán kết cấu chống tạm
II.2.1. Tính neo
a) Chiều dài neo
Chiều dài neo xác định theo công thức: Ln = b1 + 1,5.lz + lk (m)
Trong đó:
b1 _ chiều cao vùng phá huỷ theo tính toán ở trên thì: b1 = 2,4 (m)
lk _ chiều dài phần đuôi neo nhô vào trong đờng hầm lk = 0,1 (m)
1,5_ hệ số an toàn
lz _ chiều dài phần neo nằm ngoài vùng phá huỷ (chiều dài làm việc của
neo),
ta chọn: lz = 0,5 (m)
Thay số ta đợc : Ln = 2,4 + 1,5.0,5 + 0,1 = 3,25 (m)
Để đảm bảo an toàn ta lấy Ln = 3,5 (m)
Vậy chiều dài khoá neo thực tế là lz = 0,5 + (3,5 3,25) = 0,75 (m)
b) Khả năng mang tải của neo
Đặc tính neo
cốt neo: sử dụng cốt thép tròn nhóm A II, vậy Ra = 2800 KG/cm2
đờng kính cốt neo: dn = 25 mm nên tiết diện thanh Fc = 4,9 cm2
Khả năng mang tải của neo:
- Tính theo khả năng chịu kéo của thanh neo: P1 = Fc .Ra.Klv (T)
Trong đó: Fc_ tiết diện cốt neo, Fc = 4,9 cm2
Ra_độ bền kéo của thép làm cốt neo, Ra = 2800KG/cm2
Klv_ hệ số làm việc của thanh neo, Klv = 0,9
Thay số ta đợc: P1 = 4,9.2800.0,9 = 12,35 (T)
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
17
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
- Theo điều kiện bám dính của cốt neo với bê tông
P2 = .dn. 1.lz.kz.klvz (T)
Trong đó: dn_đờng kính thép làm neo, dn = 25.10-3 (m)
1_lực dính kết giữa thanh neo và bê tông, vậy ta có 1 = 250 (T/m2)
lz_ chiều dài làm việc của khoá neo, lz = 0,75 (m)
kz_hệ số điều chỉnh chiều dài khoá neo, kz = 0,7
klvz_hệ số điều kiện làm việc của khoá neo, klvz = 0,8
Thay số ta đợc: P2 = 3,14.25.10-3.250.0,7.0,75.0,8 = 10,9 (T)
- Theo điều kiện bám dính giữa bê tông và đất đá: P3= .dlk. 2. lz.kz.klvz (T)
Trong đó:
dn_đờng kính lỗ khoan, dn = dn + 20 mm = 25 + 20 = 45 mm = 45.10-3 (m)
2_độ bền chống trợt của bê tông trên thành lỗ khoan 2 = 120 T/m2
Thay số ta đợc: P3 = 3,14.45.10-3. 120. 0,75.0,7.0,8 = 7,12 (T)
Khả năng mang tải của neo đợc lấy theo giá trị nhỏ nhất trong 3 giá trị trên.
Vậy PN = min (P1, P2, P3). Vậy PN = 7,12 (T)
c) Tính mật độ neo
Khoảng cách giữa các neo theo phơng vuông góc với trục hầm đợc chọn
nhỏ nhất theo các điều kiện sau :
PN
(1) Mật độ neo theo khả năng mang tải của neo : a1 = .P , ( m)
ph
trong đó : PN _ Khả năng mang tải của 1 neo, PN = 7,12 (T)
_ Trọng lợng riêng của đá, = 2,67 (T/m3)
Pph _Chiều cao vòm phá huỷ, Pph = 2,4 (m)
Thay số ta đợc:
a1 =
PN
=
.Pph
7,12
= 1,54 (m)
2,67.2,4
(2) Mật độ neo để duy trì sự ổn định giữa các neo: a2 =
trong đó: Ln _chiều dài thanh neo
C_ hệ số dính kết vùng phá huỷ, C = 3.f = 24
qd _tải trọng thẳng đứng, qn = 6,4 (T/m)
Ln C
.
, (m)
3 qn
3,5
24
Ln C
.
.
=
= 2,25 (m)
3
6,4
3 qn
q .K
(3) Theo điều kiện tạo thành vòm sụt lở: a3 = Ln - n b .(Ln +B) ( m)
C
Thay số ta đợc:
a2 =
trong đó: Kb _ hệ số phụ thuộc độ kiên cố của đất đá, Kb = 0,5
B_ chiều rộng đờng hầm, B = 10 (m)
Thay số ta có:
a3 = Ln -
6,4.0,5
q n .K b
.(Ln +B) = 3,5 .(3,5 + 10) = 1,7 (m)
C
24
Vậy Khoảng cách giữa các neo theo phơng vuông góc trục hầm đợc chọn
theo giá trị nhỏ nhất: a = min(a1,a2,a3) = 1,54 (m)
Để tăng độ an toàn ta lấy a = 1,5 (m)
d) Tính lợng neo trong một vòng chống: Nv ,(neo)
Số lợng neo trong một vòng chống đợc tính nh sau:
Trong một vòng neo chỉ đợc phân bố ở phần vòm còn phần tờng không bố
trí neo:
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
Nv =
15,7
Cv
+ 1 = 11,546
+1 =
1,5
a
18
12 (neo)
(1.5)
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Cv_chu vi của vòm, Cv= .R = 3,14.5 = 15,7 (m)
a _khoảng cách bố trí neo, a = 1,5 (m)
Vậy khoảng cách thực tế giữa các neo trong một vòng chống là: att (m)
Trong đó:
att =
Cv
15,7
=
=1,44 (m)
Nv 1
12 1
Mạng neo đợc bố trí theo mật độ: 1,44 x 1,5 (mxm)
II.2.2. Tính vỏ bê tông phun
- Bê tông có u điểm là tạo nên mặt biên công trình ngầm trơn phẳng, chèn
lấp đầy những lồi lõm trên mặt biên công trình nên có tác dụng điều chỉnh
và phân bố lại ứng suất tập trung trên biên công trình, ta sử dụng bê tông
phun cho cả phần tờng và phần vòm đờng hầm
a) Chiều dày vỏ bê tông phun : Theo giáo s Mostkov : (m)
= k .a .
PB
6,4
= 0,25.1,5.
= 0,042 (m) 0,05 (m)
m.R p
0,75.300
Trong đó: k_ Hệ số khi dùng bêtông phun kết hợp neo k = 0,25
a/_bớc chống khi dùng bê tông phun và neo thì a/ = 1,5 (m)
Pa _Tải trọng nóc vòm Pa = 6,4 (T/m2)
Rp _giới hạn bền kéo của bê tông phun (t/m3) R p =1,5 ữ 2 lần
giới hạn bền kéo của bê tông thờng.
Với bê tông M300 thì Rk= 170 (T/m2 ) Rp= 170.1,8 = 300 (T/m2)
m_hệ số làm việc.
Khi sử dụng bê tông phun kết hợp với neo thì m = 0,75
Neo BTCT l = 3,5m 25 AII
1,44x1,5 (mxm)
Bê tông phun M300
d = 0,05 (m)
R = 5000
98000
10.0000
Hình 2.5.2.Sơ đồ bố trí kết cấu chống tạm
Tỷ lệ 1:100
Phần II: Thiết kế thi công
Chơng 1
Công tác đào phá đất đá
I. Thi công cửa hầm
I.1. Phơng pháp mở cửa hầm
- Trình tự thi công và sơ đồ công nghệ:
+ Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công có ý nghĩa quyết định về mặt tiến
độ xây dựng độ bền vững của công trình cũng nh là thời gian tồn tại của
công trình. Do việc xây dựng cửa hầm gồm 2 công việc chủ yếu là xây
dựng hố móng và phần ngầm đầu tiên, hai công việc này không thể đồng
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
19
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
1:1.
5
1:1.
5
121
tuy nen 2
thời cùng tiến hành do đó việc xây dựng cửa hầm theo sơ đồ nối tiếp từng
phần, theo trình tự : Xây dựng hố móng Xây dựng phần ngầm
+ Trình tự thi công trong phần xây dựng hố móng:
Xác định biên giới hố móng đa máy xúc vào xúc bốc đất đá và ô tô vận
chuyển đất đá ra bãi thải khoan neo để giữ ổn định xây dựng rãnh nớc
+ Trình tự thi công trong phần ngầm:
Đào gơng xúc bốc vận tải, neo xiên tiến trớc củng cố neo dọc phun bê
tông phun gia cố
- Cửa thu nớc đợc thiết kế gồm 7 mái dốc. Các mái dốc nền đào đợc
thiết kế với chiều cao h =10m, riêng mái dốc cửa hầm đợc đào với chiều
cao h =15m
+ Trên mỗi cơ mái dốc, bố trí bậc b = 3m đủ bố trí rãnh thoát nớc dọc và lối
đi kiểm tra trong quá trình thi công, mặt bằng cửa hầm và mặt cắt dọc cửa
hầm lần lợt thể hiện trên hình 3.1.1 và hình 3.1.2
Hình 3.1.1 Mặt cắt bằng cửa hầm
Hình 3.1.2 Mặt cắt dọc cửa hầm
Tỷ lệ 1 : 1000
Tỷ lệ 1 : 200
+ Taluy nền đào thiết kế với độ dốc 1:1 không gia cố, riêng mái dốc cuối
cùng sát mặt bằng cửa hầm, taluy nền đào là 1 : 0.3 và phải đợc tiến hành đợc tiến hành cắm neo sử dụng máy khoan Bommer 352 đờng kính neo
32mm để đảm bảo không bị trợt lở khi thi công cửa hầm sử dụng neo có
chiều dài l = 5(m) với mật độ neo a x a = 1,5x1,5 (mxm)
+ Tất cả bậc của mái dốc đều đuợc thiết kế rãnh thoát nớc với mặt cắt
ngang rãnh: 0,5x0,3x0,3 (chiều rộng đỉnh rãnh x chiều rộng đáy rãnh x
chiều cao rãnh)
I.1.2. Tính khối lợng hố móng
+ Cửa hầm đợc thiết kế gồm 7 mái dốc. Các mái dốc nền đào đợc
thiết kế với chiều cao h =10(m), riêng mái dốc cửa hầm đợc đào với chiều
cao h =15(m)
Dựa vào sơ đồ ta xác định khối lợng đất đá đào xúc:
- Taluy thứ nhất trên cùng, ta coi phần phải bạt có dạng hình tam giác và
khối lợng xúc bốc tính nh sau:
V1 =
1
.( 12.10). 25 = 1500 (m3)
2
Trong đó:
10_chiều cao taluy thứ nhất
12_chiều rộng taluy thứ nhất
25_chiều dài taluy thứ nhất
- Taluy thứ hai, ta coi phần phải bạt taluy thứ hai có dạng hình thang và
khối lợng xúc bốc tính nh sau:
V2 =
1
(12 + 15).10.27 = 3150 (m3)
2
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
20
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
- Taluy thứ ba, ta coi phần phải bạt taluy thứ hai có dạng hình thang và khối
lợng xúc bốc tính nh sau:
V2 =
1
(24 + 27).10.29= 3150 (m3)
2
Tơng tự ta xác định khối lợng đất đá cần phải xúc bốc những taluy tiếp theo
V = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7
= 1500 + 3150 + 3795 + 4485 + 5175 + 5865 + 9832 = 26729 (m3)
I.1.3. Biện pháp thi công hố móng
- Lựa chọn phơng án phá vỡ đất đá
Đào phá đất đá có thể sử dụng các biện pháp: sử dụng máy xúc, máy thuỷ
lực, súng bắn nớc hay khoan nổ mìn. vì đất đá yếu, phân bố rộng việc đào
phá có thể tiên hành từ nhiều mảnh do đó ta sủ dụng máy xúc để phá vỡ đất
đá. Ta sử dụng loại máy xúc EO 4321 có đặc tính kĩ thuật thể hiện trong
bảng 3.1.1
Bảng 3.1.1: Đặc tính kĩ thuật của máy xúc EO 4321
Góc quay
90
độ
Dung tích gầu
0,8
Bán kính quay của gầu
8,95
m
Chiều cao nâng
5,5
m
Chiều sâu đào tối đa
5,5
m
Trọng lợng máy
19,2
T
Thời gian một chu kì quay 16
s
Chiều dài máy
2,6
m
Chiều rộng máy
3
m
- Do chiều cao nâng tối đa của máy xúc là 5,5 m mà chiều cao taluy là 10m
nên ta sử dụng 2 máy xúc với taluy thứ nhất do cha có đờng tạm
( đờng vào) nên chỉ sử dụng 1 máy xúc để xúc bốc đất đá, vì chiều cao tối
đá là 5,5m máy xúc chỉ xúc 1 nửa taluy đầu sau đó quay lại xúc tiếp
phần còn lại
- Khi máy xúc thứ nhất xúc bốc đất đá ở taluy thứ nhất thì máy xúc thứ hai
tiến hành mở đờng tiến vào taluy thứ hai
- Sau khi máy xúc bốc hết đất đá ở taluy thứ nhất thì tiến hành quay xuống
xúc đất đá ở mái dốc taluy thứ hai, còn máy xúc thứ hai tiến hành di chuyển
đến vị trí taluy thứ ba quay lên xúc bốc đất đá ở phần dới của taluy thứ hai
cứ nh thế tiến hành xúc bốc hết phần đất đá phần hố móng, sơ đồ đào hố
móng đợc thể hiện trong hình vẽ 3.1.3
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
21
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Máy xúc: EO - 4321
Ô tô tụ đổ: MO A3 - 6401
Máy xúc: EO - 4321
Ô tô tụ đổ:
MO A3 - 6401
Máy xúc: EO - 4321
Ô tô tụ đổ: MO A3 - 6401
Máy xúc: EO - 4321
Ô tô tụ đổ: MO A3 - 6401
Mặt đất tự nhiên
Hình 3.1.3. Sơ đồ đào hố móng
Tỷ lệ 1: 150
- Tính toán năng suất tổ hợp xúc bốc vận tải:
+ Tính toán năng suất máy xúc: N = q.Nck.ktg.
kd
(m3/h)
Kt
trong đó: q = 0,8 (m3) _ dung tích gầu
kd = 0,9 _ hệ số xúc đầy gầu
Kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá phủ
ktg = 0,8_ hệ số sử dụng thời gian
Nck_3600/Tck_ số chu kì trong một giờ
Tck = td + tx + tn + th + 2tc (s)
td = 15 (s)_thời gian chờ xe vào vị trí nhận tải
tx = 6 (s)_ thời gian xúc một gầu
tn = 9 (s)_ thời gian nâng gầu xúc lên
th = 4 (s)_ thời gian hạ gầu xúc xuống
tc = 16 (s)_thời gian một chu kì quay
Tck = tx + tn + th + 2tc = 15 + 6 + 9 + 4 + 2.16 = 66 (s)
Vậy năng xuất của máy xúc
kd
3600
0,9
N = q.Nck.ktg. K = 0,8.
.0,8. 1,5 = 24,15 (m3/h)
66
t
Năng xuất trong một ca của máy xúc Nc = 7.N = 193,2 (m3/ca)
Trong đó: 7_thời gian làm việc của máy xúc trong 1ca kể đến thời gian
ngừng nghỉ, (giờ)
do sử dụng hai máy xúc nên năng xuất xúc bốc của hai máy xúc là
Nt = 2.Nc = 2.193,2 = 386,4 (m3/ca)
v1
1500
+ Thời gian xúc hết đất đá ở taluy thứ nhất: t1 = N =
= 3,9 (ca)
386,4
c
+ Thời gian xúc hết đất đá với các taluy tiếp theo đợc tính theo công thức: ti
Vi
= tcb + tdch + N + tmd (ca)
t
trong đó
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
22
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
ti _ thời gian xúc bốc hết đất đá ở taluy thứ i
tcb = 15 (phút) = 0,031 (ca)_ thời gian để chuẩn bị máy để di chuyển đến
tầng tiếp theo
l
0,1
tdch = =
= 0,0025 (ca) _thời gian để máy xúc di chuyển từ tầng này
v
5
đến tầng kia
l = 0,1 (km)_ quãng đờng di chuyển từ tầng này đến tầng kia
v = 5 (km/h)_ tốc độ di chuyển của máy xúc
tmd = 15 (ca) _thời gian mở đờng công vụ
Vậy tổng thời gian xúc hết lợng đất đá và thời gian mở đờng công vụ là:
V V1
+ tmd
,(ca)
Nt
26729 1500
= 3,9 + 6 (0,031 + 0,0025) +
+ 15 = 84,39 (ca)
386,4
Tx- md = t1 + 6.(tcb + tdch ) +
+ Năng xuất vận tải ô tô
Chọn số lợng ôtô để đảm bảo năng xuất vận chuyển lớn hơn năng xuất xúc
bốc, với thông số kĩ thuật của máy xúc cự li di chuyển L = 1,5 (km) và
dung tích xúc đầy gầu là 0,8 (m 3) ta chọn loại ô tô tự đổ: MOAZ 74059585 có thông số kỹ thuật thể hiện trong bảng 3.1.2
Bảng 3.1.2. Đặc tính kỹ thuật của xe MOAZ 7405- 9585
TT Đặc tính của máy
Đơn vị
Số lợng
1 Tải trọng thiết kế
kg
22000
2 Công suất lớn nhất
kw
140
3 Tốc độ di chuyển cực đại (không tải) km/h
40
4 Chiều dài máy
mm
8610
5 Chiều cao máy
mm
2510
6 Chiều rộng máy
mm
2860
7 Dung tích thùng xe
m3
12,5
60.8.k q .Q.ktg
+ Năng xuất tổ hợp xúc bốc - vận tải: Nx-vt =
kt .Tckvt
3
trong đó: Q = 12,5 (m )_ thể tích thùng xe
ktg = 0,82 _hệ số sử dụng thời gian
kq = 0,9 _ hệ số xúc đầy xe
kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá
Tckvt _thời gian một chu kì vận tải
s
s
Tckvt = t1 + t2 + tcd + tqx + k/t. v + k/t. v
1
t1_ thời gian chất tải, t1 =
Q.k q
(m3/ca xe)
2
12,5.0,9
= 24,15 = 0,464 (h) = 27,84 (phút)
Nx_ năng xuất xúc của máy xúc, Nx = 24,15 (m3/h)
t2 = 2 (phút)_ thời gian dỡ tải
tcd = 5 (phút)_ thời gian chờ đợi đa xe vào vị trí nhận tải
tqx = 5 (phút)_ thời gian quay xe
v1 = 5 (km/h)_ vận xe khi có tải
v2 = 10 (km/h)_ vận tốc xe khi không tải
L = 1,5 (km)_ chiều dài đoạn đờng vận chuyển từ taluy ra bãi thải
kt/_hệ số kể đến loại đờng vận tải với đồi núi kt/ = 1,1
1,5
1,5
Tckvt = 27,84 +2 + 5 + 5 + 1,1(
+
).60 = 69,54 (phút)
Nx-vt =
60.8.k q .Q.ktg
kt .Tckvt
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
=
Nx
5
10
60.8.0,9 .12,5.0,82
1,5.69,54
23
= 48,95 (m3/ca xe)
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
Tckvt
Số lợng ô tô phục phụ cho một máy xúc làm việc liên tục là: n/ = T (xe)
x
trong đó : Tx_thời gian xúc một xe Tx =
Tckvt
69,54
Q.k q
Nx
12,5.0,9
= 24,15
= 0,464 (h) =
27,84 (phút): Vậy n/ = T =
= 2,49 (xe) ta chọn 3 xe
27,84
x
Do sử dụng 2 máy xúc nên số xe để vận chuyển đất đá là : n = 2.n/ = 6 xe
Số chuyến vận chuyển hết lợng đất đá là :
V .kt
26729.1,5
nch = Q.k =
= 3564 (chuyến)
12,5.0,9
q
trong đó : Q = 12,5 (m3)_ thể tích thùng xe
kq = 0,9 _ hệ số xúc đầy xe
kt = 1,5_ hệ số tơi của đất đá phủ
nch
3564
Vậy mỗi ô tô phải vận chuyển là : n1xe = 6 =
= 594 (chuyến)
6
II Thi công thân hầm
II.1. Sơ đồ công nghệ thi công và phơng phá đào phá đất đá
- Hầm dẫn dòng có chiều dài 789.283m đợc chống cố định bằng bê tông đổ
tại chỗ, ta sử dụng sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần. Vì điều kiện thiết bị
thi công, đờng hầm có tiết diện gơng đào lớn nên ta sử dụng sơ đồ đào chia
gơng (chia gơng theo chiều cao). Công việc đào và chống tạm đợc thực hiện
trong cùng một chu kỳ, sau khi đào chống tạm hết bậc trên thì tiến hành
đào chống tạm bậc dới, gơng trên tiến trớc . Công tác chống cố định đợc
thực hiện sau khi đào chống tạm xong cả bậc trên và dới.
- Gơng bậc trên đợc tiến trớc với kích thớc đào là:
+ Chiều cao cả phần vòm và tờng là: H1 = R + h1 = 6 + 1,5 = 7,5 (m)
R_bán kính phần vòm, R = 6 (m)
h1_ chiều cao phần tờng, h1 = 1,5 (m)
+ chiều rộng gơng hầm bậc trên b = 2. R = 12 (m)
Vậy bậc trên cửa hầm có diện tích đào là:
R2
62
Sđ1 = . + h1.b = 3,14.
+ 1,5.12 = 74,52 (m2)
2
2
- Gơng bậc dới có kích thớc đào là:
+ Chiều cao gơng bậc dới là: H2 = H H1 = 11,8 7,5 = 4,3 (m)
H_ chiều cao toàn gơng, H = 11,8 (m)
+ Chiều rộng gơng bậc dới là: b = 2. R = 12 (m)
Vậy bậc dới cửa hầm có diện tích đào là: Sđ2 = H2.b = 4,3.12 = 51,6 (m2)
Phần thân hầm:
- Gơng bậc trên đợc tiến trớc với kích thớc đào là:
+ Chiều cao cả phần vòm và tờng là: H1 = R + h1 = 5 + 1,5 = 6,5 (m)
R_bán kính phần vòm, R = 5 (m)
h1_ chiều cao phần tờng, h1 = 1,5 (m)
+ chiều rộng gơng hầm bậc trên b = 2. R = 10 (m)
Vậy bậc trên đờng hầm có diện tích đào là:
2
R
Sđ1 = . + h1.b = 3,14.
2
52
+ 1,5.10 = 54,25 (m2)
2
- Gơng bậc dới có kích thớc đào là:
+ Chiều cao gơng bậc dới là: H2 = H H1 = 9,8 6,5 = 3,3 (m)
H_ chiều cao toàn gơng, H = 10 (m)
+ Chiều rộng gơng bậc dới là: b = 2. R = 10 (m)
Vậy bậc dới đờng hầm có diện tích đào là:
Sđ2 = H2.b = 3,3.10 = 33 (m2)
Kích thớc gơng đào bậc dới bậc trên đợc thể hiện trong hình 3.2
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
24
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
Đồ án tốt nghiệp ngành Xây dựng CTN & Mỏ
R = 6000
R = 5000
11800
9800
Bậc trên
Bậc duới
1500
Bậc trên
1500
Bậc duới
4300
3300
12000
10000
a) Phần của hầm
a) Phần thân hầm
Hình
3.2.
Kích
thớc đào gơng hầm
Tỷ lệ 1:100
- phơng phá đào phá đất đá, đất đá có độ kiên cố f = 8 nên ta sử dụng
phơng pháp khoan nổ mìn, theo phơng pháp nổ mìn tạo biên
II.2. Thiết kế thi công gơng hầm bậc trên
II.2.1. Lựa chọn thiết bị thi công
Căn cứ vào tính chất cơ lí đá, độ ổn định của khối đá xung quanh, diện tích
tiết diện ngang của đờng hầm ta chọn :
- Thiết bị khoan: sử dụng máy khoan Boomer-352 có các thông số kĩ thuật
thể hiện trong bảng 3.1.3
Bảng 3.1.3. Các thông số kĩ thuật của thiết bị khoan Boomer-352
Đờng kính choòng khoan (mm)
Chiều sâu lỗ khoan (mm)
Trọng lợng (kg)
Cần khoan
Chiều dài choòng khoan (mm)
Diện tích mặt cắt ngang (m2)
45
4640
18000
BUT 32
6490
8 ữ 45
Đầu khoan
COP 12.38
Chiều dài (mm)
14350
Kích thớc chính Chiều rộng(mm)
2500
Thuốc
nổ:
Sử
Chiều cao (mm)
3100
dụng loại
thuốc nổ
P3151 có thông số kĩ thuật thể hiện trong bảng 3.1.4
Bảng 3.1.4. Các thông số kĩ thuật của thuốc nổ P3151
(Powergel Magum - 3151)
Mật
độ
Đờng kính
Chiều dài Trọng lợng
Thuốc nổ
thuốc nổ
thỏi thuốc
thỏi thuốc
thỏi thuốc
P3151
1230 kg/m3
32 mm
200 mm
0,190 kg
- Kíp điện: Để kích nổ các thỏi thuốc sử dụng loại kíp vi sai phi điện EXEL
có thời gian vi sai đợc thể hiện trong Bảng 3.1.5
Bảng 3.1.5. Đặc tính của kíp nổ EXEL
SV: Đỗ Ngọc Thái
K48
25
Lớp: Xây dựng CTN & Mỏ
